JP2004075000A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より軽量且つコンパクトな構成を有しながらもＹ型ラック軸をより適切に支持できるステアリング装置を提供する。
【解決手段】ラック軸１１０は、軸線Ｘを挟んでラック歯１１０ａに対して反対側に転動面１１０ｂを形成すると共に、転動面を挟んで両側に軸線に沿って平行に延在する一対の斜面１１０ｃを形成しており、更に、ラック軸の転動面１１０ｂ上を転動するローラ１２３と、一対の斜面に当接して付勢力を付与する付勢部材１３０とを有し、付勢部材は、ハウジング１０１に取り付けられ、ラック軸を全周にわたって包囲する環状をなし、且つ一対の斜面に当接して付勢力を付与する当接部１３０ｂを有するので、円筒ローラ１２３が転動面に当接することで、ピニオン１０３ａからラック軸が受ける力を支持でき、更に、付勢部材の当接部よりラック軸の一対の斜面に対して付勢力を付与することで、ラック軸の軸線周りの回転変位などを抑制できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング装置に関し、特にラック軸とピニオンとを備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリング装置の一タイプとして、ラック軸のラック歯にピニオンを噛合させることで、ピニオンの回転力と回転量をラック軸の軸線方向推力とストロークに変換するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置が知られている。ここで、ラックを保持するラック保持機構において、ラック軸の背面（ラック歯面側と反対側）を保持する保持部に、ローラ等により回転支持できる転がり式ラックガイドを設ける等、伝達効率を向上させ、操舵トルクの低減を図っているものがある。
【０００３】
一方、ラック歯の強度向上のため、鍛造によって、軸線に直交する断面がＹ型（形）に加工された、いわゆるＹ型ラック軸が開発されている。このようなＹ型ラック軸及び上述した転がり式ラックガイドをステアリング装置に適用した例を、図４に示す。図４において、ハウジング１内を水平に延在する出力軸３は、不図示のステアリングシャフトに連結され、且つ軸受５，６によりハウジング１に対して回転自在に支承されている。軸受６の内輪は、ナット８により出力軸３の端部に固定され、軸受６の外輪は、カバー部材を兼ねた固定部材９の螺合によりハウジング１に対して取り付けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ハウジング１は、Ｙ型ラック軸であるラック軸１０の周囲から図で上方に延在する中空柱部１ｃを形成している。中空柱部１ｃ内には、支持装置２０が配置されている。支持装置２０は、略円筒状のホルダ２１と、ホルダ２１の溝２１ａに内に収容されたピン２２と、ピン２２に対し軸受２３により回転自在に支持されたローラ２４と、ホルダ２１を中空柱部１ｃに取り付けるための円管状のネジ部材２５と、ホルダ２１とネジ部材２５との間に配置され、ネジ部材２５に対してホルダ２１をラック軸１０側に付勢する皿バネ２４Ａと、ネジ部材２５のロック部材２６とからなる。
【０００５】
ラック軸１０は、出力軸３のピニオン３ａに噛合するラック歯１０ａと反対側の外周面に転動面１０ｂを有し、且つ転動面１０ｂを挟んで両側に一対の斜面１０ｃ、１０ｃを有している。ローラ２４は、一対の截頭円錐部２４ａ、２４ａを、円筒部２４ｂで連結した一体的な構成を有し、截頭円錐部２４ａ、２４ａが、ラック軸１０の斜面１０ｃ、１０ｃに沿ってそれぞれ転動自在となっており、それによりラック軸１０の回転変位を抑制する機能を有する。
【０００６】
ここで、出力軸３とラック軸１０との間において強大な力が伝達されたとき、かかる力は、ラック支持装置２０により支持されるが、ローラ２４が上述した構成であるために、いわゆるくさび効果により、ラック軸１０の斜面１０ｃ、１０ｃが截頭円錐部２４ａ、２４ａの間に入り込んで、それらを押し広げるように作用するため、図で点線で示すように截頭円錐部２４ａ、２４ａが変形し、それにより円滑な転動を阻害するという不具合がある。これに対し、截頭円錐部２４ａ、２４ａの変形を抑制するには、ローラ２４の剛性を高めることが考えられるが、くさび作用に抗して変形を抑制するためには、ローラ２４を相当に頑丈に作り込む必要があり、それによりステアリング装置全体が大きく重くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、より軽量且つコンパクトな構成を有しながらもＹ型ラック軸をより適切に支持できるステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のステアリング装置は、
ハウジングと、転舵装置に連結され、外面の少なくとも一部にラック歯を形成し、前記ハウジングに対して移動自在に支持されたラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、
前記ラック軸は、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に転動面を形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に軸線に沿って平行に延在する一対の面を形成しており、
更に、前記ラック軸の転動面上を転動する転動体と、前記一対の面に当接して付勢力を付与する付勢部材とを有し、
前記付勢部材は、前記ハウジングに取り付けられ、前記ラック軸を全周にわたって包囲する環状をなし、且つ前記一対の面に当接して付勢力を付与する当接部を有することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明のステアリング装置によれば、ハウジングと、転舵装置に連結され、外面の少なくとも一部にラック歯を形成し、前記ハウジングに対して移動自在に支持されたラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に転動面を形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に軸線に沿って平行に延在する一対の面を形成しており、更に、前記ラック軸の転動面上を転動する転動体と、前記一対の面に当接して付勢力を付与する付勢部材とを有し、前記付勢部材は、前記ハウジングに取り付けられ、前記ラック軸を全周にわたって包囲する環状をなし、且つ前記一対の面に当接して付勢力を付与する当接部を有するので、前記転動体が前記転動面に当接することで、前記ピニオンから前記ラック軸が受ける力を支持でき、更に、前記付勢部材の当接部より前記ラック軸の一対の面に対して付勢力を付与することで、前記ラック軸の軸線周りの回転変位などを抑制できる。又、前記付勢部材が環状であることから、接着剤やネジなどの締結部材を用いることなく、前記ハウジングに対して容易に取り付けることができ、或いは容易に取り外すことができるという利点もある。
【００１０】
更に、前記付勢部材の当接部は、片持ち形状の押圧部を有すると好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の一部を示す断面図である。図１において、ハウジング１０１内を水平に延在する出力軸１０３は、不図示のステアリングシャフトに連結され、且つシール付きの軸受１０５，１０６によりハウジング１０１に対して回転自在に支承されている。軸受１０６の内輪は、出力軸１０３に螺合されたナット１０８により出力軸１０３の端部に固定され、軸受１０６の外輪は、カバー部材を兼ねた固定部材１０９の螺合によりハウジング１０１に対して取り付けられている。出力軸１０３のピニオン１０３ａが、不図示の転舵装置のタイロッドに両端を接続したラック軸１１０のラック歯１１０ａに噛合している。
【００１２】
ハウジング１０１は、ラック軸１１０の周囲から、図で上方に延在する中空柱部１０１ｃを形成している。中空柱部１０１ｃ内には、支持装置１２０が配置されている。支持装置１２０は、円筒状のホルダ１２１と、ホルダ１２１の溝１２１ａ内に両端を取り付けた軸１２２と、軸１２２の周囲に配置された転動体である円筒ローラ１２３と、円筒ローラ１２３を軸１２２に対して回転自在に支持するニードル軸受１２７と、ホルダ１２１を中空柱部１０１ｃに取り付けるためのネジ部材１２５と、ネジ部材１２５とホルダ１２１との間に配置され、ホルダ１２１をラック軸１１０側に付勢するための皿バネ１２４と、ネジ部材１２５のロック部材１２６とからなっている。ネジ部材１２５のねじ込み量を調整することで、皿バネ１２４の圧縮量が変化し、ラック軸１１０の押圧力を調整することができる。調整後には、ロック部材１２６でネジ部材１２５をロック固定しその緩み止めを図ることができる。
【００１３】
ラック軸１１０において、ラック歯１１０ａと軸線Ｘを挟んで反対側（背面側という）には、図１に示す軸線Ｘに直交する断面において、上部中央には転動面１１０ｂが形成され、転動面１１０ｂから一段下がった両側に違いに対向する方向に傾いた斜面（一対の面）１１０ｃ、１１０ｃが形成されている。このようなラック軸をＹ型ラック軸と称し、本実施の形態では鍛造加工により形成している。転動面１１０ｂは、凸状の曲面となっており、円筒ローラ１２３の円周面は、それに対応して凹状の曲面となっている。但し、転動面１１０ｂを平面とし、円筒ローラ１２３を円筒面としても良い。尚、図４に示す構成と異なり、円筒ローラ１２３自体は、ラック軸１１０の回転変位を抑制する機能を殆ど有しない。かかる機能は、以下に述べる付勢部材１３０が担保することとなる。
【００１４】
図２（ａ）は、本実施の形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の一部を、図１とは異なる位置で切断して示す断面図であり、図２（ｂ）は、図１の構成を矢印Ｂ方向に見た図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の構成をＣ−Ｃ線で切断して矢印方向に見た図である。図３は、本実施の形態におけるラック軸と、円筒ローラと、付勢部材を取り出して示す斜視図である。ラック軸１１０は、図３に示すように、ラック歯１１０ａは全長の半分まで形成され、残りは円筒面１１０ｄとなっている。
【００１５】
図２において、ハウジング１０１のラック軸１１０に沿った方向に伸びる孔１０１ｄ内に、付勢部材１３０が配置されている。付勢部材１３０は環状であることから、接着剤やネジなどの締結部材を用いることなく、ハウジング１０１に対して容易に取り付けることができ、或いは容易に取り外すことができるが、補助的に接着剤で取り付けることも勿論可能である。付勢部材１３０は、耐熱性及び強度など優れた特性を有するポリアセタール樹脂が好ましいが、これに限られることはない。
【００１６】
付勢部材１３０は、図３に示すように、ラック歯１１０ａが形成されているラック軸１１０上に配置されていて、ラック軸１１０を包囲する環状を成すと共に、ラック軸１１０の斜面１１０ｃ、１１０ｃに当接する一対の当接部１３０ｂ、１３０ｂを有している。
【００１７】
各当接部１３０ｂは、図２（ｂ）に示すように、付勢部材１３０の環状の部分から、ラック軸１１０の斜面１１０ｃに沿って延在する一対の延在部１３０ｃ、１３０ｃと、延在部１３０ｃ、１３０ｃの端部同士を連結する連結部１３０ｄと、延在部１３０ｃに一端を連結され、他端が片持ち状に延在する押圧部１３０ｅとからなるＥ字形状を有している。
【００１８】
付勢部材１３０の組み付けに関しては、図２において、ラック軸１１０の斜面１１０ｃ、１１０ｃに対応するハウジング１０１の対向面（ここでは凹曲面）１０１ｈ、１０１ｈに機械加工を行い、押圧部１３０ｅ、１３０ｅと、斜面１１０ｃ、１１０ｃの隙間を適切な範囲に設定する。そして、この加工面と鋳肌面との加工部段差を利用して付勢部材１３０を軸方向移動を拘束するようにして、孔１０１ｄ内に取り付ける。
【００１９】
各押圧部１３０ｅは、図２（ｃ）に示すように、その両端部がラック軸１１０の斜面１１０ｃにのみ当接し、その中央部がハウジング１０１の孔１０１ｄにのみ当接しており、その弾性力によって、ハウジング１０１に対してラック軸１１０の軸線Ｘ周りの回転変位や振動を抑制するので、例えばラトル音などの発生も効果的に抑えることができる。押圧部１３０ｅの肉厚を３〜５ｍｍとしたときに、押圧部１３０ｅの中央部と斜面１１０ｃとの間の隙間Δは、０．０５〜０．５ｍｍ程度であると良いが、支持装置１２０の皿バネ１２４の最大変形量より大きいことが望ましい。車輪が縁石に当たるなどして生じた過大な力が、ピニオン１０３ａとラック軸１１０との間に付与されたとき、それを支持装置１２０側で受け、押圧部１３０ｅで受けないようにして当接部材１３０の破損等を防止するためである。尚、各押圧部１３０ｅの端部におけるラック軸１１０に当接する角部に丸みを付けると、ラック軸１１０が相対移動した際に、表面に付着した潤滑剤が掻き取られることを抑制でき、潤滑性を向上できる。
【００２０】
本実施の形態の動作を説明すると、不図示のステアリングホイールに操舵力が入力されたとき、かかる操舵力は、不図示のステアリングシャフトを介して，出力軸１０３に伝達され、図３に示すように、互いに噛合するピニオン１０３ａとラック歯１１０ａを介して出力軸１０３の回転力がラック軸１１０の長手方向推力に変換され、かかる長手方向推力によりラック軸１１０が紙面垂直方向に移動するので、それにより不図示の車輪が転舵されることとなる。このとき、円筒ローラ１２３は、転動面１１０ｂ上を転動し、低摩擦でラック軸１１０の移動を許容することとなる。
【００２１】
本実施の形態のように、ピニオン１０３ａからラック軸１１０が受ける押圧力を円筒ローラ１２３で受け、且つラック軸１１０の回転変位等は、円筒ローラ１２３と別体の付勢部材１３０で抑えるようにしたので、円筒ローラ１２３等の軸線方向寸法を抑制でき、従ってラック軸１１０のピニオン１０３ａ近傍の構成をコンパクト化することができる。
【００２２】
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のステアリング装置によれば、ハウジングと、転舵装置に連結され、外面の少なくとも一部にラック歯を形成し、前記ハウジングに対して移動自在に支持されたラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に転動面を形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に軸線に沿って平行に延在する一対の面を形成しており、更に、前記ラック軸の転動面上を転動する転動体と、前記一対の面に当接して付勢力を付与する付勢部材とを有し、前記付勢部材は、前記ハウジングに取り付けられ、前記ラック軸を全周にわたって包囲する環状をなし、且つ前記一対の面に当接して付勢力を付与する当接部を有するので、前記転動体が前記転動面に当接することで、前記ピニオンから前記ラック軸が受ける力を支持でき、更に、前記付勢部材の当接部より前記ラック軸の一対の面に対して付勢力を付与することで、前記ラック軸の軸線周りの回転変位などを抑制できる。又、前記付勢部材が環状であることから、接着剤やネジなどの締結部材を用いることなく、前記ハウジングに対して容易に取り付けることができ、或いは容易に取り外すことができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の一部を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本実施の形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の一部を、図１とは異なる位置で切断して示す断面図であり、図２（ｂ）は、図１の構成を矢印Ｂ方向に見た図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の構成をＣ−Ｃ線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】本実施の形態におけるラック軸と、円筒ローラと、付勢部材を取り出して示す斜視図である。
【図４】本実施の形態と比較されるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１　　ハウジング
１０３　　出力軸
１１０　ラック軸
１２０　支持装置
１２３　円筒ローラ
１３０　付勢部材

Claims (2)

1. ハウジングと、転舵装置に連結され、外面の少なくとも一部にラック歯を形成し、前記ハウジングに対して移動自在に支持されたラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、
   前記ラック軸は、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に転動面を形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に軸線に沿って平行に延在する一対の面を形成しており、
   更に、前記ラック軸の転動面上を転動する転動体と、前記一対の面に当接して付勢力を付与する付勢部材とを有し、
   前記付勢部材は、前記ハウジングに取り付けられ、前記ラック軸を全周にわたって包囲する環状をなし、且つ前記一対の面に当接して付勢力を付与する当接部を有することを特徴とするステアリング装置。
2. 前記付勢部材の当接部は、片持ち形状の押圧部を有することを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。

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