JP5310788B2

JP5310788B2 - ステアリング装置

Info

Publication number: JP5310788B2
Application number: JP2011124041A
Authority: JP
Inventors: 高之吉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: JP2012250604A

Description

本発明はステアリング装置、特に、ラックピニオン式ステアリング装置のピニオン軸に加わる負荷によって、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置からずれて、異音が生じることを防止するようにしたステアリング装置に関する。

ラックピニオン式ステアリング装置は、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸が、ステアリングギヤのハウジングに往復移動可能に支持され、ステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン軸が、ステアリングギヤのハウジングに軸受を介して回転可能に軸支されている。

このようなラックピニオン式のステアリング装置は、ピニオン軸をハウジングに軸支する軸受に予圧を付与して、操舵時にピニオン軸に加わる負荷によって、ピニオン軸がラジアル方向やスラスト方向に動いて、異音が生じたり、操舵力が変動するのを防止している。

リングナットで軸受に予圧を付与すれば、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が大きくなるため好ましいが、リングナットを組み込むためのスペースが必要となるため、ステアリングギヤが大型化し、リングナットの予圧調整作業にも時間が掛かる問題がある。

テーパースナップリング（止め輪）で軸受に予圧を付与すれば、テーパースナップリングを組み込むためのスペースが小さくで済むため、ステアリングギヤを小型化でき、テーパースナップリングの組付け作業時間も短縮できる。しかし、テーパースナップリングで軸受に予圧を付与すると、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が小さくなってしまう。

その結果、操舵時にピニオン軸に加わる負荷によって、テーパースナップリングが軸方向に押し上げられ、ピニオン軸がスラスト方向に動いて、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置からずれて、異音が生じたり、操舵力が変動してしまう。

特許文献１に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、テーパースナップリングの傾斜面側に複数の円錐状の突起を等間隔に形成している。また、ハウジング側の環状溝の傾斜面側に環状凹溝を形成している。これによって、テーパースナップリングに軸方向の外力が作用し、テーパースナップリングが所定量縮径すると、テーパースナップリングの突起が環状凹溝の内壁面に係合し、テーパースナップリングが所定量を超えて縮径することを防止し、テーパースナップリングの軸方向移動を規制している。しかし、特許文献１に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、テーパースナップリング及び環状溝の形状が複雑になるため、加工が難しく、製造コストが上昇する問題がある。

特開２０１０−０３８２５４号公報

本発明は、ピニオン軸に加わる負荷によってピニオン軸が軸方向に移動し、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置からずれて、異音が生じることを防止するとともに、加工が容易で製造コストの上昇を抑制することが可能なラックピニオン式ステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、ハウジング、上記ハウジングに往復移動可能に支持され、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸、ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有し、ステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン軸、上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸のピニオン上部の軸部をハウジングに回転可能に軸支する第１の軸受、上記第１の軸受の外輪を上記ハウジングに固定するスナップリング、上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸のピニオン下部の軸部をハウジングに回転可能に軸支する第２の軸受、上記ハウジングに内嵌されて上記ピニオン軸の周囲を覆い、上端面が車体に当接するとともに、下端面が上記スナップリングの上端面に当接して、スナップリングが上方に抜け出すことを規制するカバーを備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ピニオン下部の軸部の軸受面の下端が第２の軸受の軸受面の下端から突出する長さが、上記カバーの下端面とスナップリングの上端面との間の隙間よりも大きく設定されていることを特徴とするステアリング装置である。

第３番目の発明は、第２番目の発明のステアリング装置において、上記スナップリングがテーパースナップリングであることを特徴とするステアリング装置である。

第４番目の発明は、第３番目の発明のステアリング装置において、上記カバーの上端は、弾性部材製のガスケットを介して車体に当接し、上方への移動が規制されていることを特徴とするステアリング装置である。

第５番目の発明は、第３番目の発明のステアリング装置において、上記第２の軸受がニードル軸受であることを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置は、ハウジングに内嵌されピニオン軸のピニオン上部の軸部をハウジングに回転可能に軸支する第１の軸受と、第１の軸受の外輪をハウジングに固定するスナップリングと、ハウジングに内嵌されピニオン軸のピニオン下部の軸部をハウジングに回転可能に軸支する第２の軸受と、ハウジングに内嵌されてピニオン軸の周囲を覆い、上端面が車体に当接するとともに、下端面がスナップリングの上端面に当接して、スナップリングが上方に抜け出すことを規制するカバーを備えている。

従って、走行時にラック軸を介してピニオン軸に作用するスラスト力によって、ピニオン軸が上方に押されると、スナップリングの上端面がカバーの下端面に当接するため、第１の軸受及びスナップリングは上方への移動が阻止される。その結果、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置に維持されるため、異音が生じたり、操舵力が変動することを阻止することができる。

本発明の実施例のステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。図１のステアリングギヤのラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。図２のボール軸受近傍の拡大縦断面図である。図２のニードル軸受近傍の拡大縦断面図である。

図１は本発明の実施例のステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置の全体斜視図である。図１に示すように、本発明の実施例のコラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減するために、コラム１０５の中間部に取付けたモータ１０２の操舵補助力をステアリングシャフトに付与している。そして、ステアリングシャフトの回転を中間シャフト１０６に伝達し、ピニオン軸１０７を介してラックピニオン式のステアリングギヤ１０３のラック軸を往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を操舵している。

図２は図１のステアリングギヤのラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。図３は図２のボール軸受近傍の拡大縦断面図、図４は図２のニードル軸受近傍の拡大縦断面図である。

本発明の実施例のステアリングギヤ１０３は、フロントサブフレーム等の図示しない車体フレームに取り付けられている。ステアリングギヤ１０３のハウジング２１には、図２の紙面に直交する車幅方向に摺動可能にラック軸３１が内嵌している。ラック軸３１の車幅方向の両端には図示しないボールジョイントソケットが各々ねじ込まれて取り付けられ、、ボールジョイントソケットに連結されたタイロッド（図１参照）１０４、１０４が、図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。

ピニオン軸１０７は、ピニオン４１の上部の軸部４２が、ボール軸受（第１の軸受）５１によりハウジング２１に軸支されている。ピニオン軸１０７の溝４３に装着してカシメられたカシメリング５２は、ボール軸受５１の内輪を、ピニオン軸１０７の段差面４４との間で挟み込んでいる。

また、ボール軸受５１の外輪は、ハウジング２１に形成された円形孔２２に内嵌され、この円形孔２２の環状溝２３に装着されたテーパースナップリング（止め輪）５３によって軸方向に押圧されて、ハウジング２１に固定されている。テーパースナップリング５３及び環状溝２３の上端面側には傾斜面が形成されていて、環状溝２３にテーパースナップリング５３を挿入すると、楔作用によってボール軸受５１の外輪との間の隙間が除去されて、ボール軸受５３に予圧が付与される。

また、ピニオン軸１０７は、ピニオン４１の下部の軸部４５が、ニードル軸受（第２の軸受）５４によりハウジング２１にラジアル方向にのみ軸支されている。ピニオン軸１０７の回転は、ピニオン４１を介してラック軸３１のラック歯３２に伝達され、ラック軸３１に連結された図１のタイロッド１０４、１０４を介して、舵輪の向きを変更する。

ハウジング２１には、断面円形のガイド孔２４が図２の左右方向に形成され、このガイド孔２４に円柱状のラックガイド６１が図２の左右方向に摺動可能に内嵌している。ラックガイド６１には、ラック軸３１の凸円弧状の外周面３３の曲率とほぼ同一曲率の凹円弧状面６２が形成され、この凹円弧状面６２がラック軸３１の外周面３３に接触して、ラック軸３１の外周３３にラックガイド６１を押し付けている。

アジャストカバー６３を回転して螺合距離を適度に調整し、コイルバネ６４を介してラックガイド６１をラック軸３１側に押しつけ、ラック軸３１の外周３３にラックガイド６１を押し付けている。これにより、ピニオン４１とラック軸３１との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック軸３１が円滑に移動するようにしている。

ハウジング２１に形成された円形孔２２には、中空円筒状のカバー７１下端の円筒嵌合筒部７１１が圧入されている。円筒嵌合筒部７１１の上部に形成されたフランジ部７１２の下端面７１３が、ハウジング２１の上端面２５に当接して、ハウジング２１に対するカバー７１の上下方向の位置を位置決めしている。

カバー７１はピニオン軸１０７の上部の周囲を覆って上方に延び、カバー７１の上端に固定されたゴム製のガスケット７２がトーボード（車体）７３に当接して、カバー７１が上方へ移動することを規制している。ガスケット７２は、車両走行時の振動によるハウジング２１の変位を吸収して衝撃を緩和するとともに、ハウジング２１とピニオン軸１０７との間の隙間に異物が侵入することを防止している。

カバー７１は、ナイロンやＰＯＭ等の耐油性の良い合成樹脂に、ガラス、カーボン等の補強用フィラーを混入した材料で形成されている。図２、図３に示すように、カバー７１の円筒嵌合筒部７１１の下端面７１４とテーパースナップリング５３の上端面との間には、若干の隙間Ｌ２が形成されている。また、図２、図４に示すように、ピニオン４１下部の軸部４５の軸受面の下端４６は、ニードル軸受５４のニードル５４１（軸受面）の下端から長さＬ１だけ突出している。この長さＬ１は上記隙間Ｌ２よりも若干大きく設定されている。

走行時に車輪からラック軸３１を介してピニオン軸１０７に作用するスラスト力によって、ピニオン軸１０７が上方に押されると、ボール軸受５１が上方に押され、ボール軸受５１の外輪がテーパースナップリング５３を上方に押す。すると、テーパースナップリング５３の上端面が円筒嵌合筒部７１１の下端面７１４に当接するため、ボール軸受５１、テーパースナップリング５３は上方への移動が阻止される。その結果、ピニオン４１とラック歯３２の噛み合い位置が適正位置に維持されるため、異音が生じたり、操舵力が変動することを阻止することができる。

また、上記した長さＬ１は隙間Ｌ２よりも若干大きく設定されているため、ピニオン４１下部の軸部４５の軸受面の下端４６は、ニードル軸受５４のニードル５４１の下端から突出した状態が維持され、ニードル５４１とピニオン４１下部の軸部４５との軸受長さが維持される。その結果、ニードル軸受５４の耐久性が低下することを阻止することができる。

また、本発明の実施例では、ステアリングギヤ１０３を車体に取り付ける時に使用するカバー７１の円筒嵌合筒部７１１の軸方向長さを所定長さに設定して、カバー７１とテーパースナップリング５３との間の軸方向の隙間を所定の寸法に設定するだけで済むため、加工が容易で、製造コストの上昇を抑制することができる。

上記実施例では、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置に適用した例について説明したが、ピニオンアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置やマニュアル型ラックピニオン式ステアリング装置に適用してもよい。

１０１ステアリングホイール
１０２モータ
１０３ステアリングギヤ
１０４タイロッド
１０５コラム
１０６中間シャフト
１０７ピニオン軸
２１ハウジング
２２円形孔
２３環状溝
２４ガイド孔
２５上端面
３１ラック軸
３２ラック歯
３３外周面
４１ピニオン
４２軸部
４３溝
４４段差面
４５軸部
４６軸受面の下端
５１ボール軸受（第１の軸受）
５２カシメリング
５３テーパースナップリング（止め輪）
５４ニードル軸受（第２の軸受）
５４１ニードル
６１ラックガイド
６２凹円弧状面
６３アジャストカバー
６４コイルバネ
７１カバー
７１１円筒嵌合筒部
７１２フランジ部
７１３下端面
７１４下端面
７２ガスケット
７３トーボード（車体）

Claims

ハウジング、
上記ハウジングに往復移動可能に支持され、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸、
ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有し、ステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン軸、
上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸のピニオン上部の軸部をハウジングに回転可能に軸支する第１の軸受、
上記第１の軸受の外輪を上記ハウジングに固定するスナップリング、
上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸のピニオン下部の軸部をハウジングに回転可能に軸支する第２の軸受、
上記ハウジングに内嵌されて上記ピニオン軸の周囲を覆い、上端面が車体に当接するとともに、下端面が上記スナップリングの上端面に当接して、スナップリングが上方に抜け出すことを規制するカバーを備えたこと
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記ピニオン下部の軸部の軸受面の下端が第２の軸受の軸受面の下端から突出する長さが、上記カバーの下端面とスナップリングの上端面との間の隙間よりも大きく設定されていること
を特徴とするステアリング装置。
請求項２に記載されたステアリング装置において、
上記スナップリングがテーパースナップリングであること
を特徴とするステアリング装置。
請求項３に記載されたステアリング装置において、
上記カバーの上端は、弾性部材製のガスケットを介して車体に当接し、上方への移動が規制されていること
を特徴とするステアリング装置。
請求項３に記載されたステアリング装置において、
上記第２の軸受がニードル軸受であること
を特徴とするステアリング装置。