JP2016064738A

JP2016064738A - ラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置

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Publication number: JP2016064738A
Application number: JP2014194502A
Authority: JP
Inventors: 晋也新崎; Shinya Nizaki
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2034-09-24
Also published as: JP6346055B2

Abstract

【課題】ギアケースに軸支されたピニオンとラック歯を介して噛合するラックバーを、軸心方向に移動可能に支持するラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置であって、ラックガイドによるラックバーの堅固な支持状態を維持することが可能なラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置を提供する。【解決手段】ラックガイド６は、ラックバー３におけるラック歯３ａが形成される側と反対側の凸面３ｂと、摺動可能に接触する凹面形状の摺動支持面６ａを有し、摺動支持面６ａは、硬質皮膜１０によって被覆される。【選択図】図２

Description

本発明は、ラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置の技術に関する。

一般的に、ラックピニオン式舵取り装置は、ギアケース、該ギアケースに軸支されるピニオン、該ピニオンに噛合するラック歯が形成されたラックバー、前記ギアケース内において該ラックバーを摺動可能に支持するラックガイド、および該ラックガイドを前記ラックバーに押付けるように付勢するコイルバネなどにより構成される。
前記ラックガイドは、従来から、Ｆｅ系焼結金属または合成樹脂より形成されている。
ここで、Ｆｅ系焼結金属からなるラックガイドは、ラックバーより受ける衝撃荷重に対して十分な機械的強度を有するものの、摺動摩擦抵抗が大きいために、舵取り装置全体としての効率が低下し、操作性悪化の要因となる可能性があった。
一方、合成樹脂からなるラックガイドは、摺動摩擦抵抗が小さいために、舵取り装置全体としての効率の向上化を図ることができるものの、ラックバーより受ける衝撃荷重に対しての機械的強度が劣るために、舵取り装置全体としての耐久性に影響を与える可能性があった。

そこで、これらの問題点を解決するための手段として、例えば、Ｆｅ系焼結金属やアルミニウム合金などの金属部材によって形成されるラックガイド本体と、表面に合成樹脂層が被覆され、前記ラックガイド本体に固着される摺動板片と、などにより構成されるラックガイドに関する技術が知られている。
より具体的には、従来のラックガイドは、中央に孔部を有したラックガイド本体と、同じく中央に突起部を有した摺動板片とにより構成され、ラックガイド本体の孔部に対して摺動板片の突起部が圧入嵌合されることにより、摺動板片がラックガイド本体に固着されるようになっている（例えば、「特許文献１」を参照）。

特開２０１３−２８２８５号公報

このように、従来のラックガイドにおいては、ラックバーを支持する際に当該ラックバーと直接接触する摺動板片の表面に、合成樹脂層が被覆されることから、当該表面の摩耗が比較的速く進行する。
その結果、ラックガイドの配置位置がラックバー側へと直ちに変位することとなり、これにより、コイルバネによるラックガイドの押圧力も変動するため、ラックガイドによるラックバーの支持状態を、安定して堅固に維持することが困難であった。

本発明は、以上に示した現状の問題点を鑑みてなされたものであり、ギアケースに軸支されたピニオンとラック歯を介して噛合するラックバーを、軸心方向に移動可能に支持するラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置であって、ラックガイドによるラックバーの支持状態を、安定して堅固に維持することが可能なラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置を提供することを課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明の請求項１におけるラックガイドは、ギアケースに軸支されたピニオンとラック歯を介して噛合するラックバーを、軸心方向に移動可能に支持するラックガイドであって、前記ラックバーにおける前記ラック歯が形成される側と反対側の凸面と、摺動可能に接触する凹面形状の摺動支持面を有し、該摺動支持面は、硬質皮膜によって被覆されることを特徴とする。

このように、本発明のラックガイドにおいては、摺動支持面に硬質被膜を被覆させることから、合成樹脂層が表面に被覆された従来のラックガイドのように、摩耗によってラックガイドの配置位置がラックバー側へと変位することも少なく、コイルバネによるラックガイドの押圧力の変動を極力防止し、ラックガイドによるラックバーの安定した堅固な支持状態の維持を図ることができる。
また、摺動支持面に直接硬質皮膜を被覆させることから、従来のラックガイドのように、ラックガイド本体の摺動支持面に固着される摺動板片を別途設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができるばかりか、例えば、摺動板片の突起部や、該突起部に対応するラックガイド本体の孔部を形成するための工程や、摺動板片の突起部をラックガイド本体の孔部に圧入嵌合するための工程等を設ける必要がなく、ラックガイドの摺動支持面に、硬質皮膜を被覆する工程だけで足りるため、製造コストの低減化を図ることができる。

また、本発明の請求項２におけるラックガイドは、前記硬質皮膜の表面上には、複数の凹部が形成されることを特徴とする。

このような構成を有することにより、複数の凹部を介して、グリース等の潤滑剤を確実に保持することができるため、ラックガイドの摺動支持面において、良好な摺動特性を長期間維持することができる。

一方、本発明の請求項３におけるラックピニオン式舵取り装置は、請求項１または請求項２に記載のラックガイドを備えてなることを特徴とする。

このように、本発明のラックピニオン式舵取り装置は、以上に示した本発明のラックガイドを備えることにより、ラックガイドによるラックバーの安定した堅固な支持状態の維持を図ることができ、装置全体として、故障の少ない耐久性の高い装置を実現することができる。
また、以上に示した本発明のラックガイドを備えることにより、装置全体として製造コストの低減化を図ることができる。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明におけるラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置によれば、ラックガイドによるラックバーの支持状態を、安定して堅固に維持することができる。

本発明の一実施形態に係るラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置の全体的な構成を示した断面側面図。ラックガイドの構成を示した斜視図。ラックガイドの摺動支持面に被覆される、硬質皮膜の表面上の構成（テクスチャー）の一例を示した図であって、（ａ）は複数のディンプル状の凹部を表面に有する硬質皮膜を示した図であり、（ｂ）はその硬質皮膜について図３（ａ）中の矢印Ｘ１の方向から見た断面図。表面上に溝加工が施されたラックガイドの摺動支持面に被覆される、硬質皮膜の表面上の構成（テクスチャー）の一例を示した図であって、（ａ）は複数のディンプル状の凹部を表面に有する硬質皮膜を示した図であり、（ｂ）はその硬質皮膜について図４（ａ）中の矢印Ｙ１の方向から見た断面図。ラックガイドの摺動支持面に被覆される、硬質皮膜の表面上の構成（テクスチャー）の別例を示した図であって、（ａ）は複数の短冊状の凹部を表面に有する硬質皮膜を示した図であり、（ｂ）はその硬質皮膜について図５（ａ）中の矢印Ｘ２の方向から見た断面図。表面上に溝加工が施されたラックガイドの摺動支持面に被覆される、硬質皮膜の表面上の構成（テクスチャー）の別例を示した図であって、（ａ）は複数の短冊状の凹部を表面に有する硬質皮膜を示した図であり、（ｂ）はその硬質皮膜について図６（ａ）中の矢印Ｙ２の方向から見た断面図。本発明の一実施形態に係るラックガイドにおいて、摺動支持面の構成を示した拡大側面図。従来のラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置の全体的な構成を示した断面側面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

［ラックピニオン式舵取り装置１］
先ず、本発明を具現化するラックガイド６を備えるラックピニオン式舵取り装置１（以下、単に「舵取り装置１」と記載する）の全体構成について、図１を用いて説明する。
なお、以下の説明においては便宜上、図１の上下方向を舵取り装置１の上下方向と規定して記述する。
また、図１においては、矢印Ａの方向を舵取り装置１の前方と規定して記述する。

本実施形態における舵取り装置１は、例えば、図示せぬステアリングホイールによって回転されるピニオン２の回転動作を、ラックバー３の直進動作に変換するための装置である。
舵取り装置１にはギアケース４が備えられ、該ギアケース４の内部に、ピニオン２の一端部が、例えば前方（図１中の矢印Ａの方向）に向かって挿入される。

ここで、ピニオン２の一端部には、ピニオン歯２ａが形成される。
そして、ギアケース４の内部において、ピニオン２の一端部は、ピニオン歯２ａを間に挟んで配置される一対の軸受５・５を介して軸支される。

なお、ピニオン２の他端部は、ギアケース４の外部において軸心方向に延出し、ステアリングホイール（図示せず）と連結される。

ギアケース４の内部には、グリース（図示せず）が装填されるとともに、ピニオン２と噛合されるラックバー３が配置される。
ラックバー３の軸心方向中央部の外周面には、ラック歯３ａが形成されており、該ラック歯３ａに対する背面（ラック歯３ａが形成される側と反対側の面）は、所定の曲率半径からなる断面視円弧形状の凸面３ｂとなっている。

そして、ラックバー３は、ピニオン歯２ａの下方において、ピニオン２と平面視直交方向（例えば、本実施形態においては、左右方向）に延出して配置され、ラック歯３ａを介してピニオン歯２ａと噛合される。

なお、ラックバー３の両端部は、ギアケース４の内部より外部に向かって突出されるとともに、ラックバー３は、図示せぬ軸受部材を介して、軸心方向（左右方向）に摺動移動可能に支持される。

ギアケース４の下面には、円筒状の突出部位４ａが一体的に形成される。
前記突出部位４ａは、ピニオン２との間にラックバー３を挟むような位置に形成されており、その内周部（内周面によって囲まれた空間部）には、ラックバー３を摺動可能に支持するラックガイド６が、突出部位４ａの延出方向（本実施形態においては、上下方向）に摺動可能に配設される。

そして、ラックガイド６は、突出部位４ａの下端を閉塞する蓋部材７との間に配設される、弾性部材としての圧縮コイルバネ８によって、ラックバー３側に付勢される。

以上のような構成からなる舵取り装置１において、ステアリングホイール（図示せず）を介して、ピニオン２が軸心を中心にして回転されると、ピニオン２に加えられた回転駆動力は、ピニオン歯２ａ、ラック歯３ａと順に伝達され、ラックバー３の軸心方向への推進力へと変換される。

［ラックガイド６］
次に、ラックガイド６の構成について、図１乃至図８を用いて詳述する。
なお、以下の説明においては便宜上、図２、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、および図７の上下方向をラックガイド６の上下方向と規定し、また図８の上下方向を従来のラックピニオン式舵取り装置１０１の上下方向と規定して記述する。
また、図２、図７および図８においては、矢印Ａの方向を、ラックガイド６または従来のラックピニオン式舵取り装置１０１の前方と規定して記述する。

ラックガイド６は、図１に示すように、ピニオン２と噛合された状態にあるラックバー３を、ピニオン２側に押圧しつつ該ラックバー３の軸心方向に摺動可能に支持するための部材である。
ラックガイド６は、例えば、Ｆｅ系焼結金属やアルミニウム合金などからなる円柱状の金属部材により構成され、その一端部には、ラックバー３の凸面３ｂと略同じ断面視円弧形状の凹面からなる摺動支持面６ａが形成されるとともに、その他端部には、圧縮コイルバネ８を保持可能な円筒状中空部６ｂが形成される。

なお、摺動支持面６ａは必ずしも一定の曲率半径で形成されている必要はなく、曲率を変えて形成されていてもよい。
例えば、図７に示すように、本実施形態におけるラックガイド６の摺動支持面６ａは、ラックバー３の軸心Ｏを通る垂直方向の中心線Ｃに対して、一方側（例えば、本実施形態においては前方側）の領域に位置する第一摺動支持面６ａ１と、他方側（例えば、本実施形態においては後方側）の領域に位置する第二摺動支持面６ａ２とにより構成される。

第一摺動支持面６ａ１は、軸心Ｏを通過し、且つ中心線Ｃに対して前方側にα１°傾斜する第一中心線Ｃ１において、軸心Ｏの後方、且つ当該第一中心線Ｃ１上の点Ｏ１を曲率中心とする円弧形状に形成される。
ここで、α１°は、αｆ°を超えない角度であって（０°＜α１°＜αｆ°）、αｆ°は、中心線Ｃと、摺動支持面６ａの前端および軸心Ｏを通過する第一仮想線Ｌ１との間の角度である。

一方、第二摺動支持面６ａ２は、軸心Ｏを通過し、且つ中心線Ｃに対して後方側にα２°傾斜する第二中心線Ｃ２において、軸心Ｏの前方、且つ当該第二中心線Ｃ２上の点Ｏ２を曲率中心とする円弧形状に形成される。
ここで、α２°は、αｂ°を超えない角度であって（０°＜α２°＜αｂ°）、αｂ°は、中心線Ｃと、摺動支持面６ａの後端および軸心Ｏを通過する第二仮想線Ｌ２との間の角度である。

そして、第一摺動支持面６ａ１においては、第一中心線Ｃ１と、当該第一摺動支持面６ａ１との交点Ｄ１上にて、ラックバー３の外周面である円弧形状の凸面３ｂと外接される。
また、第二摺動支持面６ａ２においては、第二中心線Ｃ２と、当該第二摺動支持面６ａ２との交点Ｄ２上にて、ラックバー３の外周面である円弧形状の凸面３ｂと外接される。

このように、本実施形態におけるラックガイド６においては、軸心Ｏに対して偏心した位置に曲率中心Ｏ１および曲率中心Ｏ２を各々有するとともに、曲率半径が互いに異なる第一摺動支持面６ａ１および第二摺動支持面６ａ２からなる摺動支持面６ａによって、ラックバー３を、交点Ｄ１および交点Ｄ２の位置にて二点支持する構成となっている。
これにより、摺動支持面６ａにおける、ラックバー３の円弧形状の凸面３ｂとの摺接領域が、線、または狭い帯状となるため、ラックバー３との摺動摩擦抵抗を、より小さくすることができる。

ラックガイド６は、ギアケース４の内部において、摺動支持面６ａをラックバー３側に向けつつ、突出部位４ａと同軸上に配設される。また、蓋部材７によって一端部を固定された圧縮コイルバネ８の他端部が、円筒状中空部６ｂを介して保持される。
こうして、ラックガイド６は、摺動支持面６ａを介してラックバー３の凸面３ｂと接触しつつ、外周面６ｃを介して突出部位４ａの内周部を軸心方向（本実施形態においては、上下方向）に摺動可能に配設される。この際、ラックガイド６は、圧縮コイルバネ８によって、常に、ラックバー３側に向かって付勢される。

ところで、図２に示すように、本実施形態においては、ラックバー３の凸面３ｂと接触し得る、ラックガイド６の摺動支持面６ａの表面全体に対して、硬質皮膜１０の被覆を施すこととしている。

ここで、硬質皮膜１０は、耐磨耗性の向上を目的として被覆される被膜であって、数μｍから数十μｍの膜厚となるように形成される。
硬質皮膜１０としては、例えば、窒化クロム（ＣｒＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）による窒化処理、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、アルマイト、Ｎｉ−Ｐ系無電解めっき、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ系無電解めっき、Ｎｉ−Ｐ−ＰＴＦＥ系複合無電解めっきなどを採用することができる。

そして、硬質皮膜１０は、複数の凹部を表面に有するようにして形成される。
例えば、その一例として、図３（ａ）に示すように、硬質皮膜１０（以下、適宜「第一の硬質皮膜１０Ａ」と記載する）は、複数のディンプル状の凹部１０ａ・１０ａ・・・からなるテクスチャー（表面上の構成）を有して構成される。
これにより、図３（ｂ）に示すように、第一の硬質皮膜１０Ａにおいては、複数の凹部１０ａ・１０ａ・・・の内部に、前述したギアケース４内に装填されるグリースの一部が保持されることとなり、ラックガイドの摺動支持面６ａに対して、良好な摺動特性を長期間維持することができる。

なお、本実施形態においては、摺動支持面６ａの表面を被覆する第一の硬質皮膜１０Ａのテクスチャーを、当該第一の硬質皮膜１０Ａの表面に形成される複数の凹部１０ａ・１０ａ・・・によって構成することとしているが、これに限定されるものではない。
即ち、図４（ａ）（ｂ）に示すように、摺動支持面６ａの表面上において、複数のディンプル状の凹部６ｄ・６ｄ・・・を予め形成し、これらのディンプル状の凹部６ｄ・６ｄ・・・に合わせて、摺動支持面６ａを第一の硬質皮膜１０Ａによって被覆することにより、複数の凹部１０ａ・１０ａ・・・からなる第一の硬質皮膜１０Ａのテクスチャーを構成することとしてもよい。

また、その別例として、図５（ａ）に示すように、硬質皮膜１０（以下、適宜「第二の硬質皮膜１０Ｂ」と記載する）は、複数の短冊状の凹部１０ｂ・１０ｂ・・・からなるテクスチャー（表面上の構成）を有して構成される。
これにより、図５（ｂ）に示すように、第二の硬質皮膜１０Ｂにおいては、複数の凹部１０ｂ・１０ｂ・・・の内部に、前述したギアケース４内に装填されるグリースの一部が保持されることとなり、ラックガイドの摺動支持面６ａに対して、良好な摺動特性を長期間維持することができる。

なお、前述の別実施形態においては、摺動支持面６ａの表面を被覆する第二の硬質皮膜１０Ｂのテクスチャーを、当該第二の硬質皮膜１０Ｂの表面に形成される複数の凹部１０ｂ・１０ｂ・・・によって構成することとしているが、これに限定されるものではない。
即ち、図６（ａ）（ｂ）に示すように、摺動支持面６ａの表面上において、複数の短冊状の凹部６ｅ・６ｅ・・・を予め形成し、これらの短冊状の凹部６ｅ・６ｅ・・・に合わせて、摺動支持面６ａを第二の硬質皮膜１０Ｂによって被覆することにより、複数の凹部１０ｂ・１０ｂ・・・からなる第二の硬質皮膜１０Ｂのテクスチャーを構成することとしてもよい。

以上のように、本実施形態においては、ラックガイド６の摺動支持面６ａに対して、直接、硬質皮膜１０の被覆を施すこととしている。
よって、図８に示すように、合成樹脂層１１０が表面に被覆された、従来のラックピニオン式舵取り装置１０１に備えられるラックガイド１０６のように、摩耗によってラックガイド１０６の配置位置がラックバー１０３側へと変位することも少なく、圧縮コイルバネ１０８によるラックガイド１０６の押圧力の変動を極力防止し、ラックガイド１０６によるラックバー１０３の堅固な支持状態の維持を図ることができる。

また、本実施形態のラックガイド６によれば、従来のラックガイド１０６のように、ラックガイド本体１０６Ａの摺動支持面に固着される摺動板片１０６Ｂを別途設ける必要もなく、部品点数の削減を図ることができる。
さらに、従来のラックガイド１０６の製造工程においては、摺動板片１０６Ｂの突起部１０６ｂを絞り成形するための工程や、ラックガイド本体１０６Ａに対して前記突起部１０６ｂに対応する孔部１０６ａを穿孔するための工程や、摺動板片１０６Ｂの突起部１０６ｂをラックガイド本体１０６Ａの孔部１０６ａに圧入嵌合するための工程等が必要であったが、本実施形態におけるラックガイド６の製造工程においては、これらの工程を行う必要がなく、ラックガイド６の摺動支持面６ａに対して、硬質皮膜１０を被覆する工程のみで足りる。
従って、本実施形態におけるラックガイド６によれば、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、ラックガイド６の配置位置については、本実施形態に限定されることなく、摺動支持面６ａを介して、ラックバー３を、ピニオン２側に押圧しつつ支持可能である限り、当該ラックバー３の軸心方向に沿った何れに設けることとしてもよい。

１ラックピニオン式舵取り装置
２ピニオン
３ラックバー
３ａラック歯
３ｂ凸面
４ギアケース
６ラックガイド
６ａ摺動支持面
１０硬質皮膜
１０Ａ第一の硬質皮膜
１０Ｂ第二の硬質皮膜
１０ａ凹部
１０ｂ凹部

Claims

ギアケースに軸支されたピニオンとラック歯を介して噛合するラックバーを、軸心方向に移動可能に支持するラックガイドであって、
前記ラックバーにおける前記ラック歯が形成される側と反対側の凸面と、摺動可能に接触する凹面形状の摺動支持面を有し、
該摺動支持面は、硬質皮膜によって被覆される、
ことを特徴とするラックガイド。
前記硬質皮膜の表面上には、複数の凹部が形成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のラックガイド。
請求項１または請求項２に記載のラックガイドを備えてなる、
ことを特徴とするラックピニオン式舵取り装置。