JP6543039B2 - ステアリング装置のラック支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、ラック軸に設けたラックをピニオンに押圧させるラック軸ガイド機構を内装するラック軸ガイドハウジングを、ラック軸を摺動自在に支持するラックハウジングの一端に設けたステアリング装置のラック支持構造に関する。

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タスプリングで押圧することで、ラック軸に形成したラックとピニオンとの適正な噛合状態を確保する技術が比較的多く採用されている。

特開２０１３−２４１０５１号公報

ところで、ラック軸のラック及びピニオンの各歯の歯たけには製造誤差があるため、噛み合わせた際に、いわゆる歯打ち音が発生し易い。

又、走行時のラックハウジング内に設けたラック軸には、操舵輪からのバウンス等による反力が印加される。その際、ラックとピニオンとの間に噛み合いを逃げようとする反力が発生し、その反力が、アジャスタスプリングのセット荷重を超えるとラックガイドがラック軸から離れる方向へ移動する。その結果、バックラッシに起因する歯打ち音が発生し、これが振動、騒音の原因となる。

これらの対策として、アジャスタスプリングのセット荷重を高く設定すれば、歯打ち音をある程度、低減させることができるが、噛み合いが硬くなり、フリクション増加によりラック軸をスムーズにスライドさせることが困難となる。

又、図６に破線で示すように、ラック軸を介してラック軸ガイドに印加される荷重が、アジャスタスプリングのセット荷重Ｐ１（初期変位量ｘ０）に到達するまでは、ラック軸からの反力Ｐがアジャスタスプリングのばね定数に支配されるため、アジャスタスプリングは変位しない。しかし、反力Ｐがアジャスタスプリングのセット荷重Ｐ１を超えると、ばね定数に従った変位量ｘで変位し、アジャスタスプリングが密着された位置ｘ１で変位が停止する。

従って、アジャスタスプリングのばね定数を高く設定すれば、反力Ｐに対する変位量が少なくなるため、セット荷重Ｐ１を超えた後の反力Ｐに対する変位量（傾斜）ｘを緩やかにすることができ、高い反力Ｐに対応することができる。

しかし、ばね定数を高く設定するには、アジャスタスプリングの線径を太くしなければならず、既存のスペースに納めることが困難となり、装置全体が大型化してしまう不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、製品コストの低減を図ることができるばかりで無く、装置全体が大型化せずに高いばね定数を設定することで、ラック軸への反力がセット荷重を超えても、ラック軸を大きく変位させることがなく、その結果、セット荷重を超えても、ピニオンとラックとの噛合状態を適正に維持させることができ、バックラッシに起因する振動、騒音を低減することのできるステアリング装置のラック支持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支持構造は、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し且つ摺動自在に支持するラックハウジングと、前記ラックハウジングの外周であって前記ラックが形成されている側面とは反対側に突出形成され、前記ラック軸を前記ピニオンに対して予圧を印加する方向へ押圧するラック軸支持機構が内装されているラック軸ガイドハウジングとを備え、前記ラック軸ガイドハウジングが前記ピニオンに対してオフセットされた前記ラックハウジングの一端に設けられ、前記ラック軸支持機構が、前記ラック軸ガイドハウジングに装着されて前記ラック軸に摺接する部位に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アジャスタ部材とで構成されている。

本発明によれば、ラック軸をピニオンに対し、予圧を印加する方向へ押圧するラック軸支持機構を装着するラック軸ガイドハウジングを、ピニオンに対してオフセットされたラックハウジングの一端に設けたので、ラック軸支持機構によりラック軸を、ピニオンを押し付ける方向へ自己の弾性により撓ませることで、ラック軸自体をアジャスタスプリングとして機能させることができる。

その結果、ラック軸支持機構はアジャスタスプリングが不要となり、部品点数の削減により、構造の簡素化、及び製品コストの低減を実現することができる。更に、部品点数の削減により装置全体の小型化を実現することができる。

又、ラック軸自体の撓みによりピニオンに対して予圧を印加するようにしたので、当該ラック軸の撓みにより高いばね定数を設定することができ、ラック軸への反力がセット荷重を超えても、このラック軸を大きく変位させることがなくなり、その結果、ピニオンとラックとの噛合状態を適正に維持させることができ、バックラッシに起因する振動、騒音を低減させることができる。

パワーステアリング装置の全体概略図 図１のII-II断面図 図１のIII-III断面図 ラック支持構造を示す要部概略図 ラック支持構造を示す模式図 ラック軸に入力される荷重と、その変位量とを示す特性図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。尚、本実施形態では、パワーステアリング装置として電動パワーステアリング装置を例示して説明する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、そのステアリング軸２が、ステアリングコラム（図示せず）を介して車体フレームに回動自在に支持されており、その一端が運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部にステアリングホイール４が固設され、又、エンジンルーム側へ延出する端部に、後述するステアリングギヤボックス６に設けられているピニオン軸５が連設されている。

エンジンルームには、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されている。ステアリングギヤボックス６はラックハウジング７を有し、このラックハウジング７に、鉄製のラック軸８が軸方向へ往復摺動自在に支持されている。更に、このラック軸８に形成されたラック８ａに、ピニオン軸５に形成されたピニオン５ａが噛合されて、ラック＆ピニオン式のステアリングギヤ機構が形成されている。

又、ラック軸８の左右両端はラックハウジング７の端部から各々突出され、その端部にタイロッド９が連設されており、このタイロッド９と一体のタイロッドエンド１０がボールジョイント１１を介して、ステアリングナックル１２から延出するナックルアーム１３に連結されている。このステアリングナックル１２は、操舵輪（左右前輪）１５を回動自在に支持すると共に、フロントアーム１６を介して車体フレーム（図示せず）に転舵自在に支持されている。尚、ラック軸８とタイロッド９との接続部位は、ラックハウジング７に装着されたダストブーツ２５で覆われている。

又、ピニオン軸５にアシスト伝達機構１８を介して、電動モータ１９が連設されており、この電動モータ１９にてステアリングホイール４に加える操舵トルクがアシストされる。従って、運転者がステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸８が左右方向へ移動し、その移動によりステアリングナックル１２が転動し、操舵輪１５が左右方向へ転舵され、又、そのときの転舵トルクが電動モータ１９にてアシストされる。

更に、ラック８ａはラック軸８に対して一方へ偏倚した位置（図１においては右側）に設けられており、ステアリングが中立位置では、このラック８ａのほぼ中央がピニオン軸５に設けられているピニオン５ａに噛合されている。従って、ラック軸８はピニオン５ａを基準として、図１の図面視で、左側が長軸、右側が短軸となっている。

このラック軸８の短軸側に位置するラックハウジング７の端部にラック軸支持機構２０が設けられており、このラック軸支持機構２０によりラック軸８が軸方向へスライド自在に支持されている。一方、ラック軸８の長軸側に位置するラックハウジング７の端部に、スライドブッシュ等のスライド軸受２１が設けられており、このスライド軸受２１にてラック軸８が軸方向へスライド自在に支持されている。

図３に示すように、ラック軸支持機構２０は、ラックハウジング７に突出形成された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）７ａに装着されている。このガイドハウジング７ａは、ラック軸８に対し、ラック８ａが形成されている側面とは反対側の側面に臨まされている。

このガイドハウジング７ａに内装されたラック軸支持機構２０はラック軸ガイド２２を有している。このラック軸ガイド２２は円柱形状をなしており、ラック軸８との摺接部位に、ラック軸８の外周の一部を軸方向へ往復摺動自在に保持する断面半円形状のラック軸摺接面２２ａが形成されている。尚、ラック軸摺接面２２ａとラック軸８の表面との間にはグリース等の潤滑剤が充填されている。

又、このラック軸ガイド２２のラック軸摺接面２２ａとは反対側の面にプラグ受け凹部２２ｂが形成されている。更に、このラック軸ガイド２２の外周にシール溝２２ｃが形成されている。このシール溝２２ｃに、図示しない、Ｏリング等のシールリングが装着されて、ラック軸ガイド２２の外周とガイドハウジング７ａの内壁との間のシール性が保持される。

又、ガイドハウジング７ａの開口部内周に雌ねじ部７ｂが螺設されており、この雌ねじ部７ｂに、アジャスタ部材としてのアジャスタプラグ２３の外周に螺設された雄ねじ部２３ａが螺合される。このアジャスタプラグ２３は先端に、ラック軸ガイド２２に形成したプラグ受け凹部２２ｂに臨まされる突部２３ｂが突設されており、背面に六角レンチ等の締結工具が係合される六角穴等の係合穴２３ｃが穿設されている。更に、このアジャスタプラグ２３の基端がガイドハウジング７ａから突出されており、この突出された部分の雄ねじ部２３ａにロックナット２４が螺合されている。

アジャスタプラグ２３は係合穴２３ｃに締結工具を係合させて回転させることで、ラック軸８を押圧し、スライド軸受２１の軸芯に対して、ラック軸８の端部側をピニオン５ａ側へ撓ませることができる（図５参照）。そして、ロックナット２４を締結させることで、この撓み状態が保持される。

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。ラック軸８は、ピニオン５ａを基準とする長軸側がラックハウジング７の端部にスライド軸受２１を介して支持されており、一方、短軸側がラックハウジング７の端部にラック軸支持機構２０を介してスライド自在に支持されている。

ラック軸８に形成されたラック８ａをピニオン５ａに押し付けるセット荷重の調整は、ラック軸支持機構２０に設けられているアジャスタプラグ２３を回転させることで行う。すなわち、アジャスタプラグ２３の外周に螺設されている雄ねじ部２３ａは、ラックハウジング７に形成したガイドハウジング７ａの内壁に螺設されている雌ねじ部７ｂに螺合されている。

そして、アジャスタプラグ２３の背面に穿設されている係合穴２３ｃに締結工具を係合させて、アジャスタプラグ２３をガイドハウジング７ａ内に螺入させると、前部に形成されている突部２３ｂが、ラック軸ガイド２２の基端側に穿設されているプラグ受け凹部２２ｂを押圧して、ラック軸ガイド２２をラック軸８側へ移動させる。

すると、ラック軸ガイド２２に形成されているラック軸摺接面２２ａが、ラック軸８を押圧し、図５に示すように、ラック軸８をスライド軸受２１の軸芯Ｏに対しピニオン５ａ側へ撓ませて、このラック軸８のラック軸ガイド２２に支持されている部位を、スライド軸受２１の軸芯Ｏを基準して初期変位量ｘ０まで撓ませて、セット荷重Ｐ１を設定する。そして、セット荷重Ｐ１を所定にセットした後、ロックナット２４でラック軸ガイド２２をガイドハウジング７ａに締結固定する。

ラック軸８は鉄製であり、粘りがあるため、ある程度の弾性を有している。又、このラック軸８は径が太いため、曲げに対しては高いばね定数を有している。従って、ピニオン５ａに対してオフセットされているラック軸ガイド２２にてラック軸８を弾性変形させることで、ピニオン５ａにプリロード（予圧）を付与することができる。その結果、図６の一点鎖線で示すように、直線状のラック軸８を撓み変位させることで、所望のセット荷重Ｐ１を得ることができる。

そして、走行時において、操舵輪１５側からラック軸８に対し、ピニオン５ａから離間する方向への反力が印加され、それの反力がセット荷重Ｐ１を超えた場合、ラック軸８は自身のばね定数に従って変位する。図６に実線で示すように、このときの変位量ｘは、ピニオン５ａに噛合するラック８ａが、ピニオン５ａから離間する方向への変位であり、ラック軸８のばね定数が高いが、ピニオン５ａからラック軸ガイド２２及びスライド軸受２１までのスパンによりモーメントが発生するため、変位量ｘは緩やかな傾斜となる。

その結果、セット荷重Ｐ１を超えた反力がラック軸８に印加されても、ラック８ａとピニオン５ａとの適正な噛合状態を維持することができ、バックラッシに起因する振動、騒音を低減することができる。又、ラック軸８は撓むことで変位しているため、コイルスプリングのように密着位置（図６のｘ１）で変位が停止することが無く、広い領域で変位させることが可能となり、反力に対して良好に追従させることが可能となる。

更に、ラック軸支持機構２０が、反力の入力部位である右操舵輪１５に近い位置でラック軸５を支持しているため、その反力がラック８ａとピニオン５ａとの噛合部位に直接伝達され難くなり、その分、バックラッシの発生を抑制することができる。

又、ラック軸８自体をアジャスタスプリングとして機能させているため、ラック軸支持機構２０はアジャスタスプリングを省略することができ、部品点数の削減により構造の簡素化、及び装置全体の小型化、更には製品コストの低減を実現することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば短軸側をスライド軸受２１で支持し、長軸側をラック軸支持機構２０で支持させるようにしてもよい。

１…電動パワーステアリング装置、
２…ステアリング軸、
５…ピニオン軸、
５ａ…ピニオン、
６…ステアリングギヤボックス、
７…ラックハウジング、
７ａ…ラック軸ガイドハウジング、
８…ラック軸、
８ａ…ラック、
１５…操舵輪、
２０…ラック軸支持機構、
２１…スライド軸受、
２２…ラック軸ガイド、
２２ａ…ラック軸摺接面、
２３…アジャスタプラグ、
Ｐ…反力、
Ｐ１…セット荷重、
ｘ…変位量、
ｘ０…初期変位量、

Claims (2)

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し且つ摺動自在に支持するラックハウジングと、
   前記ラックハウジングの外周であって前記ラックが形成されている側面とは反対側に突出形成され、前記ラック軸を前記ピニオンに対して予圧を印加する方向へ押圧するラック軸支持機構が内装されているラック軸ガイドハウジングと
   を備え、
   前記ラック軸ガイドハウジングが前記ピニオンに対してオフセットされた前記ラックハウジングの一端に設けられ、
   前記ラック軸支持機構が、前記ラック軸ガイドハウジングに装着されて前記ラック軸に摺接する部位に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アジャスタ部材とで構成されている
   ことを特徴とするステアリング装置のラック支持構造。
2. 前記ラックが前記ラック軸に対し、一方へ偏倚した位置に設けられており、
   前記ラック軸ガイドハウジングは前記ラック軸の前記ピニオンを基準とする短軸側に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のステアリング装置のラック支持構造。

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