JP2008105600A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック及びピニオンの噛合部にて生じる歯打ち音等の異音を十分に低減し、運転者に与える不快感を緩和することができる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】ラックピニオン式のステアリング装置において、ラック軸１は、ピニオン２１の側に軸長方向に延びる凹部１４ａを有し、軸長方向へ移動自在に支持されている軸体１４と、軸体１４に対して軸長方向への相対移動を不可とし、周方向への相対揺動を可とするように凹部１４ａに弾性体１５を介して嵌合されており、凹部１４ａとの嵌合部の逆側にてピニオン２１に噛合するラック１３とを備えている。ラック１３と軸体１４とが、両者間に介装した弾性限度の大きな弾性体１５の変形を伴って相対揺動するから、揺動が互いに伝わりにくくなり、ラック１３及びピニオン２１の噛合部にて生じる歯打ち音等の異音を低減することができ、運転者に与える不快感を緩和することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラック及びピニオンの噛合部にて生じる歯打ち音等の異音を低減し、運転者に与える不快感を緩和することができるラックピニオン式のステアリング装置に関する。

車両の舵取りを行うステアリング装置は、運転者によるステアリングホイール等の操舵部材の操作を、ステアリング軸を介して舵取機構に伝え、この舵取機構を動作させるように構成されている。従来、ステアリング装置として、操舵部材の回転操作に応じたピニオンの回転を、該ピニオンに噛合するラックを有するラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の両端に連結された左右の前輪を押し引きして舵取りを行うように構成されたラックピニオン式のステアリング装置が広く採用されている。このラックピニオン式のステアリング装置は、一般的に、ラック及びピニオンをバックラッシなしに良好に噛合させるべく、両者の噛合部の逆側からラック軸に弾接し、前記噛合部に予圧を加えるサポートヨークを備えている。また、多くのラックピニオン式のステアリング装置において、前記ラック及びピニオンは、大容量の負荷伝達を可能とすべく、かみあい率が大きいはす歯に夫々形成してある。

このようなラックピニオン式のステアリング装置においては、ラック及びピニオンの噛み合いに伴って噛み合い歯面に直交する方向の力が作用するとき、ラック及びピニオンがはす歯に形成されているため、ラック軸の軸長方向に直交する方向の分力が発生し、この分力の作用によりラック軸が軸回りに揺動する。この揺動により、ラック及びピニオンの噛合部にて歯打ち音が生じるとともに、サポートヨークと該サポートヨークを内嵌保持するヨークハウジングとが接触して打音が生じ、これらの歯打ち音，打音等の異音が車室の内部に伝播し、運転者に不快感を与えるという問題があった。

そこで、ラックピニオン式のステアリング装置においては、サポートヨークのラック軸との対向面に凹部を設け、該凹部に合成樹脂部材を嵌入させ、この合成樹脂部材をシートを介してラック軸に当接させて、サポートヨークを前記合成樹脂部材を介してラック軸に弾接させるように構成することにより、ラック及びピニオンの噛合部にて生じる歯打ち音のサポートヨークへの伝播を抑制し、更には歯打ち音を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１４６２２７号公報

特許文献１の構成においては、サポートヨークのラック軸との対向面に設けられた凹部に嵌入した合成樹脂部材の作用により歯打ち音等の異音の低減を図っているが、合成樹脂部材の設置面積は小さいことから、十分な低減効果は期待できないという問題があった。また、合成樹脂部材の設置面積を大きくすることは可能であるが、前記対向面の面積以上には大きくすることができないため、歯打ち音等の異音の低減効果の改善には限界がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ラック及びピニオンの噛合部にて生じる歯打ち音等の異音を十分に低減し、運転者に与える不快感を緩和することができるラックピニオン式のステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るステアリング装置は、操舵部材の操作に応じたピニオンの回転をラック軸の軸長方向の移動に変換して舵取りを行わせるステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ピニオンの側に軸長方向に延びる凹部を有し、軸長方向へ移動自在に支持されている軸体と、該軸体に対して軸長方向への相対移動を不可とし、周方向への相対揺動を可とするように前記凹部に弾性体を介して嵌合されており、該凹部との嵌合部の逆側にて前記ピニオンに噛合するラックとを備えることを特徴とする。

第２発明に係るステアリング装置は、第１発明において、前記軸体及びラックが、前記凹部の逆側から前記軸体に弾性体を介して頭部を当接させたボルトを、前記ラックに設けられた螺子穴に螺合することにより結合してあることを特徴とする。

第３発明に係るステアリング装置は、第１発明において、前記軸体及びラックが、該ラックに設けてあり、前記ラック軸の軸長方向に直交する面での断面形状が略円形である係合穴に、周方向への相対揺動を可とするように一部を係合させた結合体により結合してあることを特徴とする。

第４発明に係るステアリング装置は、第３発明において、前記結合体が、前記軸体に設けられたピン穴に前記凹部の逆側から挿通させた割りピンの先端部を、前記係合穴の内周面に沿って変形させて構成してあることを特徴とする。

第１発明によれば、ラック及びピニオンの噛合部に加わる力の作用により、ラックと軸体とが両者間に介装した弾性体の変形を伴って相対揺動し、該弾性体の変形により揺動が互いに伝わりにくいため、サポートヨークと該サポートヨークを内嵌保持するヨークハウジングとの接触による打音又はラック及びピニオンの噛合部にて生じる歯打ち音を低減することができ、運転者に与える不快感を緩和することができる。前記弾性体は、前記凹部とラックとの嵌合部全域に亘って設けることができ、弾性体の設置面積を大きくとることができ、歯打ち音等の異音をより低減することができる。更に、ウレタン等の吸音性能に優れた合成樹脂を用いて弾性体を形成することにより、生じた歯打ち音等の異音を吸収して、これらの音の伝播を抑制することができ、運転者に与える不快感を更に緩和することができる。

第２発明によれば、ラック及び軸体が相対揺動した場合、ラックの揺動に伴いボルトが一体的に揺動し、軸体及びラックを結合するボルトの頭部と前記軸体との間に介装された弾性体が変形するから、軸体に対して軸長方向への相対移動を不可とし周方向への相対揺動を可とするラックと、軸体との連結を強固に実現することができる。

第３発明によれば、ラック及び軸体が相対揺動した場合、軸体の揺動に伴い結合体が一体的に揺動し、該結合体がラックに形成された係合穴内にて周方向に動くから、ラックの周方向の動きは少なくなり、ラックとピニオンとの歯打ち音をより低減することができる。

第４発明によれば、軸体に設けたピン穴に前記凹部の逆側から割りピンを挿通させ、該割りピンの先端部を前記係合穴の内周面に沿って変形させることにより簡単に軸体及びラックを結合することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るステアリング装置の構成を示す模式図である。

図示のステアリング装置は、車体の左右方向に延設された円筒形をなすラックハウジング１０の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング１０の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知のラックピニオン式のステアリング装置として構成されている。

ラックハウジング１０の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド１１，１１を介して操舵用車輪としての左右の前輪１２，１２に連結されている。またピニオンハウジング２０の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。

ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてあり、コラムハウジング３１の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール３０が固設されている。

図２は、ピニオンハウジング２０及びラックハウジング１０の交叉部周辺を略示する縦断面図である。ピニオン軸２は、図示のように、下半部を拡径して一体形成されたピニオン２１を備えており、このピニオン２１の上下両側に位置する一対のベアリング２２，２３により、ピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されている。

ピニオンハウジング２０の下半部の一側には、前述したように、円筒形をなすラックハウジング１０が、軸心を交叉させて連設されている。このラックハウジング１０の内部に支持されているラック軸１は、ピニオンハウジング２０との連通部に臨む側に、軸長方向の適長に亘ってラック歯１３ａ，１３ａ…（図３参照）が形成されたラック１３を備えており、このラック１３はピニオン２１に噛合させてある。

ラックハウジング１０及びピニオンハウジング２０の交叉部には、これら夫々と略直交する向きに円筒形のヨークハウジング４０が突設されている。ヨークハウジング４０の内部には、円形断面を有するサポートヨーク４が嵌合され、軸長方向への摺動自在に保持されている。

ラックハウジング１０の内側に臨むサポートヨーク４の一端は、ラック軸１の外形に対応するアーチ形状を有しており、ラック１３及びピニオン２１の噛合部の逆側からラック軸１の外周面にシート４１を介して摺接させてある。また、サポートヨーク４の他端は、ヨークハウジング４０の開口部にねじ込まれ、ロックナット４３により位置決め固定された支持キャップ４２の底面に対向させてある。サポートヨーク４と支持キャップ４２との対向面間には、押しばね４４が介装されており、サポートヨーク４は、押しばね４４のバネ力によりラック軸１に向けて付勢され、該ラック軸１に弾接させてある。

このように取付けられたサポートヨーク４は、ラック軸１をピニオン軸２に押し付けてラック１３とピニオン２１とをバックラッシなしに良好に噛合させる作用をなす。ラック軸１への押し付け力の大きさは、支持キャップ４２のねじ込み量の増減により適正に調整される。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール３０が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオン２１とラック１３との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１の移動により、左右の前輪１２，１２が各別のタイロッド１１，１１を介して押し引きされて舵取りがなされる。

図１に示すステアリング装置は、ステアリングコラム３１の下端部近傍に操舵補助用のモータ５を取付け、また該モータ５よりも上位置のステアリングコラム３１の内部にトルクセンサ６を備えて、ステアリングホイール３０の操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクをトルクセンサ６により検出し、この検出された操舵トルクに基づいて駆動されるモータ５の回転力をステアリングコラム３１内部のステアリング軸３に伝え、前述の如く行われる操舵を補助する電動パワーステアリング装置として構成されている。なお、以下に示す本発明の特徴的な構成は、運転者によりステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクのみによって操舵を行わせるマニュアル式のステアリング装置にも適用可能であり、またラックハウジング１０の内部に設けられた油圧シリンダの発生力により操舵を補助する油圧パワーステアリング装置にも適用可能である。

本発明に係るステアリング装置において、ラック軸１は、軸長方向に移動自在にラックハウジング１０の内部に支持されている軸体１４を備えており、前述したようにピニオン２１に噛合するラック１３は、軸体１４に以下のように固定されている。図３は、図２のIII−III線によるラック軸１の断面図である。

軸体１４には、図３に示すように、ピニオン２１の側に軸長方向に適長に亘って凹部１４ａが形成されている。この凹部１４ａは、図２に示すように、ピニオン２１の側を幅広とした台形断面を有している。この凹部１４ａの底面には、軸長方向に適長離隔した位置にボルト穴１４ｂ，１４ｂ…が夫々貫通形成されている。

一方、ラック１３は、図３に示すように、凹部１４ａと略等しい長さを有しており、図２に示すように、凹部１４ａと略同形の台形断面を有している。ラック１３の下底側には、図３に示すように、ラック歯１３ａ，１３ａ…が適長に亘って形成してある。ラック１３の上底側には、軸体１４とラック１３とを後述するように嵌合したときにボルト穴１４ｂ，１４ｂ…と整合する位置に、螺子穴１３ｂ，１３ｂ…が夫々形成してある。なお、ボルト穴１４ｂ，１４ｂ…は、ラック軸１の軸方向長さがボルト１６，１６…の直径と略等しく、周方向長さが軸方向長さより長い長円形をなしており、後述するようなラック１３及び軸体１４間の周方向の相対揺動を阻害しないように形成してある。

これらラック１３及び軸体１４は、図３に示すように、合成樹脂製の弾性体１５を介して、ラック１３の上底側を凹部１４ａに嵌め合わせ、軸体１４のボルト穴１４ｂ，１４ｂ…に凹部１４ａの逆側からボルト１６，１６…を夫々挿通させ、ボルト１６，１６…の螺子部１６ｂ，１６ｂ…をラック１３に形成された螺子穴１３ｂ，１３ｂ…に螺合させることにより結合してある。ボルト１６，１６…の頭部１６ａ，１６ａ…と軸体１４との間には、合成樹脂製のワッシャ１７，１７…が夫々介装してある。

このように一体化されたラック１３及び軸体１４は、両者間に介装した弾性体１５の変形を伴ってラック軸１の周方向に相対揺動が可能である。このときラック１３と軸体１４とを結合するボルト１６，１６…は、軸体１４に設けられた長円形のボルト穴１４ｂ，１４ｂ…の長手方向に揺動し、更に、このボルト１６，１６…の動きに応じて頭部１６ａ，１６ａ…と軸体１４との間に介装したワッシャ１７，１７…が変形するから、ラック１３は、ボルト１６，１６…と共に軸体１４に対して周方向に相対揺動することができる。ラック１３と軸体１４とを結合するボルト１６，１６…は、軸体１４に設けられたボルト穴１４ｂ，１４ｂ…の内部にてラック軸１の軸長方向に移動できず、更にラック１３に螺合しているから、ラック１３は、軸体１４に対して軸長方向に相対移動することができない。なお、ボルト穴１４ｂ，１４ｂ…を長円形にしなくても、ラック１３のボルト１６，１６…の頭部１６ａ，１６ａ…方向への動きは弾性体１５の弾性変形により可能であり、また、ボルト穴１４ｂ，１４ｂ…とボルト１６，１６…との僅かなクリアランスによっても、ラック１３と軸体１４の周方向揺動は可能である。

弾性体１５及びワッシャ１７，１７…は、例えば、連続気孔を有する多孔質体である発泡ウレタン製とすることができる。発泡ウレタン製の弾性体１５及びワッシャ１７，１７…は、弾性限度が大きく、また気孔における伝達空気の粘性損失又は伝達位相差による打ち消しにより音エネルギを熱エネルギに変換することにより吸音性能にも優れている。

以上の構成において、前述の如くなされる舵取りに伴い、ラック１３及びピニオン２１の噛合部にてラック歯１３ａ，１３ａ…の歯面に直交する方向に力が作用する一方、車両走行に伴い左右の前輪１２，１２に作用する路面反力の作用により同様にラック歯１３ａ，１３ａ…の歯面に直交する方向に力が作用する。ラック１３及びピニオン２１がはす歯に形成されているため、ラック軸１の軸長方向に直交する方向の分力が発生し、この分力の作用によりラック軸１の軸回りに揺動する。このような揺動が生じたときに、前述したようにボルト１６，１６…により結合されたラック１３と軸体１４とは、両者間に介装した弾性限度の大きな弾性体１５の変形を伴って相対揺動するから、軸長方向への力の伝達を阻害することなく、ラック１３又は軸体１４の揺動が互いに伝わりにくくなる。この結果、サポートヨーク４とヨークハウジング４０との接触による打音又はラック１３及びピニオン２１の噛合部にて生じる歯打ち音を低減することができ、運転者に与える不快感を緩和することができる。歯打ち音等の異音は、弾性体１５を、例えば凹部１４ａとラック１３との嵌合部全域に亘って設けて、設置面積を大きくとることにより、より低減することが可能となる。更に、ウレタン等の吸音性能に優れた合成樹脂を用いて弾性体１５を形成することにより、生じた歯打ち音等の異音を吸収して、これらの音の伝播を抑制することができ、運転者に与える不快感を更に緩和することができる。

また、ラック歯１３ａ，１３ａ…が形成されているラック１３を軸体１４と別体にしてあるから、ラック歯１３ａ，１３ａ…を含めたラック１３の加工が容易になると共に、サポートヨーク４に量産品を使用することができる。

そして、ラック１３と軸体１４との相対揺動は、ラック１３と一体的に揺動するボルト１６，１６…の頭部１６ａ，１６ａ…と軸体１４との間に介装された弾性限度の大きな合成樹脂製のワッシャ１７，１７…が変形することにより、より許容されているから、軸長方向への相対移動を不可とし周方向への相対揺動を可とするラック１３と、軸体１４との連結を強固に実現することができる。また、ラック１３と軸体１４との相対揺動に伴いボルト１６，１６…の頭部１６ａ，１６ａ…と軸体１４とが接離するときに、ワッシャ１７，１７…がボルト１６，１６…の頭部１６ａ，１６ａ…と軸体１４との間に介装されているから、接触による打音を防ぐことができる。

図４は、本発明の他の実施の形態に係るピニオンハウジング２０及びラックハウジング１０の交叉部周辺を略示する縦断面図である。図５は、ラック１３と軸体１４との固定構造の説明図であり、図６は、図４のVI−VI線によるラック軸１の断面図である。

図４乃至図６に示すように、軸体１４に設けた凹部１４ａの底面には、軸長方向に適長離隔した位置にピン穴１４ｃ，１４ｃ…が夫々貫通形成されている。一方、図４乃至図６に示すように、ラック１３の上底側には、軸体１４とラック１３とを後述するように嵌合したときにピン穴１４ｃ，１４ｃ…と整合する位置に、図４及び図５に示す断面内において略円形をなす係合穴１３ｃ，１３ｃ…が夫々形成してある。なお、係合穴１３ｃ，１３ｃ…は、図６に示すように、ラック軸１の軸長方向の幅が、後述する割りピン１８，１８…の先端部１８ａ，１８ａ…の直径と略等しくなるように形成してある。

図５（ａ）に示すように、合成樹脂製の弾性体１５を介して、ラック１３の上底側を軸体１４の凹部１４ａに嵌め合わせ、次いで図中に矢符により示すように、軸体１４のピン穴１４ｃ，１４ｃ…に凹部１４ａの逆側から割りピン１８，１８…を挿通させる。割りピン１８，１８…の先端部１８ａ，１８ａ…が中心方向に向かって斜めテーパ状に形成されているため、図５（ｂ）に示すように、先端部１８ａ，１８ａ…がラック１３に形成されている係合穴１３ｃ，１３ｃ…の内周面に沿って変形されることになり、ラック１３及び軸体１４は、図４に示すように結合される。このように結合されたラック１３と軸体１４とは、係合穴１３ｃ，１３ｃ…内にて割りピン１８，１８…の先端部１８ａ，１８ａ…が周方向に摺動可能に係合してあることにより、周方向に相対揺動することができる。その他の構成は、図２又は図３に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図２又は図３と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

以上の構成において、前述したようにラック１３及びピニオン２１の噛合部に作用力が加わった場合、ラック１３は軸体１４に対して周方向のみ相対揺動することができ、軸長方向への相対移動を不可とし、周方向への相対揺動を可とするラック１３と軸体１４との連結を強固に実現することができる。

ラック１３と軸体１４とは、前述したように、割りピン１８，１８…の先端部１８ａ，１８ａ…をピン穴１４ｃ，１４ｃ…及び係合穴１３ｃ，１３ｃ…に夫々挿入し、強く押し込むことにより簡単に結合することができる。

なお、本実施の形態において、結合体として割りピン１８，１８…を用いているが、これに限定されず、例えばピン穴１４ｃ，１４ｃ…及び係合穴１３ｃ，１３ｃ…に樹脂を注入し、係合穴１３ｃ，１３ｃ…の内部にて硬化させることにより結合体を形成しても良い。

また、ラック１３に形成される係合穴１３ｃ，１３ｃ…は、図４乃至図６に示す形状に限らず、結合体とラック１３の係合穴との係合によりラック軸１の周方向へのラック１３の相対揺動を許容し、軸長方向への相対移動を拘束する形状を有する係合穴であればよい。

また、以上の実施の形態においては、ラック１３と軸体１４とを、ラック軸１の軸長方向に適宜の隙間を隔てて対向させているが、これに限定されず、弾性体１５と同様の弾性体を介して当接させてもよい。

また、本発明は、ピニオン軸が１回転する間にラック軸が移動する移動長さを表すラックストロークレシオが一定になるように構成されたラックピニオン式のステアリング装置に適用可能であると共に、高速直進走行時の操安性と低速旋回時の操舵力とを両立させるべく、ラックストロークレシオをラックの中央位置から両端部に向けて大きくしてあり、ラックとピニオンとの噛合部の作用力が大きくなるＶＧＲ（Variable Gear Ratio）のラックを有するラックピニオン式のステアリング装置においても適用可能である。

更に、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能であることは言うまでもない。

本発明に係るステアリング装置の構成を示す模式図である。 ピニオンハウジング及びラックハウジングの交叉部周辺を略示する縦断面図である。 図２のIII−III線によるラック軸の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係るピニオンハウジング及びラックハウジングの交叉部周辺を略示する縦断面図である。 ラックと軸体との固定構造の説明図である。 図４のVI−VI線によるラック軸の断面図である。

符号の説明

１ ラック軸、１３ ラック、１３ｂ 螺子穴、１３ｃ 係合穴、１４ 軸体、１４ａ 凹部、１４ｂ ボルト穴、１４ｃ ピン穴、１５ 弾性体、１６ ボルト、１６ａ 頭部、１６ｂ 螺子部、１７ ワッシャ（弾性体）、１８ 割りピン（結合体）、１８ａ 先端部、２１ ピニオン、３０ ステアリングホイール（操舵部材）

Claims (4)

1. 操舵部材の操作に応じたピニオンの回転をラック軸の軸長方向の移動に変換して舵取りを行わせるステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ピニオンの側に軸長方向に延びる凹部を有し、軸長方向へ移動自在に支持されている軸体と、該軸体に対して軸長方向への相対移動を不可とし、周方向への相対揺動を可とするように前記凹部に弾性体を介して嵌合されており、該凹部との嵌合部の逆側にて前記ピニオンに噛合するラックとを備えることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記軸体及びラックは、前記凹部の逆側から前記軸体に弾性体を介して頭部を当接させたボルトを、前記ラックに設けられた螺子穴に螺合することにより結合してある請求項１記載のステアリング装置。
3. 前記軸体及びラックは、該ラックに設けてあり、前記ラック軸の軸長方向に直交する面での断面形状が略円形である係合穴に、周方向への相対揺動を可とするように一部を係合させた結合体により結合してある請求項１記載のステアリング装置。
4. 前記結合体は、前記軸体に設けられたピン穴に前記凹部の逆側から挿通させた割りピンの先端部を、前記係合穴の内周面に沿って変形させて構成してある請求項３記載のステアリング装置。

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