JP2012144132A - ラック軸支持装置および車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック軸支持装置において、異音発生を抑制し、且つ操舵開始時の引っ掛かり感を失くして操舵フィーリングを向上する。
【解決手段】ラック軸支持装置は、ハウジングの内周に、圧入により保持された環状の金属ケース１７を備える。金属ケース１７内に収容された合成樹脂製のラックブッシュ１８の一対の外周肩部１８ｂ，１８ｃを、それぞれ、第１および第２のＯリング１９，２０で軸方向Ｘ１および径方向Ｒ１に弾性支持する。ラック軸８の軸方向Ｘ１の移動の開始初期に、ラック軸８およびラックブッシュ１８の間の静止摩擦荷重によって、ラックブッシュ１８がラック軸８と軸方向Ｘ１に同行移動する。
【選択図】図４

Description

本発明はラック軸支持装置および車両用操舵装置に関する。

一般に、ラックアンドピニオン式の車両用操舵装置では、ラック軸が挿通するハウジングに嵌合された金属製のラックストッパによって、ラック軸の軸方向の移動量を規制している。また、ラックストッパよりもハウジングの軸方向内方位置で、ハウジングに嵌合された合成樹脂製のラックブッシュによって、ラック軸を軸方向に摺動可能に支持している。

特許文献１では、ラックブッシュの一端に形成された環状フランジを、ハウジングの内周の位置決め段部に当接させて、ラックブッシュの軸方向移動が実質的に規制されている。また、ラックブッシュに軸方向に延びる複数のスリットが形成され、弾性的に縮径可能とされている。ラックブッシュの外周の軸方向中央部に設けられた周溝に、Ｏリングが収容され、このＯリングによって、ラックブッシュが径方向に弾性支持されている。Ｏリングの締め付け力によって弾性的に縮径されたラックブッシュの内周とラック軸との径方向隙間が実質的にゼロにされている。

通常走行時は、ラック軸から付与されるラックブッシュへのラジアル荷重が小さいので、Ｏリングによって径方向に弾性支持されたラックブッシュの外周とハウジングの内周との間には、径方向隙間が存在している。すなわち、この径方向隙間の範囲内で、ラック軸を径方向に弾性支持し、ガタ等の異音の発生を防止している。
一方、タイヤ側からの逆入力によって、ラック軸から付与されるラックブッシュへのラジアル荷重が大きくなると、ラックブッシュが径方向に変位し、ラックブッシュの外周がハウジングの内周と接触する。これにより、ラック軸の撓みが抑制され、ラック軸の支持剛性が維持される。

特開２００８−８７５３５号公報

上記のようなラックブッシュを用いている場合、ハンドルの切り始めの微小舵角領域において、ラックブッシュの内周とラック軸の外周との間の静止摩擦力の影響で、ラック軸の軸方向への始動が遅れる。すなわち、ラック軸に対して上記静止摩擦力を上回る軸方向の力が与えられて始めて、ラック軸が動き出すことになる。したがって、操舵開始時に、運転者が、引っ掛かるような操舵フィーリングを感じるという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、異音発生を抑制でき、且つ操舵開始時の引っ掛かり感を失くして操舵フィーリングを向上することができるラック軸支持装置および車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、操舵に伴って軸方向（Ｘ１）に移動するラック軸（８）が挿通されたハウジング（９）と、上記ハウジング内に配置され、上記ラック軸を軸方向に摺動可能に支持する弾性的に縮径可能なラックブッシュ（１８）と、上記ハウジング内に配置され、上記ラックブッシュを支持する第１および第２の環状弾性部材（１９，２０）と、を備え、上記第１および第２の環状弾性部材は、上記ハウジングによって直接または介在部材（１７）を介して間接的に支持され、上記第１および第２の環状弾性部材は、それぞれ、上記ラックブッシュの第１および第２の端部（１８１，１８２）を径方向（Ｒ１）および軸方向に弾性支持し、上記ラック軸の軸方向移動の開始初期に、上記ラック軸および上記ラックブッシュの間の静止摩擦荷重（Ｆ２）によって、上記ラックブッシュが上記ラック軸と軸方向に同行移動するように構成されているラック軸支持装置（１０；１０Ａ）を提供する。

また、請求項２のように、各環状摩擦部材のセット荷重（Ｆ１）が、上記ラックブッシュおよび上記ラック軸間の上記静止摩擦荷重よりも小さくされている場合がある。
また、請求項３のように、上記介在部材は、上記ハウジングの内周に形成された保持部に圧入された金属ケース（１７）であり、上記金属ケース内に、上記ラックブッシュとしての樹脂製のブッシュ（１８）が収容されて、上記金属ケースおよび上記ラックブッシュを含むサブアセンブリ（ＳＡ）が構成されている場合がある。

また、請求項４のように、上記ラックブッシュの外周（１８ａ）に、抜脱防止突起（３０）が形成され、上記金属ケースの内周（２３ａ）に、上記抜脱防止突起が挿入された環状の係合溝（２４）が形成され、上記抜脱防止突起が上記係合溝に係合することにより、上記金属ケースから上記ラックブッシュの抜脱が防止されている場合がある。
また、請求項５のように、上記第１および第２の環状弾性部材のそれぞれは、Ｏリング（１９，２０）であり、上記ラックブッシュの上記第１および第１の端部の外周肩部（１８ｂ，１８ｃ）に、各Ｏリングを収容する環状溝（２８，２９）が、互いに軸方向の逆向きに開放するように形成されている場合がある。

また、請求項６の発明は、上記ラック軸支持装置を備える車両用操舵装置を提供する。 なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１の発明によれば、操舵に伴ってラック軸が軸方向に移動するときに、まず、対応する方向の環状弾性部材を弾性圧縮させて、ラックブッシュがラック軸と微小ストロークの間、同行移動し、その後、ラック軸がラックブッシュに対して摺動することになる。したがって、ラック軸とラックブッシュとの間の静止摩擦力よりも小さな荷重で、ラック軸を始動させることができるので、ハンドルの切り始めの操作トルクを非常に小さくすることができる。ひいては、操舵フィーリングとして、従来生じていた引っ掛かるような感じを失くすことができる。

請求項２の発明によれば、各環状摩擦部材のセット荷重を、ラックブッシュおよびラック軸間の静止摩擦荷重よりも小さくすることにより、ハンドルの切り始めの操作トルクを非常に小さくすることが実質的に可能となる。
請求項３の発明によれば、金属ケース内に、ラックブッシュとしての樹脂製のブッシュを収容することにより、金属ケースおよびラックブッシュをサブアセンブリとして構成しているので、車両への組付け性が格段に向上する。

請求項４の発明によれば、ラックブッシュの外周の突起が、金属ケースの内周の係合溝に係合することにより、金属ケースからラックブッシュの抜脱を確実に防止することができる。
請求項５の発明によれば、ラックブッシュの一対の端部の外周肩部にそれぞれ形成された一対の環状溝に、それぞれ、環状弾性部材としてＯリングを収容することにより、簡単な構成で、コスト安価に、ラックブッシュを軸方向および径方向に弾性支持することができる。

請求項６の発明によれば、操舵フィーリングに優れた車両用操舵装置を実現することができる。

本発明の一実施の形態のラック軸支持装置が適用された車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 ラックおよびピニオンの噛み合い部分に予圧を与えるバックラッシ除去機構の概略断面図である。 ラック軸支持装置の拡大断面図である。 ラックブッシュを金属ケースに収容したサブアセンブリの概略断面図である。 ラックブッシュの正面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 金属ケースに対するラックブッシュのストローク量とＯリングの反発荷重の関係を示すグラフ図である。 操舵部材の操作トルクとラック軸のストローク量との関係を示すグラフ図である。実線が本実施の形態の場合を示し、破線が従来の場合を示している。 本発明の別の実施の形態のラック軸支持装置の拡大断面図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るラック軸支持装置が適用された車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に第１の自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に第２の自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸８とを有している。ピニオン軸７およびラック軸８によりラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。

ラック軸８は、車体に固定されるハウジング９内に、軸方向Ｘ１（車両の幅方向に相当）に沿って直線往復動可能に支持されている。ハウジング９は、第１の端部９１と第２の端部９２とを有しており、第１の端部９１は、ピニオン７ａから相対的に遠く、第２のピニオン７ａに相対的に近い。本実施の形態に係るラック軸支持装置１０は、ハウジング９の第１の端部９１に配置され、ラック軸８を軸方向Ｘ１に移動可能に支持している。

本実施の形態では、上記ラック軸支持装置１０が、ハウジング９の第１の端部９１のみに配置された例に則して説明するが、上記ラック軸支持装置１０が、ハウジング９の第１の端部９１および第２の端部９２の双方に配置されていてもよい。
ラック軸８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれ継手１１を介してタイロッド１２が結合されている。各タイロッド１２は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１３に連結されている。

操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラック軸８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１３の転舵が達成される。
図１には示していないが、ハウジング９の軸方向の途中部には、ラック８ａおよびピニオン７ａの噛み合い部のバックラッシを除去するために、ラック軸８をピニオン軸７側へ弾性的に付勢するバックラッシ除去機構が設けられている。図２に示すように、バックラッシ除去機構１４は、例えば図２に示すように、ラック軸８を軸方向Ｘ１に摺動可能に支持するサポートヨーク１５と、サポートヨーク１５を介してラック軸８をピニオン軸７側へ付勢する弾性部材１６とを備えている。

図３に示すように、ラック軸支持装置１０は、ハウジング９の内周９ａに圧入により保持された介在部材としての環状の金属ケース１７と、金属ケース１７内に収容され、ラック軸８を軸方向に摺動可能に支持する合成樹脂製の環状のラックブッシュ１８と、金属ケース１７内において、ラックブッシュ１８の一対の外周肩部をそれぞれ弾性支持する環状弾性部材としての第１のＯリング１９および第２のＯリング２０とを備えている。各Ｏリング１９，２０は、ラックブッシュ１８を軸方向Ｘ１および径方向Ｒ１に弾性支持している。

図４に示すように、金属ケース１７、ラックブッシュ１８および両Ｏリング１９，２０がユニット化されてサブアセンブリＳＡを構成している。金属ケース１７は、環状の本体２１と、本体２１の軸方向の一対の端部からそれぞれ径方向内方へ突出する一対の環状の端壁２２とを有している。金属ケース１７の内周１７ｂには、本体２１と一対の端壁２２とによって区画されて、ラックブッシュ１８を収容するための環状の内周凹部２３が設けられている。

金属ケース１７の軸方向の中央部において、内周凹部２３の底２３ａには、環状の係合溝２４が形成されている。内周凹部２３の第１および第２の内隅部２３ｂ，２３ｃのそれぞれと、ラックブッシュ１８の対応する外周肩部１８ｂ，１８ｃとの間に、それぞれ対応するＯリング１９，２０が収容されるように構成されている。
図３に示すように、ハウジング９の内周９ａに形成された嵌合部９ｂに、金属ケース１７の外周１７ａ（本体２１の外周に相当）が圧入されている。また、ハウジング９の内周９ａには、位置決め段部２５が設けられている。金属ケース１７の第１の端面１７１が、位置決め段部２５に当接することにより、ハウジング９に対する金属ケース１７の軸方向移動が規制されている。

嵌合部９ｂには、軸方向に関して金属ケース１７の外周１７ａの一部のみが圧入されるようにされている。これにより、嵌合長を必要最小限として、ハウジング９への負荷を軽減し、ハウジング９の耐久性を向上している。
金属ケース１７は、例えばアルミニウム合金製であり、ラックストッパとして機能する。すなわち、ラック軸８が最大ストロークしたときに、金属ケース１７の第２の端面１７２が、ラック軸８とタイロッド１２を連結する継手１１（図１参照）の一部に当接することにより、ラック軸８の軸方向移動量を規制する。

図４、図５、および図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である図６に示すように、ラックブッシュ１８は、軸方向Ｘ１の第１および第２の端部１８１，１８２から、交互の逆向きに軸方向Ｘ１の途中部まで延びる第１のスリット２６および第２のスリット２７を有している。図４および図６に示すように、ラックブッシュ１８の外周１８ａの第１および第２の外周肩部１８ｂ，１８ｃには、それぞれ対応するＯリング１９，２０の一部を収容する第１および第２の環状溝２８，２９が設けられている。

図４に示すように、ラックブッシュ１８の第１および第２の環状溝２８，２９は、それぞれ、金属ケース１７の内周凹部２３の第１および第２の内隅部２３ｂ，２３ｃに対向している。第１の環状溝２８と第１の内隅部２３ｂの間に、第１のＯリング１９が弾性的に圧縮された状態で収容されている。また、第２の環状溝２９と第２の内隅部２３ｃとの間に、第２のＯリング２０が弾性的に圧縮された状態で収容されている。

各Ｏリング１９，２０の弾性収縮力によって、第１および第２のスリット２６，２７を有するラックブッシュ１８が弾性的に縮径されている。これにより、ラックブッシュ１８の内周１８ｄが、ラック軸８の外周８ｂに隙間無く接触している。
ラック軸８側からラックブッシュ１８に負荷されるラジアル荷重が小さいときには、ラックブッシュ１８の外周１８ａと金属ケース１７の内周凹部２３の底２３ａとの間に、隙間Ｓ１が設けられている。したがって、上記ラジアル荷重が小さいときには、ラックブッシュ１８が、両Ｏリング１９，２０によって、径方向Ｒ１に弾性支持されている。

また、ラック軸８が軸方向Ｘ１への始動の初期には、ラックブッシュ１８の第１の端部１８１および第２の端部１８２と金属ケース１７の対応する端壁２２との間には、隙間Ｓ２が設けられている。したがって、上記始動の初期には、ラックブッシュ１８が、両Ｏリング１９，２０によって、軸方向Ｘ１に弾性支持されている。
図５に示すように、ラックブッシュ１８の外周１８ａには、周方向に等間隔をあけて、複数の抜脱防止突起３０が設けられている。各抜脱防止突起３０は、図４に示すように、金属ケース１７の内周としての内周凹部２３の底２３ａに形成された係合溝２４内に挿入されている。各抜脱防止突起３０が、係合溝２４に係合することにより、金属ケース１７からのラックブッシュ１８の軸方向Ｘ１への抜脱が防止されている。これにより、各Ｏリング１９，２０が金属ケース１７から軸方向Ｘ１へ抜脱することが防止されている。

図示していないが、サブアセンブリＳＡを組み立てるときには、両Ｏリング１９，２０を装着したラックブッシュ１８を、一旦大きく縮径させて、金属ケース１７の軸方向Ｘ１から内周凹部２３内に収容した後、ラックブッシュ１８の弾性反発力で、抜脱防止突起３０を係合溝２４内に係合させるようにしている。
本実施の形態の特徴とするところは、ラック軸８の軸方向Ｘ１の移動の開始初期に、ラック軸８およびラックブッシュ１８の間の静止摩擦力によって、ラックブッシュ１８がラック軸８と軸方向Ｘ１に同行移動するように構成されている点にある。

具体的には、各Ｏリング１９，２０のセット荷重Ｆ１が、ラックブッシュ１８およびラック軸８間の静止摩擦荷重Ｆ２よりも小さくされている（Ｆ１＜Ｆ２）ことにより、ラック軸８の移動開始初期におけるラック軸８とラックブッシュ１８の同行移動が可能となる。上記セット荷重Ｆ１は、金属ケース１７に対してラックブッシュ１８が軸方向Ｘ１の中央位置にあるときに、各Ｏリング１９，２０がラックブッシュ１８に与える軸方向Ｘ１の反力荷重に等しい。

図７は、金属ケース１７に対するラックブッシュ１８の軸方向Ｘ１のストローク量を横軸とし、ラック軸８の移動側のＯリング１９または２０の軸方向Ｘ１に関する反発荷重を縦軸としている。図７に示すように、セット荷重Ｆ１が静止摩擦荷重Ｆ２よりも小さくされている。また、金属ケース１７に対して、ラックブッシュ１８が、軸方向Ｘ１に隙間Ｓ２の量だけストロークしたときの反発荷重は、静止摩擦荷重Ｆ２よりも小さくされていることが好ましい。金属ケース１７を小型化しつつ、隙間Ｓ２を有効に利用して、金属ケース１７内でのラックブッシュ１８の移動量を確保できるからである。

本実施の形態によれば、操舵に伴ってラック軸８が軸方向Ｘ１に移動するときに、まず、対応する方向のＯリング１９，２０を弾性圧縮させて、ラックブッシュ１８がラック軸８と微小ストロークの間、同行移動し、その後、ラック軸８がラックブッシュ１８に対して摺動することになる。したがって、ラック軸８とラックブッシュ１８との間の静止摩擦荷重Ｆ２よりも小さな荷重で、ラック軸８を始動させることができるので、操舵部材２の切り始めの操作トルクを非常に小さくすることができる。ひいては、操舵フィーリングとして、従来生じていた引っ掛かるような感じを失くすことができる。

各Ｏリング１９，２０のセット荷重Ｆ１を、ラックブッシュ１８およびラック軸８間の静止摩擦荷重Ｆ１よりも小さくすることにより、操舵部材２の切り始めの操作トルクを非常に小さくすることが実質的に可能となる。
すなわち、図８の実線に示すように、操舵部材２の操作トルクが小さい段階で、ラック軸８をストロークさせることができる。また、隙間Ｓ２の量だけストロークすると、ラックブッシュ１８の移動方向側の端面１８１または１８２が、金属ケース１７の対応する端壁２２と当接し、ラック軸８がラックブッシュ１８と摺動しながら、ストロークすることになる。図８において、破線は従来のラックブッシュを用いた場合を示している。従来の場合、操舵部材２の操作トルクが大きくならないと、ラック軸８がストロークしない。

また、金属ケース１７内に、ラックブッシュ１８を収容することにより、サブアセンブリＳＡを構成しているので、車両への組付け性が格段に向上する。
また、ラックブッシュ１８の外周１８ａの抜脱防止突起３０が、金属ケース１７の内周の係合溝２４に係合することにより、金属ケース１７からラックブッシュ１８の抜脱を確実に防止し、ひいては、金属ケース１７からの各Ｏリング１９，２０の抜脱を確実に防止することができる。

また、ラックブッシュ１８の第１および第２の外周肩部１８ｂ，１８ｃにそれぞれ形成された第１および第２の環状溝２８，２９に、それぞれ、第１および第２のＯリング１９，２０を収容することにより、金属ケース１７内において、簡単な構成で、コスト安価に、ラックブッシュ１８を軸方向Ｘ１および径方向Ｒ１に弾性支持することができる。
本発明は上記実施の形態に限定するものではなく、例えば、図９に示すラック軸支持装置１０Ａのように、金属ケースを廃止し、ハウジング９の内周９ａに設けられた内周凹部２３０に、環状弾性部材としてのＯリング１９，２０を直接支持するようにしてもよい。内周凹部２３０の内隅部２３０ｂ，２３０ｃとラックブッシュ１８の対応する環状溝２８，２９との間に、それぞれ第１および第２のＯリング２８，２９が介在している。内周凹部２３０の底２３０ａには、係合溝２４０が設けられ、係合溝２４０に抜脱防止突起３０が挿入されている。本実施の形態では、金属ケースの廃止により、構造を簡素化することができる。

その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、７…ピニオン軸、８…ラック軸、９…ハウジング、９１…第１の端部（ピニオンから相対的に遠い端部）、９２…第２の端部（ピニオンに相対的に近い端部）、９ａ…内周、１０；１０Ａ…ラック軸支持装置、１１…継手、１７…金属ケース、１７ａ…外周、１７ｂ…内周、１７１…第１の端面、１７２…第２の端面、１８…ラックブッシュ、１８ａ…外周、１８ｂ…第１の外周肩部、１８ｃ…第２の外周肩部、１８ｄ…内周、１９…第１のＯリング（第１の環状弾性部材）、２０…第２のＯリング（第２の環状弾性部材）、２１…本体、２２…端壁、２３；２３０…内周凹部、２３ａ；２３０ａ…底、２３ｂ；２３０ｂ…第１の内隅部、２３ｃ；２３０ｃ…第２の内隅部、２４；２４０…係合溝、２５…位置決め段部、２６…第１のスリット、２７…第２のスリット、２８…第１の環状溝、２９…第２の環状溝、３０…抜脱防止突起、Ｆ１…セット荷重、Ｆ２…静止摩擦荷重、Ｒ１…径方向、ＳＡ…サブアセンブリ、Ｘ１…軸方向

Claims (6)

1. 操舵に伴って軸方向に移動するラック軸が挿通されたハウジングと、
   上記ハウジング内に配置され、上記ラック軸を軸方向に摺動可能に支持する弾性的に縮径可能なラックブッシュと、
   上記ハウジング内に配置され、上記ラックブッシュを支持する第１および第２の環状弾性部材と、を備え、
   上記第１および第２の環状弾性部材は、上記ハウジングによって直接または介在部材を介して間接的に支持され、
   上記第１および第２の環状弾性部材は、それぞれ、上記ラックブッシュの第１および第２の端部を径方向および軸方向に弾性支持し、
   上記ラック軸の軸方向移動の開始初期に、上記ラック軸および上記ラックブッシュの間の静止摩擦荷重によって、上記ラックブッシュが上記ラック軸と軸方向に同行移動するように構成されているラック軸支持装置。
2. 請求項１において、各環状摩擦部材のセット荷重が、上記ラックブッシュおよび上記ラック軸間の上記静止摩擦荷重よりも小さくされているラック軸支持装置。
3. 請求項１または２において、上記介在部材は、上記ハウジングの内周に形成された保持部に圧入された金属ケースであり、上記金属ケース内に、上記ラックブッシュとしての樹脂製のブッシュが収容されて、上記金属ケースおよび上記ラックブッシュを含むサブアセンブリが構成されているラック軸支持装置。
4. 請求項３において、上記ラックブッシュの外周に、抜脱防止突起が形成され、
   上記金属ケースの内周に、上記抜脱防止突起が挿入された環状の係合溝が形成され、
   上記抜脱防止突起が上記係合溝に係合することにより、上記金属ケースから上記ラックブッシュの抜脱が防止されているラック軸支持装置。
5. 請求項１から４の何れか１項において、上記第１および第２の環状弾性部材のそれぞれは、Ｏリングであり、
   上記ラックブッシュの上記第１および第１の端部の外周肩部に、各Ｏリングを収容する環状溝が、互いに軸方向の逆向きに開放するように形成されているラック軸支持装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のラック軸支持装置を備える車両用操舵装置。

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