JP2009264451A - Rack bar and steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のパワーステアリング装置等に使用されるラック&ピニオンギアに用いられるラックバー及びこのラックバーが組み込まれたステアリング装置に関し、特に製造時における測定精度を向上できるものに関する。 The present invention relates to a rack bar used in a rack and pinion gear used in a power steering apparatus of an automobile and the like, and a steering apparatus in which the rack bar is incorporated, and particularly relates to an apparatus capable of improving measurement accuracy during manufacturing.
車両を操舵するためのステアリング装置は、ステアリングシャフト側のピニオンギヤと、左右の車輪を接続するタイロッド側に、ラックが形成されたラックバーとを備えており、これらピニオンギヤとラックにより、ハンドルから伝達される回転操舵力をギヤボックスで左右の横力に変換してこれを車輪に伝達し、キングピン回りの回動力を車輪に作用させるようになっている(例えば、特許文献1参照)。 A steering device for steering a vehicle includes a pinion gear on the steering shaft side and a rack bar in which a rack is formed on the tie rod side that connects the left and right wheels, and is transmitted from the handle by the pinion gear and the rack. The rotational steering force is converted into a lateral force on the left and right by a gear box and transmitted to the wheel, and the turning force around the kingpin is applied to the wheel (see, for example, Patent Document 1).
なお、ステアリング装置のステアリングギア比(ハンドル回転角/タイヤ切れ角)は、ラックバーの歯部Lの間隔及び形状等によって定まる比ストローク特性に依存している(例えば、特許文献2参照)。例えば、図12に示すように、ラックバーのストローク中央付近では、ピニオン回転角に対し比ストロークを低めに設定することで、ハンドルの中央付近ではタイヤの切れ角の変化を少ないものとして直進時のふらつきを防止している。このとき、比ストローク特性はストローク中央部付近において緩やかに変化するVGR領域とするのが一般的である。 Note that the steering gear ratio (steering wheel rotation angle / tire cutting angle) of the steering device depends on a specific stroke characteristic determined by the interval and shape of the tooth portion L of the rack bar (for example, see Patent Document 2). For example, as shown in FIG. 12, by setting the specific stroke lower than the pinion rotation angle near the center of the rack bar stroke, the change in the tire turning angle is reduced near the center of the steering wheel when traveling straight. Prevents wandering. At this time, the specific stroke characteristic is generally a VGR region that gradually changes near the center of the stroke.
一方、ラックバーを製造する際には、歯部Lが設計通りの寸法を有しているか否かを図13に示すように、ピンQを歯部に置いて調べるオーバーピン寸法測定が行われている。
上述したラックバーでは、次のような問題があった。すなわち、オーバーピン寸法測定を行う際に、上述したストローク中央部付近にVGR領域を有する歯部Lにおいては、その側面が曲面Sに形成され、ピンQを歯部に載置しても安定させることが困難である。このため、正確な歯部の寸法測定を行えないという問題があった。 The rack bar described above has the following problems. That is, when measuring the overpin dimension, the side surface of the tooth portion L having the VGR region in the vicinity of the central portion of the stroke described above is formed on the curved surface S, and is stable even when the pin Q is placed on the tooth portion. Is difficult. For this reason, there existed a problem that the dimension measurement of a tooth part could not be performed correctly.
そこで本発明は、ストローク中央部付近の比ストローク特性をストローク両端側より小さくした場合であっても、オーバーピン寸法測定を高精度に行うことができるとともに、直進時の操舵性を安定させることができるラックバー及びステアリング装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention can measure the overpin dimensions with high accuracy even when the specific stroke characteristics in the vicinity of the center of the stroke are made smaller than both ends of the stroke, and can stabilize the steering performance during straight travel. An object of the present invention is to provide a rack bar and a steering device that can be used.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のラックバー及びステアリング装置は次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the rack bar and the steering device of the present invention are configured as follows.
ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、軸部と、この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し異なって形成されるとともに、中央部を挟む所定領域で一定値に形成されていることを特徴とする。 A rack bar meshed with a pinion gear, comprising: a shaft portion; and a rack tooth forming portion provided on the shaft portion, wherein a plurality of tooth portions meshing with the pinion gear are arranged side by side along the axial direction. The tooth portion of the tooth forming portion is formed such that the ratio between the rotation angle of the pinion gear and the movement distance of the shaft portion is different at both ends in the axial direction with respect to the center portion, and is constant in a predetermined region sandwiching the center portion It is formed into a value.
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、このステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、前記ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、前記ラックバーは、軸部と、この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し異なって形成されるとともに、中央部を挟む所定領域で一定値に形成されていることを特徴とする。 A steering shaft coupled to a steering member, a pinion shaft coupled to the steering shaft and having a pinion gear at a tip thereof, and a rack bar meshed with the pinion gear, the rack bar including a shaft portion A rack tooth forming portion provided on the shaft portion and meshing with the pinion gear and arranged in parallel along the axial direction, and the tooth portion of the rack tooth forming portion has a rotation angle of the pinion gear. And the moving distance of the shaft portion are formed such that both end sides in the axial direction are different from the center portion, and are formed at a constant value in a predetermined region sandwiching the center portion.
本発明によれば、ストローク中央部付近の比ストローク特性をストローク両端側より小さくした場合であっても、オーバーピン寸法測定を高精度に行うことが可能となるとともに、直進時の操舵性を安定させることができる。 According to the present invention, even when the specific stroke characteristic near the center of the stroke is made smaller than both end sides of the stroke, it is possible to measure the overpin dimensions with high accuracy and to stabilize the steering performance during straight traveling. Can be made.
図1は本発明の一実施の形態に係るラックバー20が組み込まれたステアリング装置10を示す斜視図、図2はラックバー20を示す平面図、図3はラックバー20の比ストローク特性を示す説明図、図4はラックバー20の要部を模式的に示す説明図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a
ステアリング装置10は、ハンドル(操舵部材)11に連結されたステアリングシャフト12と、ステアリングシャフト12に連結されるとともに、先端にピニオンギア13aを有するピニオン軸13と、ピニオンギア13aに噛み合わされるラックバー20とを備えている。ラックバー20はさらにタイロッド30、30を介して前車輪WR、WLに接続されている。
The
ラックバー20は、中実あるいは中空丸棒から形成された軸部21と、この軸部21の中央に設けられたラック歯形成部22と、軸部21の両端側に設けられ、ラック歯形成部22の外径と異なる外径を有するロッド部23とを備えている。
The
ラック歯形成部22は、ピニオンギア13aと噛み合う複数の歯部22aが軸方向Cに沿って並設されている。歯部22aは、図3に示すように、所定の比ストローク特性を有する間隔で配置されている。
In the rack
比ストローク特性は、ストローク中央部Kよりもストローク両端側が大きく形成されている。特に、ストローク中央部Kを歯部22aと歯部22aとの谷部の底部とし、ピニオン軸13の回転角0°とした場合、−45°以上45°以下の所定領域は一定(CGR領域)としている。なお、所定領域の範囲は、ピニオンギア13aの歯数(ピニオン歯数)によって決まり、例えばピニオン歯数が8枚の場合は360°/8となり、45°としている。
The specific stroke characteristics are formed such that both end sides of the stroke are larger than the stroke center K. In particular, when the stroke center K is the bottom of the valley between the
このようにピニオン歯数が8枚の場合は、α°を360°/8枚=45°としているが、通常はピニオン歯数は5〜12枚程度であるため、所定領域の範囲は−45°以上45°以下に限定されるものではない。具体的には、ピニオン歯数が8枚以下のとき−α°以上α°以下とし、9枚以上の場合は余裕をみて−45°以上45°以下の範囲とすることが好ましい。 Thus, when the number of pinion teeth is 8, α ° is set to 360 ° / 8 sheets = 45 °. However, since the number of pinion teeth is normally about 5 to 12, the range of the predetermined region is −45. The angle is not limited to not less than 45 ° and not more than 45 °. Specifically, when the number of pinion teeth is 8 or less, it is preferably −α ° or more and α ° or less, and when it is 9 or more, it is preferably in the range of −45 ° or more and 45 ° or less with a margin.
したがって、図4に示すように、ストローク中央部K付近の歯部22aの側面Eが平面状となる。一方、オーバーピン寸法測定を行う場合、円柱状のピンQを隣接する歯部22aの間の谷部に載置することになる。このとき、ピンQの外周面は歯部22aの側面Eに当接することになるため、安定に載置することができる。したがって、オーバーピン寸法測定を高精度に行うことができる。
Therefore, as shown in FIG. 4, the side surface E of the
一方、比ストローク特性がストローク中央部Kの領域では一定(CGR領域)としているため、ハンドルの切れ角と前車輪WR、WLとの切れ角とが一定関係にあり、直進時の操舵性を安定させることができ、違和感を感じさせない。 On the other hand, since the specific stroke characteristic is constant in the region of the stroke center K (CGR region), the turning angle of the steering wheel and the turning angle of the front wheels WR and WL are in a constant relationship, and the steering performance during straight traveling is stable. You can make it feel uncomfortable.
図5〜図7は、上述したラックバー20の製造工程の一例を示す図である。図5は芯金110を示す側面図、図6は芯金110が用いられる中空ラックバー製造装置200を示す要部断面図である。なお、図7中Pは鉄製のパイプ(中空素材)を示している。また、図8中110Aは、芯金110と同じ構成の芯金を示している。パイプPは上述したラックバー20として用いられるものである。
5-7 is a figure which shows an example of the manufacturing process of the
芯金110は、半円形状の棒材111を備えている。棒材111は、最初にパイプPに挿入される圧入方向の先端側に位置する先端部112と、駆動装置に連結された基端部113とを備えている。
The
この棒材111には、上面は全体としては平坦であるが、棒材111の軸方向に沿って3つの突起部121,122,123が一体に設けられた平坦部111aが形成されている。一方、棒材111は平坦部111aと反対側に位置する背面側でパイプPの内周面と密接しており、鍛造工程中はバイプPの内周面との密接を維持しながらパイプPの軸方向における直線移動が可能である。また、パイプPの中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有している。すなわち、後述するように、パイプPの上面が平坦化され、平坦部Paが形成された後であっても円滑に移動できるような大きさに形成されている。棒材111の突起部121〜123とは反対側に位置する背面側には、パイプPを中空ラックバーとして用いる場合に、外周面側から案内するための案内部材との摺動面に対応する範囲Q(軸を中心にして120〜150°)にわたって外周押圧面114が形成されている。
The
各突起部121〜123は、緩やかなテーパ状の案内面が形成されており、成形時の流動抵抗に関わらず芯金110のスムーズな動きが得られるようになっている。
Each of the
次に、この芯金110を用いる中空ラックバー製造装置200の構成について説明する。中空ラックバー製造装置200は、鉄製パイプPを保持する下型210及び上型220とを備えている。中空ラックバー製造装置200は、下型210及び上型220に保持されたパイプPの内部空洞に芯金110を圧入させることによりパイプPの肉を後述する歯型230に向けて内径側から張出させることで中空のラックバー20を製造する装置である。
Next, the structure of the hollow rack
下型210は横断面において半円形の内周面211を備え、この半円形の内周面211にパイプPが載置される。上型220はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型230を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプPの上面における所定長さの部位に歯型230の凹凸に応じてラックを形成することができる。
The
このように構成された中空ラックバー製造装置200及び芯金110,110Aを用いてパイプPの鍛造加工を行う。
The pipe P is forged using the hollow rack
予め、別の型を用いて中央部を中凹状に平潰し、中凹の半円形状としたパイプPを用意する。このパイプPを上型220及び下型210間に保持し、パイプPの平坦部Paが歯型230に当接させる。
A pipe P is prepared in advance by using another mold and flattening the central part into a central concave shape. The pipe P is held between the
この状態においてパイプPに対する芯金110の圧入が開始される。芯金110はその先端112よりパイプPの中空部に導入される。そして、テーパ状の案内面を介して最初の突起部121がパイプPの平坦部Paの内側面に作用し、パイプPの肉は歯型230の歯形に向けて張出される。そして、芯金110の圧入が続けられることにより順次突起部122,123による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。次に、後退方向に芯金110を移動する。続いて、芯金110Aを圧入することで、交互に圧入鍛造を行う。このとき、芯金110,110Aには、外周押圧面114が形成されているため、パイプPの下側の面は、R形状が作りこまれていく。
In this state, press-fitting of the
なお、この後、同様にして、突起部の突出量を僅かに大きくした芯金110を用いて圧入鍛造を行う。以降、同様にして芯金110のサイズを少しずつ大きく変えつつ、所定の工程を繰り返すことで、最終的な加工が完了する。最終的に、芯金110の高さは芯金圧入によりパイプPの肉が歯型230の凹凸に対応して十分に張出されたラックの転写鍛造を完了する。
In addition, after that, press-forging is performed in the same manner using the cored
図8〜図11は、同ラックバーの製造工程の別の例を示す図である。図8は芯金セットの1つである短尺型の芯金110Bを示す側面図、図9〜図11は同芯金セットを用いる中空ラックバー製造装置300を示す図である。図9は金型及び芯金ホルダまわりを芯金が挟持された状態、図10は金型及び芯金ホルダまわりを芯金受け渡し状態、図11は金型及び芯金ホルダまわりを芯金の圧入が完了した状態で示している。図11において、図8と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
8-11 is a figure which shows another example of the manufacturing process of the rack bar. FIG. 8 is a side view showing a short-
芯金110Bの棒材111の長さは、後述する歯型313の歯部の長さの半分以下と短い。
The length of the
中空ラックバーの製造装置300は、金型310、複数の芯金110Bのセットを収納する芯金ホルダ320、第1の芯金押棒330、第2の芯金押棒340、及び芯金ガイド350等を備えている。
The hollow rack
金型310は、鉄製パイプ材Pを保持する下型311及び上型312とを備えている。下型311は横断面において半円形の内周面311aを備え、この半円形の内周面311aにパイプ材Pが載置される。上型312はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型313を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプ材Pの上面における所定長さの部位に歯型313の凹凸に応じてラックを形成することができる。
The
芯金ホルダ320は、金型310の片側、例えば図9〜図11において金型310の右隣にのみ配置されている。図9〜図11に示すように芯金ホルダ320は複数の保持孔321を有している。これらの保持孔321はパイプ材Pが延びる方向に芯金ホルダ320を貫通していて、その内部に芯金110Bが個別に収容されている。収容された芯金110Bは、金型310に対する適正な姿勢で、かつ、不用意に脱落しないように図示しない板ばね等により保持されるようになっている。芯金ホルダ320に支持された各芯金110Bは、金型310に対して第1の芯金押棒330が挿脱される側に位置されている。
The
芯金ホルダ320はホルダ駆動部(不図示)により移動される。この駆動が行われるたびに、複数の保持孔321の内の一つが順次選択されて互いに合わさったパイプ材Pの一端に対向される。そのため、芯金ホルダ320に支持された芯金110Bを順次パイプ材P内に出し入れすることが可能である。このために、ホルダ駆動部で芯金ホルダ320を図9〜図11中上下方向(縦方向)に一定ピッチずつ移動させている。しかし、これに代えて、横方向(図9〜図11を描いた紙面の表裏方向)に移動させてもよい。或いは、芯金ホルダー320を回転可能に設けて、ホルダー駆動部で所定角度ずつ回転させることもできる。
The cored
第1の芯金押棒330の先端側は、金型310に保持されたパイプ材Pに対して挿脱自在に形成されている。その際、芯金110Bを伴って金型310に保持されたパイプ材Pに挿入される。なお、図9〜図11中符号360は管状の押棒ガイドを示している。
The tip end side of the first cored
第2の芯金押棒340の先端側は、金型310に保持されたパイプ材Pに対して挿脱自在に形成されている。
The tip end side of the second cored
図9〜図11に示すように芯金ガイド350は、金型310と芯金ホルダ320との間に、かつ、金型310に寄せて配置されている。この芯金ガイド350は、金属等からなりその厚み方向に貫通した通孔351を有している。通孔351は金型310に保持されたパイプ材Pの中空部に連通されている。
As shown in FIGS. 9 to 11, the
次に、以上の構成の中空ラックバー製造装置300を用いて中空のラックバーを製造する手順を説明する。セットされたパイプ材Pは金型310内に配置され、パイプ材Pの他端側は金型310から突出される。又、型締めによって、下型311及び上型312とで挟持されるとともに、平坦部Paに歯型313が当接される。
Next, a procedure for manufacturing a hollow rack bar using the hollow rack
このセット作業の前又は後に、芯金ホルダ320を動作させて、それに収容された複数の芯金110Bの内の一つを、芯金ガイド350の通孔351に対向した状態に保持する。これとともに、通孔351に対向した芯金110Bの右端に第1の芯金押棒330の先端を係合させる。
Before or after this setting operation, the cored
次に、第2の芯金押棒340がパイプ材P内に挿入され、第2の芯金押棒340の先端がパイプ材P及び芯金ガイド350の通孔351を挿通して、この通孔351に対向している芯金ホルダ320内の芯金110Bの左端に当たるようになる。したがって、通孔351内の芯金110Bがその軸方向両端からこれら両端に接した第1の芯金押棒330と第2の芯金押棒340とで挟持される。
Next, the second metal
この後、第1の芯金押棒330が、芯金ホルダ320の保持孔321及び芯金ガイド350の通孔351を通って、図10に示すように金型310に保持されたパイプ材P内に挿入される。
Thereafter, the first cored
この時、芯金110Bは、第1の芯金押棒330と第2の芯金押棒340とで挟持された状態のままで、第1の芯金押棒330により押圧されてパイプ材P内に圧入される。この圧入により、芯金110Bの突起部121〜123による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。芯金110Bの圧入は、図11に示すように芯金110Bが平坦部Paから抜けきらない状態で終了する。
At this time, the
次に、第1の芯金押棒330が引き戻される。この時、第2の芯金押棒340が芯金ホルダ320に向けて移動される。これにより、芯金110Bは、この芯金110Bの両端に接した第1の芯金押棒330と第2の芯金押棒340とで挟持された状態のまま、第2の芯金押棒340により押圧されてパイプ材P及び芯金ガイド350の通孔351を通って芯金ホルダ320に内に押し戻される。この場合にも、芯金110Bの突起部121〜123による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。
Next, the first cored
この後、芯金ホルダ320を動かして、次に突起部の突起量が大きい芯金110B及びこれが収容された保持孔321を芯金ガイド350の通孔351を通してパイプ材Pの開口部に対向させる。
Thereafter, the
そして、次に使用する芯金110Bを挟持した状態とした後に、同様にして、芯金110Bは、第1の芯金押棒330と第2の芯金押棒340とで挟持された状態のままで、第1の芯金押棒330により押圧されてパイプ材P内に圧入し、一往復させる。こうした手順を順次繰り返すことによって、パイプ材Pに金型310の歯型313に対応したラックを有した中空のラックバー20を製造する。
Then, after the
最後に、使用した最後の芯金110Bを芯金ホルダ320に戻した後に、第2の芯金押棒340をパイプ材Pから抜出してから、金型310を開く。
Finally, after returning the last used
上述したように、本発明の実施の形態に係るラックバー20においては、直進安定性を向上させるために、ストローク中央部K付近の比ストローク特性をストローク両端側より小さくした場合であっても、オーバーピン寸法測定を高精度に行うことが可能であるとともに、とともに、直進時の操舵性を安定させることができる。
As described above, in the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述したストローク中央部Kは、−45°〜45°の範囲としたが、α=360°/ピニオン歯数の条件を満たす場合には、−55°〜55°の範囲としてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the stroke center K described above is in the range of −45 ° to 45 °, but may be in the range of −55 ° to 55 ° when the condition of α = 360 ° / number of pinion teeth is satisfied. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
10…ステアリング装置、11…ハンドル(操舵部材)、13…ピニオン軸、13a…ピニオンギア、20…ラックバー、21…軸部、22…ラック歯形成部、22a…歯部、23…ロッド部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
軸部と、
この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、
前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し異なって形成されるとともに、中央部を挟む所定領域で一定値に形成されていることを特徴とするラックバー。 In the rack bar meshed with the pinion gear,
The shaft,
A rack tooth forming portion provided on the shaft portion and having a plurality of tooth portions meshing with the pinion gear arranged in parallel along the axial direction,
The tooth portion of the rack tooth forming portion is formed with a ratio between the rotation angle of the pinion gear and the moving distance of the shaft portion, the both ends in the axial direction being different from the center portion, and a predetermined region sandwiching the center portion The rack bar is characterized by being formed with a constant value.
このステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、
前記ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、
前記ラックバーは、軸部と、
この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、
前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し異なって形成されるとともに、中央部を挟む所定領域で一定値に形成されていることを特徴とするステアリング装置。 A steering shaft coupled to the steering member;
A pinion shaft connected to the steering shaft and having a pinion gear at the tip,
A rack bar meshed with the pinion gear,
The rack bar includes a shaft portion,
A rack tooth forming portion provided on the shaft portion and having a plurality of tooth portions meshing with the pinion gear arranged in parallel along the axial direction,
The tooth portion of the rack tooth forming portion is formed with a ratio between the rotation angle of the pinion gear and the moving distance of the shaft portion, the both ends in the axial direction being different from the center portion, and a predetermined region sandwiching the center portion A steering device characterized by being formed at a constant value.
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