JP4622638B2 - ラックピニオン式ステアリングギヤ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等の車両のステアリング装置に用いられるラックピニオン式ステアリングギヤに関する。

ラックピニオン式ステアリングギヤは、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と、このピニオンに噛合してピニオン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可能とするものである。

ステアリング操作により、ピニオンとラック軸との噛合部においてピニオンの歯面とラック軸の歯面との間に離反力が働き、ラック軸がピニオンから離間して噛合部にバックラッシュが発生する傾向となるが、ラック軸を挟んでピニオンとは反対側に設けられたラックガイドによってラック軸をピニオンに向けて付勢することにより、噛合部におけるバックラッシュの発生を防止する構成となっている。

このようなラックピニオン式ステアリングギヤにおいては、ラックガイドとラック軸とが摺接する「滑り接触タイプ」のものと、ラックガイドとラック軸との間にローラが介装された「転がり接触タイプ」のものとがある。

転がり接触タイプのラックピニオン式ステアリングギヤの一例として、ラック軸の背面を転動するローラと、ローラを転動可能に支持するローラハウジングとによりラックガイドを構成し、ローラの転動面及びローラの回転軸の表面及びローラハウジングの支持側内面に表面硬化処理を施したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ラックピニオン式ステアリングギヤの他の一例として、ローラを樹脂材で被覆したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３２２７１６号公報 特開２００２−０７９９４６号公報

従来の転がり接触タイプのラックピニオン式ステアリングギヤにおいては、ラック軸、ローラ、ローラの回転軸、ローラハウジング等は、機能上の都合により金属製とされることが一般的であり、よって、各部材同士の接触は金属接触であった。

車両の走行時に路面の凹凸等によって車輪が左右に振られ、ラック軸がその軸方向に微小振動するが、ラック軸、ローラ、ローラの回転軸、ローラハウジング等の接触が金属接触であるとラック軸の振動エネルギーは減衰され難いものであった。そのため、ピニオンとラック軸との噛合部、ラック軸とローラとの接触部、及びローラ周辺部品等に微小衝突が生じ易く、ラトル音等の異音が発生する場合があった。

上記特許文献２に開示されたラックピニオン式ステアリングギヤでは、ローラを樹脂材で被覆することによりラック軸とローラとの金属接触を防止しているが、この場合、上記した離反力等のラック軸からラックガイドに作用する荷重の全てを樹脂材で受けることとなり、樹脂材の早期のクリープが懸念される。

尚、特許文献２には、ローラを支持しているラックガイド基体にラック軸との滑り接触部を設け、ラック軸からラックガイドに作用する荷重を分散させて樹脂材を補助する構成が開示されている。しかしながら、転がり接触タイプのラックピニオン式ステアリングギヤにおいては、本来、ローラを介装することによりラック軸とラックガイドとの接触を転がり接触とし、ラック軸とラックガイドとの接触抵抗及び磨耗の低減を図ることを目的としている。よって、滑り接触部を設けることで前記目的を有効に果たせないことが懸念される。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異音の発生を抑制することができ、且つ、車両の操安性の向上を図ることができる転がり接触タイプのラックピニオン式ステアリングギヤを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るラックピニオン式ステアリングギヤは、ステアリングシャフトに連結されたピニオンと、前記ピニオンに噛合するラック軸と、前記ラック軸の背面を転動する金属ローラが設けられ、当該金属ローラを介して前記ラック軸を支持するラックガイドと、を備えるラックピニオン式ステアリングギヤであって、前記金属ローラは、その転動面の一部に弾性体が周着されており、当該転動面の金属部分と前記弾性体とで前記ラック軸の背面に接触することを特徴としている。
また、本発明のラックピニオン式ステアリングギヤにおいて、弾性体は金属ローラの転動面より膨出していることを特徴としている。
また、本発明のラックピニオン式ステアリングギヤにおいて、弾性体が金属ローラの軸方向中心部に対し両端部に設けられていることを特徴としている。

上記構成によれば、振動エネルギーが最も高いラック軸と金属ローラとの接触部分に弾性体が配置されており、この弾性体によりラック軸の振動エネルギーを吸収することができる。これにより、金属ローラおよびその周辺部品等への振動の伝播を抑制し、ピニオンとラック軸との噛合部、ラック軸と金属ローラとの接触部、及び金属ローラ周辺部品等の微小衝突による異音を低減することができる。その結果、ドライバーを含む乗員に快適な車内環境を提供することができる。

そして、ステアリング操作によりピニオンが回転してラック軸がその軸方向に直線運動を開始する際に、ラック軸は金属ローラの弾性体を押圧しながら運動し、ステアリング操作力は弾性体を押圧する力にも使われることになる。よって、例えば直進からの微小舵角操作時のステアリング操作範囲では、ステアリング操作と車輪の動きとの関係が０（零）からリニアに立ち上がらずに、２次曲線的に立ち上がることになる。これにより、ステアリング操作に対する車輪の動きが急峻になり過ぎず、疲れ難い操安性を得ることができる。

さらに、ピニオンとラック軸との噛合部における離反力等のラック軸からラックガイドに作用する荷重を、ローラの弾性体のみで受けることなく、ローラの転動面の金属部分でも受けることができる。これにより、弾性体が早期にクリープすることを防止することができ、また、過大荷重の入力時にも弾性体が破損する可能性を低減することができる。その結果、長期にわたり上記の効果を享受することができる。

本発明のラックピニオン式ステアリングギヤによれば、異音の発生を抑制することができると共に、車両の操安性の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態例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ピニオン式ステアリングギヤの一実施形態を示す断面図、図２は図１に示したラックピニオン式ステアリングギヤにおける金属ローラの拡大断面図である。

本発明の実施形態の一例であるラックピニオン式ステアリングギヤ１０は、図１に示すように、ステアリング操作により回転するステアリングシャフトに連結されたピニオン１１と、このピニオン１１に噛合するラック軸１２とを備えている。ピニオン１１及びラック軸１２は共にハウジング１３内に収納されている。

ピニオン１１は、その軸方向に離間して配置された２個の軸受２０，２１によって回転可能に支持されており、ステアリングシャフトと共に回転する。ラック軸１２は、その軸方向をピニオン１１の軸方向と交差する方向に配置されており、当該軸方向に往復直線運動可能にハウジング１３に支持されている。ラック軸１２の両端は車輪操舵用の不図示のリンク機構に連結されている。

ラック軸１２を挟んでピニオン１１とは反対側に略円柱形状のラックガイド１４が配置されている。ラックガイド１４は、ハウジング１３に設けられた略円筒状空間（ラックガイド収容空間）１５内に、ラック軸１２に向けて前後移動可能に収納されている。

ラックガイド１４のラック軸１２側を向く先端部にはローラ収容空間２２が凹設されている。このローラ収容空間２２内に、ラック軸１２の背面を転動する金属ローラ１６およびその回転軸１７が収容されている。回転軸１７は、その軸方向をラック軸１２の直線運動方向に直交させるように配置され、ローラ収容空間２２の肩部２３に両端を支持固定されている。金属ローラ１６は、回転軸１７との間に複数の針状ころ２４を介在させて当該回転軸１７に回転可能に組付けられている。

ラックガイド１４の基端部は、ばね部材２５を介して、ラックガイド収容空間１５の開口部を封止するように当該開口部に螺合された調整ねじ２６により押止されている。調整ねじ２６のねじ込み量を調整することでばね部材２５の弾性力が調整される。ばね部材２５の弾性力を受けたラックガイド１４は、ラック軸１２に向けて押圧され、金属ローラ１６を介してラック軸１２をピニオン１１に対して付勢するようになっている。尚、ばね部材２５としては、皿ばね等の弾性反発力を蓄積する部材を用いることができる。調整ねじ２６は、その外周面に螺合されたロックナット２８によってハウジング１３に位置決め固定される。

ラック軸１２、ラックガイド１４、金属ローラ１６、及び金属ローラ１６の回転軸１７はいずれもクロム鋼をはじめとする特殊鋼等の金属製である。

さらに図２を参照して、金属ローラ１６の外周面（転動面）２９は、断面において円弧状に湾曲したラック軸１２の背面に包接するように形成されている。そして、この転動面２９の軸方向中央部には断面略矩形状の凹溝３１が全周にわたって設けられており、この凹溝３１に弾性体３２が嵌め込まれている。弾性体３２は、弾性を有するゴムや合成樹脂によって円環形状に形成されている。弾性体３２は、凹溝３１に嵌め込まれた状態において転動面２９から膨出している。

このように構成されたラックピニオン式ステアリングギヤ１０では、ステアリング操作に伴いピニオン１１が回転され、このピニオン１１の回転はラック軸１２の直線運動に変換され、このラック軸１２の直線運動により車輪の操舵がなされる。このとき、ピニオン１１とラック軸１２の噛合部２７においてピニオン１１の歯面とラック軸１２の歯面との間に離反力が働き、ラック軸１２がピニオン１１から離間して噛合部２７にバックラッシュが発生する傾向となるが、ばね部材２５の弾性力を受けたラックガイド１４によりラック軸１２はピニオン１１に向けて付勢され、噛合部２７におけるバックラッシュの発生が防止されている。

ここで、上記した離反力はラック軸１２を介してラックガイド１４に作用するが、ラックガイド１４はばね部材２５の弾性力を受けてラック軸１２に向けて押圧されており、よって、金属ローラ１６とラック軸１２との接触部分において転動面２９から膨出している弾性体３２が弾性変形される。これにより、金属ローラ１６は転動面２９の金属部分と弾性体３２とでラック軸１２の背面に接触する。

車両の走行時に路面の凹凸等によって車輪が左右に振られ、ラック軸１２がその軸方向に微小振動するが、本実施形態のラックピニオン式ステアリングギヤ１０によれば、振動エネルギーが最も高いラック軸１２と金属ローラ１６との接触部分に弾性体３２が配置されており、この弾性体３２によりラック軸１２の振動エネルギーを吸収することができる。これにより、金属ローラ１６およびその周辺部品等への振動の伝播を抑制し、ピニオン１１とラック軸１２との噛合部２７、ラック軸１２と金属ローラ１６との接触部、及び金属ローラ１６の周辺部品等の微小衝突による異音を低減することができる。その結果、ドライバーを含む乗員に快適な車内環境を提供することができる。

そして、ステアリング操作によりピニオン１１が回転してラック軸１２がその軸方向に直線運動を開始する際に、ラック軸１２は金属ローラ１６の弾性体３２を押圧しながら運動し、ステアリング操作力は弾性体３２を押圧する力にも使われることになる。よって、例えば直進からの微小舵角操作時の微小ステアリング角操作範囲では、ステアリング操作と車輪の動きとの関係が０（零）からリニアに立ち上がらずに、２次曲線的に立ち上がることになる。これにより、ステアリング操作に対する車輪の動きが急峻になり過ぎず、疲れ難い操安性を得ることができる。

さらに、ピニオン１１とラック軸１２との噛合部２７における離反力等のラック軸１２からラックガイド１４に作用する荷重を、金属ローラ１６の弾性体３２のみで受けることなく、金属ローラ１６の転動面２９の金属部分でも受けることができる。これにより、弾性体３２が早期にクリープすることを防止することができ、また、過大荷重の入力時にも弾性体３２が破損する可能性を低減することができる。その結果、長期にわたり上記の効果を享受することができる。

次に、図３を参照して、ラックピニオン式ステアリングギヤ１０の第１変形例について説明する。図３は第１変形例における金属ローラの拡大断面図である。

図３に示すように、本変形例では、金属ローラ１６の転動面２９の軸方向中央部に断面略半円形状の凹溝３３が全周にわたって設けられており、この凹溝３３にＯリング３４が嵌め込まれている。Ｏリング３４は、凹溝３３に嵌め込まれた状態において転動面２９から膨出している。

本変形例では、弾性体として既存のＯリングを適用し、ラックピニオン式ステアリングギヤの製造コストを低減することができる。

次に、図４を参照して、ラックピニオン式ステアリングギヤ１０の第２変形例について説明する。図４は第２変形例における金属ローラの拡大断面図である。

図４に示すように、本変形例では、金属ローラ１６の転動面２９の軸方向両端部に断面略半円形状の凹溝３５，３５が全周にわたって設けられており、各凹溝３５にＯリング３６が嵌め込まれている。各Ｏリング３６は、凹溝３５に嵌め込まれた状態において転動面２９から膨出している。

本変形例では、弾性体とラック軸１２との接触面積を拡大させてラック軸１２の振動エネルギーをより吸収することができる。

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。

本発明に係るラックピニオン式ステアリングギヤの一実施形態を示す断面図である。 図１に示したラックピニオン式ステアリングギヤにおける金属ローラの拡大断面図である。 図１に示したラックピニオン式ステアリングギヤの第１変形例における金属ローラの拡大断面図である。 図１に示したラックピニオン式ステアリングギヤの第２変形例における金属ローラの拡大断面図である。

符号の説明

１０ ラックピニオン式ステアリングギヤ
１１ ピニオン
１２ ラック軸
１４ ラックガイド
１６ 金属ローラ
３２ 弾性体

Claims (3)

1. ステアリングシャフトに連結されたピニオンと、
   前記ピニオンに噛合するラック軸と、
   前記ラック軸の背面を転動する金属ローラが設けられ、当該金属ローラを介して前記ラック軸を支持するラックガイドと、
   を備えるラックピニオン式ステアリングギヤであって、
   前記金属ローラは、その転動面の一部に弾性体が周着されており、当該転動面の金属部分と前記弾性体とで前記ラック軸の背面に接触することを特徴とするラックピニオン式ステアリングギヤ。
2. 請求項１に記載のラックピニオン式ステアリングギヤにおいて、
   前記弾性体は前記金属ローラの転動面より膨出し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ギヤ。
3. 請求項１又は２に記載のラックピニオン式ステアリングギヤにおいて、前記弾性体が前記金属ローラの軸方向中心部に対し両端部に設けら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ギヤ。

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