JP2013006581A - ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性が高く、耐久性に優れ、且つ、ダウンサイジング可能なラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を提供する。
【解決手段】ピニオン軸２１は、ピニオンギヤ２２が形成された第１ピニオン軸２６と、第１ピニオン軸２６と一体回転するように取り付けられ、ピニオンギヤ２２より大径の第２ピニオン軸２７と、から構成される。第２ピニオン軸２７は、軸受４０によりハウジング２５に回転自在に支持される。前記軸受はシール付き軸受とすることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に用いられるステアリング装置に関し、特に、ラック軸とピニオン軸とを備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に関する。

ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、ステアリング操作によって回転するステアリングシャフトに連結されたピニオン軸と、このピニオン軸のピニオンギヤに噛合してピニオン軸の回転軸と交差する軸方向に直線運動するラック軸とを備え、ラック軸の直線運動により車輪を操舵するようになっている。

従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１００は、図３に示すように、ピニオンギヤ１０１を有するピニオン軸１０２と、ピニオンギヤ１０１と噛合するラック歯１０３を有するラック軸１０４と、を備える。ピニオン軸１０２は、玉軸受１０５とニードル軸受１０６によってハウジング１０７に回転自在に支承されている。ラック軸１０４を挟んでピニオン軸１０２と反対側には、バネ１０８の弾性力によってピニオン軸１０２に向けて付勢されるラックガイド１０９が配置され、ローラ１１０を介してラック軸１０４をピニオン軸１０２に向けて付勢することにより、ピニオンギヤ１０１とラック歯１０３との噛合部に予圧を与えて噛合状態を適正に保っている。ハウジング１０７のピニオン側開口部には、端部にシール１１１が装着されたカバースクリュー１１２が配置されて、玉軸受１０５を固定すると共に開口部を封止している。

また、従来、トルク伝達軸を、外周面に磁歪式トルクセンサの磁歪膜が形成されたトルク側軸と、ピニオンが形成されたピニオン軸と、の２つ軸に分割して構成し、磁歪膜の磁歪特性の安定性を高めるようにした電動パワー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。）。更に、ウォームホイールに作業用開口部を設け、この開口部から挿入した工具で、軸受を固定するための止め輪をハウジングに装着するようにした電動パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００７−９０９７４号公報 特開平１１−１０５７２１号公報

しかしながら、特許文献１、２および図５に示す電動パワーステアリング装置は、いずれもハウジングのピニオン側開口部端に、カバースクリュー等のカバー部材および軸受を封止するためのシールを装着する必要があり、ピニオンの軸方向長さが長くなって、ステアリング装置が大型になる問題があった。また、特許文献２の電動パワーステアリング装置の一体型ピニオンは、ピニオン製作時の材料の無駄を排除するため、軸受支持部の外径を大きくすることが難しく、ピニオンおよび軸受の剛性や強度を高め難く、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、剛性が高く、耐久性に優れ、且つ、ダウンサイジング可能なラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）ステアリングシャフトに連結され、ピニオンギヤを有するピニオン軸と、前記ピニオンギヤに噛合するラック歯を有するラック軸と、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、前記ピニオン軸は、前記ピニオンギヤが形成された第１ピニオン軸と、前記第１ピニオン軸と一体回転するように取り付けられ、前記ピニオンギヤより大径の第２ピニオン軸と、を備え、前記第２ピニオン軸が軸受によりハウジングに回転自在に支持され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。
（２）前記軸受をシール付き軸受としたことを特徴とする特徴とする（１）記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
（３）前記シール付き軸受には、前記ピニオンギヤと前記ラック歯との噛合部に使用される潤滑剤とは異なる潤滑剤を用いることを特徴とする上記（１）または(２)に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
（４）前記シール付き軸受は、内輪及び外輪のはめあいを、しまりばめにしたことを特徴とする上記（１）から（３）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。

上記（１）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置によれば、ピニオン軸が、ピニオンギヤが形成された第１ピニオン軸と、ピニオンギヤより大径の第２ピニオン軸と、から構成されるので、ピニオン軸の作成時に材料を無駄にすることなく、第２ピニオン軸の直径を大きくすることができる。これにより、ピニオン軸、およびピニオン軸に装着される軸受のサイズを大きくして、剛性および強度を高めることができる。

また、（２）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置によれば、第２ピニオン軸がシール付き軸受によりハウジングに回転自在に支持されるので、ハウジングのピニオン側開口部端に、従来使用されていたカバースクリュー等のカバー部材やシールを装着する必要がなく、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を小型化することができる。また、シール付き軸受とすることで、ギヤ及びラックで発生する摩耗粉などの混入を防止できるため、軸受寿命を延長することができる。

また、上記（３）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置によれば、ピニオンギヤとラック歯との噛合部を潤滑する潤滑剤と、軸受を潤滑する潤滑剤とを、それぞれ専用の潤滑剤を用いて潤滑することができ、ピニオンギヤとラック歯との噛合部、および軸受の摩耗を効果的に防止することができる。また、軸受のトルクを低減させると共に、軸受寿命を延長することができる。

また、上記（４）に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置によれば、軸受の内輪及び外輪のはめあいを、しまりばめにすることで、シール性を向上させることができる。

本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。 図１に示すピニオン軸の断面図である。 従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の要部断面図である。

以下、本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図であり、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、ステアリング操作により回転する不図示のステアリングシャフトに連結されたピニオン軸２１と、ピニオン軸２１のピニオンギヤ２２に噛合するラック歯２４を有するラック軸２３とを備え、ハウジング２５内に収納されている。

ピニオン軸２１は、図２に示すように、第１ピニオン軸２６と、第１ピニオン軸２６に取り付けられて一体回転する第２ピニオン軸２７と、から構成されている。第１ピニオン軸２６は、軸方向中間部に形成されたピニオンギヤ２２と、ピニオンギヤ２２から軸方向一方（図中左方向）に延設された小径軸部２８と、軸方向他方（図中右方向）に延設されたスプライン軸２９および雄ねじ部３０と、を備える。第２ピニオン軸２７は、第１ピニオン軸２６より大径に形成され、軸中心を通る軸方向孔３１には、雌プライン３２が形成されている。

第１ピニオン軸２６は、スプライン軸２９が第２ピニオン軸２７の雌プライン３２にスプライン嵌合すると共に、雄ねじ部３０が軸方向孔３１内に配置されたロックナット３３に螺合して、実質的に第２ピニオン軸２７と一体に固定されている。軸方向孔３１のロックナット３３周辺部には、防水用の樹脂が充填されている。

図１に戻り、ピニオン軸２１は、その中間部、具体的には、大径の第２ピニオン軸２７の第１ピニオン軸２６側端部が玉軸受４０により支持されると共に、先端部である第１ピニオン軸２６の小径軸部２８がニードル軸受４５によって支持されて、ハウジング２５に回転自在に支持されている。

玉軸受４０は、外輪４１と、内輪４２と、外内輪４１、４２間に転動自在に配置された複数の玉４３とを備え、外内輪４１、４２間が、玉４３の両側方に配設されたシール板４４によって封止された両面シール付き軸受（密封型軸受）である。玉軸受４０には、軸受用潤滑剤である軸受用グリースが封入されて、転動面を潤滑する。

なお、玉軸受４０の外輪４１とハウジング２５との嵌合、および内輪４２とピニオン軸２１（第２ピニオン軸２７）との嵌合は、シール性を向上させるため、しまりばめで嵌合することが好ましい。

ラック軸２３は、その軸方向がピニオン軸２１の軸方向と交差する方向に配置され、軸方向の一側面（ピニオン軸２１側）に形成されたラック歯２４がピニオン軸２１のピニオンギヤ２２に噛合して、軸方向に往復直線運動可能にハウジング２５に支持されている。ラック軸２３の両端は、不図示のタイロッドに連結されて車輪を操舵する。

ラック軸２３を挟んでピニオン軸２１のピニオンギヤ２２と反対側には、ローラ収容空間５１が凹設された略円筒形のラックガイド５２が、ハウジング２５に設けられたラックガイド収容室５３に摺動自在に嵌合している。ラックガイド５２は、ラックガイド収容室５３に案内されてラック軸２３に接近および離間する方向に移動可能である。

ラックガイド５２のローラ収容空間５１には、ラック軸２３の背面２３ａを転動しながら支持するローラ５４、および転がり軸受５５を介してローラ５４を回動自在に支持する支持軸５６が収容されている。支持軸５６の両端は、ラック軸２３側からラックガイド５２の軸方向中間部に亘ってローラ収容空間５１に形成された一対のＵ字溝５７の肩部に支
持されている。支持軸５６の軸方向は、ラック軸２３の直線運動方向、即ち、ラック軸２３の軸方向と直交して配置されている。

ラックガイド収容室５３部は、開口部に設けられた雌ねじに螺合する調整ねじ５８により封止されている。調整ねじ５８とラックガイド５２との間には、皿ばね５９が装着されて、ラックガイド５２をラック軸２３に向けて付勢している。皿ばね５９の弾性力によりラック軸２３に向けて付勢されたラックガイド５２は、ローラ５４を介してラック軸２３をピニオン軸２１に向けて付勢する。

皿ばね５９の弾性力は、調整ねじ５８のねじ込み量を調整することにより調整可能であり、調整ねじ５８の外周面に螺合するロックナット６０を締め付けることで、調整ねじ５８の調整位置が固定される。これにより、ピニオン軸２１のピニオンギヤ２２と、ラック軸２３のラック歯２４との噛合状態が、噛合部のバックラッシュが少ない状態に調整されて維持される。また、ピニオン軸２１のピニオンギヤ２２とラック軸２３のラック歯２４との噛合部は、ギヤ室６１に封入されたギヤ用潤滑剤によって潤滑されている。

本実施形態の作用を説明する。本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、図１に示すように、ステアリング操作によりピニオン軸２１が回転すると、この回転は、ピニオンギヤ１２とラック歯２４との噛合によりラック軸２３の直線運動に変換されて車輪が操舵される。このとき、ピニオン軸２１とラック軸２３との間に離反力が作用して、ラック軸２３のラック歯２４とピニオン軸２１のピニオンギヤ２２との間にバックラッシュが発生する。しかし、皿ばね５９の弾性力により、ラックガイド５２を介してローラ５４が、ラック軸２３をピニオン軸２１との噛合部に向けて付勢しているので、噛合部におけるバックラッシュの発生が防止される。

ピニオン軸２１を構成し、玉軸受４０によってハウジング２５に回転自在に支持されている第２ピニオン軸２７は、第１ピニオン軸２６より大径に形成されているので、従来の比較的細径である一体型ピニオン軸と比較して、高い剛性と強度を有する。また、ピニオン軸２１が、第１および第２ピニオン軸２６、２７に２分割されて構成されているので、ピニオン軸が一体で形成される場合と比較して、材料の無駄を大幅に削減しながら第２ピニオン軸２７を大径に形成することができ、製作コストが抑制される。

また、ハウジング２５のステアリングシャフト側（図３においては右側）の開口部は、ピニオン軸２１とハウジング２５との間が玉軸受４０で塞がれている。玉軸受４０は、両側面にシール板４４が装着されて密閉されたシール付き軸受であり、図中、玉軸受４０より左側、即ち、ピニオンギヤ２２とラック軸２３とが収容されるギヤ室６１と、玉軸受４０の内部とが、玉軸受４０の両端を封止するシール板４４によって分離されている。

そして、ピニオンギヤ２２とラック歯２４との噛合部（ラックガイド５２、ローラ５４などの摺動部も含む）は、ギヤ室６１に充填されたギヤ用潤滑剤で潤滑され、玉軸受４０の内部は、軸受用グリースが封入されて潤滑されている。従って、ピニオンギヤ２２とラック歯２４との噛合部、および玉軸受４０は、それぞれの潤滑特性に合わせた専用の潤滑剤で適正に潤滑されて、摺動部における摩耗が抑制される。

また、ピニオンギヤ２２とラック歯２４との噛合部から発生するギヤ摩耗粉は、シール板４４によって玉軸受４０内に侵入することが防止されているので、軸受寿命が延長されると共に、玉軸受４０のトルクが低減する。

以上説明したように、本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０によれば、ピニオン軸２１が、ピニオンギヤ２２が形成された第１ピニオン軸２６と、ピニオンギヤ２２より大径の第２ピニオン軸２７と、から構成されるので、ピニオン軸２１の作成時に材料を無駄にすることなく、第２ピニオン軸２７の直径を大きくすることができ、これにより、ピニオン軸２１、およびピニオン軸２１に装着される玉軸受４０のサイズを大きくして、ピニオン軸２１および玉軸受４０の剛性および強度を高めることができる。

また、第２ピニオン軸２７が、シール付き玉軸受４０によりハウジング２５に回転自在に支持されるので、ハウジング２５のピニオン側開口部端に、従来必要であったカバー部材やシールを装着する必要がなく、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０を小型化することができる。また、シール付き玉軸受４０とすることで、ピニオンギヤ２２とラック歯２４との噛合部から発生するギヤ摩耗粉などの混入を防止できるため、軸受寿命を延長することができる。

更に、ピニオンギヤ２２とラック歯２４とを潤滑する潤滑剤と、玉軸受４０を潤滑する潤滑剤とを、それぞれ専用の潤滑剤を用いて潤滑することができ、ピニオンギヤ２２とラック歯２４との噛合部、および玉軸受４０の摩耗を効果的に防止することができる。また、玉軸受４０のトルクを低減させると共に、軸受寿命を延長することができる。

また、玉軸受４０の外輪４１とハウジング２５との嵌合、および内輪４２とピニオン軸２１（第２ピニオン軸２７）との嵌合をしまりばめとすることで、シール性を向上させることができる。なお、しまりばめとする代わりに、止め輪と防水用樹脂材などを用いてもよい。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、シール付き軸受は、シール機能が付されている限り、任意の構成を採用することができる。

１０ ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置
２１ ピニオン軸
２２ ピニオンギヤ
２３ ラック軸
２４ ラック歯
２５ ハウジング
２６ 第１ピニオン軸
２７ 第２ピニオン軸
４０ 玉軸受（シール付き軸受）
４１ 外輪
４２ 内輪

Claims (4)

1. ステアリングシャフトに連結され、ピニオンギヤを有するピニオン軸と、前記ピニオンギヤに噛合するラック歯を有するラック軸と、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、前記ピニオン軸は、前記ピニオンギヤが形成された第１ピニオン軸と、前記第１ピニオン軸と一体回転するように取り付けられ、前記ピニオンギヤより大径の第２ピニオン軸と、を備え、前記第２ピニオン軸が軸受によりハウジングに回転自在に支持され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。
2. 前記軸受をシール付き軸受としたことを特徴とする請求項１のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
3. 前記シール付き軸受には、前記ピニオンギヤと前記ラック歯との噛合部に使用される潤滑剤とは異なる潤滑剤を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
4. 前記シール付き軸受は、内輪及び外輪のはめあいを、しまりばめにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。

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