JP2007203942A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラックアンドピニオン式パワーステアリング装置の、ピニオンとラックとの噛合面に生じるギヤ離反力に基づいて発生する摩擦損失、及び各部の摩耗を軽減できる転がりラックガイドを提供する。
【解決手段】 ピニオン軸１１のピニオン歯１１ａと、ラック軸１５のラック歯１５ａとの噛合状態を適正に保つため、ラック軸１５の下側にラックガイド１６が配置され、ラック軸１５を下側から支承する。ラック軸１５を支承するローラ１６ｂは、略円筒形のホルダ１６ｃのピン挿入孔１６ｆに挿入されたピン１６ａの上に回転自在に保持される。ラックガイド１６を構成する部材相互の接触摺動面には固体潤滑剤である錫粉末、二硫化モリブデン等をショットピーニング加工により投射して固体潤滑剤の被膜を形成する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、車両などのステアリングホイールの操舵力を補助する操舵力補助装置を有するラックアンドピニオン式ステアリング装置に関する。

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いる。従来、動力舵取装置は、油圧式のパワーステアリング装置が広く使用されていた。しかしながら、近年の自動車の高効率化の傾向にしたがって、油圧式のパワーステアリング装置から、効率のよい電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に置き換えられる場合が多くなってきている。ＥＰＳは、動力の必要なときだけモータに電流を流せばよいが、油圧式のパワーステアリング装置はエンジンの動力で常時油圧ポンプを駆動しなければならないので、ＥＰＳの方が油圧式のパワーステアリング装置よりも効率がよい。

一般に、ＥＰＳは市街地走行などの実用領域では３〜５％程度の燃費向上効果があると言われている。したがって、コラムアシスト式やピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置は小型車だけでなく中型車、大型車への適用拡大が望まれており、そのシステムに用いられるラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ラック推力の高出力化が必要になっている。したがって、ピニオン軸に入力される軸トルクも増大するため、各部品の効率が問題になってくる。

また、ラックを支持しているラックガイドの摩耗が操舵フィーリングに影響の大きいアジャストガタ（Ａ／Ｇ）を増加させる一要因であることが分かっており、その耐摩耗性の向上も必要になる。

このようなラックアンドピニオン式ステアリング装置では、ピニオン軸のピニオン歯とラック軸のラック歯との噛合状態を適正に保つため、ラックガイドが配置されている（特許文献１参照）。

図８は、このような従来のラックアンドピニオン式ステアリング装置１００の要部の一例を説明する断面図、図９は図８で矢印Ａで示した方向から見たラック軸の平面図、図１０はラックガイドのホルダの斜視図、図１１は図８の線Ｂ−Ｂに添ったホルダの断面図である。

図８において、ピニオン軸１０１はその先端付近にピニオン歯１０１ａが形成されており、ピニオン軸１０１はニードルベアリング１０２と玉軸受１０３でハウジング１０４に回転自在に支持されている。ピニオン軸１０１のピニオン歯１０１ａと、これに噛合するラック軸１０５のラック歯１０５ａとの噛合状態を適正に保つため、ハウジング１０４のラック軸１０５の下側（噛合面と反対側）にラックガイド１０６が配置され、ラック軸１０５を下側（噛合面と反対側）から支承している。

ラックガイド１０６は、ピン１０６ａと、ローラ１０６ｂと、略円筒形のホルダ１０６ｃ（図８、図１０参照）とから構成されており、略円筒形のホルダ１０６ｃの内面に略Ｕ字形状に形成された溝１０６ｅに前記ピン１０６ａが保持され、ラック軸１０５を支承するローラ１０６ｂは、前記ピン１０６ａの上に転がり軸受１０６ｄを介して回転自在に支持されている。

図８に示すように、ピニオン軸１０１に噛合しているラック軸１０５には、噛合面から離れる方向に反力（ギヤ離反力）Ｆ１が作用しているから、ギヤ離反力Ｆ１が作用した状態でラック軸１０５がラック軸方向（図８では紙面に垂直方向）に移動するとき、ラック軸１０５とローラ１０６ｂとの間には摩擦力が作用するが、ラック軸１０５とローラ１０６ｂとは転がり接触となっているので、ギヤ離反力Ｆ１による摩擦損失は少ない。

一方、図９に示すようにラック歯はねじれ角αをもって形成されているので、ピニオン軸１０１とラック軸１０５の噛み合いによって接触力Ｆ２が発生し、その分力としてラック軸１０５にはラック軸心と直角方向の力Ｆ３（図８、図９参照）が作用する。その分力Ｆ３によってラック軸１０５を支持しているラックガイド１０６のローラ１０６ｂにもスラスト方向（図８でＹ方向）の力Ｆ４（図８参照）が作用する。このため、ローラ１０６ｂの軸方向左右の端面はホルダ１０６ｃの内面Ｍ（図１０参照）に押し付けられるので、ローラ１０６ｂはその端面とホルダ１０６ｃの内面との接触部が滑りながら回転し、接触部に摩耗が発生する。
特開２００４−３４８２９号公報

この発明は、上記したラックガイドのローラ端面とホルダの内面Ｍとの間の接触部の摩擦損失、及び各部の摩耗を減らしたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することを課題とするものである。

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、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に使用され、ラック背面を支持する転がりラックガイドにおいて、前記ラックガイドは、ラックガイドを構成する部材相互の接触摺動面のいずれか一方又は両方が固体潤滑剤の被膜で被覆されていることを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置である。

そして、前記ラックガイドを構成する部材相互の接触摺動面に形成される固体潤滑剤の被膜は、固体潤滑剤をショットピーニング加工して形成される。

また、前記ラックガイドを構成する部材相互の接触摺動面に形成される固体潤滑剤の被膜は、前処理として通常のショットピーニング加工により形成するようにしてもよい。

そして、前記固体潤滑剤の被膜は、ラックガイドを構成するローラ、ホルダ、ピンのいずれか１以上の部材と、これに接触摺動する他の部材のいずれか一方又は両方の接触摺動面に形成されるものとする。

また、前記ラックとラックガイドとの接触摺動面、及びラックガイド内部の構成部材と接触摺動面はグリースを充填するようにしてもよい。

以上説明したとおり、本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックガイドを構成する部材相互の接触摺動面のいずれか一方又は両方が固体潤滑剤の被膜で被覆されているものであるから、ピニオンとラックの噛合面に生じるギヤ離反力に基づいて発生する摩擦損失、及び各部の摩耗を軽減させることができる。

本発明のラックアンドピニオン式ステアリング装置により、ラックとピニオン軸が噛み合うギヤ部、また、ピニオン軸とピニオン軸を支持するニードルベアリングの軌道面の耐摩耗性が向上するため、操舵フィーリングに影響を及ぼすアジャストガタ（Ａ／Ｇ）の増加量を抑制させ、且つ各部の低摩耗化によりギヤ効率を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

図１は、コラムアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の構成を示す全体斜視図、図２はピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の構成を示す全体斜視図である。

図１に示すコラムアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイール１の操作力を軽減するために、ステアリングコラム２の中間部に取り付けたモータ３の操舵補助力をステアリングシャフトに付与し、中間シャフト４を介してラックアンドピニオン式のステアリングギヤ５のラックを往復移動させ、タイロッド６を介して舵輪を操舵する方式のステアリング装置である。

図２に示すピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイール１の操作力を軽減するために、ステアリングギヤ５に設けたモータ３の操舵補助力をステアリングギヤ５の内部に設けたピニオン軸に付与し、ピニオン軸に噛合するラックを往復移動させ、タイロッド６を介して舵輪を操舵する方式のステアリング装置である。

図３は上記したコラムアシストタイプ（ピニオンアシストタイプでも同じ）ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０の要部の構成を説明する断面図、図４はラックガイド１６の内部に配置されるローラ１６ｂの正面図、図５はローラ１６ｂの斜視図、図６はラックガイド１６のホルダ１６ｃの斜視図である。

図３において、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０のピニオン軸１１はその先端付近にピニオン歯１１ａが形成されており、ピニオン軸１１はニードルベアリング１２と玉軸受１３でハウジング１４に回転自在に支持されている。

また、ピニオン軸１１のピニオン歯１１ａと、これに噛合するラック軸１５のラック歯１５ａとの噛合状態を適正に保つため、ハウジング１４のラック軸１５の下側（噛合面と反対側）にラックガイド１６が配置され、ラック軸１５を下側（噛合面と反対側）から支承している。

ラックガイド１６は、ピン１６ａと、ローラ１６ｂと、略円筒形のホルダ１６ｃとから構成され、ラック軸１５を支承するローラ１６ｂは、略円筒形のホルダ１６ｃの内面に形成されたピン挿入溝１６ｆに挿入されたピン１６ａの上に、ニードルベアリング１８を介して回転自在に保持されている。

以上説明したラックアンドピニオン式ステアリング装置１０は、先に説明した従来例と類似した構成であるが、ラックガイド１６のピン１６ａ、ローラ１６ｂ、及びホルダ１６ｃの構成が従来例と異なる。以下、ピン１６ａ、ローラ１６ｂ、及びホルダ１６ｃの構成について説明する。

まず、図４及び図５を参照してローラ１６ｂの構成を説明する。ローラ１６ｂは全体が鼓型をなしており、ラック軸１５を支承する支承面１６ｐは固体潤滑剤の被膜Ｋで被覆され、ホルダ１６ｃに接触するローラ１６ｂの側面の摺動面１６ｑは固体潤滑剤の被膜Ｌで被覆されている。

固体潤滑剤の被膜の形成にはショットピーニング加工装置を用いる。ショットピーニング加工は、一般的には、鋼球を圧縮空気又は遠心力により加速して被加工物の表面に投射し、圧縮残留応力による表面硬化層を形成する加工法であるが、ここでは、ショットピーニング加工装置を使用し、後述する固体潤滑剤の粉末を圧縮空気又は遠心力により加速して被加工物であるローラ１６ｂの支承面１６ｐ及び摺動面１６ｑの表面に投射し、固体潤滑剤の被膜を形成するものとする。

固体潤滑剤の被膜の材料は、錫粉末、二硫化モリブデン、ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポロオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＥＴＦ、金属石鹸、ＭｏＳ2 、ＭＳ2 、ＷＮ、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、錫合金、銅合金、ＴｉＯ2 等の酸化金属などが挙げられる。

以上説明した固体潤滑剤の被膜形成方法のほか、次に示す方法によれば、更に固体潤滑剤の被膜を強固に固定することができる。

まず、前処理として、ローラ１６ｂの支承面１６ｐ及び摺動面１６ｑに、通常のショットピーニング加工により、微細な凹凸を形成する。即ち、鋼球を圧縮空気又は遠心力により加速してローラ１６ｂの支承面１６ｐ及び摺動面１６ｑ（図４、図５参照）に投射し、表面に微細なディンプルを形成する。このとき、ローラ１６ｂの支承面１６ｐ及び摺動面１６ｑには圧縮残留応力による表面硬化層が形成される。

次に、微細なディンプルが形成されたローラ１６ｂの支承面１６ｐ及び摺動面１６ｑに、ショットピーニング加工装置を用いて、固体潤滑剤の粉末を圧縮空気又は遠心力により加速して投射し、支承面１６ｐに固体潤滑剤の被膜Ｋを、及び摺動面１６ｑに固体潤滑剤の被膜Ｌを形成する。固体潤滑剤は先に形成された微細なディンプルにトラップされるので、固体潤滑剤の被膜Ｋ及びＬの耐久性を向上させることができる。この場合の固体潤滑剤の被膜の材料は、先に例示した材料と同じものを使用することができる。

図６は、ラックガイド１６のホルダ１６ｃの構成を説明する図で、先に図１０を参照して説明した従来のホルダ１０６ｃと略同一の構造を備えているが、ローラ１６ｂの側面が接触摺動する摺動面１６ｒに固体潤滑剤の被膜Ｍが形成されている。

固体潤滑剤の被膜の形成には、先に説明したローラ１６ｂの支承面や摺動面に固体潤滑剤の被膜を形成するショットピーニング加工装置を使用してホルダ１６ｃの摺動面１６ｒに固体潤滑剤を投射し、固体潤滑剤の被膜Ｍを形成する。この場合も、前処理としてショットピーニング加工を行なってホルダ１６ｃの摺動面１６ｒにディンプルを形成し、その上に固体潤滑剤の被膜Ｍを形成してもよい。

図７は、ラックガイド１６のピン１６ａの構成を説明する正面図で、先に図８を参照して説明した従来のピン１０６ａと略同一の構造を備えているが、ピン１６ａはその軸方向の端面を除いた外周面１６ｓに固体潤滑剤の被膜Ｎが形成され、ピン１６ａとニードルベアリングとは固体潤滑剤の被膜Ｎを介して接触する。またピン１６ａとホルダ１６ｃの内面に形成されたピン挿入溝１６ｆ（図６参照）とは、固体潤滑剤の被膜Ｎを介して接触する。

固体潤滑剤の被膜の形成には、先に説明したものと同じく、ショットピーニング加工装置を用いて固体潤滑剤を投射し、固体潤滑剤の被膜Ｎを形成する。この場合も、前処理としてショットピーニング加工を行なってピン１６ａの表面にディンプルを形成し、その上に固体潤滑剤の被膜を形成してもよい。

また、電動式パワーステアリング装置のラックとラックガイドとの接触摺動面、及びラックガイド内部の構成部材の接触摺動面にはグリースを充填しておくとよい。これにより固体潤滑剤の被膜の一部が破れたような場合であっても、接触摺動面の潤滑を保つことができる。

車両用の電動式パワーステアリング装置であって、ここに使用されるラックガイドにはラックガイドを構成する部材の接触摺動面に固体潤滑剤の被膜を形成し、ピニオンとラックとの噛合面に生じるギヤ離反力に基づいて発生する摩擦損失、及び各部の摩耗を軽減するように構成されている。

コラムアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の構成を示す全体斜視図。 ピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の構成を示す全体斜視図。 ピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の要部の構成を説明する断面図。 ラックガイドの内部に配置されるローラの正面図。 ラックガイドのローラの構成を説明する斜視図。 ラックガイドのホルダの構成を説明する斜視図。 ラックガイドのピンの構成を説明する正面図。 従来のラックアンドピニオン式ステアリング装置の要部を説明する断面図。 図８に示す構成において矢印Ａで示した方向から見たラック軸の平面図。 図８に示す構成のラックガイドのホルダの斜視図。 図８の線Ｂ−Ｂに添ったホルダの断面図。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングコラム
３ モータ
４ 中間シャフト
５ ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ
６ タイロッド
１０ ピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置
１１ ピニオン軸
１１ａ ピニオン歯
１２ ニードルベアリング
１３ 玉軸受
１４ ハウジング
１５ ラック軸
１５ａ ラック歯
１６ ラックガイド
１６ａ ピン
１６ｂ ローラ
１６ｃ ホルダ
１６ｆ ピン挿入溝
１６ｐ 支承面（ローラ１６ｂの支承面）
１６ｑ 摺動面（ローラ１６ｂの摺動面）
１６ｒ 摺動面（ホルダ１６ｃの摺動面）
１６ｓ 外周面（ピン１６ａの外周面）
１８ ニードルベアリング
Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ 固体潤滑剤の被膜

Claims (5)

1. ラック背面を支持する転がりラックガイドを備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置において、
   前記ラックガイドは、ラックガイドを構成する部材相互の接触摺動面のいずれか一方又は両方が固体潤滑剤の被膜で被覆されていること
   を特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
2. 前記ラックガイドを構成する部材相互の接触摺動面に形成される固体潤滑剤の被膜は、固体潤滑剤をショットピーニング加工して形成されること
   を特徴とする請求項１に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
3. 前記ラックガイドを構成する部材相互の接触摺動面に形成される固体潤滑剤の被膜は、前処理として通常のショットピーニング加工により形成される微細なディンプルの上に形成されること
   を特徴とする請求項２に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
4. 前記固体潤滑剤の被膜は、ラックガイドを構成するローラ、ホルダ、ピンのいずれか１以上の部材と、これに接触摺動する他の部材のいずれか一方又は両方の接触摺動面に形成されること
   を特徴とする請求項２に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
5. 前記ラックとラックガイドとの接触摺動面、及びラックガイド内部の構成部材と接触摺動面はグリースが充填されていること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
   
   
   

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