JP2011246106A - ラックピニオン式舵取装置 - Google Patents

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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 (2)

  1. 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。
  2. 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。
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