JP5672084B2

JP5672084B2 - ラックピニオン式舵取装置

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Publication number: JP5672084B2
Application number: JP2011052908A
Authority: JP
Inventors: 渡邉　和宏; 和宏渡邉; 中川　淳; 淳中川; 眞悟吉永; 洋光富山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: JP2012188005A

Description

本発明は、ラックガイドとラックブッシュによりラック軸を摺動可能に支持するラックピニオン式舵取装置に関する。

従来のラックピニオン式舵取装置として、特許文献１に開示されたものがある。

図６に示すラックピニオン式舵取装置１００は、ハンドル操舵により回転するピニオンシャフト１０１と、このピニオンシャフト１０１に噛み合うラック軸１０２と、ピニオンシャフト１０１を回転可能に軸承するとともにラック軸１０２を挿通する挿通穴１０３ａを形成したギヤハウジング１０３と、ラック軸１０２を挟んでピニオンシャフト１０１と反対側に設けられラック軸１０２をピニオンシャフト１０１に噛合う方向に押圧するラックガイド１０４とを備えている。

ギヤハウジング１０３にはラックガイド１０４を摺動可能に案内するガイド穴１０３ｂが形成され、このガイド穴１０３ｂの一端に蓋１０６が螺着されている。蓋１０６とラックガイド１０４間に、ラックガイド１０４をラック軸１０２に押付けるバネ１０７が介挿されている。

前記ギヤハウジング１０３の挿通穴１０３ａにラックブッシュ１０８が嵌挿され、このラックブッシュ１０８にラック軸１０２が摺動可能に当接している。ラックブッシュ１０８とラック軸１０２との当接箇所は、メーカーによって様々であるが、図７に示すように、ラック軸１０２のラックガイド１０４側の背後に当接する摺動突起１０８ａをラックブッシュ１０８の内周に設け、ラックブッシュ１０８の外周に摺動突起１０８ａを挟んで両側に前記挿通穴１０３ａに当接する一対の支持突起１０８ｂとを設けたものがある。

特開２００９−１８４５９１号公報

このものは、ラック軸１０２を摺動突起１０８ａ側へ変位させると、図８に示すような支持剛性が得られる。つまり、ラック軸１０２のラックガイド１０４側への変位量が少ないときは線Ｓ１に示すように支持剛性が緩やかに上昇し、ある一定の変位量となると線Ｔ１に示すように支持剛性が急激に上昇する。

前記線Ｓ１の支持剛性を下げると次のようなメリットがある。ラック軸１０２とラックガイド１０４間の摺動抵抗が減って、ラック軸１０２を軸線回りに回しやすくなり、ラック軸１０２とピニオンシャフト１０１の歯の噛合いの関係上、ラック軸１０２の回転によりラック軸１０２が摺動突起１０８ａ側へ変位するので、ラックガイド１０４と蓋１０６間のクリアランス調整が容易に出来る。このクリアランス調整が容易になるよう、線Ｓ１の支持剛性を下げたい要望がある。

通常のハンドル操作は、線Ｔ１まで変位しないで、線Ｓ１の範囲内で変位する。今回、ハンドルのストロークエンドが分かるよう、線Ｔ１近くで線Ｓ１の上昇を上げたい要望がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ラックガイド１０４と蓋１０６間のクリアランス調整が容易になるとともに、ハンドルのストロークエンドを実感できるラックピニオン式舵取装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、ギヤハウジングにピニオンシャフトを回転可能に軸承し、前記ピニオンシャフトに噛合するラック軸を前記ギヤハウジングの挿通穴に挿通し、前記ピニオンシャフトと反対側の背後から前記ラック軸を前記ピニオンシャフトに押し付けるラックガイドをギヤハウジングのガイド穴に軸方向に移動可能に嵌挿し、前記ガイド穴を閉塞する蓋を設け、前記蓋と前記ラックガイド間に前記ラックガイドを前記ラック軸側へ付勢する弾性部材を介挿し、前記ギヤハウジングの挿通穴に前記ラック軸の背後に摺動可能に当接するラックブッシュを設けたラックピニオン式舵取装置において、前記ラックブッシュの前記ラックガイド側の外周に、しかも前記ラックガイドの軸線を挟んで両側に、径方向外方へ突出し、前記挿通穴に当接する一対の突設部を一体的に設け、前記一対の突設部は、第１の突起部と、この第１の突起部よりも径方向外方にかつ前記ラックガイドの軸線よりも遠ざかる位置に設けられる第２の突起部とからなるものである。

本発明によれば、ラック軸の変位が少ない段階では、第２の突起部間のラックブッシュは挿通穴に支持されず、この支持されない部分の距離が長くなるので、ラックブッシュの支持剛性が下がってラックガイドと蓋間のクリアランス調整が容易になる。また、ハンドルのストロークエンド近くでは、ラック軸がラックガイド側へ変位して第１の突起部が挿通穴に当接し、第１の突起部間でラックブッシュが挿通穴に支持されていない部分の距離が短くなるので、ラック軸の変位に対するラックブッシュの支持剛性が急激に上昇し、ハンドルのストロークエンドを実感できる。

本発明の実施形態におけるラックピニオン式舵取装置の全体構成図である。本発明の実施形態における図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の実施形態におけるラックブッシュの正面図である。（ａ）本発明の実施形態における図３のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）本発明の実施形態における図３のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）本発明の実施形態における図３のＤ−Ｄ線断面図である。本発明の実施形態におけるラックブッシュの支持剛性の特性図である。従来におけるラックピニオン式舵取装置の全体図である。図６のＥ−Ｅ線断面図である。図７に示すラックブッシュの支持剛性の特性図である。

本発明の一実施形態について、図１乃至図５を参酌しつつ説明する。図１はラックピニオン式舵取装置の全体構成図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３はラックブッシュの正面面図であり、図４（１）は図３のＢ−Ｂ線断面図であり、（２）は図３のＣ−Ｃ線断面図であり、（３）は図３のＤ−Ｄ線断面図であり、図５はラックブッシュの支持剛性の特性図である。

図１及び図２に示すようにラックピニオン式舵取装置１０は、ギヤハウジング１１と、このギヤハウジング１１に回転可能に軸承されたピニオンシャフト３０と、このピニオンシャフト３０に噛合するラック軸４０と、ピニオンシャフト３０と反対側の背後からラック軸４０をピニオンシャフト３０に押し付けるラックガイド５０とを有する。

図１に示すように，前記ギヤハウジング１１には挿通穴１２が貫通しており、この挿通穴１２にラック軸４０が挿通されている。ラック軸４０の両端にボールジョイント９０の一端が連結され、ボールジョイント９０の他端には図略の車輪がそれぞれ連結され、ラック軸４０の軸方向の移動によって車輪の向きが変えられるようになっている。

図２に示すように、ギヤハウジング１１には、ラック軸４０と立体的に交差する方向にシャフト挿入穴２１が形成されている。シャフト挿入穴２１に一対の軸受２２、２３が設置され、これらの軸受２２、２３にピニオンシャフト３０が回転可能に軸支されている。ピニオンシャフト３０にはピニオン３０ａが形成され、このピニオン３０ａに前記ラック軸４０のラック４０ａが噛合している。ピニオンシャフト３０の一端には、図略のステアリングコラム等を介してハンドルが回転連結され、ハンドルの回転動作は、ピニオン３０ａとラック４０ａによってラック軸４０の軸方向移動に変換されるようになっている。

ピニオンシャフト３０には、軸受２３の両側にフランジ部３１とリング溝３２が形成され、リング溝３２にリング３３が嵌め込まれている。リング３３とフランジ部３１によって、ピニオンシャフト３０は軸受２２に対し、ピニオンシャフト３０の軸方向に移動不能に係止される。シャフト挿入穴２１の開口側にはめねじ部２４が形成され、このめねじ部２４に留め金２５が螺着されている。シャフト挿入穴２１のピニオンシャフト３０のフランジ部３１に対応する位置に段部２６が形成され、この段部２６と留め金２５で軸受２３を挟み込むことによって、軸受２３はシャフト挿入穴２１に軸方向に移動不能に係止される。シャフト挿入穴２１の開口側の一端には、オイルシール２７が圧入され、オイルシール２７の内周のリップ部２７ａがピニオンシャフト３０に摺動可能に当接している。

ギヤハウジング１１には、前記ラック軸４０および前記シャフト挿入穴２１に対して立体的に交差する方向にガイド穴１３が形成され、このガイド穴１３にラックガイド５０が摺動可能に案内されている。ガイド穴１３の開口側の一端にはめねじ部１４が形成され、このめねじ部１４に蓋５１が螺着されている。蓋５１とラックガイド５０間にはコイルバネ５３が介挿され、コイルバネ５３が半径方向に移動しないように、コイルバネ５３はラックガイド５０の蓋５１側の端面に形成された収納穴５０ａに遊嵌されている。

ラックガイド５０のラック軸４０側の取付け面５０ｂは、ラック軸４０の軸線回りに断面円弧状に形成され、この取付け面５０ｂ全体に渡ってラック軸用シート５２が固着されている。ラック軸用シート５２にラック軸４０の背面４０ｂが摺動可能に当接しており、背面４０ｂは、ラック軸４０の軸線回りに断面円弧状に形成されている。前記ラックガイド５０には収納穴５０ａと取付け面５０ｂを繋ぐ断面円形の貫通穴５０ｃがラックガイド５０の軸線方向に形成され、この貫通穴５０ｃにラック軸用シート５２の断面円形の突起５２ａが圧入されている。ラック軸用シート５２は断面円弧状の一枚のシートであり、貫通穴５０ｃに対応する位置のみ突起５２ａを形成した。よって、突起５２ａの前後は断面円弧状で、ラック軸４０の背面４０ｂに摺動可能に当接する。

ピニオンシャフト３０の先には、図略のハンドルにかけて、図略のステアリングコラムが設置され、このステアリングコラムの部分にパワーアシストする電動モータと、電動モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達する減速機が設置されている。すなわち、コラム電動モータ式動力舵取装置に本実施形態を適用した。

図１に示すように、ギヤハウジング１１の挿通穴１２は、ラック軸４０を挿通できる程度の小さな穴径を持つ小径部１２ａと、小径部１２ａの両端側に設けられボールジョイント９０が挿通できる程度の大きな穴径を持つ第１の大径部１２ｂ、第２の大径部１２ｃと、第１の大径部１２ｂと小径部１２ａ間に設けられた第１の中径部１２ｄ、第１の嵌合部１２ｅと、第２の大径部１２ｂと小径部１２ａ間に設けられた第２の中径部１２ｆ、第２の嵌合部１２ｇとからなっている。

第１の嵌合部１２ｅには、ラック軸用ブッシュ４１が嵌合され、ラック軸用ブッシュ４１のフランジ部４１ａが第１の中径部１２ｄに遊嵌されている。ラック軸用ブッシュ４１は、両端を除いた位置に軸方向にスリット４１ｂを有し、このスリット４１ｂは円周方向に複数設けられている。

第１の大径部１２ｂには、第１のストッパ部材４２が嵌合固定されている。第１の中径部１２ｄと第１の嵌合部１２ｅ間には第１の段部が形成され、第１の段部と第１のストッパ部材４２とで、第１のフランジ部４１ａが挟み込まれることによって、ラック軸用ブッシュ４１が所定の位置に固定される。

第２の大径部１２ｃには、めねじ部１２ｈが形成され、このめねじ部１２ｈに第２のストッパ部材４３が螺着されている。

第２の嵌合部１２ｇにはラックブッシュ６０が嵌合され、このラックブッシュ６０は、図３に示すように、軸方向に延びる摺動部６１と、半径方向外方へ突出するフランジ部６２とからなっている。フランジ部６２が第２の中径部１２ｆに遊嵌されている（図１）。フランジ部６２は、半円部６３と、一対の四角部６４と、一対の円弧部６５とからなっている。半円部６３は、四角形状と半円形状を足し合わせた形状を有し、これが最も半径外方へ突出している。一対の四角部６４は、四角形状を有し、半円部６３を挟んで円周方向両側に設けられている。半円部６３の中心線ｍと、四角部６４の中心線ｎ間のなす角度Ｑは、２９度である。一対の円弧部６５は、４分の１円程度の円弧を有し、半円部６３を挟んで円周方向両側に設けられている。半円部６３の中心線ｍと、円弧部６５の始端間のなす角度は、７９度である。

摺動部６１は、正面から見ると半円であり、摺動部６１の内周に、第１の摺動突起７０（図４のｃ）と、第１の摺動突起７０を挟んで円周方向両側に一対の第２の摺動突起７１が設けられている（図４のａ）。第１の摺動突起７０は、一対の四角部６４間に形成され、第１の摺動突起７０の中心線ｍと、半円部６３の中心線ｍは、互いに一致している。第２の摺動突起７１は、四角部６４と円弧部６５間に形成されている。

摺動部６１の外周に、半円部６３を挟んで円周方向両側に一対の第１の突設部７２と、半円部６３を挟んで円周方向両側に一対の第２の突設部７３が設けられている。四角部６４の中心線ｎと、第１の突設部７２の中心線ｎは、互いに一致している。半円部６３の中心線ｍと、第２の突設部７３の始端間のなす角度は、７９度である。

一対の第１の突設部７２は、円周方向に幅広の第１の突起部７４と、この第１の突起部７４よりも径方向外方に設けられ第１の突起部７４より円周方向に幅狭の第２の突起部７５とからなっている。第１の突起部７４の中心線ｎと、第２の突起部７５の中心線ｎは、互いに一致している。第１の突起部７４は、第２の突起部７５を間に挟んで角度Ｐの範囲に渡って形成され、第２の突起部７５は、角度Ｒの範囲に渡って形成されている。角度Ｐは１４度であり、角度Ｒは６度である。

第２の突設部７３は、第３の突起部７６と、この第３の突起部７６よりも径方向外方に設けられた第４の突起部７７とからなっている。第４の突起部７７は、第３の突起部７６と比べて半円部６３から遠い位置に設けられている。

ラック軸４０は鉄の材質で主に作られており、ラック４０ａは鍛造によって形成され、切削と研磨によって背面４０ｂが所定の寸法に加工される。摩耗を防ぐために、背面４０ｂに焼入れ処理がなされる。ラック軸用シート５２は、樹脂と金属の複層からなり、この樹脂層がラック軸４０の背面４０ｂに接触する。樹脂層の摩擦係数は非常に小さい。ラック軸用ブッシュ４１とラックブッシュ６０は、樹脂からなり、これらの摩擦係数は非常に小さい。

次に、以上説明した構成に基づいて全体の動作を説明する。

図２に示すように、図略のハンドルを操作すると、ピニオンシャフト３０が回転し、ラック軸４０の軸方向移動に変換され、図略の車輪の向きが変わる。ラック軸４０は、図１において、ギヤハウジング１１の両端でラック軸用ブッシュ４１、ラックブッシュ６０に軸方向移動可能に支持され、ギヤハウジング１１のラックブッシュ６０側で、図２に示すように、ラック軸用シート５２とピニオンシャフト３０とで挟み込まれた状態で軸方向移動可能に支持される。ラックガイド５０は、ガイド穴１３に摺動可能に支持され、コイルバネ５３によってラック軸用シート５２が背面４０ｂに当接する方向に押付けられる。

このようなにラック軸４０が軸方向移動可能に支持されており、ハンドルを中立位置から右または左へ操作すると、ラック軸４０は軸方向に移動しながらラックガイド５０側へ変位する。ラック軸４０のラックガイド５０側変位に対するラックブッシュ６０の支持剛性は、図５に示すような特性でもって変化する。つまり、ラック軸４０の変位量が少ないときは、線Ｓ２に示すように支持剛性が緩やかに上昇し、ハンドル操舵のストロークエンド近くになると、線Ｓ３に示すように線Ｓ２よりも大きな傾きでもって支持剛性が上昇する。ラック軸４０の変位量が一定量超えると、線Ｔ２に示すように支持剛性が急激に上昇する。

線Ｓ２は、第２の突起部７５の半円部６３側の端を支点にして第２の突起部７５間のラックブッシュ６０が半円部６３側へ曲げ変形するときに得られる支持剛性である。線Ｓ３は、第１の突起部７４の半円部６３側の端が第２の嵌合部１２ｇに接触し、第１の突起部７４の半円部６３側の端を支点にして第１の突起部７４間のラックブッシュ６０が半円部６３側へ曲げ変形するときに得られる支持剛性である。

図５と従来の図８を比較すると、図５の線Ｓ２の支持剛性は、図８の線Ｓ１に比べて全体的に下げっている。その理由は、一方の第２の突起部７５の半円部６３側の端から他方の第２の突起部７５の半円部６３側の端までの距離が、長くなっているからである。

次に、ラックガイド５０と蓋５１間のクリアランス調整について説明する。ボールジョイント９０の２面取りされた部分に図略の工具を引っ掛け、ラック軸４０を軸線回りに回す。ラック軸４０とピニオンシャフト３０が噛合っている関係上、ラック軸４０は回転しながらラックガイド５０側へ変位する。ラック軸４０を所定の角度まで回した時点で、ラックガイド５０が蓋５１に当接するよう蓋５１を回してこれの軸方向位置を調整する。これによって、ラック軸４０を元に戻したときにラックガイド５０と蓋５１間にクリアランスができ、クリアランス調整が完了する。線Ｓ２の支持剛性が全体的に低いので、ラック軸４０を低トルクで回すことができ、ラックガイド５０と蓋５１間のクリアランス調整が容易に行えるメリットがある。

ハンドルを中立位置から右または左へ回すと、ラック軸４０は軸方向に移動しながらラックガイド５０側へ変位する。ハンドル操舵のストロークエンド近くになると、ラックブッシュ６０の支持剛性が線Ｓ３のように変化するので、ハンドル操舵したときの手応え感が増し、運転手はストロークエンドを自覚できる。

本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

上述した実施形態の第２の突起部７５の外径側に、第２の突起部７５よりも円周方向に幅狭の第５の突起部を設けても良い。この場合、摺動部６１と第５の突起部までの段差は、上述した実施形態の摺動部６１から第２の突起部７５までの段差と同じにし、段差は３つに均等割りするのが望ましい。このようにすれば、図３に示す線Ｓ４は、上述した実施形態の線Ｓ２と比較して全体的に支持剛性を下げることができる。また、ハンドル操作のストロークエンド近くで、線Ｓ４よりも上げが大きい線Ｓ５、線Ｓ５よりの上げが大きい線Ｓ６と言う風に２段回で渡って上昇する特性が得られる。

１１：ギヤハウジング、１２：挿通穴、１３：ガイド穴、３０：ピニオンシャフト、４０：ラック軸、５０：ラックガイド、５１：蓋、６０：ラックブッシュ、７２：突設部、７４：第１の突起部、７５：第２の突起部

Claims

ギヤハウジングにピニオンシャフトを回転可能に軸承し、前記ピニオンシャフトに噛合するラック軸を前記ギヤハウジングの挿通穴に挿通し、前記ピニオンシャフトと反対側の背後から前記ラック軸を前記ピニオンシャフトに押し付けるラックガイドをギヤハウジングのガイド穴に軸方向に移動可能に嵌挿し、前記ガイド穴を閉塞する蓋を設け、前記蓋と前記ラックガイド間に前記ラックガイドを前記ラック軸側へ付勢する弾性部材を介挿し、前記ギヤハウジングの挿通穴に前記ラック軸の背後に摺動可能に当接するラックブッシュを設けたラックピニオン式舵取装置において、
前記ラックブッシュの前記ラックガイド側の外周に、しかも前記ラックガイドの軸線を挟んで両側に、径方向外方へ突出し、前記挿通穴に当接する一対の突設部を一体的に設け、前記一対の突設部は、第１の突起部と、この第１の突起部よりも径方向外方にかつ前記ラックガイドの軸線よりも遠ざかる位置に設けられる第２の突起部とからなっていることを特徴とするラックピニオン式舵取装置。