JP2007112276A - ラック・ピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラック歯とピニオン歯との噛合部の摩耗を軽減し、ラックを押圧する接触部材が安定して動作し、ピニオンハウジングを小型にまとめ車両搭載が容易な構造のラックガイドを備えたラック・ピニオン式のステアリング装置を提供する。
【解決手段】ラック軸１２には、ラック歯１２ａと反対側の外周面に断面円弧状の溝１２ｂがラック軸方向に沿って形成される。ラックガイドのラックガイドホルダ１７には、ピン１８に外周面が樽状に形成された凸面２０ａを備えた接触部材を構成するローラ２０が装着される。ラック軸１２の断面円弧状の溝１２ｂにローラ２０の樽状に形成された凸面２０ａが当接し、断面円弧状の溝と接触部材の樽状の凸面とが嵌合するので、ラック軸の軸心の回りの回転が規制され、接触部材の動きが安定し、ピニオンハウジングが小型化され、車両搭載時のレイアウトが容易になる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ラック・ピニオン式のステアリング装置に関し、特にそのラック軸を支承するラックガイドの構成に関する。

車両用のステアリング装置においては、運転者の操舵負荷を軽減することを目的とした動力舵取装置が知られており、最近は高効率の電動パワーステアリング装置が多用されるようになり、ラック・ピニオン式ステアリング装置のピニオン軸にモータの駆動力を伝達するピニオンアシストタイプが広く使用されるようになった。

車両用のラック・ピニオン式ステアリング装置は、ピニオンの回転をピニオンに噛合するラックに伝達してラックの端部に取付られているタイロッドを移動させ、操向車輪の向きを操作する舵取り機構に伝達するように構成されている。

この種のラック・ピニオン式ステアリング装置では、ピニオンとラックとが適正に噛合するように、ラック軸の背面を噛合方向に弾性体、例えばばねなどを利用して押圧するラックガイドを備え、ピニオンとラックとの噛合状態を適正に維持するように構成されている。

また、ラックガイドには、ラック軸とラックガイドとを滑り接触させた滑り形式のものと、ラック軸をローラで支承する転がり形式のものがあり、転がり形式のものでは、ローラを支持するピンをラックガイドホルダに設けたピン挿入溝により支承するように構成されている（特許文献１参照）。

図３は、従来のラック・ピニオン式ステアリング装置１００の全体構成を一部断面で示した正面図である。図３において、符号１０１はピニオン軸、１０２はラック軸、１０２ａはラック軸１０２に形成されたラック歯１０２ａを示す。図示されていないが、ピニオン軸１０１の先端にはピニオン歯１０１ａが一体に形成され、ラック軸１０２のラック歯１０２ａと噛合している。符号１０３はその噛合部分を覆うピニオンハウジングで、その内部には後述するギア装置１１０が設けられている。符号１０４はラックハウジングを示し、符号１０８はラックハウジング１０４を図示されていない車体フレームに取り付ける取付部を示す。

ラック軸１０２はラックハウジング１０４の内部にブッシュ１０４ａを介して軸方向に摺動自在に支承されており、ラック軸１０２の左右先端部はボールジョイント１０５を介してタイロッド１０６に結合されている。

図４は、上記した転がり形式のラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置のギア装置１１０の構成の一例を説明する図である。

ピニオンハウジング１０３の内部には、ピニオン軸１０１に交差してラック軸１０２が配置されており、ピニオン軸１０１は、玉軸受１１１とニードル軸受１１２により回転自在に支承されている。

ピニオン軸１０１のピニオン歯１０１ａにはラック軸１０２のラック歯１０２ａが噛合しており、ラック軸１０２のピニオン軸１０１と反対側には、ラックガイド１１４が配置されている。

ラックガイド１１４は、全体が略円筒状に形成されたラックガイドホルダ１１５と、その内部空間に形成されたピン受部１１５ａにラック軸１１２の軸方向に直交する方向に配置されたピン１１６、及び中心部分にニードル軸受１１７が圧入され、外周面が鼓状に形成されたローラ１１８から構成される。

前記ピニオンハウジング１０３のラックガイド案内孔１０３ａにラックガイドホルダ１１５を挿入し、調整スクリュー１１９と皿ばね１２０を介してラックガイドホルダ１１５を上向きに押し上げることで、ラック軸１０２の外周面にローラ１１８の鼓状の外周面が転がり接触するように当接し、ラック軸１０２はピニオン軸１０１に向けて押圧され、ラック軸１０２のラック歯１０２ａとピニオン軸１０１のピニオン歯１０１ａとの噛合が維持されている。
特開２００４−３４８２９号公報。

前記した従来の転がり形式のラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置のギア装置では、ラック軸が円柱状又は円筒状の外周面に形成され、ラックガイドのローラは鼓状の外周面を備え、ラック軸の円柱状又は円筒状の外周面とローラの鼓状の外周面とが接触してラック軸の背面をピニオン軸に向けて押圧する構成である。このため、以下のような不都合が発生する。

第１は、ラック軸が円柱状又は円筒状の場合は、その中心軸の回りに回動する力が作用し、ラック軸の中心軸の回りの回動は、ピニオンとの噛合によってのみ規制されている。このため、ラック歯とピニオン歯との噛合部に摩耗が発生すると、ラック軸の中心軸の回りの回動量が大きくなり、噛合状態が悪化する。この結果、さらにラック歯とピニオン歯との噛合部の摩耗が進行してしまうことにある。

第２は、先に説明した図３の構成からも明らかなように、ラック・ピニオン式ステアリング装置では、ラック軸の軸心とラック歯の方向とは捩れ角θで交差している。このため、ピニオンの回転によりラック軸には軸方向と直交する方向に向かう力（横力）が発生している。

図５は、ラック軸に発生する横力がラックガイドのローラに作用する状態を説明する断面図で、先に説明した図３と同じ符号を付して説明する。ラック軸１０２の外周面とラックガイド１１４のローラ１１８との外周面とは点Ａ、Ｂで接触している。この状態でラック軸１０２に横力Ｆが発生すると、横力Ｆはローラ１１８の外周面上の点Ｂに作用し、図５では、ローラ１１８は中心部より右側に下向きの押圧力が作用する。この結果、ラックガイド１１４のローラ１１８には回転軸であるピン１１６の中央よりもずれた位置に垂直及び水平方向の力が作用して「こじり」が発生し、この結果、ローラ１１８の回転が安定しない。また、ローラ１１８を支承しているニードル軸受１１７に大きなエッジロードが発生し、寿命を短くしてしまうことである。

第３は、従来のラック軸が円筒状（又は円柱状）の場合は、図４でラックガイドの上下方向の長さ、即ち、図４でラック軸１０２の中心から調整スクリュー１１９外端部までの長さＬが長くなり、ピニオンハウジングが大きくなって車両に搭載するときのレイアウトに制約が生じることである。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ローラでラック軸の背面をラックとピニオンとの噛合面に向けて押圧するラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置において、前記ラック軸は前記ピニオンとの噛合面と反対側に軸方向に沿って延びた溝を備え、前記ラックガイドは、前記ラック軸の溝に適合した形状の凸面からなる接触部材を備えてい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である。

そして、前記ラックガイドは、ハウジング内部に前記ラックとピニオンとの噛合方向に向けて移動可能に配置され、内部にピン挿入溝が形成されたラックガイドホルダと、該ラックガイドホルダのピン挿入溝に配置されたピンに回転自在に装着され、ラック軸に転がり接触する接触部材を構成するローラとを備え、前記ローラは、前記ラック軸に転がり接触する外周面が前記ラック軸の溝に適合した樽形の凸面に形成されているものとする。

また、前記ラックガイドは、ハウジング内部に前記ラックとピニオンとの噛合方向に向けて移動可能に配置され、前記ラック軸に滑り接触する接触部材を構成するパッドを備え、前記パッドは、前記ラック軸に滑り接触する面が前記ラック軸の溝に適合した樽形又は円柱状の凸面に形成されているものとしてもよい。

以上説明したとおり、この発明は、ローラでラック軸の背面をラックとピニオンとの噛合面に向けて押圧するラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置において、前記ラック軸は前記ピニオンとの噛合面と反対側に軸方向に沿って延びた溝を備え、前記ラックガイドは、前記ラック軸の溝に適合した形状の凸面からなる接触部材を備えているラック・ピニオン式ステアリング装置である。

そして、接触部材が前記ラック軸に転がり接触するローラで構成されるものにあっては、ローラの外周面はラック軸の溝に適合した樽形の凸面に形成される。また、接触部材が前記ラック軸に滑り接触するパッドで構成されるものにあっては、パッドの滑り接触面がラック軸の溝に適合した樽形又は円柱状の凸面に形成されている。

この構成により、ラック軸の軸心の回りの回転を、ギアの噛合面ばかりでなくラックガイドで規制することができ、ギアの噛合面に加わる負担を軽減することができる。

また、この発明において、接触部材がローラで構成されるものにあっては、図６に示すように、ラック軸とローラとの接触点Ａがローラの内側にあり、横力の作用線がローラを支承するピンの中心を通るため、ローラに「こじり」が生じることがなくなり、ローラの回転が安定し、ニードル軸受のエッジロードを低減でき、寿命を向上させることができる。接触部材がパッドで構成されるものにおいても同様である。

さらに、ラック軸の溝に接触部材が嵌まる構造のため、従来の構成よりもピニオンハウジングの下側の突出長さ（図４でラック軸の中心から調整スクリュー外端部までの長さＬ）が短縮され、ピニオンハウジングのサイズを小さくすることができ、車両搭載時のレイアウトが容易に行えるなどの顕著な効果を奏するものである。

以下、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態のラック・ピニオン式ステアリング装置の全体構成は、先に図３を参照して説明した構成と類似の構成であるから説明を省略し、以下、この発明の実施の形態のラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置のギア装置について説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の転がり形式のラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置のギア装置１０の構成を説明する断面図である。

ピニオンハウジング１３の内部には、ピニオン軸１１に交差してラック軸１２が配置されており、ピニオン軸１１は、玉軸受１４とニードル軸受１５により回転自在に支承されている。

ラック軸１２は、断面が略円形であるが、その外周面の一部にラック歯１２ａが形成されており、また、ラック歯１２ａと反対側の外周面には、断面円弧状の溝１２ｂがラック軸方向に沿って形成されている。

ピニオン軸１１のピニオン歯１１ａにはラック軸１２のラック歯１２ａが噛合しており、ピニオンハウジング１３の内部の、ラック軸１２のピニオン軸１１と反対側にはラックガイド１６が配置されている。

ラックガイド１６は、全体が略円筒状に形成されたラックガイドホルダ１７と、その内部空間に形成されたピン受部１７ａにラック軸１２の軸方向に直交する方向に配置されたピン１８、及び中心部分にニードル軸受１９が圧入され、外周面が樽状に形成された凸面２０ａを備えた接触部材を構成するローラ２０から構成される。

前記ピニオンハウジング１３のラックガイド案内孔１３ａにラックガイドホルダ１７を挿入し、調整スクリュー２１と皿ばね２２を介してラックガイドホルダ１７を上向きに押し上げることで、ラック軸１２の外周面の断面円弧状の溝１２ｂにローラ２０の外周面が樽状に形成された凸面２０ａが当接し、ラック軸１２はピニオン軸１１に向けて押圧され、ラック軸１２のラック歯１２ａとピニオン軸１１のピニオン歯１１ａとの噛合が維持される。

この構成によれば、ラック軸１２の軸心の回りの回転は、ラック歯１２ａとピニオン歯１１ａとの噛合面で規制されるばかりでなく、ラック軸１２の断面円弧状の溝１２ｂにローラ２０の外周面が樽状に形成された凸面２０ａが嵌まるのでラック軸１２の軸心の回りの回転が規制され、ギアの噛合面に加わる負担を軽減することができる。

さらに、この構成によれば、図６に示すように、ラック軸１２とローラ２０との接触点Ａがローラ２０の内側にあり、横力の作用線がローラ２０を支承するピン１８の中心を通るため、ローラに「こじり」が生じることがなくなり、ローラの回転が安定し、ニードル軸受１９のエッジロードを低減でき、寿命を向上させることができる。

さらに、ラック軸１２の溝１２ｂに接触部材を構成するローラ２０の凸面２０ａが嵌まる構造のため、従来の構成よりもピニオンハウジングの下側の突出長さ（図４でラック軸の中心から調整スクリュー外端部までの長さＬ）が短縮され、ピニオンハウジングのサイズを小さくすることができ、車両搭載時のレイアウトが容易になる。

［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態の滑り形式のラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置のギア装置３０の構成を説明する断面図である。第２の実施の形態のギア装置３０は、第１の実施の形態のギア装置１０のラックガイド部分の構成が異なるだけでその他の部分は共通の構成であるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。

ピニオンハウジング１３の内部には、ピニオン軸１１に交差してラック軸１２が配置されており、ピニオン軸１１は、玉軸受１４とニードル軸受１５により回転自在に支承されている。ラック軸１２は、断面が略円形であるが、その外周面の一部にラック歯１２ａが形成されており、また、ラック歯１２ａと反対側の外周面には、断面円弧状の溝１２ｂがラック軸方向に沿って形成されている。ピニオン軸１１のピニオン歯１１ａにはラック軸１２のラック歯１２ａが噛合しており、ラック軸１２のピニオン軸１１と反対側にはラックガイド１６が配置されている。

ピニオンハウジング１３の内部の、ラック軸１２のピニオン軸１１と反対側にはラックガイド１６が配置されており、ラックガイド１６は、ピニオンハウジング１３に形成されたラックガイド案内孔１３ｂにパッド２３が挿入されて構成される。

パッド２３は全体が円柱状に形成され、ラック軸１２の断面円弧状の溝１２ｂに滑り接触する面は、前記ラック軸の溝に適合した樽形又は円柱状の凸面２３ａに形成される。なお、パッド２３の凸面２３ａは、滑り接触摩擦を軽減するために、表面に低摩擦材料の被膜２３ｂを形成しておくとよい。

そして、調整スクリュー２１と皿ばね２２を介してパッド２３を上向きに押し上げることで、ラック軸１２の外周面の断面円弧状の溝１２ｂにパッド２３の樽形又は円柱状の凸面２３ａが滑り接触し、ラック軸１２はピニオン軸１１に向けて押圧され、ラック軸１２のラック歯１２ａとピニオン軸１１のピニオン歯１１ａとの噛合が維持される。

この構成によれば、ラック軸１２の軸心の回りの回転は、ラック歯１２ａとピニオン歯１１ａとの噛合面で規制されるばかりでなく、ラック軸１２の断面円弧状の溝１２ｂにパッド２３の樽形又は円柱状の凸面２３ａが嵌まるのでラック軸１２の軸心の回りの回転が規制され、ギアの噛合面に加わる負担を軽減することができる。

さらに、この構成によっても、第１の実施の形態と同じく、ラック軸１２とパッド２３との接触点Ａがパッド２３の内側にくるから、パッド２３の動きは安定する。

さらに、ラック軸１２の溝１２ｂに接触部材を構成するパッド２３の樽形又は円柱状の凸面２３ａが嵌まる構造のため、従来の構成よりもピニオンハウジングの下側の突出長さ（図４でラック軸の中心から調整スクリュー外端部までの長さＬ）が短縮され、ピニオンハウジングのサイズを小さくすることができ、車両搭載時のレイアウトが容易になる。

ラック・ピニオン式ステアリング装置のラック軸を支承するラックガイドの構成であり、ラック軸はピニオンとの噛合面と反対側に軸方向に沿って延びた溝を備え、ラックガイドにはラック軸の溝に適合した形状の凸面からなる接触部材を備えている。ラック軸の軸心の回りの回転が規制され、ギアの噛合面に加わる負担を軽減できるほか、接触部材が安定してニードル軸受のエッジロードを低減して寿命の向上、さらには、ピニオンハウジングのサイズを小さくでき、車両搭載時のレイアウトが容易になる。

この発明の第１の実施の形態のギア装置の構成を説明する断面図。 この発明の第２の実施の形態のギア装置の構成を説明する断面図。 従来のラック・ピニオン式ステアリング装置の全体構成を一部断面で示した正面図。 従来のラック・ピニオン式ステアリング装置のギア装置の構成を説明する断面図。 従来のギア装置におけるラック軸に発生する横力がラックガイドのローラに作用する状態を説明する断面図。 第１の実施の形態のギア装置におけるラック軸に発生する横力がラックガイドのローラに作用する状態を説明する断面図。

符号の説明

１０ 第１の実施の形態のギア装置
１１ ピニオン軸
１１ａ ピニオン歯
１２ ラック軸
１２ａ ラック歯
１２ｂ 溝（ラック軸の溝）
１３ ピニオンハウジング
１３ａ ラックガイド案内孔
１３ｂ ラックガイド案内孔
１４ 玉軸受
１５ ニードル軸受
１６ ラックガイド
１７ ラックガイドホルダ
１８ ピン
１９ ニードル軸受
２０ ローラ
２０ａ 凸面（樽形の凸面）
２１ 調整スクリュー
２２ 皿ばね
２３ パッド
２３ａ 凸面（樽形又は円柱状の凸面）
２３ｂ 低摩擦材料の被膜
３０ 第２の実施の形態のギア装置

Claims (3)

1. ローラでラック軸の背面をラックとピニオンとの噛合面に向けて押圧するラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置において、
   前記ラック軸は前記ピニオンとの噛合面と反対側に軸方向に沿って延びた溝を備え、
   前記ラックガイドは、前記ラック軸の溝に適合した形状の凸面からなる接触部材を備えていること
   を特徴とするラック・ピニオン式ステアリング装置。
2. 前記ラックガイドは、ハウジング内部に前記ラックとピニオンとの噛合方向に向けて移動可能に配置され、内部にピン挿入溝が形成されたラックガイドホルダと、該ラックガイドホルダのピン挿入溝に配置されたピンに回転自在に装着され、ラック軸に転がり接触する接触部材を構成するローラとを備え、
   前記ローラは、前記ラック軸に転がり接触する外周面が前記ラック軸の溝に適合した樽形の凸面に形成されていること
   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. 前記ラックガイドは、ハウジング内部に前記ラックとピニオンとの噛合方向に向けて移動可能に配置され、前記ラック軸に滑り接触する接触部材を構成するパッドを備え、
   前記パッドは、前記ラック軸に滑り接触する面が前記ラック軸の溝に適合した樽形又は円柱状の凸面に形成されていること
   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。
   
   
   

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