JP2009208687A - 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、ラックバーおよびラックガイド間のガタに起因する騒音を防止する。
【解決手段】 ラックバー２９に形成したラック３０とピニオン２８との噛合部に作用する操舵トルクは、ラックバー２９をピニオン２８から離反させるように作用するが、ハウジング２１のガイド孔２１ａに摺動自在に嵌合するラックガイド３１をスプリング３３で付勢してラックバー２９に背面に当接させることで、ラック３０およびピニオン２８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３１の第２摺動面３１ａの両先端部ａ側の外周面に肉厚を減少させるための切欠き３１ｂを形成したので、スプリング３３の付勢力でラックガイド３１を容易に弾性変形させて第１、第２摺動面２９ａ，３１ａを確実に面接触させ、第１、第２摺動面２９ａ，３１ａの偏摩耗を抑制してガタによる騒音の発生を防止することができる。
【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ラックガイドと、前記ラックガイドを付勢し、前記ラックバーの背面に形成した円弧状断面の第１摺動面に、前記ラックガイドの先端に形成した円弧状断面の第２摺動面を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１０は、かかる従来のラックアンドピニオン式ステアリング装置の、ラックバー２９の第１摺動面２９ａとラックガイド３１の第２摺動面３１ａとの接触状態を示すものである。ラックバー２９の第１摺動面２９ａはＯ１を中心とする半径Ｒ１の単一の円弧面で構成され、かつラックガイド３１の第２摺動面３１ａはＯ２，Ｏ２を中心とする前記半径Ｒ１よりも大きい半径Ｒ２を有する二つの円弧面で構成されており、第１摺動面２９ａおよび第２摺動面３１ａは２カ所で線接触するようになっている。従って、長期の使用に伴って前記線接触する部分が偏摩耗すると、ラックバー２９およびラックガイド３１間にガタが発生して騒音の原因となる問題合あった。

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、ラックバーおよびラックガイド間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ラックガイドと、前記ラックガイドを付勢し、前記ラックバーの背面に形成した円弧状断面の第１摺動面に、前記ラックガイドの先端に形成した円弧状断面の第２摺動面を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、前記ラックガイドの前記第２摺動面の両先端部側の外周面に、肉厚を減少させるための切欠きを形成した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、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ラックガイドと、前記ラックガイドを付勢し、前記ラックバーの背面に形成した円弧状断面の第１摺動面に、前記ラックガイドの先端に形成した円弧状断面の第２摺動面を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、前記ラックガイドの前記第２摺動面の両先端部側の外周面に臨む前記ガイド孔に内周面に、前記第２摺動面の両先端部を逃がすために切欠きを形成した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１または請求項２の構成に加えて、前記ラックガイドの先端に形成されて前記第１摺動面に当接する第２摺動面は該第１摺動面の半径と同一の半径を有するとともに、前記第２摺動面は両先端部が相互に接近するように中間部において屈曲しており、前記ラックガイドの弾性変形により前記第１、第２摺動面が面接触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または請求項２の構成に加えて、前記ラックガイドの先端に形成されて前記第１摺動面に当接する第２摺動面は該第１摺動面の半径よりも僅かに小さい半径を有しており、前記ラックガイドの弾性変形により前記第１、第２摺動面が面接触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。

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し、実施の形態の接点ｃは本発明の第２摺動面の中間部に対応する。

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、ラックガイドの第２摺動面の両先端部側の外周面に肉厚を減少させるための切欠きを形成したので、弾発部材の付勢力でラックガイドを容易に弾性変形させて第１、第２摺動面を確実に面接触させ、その摺動面の偏摩耗を抑制してガタによる騒音の発生を防止することができる。

また請求項２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、ラックガイドの第２摺動面の両先端部側の外周面に臨むガイド孔に内周面に、第２摺動面の両先端部を逃がすために切欠きを形成したので、弾発部材の付勢力でラックガイドを容易に弾性変形させて第１、第２摺動面を確実に面接触させ、その摺動面の偏摩耗を抑制してガタによる騒音の発生を防止することができる。

また請求項３の構成によれば、ラックガイドの先端に形成されてラックバーの第１摺動面に当接する第２摺動面が該第１摺動面の半径と同一の半径を有するとともに、第２摺動面は両先端部が相互に接近するように中間部において屈曲しているため、弾発部材の付勢力でラックガイドが弾性変形して第１、第２摺動面が面接触することで、それらの摺動面の偏摩耗を抑制してガタによる騒音の発生を防止することができる。

また請求項４の構成によれば、ラックガイドの先端に形成されてラックバーの第１摺動面に当接する第２摺動面が該第１摺動面の半径よりも僅かに小さい半径を有しているため、弾発部材の付勢力でラックガイドが弾性変形して第１、第２摺動面が面接触することで、それらの摺動面の偏摩耗を抑制してガタによる騒音の発生を防止することができる。

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４は本発明の第１の実施の形態を示すもので、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はラックバーおよびラックガイドの自由状態での形状を示す図である。

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る。ラックガイド３１の先端に形成した円弧状断面の第２摺動面３１ａを、ガイド孔２１ａを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３でラックバー２９の背面の円弧状断面の第１摺動面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。

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４に示すように、スプリング３３の荷重Ｆが作用していない自由状態において、Ｏ２を中心とするラックガイド３１の第２摺動面３１ａの半径Ｒ２は、Ｏ１を中心とするラックバー２９の第１摺動面２９ａの半径Ｒ１よりも僅かに小さく設定されている。よって、ラックバー２９の中心Ｏ１とラックガイド３１の中心Ｏ２とは一致せず、第１摺動面２９ａおよび第２摺動面３１ａは、第２摺動面３１ａの両先端部ａ，ａ…において線接触するのみで、面接触することはない。

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。

さて、図３に示すように、実際にはラックガイド３１はスプリング３３の荷重Ｆによってラックバー２９に向けて付勢されるため、ラックガイド３１の先端部ａ，ａはラックバー２９の第１摺動面２９ａに案内されて相互に離反する方向（矢印ｂ参照）に弾性変形し、ラックバー２９の第１摺動面２９ａの中心Ｏ１はラックガイド３１の第２摺動面３１ａの中心Ｏ２に一致し、かつラックガイド３１の第２摺動面３１ａの半径Ｒ２は拡大してラックバー２９の第１摺動面２９ａの半径Ｒ１に一致し、第１、第２摺動面２９ａ，３１ａは相互に密着するように面接触する。

このとき、第２摺動面３１ａの両先端部ａ，ａの外周部に形成した段付きの切欠き３１ｂ，３１ｂにより、ラックガイド３１の上下の両先端部ａ，ａの近傍の肉厚が小さくなり、ラックガイド３１の両先端部ａ，ａの近傍を矢印ｂ方向に容易に弾性変形させることが可能になるだけでなく、ラックガイド３１の両先端部ａ，ａが上下方向に弾性変形したとき、下部ハウジング２１のガイド孔２１ａの内面と干渉するのを避けることができる。

このように、本実施の形態によれば、ラックバー２９の第１摺動面２９ａおよびラックガイド３１の第２摺動面３１ａが確実に面接触することで、第１、第２摺動面２９ａ，３１ａが偏摩耗することがなくなり、第１、第２摺動面２９ａ，３１ａのガタによる騒音の発生を防止することができる。

次に、図５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、第２摺動面３１ａの両先端部ａ，ａの上下方向への拡開が下部ハウジング２１によって阻害されないように、両先端部ａ，ａの外周部に段付きの切欠き３１ｂ，３１ｂを形成しているが、第２の実施の形態では、前記切欠き３１ｂ，３１ｂを形成する代わりに、前記両先端部ａ，ａに対向する下部ハウジング２１側に凹部２１ｂ，２１ｂを形成したものである。本実施の形態のラックガイド３１および下部ハウジング２１の干渉を回避する効果は、第１の実施の形態と同じである。

次に、図６に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第３の実施の形態は第１の実施の形態の変形であり、第１の実施の形態のラックガイド３１の切欠き３１ａ，３１ａが段付き形状であるのに対し、第３の実施の形態のラックガイド３１の切欠き３１ａ，３１ａはテーパー形状である点でのみ異なっているが、その作用効果は同じである。

次に、図７に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。

第４の実施の形態はラックガイド３１の形状に特徴があり、その他の構造は第３の実施の形態と同一である。即ち、第３の実施の形態は、ラックガイド３１の第２摺動面３１ａが共通の中心Ｏ２を有する単一の円弧面で構成されているのに対し、第４の実施の形態のラックガイド３１の第２摺動面３１ａは、軸線Ｌを挟んで上側部分と下側部分とが異なる中心Ｏ２，Ｏ２を有している。より具体的には、軸線Ｌの上側の第２摺動面３１ａの中心Ｏ２は軸線Ｌの下側に僅かに偏倚し、かつ軸線Ｌの下側の第２摺動面３１ａの中心Ｏ２は軸線Ｌの上側に僅かに偏倚しており、二つの第２摺動面３１ａは軸線Ｌ上の仮想的な接点ｃで折れ曲がり状態で接続している。そしてラックバー２９の第１摺動面２９ａの半径Ｒと、ラックガイド３１の第２摺動面３１ａの半径Ｒとは同一に設定される。

よって、図７に示す自由状態（スプリング３３の弾発力Ｆが作用しない状態）では、第２摺動面３１ａの先端部ａ，ａが第１摺動面２９ａに線接触することになる。しかしながら、スプリング３３の弾発力Ｆが作用する使用状態では、接点ｃを中心として二つの第２摺動面３１ａの先端部ａ，ａが相互に離反する方向に弾性変形して拡開することで、第１、第２摺動面２９ａ，３１ａを相互に面接触させて偏摩耗の発生を防止することができる。

次に、図８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１の実施の形態の変形であって、ラックガイド３１の第２摺動面３１ａの先端部ａ，ａの径方向外側に２個の切欠き３１ｂ，３１ｂが形成される。この切欠き３１ｂ，３１ｂの作用は、図３で説明した第１の実施の形態の切欠き３１ｂ，３１ｂと同じである。

ラックガイド３１は下部ハウジング２１に形成したガイド孔２１ａに摺動自在に案内されるため、ラックガイド３１がガイド孔２１ａに案内される長さが、前記切欠き３１ｂ，３１ｂを形成した分だけ減少して本来のＬ１からＬ２になってしまい、ラックガイド３１のスムーズな摺動が阻害される可能性がある。

そこで本実施の形態では、ラックガイド３１の外周に嵌合させたパイプ３７を下部ハウジング２１のガイド孔２１ａに摺動自在に案内させることで、その案内長さを本来のＬ１に増加させてラックガイド３１のスムーズな摺動を可能にしている。

次に、図９に基づいて本発明の第６の実施の形態を説明する。

第６の実施の形態は第５の実施の形態の変形であって、第５の実施の形態ではラックガイド３１と別体のパイプ部材３７を用いているが、第６の実施の形態では前記パイプ部材３７をラックガイド３１と一体に形成している。この構成により、パイプ部材３７の分だけ部品点数を削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。

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 ラックバーおよびラックガイドの自由状態での形状を示す図 第２の実施の形態に係る、前記図３および図４に対応する図 第３の実施の形態に係る、前記図４に対応する図 第４の実施の形態に係る、前記図４に対応する図 第５の実施の形態に係る、前記図４に対応する図 第６の実施の形態に係る、前記図４に対応する図 従来例に係る、前記図３に対応する図

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
２１ｂ 切欠き
２８ ピニオン
２９ ラックバー
２９ａ 第１摺動面
３０ ラック
３１ ラックガイド
３１ａ 第２摺動面
３１ｂ 切欠き
３３ スプリング（弾発部材）
ａ 第２摺動面の先端部
ｃ 接点（第２摺動面の中間部）
Ｒ 第１、第２摺動面の半径
Ｒ１ 第１摺動面の半径
Ｒ２ 第２摺動面の半径
ＷＬ 車輪
ＷＲ 車輪

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ラックガイド（３１）と、前記ラックガイド（３１）を付勢し、前記ラックバー（２９）の背面に形成した円弧状断面の第１摺動面（２９ａ）に、前記ラックガイド（３１）の先端に形成した円弧状断面の第２摺動面（３１ａ）を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）の前記第２摺動面（３１ａ）の両先端部（ａ）側の外周面に、肉厚を減少させるための切欠き（３１ｂ）を形成した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. 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ラックガイド（３１）と、前記ラックガイド（３１）を付勢し、前記ラックバー（２９）の背面に形成した円弧状断面の第１摺動面（２９ａ）に、前記ラックガイド（３１）の先端に形成した円弧状断面の第２摺動面（３１ａ）を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）の前記第２摺動面（３１ａ）の両先端部（ａ）側の外周面に臨む前記ガイド孔（２１ａ）に内周面に、前記第２摺動面（３１ａ）の両先端部（ａ）を逃がすために切欠き（２１ｂ）を形成した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。
3. 前記ラックガイド（３１）の先端に形成されて前記第１摺動面（２９ａ）に当接する第２摺動面（３１ａ）は該第１摺動面（２９ａ）の半径（Ｒ）と同一の半径（Ｒ）を有するとともに、前記第２摺動面（３１ａ）は両先端部（ａ）が相互に接近するように中間部（ｃ）において屈曲しており、前記ラックガイド（３１）の弾性変形により前記第１、第２摺動面（２９ａ，３１ａ）が面接触することを特徴とする、請求項１または請求項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. 前記ラックガイド（３１）の先端に形成されて前記第１摺動面（２９ａ）に当接する第２摺動面（３１ａ）は該第１摺動面（２９ａ）の半径（Ｒ１）よりも僅かに小さい半径（Ｒ２）を有しており、前記ラックガイド（３１）の弾性変形により前記第１、第２摺動面（２９ａ，３１ａ）が面接触することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。

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