JP4198680B2 - ラックアンドピニオン操舵システム - Google Patents

Description

本発明は、特に車両用の、請求項１の導入部分に記載したラックアンドピニオン操舵システムに関する。

油圧ラックアンドピニオン操舵システム、電動パワーステアリングシステム、あるいはパワーアシスト操舵システムとして構成することができるラックアンドピニオン操舵システムは、"Fahrwerktechnik: Lenkung（シャーシテクノロジー: 操舵）", J. Reimpell, Vogel-Buchverlag, 1984, 70-90頁によって公知である。

ラックアンドピニオン操舵システムは、その内部にラックが軸線方向に移動可能に配置されている円筒状のステアリングハウジングから実質的に構成されている。ピニオンとして構成された操舵軸の一端は、ステアリングハウジングの中心あるいは側方において、ステアリングハウジングの軸線に対しほぼ横方向に延びる孔に挿入され、ピニオンベアリングを介して取り付けられる。このピニオンはラックの歯と噛み合う。ラックあるいはピニオンは、ステアリングハウジングの軸線方向案内部に挿入された押圧片により、互いに接触する状態に保持される。
操舵タイロッドは、ラックの両端部に揺動自在に接続されるとともに、ピニオンが回転するときにラックと一体に変位する。

滑り動作を含むこの種の操舵機構には、寿命の全体にわたった潤滑するためのグリースが公知の方法によって充填されている。このラックアンドピニオン操舵システムが電動パワーステアリングシステムあるいはパワーアシスト操舵システムとして構成される場合、ピニオンは電動モータの歯車機構を介して駆動される。
運転中に高い操舵モーメントおよび操舵速度が生じると、摩耗、すり傷あるいはピッチングの増加につながる。その結果、操舵の遊びが増加し、かつラックアンドピニオン操舵システムから破壊的なノイズが生じる。

そこで本発明の目的は、ラックアンドピニオン操舵システムにおける摩耗を最小限にしてその作動の信頼性を高めることにより、一般的なタイプのラックアンドピニオン操舵システムを改良することにある。

この目的は、請求項１に記載した特徴を有するラックアンドピニオン操舵システムによって達成される。

ラックアンドピニオン操舵システムが動作する温度範囲（−４０℃〜１３０℃）の全域においてラックアンドピニオンの潤滑を改良するために、本発明によれば、潤滑油リザーバがラックアンドピニオン操舵システムに設けられるとともに、ラックとピニオンとの間での歯の噛み合い場所に潤滑油リザーバから潤滑油を供給するために能動的にあるいは受動的に作用する手段が設けられる。

破損、特にステアリングハウジングと操舵タイロッドとの間をシールしているステアリングハウジング上のベローズの破損が生じた場合において、潤滑油の損失を最小にするために、潤滑油は、その量が少なく保たれ、かつ好ましくはステアリングハウジングの油ポケットに収容される。ラックアンドピニオン操舵システムの潤滑はすなわち循環潤滑として実現され、そこでは潤滑油を運ぶための手段を様々に構成することができる。

潤滑油リザーバから歯が噛み合う位置へと潤滑油を運ぶ、毛管作用を有する材料から作られたシンプルな物体をステアリングハウジング内に配置することが、コストを最小とするために好都合である。この目的のためには、例えば、フェルト、耐油性を有した軟かい発泡体、または織物から作った帯片あるいはリングが適している。このとき潤滑油は、ステアリングハウジング内の溝あるいは孔の内部において、ステアリングハウジング内における重力の影響によって潤滑油リザーバに戻ることができる。

潤滑油を運ぶための手段は、機械的なオイルポンプだけから、或いは毛管作用を有する材料から作られた物体に加えて設けられる機械的なオイルポンプから構成することができる。オイルポンプは、実質的に、ラックアンドピニオン操舵システムの構成部品から形成することができる。ここで、ラックとピニオンを互いに押し付けるための押圧装置の押圧片は、オイルポンプのピストンとして役立つ。ラックアンドピニオン操舵システムが作動すると、ステアリングハウジング内において摺動案内されている孔の内部において、押圧片が間欠的に軸線方向に変位する。その結果、押圧片のための孔を外界に対して閉鎖しているカバーと押圧片との間の中間スペースを、潤滑油を運ぶための搬送スペースとして用いることができる。潤滑油は、潤滑油リザーバからラックアンドピニオン操舵システムの潤滑油吐出位置に至るステアリングハウジング内のダクトあるいは孔を通り、この搬送スペースを介し、押圧片に助けられつつ搬送される。搬送方向は、ダクト内の逆止弁、好ましくはボール逆止弁によって決定される。このことは、潤滑油がダクトに逆流することを防止する。

ラックアンドピニオン操舵システムのピニオンは、電動モータの歯車機構あるいはステップダウン歯車機構に固定的に接続して一体に回転させることもできるし、これらの歯車機構をラックアンドピニオン操舵システムのステアリングハウジングに一体化することもできる。また、この潤滑油搬送手段を用いて、歯車機構の歯に潤滑油を供給することが好都合である。

加えて、ラックアンドピニオン操舵システムおよび歯車機構の軸受に、上述した方法で潤滑油を供給することが好都合である。このようにして、循環している少量の潤滑油による、ラックアンドピニオン操舵システムの安定した潤滑が確実なものとなる。ラックアンドピニオン操舵システムにおいて生じうるリークが生じたとしても、少量の油だけしか周囲に通り抜けることはできない。この種の潤滑油の起こりうる損失をほぼ完全に排除するべく、潤滑油リザーバ内に潤滑油を貯蔵するための、毛管作用を有した材料から作った物体を配設することが好都合である。このようにして、ラックアンドピニオン操舵システム内における自由な潤滑油の量が最小となる。ここで、潤滑油を貯蔵するための物体は、潤滑油を搬送するための物体とは異なる材料或いは同じ材料から形成することができる。

特に歯が噛み合っている各位置に均等にかつその領域全体にわたって潤滑油を配給するために、フェルト状片あるいはブラシ状片といった潤滑油を配給するための手段を潤滑油吐出位置に配設することができる。潤滑油を配給するための環状のフェルト状の手段をそこに配置することもできる。例えばフェルト状、スポンジ状あるいはブラシ状の物体の上に間欠的な圧力を作用させる追加の手段によって、各作動位置への潤滑油の吐出を支援することができる。

ラックに付着している潤滑油を元に戻すために、ラックは油剥がしリングに通される。いずれの場合においても、ステアリングハウジングの両端において操舵タイロッドをカバーしているベローズから潤滑油を戻すための一つの油戻し孔を、ステアリングハウジングの軸線方向の端部においてステアリングハウジング内に便利に配設する。このとき、ベローズが圧縮されると、潤滑油は、ベローズ内のスペースから油戻し孔を通って潤滑油リザーバへと戻る。

本発明の一つの典型的な実施例が、図面を用いつつ以下の本文に示されている。

図１は、車両用ラックアンドピニオン操舵システム１の舵取軸のための開口領域における長手方向断面の詳細を示している。ステアリングハウジング２は、操舵軸のための開口２５にある第１ピニオン軸受２４内により、その縦軸２３に対してほぼ垂直にピニオン３を収容している。ピニオン３は、ステアリングハウジング２内に軸線方向に変位可能に取り付けられたラック４の歯５と噛み合っている。ピニオン３は、ステアリングハウジング２に挿入されるとともに、第１のピニオン軸受２４から少し離れてピニオンの先端に配置された第２のピニオン軸受２６により、軸線方向および半径方向に保持されている。

押圧装置１５の押圧片１４は、ステアリングハウジング２の内部において、ピニオン３の縦軸２７に対して垂直かつステアリングハウジング２の縦軸２３に対して垂直に配設された円筒穴２８に沿って、その軸線方向に移動可能に案内されている。押圧片１４の半円形断面の摺動面３０は、圧縮ばね２９の作用の下でラック４を押圧し、ラック４の歯５がピニオン３と係合するように保持している。圧縮ばね２９は、孔２８を外部に対して閉鎖しているカバー３２と押圧片のベース部３１との間に支持されている。

ラックアンドピニオン操舵システム１を潤滑するために、第２のピニオン軸受２６の領域に油ポケット１０として構成された潤滑油リザーバ６が、ステアリングハウジング２内に配設されている。ここで、滑り動きを有した機械的な歯車機構の潤滑は循環潤滑としてもたらされており、潤滑油リザーバ６から、ラック４とピニオン３との間で歯が噛み合っている位置へと、潤滑油８を運ぶための手段７が示されている。
このため、単純に、例えばその厚みが数ミリメートルであって典型的な実施例に示されている細長いフェルト片３３のような毛管作用を有する材料から作られた物体１１が、油ポケット１０内に浸漬されているとともに、ピニオン３の歯長さの全体にわたってピニオン３上に沿って案内されている。毛管作用で液体を運ぶ作用を有する軟かい発泡体、織物等もまた、毛管作用を有する材料として適している。

物体１１は、油ポケット１０から吸引した潤滑油８をピニオン３に対して連続的に放出する。その後、潤滑油８は油ポケット１０へと流れる。ピニオン３および／またはラック４の周りに物体１１を円筒構造として配設することはまた、それがラック４と部分的に接触してラック４を潤滑するように構成するために好都合である。

潤滑油８を運ぶための手段７の図示した実施例と一緒に、あるいはその代わりとして、ラックアンドピニオン操舵システム１を潤滑するためのオイルポンプ１２を設けることが好都合である。このことは、例えばラック４の軸線方向領域、あるいはラックアンドピニオン操舵システム１の第１ピニオン軸受２４のような軸受に潤滑油を供給するときに特に適している。
図示した典型的な実施例において、オイルポンプ１２は、ラックアンドピニオン操舵システム１の構成部品そのものから形成されている。このオイルポンプ１２は、押圧片１４をピストンとし、かつステアリングハウジング２の孔２８をシリンダとする、ピストンポンプとして形成されている。ここで、油ポケット１０の一つの開口から孔２８への開口３４に至るとともに、孔２８を軸線方向に見たときにカバー３２と押圧片のベース部３１との間に至る、潤滑油８のための吹込みダクト１６がステアリングハウジング２内に設けられている。この吹込みダクト１６には、押圧片がストロークするときに、カバー３２と押圧片のベース部３１との間の搬送スペース内に潤滑油８が吸引されるようにするが潤滑油８が油ポケット１０内に戻ることはできないようする、逆流防止用のボール弁１８が設けられている。

同様に、開口３４の直径方向反対位置にある開口３６から、搬送スペースから第１のピニオン軸受２４の近傍のピニオン３の領域にある油吐出位置２１，２２へと至るダクト１７が、ステアリングハウジング２内に設けられている。ダクト１７は、オイルポンプから油吐出位置２１、２２への潤滑油の流れは許容するがその逆は許容しない逆止弁１９を有している。

ラックアンドピニオン操舵システム１が作動する間、押圧片１４は、ラック反力によってピニオン３にトルクが導入されると、圧縮ばね２９の圧縮力に抗してストロークし、そうでない場合には逆の動作をする。車道から操舵タイロッドを介してラック４上に外力が導入されると、ピニオンおよびラックの歯に同じ状態が生じるから、その結果として押圧片は永続的に潤滑油を搬送することができる。

押圧片１４は、円周方向溝３８に挿入されたＯリング３９により、孔２８に対して密封されている。カバー３２は、Ｏリング４０により外部に対して密封されている。

ラックアンドピニオン操舵システム１が電動パワーステアリングシステムあるいはパワーアシスト操舵システムとして構成される場合、ピニオン３は、典型的な実施例には示されていないステップダウン歯車機構を介して駆動される。このステップダウン歯車機構は、好ましくは、滑り動きを有する歯車機構と一体なユニットを形成するが、その歯および軸受に上述した方法で潤滑油を供給することができる。
生じうるリークが生じた場合に、ラックアンドピニオン操舵システム１から潤滑油８が流出することを防止するために、潤滑油リザーバ６内の潤滑油８を貯蔵するための吸収材料から作られた物体を配設することが好都合である。潤滑油８を貯蔵するための物体は、潤滑油８を搬送するための物体１１と同じ材料あるいは異なる材料から形成することができる。
フェルト状片あるいは発泡体状材料片のような潤滑油８を配給するための手段２０が、油吐出位置２１，２２に配置されている。この手段２０は、歯が噛み合う位置９の表面全体にわたる潤滑油の付加を確実なものとする。その軸線方向の領域において、ラック４は、ステアリングハウジング２の軸線方向に配置されたベローズに潤滑油が入らないことを確実なものとする、油剥がしリングに通されている。それにもかかわらずベローズに潤滑油が入った場合に、潤滑油は、ラックの変位がその最小限度に達したときに、ベローズから油戻し孔を通ってステアリングハウジング内に戻される。

ラックアンドピニオン操舵システムのピニオンおよび押圧片の縦軸に沿った縦断面図。

符号の説明

１ ラックアンドピニオン操舵システム
２ ステアリングハウジング
３ ピニオン
４ ラック
５ ４上の歯
６ 潤滑油リザーバ
７ 潤滑油搬送手段
８ 潤滑油
９ 歯が噛み合う位置
１０ 油ポケット
１１ 本体
１２ オイルポンプ
１３ １２のピストン
１４ 押圧片
１５ 押圧装置
１６ ダクト
１７ ダクト
１８ 逆止弁
１９ 逆止弁
２０ 潤滑油配給手段
２１ 油吐出位置
２２ 油吐出位置
２３ ２の縦軸
２４ 第１のピニオン軸受
２５ 操舵軸の開口
２６ 第２のピニオン軸受
２７ ３の縦軸
２８ 円筒孔
２９ 圧縮ばね
３０ 滑り面
３１ 押圧片ベース部
３２ カバー
３３ フェルト片，フェルトリング
３４ １６の開口
３６ １７の開口
３８ １４上の円周方向溝
３９ １４のＯリング
４０ ３２のＯリング

Claims (10)

1. 車両のためのラックアンドピニオン操舵システムであって、ステアリングハウジング（２）と、前記ステアリングハウジング（２）に挿入されるピニオン（３）と、その歯（５）が前記ピニオン（３）と噛み合い、前記ステアリングハウジング（２）内において前記ピニオン（３）の回転の関数として軸線方向に移動可能であるように取り付けられたラック（４）と、潤滑油リザーバ（６）と、前記ラック（４）と前記ピニオン（３）との間で歯が噛み合う位置（９）へと前記潤滑油リザーバ（６）から潤滑油（８）を搬送するための手段（７）と、を備えたものにおいて、
   前記潤滑油（８）を搬送するための手段（７）がオイルポンプ（１２）を有し、前記オイルポンプ（１２）のピストン（１３）が、前記ピニオン（３）上に前記ラック（４）を押圧するための装置（１５）の押圧片（１４）であることを特徴とするラックアンドピニオン操舵システム。
2. 前記潤滑油（８）を搬送するための手段（７）が、逆止弁（１８、１９）を具備したダクト（１６、１７）を前記ステアリングハウジング（２）内に有してい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操舵システム。
3. 前記ラックアンドピニオン操舵システム（１）が、前記潤滑油（８）を油吐出位置（２１、２２）に配給するための手段（２０）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のラックアンドピニオン操舵システム。
4. 前記潤滑油（８）を配給するための手段（２０）が、フェルト状材料から作られた物体あるいはリングであることを特徴とする請求項３に記載のラックアンドピニオン操舵システム。
5. 前記ピニオン（３）が電動モータの歯車機構に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のラックアンドピニオン操舵システム。
6. 前記ステアリングハウジング（２）および前記電動モータの歯車機構が一つのユニットを形成していることを特徴とする請求項５に記載のラックアンドピニオン操舵システム。
7. 前記電動モータの歯車機構は、前記潤滑油（８）を搬送するための手段（７）によって潤滑油（８）が供給されることを特徴とする請求項５または６に記載のラックアンドピニオン操舵システム。
8. 前記潤滑油（８）を搬送するための手段（７）が、前記ラックアンドピニオン操舵システム（１）の軸受および前記電動モータの歯車機構の軸受を潤滑するための手段を有していることを特徴とする請求項７に記載のラックアンドピニオン操舵システム。
9. 前記ラック（４）が、付着した潤滑油（８）を前記潤滑油リザーバ（６）に戻すためのオイル剥がしリングに通されていることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載のラックアンドピニオン操舵システム。
10. 前記ステアリングハウジング（２）が、前記ステアリングハウジング（２）の軸線方向の一端に配置されたベローズの内部空間と潤滑油リザーバ（６）とを接続する油戻し孔を有しており、前記ベローズが圧縮されたときに前記潤滑油（８）が潤滑油リザーバ（６）に搬送されることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載のラックアンドピニオン操舵システム。

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