JP2011522733A - ステアリングヨーク - Google Patents

Abstract

ラックアンドピニオン式ステアリングアセンブリで使用するためのヨークを説明する。ヨークは、低摩擦係数をもたらす軸受面を含んで、ラックシャフトに対する付勢力を大きくすることを可能にし得る。ヨークの材料および設計によって、振動が低減されてより静かな装置を提供することができる。

Description

本発明は軸受に関し、特に、ステアリングヨーク軸受および軸受アセンブリに関する。

多くの車両がラックアンドピニオン式ステアリングギヤを使用して、ハンドルの動きを路上の回転輪へ変換する。これらのシステムでは、ハンドルはピニオンギヤに連結されており、ピニオンギヤは、ラックシャフト上の歯と噛み合うギヤの歯を含む。ピニオンギヤが回転すると、その運動が、タイロッドに接続されているラックシャフトの直線運動に変換される。次いで、タイロッドは回転輪を回転させて、車両を方向変換させる。ピニオンとラックシャフトとの間を確実に適切につなぐために、ステアリングヨークアセンブリを使用して、シャフトをピニオンギヤの方へ押し込む付勢力をもたらすことができる。ヨークは、「ヨークアセンブリ」、「ヨークスリッパ」または「パック（ｐｕｃｋ）」とも称すことがある。ラックシャフト（一般に鋼）は、ピニオンギヤの回転時にヨークに沿って摺動する。シャフトとヨークとの間の摩擦を、ヨークの接触面上に低摩擦軸受を使用することにより、最小にすることができる。他の摩擦低減方法としては、転動体（ボール）の使用、およびグリースなどの潤滑剤の添加が挙げられる。これらのステアリング装置を、機械式、液圧式または電気式とし得る。

本願明細書では、ラックアンドピニオン式ステアリングアセンブリなどに応用して有用とし得るステアリングヨークの製造および使用に関する様々な装置および方法が開示されている。ステアリングヨークは中空としてもよいし、かつ、ステアリングラックシャフトを補完しかつ支持するように設計された円形溝を含むことができる。溝は、ポリマーから形成できる低摩擦コーティングを含み得る。ヨークはまた、ステアリングヨーク軸受に付勢力をもたらすバネを着座させるように構成および配置されたバネ取付け台を含み得る。

一態様では、第１の端部および第２の端部を含む中空シリンダーを含むステアリングヨークであって、第１の端部が、ステアリングラックシャフトを受けるためのアーチ状窪みであって、低摩擦ポリマー層を含む接触面を含むアーチ状窪み；およびヨークに付勢力を供給するためのバネを支持しかつ保持するように構成および配置されたバネ取付け台のうちの少なくとも１つを画成する、ステアリングヨークが提供される。

別の態様では、ステアリングヨーク本体を形成するための方法であって、ダイ上で金属／ポリマー積層物をドローイングして、上面および開放底部を有する実質的に中空の形体を作製するステップ、および上面に、ステアリングラックシャフトを補完するような形状にされた凹状のアーチ状溝；およびヨーク本体に付勢力を供給するためのバネを支持するように構成および配置されたバネ取付け台のうちの少なくとも１つを形成するステップを含む方法が提供される。

別の態様では、ステアリングヨーク本体を形成するための方法であって、金属性シートをシリンダーに巻くステップ、シートの隣接する縁部を互いに付着させるステップ、および凹状のアーチ状軸受面をシリンダーの一方の端部に取り付け、軸受面が、ステアリングラックシャフトを受けるように構成および配置されているステップを含む方法が提供される。

本出願の主題は、ある場合には、相互に関係のある製品、特定の問題に対する代替的な解決法、および／または単一の装置または物品の複数の異なる使用法を含む。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置の分解図である。 ラックアンドピニオン式ステアリング装置の一部分の断面図である。 ドローイングされたステアリングヨークの実施形態の斜視図である。 ドローイングされたステアリングヨークの一実施形態の製造における１ステップの斜視図である。 図３Ｂに示す実施形態の製造の別のステップの斜視図である。 図３Ａの実施形態に関する実施形態である。 ステアリングヨークの別の実施形態の斜視図である。 図４Ａに示すものと類似の実施形態である。 ステアリングヨークの別の実施形態の斜視図である。 ステアリングヨークの別の実施形態の斜視図である。 ステアリングヨークの別の実施形態の斜視図である。 種々のステアリングヨークの実施形態の図式的な試験結果を示す。 種々の実施形態の摩擦係数のデータを示す棒グラフである。

一態様では、ステアリングヨークおよびステアリングヨークアセンブリが説明されており、そこでは、ヨークの軸受接触面の摩擦が低減され、それにより、ラックシャフトに対する付勢力が大きくなる。この付勢力の増大により、ステアリングコラムの雑音および振動が低減され得る。摩擦レベルが低いことにより、使用する動力支援レベルも低くなり、それによって、電気モータまたは電動式の液圧ポンプが使用できるようになる。多くの場合、ヨーク軸受およびヨークアセンブリの寿命期間中、実質的に低く一貫した摩擦係数を有することが重要となり得る。

別の態様では、ステアリング装置の雑音および振動の低減は、実質的に中空のヨークアセンブリを使用することによって実現できる。鋳造、機械加工または射出成形されたヨークアセンブリと比べると、実質的に中空のヨークの振動は低減され得る。中空ヨーク（「カン」）は、シートからカンをフォーミングすることによって、または１つ以上のステップで材料シートをダイ上でドローイングすることによって作製できる。シート材料を金属とポリマーとの積層物とし得る。「中空ヨーク」は、ヨーク本体にわたって中実ではなく実質的に中空であるヨークである。中空ヨークの内部には空洞があり、その空洞は空であってもよいし、別の材料で充填されていてもよい。種々の実施形態では、軸受にグリースを使用してもしなくてもよい。

図１に典型的なステアリングアセンブリ１０の分解図を示す。ヘリカルピニオンギヤ１１０は、ラックシャフト上の歯（図１には図示せず）と噛み合う。ヨークアセンブリ１２０がピニオンハウジング１３０に挿入され、かつ、ラックシャフトをピニオンギヤ１１０と適切につながれているように維持する付勢力をもたらす。装置は一般に、リチウムグリースなどのグリースによって潤滑される。図２に、図１の舵取り装置の一部分の断面図を示す。ヘリカルピニオンギヤ１１０はラックシャフト１２２と噛み合っており、ラックシャフト１２２は、ステアリングヨーク１４０によって機械的接触を維持する。ステアリングヨーク１４０はバネ１６０によってピニオンギヤ１１０に対して押圧されている。バネ１６０は圧縮されて、ねじ付キャップ１６６によって保持される。ヨーク１４０の範囲を定めるチャネルにＯリング１６２をはめ込む。Ｏリングを、ハウジング１３０の内面の範囲を定める溝にはめ込んでもよい。操作者が車両のハンドルを回すとピニオンギヤ１１０が回転して、図２に示すような構成の紙面内に入るようにまたはその紙面から外れるようにラックシャフト１２２を摺動させる。ラックシャフト１２２は、ギヤとシャフトとを噛み合わせた状態に保つ付勢力を維持する固定ヨーク１４０に対して摺動する。付勢力が強いと、あまり騒音のない舵取り装置を達成する助けとなるが、バネ１６０によってもたらされる力が強い場合には、ヨーク１４０とラックシャフト１２２との間の摩擦量が大きくなり、かつその結果摩耗が発生する。

既存のステアリングヨークは、一般に、ダイカスト合金または射出成形されたプラスチックから作製され、低摩擦ライナが取り付けられている。これらの固体材料は振動および雑音を伝達して、舵取り装置に不要な振動をもたらし得ることが分かっている。この装置の雑音および振動は、ヨークが古くなると悪化する場合があり、一般に「ドライバーの感覚」によってハンドルで検知される。ここで説明するヨークの一部は、雑音および振動の伝達を驚くほど低減させる中空体設計を用いる。中空ヨークはまた、舵取り装置の重量も削減する。

舵取り装置は、例えば、環境温度変化または作業および／または摩擦による温度上昇の結果とし得る広範囲の温度に曝され得る。ステアリングヨークは一般に、入れられているハウジング（アルミニウムであることが多い）とは異なる材料で作製されているため、ヨークには、ハウジング内のヨークの熱による伸縮を許容する許容差を有し得る。しかし、これらの許容差はまた、ヨークおよびシャフトとハウジングとの間に過度の間隙をもたらし得る。この過度の間隙が、装置に追加的な雑音をもたらし得る。この過度の雑音の原因の１つが明確になったため、類似または同一の熱膨張特性を有する中空アルミニウムヨークを、より厳しい許容差で作製し、かつ遊びの量を減らして、振動が低減されたより静かな舵取り装置をもたらすことができる。

中空ヨークは複数の方法で構成することができる。例えばヨークに、押出し、フォーミング、成形、プレス、圧延、機械加工、またはこれらの処理のいずれかの組み合わせを行ってもよい。ある実施形態では、金属または金属／ポリマーシートをヨークに変形させる。例えば、中空ヨークは、打抜き金属シートまたは金属／フルオロポリマー積層物をダイ上でドローイングすることによって構成することができる。代わりに、アセタール樹脂などの低摩擦層を軸受面に機械的に取り付けてもよい。追加的なステップを使用して、一方の端部に凹状のアーチ部分を形成してもよい。このアーチ部分は、ステアリングラックシャフトを支持するように構成され、配置される。アーチ部分を、図３Ａに示すように部分的にシリンダーとし得る。ドローイングされた材料にフルオロポリマーを含まない場合、滑らかな軸受面は、例えば、ボス（図５）、圧入嵌め、または接着剤によってヨーク本体に取り付けることができる。中空ヨークはまた、金属または金属／フルオロポリマー積層物のシートを３次元形状に巻くことによっても作製し得る。その３次元形状をシリンダー状または実質的にシリンダー状とし得る。例えば溶接によって縁部を接合し得る。中空ヨークは、厚さが５ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満または０．５ｍｍ未満のシリンダー壁を含み得る。別個のステップで端部キャップを追加してもよく、端部キャップは類似または異なる材料とし得る。アセタール樹脂やフルオロポリマーなどのポリマー軸受面をまた、端部キャップに追加してもよい。金属性シートからカンを作製する場合、フルオロポリマー層を機械的手段または接着手段によって金属外面に取り付けてもよい。

本発明の一態様では、ラックシャフトと接触しないヨークの部分はポリマー層を含み得る。この部分を、例えば、シリンダー状部分の壁の外面とし得る（図３Ａ〜図３Ｃに示す）。これはさらに、往復式シャフトを支持するアーチ状面２２４の上にもポリマー層を含み得る。シリンダー壁２２６は、往復式ステアリングシャフトとは接触しないかもしれないが、ポリマー（例えばフルオロポリマー）層を含み得る。シリンダー壁２２６上にフルオロポリマー層があることにより、ヨークハウジングへのより静かでよりしっかりとした適合をもたらすことができることが分かっている。加えて、中実フルオロポリマーが「コールドフローする」ために製造公差を緩和することができ、鋼またはアルミニウムハウジングに嵌められたアルミニウムまたは鋼シリンダー壁のみでヨークが構成されている場合に、ヨークを収容するにはきつすぎるハウジングにヨークを押し込むことができるようにする。この特徴により、間隙がないハウジングにヨークを挿入するときに、雑音および振動を最小にすることもできる。これにより得られる結果の１つは、舵取り装置の寿命期間中、ハンドルの感覚を改善できることである。

ある実施形態では、ヨークの接触面は、金属基板上のフルオロポリマーの積層物などのポリマーを含み得る。フルオロポリマーを、例えば機械的接着、またはフルオロポリマーホットメルト接着剤との積層によって基板に接着し得る。フルオロポリマーを例えばＰＴＦＥとし、および金属を例えばアルミニウム、鋼、青銅、銅またはそれらの合金とし得る。積層物は鉛を含まなくてもよい。ポリマーは、グラファイト、ガラス、芳香族ポリエステル（ＥＫＯＮＯＬ（登録商標））、青銅、亜鉛、窒化ホウ素、カーボンおよび／またはポリイミドなどの１種以上の充填剤を含み得る。一実施形態では、充填剤としてグラファイトおよびポリエステルの双方を含む。ＰＴＦＥなどのポリマー中のこれらの充填剤の各々の濃度は１重量％超、５重量％超、１０重量％超、２０重量％超または２５重量％超とし得る。金属とフルオロポリマーとの間の、またはフルオロポリマーに埋め込まれた青銅メッシュなどの追加的な層も使用し得る。そのような材料には、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｉｎｃ．から入手可能なＮＯＲＧＬＩＤＥ（登録商標）の製品ラインが含まれる。ＮＯＲＧＬＩＤＥ製品の好適な例には、ＮＯＲＧＬＩＤＥ ＰＲＯ、Ｍ、ＳＭ、ＴおよびＳＭＴＬが含まれる。フルオロポリマー層の厚さは基板にわたって可変にも、または一定にもし得る。接触ゾーンにおけるフルオロポリマー層の平均厚さは、３０μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、２００μｍ以上または２５０μｍ以上とし得る。フルオロポリマー層が厚い方が、ヨークの寿命期間中、より一貫した軸受荷重をもたらすことが分かっている。一部の実施形態では、金属基板の公称の厚さを例えば１００μｍ〜５ｍｍとし得る。より具体的な範囲として、アルミニウムは２００μｍ〜４ｍｍおよび鋼は２００μｍ〜１．２３ｍｍを含み得る。

ヨークの接触面にテクスチャー加工を施して、接触面の一部を他の部分よりも高くし得る。テクスチャーは複数の山部および谷部を含み得る。山部は、隣接する谷部よりも１０μｍ以上、２０μｍ以上、５０μｍ以上、１００μｍ以上または２００μｍ以上上方にあり得る。接触面をテクスチャー加工することによって、グリースを保持するための多数のリザバーをもたらすことができる。テクスチャーをパターン化してもまたはランダムにしてもよいし、かつ接触面にわたって一貫させることもできる。一実施形態では、青銅メッシュなどのスクリーン上にフルオロカーボン層を堆積させることによって、パターン化されたテクスチャー加工面を形成し得る。組立時、鋼ラックシャフトの滑らかな面が、接触面にわたって多数の高い点、すなわち山部でヨークに接触し得る。接触点を接触面にわたって分散させて、アーチ状領域の大部分によってヨークとラックシャフトとの間に力が生じるようにし得る。例えば、接触点は、アーチ状面領域の５０％超、７０％超、８０％超または９０％超に見られ得る。力は、アーチ状領域の中心部分と縁部分との間で実質的に等しく分配され得る。それゆえ、シリンダー状ラックシャフトに対してヨークが加える圧力は、軸受面の幅および長さにわたって実質的に等しい。これは、代替的な設計、例えば、ラックシャフトと軸受面との間に２つの異なる接触線がもたらされるゴシックアーチとは対照をなしている。「ゴシックアーチ」設計では、軸受の表面は、半径をオフセットさせて、ラックシャフトとの２つの接触領域を得るように構成される。これらの線形領域は一般にラックシャフトの軸と平行しており、かつ、例えばシャフトの中心から４５度とし得る。この設計は、軸受面とラックシャフトとの間のドラグ（ｄｒａｇ）を低減させると考えられている。軸受面が摩耗するため、軸受面全体がラックシャフトと接触するまで、これら２つの線形領域の面積は拡大し得る。この追加的な表面積による接触によって、摩耗した軸受で測定された摩擦係数が高くなる。それゆえ、経時によって接触面積が変化するため、ゴシックアーチ設計のヨークは、それが新しいときには、１００，０００または２００，０００サイクル後よりも遙かに低い摩擦係数を示し得る。

ある実施形態では、軸受面は、軸受面の中心部分および周辺部分において等しい力でラックシャフトと接触するような形状にされる。これにより、ヨークおよびシャフトに対してより大きな付勢力を加えることができ、より静かな装置をもたらす。そのような設計は歴史的に、この適用に対してもたらす摩擦が大きすぎるとみなされているが、本願明細書で説明する軸受面を使用することによって、摩擦係数（ＣＯＦ）をゴシックアーチ設計と同程度またはそれよりも低くできることが分かった。軸受面は、新しい未使用の軸受にこの設計を組み込むことができ、ラックシャフトと低ＣＯＦポリマーとの間の接触面積は、軸受の寿命期間中実質的に一定となる。これは、初めは軸受面の大部分と接触しない従来通りに設計された軸受の耐用期間にわたってみられるＣＯＦの増大とは対照的である。

ほとんどのステアリングヨーク設計では、軸受面は、図２に示すようなバネ１６０などのバネ（圧縮状態にある）によってラックシャフトに対して付勢される。軸受／シャフト境界面の軸受荷重は一般に、軸受面が摩耗すると変化する。なぜなら、ヨークの摩耗した軸受面とラックシャフトとの間の接触を保持するためにバネが拡張すると、バネによって加えられる力が低減するためである。それゆえ、軸受面の摩耗には、一般に、対応する軸受荷重の低下が伴う。この荷重の低下は、例えば望ましくない雑音および振動をもたらし得る。１００μｍ超のフルオロポリマー層を含む軸受面は、１００，０００または２００，０００サイクルにわたって一貫した軸受荷重をもたらすことが分かった。

図３Ａに、ステアリングヨークアセンブリの一実施形態の斜視図を示す。中空ヨーク２２２は、開放底部（図示せず）、実質的にシリンダー状の壁２２６およびアーチ状上面２２４を含む。アーチ状上面の曲率半径は、ヨークが相互作用するように設計されているラックシャフトの曲率半径と実質的に等しい。上面のアーチ状の凹部を、円形の半径を有しかつ部分的に円形の断面を示す溝とし得る。溝はシリンダー状ステアリングラックシャフトを補完し、溝の表面の大部分は、付勢力が加えられるときにステアリングラックシャフトと接触し得る。中空ヨーク２２２を、シリンダー状または他の形状の壁を含み得るドローイングされたカンとし得る。ヨーク２２２に、ネジ、圧入嵌め、溶接または代替的なコネクタを介してバネ取付け台２２８を取り付けることができる。図２に示すものと類似のバネ（図３では図示せず）を、ヨーク２２２に付勢力をもたらすようにバネ取付け台２２８に対して位置決めできる。バネ取付け台は実質的に平面をもたらして、ヨークの接触面にわたってバネ力を均一にするのを促し得る。ヨーク２２２を、積層物シートを図示の形状にドローイングすることによって形成し得る。ドローイングプロセスは１つ以上の造形ステップを含み、かつ１つ、２つ、またはそれ以上のダイの使用を含み得る。例えば打抜き加工された丸いシートを、図３Ｂに示すカン形状にドローイングし得る。それに続くステップでは、接触面に、図３Ｃに示すような凹状のアーチ状面を形成することを目的とする。凹状のアーチ状の特徴を形成するために使用されたダイの半径は、ヨークが相互作用するように設計されているラックシャフトの半径と実質的に等しい。図３Ｃに、アルミニウム上のＰＴＦＥ／ＥＫＯＮＯＬの積層物からドローイングされたヨークの例を示す。図３Ｃのヨークの形状はまた驚くほど高い圧縮強度を示し、中実ヨークが一般にラックアンドピニオン式ステアリング装置で曝される以上の力に耐えることを可能にする。

図３Ｄに、一体型バネポケット２２８ａのあるステアリングヨークアセンブリを示す。一体型バネポケットは、ヨーク自体が造形される時に形成されるバネポケットである。例えば、ヨークおよびバネポケットは、同じブランクから形成し得る。一体型バネポケット２２８ａを含むことによって、図３Ａに示すような別個のバネ取付け台を追加する必要をなくすことができる。一実施形態では、バネポケット２２８ａは、ダイ上でブランク（予めフォーミングされた状態で部分２２８ａを含む）をドローイングして図３Ｄに示すような中空カンを作製することによって作製できる。バネポケット２２８ａの凹面部分は、第２のダイを使用する第２の作業で、または２つの対向するダイを使用することによって同じステップで形成できる。この実施形態では、カンをドローイングした後で軸受面２２４をヨークアセンブリに取り付けることができる。バネポケット２２８ａは、バネを収容するための凹状の窪みを含み、そのバネは、ヨークを介してラックシャフトに伝達される付勢力をもたらす。バネポケット２２８ａは開口２２９を含み得る。バネポケット２２８ａの表面は金属性としてもよいし、またはフルオロポリマー層などのポリマー層を含んでもよい。

図４Ａに、接触面３２４が打抜きされ折り畳まれて、アーチ状の部分的にシリンダー状の表面を形成する別の実施形態を示す。接触面３２４を、金属性シートや積層物などの平面的なシートからスタンピングダイを使用して切断した後、目的のラックシャフトと同じ半径を有するシリンダーの周りで折り畳むかまたは曲げ得る。次いで、この一片を、例えば溶接によってシリンダー状ベース３２６に取り付けて、ヨーク３２２を形成する。ベース３２６を金属、プラスチックまたは他の材料とし得るが、可動部に接触しないためＰＴＦＥである必要はない。上述のバネ取付け台３２８を使用して、バネ力をヨークに伝達するための平坦な表面をもたらすことができる。

図４Ｂに示すように、図４Ａに示すものと類似の、打抜かれ折り畳まれたヨークは、一体型バネポケット３２８ａを含み得る。金属性または金属／ポリマー複合体シートからブランクを打抜くことができ、かつブランクは、折り畳まれるとバネポケット３２８ａを形成する部分を含み得る。ブランクを折り畳んでシーム３３０で接合し得る。シーム３３０は、ヨークの形状を固定するために溶接してもよいし、または別の方法で接合してもよい。一体型バネポケットによって、別個のバネ取付け台３２８を追加する必要性をなくすことができる。

図５に、成形技術やドローイング技術を使用してベース４２６を金属またはプラスチックから作製し得る別の実施形態を示す。ベースは、収容穴４３２を画成する上面４３０を含む。別個の軸受面４２４は、本願明細書で説明するようにポリマー、ポリマー／金属積層物、フルオロポリマーまたはフルオロポリマー／金属積層物を含み得る。軸受面４２４は、収容穴４３２に圧入嵌めされるようなサイズにされたボス４３４を含み得る。それゆえ、接触面４２４をヨーク本体４２６に圧入嵌めして、アーチ状の低摩擦接触面を含むヨークを作製し得る。バネ取付け台４２８は、上述のように動作する。

図６Ａおよび図６Ｂに、シリンダー状マンドリルの周りで金属または金属／ポリマーシートを巻くまたは巻き付けることによって作製されたステアリングヨークの図を示す。まず、金属性または積層物シートから平坦部材を打抜くことによって中空のシリンダー状本体５２６を形成し得る。次いで、その平坦部材を適切な直径のマンドリルの周りで巻いて、底部および上部の双方とも開放している中空のシリンダー状本体５２６を作製し得る。シリンダー状本体の縁部を、例えば溶接によって永久的に接合し得る。シリンダー状本体５２６は、任意に外面にポリマーコーティングを含み得る。軸受面５２４は、シリンダー状本体５２６とは別に作製し、かつ、図示のようにテクスチャー加工されていてもよいポリマー面の層を含み得る。テクスチャーの特徴によって潤滑剤リザバーがもたらされる一方で、依然として、アーチ状軸受面の大部分にわたってステアリングラックシャフト（図示せず）に対する接触および支持ももたらす。例えば、ステアリングラックシャフトに対して（例えばバネによって）付勢されると、縁部分５３２にはシャフトに対して中心部分５３４とほぼ同程度の圧力がかかり得る。軸受面５２４のポリマーコーティングを、例えば接着剤または機械的結合によって金属性基板（例えば、鋼またはアルミニウム）に取り付けてもよい。軸受面を積層物から直接形成してもよいし、または軸受面の形成後にポリマーコーティングを取り付けることもできる。適切なポリマーは、フルオロポリマーおよびアセタール樹脂を含み、かつグラファイトまたはＥＫＯＮＯＬなどの充填剤を含有し得る。軸受面５２４を例えば溶接によってシリンダー状本体５２６に永久的に取り付けることができる。青銅メッシュスクリーンなどのメッシュスクリーンを、ポリマーコーティングにまたはそれに隣接して位置決めし得る。

図６Ａに示すように、バネ取付け台５２８を別に形成して、溶接部５４２ａ、５４２ｂなどによってシリンダー状本体５２６に取り付け得る。円形の窪み５４４がバネ（図示せず）を圧縮状態に保持するのを助け、バネは、上方に突出するディンプル５４６によって中心に保たれる。バネによってもたらされた力を、ステアリングラックシャフト（図示せず）と接触し得る対向する軸受面５２４にわたって均一に伝達するように、バネ取付け台５２８を設計し得る。バネ取付け台５２８は金属性であり、一部の実施形態では鋼またはアルミニウムで作製し得る。例えば、適切な形状および寸法のダイによって円形平坦部材を打抜くことによって形成できる。

異なるヨーク軸受設計を評価するために、同様に設計された軸受構造に、異なる軸受フォーミュレーションを使用する試験を行った。軸受面の各々に対して、２９３５Ｎの初期荷重を１Ｈｚの周波数および±９０ｍｍのストロークで２００，０００サイクル施す試験が行われた。各ヨーク軸受を、１）荷重変化；２）摩耗；および３）摩擦に関して監視した。各軸受面はヨークとは別に作製され、ゴシックアーチ設計を含んだ。軸受材料Ａ１は、鋼バッキング基板上の、１５％のＥＫＯＮＯＬおよび５％のグラファイトを含有するＰＴＦＥ材料であるＮＯＲＧＬＩＤＥ ＥＫＯ１５から作製された。軸受材料Ａ２は、Ａ１の複製であった。軸受材料Ｂは、鋼基板上の、２５％のＥＫＯＮＯＬを含有してグラファイトを含有しないＰＴＦＥ材料であるＮＯＲＧＬＩＤＥ ＳＭＴＬ１．０Ｔから作製された。軸受Ｃは、鋼バッキングの２５０μｍの焼結青銅層上に２５０μｍのアセチル樹脂層を含むＤＸ材料（Ｇａｒｌｏｃｋ Ｂｅａｒｉｎｇｓ ＬＬＣ）から作製された。軸受Ｄは、鋼バッキング上のＰＴＦＥ層に鉛および青銅を含有するＤＵ材料（Ｇａｒｌｏｃｋ Ｂｅａｒｉｎｇｓ ＬＬＣ）から作製された。被試験軸受の各々は、Ｓｈｅｌｌ Ａｌｖａｎｉａ Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＩＩリチウムグリースによって潤滑にされた。

図７に示すグラフは、被試験軸受面の各々の軸受荷重および摩耗レベルを示す。結果は、ＮＯＲＧＬＩＤＥ軸受面が、ＤＸ材料と比較したときに、より一貫した軸受荷重をもたらし、かつ摩耗が低減されることを示した。結果は、材料ＡおよびＢはＤＵ材料と同等の性能を有することを示した。図８に、新しいとき、１００，０００サイクル後、および２００，０００サイクル後の軸受材料の各々の摩擦係数を示す。摩擦係数は、摩擦ロードセルを用いて測定した。ＮＯＲＧＬＩＤＥ面（ＡおよびＢ）は、実際に、サイクルが追加されたときに摩擦係数の低下（実質的に同じであるが）をもたらした。摩擦係数の値は、第２の値の５０％以内である場合には第２の値と実質的に同じであるとみなされる。一部の実施形態では、使用後の摩擦係数の変化は、元の値の２５％未満または１０％未満とし得る。ＤＵおよびＤＸ材料は、サイクルの増加に伴って摩擦レベルが著しく増大することを示した。舵取り装置に一貫した性能を維持するために、一貫して低摩擦レベルを保持する軸受面を含むヨークが好ましい場合がある。それゆえ、これらの結果は、ＤＸまたはＤＵ材料と比較したときに、ＮＯＲＧＬＩＤＥ材料のいずれも、ステアリングヨークに優れた軸受面を提供できることを示す。軸受面の各々の検査は有益でもあった。ＤＵ材料は、１００，０００サイクル後に青銅層までの著しい摩耗を示し、かつＰＴＦＥ層が完全に除去された。材料ＡおよびＢ（ＮＯＲＧＬＩＤＥ）はほとんど摩耗せず、軸受面全体に損傷のないＰＴＦＥ層を維持した。これは、２００，０００サイクルにわたって一貫した軸受荷重と一貫した低摩擦係数との優れた組み合わせをもたらすことができ、それにより、製品の耐用期間を長くすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を、本願明細書で説明しかつ図示したが、当業者は、機能を実施するためのおよび／または本願明細書で説明した結果および／または１つ以上の利点を得るための様々な他の手段および／または構造を容易に想定するであろう。そのような変形例および／または修正例の各々は、本発明の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本願明細書で説明した全てのパラメータ、寸法、材料、および構成は例示にすぎず、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示が使用される特定の応用に依存することを理解されたい。当業者は、いつもと同じ実験を使用して、本願明細書で説明した本発明の特定の実施形態に多くの等価物があることを認識する、または解明することができるであろう。それゆえ、上述の実施形態は例として提示したにすぎず、添付の特許請求の範囲およびその等価物内において、本発明を、具体的に説明しかつ特許請求した以外の方法で実施し得ることを理解されたい。本発明は、本願明細書で説明した個々の特徴、装置、物品、材料、キット、および／または方法に関する。加えて、そのような特徴、装置、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しない場合には、２つ以上のそのような特徴、装置、物品、材料、キット、および／または方法のいずれかの組み合わせを本発明の範囲内に含める。

本願明細書で定義しかつ使用した全ての定義は、辞書の定義、参照により援用された文書の定義、および／または定義された用語の元の意味を統制すると理解されたい。

本願明細書および特許請求の範囲で使用される不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、反対であると明白に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されたい。

本願明細書および特許請求の範囲で使用される語句「および／または」は、接続された要素の「いずれかまたは双方」を意味する、すなわち、一部の例では連結的に存在し、かつ他の例では選言的に存在する要素と理解されたい。他の要素は、反対であると明白に示されない限り、「および／または」節で明確に特定された要素に関連するか関連しないかに関わらず、それらの明確に特定された要素以外のものとして、任意に存在し得る。

本出願で引用または参照した全ての参照文献、特許および特許出願および出版物は、全体が参照により援用される。

Claims (29)

1. 第１の端部および第２の端部を含む中空シリンダー
   を含むステアリングヨークであって、第１の端部が、
   ａ）ステアリングラックシャフトを受けるためのアーチ状窪みであって、低摩擦ポリマー層を含む接触面を含むアーチ状窪み；および
   ｂ）ヨークに付勢力を供給するためのバネを支持および保持するように構成されかつ配置されたバネ取付け台
   のうちの少なくとも１つを画成する、ステアリングヨーク。
2. ヨークが、内面および外面を有するシリンダー状壁を含み、シリンダー状壁の外面が低摩擦ポリマー層を含む、請求項１に記載のステアリングヨーク。
3. 金属が鋼またはアルミニウムを含む、請求項１または２に記載のステアリングヨーク。
4. 接触面上のポリマー層が、芳香族ポリエステルおよびグラファイトから選択された１種以上の充填剤を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリングヨーク。
5. 接触面が青銅メッシュスクリーンを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のステアリングヨーク。
6. ポリマー層がフルオロポリマーまたはアセタール樹脂を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のステアリングヨーク。
7. ポリマー層の公称の厚さが５０μｍ超である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のステアリングヨーク。
8. ポリマー層の公称の厚さが１００μｍ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のステアリングヨーク。
9. ハウジング、バネおよび請求項１〜８のいずれか一項に記載のステアリングヨークを含むアセンブリ。
10. 第１または第２の端部のいずれかに一体型バネ取付け台と、対向する端部にアーチ状窪みとを含み、アーチ状窪みの外面にポリマー層を含む、請求項１に記載のステアリングヨーク。
11. 中空シリンダーの第１の端部が、ステアリングラックを受けるためのアーチ状窪みを含み、アーチ状窪みは、ステアリングラックシャフトを支持するような寸法にされた溝であり、溝の露出面は低摩擦ポリマー層を含み、溝の表面は中心部分および２つの側方縁部分を含み、溝は、中心部分および２つの側方縁部分における面積当たりに等しい力でステアリングラックシャフトを支持するように構成かつ配置されている、請求項１に記載のステアリングヨーク。
12. 溝の表面は、山部および谷部によってテクスチャー加工されており、山部の高さの平均は少なくとも１０μｍである、請求項１１に記載のステアリングヨーク本体。
13. 溝の表面は、山部および谷部によってテクスチャー加工されており、山部の高さの平均は少なくとも５０μｍである、請求項１１に記載のステアリングヨーク本体。
14. 山部および谷部がパターン化されている、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のステアリングヨーク本体。
15. 山部および谷部がランダムに分散している、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のステアリングヨーク本体。
16. 低摩擦ポリマー層がフルオロカーボンまたはアセタール樹脂を含む、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のステアリングヨーク本体。
17. 低摩擦ポリマー層が、芳香族ポリエステルおよびグラファイトから選択された１種以上の充填剤を含む、請求項１６に記載のステアリングヨーク本体。
18. 表面には実質的に鉛がない、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のステアリングヨーク本体。
19. １００，０００サイクル後に鋼ラックシャフトと実質的に同じ摩擦係数を示す、請求項１１に記載のステアリングヨーク本体。
20. 実質的に溝の表面全体にわたって、溝が、ステアリングラックシャフトを支持しかつそれと接触するように構成および配置されている、請求項１６または１７に記載のステアリングヨーク本体。
21. ステアリングヨーク本体を形成する方法であって、
    ダイ上で金属／フルオロポリマー積層物をドローイングして、上面および開放底部を有する実質的に中空の形体を作製するステップ；および
    上面に、
    ａ）ステアリングラックシャフトを補完するような形状にされた凹状のアーチ状溝、および
    ｂ）ヨーク本体に付勢力を供給するためのバネを支持するように構成および配置されたバネ取付け台
    のうちの少なくとも１つを形成するステップ
    を含む方法。
22. 形体の開放底部にバネ取付け台を取り付けて、アーチ状溝に対向するバネ用プラットフォームを作製するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 形体の開放底部に、凹状のアーチ状溝を含む軸受面を取り付けて、バネ取付け台に対向するステアリングラックシャフト支持面を有するステアリングヨーク本体を作製するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
24. ステアリングヨーク本体を形成する方法であって、
    金属性シートをシリンダーに巻くステップ；
    シートの隣接する縁部を互いに付着させるステップ；および
    シリンダーの一方の端部に凹状のアーチ状軸受面を取り付け、軸受面が、ステアリングラックシャフトを受けるように構成および配置されているステップ
    を含む方法。
25. 金属性シートが低摩擦ポリマー層を含む、請求項２４に記載の方法。
26. 低摩擦ポリマー層がフルオロポリマーおよび／またはアセタール樹脂で構成されている、請求項２５に記載の方法。
27. 軸受面が低摩擦層を含む、請求項２４に記載の方法。
28. さらに、機械的結合または接着剤のいずれかを使用して軸受に低摩擦層を固定するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
29. 金属性シートが、一体型バネポケットを形成する１つ以上の一体部分を含む、請求項２４に記載の方法。

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