JP4214846B2

JP4214846B2 - Steering device and electric power steering device

Info

Publication number: JP4214846B2
Application number: JP2003181580A
Authority: JP
Inventors: 賢作中村; 亨介山中; 哲也村上; 和晃永松
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP2005014736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック歯とピニオンとの噛合い状態を高精度で維持することができるステアリング装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今の自動車用ステアリング装置においては、ラックアシスト式のパワーステアリング装置が良く用いられている。ラックアシスト式のパワーステアリング装置では、電動モータの回転によりボールねじが回転するのに伴って、該ボールねじに螺合しているラック軸に回転変位（以下、ラックツイストという）が生じ、ラック歯とピニオンとの噛合い部分が破損するおそれがあった。したがって、ラック軸をピニオン軸側へ押し付けることによってラック軸の回転を止めるように、ラック軸の背面、すなわちラック歯とピニオンとの噛合い部分の反対側部分におけるラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状をＶ字形状とし、それに対応してラック軸を支持する側のラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状をＶ字形状としてラック軸を支持するサポートヨークを設けている。
【０００３】
しかし、ラック軸の背面における軸方向と垂直な方向の断面形状がＶ字形状である場合には、ラック軸とサポートヨークとが面接触することから、フリクションが過大となり、特に負荷が大きい。ラックツイストが生じた場合においては、ラック軸とサポートヨークとが線接触することから、この接触部分に加わる圧力が増大し、磨耗が増大する原因となるという問題点があった。
【０００４】
かかる問題点を解決するために、例えば（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、及び（特許文献４）においては、ラック軸側における略Ｖ字形状の各辺が凸円弧形状を有し、対応する部分において、ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が凹円弧形状をなす部分を２つ有するサポートヨークを回転止めとして設けているステアリング装置が開示されている。
【０００５】
このようにすることで、ラック軸とサポートヨークの接触面積が大きくなることがなく、同時にラック軸の回転を抑止する機能を損なうことのないステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８８１２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０５１０号公報
【特許文献３】
特開２００２−８７２８９号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５１１３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（特許文献１）ないし（特許文献４）に開示されている構造は、サポートヨークによる圧接摩擦力によってラック軸の回転を抑制しようとするものであり、完全にはラック軸の回転を止めることができない。したがって、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等の支障が生じるおそれがあるという問題点があった。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、フリクションを低減させつつ、ラック軸の回転を抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等の支障の発生を低減することができるステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１発明に係るステアリング装置は、相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備えるステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凹円弧形状をなし、前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凹円弧形状と接する凸円弧形状をなす２つの部分を有し、前記ラック軸における凹円弧の半径が前記サポートヨークにおける凸円弧の半径よりも大きく、前記ラック軸における２つの凹円弧の中心と、前記サポートヨークにおける２つの凸円弧の中心とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、軸方向に移動する前記ラック軸の全移動範囲で前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心に対して前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に位置することを特徴とする。
【００１０】
第１発明に係るステアリング装置では、略Ｖ字形状の各辺が凹円弧形状をなすラック軸及びラック軸の凹円弧形状と接する凸円弧形状の２つの部分を有したサポートヨークにおける両円弧の半径が相違することによってラック軸とサポートヨークとを線接触させることができるとともに、ラック軸側における凹円弧の半径がサポートヨーク側における凸円弧の半径よりも大きいことから、ラック軸の回転半径を機構的に維持することができず、さらにラック軸における２つの凹円弧の中心とサポートヨークにおける２つの凸円弧の中心とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、軸方向に移動するラック軸の全移動範囲でラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心に対してピニオン軸との噛合い部分の反対側に位置することから、ラック軸の動きがラック軸の凹円弧形状とサポートヨークの凸円弧形状との当接点でサポートヨークにより規制され、その結果、ラック軸に回転モーメントを生じた場合であっても、ラック軸の回転を確実に抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏摩耗等を低減することが可能となる。
【００１１】
また、第２発明に係るステアリング装置は、相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備えるステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凸円弧形状をなし、前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凸円弧形状と接する凹円弧形状をなす２つの部分を有し、前記サポートヨークにおける凹円弧の半径が前記ラック軸における凸円弧の半径よりも大きく、前記ラック軸における２つの凸円弧の中心と、前記サポートヨークにおける２つの凹円弧の中心とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、軸方向に移動する前記ラック軸の全移動範囲で前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心に対して前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に位置することを特徴とする。
【００１２】
第２発明に係るステアリング装置では、略Ｖ字形状の各辺が凸円弧形状をなすラック軸及びラック軸の凸円弧形状と接する凹円弧形状の２つの部分を有したサポートヨークにおける両円弧の半径が相違することによってラック軸とサポートヨークとを線接触させることができるとともに、サポートヨーク側における凹円弧の半径がラック軸側における凸円弧の半径よりも大きいことから、ラック軸の回転半径を機構的に維持することができず、さらにラック軸における２つの凸円弧の中心とサポートヨークにおける２つの凹円弧の中心とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、軸方向に移動するラック軸の全移動範囲でラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心に対してピニオン軸との噛合い部分の反対側に位置することから、ラック軸の動きがラック軸の凸円弧形状とサポートヨークの凹円弧形状との当接点でサポートヨークにより規制され、その結果、ラック軸に回転モーメントを生じた場合であっても、確実にラック軸の回転を抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏摩耗等を低減することが可能となる。
【００１３】
次に、上記目的を達成するために第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明又は第２発明に係るステアリング装置を備え、電動モータと、該電動モータの回転を直線運動に変換して前記ラック軸に伝達するボールねじ機構とを備えることを特徴とする。
【００１４】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転をボールねじ機構によって直線運動に変換してラック軸に伝達する際に、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であっても、ラック軸の回転を機構的に抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏摩耗等を低減することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るステアリング装置の概略構成を示す自動車の側面から見た側面断面図である。図１に示すように、ピニオン軸２は上下方向に配置されており、拡径された下半部にピニオン２０が一体形成され、ピニオン２０の下側及び上側に配置されている一対の玉軸受け２１、２２により、筒型のピニオンハウジングＨ₂の内部に支持されている。
【００１７】
ピニオン軸２はピニオンハウジングＨ₂から上側に突出しており、斯かる突出部分が、模式的に図示されているステアリングホイールＳに連結されている。
【００１８】
ピニオンハウジングＨ₂の中途部分には、筒型のハウジングＨ₁が自動車の左右方向に軸を有するよう横置きされており、ハウジングＨ₁の内部に、ラック軸１が、ハウジングＨ₁の軸方向に摺動自在に支持されている。
【００１９】
ラック軸１には、ピニオンハウジングＨ₂とハウジングＨ₁との交叉部においてピニオン２０と噛合うラック歯１０が形成されている。ラック軸１は、ハウジングＨ₁における自動車の左右端から突出している。斯かる突出部分に、自動車の左右の車輪がそれぞれ連結されている。
【００２０】
また、ハウジングＨ₁は、ハウジングＨ₁と一体的に設けられた筒型のヨークハウジングＨ₃を備えている。該ヨークハウジングＨ₃は、ハウジングＨ₁、ピニオンハウジングＨ₂のそれぞれと略直交する方向であり、かつラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分と反対方向に突出するように設けられている。ヨークハウジングＨ₃は、自動車の前後方向にハウジングＨ₁内に連通する円形断面を有する保持孔３０を有し、該保持孔３０によって、円柱形状を有するサポートヨーク３が、自動車の前後方向に摺動可能に保持されている。
【００２１】
サポートヨーク３は、保持孔３０に挿入されており、自動車の前側に配置されている押しバネ３４の弾性力によって、ラック軸１の方向へ押圧され、ラック軸１を支持している。該押しバネ３４は、ロックナット３３により固定されている支持キャップ３２とサポートヨーク３との間に設けられている。
【００２２】
図２は本発明の実施の形態１に係るステアリング装置におけるラック軸１とピニオン軸２との噛合い部分近傍について、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。図２に示すように、サポートヨーク３は、ラック軸１をラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対方向から押圧し、該噛合い部分に予圧を付与しつつラック軸１を摺動可能に支持する。なお、予圧の調整は、ロックナット３３の締め付けにより支持キャップ３２の位置を変えることにより行うことができる。
【００２３】
ラック軸１の背面側、すなわちラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対側部分には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状であり、かつ略Ｖ字形状の２辺がそれぞれ円弧形状を有する凹面が形成されている。
【００２４】
斯かる形状に対応するように、ラック軸１を支持するサポートヨーク３の先端部には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が円弧形状である２つの凸面が、ラック軸１における凹面と接するように設けられ、ラック受けシート４が被着されている。該ラック受けシート４は、耐摩耗性に優れ、低摩擦係数を有する材質による薄膜シートで構成されており、例えばＰＴＦＥ等の合成樹脂製のコーティング膜を基材となる金属板の一面に形成した金属製のシート、又は炭素繊維強化ポリアセタノール（ＰＯＭ）等の合成樹脂製のシート等を用いる。なお、材質については、特にこれらに限定されるものではない。
【００２５】
ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径は、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径よりも大きな値を有する。このように両円弧の半径を相違させることで、ラック軸１とサポートヨーク３とを面接触ではなく、線接触させることができ、両者のフリクションを低減させることができ、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径を、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径よりも大きな値とすることにより、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であってもラック軸の回転半径を機構的に維持することができず、ラック軸１が回転することを確実に抑止することが可能となる。
【００２６】
図３に、本発明の実施の形態１に係るステアリング装置における円弧の半径の関係を示す。図３に示すように、サポートヨーク３は、押しバネ等による弾性力によりラック受けシート４を介してラック軸１の背面に押し付けられ、ラック軸１をピニオン軸２に向けて押圧する。そして、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径Ｒ₁が、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径Ｒ₃よりも大きいことから、ラック軸１とサポートヨーク３とは当接点Ｐにおいて線接触する。
【００２７】
加えて、ラック軸１の回転をより効果的に抑止するために、ラック軸１の背面側における２つの円弧の中心Ｏ₁、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の中心Ｏ₃、及びラック軸１とサポートヨーク３との当接点Ｐを結ぶ２本の直線の交点Ｏ_Pがラック軸１の回転中心Ｏ_Qと一致しないように配置する。
【００２８】
このようにすることで、例えばラック軸１にＯ_Qを中心とした図中時計回りの回転モーメントが生じた場合であっても、当接点Ｐにおいてラック軸１の背面の動きがサポートヨーク３により規制され、ラック軸１の回転半径が、２つの凹円弧の中心と、サポートヨーク３とラック軸１との接合部とで定まる物理的な回転半径と相違することにより、両半径が一致している場合と異なり機構的に回転できない。なぜなら、両半径と中心間間隔とで形成される三角形Ｏ_PＯ_QＰが一意に定まるからである。したがって、ピニオン軸２に対してラック軸１が傾くことがなく、ラックツイストが生じることがないことから、ラック歯１０とピニオン２０の噛合いを高い精度で維持することが可能となる。ラック軸１にＯ_Qを中心とした図中反時計回りの回転モーメントが生じた場合についても同様の効果が期待できる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置について、図面を参照しながら説明する。図４は本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置におけるラック軸１とピニオン軸２との噛合い部分近傍について、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。図４に示すように、サポートヨーク３は、実施の形態１と同様に、ラック軸１をラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対方向から押圧し、当該噛合い部分に予圧を付与しつつラック軸１を摺動可能に支持している。
【００３０】
そして、ラック軸１の背面側、すなわちラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対側の部分には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状であり、かつ略Ｖ字形状の２辺が円弧形状を有する凸面が形成されている。
【００３１】
斯かる形状に対応するように、ラック軸１を支持するサポートヨーク３の先端部には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が円弧形状である２つの凹面が、ラック軸１における凸面と接するように設けられ、ラック受けシート４が被着されている。当該ラック受けシート４に要求される性質及び材質については、実施の形態１と同様である。
【００３２】
また、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径は、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径よりも大きな値を有する。このように円弧の半径を相違させることで、ラック軸１とサポートヨーク３とを面接触ではなく、線接触させることができ、両者のフリクションを低減させることができ、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径を、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径よりも大きな値とすることにより、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であってもラック軸の回転半径を機構的に維持することができず、ラック軸１が回転することを確実に抑止することが可能となる。
【００３３】
図５に、本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置における円弧の半径の関係を示す。図５に示すように、サポートヨーク３は、押しバネ等による弾性力によりラック受けシート４を介してラック軸１の背面に押し付けられ、ラック軸１をピニオン軸２に向けて押圧する。そして、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径Ｒ₃が、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径Ｒ₁よりも大きいことから、ラック軸１とサポートヨーク３とは当接点Ｐにおいて線接触する。
【００３４】
そして、ラック軸１の回転をより効果的に抑止するために、ラック軸１の背面側における２つの円弧の中心Ｏ₁、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の中心Ｏ₃、及びラック軸１とサポートヨーク３との当接点Ｐを結ぶ２本の直線の交点Ｏ_Pがラック軸１の回転中心Ｏ_Qと一致しないように配置する。
【００３５】
このようにすることで、例えばラック軸１にＯ_Qを中心とした図中時計回りの回転モーメントが生じた場合であっても、当接点Ｐにおいてラック軸１の背面の動きがサポートヨーク３により規制され、ラック軸１は回転運動を行うことができない。したがって、ピニオン軸２に対してラック軸１が傾くことがなく、ラックツイストが生じることがないことから、ラック歯１０とピニオン２０の噛合いを高い精度で維持することが可能となる。ラック軸１にＯ_Qを中心とした図中反時計回りの回転モーメントが生じた場合についても同様の効果が期待できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、ラック軸とサポートヨークとの当接面におけるラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状の円弧半径が相違することによってラック軸とサポートヨークとを線接触させることができるとともに、ラック軸の回転半径を機構的に維持することができず、さらにラック軸における２つの円弧の中心とサポートヨークにおける２つの円弧の中心とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、軸方向に移動するラック軸の全移動範囲でラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心に対してピニオン軸との噛合い部分の反対側に位置することで、ラック軸の動きがサポートヨークとの当接点でサポートヨークにより規制され、その結果、ラック軸の回転を確実に抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等の発生を低減することが可能となるステアリング装置及び電動パワーステアリング装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るステアリング装置の概略構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るステアリング装置におけるラック軸とピニオン軸２との噛合い部分近傍について、ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るステアリング装置における円弧半径の関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置におけるラック軸とピニオン軸との噛合い部分近傍について、ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置における円弧半径の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ラック軸
２ピニオン軸
３サポートヨーク
４ラック受けシート
１０ラック歯
２０ピニオン
Ｏ₁ ラック軸１の背面側における２つの円弧の中心
Ｏ₃ サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の中心
Ｏ_P 当接点Ｐを結ぶ２本の直線の交点
Ｏ_Q ラック軸１の回転中心
Ｐラック軸１とサポートヨーク３との当接点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering device and an electric power steering device that can maintain the meshing state of a rack tooth and a pinion with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
In recent automobile steering devices, rack assist type power steering devices are often used. In the rack assist type power steering device, as the ball screw rotates due to the rotation of the electric motor, a rotational displacement (hereinafter referred to as a rack twist) is generated in the rack shaft that is screwed to the ball screw. There was a possibility that the meshing part of the pinion and the pinion might be damaged. Therefore, a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft on the back surface of the rack shaft, that is, the portion opposite to the meshing portion of the rack teeth and the pinion so as to stop the rotation of the rack shaft by pressing the rack shaft toward the pinion shaft. A support yoke for supporting the rack shaft is provided with a V-shaped cross-sectional shape and a V-shaped cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the rack shaft on the side supporting the rack shaft.
[0003]
However, when the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the axial direction on the back surface of the rack shaft is V-shaped, the rack shaft and the support yoke are in surface contact with each other, resulting in excessive friction and particularly heavy load. When the rack twist is generated, the rack shaft and the support yoke are in line contact with each other. Therefore, there is a problem that the pressure applied to the contact portion increases and wear increases.
[0004]
In order to solve such a problem, for example, in (Patent Literature 1), (Patent Literature 2), (Patent Literature 3), and (Patent Literature 4), each side of the substantially V-shape on the rack shaft side is convex. A steering device is disclosed that has a circular arc shape and a support yoke having two portions in which the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft forms a concave arc shape at a corresponding portion as a rotation stopper. .
[0005]
By doing so, it is possible to provide a steering device and an electric power steering device that do not increase the contact area between the rack shaft and the support yoke and at the same time do not impair the function of suppressing the rotation of the rack shaft.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-18812 A [Patent Document 2]
JP 2001-10510 A [Patent Document 3]
JP 2002-87289 A [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-151132
[Problems to be solved by the invention]
However, the structures disclosed in (Patent Document 1) to (Patent Document 4) attempt to suppress the rotation of the rack shaft by the pressure frictional force by the support yoke, and completely stop the rotation of the rack shaft. I can't. Therefore, there has been a problem that there is a possibility that troubles such as an increase in the meshing resistance between the rack teeth and the pinion due to the rack twist, or uneven wear of the tooth surface may occur.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce the rotation of the rack shaft while reducing the friction, increase the meshing resistance between the rack teeth and the pinion due to the rack twist, or the tooth surface. An object of the present invention is to provide a steering device and an electric power steering device that can reduce the occurrence of troubles such as uneven wear.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a steering apparatus according to a first invention includes a pinion shaft and a rack shaft that mesh with each other, and a support yoke that slidably supports the rack shaft, wherein the rack shaft includes: On the opposite side of the meshing portion with the pinion shaft, there is a portion having a substantially V-shaped cross section in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft, and each side of the substantially V-shaped has a concave arc shape. None, the support yoke has two portions in which a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft forms a convex arc shape in contact with the concave arc shape of the rack shaft, connecting radius much larger than the radius of the convex circular arc in the support yoke, and centers of the two recessed circular in the rack shaft, and the center of the two convex arc in the support yoke respectively Intersection of the two straight lines, located on the opposite side of the meshing portion between the pinion shaft with respect to the rotation center when the rotational moment to the rack shaft in a total travel of the rack shaft moves in the axial direction is generated It is characterized by that.
[0010]
In the steering device according to the first aspect of the invention, the radius of both arcs in the support yoke having the rack shaft in which each side of the substantially V-shape forms a concave arc shape and the convex arc shape contacting the concave arc shape of the rack shaft. mechanism but it is possible to a rack shaft and the support yoke is line contact by different, since the radius of the concave arc is greater than the radius of the convex circular arc in the support yoke side of the rack shaft side, the rotation radius of the rack shaft In addition, the intersection of two straight lines connecting the centers of the two concave arcs on the rack shaft and the centers of the two convex arcs on the support yoke is the total of the rack shaft moving in the axial direction. Because it is located on the opposite side of the meshing portion with the pinion shaft with respect to the center of rotation when a rotational moment is generated on the rack shaft in the movement range, the rack Movement of the shaft is restricted by the contact point with the support yoke with recessed circular shape and support yoke convex arc shape of the rack shaft, as a result, even if the rotational moment generated in the rack shaft, the rotation of the rack shaft It can be surely suppressed, and it becomes possible to increase the meshing resistance between the rack tooth and the pinion due to the rack twist, or reduce the uneven wear of the tooth surface.
[0011]
A steering device according to a second aspect of the present invention is a steering device including a pinion shaft and a rack shaft that mesh with each other, and a support yoke that slidably supports the rack shaft, and the rack shaft is connected to the pinion shaft. The support yoke has a portion whose cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft is substantially V-shaped on the opposite side of the meshing portion, and each side of the substantially V-shaped has a convex arc shape. Has two portions in which a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft forms a concave arc shape in contact with the convex arc shape of the rack shaft, and the radius of the concave arc in the support yoke is the rack shaft The intersection of two straight lines that are larger than the radius of the convex arc at the center and connect the center of the two convex arcs at the rack shaft and the center of the two concave arcs at the support yoke. , Characterized in that opposite the meshing portion between the pinion shaft with respect to the rotation center when the rotational moment to the rack shaft in a total travel of the rack shaft moves in the axial direction is generated.
[0012]
In the steering device according to the second aspect of the invention, the radius of both arcs in the support yoke having two portions of the rack shaft in which each substantially V-shaped side forms a convex arc shape and the concave arc shape contacting the convex arc shape of the rack shaft. The rack shaft and the support yoke can be brought into line contact with each other, and the radius of the concave arc on the support yoke side is larger than the radius of the convex arc on the rack shaft side. In addition, the intersection of two straight lines connecting the centers of the two convex arcs on the rack shaft and the two concave arcs on the support yoke, respectively, is the entire rack axis moving in the axial direction. Because it is located on the opposite side of the meshing portion with the pinion shaft with respect to the center of rotation when a rotational moment is generated on the rack shaft in the movement range, the rack Movement of the shaft is restricted by the contact point with the support yoke with recessed circular convex arc shape and support the yoke of the rack shaft, as a result, even if the rotational moment generated in the rack shaft, a reliable rack shaft The rotation can be suppressed, and it becomes possible to increase the meshing resistance between the rack tooth and the pinion due to the rack twist, or reduce the uneven wear of the tooth surface.
[0013]
Next, an electric power steering apparatus according to a third invention to achieve the above object, comprises a steering device according to the first or second aspect of the invention, an electric motor, the rotation of the electric motor is converted into linear motion It characterized the Turkey and a ball screw mechanism for transmitting to the rack shaft Te.
[0014]
In the electric power steering apparatus according to the third aspect of the invention, even when a rotation moment is generated in the rack shaft when the rotation of the electric motor is converted into a linear motion by the ball screw mechanism and transmitted to the rack shaft , the rack shaft Rotation can be mechanically suppressed, and the increase in the meshing resistance between the rack teeth and the pinion due to the rack twist, or the uneven wear of the tooth surfaces can be reduced.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
[0016]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side cross-sectional view seen from the side of an automobile, showing a schematic configuration of a steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the pinion shaft 2 is arranged in the vertical direction, the pinion 20 is integrally formed in the lower half of the enlarged diameter, and a pair of ball bearings are arranged on the lower side and the upper side of the pinion 20. the 21 and 22 are supported inside the pinion housing of H ₂ cylindrical.
[0017]
The pinion shaft 2 protrudes upward from the pinion housing H ₂ , and the protruding portion is connected to a steering wheel S schematically shown.
[0018]
The middle part of the pinion housing H _2, the housing H ₁ of the cylindrical are transversely so as to have an axis in the lateral direction of the automobile, the interior of the housing H _1, the rack shaft 1, the axial direction of the housing H ₁ It is slidably supported by.
[0019]
The rack shaft 1 is formed with rack teeth 10 that mesh with the pinion 20 at the intersection of the pinion housing H ₂ and the housing H ₁ . The rack shaft 1 protrudes from the left and right ends of the vehicle in the housing H _1. The left and right wheels of the automobile are connected to the protruding portions.
[0020]
The housing H ₁ includes a cylindrical yoke housing H ₃ provided integrally with the housing H ₁ . The yoke housing H ₃ is provided so as to protrude in a direction substantially orthogonal to each of the housing H ₁ and the pinion housing H ₂ and in a direction opposite to the engagement portion between the rack teeth 10 and the pinion 20. The yoke housing H ₃ has a holding hole 30 having a circular cross section that communicates with the housing H ₁ in the front-rear direction of the automobile, and the support yoke 3 having a cylindrical shape is slid in the front-rear direction of the automobile. It is held movable.
[0021]
The support yoke 3 is inserted into the holding hole 30 and is pressed in the direction of the rack shaft 1 by the elastic force of the pressing spring 34 disposed on the front side of the automobile to support the rack shaft 1. The push spring 34 is provided between the support cap 32 and the support yoke 3 fixed by the lock nut 33.
[0022]
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a cross section in the direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft 1 in the vicinity of the meshing portion between the rack shaft 1 and the pinion shaft 2 in the steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 2, the support yoke 3 presses the rack shaft 1 from the opposite direction of the meshing portion between the rack teeth 10 and the pinion 20, and slides the rack shaft 1 while applying a preload to the meshing portion. Support as possible. The preload can be adjusted by changing the position of the support cap 32 by tightening the lock nut 33.
[0023]
The cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the rack shaft 1 is substantially V-shaped on the back side of the rack shaft 1, that is, on the side opposite to the meshing portion between the rack teeth 10 and the pinion 20. A concave surface is formed in which the two sides of the letter shape each have an arc shape.
[0024]
In order to correspond to such a shape, two convex surfaces whose cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft 1 is an arc shape are formed at the tip of the support yoke 3 that supports the rack shaft 1. The rack receiving sheet 4 is attached so as to be in contact with the concave surface. The rack receiving sheet 4 is composed of a thin film sheet made of a material having excellent wear resistance and a low friction coefficient. For example, a coating film made of synthetic resin such as PTFE is formed on one surface of a metal plate as a base material. A metal sheet or a synthetic resin sheet such as carbon fiber reinforced polyacetanol (POM) is used. The material is not particularly limited to these.
[0025]
The radius of the two arcs on the back side of the rack shaft 1 has a larger value than the radius of the two arcs at the tip of the support yoke 3. By making the radii of the two arcs different from each other in this way, the rack shaft 1 and the support yoke 3 can be brought into line contact instead of surface contact, the friction between them can be reduced, and the back side of the rack shaft 1 can be reduced. By setting the radius of the two arcs at a larger value than the radius of the two arcs at the tip of the support yoke 3, the rotational radius of the rack shaft can be mechanically adjusted even when a rotational moment is generated in the rack shaft. Therefore, it is possible to reliably prevent the rack shaft 1 from rotating.
[0026]
FIG. 3 shows the relationship between the arc radii in the steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 3, the support yoke 3 is pressed against the back surface of the rack shaft 1 via the rack receiving sheet 4 by an elastic force by a pressing spring or the like, and presses the rack shaft 1 toward the pinion shaft 2. Since the radius R ₁ of the two arcs on the back side of the rack shaft 1 is larger than the radius R ₃ of the two arcs at the tip of the support yoke 3, the rack shaft 1 and the support yoke 3 contact each other at the contact point P. In line contact.
[0027]
In addition, in order to more effectively suppress the rotation of the rack shaft 1, the center O ₁ of the two arcs on the back side of the rack shaft 1, the center O _{3 of} the two arcs at the tip of the support yoke ₃ , and the rack The intersection point O _P of the two straight lines connecting the contact point P between the shaft 1 and the support yoke 3 is arranged so as not to coincide with the rotation center O _Q of the rack shaft 1.
[0028]
In this way, for example, even if the rotational moment in the drawing clockwise to the rack shaft 1 around the O _Q occurs, the movement of the rear of the rack shaft 1 by the support yoke 3 in the abutment point P Since the rotation radius of the rack shaft 1 is different from the physical rotation radius determined by the center of the two concave arcs and the joint portion of the support yoke 3 and the rack shaft 1, both radii coincide with each other. Unlike the case, it cannot rotate mechanically. This is because the triangle O _P O _Q P formed by both radii and the center-to-center spacing is uniquely determined. Therefore, the rack shaft 1 is not inclined with respect to the pinion shaft 2 and no rack twist is generated, so that the engagement between the rack teeth 10 and the pinion 20 can be maintained with high accuracy. The same effect also when drawing counterclockwise rotation moment about the O _Q to the rack shaft 1 has occurred can be expected.
[0029]
(Embodiment 2)
Next, an electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a cross section in the direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft 1 in the vicinity of the meshing portion of the rack shaft 1 and the pinion shaft 2 in the electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. is there. As shown in FIG. 4, as in the first embodiment, the support yoke 3 presses the rack shaft 1 from the opposite direction of the meshing portion between the rack teeth 10 and the pinion 20 and applies preload to the meshing portion. However, the rack shaft 1 is slidably supported.
[0030]
The cross-sectional shape in the direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft 1 is substantially V-shaped on the back side of the rack shaft 1, that is, on the opposite side to the meshing portion between the rack teeth 10 and the pinion 20. And the convex surface which two sides of substantially V shape have a circular arc shape is formed.
[0031]
In order to correspond to such a shape, two concave surfaces whose cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft 1 is an arc shape are formed at the front end portion of the support yoke 3 that supports the rack shaft 1. The rack receiving sheet 4 is attached so as to be in contact with the convex surface. The properties and materials required for the rack receiving sheet 4 are the same as those in the first embodiment.
[0032]
Further, the radius of the two arcs at the tip of the support yoke 3 has a value larger than the radius of the two arcs on the back side of the rack shaft 1. By making the radii of the arcs different in this way, the rack shaft 1 and the support yoke 3 can be brought into line contact instead of surface contact, the friction between them can be reduced, and the tip of the support yoke 3 can be reduced. By setting the radius of the two arcs to a value larger than the radius of the two arcs on the back side of the rack shaft 1, the rotation radius of the rack shaft can be mechanically adjusted even when a rotational moment is generated in the rack shaft. It cannot be maintained, and it is possible to reliably prevent the rack shaft 1 from rotating.
[0033]
FIG. 5 shows the relationship between the arc radii in the electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 5, the support yoke 3 is pressed against the back surface of the rack shaft 1 via the rack receiving sheet 4 by the elastic force of a pressing spring or the like, and presses the rack shaft 1 toward the pinion shaft 2. Since the radius R ₃ of the two arcs at the front end of the support yoke 3 is larger than the radius R ₁ of the two arcs on the back side of the rack shaft 1, the rack shaft 1 and the support yoke 3 are in contact with each other at the contact point P. In line contact.
[0034]
In order to more effectively suppress the rotation of the rack shaft 1, the center O ₁ of the two arcs on the back side of the rack shaft 1, the center O _{3 of} the two arcs at the tip of the support yoke ₃ , and the rack shaft 1 and the support yoke 3 are arranged so that the intersection point O _P of the two straight lines connecting the contact points P of the support yoke 3 does not coincide with the rotation center O _Q of the rack shaft 1.
[0035]
In this way, for example, even if the rotational moment in the drawing clockwise to the rack shaft 1 around the O _Q occurs, the movement of the rear of the rack shaft 1 by the support yoke 3 in the abutment point P The rack shaft 1 is restricted and cannot perform rotational movement. Therefore, since the rack shaft 1 does not tilt with respect to the pinion shaft 2 and no rack twist is generated, the engagement between the rack teeth 10 and the pinion 20 can be maintained with high accuracy. The same effect also when drawing counterclockwise rotation moment about the O _Q to the rack shaft 1 has occurred can be expected.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the rack shaft and the support yoke are connected to each other by the difference in the arc radius of the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft at the contact surface between the rack shaft and the support yoke. The rotation radius of the rack shaft cannot be mechanically maintained, and two straight lines connecting the centers of the two arcs on the rack shaft and the centers of the two arcs on the support yoke can be used. When the intersection is located on the opposite side of the meshed part with the pinion shaft with respect to the center of rotation when a rotational moment is generated in the rack shaft in the entire movement range of the rack shaft moving in the axial direction, the movement of the rack shaft There is restricted by the contact point with the support yoke and the support yoke, as a result, the rotation of the rack shaft can be reliably suppressed, the rack teeth by the rack twist Increased meshing pinions resistance or steering it is possible to reduce the occurrence of uneven wear such as a tooth surface and an electric power steering device is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic configuration of a steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a cross section in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft in the vicinity of the meshing portion between the rack shaft and the pinion shaft 2 in the steering device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between arc radii in the steering device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a cross section in the direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft in the vicinity of the meshing portion between the rack shaft and the pinion shaft in the electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between arc radii in the electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 rack shaft 2 pinion shaft 3 support yoke 4 rack receiving sheet 10 rack tooth 20 pinion O ₁ center of two arcs O 1 on the rear side of the rack shaft 1 ₃ center O _P contact point of two arcs at the tip of the support yoke 3 contact point between the rotation center P rack shaft 1 and the support yoke 3 at the intersection of two straight lines connecting the P O _Q rack shaft 1

Claims

相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、
前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備えるステアリング装置において、
前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凹円弧形状をなし、
前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凹円弧形状と接する凸円弧形状をなす２つの部分を有し、
前記ラック軸における凹円弧の半径が前記サポートヨークにおける凸円弧の半径よりも大きく、前記ラック軸における２つの凹円弧の中心と、前記サポートヨークにおける２つの凸円弧の中心とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、軸方向に移動する前記ラック軸の全移動範囲で前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心に対して前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に位置することを特徴とするステアリング装置。A pinion shaft and a rack shaft that mesh with each other;
In a steering apparatus comprising a support yoke that slidably supports the rack shaft,
The rack shaft has a portion having a substantially V-shaped cross section in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft on the opposite side of the meshing portion with the pinion shaft, and each side of the substantially V-shaped side. Has a concave arc shape,
The support yoke has two portions in which a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft forms a convex arc shape in contact with the concave arc shape of the rack shaft,
The radius of the concave arc of the rack shaft is much larger than the radius of the convex circular arc in the support yoke, and centers of the two recessed circular in the rack shaft, connecting each of the two convex arc and a center of the support yoke 2 The intersection of the two straight lines is located on the opposite side of the meshing portion with the pinion shaft with respect to the rotation center when a rotational moment is generated in the rack shaft in the entire movement range of the rack shaft moving in the axial direction. A steering apparatus characterized by the above.

相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、
前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備えるステアリング装置において、
前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凸円弧形状をなし、
前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凸円弧形状と接する凹円弧形状をなす２つの部分を有し、
前記サポートヨークにおける凹円弧の半径が前記ラック軸における凸円弧の半径よりも大きく、前記ラック軸における２つの凸円弧の中心と、前記サポートヨークにおける２つの凹円弧の中心とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、軸方向に移動する前記ラック軸の全移動範囲で前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心に対して前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に位置することを特徴とするステアリング装置。 A pinion shaft and a rack shaft that mesh with each other;
In a steering apparatus comprising a support yoke that slidably supports the rack shaft,
The rack shaft has a portion having a substantially V-shaped cross section in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft on the opposite side of the meshing portion with the pinion shaft, and each side of the substantially V-shaped side. Has a convex arc shape,
The support yoke has two portions in which a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft forms a concave arc shape in contact with the convex arc shape of the rack shaft,
The radius of the concave arc in the support yoke is larger than the radius of the convex arc in the rack shaft, and two centers connecting the centers of the two convex arcs in the rack shaft and the centers of the two concave arcs in the support yoke, respectively. The intersection of the straight lines is located on the opposite side of the meshing portion with the pinion shaft with respect to the rotation center when a rotational moment is generated in the rack shaft in the entire movement range of the rack shaft moving in the axial direction. features and to Luz tearing apparatus.

請求項１又は２に記載のステアリング装置を備え、電動モータと、該電動モータの回転を直線運動に変換して前記ラック軸に伝達するボールねじ機構とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 Comprising a steering apparatus according to claim 1 or 2, the electric motor and the electric power, wherein the benzalkonium a ball screw mechanism to convert linear motion to rotation of the electric motor is transmitted to the rack shaft Steering device.