JP2007245740A - 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ステアリング装置において、ラックガイドと該ラックガイドを収容する収容部とが協働して構成する弾性リングの保持構造により、低コストで、ラックガイドが収容部に当たって発生する振動および打音の低減を図る。
【解決手段】ラックアンドピニオン式ステアリング装置Ｓのラックガイド52は、小径部53および大径部54を有し、収容部41に設けられる収容孔42は、小径部53が挿入される小径孔43および大径部54が挿入される大径孔44を有する。弾性リング70は、小径部53と大径部54とにより外周面52ａに全周に渡って形成されるラックガイド側段部56と、小径孔43と大径孔44とにより周壁面42ａに全周に渡って形成される収容部側段部46とで形成される収容空間71に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピニオンと噛合するラックが設けられたラック軸を介して操舵輪を操舵する車両用のラックアンドピニオン式ステアリング装置に関する。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、操舵力が加えられるハンドルに連結されるピニオン軸に設けられたピニオンと、操舵輪に連結されるラック軸に設けられたラックとが噛合するラック・ピニオン機構を備える。そして、ラックは、ピニオンとの噛合状態を確保するために、収容部に設けられた収容孔に軸線方向に移動可能に収容されたラックガイドにより、ピニオンに押し付けられている。ラックガイドと収容部との間には、収容部へのラックガイドの移動や組付を容易にするために、隙間が形成されている。しかしながら、この隙間の存在に起因して、ピニオンがラックに加える駆動力、操舵輪からラック軸を介して伝達される外力、そして車体から伝達される振動などにより、ラックガイドが収容部に当たって振動や打音が発生することがある。そこで、このような振動や打音の発生を抑制するために、ラックガイドと収容部との間に弾性部材が配置されたステアリング装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
実開昭５８−１９８７３号公報

ところで、弾性部材がラックガイドの外周面または収容部の内周面に形成された溝または凹部に保持される場合、該溝または凹部を加工する作業が必要になるので、コストが高くなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ラックアンドピニオン式ステアリング装置において、ラックガイドと該ラックガイドを収容する収容部とが協働して構成する弾性部材の保持構造により、低コストで、ラックガイドが収容部に当たって発生する振動および打音の低減を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、操舵力に基づいて回転するピニオンと噛合するラックが設けられたラック軸を通じて操舵輪を操舵するラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、前記ラックを前記ピニオンに押し付けるラックガイドと、前記ラックガイドが軸線方向に移動可能に収容される収容孔が設けられた収容部と、前記ラックガイドの外周面と前記収容孔の周壁面との間に配置された弾性部材とを備える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、小径部および前記小径部よりも大径の大径部を有し、前記収容孔は、前記小径部が挿入される小径孔および前記大径部が挿入される大径孔を有し、前記弾性部材は、前記小径部と前記大径部とにより前記外周面に全周に渡って形成されるラックガイド側段部と、前記小径孔と前記大径孔とにより前記周壁面に全周に渡って形成される収容部側段部とで形成される収容空間に配置されるラックアンドピニオン式ステアリング装置である。

請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、ラックガイドと収容部との間に配置される弾性部材により、ラックガイドが収容部に当たって発生する振動および打音が抑制され、しかも弾性部材が収容される収容空間は、ラックガイドの外周面および収容孔の周壁面にそれぞれ形成された段部により形成されることにより、弾性部材を保持するために、ラックガイドまたは収容部に弾性部材を保持する溝や凹部を設ける加工を行う必要がないので、その分、コストが削減される。この結果、ラックガイドと収容部とが協働して構成する弾性部材の保持構造により、低コストで、ラックガイドが収容部に当たって発生する振動および打音が低減したラックアンドピニオン式ステアリング装置が得られる。

以下、本発明の実施形態を図１，図２を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明が適用された車両用のラックアンドピニオン式ステアリング装置Ｓは、ハンドル１と、入力側伝達機構２と、運転者がハンドル１に加える操舵力が入力側伝達機構２を介して入力されると共に操舵輪５を操舵する操舵力を出力するギヤボックス３と、ギヤボックス３からの操舵力を操舵輪５に伝達する出力側伝達機構４とを備える。

ギヤボックス３は、車体に取り付けられるハウジング６と、ハウジング６内に収容されて操舵力を伝達機構４に伝達するラック・ピニオン機構と、アシスト操舵力を発生するパワーステアリング装置20とを備える。

ハウジング６は、車両の左右方向に水平に延びる筒状のラックハウジング７と、ラックハウジング７の一方の端部の付近で斜め上方に向けて延びるピニオンハウジング８とから構成される。ピニオンハウジング８は、ラックハウジング７と一体成形された下部ハウジング８ａと、下部ハウジング８ａの上端に結合される上部ハウジング８ｂとから構成される。

前記ラック・ピニオン機構は、いずれもピニオンハウジング８内に収容されて回転可能に支持される入力軸10およびピニオン軸11（図２参照）と、ラックハウジング７内に収容されて左右方向に平行に往復運動可能に支持されるラック軸12と、ラック軸12に設けられたラック14（図２参照）をピニオン軸11に設けられたピニオン13（図２参照）に押し付ける押圧機構40とを備える。出力軸としてのピニオン軸11は、ハンドル１からの操舵力が伝達機構２から入力される入力軸10にトーションバー15を介して連結される。下部ハウジング８ａ内において、ピニオン13の歯部13ａとラック14の歯部14ａとが噛合して、操舵力に基づいて回転するピニオン軸11のピニオン13と噛合するラック14が設けられたラック軸12がその軸方向（左右方向でもある。）に移動する。そして、ラック軸12からの操舵力が伝達機構４に出力される。

パワーステアリング装置20は、アクチュエータとしてのパワーシリンダ機構21と、パワーシリンダ機構21に対する作動油の給排を行う給排油系統31とを備える油圧式パワーステアリング装置である。パワーシリンダ機構21は、ラックハウジング７の一部により構成されるパワーシリンダ22と、パワーシリンダ22内でパワーシリンダ22を貫通するラック軸12に固着されたパワーピストン23と、パワーシリンダ22内にパワーピストン23を挟んで形成される左右１対の油圧室24，25とから構成される。

１対の油圧室24，25に対する作動油の給排を行う給排油系統31は、作動油が貯留するリザーバ32と、リザーバ32から汲み上げた作動油を圧送する油圧ポンプ33と、ピニオンハウジング８内に収容されて入力軸10とピニオン軸11との相対回転に応じて各油圧室24，25に対する作動油の給排を制御する油圧制御弁（図示されず）と、油圧ポンプ33およびリザーバ32と前記油圧制御弁とをそれぞれ接続する給油管34および戻り油管35と、前記油圧制御弁とパワーシリンダ機構21の油圧室24および油圧室25とをそれぞれ接続する第１，第２制御油管36，37と、から構成される。

そして、ハンドル１が操作されると、操舵方向に応じてピニオン軸11が回転してラック軸12が軸方向に移動し、左右の操舵輪５の操舵が行われる。このとき、路面からの反力に基づいて生じる入力軸10とピニオン軸11との回転差によるトーションバー15の捩れ量、すなわち操舵トルクに応じて前記油圧制御弁が作動し、ハンドル１の操作方向に応じて、油圧ポンプ33からの作動油が給油管34、前記油圧制御弁および制御油管36（または制御油管37）を経て油圧室24（または油圧室25）に供給される一方、油圧室25（または油圧室24）の作動油が制御油管37（または制御油管36）、前記油圧制御弁および戻り油管35を経てリザーバ32に排出されて、前記操舵トルクに応じた油圧がパワーシリンダ機構21の各油圧室24，25に生じ、両油圧室24，25の差圧に基づいて発生したアシスト操舵力がラック軸12に付加されて、運転者の操舵力が軽減される。
それゆえ、ステアリング装置Ｓは、ラック軸12を通じて、運転者がハンドル１に加える操舵力およびパワーステアリング装置20が発生するアシスト操舵力で、操舵輪５を操舵する。

図２を参照すると、押圧機構40は、下部ハウジング８ａに設けられる収容部41と、収容部41に軸線方向に移動可能に収容されてラック14をピニオン13に向けて押し付けるラックガイド52と、径方向でラックガイド52と収容部41との間に配置されるゴム弾性を有する弾性部材としての環状、ここでは円環状の弾性リング70と、ラック14をピニオン13に押し付ける押圧力となる弾発力を発生する付勢部材としてのバネ61と、バネ61の弾発力を調整して押圧力の初期値である設定押圧力を設定する調整部材としてのバネ受け62と、バネ受け62に螺合するロックナット63とを備える。
なお、明細書および特許請求の範囲において、軸線方向および径方向とは、それぞれ、ラックガイド52の中心軸線Ｌに平行な方向および中心軸線Ｌを中心とする径方向である。軸線方向は、ラックガイド52がラック14を押し付ける押圧方向およびバネ61の弾発力の作用方向に一致する。

下部ハウジング８ａに一体成形された筒状の収容部41には、軸線方向に平行に延びると共にラック14が横切る収容孔42が設けられる。収容孔42は、軸線方向に直交する平面での断面がほぼ円形状である円孔から構成され、軸線方向でラック14寄りから順に、小径孔43および小径孔43よりも大径の大径孔44を有する。そして、収容孔42を規定する収容孔42の周壁面42ａ（収容部41の内周面である。）は、小径孔43の小径周壁面42ａと、大径孔44の大径周壁面44ａと、小径周壁面43ａと大径周壁面44ａとの境界を構成する円環状の段差周壁面45ａとを有する。大径周壁面44ａには、軸線方向で小径周壁面43ａ寄りの端部とは反対側の端部にバネ受け62が螺合する雌ネジ部44ｂが設けられる。

収容孔42内で収容部41に摺動可能な柱状の部材であるラックガイド52は、本体52ａと、本体52ａに設けられてラック14の背面14ｂが摺接する部材であるパッド52ｂとから構成される。一体成形された部材である本体52ａは、軸線方向に直交する平面での外周面52ａの断面が収容孔42に対応したほぼ円形状の柱状の部材から構成され、軸線方向でラック14寄りから順に、小径孔43に挿入される小径部53および小径部53よりも大径で大径孔44に挿入される大径部54と、さらに小径部53と大径部54との境界を構成する段差部55とを有する。そして、ラックガイド52の外周面52ａは、小径部53の小径外周面53ａと、大径部54の大径外周面54ａと、段差部55の段差外周面55ａとを有する。なお、径方向で、小径周壁面43ａと小径外周面53ａとの間および大径周壁面44ａと大径外周面54ａとの間には、収容孔42内でのラックガイド52の移動を可能とするための隙間が形成されている。この実施形態において、段差周壁面45ａおよび段差外周面55ａは、軸線方向に直交する平面上の面であり、したがって段差部55は、大径部54における小径部53に隣接する端部である。
また、小径部53には、ラック14の背面14ｂが収容される凹部を有してラック14を移動可能に支持する支持部53ｂが設けられる。支持部53ｂには、背面14ｂとの摺接部が低摩擦係数を有する材料で形成されたパッド52ｂが取り付けられる。大径部54には、バネ61を保持するバネ受け部54ｃが設けられる。

そして、周壁面42ａには、収容部側段部46が、小径孔43と大径孔44とにより、換言すれば、段差周壁面45ａと該段差周壁面45ａを挟む小径周壁面43ａおよび大径周壁面44ａとにより、全周に渡って形成される。一方、外周面52ａには、ラックガイド側段部56が、小径部53と大径部54とにより、換言すれば、段差外周面55ａと該段差外周面55ａを挟む小径外周面53ａおよび大径外周面54ａとにより、全周に渡って形成される。したがって、収容孔42の周壁面42ａには、収容孔42の径（または周壁面42ａの径）が押圧方向で順次小径となることにより、段部46が形成され、それに対応して、ラックガイド52の外周面52ａには、外周面52ａの径が押圧方向で順次小径となることにより、段部56が形成される。

また、圧縮コイルバネからなるバネ61は、ラックガイド52の大径部54とバネ受け62との間に配置され、一端部でバネ受け部54ｃに保持され、他端部でバネ受け62に保持される。軸線方向での位置調整が可能なバネ受け62には、雌ネジ部44ｂに螺合する雄ネジ部62ｂが設けられる。それゆえ、バネ受け62は、そのねじ込み量に応じた軸線方向での位置に応じてバネ61の弾発力を調整可能である。そして、この実施形態では、軸線方向で大径部54とバネ受け62とが、その端部54ｄ，62ｄ同士で当接した状態になるとき、前記設定押圧力となる。

この実施形態ではＯリングからなる弾性リング70は、段部46と段部46とにより形成される収容空間71に配置される。そして、弾性リング70は、ラックガイド52が前記設定押圧力でラック14を押し付けている状態で、径方向で小径外周面53ａおよび大径周壁面44ａに接触し、軸線方向において押圧方向で段差周壁面45ａに接触し、反押圧方向で段差外周面55ａに接触していて、収容部41およびラックガイド52により径方向および軸線方向で押し潰された状態にあり、その弾性力で径方向内方および反押圧方向にラックガイド52を押圧している。このように、ラックガイド52の外周面52ａの段部56と収容孔42の周壁面42ａ（すなわち収容部41の内周面）の段部46とは、協働して弾性リング70の保持構造を構成する。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
径方向でラックガイド52の外周面52ａと収容孔42の周壁面42ａとの間に配置された弾性リング70は、外周面52ａの段部56と、周壁面42ａ（収容部41の内周面）の段部46とで形成される収容空間71に配置されることにより、ピニオン13がラック14に加える駆動力、操舵輪５からラック軸12を介して伝達される外力、そして車体から伝達される振動などにより、ラックガイド52が収容部41に当たって発生する振動や打音が、ラックガイド52と収容部41との間に配置される弾性リング70で抑制される。しかも、しかも収容空間71は、ラックガイド52の外周面52ａおよび収容孔42の周壁面42ａにそれぞれ形成された段部56，46により形成されることにより、弾性リング70を保持するために、ラックガイド52または収容部41に弾性リング70を保持する溝や凹部を設ける加工を行う必要がないので、その分、コストが削減される。この結果、ラックガイド52と収容部41とが協働して構成する弾性リング70の保持構造により、低コストで、ラックガイド52が収容部41に当たって発生する振動および打音が低減したステアリング装置Ｓが得られる。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
前記実施形態では、収容孔42の周壁面42ａおよびラックガイド52の外周面52ａには、それぞれ、１つの段部46，56が形成されたが、２以上の段部が形成され、各段部に弾性リングが配置されてもよい。
段差周壁面および段差外周面は、テーパ面により構成されてもよく、テーパ面以外の曲面により構成されてもよい。
収容部側段部が、収容孔42の径（または周壁面42ａの径）が反押圧方向で順次小径となることにより形成され、それに対応して、ラックガイド側段部が、ラックガイド52の外周面52ａの径が反押圧方向で順次小径となることにより形成されてもよい。
パワーステアリング装置のアクチュエータとして電動モータが使用されてもよい。

前記設定押圧力は、前記実施形態では、端部54ｄと端部62ｄとが当接した状態で設定されたが、大径部54の端部54ｄとバネ受け62の端部62との間に軸線方向での隙間が形成される状態で設定されてもよい。この場合、収容部41およびラックガイド52により軸線方向で押し潰された状態ある弾性リング70は、押圧方向で段差周壁面45ａに接触し、反押圧方向で段差外周面55ａに接触していることにより、押圧方向側で収容部41に接触し、反押圧方向側でラックガイド52に接触するので、ラックガイド52が前述したようにピニオン13からの駆動力や操舵輪５からの外力や車両の振動などにより反押圧方向に移動するとき、ラックガイド52は収容空間71の軸線方向での幅が広がる方向に移動して、弾性リング70に対する押圧の度合いを緩和することになるので、弾性リング70が過度に圧縮されることがなく、弾性リング70の耐久性が向上する。

本発明が適用されたラックアンドピニオン式ステアリング装置の要部正面図である。 （Ａ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線での要部断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の要部拡大図である。

符号の説明

１…ハンドル、２，４…伝達機構、３…ギヤボックス、５…操舵輪、６…ハウジング、７…ラックハウジング、８…ピニオンハウジング、10…入力軸、11…ピニオン軸、12…ラック軸、13…ピニオン、14…ラック、15…トーションバー、20…パワーステアリング装置、21…パワーシリンダ機構、22…パワーシリンダ、23…パワーピストン、24，25…油圧室、31…給排油系統、32…リザーバ、33…油圧ポンプ、34…給油管、35…戻り油管、36，37…制御油管、40…押圧機構、41…収容部、42…収容孔、43…小径孔、44…大径孔、42ａ，43ａ，44ａ，45ａ…周壁面、46…段部、52…ラックガイド、53…小径部、54…大径部、55…段差部、52ａ，53ａ，54ａ，55ａ…外周面、56…段部、61…バネ、62…バネ受け、63…ロックナット、70…弾性リング、71…収容空間、
Ｓ…ステアリング装置。

Claims (1)

1. 操舵力に基づいて回転するピニオンと噛合するラックが設けられたラック軸を通じて操舵輪を操舵するラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、前記ラックを前記ピニオンに押し付けるラックガイドと、前記ラックガイドが軸線方向に移動可能に収容される収容孔が設けられた収容部と、前記ラックガイドの外周面と前記収容孔の周壁面との間に配置された弾性部材とを備える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、小径部および前記小径部よりも大径の大径部を有し、前記収容孔は、前記小径部が挿入される小径孔および前記大径部が挿入される大径孔を有し、前記弾性部材は、前記小径部と前記大径部とにより前記外周面に全周に渡って形成されるラックガイド側段部と、前記小径孔と前記大径孔とにより前記周壁面に全周に渡って形成される収容部側段部とで形成される収容空間に配置され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。
   
   

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