JP2009184573A - 車両用ステアリング装置のラックハウジング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング部材のマウント部の回転方向位相、さらには鉄管部材に取り付けられるブラケット部材のマウント部とハウジング部材のマウント部の回転方向位相を、容易に位相合せできるようにしたステアリング装置のラックハウジング構造を提供する。
【解決手段】ステアリングシャフト下端のピニオンと噛合し、かつ、端部が転舵機構に連結されるラック軸１を有する車両用ステアリング装置のラックハウジング構造において、ラック軸１を囲包する筒体を中央の鉄管部材５と、その両端に連結されるハウジング部材３，４とで構成し、鉄管部材５の外径面に軸方向に伸びる凸部９を形成し、鉄管部材５の外径面と係合するハウジング部材３，４の内径面に鉄管部材５の凸部９と係合する凹部１０を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ステアリング装置において、ステアリングシャフトの下端に連結されるピニオン軸およびこれと噛合するラック軸を囲包するラックハウジング構造に関する。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ステアリングホイールの操作により、ステアリングシャフト下端のピニオンを介してラック軸を左右に摺動させ、このラック軸の動きを左右の転舵装置に伝達して車輪を左右に操向する。

前記ラック軸はラック・ピニオンケースとしてのハウジング部材内に収容、軸支され、ハウジング部材は車体のサスペンションメンバー等にハウジング部材のマウント部によって固定される。通常は前記ハウジング部材はアルミダイカストで製造されるが、ラック軸は長尺部材であるため、前記ハウジング部材も長大となりがちで、特に油圧式あるいは電動式のパワーステアリング装置では、油圧シリンダや電動機のウォーム減速機等の機構部分も同じハウジング部材内に収容されるため、ハウジング部材は大形かつ複雑な形状となる。

このように大形化、複雑化したハウジング部材をダイカスト製とすると、鋳造品質が低下し易く、またダイカスト装置も大形となり、製造コストの上昇をきたす。また、一体のハウジング部材では車体前部の設置スペースの上からも設計自由度が確保しにくい。

このような問題を解決するため、特許文献１に示すように、ハウジング部材を左右に２分割し、これをねじ継手で連結した構造のもの、あるいは特許文献２に示すように、左右に分割したハウジング部材の間に鉄系の中空部材を配置し、この鉄系中空部材とハウジング部材の端部どうしを圧入によって連結したステアリング装置のギヤハウジング構造も開示されている。
特開平１０−３３８１５０号公報 特開２００５−９６５９１号公報

上述した従来のステアリング装置で２分割したハウジング部材をねじ継手によって連結したものは、ねじ継手を形成する加工が複雑であり、コスト高となる問題がある。

また、特許文献２に示すギヤハウジング構造は、アルミダイカストのハウジング部材を小形化でき、その中間部分の鉄管部材は外径を小さくしても充分な強度を確保できる利点はあるものの、左右のハウジング部材の回転方向の位置合せをする手段が無いため、ハウジング組立時の左右のマウント部の取付面（車体への取付面）を位相合せする工程や、この取付面をハウジング組立後に加工して面精度を出す工程が増え、これがコスト上昇につながるという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑み、車体への結合部として用いるハウジング部材のマウント部の回転方向位相、さらには鉄管部材に取り付けられるブラケット部材のマウント部と前記ハウジング部材のマウント部の回転方向位相を、容易に位相合せできるようにしたステアリング装置のラックハウジング構造を提供することにある。

本発明はまた、前記ハウジング部材と前記鉄管部材との回り止め、軸方向の抜け止め、および前記鉄管部材に対する前記ブラケット部材の軸方向位置決めを確実に行えるステアリング装置のラックハウジング構造を提供することにある。

この目的を達成するために本発明は、ステアリングシャフト下端のピニオンと噛合し、かつ、端部が転舵機構に連結されるラック軸を有する車両用ステアリング装置のラックハウジング構造において、前記ラック軸を囲包する筒体を中央の鉄管部材と、その両端に連結されるハウジング部材とで構成し、前記鉄管部材の外径面に軸方向に伸びる凸部を形成し、前記鉄管部材の外径面と係合する前記ハウジング部材の内径面に前記凸部と係合する凹部を形成したものである。
好適には、前記鉄管部材の端部近傍部分に前記凸部を除去した円筒部分を形成し、前記円筒部分と前記ハウジング部材との間にシール部を形成してある。
また、好適には、前記シール部は液体状のシール部である。
また、好適には、前記ハウジング部材の端部内径部に第２の凹部を形成し、前記鉄管部材の端部を部分的に塑性変形させて前記第２の凹部に係合させ、この係合部を前記ハウジング部材と前記鉄管部材の軸方向抜止め手段とする。

本発明はまた、請求項１に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造において、前記鉄管部材の外周部に車体取付け用のブラケット部材を設け、前記ブラケット部材の内径面に前記鉄管部材の前記凸部と係合する凹部を形成したことを特徴とするものである。
好適には、前記ブラケット部材の端部位置で前記鉄管部材を部分的に塑性変形させ、この塑性変形部を前記鉄管部材に対する前記ブラケット部材の軸方向位置決め・抜止め部とする。
また、好適には、前記鉄管部材の前記凸部で前記ブラケット部材と係合する部分を、前記凸部で前記ハウジング部材と係合する部分と異なる大きさに形成し、前記凸部を軸方向に段付き形状とする。
また、好適には、前記鉄管部材に形成される凸部はハイドロフォーミングで成形された凸部である。

本発明によれば、ハウジング部材の鋳造品質の向上が図られるとともに、前記ハウジング部材と前記鉄管部材との回転方向位置合せ、前記鉄管部材と前記ブラケットとの回転方向位置合せ、さらには、これらの部材間の軸方向抜け止め、および軸方向位置決めを確実に行える。

以下、本発明に係る車両用ステアリング装置のラックハウジング構造について、最適な実施の形態を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る車両用ステアリング装置のラックハウジング構造を示す側面図、図２は図１のＡ−Ａ線拡大縦断面図である。また、図３は図２のＢ−Ｂ線横断面図、図４は図２のＣ−Ｃ線横断面図、図５は図２のＴ−Ｔ線横断面図である。この実施形態はラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置に本発明を適用した例であるが、本発明は勿論このような形態のものに限定されるものではなく、ラックアンドピニオン式油圧アシストステアリング装置、あるいはラックアンドピニオン式マニュアルステアリング装置にも同様に適用可能である。

図１，図２を参照すれば、図示しないステアリングシャフトの下端に連結されたピニオン軸２のピニオン（図示省略）にラック軸１が噛合している。ステアリングシャフトの上端には図示しないステアリングホイールが連結されている。ラック軸１の両端には、それぞれ、図示しない球面継手を介して図示しないタイロッドが連結されている。タイロッドには図示しないナックルアームを介して図示しない車輪が連結されている。球面継手とタイロッドとナックルアームと車輪とで転舵機構を構成している。このような構成なので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、図示しないステアリングホイールの操作により、図示しないステアリングシャフト下端のピニオン（図示省略）を介してラック軸１を左右に摺動させ、このラック軸１の動きを左右の転舵機構に伝達して車輪を操向するようになっている。
ラック軸１の一方の端部が第１のハウジング部材３によって囲包され、ラック軸１の他方の端部が第２のハウジング部材４によって囲包されている。第１のハウジング部材３は、電動アシスト部の電動機１５の出力軸に連結されるギヤ機構部（図示せず）およびピニオン軸２のハウジングを兼ねた構成となっており、かつ、これら第１，第２の両ハウジング部材３，４ともアルミダイカストで製作されている。

第１，第２のハウジング部材３，４は鉄管部材５によって連結されている。ラック軸１は第１，第２のハウジング部材３，４および鉄管部材５の内部を貫通して伸び、かつ両ハウジング部材内の軸受６（一方のみを示す）によって軸方向に摺動可能に軸支されている。なお、鉄管部材５はその両端部が両ハウジング部材３，４の端部内に嵌入される形態で両ハウジング部材間に連結される。また、第１，第２のハウジング部材３，４にはそれぞれ車体の所定箇所に取り付けるためのマウント部７，８が形成されている。

この実施形態１では、第１，第２のハウジング部材３，４の各端部と鉄管部材５との連結部は両ハウジング部材３，４について同様であるため、一方のハウジング部材（第１のハウジング部材３）側について説明する。

図２および図４を参照すれば、鉄管部材５の外周には軸方向に伸びる一対の凸部９が形成され、また第１のハウジング部材３の端部には鉄管部材５の各凸部９と係合する第１の凹部１０が設けられている。両側のハウジング部材３，４の凹部１０と各ハウジング部材３，４に設けられるマウント部７，８の車体取付面とは互いに位置関係が定められており、したがって、鉄管部材５の凸部９と両ハウジング部材３，４の凹部１０を合わせるようにして両部材３，４を連結することにより、車体の取付部に対する両側のハウジング部材３，４の各マウント部７，８の回転方向位相位置が整合される。また、鉄管部材５とハウジング部材３，４のそれぞれ凸部９と凹部１０との係合により、鉄管部材５とハウジング部材３，４の回り止めがなされる。

鉄管部材５に形成される凸部は、例えば液圧を利用した絞り成形加工、いわゆるハイドロフォーミングで成形するのがよい。以下の実施形態２〜４においても同様である。

図２および図５に示すように、第１のハウジング部材３の端面開口部材に露呈した凹部位置よりも奥側の内径部に、周方向に第２の凹部１１が設けられ、また、鉄管部材５の先端を３箇所部分的に塑性変形させて塑性変形部１２を形成し、第１のハウジング部材３に鉄管部材５を挿入し、前記第２の凹部１１にこの塑性変形部１２を係合させる。これによって、第１のハウジング部材３と鉄管部材５相互の軸方向抜け止めがなされる。

さらに、図２および図３に示すように、第１のハウジング部材３の端部内径部に、かつ、前記第１の凹部１０と前記第２の凹部１１との間の位置に、凹部のない円筒部１３を一定の長さにわたって形成し、また、鉄管部材５の端部の塑性変形部１２に隣接した位置で鉄管部材５の凸部９を除去して鉄管部材側にも円筒部を形成し、第１のハウジング部材３の円筒部１３に形成した環状のシール溝にシール部材１４を装填し、これによって鉄管部材５と第１のハウジング部材３との間にシール部を構成する。この構成によって鉄管部材５とハウジング部材３間のシール構造が簡単に得られる。シール部材１４として液体状のシール材、例えば液体パッキンを用いることにより、シール部が一層簡単になる。

実施形態１では、鉄管部材５の端部に第１のハウジング部材３の第２の凹部１１と係合する塑性変形部１２を形成したが、第２の凹部１１とシール部との位置を変え、鉄管部材５の端部に対応する位置のハウジング部材内径部に凹部のない円筒部を形成し、この部分にシール溝を形成して鉄管部材５に対するシール部とし、このシール部とハウジング部材端面に露呈する回転方向位相決め用凹部１０との間に鉄管部材５の塑性変形部と係合する第２の凹部を形成するようにしてもよい。

以上は第１のハウジング部材３と鉄管部材５の一端部との係合について述べたが、第２のハウジング部材４と鉄管部材５の他端部との係合構造についても同様に構成される。

（実施形態２）
図６は本発明の実施形態２に係る車両用ステアリング装置のラックハウジング構造を示す側面図、図７は図６のＤ−Ｄ線拡大縦断面図である。また、図８は図７のＥ−Ｅ線拡大横断面図である。実施形態２においても鉄管部材５の端部および第１，第２のハウジング部材３，４の構成は実施形態１と同様であり、鉄管部材５には軸方向に伸びる凸部９が形成され、第１，第２のハウジング部材３，４の内径部には、その端部開口に隣接して、この凸部９と係合する第１の凹部１０および鉄管部材５の端部の塑性変形によって係合する第２の凹部１１が形成され、さらに、これらの第１，第２の凹部１０，１１の間の中間位置にシール部材１４が設けられている。

実施形態２では、鉄管部材５の軸方向中途部位置にブラケット部材１６が設けられている。ブラケット部材１６の側部には鉄管部材５を車体に取り付けるためのマウント部１７が設けられている。ブラケット部材１６の内径部には、図８に明示される如く、鉄管部材５の凸部９と係合する凹部１８が形成されている。

鉄管部材５の凸部９と、第１，第２のハウジング部材３，４の凹部１０およびブラケット部材１６の凹部１８とを係合させることにより、両ハウジング部材３，４のマウント部７，８とブラケット部材１６のマウント部１７の回転方向位相位置の位置決めがなされるとともに、第１のハウジング部材３、鉄管部材５、ブラケット部材１６および第２のハウジング部材４相互間の回り止めがなされる。この状態で、ステアリング装置のラックハウジング構造体を車体に取り付ける際の、車体に対する各マウント部７，８，１７の位置が定まり、従来のように取り付けに際しての各マウント部の位置調整やマウント部の取付面の面出し加工等の工程が不要となり、ハウジング構造体の組み立てがきわめて容易となる。

（実施形態３）
図９は本発明の実施形態３に係る車両用ステアリング装置のラックハウジング構造を示した図であり、図９（ａ）は鉄管部材５とこれに装着されるブラケット部材１６の側面図、同図（ｂ）は図９（ａ）のＦ−Ｆ線縦断面図、同図（ｃ）は図９（ａ）のＧ−Ｇ線横断面図、同図（ｄ）は図９（ａ）のＨ−Ｈ線横断面図である。実施形態３では、図９（ｄ）に示すように、鉄管部材５の外径部には軸方向に伸びる３本の凸部９が形成され、ブラケット部材１６の内径部にはこれらの凸部９と係合する３個の凹部１９が形成され、これによって鉄管部材５に対するブラケット部材１６の回転方向位置が決まり、したがって車体に対するマウント部１７の取付面１７ａの位置が確定される。

図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブラケット部材１６の両端部位置に隣接して、鉄管部材５に凸状の塑性変形部２０が形成されている。ブラケット部材１６はこれらの凸状塑性変形部２０によって両端側から挟み込まれる形態となり、これによってブラケット部材１６の軸方向抜け止めがなされる。塑性変形部２０は、ブラケット部材１６の両端側でそれぞれ鉄管部材５の外径部に１箇所あるいは複数箇所に形成される（図示の実施形態３では図９（ｃ）の如く周方向等間隔に３箇所設けられている）。

図１０（ａ）〜（ｃ）および図１１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図９に示す実施形態３の変形例１，２を示した図であって、図１０（ａ）は変形例１に係る鉄管部材５およびブラケット部材１６の側面図、同図（ｂ）は図１０（ａ）のＪ−Ｊ線縦断面図、同図（ｃ）は図１０（ａ）のＫ−Ｋ線横断面図である。この変形例１ではブラケット部材１６の両端部位置に隣接して鉄管部材５の外周部に部分的な平坦状の窪み変形部２１が形成され、これをブラケット部材１６の軸方向抜け止め用の塑性変形部としている。鉄管部材５の外周部にこのような窪み変形部２１が形成されることにより、変形部２１の一部が外周部の外側へ盛り上がる形態となり、これによってブラケット部材１６の軸方向の抜け出しが阻止される。

図１１（ａ）は実施形態３の変形例２に係る鉄管部材５およびブラケット部材１６の側面図、同図（ｂ）は図１１（ａ）のＬ−Ｌ線縦断面図、同図（ｃ）は図１１（ａ）のＭ−Ｍ線横断面図である。この変形例２では、鉄管部材５の軸方向に伸びる３本の凸部９の位置で、かつ、ブラケット部材１６の両端部に隣接して図１１（ｃ）に示すような角形の塑性変形部２２が形成され、この塑性変形部２２の角部がブラケット部材１６の端部１６ａと係合することにより、ブラケット部材１６の軸方向抜け止めの機能がもたらされる。

なお、このような塑性変形部は図９〜図１１に示す形状のものに限定されるものでなく、鉄管部材外径部の部分的な変形によってブラケット部材を軸方向に拘束するものであればよい。

（実施形態４）
図１２は本発明の実施形態４に係るステアリング装置のラックハウジング構造の側面図であり、図１３は図１２のＮ−Ｎ線拡大縦断面図である。また、図１４（ａ）は図１２のＱ部の拡大側面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＲ−Ｒ線横断面図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）のＳ−Ｓ線横断面図である。鉄管部材５の両端部の凸部９および塑性変形部１２、およびこれらと係合する第１，第２のハウジング部材３，４の内径凹部１０，１１は、図１および図６の実施形態１，２と同様であり、また第１，第２のハウジング部材３，４と鉄管部材５の両端部との間に設けられるシール部の構成も実施形態１，２と同様である。

実施形態４では、鉄管部材５に形成される軸方向に伸びる凸部は、鉄管部材５に取り付けられるブラケット部材１６の部分で大きさが他の部分の凸部９と異なっている。

具体的には、図１３に明示されるように、ブラケット部材１６の凹部１８と係合する鉄管部材５の凸部２３はハウジング部材３，４と係合する凸部９よりも径方向の高さが大となっており、したがって、軸方向に伸びる凸部２３はブラケット部材１６の位置で段付き形状に形成されている。

鉄管部材５の凸部９，２３と、第１，第２のハウジング部材３，４およびブラケット部材１６の凹部１８との係合により、それぞれのマウント部７，８，１７の回転方向位相決めがなされ、かつ、これらの部材間の回り止めがなされることは実施形態１，２と同様であるが、実施形態４においては鉄管部材５の凸部９をブラケット部材１６の位置で形状の大きい凸部２３とし、この凸部２３と係合するブラケット部材１６の凹部１８も大とすることにより、組み立て時に鉄管部材５の塗膜の剥れが最小限に抑えられる。

組み立ての際は、ブラケット部材１６の内径部に鉄管部材５を片端部から軸方向に挿入するが、鉄管部材５のブラケット部材装着位置（鉄管部材５の軸方向中途位置）以外の部分の凸部９は大きさが小さくなっており、したがって、この部分ではブラケット部材１６の内径部に強く擦られることがなく、挿入の際に鉄管部材５が傷付いたり、表面の塗装が剥れ落たりするのが防止される。

実施形態４においても、実施形態３で説明したのと同様に、ブラケット部材１６の装着後、ブラケット部材１６の両端部位置で鉄管部材５の外周部に肉盛り状の塑性変形部２５が形成され（図１３）、これによってブラケット部材１６の軸方向の抜け止めがなされる。なお、図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、鉄管部材５の軸方向凸部９は周方向等間隔に３個設けられ、塑性変形部２５も、ブラケット部材１６の両端部に接して、それぞれ周方向等間隔に３個設けられているが（図１４（ｂ））、これらの個数は必ずしも３個である必要はなく、場合によっては１〜２個であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、ステアリングシャフト下端のピニオンと噛合し、かつ、端部が転舵機構に連結されるラック軸１を有する車両用ステアリング装置のラックハウジング構造において、ラック軸１を囲包する筒体を中央の鉄管部材５と、その両端に連結されるハウジング部材３，４とで構成し、前記鉄管部材５の外径面に軸方向に伸びる凸部９を形成し、鉄管部材５の外径面と係合するハウジング部材３，４の内径面に鉄管部材５の凸部９と係合する凹部１０を形成したので、ハウジング部材３，４が短小化され、これらのハウジング部材をダイカスト製とした場合に、鋳造品質の向上が図られるとともに、ハウジング部材３，４と鉄管部材５との回転方向位置合せが容易となる。

また、鉄管部材５に車体取付用のブラケット部材を設けた場合にも、ブラケット部材の内径部に鉄管部の凸部と係合する凹部を形成することで、同様にハウジング部とブラケット部の回転方向位置合せが容易となり、従来のようにハウジング組立時の左右のマウント部の取付面（車体への取付面）を位相合せする工程や、この取付面をハウジング組立後に加工して面精度を出す工程が増えるのが避けられ、製造コストの低減がもたらされる。

本発明の実施形態１に係る車両用ステアリング装置のラックハウジング構造を示す側面図である。 図１のＡ−Ａ線拡大縦断面図である。 図２のＢ−Ｂ線横断面図である。 図２のＣ−Ｃ線横断面図である。 図２のＴ−Ｔ線横断面図である。 本発明の実施形態２に係る車両用ステアリング装置のラックハウジング構造を示す側面図である。 図６のＤ−Ｄ線拡大縦断面図である。 図７のＥ−Ｅ線拡大横断面図である。 本発明の実施形態３に係る車両用ステアリング装置のラックハウジング構造を示した図である。 図９に示す実施形態３の変形例１を示した図である。 図９に示す実施形態３の変形例２を示した図である。 本発明の実施形態４に係るステアリング装置のラックハウジング構造の側面図である。 図１２のＮ−Ｎ線拡大縦断面図である。 図１２のＱ部の拡大側面部および拡大横断面図である。

符号の説明

１ ラック軸
３ 第１のハウジング部材
４ 第２のハウジング部材
５ 鉄管部材
７，８，１７ マウント部
９，２３ 凸部
１０，１１，１８，１９ 凹部
１２，２０，２２，２５ 塑性変形部
１３ 円筒部
１４ シール部材
１６ ブラケット部材

Claims (8)

1. ステアリングシャフト下端のピニオンと噛合し、かつ、端部が転舵機構に連結されるラック軸を有する車両用ステアリング装置のラックハウジング構造において、
   前記ラック軸を囲包する筒体を中央の鉄管部材と、その両端に連結されるハウジング部材とで構成し、前記鉄管部材の外径面に軸方向に伸びる凸部を形成し、前記鉄管部材の外径面と係合する前記ハウジング部材の内径面に前記凸部と係合する凹部を形成したことを特徴とする車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。
2. 前記鉄管部材の端部近傍部分に前記凸部を除去した円筒部分を形成し、前記円筒部分と前記ハウジング部材との間にシール部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。
3. 前記シール部は液体状のシール部であることを特徴とする請求項２に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。
4. 前記ハウジング部材の端部内径部に第２の凹部を形成し、前記鉄管部材の端部を部分的に塑性変形させて前記第２の凹部に係合させ、この係合部を前記ハウジング部材と前記鉄管部材の軸方向抜止め手段とすることを特徴とする請求項１〜３に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。
5. 前記鉄管部材の外周部に車体取付け用のブラケット部材を設け、前記ブラケット部材の内径面に前記鉄管部材の前記凸部と係合する凹部を形成したことを特徴とする請求項１〜４に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。
6. 前記ブラケット部材の端部位置で前記鉄管部材を部分的に塑性変形させ、この塑性変形部を前記鉄管部材に対する前記ブラケット部材の軸方向位置決め・抜止め部とすることを特徴とする請求項５に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。
7. 前記鉄管部材の前記凸部で前記ブラケット部材と係合する部分を、前記凸部で前記ハウジング部材と係合する部分と異なる大きさに形成し、前記凸部を軸方向に段付き形状とすることを特徴とする請求項５または６に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。
8. 前記鉄管部材に形成される凸部はハイドロフォーミングで成形された凸部であることを特徴とする請求項１〜７に記載の車両用ステアリング装置のラックハウジング構造。

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