JP2022155387A - Rack-and-pinion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラックとピニオンとが噛み合い回動と直動とを相互に変換しうるラックアンドピニオンシステムに関する。 The present invention relates to a rack and pinion system in which a rack and a pinion are meshed and capable of mutually converting rotation and linear motion.
従来、特許文献1に記載されるステアリング装置のように、ステアリングホイールの回動を転舵輪を旋回させる直動に変換するラックアンドピニオンシステムが存在している。乗用車のステアリング装置に組み込まれるラックアンドピニオンシステムにおいて、ラックが設けられるラック軸体を収容するラックハウジング内にはラック軸体を収容するラックブッシュなどと称される一対の支持部材が配置される。一対の支持部材は、ラックハウジングの両端部にそれぞれ配置されてラック軸体を支持し、ラック軸体の直動をガイドしている。ラック軸体が一方の転舵輪の近傍から他方の転舵輪の近傍まで延在する長さがある場合、ラック軸体のストロークを大きくしても、ラックハウジングの両端部に配置される支持部材からラック軸体が脱落することはない。 Conventionally, there is a rack-and-pinion system, such as the steering device described in Patent Document 1, that converts the rotation of a steering wheel into a linear motion that turns steered wheels. 2. Description of the Related Art In a rack-and-pinion system incorporated in a steering device of a passenger car, a pair of support members called rack bushes for accommodating the rack shaft are arranged in a rack housing for accommodating the rack shaft. A pair of support members are arranged at both ends of the rack housing, support the rack shaft, and guide the linear movement of the rack shaft. If the rack shaft has a length that extends from the vicinity of one steered wheel to the vicinity of the other steered wheel, even if the stroke of the rack shaft is increased, the support members arranged at both ends of the rack housing do not move. The rack shaft does not come off.
ところが、車両の幅方向以外の方向にラックアンドピニオンシステムを配置し、ドラグリンクなどを介して転舵輪を転舵する車両などの場合、ラック軸体を車両の幅方向に長く延在させることができず、ラック軸体のストロークを大きく確保することが困難であった。 However, in the case of a vehicle in which the rack and pinion system is arranged in a direction other than the width direction of the vehicle and the steered wheels are steered via a drag link or the like, it is necessary to extend the rack shaft body long in the width direction of the vehicle. Therefore, it was difficult to secure a large stroke of the rack shaft body.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ラック軸体の長さが短い場合においてもラック軸体のストロークを大きく確保することができるラックアンドピニオンシステムの提供を目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a rack and pinion system capable of ensuring a large stroke of the rack shaft even when the length of the rack shaft is short.
上記目的を達成するために、本発明の1つであるラックアンドピニオンシステムは、ラック軸方向にラックが形成されるラック軸体と、 前記ラック軸と交差するピニオン軸方向に延在し、前記ラックと噛み合うピニオンが形成されるピニオン軸体と、前記ラック軸体、および前記ピニオン軸体を挿入状態で収容し、前記ラック軸方向において、前記ラックが形成される領域であるラック領域の長さ以下のラックハウジングと、前記ラックハウジングに対して前記ラック軸体を支持し、前記ラック軸方向において、前記ピニオン軸体の両側に配置される第一支持部材、および第二支持部材を備え、前記第一支持部材、および前記第二支持部材が配置される領域である支持部材領域の前記ラック軸方向における長さは、前記ラック領域の長さより短い。 To achieve the above object, one aspect of the present invention is a rack and pinion system comprising: a rack shaft body having a rack formed in a rack axial direction; A pinion shaft in which a pinion meshing with a rack is formed, and a length of a rack region in which the rack shaft and the pinion shaft are accommodated in an inserted state and in which the rack is formed in the rack axial direction. a rack housing, and a first supporting member and a second supporting member that support the rack shaft relative to the rack housing and are arranged on both sides of the pinion shaft in the rack axial direction, The length in the rack axial direction of the support member region where the first support member and the second support member are arranged is shorter than the length of the rack region.
本発明によれば、ラック軸体を支持する一対の支持部材が、ピニオンの両側近傍に配置されるため、長さが短いラック軸体のストロークを大きくした場合でも、ラック軸体が支持部材から脱落することがない。 According to the present invention, the pair of support members that support the rack shaft are arranged near both sides of the pinion. No falling off.
以下、本発明に係るラックアンドピニオンシステムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するために一例を挙示するものであり、本発明を限定する主旨ではない。例えば、以下の実施の形態において示される形状、構造、材料、構成要素、相対的位置関係、接続状態、数値、数式、方法における各段階の内容、各段階の順序などは、一例であり、以下に記載されていない内容を含む場合がある。また、平行、直交などの幾何学的な表現を用いる場合があるが、これらの表現は、数学的な厳密さを示すものではなく、実質的に許容される誤差、ずれなどが含まれる。また、同時、同一などの表現も、実質的に許容される範囲を含んでいる。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a rack and pinion system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention. For example, the shapes, structures, materials, constituent elements, relative positional relationships, connection states, numerical values, formulas, contents of each step in the method, order of each step, etc. shown in the following embodiments are examples, and are described below. may include content not listed in In addition, geometric expressions such as parallel and orthogonal are sometimes used, but these expressions do not indicate mathematical rigor, and substantially allowable errors, deviations, and the like are included. Expressions such as "simultaneous" and "identical" also include substantially permissible ranges.
また、図面は、本発明を説明するために適宜強調、省略、または比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状、位置関係、および比率とは異なる。 In addition, the drawings are schematic diagrams that have been appropriately emphasized, omitted, or adjusted in proportion in order to explain the present invention, and are different from the actual shape, positional relationship, and proportion.
また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として包括的に説明する場合がある。また、以下に記載する内容の一部は、本発明に関する任意の構成要素として説明している。 Further, in some cases, a plurality of inventions will be collectively described as one embodiment below. Also, some of the contents described below are described as optional components related to the present invention.
図1は、ラックアンドピニオンシステムを備えたステアリング装置を示す図である。ステアリング装置200は、車両を操向するために運転者、またはコンピュータの操作により転舵輪210を旋回させる機構であり、ラックアンドピニオンシステム100が組み込まれている。ステアリング装置200の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、ステアリングホイールなどの操作部材250の回転をラックアンドピニオンシステム100により直動に変換し、リンク機構220により転舵輪210を転舵する形式が採用されている。具体的にステアリング装置200は、ラックアンドピニオンシステム100と、ドラグリンク221と、ベルクランク222と、リレーロッド223と、タイロッド224と、ナックルアーム225と、を備えている。また、ステアリング装置200は、減速機230、およびモーター240を備え、運転者が操作部材250により入力される操作トルクを補助するアシストトルクをピニオン側に入力する、いわゆるパワーアシスト付のステアリング装置200である。また、ステアリング装置200は、モーター240をコンピュータが制御し自動運転時の自動操舵も可能なものとなっている。
FIG. 1 shows a steering device with a rack and pinion system. The
図2は、ラックアンドピニオンシステムを示す斜視図である。図3は、ラックハウジングを透過状態としてラックアンドピニオンシステムを示す斜視図である。図4は、ラックアンドピニオンシステムの断面図である。これらの図に示すようにラックアンドピニオンシステム100は、ラック軸体110と、ピニオン軸体120と、ラックハウジング130と、第一支持部材141と、第二支持部材142と、を備えている。本実施の形態の場合、ラックアンドピニオンシステム100は、ストッパ150と、ラックガイド160と、接続部材113と、を備えている。
FIG. 2 is a perspective view showing the rack and pinion system. FIG. 3 is a perspective view showing the rack and pinion system with the rack housing in a transparent state. FIG. 4 is a cross-sectional view of the rack and pinion system. As shown in these drawings, the rack and
ラック軸体110は、ラック軸方向(図中Y軸方向)にラック111が形成される棒状の部材であり、ピニオン軸体120のピニオン121とラック111とが噛み合うことによりピニオン軸体120の回動を直動に変換する。
The
ラック軸体110の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、ラック軸体110は、ラック軸方向の中央部にラック111が形成されている。図4に示すように、ラック111が形成される領域であるラック領域のラック軸方向における長さL1は、ラック軸体の長さの半分以上である。ラック軸体110の両端部にはそれぞれラック111が形成されていない非ラック部112が存在している。ラック軸方向においてラック領域の長さL1は、二つの非ラック部112が存在する領域である非ラック領域の合計長さ(L3+L4)よりも長くなっている。
The shape of the
ピニオン軸体120は、ラック軸と交差するピニオン軸方向に延在し、ラック111と噛み合うピニオン121が形成される棒状の部材である。本実施の形態の場合、ピニオン軸体120は、ステアリングシャフト260を介して操作部材250に連結されており、運転者が操作部材250を回転させることにより回転する。また、ピニオン軸体120は、減速機230を介してモーター240に接続されており、モーター240が発生させたトルクが入力される。
The
ラックハウジング130は、ラック軸体110、およびピニオン軸体120を挿入状態で収容する筐体であり、ラック軸体110の直動をガイドするように保持し、ピニオン軸体120を回転可能に保持する。ラック軸方向において、ラックハウジング130の長さL5(図4参照)は、ラック111の形成領域であるラック領域の長さL1以下に設定されている。これにより、ラック軸体110のストロークが大きな場合でも、ラック軸体110に連結されるドラグリンク221などの部材との干渉を回避することが可能となる。ラックハウジング130は、ラック軸体110に対してピニオン121の反対側にラックガイド160を収容状態で保持する円筒状のガイド収容部131を備えている。
The
なお、ラックハウジング130の左右両端部には伸縮可能な蛇腹構造のブーツ(不図示)がそれぞれ設けられており、ラックハウジング130内への塵埃などの侵入を防止している。
At both left and right ends of the
第一支持部材141、および第二支持部材142(これらを総称して「支持部材」と記載する場合がある。)は、ラックハウジング130に対してラック軸体110に当接して直接支持しラック軸体110の直動を直接的にガイドするブッシュなどと称される部材であり、ラック軸方向において、ピニオン軸体120を挟んでラック軸体110の両側に配置される部材である。第一支持部材141、および第二支持部材142が配置される領域である支持部材領域のラック軸方向における長さL6(図4参照)、つまりラック軸方向における第一支持部材141の外側端から第二支持部材142の外側端までの長さは、ラック111が配置されるラック領域の長さL1より短くなるように配置されている。
The
支持部材は、ラック軸方向に交差する方向においてドラグリンク221から受ける力に抗し、ラックハウジング130に対してラック軸体110が傾かないようにラック軸体110の位置関係を維持する部材である。支持部材の形状は、ラック111が形成される面とは反対側の面とラックハウジング130との間を埋める部分が存在する形状であれば特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、支持部材は円筒形状となっている。また、各支持部材は、一つの部材で形成されてもよく、複数の部材により形成されるものでもかまわない。
The support member is a member that resists the force received from the
ストッパ150は、第一支持部材141、または第二支持部材142の外側端面に当接し、ラック軸方向におけるラック軸体110の移動を規制している。本実施の形態の場合、ストッパ150は、ラックハウジング130の内側に侵入し、第一支持部材141の外側端面と当接することによりラック軸体110の移動を規制する。これにより、ピニオン121がラック軸体110の非ラック部112に乗り上がることを防止している。なお、ストッパ150と反対側はドラグリンク221と連結されており、ステアリング装置200のリンク機構によりラック軸体110の移動が規制される。
The
ラックガイド160は、ラック111とピニオン121との噛み合い反力に抗するようにラック軸体110をピニオン軸体120に向かって付勢する機構である。ラックガイド160は、ラックハウジング130に設けられるガイド収容部131内に収容されている。ラックガイド160は、ラック111が形成される側と反対側のラック軸体110に当接し、ラック軸体110をピニオン軸体120に向けて押しつけるサポートヨーク161と、ラック軸体110をピニオン軸体120に押し付けるようにサポートヨーク161を付勢する付勢部材162と、ガイド収容部131の開口側の端部に固定されて付勢部材162を圧縮状態に維持する押え部材163とを備えている。
The
接続部材113は、ラック軸体110に対しドラッグリンク221を揺動可能に接続する部材である。本実施の形態の場合、接続部材121の外径は、ラック軸体110の外径よりも大きく、かつラックハウジング130の内径より小さく設定されている。これにより、接続部材113は、ラックハウジング130内に侵入して第二支持部材142と当接することができ、ラック軸体110の移動を規制するストッパ150と同様の機能を発揮することができる。
The
本実施の形態のラックアンドピニオンシステム100によれば、ラック軸方向において支持部材が配置される領域の長さが短いため、ラック軸体110が短い場合でもラック軸体110が支持部材に支持されるぎりぎりの範囲までラック軸体110を移動させることができる。従って、ラック軸体110のストロークを大きくすることが可能となる。
According to the rack and
また、支持部材が配置される領域の長さが短いため、支持部材を介してラック軸体110を保持するラックハウジング130の長さも短くすることができ、ドラグリンク221との干渉など他の部材との干渉を抑制することができる。
In addition, since the length of the region where the support member is arranged is short, the length of the
また、ラック軸方向において、支持部材領域L6の長さは、ラックハウジング130の長さより短く、ストッパ150、および接続部材113がラックハウジング130の内側に侵入可能であるため、ラック軸体110のストローク量を大きく確保することができる。
In addition, in the rack axial direction, the length of the support member region L6 is shorter than the length of the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, another embodiment realized by arbitrarily combining the constituent elements described in this specification or omitting some of the constituent elements may be an embodiment of the present invention. The present invention also includes modifications obtained by making various modifications to the above-described embodiment within the scope of the gist of the present invention, that is, the meaning of the words described in the claims, which a person skilled in the art can think of. be
例えば、ピニオン121を平歯車、ラック111をすぐ歯として説明したが、ピニオン121をはす歯、ラック111をはす歯ラックにしてもかまわない。
For example, although the
また、ラックアンドピニオンシステム100をリンク式のステアリング装置200に組み込む場合を説明したが、ラックアンドピニオンシステム100は、他の方式のステアリング装置200に組み込まれてもよく、またステアリング装置200以外の装置に組み込まれてもかまわない。
Moreover, although the case where the rack and
本発明は、回動と直動とを相互に変換するラックアンドピニオンシステムに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a rack and pinion system that mutually converts rotation and linear motion.
100…ラックアンドピニオンシステム、110…ラック軸体、111…ラック、112…非ラック部、113…接続部材、120…ピニオン軸体、121…ピニオン、130…ラックハウジング、131…ガイド収容部、141…第一支持部材、142…第二支持部材、150…ストッパ、160…ラックガイド、161…サポートヨーク、162…付勢部材、163…押え部材、200…ステアリング装置、210…転舵輪、220…リンク機構、221…ドラグリンク、222…ベルクランク、223…リレーロッド、224…タイロッド、225…ナックルアーム、230…減速機、240…モーター、250…操作部材、260…ステアリングシャフト
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ラック軸と交差するピニオン軸方向に延在し、前記ラックと噛み合うピニオンが形成されるピニオン軸体と、
前記ラック軸体、および前記ピニオン軸体を挿入状態で収容し、前記ラック軸方向において、前記ラックが形成される領域であるラック領域の長さ以下のラックハウジングと、
前記ラックハウジングに対して前記ラック軸体を支持し、前記ラック軸方向において、前記ピニオン軸体の両側に配置される第一支持部材、および第二支持部材を備え、
前記第一支持部材、および前記第二支持部材が配置される領域である支持部材領域の前記ラック軸方向における長さは、前記ラック領域の長さより短い
ラックアンドピニオンシステム。 a rack shaft having a rack formed in the rack axial direction;
a pinion shaft extending in a pinion axis direction that intersects with the rack shaft and formed with a pinion that meshes with the rack;
a rack housing that accommodates the rack shaft and the pinion shaft in an inserted state and has a length in the rack axial direction equal to or less than a rack region in which the rack is formed;
a first supporting member and a second supporting member that support the rack shaft with respect to the rack housing and are arranged on both sides of the pinion shaft in the rack axial direction;
A rack and pinion system in which the length in the rack axial direction of a support member region in which the first support member and the second support member are arranged is shorter than the length of the rack region.
請求項1に記載のラックアンドピニオンシステム。 2. The rack and pinion system according to claim 1, wherein the length of the rack region in the rack axial direction is half or more of the length of the rack shaft.
を備える請求項1または2に記載のラックアンドピニオンシステム。 3. The rack and pinion system according to claim 1, further comprising a stopper that abuts on the outer end surface of the first support member or the second support member and restricts movement of the rack shaft in the rack axial direction.
請求項1から3のいずれか一項に記載のラックアンドピニオンシステム。 The rack and pinion system according to any one of claims 1 to 3, wherein the length of the support member region is shorter than the length of the rack housing in the rack axial direction.
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