JP2006069381A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作性向上および低騒音化を同時に実現させたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 ピニオン軸と、ピニオン軸に噛み合うラック軸と、ラック軸をピニオン軸に向けて付勢するラックガイドと、ラックガイドを収容するハウジングと、ラック軸とラックガイドとの間に介在し、ラック軸をラック軸方向に摺動自在に受けるラックガイドシートと、ハウジングの内周面とラックガイドの外周面との間に設けられ、ハウジングとラックガイドとを互いに離間するような弾性力を発生する弾性部材と、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、弾性部材のラック軸方向の弾性力は、車両上下方向の弾性力より大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操作性向上および低騒音化を同時に実現させたラックアンドピニオン式ステアリング装置に関する。

従来、ピニオン軸と、ピニオン軸に噛み合うラック軸と、ラック軸を支持するラックガイドと、ラックガイドを収容するハウジングと、ラックガイド覆いラック軸を摺動自在に受ける受け部材と、ラックガイドの外周面とハウジングの内周面との間に介在する緩衝部材と、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、受け部材および緩衝部材を合成樹脂の一体成形品からなる単一のユニットにしているステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２４０７２３号公報

しかしながら、上記従来のステアリング装置において、ラックガイドの外周面とハウジングの内周面との間に介在する緩衝部材はラックガイドの外周面とハウジングの内周面とを互いに離間するような弾性力を全周にわたって均一に発生する。したがって、ラックガイドの外周面とハウジングの内周面とを全周にわたって均等に緩衝し、ラック軸とピニオン軸との衝突による歯打ち音が防止されているが、一方でラックガイドの動きが抑止されることにより、ラック軸の摺動が抑止される。これにより、操舵初期のラック軸のスムーズな動き出しを悪化させ、操作性の低下を招いている。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、操作性向上および低騒音化を同時に実現させたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、ピニオン軸と、上記ピニオン軸に噛み合うラック軸と、上記ラック軸を上記ピニオン軸に向けて付勢するラックガイドと、上記ラックガイドを収容するハウジングと、上記ラック軸と上記ラックガイドとの間に介在し、上記ラック軸を上記ラック軸方向に摺動自在に受けるラックガイドシートと、上記ハウジングの内周面と上記ラックガイドの外周面との間に設けられ、上記ハウジングと上記ラックガイドとを互いに離間するような弾性力を発生する弾性部材と、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、上記弾性部材の上記ラック軸方向の上記弾性力は、車両上下方向の上記弾性力より小さい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である。

なお、この一態様において、上記車両上下方向とは、ラック軸方向に対して直角の方向である。

この一態様によれば、上記弾性部材の上記ラック軸方向の上記弾性力は、車両上下方向の上記弾性力より小さい。これにより、上記ラック軸方向の上記弾性力を小さくすることにより、上記ラックガイドが上記ラック軸方向へ動き易くなる。したがって、操舵初期時の上記ラック軸の初期動作をし易くすることができ、ラックアンドピニオン式ステアリング装置の操作性を向上させることができる。また、上記車両上下方向の上記弾性力を大きくすることにより、上記ラックガイドが上記車両上下方向へ動くのを確実に抑え、上記ラック軸が上記車両上下方向に動くのを確実に抑えることができる。したがって、上記ラック軸と上記ピニオン軸との噛み合い部で発生する歯打ち音等の異音をより確実に防止でき、ラックアンドピニオン式ステアリング装置の低騒音化を図ることができる。すなわち、操作性向上および低騒音化を同時に実現させたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することができる。

また、この一態様において、上記弾性部材は上記ラックガイドシートに接続され、上記ハウジングの内周面と上記ラックガイドの外周面との間に延びて、上記ハウジングの内周面に向けて凸状に形成され、上記ハウジングの内周面に弾接する複数の爪部であるのが好ましい。

さらに、この一態様において、上記ラックガイドシートには２対の上記爪部が接続され、一方の対の上記爪部は上記ラック軸方向に沿って夫々接続され、他方の対の上記爪部は上記車両上下方向に沿って夫々接続され、上記一方の対の爪部の上記弾性力は、上記他方の対の爪部の上記弾性力より小さいのが好ましい。

本発明によれば、操作性向上および低騒音化を同時に実現させたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、ステアリング装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１は、本発明の一実施例に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置を示す要部断面図である。本実施例のラックアンドピニオン式ステアリング装置２は、ピニオン軸４を備える。ピニオン軸４は、ステアリングシャフトを介してステアリングホイールに接続されている。ピニオン軸４には、ラック軸６が噛み合っている。ラック軸６は、車両の左右方向に延在し、ピニオン軸４の回転運動により左右に移動する。ラック軸６の両端には、タイロッドの一端が夫々接続され、各タイロッドの他端にはナックルアーム等を介して車輪が接続される。ステアリングホイールが操舵されると、ピニオン軸４の回転がラック軸６の左右の動きに変換され、タイロッド等を介して車輪が転舵される。

ラック軸６には、ラックガイド８が設けられる。ラックガイド８は、ラックガイドシート１０を介してラック軸６を摺動可能に支持・案内している。

ラックガイド８は略円筒状の形態を有し、ラック軸６を支持・案内する端にはＵ字状の凹部８ａが形成されている。また、ラックガイド８はハウジング１２のラックガイド収容室１２ａに収容されている。ラックガイド８の外周面とハウジング１２の内周面（ラックガイド収容室１２ａの周壁）との間には、ラックガイド８の径方向で所定の隙間Δが設定されている。この所定の隙間Δは、ラックガイド８の周方向に沿って一定であってよい。

ラックガイド８は、ラック軸６をピニオン軸４との適切な噛み合いを確保するため、スプリング１４によりラック軸６に向かって付勢されている。

ラック軸６とラックガイド８との間に介在するラックガイドシート１０は、ラック軸６をラック軸方向に摺動自在に受け、ラック軸６に向かって押圧された状態で、ラック軸６との間の滑り摩擦力を低減する役割を果たしている。

ラックガイドシート１０には、ラックガイド８の外周面とハウジング１２の内周面との隙間に延びる２対の爪部（弾性部材）１０ａが接続されている。各爪部１０ａはハウジング１２の内周面に向けてＲ形状等の凸形状をなし、先端がラックガイド８の円周方向に形成された溝部８ｂに嵌合している。また、爪部１０ａの凸状部分はハウジングの内周面に弾接している。さらに、爪部１０ａは樹脂、バネ等の弾性部材で形成されている。なお、ラックガイドシート１０には２対の爪部１０ａが接続されているが、ラックガイドシート１０に接続される爪部１０ａの数は任意でよい。また、ラックガイドシート１０と爪部１０ａは一体で形成されているが、ラックガイドシート１０と爪部１０ａは別体として形成されていてもよい。

図２（ａ）はラックガイドシート１０の形状を示す図であり、図１に示すラックガイドシート１０をＡ方向から見た図である。図２（ｂ）は図２（ａ）に示すラックガイドシート１０を直線Ｘ−Ｘ′で切断した際の断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すラックガイドシート１０を直線Ｙ−Ｙ′で切断した際の断面図である。

ラックガイドシート１０がラックガイド８のＵ字状の凹部８ａに取り付けられた状態で、一方の対の爪部１０ａが車両上下方向（ラック軸６に対して直角の方向）に沿った位置であるラックガイドシート１０の上端部１０ｂから延びている（図２（ｂ））。また、他方の対の爪部１０ａがラック軸方向に沿った位置であるラックガイドシート１０の下端部１０ｃから延びている（図２（ｃ））。

図２（ａ）に示すように、車両上下方向に沿って位置する爪部１０ａの幅ｗ１は、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの幅ｗ２より大きくなっている。また、車両上下方向に沿って位置する爪部１０ａの高さ（爪部１０ａのハウジング方向への張出量）ｈ１は、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの高さｈ２より大きくなっている。これにより、車両上下方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ１は、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ２より大きくなる。なお、爪部１０ａの弾性力Ｆ１、Ｆ２は、爪部１０ａの高さｈ１、ｈ２及び幅ｗ１、ｗ２の大きさに比例して大きくなる（図３）。また、ラックガイド８の溝部８ｂの深さ（ラックガイド８の径方向の深さ）を調整することにより、爪部１０ａの高さｈ１、ｈ２を調整してもよい。例えば、ラックガイド８の溝部８ｂの深さを大きくすれば、爪部１０ａの先端が溝部８ｂに嵌合した状態で、爪部１０ｂの高さｈ１、ｈ２小さくなる。また、溝部８ｂの深さを小さくすれば、爪部１０ａの先端が溝部８ｂに嵌合した状態で、爪部１０ｂの高さｈ１、ｈ２は大きくなる。以上のように爪部１０ｂの高さｈ１、ｈ２及び幅ｗ１、ｗ２及びラックガイド８の溝部８ｂの深さを調整することにより、爪部１０ｂの弾性力Ｆ１、Ｆ２を簡易に調整することができる。

例えば、悪路走行時等に車両の上下動が生じるが、車両上下方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ１を大きくすることにより、ラックガイド８が車両上下方向へ動くのを確実に抑え、ラック軸６が車両上下方向に動くのを確実に抑えることができる。したがって、ラック軸６とピニオン軸４との噛み合い部で発生する歯打ち音等の異音をより確実に防止できる。

また、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ２を小さくすることにより、ラックガイド８がラック軸方向へ動き易くなる。したがって、操舵初期時のラック軸６の初期動作をし易くすることができる。すなわち、車両上下方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ１、およびラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ２を最適な値に夫々調整することにより、ラック軸６とピニオン軸４との噛み合い部で発生する歯打ち音等の異音を確実に防止しつつ、ラックガイド８がラック軸方向へ動き易くし、操舵初期時のラック軸６の初期動作をし易くすることができる。なお、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ２を小さくするように設定しているが、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ２を０となるように設定してもよい。

次に、ステアリングの操作時のラック軸６およびラックガイド８の動きについて説明する。

ステアリングホイールの操舵が開始されると（即ち操舵初期時）、ラック軸６はピニオン軸４の回転力により、ラック軸方向に沿って移動しようとする力が働く。ラック軸６が移動しようとするとき、ラック軸６とラックガイドシート１０との間の最大摩擦静止力を越えるまでは、ラック軸６、ラックガイド８、及びラックガイドシート１０は一体となってラック軸６の移動方向に動く。その際、ラック軸６、ラックガイド８、及びラックガイドシート１０は、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力（反力）Ｆ２を受ける。上記一実施例では、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ２を小さく設定している。これにより、ラック軸６、ラックガイド８、及びラックガイドシート１０は、ラック軸６の移動方向に動き易くなり、操舵初期時のラック軸６の動き出しが改善される。したがって、ステアリングホイールの操舵が開始されると、直にラック軸６が動き始めることができるので、操舵初期時の操舵遅れ（応答遅れ）が大幅に低減される。すなわち、ラックアンドピニオン式ステアリング装置２の操作性が向上する。

さらに、車両上下方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力Ｆ１を大きく設定していることから、例えば悪路走行時等に車輪からラック軸６に車両上下方向の入力が加わった場合でも、ラックガイド８の車両上下方向の移動が上述の如く抑制されている。したがって、ラック軸６の車両上下方向の移動がラックガイド８により抑制され、これにより、ラック軸６とピニオン軸４との噛み合い部での歯打ち音が効果的に抑制されている。すなわち、ラックアンドピニオン式ステアリング装置２の低騒音化を図ることができる。

なお、上記一実施例において、ラックガイドシート１０と爪部１０ａとを一体で形成していることから、ラックガイド８とハウジング１２との離間にＯリングを用いた構成と比較して、部品点数及び組み付け工数を削減することができる。また、Ｏリングを用いた構成で生じる、組み付け時のＯリングの捩れ、他部品との接触による破損等の不具合が起き得ないことから組付け性を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記一実施例において、一方の対の爪部１０ａがラックガイドシート１０の上端部１０ｂから延び、他方の対の爪部１０ａがラックガイドシート１０の下端部１０ｃから延びているが、５対の爪部１０ａがラックガイドシート１０の上端部１０ｂ近傍から延びていてもよい（図４）。この場合、車両上下方向の軸線Ｌに位置する爪部１０ａの幅ｗ及び高さｈが最も大きく、車両上下方向の軸線Ｌから離れるにしたがって、爪部１０ａの幅ｗ及び高さｈが小さくなっている。これにより、車両上下方向の爪部１０ａの弾性力を大きくしつつ、ラック軸方向の爪部１０ａの弾性力を小さくすることができる。

また、上記一実施例において、ラックガイド８とハウジング１２との間には２対の爪部１０ａが設けられ、車両上下方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力を大きくし、ラック軸方向に沿って位置する爪部１０ａの弾性力を小さくする構成にしているが、ラックガイド８とハウジング１２との間にＯリングが設けられ、車両上下方向に沿って位置するＯリング部分の弾性力を大きくし、ラック軸方向に沿って位置するＯリング部分の弾性力を小さくする構成にしてもよい。なお、Ｏリングの弾性力は例えばＯリングの断面積を変えることにより、調整される。

本発明は、車両用のラックアンドピニオン式ステアリング装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。

本発明の一実施例に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置を示す要部断面図である。 （ａ）ラックガイドシートの形状を示す図であり、図１に示すラックガイドシートをＡ方向から見た図である。（ｂ）図２（ａ）に示すラックガイドシートを直線Ｘ−Ｘ′で切断した際の断面図である。（ｃ）図２（ａ）に示すラックガイドシートを直線Ｙ−Ｙ′で切断した際の断面図である。 ラックガイドシートの爪部の弾性力を示す図である。 ５対の爪部がラックガイドシートの上端部から延びている状態を示す図である。

符号の説明

２ ラックアンドピニオン式ステアリング装置
４ ピニオン軸
６ ラック軸
８ ラックガイド
８ａ 凹部
８ｂ 溝部
１０ ラックガイドシート
１０ａ 爪部（弾性部材）
１０ｂ 上端部
１０ｃ 下端部
１２ ハウジング
１２ａ ラックガイド収容室
１４ バネ

Claims (3)

1. ピニオン軸と、
   前記ピニオン軸に噛み合うラック軸と、
   前記ラック軸を前記ピニオン軸に向けて付勢するラックガイドと、
   前記ラックガイドを収容するハウジングと、
   前記ラック軸と前記ラックガイドとの間に介在し、前記ラック軸をラック軸方向に摺動自在に受けるラックガイドシートと、
   前記ハウジングの内周面と前記ラックガイドの外周面との間に設けられ、前記ハウジングと前記ラックガイドとを互いに離間するような弾性力を発生する弾性部材と、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、
   前記弾性部材の前記ラック軸方向の前記弾性力は、車両上下方向の前記弾性力より小さい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１記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、
   前記弾性部材は前記ラックガイドシートに接続され、前記ハウジングの内周面と前記ラックガイドの外周面との間に延びて、前記ハウジングの内周面に向けて凸状に形成され、前記ハウジングの内周面に弾接する複数の爪部であ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。
3. 請求項２記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、
   前記ラックガイドシートには２対の前記爪部が接続され、一方の対の前記爪部は前記ラック軸方向に沿って夫々接続され、他方の対の前記爪部は前記車両上下方向に沿って夫々接続され、前記一方の対の爪部の前記弾性力は、前記他方の対の爪部の前記弾性力より小さい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。

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