JP2006282058A - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラックリテーナの局部摩耗を低減したラックピニオン式ステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ピニオン軸を支持する一対の軸受と、一対の軸受の中間点から偏倚した位置でピニオン軸に噛合うラックバーと、ピニオン軸を収容するピニオン軸収容部と、ラックバーを収容するラックバー収容部と、ラックバーの背面側に設けられたラックリテーナ収容部と、を有するハウジングと、ラックリテーナ収容部に設けられ、ラックバーを前記ピニオン軸との噛合い方向に付勢するラックリテーナと、を備えるラックピニオン式ステアリング装置において、ラックリテーナは、ラックバーの背面であって、軸受の中間点からの偏倚方向をオフセット支持することとした。
【選択図】 図９

Description

本発明は、運転者の操舵力をラックバーにより伝達するラックピニオン式ステアリング装置に関する。

従来、特許文献１に開示され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１''に噛合うピニオンが一対の軸受５０''、６０''に軸支されている。通常、下側の軸受６０''はピニオン軸４''のラック１''との噛合い部付近に設けられるが、上側の軸受５０''はピニオン軸４''の歯溝４１''の加工の関係上、ラック１''との噛合い部Ｏ''から若干離れた位置に設けられる（図１４参照）。そのため、下側の軸受６０''寄りに噛合い部Ｏ''が存在する。

ここで、ピニオン軸４''が回転しラック１''を駆動すると、ラック１''からの反力によりピニオン軸４''の一対の軸受５０''、６０''の略中間部Ｒ''がラック１''の進行方向の逆方向に撓み変形する。一方、ラック１''はこの撓み変形により進行方向側が持ち上げられるように傾く。すると、このラック１''の背面はラックリテーナ１００''に対し傾いた状態で摺動する。
特開平１１−４３０５５号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、ラック１''背面は円筒形状を有しており、一方ラックリテーナ１００''はラック１''背面の外周２点（天地方向の上側ａ、下側ｂ）を支持する略円弧形状をしているため、上側支点ａはラック１''がラックリテーナ１００''内側から端部側へ向かって摺動するが、下側支点ｂ''はラックがラックリテーナ１００''端部側から内側へ向かって摺動する。

したがって、下側支点ｂではラック１''とラックリテーナ１００''の角部（ラックリテーナの筒状側部と摺動面との成す角部）とが強く接触し、局部的な摩耗が発生するという問題があった。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ラックリテーナの局部摩耗を低減した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。

上記目的を達成するため、本発明では、ピニオン軸と、前記ピニオン軸を支持する一対の軸受と、前記一対の軸受の中間点から偏倚した位置で前記ピニオン軸に噛合うラックバーと、前記ピニオン軸を収容するピニオン軸収容部と、前記ラックバーを収容するラックバー収容部と、前記ラックバーの背面側に設けられたラックリテーナ収容部と、を有するハウジングと、前記ラックリテーナ収容部に設けられ、前記ラックバーを前記ピニオン軸との噛合い方向に付勢するラックリテーナと、を備えるラックピニオン式ステアリング装置において、前記ラックリテーナは、前記ラックバーの背面であって、前記軸受の中間点からの偏倚方向をオフセット支持することとした。

よって、ラックリテーナをオフセットさせることで、ラックリテーナの局部摩耗を低減したラックピニオン式ステアリング装置を提供できる。

以下、本発明のラックピニオン式ステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［ラックピニオン式ステアリング装置のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図１２に基づき説明する。図１は、本願ラックピニオン式ステアリング装置を適用した電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。

なお、ラック&ピニオンを用いているものであれば他のパワーステアリング装置に用いてもよいし、パワーステアリング装置でなくとも、手動型のステアリング装置であってもよい。

また、一般的にステアリング装置におけるラック&ピニオンは、バックラッシの影響を低減するためはすば歯車となっている。本願ラックピニオン式ステアリング装置においても、ラックバー１とピニオン軸４ははすば歯車とする。

電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールＳＷ、トルクセンサＴＳ、ラックバー１、パワーアシストユニット３、転舵輪、及び７コントロールユニット１０を有する。パワーアシストユニット３は車両上方からラックバー１の軸方向に離間して設けられており、モータ駆動によりピニオン軸４を介してラックバー１にアシストトルクを付与する。

パワーアシストユニット３は、コントロールユニット１０によりモータを駆動してラックバー１にアシストトルクを付与するパワーアシスト装置である。パワーアシストユニット３にはステアリングホイールＳＷと接続したトルクセンサＴＳが設けられている。

コントロールユニット１０は、トルクセンサＴＳにより検出された操舵トルクに基づき、パワーアシストユニット３のモータを駆動して転舵輪７と接続したラックバー１にアシストトルクを付与する。

［正面図］
図２は、ラックピニオン式ステアリング装置の正面図である。なお、説明のため図２においてはラックチューブ２のみ断面図を示し、ラックバー１の軸方向であってハウジング３０と反対方向をｘ軸正方向と定義する。

ラックバー１はラックチューブ２に収容され、両端は図外の転舵輪に接続される。また、ラックチューブ２の背面にはハウジング３０が設けられ、ハウジング３０内には図外のステアリングホイールと接続するピニオン軸４が設けられている。ラックバー１はこのピニオン軸４と噛合って運転者の操舵力が伝達され、転舵が行われる。

［ハウジング内部の詳細］
図３は、ハウジング３０におけるパワーアシストユニット３付近のピニオン軸方向部分断面図である。なお、ラックバー１に対しピニオン軸４の反対方向をｙ軸正方向、ピニオン軸４の軸方向であってステアリングホイールＳＷ方向（鉛直上向き方向）をｚ軸とする。

ハウジング３０はピニオン軸収容部３１、ラックバー収容部３２を有し、それぞれにおいてピニオン軸４、ラックバー１が互いに噛合った状態で収容される。ハウジング３０内部にはピニオン軸４、ラックリテーナ１００、リテーナ支持部２００が設けられている。ラックリテーナ１００とピニオン軸４との間にはラックバー１が設けられてピニオン軸４と噛合う。

ピニオン軸４はピニオン軸収容部３１において一対の軸受５０，６０に支持され、この軸受５０，６０はピニオン軸４のピニオン歯４１と重ならないようピニオン歯４１のｚ軸双方向側に設けられている。

また、軸受５０，６０のｚ軸方向中間位置Ｒは、ラックバー１のラック歯１１の中心位置Ｏよりもｚ軸正方向側となるよう設けられている。ピニオン軸４にピニオン歯面４１を形成する際はカッターを用いた切削加工により形成するが、ピニオン歯面４１のｚ軸正方向側はカッターのＲ分の加工代となるため、歯面４１のｚ軸正方向側は完全な歯面とはならない。したがって、ピニオン軸４は完全な歯面が形成されている中間位置Ｒよりもｚ軸負方向においてラックバー１と噛合わせる必要があるためである。

ラックリテーナ１００は円柱の一端部を円筒状にくり貫いた形状であり、円筒側から見てコの字形に形成されている。このラックリテーナ１００はバネ３００を介してリテーナ支持部２００に支持され、円弧状の摺接面１１０においてラックバー１に当接してラックバー１をｙ軸負方向に付勢する。また、ラックリテーナ１００とリテーナ支持部２００のの間には円環状の板バネ４００が設けられ、ラックリテーナ１００をｙ軸負方向に付勢する。

ここで、ピニオン軸４の軸線（Ｃ−Ｃ直線）に対し垂直かつラックバー１中心Ｏを通る直線をＡ−Ａ直線とすると、円柱状のラックリテーナ１００の軸線（Ｏ−Ｂ直線）はＡ−Ａ直線に対しｚ軸負方向に傾斜して設けられている。すなわち、ラックリテーナ１００は、軸受５０，６０の中間点Ｒからｚ軸負方向側に偏倚した位置Ｏを付勢力中心として、ラックバー１をオフセット支持することとなる。

［ラックリテーナの詳細］
図４はラックリテーナ１００の斜視図、図５はI-I断面図、図６はII-II断面図である。なお、ラックリテーナ１００は略円筒形であり、円筒の軸をξ軸とする。このξ軸は、図３のＯ−Ｂ直線方向に相当する。

図４においてI-I断面はｘ軸に対し平行であり、II-II断面はｘ軸に対し垂直である。さらにI-I断面及びII-II断面はラックリテーナ１００の中心Ｏを通り、ラックリテーナ１００はI-I断面及びII-II断面に対し対称に設けられている。組み付け向きに拘束されない対称形状とし、組み付け容易性を確保する。

上述のようにラックリテーナ１００はξ軸正方向端部をｘ軸方向に円弧状にくり貫いた形状であり、くり貫かれた円弧状面はξ軸正方向に凹んで摺接面１１０としてラックバー１と摺接し、くり貫き量の少ないII-II直線方向端部はラックバー１のガイド部１６０，１７０として機能する。

また、摺接面１１０のｘ軸方向側部には、ラックバー１との摺接を円滑に行うためテーパ加工が施され、ｘ軸正、負方向テーパ面１２０，１３０を形成する。

摺接面１１０は曲率が同じ２つの円弧面１１１，１１２を組み合わせて形成された円弧曲面であり、円弧面１１１，１１２はI-I断面に対し対称である。また、円弧面１１１，１１２は互いに同一円周上にはなく、円弧面１１１，１１２が交わる直線、すなわち摺接面１１０のξ軸正方向端部１１３は、ξ軸正方向に凸となるよう形成されている。

したがって、摺接面が連続した円弧形状である場合、ラックリテーナ１００は摺接面のI-I直線部分にてラックバー１と摺接するが、本願実施例の摺接面１１０は２つの連続曲面でない円弧面１１１，１１２により形成されているためI-I直線部分では摺接せず、ξ軸正方向端部１１３よりもξ軸負方向のＥ−Ｅ線分にてラックバー１と摺接することとなる。

また、ラックリテーナ１００のξ軸正方向端面１４０には軸方向凹部が設けられ、組み付け時にバネ３００（図３参照）を係止するバネ係止部１４１として機能する。さらに、本願実施例ではラックリテーナ１００の円周面にはラックバ−収容部３２に円滑に収容されるようＯリング１５０が設けられているが、Ｏリング１５０を設けなくともよく特に限定しない。

［ラックリテーナ凸状摺接面の摺接作用］
上述のように、ラックリテーナ１００の中心Ｏとピニオン軸４の噛合い中心Ｒがオフセットしているためラックバー１にはモーメントＭが作用し、ラックリテーナ１００は傾いた状態でラックバー１と摺接することになる。

その際、ラックリテーナ１００の摺接面１１０全体が１つの連続円弧形状であった場合、ラックリテーナ１００に対しラックバー１が傾いているため、ラックバー１は摺接面１１０におけるI-I直線上のｘ軸方向端面１１４，１１５のいずれかにおいてのみ摺接することとなる。したがってラックバー１の支持が１点支持となり、滑らかな摺接が期待できない。

本願実施例では摺接面１１０におけるラックバー１との摺接はＥ−Ｅ線分において行われ、ラックリテーナ１００に対しラックバー１が傾いた際であっても、摺接は少なくとも２本のＥ−Ｅ線分の端部において行われる。したがって、最低でも２点支持を確保することで、ラックバー１とラックリテーナ１００との摺接を円滑なものとする。

［操舵時におけるラックバーとピニオン軸の関係］
図７はラックバー１とピニオン軸４の噛合い部分付近の正面図、図８、図９は、ラックバー１とピニオン軸４の模式図である。図８は操舵開始前、図９は操舵開始後を示す。

なお、図８、図９にあってはピニオン軸４のピニオン歯面４１は、正面図ではなく、ラックバー１と噛合っている側の歯面を示す。ラックバー１及びピニオン軸４ははすば歯車であるため、操舵開始前においてピニオン歯面４１はピニオン軸４に対し角度α傾いた状態とする。また、操舵前はピニオン軸４の接線Ｆはピニオン軸４と同一である。

操舵力が加えられてピニオン軸４が回転し、ラックバー１がｘ軸正方向に移動する際、ラックバー１の歯面１１を着力点Ｐとして反力を受け、ピニオン軸４はｘ軸負方向へ撓む。ピニオン軸４の支持点をＳ１，Ｓ２（軸受５０，６０とピニオン軸４軸線との交点）とすれば、ピニオン軸４は支持点Ｓ１，Ｓ２の中間点が撓み中心Ｒとなり、最も撓み量が大きくなる。

したがってピニオン軸４には、撓み中心Ｒを境にｚ軸正方向部分は時計回りの曲げモーメントＭｒ１、ｚ軸負方向部分は反時計回りの曲げモーメントＭｒ２が作用し、ピニオン軸４の接線Ｆは撓みの曲率中心Ｏを回転中心として回転する。

ピニオン軸４の撓みに伴い、ピニオン歯面４１にも曲げモーメントＭｒ１，Ｍｒ２が作用する。ピニオン軸４が撓んでも接線Ｆに対するピニオン歯面４１の角度はαのまま変化しないため、ピニオン歯面４１も接線Ｆに対する角度αを保ったまま、撓み曲率中心Ｏを回転中心として回転し、ピニオン歯面４１にも曲げモーメントＭｒ１，Ｍｒ２が作用する。

ここで、ラック歯１１とピニオン歯面４１との噛合い点である着力点Ｐは、撓み中心Ｒよりもｚ軸負方向側にずれている。したがって、着力点Ｐにおいては反時計回りの曲げモーメントＭｒ２のみがラック歯１１に作用し、ラックバー１は着力点Ｐを回転中心として反時計回りに回転する。

［ラックバーの回転に伴うラックリテーナの偏摩耗］
図１０は、ラックリテーナ１００とラックバー１との摺接面付近におけるｙ軸負方向正面図、図１１、図１２は図９の領域Ｄ１，Ｄ２における摺接面のIII-III、IV-IV断面図である。ラックバー１がｘ軸正方向へ移動すると反時計回りの曲げモーメントＭｒ２が作用し、ラックバー１はピニオン歯面４１との噛合い位置Ｐを中心として反時計回りに回転する。

上述のようにラックリテーナ１００はｘ軸方向から見て略コの字形であり、円弧状に凹んだ摺接面１１０においてラックバー１と摺接するため、ラックバー１が反時計回りに回転すると摺接面１１０における摺接部も反時計回り方向に移動する。

ラックリテーナ１００は凹部である摺接面１１０と凸部であるガイド部１６０，１７０により形成される略コの字形状であるため、ラックバー１は摺接面１１０とラックバー１のガタ分だけ回転した後、ガイド部１６０，１７０により反時計回り回転を係止される。

したがって、ラックバー１はｚ軸正方向のガイド部１６０におけるｘ軸正方向側端部１６１及びｚ軸負方向のガイド部１７０におけるｘ軸負方向側端部１７１においてガイド部１６０，１７０と摺接する。

また、摺接面１１０は連続しない２つの円弧面１１１，１１２からなり、ラックバー１は摺接面１１０のξ軸正方向凸部であるξ軸正方向端部１１３においては摺接しないため、摺接部分はｘ軸正、負方向側端部１６１，１７１付近の領域Ｄ１，Ｄ２となり、この領域Ｄ１，Ｄ２において摺動面圧が増大し、領域Ｄ１，Ｄ２において偏摩耗が発生する。

ここでラックバー１はｘ軸正方向に移動しているため、領域Ｄ１では摺接面１１０のｘ軸正方向側角部１１６に対しラックバー１の移動が順方向であるため、ラックバー１とｘ軸正方向端部１１６が干渉することはない。一方、領域Ｄ２ではｘ軸負方向側角部１１７に対しラックバー１の移動が逆方向であるため、ラックバー１とｘ軸負方向側角部１１７とが干渉してしまう。

したがって、領域Ｄ２はＤ１に比べ摩耗が激しくなる。また、摺接面１１０のｚ軸負方向側円弧面１１２にはラックバー１の荷重も作用するため、領域Ｄ２における偏摩耗はＤ１に比べより顕著となる。

［ラックリテーナのオフセットによる偏摩耗低減効果］
本願実施例にあっては、円柱状のラックリテーナ１００の軸線はＡ−Ａ直線に対しｚ軸負方向に傾斜して設けられ、ラックリテーナ１００は、軸受５０，６０の中間点Ｒからｚ軸負方向側に偏倚した位置Ｏを付勢力中心として、ラックバー１をオフセット支持している（図３参照）。

これにより、偏摩耗の激しい領域Ｄ２における接触面積を増加させ、Ｄ２における面圧を低減する。また、領域Ｄ２における面圧が低下する分Ｄ１における面圧を相対的に増加させることが可能となり、ラックリテーナ摺接面１１０のｚ軸負方向側の偏摩耗を抑制することができる。

実施例２につき図１３に基づき説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため異なる点についてのみ説明する。実施例１では、ラックリテーナ１００を軸受５０，６０の中間点Ｒからｚ軸負方向側へオフセットさせた。

これに対し実施例２では、ラックリテーナの形状を変更し、ラックリテーナ１００'の２つの不連続円弧面１１１，１１２の交線１１３'を、ラックバー１の中心点Ｏよりもｚ軸負方向側となるようオフセットして設ける点で実施例１と異なる。

図１３は、実施例２におけるハウジング３０のピニオン軸方向部分断面図である。２つの不連続円弧面１１１，１１２の交線１１３'を、ラックバー１の中心点Ｏよりもｚ軸負方向側となるようオフセットして設けている。オフセットに伴い、ｚ軸負方向側ガイド部１７０'はｚ軸正方向側ガイド部１６０'よりもｘ軸方向に長くなる。

したがってバネ３００によりラックリテーナ１００'をピニオン軸４に対し垂直（Ａ−Ａ直線方向）に付勢すれば、ラックリテーナ１００がラックバー１を付勢する方向（Ｏ−Ｂ'直線方向）は実施例１と同様にＡ−Ａ直線に対しｚ軸負方向に傾斜させることが可能となり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。さらに、ｚ軸負方向側ガイド部１７０'がｚ軸正方向側ガイド部１６０'よりも長く設けられているため、誤組み付けを回避することができる。

また、実施例２ではバネ３００によるラックリテーナ１００'付勢方向（Ａ−Ａ直線）はピニオン軸４の軸線（Ｃ−Ｃ直線）に対し垂直であるため、実施例１のようにハウジング３０のラックバ−収容部３２をｚ軸負方向に傾斜させる必要がない。一般に従来例におけるラックバ−収容部３２''はピニオン軸線Ｃ−Ｃに対し垂直に設けられている（図１４参照）ため、実施例２の技術を適用することによりハウジング形状を変更することなく、ラックリテーナ１００'の局部偏摩耗を低減することができる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１及び実施例２に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

本願実施例ではピニオン軸４の回転力をアシストするタイプのパワーステアリング装置に本願発明を適用したが、ラック&ピニオンを用いているものであれば他のパワーステアリング装置に用いてもよい。また、パワーステアリング装置でなくとも、手動型のステアリング装置であってもよい。

さらに、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ）請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置において、
前記前記ラックリテーナ収容部は、前記軸受の中間点からの偏倚方向に傾斜配置され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。

ラックリテーナの一対の支持点とラックリテーナの付勢方向とのバランスをとりつつ、ラックリテーナの局部偏摩耗を低減することができる。

（ロ） 請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置において、
前記ラックリテーナは、前記ラックバーを支持する一対の支持点が前記軸受の中間点からの偏倚方向に傾斜配置され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。

ハウジング形状を変更する必要がない。

本願ラックピニオン式ステアリング装置を適用した電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。 ラックピニオン式ステアリング装置の正面図である。 ハウジングにおけるラックバー付近のピニオン軸方向部分断面図である。 ラックリテーナの斜視図である。 ラックリテーナのI-I断面図である。 ラックリテーナのII-II断面図である。 ラックバーとピニオン軸の噛合い部分付近の正面図である 操舵開始前におけるラックバーとピニオン軸の模式図である。 操舵開始後におけるラックバーとピニオン軸の模式図である。 ラックリテーナとラックバーとの摺接面付近におけるｙ軸負方向正面図である。 領域Ｄ１における摺接面のIII-III断面図である。 領域Ｄ２における摺接面のIV-IV断面図である。 実施例２におけるハウジングのピニオン軸方向部分断面図である。 従来例におけるハウジングのピニオン軸方向部分断面図である。

符号の説明

１ ラックバー
２ ラックチューブ
３ パワーアシストユニット
４ ピニオン軸
７ 転舵輪
１０ コントロールユニット
１１ ラック歯
３０ ハウジング
３１ ピニオン軸収容部
３２ ラックバ−収容部
４１ ピニオン歯面
４１ 歯面
５０，６０ 軸受
１００ ラックリテーナ
１１０ ラックリテーナ摺接面
１１１，１１２ ｚ軸正、負方向円弧面
１１３ ξ軸正方向端部
１１４，１１５ ｘ軸正、負方向端面
１１６，１１７ ｘ軸正、負方向側角部
１２０，１３０ テーパ面
１６０，１７０ ガイド部
１６１ ｘ軸正方向側端部
１７１ 軸負方向側端部
２００ リテーナ支持部
３００ バネ

Claims (1)

1. ピニオン軸と、
   前記ピニオン軸を支持する一対の軸受と、
   前記一対の軸受の中間点から偏倚した位置で前記ピニオン軸に噛合うラックバーと、
   前記ピニオン軸を収容するピニオン軸収容部と、前記ラックバーを収容するラックバー収容部と、前記ラックバーの背面側に設けられたラックリテーナ収容部と、を有するハウジングと、
   前記ラックリテーナ収容部に設けられ、前記ラックバーを前記ピニオン軸との噛合い方向に付勢するラックリテーナと、
   を備えるラックピニオン式ステアリング装置において、
   前記ラックリテーナは、前記ラックバーの背面であって、前記軸受の中間点からの偏倚方向をオフセット支持すること
   を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。

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