JP4525291B2

JP4525291B2 - ラックガイド及びそれを具備したラックピニオン式舵取装置

Info

Publication number: JP4525291B2
Application number: JP2004303883A
Authority: JP
Inventors: 英俊貝田; 英二大木
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: JP2006116994A

Description

本発明は、自動車用のラックピニオン式舵取装置に使用されるラックガイド及びそれを具備したラックピニオン式舵取装置に関する。

特開昭５０−１０２０２７号公報実公平１−２７４９５号公報実開平２−９６２６８号公報特開２００２−３７０６５４号公報

ラックピニオン式舵取装置は、一般に図９に示すような構成を具備し、図９に示すラックピニオン式舵取装置１は、ステアリング操作により回転されるように、ケーシング３内に軸受４及び５を介して回転自在に配されたピニオン６と、ピニオン６の回転により紙面に直交する方向に移動されるように、ピニオン６と噛み合ったラック歯７を有して、移動自在なラックバー８と、ラックバー８の移動を案内するように、ケーシング３内の横方向（ラックバー８の移動方向と直交する方向）に伸びる孔９に移動自在に配されて、ラックバー８を摺動自在に支持するラックガイド１０と、ケーシング３及びラックガイド１０間に配されて、ラックガイド１０を介してラックバー８のラック歯７をピニオン６に弾性的に押圧するコイルバネ１１とを具備してなる。

ところで、上述したラックピニオン式舵取装置１において、ラックバー８を摺動自在に支持するラックガイド１０としては、鉄系焼結金属あるいは合成樹脂が使用されている。しかしながら、鉄系焼結金属からなるラックガイドは、ラックバー８からの衝撃荷重に対して充分な機械的強度を有する反面、摺動摩擦抵抗が大きいためステアリング系の効率が低下し、操縦性に問題を残している。また、合成樹脂からなるラックガイドは、反対に摺動摩擦抵抗を低減させることができる反面、衝撃荷重に対する機械的強度に劣ること、成形収縮などによる寸法のバラツキを生じ寸法精度よく成形し、かつ成形後の寸法精度を保持し難いこと、さらにはハウジング内に組み込まれた後、ラックピニオン式舵取装置１の温度上昇の影響を受けて熱膨張、収縮を来たし、熱変形、クリープを生じてラックバー８を円滑に摺動自在に支持し難いこと、などの問題がある。

これらの問題を解決するものとして、ラックバーを摺動自在に支持する摺動面側に自己潤滑性、耐摩耗性を有する合成樹脂からなる摺動片、あるいは鋼板からなる裏金と裏金の表面に一体に形成された多孔質金属焼結層とこの多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂層との三層構造の複層材料からなる摺動片を、焼結金属からなるラックガイド基体に組み合わせたラックガイドが提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

上述した摺動片とラックガイド基体との組み合わせからなるラックガイドは、前記したラックガイドに比較して、機械的強度が高められており、摺動摩擦抵抗も低減されるという利点を有するものである。

しかしながら、上記の摺動片とラックガイド基体との組み合わせからなるラックガイドにおいても、多くの場合、摺動片とラックバーとの摺動面にグリス等の潤滑油剤を供給して、可及的に摺動摩擦抵抗を低減させて円滑な摺動案内を行わせている。ところが摺動面への潤滑油剤の供給は、通常、組立時に摺動面に潤滑油剤を塗布して行われるものであり、摺動片とラックバーとの繰り返し行われる摺動案内動作によって、組立時に塗布した潤滑油剤の流出、枯渇等の問題が生じ、組立初期の摺動摩擦抵抗の低減作用が徐々に失われるという問題がある。

斯かる問題を解決する手段として、ラックガイドのラックバーとの摺動面にグリス等の潤滑油剤の溜り部としての複数個の凹所を形成したラックガイドも提案されている（特許文献３及び特許文献４参照）。

しかしながら、上記の方法であっても、摺動片とラックガイド基体との組み合わせからなるラックガイドにおいては、摺動片自体が薄肉であることから、該摺動片に形成される凹所も浅い凹所とせざるを得ず、自らそこに溜る潤滑油剤の量も限られた量となり、結果として摺動摩擦抵抗を低減させて円滑な摺動案内を長期間にわたって行わせ難いという問題がある。

本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、摺動片とラックガイド基体との組み合わせからなるラックガイドであって、組立時に塗布した潤滑油剤の流出、枯渇等を生じた場合においても、急激な摺動摩擦抵抗の増大を防ぎ得、摺動摩擦抵抗の増大に起因する操舵感の悪化を防ぐことができるラックガイド及び該ラックガイドを具備したラックピニオン式舵取装置を提供することにある。

本発明のラックガイドは、互いに相対向する一対の平坦面と一対の平坦面の夫々から相対向して一体的に伸びる一対の傾斜面と一対の平坦面から一体的に伸びる底平坦面とを有した凹面を備えると共に該凹面の底平坦面の中央に凹部を備えかつ筒状の外周面を有するラックガイド基体の凹面には、鋼板からなる裏金と該裏金の表面に一体に形成された多孔質金属焼結層と該多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂層とからなり、相対向する一対の傾斜面部と該傾斜面部の夫々に連続する一対の平坦面部と該平坦面部の夫々に連続する底面部と該底面部の中央に裏金側に伸びる中空突出部とを具備した複層摺動片が該底面部の中央の中空突出部を該ラックガイド基体の底平坦面の中央の凹部に嵌合させて着座せしめられており、該複層摺動片の傾斜面部には、該複層摺動片の厚さ方向に裏金と多孔質金属焼結層と合成樹脂層との夫々に段差をもった少なくとも一つの凹所が形成されており、該傾斜面部の凹所は、合成樹脂層の段差の底面が少なくとも多孔質金属焼結層の表面と一致する深さを有しており、該傾斜面部の凹所には潤滑油剤が充填されていることを特徴とする。

本発明のラックガイドによれば、ラックバーを摺動自在に支持する複層摺動片の摺動面（傾斜面部）には、少なくとも一つの凹所が形成されており、該摺動面には組立時に充填塗布されたグリス等の潤滑油剤が介在されていることから、ハンドル操作によりラックバーは円滑に案内される。また、傾斜面部の凹所は、複層摺動片の厚さ方向に裏金と多孔質金属焼結層と合成樹脂層との夫々に段差をもって形成されているので、複層摺動片とラックバーとの摺動において、該複層摺動片の摺動面の合成樹脂層の摩耗が進行し、複層摺動片の合成樹脂層とラックバーとの摺動が多孔質金属焼結層及び該多孔質金属焼結層の孔隙に充填された合成樹脂とラックバーとの摺動に移行した場合であっても、該摺動面には凹所における合成樹脂層の段差の底面が摺動面に露出し、ラックバーは多孔質金属焼結層と傾斜面部の凹所において露出した合成樹脂層との摺動になるため、急激な摺動摩擦抵抗の増大は防止され、結果として、摺動摩擦抵抗の増大に起因する操舵感の悪化を防ぐことができる。

本発明のラックガイドの好ましい例では、傾斜面部の凹所は、平面視形状が略円形を呈している。

平面視形状が略円形を呈する傾斜面部の凹所は、夫々の摺動面（傾斜面部）に複数個形成されていてもよく、この場合、傾斜面部の隣接する凹所の開口部が複層摺動片の摺動面においてラックバーの摺動方向に互いに重畳するように形成されていることが好ましく、斯かる場合、該複層摺動片とラックバーとの摺動において、摺動面のラックバーの摺動方向に沿って常に潤滑油剤又は合成樹脂が介在することになるので、急激な摺動摩擦抵抗の増大は防止される。

本発明のラックガイドの好ましい例では、傾斜面部の凹所は、平面視形状が略方形状を呈している。

平面視形状が略方形状を呈する凹所は、複層摺動片の摺動面にラックバーの摺動方向に沿って又はラックバーの摺動方向と直交する方向に形成されてもよい。

本発明のラックガイドの好ましい例では、傾斜面部の面積に占める凹所の開口部の面積割合は５〜４０％、好ましくは１０〜３０％である。

凹所の開口部の面積が摺動面の面積に占める割合が５％未満では、ラックバーとの摺動において摺動摩擦抵抗の低減に充分な効果が発揮されず、また凹所の開口部の面積が摺動面の面積に占める割合が４０％を超えると、面圧（単位面積当たりの荷重）が高くなり、合成樹脂層の摩耗を促進させる虞がある。

本発明のラックガイドの好ましい例では、ラックガイド基体は、鉄系焼結金属、アルミニウム若しくはアルミニウム合金又は亜鉛若しくは亜鉛合金のいずれかからなる。

本発明において、ラックガイド基体の凹部は、貫通孔であってもよいが、これに代えて貫通されていない単なる凹所であってもよく、また、中空突出部の中空部は、両端が開口されているものでもよいが、これに代えて、底面部側で開口されている一方、他方側では閉塞されているものであってもよい。

本発明のラックピニオン式舵取装置は、ギヤケースと、このギヤケースに回転自在に支持されたピニオンと、このピニオンに噛み合うラック歯が形成されたラックバーと、このラックバーを摺動自在に支持する上記のラックガイドと、このラックガイドをラックバーに向かって押圧するばねとを具備している。

本発明によれば、組立時に塗布した潤滑油剤の流出、枯渇等を生じた場合においても、急激な摺動摩擦抵抗の増大を防ぎ得、摺動摩擦抵抗の増大に起因する操舵感の悪化を防ぐことができるラックガイド及び該ラックガイドを具備したラックピニオン式舵取装置を提供し得る。

次に、本発明の実施の形態を図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１から図５において、ラックガイド２０は、ラックガイド基体３０と該ラックガイド基体３０に一体的に結合された複層摺動片４０とから形成されている。

ラックガイド基体３０は、鉄系焼結金属、アルミニウム若しくはアルミニウム合金又は亜鉛若しくは亜鉛合金のいずれかから形成されている。該ラックガイド基体３０はその外面に筒状の外周面３１を備えており、軸方向の一方の端部側に、互いに相対向する一対の平坦面３２及び３２と一対の平坦面３２及び３２の夫々から互いに相対向して一体的に伸びる一対の傾斜面３３及び３３と一対の平坦面３２及び３２から一体的に伸びる底平坦面３４とを有した凹面３５を備えると共に、軸方向の他方の端部側に凹部３６を備え、該凹面３５の底平坦面３４の中央に凹部としての貫通孔３７を備えている。

複層摺動片４０は、鋼板からなる裏金４１と該裏金４１の表面に一体に形成された多孔質金属焼結層４２と該多孔質金属焼結層４２の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂層４３とからなり、相対向する一対の傾斜面部４３ａ及び４３ａと該傾斜面部４３ａ及び４３ａの夫々に連続する一対の平坦面部４４及び４４と該平坦面部４４及び４４の夫々に連続する底面部４５と該底面部４５の中央に裏金４１側に伸びる中空突出部４６とを具備している。

複層摺動片４０を構成する裏金４１としての鋼板は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）が使用され、その厚さは０．５〜１．５ｍｍの範囲のものが使用されて好適である。

多孔質金属焼結層４２は、青銅、鉛青銅、リン青銅などの摩擦摩耗特性に優れた銅合金から形成されるが、目的、用途に応じ、銅合金以外の、例えばアルミニウム合金、鉄などから形成されてもよい。多孔質金属焼結層４２は、合金粉末同志および合金粉末と裏金４１とが強固に結合されており、そして、一定の厚さと必要とする多孔度とを備えている。多孔質金属焼結層４２の厚さは、通常０．１５〜０．４ｍｍ、好ましくは０．２〜０．３ｍｍであり、多孔度は、通常１０容積％以上、好ましくは１５〜４０容積％である。

合成樹脂層４３は、四ふっ化エチレン樹脂を主成分とし、これに硫酸バリウム、珪酸マグネシウム、リン酸塩、固体潤滑剤などから選択される充填材を含有する合成樹脂組成物が使用されて好適である。そして、合成樹脂層４３の厚さは、多孔質金属焼結層４２の表面から０．０５〜０．１５ｍｍである。

複層摺動片４０は、鋼板からなる裏金４１と該裏金４１の表面に一体に形成された多孔質金属焼結層４２と該多孔質金属焼結層４２の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂層４３とからなる複層摺動部材をプレス成形して形成される。

一対の傾斜面部４３ａ及び４３ａは、ラックバー８を摺動自在に支持する摺動面となり、該傾斜面部４３ａ及び４３ａには、平面視円形の複数個の凹所４７が形成されている。

潤滑油剤が充填される凹所４７は、複層摺動片４０の厚さ方向に裏金４１と多孔質金属焼結層４２と合成樹脂層４３との夫々の表面との間に段差をもって凹んでおり、該凹所４７は、合成樹脂層４３の上面（段差の底面）４３ｂが多孔質金属焼結層４２の表面４２ａと一致する深さを有している（図５）が、これよりも深い凹所４７であってもよい。

ラックバー８の摺動方向Ａにおいて隣接する凹所４７の夫々は、その開口部４８においてラックバー８の摺動方向Ａに互いにδ分だけ重畳するように形成されている。そして、凹所４７は、ラックバー８を摺動自在に支持する摺動面（傾斜面部４３ａ及び４３ａ）の面積に占める複数個の凹所４７の開口部４８の合計面積割合が５〜４０％、好ましくは１５〜３０％となるように形成されている。

上記の構成からなる複層摺動片４０は、該底面部４５の中央の中空突出部４６を該ラックガイド基体３０の底平坦面３４の中央の貫通孔３７に嵌合させ、該ラックガイド基体３０の凹面３５に着座せしめられてラックガイド基体３０と共にラックガイド２０を形成しており、該ラックガイド２０は、ケーシング３内の横方向（ラックバー８の移動方向と直交する方向）に伸びる孔９に移動自在に配されて、ラックバー８を摺動自在に支持する。

該ラックガイド２０の複層摺動片４０の摺動面（一対の傾斜面部４３ａ及び４３ａ）には、複数個の凹所４７が形成されていると共に、該摺動面に占める凹所４７の開口部４８の総面積割合が５〜４０％であって、凹所４７の開口部４８がラックバー８の摺動方向に互いにδ分をもって重畳するように形成されていることにより、該複層摺動片４０とラックバー８との摺動において、摺動面とラックバー８との間には、組立時に凹所４７を含む摺動面に供給された潤滑油剤が介在し、ラックバー８の摺動方向に沿って常に潤滑油剤が介在することになる。

摺動面の合成樹脂層４３の摩耗が進行し、合成樹脂層４３とラックバー８との摺動が多孔質金属焼結層４２及び該多孔質金属焼結層４２の孔隙に充填された合成樹脂とラックバー８との摺動に移行した場合であっても、該摺動面には凹所４７における合成樹脂層４３の上面４３ｂが摺動面に露出し、摺動面とラックバー８との間には、凹所４７における合成樹脂層４３の上面（段差の底面）４３ｂが介在することになる。その結果、摺動初期においては、ラックバー８と摺動面との間には潤滑油剤が介在し、摺動面の合成樹脂層４３の摩耗が進行した場合でも、摺動面には凹所４７における合成樹脂層４３の上面４３ｂが露出してラックバー８との間に介在するので、摺動摩擦抵抗の増大は防止され、摺動摩擦抵抗の増大に起因する操舵感の悪化を防ぐことができる。

図６、図７及び図８は、複層摺動片４０の摺動面（一対の傾斜面部４３ａ及び４３ａ）に形成される凹所４７の他の実施形態を示すものである。

図６は、摺動面にラックバー８の摺動方向Ａに対して直交する方向に長辺を有すると共に相対向する一つの平面視方形状の凹所４７を備えた複層摺動片４０を示すものであり、図７は、摺動面にラックバー８の摺動方向Ａに所定の間隔を隔て、かつラックバー８の摺動方向Ａに対して直交する方向に長辺を有すると共に相対向する２つの平面視方形状の凹所４７を備えた複層摺動片４０を示すものである。

図８は、摺動面にラックバー８の摺動方向Ａに長辺を有すると共にラックバー８の摺動方向Ａに対して直交する方向に相対向する一つの平面視方形状の凹所４７を備えた複層摺動片４０を示すものである。

以上のラックガイド２０及び該ラックガイド２０を介してラックバー８のラック歯７をピニオン６に弾性的に押圧するコイルバネ１１を具備したラックピニオン式舵取装置１によれば、ラックバー８を摺動自在に支持するラックガイド２０の複層摺動片４０の摺動面（一対の傾斜面部４３ａ及び４３ａ）には、少なくとも一つの凹所４７が形成されており、摺動面には組立時に充填塗布されたグリス等の潤滑油剤が介在されていることから、ハンドル操作によりラックバー８は円滑に案内される。また、凹所４７は、複層摺動片４０の厚さ方向に裏金４１と多孔質金属焼結層４２と合成樹脂層４３との夫々に段差をもって形成されているので、複層摺動片４０とラックバー８との摺動によって、該複層摺動片４０の摺動面の合成樹脂層４３の摩耗が進行し、合成樹脂層４３とラックバー８との摺動が多孔質金属焼結層４２及び該多孔質金属焼結層４２の孔隙に充填された合成樹脂とラックバー８との摺動に移行した場合であっても、該摺動面には凹所４７における合成樹脂層４３の上面４３ｂが摺動面に露出し、複層摺動片４０の摺動面において、ラックバー８は多孔質金属焼結層４２と該多孔質金属焼結層４２の孔隙に充填された合成樹脂及び凹所４７において露出した合成樹脂層４３の上面４３ｂとの摺動になるため、急激な摺動摩擦抵抗の増大は防止され、結果として、摺動摩擦抵抗の増大に起因する操舵感の悪化を防ぐことができる。

本発明のラックガイドを示す断面図である。図１の平面図である。図１のラックガイドにおける複層摺動片を示す断面図である。複層摺動片の一部拡大図である。凹所を示す拡大断面図である。複層摺動片の他の実施例を示す平面図である。複層摺動片の他の実施例を示す平面図である。複層摺動片の他の実施例を示す平面図である。ラックピニオン式舵取装置を示す断面図である。

符号の説明

１ラックピニオン式舵取装置
６ピニオン
８ラックバー
１０、２０ラックガイド
３０ラックガイド基体
４０複層摺動片
４３ａ傾斜面部
４４平坦面部
４５底面部
４６中空突出部
４７凹所

Claims

互いに相対向する一対の平坦面と一対の平坦面の夫々から相対向して一体的に伸びる一対の傾斜面と一対の平坦面から一体的に伸びる底平坦面とを有した凹面を備えると共に該凹面の底平坦面の中央に凹部を備えかつ筒状の外周面を有するラックガイド基体の凹面には、鋼板からなる裏金と該裏金の表面に一体に形成された多孔質金属焼結層と該多孔質金属焼結層の孔隙及び表面に充填被覆された合成樹脂層とからなり、相対向する一対の傾斜面部と該傾斜面部の夫々に連続する一対の平坦面部と該平坦面部の夫々に連続する底面部と該底面部の中央に裏金側に伸びる中空突出部とを具備した複層摺動片が該底面部の中央の中空突出部を該ラックガイド基体の底平坦面の中央の凹部に嵌合させて着座せしめられており、該複層摺動片の傾斜面部には、該複層摺動片の厚さ方向に裏金と多孔質金属焼結層と合成樹脂層との夫々に段差をもった少なくとも一つの凹所が形成されており、該傾斜面部の凹所は、合成樹脂層の段差の底面が少なくとも多孔質金属焼結層の表面と一致する深さを有しており、該傾斜面部の凹所には潤滑油剤が充填されていることを特徴とするラックガイド。
傾斜面部の凹所は、平面視形状が略円形を呈している請求項１に記載のラックガイド。
傾斜面部の凹所は、平面視形状が略方形状を呈している請求項１に記載のラックガイド。
傾斜面部の面積に占める凹所の開口部の面積割合は、５〜４０％である請求項１から３のいずれか一項に記載のラックガイド。
ラックガイド基体は、鉄系焼結金属、アルミニウム若しくはアルミニウム合金又は亜鉛若しくは亜鉛合金のいずれかからなる請求項１から４のいずれか一項に記載のラックガイド。
ギヤケースと、このギヤケースに回転自在に支持されたピニオンと、このピニオンに噛み合うラック歯が形成されたラックバーと、このラックバーを摺動自在に支持する請求項１から５のいずれか一項に記載のラックガイドと、このラックガイドをラックバーに向かって押圧するばねとを具備したラックピニオン式舵取装置。