KR102441668B1 - 랙 가이드 및 기어 기구 - Google Patents

랙 가이드 및 기어 기구 Download PDF

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KR102441668B1 KR1020197026098A KR20197026098A KR102441668B1 KR 102441668 B1 KR102441668 B1 KR 102441668B1 KR 1020197026098 A KR1020197026098 A KR 1020197026098A KR 20197026098 A KR20197026098 A KR 20197026098A KR 102441668 B1 KR102441668 B1 KR 102441668B1
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노보루 나카가와
히로유키 기구치
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오일레스고교 가부시키가이샤
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Abstract

랙 바와의 접촉 영역을 넓게 하면서 랙 바의 배면 등의 곡률 반경의 제작 편차에 의한 영향을 작게 한다. 랙 가이드 시트(32)의 접동면(33)으로서, 랙 바 축심 방향에 수직인 YZ 단면에 있어서, 랙 바(20)의 중심(O)과 슬라이딩 면(33)의 바닥부 중앙(C)을 연결하는 직선(O3)에 대해서 선대칭인 2개의 랙 바 배면(22)과의 접촉 위치(TA, TB)로부터 슬라이딩 면(33)의 둘레 가장자리측(320)에 배치되고, 직선(O3)에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제1 원호면(331A, 331B)과, 접촉 위치(TA, TB)로부터 슬라이딩 면(33)의 바닥부측(321)에 배치되고, 직선(O3)에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제2 원호면(332A, 332B)을 포함하는 오목면(330)을 이용했다. 접촉 위치(TA, TB)로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 랙 바 배면(22)과의 갭에 대해서 제1 원호면(331A, 331B)을 제2 원호면(332A, 332b)보다 크게 했다.

Description

랙 가이드 및 기어 기구
본 발명은, 자동차의 스티어링 장치 등에 이용되는 랙 앤드 피니언(rack-and-pinion mechanism)에 있어서, 랙 바를 그의 축심 방향으로 가이드하면서 피니언에 꽉 누르는 랙 가이드(서포트 요크), 및 이것을 이용한 기어 기구에 관한 것이다.
자동차의 스티어링 장치 등에 이용되는 랙 앤드 피니언에 있어서, 랙 케이스 내에서 랙 바의 배면(랙 기어의 반대측의 원호면) 측에 배치되고, 랙 바를 그의 축심 방향으로 가이드하면서 피니언에 꽉 누르는 랙 가이드로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재된 랙 가이드가 알려져 있다.
이 랙 가이드는, 랙 케이스의 캡과의 사이에 삽입된 코일 스프링의 탄성력에 의해서 랙 바의 배면을 향해 바이어스(付勢)되는 랙 가이드 본체와, 랙 바의 배면과 랙 가이드 본체 사이에 개재하고, 랙 바의 배면을 슬라이드 가능하게 지지하는 랙 가이드 시트(서포트 요크 시트)를 구비하고 있다.
랙 가이드 시트는, 랙 바의 배면의 형상을 따라서 만곡된 부재이며, 랙 바의 배면을 지지하는 슬라이딩 면으로서, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면(斷面)에 있어서, 랙 바의 중심과 랙 가이드 시트의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 원호면을 포함하는 오목면을 가지고 있다. 이 한 쌍의 원호면은, 랙 바의 배면의 단면 형상(원호 형상)의 곡률 중심보다도 랙 기어 측의 위치를 곡률 중심으로 하는, 랙 바의 배면의 단면 형상보다도 곡률 반경이 큰 원호모양의 단면 형상을 가지고 있다. 랙 바의 배면은, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 랙 바의 중심과 랙 가이드 시트의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 2개의 위치에서, 슬라이딩 면에 접촉한다. 또, 이 랙 가이드 시트의 이면(슬라이딩 면의 반대측 면) 측에는, 이 랙 가이드 시트를 랙 가이드 본체에 고정하기 위한 보스가 형성되어 있다.
랙 가이드 본체에는, 랙 가이드 시트의 이면의 형상에 따른 곡면 형상의 오목부가 형성되어 있고, 랙 가이드 시트는, 이 오목부의 내측에 틈새없이 수용되어 있다. 또, 랙 가이드 본체의 오목부의 중앙 영역에는 랙 가이드 시트 고정용의 관통구멍이 형성되어 있고, 랙 가이드 시트는, 이 관통구멍에의 보스의 압입(壓入)에 의해 랙 가이드 본체에 고정되어 있다.
특허 문헌 1에 기재된 랙 가이드는, 상술한 바와 같이, 랙 바의 배면이, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 랙 바의 중심과 랙 가이드 시트의 중심을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 2개의 위치에서, 슬라이딩 면에 접촉한다. 이 때문에, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 랙 바의 중심과 랙 가이드 시트의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 수직인 방향에 있어서의 랙 바의 덜컹거림(backlash)을 방지할 수 있고, 이것에 의해, 랙 바의 배면을 안정적으로 슬라이드 가능하게 지지할 수가 있다.
일본공개특허공보 특개2000－177604호
그런데, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면과 랙 바의 배면과의 접촉이 선 접촉이면, 하중이 1점에 집중해서 마모되기 쉽다. 이 때문에, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면의 곡률 반경을 랙 바의 배면의 곡률 반경에 근접시켜, 양자의 접촉 영역을 넓히는 것에 의해, 하중을 분산시키는 것이 바람직하다. 그렇지만, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면 혹은 랙 바의 배면의 곡률 반경의 제작 편차(variation)에 의해, 양자의 접촉 영역이 랙 가이드 시트의 개구(둘레 가장자리) 측으로 넓어질 가능성이 있다. 이 경우, 다음과 같은 문제가 생긴다.
즉, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면에 있어서의 랙 바의 배면과의 접촉 위치에 가해지는 수직 하중을 W, 이 접촉 위치에 있어서의 랙 바로부터 랙 가이드에 입력하는 입력 하중(랙 바의 중심과 랙 가이드 시트의 중심을 연결하는 직선 방향의 하중)을 P, 수직 하중(W)의 하중 방향과 입력 하중(P)의 하중 방향이 이루는 각을 θ, 마찰 계수를 μ, 그리고, 이 접촉 위치에 생기는 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면의 마찰력을 F로 한 경우, F=μW=μP/cosθ로 된다. 따라서, 입력 하중(P) 및 마찰 계수(μ)가 일정한 경우, 이루는 각(θ)이 커질수록, 마찰력(F)이 커진다(쐐기(wedge) 효과). 이 때문에, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면에 있어서의 랙 바의 배면과의 접촉 영역이 랙 가이드 시트의 개구 측으로 넓어지면, 접촉 위치에 있어서의 이루는 각(θ)이 커져 마찰력(F)이 커지며(쐐기 효과가 증대하며), 랙 가이드의 슬라이딩 성능이 저하한다.
본 발명은 상기 사정을 감안해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 랙 바와의 접촉 영역을 넓게 하면서, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면 혹은 랙 바의 배면의 곡률 반경의 제작 편차에 의한, 랙 바의 배면과 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면과의 마찰력에의 영향을 작게 할 수 있는 랙 가이드 및 이 랙 가이드를 이용한 기어 기구를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 랙 바의 원호모양의 배면을 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이딩 면으로서 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 랙 바의 중심과 슬라이딩 면의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 2개의 위치를 랙 바의 배면과의 접촉 위치로 하는 오목면을 이용했다. 그리고, 이 오목면에, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상술한 접촉 위치로부터 슬라이딩 면의 둘레 가장자리측에 배치되고, 상술한 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제1 원호면과, 상술한 접촉 위치로부터 슬라이딩 면의 바닥부측에 배치되고, 상술한 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제2 원호면을 포함시켰다. 또, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상술한 접촉 위치로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 랙 바의 배면과의 갭에 대해서, 제1 원호면을 제2 원호면보다 크게 했다.
예를 들면, 본 발명의 랙 가이드는,
피니언 기어와 맞물리는 랙 기어가 형성된 랙 바를, 상기 랙 기어의 반대측으로부터 슬라이드 가능하게 지지하고, 상기 피니언 기어의 회전에 따라 이동하는 상기 랙 바를 당해(當該) 랙 바의 축심 방향으로 안내하는 랙 가이드로서,
상기 랙 바에 있어서 상기 랙 기어의 반대측에 형성된 원호모양의 배면을 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이딩 면을 구비하고,
상기 슬라이딩 면은,
상기 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 랙 바의 중심과 상기 슬라이딩 면의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 2개의 위치를 상기 랙 바의 배면과의 접촉 위치로 하는 오목면을 가지고,
상기 오목면은,
상기 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 접촉 위치로부터 상기 슬라이딩 면의 둘레 가장자리측에 배치되고, 상기 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제1 원호면과, 상기 접촉 위치로부터 상기 슬라이딩 면의 바닥부측에 배치되고, 상기 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제2 원호면을 포함하고,
상기 제1 원호면은,
상기 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 접촉 위치로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 상기 랙 바의 배면과의 갭이 상기 제2 원호면보다 크다.
또, 본 발명의 기어 기구는,
이동체의 진행 방향을, 스티어링 휠(steering wheel)의 회전에 따라 변경하는 기어 기구로서,
상기 스티어링 휠의 회전에 따라 회전하는 피니언 기어와,
상기 피니언 기어와 맞물리는 랙 기어가 형성되고, 상기 피니언 기어와 상기 랙 기어와의 맞물림에 의해, 상기 피니언 기어의 회전에 따라 왕복 이동해서 상기 이동체의 차바퀴(車輪)의 방향을 바꾸는 랙 바와,
상기 랙 바를 당해 랙 바의 축심 방향으로 슬라이드 가능하게 지지하는 상술한 랙 가이드와,
상기 피니언 기어에 상기 랙 기어를 꽉 누르는 방향으로 상기 랙 가이드를 바이어스하는 탄성체를 구비한다.
랙 가이드 시트의 슬라이딩 면 혹은 랙 바의 배면의 곡률 반경에 제작 편차가 포함되는 경우에 있어서, 양자의 실제 접촉 위치가 슬라이딩 면의 바닥부측으로 어긋나는 경우는, 상술한 이루는 각(θ)이 작아지는 방향으로의 어긋남이며, 특히 문제로 되지 않지만, 슬라이딩 면의 개구(둘레 가장자리)측으로 어긋나는 경우는, 이루는 각(θ)이 커지는 방향으로의 어긋남이며, 문제로 된다. 그러나, 본 발명에서는, 랙 바의 배면을 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이딩 면을, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 랙 바의 배면과의 접촉 위치로부터 슬라이딩 면의 둘레 가장자리측에 배치되고, 랙 바의 중심과 슬라이딩 면의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제1 원호면과, 이 접촉 위치로부터 슬라이딩 면의 바닥부측에 배치되고, 랙 바의 중심과 슬라이딩 면의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제2 원호면을 포함해서 구성하고 있다. 그리고, 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 이 접촉 위치로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 랙 바의 배면과의 갭에 대해서, 제1 원호면이 제2 원호면보다도 커지도록 하고 있다. 이 때문에, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면과 랙 바의 배면과의 실제 접촉 위치가 슬라이딩 면의 개구측으로 어긋난 경우에 있어서의 이루는 각(θ)의 증가를 낮게 억제할 수 있고, 이것에 의해 양자 사이의 마찰력의 증가를 낮게 억제할 수가 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 랙 바와의 접촉 영역을 넓게 하면서, 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면 혹은 랙 바의 배면의 곡률 반경의 제작 편차에 의한, 랙 바의 배면과 랙 가이드 시트의 슬라이딩 면과의 마찰력에의 영향을 작게 할 수가 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 관계된 스티어링 장치의 기어 기구(1)의 단면도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는, 랙 가이드(30)의 외관도, 평면도, 정면도 및 저면도이며, 도 2e는, 도 2b의 A－A 단면도이다.
도 3은, 슬라이딩 면(33)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 랙 가이드(30)의 쐐기 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 관계된 일실시 형태에 대해서, 첨부 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하의 설명의 편의상, 랙 바(20)의 축심 방향(랙 바(20)의 이동 방향)을 X방향, 피니언 기어(11)에 대한 랙 기어(21)의 누름 방향을 Z방향, X 및 Z방향에 수직인 방향을 Y방향이라고 정의하며, 이들 방향을 각 도면에 적당히 표시한다.
도 1은, 본 실시 형태에 관계된 스티어링 장치의 기어 기구(1)의 단면도이다.
본 실시 형태에 관계된 스티어링 장치는, 스티어링 축(shaft)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하고, 이 직선 운동을, 차바퀴의 방향을 바꾸는 링크 기구에 전달하는 랙 앤드 피니언식의 기어 기구(1)를 가진다.
도시하는 바와 같이, 이 기어 기구(1)는, 피니언 기어(11)가 형성된 피니언 축(10)과, 피니언 기어(11)와 맞물리는 랙 기어(21)가 형성된 랙 바(20)와, 피니언 축(10)을 회전가능하게 지지하는 베어링(50)과, 피니언 기어(11)의 회전에 수반하여 X방향으로 왕복 이동하는 랙 바(20)를 안내하는 랙 가이드(30)와, 피니언 기어(11)에 랙 기어(21)를 꽉 누르도록 랙 가이드(30)를 Z방향으로 바이어스하는 코일 스프링(40)과, 이들 부품(10∼50)이 내장되는 하우징(70) 및 캡(60)을 구비하고 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 하우징(70)의 실린더 케이스부의 내벽면(78)과 랙 가이드(30)의 베이스부(31)의 외주면 사이에 개재하는 고리모양의 탄성 부재(예를 들면 O링)(80)를 더 구비하고 있어도 좋다.
피니언 축(10)은, Y방향에 대해서 축심(O1)이 경사지도록 배치된 원기둥모양의 부재이다. 피니언 축(10)의 외주면(12)에는, 피니언 기어(11)로서 예를 들면 헬리컬 기어가 형성되어 있다. 피니언 기어(11)는, 하우징(70)의 피니언 기어 수용부(73)에 수용되어 있고, 피니언 축(10)은, 피니언 기어(11)의 양측의 위치에 있어서, 하우징(70)에 베어링(50)을 거쳐 축심(O1) 주위로 회전가능하게 지지되어 있다. 또, 피니언 축(10)의 한쪽 단부(端部)(13)는, 하우징(70)에 형성된 개구(74)로부터 피니언 기어 수용부(73)의 외측으로 돌출되고, 도시하지 않는 스티어링 축에 연결되어 있다. 이것에 의해, 피니언 기어(11)가, 스티어링 휠의 조작에 따라 회전하는 스티어링 축에 연동해서 회전한다.
랙 바(20)는, X방향을 따라 배치된 원기둥모양의 부재이며, 도시하고 있지 않지만, 그의 양단은, 볼 조인트를 거쳐, 차바퀴의 방향을 바꾸는 링크 기구에 연결되어 있다. 랙 기어(21)를 구성하는 복수의 톱니(齒)는, 랙 바(20)의 외주면에 X방향으로 늘어서서 형성되어 있고, 하우징(70)의 피니언 기어 수용부(73)에 있어서, 피니언 기어(11)의 톱니와 소정의 맞물림 위치에서 맞물려 있다. 그리고, 이 랙 바(20)는, 랙 기어(21)의 반대측의 원호모양의 배면(랙 가이드(30)의 슬라이딩 면(33)과 대향하는, YZ 단면 형상이 원호모양인 외주면)(22)에서 랙 가이드(30)의 슬라이딩 면(33)에 의해 슬라이드 가능하게 지지되어 있다. 스티어링 축과 함께 피니언 축(10)이 회전하면, 피니언 기어(11)와 랙 기어(21)와의 맞물림에 의해, 랙 바(20)는, 랙 가이드(30)의 슬라이딩 면(33)으로 안내되어 X방향으로 왕복 이동해서 링크 기구를 요동시킨다. 이것에 의해, 스티어링 휠의 조작에 따라 차바퀴의 방향이 바뀐다.
하우징(70)은, X방향을 따라 배치된 원통모양의 랙 케이스부(71)와, 랙 케이스부(71)의 외주로부터 Z방향으로 돌출된 원통모양의 실린더 케이스부(72)를 가진다.
랙 케이스부(71)의 내부에는, 랙 바(20)가 X방향으로 이동가능하게 수용되어 있다. 또, 이 랙 케이스부(71)의 내부에는, 피니언 기어 수용부(73)가 마련되어 있다. 이 피니언 기어 수용부(73)에는, 상술한 바와 같이, 피니언 기어(11)와, 이 피니언 기어(11)가 소정의 맞물림 위치에서 랙 기어(21)와 맞물리도록 피니언 축(10)을 회전가능하게 보존지지(保持)하는 베어링(50)이 수용되어 있다. 또, 이 랙 케이스부(71)에는, 피니언 기어 수용부(73)와 외부를 연결하는 개구(74)가, 도시하지 않는 스티어링 축측을 향해 형성되어 있으며, 도시하지 않는 스티어링 축에 연결되는 피니언 축(10)의 한쪽 단부(13)는, 이 개구(74)로부터 피니언 기어 수용부(73)의 외부로 돌출되어 있다.
한편, 실린더 케이스부(72)는, 랙 바(20)에 대해서 피니언 기어(11)의 반대측(랙 바(20)의 배면(22)측)에 위치하도록 랙 케이스부(71)에 일체적으로 형성되어 있고, 실린더 케이스부(72)의 내부와 랙 케이스부(71)의 내부는, 피니언 기어 수용부(73) 내의 피니언 기어(11)에 면한 개구(75)를 거쳐 연결되어 있다. 또, 실린더 케이스부(72)의 개방 단부(76)의 내벽면(78)에는, 캡(60)을 고정하기 위한 나사부(77)가 형성되어 있다.
랙 가이드(30)는, 랙 바(20)의 배면(22)을 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이딩 면(33)이 마련된 한쪽 단부면(端面)(도 2에 있어서의 베이스부(31)의 한쪽 단부면(38B))을 랙 바(20)의 배면(22) 측을 향해, 실린더 케이스부(72)의 내부에 Z방향으로 슬라이드 가능하게 수용되고, 랙 바(20)에 대해서 피니언 기어(11)의 반대측(피니언 기어(11)와 랙 기어(21)와의 맞물림 위치에 있어서의 랙 바(20)의 배면(22)측)에 위치시켜져 있다. 또, 랙 가이드(30)의 다른쪽 단부면(도 2에 있어서의 베이스부(31)의 다른쪽 단부면(38A)) 측에는, 코일 스프링(40)용의 스프링 가이드(바닥이 달린(bottomed) 구멍)(35)가 마련되어 있다. 또한, 이 랙 가이드(30)의 상세한 구조에 대해서는 후술한다.
코일 스프링(40)은, 랙 가이드(30)의 스프링 가이드(35) 내에 삽입되도록 하우징(70)의 실린더 케이스부(72) 내에 수용되어 있다. 하우징(70)의 실린더 케이스부(72)의 개방 단부(76)에 캡(60)이 끼워넣어지면, 코일 스프링(40)은, 하우징(70)의 실린더 케이스부(72) 내에 있어서, 랙 가이드(30)와 캡(60)의 내측면(61) 사이에 위치시켜진다. 코일 스프링(40)의 자연 길이는 랙 가이드(30)의 스프링 가이드(35)의 깊이보다도 길기 때문에, 코일 스프링(40)의 한쪽 단부(41)는, 랙 가이드(30)의 스프링 가이드(35)로부터 캡(60)의 내측면(실린더 케이스부(72)의 내측으로 향해지는 한쪽 면)(61)측으로 돌출되어 있다.
캡(60)은, 실린더 케이스부(72)의 개방 단부(76)에 끼워넣음가능한 원판 형상을 가지고, 그 캡(60)의 외주에는 나사부(62)가 형성되어 있다. 하우징(70)의 실린더 케이스부(72) 내에 랙 가이드(30)를 삽입하고 나서, 또 랙 가이드(30)의 스프링 가이드(35) 내에 코일 스프링(40)을 수용한 후에, 캡(60)의 나사부(62)를, 실린더 케이스부(72)의 개방 단부(76)의 나사부(77)에 나사삽입(screwing)하는 것에 의해, 실린더 케이스부(72)의 개방 단부(76)에 캡(60)이 고정되어 실린더 케이스부(72)가 닫힘과 동시에, 캡(60)의 내측면(61)과 랙 가이드(30)의 스프링 가이드(35)의 바닥면(351) 사이에서 코일 스프링(40)이 압축된다. 이것에 의해, 코일 스프링(40)의 복원력으로 랙 바(20)가 피니언 기어(11)측으로 바이어스되고, 랙 기어(21)가 피니언 기어(11)에 압압(押壓)되기 때문에, 랙 기어(21)와 피니언 기어(11)의 맞물림 위치에 있어서의 톱니의 이간(disengagement)이 방지된다.
다음에, 랙 가이드(30)의 상세한 구조에 대해서 설명한다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는, 랙 가이드(30)의 외관도, 평면도, 정면도 및 저면도이며, 도 2e는, 도 2b의 A－A 단면도이다.
도시하는 바와 같이, 랙 가이드(30)는, 내구성 및 내충격성이 우수한 금속 재료 등으로 형성된 원기둥모양의 베이스부(31)와, 베이스부(31)의 한쪽 단부면(38B)측에 고정된 랙 가이드 시트(32)를 가진다.
베이스부(31)의 다른쪽 단부면(38A)에는, 스프링 가이드(35)로서 바닥이 달린 구멍이 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 코일 스프링(40)은, 이 스프링 가이드(35)에 삽입되고, 실린더 케이스부(72)의 개방 단부(76)에의 캡(60)의 나사삽입에 의해 스프링 가이드(35)의 바닥면(351)과 캡(60)의 내측면(61) 사이에서 압축된다.
베이스부(31)의 한쪽 단부면(38B)의 중앙 영역(베이스부(31)의 축심(O2)을 둘러싸는 영역)에는, 랙 가이드 시트(32)의 이면(베이스부(31)측의 면)(326)의 형상에 따른 곡면 형상의 홈부(37)가 형성되어 있다. 또한, 이 홈부(37)의 중앙 영역(베이스부(31)의 축심(O2)을 둘러싸는 영역)에는, 랙 가이드 시트(32)의 보스부(34)를 압입하기 위한 시트 고정용 관통구멍(36)이 형성되어 있다.
또한, 베이스부(31)의 외주면(39)에 둘레 방향의 홈(391)을 적어도 1개 형성하고, 이 홈(391)의 내부에, 이 홈(391)의 깊이 치수보다도 선지름(線徑)이 큰 O링 등의 고리모양의 탄성 부재(80)를 끼워넣어도 좋다. 이것에 의해, 베이스부(31)를 둘레 방향으로 둘러싸는 고리모양의 탄성 부재(80)가, 하우징(70)의 실린더 케이스부(72)의 내벽면(78)과 베이스부(31)의 외주면(39) 사이에서 압축되기 때문에, 그 탄성력에 의해서 랙 가이드(30)의 덜컹거림이 억제된다.
랙 가이드 시트(32)는, 랙 바(20)의 배면(22)의 곡면 형상에 따라서 만곡된 부재이며, 랙 바(20)의 배면(22)을 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이딩 면(33)을 가진다.
도 3은, 슬라이딩 면(33)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도시하는 바와 같이, 슬라이딩 면(33)은, 랙 바(20)의 축심 방향에 수직인 단면인 YZ 단면에 있어서, 랙 바(20)의 중심(O)과 슬라이딩 면(33)의 바닥부 중앙(C)을 연결하는 직선(O3)에 대해서 선대칭인 2개의 접촉 위치(TA, TB)를 랙 바(20)의 배면(22)과의 접촉 위치로 하는 오목면(330)을 가진다.
오목면(330)은, YZ 단면에 있어서, 각각 접촉 위치(TA, TB)에 접속해서, 접촉 위치(TA, TB)로부터 슬라이딩 면(33)의 둘레 가장자리측(320)에 배치되고, 직선(O3)에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제1 원호면(331A, 331B)과, 각각 접촉 위치(TA, TB)에 접속해서, 접촉 위치(TA, TB)로부터 슬라이딩 면(33)의 바닥부측(321)에 배치되고, 직선(O3)에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제2 원호면(332A, 332B)을 포함한다.
여기서, 접촉 위치(TA, TB)는, 랙 바(20)의 중심(O) 및 접촉 위치(TA, TB)를 연결하는 직선과, 직선(O3)이 이루는 각(도 4에 도시하는 이루는 각(θ)에 해당)이 50도 이하로 되는 범위 내로 설정되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15도∼45도의 범위로 된다.
또, 제1 원호면(331A, 331B)은, YZ 단면에 있어서, 접촉 위치(TA, TB)로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 랙 바(20)의 배면(22)과의 갭이 제2 원호면(332A, 332B)보다도 커지도록 설정되어 있다.
구체적으로는, YZ 단면에 있어서, 제1 원호면(331A, 331B)의 곡률 중심(OA1, OB1)은, 랙 바(20)의 배면(22)의 곡률 중심(O)보다도 랙 기어(21)측의 위치로서, 또한 직선(O3)에 관해서 선대칭인 위치에 있고, 마찬가지로, 제2 원호면(332A, 332B)의 곡률 중심(OA2, OB2)은, 랙 바(20)의 배면(22)의 곡률 중심(O)보다도 랙 기어(21)측의 위치로서, 또한 직선(O3)에 관해서 선대칭인 위치에 있다. 그리고, 제1 원호면(331A, 331B)의 곡률 반경(R1) 및 제2 원호면(332A, 332B)의 곡률 반경(R2)은, 랙 바(20)의 배면(22)의 곡률 반경(R)보다도 크다. 또, 제1 원호면(331A, 331B)의 곡률 반경(R1)은, 제2 원호면(332A, 332B)의 곡률 반경(R2)보다도 크다.
랙 가이드 시트(32)의 이면(326)에는, 슬라이딩 면(33)의 반대측으로 돌출된 보스부(34)가 형성되어 있다. 랙 가이드 시트(32)는, 베이스부(31)의 홈부(37)의 내측에 수용됨과 동시에, 이 보스부(34)를 베이스부(31)의 시트 고정용 관통구멍(36)에 압입하는 것에 의해서 베이스부(31)에 고정된다.
이상, 본 발명의 일실시 형태에 대해서 설명했다.
본 실시 형태에서는, 랙 가이드 시트(32)의 슬라이딩 면(33)을, 랙 바(20)의 축심 방향에 수직인 단면인 YZ 단면에 있어서, 랙 바(20)의 중심(O)과 슬라이딩 면(33)의 바닥부 중앙(C)을 연결하는 직선(O3)에 대해서 선대칭인 2개의 접촉 위치(TA, TB)에서 랙 바(20)의 배면(22)에 접촉하는 오목면(330)으로 하고 있다. 그리고, 이 오목면(330)을, YZ 단면에 있어서, 각각 접촉 위치(TA, TB)에 접속해서, 접촉 위치(TA, TB)로부터 슬라이딩 면(33)의 둘레 가장자리측(320)에 배치되고, 직선(O3)에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제1 원호면(331A, 331B)과, 각각 접촉 위치(TA, TB)에 접속해서, 접촉 위치(TA, TB)로부터 슬라이딩 면(33)의 바닥부측(321)에 배치되고, 직선(O3)에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제2 원호면(332A, 332B)을 포함해서 구성함과 동시에, 랙 바(20)의 배면(22)과의 접촉 위치(TA, TB)로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 랙 바(20)의 배면(22)과의 갭에 대해서, 제1 원호면(331A, 331B)을 제2 원호면(332A, 332B)보다도 크게 하고 있다.
여기서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 랙 가이드 시트(32)의 슬라이딩 면(33)에 있어서의 랙 바(20)의 배면(22)과의 접촉 위치에 가해지는 수직 하중을 W, 이 접촉 위치에 있어서의 랙 바(20)로부터 랙 가이드 시트(32)에 입력하는 입력 하중(직선(O3) 방향의 하중)을 P, 수직 하중(W)의 하중 방향과 입력 하중(P)의 하중 방향이 이루는 각을 θ, 마찰 계수를 μ, 그리고, 랙 가이드 시트(32)의 슬라이딩 면(33)의 접촉 위치에 생기는 마찰력을 F로 한 경우, F=μW=μP/cosθ로 되고, 입력 하중(P) 및 마찰 계수(μ)가 일정한 경우, 이루는 각(θ)이 커질수록, 마찰력(F)이 커진다(쐐기 효과). 이 때문에, 접촉 위치(TA, TB)에 있어서의 마찰력(F)에 비해, 접촉 위치(TA, TB)보다도 슬라이딩 면(33)의 둘레 가장자리측(320)의 접촉 위치(SA, SB)에 있어서의 마찰력(F)은 커지고, 접촉 위치(TA, TB)보다도 슬라이딩 면(33)의 바닥부측(321)의 접촉 위치(UA, UB)에 있어서의 마찰력(F)은 작아진다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 랙 가이드 시트(32)의 슬라이딩 면(33) 혹은 랙 바(20)의 배면(22)의 곡률 반경에 제작 편차가 포함되는 경우에 있어서, 양자의 접촉 위치가 제1 원호면(331A, 331B)과 제2 원호면(332A, 332B)과의 경계(즉 접촉 위치(TA, TB))로부터 바닥부측(321)(즉 제2 원호면(332A, 332B)측)으로 어긋나는 경우는, 이루는 각(θ)이 작아지는 방향으로의 어긋남이며, 특별히 문제로 되지는 않지만, 둘레 가장자리측(320)(즉 제1 원호면(331A, 331B)측)으로 어긋나는 경우는, 이루는 각(θ)이 커지는 방향으로의 어긋남이며, 문제로 된다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 접촉 위치(TA, TB)로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 랙 바(20)의 배면(22)과의 갭에 대해서, 제1 원호면(331A, 331B)을 제2 원호면(332A, 332B)보다 크게 하고 있으므로, 둘레 가장자리측(320)으로 어긋난 경우에 있어서의 이루는 각(θ)의 증가를 낮게 억제할 수 있고, 랙 가이드 시트(32)의 슬라이딩 면(33)과 랙 바(20)의 배면(22) 사이의 마찰력의 증가를 낮게 억제할 수가 있다. 이것에 의해, 랙 바(20)와의 접촉 영역을 넓게 하면서, 랙 가이드 시트(32)의 슬라이딩 면(33) 혹은 랙 바(20)의 배면(22)의 곡률 반경의 제작 편차에 의한 영향을 작게 할 수가 있다.
또한, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기의 실시 형태에서는, 랙 가이드 시트(32)의 슬라이딩 면(33)의 오목면(330)을 구성하는 제1 원호면(331A, 331B) 및 제2 원호면(332A, 332B)에 대해서, 랙 바(20)의 축심 방향에 수직인 단면인 YZ 단면에 있어서, 제1 원호면(331A, 331B)의 곡률 중심(OA1, OB1) 및 제2 원호면(332A, 332B)의 곡률 중심(OA2, OB2)이, 각각, 랙 바(20)의 배면(22)의 곡률 중심(O)보다도 랙 기어(21)측의 위치로서, 또한 직선(O3)에 관해서 선대칭인 위치에 있고, 제1 원호면(331A, 331B)의 곡률 반경(R1) 및 제2 원호면(332A, 332B)의 곡률 반경(R2)이 랙 바(20)의 배면(22)의 곡률 반경(R)보다도 크고, 또한, 제1 원호면(331A, 331B)의 곡률 반경(R1)이 제2 원호면(332A, 332B)의 곡률 반경(R2)보다도 커지도록 설정하고 있다.
그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 슬라이딩 면(33)의 오목면(330)을 구성하는 제1 원호면(331A, 331B) 및 제2 원호면(332A, 332B)은, 랙 바(20)의 배면(22)과의 접촉 위치(TA, TB)로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 랙 바(20)의 배면(22)과의 갭에 대해서, 제1 원호면(331A, 331B)이 제2 원호면(332A, 332B)보다도 커지는 것이면 좋다.
또, 상기의 실시 형태에 있어서, 스티어링 장치는, 피니언 기어(11) 또는 랙 바(20)의 움직임을 모터로 어시스트하는 파워 스티어링 기구가 탑재되어 있는 것 이라도 좋다.
또, 상기의 실시 형태에서는, 차량의 스티어링 장치에의 적용예를 들고 있지만, 본 발명은, 차량의 스티어링 장치에 한하지 않고, 예를 들면 광학 기기의 핀트맞춤(focusing) 조작 기구 등, 랙 앤드 피니언식의 기어 기구를 이용하고 있는 기기에 널리 적용할 수가 있다.
1：랙 앤드 피니언식의 기어 기구,　10：피니언 축,　11：피니언 기어,　12：피니언 축의 외주면,　13：피니언 축의 단부,　20：랙 바,　21：랙 기어,　22：랙 바의 배면,　30：랙 가이드,　31：베이스부,　32：랙 가이드 시트,　33：슬라이딩 면,　34：보스부,　35：스프링 가이드,　36：베이스부의 시트 고정용 관통구멍, 37：베이스부의 홈부,　38A：베이스부의 바닥면, 38B：베이스부의 상면,　39：베이스부의 외주면,　50：베어링, 40：코일 스프링, 60：캡,　61：캡의 내측면,　62：캡의 나사부,　70：하우징,　71：랙 케이스부,　72：실린더 케이스부,　73：피니언 기어 수용부,　74, 75：개구,　76：실린더 케이스부의 개방 단부,　77：실린더 케이스부의 나사부,　78：실린더 케이스부의 내벽면,　80：탄성 부재,　320：슬라이딩 면(33)의 둘레 가장자리측,　321：슬라이딩 면(33)의 바닥부측,　326：랙 가이드 시트(32)의 이면,　330：오목면,　331A, 331B：제1 원호면,　332A, 332B：제2 원호면.

Claims (3)

  1. 피니언 기어와 맞물리는 랙 기어가 형성된 랙 바를, 상기 랙 기어의 반대측으로부터 슬라이드 가능하게 지지하고, 상기 피니언 기어의 회전에 따라 이동하는 상기 랙 바를 당해 랙 바의 축심 방향으로 안내하는 랙 가이드로서,
    상기 랙 바에 있어서 상기 랙 기어의 반대측에 형성된 원호모양의 배면을 슬라이드 가능하게 지지하는 슬라이딩 면을 구비하고,
    상기 슬라이딩 면은,
    상기 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 랙 바의 중심과 상기 슬라이딩 면의 바닥부 중앙을 연결하는 직선에 대해서 선대칭인 2개의 위치를 상기 랙 바의 배면과의 접촉 위치로 하는 오목면을 가지고,
    상기 오목면은,
    상기 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 접촉 위치로부터 상기 슬라이딩 면의 둘레 가장자리측에 배치되고, 상기 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제1 원호면과, 상기 접촉 위치로부터 상기 슬라이딩 면의 바닥부측에 배치되고, 상기 직선에 대해서 선대칭인 한 쌍의 제2 원호면을 포함하고,
    상기 제1 원호면은,
    상기 랙 바의 축심 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 접촉 위치로부터 동일 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 상기 랙 바의 배면과의 갭이 상기 제2 원호면보다 큰 것을 특징으로 하는 랙 가이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 원호면 및 상기 제2 원호면은,
    상기 랙 바의 배면의 단면 형상의 곡률 중심보다도 상기 랙 기어측의 위치를 곡률 중심으로 하고, 또한 상기 랙 바의 배면의 단면 형상보다도 곡률 반경이 큰 단면 형상을 가지고 있고,
    상기 제1 원호면은,
    상기 제2 원호면의 단면 형상보다도 곡률 반경이 큰 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 랙 가이드.
  3. 이동체의 진행 방향을, 스티어링 휠의 회전에 따라 변경하는 기어 기구로서,
    상기 스티어링 휠의 회전에 따라 회전하는 피니언 기어와,
    상기 피니언 기어와 맞물리는 랙 기어가 형성되고, 상기 피니언 기어와 상기 랙 기어와의 맞물림에 의해, 상기 피니언 기어의 회전에 따라 왕복 이동해서 상기 이동체의 차바퀴의 방향을 바꾸는 랙 바와,
    상기 랙 바를 당해 랙 바의 축심 방향으로 슬라이드 가능하게 지지하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 랙 가이드와,
    상기 피니언 기어에 상기 랙 기어를 꽉 누르는 방향으로 상기 랙 가이드를 바이어스(付勢)하는 탄성체를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 기구.
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