JP2012011868A - ラック軸支持装置および車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の少ないラック軸支持装置および車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】封止部材１９の前面１９ａに摩擦低減シート２０を固定する。摩擦低減シート２０は、芯金２９と、芯金２９の前面２９ａに貼り付けられた、固体潤滑剤を含むシート３０とを備える。路面からの逆入力を受けて傾いた状態で後退したラック軸支持部材１８が、固体潤滑剤を含むシート３０に片当たり状態で当接する（図４参照）。ラック軸支持部材１８の片当たり箇所Ｂを、抵抗なくスムーズに、摩擦低減シート２０の前面２０ａに沿って矢符Ｙ１の方向へ滑らせて、ラック軸支持部材１８および摩擦低減シート２０の全面接触に導く。
【選択図】図４

Description

本発明はラック軸支持装置およびこれを含む車両用操舵装置に関する。

ラックアンドピニオン式のステアリング装置には、通例、ラックとピニオンとの間のバックラッシを除去するためのラック軸支持装置が設けられている。
そのラック軸支持装置では、ハウジングに設けられた保持孔に、前後に摺動可能なラック軸支持部材（サポートヨーク）と、保持孔の入口を塞ぐ封止部材と、ラック軸支持部材と封止部材の間に介在した圧縮コイルばねとを収容している。圧縮コイルばねにより付勢されたラック軸支持部材によって、ラック軸を軸方向に摺動可能に支持するとともにラック軸をピニオン軸側へ押圧している。

長期の使用によって、ラック軸およびラック軸支持部材の摺動部分の摩耗が進行すると、封止部材とラック軸支持部材との間の隙間が大きくなるため、ラック軸支持部材の前後方向のがたつきが大きくなる。その結果、ラトル音が発生するおそれがある。
そこで、ラック軸支持部材の前後のがたつきを抑制するために、封止部材とラック軸支持部材との間に介在し封止部材にカム結合された中間部材を、捩じりばねによって回転させることにより、中間部材を封止部材側へ移動させて、中間部材とラック軸支持部材との間の、増大した隙間を減じるようにしたラック軸支持装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１では、中間部材とラック軸支持部材との間の上記隙間に、環状のゴム等の弾性部材を介在している。ラック軸支持部材がラック軸側からの逆入力を受けたときには、弾性部材が、当該弾性部材が収容されている環状凹部内に完全に収容されることにより、ラック軸支持部材が、封止部材により受けられた中間部材に当接する（隙間がゼロになる）。

また、捩じりばねによって中間部材をスムーズに回転させることができるように、弾性部材と中間部材との間に環状板を介在し、その環状板の中間部材側の面を低摩擦面に仕上げている。すなわち、ラック軸支持部材、ゴム等の環状の弾性部材および環状板は、回転せず、環状板に対して中間部材がスムーズに回転できるようにしている。

特開２０１０−３６６１０号公報

しかしながら、上記隙間を適正な量に調整しているにもかかわらず、路面からの逆入力を受けたときに、大きな打音による騒音が生じるという問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音の少ないラック軸支持装置および車両用操舵装置を提供することを目的とする。

本願発明者は、路面からの逆入力のときの騒音の原因が下記にあるという知見を得た。すなわち、路面からの逆入力が入るときに、ラック軸がねじられた状態でラック軸支持部材を押す。このため、ラック軸支持部材が傾きながら保持孔内を後退し、傾いた状態のラック軸支持部材の後端の外縁のみが、封止部材の前面に当接する、いわゆる片当たり状態となる。ラック軸支持部材の後端と封止部材の前面との間の摩擦が大きいと、ラック軸支持部材の後端の片当たり箇所が、封止部材の前面に引っ掛かった状態となる。そして、ラック軸支持部材を押す力が、上記摩擦に打ち勝ったときに、ラック軸支持部材が傾きを戻しながら、封止部材の端面に全面で衝突する。すなわち、一旦、ラック軸支持部材が傾いて引っ掛かった状態で蓄えられていたたエネルギが、一気に解放され、ラック軸支持部材が揺動しながら封止部材の端面を衝撃的に叩くことで、非常に大きな打音が発生するという知見を得た。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、上記目的を達成するため、本発明は、ハウジング（１７）に形成された保持孔（１６）内に上記保持孔の深さ方向（Ｘ１）に摺動可能に収容され且つラック軸（８）を摺動可能に支持するラック軸支持部材（１８）と、上記保持孔の入口に固定された封止部材（１９）と、上記封止部材によって受けられ上記ラック軸支持部材を上記ラック軸側に付勢する付勢部材（２１）と、を備え、上記ラック軸支持部材の後面（１８ｂ）およびこれに対向する上記封止部材の前面（１９ａ）の何れか一方に、固体潤滑剤を含む摩擦低減シート（２０；１２０；２２０）が固定されているラック軸支持装置（１５；１１５；２１５）を提供する（請求項１）。

例えば摩擦低減シートが封止部材の前面に固定されている場合に則して説明すると、路面からの逆入力を受けて傾いた状態で後退したラック軸支持部材が、片当たり状態で摩擦低減シートの前面に当接した際に、ラック軸支持部材の片当たり箇所を、抵抗なくスムーズに、摩擦低減シートの前面に沿って滑らせることができる。このため、片当たり状態でエネルギが蓄積されることがないので、ラック軸支持部材の後退時の打音を格段に小さくすることができる。その結果、騒音を小さくすることができる。

また、上記摩擦低減シートは、上記ラック軸支持部材の後面およびこれに対向する上記封止部材の前面の上記一方に固定された芯金（２９；１２９；２２９）と、上記芯金の表面（２９ａ；１２９ａ；２２９ａ）に設けられた、固体潤滑剤を含むシート（３０；１３０；２３０）または被膜と、を含む場合がある（請求項２）。この場合、芯金によって、摩擦低減シートとして十分な強度を確保することができる。また、逆入力でラック軸支持部材が、例えば摩擦低減シートに片当たりした際に、その片当たり箇所を、固体潤滑剤を含むシートまたは固体潤滑剤を含む被膜によって抵抗なくスムーズに滑らせることができる。

また、上記摩擦低減シート（２０）は、上記付勢部材としてのコイルばねの後端（２１ｂ）を受けている場合がある（請求項３）。この場合、付勢部材としてのコイルばねの倒れを抑制でき、安定した付勢荷重を得ることができる。
また、上記摩擦低減シート（１２０；２２０）は、上記付勢部材としてのコイルばねの後端を取り囲む環状をなす場合がある（請求項４）。この場合、摩擦低減シートを小型化でき、製造コストを安くすることができる。

また、上記ラック軸支持装置を用いて上記ラック軸を軸方向に摺動可能に支持する車両用操舵装置（１）であれば、好ましい（請求項５）。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の第１の形態のラック軸支持装置が適用された車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 ラック軸支持装置が適用された車両用操舵装置の要部の断面図である。 ラック軸支持部材の要部の拡大断面図であり、通常時を示している。 ラック軸支持部材の要部の拡大断面図であり、逆入力で後退したラック軸支持部材が、摩擦低減シートに片当たりした状態を示している。 本発明の第２の実施の形態のラック軸支持装置の要部の断面図である。 本発明の第３の実施の形態のラック軸支持装置の要部の断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４は本発明の第１の実施の形態を示している。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸８とを有している。ピニオン軸７およびラック軸８により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。

ラック軸８は、車体に固定されるラックハウジング９内に、滑り軸受であるラックブッシュ５０を介して、軸方向Ｚ１に沿って直線往復動可能に支持されている。ラック軸８の両端部はラックハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。

操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラック軸８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
図２を参照して、ピニオン軸７は、ピニオン７ａを挟んだ上部７ｂと下部７ｃを有している。ピニオン軸７は、例えば玉軸受からなりピニオン軸７の上部７ｂを支持する第１の軸受１２と、例えば針状ころ軸受からなりピニオン軸７の下部７ｃを支持する第２の軸受１３とによって、ピニオンハウジング１４内に回転可能に支持されている。ピニオン軸７のピニオン７ａとラック軸８のラック８ａとは、ピニオンハウジング１４内で相互に噛み合わされている。

車両用操舵装置１にはラック軸支持装置１５が装備されている。ラック軸支持装置１５は、円孔からなる保持孔１６を有するハウジング１７と、保持孔１６に保持孔１６の深さ方向Ｘ１に沿って摺動可能に収容され且つラック軸８のラック８ａの背面である被支持面８ｂを摺動可能に支持するラック軸支持部材１８と、保持孔１６の入口にねじ込まれて固定された封止部材としての封止ねじ１９とを備えている。保持孔１６の入口における内周面１６ａに、雌ねじ部１６ｂが形成され、この雌ねじ部１６ｂに、上記封止ねじ１９の雄ねじ部１９ｃがねじ込まれている。

ラック軸支持装置１５のハウジング１７は、ピニオンハウジング１４と単一の材料で一体に形成され、ラック軸８を隔ててピニオン軸７とは反対側に配置されている。ピニオンハウジング１４およびハウジング１７は例えばダイキャストにより製作される。
封止ねじ１９の前面１９ａには、固体潤滑剤を含む円板状の摩擦低減シート２０が固定されている。ラック軸支持装置１５は、ラック軸支持部材１８と摩擦低減シート２０との間に介在する付勢部材２１を備えている。付勢部材２１は、ラック軸支持部材１８をラック軸８側へ弾性的に付勢する例えば圧縮コイルばねからなる。

ラック軸支持部材１８の前面１８ａには、ラック軸８を軸長方向に摺動自在に支持する凹面２２が形成されている。この凹面２２にはラック軸８の周面に摺接するパッド２３が取り付けられている。ラック軸支持部材１８の後面１８ｂには、付勢部材２１を収容する凹所２４が設けられている。その凹所２４の底には、付勢部材２１の前端２１ａの内径に遊嵌する突起からなるガイド２５が形成されている。

ラック軸支持部材１８の外周面１８ｃには、周方向に延びて環状をなす一対の収容溝２６が形成され、各収容溝２６には例えばＯリングからなる環状の弾性部材２７がそれぞれ収容され、保持孔１６の内周面１６ａに弾性的に接触している。一対の弾性部材２７はラック軸支持部材１８を径方向に弾性支持し、ラック軸支持部材１８のがたつきを防止する。

封止ねじ１９の前面１９ａに固定された摩擦低減シート２０の前面２０ａと、ラック軸支持部材１８の後面１８ｂとは、所定の隙間Ｓをあけて対向している。この隙間Ｓの量は、封止ねじ１９のねじ込み位置の調整により、例えば０．０５〜０．１ｍｍの範囲内の所定値に厳密に調整されている。
封止ねじ１９の後面１９ｂには、封止ねじ１９を回動操作する工具に係合するための工具係合孔２８が形成されている。工具係合孔２８は例えば断面多角形形状に形成される。

図２の拡大図である図３を参照して、摩擦低減シート２０は、封止ねじ１９の前面１９ａに固定された円板状の芯金２９を有している。芯金２９の表面としての前面２９ａに、固体潤滑剤を含むシート３０が貼り付けられている。固体潤滑剤としては、例えば、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン、グラファイト等を用いることができる。芯金２９の後面２９ｂから突出する突起３１が、封止ねじ１９の前面１９ａに設けられた圧入孔３２に圧入されることにより、摩擦低減シート２０が、封止ねじ１９に固定されている。摩擦低減シート２０において、固体潤滑剤を含むシート３０が、付勢部材２１の後端２１ｂを受けている。

本実施の形態によれば、路面からの逆入力を受けて傾いた状態で後退したラック軸支持部材１８が、図４に示すように、摩擦低減シート２０の前面２０ａに片当たり状態で当接した際に、そのラック軸支持部材１８の片当たり箇所Ｂを、抵抗なくスムーズに、摩擦低減シート２０の前面２０ａに沿って、矢符Ｙ１の方向へ滑らせて、ラック軸支持部材１８および摩擦低減シート２０の全面接触に導くことができる。したがって、片当たり状態で引っ掛かってエネルギが蓄積されることがないので、ラック軸支持部材１８の後退時の打音を格段に小さくすることができる。その結果、騒音を小さくすることができる。

また、摩擦低減シート２０が、芯金２９と、芯金２９の表面としての前面２９ａに貼り付けられた、固体潤滑剤を含むシート３０とを含んでいるので、芯金２９によって、摩擦低減シート２０として十分な強度を確保することができる。また、逆入力でラック軸支持部材１８が、摩擦低減シート２０の前面２０ａに片当たりした際に、その片当たり箇所を、上記前面２０ａに貼り付けられた、固体潤滑剤を含むシート３０によって、抵抗なくスムーズに滑らせることができる。

また、摩擦低減シート２０によって、付勢部材２１の後端２１ｂを受けているので、付勢部材２１の倒れを抑制でき、安定した付勢荷重を得ることができる。
なお、本実施の形態において、芯金２９の前面２９ａに、固体潤滑剤を含むシート３０を貼り付けていたが、このシート３０に代えて、芯金２９の前面２９ａに、固体潤滑剤を含む被膜（固体潤滑被膜）を被覆するようにしてもよい。

図５は本発明の第２の実施の形態を示している。図５を参照して、本実施の形態のラック軸支持装置１１５が図３の実施の形態のラック軸支持装置１５と主に異なるのは、図３で用いた円板状の摩擦低減シート２０に代えて、付勢部材２１の後端２１ｂを取り囲む摩擦低減シート１２０を用いた点にある。付勢部材２１の後端２１ｂは、封止ねじ１９の前面１９ａによって受けられている。

摩擦低減シート１２０は、封止ねじ１９の前面１９ａに固定された環状の芯金１２９を有している。芯金１２９の表面としての前面１２９ａに、ＰＴＦＥ等の固体潤滑剤を含む環状のシート１３０が貼り付けられている。このシート１３０に代えて、芯金１２９の前面１２９ａに被覆された、固体潤滑剤を含む被膜（固体潤滑被膜）を用いるようにしてもよい。芯金１２９の後面１２９ｂから突出する複数の突起１３１が、封止ねじ１９の前面１９ａに設けられた対応する圧入孔１３２に圧入されることにより、摩擦低減シート１２０が、封止ねじ１９に固定されている。

本実施の形態の構成要素において、図３の実施の形態と同じ構成要素には、図３の実施の形態と同じ参照符号を付してある。本実施の形態においても、図３の実施の形態と同じように、路面からの逆入力を受けたときに、ラック軸支持部材１８が片当たり状態で引っ掛かってエネルギが蓄積されることがないので、ラック軸支持部材１８の後退時の打音を格段に小さくすることができる。その結果、騒音を小さくすることができる。

次いで、図６は、本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態のラック軸支持装置２１５が図５の実施の形態のラック軸支持装置１１５と主に異なるのは、図５の環状の摩擦低減シート１２０に代えて、ラック軸支持部材１８の後面１８ｂに、環状の摩擦低減シート２２０を固定するようにした点にある。
摩擦低減シート２２０は、ラック軸支持部材１８の後面１８ｂに固定された環状の芯金２２９を有している。芯金２２９の表面としての後面２２９ｂに、ＰＴＦＥ等の固体潤滑剤を含む環状のシート２３０が接合されている。このシート２３０に代えて、芯金２２９の後面２２９ｂに被覆された、固体潤滑剤を含む被膜（固体潤滑被膜）を用いるようにしてもよい。芯金２２９の前面２２９ａから突出する複数の突起２３１が、ラック軸支持部材１８の後面１８ｂに設けられた対応する圧入孔２３２に圧入されることにより、摩擦低減シート２２０が、ラック軸支持部材１８に固定されている。

本実施の形態においても、図５の実施の形態と同じように、路面からの逆入力を受けたときに、ラック軸支持部材１８が片当たり状態で引っ掛かってエネルギが蓄積されることがないので、ラック軸支持部材１８の後退時の打音を格段に小さくすることができる。その結果、騒音を小さくすることができる。
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、上記各実施の形態では、芯金に固体潤滑剤を含むシートを貼り付けたり、芯金に固体潤滑剤を含む被膜を被覆したが、これに代えて、芯金を用いないで、摩擦低減シートの全体をＰＴＦＥ等の固体潤滑剤で形成してもよい。その他、本発明の請求項記載の範囲で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、７…ピニオン軸、８…ラック軸、１４…ピニオンハウジング、１５；１１５；２１５…ラック軸支持装置、１６…保持孔、１７…ハウジング、１８…ラック軸支持部材、１８ｂ…（ラック軸支持部材の）後面、１９…封止ねじ（封止部材）、１９ａ…（封止ねじの）前面、２０；１２０；２２０…摩擦低減シート、２１…付勢部材、２１ｂ…（付勢部材の）後端、２９；１２９；２２９…芯金、２９ａ；１２９ａ…（芯金の表面としての）前面、２２９ｂ…（芯金の表面としての）後面、３０；１３０；２３０…（固体潤滑剤を含む）シート、Ｘ１…（保持孔の）深さ方向

Claims (5)

1. ハウジングに形成された保持孔内に上記保持孔の深さ方向に摺動可能に収容され且つラック軸を摺動可能に支持するラック軸支持部材と、
   上記保持孔の入口に固定された封止部材と、
   上記封止部材によって受けられ上記ラック軸支持部材を上記ラック軸側に付勢する付勢部材と、を備え、
   上記ラック軸支持部材の後面およびこれに対向する上記封止部材の前面の何れか一方に、固体潤滑剤を含む摩擦低減シートが固定されているラック軸支持装置。
2. 請求項１において、上記摩擦低減シートは、上記ラック軸支持部材の後面およびこれに対向する上記封止部材の前面の上記一方に固定された芯金と、上記芯金の表面に設けられた、固体潤滑剤を含むシートまたは被膜と、を含むラック軸支持装置。
3. 請求項１または２において、上記摩擦低減シートは、上記付勢部材としてのコイルばねの後端を受けているラック軸支持装置。
4. 請求項１または２において、上記摩擦低減シートは、上記付勢部材としてのコイルばねの後端を取り囲む環状をなすラック軸支持装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載のラック軸支持装置を用いて上記ラック軸を軸方向に摺動可能に支持する車両用操舵装置。

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