JP6465481B2 - ステアリング装置のラックガイド構造 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングの切り始めにおいて、ラック軸を押圧するラック軸ガイドを、ラック軸のスライドに追従して揺動させるようにしたステアリング装置のラックガイド構造に関する。

従来、ラック＆ピニオン式ステアリング装置は、ステアリング軸により回動するピニオンがラック軸ハウジング内でラック軸に形成されているラックに噛合しており、運転者が操舵すると、ラック軸の両端にボールジョイントを介して連結されているタイロッドが操舵輪を左右に転舵させる。

ラックとピニオンとの間にガタがあると動力の伝達が適切に行えないばかりか、打音等の異音が発生し易くなる。そのため、例えば特許文献１（特開２０１３−２４１０５１号公報）に開示されているように、ラック軸のピニオンと噛合する部位の背面をラック軸ガイドで摺動自在に支持すると共に、このラック軸ガイドの背面をアジャストスプリングで押圧することで、ラック軸をピニオン方向へ常時押圧する技術が比較的多く採用されている。

このラック軸ガイドの摺接面は、ラック軸の外周形状に倣った半円筒形状をなしている。図６（ａ）に示すように、直線道路の走行においては操舵角の小さいニュートラルポジションにあるため、ガイドハウジング１００の内周にＯリング１０１を介して摺動自在に支持されているラック軸ガイド１０２は、アジャストスプリング１０３の付勢力を受けて、その摺接面１０２ａを、ラック軸１０４に潤滑油を介して所定の摺接面積Ｓ１で摺接されている。

一方、運転者がステアリングを操作すると、その操作トルクはピニオン（図示せず）を介してラック軸１０４のラック１０４ａに伝達される。ステアリングの切り始めにおいて、ラック軸１０４は、このラック軸１０４に伝達されるピニオン回転トルクが静止摩擦係数を超えるまでスライドせず、ピニオン回転トルクが、この静止摩擦を超えたとき、動摩擦へ切り替わりスライドが開始される。

ラック軸ガイド１０２はアジャストスプリング１０３の付勢力でラック軸１０４をピニオン側に強く押し付けている。そのため、ラック軸１０４がスライドを開始しようとするとき、ラック軸ガイド１０２は、摺接面１０２ａとラック軸１０４との間の摺動摩擦により、図６（ｂ）に示すように、ラック軸１０４の移動方向へ引きずられて、ラック軸ガイド１０２の外周とガイドハウジング１００の内周との間の間隙の範囲で傾倒（首振り）する。又、切り戻し始めも、同様に、ラック軸ガイド１０２はラック軸１０４の方向へ傾倒（首振り）する。

例えば、図６（ｂ）の矢印方向へラック軸１０４がスライドしようとする場合、ラック軸ガイド１０２は同方向へ傾倒するため、摺接面１０２ａとラック軸１０４との間の摺接面積Ｓ２は、同図（ａ）のニュートラルポジション時における摺接面積Ｓ１に対して減少する（Ｓ１＞Ｓ２）。一方、ラック軸ガイド１０２が傾倒すると、同図（ｃ）に示すように、ラック軸１０４の移動方向下流側Ｐ１は、ラック軸１０４に近接するため、ラック軸１０４に対する面圧が増加し、又、上流側Ｐ２はラック軸１０４から離間するため、ラック軸１０４に対する面圧が低下する。すると、ラック軸ガイド１０２はアジャストスプリング１０３を押圧する方向へ移動し、それに伴い、アジャストスプリング１０３のばね圧が増加するため、その反力でラック軸１０４に対する押圧力が一瞬増加する。

その結果、図５に破線で示すように、ステアリングの切り出しによりラック軸１０４がスライドを開始しようとしたときの静止摩擦による摺動抵抗が、ラック軸ガイド１０２の揺動により増加し、その分、ピニオン回転トルクが一瞬増加される。そして、ラック軸１０４が動き出して、静止摩擦状態から動摩擦状態へ移行した際にはトルク抜けが発生する。

ステアリングの切り始めに発生するピニオン回転トルクの増加、及びトルク抜けによるトルクの低下は、運転者のステアリング操作に反映されるため、スムーズな操舵感が損なわれてしまう不都合がある。

これに対処するに、例えば特許文献２（特開２００９−１８４４３９号公報）には、ラック軸を支持するローラをラック軸ガイドに組込み、このローラをアジャストスプリング（押圧ばね）の付勢力で、ラック軸を介してピニオン側へ、押圧する技術が開示されている。

特開２０１３−２４１０５１号公報 特開２００９−１８４４３９号公報

上述した特許文献２に記載されている技術によれば、ラック軸をローラによってピニオン側へ押圧しているため、ラック軸がスライドする際に、ローラとの間には転がり摩擦が発生するだけで、ラック軸ガイドを揺動させるような大きな滑り摩擦は発生せず、ラック軸を滑らかにスライドさせることができる。

しかし、この文献に開示されている技術では、ローラをラック軸ガイドに組み込む必要があり、しかも、このローラをアジャストスプリング（押圧ばね）で直接押圧することができないため、その間にローラの回転を許容する摺動部材を介装しなければならない。その結果、部品点数が多くなり、構造が複雑化するばかりか、ラック軸ガイド機構が大型化してしまう問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、ラック軸ガイド機構が大型化すること無く、ラック軸がスライドする際に大きな滑り摩擦が発生せず、滑らかにラック軸をスライドさせることのできるステアリング装置のラックガイド構造を提供することを目的とする。

本発明によるステアリング装置のラックガイド構造は、ピニオンを有するステアリングピニオン軸と、前記ピニオンに噛合されるラックを有するラック軸と、前記ラック軸を収容すると共に摺動自在に支持するラック軸ハウジングと、前記ラック軸ハウジングに取付けられたラック軸ガイドハウジングに装着されて前記ラック軸を前記ピニオン側へ押圧するラック軸ガイド機構とを備え、前記ラック軸ガイド機構は、前記ラック軸に摺接する摺接面を有するラック軸ガイドと、前記ラック軸ガイドを前記ラック軸方向へ押圧する付勢部材と、前記ラック軸ガイドに対し前記摺接面と反対側に配置されて前記付勢部材を支持する受け部材とを有し、前記摺接面が前記ラック軸の軸方向断面において該ラック軸方向へ突出する弧状に形成され、前記ラック軸ガイドの前記摺接面と該摺接面とは反対側の基端縁部とが同一円周の円弧状に形成され、前記受け部材に形成された前記基端縁部を支持するガイド面が、該基端縁部と同一或いはやや小さい曲率で同心円弧状に形成されている。

本発明によれば、ラック軸に摺接する摺接面を有するラック軸ガイドと、このラック軸ガイドをラック軸方向へ押圧する付勢部材と、このラック軸ガイドに対し摺接面と反対側に配置されて、付勢部材を支持する受け部材とを有し、摺接面をラック軸の軸方向断面において、ラック軸方向へ突出する弧状に形成したので、ストッパアリングの切り始めにおいてラック軸がスライドする際に、ラック軸ガイドが摺動抵抗を受けてラック軸の移動方向へ傾倒しても、ラック軸ガイドの摺接面の摺接面積が大きく変化せず、従って、大きな滑り摩擦が発生せず、滑らかにラック軸をスライドさせることができる。又、ラック軸ガイド機構の部品点数は従来と同じであるため、ラック軸ガイド機構が大型化せず、簡単な構造で、高い汎用性を得ることができる。

ステアリングギヤボックスの斜視図 図１のII-II断面図 （ａ）は図２のIII-III断面図、（ｂ）はラック軸ガイドの模式図 （ａ）はラック軸を一方へスライドさせたときのラック軸ガイドの動作を示す図３（ａ）相当の断面図、（ｂ）はラック軸を他方へスライドさせたときのラック軸ガイドの動作を示す図３（ａ）相当の断面図 ピニオン回転角に対するピニオン回転トルクの変化を示す特性図 従来例を示し、（ａ）はラック軸の断面図、（ｂ）はステアリングを切り始めた際のラック軸ガイドの動作を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）の状態におけるラック軸ガイドの摺接面に掛かる面圧の変化を示す特性図

以下、図１〜図５に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１の符号１はパワーステアリング装置を構成するステアリングギヤボックスであり、図示しないエンジンルーム内に車幅方向へ延在した状態で配設され、その両端が操舵機構（図示せず）を介して左右の前輪に連設されている。又、このステアリングギヤボックス１にラック軸ハウジング２が設けられており、このラック軸ハウジング２の一側にピニオンハウジング２ａが一体形成され、このピニオンハウジング２ａにステアリングピニオン軸（以下、「ピニオン軸」と略称）３が回動自在に支持されている。尚、このピニオン軸３は、運転者が操作するステアリングホイールにステアリング軸（図示せず）等を介して連設されている。

又、図２に示すように、このラック軸ハウジング２に、断面円形のラック軸４が軸方向へ往復移動自在に挿通支持されており、このラック軸４の一側にラック４ａが形成されている。更に、このラック４ａに、上述したピニオン軸３に形成されたピニオン３ａが噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構が構成されている。

更に、ラック軸４の左右両端はラック軸ハウジング２の端部から各々突出され、その端部にタイロッド５が連設されており、このタイロッド５と一体のタイロッドエンド６がボールジョイント７を介して操舵機構に連設されている。又、ラック軸４とタイロッド５との接続部位は、ラック軸ハウジング２に装着されたダストブーツ８で覆われている。尚、本実施形態には電動パワーステアリング装置が例示されている。従って、ピニオン軸３にはアシスト伝達機構を介して電動モータが連設されており、この電動モータにてステアリングホイールに加えられる操舵トルクがアシストされる。

ピニオン３ａとラック軸４のラック４ａとは、ラック軸ハウジング２の一端部（図１においては右側端部）にて互いに噛合されている。又、ラック軸ハウジング２の、ラック４ａに軸直交する方向（図１においては斜め前部）にラック軸ガイド機構１１を収容するラック軸ガイドハウジング（以下、「ガイドハウジング」と略称）２ｂが形成されている。ラック軸ガイド機構１１は、ラック軸４を軸方向へ往復摺動自在に支持すると共に、このラック軸４に形成されているラック４ａをピニオン軸３に形成されているピニオン３ａに常時、押圧付勢するものである。

図２、図３（ａ）に示すように、このガイドハウジング２ｂは、ピニオン３ａに対してラック軸４を挟んで対峙する側に設けられており、このガイドハウジング２ｂに収容されているラック軸ガイド機構１１は、ガイドハウジング２ｂに進退自在に挿通されたラック軸ガイド１２を有している。このラック軸ガイド１２は円柱形状をなしており、その外周とガイドハウジング２ｂの内壁との間に、ラック軸ガイド１２の軸径方向への揺動（首振り）を許容する間隙ｔ１が確保されている。

又、このラック軸ガイド１２の先端部にラック軸４の軸周を、軸方向へ往復摺動自在に保持するラック軸支持凹溝１２ａが形成されている。更に、このラック軸ガイド１２の外周にシール溝１２ｂがリング状に形成され、このシール溝１２ｂにＯリング１３が装着されている。このＯリング１３によりラック軸ガイド１２の外周とガイドハウジング２ｂ内壁との間の間隙ｔ１がシールされている。

又、このラック軸ガイド１２に、基部側が開口されたスプリング収容凹部１２ｃが形成されており、このスプリング収容凹部１２ｃに付勢部材としてのアジャストスプリング１４が収容されている。又、ラック軸ガイド１２の基端に、アジャストスプリング１４を掛止する受け部材としてのばね受けプラグ１５の座面が対向されている。ばね受けプラグ１５は外周に雄ねじ部１５ａを有し、この雄ねじ部１５ａが、ガイドハウジング２ｂの内壁に螺設されている雌ねじ部２ｃに螺合されて締結固定されている。

ラック軸ガイド１２のラック軸支持凹溝１２ａは、ピニオン３ａに噛合されているラック４ａと反対側の軸周を、アジャストスプリング１４の付勢力によりピニオン３ａ方向へ押圧支持するものである。すなわち、図２に示すように、このラック軸支持凹溝１２ａは、軸周に沿って半円形状に形成されていると共に、図３（ａ）に示すように、ラック軸４に沿う断面において、その中央に形成されている摺接面１２ｄが、ラック軸４方向へ突出する円弧状に形成され、この摺接面１２ｄと両肩部１２ｅとの間が緩やかな傾斜曲面で連続されている。又、この摺接面１２ｄの軸方向領域は、ラック軸ガイド１２の首振り角が最大の状態においてラック軸４の軸周に摺接される幅に設定されている。

又、このラック軸ガイド１２の基端縁部１２ｆが丸面（Ｒ）加工されている。図３（ｂ）に示すように、ラック軸支持凹溝１２ａの摺接面１２ｄと基端縁部１２ｆとは、ラック軸ガイド１２の軸芯上を中心とする共通の半径ｒの円弧状に形成されている。従って、ラック軸支持凹溝１２ａはラック軸４をラック軸４の軸方向に直交する断面において、線接触状態で支持することになる。

一方、ばね受けプラグ１５のアジャストスプリング１４が掛止される座面の外縁に、ガイド面１５ｂを内周に有する突部１５ｃが形成されている。このガイド面１５ｂは、ラック軸ガイド１２の基端縁部１２ｆと同じ半径ｒかそれよりもやや小さい曲率の同心円で弧状に形成されている。

又、図３（ｂ）に示すように、ステアリングがニュートラルポジションにあるとき、ラック軸ガイド１２は、基端縁部１２ｆのほぼ全周がガイド面１５ｂに掛止されている。このガイド面１５ｂはラック軸ガイド１２が揺動（首振り）する際に、基端縁部１２ｆを摺動ガイドするものであり、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ラック軸ガイド１２の軸方向の最大揺動角は、ラック軸ガイド１２の外周とガイドハウジング２ｂの内壁との間の間隙ｔ１で決定される。又、ラック軸ガイド１２の基端面とばね受けプラグ１５の座面との間の間隙ｔ２は、ラック軸ガイド１２の最大揺動角を許容する間隔に設定されている。

次に、このような構成からなる本実施形態の作用について説明する。ステアリングが操舵角の小さいニュートラルポジションにあるとき、ラック軸ガイド機構１１のラック軸ガイド１２は、図３（ａ）に示すように、ラック軸支持凹溝１２ａに形成されている摺接面１２ｄのほぼ中央部がラック軸４に摺接され、アジャストスプリング１４の付勢力でラック軸４をピニオン３ａの方向へ押圧している。尚、摺接面１２ｄは、図３（ｂ）に示すように、ラック軸４の軸方向へ半径ｒの円弧状に形成されているためラック軸４に対し線接触されている。

この状態から運転者がステアリングを操作し、ピニオン軸３に形成されたピニオン３ａを介して、図４（ａ）に示すように、ラック軸４を図の右側へスライドさせると、ラック軸ガイド１２の摺接面１２ｄはラック軸４を線接触状態で支持しているため、静止摩擦が従来のものに比し小さく、従って、ステアリングを切り始めた際の操舵トルクを低減させることができる。

又、ラック軸ガイド１２の摺接面１２ｄはラック軸４に対してアジャストスプリング１４の付勢力で比較的強い圧力で押接されている。そのため、図４（ａ）に示すように、ステアリングの切り出し、すなわち、ラック軸４がスライドを開始して静止摩擦状態から動摩擦状態へ移行するに際しては、ラック軸ガイド１２がラック軸４のスライド方向へ追従しようとする。

その際、ラック軸ガイド１２の基端縁部１２ｆがばね受けプラグ１５の外周に形成されているガイド面１５ｂに掛止されており、この基端縁部１２ｆとガイド面１５ｂとが、同心円で弧状に形成されているため、ラック軸ガイド１２は、このガイド面１５ｂにガイドされて、ラック軸４のスライド方向へ傾倒する。

又、図３（ｂ）に示すように、基端縁部１２ｆと摺接面１２ｄとは、半径ｒの同一円周上に形成されているため、ラック軸ガイド１２が傾倒しても、あたかもローラが回転するように動作するため、ラック軸４に対する押圧部位、及び接触面積が大きく変化してしまうことはない。その結果、ラック軸ガイド１２の揺動は転がり摩擦となり、大きな滑り摩擦が発生せず、ステアリングの切り始めにおいて、図５に実線で示すように、ピニオン回転トルク（操舵トルク）が急激に変化せず、滑らかなトルク曲線を得ることができ、良好な操舵性を得ることができる。

その後、ラック軸ガイド１２の摺接面１２ｄに連続する肩部１２ｅがガイドハウジング２ｂの内周に掛止されて傾倒が停止される。このラック軸ガイド１２の傾倒が停止された後も、ラック軸４はスライドを継続しているが、摺接面１２ｄの接触面積は一定であるため、摺動抵抗が大きく変化せず、滑らかな操舵トルクを得ることができる。

一方、図４（ａ）に示すように、ラック軸４を一方へスライドさせた後、ステアリング を切り戻すと、同図（ｂ）に示すように、ラック軸ガイド１２はラック軸４の戻り方向へ傾倒する。このときも、上述と同様、ラック軸ガイド１２の基端縁部１２ｆがばね受けプラグ１５のガイド面１５ｂにガイドされて傾倒する。又、基端縁部１２ｆと摺接面１２ｄとが同一円周上に形成されているため、上述と同様、切り戻し始めにおいてスムーズな操舵性を得ることができる。

このように、本実施形態では、ラック軸ガイド１２の摺接面１２ｄと基端縁部１２ｆとを同一円周上に形成し、更に、基端縁部１２ｆを掛止する、ばね受けプラグ１５に形成したガイド面１５ｂを基端縁部１２ｆと同心円で形成したので、ステアリングの切り始めにおいて、ラック軸ガイド１２がラック軸４の移動に追従して揺動（首振り）するに際し、このラック軸ガイド１２があたかもローラのように回転するため、転がり抵抗となり、摺動摩擦を大きく低減させることができる。その結果、スムーズな操舵性を得ることができる。

又、ラック軸ガイド機構１１はラック軸ガイド１２とばね受けプラグ１５との形状を変更しただけの簡単な構造であるため、部品点数が増加せず、機構全体が大型化しないばかりか、既存のラック軸ガイド機構に適用することができるため、高い汎用性を得ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えばパワーステアリング装置は油圧式であっても良い。

１…ステアリングギヤボックス、
２…ラック軸ハウジング、
２ａ…ピニオンハウジング、
２ｂ…ラック軸ガイドハウジング、
３…ステアリングピニオン軸、
３ａ…ピニオン、
４…ラック軸、
４ａ…ラック、
１１…ラック軸ガイド機構、
１２…ラック軸ガイド、
１２ａ…ラック軸支持凹溝、
１２ｂ…シール溝、
１２ｃ…スプリング収容凹部、
１２ｄ…摺接面、
１２ｅ…肩部、
１２ｆ…基端縁部、
１３…Ｏリング、
１４…アジャストスプリング、
１５…ばね受けプラグ、
１５ｂ…ガイド面、
１５ｃ…突部、
ｒ…半径、
ｔ１，ｔ２…間隙

Claims (1)

1. ピニオンを有するステアリングピニオン軸と、
   前記ピニオンに噛合されるラックを有するラック軸と、
   前記ラック軸を収容すると共に摺動自在に支持するラック軸ハウジングと、
   前記ラック軸ハウジングに取付けられたラック軸ガイドハウジングに装着されて前記ラック軸を前記ピニオン側へ押圧するラック軸ガイド機構と
   を備え、
   前記ラック軸ガイド機構は、
   前記ラック軸に摺接する摺接面を有するラック軸ガイドと、
   前記ラック軸ガイドを前記ラック軸方向へ押圧する付勢部材と、
   前記ラック軸ガイドに対し前記摺接面と反対側に配置されて前記付勢部材を支持する受け部材と
   を有し、
   前記摺接面が前記ラック軸の軸方向断面において該ラック軸方向へ突出する弧状に形成され、
   前記ラック軸ガイドの前記摺接面と該摺接面とは反対側の基端縁部とが同一円周の円弧状に形成され、
   前記受け部材に形成された前記基端縁部を支持するガイド面が、該基端縁部と同一或いはやや小さい曲率で同心円弧状に形成されている
   ことを特徴とするステアリング装置のラックガイド構造。

Images