JP2009298366A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】背景技術であるラック押圧機構と同様な構成を用いながら異音の問題の解決することができる、シンプルな構成の操舵装置を提供する。
【解決手段】ラック・ピニオン式の操舵装置２０であって、ラック１３がピニオン１２と噛み合うようにラック１３をピニオン１２側へ付勢するラック押圧部材３において、ラックからの力を受ける部材として、ダイラタント流体をその一部又は全部の素材としたダイラタント部材１を用いた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラック・ピニオン式の操舵装置（ステアリング装置）において、ラックがピニオンと噛み合うようにラックをピニオン側へ付勢するラック押圧部材を備えた操舵装置に関する。

ラック・ピニオン式の操舵装置では、操舵者の操舵力をそのまま、あるいは、操舵補助してピニオンを回転させてラックを直線移動させ、これにより車輪の向きを変えて操舵できるようになっている。

このようなラック・ピニオン式の操舵装置では、ラックに対してピニオンが適正なバックラッシュを確保しながら押圧されるようにラック押圧部材が用いられているが、バックラッシュという隙間があるため車輪側からの高速微振動により、ギヤ噛み合い部分の異音が発生して問題となっていた。

この異音の問題を解決するものとして、特許文献１、２に記載された技術があり、図３（ａ）、（ｂ）はこれらの本発明の背景技術を示すものである。

図３（ａ）は、特許文献１に従来技術として記載された操舵装置５０であり、操舵者の操舵回転力が入力される入力軸４１、操舵のためのピニオンを備えた出力軸４２、このピニオン４２に噛み合って直線駆動されるラック４３とを備え、このラック４３をスプリング３２の付勢力により付勢するラック押圧機構４０を備えている。

しかしながら、このラック押圧機構４０でラック押圧部材として用いられているスプリング３２は、高速微振動にも追随するものであり、異音の問題を完全に解決することができるものではなかった。

また、振動の影響を小さくするために、スプリング荷重を増加させたり、バックラッシュ量を小さくしたりすると、噛み合い摩擦が大きくなり、操舵感の悪化を招くという弊害があった。

図３（ｂ）は、特許文献２に記載されたものであり、この操舵装置７０は、操舵のためのラック６３と、ラック収容室６７との間に、鉄製の錘体６６の外側（内周側、側面側及び外周側）を弾性体６５で覆った設けたエンドブッシュ６４を設置して、ラトル音（上記、「異音」に相当する。）の低減を一層実現することができる（段落［００６９］）、とされている。

しかしながら、特許文献１のラック押圧機構４０と同様な構成を用い、特許文献２とは異なる方法で、前記異音の問題の解決を図ることができると、操舵装置としては、よりシンプルな構成になると思われた。
特開２００７−６９７５０号公報（図７） 特開２００６−２４８４６４号公報（図４）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、背景技術であるラック押圧機構と同様な構成を用いながら異音の問題の解決することができる、シンプルな構成の操舵装置を提供することを目的としている。

本発明の操舵装置は、ラック・ピニオン式の操舵装置であって、ラックがピニオンと噛み合うようにラックをピニオン側へ付勢するラック押圧部材において、ラックからの力を受ける部材として、ダイラタント流体をその一部又は全部の素材としたダイラタント部材を用いたことを特徴とする。

本発明の操舵装置によれば、ラック・ピニオン式の操舵装置であって、ラックがピニオンと噛み合うようにラックをピニオン側へ付勢するラック押圧部材において、ラックからの力を受ける部材として、ダイラタント流体をその一部又は全部の素材としたダイラタント部材を用いたので、背景技術であるラック押圧機構と同様な構成を用いながら、ラック押圧部材の背面からスプリングで押圧しているだけでは十分に抑えきれないために発生する異音の問題の解決し、かつシンプルな構成とすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

実施形態１

図１（ａ）は、本発明のラック押圧部材の一例を備えた操舵装置を示す要部縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のラック押圧部材の拡大図である。

図１（ａ）、（ｂ）の操舵装置２０は、ラック・ピニオン式の電動パワーステアリング装置２０であって、自動車などの車両の操舵に用いられ、操舵者の操舵力を電動モータ（不図示）で補助する操舵補助機能を備えたものであり、ラック押圧機構１０、入力軸１１、出力軸（ピニオン）１２、ラック１３、トルク検出機構１４、ウォーム１５、ウォームホイール１６、及び、装置収容体１７を備えている。

ラック押圧機構１０は、円柱状であって、ダイラタント流体を素材としたダイラタント部材１とラック１３を押し戻す付勢力を発生する付勢部材２とを備えたラック押圧部材３、ラック押圧部材３を収容するラック側のラック受け４、及び、このラック受け４とラック１３との間に挟まれ、直接ラック１３に接触する軸受部材５を備えている。

ラック押圧機構１０は、更に、ラック受け４をラック１３に近接・離間移動可能に収容するように装置収容体１７に設けられたラック押圧収容孔６、このラック押圧収容孔６の開口側を閉止し、バックラッシュ量を調整するための押圧蓋７、及び、この押圧蓋７の回転をロックするロックリング８を備えている。

本発明の特徴は、ラック１３がピニオン１２と噛み合うようにラック１３をピニオン１２側へ付勢するラック押圧部材３であって、ラックからの力を受けるラック押圧部材３として、ダイラタント流体を素材としたダイラタント部材１を用いた点にあるが、この点については、追って、詳しく説明する。

ラック押圧部材３には、従来と同様の付勢部材２が含まれている。この付勢部材２としては、この例示のようにコイルスプリングが好適であるが、これに限定されず、弾性を有し、その弾性を長期間持続できるものであれば、どのようなものでも採用可能である。

また、この装置２０では、付勢部材２は、ラック押圧部材３として、ダイラタント部材１と併行して、背景技術と同様にラックを押圧する働きをするものであるが、主として、ラック１３からの力を受けてラック押圧部材３が収縮した後に、その付勢力によりラック１３を元の位置に戻す役割を果たすものである。

ラック受け４は、円柱形状でラック押圧収容孔６内でラック１３の振動に応じて移動可能で、ラック１３側にはラック外周面に応じた形状を備え、反ラック１３側には、ラック押圧部材３を収容する収容凹部４ａを備えている。

軸受部材５は、ラック受け４とラック１３との間に介在し、直接ラック１３に接触するもので、ラック１３の外周をほぼ半周に渡って受け止めるものである。その素材は、ラック１３の直線移動を円滑にガイドするものであるため、耐久性、潤滑性のある軸受材が好適である。

より具体的には、軸受部材５の材料は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン／Poly Tetra Fluoro Ethylene）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体／Ethylene Tetrafluoro Ethylene）が好適であるが、これらに限定されるものではない。

なお、この例では、軸受け部材５は、部分的に突部５ａを持ち、その突部５ａが、ラック受け４の孔４ｂに嵌まり込むようになっているが、これは、ラック１３が出力軸（ピニオン）１２の回転により、あるいは、車輪側からの外力により、その軸方向に移動した際、軸受け部材５が共移動しないように規制するものである。

ラック押圧収容孔６は、図１（ａ）において、上下に分割された装置収容体１７の下部収容体１７ｂのラック１３を収容する部分の内、ラック１３が出力軸１２と噛み合う部分に設けられ、その開口側には、収容孔の内周に突出しない調節雌ネジ６ａが設けられている。

押圧蓋７は、この調節雌ネジ６ａに螺合し、そのラック１３側には、ラック受け４の収容凹部４ａに対応した収容凹部７ａが設けられ、双方の収容凹部４ａ、７ａで、押圧部材３を収容する。

ラック受け４の収容凹部４ａを除いた端部と、押圧蓋７の収容凹部７ａを除いた端部とは、押圧蓋７を調節回転させることにより相対間隙間が調節可能となっており、これにより、ラック１３とピニオンである出力軸１２との間のバックラッシュが調節される。

ロックリング８は、押圧蓋７の外周雄ネジに螺合しつつ、ラック押圧収容孔６の開口端面に接触して、押圧蓋７が一定のバックラッシュを維持した状態で回転しないようにロックするものである。

入力軸１１は、操舵者の操舵が入力されるものである。この入力軸１１と出力軸（ピニオン）１２とは、トルク検出機構１４により共回転するように連結されている。トルク検出機構１４は入力軸１１のトルクを検知して、このトルクに応じた回転駆動を電動モータからウォーム１５に与える。

このウォーム１５の回動によって、ウォームホイール１６が一定の減速比で回転駆動されて、出力軸１２が回転駆動の補助力を受けて、そのピニオンによりラック１３が軸方向に直線移動して、車輪を操舵する。

装置収容体１７は、入力軸１１と、トルク検出機構１４と、ウォーム１５と、ウォームホイール１６とを主に収容する上部収容体１７ａと、出力軸１２と、ラック１３と、ラック押圧機構１０とを主に収容する、既述の下部収容体１７ｂとを備え、相互に流体密に結合されている。

このような構成で、この操舵装置２０は、電動式パワーステアリング装置としての基本的機能を発揮しながら、既述したように、ダイラタント部材１をラック押圧部材３として用いている点を特徴とする。

本発明者の知見によれば、ダイラタント流体は、高速振動に対しては高い圧縮応力を、低速振動に対しては低い圧縮応力を示す流体である。つまり、高速振動には、剛性体となってこの高速振動に対して変形せず、低速振動に対しては、その低速振動に応じて変形するものである。

本発明者は、このような性質をもつダイラタント流体を、ラック押圧部材の押圧に用いると、車輪からラック１３に伝わる高速微振動に対しては、高い圧縮応力で荷重を受けるために変形しないで歯面のバックラッシュを小さい状態にでき、異音の発生を防ぎ、通常の操舵のような低速振動に対しては低い圧縮応力のため変形してバックラッシュを確保できるため、その操舵の抵抗とならない、という点を見いだしたものである。

また、図２（ａ）の操舵装置５０に比べると、ラック押圧部材３として、従来からある付勢部材２の空きスペースに、ダイラタント部材１が追加されただけの構成である。図２（ｂ）の操舵装置７０に比べると余分なエンドブッシュ６４という部品を必要としないものである。

つまり、本発明のラック押圧部材３によれば、その一部としてダイラタント部材１を用いたことで、背景技術であるラック押圧機構と同様な構成を用いながら異音の問題の解決することができ、このラック押圧部材を用いた操舵装置は、同ダイラタント部材１の効果に加え、異音防止のための別部品を必要としないシンプルな構成となる効果を発揮する。

加えて、このダイラタント部材１をラック押圧部材３として用いたラック押圧機構１０は、ピニオン１２とラック１３との噛み合い部分という、最も異音の発生しやすい部分に異音吸収性能を発揮するダイラタント部材１を用いたので、その異音抑制効果を最も効率的に発揮するものである。

また、長期間使用してピニオン１２とラック１３との歯面が摩耗すると、スプリング荷重（付勢手段２による付勢力）が減少するが、ダイラタント部材１が高速微振動を防ぐため、異音が減少する。

実施形態２

図２（ａ）は他例のラック押圧部材の拡大図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、更に他例のラック押圧部材の要部拡大図である。これより、既に説明した部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。

図２（ａ）の操舵装置２０Ａは、図１の操舵装置２０に比べ、そのラック押圧機構１０Ａが備えるラック押圧部材３Ａのダイラタント部材１Ａが円筒状となって、その内側にコイルスプリング状の付勢手段２Ａが収容されている点が異なっている。

このような構成であっても、ダイラタント部材１Ａは、図１の操舵機構２０のダイラタント部材１と同様の効果を発揮し、操舵装置２０Ａも操舵装置２０と同様の効果を発揮する。

加えて、この場合、ダイラタント部材１Ａが孔４ｂの外側に接触することとなるので、振動を吸収する端面の接触面積をより大きくすることができ、異音抑制効果をより大きく発揮することができる。

図２（ｂ）の操舵装置２０Ｂは、図１の操舵装置２０に比べ、そのラック押圧機構１０Ｂが備えるラック押圧部材３Ｂのダイラタント部材１Ｂが円柱状ではあるが、ラック１３側とラック押圧部材３Ｂの後端を押す後端押し部材（押圧蓋７）側の部分だけがダイラタント流体を素材とされたダイラタント薄部材１ａとされ、他の部分は剛性材の主部材１ｂとされているが異なっている。

このようにすると、元々、バックラッシュによる隙間は微小なもので、高速微振動の振幅は、このバックラッシュに制限されるものであるので、振動吸収のための厚さもバックラッシュ量に応じて設定でき、仮に、ダイラタント流体が高価なものである場合、必要な部分だけをダイラタント薄部材１ａとして、異音抑制効果は維持しながら、ダイラタント部材１Ｂのコストダウンを図ることができる。

また、操舵装置２０Ｂとしては、操舵装置２０の効果に加え、上記、ダイラタント部材１Ｂの効果を装置として発揮することができる。

主部材１ｂの材料である剛性材としては、鋼鉄、黄銅、アルミニウム等の金属や、硬質プラスチック等を適宜選択することができる。

なお、この例では、ダイラタント薄部材１ａは主部材１ｂの両端側としたが、片側端だけに設けるようにしてもよく、その際も同様の効果を発揮することができることに加え、ダイラタント薄部材１ａの設置が片側だけで済むという利点がある。

図２（ｃ）の操舵装置２０Ｃは、そのラック押圧機構１０Ｃが備えるラック押圧部材３Ｃが、図１の操舵装置２０に比べ、図２（ａ）の操舵装置２０Ａのラック押圧部材３Ａの技術と、図２（ｂ）の操舵装置２０Ｂのラック押圧部材３Ｂの技術との双方を適用した点で異なっている。

つまり、この操舵装置２０Ｃは、ダイラタント部材１Ｃを円筒状とすると共に、このダイラタント部材１Ｃを、両端のダイラタント薄部材１ｃと、これらに挟まれる主筒部材１ｄとを備えたものとしたものである。

このような構成のラック押圧部材３Ｃと、操舵装置２０Ｃとによれば、上述のダイラタント部材３Ａ、３Ｂ、操舵装置２０Ａ、２０Ｂの効果を相乗的に発揮することができる。

図２（ｄ）の操舵装置２０Ｄは、そのラック押圧機構１０Ｄが備えるラック押圧部材３Ｄが、図１の操舵装置２０に比べ、スプリングで構成された付勢手段２Ｂを芯部分として、この付勢手段２Ｂをダイラタント流体で覆って円柱状のダイラタント部材１Ｄとした点が異なっている。

つまり、ラック押圧部材３Ｄは、付勢手段２Ｂを芯金として、全体をダイラタント流体で一体成形して円柱状としたダイラタント部材１Ｄともなっているのである。

このような構成であっても、高速微震動に対しては、ラック押圧部材３Ｄは高い圧縮応力を発揮して、異音の発生を抑制し、通常の操舵である低速振動に対しては、ダイラタント部材３Ｄは低い圧縮応力により、付勢手段２Ｂの作用を邪魔せず、ラック１３とピニオン１２との間に適正なバックラッシュを確保して、良好な噛み合い、つまり、操舵感を実現することができる。

上記のラック押圧部材３Ｄの効果は、ラック押圧機構１０Ｄ、操舵装置２０Ｄにおいても、同様に発揮されるものである。

また、本発明のラック押圧部材及び操舵装置は、上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施形態の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能であり、これらの変形例、組み合わせもその権利範囲に含むものである。

例えば、上記では、操舵装置が、電動式パワーステアリング装置の場合を例示したが、本発明のラック押圧部材は、ラック・ピニオン式のものであれば適用可能で、操舵補助機能のないものや、油圧式・流体圧式のパワーステアリング装置にも適用可能である。

また、ダイラタント部材は、ここでは、円柱状、円筒状のものを例示したが、角柱状、角筒状のものであってもよい。

本発明の操舵装置は、背景技術であるラック押圧機構と同様な構成を用いながら異音の問題が解決されること、かつ、その構成がシンプルなものであることが要請される産業分野に用いることができる。

（ａ）は、本発明のラック押圧部材の一例を備えた操舵装置を示す要部縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のラック押圧部材の拡大図 図２（ａ）は他例のラック押圧部材の拡大図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、更に他例のラック押圧部材の要部拡大図 （ａ）、（ｂ）は、本発明の背景技術を示す図

符号の説明

１〜１Ｄ ダイラタント部材
１ａ、１ｃ ダイラタント部材
１ｂ、１ｄ 剛性材
２〜２Ｂ 付勢部材
３〜３Ｄ ラック押圧部材
１０〜１０Ｄ ラック押圧機構
１２ ピニオン（出力軸）
１３ ラック
２０〜２０Ｄ 操舵装置

Claims (4)

1. ラック・ピニオン式の操舵装置であって、ラックがピニオンと噛み合うようにラックをピニオン側へ付勢するラック押圧部材において、ラックからの力を受ける部材として、ダイラタント流体をその一部又は全部の素材としたダイラタント部材を用いたことを特徴とする操舵装置。
2. ダイラタント部材と併行して、ラックを押し戻す付勢力を発生する付勢部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
3. ダイラタント部材は筒状であって、付勢部材は、その内部空間に設けられること、あるいは、ダイラタント部材は柱状であって、付勢部材は、その外周を覆う筒状となっていることを特徴とする請求項２記載の操舵装置。
4. ダイラタント部材は、ラック側、ラック押圧部材の後端を押す後端押し部材側の少なくともいずれか一方部分だけがダイラタント流体を素材とされ、他の部分は剛性材とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の操舵装置。

Images