JP2003200837A - ラックピニオン式舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラック軸を移動案内するラックガイドが、保
持孔との間の嵌合隙間の範囲内に傾倒することを防止
し、ラック軸の移動案内を滑らかに行わせて良好な操舵
感が得られるようにする。 【解決手段】 ラック軸１を移動案内するラックガイド
３の周面に、ラック軸１への押し付けのための凹部30の
延設方向の両側に配置されたスペーサ５，５…を取り付
け、これらのスペーサ５，５…により、ラックハウジン
グＨ₃ に設けた保持孔30との嵌合隙間を埋め、この嵌合
隙間の範囲内にて生じるラックガイド３の傾倒を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の舵取装
置の一形式として広く利用されているラックピニオン式
舵取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ラックピニオン式舵取装置は、車体の左
右方向に延設されたラックハウジングの内部に軸長方向
への移動自在にラック軸を支持し、また前記ラックハウ
ジングの中途部に軸心を交叉させて連設されたピニオン
ハウジングの内部に軸回りでの回動自在にピニオン軸を
支持し、該ピニオン軸に一体形成されたピニオンを前記
ラック軸の周面の一部に形成されたラック歯に噛み合わ
せて両軸を相互に噛合させると共に、ラックハウジング
の両側に突出するラック軸の両端を左右の操向車輪（一
般的には前輪）に夫々連結し、またピニオンハウジング
から突出するピニオン軸の先端を舵輪（ステアリングホ
イール）に連結して、舵輪の操作に応じて生じる前記ピ
ニオン軸の回動を前記ラック軸の軸長方向の移動に変換
して左右の操向車輪を操向せしめ、舵取りを行わせる構
成となっている。

【０００３】このようなラックピニオン式舵取装置にお
いては、左右両方向の舵取りを遅れを伴わずに高精度に
行わせるために、前記ラック軸に形成されたラック歯と
前記ピニオン軸に一体形成されたピニオンとの噛合部に
適正な予圧を加え、両者を実質的にバックラッシなしに
噛み合わせることが重要である。このため従来から、前
記ラック軸の周面を前記ピニオン軸との噛合部の逆側か
ら押圧し、該噛合部に予圧を加えつつ前記ラック軸を移
動案内するラックガイドが用いられている。

【０００４】図４は、従来のラックピニオン式舵取装置
の要部の縦断面図である。ラック軸１を支承する筒形を
なすラックハウジングＨ₁ の一側には、これと交叉する
ようにピニオンハウジングＨ₂ が連設され、同じく他側
には、ラックハウジングＨ₁及びピニオンハウジングＨ
₂ の夫々と略直交する向きにガイドハウジングＨ₃ が連
設されている。

【０００５】ラック軸１は、ピニオンハウジングＨ₂ と
の連通側の周面に適長に亘って形成されたラック歯10を
備えている。ピニオンハウジングＨ₂ の内部には、同軸
上での回動自在に支持されたピニオン軸２が配してあ
り、該ピニオン軸２の一部を拡径して一体形成されたピ
ニオン20が前記ラック歯10に噛合させてある。

【０００６】ラックハウジングＨ₁ の外部に突出するラ
ック軸１の両端は、図示しない左右両側の操向車輪に夫
々連結され、これらの操向車輪は、ラック軸１の軸長方
向の移動に応じて操向されるようになしてある。またピ
ニオンハウジングＨ₂ の外部に突出するピニオン軸２の
端部は、操舵手段としての舵輪（ステアリングホイー
ル）に連結されており、ピニオン軸２及びピニオン20
は、舵取りのための前記舵輪の操作に応じて左右に回動
するようになしてある。

【０００７】ラックガイド３は、ガイドハウジングＨ₃
の軸心部に貫通形成された保持孔30内に軸長方向への摺
動自在に内嵌保持されており、内奥側端面を横切るよう
に設けた凹部31を、ラック軸１の背面側（ピニオン20と
の噛合部の逆側）の周面にラック受けシート４を介して
当接させてある。ラックガイド３の他端は、保持孔30の
開口部にねじ込まれ、ロックナット33により位置決めさ
れた押えキャップ32に臨ませてあり、ラックガイド３
は、前記押えキャップ32との間に介装された押しばね34
によりラック軸１に向けて押圧付勢されている。

【０００８】以上の構成によりラックガイド３は、押し
ばね34のばね力によりラック軸１の背面に押し付けら
れ、該ラック軸１をピニオン軸２に向けて押圧して、ラ
ック歯10とピニオン20との噛合部に予圧を付与すると共
に、前記ラック軸１を軸長方向に移動案内する作用をな
す。前記予圧の強さは、押えキャップ32のねじ込み量を
増減し、押しばね34のばね力を加減することにより適正
に設定される。

【０００９】而して、舵取りのための舵輪の操作が行わ
れた場合、該舵輪に連結されたピニオン軸２が回動し、
この回動が、ラックガイド３により付与される適正な予
圧下にて噛合するピニオン20とラック歯10とによりラッ
ク軸１の軸長方向の移動に変換され、この移動が左右の
操向車輪に伝達されて舵取りがなされる。

【００１０】このような舵取り動作中のラック軸１に
は、前記ラック歯10と噛合するピニオン20からの噛合反
力が、図４中に白抜矢符にて示す向きに加わると共に、
両端に連結された操向車輪に加わる路面反力等、操向状
態に応じて変動する種々の外力が加わる。このときラッ
ク軸１を移動案内するラックガイド３は、ガイドハウジ
ングＨ₃ の保持孔30内において、前記外力の影響により
変動する噛合反力と前記押しばね34のばね力との力バラ
ンスに応じて軸長方向に変位する。これにより、ラック
受けシート４を介して前記凹部31に加わるラック軸１の
摺動抵抗を略一定に保つことができ、ピニオン軸２に連
結された舵輪を操作する運転者に良好な操舵感を体感さ
せることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上の如きラックガイ
ド３の動作のためには、ガイドハウジングＨ₃ の保持孔
30の内周面との摺接を伴うラックガイド３の軸長方向変
位が、一定の摺動抵抗下にて滑らかに生じる必要があ
る。このことは、ラックガイド３と保持孔30との嵌め合
い隙間を高精度に管理することにより実現し得るが、こ
のためには、ラックガイド３の外周面加工及び保持孔30
の内周面加工に多大の工数を要するという問題がある。

【００１２】そこで従来においては、図４に示す如く、
ラックガイド３と保持孔30との間に比較的大きい嵌合隙
間を確保すると共に、ラックガイド３の周面の一部にＯ
リング35を巻装し、該Ｏリング35を前記保持孔30の内面
に当接させて前記嵌合隙間を埋め、保持孔30内でのラッ
クガイド３の変位が、前記Ｏリング35による摺動抵抗下
にて生じるようにした構成が採用されている。

【００１３】ところが、舵取り動作中のラック軸１に
は、前述の如く種々の外力が加わっており、該ラック軸
１を移動案内するラックガイド３には、保持孔30内での
摺動変位の方向と一致する軸長方向の力と共に、変位の
方向と直交する径方向の力が作用するため、前述したＯ
リング35による支持構造を備えるラックガイド３は、保
持孔30の内面へのＯリング35の当接部を支点として保持
孔30との嵌合隙間の範囲内にて傾倒し、先端側の一部が
保持孔30の内面に直接的に当接することがあり、ラック
ガイド３の滑らかな摺動が阻害されて操舵感が悪化する
上、保持孔30との衝突による異音の発生、当接部におけ
る偏摩耗の発生等の種々の不具合を招来するという問題
があった。

【００１４】特に、ラック軸１に形成されるラック歯10
は、負荷能力を高めるべく、軸長方向に対して傾斜した
歯面を有する斜歯とされるのが一般的であり、この場
合、ピニオン20との噛合反力の分力が前記ラックガイド
３に定常的な径方向力として加わり、該ラックガイド３
の摺動が阻害されることとなる。図５には、矢符にて示
す径方向力の作用によりラックガイド３が傾倒し、図の
上側のＡ点において保持孔30の内面に当接した状態が示
されている。

【００１５】以上の如きラックガイド３の傾倒は、前記
Ｏリング35から軸長方向に間隔を隔てて他のＯリングを
巻装し、保持孔30内部のラックガイド３を、複数のＯリ
ングによって支持する構成により緩和することができ
る。

【００１６】しかしながら前記ラックガイド３は、ラッ
ク軸１の当接側をアーチ形に凹ませてなる凹部31を備え
ており、該凹部31の形成域を避けて設定される複数のＯ
リングの巻装位置間に十分な間隔を確保することができ
ず、前述したラックガイド３の傾倒を効果的に防止する
ことは難しい。

【００１７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、ラック軸からの作用力により保持孔との嵌合隙
間の範囲内にて生じるラックガイドの傾倒を確実に防止
し、該ラックガイドの摺動を滑らかに行わせることがで
き、良好な操舵感が得られるラックピニオン式舵取装置
を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明に係る
ラックピニオン式舵取装置は、筒形のハウジングに設け
た保持孔に嵌合保持されたラックガイドを、内奥側の端
面を横切るように延設された凹部を介してラック軸に押
し付け、該ラック軸とピニオン軸との噛合部に予圧を付
与すると共に、前記ラック軸を軸長方向に移動案内する
構成としてあるラックピニオン式舵取装置において、前
記凹部の延設方向と直交する中心線の両側に配置され、
前記ラックガイドと保持孔との嵌合隙間を埋める各一対
のスペーサを備えることを特徴とする。

【００１９】本発明においては、ラック軸に押し付ける
べくラックガイドの端面に設けられた凹部の延設方向と
直交する中心線の両側部分、即ち、ラックガイドの長さ
方向に前記凹部が存在しない部分に保持孔との嵌合隙間
を埋めるスペーサを配し、該スペーサの作用によりラッ
クガイドの傾倒を防止する。また前記スペーサは、前記
中心線の両側に各一対を配置し、種々の方向の作用力に
よるラックガイドの傾倒を確実に防止する。

【００２０】また第２発明に係るラックピニオン式舵取
装置は、第１発明のスペーサが、前記ラックガイドの略
全長に亘って延設してあることを特徴とする。

【００２１】この発明においては、ラックガイドと保持
孔との嵌合隙間を埋めるスペーサをラックガイドの略全
長に亘って延設し、嵌合隙間の範囲内でのラックガイド
の傾倒を効果的に防止する。

【００２２】更に第３発明に係るラックピニオン式舵取
装置は、第１発明又は第２発明のスペーサが、前記ラッ
クガイドの周面に形成された溝内に埋設してあることを
特徴とする。

【００２３】この発明においては、ラックガイドと保持
孔との嵌合隙間を埋めるためのスペーサを、ラックガイ
ドの周面の該当部位に形成された溝内に埋設し、該スペ
ーサの脱落又は位置ずれを防いで、ラックガイドの傾倒
防止を確実に行わせる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るラッ
クピニオン式舵取装置の要部の縦断面図である。

【００２５】図中Ｈ₂ はピニオンハウジングであり、こ
のピニオンハウジングＨ₂ の内部にはピニオン軸２が配
してある。ピニオン軸２は、下半部を拡径して一体形成
されたピニオン20を備えており、該ピニオン20の上下両
側に位置する一対のアンギュラ玉軸受21，22により、ピ
ニオンハウジングＨ₂ の内部に同軸上での回動自在に支
持されている。また、ピニオンハウジングＨ₂ の外部に
突出するピニオン軸２の上端部は、操舵手段としての図
示しない舵輪（ステアリングホイール）に連結されてい
る。而してピニオン軸２は、舵取りのための前記舵輪の
回転操作に応じてピニオンハウジングＨ₂ の内部にて回
動する。

【００２６】前記ピニオンハウジングＨ₂ の下半部の一
側には、円筒形をなすラックハウジングＨ₁ が軸心を交
叉させて連設されており、該ラックハウジングＨ₁ の内
部には、軸長方向への移動自在にラック軸１が支持され
ている。該ラック軸１は、ピニオンハウジングＨ₂ との
連通部を臨む側の周面に適長に亘って形成されたラック
歯10を備えており、該ラック歯10は前記ピニオン20に噛
合させてある。またラック軸１の両端は、ラックハウジ
ングＨ₁ の両側に突設され、図示しない左右の操向車輪
に各別に連結されており、これらの操向車輪が、ラック
ハウジングＨ₁内でのラック軸１の移動に応じて操向さ
れるようになしてある。

【００２７】またラックハウジングＨ₁ には、ピニオン
ハウジングＨ₂ との交叉部の逆位置に、両ハウジングＨ
₁ ，Ｈ₂ の夫々と略直交する向きにガイドハウジングＨ
₃ が突設されている。ガイドハウジングＨ₃ の軸心部に
は、ラック軸１の背面側（ピニオン20との噛合部の逆
側）からラックハウジングＨ₁ の内部に連通する円形断
面の保持孔30が貫通形成されており、該保持孔30には、
円柱形をなすラックガイド３が軸長方向への移動自在に
内嵌保持されている。

【００２８】ラックガイド３は、ラックハウジングＨ₁
との連通部を臨む内奥側の端面にラック軸１の外形に対
応するようにアーチ形に凹ませた凹部31を備えており、
該凹部31は、ラック軸１の背面側（ピニオン20との噛合
部の逆側）の周面にラック受けシート４を介して当接さ
せてある。またラックガイド３の他端面は、保持孔30の
他側開口部にねじ込まれ、ロックナット33により位置決
め固定された押えキャップ32に臨ませてあり、該押えキ
ャップ32との間に介装された押しばね34によりラック軸
１に向けて押圧付勢されている。

【００２９】このようなラックガイド３は、押しばね34
のばね力により、前記凹部31をラック受けシート４を介
してラック軸１の背面に押し付け、該ラック軸１をピニ
オン軸２に向けて押圧して、ラック歯10とピニオン20と
の噛合部に予圧を付与すると共に、前記ラック軸１を軸
長方向への移動自在に案内する作用をなす。前記予圧の
強さは、押えキャップ32のねじ込み量を増減し、ロック
ナット33の締め付けにより適宜のねじ込み位置にて押え
キャップ32を固定することにより適正に設定される。

【００３０】以上の如きラックガイド３は、保持孔30と
の間に所定の嵌合隙間を保って内嵌保持されており、前
記嵌合隙間は、ラックガイド３の周面に以下の如く装着
されたスペーサ５，５…により埋められている。

【００３１】図２は、ラックガイド３の外観斜視図であ
る。ラックガイド３は、ガイドハウジングＨ₃ に設けら
れた前記保持孔30の断面に対応する円柱形状を有してい
る。該ラックガイド３の一端面には、前述の如くラック
軸１を押圧する凹部31が、該ラック軸１の背面側半部に
対応するアーチ形の断面を有し、軸心部を一方向に横切
るように延設されており、ラック受けシート４により覆
われている。

【００３２】ラックガイド３の周面には、前記凹部31の
延設方向と直交する中心線（図のＡ−Ａ線）の両側に各
一対の凹溝50，50が形成されており、これら４本の凹溝
50，50…に、夫々に対応する細幅の帯状をなすスペーサ
５，５…が埋設固定されている。なお図２には、手前側
の周面に形成された一対の凹溝50，50の一方を、対応す
るスペーサ５の取り付け前の状態にて示し、他方を、対
応するスペーサ５の取り付け後の状態にて示してある。

【００３３】図示の凹溝50，50…は、前記中心線Ａ−Ａ
の両側に略等しい振り分け角度θを有して振り分け配置
されている。このように配置される凹溝50，50…は、前
記振り分け角度θの適正な設定により、前記凹部31と干
渉することなくラックガイド３の全長に亘って形成する
ことが可能であり、これらの凹溝50，50…に埋設された
スペーサ５，５…は、ラックガイド３の全長に亘って延
設することができる。適正な振り分け角度θは、前記ラ
ックガイド３及び凹部31のサイズに応じて異なるが、前
記凹部31との干渉が生じない範囲において可及的に大き
く設定するのが望ましい。なお前記スペーサ５，５…
は、前述した振り分け配置に限らず、前記中心線Ａ−Ａ
の両側に異なる角度を有して配置してあってもよい。

【００３４】前記スペーサ５，５…は、ＰＴＦＥ（ポリ
エチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（炭素繊維強化ポリ
アセタノール）等、耐摩耗性に優れ、低摩擦係数を有す
る高強度の合成樹脂製であり、前記凹溝50，50…に対応
する幅及び長さを有する帯体として構成され、各別の凹
溝50，50…に嵌め込まれ、接着等の固定手段により、ラ
ックガイド３の周面からわずかに突出せしめて固定され
ている。

【００３５】以上の如く構成されたラックガイド３は、
ガイドハウジングＨ₃ に設けた保持孔30に、適宜の嵌合
隙間を介して内嵌されており、該ラックガイド３に前述
の如く取り付けられた４つのスペーサ５，５…（図１に
は対角に位置する２つのみ図示）は、前記嵌合隙間を埋
め、保持孔30の内周面に全長に亘って当接した状態とな
る。

【００３６】このように装着されたラックガイド３は、
前述の如く、一側の凹部31をラック受けシート４を介し
てラック軸１の背面に当接させ、該ラック軸１を、前記
押しばね34のばね力によりピニオン軸２に向けて押圧し
て、ラック歯10とピニオン20との噛合部に予圧を付与す
ると共に、ラック軸１を移動案内する作用をなす。

【００３７】以上の構成により、舵取りのための舵輪の
操作がなされた場合、該舵輪に連結されたピニオン軸２
が回動し、この回動が、ラックガイド３による予圧下に
て噛合するピニオン20とラック歯10とによりラック軸１
の軸長方向の移動に変換され、前述の如くラックガイド
３により案内されて生じるラック軸１の移動が左右の操
向車輪に伝達されて舵取りがなされる。

【００３８】図３（ａ），（ｂ）は、本発明に係るラッ
クピニオン式舵取装置におけるラックガイド３の動作説
明図である。舵取り動作中のラック軸１には、ラック歯
10と噛合するピニオン20からの噛合反力、両端に連結さ
れた操向車輪に加わる路面反力等の種々の外力が加わ
る。このときラック軸１を移動案内するラックガイド３
は、図１中に白抜矢符にて示す向きに加わる前記外力の
軸長方向分力に対し、前記押しばね34のばね力との力バ
ランスに応じて、ガイドハウジングＨ₃ の保持孔30の内
周面との摺動を伴いつつ軸長方向に変位する。

【００３９】前記ラックガイド３は、周面に取り付けた
スペーサ５，５…を介して前記保持孔30の内周面と当接
しており、ラックガイド３の変位は、前記スペーサ５，
５…及び保持孔30の間の摺動抵抗下にて生じる。ここで
前記スペーサ５，５…は、低摩擦係数を有する合成樹脂
製であり、またラックガイド３の軸長方向に延びる細幅
の帯体であることから、保持孔30に対する摺動抵抗は小
さい。従って、操向状態に応じて変動する前記外力の作
用下でのラックガイド３の軸長方向変位を、滑らかに、
しかも安定して行わせることができる。

【００４０】またラックガイド３には、舵取り動作中の
ラック軸１に加わる種々の外力の分力が、図３中に矢符
により示す如く、摺動変位の方向と直交する面内におい
て径方向の力として作用する。本願発明のラックガイド
３は、周面に取り付けたスペーサ５，５…により保持孔
30の内面に支えられており、これらのスペーサ５，５…
は、ラックガイド３の全長に亘って延設されていること
から、前述した径方向の力に、該力が加わる側のスペー
サ５の潰れ変形により抵抗し、同側へのラックガイド３
の傾倒が有効に抑制される。従って、ラックガイド３と
保持孔30との直接的な衝突による異音の発生、保持孔30
との当接部におけるラックガイド３の偏摩耗の発生等の
不具合が生じず、これらによるラックガイド３の摺動阻
害を防止することができる。

【００４１】また前記スペーサ５，５…は、ラックガイ
ド３の周方向に前述の如く配置されており、これらの相
乗作用により、あらゆる方向の径方向力に対抗すること
が可能であり、ラックガイド３は、いずれの方向にも傾
倒することなく滑らかに摺動変位することができる。更
に、前記スペーサ５，５…は、ラックガイド３の周面の
該当位置に設けた各別の凹溝50，50…内に埋設固定され
ており、保持孔30の内周面との摺動に伴って脱落又は位
置ずれを生じることがなく、ラックガイド３の傾倒防止
を、長期に亘って確実に行わせることができる。

【００４２】このようにラックガイド３は、ピニオン20
とラック歯10との噛合部に予圧を付与しつつ、ラック軸
１を移動案内するという本来の作用を安定して行い、舵
輪を操作する運転者に良好な操舵感を体感させることが
可能となる。

【００４３】なお以上の実施の形態においては、ラック
ガイド３の周面の前述した位置に、ラックガイド３の全
長に亘って連続するスペーサ５，５…を備えた構成につ
いて述べたが、同様の位置に断続的に配設されたスペー
サによっても略同様の効果を得ることができる。

【００４４】また以上の実施の形態においては、保持孔
30との摺接部が平坦な矩形断面を有するスペーサ５，５
…を用いているが、３角形、台形、半円形等の適宜の断
面形状を有するスペーサ５，５…を用いてもよい。

【００４５】更に以上の実施の形態においては、運転者
により舵輪に加えられる操作力のみで舵取りを行わせる
構成としたマニュアルステアリング装置への適用例につ
いて述べたが、本発明は、油圧又は電動アクチュエータ
の発生力により舵取りを補助するパワーステアリング装
置への適用も可能であり、同様の効果が得られるること
は言うまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係るラックピ
ニオン式舵取装置においては、ラック軸に当接する凹部
との干渉を避けてラックガイドの周面に配置されたスペ
ーサにより、ラックガイドと保持孔との間の嵌合隙間を
埋める構成としたから、ラック軸からの作用力により保
持孔との嵌合隙間の範囲内にて生じるラックガイドの傾
倒を確実に防止することができ、ラックガイドの摺動を
滑らかに行わせて、良好な操舵感が得られるようにな
る。

【００４７】また、ラックガイドと保持孔との嵌合隙間
を埋めるスペーサをラックガイドの略全長に亘って延設
したから、ラックガイドの傾倒を一層確実に防止するこ
とができ、更に、ラックガイドの周面に形成された溝内
にスペーサを埋設したから、該スペーサの脱落又は位置
ずれを防止し、ラックガイドの傾倒を長期に亘って確実
に防止し、良好な操舵感を長期に亘って実現することが
可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るラックピニオン式舵取装置の要部
の縦断面図である。

【図２】ラックガイドの外観斜視図である。

【図３】本発明に係るラックピニオン式舵取装置におけ
るラックガイドの動作説明図である。

【図４】従来のラックピニオン式舵取装置の要部の縦断
面図である。

【図５】従来のラックピニオン式舵取装置の問題点の説
明図である。

【符号の説明】

１ ラック軸 ２ ピニオン軸 ３ ラックガイド ４ ラック受けシート ５ スペーサ 10 ラック歯 20 ピニオン 30 保持孔 31 凹部 Ｈ₁ ラックハウジング Ｈ₂ ピニオンハウジング Ｈ₃ ガイドハウジング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒形のハウジングに設けた保持孔に嵌合
   保持されたラックガイドを、内奥側の端面を横切るよう
   に延設された凹部を介してラック軸に押し付け、該ラッ
   ク軸とピニオン軸との噛合部に予圧を付与すると共に、
   前記ラック軸を軸長方向に移動案内する構成としてある
   ラックピニオン式舵取装置において、 前記ラックガイドの周面に、前記凹部の延設方向と直交
   する中心線の両側に配置され、前記保持孔との嵌合隙間
   を埋める各一対のスペーサを備えることを特徴とするラ
   ックピニオン式舵取装置。
2. 【請求項２】 前記スペーサは、前記ラックガイドの略
   全長に亘って延設してある請求項１記載のラックピニオ
   ン式舵取装置。
3. 【請求項３】 前記スペーサは、ラックガイドの周面に
   形成された溝内に埋設してある請求項１又は請求項２記
   載のラックピニオン式舵取装置。