JPH1191591A - ラックアンドピニオン式舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】摩耗時に、ガイド部材とラック軸との線接触の
範囲を限定でき、小さな転動抵抗を維持でき、操舵フィ
ーリングの悪化が防止できるラックアンドピニオン式操
舵装置を提供することにある。 【解決手段】ラックアンドピニオン式舵取装置は、操舵
時に回転される出力軸２と、出力軸２に噛合され、出力
軸２の回転運動を直線運動に変換するラックシャフト５
と、前記ラックシャフト５の直線運動をガイドするロー
ラガイド９と、前記ローラガイド９を介して前記ラック
シャフト５を出力軸２に向けて付勢するコイルスプリン
グ１４とを備えている。ローラガイド９は、ラックシャ
フト５の周面に沿うようにガイド面９ａが形成され、同
ガイド面９ａには、ラックシャフト５の周面に点接触す
る一対の突条１０が隆起形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラックアンドピニオン
式舵取装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ラックアンドピニオン式舵取装置とし
て、米国特許明細書第４６５１５８５号のものが提案さ
れている。

【０００３】この舵取装置は、ピニオン軸と、ラック軸
との噛合部に適正な与圧を与え、両者を実質的にバック
ラッシなしにし、かつ、図６に示すようにラック軸２０
をガイドするローラガイド２１を設けている。ローラガ
イド２１は、図示しないサポート部材に対して軸を介し
て回動自在に支持されている。同ローラガイド２１の外
周面２１ａは、ラック軸２０の外周面に沿うように凹状
に形成され、その曲率半径は、ラック軸２０の外周面の
半径と異ならしめて、２点接触できるようにされてい
る。

【０００４】すなわち、ローラガイド２１の外周面２１
ａの曲率半径を、ラック軸２０の外周面２０ａの半径よ
りも大として、ローラガイド２１の各端部寄りの一対の
接触点Ｔにてラック軸２０に接触し、前記サポート部材
を押圧するスプリング（図示しない）の付勢力によりロ
ーラガイド２１を介してラック軸２０をピニオン軸に対
して押圧するようにされている。

【０００５】前記の２点接触により、ローラガイド２１
の転動抵抗（ころがり抵抗）が低減できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ローラガイ
ド２１とラック軸２０とは、図６に示すように最初は２
点接触していても、ローラガイド２１の外周面２１ａは
ラック軸２０の外周面に対しては凹状とされているた
め、使用により外周面２１ａの接触点Ｔの摩耗が進行す
ると、ラック軸２０は、ローラガイド２１の外周面２１
ａ全域で線接触となる。

【０００７】このため、使用期間が長くなると、ローラ
ガイド２１の転動抵抗が増加し、滑らかな操舵フィーリ
ングが得られなくなる問題がある。上記の問題を軽減し
ようとすると、サポート部材に対するスプリングの付勢
力を弱くすることが考えられる。

【０００８】すると、ピニオン軸とラック軸２０との噛
合力が不足して車輪を介して伝達される外力により、ピ
ニオン軸とラック軸間で、打音が発生しやすい問題があ
る。本発明は上記の課題を解消するためになされたもの
であり、使用期間が長くても、ローラガイド等のガイド
部材とラック軸との線接触の範囲を限定でき、その結
果、小さな転動抵抗を維持できるため、操舵フィーリン
グの悪化が防止でき、又、ラック軸とピニオン軸との噛
合部に押圧力（与圧）を付与するスプリングの付勢力を
増すことができ、打音、揺動の抑制や、直進安定性を向
上することができるラックアンドピニオン式操舵装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、操舵時に回転されるピ
ニオン軸と、前記ピニオン軸に噛合され、ピニオン軸の
回転運動を直線運動に変換するラック軸と、前記ラック
軸の直線運動をガイドするガイド部材と、前記ガイド部
材を介して前記ラック軸をピニオン軸側に向けて付勢す
る付勢手段とを備えた舵取装置において、前記ガイド部
材は、ラック軸の周面に沿うようにガイド面が形成さ
れ、同ガイド面には、前記ラック軸の周面に点接触する
一対の当接部が隆起形成され、同一対の当接部にてラッ
ク軸に対して２点接触を行うことを特徴とするラックア
ンドピニオン式舵取装置を要旨とするものである。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１において、前
記ラック軸のガイド部材側周面は、断面円弧状に形成さ
れ、前記ガイド部材は、回転自在に設けられたローラガ
イドであって、同ローラガイドの周面は、前記ラック軸
の周面に沿うように凹状に形成され、前記一対の当接部
は、前記ローラガイドの両端において、全周に亘って形
成された突条であるラックアンドピニオン式舵取装置を
要旨とするものである。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２において、前
記突条は、断面が凸Ｒ状に形成されたものであるラック
アンドピニオン式舵取装置を要旨とするものである。請
求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか
において、前記ラック軸の直線運動範囲内には、操舵中
立位置を含み、前記ラック軸には、同ラック軸が操舵中
立位置にて位置するときにガイド部材の当接部と係合す
る係合凹部が設けられたラックアンドピニオン式舵取装
置を要旨とするものである。

【００１２】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
当接部はガイド面から隆起しているため、使用によって
摩耗してきた場合、摩耗部分は隆起された当接部分以上
には広がらず、当接部に限定される。従って、一対の当
接部においてのみ、ラック軸に対してそれぞれ線接触す
るだけであるため、従来と異なり、広い範囲で線接触す
ることがない。従って、転動抵抗は小さく維持できる。
この結果、摩耗が生じても転動抵抗は小さく維持される
ため、操舵フィーリングの悪化がなく、付勢手段の付勢
力を増すことが可能となる。

【００１３】請求項２の発明によれば、請求項１の作用
に加えて、突条がローラガイドの両端の全周に亘って形
成されているため、使用によって突条が摩耗してきた場
合、摩耗部分は同突条の部分に限定される。従って、一
対の突条においてのみ、ラック軸に対してそれぞれ線接
触する。

【００１４】請求項３の発明は、請求項２の作用に加え
て、前記突条は、断面が凸Ｒ状に形成されているため、
ラック軸に対して凸Ｒ部分にて点接触する。そして、そ
の摩耗はその当接部位から開始される。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
のうちいずれかの作用に加えて、前記ラック軸が、操舵
中立位置に位置するときは、係合凹部にガイド部材の当
接部が係合する。この係合によって、ラック軸の操舵中
立位置が定まる。この結果、ラック軸の揺動が抑制さ
れ、操舵中立位置において、微少な操舵角（以下、微舵
角という）の操舵があったときのピニオンから伝達され
る回転トルクの伝達効率が向上する。この結果、車両の
走行時において、直進安定性も向上する。

【００１６】又、操舵中立位置から操舵を開始する際、
係合凹部と当接部との解除を行うときに操作抵抗が得ら
れるため、操舵中立位置から離脱したときの手応え感が
得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１乃至図５を参照して説明する。図２におい
て、入力軸１は、図示しないハンドルに連結され、ハン
ドルと一体回転される。入力軸１は中空軸にて構成さ
れ、この中空軸内を貫通する図示しないトーションバー
の一端が入力軸１と一体に連結されている。出力軸２は
前記入力軸１と図示しないニードルベアリングを介して
相対回転可能に連結され、前記トーションバーの他端が
一体に連結されている。そして、出力軸２はトーション
バーが捩じれることにより入力軸１と相対的に回転可能
とされている。前記出力軸２は断面円形状に形成されて
いる。

【００１８】前記出力軸２の先端は、ハウジング３にベ
アリング４を介して軸承されている。前記出力軸２の先
端にはピニオン２ａが形成され、このピニオン２ａに操
向機構のラックシャフト５が噛合されている。この実施
形態では、図１及び図５に示すようにピニオン２ａは平
歯車状に形成され、ラックシャフト５の歯５ａはそれに
対応して、ラックシャフト５の軸心と直交する方向に延
びるとともに、列状に配置されている。前記ハウジング
３の下部側面には、ガイド収納部６が筒状に突出形成さ
れている。前記ガイド収納部６内にはサポートヨーク７
が挿入配置されている。サポートヨーク７は略有底筒状
をなし、互いに対向する両側部にはローラ軸８が支持さ
れている。ローラ軸８には、ローラガイド９が回転可能
に支持されている。前記ローラガイド９の周面は前記ラ
ックシャフト５の反出力軸側の周面に沿うように凹状に
形成され、ローラガイド９は全体が鼓形状とされてい
る。

【００１９】すなわち、ローラガイド９の両端は径が最
大となり、その中間部にいくほど径が小となるようにさ
れ、図１，図３に示すように断面は円弧状に形成されて
いる。そして、その外周面の断面において、円弧状の部
分の曲率半径は、ラックシャフト５のローラガイド９側
の径よりも大きくされている。

【００２０】ローラガイド９の両端には、全周に亘って
突条１０が形成されている。突条１０は図３に示すよう
にローラガイド９の外周面９ａから隆起形成され、断面
形状が凸Ｒ状とされている。そして、前記突条１０はロ
ーラガイド９の軸心ｍと直交する方向にその先端部が突
出され、ローラガイド９はラックシャフト５の外周面に
対して２点接触しうるようにされている。

【００２１】前記ラックシャフト５は、操舵中立位置を
中間位置として、出力軸２の往復回動にともなって、図
５において左右方向に直線移動自在とされている。な
お、操舵中立位置とは、ハンドルを操作しない場合にお
いて、車両が直進するときの位置をいう。このラックシ
ャフト５が操舵中立位置に位置している状態で、図５に
示すように、出力軸２（ピニオン）の軸心Ｏから最も近
接したラックシャフト５の外周面において、前記各突条
１０が当接される部位には係合凹部１１が形成されてい
る（図４及び図５参照、なお、図５においては、一方の
係合凹部１１のみ図示）。前記係合凹部１１は断面円形
とされ、操舵中立位置にラックシャフト５が位置してい
るときには、突条１０が係入されるようになっている。

【００２２】従って、操舵中立位置以外では、ローラガ
イド９とラックシャフト５とが２点接触の状態（図３参
照）となり、操舵中立位置では、ローラガイド９の突条
１０とラックシャフト５の係合凹部１１とが係合された
状態（図４参照）となる。

【００２３】前記ガイド収納部６の開口には雌ネジが螺
刻され、有底筒状のキャップ１２が螺合され、同開口が
閉塞されている。又、キャップ１２の外周にはナット１
３が螺合されている。

【００２４】前記キャップ１２の内底面とサポートヨー
ク７との間にはコイルスプリング１４が配置され、同コ
イルスプリング１３により、サポートヨーク７、ローラ
軸８を介してローラガイド９をラックシャフト５に押圧
し、ラックシャフト５の歯５ａと、ピニオン２ａとの噛
合に与圧をかけ、両者の噛み合いに実質的にバックラッ
シをなくしている。

【００２５】この実施形態において、前記出力軸２はピ
ニオン軸に相当し、ラックシャフト５はラック軸に相当
し、ローラガイド９はガイド部材に相当する。又、ロー
ラガイド９の外周面９ａはガイド面に相当し、突条１０
は当接部に相当する。又、コイルスプリング１４は、付
勢手段に相当する。

【００２６】上記のように構成されたラックアンドピニ
オン式操舵装置の作用について説明する。ラックシャフ
ト５が操舵中立位置に位置する場合、係合凹部１１にロ
ーラガイド９の突条１１が係入されているため、操舵中
立時のステアリングの位置が安定するとともに車両の直
進安定性も向上する。

【００２７】そして、この状態から、運転者がハンドル
を操舵すると、出力軸２が回転され、ピニオン２ａにて
ラックシャフト５が操舵中立位置から移動する。このと
き、ラックシャフト５は各突条１０の２点接触によりロ
ーラガイド９にてガイドされ、突条１０が係合凹部１１
から離脱する。この離脱のときに操作抵抗があるため、
運転者は操舵中立位置から離脱したという手応え感を得
る。

【００２８】又、操舵中立位置から離脱した状態で、車
両を直進走行にさせるべく運転者がハンドルを中立位置
へ戻すと、ラックシャフト５が操舵中立位置へ移動す
る。このとき、ラックシャフト５はローラガイド９にて
ガイドされ、各突条１０が係合凹部１１にそれぞれ係入
する。この係入時に運転者は操舵中立位置に位置したと
いう手応え感を得る。

【００２９】次に、各突条１０が摩耗する場合、その凸
Ｒ状において、ラックシャフト５との接触点から摩耗が
開始される。従って、摩耗すると点接触から線接触とな
るが、各突条１０が摩耗した場合、その摩耗の範囲は隆
起形成した突条１０に限定される。このため、摩耗時に
おいては、線接触となるが、各突条１０の限られた部分
においての線接触であるため、転動抵抗は小さく維持で
きる。この結果、摩耗が生じても転動抵抗は小さく維持
されるため、操舵フィーリングの悪化がなく、付勢手段
の付勢力を増すことが可能となる。

【００３０】さて、本実施形態によると、次のような効
果を奏する。 （１） 本実施形態では、ローラガイド９の外周面９ａ
の両端から一対の突条１０を隆起形成し、ラックシャフ
ト５に対して２点接触することによりガイドするように
した。この結果、使用により突条１０が摩耗した場合、
突条１０の限られた部分においての線接触となり、この
ため、転動抵抗を小さく維持できる。この結果、操舵フ
ィーリングの悪化がなく、コイルスプリング１３の付勢
力を増すことができる。このため、出力軸２とラックシ
ャフト５との噛合力が不足することがなく、車輪を介し
て伝達される外力により、出力軸２とラックシャフト５
間での、打音が発生を防止できるとともに、揺動の抑制
ができ、その結果、車両の走行時における直進安定性が
向上する。

【００３１】（２) 本実施形態では、ラックシャフト５
は、操舵中立位置に位置するときに、ラックシャフト５
の係合凹部１１に、ローラガイド９の突条１０が係合す
るようにした。この結果、操舵中立時のステアリングの
位置が安定するとともに車両の直進安定性も向上するこ
とができる。又、操舵中立位置の状態から、運転者がハ
ンドルを操舵した場合には、突条１０が係合凹部１１か
ら離脱し、この離脱時に、運転者は操舵中立位置から離
脱したという手応え感を得ることができる。この場合、
特に高速走行時には、直進状態でのふらつきが抑制でき
る。

【００３２】又、操舵中立位置から離脱した状態で、車
両を直進走行にさせるべく運転者がハンドルを中立位置
へ戻すと、各突条１０が係合凹部１１にそれぞれ係入す
る。この係入時に、運転者は操舵中立位置に位置したと
いう手応え感を得ることができる。

【００３３】そして、突条１０が係合凹部１１に係合し
た状態では、ラックシャフト５の揺動が規制できるた
め、操舵中立位置付近での微舵角（揺動が大きく反映さ
れる）時の伝達効率を向上させ、その結果、車両の直進
安定性が向上する。 （３） 本実施形態では、係合凹部１１を円形とした。
この結果、操舵中立位置にラックシャフト５が位置する
ときのみ、上記（２）の手応え感を得ることができる。

【００３４】本発明の実施形態は、上記実施形態以外に
次のように変更することも可能である。 （１） 前記各実施形態では、係合凹部１１の断面形状
を円形としたが、例えば、長円形、楕円形としてもよ
い、この場合、その係合凹部１１の長い方をラックシャ
フト５の移動方向に沿うように配置する。こうすること
により、操舵中立位置を含む所定の範囲、すなわち、係
合凹部１１の長い側の幅分の範囲において、係合凹部と
当接部とが互いに当接係合できるため、前記実施形態と
異なり、操舵中立位置に位置するときのみの場合より
も、操舵範囲が広がった分において、係合凹部１１の回
転トルクの伝達効率が向上する。

【００３５】（２） 前記実施形態では、ピニオン２ａ
は平歯車状とし、ラックシャフト５の歯は、それに対応
した歯形状としたが、ピニオン２ａをヘリカルギヤと
し、ラックシャフト５の歯形状をそれに対応して形成し
てもよい。

【００３６】従来例において、ピニオン軸とラック軸２
０との噛み合いがヘリカルギヤにて行われている場合、
ラック軸２０がラック軸２０の軸線の回りで揺動する場
合がある。この理由は、ヘリカルギヤで形成されている
と、ラック軸側もそのヘリカルギヤに対応して歯が斜状
に螺刻される。この場合、ピニオン軸の歯と、ラック軸
との歯が斜めに当接することにより、ピニオン軸からの
回転トルクの一部がラック軸をラック軸の軸心の周りで
回転する力に変換されるため、ラック軸が自身の軸心の
周りで揺動する。すると、ピニオン軸からラック軸への
トルクの伝達効率が低下し、操舵フィーリングが悪化す
る問題がある。しかし、こうすることにより、特に操舵
中立位置に位置したときでは、係合凹部１１と突条１０
とが互いに係入しているため、回転トルクの伝達効率が
向上し、操舵中立時のステアリングの位置が安定すると
ともに車両の直進安定性も向上することができる。

【００３７】（３） 前記実施形態では、ガイド部材と
して、回転自在に設けたローラガイド９としたが、ラッ
クシャフト５をスライド（擦接）してガイドするガイド
部材とし、そのガイド部材に一対の当接部を隆起しても
よい。

【００３８】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される
技術的思想をその効果とともに以下に挙げる。 （１） 請求項４において、ピニオン軸の歯はヘリカル
ギヤ状に形成されたものであるラックアンドピニオン式
舵取装置。こうすることにより、特に操舵中立位置に位
置したときでは、係合凹部と当接部とが互いに当接係合
しているため、回転トルクの伝達効率が向上し、操舵中
立時のステアリングの位置が安定するとともに車両の直
進安定性も向上することができる。

【００３９】（２） 請求項４において、係合凹部は、
ラック軸の移動方向の長さが、同移動方向と直交する方
向の長さよりも長く形成されているラックアンドピニオ
ン式舵取装置。上記の係合凹部は、例えば、長円形、楕
円形を挙げることができ、その係合凹部の長い方をラッ
ク軸の移動方向に沿うように配置する。こうすることに
より、操舵中立位置を含む所定の範囲、すなわち、係合
凹部の長い側の幅分の範囲においては、係合凹部と当接
部とが互いに当接係合できるため、回転トルクの伝達効
率が向上する。

【００４０】なお、以上述べたうち、ラックシャフト５
の係合凹部１１は必須のものではなく、この構成を用い
ずとも本発明の目的を達成しうることはいうまでもな
い。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１乃至請求
項４の発明によれば、使用によって当接部が摩耗してき
た場合、摩耗部分は隆起された当接部分以上には広がら
ず、当接部に限定できる。このため、ガイド面での広い
範囲で線接触することがなく、転動抵抗は小さく維持で
き、操舵フィーリングの悪化がなく、付勢手段の付勢力
を増すことも可能となる。

【００４２】このため、ラック軸をピニオン軸に付勢す
る付勢手段の付勢力のアップもできることから、打音、
ラック軸の揺動の抑制ができ、又、走行時の直進安定性
を向上できる。

【００４３】請求項２の発明によれば、ローラガイドの
両端に設けた一対の突条によって、請求項１の作用効果
を得ることができる。請求項３の発明によれば、突条を
凸Ｒ状に形成することにより、請求項２の作用効果を得
ることができる。

【００４４】請求項４の発明によれば、ラック軸の係合
凹部にガイド部材の当接部が係合するため、ラック軸の
操舵中立位置を定めることができ、ラック軸の揺動が抑
制され、操舵中立位置において、微舵角の操舵があった
ときのピニオンから伝達される回転トルクの伝達効率が
向上できる。この結果、車両の走行時において、直進安
定性が向上できる。又、操舵中立位置から操舵を開始す
る際、当接部と係合凹部との係合の解除を行うときに操
作抵抗が得られるため、操舵中立位置から離脱したとき
の手応え感を得ることができる。このことから、車両が
高速走行しているときに、直進状態でのふらつきを抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態のラックアンド
ピニオン式舵取装置の要部断面図。

【図２】同じくラックアンドピニオン式舵取装置の一部
切欠き断面図。

【図３】同じくローラガイドとラックシャフトとの操舵
中立位置以外での当接状態を示す断面図。

【図４】同じくローラガイドとラックシャフトとの操舵
中立位置での当接状態を示す断面図

【図５】ラックシャフトと出力軸との操舵中立位置での
噛合状態を示す要部側面図。

【図６】従来例のローラガイドとラック軸との当接状態
を示す説明図。

【符号の説明】

１…入力軸、２…出力軸（ピニオン軸を構成する。）、
５…ラックシャフト（ラック軸を構成する。）、７…サ
ポートヨーク、９…ローラガイド（ガイド部材を構成す
る。）、９ａ…外周面（ガイド面を構成する）、１０…
突条（当接部を構成する。）、１１…係合凹部、１４…
コイルスプリング（付勢手段を構成する）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵時に回転されるピニオン軸と、 前記ピニオン軸に噛合され、ピニオン軸の回転運動を直
   線運動に変換するラック軸と、 前記ラック軸の直線運動をガイドするガイド部材と、 前記ガイド部材を介して前記ラック軸をピニオン軸側に
   向けて付勢する付勢手段とを備えた舵取装置において、 前記ガイド部材は、ラック軸の周面に沿うようにガイド
   面が形成され、同ガイド面には、前記ラック軸の周面に
   点接触する一対の当接部が隆起形成され、同一対の当接
   部にてラック軸に対して２点接触を行うことを特徴とす
   るラックアンドピニオン式舵取装置。
2. 【請求項２】 前記ラック軸のガイド部材側周面は、断
   面円弧状に形成され、 前記ガイド部材は、回転自在に設けられたローラガイド
   であって、同ローラガイドの周面は、前記ラック軸の周
   面に沿うように凹状に形成され、 前記一対の当接部は、前記ローラガイドの両端におい
   て、全周に亘って形成された突条である請求項１に記載
   のラックアンドピニオン式舵取装置。
3. 【請求項３】 前記突条は、断面が凸Ｒ状に形成された
   ものである請求項２に記載のラックアンドピニオン式舵
   取装置。
4. 【請求項４】 前記ラック軸の直線運動範囲内には、操
   舵中立位置を含み、前記ラック軸には、同ラック軸が操
   舵中立位置にて位置するときにガイド部材の当接部と係
   合する係合凹部が設けられたことを特徴とする請求項１
   乃至請求項３のうちいずれかに記載のラックアンドピニ
   オン式舵取装置。