JP2006205799A - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックピニオン式ステアリング装置において、ピニオン軸とラックバーとの片当たり現象を防止する。
【解決手段】前面側にラック歯１０ａを有するラックバー１０を支持する第１リテーナ１１は後面側に円弧部２２を有し、この円弧部２２を第２リテーナ１２に形成された円弧支持面１２ａによって円弧方向に摺動自在に支持する。そして、ピニオン軸３が回転した際には、コイルばね１３のばね力によってラックバー１０をピニオン軸３側に付勢すると共に、前記ラックバー１０がピニオン軸３の回転に追従するように傾動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばピニオン軸とラックバーとの噛合を安定させるようにしたラックピニオン式ステアリング装置に関するものである。

従来のラックピニオン式ステアリング装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが提案されている。

このラックピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールに接続されたピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合するラックバーを備えており、前記ピニオン軸が回転し、前記ラックバーを軸方向に移動させることによって操舵方向を変更するものである。

そして、この装置は、前記ピニオン軸と噛合するラック歯の背面側に突出部を有するラックバーと、突出部の両側に形成された斜面部を摺動自在に支持するリテーナを備えており、このリテーナが前記斜面部を押圧することによってラックバーをピニオン軸側に付勢している。前記リテーナが前記斜面部を支持しているため、前記ラックバーの上下方向の傾動を防止しつつ、ラックバーをピニオン軸側に付勢するようになっている。
特開２００２−３７０８９号公報

しかしながら、前記ラックピニオン式ステアリング装置は、前記リテーナによって前記斜面部を支持しつつ、ラックバーをピニオン軸側に付勢すると共に、前記リテーナがハウジングの内側面に密接しているため、前記ラック歯の幅方向中心部を中心として上下方向に傾動するラックバーの傾動運動が拘束される。この結果、前記ピニオン軸の回転運動にラックバーが追従することができず、例えばラック歯とピニオン軸の噛合部分にいわゆる片当たり現象が発生し、この片当たり現象に起因して、前記噛合部分のがたつきの発生や、前記ピニオン軸およびラックバーの耐久性が低下してしまうという問題があった。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、前記ピニオン軸とラックバーの片当たり現象を阻止し、ピニオン軸と前記ラック歯との噛合部分のがたつきを防止すると共に、ピニオン軸およびラックバーの耐久性を向上させることができるようにしたラックピニオン式ステアリング装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、ピニオン軸と、前面側に前記ピニオン軸に噛合するラック歯が形成されたラックバーと、前面側に前記ラックバーの背面側を摺動自在に支持するサポート部が形成され、後面側に円弧状の円弧面が形成された第１リテーナと、該第１リテーナの円弧面を円弧方向に摺動自在に支持する円弧支持面が形成された第２リテーナと、該第２リテーナを、前記ピニオン軸と前記ラック歯との噛合部分に向かって付勢する付勢手段と、を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、前記第２リテーナが第１リテーナを円弧方向に摺動自在に支持しているため、ラックバーの傾動運動を許容するようになっている。したがって、前記ラックバーはピニオン軸の回転運動に追従できるようになる。その結果、前記ピニオン軸とラック歯の片当たり現象を阻止し、ピニオン軸と前記ラック歯との噛合部分のがたつきを防止すると共に、ピニオン軸およびラックバーの耐久性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記第１リテーナの円弧面を、前記ラック歯の幅方向中心部を中心とした円弧状に設定したことを特徴としている。

この発明によれば、前記第１リテーナの円弧面を、ラック歯の幅方向中心部を中心とした円弧状に設定したことによって、前記ピニオン軸の回転運動に追従する前記ラックバーの動きをより一層スムーズにすることができる。

請求項３に記載の発明において、前記ラックバーは、横断面ほぼ三角形状で、かつ背面側に一対の斜面部を有し、該一対の斜面部を前記サポート部によって摺動自在に支持するようにしたことを特徴としている。

この発明によれば、ラックバーを横断面ほぼ三角形状に形成しても、請求項１の発明と同様に、前記ラックバーがピニオン軸の回転に追従できるようなり、片当たり現象を防止することができる。また、一対の斜面部をサポート部によって支持するため、より一層前記ラックバーを安定して支持することができる。

以下、本発明に係るラックピニオン式ステアリング装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は第１の実施の形態を示し、このラックピニオン式ステアリング装置は、図１に示すように、一端部が図外のステアリングホイールに接続され、他端部がハウジング１内に収容された操舵軸２と、該操舵軸２に接続され、先端部にピニオン歯３ａが形成されたピニオン軸３と、該ピニオン軸３の外周に結合されたウォームホイール４と、該ウォームホイール４と噛合するウォームシャフト５と、該ウォームシャフト５に回転力を付与する電動機６と、前記ピニオン軸２の外周部に設けられ、ピニオン軸２の回転角を検出するセンサ７と、該センサ７の出力信号に基づき前記電動機６を制御する電動機制御機構８と、をそれぞれ備えている。

そして、前記ピニオン軸３の先端部側に、前記ピニオン歯３ａに噛合するラック歯１０ａを前面側に有するラックバー１０が設けられていると共に、前記ラックバー１０の背面側に、ラックバー１０を保持する第１リテーナ１１が配置されている。また、前記第１リテーナ１１の背面側に、該第１リテーナ１１を摺動自在に保持する第２リテーナ１２が設けられていると共に、前記第２リテーナ１２を前記ピニオン歯３ａと前記ラック歯１０ａとの噛合部分側に向かって付勢する付勢手段であるコイルばね１３と前記第２リテーナ１２の傾動運動を抑制する傾動運動抑制手段である皿ばね１４がそれぞれ設けられている。

前記ラックバー１０とピニオン軸３は、ほぼ直交して設けられていると共に、前記ラック歯１０ａとピニオン歯３ａがヘリカル歯車のように噛合し、前記ピニオン軸３が回転することによって前記ラックバー１０が軸方向に移動するようになっている。

前記ハウジング１は、下端側に前記ラックバー１０を収容するラックバー収容部１８を有しており、前記ラックバー収容部１８の外側端部には、有蓋円筒状のキャップ１９が軸方向からねじ締め固定されている。

前記ピニオン軸３は、前記操舵軸２を介して図外のステアリングホイールに接続されると共に、前記ハウジング１内に設けられた円環状のベアリング１６によって軸方向両端部の近傍を回転自在に保持されている。

前記ラックバー１０は、図３に示すように、前面側に前記ピニオン歯３ａと噛合するラック歯１０ａを有するラック本体２０と、該ラック本体２０の背面側に突出形成された断面ほぼ矩形状の突出部２１と、を一端部側に備えている。

前記ラック本体２０は、背面側に一対の斜面部２０ａ，２０ａが形成され横断面ほぼ三角形状になっている一方、前記突出部２１は、前記一対の斜面部２０ａ，２０ａの稜線となる位置に形成されている。

前記第１リテーナ１１には、図４に示すように、前面側が前記斜面部２０ａ，２０ａを支持するサポート部である斜面支持部１１ａ，１１ａが形成されていると共に、後面側に円弧状の円弧面２２が形成されている。そして、前記斜状支持面１１ａ，１１ａとの間に、前記突出部２１を収容する断面ほぼコ字状の第１溝部２８が形成されている。

前記斜状支持面１１ａ，１１ａの表面には、前記第１リテーナ１１の表面を覆うように、摺動材として例えばテフロン（登録商標）製のメタルシート２９が保持されている。

前記円弧面２２は、図２に示すように、前記ラック歯１０ａの幅方向中心部で、前記ピニオン軸３が回転した際に前記ラックバー１０が傾動する中心となる傾動中心２４からほぼ半径Ｒとなるように形成されている。そして、前記第１リテーナ１１と前記ラックバー収容部１８の間には所定の隙間Ｌが設定されており、前記第１リテーナ１１はラックバー収容部１８の内側面から離間している。

前記メタルシート２９は、前記第１リテーナ１１の斜状支持面１１ａ，１１ａに合致するバタフライ状の羽根部２９ａ，２９ａを有し、この羽根部２９ａ，２９ａが前記ラック本体２０の斜面部２０ａ，２０ａに当接している。また、前記第１リテーナ１１の第１溝部２８に合致する断面ほぼコ字状の第２溝部３０には窓孔３１が開口形成されている。

前記第２リテーナ１２には、前面側が前記円弧面２２を円弧方向に摺動自在に支持する円弧支持面１２ａが形成されていると共に、背面側が前記コイルばね１３によって支持されている。前記円弧支持面１２ａの表面には、前記円弧面２２とほぼ同一曲率で摺動材となる例えばテフロン（登録商標）製のメタルシート２６が固着されている。

前記コイルばね１３は、この一端部が前記第２リテーナ１２の底面に弾接している一方、他端部が前記キャップ１９の付勢手段保持部である内側底面１９ａに弾接しており、前記第２リテーナ１２がコイルばね１３のばね力によってピニオン軸３側に付勢されている。つまり、前記第２リテーナ１２がピニオン軸３側に付勢されることによって、前記第１リテーナ１１を介してラックバー１０が前記ピニオン軸３側に付勢されるようになっている。

前記皿ばね１４は、円環状に形成されていると共に、前記キャップ１９の傾動運動抑制手段保持部である先端部１９ｂに配置され、前記第２リテーナ１２とキャップ１９とによって挟持されている。そして、前記皿ばね１４のばね力によって前記第２リテーナ１２の底面がキャップ１９に当接するのを防止すると共に、前記第２リテーナ１２の傾動を抑制するようになっている。

また、前記コイルばね１３および皿ばね１４の撓み量は、前記キャップ１９の螺合量を調節することによって調節でき、前記ラック歯１０ａがピニオン歯３ａ側に付勢される力が調節されるようになっている。

前記コイルばね１３および皿ばね１４は、前記キャップ１９に保持されているので、キャップ１９を締結すると共にハウジング１内に双方同時に配置することができるようになっているため、組付性がよい。なお、前記キャップ１９は外側底部に形成された工具溝３４を介して、図外の工具により前記ラックバー収容部１８に締結されていると共に、ナット３５によって抜け止めされている。

以下、本実施の形態のラックピニオン式ステアリング装置における転舵時の作用について述べる。

前記図外のステアリングホイールを転舵した際には、図１に示すように、前記操舵軸２を介して前記ピニオン軸３が回転すると共に、前記センサ７がピニオン軸３の回転角を検出し、その検出されたピニオン軸３の回転角のデータが電気信号として前記電動機制御機構８に送信される。

この電気信号により前記電動機制御機構８が、前記電動機６を制御、すなわち電動機６に設けられたウォームシャフト５の回転量を制御し、この結果、このウォームシャフト５に噛合している前記ウォームホイール４の回転角も制御され、前記ピニオン軸２の回転角が規制される。

そして、前記ピニオン軸３が回転するに伴い前記ラック本体２０の斜面部２０ａ，２０ａがメタルシート２９を介して前記斜状支持部１１ａ，１１ａに保持されつつラックバー１０が軸方向に摺動する。

前記ラックバー１０は、軸方向に移動すると共に、前記傾動中心２４を中心として上下方向に傾動する力も付与される。

ここで、前記第１リテーナ１１の円弧面２２が、前記第２リテーナ１２の円弧支持面１２ａを円弧方向に摺動することによって前記第１リテーナ１１を介してラックバー１０が傾動し、ラック歯１０ａがピニオン歯３ａの回転に追従する。

なお、前記第１リテーナ１１とラックバー収容部１８の内側面との間には、前述したように、隙間Ｌがあり前記ラックバー１０および第１リテーナ１１が傾動中心２４を中心とする傾動運動がある程度許容されているため、前記ラック歯１０ａが前記ピニオン歯３ａの回転運動に追従することができる。

この結果、前記ピニオン歯３ａとラック歯１０ａの片当たり現象を阻止し、ピニオン軸３ａと前記ラック歯１０ａとの噛合部分のがたつきを防止すると共に、ピニオン軸３およびラックバー１０の耐久性を向上させることができる。

また、前記ラックバー１０をピニオン軸３側に付勢する力は第２リテーナ１２および第１リテーナ１１を介して主に前記コイルばね１３が受け持つ一方、前記第２リテーナ１２の傾動運動は主に前記皿ばね１４によって抑制されているため、前記傾動中心２４からの円弧面２２の距離Ｒをほぼ一定に保つことができる。

加えて、前記皿ばね１４は、前記第２リテーナ１２の底面の周縁部を保持しているので、より効果的に第２リテーナ１２の傾動運動を安定かつ効果的に抑制することができるようになっている。

したがって、前記傾動中心２４と円弧面２２の距離Ｒがほぼ一定に保たれることにより、前記ラック歯１０ａがピニオン歯３ａの回転に追従し易くなり、前記ピニオン歯３ａとラック歯１０ａの片当たり現象を効果的に阻止し、前記ピニオン歯３ａとラック歯１０ａのがたつきを防止すると共に、より一層ピニオン軸３とラックバー１０の耐久性を向上させることができる。

また、前記第１リテーナ１１の斜状支持面１１ａ，１１ａによって突出部２１の両側となる斜面部２０ａ，２０ａを支持しているため、前記第１リテーナ１１に対してラックバー１０が上下方向に傾動するのを十分に抑制することができる。

なお、前記ラックバー１０は、横断面ほぼ三角形状に限るものではない。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項（１） 前記第２リテーナの傾動運動を抑制する傾動運動抑制手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のラックピニオン式ステアリング装置。

この発明によれば、前記付勢手段に加えて第２リテーナの傾動運動を抑制する傾動運動抑制手段を備えたことによって、より一層安定して前記ラックバーを支持することができる。

請求項（２） 前記第２リテーナおよび付勢手段よりも外側にキャップ部材を設け、前記キャップ部材は、前記付勢手段を保持する付勢手段保持部と、前記傾動運動抑制手段を保持する傾動運動抑制手段保持部を有することを特徴とする請求項１〜（１）のいずれかに記載のラックピニオン式ステアリング装置。

この発明によれば、キャップ部材が、付勢手段と傾動運動抑制手段を保持することによって、前記キャップ部材と共に前記転がり軸受付勢手段および支持部材付勢手段を組み付けることが可能となるため、組付効率が向上する。

本発明に係るラックピニオン式パワーステアリング装置の簡略断面図である。 図１のラック歯とピニオン歯の噛合部分の拡大図である。 図２のラックバーの斜視図である。 図２のラックバーを支持する部材の分解斜視図である。

符号の説明

３…ピニオン軸
１０…ラックバー
１０ａ…ラック歯
１１…第１リテーナ
１１ａ…斜状支持面（サポート部）
１２…第２リテーナ
１２ａ…円弧支持面
１３…コイルばね（付勢手段）
１４…皿ばね（傾動運動抑制手段）
１９…キャップ（キャップ部材）
１９ａ…内側底面（付勢手段保持部）
１９ｂ…先端部（傾動運動抑制手段保持部）
２０・・・斜面部
２２…円弧面

Claims (3)

1. ピニオン軸と、
   前面側に前記ピニオン軸に噛合するラック歯が形成されたラックバーと、
   前面側に前記ラックバーの背面側を摺動自在に支持するサポート部が形成され、後面側に円弧状の円弧面が形成された第１リテーナと、
   該第１リテーナの円弧面を円弧方向に摺動自在に支持する円弧支持面が形成された第２リテーナと、
   該第２リテーナを、前記ピニオン軸と前記ラック歯との噛合部分に向かって付勢する付勢手段と、を備えたことを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
2. 前記第１リテーナの円弧面を、前記ラック歯の幅方向中心部を中心とした円弧状に設定したことを特徴とする請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
3. 前記ラックバーは、横断面ほぼ三角形状で、かつ背面側に一対の斜面部を有し、
   該一対の斜面部を前記サポート部によって摺動自在に支持するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
   

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