JP2002079945A - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転がり接触させるローラからなるラックガイ
ドを用いた場合にも、打音及び摩擦音並びに摩擦抵抗を
低減でき、而して、操舵者及び搭乗者に不快感を与える
ことがない上に、操舵性を阻害することがなく、しか
も、軸部材を省き得て安価に製作できるラックピニオン
式ステアリング装置を提供すること。 【解決手段】 ラックピニオン式ステアリング装置１
は、中空部２を有したギヤケース３と、ギヤケース３に
ころがり軸受４及び５を介して回転自在に支持されたス
テアリング軸６と、中空部２に配されて、ステアリング
軸６の軸端部に一体的に設けられたピニオン７と、ピニ
オン７に噛合うラック歯８が形成された金属製のラック
バー９と、ギヤケース３の中空部２に配されて、ラック
バー９を摺動自在に支持するラックガイド手段１０とを
具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハンドルの回転動
作に連動してピニオンを回転させ、該ピニオンと噛合す
るラック歯を有したラックバーを往復移動させて操舵を
行うようにした、自動車等の車両に用いられるラックピ
ニオン式ステアリング装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種のラックピニオ
ン式ステアリング装置は、通常、ギヤケースと、このギ
ヤケースにピニオン軸を介して回転自在に支持されたピ
ニオンと、このピニオンに噛合うラック歯が形成された
ラックバーと、ギヤケース内に配されて、ラックバーを
摺動自在に支持するラックガイドと、このラックガイド
をラックバーに向かって押圧するコイルばねとを具備し
ている。

【０００３】斯かるラックピニオン式ステアリング装置
においては、ラックバーのラック歯とピニオンとの噛合
部でピニオン軸の回転に伴って互いに離反する向きの力
が作用してラックバーに撓みが生じ、ラック歯の歯列方
向へのガタつきが大きくなる結果、ラック歯とピニオン
との歯部間に打音が生じるために、ラックバーを間にし
てピニオン軸と反対側にラックガイドを設け、このラッ
クガイドをコイルばねの押圧力によりピニオン軸側に押
圧し、ラックガイドをラックバーに摺接させてラックバ
ーとの摺動抵抗を低減して、ラックバーの軸方向への移
動を円滑に許容しつつ、ラック歯の歯列方向のガタつき
を抑制し、ラック歯とピニオンとの噛合部での打音を低
減させるようになっている。

【０００４】ラックガイドをラックバーに摺接させるタ
イプのラックピニオン式ステアリング装置では、通常、
そのラックガイドは、鉄系焼結金属製又は合成樹脂製で
あるが、鉄系焼結金属製のラックガイドは、ラックバー
からの衝撃荷重に対しては十分な機械的強度を有する反
面、比較的大きな摺動摩擦抵抗のために操舵性を阻害す
る一方、合成樹脂製のラックガイドは、鉄系焼結金属製
のそれとは反対に、摺動摩擦抵抗を小さくできて操舵性
をそれほど阻害しないが、機械的強度に問題を有してい
る上に、荷重が大きい場合には摺動摩擦抵抗が大きくな
ると言う問題をも有している。

【０００５】これに対して、ラックバーに摺接させるラ
ックガイドに代えてラックバーに転がり接触させるタイ
プのラックピニオン式ステアリング装置では、ラックガ
イドとして金属製のローラが用いられるが、斯かる金属
製のローラを用いる場合には、転がり時における金属同
士の打音に加えて、ローラの両端面の滑り接触による金
属同士の摩擦音及び摩擦抵抗を生じ、これら打音及び摩
擦音により操舵者及び搭乗者に不快感を与える上に、摩
擦抵抗の増大により操舵性を阻害する虞があると共に、
通常、ローラを回転自在に支持する軸部材（ローラピ
ン）を設けることになるために、この軸部材による部品
点数の増加と軸部材の組み付け工数の増大とを招来して
比較的高価なラックガイドとなる。

【０００６】本発明は、斯かる事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、転がり接触させる
ローラからなるラックガイドを用いた場合にも、打音及
び摩擦音並びに摩擦抵抗を低減でき、而して、操舵者及
び搭乗者に不快感を与えることがない上に、操舵性を阻
害することがなく、しかも、軸部材を省き得て安価に製
作できるラックピニオン式ステアリング装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様のラ
ックピニオン式ステアリング装置は、ギヤケースと、こ
のギヤケースに回転自在に支持されたピニオンと、この
ピニオンに噛合うラック歯を有したラックバーと、この
ラックバーを摺動自在に支持するラックガイド手段とを
具備しており、ここで、ラックガイド手段は、ギヤケー
ス内に装着されていると共に、凹所を有したラックガイ
ド基体と、ラックバーを移動自在に支持すると共に、ラ
ックガイド基体の凹所に回転自在に配されたローラ部材
とを具備しており、ラックガイド基体は、凹所の底部を
規定する円弧状の凹所底壁面を有した基体本体と、ラッ
クバーの円弧状外周面においてローラ部材が当接する部
位を間にして当該ラックバーの円弧状外周面の他の二部
位に摺動自在に当接すると共に、ラックガイド基体の凹
所の開口を規定するように基体本体に固着された固定部
材とを具備しており、ローラ部材は、筒状の芯金と、こ
の芯金の外周面に嵌装されていると共に円筒状の外周面
でラックバーの円弧状外周面と基体本体の凹所底壁面と
に当接した樹脂製の外側筒体とを有しており、この外側
筒体は、芯金の両端面から軸方向に夫々突出した環状の
突出端部を有しており、この突出端部の夫々の端面は、
ラックガイド基体の凹所を規定する凹所側壁面に摺動自
在に当接している。

【０００８】第一の態様のラックピニオン式ステアリン
グ装置によれば、ローラ部材の芯金の外周面に樹脂製の
外側筒体が嵌装されているために、ラックバーと芯金と
及び芯金と基体本体との夫々の金属同士の打音又は摩擦
音をなくし得、しかも、斯かる樹脂製の外側筒体が芯金
の両端面から軸方向に夫々突出した環状の突出端部を有
し、この突出端部の夫々の端面が凹所側壁面に摺動自在
に当接しているために、ラックバーの移動によるローラ
部材の回転においては、樹脂製の突出端部の夫々の端面
と凹所側壁面との摺動当接となり、芯金と凹所側壁面と
の金属同士の直接の摺動当接を回避でき、而して、打音
及び摩擦音並びに摩擦抵抗を低減でき、操舵者及び搭乗
者に不快感を与えることのない上に、操舵性を阻害しな
いようにでき、しかも、ラックバーの円弧状外周面と当
接する外側筒体の外周面が基体本体の円弧状の凹所底壁
面に当接しているために、ローラ部材を回転自在に支持
するための軸部材を省くことができて、部品点数の削減
を図ることができる結果、安価に製作できる。

【０００９】外側筒体の外周面が当接する円弧状の凹所
底壁面は、平坦面でもよいのであるが、好ましくは、本
発明の第二の態様のラックピニオン式ステアリング装置
のように、外側筒体の外周面の曲率半径よりも大きい曲
率半径を有している。

【００１０】凹所底壁面が斯かる曲率半径を有している
と、ラックバーの移動に基づくローラ部材の回転におい
てローラ部材のラックバーへの押圧を促進できる結果、
ピニオンとラック歯とをより隙間なしに噛合わせること
ができる。

【００１１】なお、凹所底壁面を低摩擦の被覆材で被覆
すると、凹所でのローラ部材の回転を滑らかに行わせる
ことができて、ローラ部材のラックバーへの過度な押圧
を好ましく避けることができる。

【００１２】外側筒体及び固定部材のうちの少なくとも
一方は、好ましくは、本発明の第三の態様のラックピニ
オン式ステアリング装置のように、ポリアミド樹脂、ポ
リアセタール樹脂、ポリオレフィン樹脂又はポリエステ
ル樹脂からなるが、斯かる樹脂に代えて低摩擦係数を有
し機械的強度の大きいその他の樹脂からなっていてもよ
い。

【００１３】本発明の第四の態様のラックピニオン式ス
テアリング装置では、第一又は第二の態様のその装置に
おいて、ラックバーの円弧状外周面は、当該円弧状外周
面の曲率中心と、当該円弧状外周面にローラ部材が当接
する部位の中央部とを結ぶ直線に対して角度３０°から
５０°の範囲内のいずれかの部位で固定部材に摺動自在
に当接している。

【００１４】第四の態様の装置においては、角度３０°
から５０°の全範囲でラックバーの円弧状外周面が固定
部材に摺動自在に当接していてもよいが、角度３０°か
ら５０°の一部の範囲で当接していてもよい。

【００１５】本発明の第五の態様のラックピニオン式ス
テアリング装置では、第一から第四のいずれかの態様の
その装置において、固定部材は、互いに対面する一対の
側壁部と、この一対の側壁部を連結すると共に、一対の
側壁部と協働してローラ部材の一部を通過させる凹所の
開口を形成する一対の連結部と、ラックバーの円弧状外
周面の他の二部位に夫々摺動自在に当接する一対の傾斜
部とを一体的に有している。

【００１６】第五の態様における固定部材の傾斜部は、
ラックバーの円弧状外周面に当接するその外面が凸面、
平面及び凹面のいずれかになるように、好ましくは、平
面又はラックバーの円弧状外周面の曲率半径よりも大き
な曲率半径をもった円弧凹面となるように、形成されて
いる。

【００１７】本発明では、ラックバーの円弧状外周面の
芯金外周面の樹脂製外側筒体への当接と、ラックバーの
円弧状外周面の固定部材の傾斜部への当接とを常に同様
に行わせる必要がなく、ラックバーの円弧状外周面の固
定部材の傾斜部への当接を、常時はラックバーの位置を
保持する程度であるが、ラックバーに大きな荷重が付加
された場合には、斯かる荷重によるラックバーの大きな
変位を阻止するように、ラックバーの円弧状外周面の芯
金外周面の樹脂製外側筒体への当接に比較して緩く行わ
せるようにしてもよい。

【００１８】固定部材は、基体本体に接着剤等を用いて
固着してもよいが、好ましくは、本発明の第六の態様の
ラックピニオン式ステアリング装置のように、一対の連
結部の夫々に一体的に形成された突起部を具備した固定
部材を用い、突起部を基体本体の孔に嵌着して、固定部
材を基体本体に固着する。

【００１９】斯かる突起部により基体本体に固着された
固定部材では、ラックバーの移動によるラックバーとの
摺動においても基体本体に対して滑って脱落することが
なく、ラックバーを長期に亘って所望に案内することが
できる。

【００２０】本発明の第七の態様のラックピニオン式ス
テアリング装置では、第一から第六のいずれかの態様の
その装置において、ラックガイド基体をラックバーに向
かって弾性的に付勢する弾性手段を具備しており、ラッ
クガイド基体は、ラックバーに対して進退自在になるよ
うにギヤケースに摺動自在に接触してギヤケース内に装
着されている。

【００２１】弾性手段としては、コイルばね、皿ばね、
板ばね、ゴム等のいずれを用いてもよいが、好ましく
は、コイルばね又は皿ばねを用いる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に本発明及びその実施の形態の
例を、図を参照して更に詳細に説明する。なお、本発明
はこれら例に何等限定されないのである。

【００２３】図１から図４において、本例のラックピニ
オン式ステアリング装置１は、中空部２を有した金属製
のギヤケース３と、ギヤケース３にころがり軸受４及び
５を介して回転自在に支持されたステアリング軸６と、
中空部２に配されて、ステアリング軸６の軸端部（ピニ
オン軸）に一体的に設けられたピニオン７と、ピニオン
７に噛合うラック歯８が形成された金属製のラックバー
９と、ギヤケース３の中空部２に配されて、ラックバー
９を摺動自在に支持するラックガイド手段１０と、ラッ
クガイド手段１０のラックガイド基体１１をラックバー
９に向かって弾性的に付勢する弾性手段としての皿ばね
１２とを具備している。

【００２４】ギヤケース３は、中空のギヤケース本体１
５と、ギヤケース本体１５の端面にねじ等により固着さ
れた蓋部材１７とを具備しており、ギヤケース本体１５
は円筒部１８を有しており、ステアリング軸６の軸心に
対して直角なＡ方向においてギヤケース本体１５を貫通
して、当該直角なＡ方向に移動自在に配されたラックバ
ー９は、ラック歯８が形成された面に対向する裏面側に
所定の曲率半径の円弧状外周面１９を有している。

【００２５】ステアリング軸６の軸端部に一体的に設け
られたピニオン７は、当該ステアリング軸６並びにころ
がり軸受４及び５を介してギヤケース３のギヤケース本
体１５に回転自在に支持されている。

【００２６】ラックガイド手段１０は、ギヤケース本体
１５の円筒部１８内に装着されていると共に、凹所２１
を有した前記のラックガイド基体１１と、ラックバー９
をＡ方向に移動自在に支持すると共に、ラックガイド基
体１１の凹所２１にＲ方向に回転自在に配されたローラ
部材２２とを具備している。

【００２７】ラックガイド基体１１は、凹所２１の底部
５６を規定する円弧状の凹所底壁面５７を有した円柱状
の金属製の基体本体２５と、ラックバー９の円弧状外周
面１９においてローラ部材２２が当接する部位２６を間
にして当該ラックバー９の円弧状外周面１９の他の二部
位２７及び２８にＡ方向に摺動自在に当接すると共に、
ラックガイド基体１１の凹所２１の開口４１を規定する
ように基体本体２５に固着された固定部材２９とを具備
している。

【００２８】基体本体２５は、その円筒状の外周面３１
が円筒部１８の円筒状の内周面３２にラックバー９に対
して進退方向Ｂに摺動自在に嵌装されており、こうし
て、ラックガイド基体１１は、ラックバー９に対して進
退自在になるようにギヤケース３に摺動自在に接触して
ギヤケース３内に装着されている。

【００２９】合成樹脂、好ましくはポリアミド樹脂、ポ
リアセタール樹脂、ポリオレフィン樹脂又はポリエステ
ル樹脂からなる固定部材２９は、互いに対面する一対の
側壁部３５及び３６と、一対の側壁部３５及び３６を連
結すると共に、一対の側壁部３５及び３６と協働してロ
ーラ部材２２の一部を通過させる凹所２１の開口４１を
形成する一対の連結部３７及び３８と、ラックバー９の
円弧状外周面１９の他の二部位２７及び２８に夫々摺動
自在に当接する一対の傾斜部３９及び４０と、一対の連
結部３７及び３８の夫々に一体的に形成された突起部４
２及び４３とを一体的に有している。

【００３０】固定部材２９は、突起部４２及び４３が基
体本体２５の孔４５及び４６に嵌着されて、基体本体２
５に固着されている。

【００３１】ラックバー９の円弧状外周面１９は、当該
円弧状外周面１９の曲率中心Ｏと、当該円弧状外周面１
９にローラ部材２２が当接する部位２６の中央部とを結
ぶ直線４７に対して角度α＝３０°から５０°の範囲内
のいずれかの部位、本例では角度α＝４０°の部位２７
及び２８で固定部材２９の傾斜部３９及び４０の夫々に
摺動自在に当接している。

【００３２】ローラ部材２２は、金属製であって円筒状
の芯金５１と、芯金５１の円筒状の外周面５２に嵌装さ
れていると共に円筒状の外周面５３でラックバー９の円
弧状外周面１９と基体本体２５の円弧状の凹所底壁面５
７とに当接した樹脂製の外側筒体５４とを有している。

【００３３】なお、芯金５１としては、中心に貫通孔５
５を有して軽量化された円筒状に代えて、中実な円柱状
であってもよい。

【００３４】ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポ
リオレフィン樹脂又はポリエステル樹脂からなる外側筒
体５４は、芯金５１の両端面６１及び６２から軸方向Ｘ
に夫々突出した円環状の突出端部６３及び６４を有して
おり、突出端部６３及び６４の夫々の円環状の端面６５
及び６６は、ラックガイド基体１１の凹所２１を規定す
る凹所側壁面６７及び６８に摺動自在に当接している。
なお、ローラ部材２２は、外側筒体５４の外周面５３が
ラックガイド基体１１の凹所２１を規定すると共に凹所
底壁面５７に連続した他の凹所壁面６９及び７０に対し
て隙間を有するようにして、凹所２１に配されている。

【００３５】凹所底壁面５７は、外側筒体５４の外周面
５３の曲率半径よりも大きい曲率半径を有しており、こ
れにより、外側筒体５４は、外周面５３で凹所底壁面５
７にほぼ線接触している。なお、凹所底壁面５７を低摩
擦材により被覆することにより、ローラ部材２２のＲ方
向の回転を更に滑らかに行わせることができる。

【００３６】皿ばね１２は、基体本体２５と蓋部材１７
との間に圧縮されて配されており、皿ばね１２の弾性力
により外側筒体５４の外周面５３並びに傾斜部３９及び
４０の傾斜外面は、ラックバー９の円弧状外周面１９に
弾性的に押圧されている。

【００３７】以上のラックピニオン式ステアリング装置
１において、ラックガイド手段１０は、ステアリング軸
６の回転において、ラックバー９の円弧状外周面１９に
摺接する固定部材２９の傾斜部３９及び４０とラックバ
ー９の円弧状外周面１９に転がり接触するローラ部材２
２の外側筒体５４とで、ラック歯８のピニオン７への噛
合いを確保して、しかも、当該噛合いによるステアリン
グ軸６の軸心に対して直角なＡ方向のラックバー９の移
動を案内する。

【００３８】そして、ラックピニオン式ステアリング装
置１では、ローラ部材２２の芯金５１の外周面５２に樹
脂製の外側筒体５４が嵌装されているために、ラックバ
ー９と芯金５１との金属同士の打音をなくし得、しか
も、斯かる樹脂製の外側筒体５４が芯金５１の両端面６
１及び６２から軸方向Ｘに夫々突出した環状の突出端部
６３及び６４を有し、突出端部６３及び６４の夫々の端
面６５及び６６が凹所側壁面６７及び６８に摺動自在に
当接しているために、ラックバー９の移動によるローラ
部材２２のＲ方向の回転においては、樹脂製の突出端部
６３及び６４の夫々の端面６５及び６６と凹所側壁面６
７及び６８との摺動当接となり、芯金５１と凹所側壁面
６７及び６８との金属同士の直接の摺動当接を回避で
き、而して、打音及び摩擦音並びに摩擦抵抗を低減で
き、操舵者及び搭乗者に不快感を与えることのない上
に、操舵性を阻害しないようにでき、しかも、ラックバ
ー９の円弧状外周面１９と当接する外側筒体５４の外周
面５３が基体本体２５の円弧状の凹所底壁面５７に当接
しているために、ローラ部材２２を回転自在に支持する
ための軸部材を省くことができて、部品点数の削減を図
ることができる結果、安価に製作できる。

【００３９】更に、ラックピニオン式ステアリング装置
１では、固定部材２９を基体本体２５に突起部４２及び
４３を用いて固着しているために、ラックバー９のＡ方
向の移動による摺動においても固定部材２９が基体本体
２５に対して滑って脱落することがなく、ラックバー９
を長期に亘って所望に案内することができる。

【００４０】またラックピニオン式ステアリング装置１
によれば、凹所底壁面５７が外側筒体５４の外周面５３
の曲率半径よりも大きい曲率半径を有しているために、
ラックバー９のＡ方向の移動に基づくローラ部材２２の
Ｒ方向の回転において凹所底壁面５７でローラ部材２２
をＡ方向に微少に転動させて、ラックバー９に僅かに接
近させることができ、これによりローラ部材２２をラッ
クバー９に押圧できる結果、ピニオン７とラック歯８と
を隙間なしに好ましく噛合わせることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、転がり接触させるロー
ラからなるラックガイドを用いた場合にも、打音及び摩
擦音並びに摩擦抵抗を低減でき、而して、操舵者及び搭
乗者に不快感を与えることがない上に、操舵性を阻害す
ることがなく、しかも、軸部材を省き得て安価に製作で
きるラックピニオン式ステアリング装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のラックピニオン式ステアリング装置の
好ましい実施の態様の一例の断面図である。

【図２】図１に示す例のラックガイド手段の平面図であ
る。

【図３】図１に示す例のラックガイド手段等の側面断面
図である。

【図４】図１に示す固定部材の斜視図である。

【符号の説明】

１ ラックピニオン式ステアリング装置 ３ ギヤケース ７ ピニオン ８ ラック歯 ９ ラックバー １０ ラックガイド手段 １１ ラックガイド基体 １９ 円弧状外周面 ２１ 凹所 ２２ ローラ部材 ２５ 基体本体 ２９ 固定部材 ５１ 芯金 ５４ 外側筒体 ５６ 底部 ５７ 凹所底壁面 ６１、６２ 端面 ６３、６４ 突出端部 ６５、６６ 端面 ６７、６８ 凹所側壁面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ギヤケースと、このギヤケースに回転自
   在に支持されたピニオンと、このピニオンに噛合うラッ
   ク歯を有したラックバーと、このラックバーを摺動自在
   に支持するラックガイド手段とを具備しており、ラック
   ガイド手段は、ギヤケース内に装着されていると共に、
   凹所を有したラックガイド基体と、ラックバーを移動自
   在に支持すると共に、ラックガイド基体の凹所に回転自
   在に配されたローラ部材とを具備しており、ラックガイ
   ド基体は、凹所の底部を規定する円弧状の凹所底壁面を
   有した基体本体と、ラックバーの円弧状外周面において
   ローラ部材が当接する部位を間にして当該ラックバーの
   円弧状外周面の他の二部位に摺動自在に当接すると共
   に、ラックガイド基体の凹所の開口を規定するように基
   体本体に固着された固定部材とを具備しており、ローラ
   部材は、筒状の芯金と、この芯金の外周面に嵌装されて
   いると共に円筒状の外周面でラックバーの円弧状外周面
   と基体本体の凹所底壁面とに当接した樹脂製の外側筒体
   とを有しており、この外側筒体は、芯金の両端面から軸
   方向に夫々突出した環状の突出端部を有しており、この
   突出端部の夫々の端面は、ラックガイド基体の凹所を規
   定する凹所側壁面に摺動自在に当接しているラックピニ
   オン式ステアリング装置。
2. 【請求項２】 凹所底壁面は、外側筒体の外周面の曲率
   半径よりも大きい曲率半径を有している請求項１に記載
   のラックピニオン式ステアリング装置。
3. 【請求項３】 外側筒体及び固定部材のうちの少なくと
   も一方は、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリ
   オレフィン樹脂又はポリエステル樹脂からなる請求項１
   又は２に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
4. 【請求項４】 ラックバーの円弧状外周面は、当該円弧
   状外周面の曲率中心と、当該円弧状外周面にローラ部材
   が当接する部位の中央部とを結ぶ直線に対して角度３０
   °から５０°の範囲内のいずれかの部位で固定部材に摺
   動自在に当接している請求項１から３のいずれか一項に
   記載のラックピニオン式ステアリング装置。
5. 【請求項５】 固定部材は、互いに対面する一対の側壁
   部と、この一対の側壁部を連結すると共に、一対の側壁
   部と協働してローラ部材の一部を通過させる凹所の開口
   を形成する一対の連結部と、ラックバーの円弧状外周面
   の他の二部位に夫々摺動自在に当接する一対の傾斜部と
   を一体的に有している請求項１から４のいずれか一項に
   記載のラックピニオン式ステアリング装置。
6. 【請求項６】 固定部材は、一対の連結部の夫々に一体
   的に形成された突起部を具備しており、この突起部が基
   体本体の孔に嵌着されて、基体本体に固着されている請
   求項５に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
7. 【請求項７】 ラックガイド基体をラックバーに向かっ
   て弾性的に付勢する弾性手段を具備しており、ラックガ
   イド基体は、ラックバーに対して進退自在になるように
   ギヤケースに摺動自在に接触してギヤケース内に装着さ
   れている請求項１から６のいずれか一項に記載のラック
   ピニオン式ステアリング装置。