JP2009096321A - 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ガイド孔に嵌合するラックガイドのガタに起因する騒音を防止する。
【解決手段】 ラック３０を有するラックバー２９がピニオン２８から受ける反力Ｆ２は、ハウジングに形成したガイド孔２１ａに摺動自在に嵌合してスプリング３３で付勢された円柱状のラックガイド３１を付勢するスプリング３３の付勢力Ｆ１と釣り合っている。このとき、ラックガイド３１がラックバー２９から受ける反力Ｆ２が、ラックガイド３１にその軸線Ｌｇと異なる軸線まわりの回転モーメントＭ１を発生させるように作用するので、ラックガイド３１はガイド孔２１ａに対して片当たりする。これにより、ラックガイド３１およびガイド孔２１ａが部分的に強く接触することで、ラックガイド３１のガタを防止して騒音の発生を抑制することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ステアリングホイールの操作を車輪に伝達するステアリングギヤボックスが、前記ステアリングホイールに接続されるピニオンと、前記ピニオンに噛合するラックを有して前記車輪に接続されるラックバーと、前記ラックバーを摺動自在に支持するハウジングと、前記ハウジングに形成したガイド孔に摺動自在に嵌合する円筒状のラックガイドと、前記ラックガイドを付勢して前記ラックバーに背面に当接させる弾発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関する。

かかるラックアンドピニオン式ステアリング装置は、下記特許文献１により公知である。
特開２００５−２４７０７９号公報

図１２は上記従来のラックアンドピニオン式ステアリング装置を示すもので、ピニオンシャフト０１に設けたピニオン０２とラックバー０３に設けたラック０４とが噛合しており、ハウジング０５のガイド孔０６に摺動自在に嵌合する円柱状のラックガイド０７をラックバー０３の背面に当接するようにスプリング０８で付勢してラック０４の変形を規制することで、ラック０４およびピニオン０２の適切な噛合を確保するとともに、噛合反力によるラックバー０３の撓みを防止している。

ラックガイド０７にはスプリング０８の付勢力Ｆ１とラックバー０３からの反力Ｆ２とが作用するが、付勢力Ｆ１および反力Ｆ２の作用線は共にラックガイ０７の軸線Ｌｇ上に位置しているため、ラックガイド０７がガイド孔０６との間に存在するガタによって振動し、騒音の原因となる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置においてガイド孔に嵌合するラックガイドのガタに起因する騒音を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ステアリングホイールの操作を車輪に伝達するステアリングギヤボックスが、前記ステアリングホイールに接続されるピニオンと、前記ピニオンに噛合するラックを有して前記車輪に接続されるラックバーと、前記ラックバーを摺動自在に支持するハウジングと、前記ハウジングに形成したガイド孔に摺動自在に嵌合する円筒状のラックガイドと、前記ラックガイドを付勢して前記ラックバーの背面に当接させる弾発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、前記ラックガイドが前記ラックバーから受ける反力は、前記ラックガイドにその軸線と異なる軸線まわりの回転モーメントを発生させるように作用す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が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記反力の作用線は、前記ラックガイドの軸線と平行であり、かつ前記ラックガイドの軸線から偏心し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が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記反力は、その作用線まわりに前記ラックガイドを回転させる回転モーメントを発生す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が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記反力の作用線は、前記ラックガイドの軸線と非平行であ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が提案される。

尚、実施の形態の下部ハウジング２１は本発明のハウジングに対応し、実施の形態のスプリング３３は本発明の弾発部材に対応する。

請求項１の構成によれば、ラックバーに形成したラックとピニオンとの噛合部に作用する操舵トルクは、ラックバーをピニオンから離反させるように作用するが、ハウジングのガイド孔に摺動自在に嵌合する円筒状のラックガイドを弾発部材で付勢してラックバーに背面に当接させることで、ラックおよびピニオンの噛合状態を適切に維持することができる。このとき、ラックガイドがラックバーから受ける反力が、ラックガイドにその軸線と異なる軸線まわりの回転モーメントを発生させるように作用するので、ラックガイドはガイド孔に対して片当たりし、ラックガイドおよびガイド孔が部分的に強く接触することでラックガイドのガタを防止し、ガタによる騒音の発生を抑制することができる。

また請求項２の構成によれば、ラックガイドがラックバーから受ける反力の作用線がラックガイドの軸線と平行であり、かつラックガイドの軸線から偏心しているので、ラックガイドにその軸線と異なる軸線まわりの回転モーメントを発生させることができる。

また請求項３の構成によれば、ラックガイドが前記ラックバーから受ける反力が、該反力の作用線まわりにラックガイドを回転させる回転モーメントを発生するので、この回転モーメントによってラックガイドをガイド孔に対して片当たりさせることができる。よって、請求項２の構成による回転モーメントと、反力の作用線まわりの回転モーメントとを同時に発生させ、ガタによる騒音の発生を一層確実に抑制することができる。

また請求項４の構成によれば、ラックガイドがラックバーから受ける反力の作用線がラックガイドの軸線と非平行であるので、ラックガイドにその軸線と異なる軸線まわりの回転モーメントを発生させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示すものであり、図１は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３部拡大図、図４はラックガイドおよびラックバーの斜視図，図５は図４の５方向矢視図である。

図１に示すように、ステアリングホイール１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、減速機１６から上方に突出するピニオンシャフト１７に接続される。減速機１６の下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。減速機１６にはブラシレスモータよりなるアシストモータＭが支持されており、このアシストモータＭの作動が、減速機１６の内部に収納した操舵トルク検出手段Ｓｔからの信号が入力される電子制御ユニットＵにより制御される。

図２に示すように、減速機１６はステアリングギヤボックス１８と一体の下部ハウジング２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ハウジング２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ハウジング２５とを備えており、下部ハウジング２１および上部ハウジング２５にボールベアリング２６，２７で前記ピニオンシャフト１７が回転自在に支持される。ピニオンシャフト１７の下端に設けられたピニオン２８が、ステアリングギヤボックス１８の内部を左右に移動するラックバー２９に設けられらラック３０に噛合する。ステアリングギヤボックス１８の一部を構成する下部ハウジング２１に形成した円形断面のガイド孔２１ａに概略円柱状のラックガイド３１が摺動自在に収納されており、ラックガイド３１に形成した凹部３１ａと、ガイド孔２１ａを閉塞するナット部材３２に形成した凹部３２ａとの間に配置したスプリング３３でラックガイドをラックバー２９の背面２９ａに向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みを抑制してラック３０をピニオン２８に正しく噛合させることができる。ラックガイド３１およびスプリング３３は、それらの軸線が一致するように、つまり同軸に配置される。

減速機１６の内部に延びるアシストモータＭの回転軸３４に設けられたウオーム３５は、ピニオンシャフト１７に固定されたウオームホイール３６に噛合する。従って、アシストモータＭが駆動されると、その回転軸３４に設けたウオーム３５に噛合するウオームホイール３６を介して減速機１６のピニオンシャフト１７が回転し、ピニオン２８に噛合するラック３０が駆動されることで、ドライバーがステアリングホイール１１に加える操舵トルクがアシストモータＭによってアシストされる。

図３に詳細に示すように、ラックバー２９は、ラック３０が形成されている部分を除いて基本的に円柱状の部材であって、その円柱の一部を成す背面２９ａにラックガイド３１の円弧状断面を有する押圧面３１ｂが摺動自在に当接する。

ピニオン２８の軸線Ｌｐとラックガイド３１の軸線Ｌｇとは同一平面上（つまり図３の紙面上）に在って相互に直交（α＝９０°）しており、ラックバー２９の軸線Ｌｂはピニオン２８の軸線Ｌｐとラックガイド３１の軸線Ｌｇとに直交（つまり図３の紙面に直交）している。またラックガイド３１の押圧面３１ｂの中心位置は、ラックガイド３１の軸線Ｌｇ上にはなく、そこから上下一方（実施の形態では下方）に距離δだけ偏倚している。言い換えると、ラックガイド３１の軸線Ｌｇは、ラックバー２９の軸線Ｌｂに対して距離δだけ上方に偏倚している。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

運転者がステアリングホイール１１を操作すると、操舵トルクは上部ステアリングシャフト１２、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４、下部ユニバーサルジョイント１５、ピニオンシャフト１７およびピニオン２８を介してラック３０に伝達され、ステアリングギヤボックス１８の内部でラックバー２９を左右方向に駆動する。このとき、アシストモータＭが作動すると、そのアシストトルクがウオーム３４、ウオームホイール３６を介してピニオンシャフト１７に伝達され、運転者のステアリング操作がアシストされる。

ピニオン２８からの噛合反力がラック３０作用することで、ラックバー２９はピニオン２８から離反する方向に付勢されるが、スプリング３３で付勢されたラックガイド３１のの押圧面３１ｂがラックバー２９の背面２９ａに当接することで、ラックバー２９の撓みが防止されてラック３０およびピニオン２８の噛合状態が適切に維持される。ラックバー２９が左右に移動するとき、その背面２９ａはラックガイド３１の押圧面３１ｂに対して摺動する。

図３に示すように、スプリング３３がラックガイド３１をラックバー２９に向けて付勢する付勢力Ｆ１の作用線は、ラックガイド３１の軸線Ｌｇ上に位置している。またラックバー２９の背面２９ａおよびラックガイド３１の押圧面３１ｂに均等に当接しているため、ラックガイド３１がラックバー２９から受ける反力Ｆ２の作用線Ｌｃは、ラックバー２９の軸線Ｌｂを通ってラックガイド３１の軸線Ｌｇと平行になる。

このように、ラックガイド３１がラックバー２９を付勢する付勢力Ｆ１の作用線（ラックガイド３１の軸線Ｌｇ）と、ラックガイド３１がラックバー２９から受ける反力Ｆ２の作用線Ｌｃとが平行でかつ距離δだけずれているため、ラックガイド３１に回転モーメントＭ１が作用する。この回転モーメントＭ１は下部ハウジング２１のガイド孔２１ａの内部でラックガイド３１をこじるように作用するため、ガイド孔２１ａに対するラックガイド３１のガタが消滅し、ラックガイド３１の振動による騒音の発生を抑制することができる。

次に、図６および図７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態は第１の実施の形態の更なる改良に係るもので、ラックガイド３１の押圧面３１ｂは、その上縁にラックバー２９の一端側が幅広で他端側が幅狭の上部切欠き３１ｄが形成され、その下縁にラックバー２９の一端側が幅狭で他端側が幅広の下部切欠き３１ｅが形成される。

押圧面３１ｂは円弧状であるため、押圧面３１ｂがラックバー２９から受ける反力Ｆ２は、押圧面３１ｂの中央を通る軸線Ｌｃ（反力Ｆ２の作用線）に直交する平面内に分力Ｆ２′，Ｆ２′を持ち、この分力Ｆ２′，Ｆ２′によって前記押圧面３１ｂの中央を通る軸線Ｌｃ、つまり反力Ｆ２の作用線Ｌｃまわりに回転モーメントＭ２を発生させる。仮に、前記回転モーメントＭ２がラックガイド３１の軸線Ｌｇを中心としていると、ラックガイド３１はガイド孔２１ａの内部で回転するだけでこじる力は発生しない。

しかしながら実際には、押圧面３１ｂの中央を通る軸線Ｌｃはラックガイド３１の軸線Ｌｇに対して距離δだけ偏心しているため、前記軸線Ｌｃまわりの回転モーメントＭ２によってガイド孔２１ａの内部でラックガイド３１がこじられ、前記回転モーメントＭ１によるこじりとの協働により、ガイド孔２１ａに対するラックガイド３１のガタを消滅させて騒音の発生を一層確実に抑制することができる。

次に、図８に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第３の実施の形態は、ラックガイド３１の軸線Ｌｇとピニオン２８の軸線Ｌｐとが成す角度αが９０°ではなく鋭角に設定される。ラックガイド３１の押圧面３１ｂは、その軸線Ｌｇ上に位置している。

ラックガイド３１がラックバー２９を付勢する付勢力Ｆ１の作用線（ラックガイド３１の軸線Ｌｇ）と、ラックガイド３１がラックバー２９から受ける反力Ｆ２の作用線Ｌｃとは非平行であるため、ラックガイド３１に回転モーメントＭ１が作用し、この回転モーメントＭ１は下部ハウジング２１のガイド孔２１ａの内部でラックガイド３１をこじるように作用する。これにより、ガイド孔２１ａに対するラックガイド３１のガタが消滅し、ラックガイド３１の振動による騒音の発生を抑制することができる。

次に、図９および図１０に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。

第４の実施の形態は第１の実施の形態の変形であって、第１の実施の形態ではラックバー２９の背面２９ａがラックガイド３１の押圧面３１ｂに均等に当接しているが、第４の実施の形態ではラックガイド３１の押圧面３１ｂに、ラックバー２９の軸線Ｌｂと平行に延びる上下２本の低い畝状の接触線３１ｃ，３１ｃが上下対称位置に形成されており、これらの接触線３１ｃ，３１ｃがラックバー２９の背面２９ａに当接する。

次に、図１１に基づいて本発明の第５の実施の形態を説明する。

第５の実施の形態は第２の実施の形態の変形であって、第２の実施の形態ではラックバー２９の背面２９ａがラックガイド３１の押圧面３１ｂに均等に当接しているが、第５の実施の形態では上部切欠き３１ｄの幅狭部に沿って接触線３１ｆが形成され、下部切欠き３１ｅの幅狭部に沿って接触線３１ｇが形成されており、これらの接触線３１ｆ，３１ｇがラックバー２９の背面２９ａに当接する。

これらの第４、第５の実施の形態によれば、ラックガイド３１の押圧面３１ｂに設けた接触線３１ｃ，３１ｃ；３１ｆ，３１ｇがラックバー２９の背面２９ａに当接することで、ラックバー２９およびラックガイド３１の摺動抵抗を低減することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではシャフト式ステアリング装置を例示したが、本発明はケーブル式ステアリング装置やステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置に対して適用することができる。勿論、アシストモータＭを持つ電動ステアリング装置に限らず、アシストモータＭを持たないマニュアルステアリング装置であっても良い。

またラックガイド３１がラックバー２９から受ける反力Ｆ２がラックガイド３１の軸線Ｌｇまわりの回転モーメントを発生するときには、そのラックガイド３１はガイド孔２１ａの内部で回転するだけでガタを防止することはできない。従って、本発明では反力Ｆ２がラックガイド３１の軸線Ｌｇと異なる軸線まわりの回転モーメントを発生させれば、ラックガイド３１をガイド孔２１ａに片当たりさせてガタを消滅させることができる。

第１の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３部拡大図 ラックガイドおよびラックバーの斜視図 図４の５方向矢視図 第２の実施の形態に係るラックガイドおよびラックバーの斜視図 図６の７方向矢視図 第３の実施の形態に係る、前記図３に対応する図 第４の実施の形態に係る、前記図３に対応する図 同じく前記図４に対応する図 第５の実施の形態に係る、前記図６に対応する図 従来のラックアンドピニオン式ステアリング装置を示す図

符号の説明

１１ ステアリングホイール
１８ ステアリングギヤボックス
２１ 下部ハウジング（ハウジング）
２１ａ ガイド孔
２８ ピニオン
２９ ラックバー
２９ａ 背面
３０ ラック
３１ ラックガイド
３３ スプリング（弾発部材）
Ｆ２ ラックガイドがラックバーから受ける
Ｌｇ ラックガイドの軸線
Ｍ１ 回転モーメント
Ｍ２ 回転モーメント

Claims (4)

1. ステアリングホイール（１１）の操作を車輪（ＷＬ，ＷＲ）に伝達するステアリングギヤボックス（１８）が、前記ステアリングホイール（１１）に接続されるピニオン（２８）と、前記ピニオン（２８）に噛合するラック（３０）を有して前記車輪（ＷＬ，ＷＲ）に接続されるラックバー（２９）と、前記ラックバー（２９）を摺動自在に支持するハウジング（２１）と、前記ハウジング（２１）に形成したガイド孔（２１ａ）に摺動自在に嵌合する円筒状のラックガイド（３１）と、前記ラックガイド（３１）を付勢して前記ラックバー（２９）の背面（２９ａ）に当接させる弾発部材（３３）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（３１）が前記ラックバー（２９）から受ける反力（Ｆ２）は、前記ラックガイド（３１）にその軸線（Ｌｇ）と異なる軸線まわりの回転モーメント（Ｍ１，Ｍ２）を発生させるように作用す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. 前記反力（Ｆ２）の作用線（Ｌｃ）は、前記ラックガイド（３１）の軸線（Ｌｇ）と平行であり、かつ前記ラックガイド（３１）の軸線（Ｌｇ）から偏心してい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. 前記反力（Ｆ２）は、その作用線（Ｌｃ）まわりに前記ラックガイド（３１）を回転させる回転モーメント（Ｍ２）を発生す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. 前記反力（Ｆ２）の作用線（Ｌｃ）は、前記ラックガイド（３１）の軸線（Ｌｇ）と非平行であ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。

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