JP2016141190A - ラックガイド機構 - Google Patents

Abstract

【課題】単体の弾性部材を用いて、通常時における良好な操舵感の確保と非常時におけるピニオン軸とラック軸の速やかな噛合の復元との両立を図れるラックガイド機構を提供する。
【解決手段】ハウジング１１と、ハウジング１１に移動自在に収容されラック軸６を支持するラックガイド１３と、ハウジング１１に取り付けられるスクリュー１４と、ラックガイド１３とスクリュー１４との間に介設され、ラックガイド１３をラック軸６に付勢する弾性部材１５と、を有するラックガイド機構１０であって、弾性部材１５は、ラックガイド１３とスクリュー１４とにより常時挟持される円筒部２５と、ラックガイド１３がスクリュー１４側に所定距離、移動したときに、ラックガイド１３とスクリュー１４とにより挟持されるフランジ部２６と、を一体成形により備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラックガイド機構に関する。

ラックアンドピニオン式のステアリング装置として、ハウジングと、ピニオンギヤが形成されステアリングホイールの操作力が伝達されるピニオン軸と、ピニオンギヤと噛合するラックギヤが形成されたラック軸と、ラック軸の移動方向を案内し、かつラック軸を弾性復元力によりピニオン軸に向け付勢するラックガイド機構と、を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

ラックガイド機構は、ハウジングに摺動可能に設けられるラックガイドと、ハウジングに螺合されるスクリュー（蓋部材）と、ラックガイドとスクリューとの間に設けられ、常にラック軸がピニオン軸に押し付けられるようにラックガイドを付勢する圧縮コイルばねと、を備えて構成されている。ラック軸がピニオン軸に押圧付勢されることにより、ピニオンギヤとラックギヤとの間のバックラッシュを小さくすることができ、ステアリングホイールの操作力を確実にラック軸に伝達することができる。

特開２００２−３７０６５４号公報

ラック軸に大きな外力がかかった場合、ラック軸とピニオン軸とが大きく離反することがある。この離反状態を速やかに元に戻す方法として、圧縮コイルばねの弾性力（ばねレート）を上げる方法が考えられる。しかしながら、この方法は、ラックガイドをラック軸に押圧付勢する力が常に強くなってしまうことから、ラック軸の摺動抵抗が大きくなり、操舵感が悪くなりやすいという問題がある。

これに対し、ラックガイドとスクリューとの間に、圧縮コイルばねに加えて、皿ばねを介在させる技術が知られている。図４はその説明図であり、符号５１はピニオン軸、符号５２はラック軸、符号５３はラックガイド、符号５４はスクリュー、符号５５は圧縮コイルばね、符号５６は皿ばね、符号５７はハウジングを示している。ハウジング５７には雌ねじ５８が形成され、この雌ねじ５８にスクリュー５４の雄ねじ５９が螺合している。図４の構造では、通常時、またはラック軸５２に比較的弱い外力が作用している範囲においては、圧縮コイルばね５５の弾性復元力のみでラックガイド５３を付勢する。そして、ラック軸５２に大きな外力が作用してピニオン軸５１とラック軸５２とが大きく離反したときは圧縮コイルばね５５の弾性復元力に加えて皿ばね５６の弾性復元力をラックガイド５３に作用させる。これにより、通常時における良好な操舵感の確保と非常時におけるピニオン軸５１とラック軸５２の速やかな噛合の復元とを両立している。

しかしながら、圧縮コイルばね５５の他に皿ばね５６を用いる構造は、部品点数の増加となるため、ラックガイド機構の組み付け作業に手間がかかるという問題がある。

また、皿ばね５６は高さ寸法が低いため、皿ばね５６の圧縮量のストローク、すなわちスクリュー５４のねじ締め量の調整ストロークが微小なものとなり、皿ばね５６の圧縮量の初期設定が難しいという問題がある。
さらに、組み付け時に皿ばね５６の外縁が前記雌ねじ５８に引っ掛かり、皿ばね５６がラックガイド５３とスクリュー５４とに正しく挟持されないおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、単体の弾性部材を用いて、通常時における良好な操舵感の確保と非常時におけるピニオン軸とラック軸の速やかな噛合の復元との両立を図れるラックガイド機構を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、ハウジングと、前記ハウジングに移動自在に収容されラック軸を支持するラックガイドと、前記ハウジングに取り付けられる蓋部材と、前記ラックガイドと前記蓋部材との間に介設され、前記ラックガイドを前記ラック軸に付勢する弾性部材と、を有するラックガイド機構であって、前記弾性部材は、前記ラックガイドと前記蓋部材とにより常時挟持される第１弾性部と、前記ラックガイドが前記蓋部材側に所定距離、移動したときに、前記ラックガイドと前記蓋部材とにより挟持される第２弾性部と、を一体成形により備えていることを特徴とする。

このラックガイド機構によれば、通常時、または、ラック軸に小さな外力が作用している場合においては、第１弾性部の弾性復元力のみがラックガイドに作用する。これにより、ラック軸は、ラックガイドの摺動面に対して大きな負荷を伴わずに円滑に摺動し、良好な操舵感が得られる。そして、ラック軸に大きな外力が作用した非常時には、第１弾性部の弾性復元力と第２弾性部の弾性復元力の両方がラックガイドに作用する。これにより、ピニオン軸から大きく離反したラック軸を速やかにピニオン軸側に戻すことができる。
第１弾性部と第２弾性部とが一体に成形されることで、部品点数が増えることがなく、ラックガイド機構の組み付け作業が容易となる。

また、本発明は、前記第１弾性部は、両端が開口形成され、前記ラックガイドの移動方向を軸方向として前記ラックガイドの収容穴に収容される筒状の円筒部からなり、前記第２弾性部は、前記第１弾性部の端部において径外方向に延設されるフランジ部からなり、通常時、前記ラックガイドと前記フランジ部との間に隙間が設定されていることを特徴とする。

このラックガイド機構によれば、弾性部材の形状およびレイアウト構造を簡単なものにできる。従来のように皿ばねを用いる必要がないため、皿ばねの外縁がハウジングの雌ねじに引っ掛かるという不都合も生じない。

また、本発明は、前記収容穴の内周面と前記円筒部の外周面との間に液状体が介在されていることを特徴とする。

このラックガイド機構によれば、収容穴の内周面と円筒部の外周面との間に液状体が介在することで、両者間の摺動抵抗を減らすことができ、収容穴に収容された際の円筒部の撚れを防止できる。

本発明によれば、通常時における良好な操舵感の確保と非常時におけるピニオン軸とラック軸の速やかな噛合の復元との両立を図るに当たり、単体の弾性部材で済むため、部品点数が増えることがなく、ラックガイド機構の組み付け性が向上する。

電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明に係るラックガイド機構の構成を示す断面図である。 本発明に係るラックガイド機構の構成を示す断面図であり、第２弾性部がラックガイドとスクリューとにより挟持された状態を示す。 従来のラックガイド機構の構成を示す断面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、実施形態では、本発明のラックガイド機構が電動パワーステアリング装置に適用した例を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、油圧式のパワーステアリング装置や、マニュアルのステアリング装置に適用してもよい。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、２つのラックギヤ（ハンドル側）５ｂ、ラックギヤ（アシスト側）５ｃが形成され、軸心Ｏ１に沿うラック軸６を有するステアリング機構２と、ラック軸６に補助操舵力を与える補助トルク機構３と、を備えたラックアシスト式の装置である。

ステアリング機構２は、運転者が操作するステアリングホイール４ａと、ステアリングホイール４ａの操作により回転するステアリング軸４ｂと、ステアリング軸４ｂの下部側に図示しないトーションバーを介して設けられるピニオン軸４ｃと、両端にタイロッド７，７を介して左右の操舵車輪８、８が連結されるラック軸６と、を備えている。また、ピニオン軸４ｃのピニオンギヤ（ハンドル側）５ａは、ラック軸６のラックギヤ５ｂに噛合している。そして、運転者がステアリングホイール４ａを回転させると、ラック軸６が左右方向に移動して操舵車輪８，８が操舵される。

補助トルク機構３は、アシスト用モータ３０と、ウォームギヤ機構３１と、ピニオンギヤ（アシスト側）３２ａが形成されたアシスト軸３２と、を備え、アシスト軸３２のピニオンギヤ（アシスト側）３２ａがラック軸６のラックギヤ５ｃに噛合している。ウォームギヤ機構３１は、アシスト用モータ３０に軸着されたウォーム３３と、ウォーム３３に噛合するウォームホイール３４と、を備えている。ウォームホイール３４はアシスト軸３２に軸着されている。補助トルク機構３は、ステアリングホイール４ａに加えられたトルクが図示しないトルクセンサで検出され、その検出したトルクに応じて図示しない制御装置によりアシスト用モータ３０が駆動制御される。これにより、ウォームギヤ機構３１およびアシスト軸３２を介して、アシスト用モータ３０の発生トルクが、補助操舵力としてラック軸６に伝達される。

「ラックガイド機構１０」
電動パワーステアリング装置１は、ピニオンギヤ５ａとラックギヤ５ｂとのバックラッシュを低減させるため、図２に示すように、ラックガイド機構１０を備えている。なお、本発明のラックガイド機構１０は、補助トルク機構３におけるピニオンギヤ３２ａとラックギヤ５ｃとに対しても適用可能である。

ラックガイド機構１０は、ラック軸６に向かって開口する収容室１２が形成されたハウジング１１と、ハウジング１１の収容室１２に移動自在に収容されラック軸６を支持するラックガイド１３と、ハウジング１１に螺合して取り付けられ、収容室１２の底壁を形成するスクリュー（蓋部材）１４と、ラックガイド１３とスクリュー１４との間に介設され、ラックガイド１３をラック軸６に付勢する弾性部材１５と、を備えている。

「ハウジング１１」
ハウジング１１は、ピニオン軸４ｃやラック軸６等の各種の構成部品を収容する筺体部材である。収容室１２は、ラック軸６の収容位置から、ピニオン軸４ｃとは反対側に向けて軸心Ｏ２に沿って直線状に延びる略円柱状の貫通孔として形成されている。ラック軸６が収容されている部位を収容室１２の一端側、ハウジング１１の外部に向けて開口する部位を収容室１２の他端側というものとすると、収容室１２の他端側におけるハウジング１１の内周面１１ａには、スクリュー１４を螺合させるための雌ねじ１１ｂが形成されている。

「スクリュー１４」
スクリュー１４は、略短円柱状の部材であり、外周面に形成された雄ねじ１４ａが前記雌めじ１１ｂに螺合することで収容室１２の他端側を閉塞する。スクリュー１４の外面１４ｃには、スクリュー１４の回転工具を差し込むための多角状の工具穴１４ｂが形成されている。また、スクリュー１４には、軸心Ｏ２方向に貫通する貫通孔１４ｅが形成されている。この貫通孔１４ｅは、スクリュー１４の螺合後に、ラック軸６の押圧力を計測する測定子を通すための孔である。貫通孔１４ｅは後にブッシュ１６により閉塞される。スクリュー１４がハウジング１１に螺合された後、雄ねじ１４ａにはロックナット１７が螺合される。

「ラックガイド１３」
ラックガイド１３は、略円柱形状を呈した部材である。ラックガイド１３は、その外周面がハウジング１１の内周面１１ａに対向するようにして、軸心Ｏ２方向に沿って移動自在に収容室１２に収容されている。ラックガイド１３の外周面には、周方向に延びる環状の溝１８が一対形成されており、各溝１８には、内周面１１ａを摺動するＯリング１９が嵌合されている。

ラックガイド１３の一端面は、ラック軸６を軸心Ｏ２方向に摺動させる摺動面１３ａとして構成されており、ラック軸６の外周面に倣った略円弧状に形成されている。ラックガイド１３の他端面１３ｂには、ラック軸６寄りから順に、後記する円筒部２５を収容するための収容穴（以降、円筒部収容穴という）２０と、円筒部収容穴２０の内径よりも大径に形成され、後記するフランジ部２６を収容するためのフランジ部収容穴２１とが、軸心Ｏ２を穴中心として形成されている。円筒部収容穴２０とフランジ部収容穴２１との間には環状の段差面２２が形成される。

「弾性部材１５」
弾性部材１５は、ラックガイド１３とスクリュー１４とにより常時挟持される第１弾性部２３と、ラックガイド１３がスクリュー１４側に所定距離、移動したときに、ラックガイド１３とスクリュー１４とにより挟持される第２弾性部２４と、を一体成形により備えている。本実施形態は、第１弾性部２３は、両端が開口形成され、ラックガイド１３の移動方向（軸心Ｏ２方向）を軸方向としてラックガイド１３の円筒部収容穴２０に収容される筒状の円筒部２５として構成されている。第２弾性部２４は、第１弾性部２３の端部において径外方向に全周で延設されるフランジ部２６として構成されている。弾性部材１５の材質は例えば、ゴム材や樹脂材等である。

円筒部２５は、その一端面が円筒部収容穴２０の穴底面２７に突き当てられるとともに他端面がスクリュー１４の内面１４ｄに突き当てられていることにより、常時、軸心Ｏ２方向に圧縮された状態として円筒部収容穴２０に収容されている。これにより、円筒部２５の弾性復元力がラックガイド１３に常時作用し、ラックガイド１３がラック軸６側に常時押し付けられた状態となる。

また、通常時（ラック軸６に大きな外力が加わっておらず、ピニオンギヤ５ａとラックギヤ５ｂとが正常に噛合している状態時）において、ラックガイド１３の段差面２２とフランジ部２６との間には隙間Ｃが設定されている。この隙間Ｃは、ラックガイド１３の他端面１３ｂとスクリュー１４の内面１４ｄとの間隔Ｄよりも小さく設定されている。フランジ部２６の外周面とフランジ部収容穴２１の内周面との間に若干の隙間Ｅが形成されるように、フランジ部２６の外径はフランジ部収容穴２１の内径よりも小さく設定されている。

円筒部収容穴２０の内周面と円筒部２５の外周面との間には液状体２８が介在されている。液状体２８は、円筒部２５を収容する前の段階で、例えば円筒部２５の外周面に予め塗布されている。

「作用」
図２に示すように、通常時、または、ラック軸６に外力がかかった場合であっても、ラックガイド１３の段差面２２がフランジ部２６に当接しない範囲でピニオンギヤ５ａとラックギヤ５ｂとが小さく離反した状態時においては、段差面２２とフランジ部２６との間に隙間Ｃが存在するため、フランジ部２６は弾性変形しない。したがって、円筒部２５の弾性復元力のみがラックガイド１３に作用し、ラックガイド１３をラック軸６側に押し付ける。

ラック軸６に大きな外力がかかり、円筒部２５の付勢力に抗してピニオンギヤ５ａとラックギヤ５ｂとが大きく離反したときには、図３に示すように、ラックガイド１３の段差面２２がフランジ部２６に突き当たり、フランジ部２６がラックガイド１３とスクリュー１４とにより軸心Ｏ２方向に圧縮されるように挟持される。これにより、円筒部２５の弾性復元力に加えて、フランジ部２６の弾性復元力もラックガイド１３に作用することとなり、大きな弾性復元力をもってラックガイド１３をラック軸６側に押し付ける。フランジ部２６の径外方向への弾性変形分は、フランジ部２６の外周面とフランジ部収容穴２１の内周面との間に形成された隙間Ｅに効果的に逃がすことができる。

以上のように、弾性部材１５を、ラックガイド１３とスクリュー１４とにより常時挟持される第１弾性部２３と、ラックガイド１３がスクリュー１４に所定距離、移動したときに、ラックガイド１３とスクリュー１４とにより挟持される第２弾性部２４と、を備える構成とすれば、次のような効果が奏される。
通常時、または、ラック軸６に小さな外力がかかった場合においては、第１弾性部２３の弾性復元力のみがラックガイド１３に作用する。したがって、ラック軸６は、ラックガイド１３の摺動面１３ａに対して大きな負荷を伴わずに円滑に摺動し、良好な操舵感が得られる。そして、ラック軸６に大きな外力がかかった非常時には、第１弾性部２３の弾性復元力と第２弾性部２４の弾性復元力の両方をラックガイド１３に作用させることで、ピニオン軸４ｃから大きく離反したラック軸６を速やかにピニオン軸４ｃ側に戻すことができる。

そして、第１弾性部２３と第２弾性部２４とを一体に成形したことで、部品点数の増加を抑制でき、ラックガイド機構１０の組み付け作業が容易となる。

また、第１弾性部２３を円筒部２５から構成し、第２弾性部２４をフランジ部２６から構成し、通常時、ラックガイド１３とフランジ部２６との間に隙間Ｃを設定した構成とすれば、弾性部材１５の形状およびレイアウト構造を簡単なものにできる。従来のように皿ばねを用いる必要がないため、皿ばねの外縁が雌ねじ１１ｂに引っ掛かるという不都合も生じない。

また、円筒部収容穴２０の内周面と円筒部２５の外周面との間に液状体２８（例えば、グリス等の油脂類）を介在させれば、次のような効果が奏される。スクリュー１４をハウジング１１に螺合したときには、弾性部材１５の他端がスクリュー１４の内面１４ｄに圧着されているので、弾性部材１５が供回りする。その際、円筒部２５が円筒部収容穴２０の内周面に擦れて拠れるおそれがある。これに対し、円筒部収容穴２０の内周面と円筒部２５の外周面との間に液状体２８を介在させれば、円筒部２５に生ずる回転抵抗を減らすことができ、円筒部２５の撚れの発生を防止できる。

１ 電動パワーステアリング装置
４ｃ ピニオン軸
６ ラック軸
１０ ラックガイド機構
１１ ハウジング
１３ ラックガイド
１４ スクリュー（蓋部材）
１５ 弾性部材
２０ 円筒部収容穴
２１ フランジ部収容穴
２３ 第１弾性部
２４ 第２弾性部
２５ 円筒部
２６ フランジ部
２８ 液状体

Claims (3)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに移動自在に収容されラック軸を支持するラックガイドと、
   前記ハウジングに取り付けられる蓋部材と、
   前記ラックガイドと前記蓋部材との間に介設され、前記ラックガイドを前記ラック軸に付勢する弾性部材と、
   を有するラックガイド機構であって、
   前記弾性部材は、
   前記ラックガイドと前記蓋部材とにより常時挟持される第１弾性部と、
   前記ラックガイドが前記蓋部材側に所定距離、移動したときに、前記ラックガイドと前記蓋部材とにより挟持される第２弾性部と、
   を一体成形により備えていることを特徴とするラックガイド機構。
2. 前記第１弾性部は、両端が開口形成され、前記ラックガイドの移動方向を軸方向として前記ラックガイドの収容穴に収容される筒状の円筒部からなり、
   前記第２弾性部は、前記第１弾性部の端部において径外方向に延設されるフランジ部からなり、
   通常時、前記ラックガイドと前記フランジ部との間に隙間が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のラックガイド機構。
3. 前記収容穴の内周面と前記円筒部の外周面との間に液状体が介在されていることを特徴とする請求項２に記載のラックガイド機構。

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