JP2011246106A

JP2011246106A - ラックピニオン式舵取装置

Info

Publication number: JP2011246106A
Application number: JP2011073998A
Authority: JP
Inventors: Shingo Yoshinaga; 眞悟吉永
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】部品を少なくして品質管理と個数管理の煩雑さを減らし、組付け工程を減らし組立ラインを短くできるラックピニオン式舵取装置を提供する。
【解決手段】ギヤハウジング２０内でラック軸１２とピニオンシャフト２４を噛合させ、この噛合位置に対しラック軸１２を挟んで反対側にラックガイド３１を前記ギヤハウジング２０のガイド穴３０に摺動可能に設け、このラックガイド３１をラック軸１２に押付けることにより、ラック軸１２とピニオンシャフト２４の噛合いを維持するようにしたラックピニオン式舵取装置において、前記ラックガイド３１は、これの摺動方向に配置した少なくとも２以上の金属製分割部４０ａ、４０ｂと、金属製分割部４０ａ、４０ｂ間に形成され該金属製分割部４０ａ、４０ｂを結合させるゴム部４０ｃとからなることによって、部品点数を減らし、品質管理と個数管理を低減した。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラック軸とピニオンシャフトを使って車輪の向きを変えるようにしたラックピニオン式舵取装置に関する。

従来のラックピニオン式舵取装置として、特許文献１に開示されたものがある。

図４に示すラックピニオン式ステアリング装置１００は、ハンドル操舵により回転するピニオンシャフト１０１と、このピニオンシャフト１０１に噛み合うラック軸１０２と、ピニオンシャフト１０１とラック軸１０２を覆うギヤハウジング１０３と、このギヤハウジング１０３に前記噛合い方向に摺動可能に案内されるラックガイド１０４と、ギヤハウジング１０３に螺着される蓋１０６と、ラックガイド１０４と蓋１０６間に介挿されラックガイド１０４をラック軸１０２に押付けるコイルバネ１０７とを備えている。

前記ピニオンシャフト１０１は、一対の軸受１１０、１１１を介してギヤハウジング１０３に回転可能に軸支される。ラック軸１０２の両端は、図略の車輪に連結されている。ギヤハウジング１０３には、ラックガイド１０４を摺動可能に案内するガイド穴１０８が形成されている。ラックガイド１０４の外周、ガイド穴１０８の内周は共に円形で、外周と内周間にラックガイド１０４が摺動できるようにごくわずかな隙間がある。この隙間を埋めるべくラックガイド１０４の外周とガイド穴１０８の内周との間にＯリング１０９が介挿されている。これらＯリング１０９はラックガイド１０４の外周に形成された環状のリング溝１０４ａに嵌め込まれ、リング溝１０４ａは前記噛合い方向に２箇所設けられている。ラックガイド１０４のラック軸１０２側には、ラック軸１０２に摺動可能に当接する断面円弧状の摺動面１０４ｂが形成されている。

前記ラック軸１０２には、路面の状況によって、図略の車輪、ピニオンシャフト１０１、を介して様々な力が作用する。ラックガイド１０４は摺動面１０４ｂでラック軸１０２に摺動可能に接触しているため、ラック軸１０２に加わる力によって、ラックガイド１０４に様々な力が作用する。これら様々な力に対し、Ｏリング１０９によってラックガイド１０４とガイド穴１０８が接触するのを出来るだけ防止し、接触音が発生するのを出来るだけ防止している。

特許第３６０８８８１号公報

しかしながら、Ｏリング１０９をラックガイド１０４に装着する場合のラックピニオン式ステアリング装置の組付け工程を見てみると、ラックガイド１０４へのＯリング１０９の組付け、ギヤハウジング１０３へのラックガイド１０４、コイルバネ１０７、蓋１０６の組付けを個別に行わなければならず、組付け工程が多くなってしまう。これにより組付けラインが長くなる場合があった。また、これらの部品の品質、個数管理を行わなければならず、部品の種類が多ければ多い程、煩雑となる。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、部品を少なくして品質管理と個数管理の煩雑さを減らし、組付け工程を減らし組立ラインを短くできるラックピニオン式舵取装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、ギヤハウジング内でラック軸とピニオンシャフトを噛合させ、この噛合位置に対しラック軸を挟んで反対側にラックガイドを前記ギヤハウジングのガイド穴に摺動可能に設け、このラックガイドをラック軸に押付けることにより、ラック軸とピニオンシャフトの噛合いを維持するようにしたラックピニオン式舵取装置において、前記ラックガイドは、これの摺動方向に配置した少なくとも２以上の金属製分割部と、金属製分割部間に形成され該金属製分割部を結合させるゴム部とで構成したものである。

この構成によれば、弾性力を有するゴム部が事前にラックガイドに組み込まれて一つの部品として納入されるので、組付け工程を減らすことができる。これによって組付けラインを短くできる。また、部品の数が少なくなるので、部品の品質、個数管理が容易になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のラックピニオン式舵取装置において、ゴム部をガイド穴に摺接させたものである。

この構成によれば、ゴム部でガイド穴とラックガイドとの当接を防止でき、接触音の発生を防止できる。弾性力機能、接触防止機能をゴム部で合わせ持つため、部品の数がより少なくなり、部品の品質、個数管理がより容易になる。

本発明によれば、部品を少なくして品質管理と個数管理の煩雑さを減らし、組付け工程を減らし組立ラインを短くできるラックピニオン式舵取装置を提供できる。
即ち、弾性力を有するゴム部が事前にラックガイドに組み込まれた状態で納入されるので、組付け工程を減らすことができる。これによって組付けラインを短くできる。また、弾性力機能、接触防止機能をゴム部で合わせ持つため、部品の数がより少なくなり、部品の品質、個数管理がより容易になる。さらに、加硫接着を利用しているため、金属製分割部の接続部分の構造が非常にシンプルになる。この結果、ゴム部付きのラックガイドを低コストで製造できるメリットがある。

本発明の実施形態におけるラックピニオン舵取装置の全体構成図である。本発明の実施形態における図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の実施形態におけるラックガイドを射出成形型で製造するときの型断面図である。従来の舵取装置の断面図である。

本発明の一実施形態について、図１乃至図２を参酌しつつ説明する。図１はラックピニオン式舵取装置の全体構成図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

略円筒状のラックハウジング１０には挿通穴１１が貫通しており、この挿通穴１１にラック軸１２が挿通されている。ラック軸１２の両端にボールジョイント１３の一端が連結され、ボールジョイント１３の他端には図略の車輪がそれぞれ連結され、ラック軸１１の軸方向の移動によって車輪の向きが変えられるようになっている。ラックハウジング１０の図１の左端において、挿通穴１１にラック軸用ブッシュ１４が挿入され、さらに挿通穴１１にストッパ１５が圧入されている。ラック軸用ブッシュ１４の一端には、半径方向に突出したフランジ部１４ａが形成されており、このフランジ部１４ａが挿通穴１１の段部１１ａとストッパ１５で挟み込まれることによって、ラック軸用ブッシュ１４は挿通穴１１に固定される。

ラックハウジング１０の図１の右端において、これと交差する方向にギヤハウジング２０が一体形成され、このギヤハウジング２０に図２に示すようにシャフト挿入穴２１が形成されている。シャフト挿入穴２１に一対の軸受２２、２３が設置され、これらの軸受２２、２３にピニオンシャフト２４が回転可能に軸支されている。ピニオンシャフト２４にはピニオン２４ａが形成され、このピニオン２４ａにラック軸１２のラック１２ａが噛合している。ピニオンシャフト２４には、軸受２３の両側にフランジ部２４ｂとリング溝２４ｃが形成され、リング溝２４ｃにリング２５が嵌め込まれている。リング２５とフランジ部２４ｂによって、ピニオンシャフト２４は軸受２２に対し、ピニオンシャフト２４の軸方向に移動不能に係止される。シャフト挿入穴２１の開口側にはめねじ部２１ａが形成され、このめねじ部２１ａに留め金２６が螺着されている。シャフト挿入穴２１のピニオンシャフト２４のフランジ部２４ｂに対応する位置に段部２１ｂが形成され、この段部２１ｂと留め金２６で軸受２３を挟み込むことによって、軸受２３はシャフト挿入穴２１に軸方向に移動不能に係止される。シャフト挿入穴２１の開口側の一端には、オイルシール２７が圧入され、オイルシール２７の内周のリップ部２７ａがピニオンシャフト２４に摺動可能に当接している。

ギヤハウジング２０にはシャフト挿入穴２１と交差する方向にガイド穴３０が形成され、このガイド穴３０にラックガイド３１が摺動可能に案内されている。ガイド穴３０、ラックガイド３１とも断面円形であり、ガイド穴３０の内周とラックガイド３１の外周間には、ラックガイド３１が上下方向に摺動できるようにごくわずかな隙間が存在し、その隙間分だけラックガイド３１が傾く可能性がある。ガイド穴３０の開口側の一端にはめねじ部３０ａが形成され、このめねじ部３０ａに蓋３２が螺着されている。ラックガイド３１のラック軸１２側の端面には、ラック１２の一部が挿通できるようにラック軸用挿通溝３１ａが形成され、ラック軸用挿通溝３１ａはラック軸１２の軸線回りに断面円弧状に形成されている。ラック軸用挿通溝３１ａの全面に渡ってラック軸用シート３３が固着され、ラック軸用シート３３にラック軸１２の背面１２ｂが摺動可能に当接しており、背面１２ｂはラック軸１２の軸線回りに断面円弧状に形成されている。前記ラックガイド３１には断面円形の挿入穴３１ｂがラックガイド３１の軸線方向に穿孔され、この挿入穴３１ｂにラック軸用シート３３の断面円形の突起３３ａが圧入されている。ラック軸用シート４０は断面円弧状の一枚のシートであり、挿入穴３１ｂに対応する位置のみ突起３３ａを形成した。よって、突起３３ａの前後は断面円弧状で、ラック軸１２の背面１２ｂに摺動可能に当接する。

前記ラックガイド３１は、摺動方向に配置された２つ金属製の分割部４０ａ、４０ｂと、金属製の分割部４０ａ、４０ｂ間に形成され、分割部４０ａ、４０ｂを結合させるゴム部４０ｃとからなっている。ゴム部４０ｃは円筒状をなし、弾力性を有する。ゴム部４０ｃの円筒の中心部分には、その軸方向に沿って形成される延伸部３１ｄが付設される。延伸部３１ｄは、後に説明するゴム部４０ｃの成形において分割部４０ａ中の供給通路３１ｃを通るゴム材の注入により、供給通路３１ｃに沿って形成される。円筒状をなすゴム部４０ｃの外周には、断面円弧状の接触面４０ｄが形成されている。この接触面４０ｄは、ラック軸１２からゴム部４０ｃに押圧力が作用することで外側に張り出し、ガイド穴３０に押圧される。ゴム部４０ｃにラック軸１２から押圧力が作用していない状態では、接触面４０ｄはガイド穴３０に積極的に押圧されず、ラック軸１２側の分割部４０ｂはガイド穴３０に沿ってスムーズに動けるようになっている。

金属製の分割部４０ａ、４０ｂは、材料としてアルミ合金を使用し、鍛造で作られる。このときに、蓋３２側の分割部４０ａに供給通路３１ｃが同時に形成され、ラック軸１２側の分割部４０ｂにラック軸用挿通溝３１ａと挿入穴３１ｂが同時に形成される。このように作られた分割部４０ａ、４０ｂは、後で詳述するように、ゴム用射出成形機の金型にセットされ、ゴム材が注入され、ゴム部４０ｃを介して一体化される。

ピニオンシャフト２４の先には、図略のハンドルにかけて、図略のステアリングコラムが設置され、このステアリングコラムの部分にパワーアシストする電動モータと、電動モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達する減速機が設置されている。すなわち、コラム電動モータ式動力舵取装置に本実施形態を適用した。

図２に示すように、ラック軸１２は断面形状がＤ字に似ていることからＤ型ラック軸と呼ばれている。図１において、ラック軸１２の左側は、ラック軸用ブッシュ１４に挿通できるように、断面円形に形成されている。

ラック軸１２は鉄の材質で主に作られており、ラック１２ａは鍛造によって形成され、切削と研磨によって背面１２ｂが所定の寸法に加工される。摩耗を防ぐために、背面１２ｂに焼入れ処理がなされる。ラック軸用シート４０は、樹脂と金属の複層からなり、この樹脂層がラック軸１２の背面１２ｂに接触する。樹脂層の摩擦係数は非常に小さい。

図３を参照しつつ、ラックガイド３１を製造するためのゴム用射出成形について説明する。図略のゴム用射出成形機には、金型５０が取付けられる。図３は、金型５０の水平断面図である。金型５０は、固定金型５１と、この固定金型５１に対し接近離間する可動金型５２とからなり、固定金型５１と可動金型５２の互いに対抗する面には、それぞれ円筒状の凹み５１ａと円筒状の凹み５２ａが形成されている。凹み５１ａには分割部４０ａが収納され、凹み５２ａには分割部４０ｂが収納されている。固定金型５１には少なくとも２つの移動型５３、５４が凹み５１ａの半径方向に摺動可能に案内支持され、移動型５３、５４が半径内方へ摺動した状態においては、移動型５３、５４の内側が分割部４０ａの端面に外周側で一部接触するようになっている。移動型５３、５４の内周面には断面半円の形成面５３ａ、５４ａがそれぞれ形成され、移動型５３、５４が内周側へ移動した状態において、形成面５３ａ、５４ａは一つの内周面となる。前記固定金型５１には、分割部４０ａの供給通路３１ｃに連通するゲート通路５１ｂが形成され、ゲート通路５１ｂの供給通路３１ｃ側がテーパ状になっている。また固定金型５１には、複数の押出しピン５５が摺動可能に嵌挿され、これら押出しピン５５は、ラックガイド３１を固定金型５１から押出す役目を持っている。金型５０で成形されたゴム部４０ｃは、図示していないが、分割部４０ａ、４０ｂの外周面より半径方向にごくわずかに突出する。突出したゴム部４０ｃを傷つけないように、ゴム部４０ｃよりも若干大径の逃がし穴５１ｃが、凹み５１ａの隣に連続して固定金型５１に形成されている。形成面５３ａ、５４ａによって、ゴム部４０ｃの接触面４０ｄが形成される。

次に上述した構成に基づき、図３を参照しながらラックガイド３１の製造方法について説明する。固定金型５１に対し可動金型５２を離間させた状態で、鍛造にて作られた分割部４０ａを固定金型５１の凹み５１ａに挿入し、鍛造にて作られた分割部４０ｂを可動金型５２の凹み５２ａに挿入する。分割部４０ａ、４０ｂの加硫接着される部分には、下塗り接着剤と上塗り接着剤を事前に塗布しておく。下塗り接着剤は、分割部４０ａ、４０ｂと下塗り接着剤との接着力強化に役立ち、上塗り接着剤は下塗り接着剤とゴム部４０ｃとの接着力強化に役立つ。つまり、下塗り接着剤、上塗り接着剤は、分割部４０ａ、４０ｂとゴム部４０ｃが上手くくっつくためのプライマーとしての役割を持つ。

固定金型５１、可動金型５２に分割部４０ａ、４０ｂをセットしたら、移動型５３、５４を内周側へ移動させると同時に、可動金型５２を固定金型５１に当接するまで移動させる。続いて、分割部４０ａ、４０ｂと移動型５３、５４で作られる略円筒状の空間へ、ゲート通路５１ｂ、供給通路３１ｃを介してゴム材を射出注入する。

ゴム材は、特に制限はなく、天然ゴム、各種の合成ゴム、あるいはこれらのゴムを２種以上ブレンドしたブレンドゴムが挙げられ、これらのゴムにカーボンブラック、老化防止剤、架橋剤等の通常のゴム用添加剤を配合したものが用いられる。

ゴム材を射出注入した後、加圧加熱すると、ゴム材が硬化してゴム部４０ｃとなり、分割部４０ａとゴム部４０ｃが加硫接着し、ゴム部４０ｃと分割部４０ａが加硫接着してラックガイド３１が一体化する。次に、移動型５３、５４を外周側へ移動させると同時に、可動金型５２を固定金型５１に対して離間させる。この後、押出しピン５５を凹み５１ａへ突入させると、ラックガイド３１が凹み５１ａから押出される。こうして作られたラックガイド３１は、これの製作会社側で品質検査と数量検査が行われ、舵取装置を組付けてる舵取装置組付け会社へ納入される。舵取装置組付け会社側では、既に、ゴム部４０ｃがラックガイド３１に組付けられているので、ゴム部４０ｃを組付ける組付けラインが不要となり、ゴム部４０ｃの品質検査と数量検査が不要となる。

舵取装置組付会社において、ラックガイド３１の挿入穴３１ｂに、ラック軸用シート３３の突起３３ａを嵌め込む。ギヤハウジング２０にピニオンシャフト２４を組付け、ラックハウジング１０にラック軸１２を挿通した状態で、ギヤハウジング２０のガイド穴３０にラックガイド３１を嵌挿し、ラック軸用シート４０をラック軸１２の背面１２ｂに当接させる。続いて、めねじ部３０ａに蓋３２を螺着させる。

以上の説明では、ラックガイド３１を製造するにあたり、分割部４０ａ、４０ｂを射出成形機に設置し、ゴム材の射出成形により分割部４０ａ、４０ｂ間にゴム部４０ｃを形成した。これにより、ゴム部４０ｃの形成と、分割部４０ａ、４０ｂへのゴム部４０ｃの取付けが同時に行われるので、製造工程が簡単になり、コストダウンできる。また、分割部４０、４０ｂとゴム部４０ｃ間に十分な接着力が得られ、接着品質が安定する。

続いて、このように作られた舵取装置の動作について説明する。

図略のハンドルを操作すると、ピニオンシャフト２４が回転し、ラック軸１２の軸方向移動に変換され、図略の車輪の向きが変わる。ラック軸１２は、図１の左側でラック軸用ブッシュ１４に軸動可能に支持され、図１の右側でラック軸用シート４０とピニオンシャフト２４とで挟み込まれた状態で軸方向移動可能に支持される。ラックガイド３１は、ラック１２ａとピニオン２４ａの噛合い方向にガイド穴３０に摺動可能に支持され、ラックガイド３１のゴム部４０ｃによってラック軸用シート３３が背面１２ｂに当接する方向に押付けられる。

ラック軸１２には、ピニオンシャフト２４との噛合い反力が作用するとともに図略の車輪から様々な力が作用する。ラック軸１２にかかる様々な力は、ラック軸用ブッシュ１４とラック軸用シート３３で受け止めることができる。ラック軸用シート３３で受けることにより、ラックガイド３１に様々な力がかかる。ラック軸１２によってラックガイド３１が蓋３２側へ押圧されると、ゴム部４０ｃが圧縮され、ゴム部４０ｃが分割部４０ｂをラック軸１２に付勢するばねとして機能する。また、ゴム部４０ｃの圧縮によって、ゴム部４０ｃの接触面４０ｄがガイド穴３０に接触し、ゴム部４０ｃがＯリングとして機能する。つまり、分割部４０ａ、４０ｂとガイド穴３０との接触をゴム部４０ｃが防止するため、接触音の発生を防止できる。特に、ラック軸１２の軸方向移動は頻繁に発生し、このときに分割部４０ａ、４０ｂとガイド穴３０との接触防止効果にゴム部４０ｃが役立つ。

本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

上述した実施形態は、コラム電動モータ式動力舵取装置に適用したが、ラックハウジングに油圧シリンダも設け、この油圧シリンダでパワーアシストする油圧式動力舵取装置にも適用できる。ステアリングコラムに電動モータ、減速機を用いないマニュアル式にも適用できる。

また、上述した実施形態は、２つの分割部を用いた例について述べたが、分割部４０ａをラック１２ａとピニオン２４ａの噛合い方向に分割し、３つの分割部を用いても良い。

さらに、上述した実施形態は、ラックガイド３１と蓋３２をギヤハウジング２０に組付けた状態において、ゴム部４０ｃの接触面４０ｄとガイド穴３０とが全周に渡って非接触状態としたが、ラックガイド３１と蓋３２をギヤハウジング２０に組付けたときに、ゴム部４０ｃを圧縮状態とし、ゴム部４０ｃの接触面４０ｄとガイド穴３０とが全周に渡って接触状態としても良い。

上述した実施形態では、ラックガイド３１を形成するに当り、分割部４０ａに供給通路３１ｃを形成し、この供給通路３１ｃよりゴム材を注入してゴム部４０ｃを形成する例を示したが、分割部４０ｂに供給通路を形成し、この供給通路を通して分割部４０ｂ側からゴム材を注入してゴム部を形成することも出来る。

さらに、ラックガイド３１を形成するに当り、ここで説明したようにゴム用射出成形機に分割部４０ａ、４０ｂを設置してゴム材を注入してゴム部４０ｃを形成するのではなく、ゴム部を予め形成した後に構造材料用接着剤を用いて分割部とゴム部とを順次に接着するものであっても良い。

１２：ラック軸、１２ａ：ラック、１２ｂ：背面、２０：ギヤハウジング、２４：ピニオンシャフト、２４ａ：ピニオン、３０：ガイド穴、３１：ラックガイド、３１ａ：ラック軸用挿通溝、３２：蓋、３３：ラック軸用シート、３７：ラックガイド、４０ａ：分割部、４０ｂ：分割部、４０ｃ：ゴム部、４０ｄ：接触面

Claims

ギヤハウジング内でラック軸とピニオンシャフトを噛合させ、この噛合位置に対しラック軸を挟んで反対側にラックガイドを前記ギヤハウジングのガイド穴に摺動可能に設け、このラックガイドをラック軸に押付けることにより、ラック軸とピニオンシャフトの噛合いを維持するようにしたラックピニオン式舵取装置において、
前記ラックガイドは、これの摺動方向に配置した少なくとも２以上の金属製分割部と、金属製分割部間に形成され該金属製分割部を結合させるゴム部とからなることを特徴とするラックピニオン式舵取装置。
請求項１に記載のラックピニオン式舵取装置において、
ゴム部をガイド穴に摺接させたことを特徴とするラックピニオン式舵取装置。