JP2012081944A - Steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用のラック・ピニオン式ステアリング装置に関する。 The present invention relates to a rack and pinion type steering device for a vehicle.
自動車の操舵装置であるステアリングにおいて、省エネルギーのために電動パワーステアリングが実用されている。そのステアリングは、ラック軸の歯とピニオンが噛合っていてそのバックラッシを詰める為にラック軸の背面をラックガイドで押さえつけた構造になっている。
近年、電動パワーステアリングが小型乗用車から中型乗用車において使用されるようになり、ラック軸の背面、ラックガイドやギヤ部分等の負荷が大きくなり、耐摩耗対策が重要になっている。ラック軸の背面、ラックガイドやギヤ部分等の摩耗が進むと、ガタが発生し異音が発生するという問題がある。この摩耗低減策として、特許文献１に示すように、歯ピニオンにＤＬＣを表面処理するものはある。
In a steering which is a steering apparatus for an automobile, an electric power steering is practically used for energy saving. The steering has a structure in which the rack shaft teeth and the pinion mesh with each other and the back surface of the rack shaft is pressed by a rack guide in order to close the backlash.
In recent years, electric power steering has been used from small passenger cars to medium-sized passenger cars, and the load on the rear surface of the rack shaft, rack guides, gear portions, and the like has increased, and wear resistance measures have become important. When the back surface of the rack shaft, the rack guide, the gear portion, and the like progress, there is a problem that rattling occurs and noise is generated. As a measure for reducing the wear, as shown in Patent Document 1, there is one in which DLC is surface-treated on a tooth pinion.
耐久性を向上させるために、表面処理を行なうものはあるが、ステアリング装置のラック軸及びラックガイドの摩耗による寿命を感知して交換時期が分かるものがなく、運転者の判断やディーラでの対応に任されている。
そこでラック軸又はラックガイドの摩耗による摩耗寿命の状態（交換時期）を運転者に感知させるステアリング装置を提供することを課題としている。
Some surface treatments are used to improve durability, but there is no indication of the replacement time by detecting the life due to wear of the rack shaft and rack guide of the steering device. Is entrusted to.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a steering device that allows the driver to sense the state of wear life (replacement time) due to wear of the rack shaft or rack guide.
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、走行装置に連結されるラック軸と、ステアリングホイールに連結されるピニオン軸と、前記ラック軸のラック歯とピニオン歯との噛合い部をラック背面から押圧する滑り式ラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置において、前記ラック軸及び前記ラックガイドの摺動部に凹凸部を形成し、該凹凸部が表面から突出しないように低摩擦樹脂を表面処理したことを要旨としている。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is a rack shaft coupled to the traveling device, a pinion shaft coupled to the steering wheel, and meshing of the rack teeth and pinion teeth of the rack shaft. In a rack and pinion type steering apparatus provided with a sliding rack guide that presses the portion from the back of the rack, an uneven portion is formed on the sliding portion of the rack shaft and the rack guide so that the uneven portion does not protrude from the surface. The gist is that the low-friction resin was surface-treated.
本願発明の電動パワーステアリング装置によれば、ラック軸及びラックガイドの磨耗と同時に摺動部の低摩擦樹脂も剥れ、磨耗が進行すると凹凸部が低摩擦樹脂の表面から突出する。すると、ラック軸及びラックガイドの摺動部にて凹凸部が接触し、異音、微振動を発生させるので使用者に ステアリングギヤの交換時期を感知させることができる。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, the low-friction resin on the sliding portion is also peeled off simultaneously with the wear of the rack shaft and the rack guide, and the uneven portion protrudes from the surface of the low-friction resin as the wear progresses. Then, the concave and convex portions come into contact with each other at the sliding portion of the rack shaft and the rack guide, and abnormal noise and fine vibration are generated, so that the user can sense the time for replacing the steering gear.
請求項２に記載の発明は、前記低摩擦樹脂の表面処理は前記ラック軸及び前記ラックガイドが磨耗状態に達した際、前記凹凸部が突出するようにしたことを要旨としている。
上記構成によると、摩耗が進み表面処理層が剥がれてくるとラック及びラックガイドの凹凸部が現れるため、異音もしくは微小な振動が発生し、運転者に交換時期を感知させることができる。
The gist of the invention described in claim 2 is that the surface treatment of the low friction resin is such that the concave and convex portions protrude when the rack shaft and the rack guide reach a worn state.
According to the above configuration, when the wear is progressed and the surface treatment layer is peeled off, the uneven portions of the rack and the rack guide appear, so that abnormal noise or minute vibration is generated and the driver can sense the replacement time.
請求項３に記載の発明は、ラック軸及びラックガイドの前記凹凸の大きさが１〜６０μｍであり、その上に低摩擦樹脂を表面処理したことを要旨としている。
上記構成によると、異音や微振動が検出できる凹凸の大きさになっているため、使用限界を運転者に感知させることができる。
The gist of the invention described in claim 3 is that the size of the unevenness of the rack shaft and the rack guide is 1 to 60 μm, and the surface is treated with a low friction resin.
According to the above configuration, the size of the projections and depressions that can detect abnormal noise and minute vibrations can be sensed by the driver.
請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記凹凸部は前記ラック軸又は前記ラックガイドの前記摺動部のいずれか一方に形成したことを要旨としている。
即ち、ラック軸又はラックガイドのどちらかの摺動部の摩耗により、異音や微振動が発生し、運転者に使用限界を感知させることができる。
The invention according to claim 4 is summarized in that, in claim 1, the uneven portion is formed on either the rack shaft or the sliding portion of the rack guide.
That is, abnormal noise or fine vibration is generated due to wear of the sliding portion of either the rack shaft or the rack guide, and the driver can sense the use limit.
以上のように本発明によれば、ラック軸又はラックガイドが磨耗した状態になると、凹凸部が低摩擦樹脂の表面に現れ、この凹凸部がラック軸又はラックガイドと接触するので、音、微振動が発生し、運転者に交換時期を感知（感覚で知らせる）させることができるステアリング装置を提供できる。 As described above, according to the present invention, when the rack shaft or the rack guide is worn, the uneven portion appears on the surface of the low friction resin, and the uneven portion comes into contact with the rack shaft or the rack guide. It is possible to provide a steering device that generates vibrations and can make the driver sense (notify by sensation) the replacement time.
以下、本発明によるラック軸支持装置を適用した車両用ラックピニオン式ステアリング装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、車両用ラックピニオン式ステアリング装置は、ハウジング１１、ラック軸１２、タイロッド１３、ラックガイドハウジング部１４、ピニオン軸１５、ラックバー支持装置２０を備えている。 Hereinafter, an embodiment of a vehicle rack and pinion steering device to which a rack shaft support device according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the vehicle rack and pinion type steering device includes a housing 11, a rack shaft 12, a tie rod 13, a rack guide housing portion 14, a pinion shaft 15, and a rack bar support device 20.
ハウジング１１は、車両（図示しない）の左右方向（図１の左右方向）に延在して車両に組み付けられている。ラック軸１２は、ハウジング１１にラック軸方向（図１の左右方向）に摺動可能に組み付けられている。ラック軸１２の一側にはピニオン１５ａと噛合するラック１２ａが形成されている（図２参照）。 The housing 11 extends in the left-right direction (left-right direction in FIG. 1) of the vehicle (not shown) and is assembled to the vehicle. The rack shaft 12 is assembled to the housing 11 so as to be slidable in the rack axis direction (left-right direction in FIG. 1). A rack 12a that meshes with the pinion 15a is formed on one side of the rack shaft 12 (see FIG. 2).
タイロッド１３は、その基端がラック軸１２の両端にそれぞれ組み付けられている。タイロッド１３の各他端は、操向輪（例えば左右前輪）の各ナックルアーム（図示しない）に接続されている。これにより、ラック軸１２の動きがタイロッド１３を介してナックルアームに伝わるので、ステアリングの操作に応じて車両を操向することができる。 The base ends of the tie rods 13 are respectively assembled to both ends of the rack shaft 12. Each other end of the tie rod 13 is connected to each knuckle arm (not shown) of a steering wheel (for example, left and right front wheels). Thereby, since the movement of the rack shaft 12 is transmitted to the knuckle arm via the tie rod 13, the vehicle can be steered according to the steering operation.
ラックガイドハウジング部１４は、ハウジング１１にラック軸１２に直交して形成されている。ラックガイドハウジング部１４は、円筒状に形成されており、断面円形の収容穴１４ａを有している。この収容穴１４ａ内には、ラックガイド２１が摺動可能に組み付けられている。 The rack guide housing portion 14 is formed in the housing 11 so as to be orthogonal to the rack shaft 12. The rack guide housing part 14 is formed in a cylindrical shape and has a receiving hole 14a having a circular cross section. A rack guide 21 is slidably assembled in the accommodation hole 14a.
ピニオン軸１５は、図２に示すように、ハウジング１１にベアリング１６，１７を介して回転自在に組み付けられている。ピニオン軸１５は、ステアリングシャフト（図示省略）に連結されている。ピニオン軸１５にはピニオン１５ａが形成されている。ピニオン１５ａははす歯が形成されており、ラック軸１２のラック１２ａと噛合するようになっている。 As shown in FIG. 2, the pinion shaft 15 is rotatably mounted on the housing 11 via bearings 16 and 17. The pinion shaft 15 is connected to a steering shaft (not shown). A pinion 15 a is formed on the pinion shaft 15. The pinion 15a is formed with helical teeth and meshes with the rack 12a of the rack shaft 12.
ラック軸支持装置２０は、ラックガイド２１、第１および第２支持部材２２，２３、アジャストスクリュー２４、スプリング２５から構成されている。 The rack shaft support device 20 includes a rack guide 21, first and second support members 22 and 23, an adjustment screw 24, and a spring 25.
ラックガイド２１の摺接凹部３２ａ上には、ラック軸１２と当接する面に滑りをよくする材料（例えばポリアセタール樹脂）で表面処理したシート部材２６が組み付けられている。シート部材２６は摺接凹部３２ａの形状に合わせた形状に加工されている。シート部材２６の凸部２６ａがラックガイド２１の凹部２１ｂに圧入されることにより、シート部材２６がラックガイド２１に固定されている。 On the sliding contact recess 32 a of the rack guide 21, a sheet member 26 that is surface-treated with a material (for example, polyacetal resin) that improves sliding on the surface that contacts the rack shaft 12 is assembled. The sheet member 26 is processed into a shape that matches the shape of the sliding contact recess 32a. The sheet member 26 is fixed to the rack guide 21 by press-fitting the convex portion 26 a of the sheet member 26 into the concave portion 21 b of the rack guide 21.
ラック軸１２は、金属（例えば、S４５C等の炭素鋼）製の筒状の部材であり、端部にはタイロッドが取り付けられている。このラック軸１２の表面には熱処理を施されてなる硬化層が形成され、表面粗さは研磨等機械加工により、１〜６０μｍに仕上げられている。 The rack shaft 12 is a cylindrical member made of metal (for example, carbon steel such as S45C), and a tie rod is attached to an end thereof. A hardened layer formed by heat treatment is formed on the surface of the rack shaft 12, and the surface roughness is finished to 1 to 60 μm by machining such as polishing.
表面処理部材２３は、ラック軸１２の摺接部の各外周面に表面処理され、ラックガイド２１の間で摺動する。表面処理部材２３は、滑りのよい弾性材（例えばフッ素樹脂材（例えばポリテトラフルオロエチレン）、ポリアセタール樹脂材（例えばポリオキシメチレン）、ナイロン樹脂材、ウレタン樹脂材）や金属材（例えば、銅合金）で形成された部材である。 The surface treatment member 23 is surface-treated on each outer peripheral surface of the sliding contact portion of the rack shaft 12 and slides between the rack guides 21. The surface treatment member 23 is a slippery elastic material (for example, a fluororesin material (for example, polytetrafluoroethylene), a polyacetal resin material (for example, polyoxymethylene), a nylon resin material, a urethane resin material) or a metal material (for example, a copper alloy). ).
本発明では、表面処理の被膜の膜厚さを１〜６０μｍとする。この膜厚さが１μｍ以下の場合、発明の効果が得られない。また、耐久性の点で問題である。６０μｍ以上では、表面処理しても振動やトルク変動が大きい場合があり、誤認する場合がある。最良の厚さは１〜１０μｍであり、トルク変動をとらえることができる。即ち、図５（a）に使用前、図５（ｂ）に使用後の表面処理層の摩耗による変化を示しているが、一定期間後に表面処理層が摩耗して、基材のラック軸１２の粗さが露出することにより、振動やトルク変動が現れてくる。またこの変化を利用して、１μｍ〜１０μｍで、耐久性に応じて膜厚さを設定しておけば、走行距離に比例して、摩耗が進行していき、寿命にきた時点で摺動時にトルク変動が発生し、運転者が感知できるようになる。 In the present invention, the film thickness of the surface treatment film is set to 1 to 60 μm. When the film thickness is 1 μm or less, the effect of the invention cannot be obtained. It is also a problem in terms of durability. If it is 60 μm or more, even if the surface treatment is performed, vibrations and torque fluctuations may be large, which may be mistaken. The best thickness is 1 to 10 μm, and it is possible to capture torque fluctuations. That is, FIG. 5A shows changes due to wear of the surface treatment layer before use, and FIG. 5B shows wear due to wear of the surface treatment layer after a certain period of time. By exposing the roughness, vibration and torque fluctuations appear. In addition, if this change is used to set the film thickness according to durability at 1 μm to 10 μm, wear progresses in proportion to the travel distance, and at the time of sliding when it reaches the end of its life Torque variation occurs and the driver can sense it.
また、ラックガイド２１のラック軸１２と接する面に表面処理をしても良く、ラック軸１２およびラックガイド２１の両方にも設けることが可能であり、ラック軸１２を滑らかに往復動することができるので、ラック軸１２とラックガイド２１との摩擦特性を安定化することができる。そして、一定期間の摺動後には、表面処理部材２３が剥離して、基材の粗さが露出されるため、トルク変動や振動が大きくなり、使用される荷重条件や必要な耐久性をより確実に検知することが可能となる。 Further, the surface of the rack guide 21 that contacts the rack shaft 12 may be surface-treated, and can be provided on both the rack shaft 12 and the rack guide 21 so that the rack shaft 12 can reciprocate smoothly. Therefore, the friction characteristic between the rack shaft 12 and the rack guide 21 can be stabilized. Then, after sliding for a certain period, the surface treatment member 23 peels off and the roughness of the base material is exposed, so that torque fluctuation and vibration increase, and the load conditions used and the required durability are further improved. It becomes possible to detect reliably.
また、上述した実施形態においては、表面処理部材２３をラック軸１２だけでなくピニオン軸１５に設けるようにしてもよい。この場合、ピニオン軸１５の摩耗に応じてラック軸方向に沿った振動の発生により異常を検知することができる。 In the embodiment described above, the surface treatment member 23 may be provided not only on the rack shaft 12 but also on the pinion shaft 15. In this case, an abnormality can be detected by the occurrence of vibration along the rack axis direction according to the wear of the pinion shaft 15.
１１…ハウジング、１２…ラック軸１２、１３…タイロッド、１４…ラックガイドハウジング部、１５…ピニオン軸、１５ａ…ピニオン、１６，１７…ベアリング、２０…ラック軸支持装置、２１…ラックガイド、２３…表面処理部材、２４…アジャストスクリュー、２５…スプリング、２６…シート部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Housing, 12 ... Rack shaft 12, 13 ... Tie rod, 14 ... Rack guide housing part, 15 ... Pinion shaft, 15a ... Pinion, 16, 17 ... Bearing, 20 ... Rack shaft support device, 21 ... Rack guide, 23 ... Surface treatment member, 24 ... adjustment screw, 25 ... spring, 26 ... sheet member
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