WO2015162952A1 - ラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング - Google Patents

ラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング Download PDF

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政宏 春永
星治 上野
征樹 森本
澤田 直樹
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日本精工株式会社
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    • B62D3/02Steering gears mechanical
    • B62D3/12Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H57/00General details of gearing
    • F16H57/02Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H57/03Gearboxes; Mounting gearing therein characterised by means for reinforcing gearboxes, e.g. ribs

Abstract

 ハウジング(10a)は、主収容部(11a)と副収容部(12a)とを有する。主収容部(11a)の外周面と副収容部(12a)との外周面との間に掛け渡す状態で、補強リブ(24)が設けられる。補強リブ(24)は、主収容部(11a)の外周面と副収容部(12a)との外周面との間に掛け渡された平板部(25)と、平板部(25)の側面から平板部(25)の板厚方向に突出する状態で設けられた補強部(26)と、を有する。

Description

ラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング
 本発明は、自動車のステアリング装置を構成するラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングに関する。
 自動車用の操舵装置として、ラックアンドピニオン式のステアリング装置が、例えば特許文献1~2等に記載されている様に広く知られており、且つ、広く実施されている。図8は、従来から広く知られているラックアンドピニオン式のステアリング装置の一例を示している。このステアリング装置では、ステアリングホイール1の回転を、ステアリングシャフト2、自在継手3a、中間シャフト4、自在継手3bを介して、ステアリングギヤユニット5の入力軸6に伝達する。そして、入力軸6の回転に伴って左右1対のタイロッド7、7を押し引きして、操舵輪(通常は前輪)に舵角を付与する。尚、図示の例は、電動モータ8を補助動力源として、ステアリングホイール1を操作する為に要する力の低減を図る、電動式パワーステアリング装置も組み込んでいる。又、ステアリングホイール1の上下位置を調節する為のチルト機構、及び、前後位置を調節する為のテレスコピック機構も組み込んでいる。但し、これらについては、本発明の要旨とは関係しないし、従来から広く知られている為、詳しい図示並びに説明は省略する。
 ステアリングギヤユニット5は、図9~11に示す様に構成して、特許請求の範囲に記載したピニオン軸に相当する入力軸6の回転運動を、ラック軸9の直線運動に変換し、1対のタイロッド7、7を押し引きする様に構成している。即ち、ステアリングギヤユニット5は、ハウジング10と、ラック軸9と、ピニオン軸である入力軸6と、を備える。ハウジング10は、アルミニウム系合金等の軽合金をダイキャスト成形して造られるもので、主収容部11と、副収容部12と、シリンダ部13と、を備える。主収容部11は、長さ方向両端が開口した円筒状である。副収容部12は、主収容部11の長さ方向一端(図9~11の左端)寄り部分の外周面に設けられる。主収容部11の中心軸と、副収容部12の中心軸とは、互いに捩れの位置関係にある。主収容部11の内部空間と、副収容部12の内部空間とは、互いに連通している。即ち、副収容部12の中間部後側(図10の上側、図11の下側)が、主収容部11の長さ方向一端寄り部分の内周面のうちの前側(図10の下側、図11の上側)に開口している。シリンダ部13は、主収容部11の長さ方向一端寄り部分の後側部分に設けられる。シリンダ部13の前端部は、主収容部11の内部空間に連通している。主収容部11の外周面のうち長さ方向に離隔した2箇所位置には、1対の取付フランジ14、14が固設される。そして、一対の取付フランジ14、14に挿通したボルト若しくはスタッドにより、ハウジング10は車体(フレーム)に対し支持固定される。
 ラック軸9には、長さ方向の一端寄り部分の前側面にラック歯15が形成される。ラック軸9は、ラック歯15を形成した部分を除き、外周面を円筒面状とした丸棒状である。ラック軸9の長さ方向他端(図9~11の右端)寄り部分は、主収容部11との間に滑り軸受16が設置される。この様に、滑り軸受16は、主収容部11の内側において、軸方向へ変位可能にラック軸9を支持している。この状態で、ラック軸9の両端部を、主収容部11の長さ方向両端開口から突出させている。
 入力軸6は、先端部に設けたピニオン歯17を、ラック軸9のラック歯15に噛合させる。入力軸6は、基端部を副収容部12の上端部に設けた開口部からハウジング10外に突出させている。この状態で、入力軸6は副収容部12に回転可能に支持されている。シリンダ部13内には押圧ブロック18が嵌装され、更に、シリンダ部13の後側開口部には蓋体19が螺着される。蓋体19と押圧ブロック18との間にはばね20が設けられ、当該ばね20が押圧ブロック18をラック軸9に向けて弾性的に押圧している。これにより、ラック軸9をピニオン歯17に向けて弾性的に押圧して、ピニオン歯17とラック歯15との噛合部のバックラッシを解消すると共に、ラック軸9の長さ方向一端寄り部分を、軸方向の変位を可能に支持している。更には、ラック歯15とピニオン歯17との噛合部での動力伝達に伴ってラック軸9に加わる、入力軸6から離れる方向の力に拘わらず、噛合部の噛合状態を適正に維持できる。
 両タイロッド7、7の基端部は、ラック軸9の長さ方向両端部に、それぞれ球面継手21、21を介して接続している。両球面継手21、21の周囲は、左右1対のベローズ22、22により覆われている。両タイロッド7、7の先端部には、スタッド23、23が支持されている。スタッド23、23を、図示しないナックルアームの先端部に形成した円孔に挿通し、各スタッド23、23の先端部にナットを螺合させる事により、両タイロッド7、7をナックルアームに対して揺動変位可能に結合している。尚、ラック軸9は、ピニオン歯17とラック歯15との噛合により、自身の中心軸周りで回転する事はない。
 上述の様なステアリングギヤユニット5を組み込んだステアリング装置により、左右1対の操舵輪に舵角を付与すべく、ステアリングホイール1の操作により入力軸6を回転させると、ピニオン歯17とラック歯15との噛合に基づいて、ラック軸9が軸方向に変位する。そして、ラック軸9の長さ方向両端部に結合した両タイロッド7、7を押し引きして、両ナックルアームを揺動変位させ、両ナックルアームを固設した左右1対のナックルを、それぞれキングピンを中心として揺動変位させる。そして、これら両ナックルにそれぞれ転がり軸受ユニットによって回転自在に支持された両操舵輪に、所望の舵角を付与する。
 上述の様なラックアンドピニオン式のステアリングギヤユニット5を構成するハウジング10は、主収容部11に対する副収容部12の剛性をより向上させる事が望まれる。即ち、上述した様に、ステアリングギヤユニット5の作動時に、入力軸6の回転に伴って、入力軸6及びラック軸9には、ピニオン歯17とラック歯15との噛合部に離反力が作用する。この離反力に基づき、ピニオン歯17及びラック歯15(入力軸6及びラック軸9)には、互いに前後方向に離れる方向の力が加わる。特に、前述の図8に示した様な、電動モータ8による補助動力をステアリングシャフト2に付与するコラムアシスト型の電動式パワーステアリング装置を組み込んだステアリング装置の場合、噛合部に作用する離反力が大きくなって、入力軸6及びラック軸9に加わる、互いに前後方向に離れる方向の力も大きくなる。入力軸6に加わった力は、入力軸6を回転自在に支持した軸受を介して副収容部12に加わり、ラック軸9に加わった力は、滑り軸受16及び押圧ブロック18を介して主収容部11に加わる。又、ステアリングギヤユニット5の作動時には、ラック軸9の直線運動に伴って、入力軸6には、噛合部から左右方向(車両の幅方向)の力が加わる。そして、この左右方向の力が、軸受を介して副収容部12に加わると、副収容部12が主収容部11に対し左右方向(主収容部11の長さ方向)に倒れる傾向になる。従って、主収容部11に対する副収容部12の剛性をより向上させる事が、ステアリングギヤユニット5の耐久性の向上を図る面から重要となる。又、ステアリングホイール1の操作に基づき操舵輪に舵角を付与する事に関するレスポンスの向上を図る面からも、主収容部11に対する副収容部12の剛性をより向上させる事が望まれる。
 特許文献1~2には、主収容部の外周面と副収容部の外周面との間に掛け渡す状態で、且つ、主収容部の中心軸及び副収容部の中心軸と平行に、補強リブを設けた構造が記載されている。但し、特許文献1~2に記載の構造の場合、主収容部に対する副収容部の剛性をより向上させる面からは、更なる改良の余地がある。尚、特許文献1~2には、主収容部と取付フランジとの間に掛け渡す状態で、且つ、主収容部の中心軸に対して傾斜させた補強リブを設け、主収容部に対する取付フランジの、前後方向及び上下方向の剛性を向上させる技術が記載されている。この様な特許文献1~2に記載の技術を、主収容部と副収容部との結合部に適用する事も考えられるが、主収容部の外周面のうち、径方向に関して副収容部の反対側部分にはシリンダ部が存在する為、特許文献1~2に記載の技術をそのまま適用する事が難しい場合もある。更に、特許文献1に記載の技術の場合、補強リブを複数設けており、軽量化の面から不利になる。
国際公開第2007/060887号 日本国特開2012-250675号公報
 本発明は、上述の様な事情に鑑みて、重量の増加を抑えつつ、主収容部に対する副収容部の剛性をより向上させる事ができる、ラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングの構造を実現すべく発明したものである。
 本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングは、主収容部と、副収容部と、補強リブと、を備える。
 前記主収容部は、両端が開口した筒状であり、内側に、軸方向の一部側面にラック歯を形成したラック軸を軸方向の変位を可能に収納し、且つ、前記ラック軸の両端部を両端の開口から突出させた状態で収納する。
 前記副収容部は、中心軸が、前記主収容部の中心軸に対し捩れの位置に存在し、一部を前記主収容部に開口させており、内側に、先端部にピニオン歯を設けたピニオン軸を回転自在に支持する。
 前記補強リブは、前記主収容部の外周面と前記副収容部の外周面との間に掛け渡す状態で設けられる。
 特に、本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングにおいては、前記補強リブが、前記主収容部の外周面と前記副収容部の外周面との間に掛け渡された平板部と、前記平板部の側面から前記平板部の板厚方向(平板部に対して直角方向に限定されない)に突出する状態で設けられた補強部と、を有する。
 上述の様な本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングを実施する場合に好ましくは、前記平板部を、前記主収容部の中心軸及び前記副収容部の中心軸と平行に設ける。
 又、好ましくは前記補強部を、前記平板部に対し直角に設ける。
 又、好ましくは前記補強部を、前記平板部の側面から、前記副収容部を設けた側に向かう方向に設ける。
 又、好ましくは前記補強部を、前記平板部の先端縁から折れ曲がる状態で設ける。
 又、好ましくは前記補強部の両端を、前記主収容部の外周面と前記副収容部の外周面とにそれぞれ連結する。
 上述した様な本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングによれば、重量の増加を抑えつつ、主収容部に対する副収容部の剛性をより向上させる事が確保できる。この為、ラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットの作動時に、ピニオン歯とラック歯との噛合部に作用する力に基づいて主収容部及び副収容部に加わる力に拘わらず、ステアリングギヤユニットの耐久性の向上を図る事ができる。又、ステアリングリングホイールの操作に基づき操舵輪に舵角を付与する事に関するレスポンスを向上する事ができる。
本発明の第1実施形態を示す斜視図。 図1とは前後方向に関して反対側から見た状態を示す斜視図。 図1の平面図。 図3の下方から見た状態を示す背面図。 図4のa-a断面図 図5Aのb部拡大図。 図2のc矢視図。 補強部の形状の変形例を示す、図5Bと同様の図。 補強部の形状の変形例を示す、図5Bと同様の図。 補強部の形状の変形例を示す、図5Bと同様の図。 ラックピニオン式ステアリングギヤユニットを備えた自動車用ステアリング装置の一例を示す部分切断側面図。 従来構造の一例を示す、部分切断正面図。 一部を切断して図9の上方から見た平面図。 図9のd-d断面図。
 図1~7は、本発明の第1実施形態を示している。尚、本実施形態のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングの特徴は、補強リブ24の形状を工夫する事で、重量の増加を抑えつつ、主収容部11aに対する副収容部12aの剛性をより向上させられる構造を実現する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図9~11に示した従来構造を含め、従来から知られているラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングと同様である。
 本実施形態のハウジング10aは、アルミニウム系合金等の軽合金をダイキャスト成形して造られる。ハウジング10aは、主収容部11aと、副収容部12aと、シリンダ部13と、を備える。主収容部11aは、長さ方向両端が開口した円筒状である。副収容部12aは、主収容部11aの長さ方向一端(図1、3、4の右端、図2の左端)寄り部分の外周面に設けられる。主収容部11aの中心軸と、副収容部12aの中心軸とは、捩れの位置関係にある。副収容部12aの中間部後側(図3の下側、図5、6の右側)は、主収容部11aの長さ方向一端寄り部分の内周面のうちの前側(図3の上側、図5、6の左側)に開口している。シリンダ部13は、主収容部11aの長さ方向一端寄り部分の後側部分に設けられる。シリンダ部13の前端部は、主収容部11aの内部空間に連通している。主収容部11aの外周面のうち長さ方向に離隔した2箇所位置には、1対の取付フランジ14、14が固設される。そして、一対の取付フランジ14、14に挿通したボルト若しくはスタッドにより、ハウジング10aは車体(フレーム)に対し支持固定される。
 更に、本実施形態の場合、主収容部11aの外周面と副収容部12aの外周面との間に掛け渡す状態で、断面L字形で、正面視略三角形状の補強リブ24を設けている。補強リブ24は、平板部25と、補強部26と、を備える。平板部25は、その厚さ寸法が一定であり、主収容部11aの外周面と副収容部12aの外周面との間部分で、主収容部11aの中心軸と副収容部12aの中心軸とが成す角度が鈍角となる側の間部分に掛け渡す状態で、主収容部11aの中心軸及び副収容部12aの中心軸と平行に設けられている。別の言い方をすれば、平板部25は、主収容部11aの外周面から副収容部12aの中心軸を含む仮想平面と平行な方向に立設する状態で設けられている。又、平板部25の主収容部11aの外周面からの高さ寸法は、副収容部12aに近付くに従って高くなっている。補強部26は、平板部25の先端縁(上端部の側面、図5の上端縁)の全体に、先端縁から前方に向け直角に折れ曲がった状態で設けられている。補強部26の厚さ寸法は、平板部25の厚さ寸法よりも、例えば1.2~2倍程度大きい。但し、図7Aに示す様に、補強部26を、平板部25の先端縁から後方に向け直角に折れ曲がった状態で設ける事もできる。図7Bに示す様に、補強部26を、平板部25に対し直角方向に設け(平板部25の先端縁から前後両方に向けて突出する状態で設け)、補強リブ24の断面形状をT字形としても良い。図7Cに示す様に、補強部26を、平板部25の前側面の先端寄り部分から前方に向けて、平板部25に対し直角に設ける事もできる。尚、補強部26は、必ずしも平板部25に対し直角に設ける必要はない。即ち、平板部25と補強部26との成す角度は、0度よりも大きく180度未満の範囲で、補強リブ24を設置する部分の形状や要求される剛性の大きさに応じて適切に定められる。何れにしても、本実施形態の場合、補強部26の両端を、主収容部11aの外周面及び副収容部12aの外周面に連結している。又、本実施形態の場合、補強部26の厚さ及び突出量(平板部25の側面からの突出量)を、平板部25の全長に亙り一定としているが、補強部26の両端部で大きくする等、適宜変更する事ができる。
 上述の様に構成する本実施形態のハウジング10aによれば、主収容部11aの外周面と副収容部12aの外周面との間に掛け渡す状態で補強リブ24を設けている為、主収容部11aに対する副収容部12aの剛性を十分確保する事ができる。特に本実施形態の場合、補強リブ24(平板部25)を正面視略三角形状としている為、副収容部12aが幅方向に倒れる方向(図4に矢印αで示す方向)に関する剛性を高くする事ができる。更に本実施形態の場合、平板部25を正面視略三角形状とする事に加え、平板部25の先端縁から折れ曲がった状態で補強部26を設けている。これにより、補強リブ24のうち、副収容部12aが幅方向に倒れる方向に変形する際に支点となる、主収容部11aと副収容部12aとの接合部(図4に点Pで示す部分)からの距離が最も遠い部分の断面積を大きくしている。従って、平板部25の板厚を徒に厚くする事なく、副収容部12aが幅方向に倒れる事に対する剛性を高くできる。この為、単に肉厚の大きい補強リブを設ける場合に比べて、ハウジング10aの重量の増大を抑えられる。
 副収容部12aが前後方向(図6に矢印βで示す方向)に倒れる傾向になった場合には、両端を主収容部11aの外周面及び副収容部12aの外周面に連結した補強部26が、主収容部11aと副収容部12aとの間で突っ張る。特に本実施形態の場合には、補強部26の一端を、副収容部12aの外周面のうち接合部(点P)から十分に離れた位置(高い位置)に連結すると共に、補強部26の他端を、主収容部11aの外周面のうち接合部(点P)から十分に離れた位置に連結している。従って、副収容部12aが前後方向に倒れる事に対する剛性を効果的に高くする事ができる。又、捩り方向に関する剛性も高くする事ができる。尚、補強リブ24は、ハウジング10aを軽合金をダイキャスト成形する際に一体に造ったり、金属板を曲げ成形した部材を溶接等により接合したりする事で造る事ができる。補強リブ24をダイキャスト成形でハウジング10aと一体に造る場合にも、例えば補強リブ24を造る為だけに金型を分割する等、複雑な加工を行う事なく造る事ができる。
 本出願は、2014年4月23日出願の日本特許出願2014-088665に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
  1  ステアリングホイール
  2  ステアリングシャフト
  3a、3b 自在継手
  4  中間シャフト
  5  ステアリングギヤユニット
  6  入力軸
  7  タイロッド
  8  電動モータ
  9  ラック軸
 10、10a ハウジング
 11、11a 主収容部
 12、12a 副収容部
 13  シリンダ部
 14  取付フランジ
 15  ラック歯
 16  滑り軸受
 17  ピニオン歯
 18  押圧ブロック
 19  蓋体
 20  ばね
 21  球面継手
 22  ベローズ
 23  スタッド
 24  補強リブ
 25  平板部
 26  補強部

Claims (6)

  1.  両端が開口した筒状であり、内側に、軸方向の一部側面にラック歯を形成したラック軸を軸方向の変位を可能に収納し、且つ、前記ラック軸の両端部を両端の開口から突出させた状態で収納する主収容部と、
     中心軸が、前記主収容部の中心軸に対し捩れの位置に存在し、一部を前記主収容部に開口させており、内側に、先端部にピニオン歯を設けたピニオン軸を回転自在に支持する副収容部と、
     前記主収容部の外周面と前記副収容部の外周面との間に掛け渡す状態で設けられた補強リブと、
     を備えるラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジングであって、
     前記補強リブが、前記主収容部の外周面と前記副収容部の外周面との間に掛け渡された平板部と、前記平板部の側面から前記平板部の板厚方向に突出する状態で設けられた補強部と、を有するラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング。
  2.  前記平板部が、前記主収容部の中心軸及び前記副収容部の中心軸と平行に設けられている、請求項1に記載のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング。
  3.  前記補強部が、前記平板部に対し直角に設けられている、請求項1に記載のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング。
  4.  前記補強部が、前記平板部の側面から前記副収容部を設けた側に向かう方向に設けられている、請求項1に記載のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング。
  5.  前記補強部が、前記平板部の先端縁から折れ曲がる状態で設けられている、請求項1に記載のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング。
  6.  前記補強部の両端を、前記主収容部の外周面と前記副収容部の外周面とにそれぞれ連結している、請求項1に記載のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニット用ハウジング。
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