JP2015098236A - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期に亘りピニオン軸の軸方向のガタツキを抑制し、ラックとピニオンの離間による異音の発生を抑制することができるラックピニオン式ステアリング装置を提供する。
【解決手段】ラックピニオン式ステアリング装置１において、ピニオン軸２のピニオン２ａのステアリングシャフト側である一方側をハウジング４に対して回転自在に支持する第１転がり軸受１４と、ピニオン軸２のピニオン２ａの他方側をハウジング４に対して回転自在に支持する第２転がり軸受１５と、円筒状に形成されて、ハウジング４に取り付けられ、第１転がり軸受１４の外輪１８をステアリングシャフト側からハウジング４に固定する第１端面２８と、第１端面２８より内径側に設けられた第２端面３１とを有するトッププラグ２７とを備え、トッププラグ２７の第２端面３１と第１転がり軸受１４の内輪１７との間にスラスト軸受２２が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラックピニオン式ステアリング装置に関する。

車両用のステアリング装置には、ハウジングに対して回転自在に支持されピニオンが設けられたピニオン軸と、ハウジングに対して往復動自在に支持されピニオンと噛み合うラックが設けられたラック軸とを有するラックピニオン式ステアリング装置がある。このピニオン軸はステアリングシャフトを介してステアリングホイールに連結されており、ラック軸はタイヤに連結されている。

ピニオン軸は、ピニオンを挟んでステアリングシャフト側の一方側に配置した第１転がり軸受としての玉軸受とピニオン軸の先端である他方側に配置した第２転がり軸受としてのニードル軸受とによって、ハウジングに対して回転自在に支持される。第１転がり軸受の外輪は、ハウジング内に形成された段部とハウジングに固定されるトッププラグに挟持されて位置決め固定される。この種のラックピニオン式ステアリング装置として、例えば、特許文献１に示されるものがある。

ところで、上記ラックピニオン式ステアリング装置は、車両走行時の路面状況に応じて、タイヤからの衝撃を様々な荷重、頻度の逆入力としてラック軸に受ける。ラック軸が受けた逆入力荷重は、ピニオン軸に伝わり、第１転がり軸受の内輪から転動体と第１転がり軸受の外輪とを通してトッププラグで受けている。これにより、ピニオン軸のスラスト方向のガタツキを抑え、ラックとピニオンの歯が離間することにより発生する異音を抑制している。

特開２００５−１４８１５号公報

しかしながら、繰り返しラック軸に逆入力荷重を受けると、ピニオン軸を支持する第１転がり軸受の転動体と内外輪に摩耗や変形を生じ、転動体と内外輪との間の隙間が増大するおそれがある。この隙間が大きくなることにより、ピニオン軸のスラスト方向のガタツキが大きくなり、ラックとピニオンの歯が離間することにより異音が発生するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、長期に亘りピニオン軸の軸方向のガタツキを抑制し、ラックとピニオンの離間による異音の発生を抑制することができるラックピニオン式ステアリング装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、ステアリングシャフトに連結されピニオンが設けられたピニオン軸と、前記ピニオンと噛み合うラックが設けられたラック軸と、前記ピニオン軸と前記ラック軸を収容するハウジングとを備えたラックピニオン式ステアリング装置において、前記ピニオン軸の前記ピニオンの前記ステアリングシャフト側である一方側を前記ハウジングに対して回転自在に支持する第１転がり軸受と、前記ピニオン軸の前記ピニオンの他方側を前記ハウジングに対して回転自在に支持する第２転がり軸受と、円筒状に形成されて、前記ハウジングに取り付けられ、前記第１転がり軸受の外輪をステアリングシャフト側からハウジングに固定する第１端面と、前記第１端面より内径側に設けられた第２端面とを有するトッププラグと、を備え、前記トッププラグの前記第２端面と前記第１転がり軸受の内輪との間にスラスト軸受が配置されていることを特徴とする。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、第１転がり軸受の外輪が、トッププラグの第１端面によりハウジングに固定され、さらに、スラスト軸受が第１転がり軸受の内輪とトッププラグの第２端面の間に配置されている。これにより、路面からラック軸に逆入力される荷重をピニオン軸が受けた際に、ピニオン軸を支持する第１転がり軸受の外輪と内輪とで上記荷重を分散してトッププラグで受けることができる。従って、第１転がり軸受の転動体と内外輪との間に作用する荷重を低減でき、ラック軸に逆入力が繰り返し作用しても、転動体と内外輪の摩耗や変形を抑制し、転動体と内外輪との隙間の増大を抑制することができる。従って、長期に亘って、ピニオン軸の軸方向のガタツキを抑制することができ、ラックとピニオンの歯が離間することにより発生する異音を抑制することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置であって、前記スラスト軸受は、無負荷状態で組み付けられていることを特徴とする。

上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、スラスト軸受は、無負荷状態で組み付けられている。これにより、路面からラック軸に逆入力される荷重をピニオン軸が受けた際に、ピニオン軸が受ける荷重が小さく第１転がり軸受で許容できる場合は、荷重を分散させずに、第１転がり軸受の内輪から転動体と外輪を通してトッププラグで受けることができる。そして、ピニオン軸が受ける荷重が大きく第１転がり軸受で許容できなくなった場合にのみ、上記荷重を第１転がり軸受の外輪と内輪とで分散してトッププラグで受けることができる。従って、より長期に亘って、ピニオン軸の軸方向のガタツキを抑制することができ、ラックとピニオンの歯が離間することにより発生する異音を抑制することができる。

本発明によれば、長期に亘りピニオン軸の軸方向のガタツキを抑制し、ラックとピニオンの離間による異音の発生を抑制することができるラックピニオン式ステアリング装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るラックピニオン式ステアリング装置の要部を示す断面図である。 図１の第１転がり軸受周辺の拡大図である。 図１のピニオン軸が受ける荷重の流れを説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るラックピニオン式ステアリング装置について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、ラックピニオン式ステアリング装置１は、ピニオン２ａが設けられたピニオン軸２と、このピニオン２ａと噛み合うラック３ａが設けられたラック軸３と、ピニオン軸２とラック軸３を収容するハウジング４とを備えている。

ピニオン軸２の一方側（図１の上側）の端部には、図示してないが、ステアリングシャフトが連結され、さらにステアリングシャフトの端部に操舵部材が連結されている。ピニオン軸２は、ハウジング４の筒状のピニオン軸収容部５に収容され、ステアリングシャフトを介して操舵部材に同行回転可能に支持されている。

ラック軸３は、軸長方向（図１の紙面に垂直な方向）に長い断面略円形の棒状部材であり、ハウジング４のピニオン軸収容部５と交差状に連結する筒状の図示しないラック軸収容部に、軸長方向に往復動可能に支持されている。ラック軸３の両端部は、図略のタイロッドを介して転舵輪が連結されており、操舵部材の回転に伴って、ピニオン軸２の回転がラック軸３の往復動に変換され、ラック軸３が軸長方向に移動し操向が行われるようになっている。

具体的には、ハウジング４は、車両に固定され、ピニオン軸２を収容する筒状のピニオン軸収容部５と、ラック軸３を収容するラック軸３の軸長方向に伸びる長い筒状のラック軸収容部と、ラック軸３を隔ててピニオン軸２とは反対側に設けられラック軸支持装置７を収容するラック軸支持装置収容部６とからなる。ハウジング４は、例えばアルミニウム合金により形成される。

ラック軸支持装置７は、ラック軸支持装置収容部６内に前後進可能に収容された円柱状のサポートヨーク８と、ラック軸支持装置収容部６の入口の雌ねじ部６ａに螺着された円柱状の封止部材９と、サポートヨーク８と封止部材９との間に介在し、サポートヨーク８を介してラック軸３をピニオン軸２に向けて付勢する圧縮コイルばね１０とを備えている。

サポートヨーク８の前面（図１の左側）には、ラック軸３を軸長方向に摺動自在に支持する凹部８ａが形成されている。凹部８ａには、ラック軸３に摺接する低摩擦部材からなるパッド１１が取り付けられている。サポートヨーク８の後面（図１の右側）と封止部材９の前面との間は、封止部材９のねじ込み位置の調整により、例えば０．１ｍｍのようにわずかな隙間を有するように厳密に調整されている。

サポートヨーク８の外周面には、弾性部材であるＯリング１３が収容される一対の周溝が形成されている。このＯリング１３が、ラック軸支持装置収容部６の内周面に弾性的に接触することにより、サポートヨーク８を径方向に弾性支持し、サポートヨーク８のガタツキを防止している。

封止部材９の後面には、封止部材９を回動操作する工具に係合するための、例えば断面多角形形状の工具係合孔９ａが形成されている。また、ロックナット１２が封止部材９の外周面に形成されている雄ねじ部に螺合されて、ラック軸支持装置収容部６の端面に当たった状態で、さらにロックナット１２を締め付けることによって、封止部材９の緩みを防止している。

ピニオン軸２は、例えばクロムモリブテン鋼等により形成され、軸方向に所定の長さを有した円柱状の部材であり、外周面にピニオン２ａが設けられている。ピニオン軸２は、ステアリングシャフトに連結される一方側が突出する態様で、ピニオン軸収容部５に収容されている。ピニオン軸収容部５の開口部には、オイルシール３３が圧入され、オイルシール３３の内周のリップ部がピニオン軸２に摺動可能に当接している。

また、ピニオン軸２は、ピニオン２ａを挟んでステアリングシャフト側である一方側に配置された第１転がり軸受１４と他方側に配置された第２転がり軸受１５によってハウジング４に対して回転自在に支持されている。本実施形態においては、第１転がり軸受１４として玉軸受が用いられ、第２転がり軸受１５としてニードル軸受が用いられている。

ピニオン軸２には、第１転がり軸受１４に対しピニオン２ａ側にフランジ部２ｂが形成され、反対側にリング溝２ｃが形成されている。リング溝２ｃには、リング１６が嵌め込まれている。

図２に示すように、第１転がり軸受１４は、内輪１７と、外輪１８と、内外輪間に転動自在に配置される複数の転動体１９と、転動体１９を周方向に一定の間隔に保持する保持器２０とからなる。本実施形態の転動体１９としては、玉が適用されている。

第１転がり軸受１４の内輪１７は、例えば鋼材等により円筒状に形成され、外周面の軸方向中央に複数の転動体１９を転動させる軌道溝を有している。また、内輪１７のステアリングシャフト側（図２の上側）の端部には、径方向外側へ向けて延びる環状の鍔部２１が形成されている。第１転がり軸受１４の外輪１８は、内輪１７と同様に、例えば鋼材等により円筒状に形成され、内周面の軸方向中央に複数の転動体１９を転動させる軌道溝を有している。転動体１９は、例えば軸受鋼からなる球体により形成され、内輪１７の軌道溝と外輪１８の軌道溝との間に介在して配置され、保持器２０によって転動自在に保持されている。

第１転がり軸受１４は、内輪１７の内周面がピニオン軸２の外周面２ｄに嵌合され、内輪１７の両端面がそれぞれピニオン軸２のフランジ部２ｂとリング１６とによって保持されている。従って、第１転がり軸受１４は、ピニオン軸２に対し移動不能に係止される。

第１転がり軸受１４の外輪１８は、外周面がピニオン軸収容部５の内周面５ａに嵌合され、外輪１８の両端面がそれぞれピニオン軸収容部５に内周に形成された環状段部５ｂと後述するトッププラグ２７の第１端面２８とによって保持されている。これにより、第１転がり軸受１４は、ハウジング４５のピニオン軸収容部５に対して固定され、軸方向移動が規制されている。

トッププラグ２７は、例えばアルミニウム合金等により円筒状に形成され、外周に雄ねじ部２９を有している。トッププラグ２７の雄ねじ部２９は、ピニオン軸収容部５の内周に形成されている雌ねじ部５ｃにねじ込まれて、トッププラグ２７の第１端面２８と第１転がり軸受１４の外輪１８の上側の端面とを当接させている。

また、トッププラグ２７の下面には、第１端面２８より内径側に、スラスト軸受保持孔３０が形成されており、トッププラグ２７の上面には、例えば断面多角形形状の工具係合孔３２が形成されている。この工具係合孔３２に工具を係合させ回動操作することにより、トッププラグ２７をピニオン軸収容部５の雌ねじ部５ｃに螺合させている。

スラスト軸受２２は、第１軌道輪２３と、第２軌道輪２４と、第１軌道輪２３と第２軌道輪２４との間で転動自在に配置される複数の転動体２５と、転動体２５を周方向に一定の間隔に保持する保持器２６とからなる。本実施形態の転動体２５としては、玉が適用されている。なお、転動体２５として、ころを用いることもできる。

スラスト軸受２２は、第１軌道輪２３の内周面がリング１６の外周面に嵌合され、第１軌道輪２３の下側の端面が第１転がり軸受１４の内輪１７の鍔部２１を含む上側の端面に当接している。第１転がり軸受１４の内輪１７が径方向外側に延びる鍔部２１を有しているので、スラスト軸受２２の下側の端面を安定して保持することができる。また、スラスト軸受２２の第２軌道輪２４は、その外周面がトッププラグ２７のスラスト軸受保持孔３０の内周面に嵌合され、上面がトッププラグ２７の第２端面３１であるスラスト軸受保持孔３０の底面に当接している。

スラスト軸受２２は、トッププラグ２７の第２端面３１と第１転がり軸受１４の内輪１７の端面との間に挟持されて組み付けられるが、本実施形態では、組付状態において無負荷の状態で組み付けられている。

上記のように構成されたラックピニオン式ステアリング装置１によれば、第１転がり軸受１４の外輪１８がトッププラグ２７の第１端面２８によりハウジング４に固定され、スラスト軸受２２が第１転がり軸受１４の内輪１７とトッププラグ２７の第２端面３１との間に配置されている。これにより、車両の走行時等にタイヤからの衝撃等をラック軸３が逆入力として受けた場合、図３に示すように、ラック軸３からピニオン軸２の軸方向に伝わった荷重Ｆを、第１転がり軸受１４の内輪１７から転動体１９と外輪１８を通してトッププラグ２７が受ける荷重Ｆ_１と、第１転がり軸受１４の内輪１７からスラスト軸受２２を通してトッププラグ２７が受ける荷重Ｆ_２とに分散させることができる。

従って、第１転がり軸受１４の転動体１９と内外輪１７，１８との間に作用する荷重を低減でき、ラック軸３に逆入力が繰り返し作用しても、転動体１９と内外輪１７，１８の摩耗や変形を抑制し、転動体１９と内外輪１７，１８との隙間の増大を抑制することができる。従って、長期に亘って、ピニオン軸２の軸方向のガタツキを抑制することができ、ラック３ａとピニオン２ａの歯が離間することにより発生する異音を抑制することができる。

また、上記ラックピニオン式ステアリング装置１のスラスト軸受２２は、組付状態において無負荷の状態で組み付けられている。これにより、ラック軸３からピニオン軸２の軸方向に伝わった荷重Ｆが小さく第１転がり軸受１４で許容できる場合は、荷重Ｆを分散させることなく、第１転がり軸受１４の内輪１７から転動体１９と外輪１８を通してトッププラグ２７で受けることができる。そして、ラック軸３からピニオン軸２の軸方向に伝わった荷重Ｆが大きく第１転がり軸受１４で許容できなくなった場合にのみ、荷重Ｆを第１転がり軸受１４の内輪１７から転動体１９と外輪１８を通してトッププラグ２７が受ける荷重Ｆ_１と、第１転がり軸受１４の内輪１７からスラスト軸受２２を通してトッププラグ２７が受ける荷重Ｆ_２とに分散してトッププラグ２７で受けることができる。従って、より長期に亘って、ピニオン軸２の軸方向のガタツキを抑制することができ、ラック３ａとピニオン２ａの歯が離間することにより発生する異音を抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更することが可能である。

１：ラックピニオン式ステアリング装置、 ２：ピニオン軸、 ２ａ：ピニオン、
２ｂ：フランジ部、 ２ｃ：リング溝、 ２ｄ：外周面、 ３：ラック軸、
３ａ：ラック、 ４：ハウジング、 ５：ピニオン軸収容部、 ５ａ：内周面、
５ｂ：環状段部、 ５ｃ：雌ねじ部、 ６：ラック軸支持装置収容部、
６ａ：雌ねじ部、７：ラック軸支持装置、 ８：サポートヨーク、 ８ａ：凹部、
９：封止部材、 ９ａ：工具係合孔、 １０：圧縮コイルばね、 １１：パッド、
１２：ロックナット、１３：Ｏリング、 １４：第１転がり軸受、
１５：第２転がり軸受、 １６：リング、 １７：内輪、 １８：外輪、
１９：転動体、 ２０：保持器、 ２１：鍔部、 ２２：スラスト軸受、
２３：第１軌道輪、 ２４：第２軌道輪、 ２５：転動体、２６：保持器、
２７：トッププラグ、 ２８：第１端面、 ２９：雄ねじ部、
３０：スラスト軸受保持孔、 ３１：第２端面、３２：工具係合孔、
３３：オイルシール、 Ｆ，Ｆ_１，Ｆ_２：荷重

Claims (2)

1. ステアリングシャフトに連結されピニオンが設けられたピニオン軸と、前記ピニオンと噛み合うラックが設けられたラック軸と、前記ピニオン軸と前記ラック軸を収容するハウジングとを備えたラックピニオン式ステアリング装置において、
   前記ピニオン軸の前記ピニオンの前記ステアリングシャフト側である一方側を前記ハウジングに対して回転自在に支持する第１転がり軸受と、
   前記ピニオン軸の前記ピニオンの他方側を前記ハウジングに対して回転自在に支持する第２転がり軸受と、
   円筒状に形成されて、前記ハウジングに取り付けられ、前記第１転がり軸受の外輪をステアリングシャフト側からハウジングに固定する第１端面と、前記第１端面より内径側に設けられた第２端面とを有するトッププラグと、を備え、
   前記トッププラグの前記第２端面と前記第１転がり軸受の内輪との間にスラスト軸受が配置されていることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
2. 請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置であって、前記スラスト軸受は、無負荷状態で組み付けられていることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。

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