JP4192725B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用のステアリング装置の一形式として広く普及しているラックピニオン式のステアリング装置に関する。

ラックピニオン式のステアリング装置は、車体の左右方向へ延設されて軸長方向へ摺動可能とされたラック軸と、操舵部材（ステアリングホイール）に連結されて軸心回りに回動可能とされたピニオン軸とを備え、ラック軸の周面の一部に軸長方向へ延設されたラック歯とピニオン軸の下半部に一体形成されたピニオンとを相互に噛合させた構成としてある。ラック軸及びピニオン軸は、互いに交叉するように連設された筒状のラックハウジング及びピニオンハウジングの内部に支持されており、ラックハウジングの両側に突出するラック軸の両端には、左右の操向車輪が夫々連結されている。このような構成により、操舵部材の操作に応じて生じるピニオン軸の回転運動がラック軸の軸長方向の直線運動に変換されて左右の操向車輪が操向され、舵取りがなされる。

このようなラックピニオン式のステアリング装置においては、ラック歯とピニオンとの噛合部に適正な予圧を加え、左右両方向の舵取りを遅れを伴わずに高精度に行わせるために、ラック軸をピニオン軸へ押圧し、前記噛合部に予圧を加えつつラック軸を軸長方向へ摺動可能に支持する円柱状のサポートヨークが用いられている。サポートヨークは、ラックハウジング及びピニオンハウジングの交叉部に両ハウジングの軸心に略直交するように凸設された筒状のヨークハウジングに内嵌保持されており、ヨークハウジングの内壁とサポートヨークとの間には、組付け上又は単品精度上必要な嵌合隙間が設けられている。

この嵌合隙間の範囲内でのサポートヨークの移動（ガタ付き）を抑えるために、サポートヨークに嵌着溝を周設し、該嵌着溝に嵌合隙間を埋めるための弾性環状部材、例えばＯリングを組み付けてあるラックピニオン式のステアリング装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭４８−４４９２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステアリング装置においては、操舵部材の操作に応じてラック軸が軸長方向へ摺動するとき、サポートヨークとラック軸との摩擦抵抗の作用により、サポートヨークは、ヨークハウジングの内壁との嵌合隙間の範囲内でＯリングを圧縮しつつラック軸の摺動方向へ移動する。サポートヨークがヨークハウジングの内壁に当接し、移動不可となった状態からは、ラック軸がサポートヨークとの摩擦抵抗に抗して摺動する。従って、操舵部材の操作初期には、Ｏリングの反発力に続いてサポートヨークとラック軸との摩擦抵抗に抗する力が操舵部材に作用するが、Ｏリングの反発力がサポートヨークとラック軸との摩擦抵抗に抗する力より非常に弱いために、Ｏリングの反発力が感じられずにサポートヨークとラック軸との摩擦抵抗に抗する力のみが感じられる。このため、操舵部材を操作する運転者には、操作反力が遅れて感じられ、良好な操舵感が得られないという問題があった。

また、Ｏリングの反発力が弱いために、ラック軸の摺動方向へ移動したサポートヨークがヨークハウジングの内壁に速い速度にて当接し、不快な異音（コトコト音）を生じさせるという問題もあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ヨークハウジングの内壁とサポートヨークとの嵌合隙間の範囲内でのサポートヨークの移動を抑制する構成とすることにより、操舵部材の操作反力が遅れて感じられることなく良好な操舵感が得られ、また操舵時に不快な異音もしないステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るステアリング装置は、両端部に操向車輪が連結され、操舵に応じて軸長方向へ摺動するラック軸と、円柱状をなし、前記ラック軸の周面形状に対応した凹部を一端面に有し、該凹部により前記ラック軸を支持する支持体とを備えるステアリング装置において、前記支持体に周設された嵌着溝に弾性環状部材を嵌着してあり、前記嵌着溝は、前記支持体の周方向で深さが異なり、前記ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分の深さが最も浅く、前記弾性環状部材は、前記支持体の周面から突出し、前記直線と交叉する部分での突出高さが他の部分での突出高さより高いことを特徴とする。

第１発明においては、操舵部材を操作すれば、ラック軸が軸長方向へ摺動し、舵取りがなされる。このとき、支持体には、ラック軸との摩擦抵抗の作用により、ラック軸の摺動方向への外力が付与され、該外力により支持体は、支持体と、支持体を内嵌保持するヨークハウジングの内壁との嵌合隙間の範囲内でラック軸の摺動方向へ移動し、支持体の嵌着溝に嵌着された弾性環状部材がヨークハウジングの内壁との間で圧縮される。ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分での嵌着溝の深さが最も浅く、該直線と交叉する部分で支持体の周面から突出する弾性環状部材の突出高さが他の部分での突出高さより高いことから、この部分での弾性環状部材の変形量が大きくなっており、ラック軸の摺動方向への外力に対して強い反発力を生じさせ、該反発力が操舵部材に作用する。支持体がヨークハウジングの内壁に当接した状態からは、ラック軸は、支持体との摩擦抵抗に抗して摺動し、この摩擦抵抗に抗する力も操舵部材に作用する。

第２発明に係るステアリング装置は、第１発明において、前記嵌着溝の位置での前記支持体の軸断面形状は、前記ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分が長径となる楕円形状をなすことを特徴とする。

第２発明においては、嵌着溝の位置での支持体の軸断面形状が楕円形状をなすから、支持体の周面からの弾性環状部材の突出高さが、ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分での高さを最大として所定の割合にて滑らかに変化する。

第１発明に係るステアリング装置においては、弾性環状部材は、ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分の反発力が強いことから、操舵部材の操作反力を操舵開始直後から感じることができ、良好な操舵感が得られる。また、前述の反発力により支持体がヨークハウジングの内壁に当接するときの速度が抑えられることから、不快な異音も抑制することができる。

第２発明に係るステアリング装置においては、支持体の周面からの弾性環状部材の突出高さが、ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分での高さを最大として所定の割合にて滑らかに変化することから、潰れ代が大きい箇所にて押し出された弾性環状部材の一部を潰れ代が小さい箇所にて吸収することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るステアリング装置におけるラック軸及びピニオン軸の噛合部近傍の断面図である。

図１において２３は円筒状をなすピニオンハウジングであり、ピニオンハウジング２３の内部には、ピニオン軸２が配設されている。ピニオン軸２は、下半部を拡径して一体形成されたピニオン２０を備え、ピニオン２０の上下両側に位置する一対のアンギュラ玉軸受２１，２２により、ピニオンハウジング２３の内部に軸心回りの回動可能に支持されている。また、ピニオンハウジング２３の外部に突出するピニオン軸２の上端部は、操舵部材５に連結してある。

ピニオンハウジング２３の下半部の一側には、円筒状をなすラックハウジング１３が軸心を交叉させて連設されており、ラックハウジング１３の内部には、軸長方向へ摺動可能にラック軸１が支持されている。ラック軸１は、ピニオンハウジング２３との連通部を臨む側に適長に亘って形成されたラック歯１０を備えており、ラック歯１０はピニオン軸２のピニオン２０に噛合させてある。ラック軸１のラック歯１０が形成された側の逆側（背面側）には、ラック軸１の軸長方向へ延びる突条１１が設けられている。突条１１の基端部両側には、突条１１に沿うように傾斜面１２，１２が設けられており、ラック軸１の背面側は、これらの傾斜面１２，１２及び突条１１によりＹ字状をなしている。また、ラック軸１の両端部は、夫々ラックハウジング１３の両側に突出しており、図示しない左右の操向車輪に各別に連結され、これらの操向車輪が、ラックハウジング１３内でのラック軸１の摺動に応じて操向されるようになしてある。

また、ラックハウジング１３には、ピニオンハウジング２３との連設部の逆側に、ラックハウジング１３及びピニオンハウジング２３と略直交する向きにヨークハウジング３５が凸設されている。ヨークハウジング３５には、ラック軸１のＹ字状の背面側からラックハウジング１３の内部に連通する円形断面の保持孔３０が貫通形成されている。保持孔３０には、ラック軸１をピニオン軸２へ押圧し、ラック歯１０とピニオン２０との噛合部に予圧を加えつつラック軸１を軸長方向へ摺動可能に支持する円柱状のサポートヨーク（支持体）３が内嵌保持されている。保持孔３０の壁面とサポートヨーク３との間には、適宜の嵌合隙間が設けられており、サポートヨーク３は、保持孔３０内で軸長方向へ移動可能とされている。

図２はサポートヨーク３の分解斜視図である。

図２において３８は円柱状をなす基材であり、基材３８の一端面には、中央部を径方向へ横切るように凹部３１が形成されており、凹部３１は、ラック軸１の背面側の周面形状に対応したＹ字状をなしている。凹部３１には、金属製の薄肉シート材をプレス加工により成形したラック受けシート３６が装着されており、ラック受けシート３６のラック軸１が当接する側の面には、フッ素樹脂等の被膜が被着されている。また、基材３８の他端面側の周面には嵌着溝３９が周設されており、嵌着溝３９には、略均一の線径を有し、合成ゴム等の弾性材料にて作製されたＯリング（弾性環状部材）３７が組み付けられている。これらの基材３８、ラック受けシート３６及びＯリング３７によりサポートヨーク３が構成されている。

図３はサポートヨーク３の上面図及び側面図、図４は図３のIV−IV線による断面図である。

嵌着溝３９の位置における基材３８の軸断面形状は、ラック軸１の軸長方向に対応する直径（溝底径）が長径ｄ１となり、ラック軸１の軸長方向に略直交する方向に対応する直径（溝底径）が短径ｄ２となる楕円形状をなす。従って、嵌着溝３９は、基材３８の周方向で深さが異なり、ラック軸１の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分の深さが最も浅くなっている。

嵌着溝３９にＯリング３７が嵌着された場合、Ｏリング３７の線径は、ラック軸１の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分での嵌着溝３９の深さ寸法より大きくなり、しかも、ラック軸１の軸長方向に略直交する直線と交叉する部分での嵌着溝３９の深さ寸法より大きくなる。このため、Ｏリング３７は、ラック軸１の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分での基材３８の周面からの突出高さｈ１が高くなるから、この部分での潰れ代が大きくなる。また、Ｏリング３７は、ラック軸１の軸長方向に略直交する直線と交叉する部分での基材３８の周面からの突出高さｈ２が低くなるから、この部分での潰れ代が小さくなる。よって、サポートヨーク３がヨークハウジング３５の保持孔３０に内嵌されれば、Ｏリング３７は、ラック軸１の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分での変形量が大きくなり、ラック軸１の軸長方向に略直交する直線と交叉する部分での変形量が小さくなる。

なお、嵌着溝３９の位置における基材３８の軸断面形状を楕円形状とし、Ｏリング３７の潰れ代が大きい箇所と小さい箇所とを設けたから、潰れ代の大きい箇所にて圧縮されて押し出されたＯリング３７の一部は、潰れ代が小さい箇所にて吸収される。従って、Ｏリング３７を嵌着溝３９と保持孔３０の壁面とにより形成される収容空間に収容することができるから、サポートヨーク３を保持孔３０に内嵌するときにＯリング３７の噛み込み又は切断等の不具合が発生しない。

このようなサポートヨーク３は、基材３８の一端面に形成された凹部３１をラック軸１の背面側にラック受けシート３６を介して当接させるように嵌め合わせてある。また、サポートヨーク３の基材３８の他端面は、保持孔３０の開口部にねじ込まれ、ロックナット３３により位置決め固定された押えキャップ３２に臨ませてあり、押えキャップ３２との間に介装された押しばね３４によりサポートヨーク３はラック軸１に向けて押圧付勢されている。

サポートヨーク３は、押しばね３４の付勢力により、凹部３１をラック受けシート３６を介してラック軸１の背面に押し付け、ラック軸１をピニオン軸２へ押圧し、ラック歯１０とピニオン２０との噛合部に予圧を付与すると共に、ラック軸１を軸長方向へ摺動可能に支持する作用をなす。なお、前記予圧の強さは、押えキャップ３２のねじ込み量を増減し、ロックナット３３の締め付けにより適宜のねじ込み位置にて押えキャップ３２を固定することにより適正に設定することができる。

このような作用をなすサポートヨーク３には、ラック軸１及びピニオン２０の噛合反力の作用により軸長方向へ移動させる外力が加わる。押しばね３４は、サポートヨーク３を軸長方向へ移動させる外力と付勢力とのバランスによりサポートヨーク３の軸長方向への移動を許容し、ラック歯１０とピニオン２０との噛合部の予圧を略一定に保つ作用をなす。

以上の構成により、本発明に係るステアリング装置は、操舵部材５の操作に応じてピニオン軸２が回転運動する。ピニオン軸２の回転運動は、ラック軸１の軸長方向の直線運動に変換され、ラック軸１の直線運動により左右の操向車輪が操向されて舵取りがなされる。

ラック軸１が軸長方向へ摺動するとき、サポートヨーク３には、ラック軸１との摩擦抵抗により、ラック軸１の摺動方向と同じ向きの外力が作用し、該外力の作用によりサポートヨーク３は、保持孔３０の壁面との嵌合隙間の範囲内でラック軸１の摺動方向へ移動する。サポートヨーク３が保持孔３０の壁面に当接するまでは、Ｏリング３７の反発力が操作反力として操舵部材５に作用する。Ｏリング３７は、ラック軸１の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分の潰れ代が大きく、変形量が大きいから、ラック軸１の摺動方向へのサポートヨーク３の移動に伴う圧縮にて強い反発力を生じさせる。該反発力が操舵部材５に作用し、操舵部材５を操作する運転者に操作反力として感じられる。

また、サポートヨーク３が保持孔３０の壁面に当接し、移動不可となった状態からは、ラック軸１がサポートヨーク３との摩擦抵抗に抗して摺動するため、操舵部材５には、摩擦抵抗に抗する力が操作反力として更に作用する。

図５は、操舵部材５に付与される操作反力の変化の様子を示す説明図である。図の横軸は、操舵開始後の操舵角度の変化を示し、縦軸は、操舵部材に付与される操作反力を示している。

本図に示す如く操作反力は、操舵開始の直後にはＯリング３７の反発力に対応する略一定の変化率にて比例的に上昇する。サポートヨーク３と保持孔３０の壁面との嵌合隙間に対応する操舵角度θ１に達し、サポートヨーク３と保持孔３０の壁面とが当接した後は、操作反力の変化率が増加し、この増加した変化率にて操作反力が比例的に上昇する。前述した変化率の増加は急激ではないから、操舵部材５を操作する運転者には、操舵開始直後から操作反力が感じられ、操舵角度に応じて操作反力が増加するように感じられる。

これに対し、従来のステアリング装置の場合、操舵部材５に付与される操作反力は、サポートヨーク３と保持孔３０の壁面との嵌合隙間に対応する操舵角度θ１に達するまでの間は、Ｏリング３７の反発力が弱いために操舵角度に対してあまり増加せず、サポートヨーク３と保持孔３０の壁面とが当接した後、図中に破線により示す如く急増することとなり、操舵部材５を操作する運転者に操作反力が遅れて感じられることとなる。

以上のように、本発明に係るステアリング装置では、操舵開始直後から操作反力が感じられ、操舵角度に応じて操作反力が増加するように感じられるから、追従性が良く、良好な操舵感が得られる。

また前述したように、Ｏリング３７が強い反発力を生じさせるから、ラック軸１の摺動方向へのサポートヨーク３の移動速度が抑えられ、サポートヨーク３が保持孔３０の壁面に当接するときの速度が遅くなり、不快な異音も抑制できる。

以上の実施の形態では、嵌着溝３９の位置における基材３８の軸断面形状が、ラック軸１の軸長方向に対応する直径（溝底径）が長径となる楕円形状をなしたが、嵌着溝３９の位置における基材３８の軸断面形状は、楕円形状に限らず、嵌着溝３９の深さが、基材３８の周方向で異なり、ラック軸１の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分で最も浅くなる形状をなせばよい。

以上、本発明に係るステアリング装置の実施の形態について説明したが、本発明に係るステアリング装置の構成は、前述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲にて変更することも可能である。

本発明に係るステアリング装置におけるラック軸及びピニオン軸の噛合部近傍の断面図である。 サポートヨークの分解斜視図である。 サポートヨークの上面図及び側面図である。 図３のIV−IV線による断面図である。 操舵部材に付与される操作反力の変化の様子を示す説明図である。

符号の説明

１ ラック軸
３ サポートヨーク（支持体）
３１ 凹部
３７ Ｏリング（弾性環状部材）
３９ 嵌着溝

Claims (2)

1. 両端部に操向車輪が連結され、操舵に応じて軸長方向へ摺動するラック軸と、円柱状をなし、前記ラック軸の周面形状に対応した凹部を一端面に有し、該凹部により前記ラック軸を支持する支持体とを備えるステアリング装置において、
   前記支持体に周設された嵌着溝に弾性環状部材を嵌着してあり、
   前記嵌着溝は、前記支持体の周方向で深さが異なり、前記ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分の深さが最も浅く、
   前記弾性環状部材は、前記支持体の周面から突出し、前記直線と交叉する部分での突出高さが他の部分での突出高さより高いことを特徴とするステアリング装置。
2. 前記嵌着溝の位置での前記支持体の軸断面形状は、前記ラック軸の軸長方向と略平行な直線と交叉する部分が長径となる楕円形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。

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