JP2009073379A

JP2009073379A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置

Info

Publication number: JP2009073379A
Application number: JP2007245249A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ueno; 星治上野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】ラックハウジングの鋳造性を向上させることにより、低コスト化を実現すると共に、安定した品質精度を確保し、更に強度設定を容易にする。
【解決手段】ラックハウジング４２とは別体に形成したボス部４３を、このラックハウジング４２に固定する。また、ラックハウジング４２に対してボス部４３を固定するために、ラックハウジング４２をラック軸方向に見て、ラック軸Ａｒと平行で且つピニオン軸Ａｐと直角な第１の固定面４５と、ラック軸Ａｒと平行で且つピニオン軸Ａｐと平行な第２の固定面４６とを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に関するものである。

前方衝突時の衝撃荷重を吸収することを目的として、ラックアンドピニオンのギヤボックスを、所定値以上の荷重が作用するときに、車体との取付け部から破断させようとする設計要求がある（特許文献１参照）。
特開２００１−１６３２４８号公報

ところで、ラックアンドピニオンのラックハウジングは、鋳造によって形成され、車体に固定するためのボス部も併せて一体形成されることが多い。ピニオン軸は、通常、ラック軸に対して傾けて配置しており、図５に示すように、ピニオン軸と、ラック軸と、ボス部の車体への取付け面とを、非平行・非直角となるように、三次元で複雑に配置すると、ラックハウジングを鋳造する際の型割りが複雑になるので、コストが増大してしまう。特に、電動パワーステアリングの採用により、ラックハウジングにウォームギヤを収容する構造では、さらに型割りが複雑になってしまい、鋳造欠陥が生じる可能性もある。また、自動車部品のように大量生産する場合、ダイカストによって鋳造することになるが、この方式では、型割りが複雑になるほど、引け巣やブローホール等の欠陥が生じやすい。

そして、前述した従来技術のように、前方衝突時に、ラックハウジングをボス部から破断させようとする設計要求がある場合には、先ずラックハウジング自体の十分な強度を確保した上で、所定値以上の荷重に応じてボス部で確実に破断させなければならない。すなわち、構造上の強度を、下限値と上限値の間に設定しなければならず、安定した品質精度を確保できないと、このような設計要求を満たすことが難しい。
本発明の課題は、ラックハウジングの鋳造性を向上させることにより、低コスト化を実現すると共に、安定した品質精度を確保し、更に強度設定を容易にすることにある。

本発明の請求項１に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ピニオン軸及びラック軸を内装し鋳造されるラックハウジングを車体に取付けるようにしたラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、前記ラックハウジングとは別体に形成した車体への取付け部を、当該ラックハウジングに固定したことを特徴とする。
本発明の請求項２に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置は、前記ラックハウジング及び前記取付け部は、当該ラックハウジングをラック軸方向に見て、前記ラック軸と平行で且つ前記ピニオン軸と直角な第１の固定面、及び前記ラック軸と平行で且つ前記ピニオン軸と平行な第２の固定面のうち、少なくとも一方を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項３に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置は、電動モータによって、前記ピニオン軸又は前記ラック軸に操舵補助力を伝達する操舵補助機構を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ラックハウジングとは別体に形成した車体への取付け部を、このラックハウジングに固定することで、鋳造する際の型割りが複雑になることを回避し、ラックハウジングの鋳造性を向上させることができる。すなわち、ラックハウジングと取付け部との固定面を、ラックハウジングをラック軸方向に見て、ラック軸と平行で且つピニオン軸と直角に配置したり、又はラック軸と平行で且つピニオン軸と平行に配置したりして、ラックハウジングの鋳造性を向上させるときに、低コスト化を実現すると共に、安定した品質精度を確保し、更に強度設定を容易することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ピニオンタイプの電動パワーステアリング装置を搭載したステアリング装置の全体図であり、図２は、ステアリングギヤの断面図であり、図３は、ラックハウジングの正面図、及び側面図である。
図１に示すように、ステアリング装置１では、ステアリングホイール２をステアリングシャフト３の一端に連結しており、ステアリングシャフト３は、ステアリングコラム４によって回転自在に保持されている。ステアリングシャフト３の他端は、ユニバーサルジョイント５を介して中間シャフト６の上端に連結され、中間シャフト６の下端は、ユニバーサルジョイント７を介してステアリングギヤ８におけるインプットシャフト９の上端に連結される。ステアリングギヤ８では、インプットシャフト９から入力される回転運動を電動モータ１０によって助勢し、その回転運動を後述するラック１１の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換する。ラック１１の両端は、夫々、左右のタイロッド１２に連結され、ラック１１の進退に応じてタイロッド１２を押したり引いたりすることで、車輪が操向される。

図２に示すように、ステアリングギヤ８では、ハウジング２１の内部で、インプットシャフト９を、トーションバー２２を介してアウトプットシャフト２３に連結している。インプットシャフト９は、略円筒状に形成され、トーションバー２２は、このインプットシャフト９に挿通された状態で、上端側がインプットシャフト９に連結され、下端側がアウトプットシャフト２３に連結される。インプットシャフト９は、軸受２４によって軸支され、アウトプットシャフト２３は、軸受２５、２６によって軸支される。

インプットシャフト９の外周面に対向する位置には、トルクセンサ３１を設置する。このトルクセンサ３１は、運転者からの操舵トルクに応じてトーションバー２２が捩じられるときの、インプットシャフト９とアウトプットシャフト２３との相対角変位を検出し、これに基づいて操舵トルクを検出している。
アウトプットシャフト２３には、操舵補助機構３２を設けている。この操舵補助機構３２は、アウトプットシャフト２３の上部に結合したウォームホイール３３と、このウォームホイール３３に噛合すると共に、モータ回転軸１０ａに結合されたウォーム３４と、で構成される。すなわち、電動モータ１０の回転トルクで、アウトプットシャフト２３の回転を助勢することにより、操舵補助力を付与することができる。

アウトプットシャフト２３の下部には、ピニオン３５を形成し、このピニオン３５に対して、ラック１１を噛合させている。ラック１１の噛合部分の背面には、このラック１１をピニオン３５の側に付勢すると共に、バックラッシュを調整可能なラックガイド３６を設けている。
ハウジング２１は、上段のセンサハウジング４１と下段のラックハウジング４２とに分割可能で、図３に示すように、ラックハウジング４２には、上端が開口したピニオン収容部４２ｐと、このピニオン収容部４２ｐと交差するように連接され車幅方向に延在するラック収容部４２ｒと、このラック収容部４２ｒとピニオン収容部４２ｐとが交差する位置に突設されたラックガイド収容部４２ｇとが形成される。

ラック収容部４２ｒの両端側の下面には、夫々、略水平方向に突出する取付け部としてのボス部４３を、ボルト４４によって固定してあり、このボス部４３を車体（サスペンションメンバや車体フレーム）に結合することで、ラックハウジング４２を車体に取付ける。ラック収容部４２ｒとボス部４３とは、ボス部４３の谷角をラック収容部４２ｒの山角に係合（当接）させ、位置決めした状態で、ボルト４４によって固定してあり、ラックハウジング４２をラック軸方向に見て、ラック軸Ａｒと平行で且つピニオン軸Ａｐと直角な第１の固定面４５と、ラック軸Ａｒと平行で且つピニオン軸Ａｐと平行な第２の固定面４６と、を有している。一方、ラックハウジング４２をラック軸方向に見て、ボス部４３における車体への取付け面４７は、ピニオン軸Ａｐと非平行・非直角に配置されている。

次に、本発明の作用効果について説明する。
本実施形態では、ラックハウジング４２とは別体に形成したボス部４３を、このラックハウジング４２に固定した。また、ラックハウジング４２に対してボス部４３を固定するために、ラックハウジング４２をラック軸方向に見て、ラック軸Ａｒと平行で且つピニオン軸Ａｐと直角な第１の固定面４５と、ラック軸Ａｒと平行で且つピニオン軸Ａｐと平行な第２の固定面４６とを形成した。このように、ラックハウジング４２の形状において、ピニオンＡｐと平行又は直角な面を増加させることで、ラックハウジング４２を鋳造する際の型割りが複雑になることを回避し、その鋳造性を向上させることができる。したがって、低コスト化を実現すると共に、安定した品質精度を確保することができる。

また、前方衝突時にラックハウジング４２をボス部４３で破断させようとする設計要求があれば、ラックハウジング４２については単に必要とされる強度を確保し、これとは別に、ボス部４３が所定値以上の荷重を受けたときだけ破断するように設定すればよい。このように、ラックハウジング４２とボス部４３とを別体で形成することで、強度設定を容易にすることが可能になる。

ボス部４３は、アルミダイカストで製造しなくとも、例えば、下記の１〜３の工法を採用してもよく、これらによれば、材料の強度特性が安定するので、所定値以上の荷重を受けたときだけ破断させようとする設計要求を満たしやすくなる。ちなみに、下記の２や３の工法は、大型になるほどコストが増大するので、一般には、ラックハウジング４２ほどの大きさの製品には採用しにくいが、ボス部４３ほどの小さな製品であれば、採用しやすくなる。
１．鉄板のプレス成形
２．アルミの引抜きや鍛造素材からの削り出し
３．真空引きダイカストや酸素置換ダイカスト

また、ラックハウジング４２にウォームホイール３３も収容するような構造では、さらに型割りが複雑になり、鋳造欠陥が生じる可能性が高まるので、型割りの複雑化を回避できる本発明が有効である。また、大量生産に適したダイカスト方式では、型割りが複雑になるほど、引け巣やブローホール等の欠陥が生じやすいので、型割りの複雑化を回避できる本発明が有効である。

なお、上記の実施形態では、ラックハウジング４２とボス部４３とを、２つの固定面４５、４６によって固定しているが、これに限定されるものではなく、何れか一方（例えばボルト止めしていない第２の固定面４６）を省略してもよい。但し、ボス部４３をボルト４４で二点止めするなどして、位置決めをする必要がある。
また、上記の実施形態では、ラックハウジング４２とボス部４３とを、ボルト４４によって固定しているが、これに限定されるものではなく、溶接やリベット結合など、他の如何なる手法を採用してもよい。

また、上記の実施形態では、ステアリングギヤ８に電動モータ１０を配置し、ピニオン３５に操舵補助力を付与するピニオンタイプの電動パワーステアリング装置を搭載しているが、これに限定されるものではない。すなわち、図４に示すように、ステアリングコラム４に電動モータ１０を配置し、ステアリングシャフト３に操舵補助力を付与するコラムタイプの電動パワーステアリング装置を搭載していても、本発明を適用できる。したがって、ステアリングギヤ８に操舵補助機構３２を含まない構成であってもよい。

ピニオンタイプの電動パワーステアリング装置を搭載したステアリング装置の全体図である。ステアリングギヤの断面図である。ラックハウジングの正面図、及び側面図である。コラムタイプの電動パワーステアリング装置を搭載したステアリング装置の全体図である。従来のラックハウジングの正面図、及び側面図である。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、８…ステアリングギヤ、９…インプットシャフト、１０…電動モータ、１１…ラック、１２…タイロッド、２１…ハウジング、２２…トーションバー、２３…アウトプットシャフト、３１…トルクセンサ、３２…操舵補助機構、３３…ウォームホイール、３４…ウォーム、３５…ピニオン、３６…ラックガイド、４１…センサハウジング、４２…ラックハウジング、４２ｐ…ピニオン収容部、４２ｒ…ラック収容部、４２ｇ…ラックガイド収容部、４３…ボス部、４４…ボルト、４５…第１の固定面、４６…第２の固定面、４７…取付け面、Ａｒ…ラック軸、Ａｐ…ピニオン軸

Claims

ピニオン軸及びラック軸を内装し鋳造されるラックハウジングを車体に取付けるようにしたラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、
前記ラックハウジングとは別体に形成した車体への取付け部を、当該ラックハウジングに固定したことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
前記ラックハウジング及び前記取付け部は、当該ラックハウジングをラック軸方向に見て、前記ラック軸と平行で且つ前記ピニオン軸と直角な第１の固定面、及び前記ラック軸と平行で且つ前記ピニオン軸と平行な第２の固定面のうち、少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
電動モータによって、前記ピニオン軸又は前記ラック軸に操舵補助力を伝達する操舵補助機構を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。