JP2005153791A - ラックピニオン式舵取装置及びラック軸の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製造工程において、ラック軸に歯切り加工を施した後は、ラック軸に焼入れを施す必要がないラックピニオン式舵取装置の提供。
【解決手段】 ピニオン軸２、ピニオン軸２に噛合するラック軸１とを備えたラックピニオン式舵取装置。ラック軸１は、硬度が均一に形成されている構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用の舵取装置として広く用いられているラックピニオン式舵取装置、及びラックピニオン式舵取装置のラック軸の製造方法に関するものである。
ラックピニオン式舵取装置は、ステアリングホイール等の操舵部材に連結され、周面にピニオン歯が設けられたピニオン軸と、車体の左右方向に延設され、その中途部外面に適長に亘ってラック歯が並設されたラック軸とを備えている。運転者による操舵部材の操作に応じたピニオン軸の回転を、ラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の左右両端に各別のタイロッドを介して連結された舵取用の車輪（一般的には左右の前輪）を作動させる構成となっている。
このようなラックピニオン式舵取装置では、ピニオン軸に設けられるピニオン歯、及びラック軸に設けられるラック歯は、高い噛み合い精度を得るべく、一般的に歯切り盤、ブローチ盤等の工作機械を用いた切削加工により形成されており、多くの場合、表面硬さを増して耐久性の向上を図るべく、歯面の熱処理が実施されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平６−２６４９９２号公報 特公平８−２５４６２号公報
上述したラックピニオン式舵取装置のラック軸を製造する際、従来は、歯切りを施した後、表面硬化を目的として、高周波焼入れ及び焼き戻し等の熱処理を施している。熱処理を施した場合、歯面及び軸部に歪が発生するので、その歪取りを行っているが、歪取りは製造工程上の大きな障害となっているという問題がある。また、焼入れにより焼き割れ等の不具合が生じる虞があるという問題もある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、製造工程において、ラック軸に歯切り加工を施した後は、ラック軸に焼入れを施す必要がないラックピニオン式舵取装置を提供することを目的とする。第２発明では、歯切り加工を施した後は、焼入れを施す必要がないラック軸の製造方法を提供することを目的とする。
第１発明に係るラックピニオン式舵取装置は、ピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取装置において、前記ラック軸は、硬度が均一であることを特徴とする。
第２発明に係るラック軸の製造方法は、ラックピニオン式舵取装置のラック軸を製造するラック軸の製造方法において、ピニオン軸と噛合する為に必要な硬度に棒状素材全体を調質した後、該棒状素材に引き抜き加工を施して外径を揃え、該棒状素材の両端部を所定の形状に加工した後、該棒状素材に歯切り加工を施して仕上げることを特徴とする。
第１発明に係るラックピニオン式舵取装置によれば、製造工程において、ラック軸に歯切り加工を施した後は、ラック軸に焼入れを施す必要がないラックピニオン式舵取装置を実現することが出来る。また、例えば、ピニオン歯面上のラック歯との歯当り境界部磨耗を大幅に改善することが出来（ラック歯面がピニオン歯面を攻撃せず、ラックがピニオンに倣う）、強度及び耐久性の面で不利であったピニオン（小歯車）の性能を上げることが出来る。また、ラック歯の割れ及び欠け等の発生率を大幅に下げることが出来る。また、ラック軸の歯切り後の焼入れ焼き戻し及び歪取り等の工程を廃止出来るので、大幅な原価低減を実現出来る。また、ラック軸の歯切り後の熱処理による歪が無く、焼割れ等の不具合が発生しないので、ラック軸の品質が向上する。
第２発明に係るラック軸の製造方法によれば、歯切り加工を施した後は、焼入れを施す必要がないラック軸を製造することが出来る。また、例えば、ピニオン歯面上のラック歯との歯当り境界部磨耗を大幅に改善することが出来（ラック歯面がピニオン歯面を攻撃せず、ラックがピニオンに倣う）、強度及び耐久性の面で不利であったピニオン（小歯車）の性能を上げることが出来る。また、ラック歯の割れ及び欠け等の発生率を大幅に下げることが出来る。また、ラック軸の歯切り後の焼入れ焼き戻し及び歪取り等の工程を廃止出来るので、大幅な原価低減を実現出来る。また、ラック軸の歯切り後の熱処理による歪が無く、焼割れ等の不具合が発生しないので、ラック軸の品質が向上する。
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づき説明する。図１は、本発明に係るラックピニオン式舵取装置の実施の形態の構成を示す模式図である。このラックピニオン式舵取装置は、円筒形をなすラックハウジング１０の内部で、軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１が、図示しない車体の左右方向に延設されている。ラックハウジング１０の両側に突出するラック軸１の両端は、舵取用の車輪である左右の前輪１１，１１のナックルアーム１２，１２に、各別のタイロッド１３，１３を介して連結されている。
また，ラックハウジング１０の一側端部近傍には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジング２０が連設されており、ピニオンハウジング２０の内部には、軸回りでの回転自在にピニオン軸２が支持されている。ピニオン軸２の一部は、ピニオンハウジング２０の上方に適長突出させてあり、この突出端は、コラム軸２１を介して、操舵部材であるステアリングホイール２２に連結されている。
ピニオンハウジング２０の内部に延設されたピニオン軸２の下半部は、適長に亘って大径化され、この大径部の外周面にピニオン歯４が形成されている。また、ラックハウジング１０の内部に支持されたラック軸１の外面には、ピニオン軸２との対向部を含めた適長に亘って、ラック歯３が形成されており、このラック歯３は、ピニオン軸２の周面に設けられたピニオン歯４に噛合させてある。
以上の構成により、舵取のためにステアリングホイール２２が回転操作された場合、ステアリングホイール２２にコラム軸２１を介して連結されたピニオン軸２が回転し、この回転が、ピニオン歯４とラック歯３との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されて、ラック軸１が左右両方向に移動する。
このように生じるラック軸１の移動は、ラック軸１の両端に連結されたタイロッド１３，１３を介して、左右のナックルアーム１２，１２に伝達され、これらのナックルアーム１２，１２の押し引きにより、左右の前輪１１，１１が、ステアリングホイール２２の操作方向に、操作量に対応する角度となるまで転舵されて舵取がなされる。
尚、図１に示すラックピニオン式舵取装置は、以上のように行われる舵取を補助するモータ５を備える電動パワーステアリング装置として構成されている。操舵補助用のモータ５は、コラム軸２１を支持する円筒形をなすコラムハウジング２３の下端部近傍の外周に、内部のコラム軸２１と略直交するように取付けられている。モータ５の回転は、コラムハウジング２３の内側に構成された図示しないウォームギヤ減速装置を介して、コラム軸２１に伝達されるように構成されている。また、コラムハウジング２３の内部には、コラム軸２１に加わる回転トルク（操舵トルク）を検出するトルク検出装置２４が、モータ５の取付け部よりも上位置に構成されており、トルク検出装置２４により検出される操舵トルクは、操舵補助用のモータ５の駆動制御に用いられている。
以上の構成により、ステアリングホイール２２が回転操作された場合、これに伴ってコラム軸２１に加わる操舵トルクがトルク検出装置２４により検出される。この検出トルクに基づいて駆動制御される操舵補助用のモータ５の回転力がコラム軸２１に加わり、コラム軸２１からピニオン軸２に伝達されて、ラック軸１に軸長方向の移動力が付加されることとなり、この移動により上述したようになされる操舵が補助される。
図２は、本発明に係るラックピニオン式舵取装置のラック軸１の例を示す外形図である。このラック軸１は、円形断面を有する棒状であり、その両端部が、タイロッド１３と連結する為の連結部２５となっている。ラック軸１の一側端部近傍の外面には、移動ストロークに対応する軸方向の適長に亘って、適幅に平坦化された平坦面２６が設けてあり、ラック歯３は、歯切り盤、ブローチ盤等の平削りが可能な工作機械を用いて平坦面２６を切削加工（歯切り加工）して形成される。ラック歯３は、ラック軸１の軸長方向と直交する方向に対して所定角度傾斜する斜歯として形成されている。
ラック歯３及びピニオン歯４の歯諸元は、ラック軸１に要求されるストロークレシオによって定まるピニオン軸２の円周上に並ぶピニオン歯４が、上述したように、負荷されるステアリングホイール２２の操作力及びモータ５の回転力に耐え得る強度を有するように。また、歯面応力が低減されるように決定されている。
図３は、このようなラック軸１を製造する方法であり、本発明に係るラック軸の製造方法を示すフローチャートである。ラック軸１を製造するには、先ず、素材である棒鋼（棒状素材）に調質を施して、ラックピニオン式舵取装置に組み込まれたラック歯３に必要な、負荷に耐え得る硬度を、棒鋼全体が有するようにする（Ｓ２）。調質は、焼入れによってマルテンサイト組織を生成させた後に、比較的高い温度（４００〜６５０°Ｃ）で焼き戻しして、セメンタイトとフェライトとの微細混合組織を生成し、強さと靭性とに優れた性質を得る為の処理である。調質材（素材）としては例えばＳＣＭ４４０（ＣｒＭｏ鋼）を用い、素材硬度を例えばＨＢ（ブリネル硬さ）３００〜３６０程度にする。
次に、所定の円形状の孔を有するダイスに、棒鋼を通して引き抜き加工し、棒鋼をラック軸１の外径に揃える（Ｓ４）。次いで、両端部を連結部２５に形成する加工を施す（Ｓ６）。次いで、棒鋼の一側端部近傍の外面に、適幅に平坦化された平坦面２６を設け、歯切り盤、ブローチ盤等を用いて平坦面２６を切削加工（歯切り加工）して、ラック歯３を形成した（Ｓ８）後、表面研磨等の仕上げ加工を施して（Ｓ１０）、ラック軸１が完成する。
尚、以上の実施の形態においては、操舵部材とピニオン軸との間に操舵補助用のモータを備え、このモータの回転力をピニオン軸に伝えて、ピニオン軸の回転に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置、所謂、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン式舵取装置について説明したが、本発明は、他の形式の電動パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン式舵取装置に適用しても良い。また、ステアリングホイール２２に運転者により加えられる操舵トルクのみによって操舵を行わせるマニュアル式の操舵装置として構成されたラックピニオン式舵取装置、更には、ラックハウジング１０の中途に設けた油圧シリンダの発生力をラック軸１に加えて操舵を補助する油圧パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン式舵取装置への適用も可能であることは言うまでもない。
本発明に係るラックピニオン式舵取装置の実施の形態の構成を示す模式図である。 本発明に係るラックピニオン式舵取装置のラック軸の例を示す外形図である。 本発明に係るラック軸の製造方法を示すフローチャートである。
符号の説明
１ ラック軸
２ ピニオン軸
３ ラック歯
４ ピニオン歯
２２ ステアリングホイール（操舵部材）
２５ 連結部（端部）
２６ 平坦面

Claims (2)

  1. ピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取装置において、
    前記ラック軸は、硬度が均一であることを特徴とするラックピニオン式舵取装置。
  2. ラックピニオン式舵取装置のラック軸を製造するラック軸の製造方法において、
    ピニオン軸と噛合する為に必要な硬度に棒状素材全体を調質した後、該棒状素材に引き抜き加工を施して外径を揃え、該棒状素材の両端部を所定の形状に加工した後、該棒状素材に歯切り加工を施して仕上げることを特徴とするラック軸の製造方法。
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