JP4083596B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、車両用パワーステアリング装置に関し、とりわけ、操舵力伝達用ギヤを収容するギヤハウジングとアシスト用パワーシリンダのシリンダ筒との連結部を改良したパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に用いられるパワーステアリング装置として、ラック・アンド・ピニオン等の操舵力伝達用ギヤを収容するギヤハウジングに、パワーシリンダの別体のシリンダ筒を連結したのものがある。
【０００３】
このようなパワーシリンダ装置においては、ギヤハウジングのパワーシリンダ連結部に、円筒壁とこの円筒壁に略直交する突き当て壁とが設けられ、突き当て壁に先端面を当接させるようにして円筒壁の外周にシリンダ筒が嵌着固定されている。また、前記の円筒壁とシリンダ筒との嵌合部においては、円筒壁と突き当て壁との連接コーナに応力が集中し易いため、その連接コーナにはできる限り大きいアール形状を形成するようにしている（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−２２１５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のパワーステアリング装置においては、シリンダ筒が薄肉であることから円筒壁と突き当て壁の間のアール形状の曲率半径を充分に大きくできず、応力集中の緩和に限界があることが問題となっている。
【０００６】
即ち、ギヤハウジングに対するシリンダ筒の位置決め精度を確保するためには、シリンダ壁の先端面を突き当て壁に平面で突き当てなければならないが、ギヤハウジング側のアール形状部の曲率半径を大きくしていくと、シリンダ筒の先端面の平坦部分を狭めなくてはならなくなる。このため、従来の装置においては、シリンダ筒の先端面の確保との兼ね合いにより、アール形状部の曲率半径の増大に限界が生じていた。
【０００７】
そこでこの出願の発明は、ギヤハウジングに対するシリンダ筒の位置決め精度の低下を招くことなく、円筒壁と突き当て壁との連接部分の応力集中を充分に緩和することのできるパワーステアリング装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、この出願の発明は、ギヤハウジングの筒状壁に、先端側の外周一般面から突き当て壁の外周方向に向かって緩やかに湾曲する第１アール形状部と、筒状壁の外周一般面よりも径方向外側位置で前記第１アール形状部と突き当て壁を接続するステップ状の接続面と、を設け、前記突き当て壁と接続面の間に、前記第１アール形状部よりも曲率半径の小さい第２アール形状部を設けるようにした。
【０００９】
この発明の場合、大きな曲率半径をもつ第１アール形状部と、この第１アール形状部よりも径方向外側に位置されて小さな曲率半径をもつ第２アール形状部とによって二段のアール形状部が形成され、筒状壁と突き当て壁がこの二段のアール形状部を通して接続されているため、各アール形状部の曲率半径と軸直径（アール形状部の径方向の高さ）の適切な設定により、円筒壁の付根部の一部に応力が集中するのを確実に回避することができる。即ち、円筒壁の付根部側に作用する応力は凹状部分の曲率半径と径方向の断面形状によって決定されるが、この出願の発明においては、径方向内側に位置されて断面形状が小さくなる第１アール形状部は曲率半径を大きくし、一方、曲率半径が小くなる第２アール形状部は径方向外側に配置するようにしたため、両アール形状部に作用する応力を全体に小さくすることができる。
【００１０】
また、この発明においては、第１アール形状部と突き当て壁の間にはステップ状の接続面を設けたため、第１アール形状部の曲率半径の増大に拘らず、突き当て壁とそれに対応するシリンダ壁の先端の平坦面を充分に確保することができる。
【００１１】
したがって、この発明によれば、ギヤハウジングに対するシリンダ筒の位置決め精度が低下する不具合を招くことなく、円筒壁と突き当て壁との連接部分の応力集中を確実に回避することができる。
【００１２】
また、前記第１アール形状部は、筒状壁の外周一般面よりも軸心方向に窪ませるようにしても良い。このようにした場合、筒状部の外周一般面付近での径方向外側方向の盛り上がりを少なくすることができるため、シリンダ筒を円筒壁に嵌合する際の干渉を確実に無くすことができる。したがって、組付時の調整をできる限り少なくし、組付作業性を向上させることができる。
【００１３】
また、前記接続面は突き当て壁側に向かって拡径するように傾斜させることが望ましい。この場合、突き当て壁と接続面の成す角度が直角よりも広がるため、第２アール形状部の曲率半径をより大きくして応力集中をさらに緩和することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図２において、１は、この出願の発明にかかるパワーステアリング装置であり、２は、操舵力伝達用ギヤであるラック・アンド・ピニオン３を収容するギヤハウジング、４は、このギヤハウジング２に連結された操舵アシスト用のパワーシリンダである。パワーシリンダ４は、シリンダ本体を成すシリンダ筒５に、油圧によって進退操作されるピストンロッド６が収容され、そのピストンロッド６の一端が前記ラック・アンド・ピニオン３のラックと一体化されている。
【００１６】
ギヤハウジング２には、前記ラック部分を収容するラックガイド部７が延設され、そのラックガイド部７の先端側には、肉厚の膨出部８と、その膨出部８に対して縮径した筒状壁９とが連続して形成され、膨出部８と筒状壁９の間には、筒状壁９に対して直交するように突き当て壁１０（図１参照。）が設けられている。パワーシリンダ４の前記シリンダ筒５は筒状壁９に嵌合された後にかしめ等によって固定されている。
【００１７】
筒状壁９は、図１に示すように先端側の外周一般面１１から突き当て壁１０の外周方向に向かって緩やかに湾曲する第１アール形状部１２を有し、この第１アール形状部１２の端部には、前記外周一般面１１よりも径方向外側位置で第１アール形状部１２と突き当て壁１０とを接続するステップ状の接続面１３が形成されている。この接続面１３と突き当て壁１０の連接部分には、第１アール形状部１２よりも曲率半径の小さい第２アール形状部１４が形成されている。
【００１８】
この実施形態の場合、第１アール形状部１２は外周一般面１１に対して若干軸心方向に窪んで形成されており、接続面１３は、突き当て壁１０の外周端部に向かう第１アール形状部１２の曲面の途中からほぼ軸方向に沿う方向に角度を変えて延出し、テーパ状に緩やかに拡径して突き当て壁１２の付根部に連続している。
【００１９】
また、これに対しシリンダ筒５の先端側の内周縁部にはテーパ状の面取り１５が形成され、シリンダ筒５の先端面１６はシリンダ筒５の外周面に対して直角な平坦面とされている。尚、先端面１６の径方向の幅は面取り１５の分だけ狭まっている。
【００２０】
このパワーステアリング装置１は、以上構成を説明したように筒状壁９の外周一般面１１が曲率半径の大きい第１アール形状部１２と、ステップ状の接続面１３と、曲率半径の小さい第２アール形状部１４を通して突き当て壁１０に接続されているため、筒状壁９と突き当て壁１０の連接部分に作用する応力集中を従来のものに比較して全体に小さく抑えることができる。
【００２１】
以下、この応力集中を全体に小さくすることができる原理について図３，図４を参照して説明する。尚、図３は、この実施形態の筒状壁９と突き当て壁１０の連接部分の形状を実線で示すと同時に、単一のアール形状部を採用した従来のもの（材質はこの実施形態のものと同じ。）の形状を破線で示すものであり、図４は、この実施形態のもの（以下、「対策品」と呼ぶ。）と従来品について、応力と破断回数の関係を、加える繰り返し荷重を変化させて調べた特性図である。
【００２２】
この実施形態の凹状部分の応力σは以下の（１），（２）によって計算することができる。
【００２３】
σ＝（Ｚ₀／Ｚ）×（ｋ／ｋ₀）×ε×Ｅ （１）
Ｚ，Ｚ₀＝π／３２×（Ｄ⁴−ｄ⁴）／Ｄ （２）
ただし、（Ｚ₀／Ｚ）：断面係数比（Ｚ₀：対策品の断面係数，Ｚ：従来品の断面係数），
（ｋ／ｋ₀）：応力集中係数比（ｋ：対策品の応力集中係数，ｋ₀：従来品の応力集中係数），
ε：歪率，
Ｅ：ヤング率，
Ｄ：軸部外径，
ｄ：軸部内径
ここで、上記の（１）式において、断面係数比（Ｚ₀／Ｚ）は対策品の軸部外径Ｄを大きくするほど小さくなり、応力集中係数比（ｋ／ｋ₀）は対策品のアール部分の曲率半径を大きくするほど小さくなる。したがって、この対策品の第１アール形状部１２について着目した場合、断面係数比（Ｚ₀／Ｚ）は従来品よりも小さくなり、応力集中係数比（ｋ／ｋ₀）は従来品よりも大きくなる。しかし、このとき応力σは、断面係数比（Ｚ₀／Ｚ）と応力集中係数比（ｋ／ｋ₀）の積によって決まるため、軸部外径Ｄの減少に対して第１アール形状部１２の曲率半径を充分に大きくすることによって従来品よりも応力σを小さくすることができる。つまり、従来品のアール形状部の応力をσ₁、対策品の第２アール形状部１２の（最小外径部の）応力をσ₃としたときに、σ₁＞σ₃とすることができる。
【００２４】
また、第２アール形状部１４については、第１アール形状部１２に比較して曲率半径は小さいものの、軸部外径Ｄ（接続面１３の付根部の外径）を充分に大きく設定することにより、従来品よりも応力σ₂を小さくすることができる（σ₁＞σ₂）。
【００２５】
尚、この実施形態の場合、第２アール形状部１４の応力σ₂が第１アール形状部１２の応力σ₃と同じ、または、それよりも若干小さくなるように設定されている。即ち、上記の各応力σ₁，σ₂，σ₃の関係は、σ₁＞σ₃≧σ₂となっている。
【００２６】
したがって、対策品と従来品に同一の繰り返し荷重を加えた場合には、図３の特性図に示すように製品が破断に到るまでの繰り返し回数は対策品の方が確実に増加し、対策品の応力集中は大幅に低減される。
【００２７】
この実施形態の装置は、以上のように従来品に対して応力集中を確実に低減できるが、さらに、第１アール形状部１２と第２アール形状部１４の間にステップ状の接続面１３が設けられているため、突き当て壁１０にシリンダ筒５の先端面１６との充分な当接代を確保することができる。このため、シリンダ筒５の先端面１６の平坦部分を充分に大きくし、シリンダ筒５の軸方向の位置決め精度を高めることが可能である。
【００２８】
また、この実施形態においては、接続面１３が突き当て壁１０側に拡径するようにテーパ状に形成されているため、接続面１３をストレートな円筒形状に形成する場合に比較して、第２アール形状部１４の曲率半径をより大きくすることができる。したがって、第２アール形状部１４の曲率半径をより拡大することができる。
【００２９】
また、この実施形態の場合、第１アール形状部１２が、外周一般面１１よりも軸心方向に窪んで形成されているため、筒状壁９の外周一般面１１に近接した位置での径方向外側方向の盛り上がりが少なくなり、その結果、シリンダ筒５を筒状壁９に嵌合する際の干渉をより確実に無くすことができるという利点がある。
【００３０】
ところで、以上説明した筒状壁９から突き当て壁１０にかけては、すべて切削加工等によって表面を仕上げることも可能であるが、以下のように製造を行うことによって第１アール形状部１２の強度をより高めることができる。
【００３１】
まず、図５中の鎖線で示すように、筒状壁９の鋳造時に第１アール形状部１２を予め造形しておき、その後に、その鋳造品の第１アール形状部１２を除く部分の表面に同図の実線で示すように切削加工を施し、それによって外周一般面１１、突き当て壁１０、第２アール形状部１４を夫々筒状壁９部分に精度良く成形する。尚、この実施形態の第２アール形状部１２は軸心方向に窪んだ形状となっているため、前述の切削加工時には、外周一般面１１に対して単純に切削加工を行いさえすれば非切削部として容易に残すことができる。
【００３２】
このようにして製造されたギヤハウジング２は、第１アール形状部１２の表面に硬度の高い鋳肌面が残されるため、第１アール形状部１２の硬度が上がり、製品の破壊強度を高めるうえで非常に有利となる。
【００３３】
次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
【００３４】
（イ） 前記ギヤハウジングを鋳造によって造形し、前記第１アール形状部は鋳肌面をほぼそのまま残し、前記筒状壁から突き当て壁にかけての残余の部分に切削加工を施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
【００３５】
この場合、シリンダ筒が嵌合される円筒壁の外周一般面や、シリンダ筒の先端面が当接する突き当て壁の表面は切削加工によって精度良く加工され、シリンダ壁と接触しない第１アール形状部は硬度の高い鋳肌面が残される。したがって、組付精度の低下を招くことなく、応力の集中し易い第１アール形状部の強度をより高めることができる。
【００３６】
（ロ） 請求項１〜３のいずれかに記載のパワースアリング装置を製造する製造方法において、
前記ギヤハウジングを鋳造によって造形すると共に、このときに前記第１アール形状部を同時に形成し、その後に、この第１アール形状部を残して前記突き当て壁から円筒壁の外周一般面にかけて切削加工を施すことを特徴とするパワーステアリング装置の製造方法。
【００３７】
この製造方法によれば、第１アール形状を切削加工によって成形しない分製造が容易になり、生産効率が高まり、しかも、第１アール形状部の表面には鋳肌面がほぼそのまま残されるため、応力の集中い易い第１アール形状部の強度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の一実施形態を示す図２のＡ部の拡大断面図。
【図２】同実施形態を示す断面図。
【図３】同実施形態の断面形状と従来品の断面形状を模式的に示した図。
【図４】同実施形態と従来例のものについて、応力と破断回数の関係を、加える繰り返し荷重を変化させて調べた特性図。
【図５】同実施形態の加工工程を示す断面図。
【符号の説明】
１…パワーステアリング装置
２…ギヤハウジング
３…ラック・アンド・ピニオン（操舵力伝達用ギヤ）
４…パワーシリンダ
５…シリンダ筒
９…筒状壁
１０…突き当て壁
１１…外周一般面
１２…第１アール形状部
１３…接続面
１４…第２アール形状部

Claims (3)

1. パワーシリンダのピストンロッドに連係された操舵力伝達用ギヤを収容するギヤハウジングに、筒状壁とこの筒状壁に略直交する突き当て壁とが設けられ、パワーシリンダのシリンダ筒が、その先端面を前記突き当て壁に当接させて筒状壁の外周に嵌着固定されて成るパワーステアリング装置において、
   前記筒状壁に、先端側の外周一般面から前記突き当て壁の外周方向に向かって緩やかに湾曲する第１アール形状部と、筒状壁の外周一般面よりも径方向外側位置で前記第１アール形状部と突き当て壁を接続するステップ状の接続面と、を設け、
   前記突き当て壁と接続面の間に、前記第１アール形状部よりも曲率半径の小さい第２アール形状部を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記第１アール形状部を、筒状壁の外周一般面よりも軸心方向に窪ませたことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記接続面を突き当て壁側に向かって拡径するように傾斜させたことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーステアリング装置。

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