JPH11222142A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で、しかも厳密な管理を必要とせ
ず、自動車走行時に不快な異音発生を防止するラックア
ンドピニオン式ステアリング装置を提供する。 【解決手段】 ラックアンドピニオン式のステアリング
装置１０を、ピニオンケース４にピニオン７１を有する
回転可能に保持されたピニオン軸１と、このピニオン軸
１のピニオン７１に噛み合うラック７２を有するラック
軸６１にて基本構成する。そして、この基本構成に、ピ
ニオンケース４内でラック軸６１を摺動自在に、かつ、
ラック７２が形成されているラック面１３に対して斜め
に複数方向からラック軸６１を押圧するプランジャー５
と、このプランジャー５をラック軸６１に向け押圧する
スプリング７を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のラックア
ンドピニオン式ステアリング装置に関するものである。
詳しくは、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に
おける、ラックとピニオンの噛み合い調整構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に示す自動車は、ステアリング装置
６０を一般的なラックアンドピニオン式とした自動車で
ある。ステアリング装置６０の配設位置は、ステアリン
グコラム５４と、タイロッド５３との間であり、ステア
リングコラム５４とはピニオン軸５６にて連結されてい
る。このステアリング装置６０の機能は、ステアリング
５１の操作力を、ステアリングコラム５４を介してタイ
ロッド５３に伝達して前輪５２を操舵することである。
図５は、図４におけるＡ部の詳細図であり、ステアリン
グ装置６０とタイロッド５３の詳細図である。ステアリ
ング装置６０は、ピニオンケース５５内でピニオン軸５
６に入力されるステアリング操作力をラック軸６１に伝
達してほぼ直角方向に方向転換させる。そして、ラック
軸６１とタイロッド５３との連結部には、ステアリング
ブーツ６８が配設されている。図６は、図５におけるス
テアリング装置６０の断面ＢーＢを示す。このステアリ
ング装置６０は、ピニオンケース５５内にピニオン軸５
６とラック軸６１を保持している。そして、ラック軸６
１に配設されているラック７２およびピニオン軸５６の
ピニオン７１の歯型には、はすば歯車を使用している。
また、ラック７２とピニオン７１の噛み合いは、スプリ
ング６３の押圧力をプランジャー６２を介してラック軸
６１に伝達することでバックラッシュがゼロになるよう
に噛み合いを調整している。スプリング６３は、ピニオ
ンケース５５にラックダンパスクリュ６４を取り付ける
ことでプランジャー６２との間に保持される。ラックダ
ンパスクリュ６４はキャップ６５にてカバーされる。ま
た、ピニオン軸５６は、軸受け５９、６６により２箇所
で保持される。軸受け５９は、ピニオンプラグ６７にて
ピニオンケース５５に押さえつけられる。ピニオン軸５
６の軸回転部の潤滑油のシールは、オイルシール５８に
ておこなう。さらに、このピニオン軸５６は、オイルシ
ール５８よりステアリングコラム５４側については、ブ
ーツ５７にてカバーされている。

【０００３】ラックアンドピニオン式ステアリング装置
に関するその他の技術としては、実用新案出願公告昭６
１−４４５４０号公報等に開示されている。この公報に
開示されている技術は、構成部品とその機能は基本的に
上述した技術と同じであるが、細部形状が異なってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のラックアンドピ
ニオン式ステアリング装置におけるラックとピニオンの
噛み合いは、一般にバックラッシュがゼロとなるように
設定されている。これは、ラックアンドピニオン式ステ
アリング装置を搭載した自動車が道路を走行した場合、
路面の凹凸による振動が前輪からラックとピニオンの噛
み合い部に伝達する。このような状況において、ラック
とピニオンの噛み合い部にバックラッシュが存在すると
この振動がラックとピニオンに伝達して、バックラッシ
ュ間で相互に叩き合い、打音発生の原因となりやすいた
めである。その結果、この打音は不快な異音として車両
の外に響いてくる。この打音発生現象は、道路が未舗装
で悪路の場合に特に顕著になる傾向がある。従って、一
般のラックアンドピニオン式ステアリング装置にはこの
打音防止対策のため、ラック軸にプランジャーを介して
スプリングにより一方向から押圧力を付与してバックラ
ッシュをゼロとしている。ところで、この押圧力の大小
はスプリング荷重により決定される。通常は、スプリン
グ荷重を上げてラックとピニオンが相互に叩き合うこと
を防止するために、スプリング荷重を大きくして打音防
止対策とすることが多い。

【０００５】しかし、従来の構造では、荷重を一本のス
プリングのみでプランジャーに付与し、ラック軸とプラ
ンジャーが摺動面において面接触をする構造としてい
る。そして、この摺動面に発生する滑り摩擦力は、ラッ
ク軸とプランジャーに摺動抵抗を発生させる。従って、
打音防止対策としてスプリング荷重を大きくすると摺動
抵抗が増加し、この摺動抵抗によるメカニカルロスのた
め、自動車運転者が自動車走行時ステアリング操作を重
く感じることになる。これは、ステアリング操作フィー
リングが低下するだけでなく、ラック軸とプランジャー
の摺動面に摺動抵抗を低下させる表面処理等を実施しな
いと、摺動面にカジリ、異常摩耗等の不具合を発生させ
ることがある。また、打音防止対策とステアリング操作
フィーリングの両立を図るため、従来方式のステアリン
グ装置ではラック軸を押圧するスプリングの種類が増加
しやすい傾向がある。これは単に、部品の管理工数が増
加して不必要な管理費用が増加るだけでない。スプリン
グに識別マーク等を設けないと、スプリング荷重違いの
他のスプリングが誤って組み付けられてしまう可能性も
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、ラックアンドピニオン式ステアリング装置
の基本構造を下記の構造としたものである。具体的に
は、まず、ピニオンケースにピニオンを有する回転可能
に保持されたピニオン軸と、このピニオン軸のピニオン
に噛み合うラックを有するラック軸を配設する。そし
て、ピニオンケース内でラック軸を摺動自在に、かつ、
ラックが形成されているラック面に対して斜めに複数方
向からラック軸を押圧するプランジャーと、このプラン
ジャーをラック軸に向け押圧するスプリングを配設した
ラックアンドピニオン式ステアリング装置である。な
お、以下に詳述する実施例では、ラック面に対して斜め
に複数方向からラック軸を押圧するプランジャーの数に
ついては、２個としているが、あくまでも一実施例であ
り、本実施例に限定されるものではない。本発明による
プランジャーの数は２個以上の複数であればよく、ラッ
ク軸を押圧する方向が複数であるラックアンドピニオン
式ステアリング装置である。

【０００７】また、本発明は、ラック面に対して斜めに
複数方向からラック軸に押圧力を付与するプランジャー
を内蔵するボスの中心線の交点が、ラック面のピニオン
軸の長手方向の幅を２等分する平面上に位置するラック
アンドピニオン式ステアリング装置である。さらに、本
発明は、ラック面に対して、斜めに複数方向からラック
軸に押圧力を付与するプランジャーを内蔵するボスの中
心線の軌跡を、Ｖ字形状とするラックアンドピニオン式
ステアリング装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１から図３は本発明の実施例を
示す。詳しくは、図１は、本発明を適用したラックアン
ドピニオン式ステアリング装置の斜視図、図２は、図１
における断面ＣーＣ図、図３は、本発明を適用したラッ
クアンドピニオン式ステアリング装置の他の実施例の要
部断面図を示す。

【０００９】本発明のステアリング装置１０を適用する
自動車は、図４の従来例に示した自動車と同様に、ステ
アリング装置１０をラックアンドピニオン式とする自動
車である。本発明のステアリング装置１０は、基本構成
及びその機能を、図６に示した従来のステアリング装置
６０と同じとする。しかし、本発明のステアリング装置
１０の特徴は、ラック軸６１への押圧力の付与構造にあ
る。その詳細は図１および図２に示すとうりである。

【００１０】本発明のステアリング装置１０の全体構造
を説明する。ピニオン軸１はピニオンケース４内に、ボ
ールベアリング９、およびニードルベアリングまたはブ
ッシュ等の軸受け１１で２箇所で保持されている。そし
て、このピニオン軸１には、歯型をはすば歯車としたピ
ニオン７１が配設されている。ボールベアリング９は、
カラー３をピニオンケース４に圧入して固着することで
ピニオンケース４内に位置決めされる。一方、ラック軸
６１には、上述したピニオン７１に噛み合う、歯型をは
すば歯車としたラック７２が配設されている。ラック７
２とピニオン７１の噛み合いは、ワッシャー６に伝達さ
れたスプリング７の押圧力をプランジャー５を介してラ
ック軸６１に伝達することでバックラッシュがゼロとな
るように噛み合いが調整されている。ラック７２とピニ
オン７１との噛み合い部、ボールベアリング９、軸受け
１１の摺動部等を潤滑する潤滑油のシールは、オイルシ
ール２にておこなう。このオイルシール２は、カラー３
に圧入等で固着される。また、図示は省略するが、オイ
ルシール２への自動車走行による泥、ほこり、等の付着
を防止するため、図６の従来例に示したように、ピニオ
ンケース４のステアリングコラム５４側にはブーツを配
設することもある。なお、本実施例のラック７２とピニ
オン７１の歯型については、はすば歯車としたが、平歯
車等としてこのラックと７２ピニオン７１を設計するこ
ともあり、歯型については特に限定されない。

【００１１】本発明のステアリング装置１０の特徴であ
る、ラック軸６１へのスプリング７による押圧力の付与
構造について説明する。この押圧力は、ラック７２が形
成されているラック面１３に、プランジャー５を介して
斜め方向であって、しかも互いに異なる２方向から付与
される。本実施例では、図１及び図２に示すように、ピ
ニオンケース４にボス１２をＶ字形状に配設し、このボ
ス１２内にそれぞれスプリング７を配設してプランジャ
ー５を介してラック面１３に押圧力が与えられている。
ボス１２は一対をセットとし、このボス１２は一対であ
ればピニオンケース４に対する配設位置はボス１２’等
の位置でもよい。基本的にボス１２は図１において、Ｖ
字形状の挟み角の２等分線を中心として３６０度どの位
置に回転させて配設してもよい。また、一対のボス１２
と一対のボス１２’を併設してラック軸６１を同時に押
圧してももちろんよい。プランジャー５は、材質を鋼、
セラミック等とした球形状としている。ワッシャー６は
円板形状とし、材質はプランジャー５と同様である。そ
して、スプリング７は、圧縮スプリングとし、ピニオン
ケース４にラックダンパスクリュ８をネジ等で固着する
ことでワッシャー６との間に保持する。

【００１２】次に、ラック軸６１へのスプリング７によ
る押圧力の作用について説明する。ラック面１３に向か
いＶ字形状に押圧力を付与するプランジャー５を内蔵す
るボス１２の中心線Ｅ、Ｆの交点Ｇは、ラック面１３と
プランジャー５との間とする。そして、この交点Ｇを、
ラック面１３のピニオン軸１の長手方向の幅を２等分す
る平面Ｄ上に位置させることが好ましい。これは、ラッ
ク７２とピニオン７１の噛み合い部にＶ字形状に作用す
る押圧力の合力を一方向に絞り、しかもラック面１３の
ピニオン軸１の長手方向の幅の中央に付与するためであ
る。もし、押圧力の合力が一方向に絞られないで付与さ
れると、ラック７２とピニオン７１の噛み合い部は複数
方向から同時に押され、しかも、この合力がラック面１
３のピニオン軸１の長手方向の幅の中央部からはずれて
付与されて、バックラッシュをゼロとすることになる恐
れがある。こうすると、一方向から押圧力を付与され、
しかも、この合力がラック面１３のピニオン軸１の長手
方向の幅の中央部に集中してバックラッシュをゼロにし
た時に比べ、ラック７２とピニオン７１の噛み合いにズ
レが発生し、噛み合い部の歯面圧が局部的に高くなるこ
とがある。このような場合、ラック７２またはピニオン
７１に、ピッチング、異常摩耗等の不具合が発生しやす
くなる。また、Ｖ字形状のボス１２の挟み角度も、ラッ
ク７２とピニオン７１の噛み合い部に大きな影響を与え
る。具体的には、ボス１２の挟み角度の大きさを変える
と、スプリング７のスプリング荷重を変更しなくても押
圧力を変えることができるということである。このた
め、スプリング７を他のステアリング装置と共通にして
本発明のステアリング装置１０を設計することが可能と
なる。ラック軸６１への押圧力の大小は、自動車運転者
のステアリング操作フィーリングに大きな影響を与え
る。従って本発明は、従来のステアリング装置と比べ
て、スプリング７を種々のステアリング装置と共通部品
としながら、ステアリング操作フィーリングを向上する
ことができる。

【００１３】図３は、本発明を適用したラックアンドピ
ニオン式ステアリング装置の他の実施例の要部断面図を
示している。具体的には、図１および図２に示すステア
リング装置１０のプランジャー５とワッシャー６を、柱
状のプランジャー２１に一体化したステアリング装置１
０’である。このプランジャー２１の具体的な形状は円
柱形状であり、材質はプランジャーと同様である。ステ
アリング装置１０’のその他の構成部品の作動および機
能は、ステアリング装置１０と同一であるので本明細書
での説明は省略する。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、ラック軸への押圧力を
複数のスプリングにより付与するので、一本のスプリン
グで押圧力を付与するよりバネ定数を小さく設定でき
る。このため、バネ定数を小さく設定できる分、ラック
軸への押圧力設定の自由度が増し、ラックとピニオンの
噛み合い調整を一本のスプリングで実施するより微妙な
設定が可能となる。よって、自動車運転者のステアリン
グ操作を必要以上に重くすることなくラックとピニオン
の噛み合い調整を行うことができる。そして、同時に路
面の凹凸に起因するラックとピニオン相互が叩き合う不
快な打音を容易に防止することができる。特に道路が未
舗装の悪路の場合にこの打音防止効果が顕著であり、悪
路走行を主とするオフロード車等の商品価値を向上する
ことができる。また、本発明は、ラック軸への押圧力を
複数のスプリングにより付与するので、ラック軸とプラ
ンジャーの摺動面の個々の接触面圧は、一本のスプリン
グでラック軸に押圧力を与えるより低くすることが可能
となる。このため、接触面圧が低くできる分、ラック軸
とプランジャーの摺動面に発生しやすいカジリ、異常摩
耗等の不具合を防止することが容易となる。さらに、本
発明は、ラック軸とプランジャーの摺動面は、面接触で
はなく、球面と曲面、または、平面と曲面である。この
ため、ラック軸とプランジャーが、点、または、線接触
にて摺動するので、従来の面接触に比べて摺動面に発生
する摩擦力を低減することができる。従って、この摩擦
力に起因するメカニカルロスを低減できるので、自動車
運転者のステアリング操作フィーリングを向上すること
ができる。

【００１５】本発明は、ラック軸への押圧力を複数方向
から付与しているが、この複数方向からの押圧力の合力
は、従来通り一方向からで、しかも、ラック面のピニオ
ン軸の長手方向の幅の中央部への付与となっている。こ
のため、ラックとピニオンの噛み合い部に、個々に同時
に複数方向から、しかも、ラック面のピニオン軸の長手
方向の幅の中央部よりはずれて押圧力が付与されること
がない。よって、ラックとピニオンの噛み合いにズレが
発生しにくいので、噛み合い部において歯面圧が局部的
に高くなることを防止でき、ピッチング、異常摩耗等の
不具合発生を防止できる。

【００１６】しかも、本発明は、Ｖ字形状のボスの挟み
角度の大きさを変えることで、スプリング荷重を新たに
設定しなくても押圧力を変化させることができる。この
ため、スプリングを他のステアリング装置と共通使用と
して本発明のステアリング装置を設計することができ
る。従って、部品の共通化、部品の管理工数削減、コス
トダウンを同時に図りながら押圧力を自由に選択でき、
自動車運転者のステアリング操作フィーリングを向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したラックアンドピニオン式ステ
アリング装置の斜視図。

【図２】図１における断面Ｃ−Ｃ図。

【図３】本発明を適用したラックアンドピニオン式ステ
アリング装置の他の実施例の要部断面図。

【図４】ステアリング装置を、従来のラックアンドピニ
オン式ステアリング装置とした自動車を示す図。

【図５】図４におけるＡ部詳細図。

【図６】図５における断面Ｂ−Ｂ図。

【符号の説明】 １ ピニオン軸 ４ ピニオンケース ５ プランジャー ７ スプリング １０ ステアリング装置 １２ ボス １３ ラック面 ６１ ラック軸 ７１ ピニオン ７２ ラック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピニオンケースにピニオンを有する回転
   可能に保持されたピニオン軸と、該ピニオン軸のピニオ
   ンに噛み合うラックを有するラック軸と、前記ピニオン
   ケース内で該ラック軸を摺動自在に、かつ、前記ラック
   が形成されているラック面に対して斜めに複数方向から
   該ラック軸を押圧するプランジャーと、該プランジャー
   を前記ラック軸に向け押圧する手段とからなることを特
   徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記プランジャーをボスに内蔵し、該ボ
   スの中心線の交点が、前記ラック面の幅の略中央を通る
   平面上に位置することを特徴とする請求項１記載のラッ
   クアンドピニオン式ステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記プランジャーを内蔵するボスの中心
   線の軌跡を、Ｖ字形状とすることを特徴とする請求項１
   記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。