JP2007038692A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオンとラック軸との軸間距離の可動範囲の調整を適切に行うことで、円滑な動力の伝達とラトル音の発生等を防止することができるステアリング装置を提供する。
【解決手段】ネジ部材１２５のねじ込み量を調整することで、皿バネ１２６の圧縮量が変化し、ローラ１２３のラック軸１１０に対する位置や押圧力を調整することができる。このとき、ねじ部材１２５の回転力が、皿バネ１２６を介してホルダー部材１２１に伝達されるが、ローラ１２３のフランジ部１２３ｂが、それぞれラック軸１１０の凹部内の面１１０ｃに常に当接しているため、ローラ１２３は回転が阻止され、それにより、ローラ１２３のラック軸１１０に対する位置や押圧力を適切に設定できる。又、ローラ１２３の転動面１２３ａは円筒面であるため、ローラ１２３ａがガタの範囲で回転しても、それによりローラ１２３とラック軸１１０との位置関係は変わらない。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング装置に関し、特にラック軸とピニオンとを備えたステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリング装置の一タイプとして、ラック軸のラック歯にピニオンを噛合させることで、ピニオンの回転力と回転量（操舵馬力）をラック軸の軸線方向推力とストロークに変換するラックアンドピニオン式ステアリング装置が知られている（特許文献１参照）
【特許文献１】
特開平１１−３１０１４０号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のステアリング装置において、ラック軸のラック背面をラック外径面に沿った鼓型形状のローラで回転自在に押圧する場合、ローラ面の曲率半径をラック外径の曲率半径より大きくし、ローラ面をラック外径面に対し押圧方向に対称な２点で接触させるようにする場合がある。かかる場合、接触角（押圧方向と接触部との中心角）を大きくすると、ローラが軸方向に長くなり、同時にローラが大径化してしまうので、それを防ぐべく接触角は比較的小さな角度とされている。
【０００４】
ここで、ピニオンとラック軸の円滑な伝動を行わせる為には、ピニオンやラック軸の誤差による軸間距離の変化を吸収しながら適切な押圧力で押圧する必要がある。又、ピニオンとラック軸とが大きく離間可能であると、強大な伝達力を受けた際に軸間距離が広がり、伝達力が反転する際に歯打ち音（ラトル音）が生じゃすくなる。そのために、ラックガイド部は、ラック軸の可動量と押圧力を調整する機能を有している。
【０００５】
しかるに、特許文献１のラックガイド部は、ラック背面上を転動するローラを、軸受及び回転軸を介して支持するホルダー部材と、ハウジングにねじ込むことで、軸方向に進退可能なアジャスト部材と、ホルダー部材とアジャスト部材の間に配置されるバネ部材（皿バネ、コイルバネ等）とからなり、押圧力及びラック軸の可動量は、アジャスト部材をハウジングにねじ込む位置を調整することで行われる。
【０００６】
ところが、可動量を調整する為にアジャスト部材を締めこむと、押圧力だけでなく、バネ部材を介してホルダー部材に回転力が伝達されてしまい、接触角が比較的小さい為、かかる回転力によって、ローラがラック外径に沿って浮き上がり易く、その分、可動量の設定がバラツキ、調整が困難であるという問題があった。特に、電動式パワーステアリング装置のステアリング軸をアシストする方式（コラムアシスト式、ピニオンアシスト式等）に用いられるラックアンドピニオン装置では、ステアリング軸周りの慣性モーメントが、アシスト機構（減速機＋モータ）分、大きい為、ラトル音が発生しやすく、より狭い範囲でアジャスト部材を調整しなくてはならないという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、ピニオンとラック軸との軸間距離の可動範囲の調整を適切に行うことで、円滑な動力の伝達とラトル音の発生等を防止することができるステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のステアリング装置は、
ハウジングと、
ラック歯を備え、前記ハウジングに対して移動自在となっているラック軸と、
前記ラック歯に噛合するピニオン歯を備え、ステアリングホイールからの操舵力をラック軸に伝達するピニオンと、
前記ラック軸上を転動する転動体と、前記転動体を支持するホルダー部材と、前記ハウジングに対して前記ホルダー部材をラック軸に向かって押圧する付勢部材と、前記付勢部材に当接しながら螺動することで前記付勢部材の付勢力を調整する調整部とを備えた支持装置とを有し、
前記ラック軸は、前記ピニオンの軸線と平行な平面状の走路面と、前記走路面に沿って延在する凹部とを有し、
前記転動体は、前記走路面上を転動する転動面を有し、
前記転動体及び前記ホルダー部材の少なくとも一方は、前記凹部に係合する係合部を有することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明のステアリング装置は、ハウジングと、ラック歯を備え、前記ハウジングに対して移動自在となっているラック軸と、前記ラック歯に噛合するピニオン歯を備え、ステアリングホイールからの操舵力をラック軸に伝達するピニオンと、前記ラック軸上を転動する転動体と、前記転動体を支持するホルダー部材と、前記ハウジングに対して前記ホルダー部材をラック軸に向かって押圧する付勢部材と、前記付勢部材に当接しながら螺動することで前記付勢部材の付勢力を調整する調整部とを備えた支持装置とを有し、前記ラック軸は、前記ピニオンの軸線と平行な平面状の走路面と、前記走路面に沿って延在する凹部とを有し、前記転動体は、前記走路面上を転動する転動面を有し、前記転動体及び前記ホルダー部材の少なくとも一方は、前記凹部に係合する係合部を有するので、前記凹部と前記係合部とが係合することで、前記ラック軸に対する前記転動体の回転が抑制され、又、前記走路面が平面状であるため、前記転動体が許容される範囲で回転しても、前記ピニオンと前記ラック軸との軸間距離は不変であるので、前記ピニオンと前記ラック軸との間における円滑な動力の伝達を確保し、ラトル音の発生等を防止することができる。
【００１０】
更に、前記凹部は、前記走路面の幅方向両側に配置されており、前記転動体の転動面は円筒面を含み、前記係合部は、前記円筒面の軸線方向両端から半径方向外方へ延在するフランジ部であると好ましい。
【００１１】
更に、前記フランジ部の厚さは、前記ローラを焼き入れ処理する際に焼入れにより硬化する有効硬化深さの倍以上とすると、前記フランジ部のワレなどを抑制できる。
【００１２】
更に、前記凹部は、前記走路面の幅方向両側に配置されており、前記ホルダー部材は、前記走路面の幅方向両側を挟むような切欠を有していると好ましい。
【００１３】
更に、前記転動体の転動面は、その中央に、周方向に延在するくぼみを形成していると、潤滑剤の貯留部となるので、長期間にわたって潤滑剤を転動面に供給できる。
【００１４】
更に、前記ラック軸の凹部は冷間成形により形成されていると、容易に形成できるので好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、ラックアシストタイプの電動式パワーステアリング装置に適用した第１の実施の形態にかかるラックアンドピニオン式ステアリング装置の断面図である。図１において、ハウジング１０１は、不図示のボルトを用いて固定される本体１０１ａと蓋部材１０１ｂとからなる。ハウジング１０１内を、入力軸１０２および出力軸１０３が延在している。入力軸１０２は中空であって、入力軸１０２の図に示す上端は、図示しないステアリングシャフトに連結されるようになっており、更にステアリングシャフトは図示しないステアリングホイールに連結されるようになっている。入力軸１０２は、軸受１０４によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。図に示す上端を入力軸１０２にピン結合させ、下端を出力軸１０３にセレーション結合（又は圧入）させたトーションバー１０５が、入力軸１０２内を延在している。
【００１６】
入力軸１０２の図に示す下方周囲において、受けたトルクに比例してトーションバー１０５がねじれることに基づき、操舵トルクを検出するトルクセンサ１０６が設けられている（一部のみ図示）。このトルクセンサ１０６は、トーションバー１０５のねじれに基づく入力軸１０２と出力軸１０３との相対角度変位を、機械的（電磁的でもよい）に検出し、電気信号として不図示の制御回路へ出力するものである。かかるトルクセンサ１０６は、例えば特許第３３２９２９４号に開示されている構成を用いることができる。
【００１７】
出力軸１０３の上端周囲には、ウォームホイール２３が圧入されて一体的に回転するように取り付けられている。ウォームホイール２３は、ハウジング１０１に取り付けられたモータ（不図示）の回転軸に連結されたウォーム２２と噛合している。
【００１８】
ピニオンである出力軸１０３は、軸受１１５、１１６により、ハウジング１０１に対して回転自在に支持されており、その中央部にピニオン歯１０３ａを形成してなる。ピニオン歯１０３ａは、紙面に対し垂直方向に延在するラック軸１１０のラック歯１１０ａに噛合している。略断面形状を有するラック軸１１０の両端には、不図示の車輪転舵装置に連結されている。尚、ハウジング１０１に対して螺合する袋状のねじ部材１０７により、図１で下方の軸受１１６の外輪が固定され、その内輪は、出力軸１０３の下端に螺合するナット１０８により固定されている。
【００１９】
ハウジング１０１は、ラック軸１１０の周囲から図で左方に延在する中空柱部１０１ｃを形成している。中空柱部１０１ｃ内には、支持装置１２０が配置されている。支持装置１２０は、中空柱部１０１ｃ内を移動自在な略円筒状のホルダー部材１２１と、ホルダー部材１２１の袋穴内に取り付けられた軸１２２と、軸１２２の周囲に取り付けられた転動体であるローラ１２３と、軸１２２に対してローラ１２３を回転自在に支持する軸受１２４と、ホルダー部材１２１を中空柱部１０１ｃに取り付けるための調整部であるネジ部材１２５と、ネジ部材１２５とホルダー部材１２１との間に配置され、ホルダー部材１２１をラック軸１１０側に付勢するための付勢部材である皿バネ１２６と、ネジ部材１２５のロック部材１２７とからなる。尚、ホルダー部材１２１と中空柱部１０１ｃとの間に配置されたゴムリング１２８は、両者が相対移動する際に所定の抵抗を付与することで、ホルダー部材１２１と中空柱部１０１ｃとの衝接を緩和する機能を有するものである。
【００２０】
ラック軸１１０の図２に示す断面において、ラック歯１１０ａと反対側（背面側）に、出力軸１０３の軸線と平行な平面状の走路面１１０ｂが形成されている。更に、ラック軸１１０の断面においては、左上部及び左下部が切り欠かれた形状となっており、ここが走路面１１０ｂの幅方向両側に延在する凹部を構成する。すなわち、ラック軸１１０は、走路面１１０ｂが半径方向に飛び出た形状を有しており、走路面１１０ｂと交差する凹部内の面（側面ともいう）を１１０ｃとする。一方、ローラ１２３は、円筒面１２３ａと、軸線方向両端から半径方向に延在する一対のフランジ部１２３ｂとを有している。係合部である各フランジ部１２３ｂは、走路面１１０ｂに交差する側面１１０ｃに当接し係合している。フランジ部１２３ｂの厚さは、ローラ１２３の表面を焼入れにより硬化する有効硬化深さの倍以上とすると、フランジ部１２３ｂの割れ等を防ぐのに効果的である。尚、円筒面１２３ａの中央部には、周方向に延在するくぼみ（浅い周溝）１２３ｃが形成されている。
【００２１】
本実施の形態の動作を説明する。不図示のステアリングホイールに操舵力が入力されたとき、トルクセンサ１０６は、トーションバー１０５のネジレ量から操舵トルクを検出し、それに応じて不図示の電動モータから補助操舵力が出力され、ウォーム２２及びウォームホイール２３を介して出力軸１０３に伝達されることとなる。ここで、出力軸１０３に操舵力（補助操舵力含む）が伝達されたとき、互いに噛合するピニオン歯１０３ａとラック歯１１０ａを介して出力軸１０３の回転力がラック軸１１０の長手方向推力に変換され、かかる長手方向推力によりラック軸１１０が紙面垂直方向に移動するので、それにより不図示の車輪が転舵されることとなる。このとき、ローラ１２３は、走路面１１０ｂ上を転動し、低摩擦でラック軸１１０の移動を許容する。
【００２２】
出力軸１０３とラック軸１１０との間で強大な力が伝達されたとき、ラック軸１１０を出力軸１０３より離隔させようとする離隔力が生じるが、ローラ１２３により、この離隔力を適切に支持することができる。
【００２３】
本実施の形態においては、ネジ部材１２５のねじ込み量を調整することで、皿バネ１２６の圧縮量が変化し、ローラ１２３のラック軸１１０に対する位置や押圧力を調整することができる。このとき、皿バネ１２６に対して螺動するねじ部材１２５に押されることで、その回転力が皿バネ１２６を介してホルダー部材１２１まで伝達されるが、ローラ１２３のフランジ部１２３ｂが、それぞれラック軸１１０の凹部内の面１１０ｃに当接することで、ねじ部材１２５軸線周りのローラ１２３の回転が阻止されるので、ローラ１２３のラック軸１１０に対する位置や押圧力を適切に設定できる。又、ローラ１２３の転動面１２３ａは円筒面であるため、ローラ１２３ａがガタの範囲で回転しても、それによりローラ１２３とラック軸１１０との位置関係は変わらない。調整後には、ロック部材１２７でネジ部材１２５をロック固定しその緩み止めを図ることができる。尚、ローラ１２３の転動面１２３ａのくぼみ１２３ｃは、潤滑剤の貯留部となるので、ここに貯留された潤滑剤を用いて長期間にわたって転動面を潤滑できる。
【００２４】
図２は、図１に示す実施の形態の変形例を示す図であり、支持装置周辺のみを示している。図２においては、ローラ１２３’は、フランジ部を有しておらず、代わりにホルダー部材１２１’が、ラック軸１１０の走路面１１０ｂの幅方向両側を挟むような矩形状の切欠１２１ａ’を有している。本変形例によれば、係合部を構成するホルダー部材１２１’の切欠１２１ａ’対向側面が、ラック軸１１０の凹部内の面１１０ｃに常に当接しているため、ホルダー１２１’及びローラ１２３’は回転が阻止され、それにより、ローラ１２３’のラック軸１１０に対する位置や押圧力を適切に設定できる。尚、その他の点については、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００２５】
図３は、第２の実施の形態にかかるラックアンドピニオン式ステアリング装置を示す図１と同様な断面図である。本実施の形態においては、ラック軸２１０の断面がＴ字形状（もしくはＹ字形状）である点のみが異なっている。尚、このような形状のラック軸２１０は、冷間加工で形成することができる。
【００２６】
本実施の形態においても、ネジ部材１２５のねじ込み量を調整することで、皿バネ１２６の圧縮量が変化し、ローラ１２３のラック軸２１０に対する位置や押圧力を調整することができる。このとき、ねじ部材１２５の回転力が、皿バネ１２６を介してホルダー部材１２１に伝達されるが、ローラ１２３のフランジ部１２３ｂが、それぞれラック軸２１０の凹部内の面２１０ｃに当接することで、ねじ部材１２５軸線周りのローラ１２３の回転が阻止され、それによりローラ１２３のラック軸１１０に対する位置や押圧力を適切に設定できる。又、ローラ１２３の転動面１２３ａは円筒面であるため、ローラ１２３ａがガタの範囲で回転しても、それによりローラ１２３とラック軸２１０との位置関係は変わらない。尚、その他の点については、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
図４は、図３に示す実施の形態の変形例を示す図であり、支持装置周辺のみを示している。図４においては、ローラ１２３’は、フランジ部を有しておらず、代わりにホルダー部材１２１’が、ラック軸２１０の走路面２１０ｂの幅方向両側を挟むような矩形状の切欠１２１ａ’を有している。本変形例によれば、係合部を構成するホルダー部材１２１’の切欠１２１ａ’の対向側面が、ラック軸２１０の凹部内の面２１０ｃに常に当接しているため、ホルダー１２１’及びローラ１２３’は回転が阻止され、それにより、ローラ１２３’のラック軸１１０に対する位置や押圧力を適切に設定できる。尚、その他の点については、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。本発明は、可変ストロークレシオタイプの電動式パワーステアリング装置に限らず、一定ストロークレシオタイプの電動式パワーステアリング装置、コラムアシストタイプ、ピニオンアシストタイプ或いはラックアシストタイプの電動式パワーステアリング装置にも好適である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のステアリング装置は、ハウジングと、ラック歯を備え、前記ハウジングに対して移動自在となっているラック軸と、前記ラック歯に噛合するピニオン歯を備え、ステアリングホイールからの操舵力をラック軸に伝達するピニオンと、前記ラック軸上を転動する転動体と、前記転動体を支持するホルダー部材と、前記ハウジングに対して前記ホルダー部材をラック軸に向かって押圧する付勢部材と、前記付勢部材に当接しながら螺動することで前記付勢部材の付勢力を調整する調整部とを備えた支持装置とを有し、前記ラック軸は、前記ピニオンの軸線と平行な平面状の走路面と、前記走路面に沿って延在する凹部とを有し、前記転動体は、前記走路面上を転動する転動面を有し、前記転動体及び前記ホルダー部材の少なくとも一方は、前記凹部に係合する係合部を有するので、前記凹部と前記係合部とが係合することで、前記ラック軸に対する前記転動体の回転が抑制され、又、前記走路面が平面状であるため、前記転動体が許容される範囲で回転しても、前記ピニオンと前記ラック軸との軸間距離は不変であるので、前記ピニオンと前記ラック軸との間における円滑な動力の伝達を確保し、ラトル音の発生等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるラックアンドピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【図２】変形例にかかるラックアンドピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【図３】第２の実施の形態にかかるラックアンドピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【図４】変形例にかかるラックアンドピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
１０１ ハウジング
１０３ 出力軸
１１０、２１０ ラック軸
１２０、２２０ 支持装置
１２１，１２１’ ホルダー部材
１２３、１２３’ 円筒ローラ

Claims (7)

1. ハウジングと、
   ラック歯を備え、前記ハウジングに対して移動自在となっているラック軸と、
   前記ラック歯に噛合するピニオン歯を備え、ステアリングホイールからの操舵力をラック軸に伝達するピニオンと、
   前記ラック軸上を転動する転動体と、前記転動体を支持するホルダー部材と、前記ハウジングに対して前記ホルダー部材をラック軸に向かって押圧する付勢部材と、前記付勢部材に当接しながら螺動することで前記付勢部材の付勢力を調整する調整部とを備えた支持装置とを有し、
   前記ラック軸は、前記ピニオンの軸線と平行な平面状の走路面と、前記走路面に沿って延在する凹部とを有し、
   前記転動体は、前記走路面上を転動する転動面を有し、
   前記転動体及び前記ホルダー部材の少なくとも一方は、前記凹部に係合する係合部を有することを特徴とするステアリング装置。
2. 前記凹部は、前記走路面の幅方向両側に配置されており、前記転動体の転動面は円筒面を含み、前記係合部は、前記円筒面の軸線方向両端から半径方向外方へ延在するフランジ部であることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記フランジ部の厚さは、前記ローラを焼き入れ処理する際に焼入れにより硬化する有効硬化深さの倍以上とすることを特徴とする請求項２に記載のステアリング装置。
4. 前記凹部は、前記走路面の幅方向両側に配置されており、前記ホルダー部材は、前記走路面の幅方向両側を挟むような切欠を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のステアリング装置。
5. 前記転動体の転動面は、その中央に、周方向に延在するくぼみを形成していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のステアリング装置。
6. 前記ラック軸の凹部は冷間成形により形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のステアリング装置。
7. 電動式パワーステアリング装置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のステアリング装置。

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