JP2012218512A - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックリテーナーの円滑な軸方向移動を確保し得るラックピニオン式ステアリング装置を提供する。
【解決手段】ハウジング側の円筒内周面９ａとの間に所定の間隙を形成する円筒外周面１５ａと、ラックバーの背面に係合してそのラックバーを案内する断面円弧状の凹状案内面１５ｂと、を有するラックリテーナー１４のうち円筒外周面１５ａと凹状案内面１５ｂとのなすコーナー部に面取り部２２を形成し、ラックバーの軸方向移動に伴ってラックリテーナー１４が傾動したときに、面取り部２２のうち凹状案内面１５ｂの底部に相当するａ点をハウジング側の円筒内周面９ａに当接させる。これにより、両突出部２１先端のエッジ部であるｂ点が円筒内周面９ａに圧接することを抑制する。
【選択図】図４

Description

本発明はラックピニオン式ステアリング装置に関する。

ラックピニオン式ステアリング装置は、例えば特許文献１に記載されているように、ステアリングホイールの回転が伝達されるピニオン軸と、そのピニオン軸に噛み合うラックバーと、そのラックバーの背面側を支持するラックリテーナーと、そのラックリテーナーを介してラックバーをピニオン軸側に向けて付勢する付勢部材と、を備えている。上記ラックリテーナーは、ハウジングに設けられた略円筒状のリテーナー収容部内に所定の径方向隙間をもって軸方向移動可能に収容されているとともに、ラックバーを挟んで両側の位置にそれぞれ突設された一対の突出部を有しており、それらの一対の突出部の内周側に形成された凹状案内面に上記ラックバーの背面側に形成された凸状摺動面が係合している。

特開昭４８−４４９２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、上記径方向隙間を設けることで上記ラックバーの軸方向移動時に上記ラックリテーナーが傾動してしまうことから、上記ラックリテーナーの円筒外周面と凹状案内面とのなすコーナー部うち上記両突出部の先端に相当する鋭角なエッジ部が上記リテーナー収容部の円筒内周面に局部的に圧接し、上記ラックリテーナーの円滑な軸方向移動が阻害されてしまうという技術的課題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、上記ラックリテーナーの円滑な軸方向移動を確保し得るラックピニオン式ステアリング装置を提供することを目的としている。

本発明は、特に、上記ラックバーの軸方向移動に伴って上記ラックリテーナーが傾動したときに、そのラックリテーナーの上記円筒外周面と凹状案内面とのなすコーナー部のうち上記凹状案内面の底部に相当する部分が、上記リテーナー収容部の円筒内周面に当接するようになっていることを特徴としている。

本発明によれば、上記ラックバーの軸方向移動に伴って上記ラックリテーナーが傾動しても、上記ラックリテーナーの円滑な軸方向移動を確保することができる。

本発明の第１の実施の形態としてラックピニオン式ステアリング装置を示す概略図。 図１に示すラックピニオン機構近傍の拡大断面図。 図２に示すラックリテーナー単体の斜視図。 ラックリテーナーとリテーナー収容部との相対関係を示す図であって、同図（Ａ）はリテーナー収容部を軸方向に沿って切断して示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＩ−Ｉ断面図。 ラックリテーナーの傾動時の挙動を示す説明図。 傾動した状態のラックリテーナーとリテーナー収容部との相対関係を示す図であって、同図（Ａ）はリテーナー収容部を軸方向に沿って切断して示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＩＩ−ＩＩ断面とＩＩＩ−ＩＩＩ断面を重ね合わせて示す図。 第１の実施の形態の変形例を示す図であって、同図（Ａ）はリテーナー収容部を軸方向に沿って切断して示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＩＶ−ＩＶ断面図。 本発明の第２の実施の形態を示す図であって、同図（Ａ）はリテーナー収容部を軸方向に沿って切断して示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＶ−Ｖ断面図。

図１〜６は本発明の好適な第１の実施の形態を示す図であって、そのうち図１はラックピニオン式ステアリング装置を示す概略図である。

図１に示すラックピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールＳＷに連係された入力軸１と、その入力軸１に図示外のトーションバーを介して相対回転可能に連結され、先端側にピニオンギヤ２ａを有するピニオン軸２と、ピニオンギヤ２ａと噛合するラックギヤ３ａが前面側の所定の軸方向範囲に形成されたラックバー３と、を備え、ラックバー３の両端が車両の左右の操舵輪ＷＬ，ＷＲに連係されている。

そして、周知のように、ステアリングホイールＳＷを回転させることで、入力軸１が回転して上記トーションバーが捩られることとなり、このトーションバーの捩れ変形に基づいて生ずる当該トーションバーの弾性力により、入力軸１に追従してピニオン軸２が回転する。そして、ピニオンギヤ２ａとラックギヤ３ａとが噛み合うことで構成されたラックピニオン機構４をもってピニオン軸２の回転運動がラックバー３の直線運動に変換され、このラックバー３が当該ラックバー３の軸方向（車両左右方向）に移動することによって両操舵輪ＷＬ，ＷＲが操舵されることになる。

また、図１に示すラックピニオン式ステアリング装置においては、入力軸１とピニオン軸２との上記トーションバーを介した連結部にトルクセンサＴＳが配設され、そのトルクセンサＴＳにより、両軸１，２の相対回転量、すなわち上記トーションバーの捩れ量から運転者がステアリングホイールＳＷを操作する操舵トルクが検出されるようになっている。そして、この操舵トルクの検出結果に基づいて制御される電動モータＭから減速機構５を介してピニオン軸２に操舵アシストトルクが付与され、運転者の操舵がアシストされることになる。本実施の形態では、減速機構５としていわゆるウォーム歯車機構を用いている。

図２は図１に示すラックピニオン機構４近傍の拡大断面図である。なお、ラックバー１とピニオン軸２との接近離間方向をｙ軸方向とし、ピニオン軸２に平行な方向（鉛直方向）をｚ軸方向とする。

上記ラックピニオン機構を構成するピニオン軸２およびラックバー３は、ラックピニオン式ステアリング装置の下部側に配置されるハウジング６内に収容されており、そのハウジング６は、図２に示すように、図２の紙面に直交する方向（後述するｘ軸方向）に延び、ラックバー３を軸方向へ移動可能に収容するラック収容部７と、ラックバー３の前面側に臨みつつラック収容部７と交差するようにｚ軸方向に沿って形成され、ピニオン軸２を回転自在に収容する略円筒状のピニオン収容部８と、ラックバー３の背面に臨むようにラック収容部７からラックバー３の背面側に向けてｙ軸方向で延設されたリテーナー収容部９とを備えている。なお、図２の符号１０は、ピニオン軸２の一端を回転可能に支持するベアリングを示している。

リテーナー収容部９には、ラックバー３の背面側に形成された断面円弧状の凸状摺動面３ｂを支持するラックリテーナー１４と、そのラックリテーナー１４を介してラックバー３をピニオン軸２側へ向けて付勢する付勢部材であるコイルばね１１と、が収容されている。また、リテーナー収容部９のうちラック収容部７とは反対側の開口端の内周側には、コイルばね１１の一端が着座する有底円筒状のキャップ１２が螺合しており、キャップ１２は、当該キャップ１２を進退移動させてコイルばね１１の付勢力を調整した上でロックナット１３によって固定されている。

ラックリテーナー１４は、リテーナー収容部９内において微小な径方向隙間をもってｙ軸方向へ摺動自在に収容されているとともに、当該ラックリテーナー１４の後述する円筒外周面１５ａに形成された環状溝１７には周知のＯリング１８が弾性保持部材として嵌着されている。かかるＯリング１８により、上記径方向隙間を閉塞し、リテーナー収容部９と同心となる径方向位置でラックリテーナー１４を弾性的に保持している。Ｏリング１８は、ラック収容部７内およびピニオン収容部８内を液密に保持する役割も担っている。

図３はラックリテーナー１４を単体で示す斜視図である。また、図４はラックリテーナー１４とリテーナー収容部９との相対関係を示す図であって、同図（Ａ）はリテーナー収容部９を軸方向に沿って切断して示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＩ−Ｉ断面図である。なお、図４では、ラックリテーナー１４とリテーナー収容部９側の円筒内周面９ａとの間の径方向隙間を実際よりも大きく誇張して描いてある。また、ラックバー３の軸方向をｘ軸方向とする。

図２のほか図３，４に示すように、ラックリテーナー１４は、リテーナー収容部９側の円筒内周面９ａとの間に所定の間隙を形成する円筒外周面１５ａのうちラックバー３側の端部に凹状案内面１５ｂを切欠形成してなるリテーナー本体１５と、低摩擦材であるフッ素樹脂をもって形成され、リテーナー本体１５の凹状案内面１５ｂに貼り付けられた摩擦低減部材１６と、を備えている。リテーナー本体１５の凹状案内面１５ｂは、円筒外周面１５ａに対して直交する方向、すなわちｘ軸方向に沿って断面円弧状に形成されている。

リテーナー本体１５は、アルミニウム合金材または鉄系の焼結材からなり、特に図４の（Ｂ）に示すように、当該リテーナー本体１５の中心軸Ｃを通りｘ軸方向に延びる仮想線Ｌ１に対して線対称となり、且つリテーナー本体１５の中心軸Ｃを通りｚ軸方向に延びる仮想線Ｌ２に対しても線対称となるように形成されている。

また、図２〜４に示すように、リテーナー本体１５は、当該リテーナー本体１５のうちラックバー３とは反対側に形成された略円柱状の柱状部１９と、その柱状部１９のうちラックバー３とは反対側の端面に円形状に凹設され、コイルばね１１の他端が着座する凹部２０と、柱状部１９からラックバー３側へ向かって突出形成された一対の突出部２１と、を有していて、両突出部２１の内周側に凹状案内面１５ｂが形成されている。

ここで、以上のように構成したラックピニオン式ステアリング装置では、リテーナー本体１５の凹状案内面１５ｂがラックバー３の凸状摺動面３ｂに摩擦低減部材１６を介して係合し、ラックバー３の軸方向移動を案内することになるが、このときラックリテーナー１４がラックバー３に引き摺られることにより、当該ラックリテーナー１４は、Ｏリング１８の中心を通ってｚ軸方向に延びる揺動中心軸Ｏ１（図４の（Ａ）参照）を中心としてラックバー３の軸方向（ｘ軸方向）に傾動することになる。

そして、このようにラックリテーナー１４が傾動した際に、ラックリテーナー１４のうち両突出部２１の先端がリテーナー収容部９側の円筒内周面９ａに当接してしまうと、その当接の態様がいわゆる点当たり状態となることから、ラックリテーナー１４の円滑な軸方向移動が阻害され、当該ラックリテーナー１４とラックバー３との間の摩擦抵抗およびラックギヤ３ａとピニオンギヤ２ａとの噛み合い状態が不安定となってステアリングフィールが悪化する虞があるほか、異音が発生する虞がある。

そこで、本実施の形態では、図３，４に示すように、リテーナー本体１５の円筒外周面１５ａと凹状案内面１５ｂとのなすコーナー部に、両突出部２１の根元側から先端側に向かって漸次拡幅する面取り部２２を形成している。言い換えると、面取り部２２は、当該面取り部２２のうち長手方向中間部側から長手方向端部側に向かって漸次拡幅している。

詳細には、図４に示すように、面取り部２２のうち凹状案内面１５ｂの底部に相当する長手方向中間部をａ点とし、面取り部２２と突出部２１の先端面および円筒外周面１５ａの三者によって形成された角隅部をｂ点とし、ｙ軸方向におけるａ点と揺動中心軸Ｏ１との距離をＬａとし、ｙ軸方向におけるｂ点と揺動中心軸Ｏ１との距離をＬｂとし、ｘ軸方向における円筒内周面９ａとａ点との間の間隙をＣＬａとし、ｘ軸方向における円筒内周面９ａとｂ点との間の間隙をＣＬｂとした場合に、図４に示すラックリテーナー１４の自由状態で下記（１）式の関係を満足するようにリテーナー本体１５を形成してある。言い換えるならば、ａ点は、面取り部２２と円筒外周面１５ａとのなすコーナー部のうち仮想線Ｌ１と交わる点であって、ｂ点は、両突出部２１の先端のうちラックバー３の軸方向でリテーナー収容部９側の円筒内周面９ａに最も近接する点である。

上記（１）式のうちＬａ／Ｌｂなる項について説明するに、図５に示すように、ラックリテーナー１４が傾動中心軸Ｏ１を中心として角度θだけ傾動した際のａ点の変位を、当該ａ点が円筒内周面９ａに接近する方向（ｘ軸方向）についてのみ考えると、ａ点はｇ点を中心として回動変位するものと考えることができる。

すなわち、ラックリテーナー１４が傾動中心軸Ｏ１を中心として図５に仮想線で示すように傾動すると、ｇ点はｘ軸方向でＧだけ移動する。このＧは下記の（２）式によって与えられる。なお、下記の（２）式におけるＲは柱状部１９の半径である。

そして、ラックリテーナー１４とリテーナー収容部９との間の径方向隙間が微小なものであることは上述したとおりであるため、角度θも極めて微小なものとなり、上記の（２）式からＧはほぼ零となる。したがって、ラックリテーナー１４の傾動変位に伴うａ点の変位を、ｘ軸方向についてのみ考える上では、ｇ点を中心としてａ点が回動変位するものとして差し支えなく、ａ点の回動半径をＬａとして考えることができる。

また、同様のことがｂ点についても成立することから、ラックリテーナー１４が傾動中心軸Ｏ１を中心として傾動した際のｂ点の回動半径をＬｂとして考えることができる。

つまり、上記（１）式のうちＬａ／Ｌｂなる項は、ラックリテーナー１４が傾動変位したときにおけるａ点のｘ軸方向への変位量とｂ点のｘ軸方向への変位量との比を意味している。

図６は、傾動した状態のラックリテーナー１４とリテーナー収容部９との相対関係を示す図であって、同図（Ａ）はリテーナー収容部９を軸方向に沿って切断して示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＩＩ−ＩＩ断面とＩＩＩ−ＩＩＩ断面とを重ね合わせて示す図である。なお、図６では、図４と同様に、ラックリテーナー１４とリテーナー収容部９側の円筒内周面９ａとの間の径方向隙間を実際よりも大きく誇張して描いてある。

したがって、本実施の形態では、ラックリテーナー１４が上記の式（１）の関係を満足するように形成され、上述したＬａ／ＬｂがＣＬａ／ＣＬｂよりも大きいため、ラックリテーナー１４が図６に示すように傾動したときに、ラックリテーナー１４のａ点がｂ点よりも先にリテーナー収容部９側の円筒内周面９ａに当接し、当該ラックリテーナー１４のさらなる傾動を抑制することになる。

すなわち、本実施の形態によれば、ラックバー３が軸方向移動したときに、両突出部２１先端のｂ点がいわゆる点当たりの形態をもって円筒内周面９ａに当接することを防止し、ラックリテーナー１４の円滑な軸方向移動を確保できる。その結果、ラックリテーナー１４とラックバー３との間の摩擦抵抗およびラックギヤ３ａとピニオンギヤ２ａとの噛み合い状態が安定し、ステアリングフィールを向上させることができるほか、異音の発生を防止することもできる。

なお、上述した第１の実施の形態では、ラックバー３が軸方向移動したときに、Ｏリング１８の中心を通ってｚ軸方向に延びる傾動中心軸Ｏ１を中心にラックリテーナー１４が傾動することになるが、上述した第１の実施の形態の変形例として図７の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ラックリテーナー１４にＯリングが装着されていない場合には、当該ラックリテーナー１４は、ラックバー３が軸方向移動したときに、コイルばね１１の中心軸Ｌ３と当該コイルばね１１の一端を受容する凹部２０の底面との交点を通りｚ軸方向に延びる傾動中心軸Ｏ２を中心として傾動することになる。なお、図７の（Ａ）および（Ｂ）に示す変形例の他の部分は上述した第１の実施の形態と同様であって、図７の（Ａ）および（Ｂ）において上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分には図１〜６と同一の符号を付してある。

そして、図７に示す変形例においても、上述した第１の実施の形態と同様に、上記（１）式の関係を満足するようにリテーナー本体１５を形成することにより、ラックバー３が軸方向移動したときに、両突出部２１先端のｂ点がいわゆる点当たりの形態をもって円筒内周面９ａに当接することを防止し、ラックリテーナー１４の円滑な軸方向移動を確保でき、上述した第１の実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

図８は本実施の形態の第２の実施の形態を示す図であって、同図（Ａ）はリテーナー収容部９を軸方向に沿って切断して示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。なお、図８の（Ａ）では上述した第１の実施の形態における凹状案内面１５ｂを仮想線にて示しているとともに、図８の（Ｂ）では上述した第１の実施の形態における両突出部２１を仮想線にて示している。また、図８において上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分には、図１〜６と同一の符号を付している。

図８の（Ａ）および（Ｂ）に示す第２の実施の形態は、リテーナー本体１５の凹状案内面１５ｃを、上述した第１の実施の形態よりも大径に形成し、両突出部２３の先端を上述した第１の実施の形態における両突出部２１の先端よりも薄肉とすることにより、リテーナー本体１５のうち凹状案内面１５ｃと円筒外周面１５ａとのなすコーナー部に面取り部を形成することなく、上記（１）式を満足させたものであって、他の部分は上述した第１の実施の形態と同様である。なお、図８の符号Ｒは第２の実施の形態における凹状案内面１５ｃの半径を示しているとともに、図８の符号Ｒ’は上述した第１の実施の形態における凹状案内面１５ｂの半径を示している。

したがって、この第２の実施の形態においても、ラックバー３が軸方向移動したときに、両突出部２１の先端がいわゆる点当たりの形態をもって円筒内周面９ａに当接することを防止し、ラックリテーナー１４の円滑な軸方向移動を確保できる。

但し、この第２の実施の形態では、凹状案内面１５ｃの中心軸Ａ１と傾動中心軸Ｏ１との間の距離Ｓ１が上述した第１の実施の形態における凹状案内面１５ｂの中心軸Ａ２と傾動中心軸Ｏ１との間の距離Ｓ２よりも大きくなり、ラックバー３が軸方向移動した際にラックリテーナー１４を傾動させようとする力が上述した第１の実施の形態よりも大きくなるため、ラックリテーナー１４の軸方向移動をより円滑なものとする上では、上述した第１の実施の形態のように面取り部２２を形成することにより、凹状案内面１５ｂの半径を拡大することなく上記（１）式を満足させるようにすることが好ましい。

２…ピニオン軸
２ａ…ピニオンギヤ
３…ラックバー
３ａ…ラックギヤ
３ｂ…凸状摺動面
６…ハウジング
７…ラック収容部
８…ピニオン収容部
９…リテーナー収容部
９ａ…円筒内周面
１１…コイルばね（付勢部材）
１４…ラックリテーナー
１５ａ…円筒外周面
１５ｂ…凹状案内面
２２…面取り部

Claims (3)

1. ハウジングと、
   上記ハウジングのピニオン軸収容部に収容され、ステアリングホイールの回転が伝達されるピニオン軸と、
   上記ハウジングのうち上記ピニオン軸収容部と交差するラックバー収容部に収容されているとともに、上記ピニオン軸側にそのピニオン軸に噛合するラックギヤが、上記ピニオン軸とは反対側に断面円弧状の凸状摺動面がそれぞれ形成されていて、上記ピニオン軸の回転に伴って軸方向に移動するラックバーと、
   上記ハウジングのうち上記ラックバーを挟んでピニオン軸とは反対側の位置に形成されたリテーナー収容部に収容されたラックリテーナーと、
   上記ラックリテーナーを上記ラックバー側へ向けて付勢する付勢部材と、
   を備えたラックピニオン式ステアリング装置において、
   上記リテーナー収容部は、上記ラックリテーナーを内周側に収容する円筒内周面を有している一方、上記ラックリテーナーは、上記リテーナー収容部の円筒内周面との間に所定の間隙を形成する円筒外周面と、上記ラックリテーナーのうち上記ラックバー側の端部に円筒外周面の一部を切り欠くように凹設され、上記ラックバーの凸状摺動面に係合してそのラックバーを案内する断面円弧状の凹状案内面と、を有していて、
   上記ラックバーの軸方向移動に伴って上記ラックリテーナーが傾動したときに、上記ラックリテーナーの円筒外周面と凹状案内面とのなすコーナー部のうち凹状案内面の底部に相当する部分が、上記リテーナー収容部の円筒内周面に当接するようになっていることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
2. 上記ラックリテーナーの円筒外周面と凹状摺動面とのなすコーナー部に面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
3. 上記面取り部のうち少なくとも一部が、当該面取り部のうち長手方向中間部側から長手方向端部側に向かって漸次拡幅していることを特徴とする請求項２に記載のラックピニオン式ステアリング装置。

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