JP5527275B2 - ステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明はステアリング装置、特に、ピニオンの回転で往復移動するラック軸を摺動可能に内嵌する中空円筒部を有し、車体フレームに固定されるステアリングギヤを有するステアリング装置に関する。
ラック軸を摺動可能に内嵌するステアリングギヤのハウジングは、ラック軸の軸方向に長く形成され、操舵時に車輪から伝達される操舵反力を受けるため、剛性が大きなアルミニウム合金等の金属を鋳造して一体的に成形されている。
しかし、ラック軸の軸方向に長い形状を有しているため、鋳造が難しく、材料費や加工費が高くなる問題があった。特許文献1のステアリングギヤのハウジングは、車体に取り付けられる左右のマウント部と中間部とに3分割し、左右のマウント部をアルミ系材料で形成し、中間部を鉄系材料で形成して、鋳造と加工を容易にしている。
しかし、特許文献1のステアリングギヤのハウジングは、鋳造と加工は容易になるが、3分割したハウジングが全て金属で形成されているため、材料費が高く、軽量化が難しかった。
特開2005−96591号公報
本発明は、材料費が低減されるとともに軽量化が容易なステアリングギヤのハウジングを有するステアリング装置を提供することを課題とする。
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第1番目の発明は、ステアリングシャフトの下端に取り付けられたピニオンの回転で往復移動するラック軸を摺動可能に内嵌し、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるステアリングギヤ、上記ステアリングギヤのピニオン側端部に形成され、上記ラック軸のピニオン側端部を摺動可能に軸支し、車体フレームに固定可能な金属製のピニオン側ハウジング、上記ステアリングギヤの反ピニオン側端部に形成され、上記ラック軸の反ピニオン側端部を摺動可能に軸支し、車体フレームに固定可能な金属製の反ピニオン側ハウジング、上記ラック軸の中間部を覆う中空円筒部を有し、一端が上記ピニオン側ハウジングに接続され他端が上記反ピニオン側ハウジングに接続された合成樹脂又はゴムで成形された中間筒部を備え、上記ピニオン側ハウジング及び上記反ピニオン側ハウジングのそれぞれには、車体前後方向にそれぞれ突出して車体取り付け用ボス部が形成されているとともに、上記ピニオン側ハウジングにおける前後の車体取り付け用ボス部の取り付け孔を結ぶ線上に、上記ピニオンのピニオン軸が配置されていることを特徴とするステアリング装置である。
番目の発明は、第1番目の発明のステアリング装置において、上記中間筒部が上記ラック軸の軸方向に伸縮可能であることを特徴とするステアリング装置である。
番目の発明は、第1番目の発明のステアリング装置において、上記中間筒部の一端とピニオン側ハウジング、及び中間筒部の他端と反ピニオン側ハウジングとの接続部がバンドで固定されていることを特徴とするステアリング装置である。
番目の発明は、第1番目の発明のステアリング装置において、上記中間筒部の一端とピニオン側ハウジング、及び中間筒部の他端と反ピニオン側ハウジングとの接続部がワイヤーで固定されていることを特徴とするステアリング装置である。
本発明のステアリング装置は、ステアリングギヤのピニオン側端部に形成され、ラック軸のピニオン側端部を摺動可能に軸支し、車体フレームに固定可能な金属製のピニオン側ハウジングと、ステアリングギヤの反ピニオン側端部に形成され、ラック軸の反ピニオン側端部を摺動可能に軸支し、車体フレームに固定可能な金属製の反ピニオン側ハウジングと、ラック軸の中間部を覆う中空円筒部を有し、一端がピニオン側ハウジングに接続され他端が反ピニオン側ハウジングに接続された柔軟性を有する材質で成形された中間筒部を備えている。従って、中間筒部が軽量で弾性を有し、柔軟性があって、伸縮が可能であるため、金属と比較して軽量で材料費が安く、二次加工が不要なため加工費を軽減することができる。
本発明のステアリング装置の全体斜視図である。 本発明の実施例1のステアリング装置のステアリングギヤの要部を示す平面図である。 本発明の実施例2のステアリング装置のステアリングギヤの要部を示す平面図である。 本発明の実施例3のステアリング装置のステアリングギヤの要部を示す平面図である。 本発明の実施例4のステアリング装置のステアリングギヤの要部を示す正面図である。 図5のピニオン軸とラックとの噛み合い部を示す縦断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施例1から実施例4を説明する。
図1は本発明の実施例のステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置の全体斜視図である。図1に示すように、本発明の実施例のコラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール101の操作力を軽減するために、コラム105の中間部に取付けたモータ102の操舵補助力をステアリングシャフトに付与している。そして、ステアリングシャフトの回転を中間シャフト106に伝達し、ピニオン軸107を介してラックピニオン式のステアリングギヤ103のラックを往復移動させ、タイロッド104を介して舵輪を操舵している。
図2は、本発明の実施例1のステアリング装置のステアリングギヤ103の要部を示す平面図である。本発明の実施例1のステアリングギヤ103は、フロントサブフレーム等の図示しない車体フレームに取り付けられている。図2の紙面に直交する手前側が車体上方側、図2の紙面に直交する奥側が車体下方側、図2の左右方向が車体左右方向、図2の上方向が車体前方側、図2の下方向が車体後方側である。
ステアリングギヤ103は、図2の右側のピニオン側ハウジング10、図2の左側の反ピニオン側ハウジング20、ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20を接続する中間筒部30を備えている。ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20はアルミニウム合金等の金属を鋳造して成形されている。
中空円筒状の中間筒部30は、合成樹脂やゴム等の柔軟性を有する非金属製の材料を使用し、射出成形やブロー成型で成形している。合成樹脂やゴムは、軽量で弾性を有し、柔軟性があって、伸縮が可能である。中間筒部30の内周31の右端にピニオン側ハウジング10の左端の円筒部(図示せず)が挿入され、中間筒部30の右端とピニオン側ハウジング10の左端をバンド32で固定している。
また、中間筒部30の内周31の左端に反ピニオン側ハウジング20の右端の円筒部(図示せず)が挿入され、中間筒部30の左端と反ピニオン側ハウジング20の右端をバンド32で固定している。バンド32で中間筒部30の両端を固定することによって、接続部の気密性を保つことができる。バンド32に代えてワイヤーで固定してもよい。
中間筒部30の内周31には、図2の左右方向に摺動可能にラック軸40が内嵌している。ラック軸40の左右両端には、図1のタイロッド104、104が連結され、タイロッド104、104が図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。
ピニオン側ハウジング10には、車体上方側へ突出してピニオン挿入用の円柱状ボス11が一体的に形成され、このピニオン挿入用の円柱状ボス11に挿入されたピニオン軸107の下端には、ラック軸40に噛み合う図示しないピニオンが形成されている。ピニオン軸107の上端は、ステアリングホイール101に連結された図1の中間シャフト106の下端に連結されている。
ピニオン側ハウジング10には、上記円柱状ボス11に隣接して、車体後方側(図2の下方向)へ突出して、ラックガイド挿入用の円柱状ボス12が一体的に形成されている。このラックガイド挿入用の円柱状ボス12には、図示しないラックガイドが挿入されている。ラックガイドは、ラック軸40の背面(ラック歯面と反対側)をローラー等により案内して、ピニオンとの噛み合い時の反力によるラック軸40の変形を防止して、ラック軸40が円滑に摺動するようにしている。
運転者がステアリングホイール101を回転すると、ピニオン軸107のピニオンが回転し、ピニオンの回転に応じて、ラック軸40が左右に摺動して、車輪の操舵角を変えることができる。
ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20には、車体前後方向(図2の上下方向)に突出して、車体取り付け用ボス部13、13、21、21が各々形成されている。車体取り付け用ボス部13、13、21、21には、円形の取り付け孔131、211が車体上下方向(図2の紙面に直交する方向)に各々一箇所形成されている。
取り付け孔131、211に図示しないボルトを挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20は車体フレームにリジッド構造(剛体構造)で取り付けられている。本発明の実施例1の中間筒部30は、柔軟性を有する合成樹脂やゴムで形成されて弾性を有し、柔軟性があるため、車輪からの操舵反力を支持することができない。従って、金属製のピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20を車体フレームにリジッド構造で取り付け、車輪からの操舵反力は、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20が支持する。
本発明の実施例1の中間筒部30は、合成樹脂やゴム等の柔軟性を有する非金属製の材料を使用し、軽量で弾性を有し、柔軟性があって、伸縮が可能である。従って、金属と比較して軽量で材料費が安く、二次加工が不要なため加工費を軽減することができる。なお、他の実施例と同様、ピニオン側ハウジング10にある2つの取り付け孔131を結ぶ線の線上あるいはその近傍にピニオン軸107が配置されている。これによって操舵時のラック、ピニオンからの反力を効果的に受けることができる。
図3は本発明の実施例2のステアリング装置のステアリングギヤの要部を示す平面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。実施例2は実施例1の変形例であって、中間筒部30の両端に蛇腹を形成した例である。
実施例2のステアリングギヤ103は、実施例1と同様に、図3の右側のピニオン側ハウジング10、図3の左側の反ピニオン側ハウジング20、ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20を接続する中間筒部30を備えている。ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20はアルミニウム合金等の金属を鋳造して成形されている。
中空円筒状の中間筒部30は、合成樹脂やゴム等の柔軟性を有する非金属製の材料を使用し、射出成形やブロー成型で成形している。合成樹脂やゴムは、軽量で弾性を有し、柔軟性があって、伸縮が可能である。中間筒部30の右端と左端には、伸縮可能な蛇腹33、33が形成されている。
中間筒部30の内周31の右端にピニオン側ハウジング10の左端の円筒部(図示せず)が挿入され、中間筒部30の右端とピニオン側ハウジング10の左端をバンド32で固定している。また、中間筒部30の内周31の左端に反ピニオン側ハウジング20の右端の円筒部(図示せず)が挿入され、中間筒部30の左端と反ピニオン側ハウジング20の右端をバンド32で固定している。
ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20には、車体前後方向(図3の上下方向)に突出して、車体取り付け用ボス部13、13、21、21が各々形成されている。車体取り付け用ボス部13、13、21、21には、円形の取り付け孔131、211が車体上下方向(図3の紙面に直交する方向)に各々一箇所形成されている。
取り付け孔131、211に図示しないボルトを挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20は車体フレームにリジッド構造(剛体構造)で取り付けられている。本発明の実施例2の中間筒部30の両端には、伸縮可能な蛇腹33、33が形成されている。従って、各部の製造誤差を蛇腹33、33が伸縮して吸収し、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20を車体フレームに取り付ける作業が容易になる。また、蛇腹33、33が伸縮するため、取り付け孔131、211をラック軸40の軸方向に長い長孔にする必要がなく、取り付け孔131、211が単純な丸孔で済む。
図4は本発明の実施例3のステアリング装置のステアリングギヤの要部を示す平面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。実施例3は実施例1の変形例であって、中間筒部30の全長に蛇腹を形成した例である。
実施例3のステアリングギヤ103は、実施例1と同様に、図4の右側のピニオン側ハウジング10、図4の左側の反ピニオン側ハウジング20、ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20を接続する中間筒部30を備えている。ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20はアルミニウム合金等の金属を鋳造して成形されている。
中空円筒状の中間筒部30は、合成樹脂やゴム等の柔軟性を有する非金属製の材料を使用し、射出成形やブロー成型で成形している。合成樹脂やゴムは、軽量で弾性を有し、柔軟性があって、伸縮が可能である。中間筒部30の全長には、伸縮可能な蛇腹34が形成されている。
中間筒部30の内周31の右端にピニオン側ハウジング10の左端の円筒部(図示せず)が挿入され、中間筒部30の右端とピニオン側ハウジング10の左端をバンド32で固定している。また、中間筒部30の内周31の左端に反ピニオン側ハウジング20の右端の円筒部(図示せず)が挿入され、中間筒部30の左端と反ピニオン側ハウジング20の右端をバンド32で固定している。
ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20には、車体前後方向(図4の上下方向)に突出して、車体取り付け用ボス部13、13、21、21が各々形成されている。車体取り付け用ボス部13、13、21、21には、円形の取り付け孔131、211が車体上下方向(図4の紙面に直交する方向)に各々一箇所形成されている。
取り付け孔131、211に図示しないボルトを挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20は車体フレームにリジッド構造(剛体構造)で取り付けられている。本発明の実施例3の中間筒部30の全長には、伸縮可能な蛇腹34が形成されている。従って、ラック軸40の長さが異なるモデルであっても、中間筒部30の全長を柔軟に伸縮させることにより、共通に使用することが可能となる。
図5は本発明の実施例4のステアリング装置のステアリングギヤの要部を示す正面図である。図6は図5のピニオン軸とラックとの噛み合い部を示す縦断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。実施例3は実施例1の変形例であって、ピニオンアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置に適用した例である。
本発明の実施例4のステアリングギヤ103は、図5の上方向が車体上方側、下方向が車体下方側、図5の左右方向が車体左右方向、図5の紙面に直交する方向が車体前後方向である。また、実施例4のステアリングギヤ103は、実施例1と同様に、図5の右側のピニオン側ハウジング10、図5の左側の反ピニオン側ハウジング20、ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20を接続する中間筒部30を備えている。ピニオン側ハウジング10と反ピニオン側ハウジング20はアルミニウム合金等の金属を鋳造して成形されている。
中空円筒状の中間筒部30は、合成樹脂やゴム等の柔軟性を有する非金属製の材料を使用し、射出成形やブロー成型で成形している。合成樹脂やゴムは、軽量で弾性を有し、柔軟性があって、伸縮が可能である。中間筒部30の内周31の右端にピニオン側ハウジング10の左端の円筒部14が挿入され、中間筒部30の右端とピニオン側ハウジング10の左端をバンド32で固定している。
また、中間筒部30の内周31の左端に反ピニオン側ハウジング20の右端の円筒部22が挿入され、中間筒部30の左端と反ピニオン側ハウジング20の右端をバンド32で固定している。バンド32で中間筒部30の両端を固定することによって、接続部の気密性を保つことができる。バンド32に代えてワイヤーで固定してもよい。
中間筒部30の内周31には、図5の左右方向に摺動可能にラック軸40が内嵌している。ラック軸40の左右両端には、タイロッド104、104が連結され、タイロッド104、104が図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。
図6に示すように、ピニオン軸02の下端部がボール軸受031により軸支され、ピニオン軸02の下端部の雄ネジ021には、ロックナット032が螺合されている。このロックナット032によって、ボール軸受031の内輪にピニオン軸02の下端部を固定している。
ボール軸受031の外輪は、ピニオン側ハウジング10の下ギヤボックス041に形成された軸受孔042に圧入されている。この軸受穴042の雌ネジ043に螺合されたエンドカバー033によって、ボール軸受031の外輪が押圧されて、下ギヤボックス041に固定されている。
また、ピニオン軸02の上端部には、ウォーム減速機構05のウォーム053と噛み合うウォームホイール051の芯金052が圧入されている。ウォーム053は、操舵補助用の電動モータ054(図5参照)の出力軸に連結されている。ピニオン軸02は、ウォームホイール051の直下で、ボール軸受034によりラジアル方向が軸支されている。
下ギヤボックス041の上端面に固定された上ギヤボックス044には、中間シャフト106(図1参照)を介してステアリングホイール101に連結された入力軸06が、ボール軸受061によって回転可能に軸支されている。入力軸06にその上端がピン062によって連結されたトーションバー063は、その下端がブッシュ064によって外周を軸支され、ブッシュ064より下方で、ピニオン軸02の上端部に圧入により連結されている。
トーションバー063に作用するトルクを検出するトルクセンサー07は、センサーシャフト部071と、検出コイル073及び074、円筒部材075から構成されている。センサーシャフト部071は入力軸06の下端に形成され、検出コイル073及び074は、上ギヤボックス044の内側に圧入されたヨーク072の内側に配置されている。円筒部材075は、センサーシャフト部071と検出コイのル073及び074の間に配置されている。
この円筒部材075はピニオン軸02の上端に固定され、センサーシャフト部071には軸方向に延びた複数の凸条が円周方向に等間隔に形成されている。円筒部材075には、検出コイル073及び074に対向する位置に、円周方向に等間隔に複数の長方形の窓が形成されている。
ステアリングホイール101を操作して入力軸06が回転すると、その回転力がトーションバー063を介してピニオン軸02に伝達される。この時、舵輪側の抵抗によって、入力軸06とピニオン軸02を連結するトーションバー063に捩れが生じ、センサーシャフト部071の表面の凸条と円筒部材075の窓との間に相対回転が生じる。
この相対回転によって、センサーシャフト部071に発生する磁束が増減し、この磁束の増減を検出コイル073及び074がインンダクタンスの変化として検出して、トーションバー063に作用するトルクを検出し、電動モータ054を駆動してウォーム053を所要の操舵補助力で回転させる。ウォーム053の回転は、ウォームホイール051、ピニオン軸02、ピニオン022を介してラック軸40に伝達され、ラック軸40に連結されタイロッド104、104を介して舵輪の向きを変更する。
ラックガイド08は、ラック軸40の背面にローラ083をアジャストカバー084によって押し付けている。ローラ083は、軸081にニードル軸受082によって回転可能に軸支されている。アジャストカバー084は、皿バネを介してラック軸40の背面にローラ083を押し付けている。これにより、ピニオン022とラック軸40との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック軸40が円滑に移動するようにしている。
図5に示すように、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20には、車体前後方向(図5の紙面に直交する方向)に突出して、車体取り付け用ボス部13、13、21、21が各々形成されている。車体取り付け用ボス部13、13、21、21には、円形の取り付け孔131、211が車体上下方向(図5の上下方向)に各々一箇所形成されている。
取り付け孔131、211に図示しないボルトを挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20は車体フレームにリジッド構造(剛体構造)で取り付けられている。本発明の実施例4の中間筒部30は、合成樹脂やゴムで形成されて弾性を有し、柔軟性があるため、車輪からの操舵反力を支持することができない。従って、金属製のピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20を車体フレームにリジッド構造で取り付け、車輪からの操舵反力は、ピニオン側ハウジング10及び反ピニオン側ハウジング20が支持する。
本発明の実施例4の中間筒部30は、合成樹脂やゴム等の柔軟性を有する非金属製の材料を使用し、軽量で弾性を有し、柔軟性があって、伸縮が可能である。従って、金属と比較して軽量で材料費が安く、二次加工が不要なため加工費を軽減することができる。
上記実施例では、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置、及びピニオンアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置に適用した例について説明したが、マニュアル型ラックピニオン式ステアリング装置に適用してもよい。
02 ピニオン軸
021 雄ネジ
022 ピニオン
031 ボール軸受
032 ロックナット
033 エンドカバー
034 ボール軸受
041 下ギヤボックス
042 軸受孔
043 雌ネジ
044 上ギヤボックス
05 ウォーム減速機構
051 ウォームホイール
052 芯金
053 ウォーム
054 電動モータ
06 入力軸
061 ボール軸受
062 ピン
063 トーションバー
064 ブッシュ
07 トルクセンサー
071 センサーシャフト部
072 ヨーク
073、074 検出コイル
075 円筒部材
08 ラックガイド
081 軸
082 ニードル軸受
083 ローラ
084 アジャストカバー
101 ステアリングホイール
102 モータ
103 ステアリングギヤ
104 タイロッド
105 コラム
106 中間シャフト
107 ピニオン軸
10 ピニオン側ハウジング
11 円柱状ボス
12 円柱状ボス
13 車体取り付け用ボス部
131 取り付け孔
14 円筒部
20 反ピニオン側ハウジング
21 車体取り付け用ボス部
211 取り付け孔
22 円筒部
30 中間筒部
31 内周
32 バンド
33 蛇腹
34 蛇腹
40 ラック軸

Claims (4)

  1. ステアリングシャフトの下端に取り付けられたピニオンの回転で往復移動するラック軸を摺動可能に内嵌し、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるステアリングギヤ、
    上記ステアリングギヤのピニオン側端部に形成され、上記ラック軸のピニオン側端部を摺動可能に軸支し、車体フレームに固定可能な金属製のピニオン側ハウジング、
    上記ステアリングギヤの反ピニオン側端部に形成され、上記ラック軸の反ピニオン側端部を摺動可能に軸支し、車体フレームに固定可能な金属製の反ピニオン側ハウジング、
    上記ラック軸の中間部を覆う中空円筒部を有し、一端が上記ピニオン側ハウジングに接続され他端が上記反ピニオン側ハウジングに接続された合成樹脂又はゴムで成形された中間筒部を備え、
    上記ピニオン側ハウジング及び上記反ピニオン側ハウジングのそれぞれには、車体前後方向にそれぞれ突出して車体取り付け用ボス部が形成されているとともに、上記ピニオン側ハウジングにおける前後の車体取り付け用ボス部の取り付け孔を結ぶ線上に、上記ピニオンのピニオン軸が配置されていること
    を特徴とするステアリング装置。
  2. 請求項1に記載されたステアリング装置において、
    上記中間筒部が上記ラック軸の軸方向に伸縮可能であること
    を特徴とするステアリング装置。
  3. 請求項1に記載されたステアリング装置において、
    上記中間筒部の一端とピニオン側ハウジング、及び中間筒部の他端と反ピニオン側ハウジングとの接続部がバンドで固定されていること
    を特徴とするステアリング装置。
  4. 請求項1に記載されたステアリング装置において、
    上記中間筒部の一端とピニオン側ハウジング、及び中間筒部の他端と反ピニオン側ハウジングとの接続部がワイヤーで固定されていること
    を特徴とするステアリング装置。
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