JP2017124640A - 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

Abstract

【課題】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構造を実現する。
【解決手段】アルミニウム系合金等の軽合金をダイキャスト成形する事で造られるハウジング１０ａを構成する主収容部１１ａと副収容部１２ａとに掛け渡す状態で、平板部２５と、この平板部２５の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た補強部２６とから成る、断面Ｌ字形で、正面視略三角形状の補強リブ２４を設ける。
【選択図】図１

Description

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を構成するハウジングの改良に関する。

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１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に伝達し、この入力軸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）に舵角を付与する様にしている。尚、図示の例は、電動モータ８を補助動力源として前記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、前記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、これらに就いては、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。

前記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、前記ステアリングギヤユニット５は、ハウジング１０と、前記ラック軸９と、ピニオン軸である入力軸６とを備える。このうちのハウジング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。このうちの主収容部１１は、長さ方向両端が開口した円筒状である。又、前記副収容部１２は、この主収容部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たもので、この主収容部１１の中心軸と前記副収容部１２の中心軸とは互いに捩れの位置関係にある。又、この主収容部１１の内部空間とこの副収容部１２の内部空間とは互いに連通している。即ち、この副収容部１２の中間部後側（図１０の上側、図１１の下側）が、前記主収容部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。又、前記シリンダ部１３は、前記主収容部１１の長さ方向一端寄り部分の後側部分に設けられたもので、前端部をこの主収容部１１の内部空間に連通させている。この様なハウジング１０は、この主収容部１１の外周面のうちで長さ方向に離隔した２箇所位置に固設した１対の取付フランジ１４、１４を挿通したボルト若しくはスタッドにより、車体（フレーム）に対し支持固定する。

又、前記ラック軸９は、長さ方向の一端寄り部分の前側面にラック歯１５を形成したもので、このラック歯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。この様なラック軸９の長さ方向他端（図９〜１１の右端）寄り部分は、前記主収容部１１との間に設置した滑り軸受１６により、この主収容部１１の内側に、軸方向の変位を可能に支持している。この状態で、前記ラック軸９の両端部を、前記主収容部１１の長さ方向両端開口から突出させている。

又、前記入力軸６は、先端部に設けたピニオン歯１７と前記ラック歯１５とを噛合させると共に、基端部を前記副収容部１２の上端部に設けた開口部から前記ハウジング１０外に突出させた状態で、この副収容部１２に回転可能に支持している。又、前記シリンダ部１３内に押圧ブロック１８を嵌装し、更に、このシリンダ部１３の後側開口部に螺着した蓋体１９とこの押圧ブロック１８との間にばね２０を設けて、この押圧ブロック１８を前記ラック軸９に向け弾性的に押圧している。これにより、このラック軸９を前記ピニオン歯１７に向け弾性的に押圧して、このピニオン歯１７と前記ラック歯１５との噛合部のバックラッシを解消すると共に、前記ラック軸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、前記ラック歯１５と前記ピニオン歯１７との噛合部での動力伝達に伴って前記ラック軸９に加わる、前記入力軸６から離れる方向の力に拘わらず、前記噛合部の噛合状態を適正に維持できる様にしている。

又、前記両タイロッド７、７の基端部は、前記ラック軸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。これら両球面継手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。又、前記両タイロッド７、７の先端部は、それぞれの先端部に支持したスタッド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、これら各スタッド２３、２３の先端部にナットを螺合させる事により、揺動変位を可能に結合している。尚、前記ラック軸９は、前記ピニオン歯１７と前記ラック歯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、前記ステアリングホイール１の操作により前記入力軸６を回転させると、前記ピニオン歯１７と前記ラック歯１５との噛合に基づいて、前記ラック軸９が軸方向に変位する。そして、このラック軸９の長さ方向両端部に結合した、前記両タイロッド７、７を押し引きして前記両ナックルアームを揺動変位させ、これら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り回転自在に支持された前記両操舵輪に、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、前記主収容部１１に対する前記副収容部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、前記ステアリングギヤユニット５の作動時に、前記入力軸６の回転に伴って、この入力軸６及び前記ラック軸９には、前記ピニオン歯１７と前記ラック歯１５との噛合部に作用する離反力に基づき、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、前記電動モータ８による補助動力を前記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、前記噛合部に作用する離反力が大きくなって、前記入力軸６及び前記ラック軸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。この入力軸６に加わった力は、この入力軸６を回転自在に支持した軸受を介して前記副収容部１２に加わり、前記ラック軸９に加わった力は、前記滑り軸受１６及び押圧ブロック１８を介して前記主収容部１１に加わる。又、前記ステアリングギヤユニット５の作動時に、前記ラック軸９の直線運動に伴って、前記入力軸６には、前記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、前記軸受を介して前記副収容部１２に加わると、この副収容部１２が前記主収容部１１に対し左右方向（この主収容部１１の長さ方向）に倒れる傾向になる。従って、この主収容部１１に対する前記副収容部１２の剛性をより向上させる事が、前記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、前記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、前記主収容部１１に対する前記副収容部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、この主収容部の中心軸及びこの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、前記特許文献１〜２に記載の構造の場合、前記主収容部に対する前記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、前記特許文献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、この主収容部の中心軸に対して傾斜させた補強リブを設け、前記主収容部に対する前記取付フランジの、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、この主収容部の外周面のうち、径方向に関して前記副収容部の反対側部分にはシリンダ部が存在する為、前記特許文献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 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。
このうちの主収容部は、両端が開口した筒状で、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、且つ、このラック軸の両端部を両端開口から突出させた状態で収納する。
又、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、一部をこの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。
又、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於いては、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、この平板部の側面からこの平板部の板厚方向（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から構成される。

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、請求項２に記載した発明の様に、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、好ましくは請求項３に記載した発明の様に、前記補強部を、前記平板部に対し直角に設ける。
又、好ましくは請求項４に記載した発明の様に、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、好ましくは請求項５に記載した発明の様に、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、好ましくは請求項６に記載した発明の様に、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前記主収容部及び前記副収容部に加わる力に拘わらず、前記ステアリングギヤユニットの耐久性の向上を図る事できる。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。

本発明の実施の形態の１例を示す斜視図。 同じく、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。 同じく平面図。 同じく図３の下方から見た状態を示す背面図。 図４のａ−ａ断面図（Ａ）と、（Ａ）のｂ部拡大図（Ｂ）。 図２のｃ矢視図。 補強部の形状の別の３例を示す、図５の（Ｂ）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１例を示す部分切断側面図。 従来構造の１例を示す、部分切断正面図。 同じく、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、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例を含めて、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。

本例のハウジング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もので、前記主収容部１１ａと、前記副収容部１２ａと、シリンダ部１３とを備える。このうちの主収容部１１ａは、長さ方向両端が開口した円筒状である。又、前記副収容部１２ａは、この主収容部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たもので、前記主収容部１１ａの中心軸と前記副収容部１２ａの中心軸とは捩れの位置関係にある。又、この副収容部１２ａの中間部後側（図３の下側、図５、６の右側）は、前記主収容部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。又、前記シリンダ部１３は、前記主収容部１１ａの長さ方向一端寄り部分の後側部分に設けられたもので、前端部をこの主収容部１１ａの内部空間に連通させている。この様なハウジング１０ａは、この主収容部１１ａの外周面のうちで長さ方向に離隔した２箇所位置に固設した１対の取付フランジ１４、１４を挿通したボルト若しくはスタッドにより、車体に対し支持固定する。

更に、本例の場合、前記主収容部１１ａの外周面と前記副収容部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前記補強リブ２４を設けている。この補強リブ２４は、平板部２５と、補強部２６とを備える。このうちの平板部２５は、その厚さ寸法が一定であり、前記主収容部１１ａの外周面と前記副収容部１２ａの外周面との間部分で、これら主収容部１１ａと副収容部１２ａとの中心軸同士の成す角度が鈍角となる側の間部分に掛け渡す状態で、この主収容部１１ａの中心軸及びこの副収容部１２ａの中心軸と平行に設けられている。別な言い方をすれば、前記平板部２５は、前記主収容部１１ａの外周面からこの副収容部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、前記平板部２５の前記主収容部１１ａの外周面からの高さ寸法は、前記副収容部１２ａに近付くに従って高くなっている。又、前記補強部２６は、前記平板部２５の先端縁（上端部の側面、図５の上端縁）の全体に、この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。又、前記補強部２６の厚さ寸法は、前記平板部２５の厚さ寸法よりも、例えば１．２〜２倍程度大きい。但し、図７の（Ａ）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。又、図７の（Ｂ）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。或いは、図７の（Ｃ）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、この平板部２５に対し直角に設ける事もできる。又、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、これら平板部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る。何れにしても、本例の場合、前記補強部２６の両端を、前記主収容部１１ａの外周面及び前記副収容部１２ａの外周面に連結している。又、本例の場合、前記補強部２６の厚さ及び突出量（平板部２５の側面からの突出量）を、この平板部２５の全長に亙り一定としているが、前記補強部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例のハウジング１０ａによれば、前記主収容部１１ａの外周面と前記副収容部１２ａの外周面との間に掛け渡す状態で前記補強リブ２４を設けている為、前記主収容部１１ａに対する前記副収容部１２ａの剛性を十分確保する事ができる。特に本例の場合、前記補強リブ２４（平板部２５）を正面視略三角形状としている為、前記副収容部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。更に本例の場合、前記平板部２５を正面視略三角形状とする事に加え、この平板部２５の先端縁から折れ曲がった状態で前記補強部２６を設ける事で、前記補強リブ２４のうち、前記副収容部１２ａが幅方向に倒れる方向に変形する際に支点となる、前記主収容部１１ａとこの副収容部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、前記平板部２５の板厚を徒に厚くする事なく、前記副収容部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、前記ハウジング５の重量の増大を抑えられる。

又、前記副収容部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、両端を前記主収容部１１ａの外周面及びこの副収容部１２ａの外周面に連結した前記補強部２６が、これら主収容部１１ａと副収容部１２ａとの間で突っ張る。特に本例の場合には、この補強部２６の一端を前記副収容部１２ａの外周面のうちで、前記接合部（点Ｐ）から十分に離れた位置（高い位置）に連結すると共に、この補強部２６の他端を前記主収容部１１ａの外周面のうち前記接合部（点Ｐ）から十分に離れた位置に連結している。従って、この副収容部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、前記補強リブ２４は、前記ハウジング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。前記補強リブ２４をダイキャスト成形で一体に造る場合にも、例えばこの補強リブ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。

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、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、且つ、このラック軸の両端部を両端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、この主収容部の中心軸に対し捩れの位置に存在し、一部をこの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に於いて、
   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、この平板部の側面からこの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から構成されている事を特徴と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１〜２のうちの何れか１項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１〜３のうちの何れか１項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１〜４のうちの何れか１項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１〜５のうちの何れか１項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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