JP2014136437A - ラックピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成要素が少なく組み立てが容易であるとともに作動音を低減することができ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】ラック軸１４とピニオン軸１３からなるステアリング機構と、ボールジョイント１４ｃと、ラックハウジング１５と、ラックハウジング１５の端部に形成された保持孔２８に設けられたラックストッパ２０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、ラックストッパ２０は、略円筒形状に形成された金属材からなり、ラックハウジング１５の端部に嵌合されてボールジョイント１４ｃのストロークエンドを規制するストッパ部２１と、合成樹脂材からなり、ストッパ部２１の内径部２１ａに一体化されてラック軸１４を支持する支持部２２とから構成され、ラック軸１４を摺動支持するとともに、ストロークエンドにおいて、ラックストッパ２０の一端とボールジョイント１４ｃの端部とが当接されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用のラックピニオン式ステアリング装置に関する。

車両用のステアリング装置には、車体の左右方向に延設され、その両端に車輪が連結されたラック軸と、ラック軸の中途部に噛合され、ステアリングホイールに連結されたピニオン軸と、を備えたラックピニオン式ステアリング装置がある。このラックピニオン式ステアリング装置は、ラック軸とピニオン軸からなるステアリング機構と、ラック軸の両端に設けられたボールジョイントと、ラック軸とピニオン軸を保持するラックハウジングとから構成されている。このラック軸の両端部は、ラックハウジングの両側に突出され、左右の車輪にそれぞれのタイロッドを介して連結されている。このタイロッドには、ボールジョイント（玉継手）が用られ、ラック軸の摺動にともなって軸心に沿って直線運動をなす端部と、軸回りの揺動により向きを変える車輪との間で力の伝達をおこなっている。ステアリング機構は、これらのタイロッドを介してラック軸の移動を左右の車輪に伝えて車輪の向きを変える構成となっている。ラック軸は、ラックブッシュを介してラックハウジングに摺動可能に支持され、ストロークエンドにおいて、ボールジョイントがラックハウジングの両端に設けられたラックストッパに当接することで、移動が制限されている。ラック軸は、このラックストッパの取り付け具合によっては、設定された最大ストローク量を得ることができず、操舵範囲が狭くなる場合があった。例えば、特許文献１では、ラック軸を支持するラックブッシュと、ラック軸の移動を制限するラックストッパとをラック軸の両端部に備え、ラック軸に設定された最大ストローク量が得られるように構成された車両用ステアリング装置が開示されている。

特開２００１−２６０９１４号公報

ところで、近年車両においては、燃費向上と低コスト化のため、より一層の小型化と部品数削減が進められる一方、居住性の向上等を目的として車両の様々な構成要素から発生する振動および作動音の低減が求められており、ステアリング装置ついても同様な要求がある。しかしながら、上述のステアリング装置は、構成要素が多く、組み立てに手間がかかり、結果として製造コストが大きくなるという問題があった。一方、ラック軸を摺動させることにより発生する摺動音やラック軸のストロークエンド時にボールジョイントがラックストッパに当接した際に発生する打音等の異音の問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、構成要素が少なく組み立てが容易であるとともに作動音を低減することができるラックピニオン式ステアリング装置を提供することにある。

請求項１に係わる発明は、ラック軸とピニオン軸からなるステアリング機構と、前記ラック軸の両端に設けられたボールジョイントと、前記ラック軸と前記ピニオン軸を保持するラックハウジングと、前記ラックハウジングの端部に形成された保持孔に設けられたラックストッパと、を備えたラックピニオン式ステアリング装置において、前記ラックストッパは、略円筒形状に形成された金属材からなり、前記ラックハウジングの端部に嵌合されて前記ボールジョイントのストロークエンドを規制するストッパ部と、合成樹脂材からなり、前記ストッパ部の内径部に一体化されて前記ラック軸を支持する支持部とから構成され、前記ラック軸を摺動支持するとともに、前記ストロークエンドにおいて、前記ラックストッパの一端と前記ボールジョイントの端部とが当接されるようにしたことを特徴とする。

上記のように構成した請求項１の発明によれば、ラックストッパは、ボールジョイントのストロークエンドを規制するストッパの機能を有するストッパ部と、ラック軸を支持する機能を有する支持部とが一体化しているので、ラックストッパだけで、これらの機能を備えることができる。従って、このラックストッパをラックハウジングに形成された保持孔に設けるだけで、ボールジョイントのストロークエンドを規制するとともに、ラック軸を支持することができるので、ラックピニオン式ステアリング装置の組み立てを容易におこなうことができる。

請求項２に係わる発明は、請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置であって、前記ラックストッパは、前記支持部の内周面にグリース溜りとなる軸方向の溝が形成されていることを特徴とする。

上記のように構成した請求項２の発明によれば、ラックストッパの支持部の内周面には、グリース溜りとなる軸方向の溝が形成されているので、ラック軸を摺動させた際の潤滑が向上されて摺動音の発生を抑制することができる。

請求項３に係わる発明は、請求項１または２に記載のラックピニオン式ステアリング装置であって、前記ラックストッパは、前記支持部の一端にフランジ部が形成され、前記ストロークエンドにおいて、前記フランジ部が前記ボールジョイントの端部と当接するようにしたことを特徴とする。

上記のように構成した請求項３の発明によれば、ラック軸のストロークエンドにおいて、ラックストッパの支持部に形成された、合成樹脂材からなるフランジ部が、ボールジョイントの端部と当接するようにしているので、フランジ部の弾性により、当接した際の打音の発生を抑制することができる。

本発明によれば、構成要素が少なく組み立てが容易であるとともに作動音を低減することができるラックピニオン式ステアリング装置ことができるラックピニオン式ステアリング装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略構成を示す模式図である。 図１のラック軸端部の一部断面図である。 図２のラックストッパの拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のラックストッパの拡大断面図である。 本発明の変形例を示すラックストッパの拡大断面図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態の電動パワーステアリング装置を図面に従って説明する。
図１に示されるように、電動パワーステアリング装置１は、電動モータを動力源として操舵アシストをおこなうラックピニオン式ステアリング装置である。

電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４からの操舵トルクにより車輪２を操舵するためのラックピニオン式の操舵機構５と、ステアリングシャフト４と操舵機構５との間に設けられてこの間において回転を伝達する軸継手としての中間軸６とを有している。

ステアリングシャフト４は、ステアリングコラム７の内部を挿通し、ステアリングコラム７により回転自在に支持されている。ステアリングコラム７はブラケット８を介して車体９に支持されている。ステアリングシャフト４の一方の端部にはステアリングホイール３が連結され、ステアリングシャフト４の他方の端部には中間軸６が連結されている。中間軸６は、動力伝達軸１０と、中間軸６の一方の端部に設けられた自在継手１１と、中間軸６の他方の端部に設けられた自在継手１２とを有している。

操舵機構５は、入力軸としてのピニオン軸１３と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向）に延びる転舵軸としてのラック軸１４と、ピニオン軸１３およびラック軸１４を支持するラックハウジング１５とを有している。

ラックハウジング１５は、車体９に固定され、ピニオン軸１３およびラック軸１４を保持している。ピニオン軸１３は、ラックハウジング１５に回動自在に支持され、ラック軸１４は、ラックストッパ２０を介してラックハウジング１５に、その軸方向Ｓに摺動自在に支持されている。ピニオン軸１３のピニオン歯１３ａと、ラック軸１４のラック歯１４ａとが互いに噛み合っている。

ラックハウジング１５のラックハウジング端部１５ａ，１５ｂから、ラック軸１４の軸方向Ｓにラック軸１４のラック軸端部１４ｂが突出している。ラック軸端部１４ｂには、一対のボールジョイント１４ｃが設けられている。各ボールジョイント１４ｃには、タイロッドおよびナックルアーム（図示せず）を介して、対応する車輪２が連動するように連結されている。

ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４および中間軸６を介して操舵機構５に伝達される。ステアリングホイール３の回動に連動して中間軸６およびピニオン軸１３が回動し、これにともないラック軸１４がその軸方向Ｓに沿って移動する。これにより、車輪２を操舵することができる。

電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルクセンサ１６と、制御部としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）１７と、操舵補助用の電動モータ１８と、伝動装置としての減速機１９とを有している。本実施形態では、電動モータ１８および減速機１９は、ステアリングコラム７に関連して設けられている。

トルクセンサ１６は、ステアリングホイール３からステアリングシャフト４に作用する操舵トルクを検出する。トルク検出結果は、ＥＣＵ１７に与えられる。ＥＣＵ１７は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ１８を制御する。

ステアリングホイール３が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１６により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１８が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１９を介してピニオン軸１３に伝達され、ステアリングホイール３の動きが操舵機構５に伝わることで車輪２が操舵されるとともに、操舵が補助される。

本実施形態の操舵機構５は、上述のピニオン軸１３と、上述のラック軸１４と、ラック軸１４の軸方向中央部を収容し車体９に支持された上述のラックハウジング１５とを有している。

ラック軸１４は、長尺の棒状部材である。ラック軸１４のラック軸端部１４ｂには、ラック歯１４ａが形成されておらず、ラック軸端部１４ｂは、例えば、断面円形等の断面丸形に形成されている。ラック軸１４の中間部の外周面は、断面円弧形状をなす湾曲部と、軸方向Ｓに平行な平坦部とを有している。この平坦部にラック歯１４ａが形成されている。

ラックハウジング１５は、円筒形状をなし、ラック軸１４の軸方向Ｓに沿って延びている。ラックハウジング１５には、ラック軸１４が挿通されている。ラックハウジング１５は、軸方向Ｓに相当する長手方向に、ラックハウジング端部１５ａ，１５ｂと、これらラックハウジング端部１５ａ，１５ｂの間に配置された中間部１５ｃとを有している。ラックハウジング１５の中間部１５ｃは、軸受（図示せず）を介してピニオン軸１３を回動自在に支持している。ピニオン軸１３は、ラックハウジング端部１５ａに相対的に近くなるように配置され、ラックハウジング端部１５ｂに相対的に遠くなるように配置されている。

また、操舵機構５は、ラック軸１４をその軸方向Ｓに摺動自在に支持するとともに、ボールジョイント１４ｃの移動を規制するラックストッパ２０と、ラック軸支持装置２３とを有している。

ラック軸支持装置２３は、ラック軸１４をピニオン軸１３側となる所定の付勢方向Ｆに付勢しながらラック軸１４を軸方向Ｓに移動自在に支持している。ラック軸支持装置２３は、ラックハウジング１５の長手方向に関して、ラックハウジング１５の中間部１５ｃであってピニオン軸１３と同じ位置に配置されている。ラック軸１４の軸方向Ｓに直交する方向であって所定の付勢方向Ｆに関して、ラック軸支持装置２３とピニオン軸１３とは、ラック軸１４を挟んで互いに反対側に配置されている。

ラック軸支持装置２３は、ラックハウジング１５に設けられて保持孔２４ａを区画する筒部材２４と、保持孔２４ａ内に移動自在に保持されてラック軸１４を受ける支持部材としてのサポートヨーク２５と、サポートヨーク２５をピニオン軸１３に向けて付勢する付勢部材としてのばね部材２６と、ばね部材２６を受ける受け部材２７とを有している。

筒部材２４は、ラックハウジング１５の中間部１５ｃに一体に形成されている。保持孔２４ａは、付勢方向Ｆ、すなわちラック軸１４の軸方向Ｓに直交する方向であり、かつピニオン軸１３の軸方向に直交する方向に平行に延びている。保持孔２４ａの一端がラックハウジング１５の中間部１５ｃの内部に開口している。保持孔２４ａの他端に受け部材２７が固定されている。保持孔２４ａの内部には、ばね部材２６とサポートヨーク２５とが収容されている。

サポートヨーク２５は、円柱形状をなしている。サポートヨーク２５の軸線が保持孔２４ａの延びる方向に平行に配置されている。この方向に平行に、サポートヨーク２５は自在に移動できるようになっている。サポートヨーク２５の軸線が延びる方向に関して、サポートヨーク２５の一端がラック軸１４に摺動自在に接していて、他端がばね部材２６に接している。ばね部材２６は、サポートヨーク２５の他端と受け部材２７との間に弾性圧縮変形を受けた状態で介在している。ばね部材２６は、サポートヨーク２５を押圧付勢し、ひいては、サポートヨーク２５を介してラック軸１４をピニオン軸１３に向けて付勢している。

次に、ラックストッパの詳細を図２および図３を用いて説明する。図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置１のラック軸端部１５ｂの一部断面図を示す。図３は、図２のラックストッパの拡大断面図を示す。

図２に示すように、ラック軸１４を収納するラックハウジング１５の端部１５ｂは、保持孔２８を有している。保持孔２８は、円筒面からなる内周面２８ａと、この内周面２８ａの一端から径方向内方へ延びる段部２８ｂとを有している。保持孔２８には、略円筒形状をなすラックストッパ２０が内嵌されている。

図３に示すように、ラックストッパ２０は、ストッパ部２１と、ストッパ部２１の内径部に一体化された支持部２２とから構成されている。ラックストッパ２０のストッパ部２１は、アルミ等の金属材からなり、略円筒形状に形成され、外周の一端に段差部２０ａを有している。ストッパ部２１の内径部２１ａには、ストッパ部２１および支持部２２がラック軸１４の軸方向Ｓに移動しないようにローレット加工が施されている。

ラックストッパ２０は、ストッパ部２１の段差部２０ａをラックハウジング１５の内周に形成された段部２８ｂへ突き当てることにより、ラックハウジング１５の内側への移動を拘束して取り付けられている。また、ラックストッパ２０は、ラックハウジング１５の端部に形成された保持孔２８に内嵌されることにより、ラックハウジング１５の外側への移動が拘束されている。

このように、ラックハウジング１５の端部に取り付けられたラックストッパ２０は、ラック軸１４のストロークエンドにおいて、ボールジョイント１４ｃの端部と当接されて、ラック軸１４の移動を規制している。

ラックストッパ２０の支持部２２は、摺動性に優れ弾性を有する合成樹脂材、例えば熱可塑性ポリエステル系エラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂からなる。支持部２２は、ストッパ部２１の内径部に樹脂融着や射出成型により形成されている。

支持部２２の内周面２２ａには、グリース溜りとなる軸方向の溝（図示せず）が形成され、ラック軸１４のラック軸端部１４ｂを軸方向Ｓに摺動自在に支持している。

このように、ラック軸１４は、ラックストッパ２０に支持され、ラックハウジング１５の外側への突出端は、継手部材であるボールジョイント１４ｃを介してタイロッド４１に連結されている。

ラックストッパ２０は、ボールジョイント１４ｃのストロークエンドを規制するストッパの機能を有するストッパ部２１と、ラック軸１４を支持する機能を有する支持部２２とが一体化されているので、ラックストッパ２０だけで、これらの機能を備えることができる。

このラックストッパ２０を用いた電動パワーステアリング装置１によれば、このラックストッパ２０をラックハウジング１５の端部に形成された保持孔２８に内嵌するだけで、ボールジョイント１４ｃのストロークエンドを規制するとともに、ラック軸１４を支持することができる。従って、電動パワーステアリング装置１の組み立てを容易におこなうことができる。

また、ラックストッパ２０の支持部２２の内周面２２ａには、グリース溜りとなる軸方向の溝が形成されているので、ラック軸１４を摺動させた際の潤滑が向上されて摺動音の発生を抑制することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係わる電動パワーステアリング装置を図面に従って説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と全体の構成は同じであり、第１の実施形態とは、ラックストッパの構成が異なっている。以下、同等の機能をもつ部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、ラックストッパ２００は、支持部２２の一端にフランジ部２２ｃが形成され、端面がストッパ部２１に固着されている。このラックストッパ２００をラックハウジング１５に形成された保持孔２８に設けると、フランジ部２２ｃの一方の端面がボールジョイント１４ｃの端部に対向して配置される。

このラックストッパ２００を用いた電動パワーステアリング装置１によれば、ラック軸１４のストロークエンドにおいて、ラックストッパ２００の支持部２２に形成された、合成樹脂材からなるフランジ部２２ｃが、ボールジョイント１４ｃの端部と当接する。従って、フランジ部２２ｃの弾性により、当接した際の打音の発生を抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。

例えば、電動パワーステアリング装置においては、ラック軸の移動にともなって、ラックハウジング内部の空気が圧縮され、この圧縮された空気によりラック軸の移動が妨げられる場合がある。

この場合、図５に示すように、ラックストッパ２０１のストッパ部２１にラックハウジング１５の内部と外部とを連通させる貫通孔２０ｂを形成してもよい。このラックストッパ２０１をラックハウジング１５に形成された保持孔２８に設けると、この貫通孔２０ｂを介してラックハウジング１５の内部と外部とが連通される。

このラックストッパ２０１を用いた電動パワーステアリング装置１によれば、貫通孔２０ｂが、ラックハウジング１５の内部と外部とを連通させるているので、ラック軸１４の移動にともなって、ラックハウジング１５内部に空気が閉じ込められても、貫通孔２０ｂを介してラックハウジング１５の外部に空気を排出することができる。従って、ラックハウジング１５内部の圧縮空気により、ラック軸１４の移動が妨げられることを防ぐことができる。

１：電動パワーステアリング装置、 ２：車輪、 ３：ステアリングホイール、 ４：ステアリングシャフト、 ５：操舵機構、 ６：中間軸、 ７：ステアリングコラム、 ８：ブラケット、 ９：車体、 １０：動力伝達軸、 １１，１２：自在継手、 １３：ピニオン軸、 １３ａ：ピニオン歯、 １４：ラック軸、１４ａ：ラック歯、 １４ｂ：ラック軸端部、 １４ｃ：ボールジョイント、 １５：ラックハウジング、 １５ａ，１５ｂ：ラックハウジング端部、 １５ｃ：中間部、 １６：トルクセンサ、 １７：ＥＣＵ、 １８：電動モータ、 １９：減速機、 ２０，２００，２０１：ラックストッパ、２０ａ：段差部、 ２０ｂ：貫通孔、 ２１：ストッパ部、 ２１ａ：内径部、 ２２：支持部、 ２２ａ：内周面、 ２２ｂ：外周面、 ２２ｃ：フランジ部、 ２３：ラック軸支持装置、 ２４：筒部材、 ２４ａ：保持孔、 ２５：サポートヨーク、 ２６：ばね部材、 ２７：受け部材、 ２８：保持孔、 ２８ａ：内周面、 ２８ｂ：段部、 ４１：タイロッド、 Ｆ：付勢方向、 Ｓ：軸方向

Claims (3)

1. ラック軸とピニオン軸からなるステアリング機構と、前記ラック軸の両端に設けられたボールジョイントと、前記ラック軸と前記ピニオン軸を保持するラックハウジングと、前記ラックハウジングの端部に形成された保持孔に設けられたラックストッパと、を備えたラックピニオン式ステアリング装置において、
   前記ラックストッパは、略円筒形状に形成された金属材からなり、前記ラックハウジングの端部に嵌合されて前記ボールジョイントのストロークエンドを規制するストッパ部と、合成樹脂材からなり、前記ストッパ部の内径部に一体化されて前記ラック軸を支持する支持部とから構成され、前記ラック軸を摺動支持するとともに、前記ストロークエンドにおいて、前記ラックストッパの一端と前記ボールジョイントの端部とが当接されるようにした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. 請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置であって、
   前記ラックストッパは、前記支持部の内周面にグリース溜りとなる軸方向の溝が形成され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。
3. 請求項１または２に記載のラックピニオン式ステアリング装置であって、
   前記ラックストッパは、前記支持部の一端にフランジ部が形成され、前記ストロークエンドにおいて、前記フランジ部が前記ボールジョイントの端部と当接するようにしたことを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。

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