JP2012245811A - ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の操舵時だけでなく、凹凸路面の走行時などに車輪側からラック軸に逆入力が伝達される場合にも、ラック歯とピニオンギヤの噛合部におけるバックラッシュを効果的に吸収して異音の発生を低減すると共に、操舵抵抗の増大を防止して良好な操舵フィーリングが得られるラック・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・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、ラックガイド１８のラック軸１３と反対側に配置され、ラックガイド１８をラック軸１３方向に付勢する付勢手段である皿ばね２０と、ラックガイド１８のラック軸１３と反対側に配置され、ピニオンギヤ１２とラック歯１５との離間を規制するダンパ機構１９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に用いられるステアリング装置に関し、特に、ラック軸とピニオン軸とを備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に関する。

ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、ステアリング操作によって回転するステアリングシャフトに連結され、ピニオンギヤを有するピニオン軸と、このピニオンギヤに噛合するラック歯を有してピニオン軸と交差する軸方向に直線運動するラック軸とを備え、ラック軸の直線運動により車輪を操舵するようになっている。

ピニオンギヤとラック歯との噛合部は、ステアリング操作によってピニオンギヤの歯面とラック歯の歯面との間に離間力が働き、ラック軸がピニオンギヤから離間して噛合部にバックラッシュが発生する傾向がある。また、ピニオンギヤとラック歯との噛合部には、走行中の路面の凹凸等によって、車輪からラック軸に伝達される逆入力と言われる力が作用し、これによっても、ピニオンギヤとラック歯との噛合部に離間力が作用する。

従来、ラック軸を挟んでピニオンギヤと反対側に設けられたラックガイドを介してラック軸をピニオンギヤに向けて付勢することにより噛合部に予圧を与え、ピニオンギヤとラック歯との離間を抑えてバックラッシュの発生を防止している。しかし、噛合部に作用する離間力が噛合部の予圧力より大きいと、ピニオンギヤとラック歯が離間してラトル音などの異音が発生する問題があった。また、ピニオンギヤとラック歯とが大きく離間すると、ラックガイドが、ラックガイドとの隙間を調整するための調整ねじに衝突する可能性があり、大きな衝突音が発生するので、ピニオンギヤとラック歯との離間を小さく抑制することは、異音の発生を防止して操舵フィーリングを向上させる上から重要である。

噛合部で生じる異音を防止する技術としては、電動アシストモータの出力軸とウォーム軸との間にゴム状弾性材料を設け、このゴム状弾性材料の弾性力によって電動アシストモータとウォーム軸との結合部における歯打音を低減するようにした電動パワーステアリング装置の防振構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ラック軸とラックガイドとの間にゴムなどの弾性変形自在部材を介在させ、これによりラックガイドに押圧力を付与するためのコイルばねを排除して、コイルばねのへたりに起因する異音の発生を防止するようにしたラックピニオン式ステアリング装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３９５１１１０号公報 特許第４４７０６６０号公報

しかしながら、特許文献１は、電動アシストモータの出力軸とウォーム軸との結合部における歯打音による騒音低減を図ったものであり、通常のステアリング操舵時だけでなく、凹凸路面の走行時などに車輪側からラック軸に逆入力が伝達される場合にも、ピニオンギヤとラック歯との噛合部で発生する異音を防止するようにした本発明の技術とは異なるものである。また、特許文献２は、弾性変形自在部材の弾性による押付け力によって、ピニオンギヤとラック歯とのバックラッシュをなくすようにしているが、押付け力の設定に
微妙な調整を必要とし、押付け力が小さすぎると走行時に異音が発生し、また、大きすぎると操舵抵抗が大きくなって操舵フィーリングが損なわれる問題があり、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常の操舵時だけでなく、凹凸路面の走行時などに車輪側からラック軸に逆入力が伝達される場合にも、ラック歯とピニオンギヤの噛合部におけるバックラッシュを効果的に吸収して異音の発生を低減すると共に、操舵抵抗の増大を防止して良好な操舵フィーリングを維持することができるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）ステアリングシャフトに連結され、ピニオンギヤを有するピニオン軸と、
前記ピニオンギヤに噛合するラック歯を有するラック軸と、
前記ラック軸の背面を支持するラックガイドと、
を備えるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置であって、
前記ラックガイドの前記ラック軸と反対側に配置され、前記ラックガイドを前記ラック軸方向に付勢する付勢手段と、
前記ラックガイドの前記ラック軸と反対側に配置され、前記ピニオンギヤと前記ラック歯との離間を規制するダンパ機構と、
を備えること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）前記ダンパ機構は、流体がオリフィスを通過する際の粘性抵抗を利用したオイルダンパであることを特徴とする上記（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）前記ダンパ機構は、衝撃吸収性能を有するシート状弾性部材であることを特徴とする上記（１）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。

上記（１）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置によれば、ラックガイドのラック軸と反対側に、ラックガイドをラック軸方向に付勢する付勢手段と、ピニオンギヤとラック歯との離間を規制するダンパ機構と、が配置されているので、通常の操舵時に操舵抵抗を増大させることなく、ラック歯とピニオンギヤの噛合部におけるバックラッシュを吸収して異音の発生を防止すると共に、凹凸路面の走行時などに車輪側からラック軸に逆入力が伝達される場合にも、噛合部のバックラッシュを効果的に吸収して異音の発生を防止することができる。

また、上記（２）又は（３）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置によれば、ダンパ機構は、オイルダンパ、或いはシート状弾性部材であるので、簡単、且つ、安価な機構によって噛合部における異音の発生を防止することができる。

本発明の第１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の断面図である。 図１に示すラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラック軸支持構造を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るラック軸支持構造を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係るラック軸支持構造を示す模式図である。

以下、本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の各実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１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の断面図、図２はラック軸支持構造の断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、ステアリング操作により回転する不図示のステアリングシャフトに連結されたピニオン軸１１と、ピニオン軸１１に形成されたピニオンギヤ１２に噛合するラック歯１５を有するラック軸１３とを備え、ハウジング１４内に収納されている。

ピニオン軸１１は、軸方向に離間して配置された玉軸受４０とニードル軸受４７とによってハウジング１４に回転自在に支持されている。ラック軸１３は、その軸方向がピニオン軸１１の軸方向と交差する方向に配置され、軸方向の一側面（ピニオン軸１１側）に形成されたラック歯１５がピニオンギヤ１２に噛合して、軸方向に往復直線運動可能にハウジング１４に支持されている。ラック軸１３の両端は、不図示の車輪操舵用リンク機構に連結されている。

ラック軸１３を挟んでピニオンギヤ１２と反対側には、ラック軸支持機構５０が、ハウジング１４に設けられた支持機構収容室１７に摺動自在に嵌合している。ラック軸支持機構５０は、ラックガイド１８と、ダンパ機構１９と、付勢手段である皿ばね２０と、を備える。

ラックガイド１８は、ラック軸１３側に形成された半円筒状の凹面２１を有し、この凹面２１がラック軸１３の背面２２に摺動自在に接触してラック軸１３を支持する。

ダンパ機構１９は、上方に開口するピストン室２４が穿設されたダンパ外筒２３と、ピストン室２４に摺動自在に嵌合するピストンロッド２５と、ピストン室２４の開口部を封止するダイヤフラム２６と、を備える。

ダンパ外筒２３には、ピストン室２４の外周部を形成する小径部２７と、ダンパ外筒２３の中心を通りピストン室２４に連通する貫通孔２８と、が形成されている。ダンパ外筒２３は、外周面に装着されたＯリング２９によって封止されて支持機構収容室１７に摺動自在に嵌合する。また、小径部２７は、ラックガイド１８の裏面側に形成された凹部３０に圧入されて固定されている。これにより、ダンパ外筒２３は、ラックガイド１８と共に、支持機構収容室１７に案内されてラック軸１３に接近および離間する方向に摺動移動可能である。

ピストンロッド２５は、ピストン室２４に摺動自在に嵌合する大径のピストン部３１と、ピストン部３１から軸方向に延設されたロッド３２と、を有する。ピストン部３１には、小径孔のオリフィス３３が貫通して設けられている。ロッド３２は、ダンパ外筒２３の貫通孔２８に摺動自在に嵌合し、ロッド３２と貫通孔２８との隙間が、Ｏリング３４によって封止されている。ピストン部３１が摺動自在に嵌合するピストン室２４は、内部にダンパオイル３５が充填され、その上方側開口部（図中、上方）にダイヤフラム２６が配置されて密閉されている。

支持機構収容室１７の下方側開口部（図中下部）は、下方側開口部に設けられた雌ねじに螺合する調整ねじ４１により封止されている。調整ねじ４１とダンパ機構１９（ダンパ外筒２３）との間には、付勢部材である皿ばね２０が装着されて、ダンパ機構１９をラック軸１３に向けて付勢している。皿ばね２０の弾性力によりラック軸１３に向けて付勢されたダンパ機構１９は、ラックガイド１８を介してラック軸１３をピニオン軸１１に向けて付勢する。皿ばね２０の弾性力は、調整ねじ４１のねじ込み量を調整することにより調
整可能である。また、調整ねじ４１には、ピストンロッド２５のロッド３２の一端が固定されている。

本実施形態の作用を説明する。本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、図１に示すように、ステアリング操作によりピニオン軸１１が回転すると、この回転は、ピニオンギヤ１２とラック歯１５との噛合によりラック軸１３の直線運動に変換されて車輪が操舵される。このとき、ピニオンギヤ１２とラック歯１５との間に離間力が作用して、ピニオンギヤ１２とラック歯１５との間にバックラッシュが発生する。しかし、皿ばね２０の弾性力により、ラックガイド１８を介してラック軸１３がピニオンギヤ１２とラック歯１５との噛合部に向けて付勢されているので、噛合部におけるバックラッシュの発生が防止される。

また、凹凸のある路面を走行すると、車輪操舵用リンク機構を介して車輪側からラック軸１３に走行に伴う反力が伝達される。この反力には、ときとして周期性のない大きな衝撃力が発生する場合があり、ピニオンギヤ１２とラック歯１５とが離間し、元に戻る際にピニオンギヤ１２とラック歯１５同士が干渉してラトル音などの異音が生じる虞がある。

しかし、ラック軸１３に作用する衝撃力によって、ダンパ外筒２３がラックガイド１８と共に皿ばね２０の弾性力に抗してピニオン軸１１から離間する方向に移動すると、ピストン室２４内でピストン部３１が相対的に移動（より具体的には、ピストン部３１に対してダンパ外筒２３が移動）し、ピストン室２４内に充填されているダンパオイル３５が、オリフィス３３を通過して一方のピストン室２４から他方のピストン室２４に流れる。これにより、ダンパオイル３５の粘性抵抗によるダンパ効果が作用して、ラックガイド１８の移動が抑制され、ピニオンギヤ１２とラック歯１５との離間が防止されて、異音の発生が防止される。

このダンパ機構１９によるダンパ効果は、入力が急激に立ち上る衝撃力に対して有効であり、通常運転での操舵時のように、比較的ゆっくりとした入力ではダンパ効果は小さい。従って、操舵抵抗が大きくなることはなく、良好な操舵フィーリングが維持される。

以上説明したように、本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０によれば、ラックガイド１８のラック軸１３と反対側に、ラックガイド１８をラック軸１３方向に付勢する皿ばね２０と、ピニオンギヤ１２とラック歯１５との離間を規制するダンパ機構１９と、が配置されているので、通常の操舵時に操舵抵抗を増大させることなく、ラック歯１５とピニオンギヤ１２の噛合部におけるバックラッシュを吸収して異音の発生を防止すると共に、凹凸路面の走行時などに車輪側からラック軸１３に逆入力が伝達される場合にも、噛合部のバックラッシュを効果的に吸収して異音の発生を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の第２実施形態について図３を参照して説明する。図３は本発明の第２実施形態であるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラック軸支持構造を示す模式図であり、付勢部材およびダンパが第１実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置と異なる。その他の部分については、本発明の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

第２実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、ラック軸支持機構５０が、ラックガイド１８と、調整ねじ４１とラックガイド１８との間に配設された付勢手段である圧縮コイルばね４５と、ダンパオイルの粘性抵抗を利用したオイルダンパ４
６と、を備える。圧縮コイルばね４５は、ラックガイド１８をラック軸１３に向けて付勢し、オイルダンパ４６は、ラックガイド１８を介して伝達されるラック軸１３の衝撃力を吸収する。

本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０によれば、ラック軸１３に衝撃的な力が作用しても、オイルダンパ４６がこれを吸収するので、簡単、且つ、安価な機構によって、噛合部における異音の発生を効果的に防止することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の装置の第３実施形態を説明する。図４は本発明の第３実施形態であるラック軸支持構造を示す模式図であり、ダンパが第２実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置と異なる。その他の部分については、本発明の第２実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

第３実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、ラックガイド１８をラック軸１３に向けて付勢する付勢手段が圧縮コイルばね４５であり、ダンパが、ラックガイド１８と調整ねじ４１との間に配置された衝撃吸収性能を有するシート状弾性部材４８で構成されている。

ラック軸１３に衝撃力が作用してラックガイド１８がラック軸１３から離間する方向に移動すると、ラックガイド１８がシート状弾性部材４８を調整ねじ４１との間で狭持して変形させることで、エネルギを吸収する。シート状弾性部材４８としては、ゴム又はシリコン樹脂等が用いられる。

本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０によれば、ダンパがシート状弾性部材４８であるので、このシート状弾性部材４８をラックガイド１８と調整ねじ４１との間に配置するだけで、簡単、且つ、安価な機構によって噛合部における異音の発生を防止することができる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０ ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置
１１ ピニオン軸
１２ ピニオンギヤ
１３ ラック軸
１５ ラック歯
１８ ラックガイド
１９ ダンパ機構
２０ 皿ばね（付勢手段）
２２ ラック軸の背面
３３ オリフィス
３５ ダンパオイル（流体）
４５ 圧縮コイルばね（付勢手段）
４６ オイルダンパ（ダンパ機構）
４８ シート状弾性部材（ダンパ機構）

Claims (3)

1. ステアリングシャフトに連結され、ピニオンギヤを有するピニオン軸と、
   前記ピニオンギヤに噛合するラック歯を有するラック軸と、
   前記ラック軸の背面を支持するラックガイドと、
   を備えるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置であって、
   前記ラックガイドの前記ラック軸と反対側に配置され、前記ラックガイドを前記ラック軸方向に付勢する付勢手段と、
   前記ラックガイドの前記ラック軸と反対側に配置され、前記ピニオンギヤと前記ラック歯との離間を規制するダンパ機構と、を備えること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. 前記ダンパ機構は、流体がオリフィスを通過する際の粘性抵抗を利用したオイルダンパであることを特徴とする請求項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. 前記ダンパ機構は、衝撃吸収性能を有するシート状弾性部材であることを特徴とする請求項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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