JP2013032104A

JP2013032104A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置

Info

Publication number: JP2013032104A
Application number: JP2011169223A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Sumihara; 秀年隅原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-14

Abstract

【課題】ラックとピニオンとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を防止しつつ、操舵フィーリングを向上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。
【解決手段】ハウジング１５にラックガイド６が摺動自在に保持され、ラックガイド６の一方の端部に形成された凹部１６に、コイルばね８が弾装されている。コイルばね８とハウジング１５に螺着されたプラグ７との間に絞り部１７が配置されている。絞り部１７は、凹部１６および空間部１３と連通するオリフィス９を有する絞り部本体１８と、ラックガイド６が摺動するときオリフィス９を開閉するシート１０とで構成され、絞り部本体１８の外周面にＯリング１２が配置されている。シート１０には、オリフィス９より穴径が小さく個数が少ない貫通穴（シート穴）１４が設けられ、逆止弁として作用する。空間部１３および凹部１６に、粘性流体が充填されている。
【選択図】図２

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ものである。

自動車用のステアリング装置のギヤとしては、高剛性かつ軽量であること等から、現在ではラックアンドピニオン式が主流となっている。ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラック軸は、ステアリングギヤケースに内嵌したラックブッシュと、ピニオンとラック軸との噛合い部分に設けられたラックガイドとの２点で支持されている。ラックガイドは、ラック軸のラックとピニオンとのバックラッシを無くすべくラック軸をピニオンに圧接させる部材であり、ステアリングギヤケースに螺着されたプラグに保持されたコイルばね等の弾性体により付勢されている。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置では、操舵時等にラック軸がラックガイドに対して摺動するため、ラックガイド側の摺接面に低摩擦剤を貼着して摩擦抵抗の低減を図ったり（例えば、特許文献１参照）、ラックガイド付勢用弾性体のばね力を管理して適正な圧接力を得るようにしている。

特開２００２−０２９４２８号公報

しかしながら、上記従来のラックアンドピニオン式ステアリング装置では、ラックガイドおよびラック軸がコイルばねの弾性力によりピニオンシャフト側に押圧される構造であるため、ラックとピニオンとが衝突するときの歯打ち音を防止しようとしてコイルばねのばね荷重（弾性力）を高くすると、ラック軸を左右に摺動させるときの摺動荷重が高くなるとともに、ステアリング操作が重くなって、操舵フィーリングが悪化する。逆に、操舵フィーリングを向上させようとしてコイルばねの弾性力を低下させると、振動や衝撃等によりラックがピニオンと離間しやすくなり、ラックとピニオンとが衝突して歯打ち音が発生してしまう。すなわち、従来のラックアンドピニオン式ステアリング装置では、ラックとピニオンとが衝突するときの歯打ち音の発生の防止と操舵フィーリングの向上との両立を図ることができないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ラックとピニオンとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を防止しつつ、操舵フィーリングを向上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。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵により回転するピニオンと、前記ピニオンと噛み合うラックを有するラック軸と、前記ピニオンと前記ラック軸とを収納するハウジングと、前記ハウジングにて、前記ラック軸を摺動自在に保持するラックガイドと、前記ラックガイドに形成された凹部に介装され、前記ラック軸を前記ピニオンの方向に付勢するばね部材と、前記ばね部材の付勢力を調整可能なプラグと、を備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置において、前記ばね部材と前記プラグとの間に付勢手段を設け、前記付勢手段は、前記凹部を摺動する摺動部と、前記凹部および前記プラグと前記ラックガイドとにより形成された空間部を連通するオリフィスと、前記プラグに保持される弾性部材と、を備えることを要旨とする。

上記構成によれば、ラックガイドの凹部に弾性部材とオリフィスを有する部材から構成される付勢手段を設け、ラックガイドの凹部に配置されたばね部材を挟み込む。これにより、ラックがピニオンから離間、または、ピニオンに接近する場合に、ラックガイドの摺動方向に対応してラックガイドの凹部およびハウジング空間部内の流体の流動が規制され、流体抵抗が増減されることになり、ラックガイドおよびラックの作動および変位を調整できる。

請求項２に記載の発明は、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において、前記弾性部材は、前記オリフィスよりも径が小さい貫通穴を備えることを要旨とする。

上記構成によれば、弾性部材にオリフィスよりも穴径が小さく、個数が少ない貫通穴を設ける。これにより、ラックがピニオンから離間、または、ピニオンに接近する場合に、ラックガイドの凹部およびハウジング空間部内の流体の流動方向を変えることができ、ラックガイドの摺動方向に応じてラックガイドの移動速度を加減できる。その結果、特にラックがピニオンに接近する場合に、ラックガイドに抵抗力が作用し、ラックとピニオンに起因する歯打ち音が抑制される。また、コイルばねのばね荷重はそのままでプレロード（操舵トルク）も上がらないため、ステアリング操作が重くなることなく操舵フィーリングも低下しない。

ラックとピニオンとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を防止しつつ、操舵フィーリングを向上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の構成を示す部分断面図。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を構成するラックガイド要部の構成を示す断面図。図２において、ラックがピニオンから離間するときの動作を説明する概念図。図２において、ラックがピニオンに接近するときの動作を説明する概念図。

次に、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について、図に基づいて説明する。なお、本実施形態では、電動パワーステアリング装置に具体化した構成を例にとり説明する。

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１の構成を示す部分断面図である。図１に示すように、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１は、車両の左右方向に延びるラック軸４を備えている。このラック軸４の近傍には、ラック軸４のラック５と噛み合うピニオン３が配置されている。また、ピニオン３にはステアリングシャフト（ピニオンシャフト）２が接続されており、このステアリングシャフト２の先端部には図示しないステアリングホイールが接続されている。これにより、ステアリングホイールによる操舵によりピニオン３が回転するように構成されている。

また、ラック軸４に関してピニオン３と反対側の位置には、ラック軸４と略直交する方向（図中、略左右方向）の移動をガイドするラックガイド６が配置されている。ラック軸４は、このラックガイド６の一方の端面に接触するように構成されている。さらに、ラックガイド６の他方の端部に設けた凹部状空間には、コイルばね８が配置されている。このコイルばね８は、ステアリングギヤケース（ハウジング）１５に螺着されたプラグ７に保持された絞り部（付勢手段）１７により挟み込まれており、コイルばね８によりラックガイド６およびラック軸４には、図中矢印Ｆ方向側に向かう押圧力が作用している。

図２は、図１のラックアンドピニオン式ステアリング装置１を構成するラックガイド要部の構成を示す断面図である。
図２に示すように、ハウジング１５に、ハウジング１５と同様の金属材料（例えば、鉄系金属やアルミ合金等）により形成されたプラグ７が螺着されている。また、ラックガイド６の外周面に形成された凹部状の空間に、シール部材としてゴムで構成されたＯリング１１が配置されており、ラックガイド６とハウジング１５を軸封し、ハウジング１５に、ラックガイド６が摺動自在に保持されている。そして、ラックガイド６のラック軸４（図１参照）とは反対側の一方の端部に形成された凹部１６に、コイルばね（ばね部材）８が弾装されている。

また、プラグ７とコイルばね８との間に絞り部１７が配置され、この絞り部１７は、コイルばね８を介してプラグ７に保持されている。ここで、絞り部１７は、凹部１６およびプラグ７とラックガイド６とにより形成された空間部１３を連通するオリフィス９を有する樹脂材料により形成される絞り部本体（摺動部）１８と、絞り部本体１８に密着しプラグ７に保持されるとともに、ラックガイド６がハウジング１５の内面側を摺動するときオリフィス９を開閉するシート（弾性部材）１０とで構成されている。絞り部本体１８の外周面に形成された空間には、同じくシール部材としてゴム製のＯリング１２が装着されており、凹部１６の内面側を摺動する。

また、シート１０には、オリフィス９よりも穴径が小さく、個数が少ない貫通穴（シート穴）１４が設けられている。このシート１０は、逆止弁として作用する。さらに、空間部１３および凹部１６には、粘性流体（例えば、グリス）１９が充填されている。ここで、上記コイルばね８の両端はそれぞれ凹部１６の底面および絞り部本体１８の底面に当接されており、ラックガイド６に、図中下方側に向かう押圧力を作用させることができる。

次に、本実施形態でのラックガイド６の動作を説明する。
図３は、図２においてラック５がピニオン３から離間するときの動作を説明する概念図、図４は、図２においてラック５がピニオン３に接近するときの動作を説明する概念図である。

図３に示すように、ラック５がピニオン３に対して離間する方向に移動しようとすると（図２参照）、ラックガイド６はプラグ７の方向（図中上方）にコイルばね８を圧縮しながら移動する。このとき、シート穴１４の断面積がオリフィス９の断面積よりも大幅に小さいため、絞り部本体１８上面からシート１０の端面が剥離し、凹部１６からオリフィス９を介して空間部１３へ粘性流体１９が直接流動する。その結果、流体抵抗が小さくなり、ラックガイド６はプラグ７方向へ速やかに移動できる。

また、図４に示すように、ラック５がピニオン３に対して接近する方向に移動しようとすると（図２参照）、ラックガイド６はプラグ７から離間する方向（図中下方）に移動する。このとき、シート穴１４の断面積がオリフィス９の断面積よりも大幅に小さいため、シート１０と絞り部本体１８上面とは密着し、空間部１３が負圧状態になり、粘性流体１９は空間部１３からシート穴１４およびオリフィス９を介して凹部１６へ流動する。その結果、流体抵抗が大きくなりラックガイド６に抵抗力（減衰力）が働くこととなり、ラック５のピニオン３方向への移動が妨げられる。

次に、上記のように構成された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の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、ラックガイド６に設けた凹部１６に、シート１０およびオリフィス９を有する絞り部本体１８からなる絞り部１７を配置し、凹部１６内のコイルばね８を挟み込む。絞り部本体１７の外周面には、ラックガイド６と絞り部１７との間を軸封するＯリング１２が装着されている。このとき、ラックガイド６の摺動方向に応じて、凹部１６およびラックガイド６とハウジング１５に固定されたプラグ７とで形成される空間部１３に充填された粘性流体１９が、絞り部１７のシート穴１４およびオリフィス９を介して流動することにより流体抵抗が増減する。

これにより、ラック５がピニオン３から離間するときは、粘性流体１９が凹部１６からオリフィス９を介して空間部１３に流動して流体抵抗が減少するため、ラックガイド６が速やかにプラグ７方向に移動できる。また、ラック５がピニオン３に接近するときは、空間部１３からシート穴１４およびオリフィス９を介して凹部１６へ粘性流体１９が流動して流体抵抗が増加するため、ラックガイド６に抵抗力（減衰力）が作用し、減速することによりラック５とピニオン３との噛み合い部分での歯打ち音の発生を抑制できる。

さらに、コイルばね８のばね荷重を上げることなくオリフィス９の流体抵抗を調整することで、ラックガイド６に作用する抵抗力（減衰力）を増加できるため、ばね荷重を上げたときにプレロード（操舵トルク）が上がることによる操舵フィーリングの悪化を防止できる。

また、ラックガイド６の内部にコイルばね８および絞り部１７が配置されているため、スペースを有効利用でき、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１が大型化することを防止できる。

以上のように、本実施形態によれば、ラックとピニオンとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を防止しつつ、操舵フィーリングを向上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できる。

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、グリスが充填されている構成を例にとり説明したが、これに限らず、例えば作動油などの他の粘性流体を充填させるようにしてもよい。また、例えば空気、窒素ガス等の気体を充填させるようにしてもよい。

上記実施形態では、流体抵抗の調整機構としてオリフィスを有する絞り部本体および貫通穴を設けたシートからなる付勢手段、粘性流体、およびコイルばねにより構成されることとしたが、他の部材の組み合わせにより構成してもよい。

さらに、上記実施形態では、電動パワーステアリング装置のいわゆるコラムアシストタイプに適用したステアリングギヤを例に挙げて説明したが、これに限らず、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよいし、油圧パワーステアリング装置に適用してもよく、また、他の装置のギヤ機構として適用してもよい。

１：ラックアンドピニオン式ステアリング装置、
２：ステアリングシャフト（ピニオンシャフト）、３：ピニオン、４：ラック軸、
５：ラック、６：ラックガイド、７：プラグ、８：コイルばね（ばね部材）、
９：オリフィス、１０：シート（弾性部材）、１１，１２：Ｏリング、１３：空間部、
１４：シート穴、１５：ハウジング（ステアリングギヤケース）、１６：凹部、
１７：絞り部（付勢手段）、１８：絞り部本体（摺動部）、１９：粘性流体

Claims

操舵により回転するピニオンと、
前記ピニオンと噛み合うラックを有するラック軸と、
前記ピニオンと前記ラック軸とを収納するハウジングと、
前記ハウジングにて、前記ラック軸を摺動自在に保持するラックガイドと、
前記ラックガイドに形成された凹部に介装され、前記ラック軸を前記ピニオンの方向に付勢するばね部材と、
前記ばね部材の付勢力を調整可能なプラグと、を備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置において、
前記ばね部材と前記プラグとの間に付勢手段を設け、前記付勢手段は、前記凹部を摺動する摺動部と、前記凹部および前記プラグと前記ラックガイドとにより形成された空間部を連通するオリフィスと、前記プラグに保持される弾性部材と、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。
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において、
前記弾性部材は、前記オリフィスよりも径が小さい貫通穴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。