JP2012206566A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック軸が大きく揺動傾動する場合でも、ラックガイドの摩耗をなくし、異音の発生しないラックアンドピニオン機構のステアリング装置を提供する。
【解決手段】ピニオン軸２とラック軸３とが噛合するラックアンドピニオン機構において、前記ラック軸２の軸線方向に前記ラック軸３を摺動可能なラックガイド１１に、前記ピニオン軸２の回転方向に前記ピニオン軸２を摺動可能なピニオンガイド１６を弾性部材１８によって前記ラック軸３に付勢する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラックアンドピニオン式ステリング装置に関する。

従来、車両の舵取りを行うステアリング装置として、操舵部材の回転操作に応じたピニオンの回転を、該ピニオンに噛合するラックを有するラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の両端に連結された左右の前輪を押し引きして舵取りをおこなうように構成されたラックピニオン式のステアリング装置が広く採用されている。このラックピニオン式のステアリング装置は、一般的に、ラック及びピニオンをバックラッシなしに良好に噛合させるべく、両者の噛合部の逆側からラック軸に弾性接触し、前記噛合い部に与圧を加えるラックガイドを備えている。また、多くのラックアンドピニオン式のステアリング装置において、前記ラック及びピニオンは、大容量の負荷伝達とすべく、噛合い率が大きいはす歯に夫々形成してある。

このようなラックピニオン式のステアリング装置においては、ラック及びピニオンの噛合いに伴って噛合い歯面に直行する方向の力が作用するとき、ラック及びピニオンがはす歯に形成されているため、ラック軸の軸長方向に直行する方向の分力が発生し、この分力の作用により、ラック軸が軸回りに揺動する。
従来のラックアンドピニオン構造では、操舵時にラック軸の揺動傾きにより、ラックガイドとラック軸の接触面が変化している。そのため、大型車や使用条件が過酷な場合、ラックガイドとラック軸の接触面に、片あたりが発生して摩耗が発生し、異音の発生が起こる場合がある。この接触面の変化を改良するため、特許文献１にはラックガイドシートの接触部を限定する接触面の形状が提案されている。
また、特許文献２に開示の装置では、前記筒部にねじ込まれたねじ部材とラック軸との間に設けられたラックガイドがねじ部材に対して揺動可能に構成されている。この揺動可能な構成により、ラック軸が傾いてもラックガイドがラック軸の傾動に追随するため、ラックガイドがラック軸に片当たりすることが少なくなるようになっている。

特開２００３−３１２５０２号公報 特開２０１０−１８１６６号公報

しかし、特許文献１，２のいずれの装置においても、ラック軸にかかる揺動荷重をラックガイドに設けた、コイル付勢ばねで支持する構造であり、ラックガイドへの荷重はピニオン軸へ向かう方向へのみに固定されているため、ラック軸が大きく傾動する場合は、ラックガイドにかかる軸方向以外の荷重とつりあうためにラック軸がラックガイドに対して揺動して、接触面が変化する。その時、軸方向と直角のラックガイド径方向の荷重が働くことになり、そのため、ラックガイド径方向の接触面の面圧が増加し、摩耗が発生する場合があり、結果として、ラックガイドとラック軸の間にすきまを発生して、ラックガイドを収容する前記筒部（収容ハウジング）の内周壁面に衝突し、異音が発生する。これは、大型車など荷重が大きくなるほど接触面圧が増大しラックガイドの摩耗が増加してしまう可能性がでてくる。
本発明の目的は、ラック軸が大きく揺動傾動する場合でも、ラックガイドの摩耗をなくし、異音の発生しないラックアンドピニオン機構のステアリング装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ピニオン歯を有するピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛合するラック歯を有するラック軸と、前記ラック歯と前記ピニオン歯とが噛合するラックアンドピニオン機構において、前記ラック軸の軸線方向に前記ラック軸を摺動可能なラックガイドに、前記ピニオン軸の回転方向に前記ピニオン軸を摺動可能なピニオンガイドを弾性部材によって前記ラック軸に付勢され、前記弾性部材はラックガイド及びピニオンガイドの外周壁面に固定され、前記ピニオン軸の回転方向に前記ピニオン軸を摺動可能なピニオンガイドを引張り手段によって前記ラック軸に押し付けられ、前記ラック押し付け手段は、前記ラックガイドに接して前記ピニオンガイドを前記ラック軸に向けて引張り付勢する弾性部材である構造を要旨としている。

本発明の構造によれば、ラック軸が大きく揺動や傾動しても、弾性部材がラックガイドの移動を制限してラック軸に追従するため、ラック軸とラックガイドの接触面は変化せず、また面圧分布の変化が起こらず均一当たりとなる。その結果、摩耗が平滑に進む為、総摩耗量は少なくなり、ラックガイドの外周端縁が収容ハウジングの内周面に衝突しないようにすることができ、異音の発生がないラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供できる。

さらに、請求項２に記載の発明は、前記ラック歯と前記ピニオン歯とが噛合する噛合部にかかる荷重が前記ラック軸の軸線方向に前記ラック軸を摺動可能なラックガイドに、前記ピニオン軸の回転方向に前記ピニオン軸の支持軸受に支持されるピニオンガイドを弾性部材によって前記ラック軸に付勢されている構造を要旨としている。

即ち、ラックとピニオン軸の接触面にかかる荷重がラックガイドの中心軸線に対してラック軸を傾かせる場合、ピニオンガイドはピニオン軸とは摺動しないため、摺動による摩擦トルクがない状態でピニオン軸に追従する為、より安定して均一当たりとなり、摩耗が平滑に進む為、総摩耗量は少なくなり、ラックガイドの外周端縁が収容ハウジングの内周面に衝突しないようにすることができ、異音の発生がないラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供できる。

本発明の構造によれば、ラック軸が大きく揺動傾動する場合でも、ラックガイドの摩耗をなくし、異音の発生しないラックアンドピニオン機構のステアリング装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置が備えているラック軸支持装置の構成を示す部分断面図である。 付勢部材の外観図である。（a）は１つの場合、（ｂ）は２つの場合 別の実施形態に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置が備えているラック軸支持装置の構成を示す部分断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置が備えているラック軸支持装置の構成を示す部分断面図である。
図１中、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１（以下、単にステアリング装置１ともいう）は、ステアリング（図示せず）からの操舵力により回転するピニオン軸２と、ピニオン軸２に形成されたピニオン歯２ａに噛合しているラック歯３ａが形成されたラック軸３と、ラック軸３を支持しているラック軸支持装置１０とを備えている。
ラック軸３は、タイロッド（図示せず）を介して両端が操舵輪（図示せず）に接続されており、ピニオン軸２から伝達される回転力によって軸方向に沿って往復動を行い、前記操舵輪を操舵する。

ラック軸支持装置１０は、ラック軸３を往復動可能に収容しているハウジング４と、ハウジングに設けられた案内部１２と、案内部１２に進退可能に収容されたラックガイド１１と、ピニオン軸に摺動可能に支持された、ピニオンガイド１６とラックガイド１１および、ピニオンガイド１６に収容可能な凹部に設けられた弾性部材１８とを備えている。

ラックガイド１１は、ほぼ半円柱状に形成された部材であり、案内部１２に進退可能に収容されることで、ラック軸３をピニオン軸２に対して押圧支持している。ラック軸３を支持する支持面１１ｄは、ラック軸３の断面形状に応じてその断面が凹湾曲状に形成されており、ラック軸３の背面が摺接するラックガイドシート１５が固定されている。ラックガイド１１は、ラックガイドシート１５を介してラック軸３に当接しており、軸方向に沿って往復動を行うラック軸３を背面から支持している。

図２に付勢部材の構造を示している。図２（a）は１つの付勢部材の使用の場合であり、図２（ｂ）は２つの付勢部材の使用時を示している。
ピニオン側ガイド１６はピニオン軸を支持する軸受５，６の間にピニオン軸に摺動する部分を設けその外周部には弾性部材１８を保持する凹部１６ａをピニオン軸方向に2箇所ピニオンガイドの軸方向中心にして等間隔に設けてあり、複数の付勢部材例えば、コイルばねまたは、ゴム弾性体により、ラックガイドとピニオン軸を挟み込み一体化している。

弾性部材１８は、プラグ側ラックガイド１１ａとプラグ３０の間に介装されていて、ピニオン側ラックガイド１６の凹部１６a底面とに弾性的に係合している。この付勢部材１８は、ピニオン軸の軸方向にて、プラグ側ラックガイド１１と弾性部材１８ラック側ラックガイド１１を介して、ラック３をピニオン２に向けて付勢している。これにより、ラック３のラックギヤ３aとピニオン２のピニオンギヤ２a間に生じるバックラッシをなくしている。

上記のように構成したラック支持装置においては、運転者による操舵ハンドルの操舵入力に伴って操舵軸およびピニオン２が回転し、このピニオン２の回転に伴って、ラック３がラック軸方向に移動して、左右前輪が転舵する。

ところで、ピニオン２の回転時に、ハウジング４、ピニオン２、ラック３、ラック側ラックガイド１１等の各部品の精度に伴って、例えば、ラック３の軸線が軸方向に対して直角方向へ所定量傾斜するようにラック３が傾動することがあっても、ラック側ラックガイド１１が、ラック軸３に伴って揺動してラック軸３の動きに十分追従することが可能である。

また、ピニオン２の回転時に、上記した各部品の精度に伴って、例えば、ラック３の軸線がラック軸方向に対してピニオン軸方向へ所定量傾斜するようにラック３が傾動することがあっても、ラック側ラックガイド１１が、ラック３の動きに十分追従することが可能である。

このため、ピニオン２の回転時に、ラック３がラック軸方向以外の方向に不必要に移動（上記した各傾動および上記した各移動を伴ってラック軸方向に移動することがあっても、ラック側ラックガイド１１のラック３に対する十分な追従によって、ラック３の背面３ｂとラック側ラックガイド１１のガイド溝１１ｄの接触面の変化を小さくすることが可能である。したがって、上記した接触面の変化に伴う面圧分布の変化や摩擦変動を抑制することができ、面圧分布の偏りによる片当たりがなく、異常摩耗が発生しないと共に、摩擦変動に起因して生じるピニオン２のトルク変動（操舵トルクの変動）を抑制することができる。

上記のように構成されたラック軸支持装置１０によれば、弾性部材１８が、ラックガイド１１の端面１１ｃの周縁部に当接して、ラック側ラックガイドとプラグ側ラックガイドに付勢部材１８が介装されているので、ラックガイド１１が軸方向に対して傾くのを制限することができるとともに、ラックガイド１１の端面１１ｃに対して均等に付勢力を作用させることができる。このため、ラックガイド１１が案内孔１３の軸方向に対して傾いた状態で付勢されるのを防止することができる。この結果、ラックガイド１１を確実にラック軸３に向けて付勢することができ、ラトル音をより確実に抑制することができる。

図３にしめす実施例２の場合、ピニオン側ガイド１６を軸受外輪５，６に固定する構造であり、ピニオン軸２との摺動がないため、ピニオン軸２の回転による、摩擦トルクの変動がおこりにくい。また、本実施形態では、弾性部材１８の軸方向の移動を緩衝する弾性体として設けられているので、ラックガイド１１を介して急激に移動させようとする力が弾性部材１８に作用し、当該弾性部材１８が軸方向に急激に移動しようとしても、付勢部材１８の軸方向の移動が緩衝される。このため、弾性部材１８が軸方向に急激に移動することによって、ラックガイド１１の端面１１ｃから離間するのを防止し、弾性部材１８とラックガイド１１とが、離間当接することで生じる打音（異音）を抑制することができる。

また、本実施形態において、プラグ３０は、弾性部材１８に当接している第一緩衝部材１８を介して、当該弾性部材１８のプラグ３０側（軸方向一方側）への移動を規制しており、弾性部材１８がプラグ３０側へ移動に応じて過度に拡径するのを防止する規制部材としての機能を有している。
この場合、ラック軸３に過大な負荷が急激に作用することで、ラックガイド１１を介して弾性部材１８にプラグ３０側へ移動させる方向の力が過大に作用したとしても、プラグ３０が、弾性部材１８の軸方向への移動を規制して過度に拡径するのを防止するので、プラグ側ラックガイド１１ｂがピニオン軸から外れるのを防止することができる。

また、本実施形態のプラグ３０は、上述のように、弾性部材１８がプラグ側ラックガイド１１ｂから外れるのを防止することができる位置に配置されれば、その軸方向の位置について高い精度は要求されない。上記従来例におけるプラグ３０は、弾性部材１８とともに、ラックガイド１１の軸方向の位置やラック軸３のピニオン軸２に対する予圧を調整する機能を有しているため、その組み付けにおいて高い精度が要求され、微妙な調整を必要としていた。
これに対して、本実施形態のプラグ３０は、軸方向の位置について高い精度は要求されないので、上記従来例と比較して、組み付けが容易となる。

１ ラックアンドピニオン式ステアリング装置
２ ピニオン軸
３ ラック軸
４ ハウジング
１０ ラック軸支持装置
１１a プラグ側ラックガイド
１１ｂ 凹部
１１ｃ 端面
１１ｄ ガイド部
１２ 案内部
１３ 案内孔
１３ａ 内周面
１６ ピニオン側ラックガイド
１８ 弾性部材
３０ プラグ（規制部材）

Claims (2)

1. ピニオン歯を有するピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛合するラック歯を有するラック軸と、前記ラック歯と前記ピニオン歯とが噛合するラックアンドピニオン機構において、前記ラック軸の軸線方向に前記ラック軸を摺動可能なラックガイドに、前記ピニオン軸の回転方向に前記ピニオン軸を摺動可能なピニオンガイドを弾性部材によって前記ラック軸に付勢され、前記弾性部材はラックガイド及びピニオンガイドの外周壁面に固定され、前記ピニオン軸の回転方向に前記ピニオン軸を摺動可能なピニオンガイドを引張り手段によって前記ラック軸に押し付けられ、前記ラック押し付け手段は、前記ラックガイドに接して前記ピニオンガイドを前記ラック軸に向けて引張り付勢する弾性部材であるラックアンドピニオン式ステアリング装置。
2. 前記ラック歯と前記ピニオン歯とが噛合する噛合部にかかる荷重が前記ラック軸の軸線方向に前記ラック軸を摺動可能なラックガイドに、前記ピニオン軸の回転方向に前記ピニオン軸の支持軸受に支持されるピニオンガイドを弾性部材によって前記ラック軸に付勢されている請求項１に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。

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