JP2013067317A - Rack and pinion type steering gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車に搭載されるラックアンドピニオン式ステアリングギヤに係り、詳しくは、操舵フィーリングの悪化や製造コストの上昇等を伴うことなく、タイヤ反力に起因する耐久性の低下等を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a rack and pinion type steering gear mounted on an automobile, and more specifically, suppresses a decrease in durability caused by a tire reaction force without deteriorating steering feeling or increasing manufacturing costs. Related to technology.
近年の自動車(特に中小型車)には、バックラッシが少ないこと、操舵フィーリングが良いこと、構造が比較的簡素であること等から、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤが一般に搭載されている。ラックアンドピニオン式ステアリングギヤは、ラック収容部やピニオン保持部が形成されたラックハウジングと、ラック収容部に軸方向摺動自在に収容されたステアリングラックと、ピニオン保持部に回転自在に保持されるとともにステアリングラックに形成されたラック歯に噛み合うピニオンと、ステアリングラックをピニオンに押圧するラックガイドと、ステアリングラックの両端部を左右のステアリングナックルに各々連結する一対のタイロッド等から構成されている。ピニオンはステアリングシャフトの下端に設けられており、運転者がステアリングホイールを回転させると、ピニオンに噛み合ったステアリングラックが左右に移動してステアリングナックル(すなわち、ホイール)が転舵される。(特許文献1〜3参照)
ラックアンドピニオン式ステアリングギヤでは、操舵時にステアリングナックルからの操舵反力(タイヤ反力)がステアリングラックの軸線と異なる方向から加わることで、ラック歯とピニオンとの噛み合いが不完全になることがあった。以下、右ハンドル車の場合を例にして、支持形態の相違による操舵時におけるステアリングラックの撓みかたと、その撓みがラック歯とピニオンとの噛み合いに与える影響とを説明する。 In the rack and pinion type steering gear, the steering reaction force (tire reaction force) from the steering knuckle is applied from a direction different from the axis of the steering rack at the time of steering, and the engagement between the rack teeth and the pinion may be incomplete. It was. Hereinafter, taking the case of a right-hand drive vehicle as an example, how the steering rack bends during steering due to the difference in the support form and the influence of the deflection on the meshing between the rack teeth and the pinion will be described.
図10(a)に示すステアリングギヤ6の場合、ステアリングラック11は、A点(ピニオン12およびラックガイド16)と、B点(左側方ラックブッシュ41)との2点で支持されている(特許文献1の構造)。このステアリングギヤ6では、右切り時においては、図10(b)に示すように、ナックル26を介して右フロントホイール9からの前方に引き寄せる力を受けたステアリングラック11がA点とB点との間でその中央部が後退するように撓み、ステアリングラック11がピニオン12に押し付けられる。ところが、左切り時においては、図10(c)に示すように、ナックル26を介して右フロントホイール9からの後方に押し付ける力を受けたステアリングラック11がA点とB点との間でその中央部が前進するように撓み、プレッシャスプリング39に付勢されたラックガイド16が後退することで、ステアリングラック11がピニオン12から離れてしまう。その結果、ラック歯11aとピニオン12との噛み合いが不完全になり、ラック歯11aやピニオン12の先端が局部的に摩耗してステアリングギヤ6の耐久性が低下することになる。
In the case of the
図11(a)に示すステアリングギヤ6の場合、ステアリングラック11は、A点(ピニオン12およびラックガイド16)と、B点(左側方ラックブッシュ41)と、C点(中央ラックブッシュ42)との3点で支持されている(特許文献2の構造)。このステアリングギヤ6でも、右切り時においては、図11(b)に示すように、右フロントホイール9からの前方に引き寄せる力を受けたステアリングラック11がA点とC点との間でその中央部が後退するように撓み、ステアリングラック11はピニオン12に押し付けられる。ところが、左切り時においては、図11(c)に示すように、右フロントホイール9からの後方に押し付ける力を受けたステアリングラック11がA点とC点との間でその中央部が前進するように撓み、プレッシャスプリング39に付勢されたラックガイド16が後退することで、やはりステアリングラック11がピニオン12から離れてしまう。その結果、図10のものと同様に、ラック歯11aとピニオン12との噛み合いが不完全になり、ラック歯11aやピニオン12の先端が局部的に摩耗してステアリングギヤ6の耐久性が低下することになる。また、このステアリングギヤ6では、2つのラックブッシュ41,42が用いられていることから、ステアリングラック11が左右に摺動する際の摩擦抵抗が大きくなって操舵フィーリングが悪化する他、構成部品点数の増加や製造コストの上昇がもたらされることが避けられなかった。
In the case of the
図12(a)に示すステアリングギヤ6の場合、ステアリングラック11は、A点(ピニオン12およびラックガイド16)と、B点(左側方ラックブッシュ41)と、C点(右側方ラックブッシュ43)との3点で支持されており、右側方ラックブッシュ43がステアリングラック11の後面に摺接する樹脂またはゴム製のものとなっている(特許文献3の構造)。このステアリングギヤ6でも、右切り時においては、図12(b)に示すように、右フロントホイール9からの前方に引き寄せる力を受けてもステアリングラック11はA点とC点との間で殆ど撓まず、プレッシャスプリング39に付勢されたステアリングラック11がピニオン12に押し付けられる。そして、左切り時においては、図12(c)に示すように、右フロントホイール9からの前方に引き寄せる力を受けることでC点を支点にステアリングラック11が前方に撓み、ステアリングラック11はピニオン12に押し付けられる。このステアリングギヤ6では、左切り時においてもラック歯11aとピニオン12との噛み合いが保たれるため、摩耗に起因するステアリングギヤ6の耐久性の低下は生じないが、2つのラックブッシュ41,43が用いられていることから、図11のものと同様に、ステアリングラック11が左右に摺動する際の摩擦抵抗が増大して操舵フィーリングが悪化する他、構成部品点数の増加や製造コストの上昇がもたらされることが避けられなかった。
In the case of the
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、操舵フィーリングの悪化や製造コストの上昇等を伴うことなく、ステアリングラックの撓みに起因する耐久性の低下等を抑制したラックアンドピニオン式ステアリングギヤを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and is a rack and pinion type that suppresses deterioration in durability caused by deflection of the steering rack without accompanying deterioration in steering feeling or increase in manufacturing cost. An object is to provide a steering gear.
本発明の第1の側面では、軸方向一側にラック歯(11a)が形成されたステアリングラック(11)と、前記ラック歯に噛み合うピニオン(12)と、前記ステアリングラックを収容する筒状のラック収容部(13)と、前記ピニオンを回転自在に保持するピニオン保持部(14)とを有するラックハウジング(15)と、前記ラックハウジングに保持され、前記ステアリングラックを前記ピニオンに向けて付勢するラックガイド(16)と、前記ラック収容部に保持され、前記ステアリングラックの他側を軸方向摺動自在に支持するラックブッシュ(41)とを備えたラックアンドピニオン式ステアリングギヤであって、前記ラック収容部における前記軸方向一側の端部に前記ステアリングラックが遊嵌するとともに、当該遊嵌部位でのラック収容部と当該ステアリングラックとの間隙は、前記ラックガイド側が前記ピニオン側よりも小さく設定された。 In the first aspect of the present invention, a steering rack (11) having rack teeth (11a) formed on one side in the axial direction, a pinion (12) meshing with the rack teeth, and a cylindrical shape that houses the steering rack A rack housing (15) having a rack accommodating portion (13) and a pinion holding portion (14) for rotatably holding the pinion, and being held by the rack housing and biasing the steering rack toward the pinion A rack and pinion type steering gear comprising: a rack guide (16) configured to hold; and a rack bush (41) held in the rack accommodating portion and supporting the other side of the steering rack so as to be axially slidable, The steering rack is loosely fitted to the end portion on the one axial side of the rack accommodating portion, and Tsu gap between click accommodating portion and the steering rack, the rack guide side is smaller than the pinion side.
また、第2の側面では、前記遊嵌部位の前記ラックガイド側において、前記ラック収容部の内面と前記ステアリングラックの外面とが互いに平面(61,62)をもって対峙する。 In the second aspect, the inner surface of the rack housing portion and the outer surface of the steering rack face each other with a flat surface (61, 62) on the rack guide side of the loosely fitting portion.
また、第3の側面では、前記遊嵌部位の前記ラック収容部において、前記ラックガイド側の内面と前記ピニオン側の内面とが同心の円弧状断面を有し、当該ラックガイド側の内面の円弧径(64)が当該ピニオン側の内面の円弧径(65)よりも小さく設定された。 In the third aspect, in the rack accommodating portion of the loose fitting portion, the inner surface on the rack guide side and the inner surface on the pinion side have a concentric arc-shaped cross section, and the arc on the inner surface on the rack guide side The diameter (64) was set smaller than the arc diameter (65) of the inner surface on the pinion side.
本発明によれば、通常時にはステアリングラックとラック収容部との間に間隙が確保される一方、操舵時にステアリングラックの軸方向一側をラックガイド側に付勢する大きな力が作用すると、ステアリングラックの軸方向一側は、ラック収容部におけるラックガイド側の内面に当接し、その当接部位を支点にピニオン側に撓む。これにより、ステアリングラックはピニオンに押し付けられることになり、ラック歯とピニオンとの噛み合いが確保される。また、遊嵌部位のラックガイド側において、ラック収容部の内側とステアリングラックの外側とが互いに平面をもって対峙するものでは、撓んだ際にステアリングラックが比較的広い面積をもってラックガイド側の内面に当接する。また、ラックガイド側の内周面とピニオン側の内周面とが同心の円弧状断面を有し、ラックガイド側の円弧径がピニオン側の円弧径よりも小さく設定されたものでも、撓んだ際にステアリングラックが比較的広い面積をもってラックガイド側の内面に当接する。 According to the present invention, when a gap is ensured between the steering rack and the rack housing portion during normal operation and a large force is applied to bias the one axial direction of the steering rack toward the rack guide side during steering, the steering rack is The one side in the axial direction abuts against the inner surface of the rack accommodating portion on the rack guide side and bends toward the pinion side with the abutting portion as a fulcrum. As a result, the steering rack is pressed against the pinion, and the engagement between the rack teeth and the pinion is ensured. Also, on the rack guide side of the loose fitting part, when the inside of the rack housing portion and the outside of the steering rack are opposed to each other with a flat surface, the steering rack has a relatively large area on the inner surface on the rack guide side when bent. Abut. Even if the rack guide side inner peripheral surface and the pinion side inner peripheral surface have a concentric arc-shaped cross section and the rack guide side arc diameter is set smaller than the pinion side arc diameter, it will bend. In this case, the steering rack comes into contact with the inner surface on the rack guide side with a relatively large area.
以下、図面を参照して、本発明を乗用車の電動パワーステアリング装置に適用した一実施形態とその一部変形例とを詳細に説明する。なお、各部材の説明にあたっては、図2中に上下・左右・前後を矢印で示し、位置や方向をこれらに沿って表記する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an electric power steering apparatus for a passenger car and a partial modification thereof will be described in detail with reference to the drawings. In the description of each member, up, down, left, and right, front and back are indicated by arrows in FIG. 2, and positions and directions are indicated along these.
≪実施形態の構成≫
図1に示すように、本実施形態の自動車1は、いわゆる4ドアセダン型の乗用車であり、ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置2を備えている。電動パワーステアリング装置2は、ステアリングホイール3が後端に取り付けられたステアリングシャフト4と、ステアリングシャフト4を回転自在に保持するステアリングコラム5と、ステアリングシャフト4の下端に連結されたラックアンドピニオン式のステアリングギヤ6と、ステアリングギヤ6のピニオン12(図2参照)にアシスト力を付与する電動モータ7等から構成されており、運転者によるステアリングホイール3の操舵に応じて左右フロントホイール8,9を転舵させる。
<< Configuration of Embodiment >>
As shown in FIG. 1, the
<ステアリングギヤ>
図2,図3にも示すように、ステアリングギヤ6は、右前面にラック歯11aが形成された円形断面を呈する鋼製のステアリングラック11、ラック歯11aに噛み合うピニオン12、ステアリングラック11を収容するラック収容部13およびピニオン12を回転自在に保持するピニオン保持部14を有するラックハウジング15、ラックハウジング15に保持されてステアリングラック11をピニオン12に向けて付勢するラックガイド16、ステアリングラック11の左右端にそれぞれ締結されたラックエンド17,18、左右のラックエンド17,18とナックル25,26とを連結するタイロッドエンド21,22、ラックハウジング15の端部とタイロッドエンド21,22とを覆うダストシール23等から構成されている。
<Steering gear>
As shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施形態のラックハウジング15は、アルミニウム合金ダイキャスト成型品のハウジング本体31と、ハウジング本体31の左端に内嵌した鋼管製のラック収容管32と、ラック収容管32の左端に外嵌したアルミニウム合金ダイキャスト成型品の左エンドピース33と、ハウジング本体31の右端に内嵌したこれもアルミニウム合金ダイキャスト成型品の右エンドピース34とから構成されており、上述したピニオン保持部14がハウジング本体31の前部に形成されている。
The
ラックガイド16は、ステアリングラック11を挟んでピニオン12と対向する部位に摺動自在に保持されており、ラックガイドスクリュー38との間に介装されたプレッシャスプリング39に付勢されることで、弾発力をもってステアリングラック11と摺接する
The
図4に示すように、ラック収容管32の左端には樹脂を素材とする円筒状のラックブッシュ41が嵌装されており、ステアリングラック11がこのラックブッシュ41によって軸方向摺動自在に支持されている。また、ステアリングラック11は左エンドピース33に比較的大きな間隙をもって遊嵌しており、作動時にステアリングラック11の外周面が左エンドピース33の内周面に接触することはない。
As shown in FIG. 4, a
図3に示すように、ステアリングラック11は右エンドピース34にも遊嵌しているが、ステアリングラック11と右エンドピース34との間隙がラックガイド16側とピニオン12側とで異なっている。すなわち、図5に示すように、右エンドピース34は円形の内周面51を有しているが、この内周面51の中心Oeがステアリングラック11の軸心Orに対して前方に所定量aをもってオフセットしている。そのため、ラックガイド16側における間隙S1は、ピニオン12側における間隙S2に対して2aだけ小さくなっている。
As shown in FIG. 3, the
≪実施形態の作用≫
本実施形態の場合、図6(a)に示すように、ステアリングラック11は、A点(ピニオン12およびラックガイド16)と、B点(左側方ラックブッシュ41)との2点で支持されるとともに、C点で右エンドピース34に遊嵌している。そして、直進走行時においては、図7(a)に示すように、右エンドピース34の内周面51との間に間隙(上述した間隙S1,S2等)が存在するため、運転者が修正操舵等を行ってステアリングラック11が微少に左右動しても、C点における右エンドピース34との接触に起因する摺動抵抗が発生せず、操舵フィーリングの悪化が抑制される。
<< Operation of Embodiment >>
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 6A, the
右切り時においては、図6(b)に示すように、ナックル26を介して右フロントホイール9からの前方に引き寄せる力を受けたステアリングラック11がA点とB点との間でその中央部が後退するように撓み、ステアリングラック11はピニオン12に押し付けられる。この際、図7(b)に示すように、右エンドピース34内でステアリングラック11が前進するが、ピニオン12側における間隙S2が十分に大きいため、右エンドピース34の内周面51とステアリングラック11とが接触することはない。
When turning right, as shown in FIG. 6 (b), the
一方、左切り時においては、図6(c)に示すように、ナックル26を介して右フロントホイール9からの後方に押し付ける力を受けたステアリングラック11がA点とC点との間でその中央部が前進するように撓み、ステアリングラック11はピニオン12に押し付けられる。この際、図7(c)に示すように、右エンドピース34内でステアリングラック11が後退し、右エンドピース34の内周面51とステアリングラック11とが圧接する。
On the other hand, at the time of turning left, as shown in FIG. 6C, the
このように、本実施形態では、右切り時だけでなく、左切り時においてもステアリングラック11がピニオン12に押し付けられ、ラック歯11aとピニオン12との噛み合いが保たれるため、摩耗に起因するステアリングギヤ6の耐久性の低下は生じない。そして、直進走行時や右切り時には、右エンドピース34の内周面51とステアリングラック11とが接触しないことから、摩擦抵抗の増大に起因する操舵フィーリングの悪化が抑制される。更に、左側方ラックブッシュ41以外のラックブッシュを用いず、左切り時にステアリングラック11を右エンドピース34(ラックハウジング15)に直に圧接させるようにしたため、構成部品点数の増加や製造コストの上昇を防止することができる。なお、右エンドピース34がアルミニウム合金ダイキャスト成型品であるため、右エンドピース34との接触によって鋼製のステアリングラック11に摩耗や損傷が生じることは無い。
Thus, in this embodiment, the
≪一部変形例≫
次に、図7に対応する図8,図9を参照して、上記実施形態に係る第1,第2変形例を説明する。これら変形例は、ステアリングラック11や右エンドピース34の一部形状が変わることを除き、上記実施形態と同一の構成を有しているため、実施形態と異なる部分のみについて述べる。
≪Some modified examples≫
Next, with reference to FIGS. 8 and 9 corresponding to FIG. 7, the first and second modifications according to the embodiment will be described. Since these modified examples have the same configuration as that of the above-described embodiment except that the shapes of the
(第1変形例)
図8に示すように、第1変形例では、ステアリングラック11の後部にラック側平坦面61が形成される一方、右エンドピース34の内周面51にエンドピース側平坦面62が形成されている。第1変形例においても、右エンドピース34とステアリングラック11とのラックガイド16側における間隙S1は、ピニオン12側における間隙S2に対して有意に小さくなっている。
(First modification)
As shown in FIG. 8, in the first modification, a rack side
第1変形例の場合、直進走行時においては、図8(a)に示すように、右エンドピース34の内周面51との間に間隙(上述した間隙S1,S2等)が存在するため、運転者が修正操舵等を行ってステアリングラック11が微少に左右動しても、ステアリングラック11と右エンドピース34との接触に起因する摺動抵抗が発生せず、操舵フィーリングの悪化が抑制される。また、右切り時においては、図8(b)に示すように、右エンドピース34内でステアリングラック11が前進するが、ピニオン12側における間隙S2が十分に大きいため、右エンドピース34の内周面51とステアリングラック11とが接触することはない。
In the case of the first modified example, when traveling straight ahead, there are gaps (the above-described gaps S1, S2, etc.) between the inner
一方、左切り時においては、図8(c)に示すように、右エンドピース34内でステアリングラック11が後退し、右エンドピース34のエンドピース側平坦面62とステアリングラック11のラック側平坦面61とが圧接するが、エンドピース側平坦面62とラック側平坦面61との接触面積が大きいことから、ステアリングラック11や右エンドピース34の摩耗がより効果的に抑制される。
On the other hand, when turning to the left, as shown in FIG. 8C, the
(第2変形例)
図9に示すように、第2変形例では、右エンドピース34の内周面51が2つの円弧54,55から形成されている。すなわち、後方(ラックガイド16側)の円弧54の円弧径R1が比較的小さく設定され、前方(ピニオン12側)の円弧55の円弧径R2は比較的大きく設定されている。これにより、第2変形例においても、右エンドピース34とステアリングラック11とのラックガイド16側における間隙S1は、ピニオン12側における間隙S2に対して有意に小さくなっている。
(Second modification)
As shown in FIG. 9, in the second modification, the inner
第2変形例の場合、直進走行時においては、図9(a)に示すように、右エンドピース34の内周面51との間に間隙(上述した間隙S1,S2等)が存在するため、運転者が修正操舵等を行ってステアリングラック11が微少に左右動しても、ステアリングラック11と右エンドピース34との接触に起因する摺動抵抗が発生せず、操舵フィーリングの悪化が抑制される。また、右切り時においては、図9(b)に示すように、右エンドピース34内でステアリングラック11が前進するが、ピニオン12側における間隙S2が十分に大きいため、右エンドピース34の内周面51とステアリングラック11とが接触することはない。
In the case of the second modified example, during straight traveling, there are gaps (the above-described gaps S1, S2, etc.) between the inner
一方、左切り時においては、図9(c)に示すように、右エンドピース34内でステアリングラック11が後退し、右エンドピース34の円弧54とステアリングラック11とが圧接するが、円弧54の円弧径R1が比較的小さいことから、ステアリングラック11や右エンドピース34の摩耗がより効果的に抑制される。
On the other hand, when turning to the left, as shown in FIG. 9C, the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態ではラックハウジングがハウジング本体やラック収容管、左右エンドピースから構成されるものとしたが、一体鋳造品のラックハウジングを採用してもよい。また、上記実施形態では、右エンドピース(ラックハウジング)の内周面とステアリングラックとが直に接触させたが、低摩擦素材(四弗化エチレン樹脂等)のシートを介して接触させるようにしてもよい。その他、ステアリングギヤの具体的構造や各部材の具体的形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設定可能である。 This is the end of the description of specific embodiments. However, aspects of the present invention are not limited to these embodiments. For example, in the above embodiment, the rack housing is composed of a housing main body, a rack housing tube, and left and right end pieces, but an integrally cast rack housing may be employed. In the above embodiment, the inner peripheral surface of the right end piece (rack housing) and the steering rack are in direct contact with each other. However, the right end piece (rack housing) is in contact with a low friction material (tetrafluoroethylene resin or the like) through a sheet. May be. In addition, the specific structure of the steering gear, the specific shape of each member, and the like can be set as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
6 ステアリングギヤ
9 右フロントホイール
11 ステアリングラック
11a ラック歯
12 ピニオン
13 ラック収容部
14 ピニオン保持部
15 ラックハウジング
16 ラックガイド
31 ハウジング本体
34 右エンドピース
51 内周面
54 円弧
55 円弧
61 ラック側平坦面
62 エンドピース側平坦面
S1 間隙
S2 間隙
Claims (3)
前記ラック歯に噛み合うピニオンと、
前記ステアリングラックを収容する筒状のラック収容部と、前記ピニオンを回転自在に保持するピニオン保持部とを有するラックハウジングと、
前記ラックハウジングに保持され、前記ステアリングラックを前記ピニオンに向けて付勢するラックガイドと、
前記ラック収容部に保持され、前記ステアリングラックの他側を軸方向摺動自在に支持するラックブッシュと
を備えたラックアンドピニオン式ステアリングギヤであって、
前記ラック収容部における前記軸方向一側の端部に前記ステアリングラックが遊嵌するとともに、当該遊嵌部位でのラック収容部と当該ステアリングラックとの間隙は、前記ラックガイド側が前記ピニオン側よりも小さく設定された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ギヤ。 A steering rack with rack teeth formed on one side in the axial direction;
A pinion meshing with the rack teeth;
A rack housing having a cylindrical rack housing portion for housing the steering rack, and a pinion holding portion for rotatably holding the pinion;
A rack guide that is held by the rack housing and biases the steering rack toward the pinion;
A rack-and-pinion type steering gear provided with a rack bush held in the rack accommodating portion and supporting the other side of the steering rack slidably in the axial direction;
The steering rack is loosely fitted to the end portion on the one axial side of the rack accommodating portion, and the gap between the rack accommodating portion and the steering rack at the loosely fitting portion is such that the rack guide side is more than the pinion side. A rack-and-pinion type steering gear characterized by being set small.
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