JP2016074237A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックガイド及びガイドプラグの間隔を正確に設定し、かつラックの振動及びそれによる打音をラックガイド及びガイドプラグ間で吸収減衰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】ピニオンとラックとラックガイドと付勢部材とガイドプラグとガイド穴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、ガイドプラグ軸心にすきま測定用の測定穴を備え、測定穴の背面からガイド穴内に変形挿入後ガイド穴内において形状を復元してラックガイド及びガイドプラグ間でラックの振動を吸収減衰する緩衝密封部材を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の操舵装置に用いる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。

乗用車の操舵装置に広く使用されるラックアンドピニオン式ステアリング装置において、路面からの反力によって生じるラックとピニオンとの噛み合い部におけるラックの振動及びそれによる打音が運転者に不快感を与える場合がある。

ラックの振動及びそれによる打音を防止する方法として、特許文献１には、ラックガイドとガイドプラグの間に柱状部材を少なくとも有する合成樹脂性の緩衝装置とを備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置が開示されている。

特開２００２−６７９８２号公報

上記のような構成においては、ラックガイド及びガイドプラグ間のすきまを調整してガイドプラグの位置決めを行う以前に、緩衝装置をラックガイド及びガイドプラグ間に挿入しておく必要がある。この時、ラックガイド及びガイドプラグ間のすきまの測定は、付勢部材に緩衝装置を加えた状態で、かつラック端を反ピニオン側に押し付けたときのラック端の変位を測定する間接的な手段でしか実施できない。この方法では、ラックガイド及びガイドプラグ間の正確なすきま設定及び正確なすきま調整が難しい。本発明の目的は、ラックガイド及びガイドプラグ間のすきま設定を正確に行うと同時に、ラックの振動及び打音の防止を実現す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である。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、互いに噛み合うピニオン及びラックと、前記ラックを背面から支持するラックガイドと、前記ラックガイドを背面から押圧する付勢部材と、前記付勢部材を背面で支えるガイドプラグと、前記ガイドプラグを内周に螺合しかつ前記ラックガイドを収容し保持するガイド穴と、ガイド穴を有するハウジングと、からなるラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、
前記ガイドプラグの軸心に、前記ラックガイド及び前記ガイドプラグ間のすきまを測定する測定穴を備え、前記ラックガイド及び前記ガイドプラグ間で緩衝部材として作用するダンパー部分と、前記測定穴内に挿置されガイドプラグとの間で密封部材として作用するシール部分とからなり異なる外径部を複数有する略円柱形状の緩衝密封部材を備え、
前記緩衝密封部材は、その軸心部分に少なくとも一端が開口した空洞が形成されており、前記測定穴を通過可能に容易に変形されて前記ガイドプラグの背面から前記測定穴に挿入され、前記ダンパー部分が前記測定穴を通過後前記ガイド穴内で元の形状に復元され、前記ラックガイド端面及び相対する前記ガイドプラグ端面のそれぞれと当接する一対の当接面を形成して緩衝作用を発現することである。

上記のように構成した請求項１の発明によれば、ガイドプラグ軸心に設けられた測定穴を利用し、すきま測定ゲージの触針を測定穴に挿入してラックガイドの円筒穴内端面とガイドプラグの底面との距離を測定し、ラックガイド及びガイドプラグ間のすきまを正確に設定することができる。その上で緩衝密封部材を測定穴から挿入配置することができるため、緩衝密封部材のダンパー部分が、ラックガイド及びガイドプラグ間でダンパー効果を十分に発揮させることができる。このようにして組み付けられたラックアンドピニオン式ステアリング装置によれば、正確なすきま管理とダンパー効果の相乗効果により、ラックの振動及び打音の防止することができる。

上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記緩衝密封部材は、樹脂または高分子材料から形成されており、前記ダンパー部分の軸直角断面の形状及び面積を軸方向に一定或いは変化させることにより、適切な緩衝特性を得ることである。

上記のように構成した請求項２の発明によれば、緩衝密封部材のダンパー部分の緩衝特性を軸方向に変化させることにより、併設されている付勢部材の軸方向の緩衝特性と合わせて、適用されるラックアンドピニオン式ステアリング装置に最適な緩衝減衰特性を設定することができるため、より効果的な振動減衰吸収が可能となる。

上記のように本発明によれば、ラックガイド及びガイドプラグ間のすきまの設定を正確に行うと同時に、ラックの振動及び打音の防止を効果的に実現す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ができる。

本発明の実施形態におけ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断面図である。 本発明の実施形態における緩衝密封部材の緩衝減衰特性を示す概念図である。

この発明の実施形態を、以下図面を参照して説明する。

まず、本発明の実施形態におけるラックアンドピニオン式ステアリング装置の構成を、図１を参照して説明する。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラック及びピニオンの係合部周辺構造は、ピニオン１、ラック３、ラックハウジング５、ラックガイド８、付勢部材１３、ガイドプラグ１５、緩衝密封部材２０、を備えている。

ピニオン１は、軸受３０、３１によりラックハウジング５に回転可能に支持されている。ラック３は、軸方向に移動可能にラックハウジング５内に収納され、ラック歯４がピニオン歯２と噛み合うことにより、ピニオン1と係合している。ラック３の背面に、ラック背面の形状に対応した形状のラック支持部９を有するラックガイド８が配置されている。ラックガイド８には、ラック支持部９の反対側に円筒穴１２が設けられており、その内部に付勢部材１３が圧縮された状態で収納されている。付勢部材１３の両端は、ラックガイド８の円筒穴１２内の端面１０及びガイドプラグ１５の端面１６に当接している。ラックガイド８の端面１１の背後に、すきま１４を挟んで端面１６が相対するよう、ガイドプラグ１５が配置されている。

ガイドプラグ１５は、ラックハウジング５のガイド穴６の内周７の開口部付近に螺合、固定されている。ガイドプラグ１５の軸心には測定穴１８が設けられており、測定穴１８には、緩衝密封部材２０が挿入配置されている。

緩衝密封部材２０は、シリコンゴムからなり、先端部分に向かって縮径する略円錐状に形成されたダンパー部分２２と、ダンパー部分２２に連続して略円筒状に形成されたシール部分２３を有している。ダンパー部分２２は、平坦に形成されたダンパー先端２４と、ダンパー部分２２の最大径となる端面にダンパー座面２５を有している。シール部分２３は、小径部と大径部を有している。小径部の軸方向長さは測定穴１８の長さと同一であり、小径部の径は測定穴１８の径と同一である。大径部は鍔状に測定穴１８の径より大きく形成されている。また、緩衝密封部材２０の内部には先端が閉じた空洞２１が形成されている。

緩衝密封部材２０は、測定穴１８に挿入された後、径方向がシール部分２３の外周面と測定穴１８の内周面とが接した状態で、軸方向が大径部とダンパー座面２５とがガイドプラグ１５の底面及び端面と接した状態で、ガイドプラグ１５に固定されている。緩衝密封部材２０は、ダンパー先端２４が、ラックガイド８の円筒穴１２内の端面１０に当接し、ダンパー座面２５は、ガイドプラグ１５の端面１６に当接して配置される。

次に、本発明の実施形態におけるラックアンドピニオン式ステアリング装置の作用について説明する。

ラック３はその背面から、ラック支持部９で当接するラックガイド８により付勢され、ピニオン１に常時噛み合い接触している。ラックガイド８による付勢力は、ラックガイド８及びガイドプラグ１５の間に配置された付勢部材１３の伸張力によるものである。通常の操舵操作によりラック３とピニオン１が離間することは稀であるが、路面や車体のからの振動によりラック３が振動し、付勢力を超える離間力が発生してラック３とピニオン１が離間することがある。このときの再噛み合い時にラック３及びピニオン１間で打音が発生し、運転者が不快に感じる場合がある。

ラック３及びピニオン１間で発生する打音の大きさは、ラック３及びピニオン１の離間距離の大きさに対応するため、打音を抑制するために、離間距離をできるだけ小さく抑える方法が一般的に採られる。その方法のひとつとしてラックガイド８の端面１１及びガイドプラグ１５の端面１６を当接させることによって、ラックガイド８の軸方向の動きを制止することが行なわれており、ラックガイド８とガイドプラグ１５との間のすきま１４が最大離間距離として設定管理される。

本発明の実施形態では、ガイドプラグ１５の軸心に設けられた測定穴１８を使用して、ガイドプラグ１５の底面１７に固定したすきま測定ゲージの触針を測定穴１８に挿入し、ラックガイド８の円筒穴内端面１０に当接させることで、ラックガイド８の円筒穴内端面１０とガイドプラグ１５の底面１７との距離を正確に測定し、次にすきま１４を正確に設定して、ガイドプラグ１５を螺合するラックハウジング５のガイド穴６の内周７に固定する。その後、緩衝密封部材２０を変形させて、測定穴１８からラックガイド８に設けられた円筒穴１２の内部に挿入する。

変形された緩衝密封部材２０の前半分のダンパー部分２２は、緩衝密封部材２０が持つ弾性、すなわち復元機能により円筒穴１２内で元の形状に復元し、ダンパー先端２４は、ラックガイド８の円筒穴１２内の端面１０に当接し、ダンパー座面２５は、ガイドプラグ１５の端面１６に当接する。緩衝密封部材２０のシール部分２３は、その小径部の外周を測定穴１８の内周に接触して測定穴１８内に留置され、外鍔状大径部と座面２５により、軸方向に固定される。

路面や車体のからの振動によりラック３及びラックガイド８が振動する場合、まず付勢部材１３が振動によるラック３及びピニオン１の離間力に対して緩衝作用を発揮する。緩衝密封部材２０のダンパー部分２２は、付勢部材１３の緩衝作用と協働する形で、ラックガイド８の円筒穴１２内の端面１０とガイドプラグ１５の端面１６との間で、緩衝作用を発揮する。更に、緩衝密封部材２０は、シリコンゴムの特性により減衰機能も有しており、衝撃的な振動に対して、ダンパー効果を発現し振動エネルギーを吸収する。

この時の緩衝減衰特性は、緩衝密封部材２０の材質及びダンパー部分２２の形状から定まる。ダンパー部分２２の外周及び内周（即ち空洞２１の内周）で形成される軸直角断面の形状及び面積を軸方向に変化させることにより、緩衝密封部材２０を適用するラックアンドピニオン式ステアリング装置に最適な特性に設定することができる。ラック３の振動に対する緩衝減衰特性は、付勢部材１３及び緩衝密封部材２０の両弾性特性が重なったものとなるため、緩衝密封部材２０の緩衝減衰特性を設定する際、ラックガイド８の円筒穴１２内に併設されている付勢部材１３の弾性特性を考慮することは当然である。

次に、付勢部材１３及び緩衝密封部材２０の緩衝減衰特性について説明する。
図２は付勢部材１３及び緩衝密封部材２０の緩衝減衰特性の概念図を示している。縦軸は、ラックガイド８の付勢力（即ちラック３及びピニオン１の離間力）を示し、横軸はラックガイド８の軸方向変位を示している。線Ａは、緩衝密封部材２０の先端２４とラックガイド８の円筒穴１２内の端面１０とが当初接触状態にあり、その後ラックガイド８の振動によりラックガイド８が軸方向に移動した時の変位と付勢力との関係である。
この場合、付勢部材１３及び緩衝密封部材２０の両方の弾性力が、ラックガイド８の移動当初より重なって作用し一定の弾性係数で離間力を緩衝していることを示している。

線Ｂは、ラックガイド８の端面１１がガイドプラグ１５の端面１６に当接し、ラックガイド８の軸方向の動きが制止された状態を示しており、変位はほとんど変化しないが、付勢力が急激に増加する。この状態に至れば、ラック３及びピニオン１の離間はこれ以上拡大しない。

他の実施形態において、最適な緩衝減衰特性を得るために、緩衝密封部材２０の先端２４とラックガイド８の円筒穴１２内の端面１０の間に予めすきまを設定しておくことも可能である。この場合のラックガイド８の変位と付勢力の関係は、線Ｃ及び線Ｄの様になる。線Ｃは付勢部材１３の弾性のみが作用し、線Ｄは付勢部材１３に加えて緩衝密封部材２０が変形を開始し、両方の弾性特性が重なってラックガイド８に作用した状態を示している。

このような特性は、ラック３とピニオン１の離間が小さい間は付勢力を小さく保ち、離間が大きくなった場合により大きな力で離間を制限することが可能である。緩衝減衰特性を維持しつつ、ピニオン１の通常回転トルクを低く抑える場合にこのような特性が望ましい。この効果を更に大きくするために、線Ｇのような非線形の弾性特性を設定することも可能である。

位置Ｅは、緩衝密封部材２０の先端２４とラックガイド８の円筒穴１２内の端面１０の間の初期設定すきまを示し、位置Ｆはラックガイド８の端面１１とガイドプラグ端面１６との間のすきま１４を示している。

他の実施形態において、最適な緩衝減衰特性を得るために、本実施形態では閉じている空洞２１が先端２４に達して開口することも可能である。また、ダンパー部分２２の外周及び内周も図に示された円錐面のみならず、円筒面、球面或いは更に複雑な表面形状を持たせることも可能である。この場合、図２の線Ｇで示されるような非線形の弾性特性を持たせることも可能である。

緩衝密封部材２０の後半分のシール部分２３は、前半分のダンパー部分２２が元の形状に復元した後も測定穴１８内に留置され、ガイドプラグ１５の端面１６、底面１７及び測定穴１８の内周面との間で密封作用を発現する。そのため、ラック３及びピニオン１の噛み合い部の潤滑のためにラックハウジング５内に封入されているグリースが測定穴１８から漏出することはない。

上記の説明のように、本発明の実施形態によれば、ラックガイド８及びガイドプラグ１５間のすきま１４の設定を正確に行うと同時に、ラック３の振動及び打音の防止を効果的に実現す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ができる。

本発明は、上述の実施形態になんら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において、種々なる様態で実施し得ることは勿論である。

１：ピニオン、 ２：ピニオン歯、 ３：ラック、 ４：ラック歯、
５：ラックハウジング、 ６：ガイド穴、 ７：ガイド穴内周、 ８：ラックガイド、
９：ラック支持部、 １０：円筒穴内端面、 １１：ラックガイド端面、
１２：円筒穴、 １３：付勢部材、 １４：すきま、 １５：ガイドプラグ、
１６：ガイドプラグ端面、 １７：ガイドプラグ底面、 １８：測定穴、
２０：緩衝密封部材、 ２１：空洞、 ２２：ダンパー部分、 ２３：シール部分、
２４：ダンパー先端、 ２５：ダンパー座面、 ３０、３１：軸受、
３２：シール、 ３３：Ｏリング

Claims (2)

1. 互いに噛み合うピニオン及びラックと、前記ラックを背面から支持するラックガイドと、前記ラックガイドを背面から押圧する付勢部材と、前記付勢部材を背面で支えるガイドプラグと、前記ガイドプラグを内周に螺合しかつ前記ラックガイドを収容し保持するガイド穴と、ガイド穴を有するハウジングと、からなるラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、
   前記ガイドプラグの軸心に、前記ラックガイド及び前記ガイドプラグ間のすきまを測定する測定穴を備え、前記ラックガイド及び前記ガイドプラグ間で緩衝部材として作用するダンパー部分と、前記測定穴内に挿置されガイドプラグとの間で密封部材として作用するシール部分とからなり異なる外径部を複数有する略円柱形状の緩衝密封部材を備え、
   前記緩衝密封部材は、その軸心部分に少なくとも一端が開口した空洞が形成されており、前記測定穴を通過可能に容易に変形されて前記ガイドプラグの背面から前記測定穴に挿入され、前記ダンパー部分が前記測定穴を通過後前記ガイド穴内で元の形状に復元され、前記ラックガイド端面及び相対する前記ガイドプラグ端面のそれぞれと当接する一対の当接面を形成して緩衝作用を発現す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. 前記緩衝密封部材は、樹脂または高分子材料から形成されており、前記ダンパー部分の軸直角断面の形状及び面積を軸方向に一定或いは変化させることにより、適切な緩衝特性を得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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