JP5685170B2 - ラックアンドピニオン式ステアリングギヤ - Google Patents

Description

本発明は、自動車に搭載されるラックアンドピニオン式ステアリングギヤに係り、詳しくは、操舵フィーリングの悪化や製造コストの上昇等を伴うことなく、タイヤ反力に起因する耐久性の低下等を抑制する技術に関する。

近年の自動車（特に中小型車）には、バックラッシが少ないこと、操舵フィーリングが良いこと、構造が比較的簡素であること等から、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤが一般に搭載されている。ラックアンドピニオン式ステアリングギヤは、ラック収容部やピニオン保持部が形成されたラックハウジングと、ラック収容部に軸方向摺動自在に収容されたステアリングラックと、ピニオン保持部に回転自在に保持されるとともにステアリングラックに形成されたラック歯に噛み合うピニオンと、ステアリングラックをピニオンに押圧するラックガイドと、ステアリングラックの両端部を左右のステアリングナックルに各々連結する一対のタイロッド等から構成されている。ピニオンはステアリングシャフトの下端に設けられており、運転者がステアリングホイールを回転させると、ピニオンに噛み合ったステアリングラックが左右に移動してステアリングナックル（すなわち、ホイール）が転舵される。（特許文献１〜３参照）
特開平１１−１１３３３号公報 特開２０１０−２１５０９４号公報 特許第４５８８４８７号公報

ラックアンドピニオン式ステアリングギヤでは、操舵時にステアリングナックルからの操舵反力（タイヤ反力）がステアリングラックの軸線と異なる方向から加わることで、ラック歯とピニオンとの噛み合いが不完全になることがあった。以下、右ハンドル車の場合を例にして、支持形態の相違による操舵時におけるステアリングラックの撓みかたと、その撓みがラック歯とピニオンとの噛み合いに与える影響とを説明する。

図１０（ａ）に示すステアリングギヤ６の場合、ステアリングラック１１は、Ａ点（ピニオン１２およびラックガイド１６）と、Ｂ点（左側方ラックブッシュ４１）との２点で支持されている（特許文献１の構造）。このステアリングギヤ６では、右切り時においては、図１０（ｂ）に示すように、ナックル２６を介して右フロントホイール９からの前方に引き寄せる力を受けたステアリングラック１１がＡ点とＢ点との間でその中央部が後退するように撓み、ステアリングラック１１がピニオン１２に押し付けられる。ところが、左切り時においては、図１０（ｃ）に示すように、ナックル２６を介して右フロントホイール９からの後方に押し付ける力を受けたステアリングラック１１がＡ点とＢ点との間でその中央部が前進するように撓み、プレッシャスプリング３９に付勢されたラックガイド１６が後退することで、ステアリングラック１１がピニオン１２から離れてしまう。その結果、ラック歯１１ａとピニオン１２との噛み合いが不完全になり、ラック歯１１ａやピニオン１２の先端が局部的に摩耗してステアリングギヤ６の耐久性が低下することになる。

図１１（ａ）に示すステアリングギヤ６の場合、ステアリングラック１１は、Ａ点（ピニオン１２およびラックガイド１６）と、Ｂ点（左側方ラックブッシュ４１）と、Ｃ点（中央ラックブッシュ４２）との３点で支持されている（特許文献２の構造）。このステアリングギヤ６でも、右切り時においては、図１１（ｂ）に示すように、右フロントホイール９からの前方に引き寄せる力を受けたステアリングラック１１がＡ点とＣ点との間でその中央部が後退するように撓み、ステアリングラック１１はピニオン１２に押し付けられる。ところが、左切り時においては、図１１（ｃ）に示すように、右フロントホイール９からの後方に押し付ける力を受けたステアリングラック１１がＡ点とＣ点との間でその中央部が前進するように撓み、プレッシャスプリング３９に付勢されたラックガイド１６が後退することで、やはりステアリングラック１１がピニオン１２から離れてしまう。その結果、図１０のものと同様に、ラック歯１１ａとピニオン１２との噛み合いが不完全になり、ラック歯１１ａやピニオン１２の先端が局部的に摩耗してステアリングギヤ６の耐久性が低下することになる。また、このステアリングギヤ６では、２つのラックブッシュ４１，４２が用いられていることから、ステアリングラック１１が左右に摺動する際の摩擦抵抗が大きくなって操舵フィーリングが悪化する他、構成部品点数の増加や製造コストの上昇がもたらされることが避けられなかった。

図１２（ａ）に示すステアリングギヤ６の場合、ステアリングラック１１は、Ａ点（ピニオン１２およびラックガイド１６）と、Ｂ点（左側方ラックブッシュ４１）と、Ｃ点（右側方ラックブッシュ４３）との３点で支持されており、右側方ラックブッシュ４３がステアリングラック１１の後面に摺接する樹脂またはゴム製のものとなっている（特許文献３の構造）。このステアリングギヤ６でも、右切り時においては、図１２（ｂ）に示すように、右フロントホイール９からの前方に引き寄せる力を受けてもステアリングラック１１はＡ点とＣ点との間で殆ど撓まず、プレッシャスプリング３９に付勢されたステアリングラック１１がピニオン１２に押し付けられる。そして、左切り時においては、図１２（ｃ）に示すように、右フロントホイール９からの前方に引き寄せる力を受けることでＣ点を支点にステアリングラック１１が前方に撓み、ステアリングラック１１はピニオン１２に押し付けられる。このステアリングギヤ６では、左切り時においてもラック歯１１ａとピニオン１２との噛み合いが保たれるため、摩耗に起因するステアリングギヤ６の耐久性の低下は生じないが、２つのラックブッシュ４１，４３が用いられていることから、図１１のものと同様に、ステアリングラック１１が左右に摺動する際の摩擦抵抗が増大して操舵フィーリングが悪化する他、構成部品点数の増加や製造コストの上昇がもたらされることが避けられなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、操舵フィーリングの悪化や製造コストの上昇等を伴うことなく、ステアリングラックの撓みに起因する耐久性の低下等を抑制したラックアンドピニオン式ステアリングギヤを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面では、軸方向一側にラック歯（１１ａ）が形成されたステアリングラック（１１）と、前記ラック歯に噛み合うピニオン（１２）と、前記ステアリングラックを収容する筒状のラック収容部（１３）と、前記ピニオンを回転自在に保持するピニオン保持部（１４）とを有するラックハウジング（１５）と、前記ラックハウジングに保持され、前記ステアリングラックを前記ピニオンに向けて付勢するラックガイド（１６）とを備えたラックアンドピニオン式ステアリングギヤであって、前記ラック収容部における前記軸方向一側の端部に設けられ、前記ステアリングラックの軸方向一側が遊嵌されるエンドピース（３４）と、前記ラック収容部における軸方向他側に設けられ、前記ステアリングラックの軸方向他側を軸方向摺動自在に支持するラックブッシュ（４１）とを有し、前記エンドピースが円形の内周面を有し、前記ステアリングラックが円形の外周面を有し、前記エンドピースの前記内周面の中心が、前記ステアリングラックの軸心に対して前記ピニオン側にオフセットされていることにより、前記エンドピースと前記ステアリングラックとの間隙は、前記ラックガイド側が前記ピニオン側よりも小さく設定されるようにした。

また、第２の側面では、前記遊嵌部位の前記ラックガイド側において、前記ラック収容部の内面と前記ステアリングラックの外面とが互いに平面（６１，６２）をもって対峙する。

また、第３の側面では、前記遊嵌部位の前記ラック収容部において、前記ラックガイド側の内面と前記ピニオン側の内面とが同心の円弧状断面を有し、当該ラックガイド側の内面の円弧径（６４）が当該ピニオン側の内面の円弧径（６５）よりも小さく設定された。

本発明によれば、通常時にはステアリングラックとラック収容部との間に間隙が確保される一方、操舵時にステアリングラックの軸方向一側をラックガイド側に付勢する大きな力が作用すると、ステアリングラックの軸方向一側は、ラック収容部におけるラックガイド側の内面に当接し、その当接部位を支点にピニオン側に撓む。これにより、ステアリングラックはピニオンに押し付けられることになり、ラック歯とピニオンとの噛み合いが確保される。また、遊嵌部位のラックガイド側において、ラック収容部の内側とステアリングラックの外側とが互いに平面をもって対峙するものでは、撓んだ際にステアリングラックが比較的広い面積をもってラックガイド側の内面に当接する。また、ラックガイド側の内周面とピニオン側の内周面とが同心の円弧状断面を有し、ラックガイド側の円弧径がピニオン側の円弧径よりも小さく設定されたものでも、撓んだ際にステアリングラックが比較的広い面積をもってラックガイド側の内面に当接する。

実施形態に係る自動車の前部を示す要部透視斜視図である。 実施形態に係るステアリングギヤの横断面図である。 図２中のIII部拡大図である。 図２中のＩＶ部拡大図である。 図３中のＶ−Ｖ拡大断面図である。 実施形態に係るステアリングギヤの操舵時における作用を示す模式図である。 実施形態に係る右エンドピースとステアリングラックとの位置関係を示す縦断面図である。 第１変形例に係る要部縦断面図である。 第２変形例に係る要部縦断面図である。 従来装置に係るステアリングギヤの操舵時における作用を示す模式図である。 従来装置に係るステアリングギヤの操舵時における作用を示す模式図である。 従来装置に係るステアリングギヤの操舵時における作用を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明を乗用車の電動パワーステアリング装置に適用した一実施形態とその一部変形例とを詳細に説明する。なお、各部材の説明にあたっては、図２中に上下・左右・前後を矢印で示し、位置や方向をこれらに沿って表記する。

≪実施形態の構成≫
図１に示すように、本実施形態の自動車１は、いわゆる４ドアセダン型の乗用車であり、ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置２を備えている。電動パワーステアリング装置２は、ステアリングホイール３が後端に取り付けられたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４を回転自在に保持するステアリングコラム５と、ステアリングシャフト４の下端に連結されたラックアンドピニオン式のステアリングギヤ６と、ステアリングギヤ６のピニオン１２（図２参照）にアシスト力を付与する電動モータ７等から構成されており、運転者によるステアリングホイール３の操舵に応じて左右フロントホイール８，９を転舵させる。

＜ステアリングギヤ＞
図２，図３にも示すように、ステアリングギヤ６は、右前面にラック歯１１ａが形成された円形断面を呈する鋼製のステアリングラック１１、ラック歯１１ａに噛み合うピニオン１２、ステアリングラック１１を収容するラック収容部１３およびピニオン１２を回転自在に保持するピニオン保持部１４を有するラックハウジング１５、ラックハウジング１５に保持されてステアリングラック１１をピニオン１２に向けて付勢するラックガイド１６、ステアリングラック１１の左右端にそれぞれ締結されたラックエンド１７，１８、左右のラックエンド１７，１８とナックル２５，２６とを連結するタイロッドエンド２１，２２、ラックハウジング１５の端部とタイロッドエンド２１，２２とを覆うダストシール２３等から構成されている。

本実施形態のラックハウジング１５は、アルミニウム合金ダイキャスト成型品のハウジング本体３１と、ハウジング本体３１の左端に内嵌した鋼管製のラック収容管３２と、ラック収容管３２の左端に外嵌したアルミニウム合金ダイキャスト成型品の左エンドピース３３と、ハウジング本体３１の右端に内嵌したこれもアルミニウム合金ダイキャスト成型品の右エンドピース３４とから構成されており、上述したピニオン保持部１４がハウジング本体３１の前部に形成されている。

ラックガイド１６は、ステアリングラック１１を挟んでピニオン１２と対向する部位に摺動自在に保持されており、ラックガイドスクリュー３８との間に介装されたプレッシャスプリング３９に付勢されることで、弾発力をもってステアリングラック１１と摺接する

図４に示すように、ラック収容管３２の左端には樹脂を素材とする円筒状のラックブッシュ４１が嵌装されており、ステアリングラック１１がこのラックブッシュ４１によって軸方向摺動自在に支持されている。また、ステアリングラック１１は左エンドピース３３に比較的大きな間隙をもって遊嵌しており、作動時にステアリングラック１１の外周面が左エンドピース３３の内周面に接触することはない。

図３に示すように、ステアリングラック１１は右エンドピース３４にも遊嵌しているが、ステアリングラック１１と右エンドピース３４との間隙がラックガイド１６側とピニオン１２側とで異なっている。すなわち、図５に示すように、右エンドピース３４は円形の内周面５１を有しているが、この内周面５１の中心Ｏｅがステアリングラック１１の軸心Ｏｒに対して前方に所定量ａをもってオフセットしている。そのため、ラックガイド１６側における間隙Ｓ１は、ピニオン１２側における間隙Ｓ２に対して２ａだけ小さくなっている。

≪実施形態の作用≫
本実施形態の場合、図６（ａ）に示すように、ステアリングラック１１は、Ａ点（ピニオン１２およびラックガイド１６）と、Ｂ点（左側方ラックブッシュ４１）との２点で支持されるとともに、Ｃ点で右エンドピース３４に遊嵌している。そして、直進走行時においては、図７（ａ）に示すように、右エンドピース３４の内周面５１との間に間隙（上述した間隙Ｓ１，Ｓ２等）が存在するため、運転者が修正操舵等を行ってステアリングラック１１が微少に左右動しても、Ｃ点における右エンドピース３４との接触に起因する摺動抵抗が発生せず、操舵フィーリングの悪化が抑制される。

右切り時においては、図６（ｂ）に示すように、ナックル２６を介して右フロントホイール９からの前方に引き寄せる力を受けたステアリングラック１１がＡ点とＢ点との間でその中央部が後退するように撓み、ステアリングラック１１はピニオン１２に押し付けられる。この際、図７（ｂ）に示すように、右エンドピース３４内でステアリングラック１１が前進するが、ピニオン１２側における間隙Ｓ２が十分に大きいため、右エンドピース３４の内周面５１とステアリングラック１１とが接触することはない。

一方、左切り時においては、図６（ｃ）に示すように、ナックル２６を介して右フロントホイール９からの後方に押し付ける力を受けたステアリングラック１１がＡ点とＣ点との間でその中央部が前進するように撓み、ステアリングラック１１はピニオン１２に押し付けられる。この際、図７（ｃ）に示すように、右エンドピース３４内でステアリングラック１１が後退し、右エンドピース３４の内周面５１とステアリングラック１１とが圧接する。

このように、本実施形態では、右切り時だけでなく、左切り時においてもステアリングラック１１がピニオン１２に押し付けられ、ラック歯１１ａとピニオン１２との噛み合いが保たれるため、摩耗に起因するステアリングギヤ６の耐久性の低下は生じない。そして、直進走行時や右切り時には、右エンドピース３４の内周面５１とステアリングラック１１とが接触しないことから、摩擦抵抗の増大に起因する操舵フィーリングの悪化が抑制される。更に、左側方ラックブッシュ４１以外のラックブッシュを用いず、左切り時にステアリングラック１１を右エンドピース３４（ラックハウジング１５）に直に圧接させるようにしたため、構成部品点数の増加や製造コストの上昇を防止することができる。なお、右エンドピース３４がアルミニウム合金ダイキャスト成型品であるため、右エンドピース３４との接触によって鋼製のステアリングラック１１に摩耗や損傷が生じることは無い。

≪一部変形例≫
次に、図７に対応する図８，図９を参照して、上記実施形態に係る第１，第２変形例を説明する。これら変形例は、ステアリングラック１１や右エンドピース３４の一部形状が変わることを除き、上記実施形態と同一の構成を有しているため、実施形態と異なる部分のみについて述べる。

（第１変形例）
図８に示すように、第１変形例では、ステアリングラック１１の後部にラック側平坦面６１が形成される一方、右エンドピース３４の内周面５１にエンドピース側平坦面６２が形成されている。第１変形例においても、右エンドピース３４とステアリングラック１１とのラックガイド１６側における間隙Ｓ１は、ピニオン１２側における間隙Ｓ２に対して有意に小さくなっている。

第１変形例の場合、直進走行時においては、図８（ａ）に示すように、右エンドピース３４の内周面５１との間に間隙（上述した間隙Ｓ１，Ｓ２等）が存在するため、運転者が修正操舵等を行ってステアリングラック１１が微少に左右動しても、ステアリングラック１１と右エンドピース３４との接触に起因する摺動抵抗が発生せず、操舵フィーリングの悪化が抑制される。また、右切り時においては、図８（ｂ）に示すように、右エンドピース３４内でステアリングラック１１が前進するが、ピニオン１２側における間隙Ｓ２が十分に大きいため、右エンドピース３４の内周面５１とステアリングラック１１とが接触することはない。

一方、左切り時においては、図８（ｃ）に示すように、右エンドピース３４内でステアリングラック１１が後退し、右エンドピース３４のエンドピース側平坦面６２とステアリングラック１１のラック側平坦面６１とが圧接するが、エンドピース側平坦面６２とラック側平坦面６１との接触面積が大きいことから、ステアリングラック１１や右エンドピース３４の摩耗がより効果的に抑制される。

（第２変形例）
図９に示すように、第２変形例では、右エンドピース３４の内周面５１が２つの円弧５４，５５から形成されている。すなわち、後方（ラックガイド１６側）の円弧５４の円弧径Ｒ１が比較的小さく設定され、前方（ピニオン１２側）の円弧５５の円弧径Ｒ２は比較的大きく設定されている。これにより、第２変形例においても、右エンドピース３４とステアリングラック１１とのラックガイド１６側における間隙Ｓ１は、ピニオン１２側における間隙Ｓ２に対して有意に小さくなっている。

第２変形例の場合、直進走行時においては、図９（ａ）に示すように、右エンドピース３４の内周面５１との間に間隙（上述した間隙Ｓ１，Ｓ２等）が存在するため、運転者が修正操舵等を行ってステアリングラック１１が微少に左右動しても、ステアリングラック１１と右エンドピース３４との接触に起因する摺動抵抗が発生せず、操舵フィーリングの悪化が抑制される。また、右切り時においては、図９（ｂ）に示すように、右エンドピース３４内でステアリングラック１１が前進するが、ピニオン１２側における間隙Ｓ２が十分に大きいため、右エンドピース３４の内周面５１とステアリングラック１１とが接触することはない。

一方、左切り時においては、図９（ｃ）に示すように、右エンドピース３４内でステアリングラック１１が後退し、右エンドピース３４の円弧５４とステアリングラック１１とが圧接するが、円弧５４の円弧径Ｒ１が比較的小さいことから、ステアリングラック１１や右エンドピース３４の摩耗がより効果的に抑制される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態ではラックハウジングがハウジング本体やラック収容管、左右エンドピースから構成されるものとしたが、一体鋳造品のラックハウジングを採用してもよい。また、上記実施形態では、右エンドピース（ラックハウジング）の内周面とステアリングラックとが直に接触させたが、低摩擦素材（四弗化エチレン樹脂等）のシートを介して接触させるようにしてもよい。その他、ステアリングギヤの具体的構造や各部材の具体的形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設定可能である。

６ ステアリングギヤ
９ 右フロントホイール
１１ ステアリングラック
１１ａ ラック歯
１２ ピニオン
１３ ラック収容部
１４ ピニオン保持部
１５ ラックハウジング
１６ ラックガイド
３１ ハウジング本体
３４ 右エンドピース
５１ 内周面
５４ 円弧
５５ 円弧
６１ ラック側平坦面
６２ エンドピース側平坦面
Ｓ１ 間隙
Ｓ２ 間隙

Claims (3)

1. 軸方向一側にラック歯が形成されたステアリングラックと、
   前記ラック歯に噛み合うピニオンと、
   前記ステアリングラックを収容する筒状のラック収容部と、前記ピニオンを回転自在に保持するピニオン保持部とを有するラックハウジングと、
   前記ラックハウジングに保持され、前記ステアリングラックを前記ピニオンに向けて付勢するラックガイドとを備えたラックアンドピニオン式ステアリングギヤであって、
   前記ラック収容部における前記軸方向一側の端部に設けられ、前記ステアリングラックの軸方向一側が遊嵌されるエンドピースと、
   前記ラック収容部における軸方向他側に設けられ、前記ステアリングラックの軸方向他側を軸方向摺動自在に支持するラックブッシュとを有し、
   前記エンドピースが円形の内周面を有し、前記ステアリングラックが円形の外周面を有し、
   前記エンドピースの前記内周面の中心が、前記ステアリングラックの軸心に対して前記ピニオン側にオフセットされていることにより、前記エンドピースと前記ステアリングラックとの間隙は、前記ラックガイド側が前記ピニオン側よりも小さく設定されるようにした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ギヤ。
2. 前記エンドピースの内面と前記ステアリングラックの外面とが互いに平面をもって対峙することを特徴とする、請求項１に記載されたラックアンドピニオン式ステアリングギヤ。
3. 前記エンドピースは、前記ラック収容部とは別部材からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたラックアンドピニオン式ステアリングギヤ。

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