JP3652225B2 - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両に用いられるラックピニオン式ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のラックピニオン式ステアリング装置を示す要部断面図である。図４に示すように、従来のラックピニオン式ステアリング装置は、軸受５１，５２によってハウジング５０に対して回転自在に支持され、先端部にピニオン５３ａが形成されたピニオン軸５３と、そのピニオン軸５３に直交する方向に支持され、ピニオン５３ａと噛み合うラック５４ａが形成されたラック軸５４とを備えている。ピニオン軸５３は図示を省略したステアリングホイールに連結されており、ラック軸５４は操舵輪（図示せず）に連結されている。また、ラック軸５４のラック５４ａの背面側は、同図に示すように、円弧状に形成されている。
【０００３】
ハウジング５０にはラック軸５４に直交する筒状のサポートヨーク収容孔５０ａが設けられている。このサポートヨーク収容孔５０ａの内部には、上記ラック軸５４に直接的に摺動接触する摺接部材５６を介在して、そのラック軸５４を支持するサポートヨーク５５、そのサポートヨーク５５の背面側に配置され、当該サポートヨーク収容孔５０ａを塞ぐヨークプラグ５７、及びサポートヨーク５５とヨークプラグ５７との間に圧縮された状態で配置されたスプリング５８が収容されている。
【０００４】
前記摺接部材５６は、ラック軸５４からサポートヨーク５５に作用する荷重を受け止めるために、金属又は合成樹脂により構成されたものであり、図に示すようにサポートヨーク５５に設けられた凹部に装着されている。
上記ヨークプラグ５７は、サポートヨーク収容孔５０ａの端部に螺着され、ロックナット５９によって所定の位置に固定されている。また、サポートヨーク５５はスプリング５８によりラック軸５４に押し付けられ、ラック５４ａとピニオン５３ａとの間に予圧を付加している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のラックピニオン式ステアリング装置では、操舵輪からラック軸５４に伝わる振動や衝撃荷重により、ラック軸５４のラック５４ａとピニオン軸５３のピニオン５３ａとがガタついて、いわゆる歯打ち音を生じることがあった。特に、中央から両端部に向かってギヤ比が低くなるよう変化させたＶＧＲ（Variable Gear Ratio）ラックをラック軸５４に適用したタイプでは、ラック軸５４からサポートヨーク５５に高荷重が伝わることがあるので、摺接部材５６を金属により構成する必要があった。このため、上記サポートヨーク収容孔５０ａ内では、接触部分が実質的に全て金属により構成されて、前記の歯打ち音がラック軸５４から摺接部材５６、サポートヨーク５５、及びヨークプラグ５７を順次伝播して、ハウジング５０から外部に伝わった。その結果、この従来のラックピニオン式ステアリング装置では、上記歯打ち音が異音としてドライバーに伝わり、ドライバーに不快感を与えてしまうという問題点があった。
【０００６】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、ラックとピニオンとのガタつきによる歯打ち音を吸収することができ、異音としてドライバーに伝わること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を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジングに対して回転自在に支持され、先端に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を側面に設け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であって、
前記ハウジングに形成されたサポートヨーク収容孔に摺動自在に収容され、前記ラック軸に摺接するメタルシートを介在して、そのラック軸をラックの背面側で支持するサポートヨークと、
前記サポートヨークに一端部が当接しそのサポートヨークを前記ラック軸側に付勢して、そのラックと前記ピニオンとを所定の圧力で噛み合わせるための付勢部材と、
前記ハウジングに取り付けられ、前記付勢部材の他端部を受け止めるとともに、前記サポートヨーク収容孔を塞ぐヨークプラグと、
前記ラックと前記ピニオンとの歯打ち音が前記ヨークプラグに伝播するのを防止する合成樹脂製のリングとを備え、前記メタルシートが、鋼板上に銅板を積層した積層板と、この積層板にコーティングされたフッ素樹脂とにより構成されているものである（請求項１）。
【０００８】
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においては、ラックとピニオンとのガタつきによる歯打ち音が生じた場合でも、合成樹脂製のリングがサポートヨークからヨークプラグに伝播しようとする上記歯打ち音を吸収することができる。また、上記メタルシートが鋼板上に銅板を積層した積層板と、この積層板にコーティングされたフッ素樹脂とにより構成されているので、ラック軸からサポートヨークに高荷重が伝わる場合でも、当該メタルシートに変形や溶解を生じるのを防ぐことができる。
【０００９】
また、上記のラックピニオン式ステアリング装置（請求項１）において、前記リングが、前記付勢部材が挿通される円筒状部及びリング状のつば部を有し、前記つば部が前記サポートヨークと前記ヨークプラグとの間に配置され、かつ前記円筒状部が前記ヨークプラグ及び前記サポートヨークの少なくとも一方に設けられた所定部に一体的に取り付けられていることが好ましい（請求項２）。
この場合、リングをヨークプラグ及びサポートヨークの少なくとも一方に一体的に取り付けられているので、サポートヨーク収容孔への当該リングの挿入及び取付作業を容易なものとすることができ、当該装置の組立作業を簡単化することができる。
【００１０】
また、上記のラックピニオン式ステアリング装置（請求項１または２）において、前記リングが、硬質ウレタン樹脂からなることが好ましい（請求項３）。
この場合、硬質ウレタン樹脂によりリングを構成しているので、上記歯打ち音等をより効率よく吸収することができるともに、耐久性に優れたリングを構成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のラックピニオン式ステアリング装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態によるラックピニオン式ステアリング装置の要部断面図である。図において、本実施形態のラックピニオン式ステアリング装置には、軸受２，３によってハウジング１に対して回転自在に支持され、先端部にピニオン５ａが形成されたピニオン軸５と、そのピニオン軸５に直交する方向に支持され、ピニオン５ａと噛み合うラック６ａを側面に形成したラック軸６とが設けられている。ハウジング１の上端部とピニオン軸５との間には、オイルシール４が装着されている。上記ピニオン軸５の他方の先端部には、図示を省略したステアリングホイールが連結される。また、ラック軸６は、図の紙面に垂直な方向に延ばされたものであり、その両端部には左右の操舵輪（図示せず）が連結されて、上記ステアリングホイールによって回動可能に構成されている。尚、図１には、Ｙ字型の断面形状をもつラック軸６を示したが、例えば図４に示した円弧状のものでもよい。
【００１３】
上記ハウジング１には、ラック軸６に直交する筒状のサポートヨーク収容孔１ａが設けられている。このサポートヨーク収容孔１ａの内部には、上記ラック軸６をラック６ａの背面６ｂ側で支持する略円柱状のサポートヨーク７、ハウジング１に取り付けられて当該サポートヨーク収容孔１ａを塞ぐヨークプラグ９、及びサポートヨーク７とヨークプラグ９との間に配置された付勢部材としての圧縮コイルばね１０が設けられている。
【００１４】
上記サポートヨーク７は、図の左右方向に若干の範囲で摺動可能となるように、サポートヨーク収容孔１ａ内に保持されたものであり、かつ圧縮コイルばね１０によって左方向に付勢されている。サポートヨーク７のラック軸６側には、そのラック６ａの背面６ｂ側の形状に対応して形成されたＹ字状（横向き）の谷状部７ａが設けられている。また、サポートヨーク７には、前記谷状部７ａと反対側の端部に凹部７ｂが設けられ、さらに略円柱状の中心部分で谷状部７ａと凹部７ｂとを連通した貫通孔７ｃが形成されている。
【００１５】
前記の谷状部７ａには、ラック軸６に摺接する摺接部材としてのメタルシート８が取り付けられている。このメタルシート８は、例えば鋼板上に銅板を積層した積層板にフッ素樹脂をさらにコーティングしたものであり、上記谷状部７ａに合致した形状を有している。さらに、メタルシート８には、突起部８ａが設けられ、サポートヨーク７の貫通孔７ｂに圧入されている。これにより、当該メタルシート８は、サポートヨーク７に一体的に取り付けられて、ラック軸６から荷重が作用したときでも、サポートヨーク７上で位置ずれを生じることなくその谷状部７ａに装着された状態を維持することができる。
尚、上記の説明では、サポートヨーク７に貫通孔７ｃを設けて、突起部８ａを圧入する構成について説明したが、貫通孔７ｃの代わりに、突起部８ａが圧入される凹部や溝をサポートヨーク７に設けてサポートヨーク７とメタルシート８とを一体的にする構成でもよい。
【００１６】
また、上記のようなメタルシート８をラック軸６とサポートヨーク７との間に介在させることにより、ラック軸６との摩擦に対する耐熱性及び耐摩耗性を向上することができるので、ラック軸６からサポートヨーク７に高荷重が伝わる場合でも、サポートヨーク７はメタルシート８に変形や溶解を生じることなくラック軸６を支持することができる。
【００１７】
ヨークプラグ９は、図１に示したように、サポートヨーク収容孔１ａの開口端に螺着され、さらにロックナット１２によって所定の位置に固定されている。ヨークプラグ９のサポートヨーク７側の端部には、例えば筒状の凹部９ａが設けられている。また、このサポートヨーク７側の端部には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、円筒状の周壁部９ｂと、上記凹部９ａの開口部分の周りの表面である円環状の端面９ｃとが設けられている。また、ヨークプラグ９は、図２（ｂ）に示すように、後述のリング１１が凹部９ａに圧入されると、そのリング１１の円筒状部１１ａの外周部分が周壁部９ｂに密接し、リング１１のつば部１１ｂが端面９ｃに密接するよう構成されている。
【００１８】
図１に戻って、上記圧縮コイルばね１０は、その一端部が上記サポートヨーク７の凹部７ｂの底面７ｂ１に当接し、他端部がヨークプラグ９の凹部９ａの底面９ａ１に当接して、圧縮された状態でサポートヨーク７とヨークプラグ９との間に配置されている。この圧縮コイルばね１０の付勢力によって、サポートヨーク７がメタルシート８を介してラック軸６に押し付けられて、ラック６ａとピニオン５ａとが所定の圧力が噛み合わされる。
【００１９】
リング１１は、合成樹脂により構成され、圧縮コイルばね１０が挿通される円筒状部１１ａ及びリング状のつば部１１ｂを有している。また、リング１１は、その円筒状部１１ａがヨークプラグ９に設けられた所定部としての凹部９ａに圧入されて、そのヨークプラグ９に一体的に取り付けられたあと、サポートヨーク収容孔１ａ内に配置される。また、つば部１１ｂは、上記サポートヨーク収容孔１ａ内でサポートヨーク７とヨークプラグ９との間に配置されて、サポートヨーク７とヨークプラグ９との間で伝わる上記歯打ち音を吸収する（図２（ｂ）、図３（ａ）、及び図３（ｂ）も参照）。
【００２０】
また、このリング１１は、射出成型あるいは切削により形成されたものであり、サポートヨーク７からの荷重に対する耐久性及び上記歯打ち音の吸収性に鑑みて、材質や厚みなどに規定される硬さが適宜選択されたものである。尚、前記の射出成型によるリング１１の形成では、金型を用いた一般的な方法でリング１１を個別に形成したものであるが、一体化するヨークプラグ９に直接的に樹脂を射出する、いわゆるインサートタイプの方法でリング１１を形成してもよい。
【００２１】
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では、たとえラック６ａとピニオン５ａとのガタつきによって歯打ち音が生じた場合でも、合成樹脂製のリング１１がサポートヨーク７からヨークプラグ９に伝播しようとする上記歯打ち音を吸収することができる。このため、本実施形態のラックピニオン式ステアリング装置では、上記のような歯打ち音が異音としてドライバーに伝わることを抑制してドライバーに不快感を与えるのを抑えることができる。
また、リング１１の円筒状部１１ａがヨークプラグ９の凹部９ａに圧入されるだけで、その圧入されたヨークプラグ９に当該リング１１が一体的に取り付けられているので、リング１１のサポートヨーク収容孔１ａへの挿入及び取付作業を容易、かつ確実なものとすることができ、当該装置の組立作業を簡単化することができる。
【００２２】
尚、発明者等の実験によれば、硬質ウレタン樹脂によりリング１１を構成することによって、上記歯打ち音等をより効率よく吸収することができるともに、耐久性に優れたリングを構成できることが確認された。さらに、このリング１１では、前記の歯打ち音の吸収性に加えて、例えば前記の硬質ウレタン樹脂において、それに含まれるポリエステルあるいはポリエーテルの重合度などを変更することにより、当該リング１１内を伝わる音や振動の周波数や振幅を変化させることも可能であり、例えばコトコト音などのパルス波的な歯打ち音を滑らかな音色の音としてドライバーに不快感を与えない音に変換することもできた。
【００２３】
尚、上記の説明では、つば部１１ｂの片側に設けた円筒状部１１ａをヨークプラグ９に設けた所定部としての凹部９ａに一体的に取り付ける構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リング１１がサポートヨーク７及びヨークプラグ９の少なくとも一方に一体的に取り付けられる構成であればよい。例えば円筒状部１１ａをサポートヨーク７の凹部７ｂに圧入する構成でもよい。また、つば部１１ｂの両側に円筒状部１１ａを設けて上述の凹部７ｂ，９ａに圧入する構成でもよい。また、凹部９ａを設けることなく、ヨークプラグ９のサポートヨーク７側の端部を、円筒状部１１ａが圧入される溝だけを形成した平面とする構成でもよい。
【００２４】
また、上記の説明では、圧縮コイルばね（付勢部材）１０の他端部と接する底面９ａ１を備えた凹部９ａをヨークプラグ９に設けた場合について説明したが、この付勢部材はサポートヨーク７をラック軸６側に付勢して、そのラック６ａとピニオン５ａとを所定の圧力で噛み合わせるものであればよい。具体的には、例えば付勢部材を収容できる孔部をサポートヨーク７側に設け、かつその孔部に収容された付勢部材の端部と接する表面をヨークプラグ９の端部に設けた構成でもよい。このように構成した場合、リング１１は、例えばその円筒状部１１ａを上記孔部に圧入して、組立時にサポートヨーク７と一体化すればよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のラックピニオン式ステアリング装置によれば、合成樹脂製のリングがサポートヨークからヨークプラグに伝播しようとする上記歯打ち音を吸収するので、その歯打ち音が異音としてドライバーに伝わることを抑制してドライバーに不快感を与えるのを抑えることができる。また、鋼板上に銅板を積層した積層板と、この積層板にコーティングされたフッ素樹脂とからなるメタルシートをラック軸とサポートヨークとの間に介在させることにより、ラック軸からサポートヨークに高荷重が伝わる場合でも、当該メタルシートに変形や溶解を生じるのを防ぐことができる。
【００２６】
請求項２のラックピニオン式ステアリング装置によれば、リングをヨークプラグ及びサポートヨークの少なくとも一方に一体的に取り付けられているので、サポートヨーク収容孔への当該リングの挿入及び取付作業を容易なものとすることができ、当該装置の組立作業を簡単化することができる。
【００２７】
請求項３のラックピニオン式ステアリング装置によれば、上記リングが硬質ウレタン樹脂により構成されているので、前記の歯打ち音等をより効率よく吸収することができるともに、耐久性に優れたリングを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるラックピニオン式ステアリング装置を示す要部断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示したヨークプラグの詳細な構成を示す拡大断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）の一点鎖線Ａで囲んだ部分を示す拡大断面図である。
【図３】（ａ）は図１に示したリングの詳細な構成を示す拡大断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）の矢印Ｂの方向から見たときの拡大平面図である。
【図４】従来のラックピニオン式ステアリング装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
１ａ サポートヨーク収容孔
５ ピニオン軸
５ａ ピニオン
６ ラック軸
６ａ ラック
７ サポートヨーク
８ メタルシート
９ ヨークプラグ
９ａ 凹部（所定部）
１０ 圧縮コイルばね（付勢部材）
１１ リング
１１ａ 円筒状部
１１ｂ つば部

Claims (3)

1. ハウジングに対して回転自在に支持され、先端に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を側面に設け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であって、
   前記ハウジングに形成されたサポートヨーク収容孔に摺動自在に収容され、前記ラック軸に摺接するメタルシートを介在して、そのラック軸をラックの背面側で支持するサポートヨークと、
   前記サポートヨークに一端部が当接しそのサポートヨークを前記ラック軸側に付勢して、そのラックと前記ピニオンとを所定の圧力で噛み合わせるための付勢部材と、
   前記ハウジングに取り付けられ、前記付勢部材の他端部を受け止めるとともに、前記サポートヨーク収容孔を塞ぐヨークプラグと、
   前記ラックと前記ピニオンとの歯打ち音が前記ヨークプラグに伝播するのを防止する合成樹脂製のリングとを備え、
   前記メタルシートが、鋼板上に銅板を積層した積層板と、この積層板にコーティングされたフッ素樹脂とにより構成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. 前記リングが、前記付勢部材が挿通される円筒状部及びリング状のつば部を有し、前記つば部が前記サポートヨークと前記ヨークプラグとの間に配置され、かつ前記円筒状部が前記ヨークプラグ及び前記サポートヨークの少なくとも一方に設けられた所定部に一体的に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のラックピニオン式ステアリング装置。
3. 前記リングが、硬質ウレタン樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載のラックピニオン式ステアリング装置。

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