JP2016147531A - ラックガイド機構及び車両用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セット長の調整が容易なラックガイド機構及び車両用ステアリング装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明に係るラックガイド機構１０であって、ラック軸６に向って開口する収容室１２が形成されたハウジング１１と、収容室１２の底壁を形成し、かつ、貫通孔１７が形成されたスクリュー１３と、収容室１２に収容される圧縮コイルばね１５と、収容室１２に収容されるとともに、圧縮コイルばね１５に付勢されてラック軸６を第１ピニオン軸４ｃに押し付けるラックガイド１４と、貫通孔１７からラックガイドまで延在する弾性部材１６と、を備え、弾性部材１６は、スクリュー１３に固定される固定部１８と、固定部１８とラックガイド１４との間で圧縮されて、ラックガイド１４を押圧する押圧部１９と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラックガイド機構及び車両用ステアリング装置に関する。

車両用ステアリング装置には、ピニオンギヤとラックギヤとを噛合させ、ステアリング操作に伴うピニオン軸の回転運動をラック軸の往復運動に変換するラックアンドピニオン式のものがある。
このようなラックアンドピニオン式のステアリング装置には、ピニオンギヤとラックギヤとのバックラッシュを低減させるために、ラックガイド機構が設けられている（下記特許文献１参照）。

従来のラックガイド機構は、ラック軸に向って開口する収容室が形成されたハウジングと、収容室の底壁を形成するスクリューと、収容室に収容された圧縮コイルばねと、圧縮コイルばねに付勢されてラック軸をピニオン軸に押し付けるラックガイドとを備えている。また、スクリューは、ハウジングに螺合しており、スクリューを回転すると、スクリューとラックガイドとの距離（以下、「セット長」と称する）が、言い換えれば、圧縮コイルばねの圧縮量が変更できるようになっている。
よって、従来のラックガイド機構では、スクリューの組み付け時、スクリューを回転させてラックガイドを押圧する荷重（以下、「セット荷重」と称する）を所定値に調整する作業が行われている。

特開２００７−２０３８３６号公報

ところで、タイロッドを介してラック軸と車輪とが連結していることから、車輪に入力された外力がラック軸に伝達し、ラック軸がピニオン軸から離間する場合がある。
このため、圧縮コイルばねの他に、ラックガイドとスクリューとの間に皿バネを設け、ラック軸がピニオン軸から離間した場合に、ラックガイドに作用する弾性力を大きくすることが考えられている。

しかしながら、皿バネの全高が低いことからセット長を変更する作業が難しく、圧縮コイルばねの弾性力と皿バネの弾性力とを併せたセット荷重がバラつき易かった。また、セット荷重が所定値よりも大きいと、ラックガイドに対するラック軸の円滑な摺動が損なわれて操舵感の悪化を招き、好ましくない。以上から、セット荷重を調整する作業が容易なラックガイド機構の開発が望まれていた。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、セット荷重を調整する作業が容易なラックガイド機構及び車両用ステアリング装置を提供することを課題とする。

前記する課題を解決するため、本発明に係るラックガイド機構は、ラック軸に向って開口する収容室が形成されたハウジングと、前記収容室の底壁を形成し、かつ、貫通孔が形成されたスクリューと、前記収容室に収容される圧縮コイルばねと、前記収容室に収容されるとともに、前記圧縮コイルばねに付勢されて前記ラック軸をピニオン軸に押し付けるラックガイドと、前記貫通孔から前記ラックガイドまで延在する弾性部材と、を備え、前記弾性部材は、前記スクリューに固定される固定部と、前記固定部と前記ラックガイドとの間で圧縮されて前記ラックガイドを押圧する押圧部と、を備えることを特徴とする。

前記発明によれば、ハウジングにスクリューを組み付けた後に、弾性部材を貫通孔に挿入することで、ラックガイドまで延在する弾性部材をスクリューに組み付ける（固定する）ことができる。
これにより、弾性部材を貫通孔に組み付ける前に、貫通孔を介してセット長を測定し、圧縮コイルばねの弾性力を把握することができる。また、圧縮コイルばねの弾性力を把握することで、弾性部材の押圧部に要求される弾性力（以下、「要求弾性力」と称する）を把握することができる。
そして、自然長からセット長に圧縮した場合に要求弾性力を発揮する押圧部を備える弾性部材を用意し、貫通孔に弾性部材を挿入する。これにより、セット長に圧縮された押圧部が要求弾性力を発揮し、セット荷重が所定値に設定される。
以上から、スクリューを回転させてセット荷重を所定値に調整するという作業が不要となり、セット荷重を調整する作業が容易になる。また、弾性部材によって、貫通孔が塞がれるため、埃等が収容室内に侵入しない。

また、前記発明は、前記固定部と前記スクリューとは、互いに係止する凹凸が形成されていてもよい。

また、前記発明は、前記固定部と前記スクリューとは、互いに螺合するねじ溝が形成されていてもよい。

また、前記する課題を解決するため、本発明に係る車両用ステアリング装置は、ピニオンギヤを有するピニオン軸と、前記ピニオンギヤに噛合するラックギヤを有するラック軸と、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のラックガイド機構と、を備えることを特徴とする。

前記発明によれば、スクリューを回転させてセット荷重を所定値に調整するという作業が不要となり、セット荷重を調整する作業が容易になる。また、弾性部材によって、貫通孔が塞がれるため、埃等が収容室内に侵入しない。

本発明によれば、セット長の調整が容易なラックガイド機構及び車両用ステアリング装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 実施形態に係るラックガイド機構の構成を示す断面図である。 ハウジングに組み付けられたスクリューに弾性部材を挿入する前の状態を示す断面図である。 （ａ）第１変形例に係るラックガイド機構の構成を示す断面図、（ｂ）は第２変形例に係るラックガイド機構の構成を示す断面図、（ｃ）は第３変形例に係るラックガイド機構の構成を示す断面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、実施形態では、本発明のラックガイド機構を電動パワーステアリング装置に適用した例を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、油圧式のパワーステアリング装置や、マニュアルのステアリング装置に適用してもよい。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール４ａ側の第１ラックギヤ５ｂ及びアシスト側の第２ラックギヤ５ｃが形成されたラック軸６を有するステアリング機構２と、ラック軸６に補助操舵力を与える補助トルク機構３と、を備えたラックアシスト式の装置である。

ステアリング機構２は、運転者が操作するステアリングホイール４ａと、ステアリングホイール４ａの操作により回転するステアリング軸４ｂと、ステアリング軸４ｂの下部側に図示しないトーションバーを介して設けられる第１ピニオン軸４ｃと、両端にタイロッド７，７を介して左右の操舵車輪８、８が連結されるラック軸６と、を備えている。
また、第１ピニオン軸４ｃの第１ピニオンギヤ５ａは、ラック軸６の第１ラックギヤ５ｂに噛合している。そして、運転者がステアリングホイール４ａを回転させると、ラック軸６が左方又は右方へ移動して操舵車輪８，８が操舵される。

補助トルク機構３は、アシスト用モータ３０と、ウォームギヤ機構３１と、第２ピニオンギヤ３２ａが形成された第２ピニオン軸３２と、を備え、第２ピニオン軸３２の第２ピニオンギヤ３２ａがラック軸６の第２ラックギヤ５ｃに噛合している。
ウォームギヤ機構３１は、アシスト用モータ３０に軸着されたウォーム３３と、ウォーム３３に噛合するウォームホイール３４と、を備えている。ウォームホイール３４は第２ピニオン軸３２に軸着されている。補助トルク機構３は、ステアリングホイール４ａに加えられたトルクが図示しないトルクセンサで検出され、その検出したトルクに応じて図示しない制御装置によりアシスト用モータ３０が駆動制御される。これにより、ウォームギヤ機構３１および第２ピニオン軸３２を介して、アシスト用モータ３０の発生トルクが、補助操舵力としてラック軸６に伝達される。

また、図２に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリング機構２における第１ピニオンギヤ５ａと第１ラックギヤ５ｂとのバックラッシュを低減させるために、ラックガイド機構１０を備えている。
なお、本実施形態では、ラックガイド機構１０をステアリング機構２における第１ピニオンギヤ５ａと第１ラックギヤ５ｂとに適用した例を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。補助トルク機構３における第２ピニオンギヤ３２ａと第２ラックギヤ５ｃとに対し、本発明に係るラックガイド機構１０を適用しても良く、又は、ステアリング機構２と補助トルク機構３との両方に本発明に係るラックガイド機構１０を適用しても良い。

ラックガイド機構１０は、ラック軸６に向かって開口する収容室１２が形成されたハウジング１１と、収容室１２の底壁を形成し、かつ、貫通孔１７が形成されたスクリュー１３と、収容室１２に収容されるラックガイド１４と、スクリュー１３とラックガイド１４との間に介在する圧縮コイルばね１５と、貫通孔１７からラックガイド１４まで延在している弾性部材１６と、を備える。

ハウジング１１は、第１ピニオン軸４ｃやラック軸６等の各種の構成部品を収納するためのものである。収容室１２は、ラック軸６に向って開口する略円柱状の空間であり、ラック軸６を挟んで第１ピニオン軸４ｃと反対側となる位置に形成されている。
以下、方向を説明する場合、収容室１２が延在する方向を「軸方向」と称し、軸方向でラック軸６が配置された側を「一端側」と称し、その反対側を「他端側」と称する。

スクリュー１３は、ハウジング１１のねじ溝１１ｂに螺合して収容室１２の底壁を構成する略円柱状の部材である。スクリュー１３の一端面１３ａには、圧縮コイルばね１５の他端部が当接している。
なお、圧縮コイルばね１５の一端部は、ラックガイド１４の後述する穴部１４ｄの底面１４ｅに当接し、圧縮コイルばね１５は、スクリュー１３の一端面１３ａとラックガイド１４の底面１４ｅとの間で圧縮されている。以下、スクリュー１３の一端面１３ａとラックガイド１４の底面１４ｅとの間の距離を「セット長」と称する。

貫通孔１７は、スクリュー１３の中央部を軸方向に貫通する空間である。このため、図３に示すように、ハウジング１１にスクリュー１３を組み付けてセット長をＬ１に設定（調整）した後に、スクリュー１３の他端側から弾性部材１６を貫通孔１７に挿入し、弾性部材１６を貫通孔１７からラックガイド１４まで延在させるように組み付けることができる。

図２に示すように、貫通孔１７は、他端側が大径に形成され、一端側が小径に形成されている。これにより、スクリュー１３の内周面は、他端側に位置して大径に形成された第１内周面１３ｃと、一端側に位置して小径に形成された第２内周面１３ｄと、第１内周面１３ｃと第２内周面１３ｄとの間で径方向に延びる被係止面１３ｅと、を備えている。

第２内周面１３ｄは、軸方向から視て円形状に形成されている。
第１内周面１３ｃは、スクリュー１３を回転させるための治具（不図示）が係合可能な形状に形成されている。また、治具を第１内周面１３ｃに係合させて治具を回転させると、スクリュー１３は、ねじ溝１１ｂに案内されながら軸方向の一端側又は他端側に移動する。
そのほか、貫通孔１７内に弾性部材１６及び治具を挿入し易くするために、第１内周面１３ｃの他端側の端縁にテーパ面１３ｆが形成されている。

図２に示すように、ラックガイド１４は、略円柱状の部材である。ラックガイド１４の外周面には溝１４ａが２つ形成され、各溝１４ａにＯリング２０が嵌合されている。そして、各Ｏリング２０がハウジング１１の内周面１１ａを摺動しながら軸方向に移動可能に、ラックガイド１４が収容室１２に収容されている。

ラックガイド１４は、一端面１４ｂがラック軸６に当接した状態で、圧縮コイルばね１５及び弾性部材１６によりラック軸６側に付勢されており、ラック軸６を第１ピニオン軸４ｃに押し付けている。
また、ラックガイド１４の一端面１４ｂは、ラック軸６の外周面に対応して略半円弧状に形成され、ラック軸６が上下方向に移動し難くなっている。

ラックガイド１４の他端面１４ｃには、スクリュー１３に向って開口する穴部１４ｄが形成され、この穴部１４ｄ内に圧縮コイルばね１５の一部が収容されている。
圧縮コイルばね１５は、ラックガイド１４とスクリュー１３との間でセット長Ｌ１に圧縮されている。これにより、圧縮コイルばね１５の弾性力がラックガイド１４に常時作用し、ラックガイド１４がラック軸６側に常時付勢されている。

弾性部材１６は、略円柱状を呈し、弾性変形可能なゴムにより形成されている。弾性部材１６は、スクリュー１３に固定される固定部１８と、固定部１８とラックガイド１４との間で圧縮されてラックガイド１４を一端側に押圧する押圧部１９と、を備えている。

図３に示すように、固定部１８は、他端側に位置して大径（図３の「Ｌ３」参照）に形成された大径部１８ａと、一端側に位置して小径（図３の「Ｌ４」参照）に形成された小径部１８ｂと、を備えている。

大径部１８ａの径Ｌ３は、スクリュー１３の第２内周面１３ｄの径よりも大径に形成されている。このため、大径部１８ａ一端側の端面１８ｃがスクリュー１３の被係止面１３ｅに当接し、弾性部材１６が一端側に移動しないように規制されている。

小径部１８ｂは、軸方向から視た形状が円形状に形成され、スクリュー１３の第２内周面１３ｄに対応している。
小径部１８ｂの貫通孔１７に挿入される前の径Ｌ４は、スクリュー１３の第２内周面１３ｄの径よりも僅かに大きく形成されている。そして、貫通孔１７に挿入された場合、小径部１８ｂは、弾性変形しながら第２内周面１３ｄに内嵌される。このため、小径部１８ｂがスクリュー１３に固定されるとともに、小径部１８ｂと第２内周面１３ｄとの間に隙間が発生し難く、埃等が収容室１２内に侵入しない。

図３に示すように、押圧部１９の自然長はＬ２に形成されている。この自然長Ｌ２は、以下の方法によって算出される。
まず、弾性部材１６を貫通孔１７に挿入する前において、貫通孔１７に専用の測定器を挿入してセット長Ｌ１を測定する。そして、セット長Ｌ１から圧縮コイルばね１５の弾性力を算出するとともに、所定のセット荷重から圧縮コイルばね１５の弾性力を減算して弾性部材１６の要求弾性力を算出する。つぎに、セット長Ｌ１に圧縮された場合に要求弾性力を発揮することができる押圧部１９の自然長Ｌ２を算出する。

この結果、図２に示すように、弾性部材１６が貫通孔１７に挿入された場合、押圧部１９がセット長Ｌ１に圧縮され、押圧部１９の弾性力が要求弾性力となる。そして、ラックガイド１４に作用する弾性力は、圧縮コイルばね１５の弾性力と押圧部１９の弾性力とを併せたものとなり、ラックガイド１４のセット荷重が所定値に設定される。

また、押圧部１９の径Ｌ５（図３参照）は、第２内周面１３ｄの径よりも大径に形成されている。このため、押圧部１９の他端側の端面１９ａがスクリュー１３の一端面１３ａに当接し、弾性部材１６が他端側に移動しないように規制されている。

以上、実施形態によれば、スクリュー１３を回転させてセット荷重を所定値に調整するという作業が不要となり、セット荷重を調整する作業が容易になる。
また、セット長Ｌ１を測定しているため、圧縮コイルばね１５の弾性力と押圧部１９（弾性部材１６）の弾性力とを正確に把握でき、ラックガイド１４のセット荷重を正確に設定することができる。
また、押圧部１９の一端部が穴部１４ｄの底面１４ｅに当接している。このため、従来技術で挙げた皿ばねのように、皿バネが径方向に位置ずれしてラックガイド１４の穴部１４ｄと重なり、皿ばねがラックガイド１４を押圧しないという事態を回避できる。

以上、実施形態に係るラックガイド機構１０について説明したが、本発明は、実施形態で説明した例に限定されない。
たとえば、スクリュー１３に対する弾性部材１６の固定構造に関し、固定部１８とスクリュー１３とに互いに係止する凹凸を形成したり、固定部１８とスクリュー１３とに互いに螺合するねじ溝を形成したりしてもよい。
具体的には、図４（ａ）に示すように、固定部１８の大径部１８ａに径方向外側に突出する突起２１を設け、スクリュー１３の第１内周面１３ｃに複数の突起２１が入り込む複数の凹面２２を設けてもよい。これによれば、各突起２１が各凹面２２に係止し、弾性部材１６が軸方向に移動し難くなる。
または、図４（ｂ）に示すように、固定部１８の小径部１８ｂに突起２３を設け、スクリュー１３の第２内周面１３ｄに突起２３が入り込む凹面２４を形成してもよい。
さらに、図４（ｃ）に示すように、固定部１８の外周面とスクリュー１３の内周面とにねじ溝２５，２６を形成し、固定部１８がハウジング１１に螺合するようにしてもよい。

また、実施形態の押圧部１９は、スクリュー１３の一端面１３ａから他端側（ラックガイド１４の底面１４ｅ）に向って延在しているが、たとえば、図４（ｃ）に示すように、貫通孔１７内から他端側に向って延在してもよい。
なお、このような押圧部１９Ａを使用する場合、押圧部１９Ａをスクリュー１３に組み付けた場合に圧縮される長さとは、セット長Ｌ１ではなく、貫通孔１７内に延在している長さＬ６とセット長Ｌ１とを加算した合計長となる。
よって、押圧部１９Ａは、長さＬ６とセット長Ｌ１とを加算した合計長に圧縮された場合の弾性力が要求弾性力となる自然長Ｌ２のものを選択する必要がある。

また、実施形態では、弾性部材１６はゴムにより形成されているが、本発明は、樹脂により形成されてもよく、弾性変形可能であれば特に限定されない。
また、ラック軸６が第１ピニオン軸４ｃから離間した場合の弾性力を大きくするため、押圧部１９のばね定数は、比較的大きいものが好ましい。

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリング機構
３ 補助トルク機構
４ｃ 第１ピニオン軸
５ａ 第１ピニオンギヤ
５ｂ 第１ラックギヤ
５ｃ 第２ラックギヤ
６ ラック軸
１０ ラックガイド機構
１１ ハウジング
１２ 収容室
１３ スクリュー
１４ ラックガイド
１５ 圧縮コイルばね
１６ 弾性部材
１７ 貫通孔
１８ 固定部
１９ 押圧部
３２ 第２ピニオン軸
３２ａ 第２ピニオンギヤ

Claims (4)

1. ラック軸に向って開口する収容室が形成されたハウジングと、
   前記収容室の底壁を形成し、かつ、貫通孔が形成されたスクリューと、
   前記収容室に収容される圧縮コイルばねと、
   前記収容室に収容されるとともに、前記圧縮コイルばねに付勢されて前記ラック軸をピニオン軸に押し付けるラックガイドと、
   前記貫通孔から前記ラックガイドまで延在する弾性部材と、
   を備え、
   前記弾性部材は、
   前記スクリューに固定される固定部と、
   前記固定部と前記ラックガイドとの間で圧縮されて前記ラックガイドを押圧する押圧部と、
   を備えることを特徴とするラックガイド機構。
2. 前記固定部と前記スクリューとには、互いに係止する凹凸が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のラックガイド機構。
3. 前記固定部と前記スクリューとには、互いに螺合するねじ溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のラックガイド機構
4. ピニオンギヤを有するピニオン軸と、
   前記ピニオンギヤに噛合するラックギヤを有するラック軸と、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のラックガイド機構と、
   を備えることを特徴とする車両用ステアリング装置。

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