JP2002193118A - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents
ラックピニオン式ステアリング装置Info
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- B62D3/00—Steering gears
- B62D3/02—Steering gears mechanical
- B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
- B62D3/123—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type characterised by pressure yokes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H55/28—Special devices for taking up backlash
- F16H55/283—Special devices for taking up backlash using pressure yokes
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Abstract
た場合でも、ラックガイドのギアケースの円筒部の内周
面への衝突による衝突音及びラックバーのラック歯とピ
ニオンの歯との衝突による衝突音の発生を極力小さくす
ることを可能とし、運転者に不快感を与えることのない
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S
は、円筒部20及び中空部21を有したアルミニウム合
金製のギヤケース22と、ギヤケース22に転がり軸受
23及び24を介して回転自在に支承されたステアリン
グ軸25と、中空部21に配されて、ステアリング軸2
5の軸端部に一体に設けられたピニオン26と、ピニオ
ン26に噛合するラック歯27を有するラックバー28
と、ギヤケース22の中空部21に配されて、ラックバ
ー28を摺動支持するラックガイド29と、ラックガイ
ド29をラックバー28に向かって押圧するコイルばね
30と、ギヤケース22の円筒部20の開口部を閉塞す
る蓋部材32とを具備している。
Description
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。
ン式ステアリング装置は、図9に示すように、ギヤケー
ス1と、このギヤケース1にピニオン軸2を介して回転
自在に支持されたピニオン3と、このピニオン3に噛合
うラック歯4が形成されたラックバー5と、ギヤケース
1内に配されて、ラックバー5を摺動自在に支持するラ
ックガイド6と、このラックガイド6をラックバー5に
向って押圧するコイルばね7と、ギヤケース1の開口部
を閉塞する蓋部材8とを具備している。
においては、ハンドルの回転操作と連動してラックバー
5の往復移動を円滑に行わせるべく、鉄系焼結金属ある
いは合成樹脂からなるラックガイド6が用いられてい
る。
ラックバー5からの荷重に対して十分な機械的強度を有
する反面、ラックバー5との間の摺動摩擦抵抗が大きい
ためステアリング系の効率が低下し操舵性に問題を残し
ている。
は、ラックバー5との間の摺動摩擦抵抗を低減させるこ
とができる反面、機械的強度に劣ること、成形収縮など
による寸法のバラツキを生じて寸法精度よく成形し難い
上に、成形後の寸法精度を保持し難いこと、さらには、
ギヤケース1内に組込まれた後、温度上昇による温度の
影響を受けて熱膨張、収縮を来し、熱変形、クリープを
生じてラックバー5を長期に亘って円滑に支承し難い、
などの問題がある。
る合成樹脂あるいは合成樹脂層を具備した複合部材を使
用して摺動片9を形成し、斯かる摺動片9を図10及び
図11に示すようにラックバー5を支承する摺動面側に
配して、この摺動片9と鉄系焼結金属あるいはアルミニ
ウム合金からなるラックガイド基体10とを組合せてラ
ックガイド6としたものが提案されている。
は、ハンドルの回転操作と連動してラックバー5の往復
移動を円滑に行わせることができることから、近年にお
いては賞用されている。
でも、ギヤケース1の円筒部11内でのラックガイド6
の摺動機能を確保する必要上、ラックガイド6の外周面
12とギヤケース1の円筒部11の内周面13との間に
20〜50μm程度の摺動隙間(クリアランス)が設け
られる。
ックガイドの外径Dとの比H/Dが比較的小さい場合に
は、斯かる摺動隙間(クリアランス)に起因して次のよ
うな問題が発生することが確認された。すなわち、ピニ
オン3とラック歯4との噛合で生じる歯のねじれやラッ
クバー5両端の車輪からの作用によりラックガイド6に
ラジアル方向の負荷が作用すると、ラックガイド6が該
ラックガイド6をラックバー5に向って押圧するコイル
ばね7との接触部位を支点として大きく回転(首振り)
し、その際にラックガイド6がギヤケース1の円筒部1
1の内周面13に衝突して衝突音を発生すること、また
ラックガイド6の大きな回転により、ラックバー5のラ
ック歯4がピニオン3から離れ、ラックガイド6が当該
ラックガイド6の底面14と蓋部材8との間の隙間分だ
け移動し、ラックバー5のラック歯4とピニオン3の歯
面間に隙間を生じ、ラックガイド6への負荷方向が逆転
する時に、コイルばね7のばね力によってラックバー5
が元の位置に戻され、その際にラックバー5のラック歯
4とピニオン3の歯とが衝突して衝突音を発生するこ
と、などである。
円筒部11の内周面13に衝突して発生する衝突音及び
ラックバー5のラック歯4とピニオン3の歯とが衝突し
て発生する衝突音は、自動車を運転する者に不快感を与
えることになる。
であって、その目的とするところは、ラックガイドにラ
ジアル方向の負荷が作用した場合でも、ラックガイドの
ギアケースの円筒部の内周面への衝突による衝突音及び
ラックバーのラック歯とピニオンの歯との衝突による衝
突音の発生を極力小さくすることを可能とし、運転者に
不快感を与えることのない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。
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
ピニオンに噛合するラック歯が形成されたラックバー
と、このラックバーを摺動自在に支承するラックガイド
と、このラックガイドをラックバーに向って押圧するば
ねとを具備しており、ここで、ラックガイドは、ラック
バーの外周面に摺動自在に当接してラックバーを摺動自
在に支持する凹面と、該凹面を挟んで相対向する立壁部
とを有しており、ラックガイドの外周面は、ギヤケース
の筒状の内周面に摺動自在に接するようになっており、
ラックガイドの高さHとラックガイドの外径Dとの比H
/Dは0.6以上であることを特徴とする。
グ装置によれば、外周面でギヤケースの筒状の内周面に
摺動自在に接するようになっているラックガイドの高さ
Hとラックガイドの外径Dとの比H/Dが0.6以上で
あるので、ラックガイドにラジアル方向の負荷が作用し
てラックガイドが該ラックガイドをラックバーに向って
押圧するばねとの接触部位を支点として回転(首振り)
しても、その回転角度(首振り角度)を小さくすること
ができるので、衝突音の発生を極力小さくすることがで
きる。
度)を小さくして、ラックバーから離れる方向のラック
ガイドの移動量(沈み込み量)を小さくすることができ
るので、ラックバーのラック歯とピニオンの歯との衝突
による衝突音を極力小さくすることができ、運転者に不
快感を与えることはない。
ドの外径Dとの比H/Dが0.6よりも小さい場合に
は、上記効果が生じ難いことが確かめられた。
径Dとの比H/Dは、好ましい例では、本発明の第二の
態様の装置のように、0.7以上であり、また回転角度
(首振り角度)をより小さくする観点からは、比H/D
は、大きければ大きいほど好ましいのであるが、装置の
小型化の観点等から、好ましくは、本発明の第三の態様
の装置のように、2.0以下であり、より好ましくは、
本発明の第四の態様の装置のように、1.5以下であ
る。
テアリング装置では、第一から第四のいずれかの態様の
装置において、 ラックガイドの立壁部の夫々は、少な
くともラックバーの軸心を通ると共にラックガイドの摺
動方向に直交する平面の部位まで延設されている。
グ装置によれば、ラックガイドをラックバーに向って押
圧するばねとの接触部位を支点とするラックガイドの回
転(首振り)を生じ難くできる。
テアリング装置では、第一から第五のいずれかの態様の
その装置において、ラックガイドは、ギヤケースの筒状
の内周面の両端間に位置している。
グ装置によれば、ラックガイドの高さHとラックガイド
の外径Dとの上記の特定の比H/Dによる効果を更に確
実に得ることができる。
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、ラックガイドは、一方の端部に凹面
座を有するラックガイド基体と、このラックガイド基体
の凹面座に嵌着された摺動片とを具備しており、ラック
バーを摺動自在に支持する凹面は、摺動片に設けられて
おり、立壁部は、ラックガイド基体に設けられている。
アリング装置によれば、摺動片はラックガイド基体の凹
面座に嵌着されて、その耐圧強度が高められているの
で、ラックバーを長期に亘って円滑に支承でき、ラック
バーの外周面との摺動においては摩擦抵抗が大幅に低減
され、ラックバーの往復移動を円滑に行わせることがで
きる。
テアリング装置では、第七の態様のその装置において、
ラックガイド基体はアルミニウム合金又は鉄系焼結金属
から形成されている。
グ装置によれば、特に、アルミニウム合金は、軽量であ
ること、加工が容易であることに加えて安価であること
から、ラックガイド自体の大幅なコストダウンを図るこ
とができる。
テアリング装置では、第七又は第八の態様のその装置に
おいて、摺動片は、薄鋼板と該薄鋼板上に一体に被着形
成された多孔質金属焼結層と該金属焼結層に含浸被覆さ
れていると共に自己潤滑性及び耐摩耗性を有する合成樹
脂層とからなり、合成樹脂層は、ラックバーを摺動自在
に支持する凹面を形成している。
グ装置によれば、摺動片に設けられた凹面は、自己潤滑
性及び耐摩耗性を有した合成樹脂層で形成されているの
で、ラックバーの外周面との摺動においては摩擦抵抗が
大幅に低減され、ラックバーの往復移動を更に円滑に行
わせることができ、しかも、合成樹脂層に摩耗が生じた
場合でも、凹面には多孔質金属焼結層中に含浸された合
成樹脂が露出するため、摺動摩擦抵抗の低減は長期に亘
って維持される。
脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂
又はこれに鉛、ポリイミド樹脂などの充填材を含有した
ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリアセタール樹脂
又はこれに潤滑油剤を含有させた含油ポリアセタール樹
脂等の自己潤滑性、耐摩耗性に優れた合成樹脂を使用し
得る。
テアリング装置では、第七又は第八の態様の装置におい
て、摺動片は、ラックガイド基体の凹面座に着座する凸
面及びラックバーを摺動自在に支持する凹面の夫々が自
己潤滑性及び耐摩耗性を有する合成樹脂からなる。
グ装置において、合成樹脂としては、例えば、ポリアセ
タール樹脂又はこれに潤滑油剤を含有させた含油ポリア
セタール樹脂等の自己潤滑性、耐摩耗性に優れた合成樹
脂を挙げることができる。
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。
ックピニオン式ステアリング装置Sは、円筒部20及び
中空部21を有したアルミニウム合金製のギヤケース2
2と、ギヤケース22に転がり軸受23及び24を介し
て回転自在に支承されたステアリング軸25と、中空部
21に配されて、ステアリング軸25の軸端部(ピニオ
ン軸)に一体に設けられたピニオン26と、ピニオン2
6に噛合するラック歯27を有するラックバー28と、
ギヤケース22の中空部21に配されて、ラックバー2
8を摺動支持するラックガイド29と、ラックガイド2
9をラックバー28に向かって押圧するコイルばね30
と、ギヤケース22の円筒部20の開口部を閉塞する蓋
部材32とを具備している。
軸心に対して直角な方向においてギヤケース22を貫通
して当該直角な方向に移動自在に配されており、ラック
歯27が形成された面に対向する裏面側に円弧状の外周
面34を有している。
らなるラックガイド基体35と、摺動片36とを具備し
ている。
筒状の内周面41に摺動自在に接するようになった円筒
状の外周面42と、一方の端部に配されている円弧状の
凹面座43と、凹面座43を挟んで相対向して一方の端
部に配されている立壁部44、44と、該凹面座43の
底部周縁に該凹面座43に沿って相対向して形成された
突条部45、45と、他方の端部に配されている凹部4
6と、他方の端部に配されていると共に、凹部46に連
通して凹面座43に開口する貫通円孔47とを有してい
る。
た多孔質金属焼結層と該金属焼結層に含浸被覆されてい
ると共に自己潤滑性及び耐摩耗性を有する合成樹脂層と
からなる摺動片36は、ラックバー28の外周面34に
摺動自在に当接してラックバー28を摺動自在に支持す
ると共に、合成樹脂層によって形成された円弧状の凹面
51と、補強部としての先端閉塞部52が一体に形成さ
れた中空の円筒状の突起部53とを有しており、当該突
起部53が貫通円孔47に嵌着されて、円弧状の凹面座
43に密に着座するようにラックガイド基体35に当該
突起部53を介して固着されている。
36は、その底部側が円弧状の凹面座43の底部周縁に
形成された突条部45、45によって該円弧状の凹面座
43上で回転しないように拘束されている。
41の環状の両端48及び49間に位置して、而してそ
の全体がギヤケース22の円筒部20内に該円筒部20
の内周面41との間に摺動隙間を保持して配され、ラッ
クガイド基体35の凹部46において一端がラックガイ
ド基体35に当接し、他端がギヤケース22の円筒部2
0の端部に螺合固定され、該円筒部20の開口部を閉塞
する蓋部材32に当接して配されたコイルばね30によ
って、ラックガイド基体35を介して摺動片36をラッ
クバー28に向かって押圧するようになっている。
を保持して全体がギヤケース22の円筒部20内に配さ
れたラックガイド基体35を有した以上のラックガイド
29において、ラックガイド基体35の一方の端部に形
成された円弧状の凹面座43を挟んで相対向する立壁部
44、44の夫々は、ラックガイド29の円弧状の凹面
座43に嵌着された摺動片36に摺動自在に支承された
ラックバー28の軸心Oを通ると共に、ラックガイド2
9の摺動方向に直交する平面Aの部位まで延設されてお
り、ラックガイド29の高さHとラックガイド22の外
径Dとの比H/D、本例では、ラックガイド基体35の
高さHとラックガイド基体35の外径Dとの比H/D
は、略0.8である。
の回転において、ラック歯27のピニオン26への噛合
を確保して、しかも、当該噛合によるステアリング軸2
5の軸心に対して直角な方向のラックバー28の移動を
案内する。
置Sによれば、ラックガイド基体35の高さHとラック
ガイド基体35の外径Dとの比H/Dが略0.8である
ので、ラックガイド29にラジアル方向の負荷が作用し
てラックガイド29が該ラックガイド29をラックバー
28に向って押圧するコイルばね30との接触部位を支
点として回転(首振り)しても、その回転角度(首振り
角度)を小さくすることができ、衝突音の発生を極力小
さくすることができる。
り角度)を小さくし、ラックガイド29の蓋部材32側
への移動量(沈み込み量)を小さくすることができるの
で、ラックバー28のラック歯27とピニオン26の歯
との衝突による衝突音を極力小さくすることができ、し
かも、これら衝突音の発生を極力少なくすることができ
るので、運転者に不快感を与えることはない。
Sによれば、円弧状の凹面座43に湾曲状の摺動片36
を固着したラックガイド基体35の立壁部44、44が
それぞれ湾曲状の摺動片36に摺動自在に支承されたラ
ックバー28の軸心Oを含む平面Aの部位まで延設され
ているので、ラックガイド22をラックバー28に向っ
て押圧するコイルばね30との接触部位を支点とするラ
ックガイド22の回転(首振り)を生じ難くできる。
を示すもので、摺動片36は、二つの円弧状の凹面61
及び62からなる円弧状の凹面63を具備しており、円
弧状凹面61及び62でラックバー28の円弧状の外周
面34に部分的に摺動自在に接してラックバー28を摺
動自在に支承している。二つの円弧状の凹面61及び6
2からなる円弧状凹面63の裏側の面である摺動片36
の円弧状の凸面64及び65はラックガイド基体35の
円弧状の凹面座43に密に接触している。
弧状の外周面34の曲率中心Oを通る中心線66の一方
側における角度範囲α°(但し、0°<α°<90°)
内の部位で、本例では、角度α1°=40°の部位67
でラックバー28の円弧状の外周面34に外接し、ラッ
クバー28の円弧状の外周面34の曲率中心Oに対して
偏心した曲率中心O1をもつと共に、ラックバー28の
円弧状の外周面34の曲率半径よりも大きな曲率半径を
もった円弧状凹面からなり、円弧状の凹面62は、ラッ
クバー28の円弧状の外周面34の曲率中心Oを通る中
心線66の他方側における角度範囲α°(但し、0°<
α°<90°)内の部位で、本例では、角度α1°=4
0°の部位68でラックバー28の円弧状の外周面34
に外接し、ラックバー28の円弧状の外周面34の曲率
中心Oに対して偏心した曲率中心O2をもつと共に、ラ
ックバー28の円弧状の外周面34の曲率半径よりも大
きな曲率半径であって、円弧状凹面61の曲率半径と同
一の曲率半径をもった円弧状凹面からなり、二つの円弧
状凹面61及び62は、中心線66に関して対称に形成
されている。
からなる円弧状凹面63を具備する摺動片36は、ラッ
クバー28の円弧状の外周面34との摺接が線または狭
い帯状接触となるため、ラックバー28との摺動摩擦抵
抗をより小さくすることができる。
を示すもので、摺動片36を短冊状に形成したものであ
る。この短冊状の摺動片36を、薄鋼板と該薄鋼板上に
一体に被着形成された多孔質金属焼結層と該金属焼結層
に含浸被覆された合成樹脂層とからなる複層材料で形成
する場合において、材料歩留まりの点で有効である。
凹面座43に着座する凸面71及びラックバー28を摺
動自在に支持する円弧状の凹面72の夫々が自己潤滑性
及び耐摩耗性を有する合成樹脂からなる湾曲状の摺動片
36を示すもので、摺動片36の凸面71には、方形状
の中空部73を規定し、相対向する平面部74、74と
該平面部74、74の端部に相対向する凸曲面部75、
75とを有する係合突出部76が一体に形成されてい
る。この摺動片36を使用したラックガイド29におい
ては、ラックガイド基体35に該係合突出部76に相補
的な形状の貫通孔が設けられる。
状の摺動片36においても、その円弧状の凹面51及び
72を前記図5に示す二つの円弧状の凹面61及び62
からなる円弧状凹面63としてもよい。また、上記の好
ましい例では、立壁部44、44の夫々を平面Aの部位
まで延設したが、これに代えて、平面Aの部位以上に立
壁部44、44の夫々を延設してもよい。
ル方向の負荷が作用した場合でも、ラックガイドのギア
ケースの円筒部内周面への衝突による衝突音及びラック
バーのラック歯とピニオンの歯との衝突による衝突音の
発生を極力小さくすることを可能とし、運転者に不快感
を与えることのない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。
好ましい実施の態様の一例の断面図である。
線矢視断面図である。
視断面図である。
を示す断面図である。
グ装置を示す断面図である。
図である。
Claims (10)
- 【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するラ
ック歯が形成されたラックバーと、このラックバーを摺
動自在に支承するラックガイドと、このラックガイドを
ラックバーに向って押圧するばねとを具備しており、ラ
ックガイドは、ラックバーの外周面に摺動自在に当接し
てラックバーを摺動自在に支持する凹面と、該凹面を挟
んで相対向する立壁部とを有しており、ラックガイドの
外周面は、ギヤケースの筒状の内周面に摺動自在に接す
るようになっており、ラックガイドの高さHとラックガ
イドの外径Dとの比H/Dは0.6以上であることを特
徴とするラックピニオン式ステアリング装置。 - 【請求項2】 比H/Dが0.7以上である請求項1に
記載のラックピニオン式ステアリング装置。 - 【請求項3】 比H/Dが2.0以下である請求項1又
は2に記載のラックピニオン式ステアリング装置。 - 【請求項4】 比H/Dが1.5以下である請求項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。 - 【請求項5】 ラックガイドの立壁部の夫々は、少なく
ともラックバーの軸心を通ると共にラックガイドの摺動
方向に直交する平面の部位まで延設されている請求項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。 - 【請求項6】 ラックガイドは、ギヤケースの筒状の内
周面の両端間に位置している請求項1から5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。 - 【請求項7】 ラックガイドは、一方の端部に凹面座を
有するラックガイド基体と、このラックガイド基体の凹
面座に嵌着された摺動片とを具備しており、ラックバー
を摺動自在に支持する凹面は、摺動片に設けられてお
り、立壁部は、ラックガイド基体に設けられている請求
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。 - 【請求項8】 ラックガイド基体は、アルミニウム合金
又は鉄系焼結金属からなる請求項7に記載のラックピニ
オン式ステアリング装置。 - 【請求項9】 摺動片は、薄鋼板と該薄鋼板上に一体に
被着形成された多孔質金属焼結層と該金属焼結層に含浸
被覆されていると共に自己潤滑性及び耐摩耗性を有する
合成樹脂層とからなり、合成樹脂層は、ラックバーを摺
動自在に支持する凹面を形成している請求項7又は8に
記載のラックピニオン式ステアリング装置。 - 【請求項10】 摺動片は、ラックガイド基体の凹面座
に着座する凸面及びラックバーを摺動自在に支持する凹
面の夫々が自己潤滑性及び耐摩耗性を有する合成樹脂か
らなる請求項7又は8に記載のラックピニオン式ステア
リング装置。
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JP (1) | JP5294289B2 (ja) |
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