JP2012206642A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収容ハウジング内に収容されたラックガイドを２分割構造とした場合のラックガイドと収容ハウジングとの衝突を防止し異音の少ないラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供する。
【解決手段】ラックハウジング４には筒状の収容ハウジング１０が一体形成されている。収容ハウジング１０内の収容室１３にはラックガイド１１が収容ハウジング１０の軸線方向に往復動可能に収容されている。ラックガイド１１は、円筒形状の台座１１ｂと、前記台座に連結されたガイド部とを備えた第２の台座１１aと分割され、前記台座とガイド部とを備えた前記第２台座の間に弾性部材１６を備え、前記弾性部材１６は前記ラックガイドハウジング１０の内周壁面に密接して前記ラックガイド１１を支持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に関する。

ピニオン軸のピニオン歯とラック軸のラック歯とを噛合させたラックアンドピニオン機構では、ピニオン軸の回転がラック軸の往復動に変換される。ラックアンドピニオン機構は、例えば特許文献１，２，３に開示のように車両用のステアリング装置に用いられる。ステアリング操作によるピニオン軸の回転は、ラック軸の往復動に変換され、これにより転舵輪の舵角が変更される。

特許文献２に開示のラックアンドピニオン機構においては、ラック軸は、スプリングのばね力によって押し付けられたラックガイドによりラック軸の軸線方向に往復動可能に支持されている。ラックガイドは、ラック軸を収容するラックハウジングに一体形成された筒部（収容ハウジング）内に往復動可能に嵌入されており、前記スプリングは、ラックガイドをラック軸に向けて付勢するように前記筒部内に収容されている。

ラックガイドは、ラック軸に対して接離する方向にのみ移動可能である。そのため、ステアリング操作に伴うラック軸の移動や車両の走行に伴う振動等によってラック軸が傾くと、ラックガイドがラック軸に片当たりして異音が発生したり、ラック軸あるいはラックガイドが損傷したり、摩耗したりする場合がある。

特許文献１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傾動可能に構成されている。この傾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はない。

特許文献３に開示の装置では、ラックガイドがラック側ラックガイドとスプリング側ラックガイドとの２分割構造となっており、ラック側ラックガイドとスプリング側ラックガイドとの間に球体あるいはピンが介在されている。ラック側ラックガイドは、球体あるいはピンの存在によってスプリング側ラックガイドの軸線に対して傾動可能となっている。この傾動可能な構成により、ラック軸が傾いてもラック側ラックガイドがラック軸の傾動に追随するため、ラック側ラックガイドがラック軸に片当たりすることはない。

実公昭６１−２３９６９号公報 特開２００５−４１２５１号公報 特開２０１０−１８１６６号公報

しかし、特許文献１，３のいずれの装置においても、傾動するラックガイドが前記筒部（収容ハウジング）の内周壁面に衝突し、異音が発生する。
本発明の目的は、収容ハウジング内に収容されたラックガイドを２分割構造とした場合のラックガイドと収容ハウジングとの衝突を防止し異音の少ないラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供する。

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ように前記ラック軸に押し付けられるラックガイドとを備え、前記ラックガイドは、収容ハウジング内の収容室に収容されており、前記ラックガイドは、前記ラック軸の軸線方向に前記ラック軸をガイド可能に、押し付け手段によって前記ラック軸に押し付けられるラックアンドピニオン機構において、前記ラックガイドは、前記収容室に収容された台座と、前記台座に連結されたガイド部とを備えた第２の台座と分割され、前記台座とガイド部とを備えた前記第２台座の間に弾性支持部材を備え、前記弾性部材は前記ラックガイドハウジング部の内周壁面に密接して前記ラックガイドを支持している構造を要旨としている。

本発明の構造によれば、傾動可能な構成により、ガイド部を備えた台座がラック軸が傾いても弾性支持部材がラック軸の移動により変形してラックガイド摺動部が常にラックに追従する為、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耐久後も性能が安定している。また、ガイド部の外周と収容室の室形成壁面との間に弾性部材で支持されているため、ガイド部の外周と収容室の室形成壁面とが衝突することはなく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ができる。

請求項２に記載の発明は、前記弾性部材はラックガイドの基部の外周壁面に固定され、前記ラックガイドハウジング部の内周壁面に密接して前記ラックガイドを支持する第１支持部材と前記押し付け手段は、前記台座に接して前記台座を前記ラック軸に向けて付勢する圧縮バネであることを要旨としている。

即ち、ガイド部に対する荷重の作用方向が台座の中心軸線と略直交するような場合には、荷重が台座の中心軸線に対してガイド部を台座とともに傾かせる場合、環状溝に嵌め込まれている弾性リングは、弾性変形して台座の傾きを吸収する。弾性リングの弾性特性や、ガイド部及び台座の外周面と収容ハウジングの内周面との間の隙間を適切に設定すれば、ガイド部及び台座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る。弾性リングの存在は、台座の外周端縁が収容ハウジングの内周面に衝突することに起因する異音発生のないラックアンドピニオン式ステアリング装置ができる。

さらに請求項３に記載の発明は、前記弾性部材は断面が略三角形状であり、三角形の頂点がラックとピニオンシャフトの軸方向にラックと遠い方向であることを要旨としている。即ち、.低摩擦弾性体の外周がラックガイド抜け側の抵抗となるため噛合い歯部の離間力に対するロバスト性が向上し、異音を低減でき異音発生のないラックアンドピニオン式ステアリング装置ができる。

本発明は、収容ハウジング内に収容されたラックガイドを２分割構造とした場合のラックガイドと収容ハウジングとの衝突を防止し異音の少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)は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 付勢部材が弾性的に軸方向に移動する際の態様を説明するための図である。

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、ラックガイド１１のプラグ側に収容可能な凹部に設けられた付勢部材１８と、案内孔１３の外部側開口を塞ぐプラグ３０とを備えている。

ラックガイド１１は、ほぼ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。

ラックガイド１１は、ハウジング１２内に組付けられてラック３をラック軸方向に移動可能に支持するためのものであり、ラック側ラックガイド１１aとプラグ側ラックガイド１１ｂに2分割されている。ラック側ラックガイド１１aとプラグ側ラックガイド１１ｂの間に、弾性体１６を備えている。ラック側ラックガイド１１aおよびプラグ側ラックガイド１１ｂは、それぞれ外周が円形であって、ハウジング１２の内穴13に収容されている。

ラック側ラックガイド１１aは、ピニオン側にラック３の背面３ｂに摺動可能に係合するガイド溝１１ｄを有していて、プラグ側に半球面状に形成された摺動面部１１eを有している。このラック側ラックガイド１４の外周とハウジング１２の内穴１３の間には、所定量の隙間（内穴１３の径方向隙間）が設けられている。

プラグ側ラックガイド１１ｂは、ピニオン側にラック側ラックガイド１１aの間にある弾性体１６を支持する面を有し、プラグ側にスプリング１８を収容可能な凹部１１ｃを有している。このプラグ側ラックガイド１１ｂの外周とハウジング１２の内穴１３の間には、所定量の隙間（内穴１３の径方向隙間）が設けられている。

弾性体１６は、ラック側ラックガイド１１aとプラグ側ラックガイド１１ｂの間に介装されていて、ラック側ラックガイド１１aの摺動面部に対して弾性体１６が弾性変形することによりラックガイド１１aは傾動可能である。

付勢部材１８は、プラグ側ラックガイド１１ｂとプラグ３０の間に介装されていて、スプリング側ラックガイド１１ｂの凹部１１ｃ底面とプラグ３０の内端面に弾性的に係合している。この付勢部材１８は、軸方向にて、プラグ側ラックガイド１１ｂと弾性体１６とラック側ラックガイド１１a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ュを低減させることが可能である。

プラグ３０は、付勢部材１８の付勢力を調整するためのものであり、ハウジング１２の内穴１３に進退可能に組み付けられている。このプラグ３０とプラグ側ラックガイド１１ｂとの間には、所定量の隙間（内穴１３の軸方向隙間）が設けられている。

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１１aおよびプラグ側ラックガイド１１ｂ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１１aが、プラグ側ラックガイド１１ｂに対して揺動してラック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１１aが、プラグ側ラックガイド１１ｂに対して揺動してラック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１１a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１１a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摩擦変動を抑制することができ、この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）を抑制することが可能である。

プラグ３０は、付勢部材１８の裏面２３側に配置され、案内孔１３の外部側開口を塞いでいる。プラグ３０は、外周面に雄ねじ部３０ｂが設けられており、案内孔１３の外部側開口に設けられた雌ねじ部１３ｂに螺合し固定されている。

図３は、付勢部材が弾性的に軸方向に移動する際の態様を説明するための図である。
図３において、弾性体１６がハウジング内周１３aに嵌め込まれている状態で、最も縮径した状態を実線で示している。
図に示すように、弾性体１６は、最も拡径した状態から、ハウジング内周面１３aで接触して、内周軸方向に接触圧力が非対称になるようになり、プラグ側ラックガイド11bに近いほうで圧力が高くなっている。そのため、ピニオン側からの力に対して抵抗が大きくなり、ラックガイドの挙動の抵抗となっている。逆向きの力に対しては比較的動きやすいため、ラックの振動に対して、減衰させる効果があり、異音に対しての効果がでてくる。

上記のように構成されたラック軸支持装置１０によれば、付勢部材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弾性他１６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。

また、一般にラックガイドは、軸方向に往復動するラック軸を摺動可能に支持しているので、使用に伴う経年劣化によって摩耗が生じる。このような摩耗が生じると、付勢部材１８によって付勢されているプラグ側ラックガイド１１ｂはラック軸３側に相対的に移動するため、プラグ側ラックガイド１１ｂとプラグ３０との間にクリアランスが生じる。このようなクリアランスが生じると、プラグ側ラックガイド１１ｂはこのクリアランス分だけ軸方向に大きく移動可能となる。このため、例えば、悪路等を走行しラック軸３に急激な負荷が作用した場合、その急激な負荷に応じてプラグ側ラックガイド１１ｂがプラグ３０側に大きく後退し、プラグ側ラックガイド１１ｂとプラグ３０とが接触することによる異音が発生する場合があった。

また、本実施形態では、付勢部材１８の軸方向の移動を緩衝する弾性体１６が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付勢部材１８に作用し、当該付勢部材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、付勢部材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、付勢部材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、付勢部材１８に当接している第一緩衝部材１８を介して、当該付勢部材１８のプラグ３０側（軸方向一方側）への移動を規制しており、付勢部材１８がプラグ３０側へ移動に応じて過度に縮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を介して付勢部材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、付勢部材１８の軸方向への移動を規制して過度に収縮するのを防止するので、付勢部材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。

また、本実施形態のプラグ３０は、上述のように、付勢部材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。
一方、上記従来例におけるプラグは、付勢部材とともに、ラックガイドの軸方向の位置やラック軸のピニオン軸に対する予圧を調整する機能を有している。このため、プラグは、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 ピニオン側ラックガイド
１１ｂ プラグ側ラックガイド
１１ｃ 端面
１１ｄ ガイド部
１２ 案内部
１３ 案内孔
１３ａ 内周面
１６ 弾性体
１８ 付勢部材
３０ プラグ（規制部材）

Claims (3)

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ように前記ラック軸に押し付けられるラックガイドとを備え、前記ラックガイドは、収容ハウジング内の収容室に収容されており、前記ラックガイドは、前記ラック軸の軸線方向に前記ラック軸をガイド可能に、押し付け手段によって前記ラック軸に押し付けられるラックアンドピニオン機構において、前記ラックガイドは、前記収容室に収容された台座と、前記台座に連結されたガイド部とを備えた第２の台座と分割され、前記台座とガイド部とを備えた前記第２台座の間に弾性支持部材を備え、前記弾性部材は前記ラックガイドハウジング部の内周壁面に密接して前記ラックガイドを支持している構造を特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
2. 前記弾性部材はラックガイドの基部の外周壁面に固定され、前記ラックガイドハウジング部の内周壁面に密接して前記ラックガイドを支持する第１支持部材と前記押し付け手段は、前記台座に接して前記台座を前記ラック軸に向けて付勢する圧縮バネである請求項１に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
3. 前記弾性部材は断面が略三角形状であり、三角形の頂点がラックとピニオンシャフトの軸方向にラックと遠い方向である請求項１および２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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