JP5109693B2 - ラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置、特に、ステアリングシフトに連結されるピニオンに対してラック軸の背部側を転動体（ローラ）で支承する車両用ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックガイド部の構造に関する。

この種のラックアンドピニオン式ステアリング装置では、ステアリングシャフトに連結されたピニオンと、このピニオンに噛合してピニオン軸と交差する方向に直線摺動するラック軸とを備え、前記ラック軸の摺動により、タイロッド、ナックルアーム等を介して車輪を左右に操舵する。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置は一般に、ラック軸のラック形成面と反対側、即ちラック軸背部側をラックガイドホルダーに軸支されたラックガイドローラで支承し、ラックガイドホルダーの後端部とラック・ピニオンハウジングとの間に介在されたばね手段等でラックガイドローラをピニオン側へ向けて付勢することにより、ピニオンとラックとの噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック軸が円滑に左右に移動するようにしている。

このようなラックアンドピニオン式ステアリング装置として、特許文献１に示されるように、ラックガイドローラに摩擦力を付与するためのフリクションブロックをラックガイドホルダーに組み込んだものが知られている。

また、他の例として、特許文献２，３に示されるように、ラック・ピニオンハウジングにアジャストカバーを螺着し、該カバーとラックガイドとの間に皿ばねを配置してピニオンに対するラックガイドの付勢力を調整可能としたもの（文献２）、あるいは、ラックガイドローラの外周一部に弾性体を装着し、金属接触による振動の減衰不良、異音の発生を防止したもの（文献３）などが知られている。なお、特許文献２，３では前述したフリクションブロックは設けられていない。

次に、この種のラックガイド部に設けられるフリクションブロックの一例を、図４を参照して説明する。図４において、１はピニオン軸、２はラック軸であり、これらの詳細については図１に関連してさらに後述する。図４に例示するフリクションブロック１５は、片端が開口したカップ形の筐体２０内に押圧ばね１７が収容され、この筐体の周側部がラックガイドホルダー５の後端部中央に形成されたフリクションブロック挿入穴に摺動可能に挿入されている。

押圧ばね１７の一端は筐体２０の底部に支持され、他端はラックガイド部のハウジング３に螺着された調整カバー１０の内端面に接当し、これによって筐体２０の底部がラックガイドホルダー５のローラ室１３に配置されたラックガイドローラ９に圧接して該ローラに摩擦力を加えている。１１はラックガイドホルダー５の後端部と調整カバー１０との間に介在された皿ばねであり、このラックガイドホルダー５の後端部と調整カバー１０の内端面との間の空間部が閉塞されたばね受室１２となっている。
実公平２−３７６５９号公報 特開２００６−１８２３２１号公報 特開２００６−２８２１０３号公報

特許文献２，３に示すローラ押付けタイプのラックガイド構造は、ばね付勢のローラによりラック軸背面側からラックを、調整可能な適度な荷重により、ピニオンに押し付け、ラックとピニオンの噛み合い部のガタを無くし、異音の発生も防止しているものの、ラックガイド部におけるラック軸の摺動抵抗が弱く、タイヤ側から伝達される路面振動等の逆入力荷重による振動がハンドル側へ伝わり易く、特に高速走行時に車輪の微小な首振り振動が発生するという問題があった。

また、特許文献１に記載のものは、ラックガイドローラに摩擦力を付加するフリクションブロックを組み込んでいるものの、このフリクションブロックはラックガイドホルダーと極小さい隙間で組み合わされており、ラックガイド部には、摺動時の磨耗を防止するためグリースが塗布されているので、油密構造となってしまい、ローラ室とばね受室との間は、空気の伝通がしにくい構造となってしまう。

このため、ラックガイドホルダーがラック軸に対して出入動作した際、フリクションブロックがローラの動きに追従しにくくなり、充分な性能を発揮できないという問題が生じている。特に、ラック・ピニオンハウジングとラックガイドホルダーとの間にＯリング等の弾性体を設けた構造のものにフリクションブロックを追加した場合には、この傾向は大きくなる。

本発明は、ラックガイドホルダーにフリクションブロックを付加した場合に、前述の油密形態に基づく空気の閉じ込めによる空気抵抗によって前記フリクションブロックの動きが阻害されることがなく、ラックガイドローラの動作にスムーズに追従できるようにしたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することにある。

本発明によれば、ピニオン軸および該ピニオン軸と噛合し該ピニオン軸と交差する方向に直線摺動するラック軸を収容するハウジングと、前記ラック軸を挟んで前記ピニオン軸と対向する位置で前記ラック軸の背面に接触するラックガイドローラと、内部にローラ室を形成し、該ローラ室内に前記ラックガイドローラを回転自在に支持し、前記ラック軸と直交する方向に摺動可能に前記ハウジングに支持され、一方の端部が前記ラック軸の前記背面に対向して配置された筒状のラックガイドホルダーと、前記ラックガイドホルダーの他方の端部と対向して配置され、前記ラックガイドホルダーを前記ハウジング内に保持するカバー部材と、前記ラックガイドホルダーと前記カバー部材との間に配置され、前記ラックガイドホルダーおよび前記ラックガイドローラを介して前記ラック軸を前記ピニオン軸の方へ付勢する第１のばね部材と、前記ラックガイドホルダーの他方の端部と対向する側の前記カバー部材の面に設けられたばね受室と、前記ラックガイドホルダーの他方の端部に設けられるとともに前記ローラ室と前記ばね受室とを仕切り、前記ラックガイドローラに対して弾性摩擦力を付与するためのフリクションブロックとを有するラックアンドピニオン式ステアリング装置において、前記ハウジングの内周面と前記ラックガイドホルダーの外周部との間には前記ラックガイドホルダーを気密状態に前記ハウジングに支持するための周方向に亘る弾性体が介装されており、前記ラックガイドホルダーの前記他方の端部には前記ローラ室および前記ばね受室に通じる穴が形成され、前記フリクションブロックは、円筒部と底部とからなるカップ状部材と該カップ状部材に収容された第２のばね部材とからなり、前記底部の外側面が前記ラックガイドローラの前記外周面に当接し、前記円筒部が前記ラックガイドホルダーの前記穴に前記ラック軸と直交する方向に摺動可能に保持されることで前記ローラ室と前記ばね受室とを仕切り、前記第２のばね部材は一方の端部が前記カップ状部材の前記底部の内側面に当接し、他方の端部が前記ばね受室の底面に当接して、前記カップ状部材の底部を前記ラックガイドローラの前記外周面に押圧することで前記ラックガイドローラに対して前記弾性摩擦力を付与し、前記ローラ室と前記ばね受室との間には、前記フリクションブロックを介して前記ローラ室と前記ばね受室との間で空気を伝通させる空気伝通手段を有するラックアンドピニオン式ステアリング装置が提供される。
好適には、前記空気伝通手段は、前記ラックガイドホルダーの前記他方の端部の前記穴に連続して形成された通気孔である。
また、好適には、前記空気伝通手段は、前記フリクションブロックの前記カップ状部材の底部に形成された通気孔である。
また、好適には、前記通気孔は、横断面上で前記フリクションブロックの中心と前記通気孔とを結ぶ方向がラックの摺動方向に対して交差する方向となる位置に設けられる。

上述のように、ラックガイドホルダーのローラ室とばね受室とをつなぐ伝通路を形成することにより、この伝通路を通って両室間で空気の流通が可能となり、前記ラックガイドホルダーの作動に伴うローラの動きに前記フリクションブロックがスムーズに追従し、前記フリクションブロックの安定した性能が発揮される。

以下、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置について、最適な実施の形態を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る車両用ラックアンドピニオン式ステアリング装置、特にそのラックガイド部の部分的な縦断面図である。ラックガイド部の外殻を成すラック・ピニオンハウジング３にはピニオン軸１が一対の軸受４（片側は図示省略）によって軸支され、このピニオン軸１と噛合して直線摺動するラック軸２がハウジング３を貫通して伸長している。

ピニオン軸１の図示しない他端はステアリングシャフト（図示省略）に連結され、ステアリングハンドル（図示省略）の操舵操作によりピニオン軸１を介してラック軸２が左右方向に摺動し、左右車輪（図示省略）の操舵動作がなされる。

ラック・ピニオンハウジング３は、ラック軸２のラック形成面と反対側、即ちラック軸２の背面側へ所定長さで伸長しており、この内部にラックガイドホルダー５がラック軸２に対して垂直方向に摺動可能に、かつ気密状態に収容されている。６はハウジング３の内周面とラックガイドホルダー５の外周部との間に介在された弾性体（Ｏリング）である。

ラックガイドホルダー５は中空に形成されており、その内部に、ピニオン軸１と平行なニードル回転軸７およびニードル軸受８によって軸支されたラックガイドローラ９が配置されている。ラックガイドローラ９の外周面はラック軸２の背面部に密着するように凹状に形成されている。

ラックガイドホルダー５の後端部側では、調整カバー１０がラック・ピニオンハウジング３に螺着されており、この調整カバー１０とラックガイドホルダー５の後端部との間に皿ばね１１が介在され、これによって、ラックガイドホルダー５およびラックガイドローラ９を介してラック軸２がピニオン軸１に弾性的に押し付けられている。

調整カバー１０の内端面中央部分はラックガイドホルダー５の後端面に臨んでばね受室１２が形成され、ラックガイドホルダー５の内部にはラックガイドローラ９を収容するローラ室１３が形成されている。さらに、ラックガイドホルダー５の後端部中央部分には、ばね受室１２およびローラ室１３に通じるフリクションブロック挿入穴が設けられている。

全体として符号１５で示すフリクションブロックは、この実施形態では、ばね収容カップ１６内に押圧ばね１７が収容された構造を有する。ばね収容カップ１６はラックガイドホルダー５の後端部中央のフリクションブロック挿入穴に摺接保持されるとともに、その底部外面がローラ室１３内のラックガイドローラ９に接当している。カップ１６内の押圧ばね１７の一端部はカップ１６からばね受室１２へ延出して調整カバー１０の内端面に接当している。この押圧ばね１７のばね圧により、ばね収容カップ１６の底部がラックガイドローラ９に圧接されて該ローラ９に摩擦力を付与している。

実施形態１では、ばね収容カップ１６が挿入されるラックガイドホルダー５の後端部中央の挿入穴の内周壁に、空気伝通手段となる溝状の通気孔１８が形成されている。通気孔１８の位置は、ラックガイドホルダー５を組み付けた状態で、ラック摺動方向に向かった位置とは異なる位置、つまり、図２に示す前記ホルダー５の横断面でみて、その中央挿入穴の中心と通気孔位置とを結んだ線がラック軸２の摺動方向Ｆ（図２）に対して或る角度（例えば９０°）を有するような位置に設けられる。

この実施形態では、図２に示すように、通気孔１８は前記ホルダー５のフリクションブロック挿入穴の内壁に、ラック軸２の摺動方向に対して直角に、２箇所設けられている。

ラックガイドホルダー５を組み込んだ状態で、このような向きに通気孔１８の位置を定めることにより、ラック軸２の摺動時にもローラ９に対する圧接状態が確保され、安定した摩擦力付与が得られる。即ち、フリクションブロック１５は、ラック摺動時に、ホルダー５の後端部のカップ挿入穴との組合せ隙間分だけ摺動方向へ倒される傾向があり、このため、前記ホルダー５のフリクションブロック挿入穴（カップ挿入穴）の内壁にラック摺動方向に向いた溝状通気孔１８を設けると、この傾きが大きくなり、フリクションブロック１５とローラ９との接触が不安定になって想定した摩擦力が確保できなくなる。これを避けるため、実施形態１では、ホルダー５のフリクションブロック挿入穴に形成する通気孔１８はラック摺動方向以外の位置に設けている。

従来例の説明部分でも記載したように、ラックガイド部のフリクションブロック挿入部は、摺動時の磨耗を防止するために塗布したグリースにより油密構造となってしまう場合があり、ローラ室１３とばね受室１２との間は、空気が伝通しにくい構造となりがちで、ホルダー５がラック軸２に向かって出入動作した際に、フリクションブロック１５がローラ９の動きに追従しにくくなり、充分な摩擦力付与機能が発揮できなくなる。

しかし、本発明では、ラックガイドホルダー５のローラ室１３とばね受室１２とが通気孔１８で伝通されているため、この通気孔１８を通じてローラ室１３とばね受室１２の間で空気の流通が可能となり、フリクションブロック１５の動きが空気の抵抗により阻害されることがなく、フリクションブロック１５がローラ９の動作にスムーズに追従でき、良好かつ適切な摩擦力付与が発揮される。

（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る車両用ラックガイドホルダー式ステアリング装置のラックガイド部におけるフリクションブロックの縦断面図である。この実施形態においても、ラックガイドホルダー５およびラックガイドローラ９の構成は図１に示す実施形態１と同様であり、同じ部材には同じ符号を付し、その部分の重複した説明は省略する。

実施形態２では、フリクションブロック１５のばね収容カップ１６の底部中央に、空気伝通手段としての通気孔１９が設けられている。カップ１６の底部はラックガイドホルダー５に圧接するが、前記カップ１６の底部中央部分はローラ９の凹周面中央部との間に若干の隙間が設けられ、この隙間とローラ室１３が連通し、したがってローラ室１３とばね受室１２との間でカップ１６の底部の通気孔１９を介して空気の伝通が可能となる。

なお、ばね収容カップ１６に設ける通気孔１９は必ずしも図示のように該カップ１６の底部中央に限定されず、例えばカップ１６の底部近くの、ローラ室１３に露呈する部位のカップ周部に設けてもよい。

ラックガイド部のフリクションブロック挿入部は、摺動時の磨耗を防止するために塗布したグリースにより油密構造となってしまう場合があり、ローラ室１３とばね受室１２との間は、空気が伝通しにくい構造となりがちで、ホルダー５がラック軸２に向かって出入動作した際に、フリクションブロック１５がローラ９の動きに追従しにくくなり、充分な摩擦力付与機能が発揮できなくなる。

しかし、この実施形態２では、ラックガイドホルダー５のローラ室１３とばね受室１２とがばね収容カップ１６の底部の通気孔１９で伝通されているため、この通気孔１９を通じてローラ室１３とばね受室１２の間で空気の流通が可能となり、フリクションブロック１５の動きが空気の抵抗により阻害されることがなく、フリクションブロック１５がローラ９の動作にスムーズに追従でき、良好かつ適切な摩擦力付与が発揮される。

（実施形態３）
実施形態３では、ラックガイドホルダーが焼結金属で製造されている。焼結金属は金属粉末を成形型によって突き固めて加圧焼成したものであり、内部組織に微小な空隙が生じる。この内部の空隙を空気の伝通手段とすることにより、内部空隙を通してローラ室１２とばね受室１３との間で空気の伝通が生じ、フリクションブロック１５の動きが空気抵抗により阻害されることがなくなり、フリクションブロック１５がローラ９の動きにスムーズに追従し、フリクションブロック１５の有効な性能が発揮される。

上述の各実施形態では、フリクションブロックとして、ばね収容カップに押圧ばねを収容した形態のものを例示したが、本発明ではこのような構造のものに限定されるものではなく、他の形態の構造、例えば、従来例の特許文献１に記載されたような中実のプランジャを介して皿ばねおよびその支持ボルトでローラを押し付ける形態のものであってもよい。

本発明はフリクションブロックを付加した一般のラックアンドピニオン式ステアリング装置、あるいは操舵アシスト機能をもつタイプ、例えば電動式のラックアンドピニオン式ステアリング装置のいずれにも適用可能である。

本発明の実施形態１に係る車両用ラックアンドピニオン式ステアリング装置、特にそのラックガイド部の部分的な縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 本発明の実施形態２に係る車両用ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックガイド部におけるフリクションブロックの縦断面図である。 従来のラックガイド部におけるフリクションブロックの一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ピニオン軸
２ ラック軸
３ ラック・ピニオンハウジング
５ ラックガイドホルダー
９ ラックガイドローラ
１０ 調整カバー
１２ ばね受室
１３ ローラ室
１５ フリクションブロック
１６ ばね収容カップ
１７ 押圧ばね
１８，１９ 通気孔

Claims (4)

1. ピニオン軸および該ピニオン軸と噛合し該ピニオン軸と交差する方向に直線摺動するラック軸を収容するハウジングと、
   前記ラック軸を挟んで前記ピニオン軸と対向する位置で前記ラック軸の背面に接触するラックガイドローラと、
   内部にローラ室を形成し、該ローラ室内に前記ラックガイドローラを回転自在に支持し、前記ラック軸と直交する方向に摺動可能に前記ハウジングに支持され、一方の端部が前記ラック軸の前記背面に対向して配置された筒状のラックガイドホルダーと、
   前記ラックガイドホルダーの他方の端部と対向して配置され、前記ラックガイドホルダーを前記ハウジング内に保持するカバー部材と、
   前記ラックガイドホルダーと前記カバー部材との間に配置され、前記ラックガイドホルダーおよび前記ラックガイドローラを介して前記ラック軸を前記ピニオン軸の方へ付勢する第１のばね部材と、
   前記ラックガイドホルダーの他方の端部と対向する側の前記カバー部材の面に設けられたばね受室と、
   前記ラックガイドホルダーの他方の端部に設けられるとともに前記ローラ室と前記ばね受室とを仕切り、前記ラックガイドローラに対して弾性摩擦力を付与するためのフリクションブロックとを有するラックアンドピニオン式ステアリング装置において、
   前記ハウジングの内周面と前記ラックガイドホルダーの外周部との間には前記ラックガイドホルダーを気密状態に前記ハウジングに支持するための周方向に亘る弾性体が介装されており、前記ラックガイドホルダーの前記他方の端部には前記ローラ室および前記ばね受室に通じる穴が形成され、
   前記フリクションブロックは、円筒部と底部とからなるカップ状部材と該カップ状部材に収容された第２のばね部材とからなり、前記底部の外側面が前記ラックガイドローラの前記外周面に当接し、前記円筒部が前記ラックガイドホルダーの前記穴に前記ラック軸と直交する方向に摺動可能に保持されることで前記ローラ室と前記ばね受室とを仕切り、
   前記第２のばね部材は一方の端部が前記カップ状部材の前記底部の内側面に当接し、他方の端部が前記ばね受室の底面に当接して、前記カップ状部材の底部を前記ラックガイドローラの前記外周面に押圧することで前記ラックガイドローラに対して前記弾性摩擦力を付与し、
   前記ローラ室と前記ばね受室との間には、前記フリクションブロックを介して前記ローラ室と前記ばね受室との間で空気を伝通させる空気伝通手段を有することを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
2. 前記空気伝通手段は、前記ラックガイドホルダーの前記他方の端部の前記穴に連続して形成された通気孔であ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式ステアリング装置。
3. 前記空気伝通手段は、前記フリクションブロックの前記カップ状部材の底部に形成された通気孔であ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式ステアリング装置。
4. 前記通気孔は、横断面上で前記フリクションブロックの中心と前記通気孔とを結ぶ方向がラックの摺動方向に対して交差する方向となる位置に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。

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