JP2012507445A - 自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置 - Google Patents

Abstract

自動車ラックステアリングのオフセットプッシャー装置（８）は、内周縁部（１１）が外周縁部（１２）に対し偏心した偏心サポート（１０）を含み、サポート（１０）が一方向に回転するように弾性要素（１６）により付勢され、その内周縁部（１１）を介してラック（３）の背部（９）をステアリングピニオン（５）の歯に向けて押すように構成され、偏心サポート（１０）は、ケーシング（１３）内に組み付けられ、それ自身が、ラック（３）の歯（６）の面（Ｐ）と略平行で、かつ、ラック（３）の長軸（Ａ）に直交する方向（Ｂ）に摺動し、弾性要素（１６）は、スライディングケーシング（１３）の壁と、偏心サポート（１０）との間に配置されている。

Description

本発明は、一般にラックアンドピニオンステアリング装置に関するものである。特に、本発明は、自動車のステアリング装置のためのプッシャー装置に関する。さらに、オフセットプッシャー装置と呼ばれているものに関する。

自動車の装備品であるステアリング装置のステアリングピニオンは、自動車のステアリングホイール手段により操作されるステアリングコラムに連結されており、多くの場合、ピニオンには油圧又は電気による動力供給がなされる。ステアリングピニオンは、ステアリングハウジング内で長手方向にスライド可能に設けられたラックに噛み合う。ハウジングの外側のラックの２つの端は、自動車の左右の操舵輪に結合されるタイロッドにそれぞれ連結されている。そのため、ステアリングコラムにより上記ピニオンに伝達されたステアリングホイールの一方向及び他方向の回転は、ラックにより変換されて、結果、タイロッドを経て操舵輪を右又は左に回すことになる。

自動車のフロント駆動装置に連結されている上記ステアリング装置のラックアンドピニオン機構は、タイロッドを経て、自動車走行中の道路の状態に起因する上向きの力、衝撃及び振動の影響を受ける。タイロッドとラックで形成される角度により、力は、ラックをピニオンから離すようにラックに作用する。

このことから、ラックは、たいてい、ピニオンの噛み合った部分におけるラックの背側に、ラックの歯をピニオンに強く弾性的に押し付けるプッシャーと呼ばれる装置により永続的な抵抗力を付加して使用されている。上記プッシャーは、それ故、ピニオンの歯とラックの間の遊びを制限する。そして、プッシャーは、ハウジング内のラックのスライド力のコントロールも行う。

最も多い実施例では、プッシャー装置は、ラックの長手方向の軸に略垂直な方向に移動可能にマウントされた剛体部で構成されたプッシャー本体を含み、そして、ラックの長手方向の軸に略垂直な方向に配置されたスプリングによってラックの背側を押すように構成されている。

一方、例えば特許文献１（特許文献２、特許文献３）に開示されているように、オフセットプッシャー装置がある。回転可能なヨークは、ラックをピニオンに向けて押す偏心部を含み、そのヨークは、ラックの長手方向の軸と平行な軸周りに回転可能にピニオンハウジングのようなハウジングに取り付けられている。ヨークの内周縁部は、ハウジング内で回転したときに偏心部がラックの背側をピニオンの歯に向けて押して噛み合いを維持できるように、その外周に対し偏心している。そのヨークは、組立の不正確さ及び摩耗によって生じるラックの歯とピニオンの歯との間の遊びを無くすように、スプリングにより一方向に回転させるようにしている（特許文献２参照）。

上記特許文献１では、ヨークの内周縁部が、ラックを支える板バネが組み付けられる凹部を含んでおり、そして、ラックの直進性の製造上の欠陥を相殺するためにわずかな径方向の動きを許容するようになっている。

オフセットプッシャー装置の利点は、特に、上記装置のコンパクトさと、一定の角度位置に達した回転可能なサポートを後方へ逆回転させないことにある。

ところで、上記特許文献１に従って構成すると、板バネが、回転可能なヨークとラック手段との間に位置付けられ、バネ上でいつも同じように支えられているラックが様々な力を受けたとき、バネとラックとの接触を失わせる原因となる。加えて、板バネは、時間の経過によるヨークの連続的な回転により位置を変え、ラックの押し付け力の強さの変化を引き起こす。これは、オフセットプッシャー装置により得られる機能の低下を導く。

米国特許第６２４７３７５号明細書 仏国特許第２２１９８６８号明細書 欧州特許出願公開第０７７０５３８号明細書

本発明は、これら欠点を削減するためになされており、したがって、プッシャー装置の部材の動きと位置をより良く制御することを通して、ラックアンドピニオンステアリングのためのオフセットプッシャー装置の機能を改良することを課題とする。

この目的のために、発明の主題は、自動車のラックアンドピニオンステアリングのためのオフセットプッシャー装置であり、この装置は、知られたように、内周縁部が外周縁部に対し偏心した偏心サポートを含み、偏心サポートが一方向に回転するように弾性要素により付勢され、その内周縁部を介してラックの背部をステアリングピニオンの歯に向けて押すように構成され、このオフセットプッシャー装置は、偏心サポートがケーシング内で回転可能に組み付けられるとともに、ラックの歯の面と略平行で、かつ、このラックの長軸と直交する方向に摺動するように組み付けられ、弾性要素は、スライディングケーシングの壁と、内周縁部を有する偏心サポートとの間に配置され、この偏心サポートを予め定められた方向に回転させ、他の弾性手段は、スライディングケーシングと、例えばステアリングハウジングのような固定要素との間で上記ケーシングに作用するラックに関係した好ましくは全ての方向の減衰効果を得るように配置されていることが本質的に特徴付けられている。

これにより、本発明の原理は、ピニオンとラックの直進性の製造上の欠陥を吸収する機能から、組立及び使用に起因する遊びを補償する機能を、偏心サポートによって確実に分けるものであり、ハウジングに支持される減衰バネ手段の動きに従って確保する。この２つの機能の区分は、特に偏心部を有する剛体のサポートで直接的に支持されるラックの優れた案内を提供する。それは、偏心サポートの支持ポイントの安定によるプッシャー装置の逆転もまた制限する。

上記偏心サポートを動かすバネ手段は、この偏心サポートとスライディングケーシングとの間に配置される。バネ手段は、圧縮バネが、好適な弾性要素の形であり、圧縮バネの一端部がスライディングケーシングの内壁を押し、他端部が偏心した内周縁部を有する偏心サポートに固定された放射状のアームのスタッドピンに結合される。

減衰機能を持つ弾性手段は、スライディングケースとステアリングハウジングとの間に配置され、少なくとも１つ、特に２つのＯリングで形成され、それぞれ、スライディングケーシングの２つの端に位置する環状溝に一致するように取り付けられる。

有利であるのは、偏心した内周縁部を持つ偏心サポートは、ラックを完全に覆わず、楔のようなアーチ形をしていることである。それ故、全体の機構は、コンパクトのままで、ラックの背側に、ステアリングピニオン側から離れた方へ配置することができる。さらにコンパクトさの利点と、上記配置によれば、ステアリングピニオンとラックの移動端との間に障害物が形成されない場合に、２つの蛇腹シールと、ステアリングハウジングの各々の端に一致した２つの移動端の台とを組み付けることが可能になる。

上記発明は、次の明細書と、自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置の一実施形態の例図としての添付図面の助けにより理解が容易になる。

発明の主題にかかるオフセットプッシャー装置が適用されたラックステアリングのハウジングとその近傍の構成部品の正面図である。 発明の主題にかかるオフセットプッシャー装置のラックの長軸に垂直な断面図である。 このオフセットプッシャー装置の不可逆状態の概略図である。 このオフセットプッシャー装置の構成部品とラックの一部の分解透視図である。

図１は、長軸Ａに沿って延びるステアリングハウジング２を含む自動車のステアリング装置の部分を示す図である。長軸Ａは、ハウジング２内にスライド可能に取り付けられたラック３の長軸でもある。図解された例として、ステアリング装置は、ラック３の歯６に噛み合うステアリングピニオン５（図２参照）と組になっている電動モーター４を有する電動パワーステアリングである。これら歯６の面は、Ｐにより指示されている。入力軸は、参照符号７であり、ステアリングコラム（図示せず）が連結されて、自動車のステアリングホイール手段により操作される。

参照符号８で指示されたプッシャー装置は、ラック３の歯６をステアリングピニオン５に向けて押し付けるためにステアリングピニオン５の近くに備えられている。プッシャー装置８は、図２及び図４に詳細に示されている。

プッシャー装置８は、ラック３の背側９に位置付けられている。言い換えると、このプッシャー装置８は、ラック３の歯６から離れ、かつ、ピニオン５からも離れる側で、ステアリングハウジング２の対応する部分に収容されている。

オフセットタイプと呼ばれるプッシャー装置８は、主要な構成部材として、湾曲した輪郭を有し、特に楔のようなアーチ形をした部分を有する偏心サポート１０を含んでいる。偏心サポート１０は、円弧の外周縁部１２とオフセットした関係の円弧の内周縁部１１を持っている。このように偏心サポート１０のオフセットされた内周縁部１１は、ラック３の背側で用いられる。

偏心サポート１０は、ラック３の歯６の面Ｐと平行な軸Ｂの方向に並進運動して案内される略筒形のケーシング１３に組み付けられて案内される。スライディングケーシング１３の並進運動の案内は、ステアリングハウジング２の対応する部分の滑り結合によって確保される。

偏心サポート１０は、スライディングケーシング１３内で延びる放射状アーム１４を持っている。放射状アーム１４の外端部近傍は、スタッドピン１５を保持している。ケーシング１３に収容された圧縮バネ１６は、このケーシング１３の一端側の内壁を押す一端部を持っており、圧縮バネ１６の他端部は、放射状アーム１４のスタッドピン１５に結合している。

偏心サポート１０の円弧の外周縁部１２は、回転中心Ｏ（図３参照）周りに回転するように、かつ、偏心サポート１０を案内する滑り接触を形成するようにケーシング１３の一部である嵌合面１７に当てられて案内される。偏心サポート１０に対する圧縮バネ１６の作用は、放射状アーム１４を介して図２の矢印Ｆにより示される時計回りに回るように働く。

最後に、スライディングケーシング１３は、その２つの端に、それぞれ、ステアリングハウジング２の内壁にも接触するＯリング２０，２１が取り付けられた環状溝１８．１９を含んでいる。スライディングケーシング１３の一方の端は、Ｏリング２０に対応するように円形である。スライディングケーシング１３の他方の端は、スライディングケーシング１３が回転しないようにＯリング２１に対応する長円形の断面を持っている。

機能しているとき、スライディングケーシング１３に対してスライド及び回転する偏心サポート１０が、組立及び使用に起因する遊びを補う機能を確保する。想定しているステアリング装置の全寿命期間を通して、ラック３とステアリングピニオン５との間に起こる使用による遊びが発生するや否や、バネ１６が偏心サポート１０を相対的に矢印Ｆの方向に回転させるように偏心サポート１０に力を与える。これは、使用による異音や振動を発生させるような遊びの全ての補償を可能にする。

偏心サポート１０及びスライディングケーシング１３の形状、及びこれら構成部品の素材は、ケーシング１３に対する偏心サポート１０の不可逆回転を確保するように選ばれる。すなわち、許された相対運動は、圧縮バネ１６の押す効果に基づく矢印Ｆの方向の回転である。オフセットプッシャー装置８上のラック３によって働く荷重に関係無く反対方向の回転（反時計方向）は起こりえない。

上記不可逆を達成するためには、偏心量ｅと、半径距離、即ち、偏心サポート１０の外周縁部１２の中心Ｏと、この偏心サポート１０とスライディングケーシング１３との接触点との間の距離との比を、偏心サポート１０とスライディングケーシング１３との間の静止摩擦係数未満にする必要がある。但し、偏心量が小さい場合において成立する。

不可逆の状態は、図３の概略図によって説明され、次の関係式に対応する。
ｅ／（Ｒ．ｃｏｓ（α））＜ｆ
すなわち、角度αを０に近づけると、
ｅ／Ｒ＜ｆ

ｅは、偏心量、すなわち、ラック３と接触している偏心サポート１０の内周縁部１１の長軸と、スライドケーシング１３と接触している偏心サポート１０の外周縁部１２の長軸との最小距離である。

Ｒは、接触半径、言い換えると、偏心サポート１０の外周縁部１２の中心Ｏと、接触点との距離である。

ｆは、接触する２つの面の間の静止摩擦係数である。

２つのＯリング２０，２１は、ラック３の歯６と、ステアリングピニオン５との噛み合い欠陥を吸収する機能を確保する。これらＯリング２０，２１によって噛み合い欠陥が、次の軸に沿って吸収される。

ラック３の長軸Ａ
ラック３の歯６の面Ｐと平行で、かつ、ラック３の軸Ａと直交する軸Ｂ
ラック３の歯６の面Ｐと垂直な軸Ｃ

弾性要素、即ち、Ｏリング２０，２１のかたさ及び減衰は、ステアリングピニオン５の歯と、ラック３の歯との間の相対的な動きの制御が可能となり、これら部品とケーシングとの衝突による異音及び振動を防止するように決定される。

最後に付加する請求の範囲で定義されるように発明の範囲から逸脱させないように、偏心サポート及びスライディングケーシングのような装置の構成部品に関しては形状の細部を変更すること、記載された手段と等しい手段、具体的に偏心サポートに作用する圧縮バネを、引っ張りバネや、捻りバネ、板バネ、コイルばねのような他のタイプのバネに置き換える手段を採ること、２つのＯリングを、好適な材料の板バネや、エラストマーブロック、圧縮バネのような減衰特性を有する他の弾性要素と置き換えること、このプッシャー装置を、手動ステアリングや、電動パワーステアリング、油圧パワーステアリングの全てのタイプのステアリング装置に利用することが可能である。

以上説明したように、本発明にかかる自動車用ステアリングプッシャー装置は、例えば、電動パワーステアリング、油圧パワーステアリング等の全てのタイプのステアリング装置に適用できる。

２ ステアリングハウジング
３ ラック
４ 電動モーター
５ ステアリングピニオン
６ 歯
８ プッシャー装置
１０ 偏心サポート
１１ 内周縁部
１２ 外周縁部
１３ ケーシング
１４ 放射状アーム
１５ スタッドピン
１６ 圧縮バネ
１８，１９ 環状溝
２０，２１ Ｏリング
Ｐ 面

Claims (7)

1. 自動車ラックステアリングのオフセットプッシャー装置（８）は、内周縁部（１１）が外周縁部（１２）に対し偏心した偏心サポート（１０）を含み、上記サポート（１０）が一方向に回転するように弾性要素（１６）により付勢され、その内周縁部（１１）を介してラック（３）の背部（９）をステアリングピニオン（５）の歯に向けて押すように構成され、
   偏心サポート（１０）は、スライディングケーシング（１３）内に組み付けられ、
   それ自身が、ラック（３）の歯（６）の面（Ｐ）と略平行で、かつ、ラック（３）の長軸（Ａ）に直交する方向（Ｂ）に摺動するように組み付けられ、
   上記弾性要素（１６）は、スライディングケーシング（１３）の壁と、内周縁部（１１）を有する偏心サポート（１０）との間に配置され、このサポート（１０）を予め定められた方向（Ｆ）に回転させ、
   弾性手段（２０，２１）はスライディングケーシング（１３）と、ステアリングハウジング（２）のような固定要素との間に配置され、上記ケーシング（１３）をラック（３）に対し全ての方向（Ａ，Ｂ，Ｃ）に作用するように構成されていることを特徴とする自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置。
2. 請求項１に記載の自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置において、
   上記偏心サポート（１０）を回転させる弾性要素は、圧縮バネ（１６）で形成され、一端部は、スライディングケーシング（１３）の内壁を支え、他端部は、内周縁部（１１）を有する偏心サポート（１０）に固定されている放射状アーム（１４）に固定されたスタッドピン（１５）に結合されていることを特徴とする自動車ステアリング用プッシャー装置。
3. 請求項１または２に記載の自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置において、
   減衰効果を有する弾性要素は、スライディングケーシング（１３）とステアリングハウジング（２）との間に配置され、少なくとも１つのＯリング（２０，２１）で形成されていることを特徴とする自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置。
4. 請求項３に記載の自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置において、
   ２つのＯリング（２０，２１）は、ケーシング（１３）の２つの端に形成された環状溝（１８．１９）にそれぞれ組み付けられていることを特徴とする自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置。
5. 請求項４に記載の自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置において、
   スライディングケーシング（１３）の一端部は、長円形の断面を有し、このスライディングケーシング（１３）が回転しないように対応するＯリング（２１）が取り付けられることを特徴とする自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置において、
   上記偏心サポート（１０）及びスライディングケーシング（１３）の形状及びこれら構成部品の素材は、ケーシング１３に対し偏心サポート１０が不可逆回転状態となるように選ばれることを特徴とする自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置において、
   内周縁部（１１）を有する偏心サポート（１０）は、ラック（３）を完全に覆わず、楔のようなアーチ形をしており、
   プッシャー装置（８）全体がラック（３）の背側（９）に位置付けられることを特徴とする自動車ステアリング用オフセットプッシャー装置。

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