JP5125568B2 - Rack and pinion type steering gear unit - Google Patents

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Description

この発明は、自動車の操舵輪に舵角を付与する為のステアリング装置を構成するラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットの改良に関する。具体的には、耐久性を確保しつつ、ステアリングホイールの操作感の向上を図れる構造を実現する事を意図したものである。   The present invention relates to an improvement of a rack and pinion type steering gear unit that constitutes a steering device for giving a steering angle to a steering wheel of an automobile. Specifically, it is intended to realize a structure capable of improving the operational feeling of the steering wheel while ensuring durability.

ステアリングホイールから入力された回転運動を舵角付与の為の直線運動に変換する為の機構として、ラックアンドピニオンを使用する、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤユニットを備えたステアリング装置は、小型且つ軽量に構成でき、しかも剛性が高く良好な操舵感を得られる為、広く使用されている。図7は、この様なラックアンドピニオン式のステアリングギヤユニット1を組み込んだステアリング装置の1例を示している。このステアリング装置では、ステアリングホイール2の操作に伴って回転するステアリングシャフト3の動きを、自在継手4、4及び中間シャフト5を介して、上記ステアリングギヤユニット1の入力軸である、ピニオン軸6に伝達する。このステアリングギヤユニット1は、このピニオン軸6の軸方向の一部に設けたピニオン歯と、ラックの前面に設けたラック歯とを噛合させて成る。上記ステアリングホイール2の操作により上記ピニオン軸6を回転させると、上記ピニオン歯と上記ラック歯との噛合に基づいて、上記ラックが軸方向に変位し、その両端部に結合した1対のタイロッド7、7を押し引きして、操舵輪に所望の舵角を付与する。   A steering device equipped with a rack and pinion type steering gear unit that uses a rack and pinion as a mechanism for converting a rotational motion input from the steering wheel into a linear motion for giving a steering angle is small and lightweight. It is widely used because it has a high rigidity and a good steering feeling. FIG. 7 shows an example of a steering apparatus incorporating such a rack and pinion type steering gear unit 1. In this steering apparatus, the movement of the steering shaft 3 that rotates in accordance with the operation of the steering wheel 2 is transferred to the pinion shaft 6 that is the input shaft of the steering gear unit 1 through the universal joints 4 and 4 and the intermediate shaft 5. introduce. The steering gear unit 1 is formed by meshing pinion teeth provided on a part of the pinion shaft 6 in the axial direction with rack teeth provided on the front surface of the rack. When the pinion shaft 6 is rotated by operating the steering wheel 2, the rack is displaced in the axial direction based on the meshing of the pinion teeth and the rack teeth, and a pair of tie rods 7 coupled to both ends thereof. , 7 is pushed and pulled to give a desired steering angle to the steered wheels.

上述の様なステアリングギヤユニット1の作動時に上記ラックには、上記ピニオン歯と上記ラック歯との噛合部で発生する反力に基づき、上記ピニオン軸6から離れる方向の力が加わる。この為、何らかの対策を施さない限り、上記ピニオン歯と上記ラック歯との噛合状態が不良に(これら両歯同士の噛合深さが過度に浅く)なり、上記ピニオン軸6から上記ラックへの力の伝達効率が悪化し、著しい場合には、上記ピニオン歯と上記ラック歯とが空回りする可能性がある。この為従来から、例えば特許文献1、2に記載されている様に、上記ピニオン歯と上記ラック歯との噛合部と反対側である、上記ラックの背面側をラックガイドにより支え、このラックが上記ピニオン軸6から退避する方向に変位するのを抑える様にしている。   When the steering gear unit 1 is operated as described above, a force in a direction away from the pinion shaft 6 is applied to the rack based on a reaction force generated at a meshing portion between the pinion teeth and the rack teeth. Therefore, unless any countermeasure is taken, the meshing state between the pinion teeth and the rack teeth becomes poor (the meshing depth between these two teeth is excessively shallow), and the force from the pinion shaft 6 to the rack is reduced. If the transmission efficiency is significantly reduced, the pinion teeth and the rack teeth may idle. For this reason, conventionally, as described in, for example, Patent Documents 1 and 2, the back side of the rack, which is opposite to the meshing portion between the pinion teeth and the rack teeth, is supported by a rack guide. The displacement in the direction of retracting from the pinion shaft 6 is suppressed.

この様な、ラックがピニオン軸から退避する方向に変位するのを抑える為の構造を組み込んだラックアンドピニオン型のステアリングギヤユニットの構造に就いて、図8により説明する。このステアリングギヤユニット1aを構成するケーシング8内にラック軸9を、軸方向(図8の表裏方向)の変位のみを可能に(自身の中心軸回りの回転を抑えた状態で)設置している。上記ラック軸9は、前面(次述するピニオン軸6aに対向する側の面で、図8の上面)に、ラック歯10を設けている。又、上記ケーシング8の一部で上記ラック軸9の前面側にピニオン軸6aを、回転のみ可能に(軸方向の変位を抑えた状態で)設けている。即ち、このピニオン軸6aの先端部(図8の左端部)を上記ケーシング8の内部に設けた支持凹部11内に、ラジアルニードル軸受等の軸受12により、中間部をこのケーシング8の開口部に、単列深溝型玉軸受等の軸受13により、それぞれ回転自在に支持している。この状態で、上記ピニオン軸6aのうちでこれら両軸受12、13の間部分に形成したピニオン歯14を、上記ラック歯10と噛合させている。この構成により、上記ピニオン軸6aの回転運動を上記ラック軸9の直線運動に変換する、ラックアンドピニオン機構を構成している。   The structure of a rack and pinion type steering gear unit incorporating such a structure for suppressing the displacement of the rack in the direction of retracting from the pinion shaft will be described with reference to FIG. The rack shaft 9 is installed in the casing 8 constituting the steering gear unit 1a so as to be capable of displacement only in the axial direction (front and back direction in FIG. 8) (in a state where rotation around its own central axis is suppressed). . The rack shaft 9 is provided with rack teeth 10 on the front surface (the surface on the side facing the pinion shaft 6a described below and the upper surface in FIG. 8). In addition, a pinion shaft 6a is provided on the front side of the rack shaft 9 in a part of the casing 8 so as to be rotatable only (in a state where displacement in the axial direction is suppressed). That is, the tip end portion (left end portion in FIG. 8) of the pinion shaft 6a is placed in a support recess 11 provided in the casing 8, and a bearing 12 such as a radial needle bearing is used to connect the intermediate portion to the opening portion of the casing 8. These are supported rotatably by bearings 13 such as single row deep groove ball bearings. In this state, pinion teeth 14 formed between the bearings 12 and 13 in the pinion shaft 6a are engaged with the rack teeth 10. With this configuration, a rack and pinion mechanism that converts the rotational motion of the pinion shaft 6a into linear motion of the rack shaft 9 is configured.

この様なラックアンドピニオン機構の作動時には、上記ラック歯10と上記ピニオン歯14との噛合部で発生する反力に基づき、上記ラック軸9に、上記ピニオン軸6aから退避する方向の力が加わる。そこで、このラック軸9の背面24側で、軸方向に関してこのピニオン軸6aとほぼ一致する部分に、ラックガイド15を設けている。このラックガイド15を設ける為に上記ケーシング8の一部にシリンダ筒部16を、上記ラック軸9の配設方向に対し直角方向に設けている。そして、このシリンダ筒部16内に上記ラックガイド15を、上記ラック軸9に対し遠近動する方向(図8の上下方向)の変位を可能に嵌装している。上記ラックガイド15の先端面17(上記ラック軸9に対向する面で、図8の上面)は、このラック軸9の背面24の形状に合わせて、部分円筒状凹面としている。又、上記先端面17は、合成樹脂の如き低摩擦材製の滑り材18により覆っている。   When such a rack and pinion mechanism is operated, a force in the direction of retreating from the pinion shaft 6a is applied to the rack shaft 9 based on the reaction force generated at the meshing portion of the rack teeth 10 and the pinion teeth 14. . Therefore, on the back surface 24 side of the rack shaft 9, a rack guide 15 is provided in a portion substantially coincident with the pinion shaft 6a in the axial direction. In order to provide the rack guide 15, a cylinder tube portion 16 is provided in a part of the casing 8 in a direction perpendicular to the arrangement direction of the rack shaft 9. The rack guide 15 is fitted into the cylinder tube portion 16 so as to be able to be displaced in the direction of moving in the direction of the rack shaft 9 (vertical direction in FIG. 8). The front end surface 17 of the rack guide 15 (the surface facing the rack shaft 9 and the upper surface in FIG. 8) is a partially cylindrical concave surface in accordance with the shape of the back surface 24 of the rack shaft 9. The tip surface 17 is covered with a sliding material 18 made of a low friction material such as synthetic resin.

又、上記ラックガイド15の基端面19(上記ラック軸9と反対側の面で、図8の下面)の中央部と、上記シリンダ筒部16の開口端部に螺着したアジャストスクリュー20の内面中央部との間に、圧縮コイルばね等の弾性部材21を設けて、上記ラックガイド15を上記ラック軸9に対し、弾性的に押圧している。又、このラックガイド15の基端面外径寄り部分と、上記アジャストスクリュー20の内面外径寄り部分との間に存在する隙間22の軸方向厚さTは、上記ラック歯10と上記ピニオン歯14との噛合深さHよりも小さく(T<H)している。更に、上記アジャストスクリュー20の基端部で上記シリンダ筒部16から突出した部分にはロックナット23を螺合させて、上記アジャストスクリュー20が不用意に緩まない様にしている。   Further, the center portion of the base end surface 19 of the rack guide 15 (the surface opposite to the rack shaft 9 and the lower surface of FIG. 8) and the inner surface of the adjusting screw 20 screwed to the opening end portion of the cylinder tube portion 16 are provided. An elastic member 21 such as a compression coil spring is provided between the central portion and the rack guide 15 is elastically pressed against the rack shaft 9. Also, the axial thickness T of the gap 22 between the portion near the outer diameter of the base end surface of the rack guide 15 and the portion near the inner surface outer diameter of the adjusting screw 20 is determined by the rack teeth 10 and the pinion teeth 14. Is smaller than the engagement depth H (T <H). Further, a lock nut 23 is screwed into a portion protruding from the cylinder tube portion 16 at the base end portion of the adjustment screw 20 so that the adjustment screw 20 is not loosened carelessly.

上述の図8に示した様な従来構造の場合、上記ラック軸9に上記ピニオン軸6aから退避する方向の力が加わった場合には、上記ラックガイド15を介して上記弾性部材21がこの力を支える。そして、上記ラック軸9が上記ピニオン軸6aから過度に退避しない様にして、上記ラック歯10と上記ピニオン歯14との噛合状態を適正に維持する。更に、停車状態のままステアリングホイールを操作する、所謂据え切り(生ハンドル)を行う等により、上記力が極端に大きくなった場合には、上記ラックガイド15の基端面外径寄り部分と上記アジャストスクリュー20の内面外径寄り部分とが突き当たり、それ以上、上記ラック軸9が上記ピニオン軸6aから退避しない様にする。上記隙間22の厚さTと上記嵌合深さHとの関係から明らかな通り、この状態でも、上記ラック歯10と上記ピニオン歯14とを、確実に噛合したままの状態に維持できる。   In the case of the conventional structure as shown in FIG. 8 described above, when a force in the direction of retreating from the pinion shaft 6 a is applied to the rack shaft 9, the elastic member 21 receives this force via the rack guide 15. Support. Then, the rack shaft 9 and the pinion teeth 14 are properly maintained in an engaged state so that the rack shaft 9 is not excessively retracted from the pinion shaft 6a. Further, when the force becomes extremely large by operating the steering wheel while the vehicle is stopped or performing a so-called stationary (raw handle), the portion near the outer diameter of the base end surface of the rack guide 15 and the adjustment The rack 20 is prevented from retreating from the pinion shaft 6a by abutting against the portion of the screw 20 that is closer to the outer diameter of the inner surface. As is apparent from the relationship between the thickness T of the gap 22 and the fitting depth H, the rack teeth 10 and the pinion teeth 14 can be reliably maintained in meshing state even in this state.

上述の様な、上記ラック軸9が上記ピニオン軸6aから過度に退避するのを防止する為の従来構造の場合、耐久性とステアリングホイールの操作感の向上との両立を図る事が難しかった。この理由は、次の通りである。上記ラックガイド15の先端面と上記ラック軸9の背面24との擦れ合い部で発生する摩擦は、このラック軸9が軸方向に変位する事に対する抵抗となり、上記操作感を悪化させる(所謂引き摺り感の原因となる)。この操作感を向上させるべく、上記抵抗を低く抑える為には、前記滑り材18として、ポリ四弗化エチレン(PTFE)の如き摩擦係数が低い材料を使用すれば良い。   In the case of the conventional structure for preventing the rack shaft 9 from excessively retracting from the pinion shaft 6a as described above, it is difficult to achieve both durability and improvement in the operational feeling of the steering wheel. The reason for this is as follows. Friction generated at the rubbing portion between the front end surface of the rack guide 15 and the back surface 24 of the rack shaft 9 becomes resistance against the displacement of the rack shaft 9 in the axial direction, and deteriorates the operational feeling (so-called dragging). Cause a feeling). In order to improve the operational feeling, in order to keep the resistance low, a material having a low friction coefficient such as polytetrafluoroethylene (PTFE) may be used as the sliding material 18.

但し、PTFEを含めて、一般的に(コストを考慮して採用可能な)摩擦係数の低い材料は、耐摩耗性が低い。この為、据え切り時等に、上記擦れ合い部に大きな面圧が加わった場合に上記滑り材18の摩耗が進み、この滑り材18を早期に張り替える必要が生じる等、前記ステアリングギヤユニット1aの耐久性を確保する面から問題がある。これに対して、例えば、ポリアセタールやポリアミド等の合成樹脂は、十分な耐摩耗性を有する代わりに、上記PTFEに比べて、摩擦係数が高い。この為、上記滑り材18としてポリアセタールやポリアミドを使用すると、上記操作感が悪化する。特許文献1には、ラックガイドの先端面に、潤滑油を保持する為の複数の凹部を形成した構造が記載されている。この様な構造によれば、上記擦れ合い部の摩擦及び摩耗を低減できるが、これら摩擦及び摩耗をより低減する為には、より根本的な対策が望まれる。   However, in general, a material having a low friction coefficient (which can be adopted in consideration of cost) including PTFE has low wear resistance. For this reason, when a large surface pressure is applied to the rubbing part at the time of stationary, the wear of the sliding material 18 proceeds, and it becomes necessary to replace the sliding material 18 at an early stage. There is a problem in terms of ensuring durability. On the other hand, for example, synthetic resins such as polyacetal and polyamide have a higher friction coefficient than PTFE, instead of having sufficient wear resistance. For this reason, when polyacetal or polyamide is used as the sliding material 18, the operational feeling is deteriorated. Patent Document 1 describes a structure in which a plurality of recesses for holding lubricating oil are formed on the front end surface of a rack guide. According to such a structure, the friction and wear of the rubbing part can be reduced, but in order to further reduce the friction and wear, a more fundamental countermeasure is desired.

特開2004−299514号公報JP 2004-299514 A 特開2006−264640号公報JP 2006-264640 A

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、耐久性確保と操作感の向上とを両立させられるラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットの構造を実現すべく発明したものである。   In view of the circumstances as described above, the present invention has been invented to realize a rack and pinion type steering gear unit structure capable of ensuring both durability and improving operational feeling.

本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットは、前述した従来から知られているラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットと同様に、ケーシングと、ラック軸と、ピニオン軸と、ラックガイドとを備える。
このラック軸は、前面にラック歯を設けたもので、上記ケーシング内に、軸方向の変位を可能に設置されている。
又、上記ピニオン軸は、軸方向の一部に形成したピニオン歯を上記ラック歯と噛合させた状態で、上記ケーシングの一部に回転可能に支持されている。
更に、上記ラックガイドは、上記ラック軸の径方向に関して上記ピニオン軸と反対側である、このラック軸の背面側で、上記ケーシング内に設置されている。
The rack and pinion type steering gear unit of the present invention includes a casing, a rack shaft, a pinion shaft, and a rack guide, like the conventionally known rack and pinion type steering gear unit.
The rack shaft is provided with rack teeth on the front surface, and is installed in the casing so as to be capable of axial displacement.
The pinion shaft is rotatably supported by a part of the casing in a state where pinion teeth formed in a part in the axial direction are engaged with the rack teeth.
Furthermore, the rack guide is installed in the casing on the back side of the rack shaft, which is opposite to the pinion shaft in the radial direction of the rack shaft.

特に、本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットに於いては、上記ラック軸の背面を弾性的に押圧する第二のラックガイドと、この第二のラックガイドを上記ラック軸の背面に向けて弾性的に押圧する弾性部材とを備える。
そして、上記ラック歯と上記ピニオン歯との噛合部で発生する、上記ラック軸を上記ピニオン軸から遠ざける方向の力が、上記弾性部材の弾力よりも小さい状態で、上記ラックガイドの先端面と上記ラック軸の背面とを離隔させる。
In particular, in the rack and pinion type steering gear unit of the present invention, a second rack guide that elastically presses the back surface of the rack shaft, and the second rack guide faces the back surface of the rack shaft. And an elastic member that presses elastically.
The front end surface of the rack guide and the front end of the rack guide in a state where the force in the direction of moving the rack shaft away from the pinion shaft is smaller than the elastic force of the elastic member, which is generated at the meshing portion of the rack teeth and the pinion teeth. Separate the back of the rack shaft.

更に、本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットは、上記ラックガイドのうちで上記ラック軸の背面に対向する部分に設けたシリンダ状凹部内に、弾性部材と第二のラックガイドとを、このシリンダ状凹部の奥面側から順番に設けている。又、上記ラック軸の背面に対向する上記ラックガイドの先端面を第一の滑り材により、同じく上記第二のラックガイドの先端面を第二の滑り材により、それぞれ覆っている(各ラックガイド全体を滑り材と同じ材料により造る場合も含む)。そして、上記第二の滑り材として、その摩擦係数が上記第一の滑り材の摩擦係数よりも低い代わりに、耐摩耗性がこの第一の滑り材よりも劣るものを使用している(第一の滑り材として、耐摩耗性が第二の滑り材よりも優れているものを使用している)。 Furthermore, the rack and pinion type steering gear unit of the present invention includes an elastic member and a second rack guide in a cylindrical recess provided in a portion of the rack guide facing the back surface of the rack shaft. They are provided in order from the back side of the cylindrical recess. Further, the front end surface of the rack guide facing the back surface of the rack shaft is covered with a first sliding member, and the front end surface of the second rack guide is also covered with a second sliding member (each rack guide). Including the case where the whole is made of the same material as the sliding material). Then, as the second sliding member, in place lower than the frictional coefficient of the friction coefficient of the first sliding member, the wear resistance is using inferior than the first sliding member (second one of the sliding member, are using what wear resistance is superior to the second sliding member).

上述の様に構成する、本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットによれば、耐久性確保と操作感の向上とを両立させられる。
先ず、ステアリングホイールの操作時に引き摺り感を感じ易い、走行時に小さな舵角を付与する場合の操舵開始直後、或いはステアリングホイールを戻す際の如く、このステアリングホイールに加えられる力が小さい軽操作時には、ラック歯とピニオン歯との噛合部で発生する、ラック軸をピニオン軸から遠ざける方向の力が小さい。この状態では、ラックガイドの先端面と上記ラック軸の背面とが離隔する。この状態では、第二のラックガイドの先端面がこのラック軸の背面を支える。そこで、この第二のラックガイドの先端面を覆う第二の滑り材として摩擦係数が低いものを使用すれば、上記操作感を良好にできる。この状態では、上記ラック軸の背面と上記第二のラックガイドの先端面との擦れ合い部の面圧は低いので、上記第二の滑り材の摩耗が極く少なく抑えられる。
According to the rack and pinion type steering gear unit of the present invention configured as described above, it is possible to achieve both durability and improved operational feeling.
First, it is easy to feel dragging when operating the steering wheel. Immediately after the start of steering when a small rudder angle is given during traveling, or when the steering wheel is returned, the rack is used during light operations where the force applied to the steering wheel is small. The force generated in the meshing portion between the teeth and the pinion teeth is small in the direction of moving the rack shaft away from the pinion shaft. In this state, the front end surface of the rack guide is separated from the back surface of the rack shaft. In this state, the front end surface of the second rack guide supports the back surface of the rack shaft. Therefore, if the second sliding material covering the front end surface of the second rack guide is a material having a low friction coefficient, the operational feeling can be improved. In this state, since the surface pressure of the rubbing portion between the back surface of the rack shaft and the tip surface of the second rack guide is low, the wear of the second sliding material can be suppressed to a very low level.

これに対して、据え切り等に基づいて、上記ステアリングホイールから上記ピニオン軸に加えられる操舵力が大きくなると、上記ラック歯と上記ピニオン歯との噛合部で発生する、上記ラック軸を上記ピニオン軸から遠ざける方向の力が大きくなる。すると、上記第二のラックガイドが弾性部材の弾力に抗して上記ピニオン軸から退避する方向に変位し、ラックガイドの先端面と上記ラック軸の背面とが当接する(擦れ合う)。この状態で、上記力の大部分を、(上記第二のラックガイドによらずに)上記ラックガイドにより支承する。このラックガイドの先端面を覆う第一の滑り材は優れた耐摩耗性を有する為、このラックガイドの先端面と上記ラック軸の背面との擦れ合い部の面圧が高くなっても、上記第一の滑り材の摩耗を抑えられる。これらの作用により、前述した様に、耐久性確保と操作感の向上とを両立させられる。   On the other hand, when the steering force applied to the pinion shaft from the steering wheel is increased based on stationary driving or the like, the rack shaft is generated at the meshing portion of the rack teeth and the pinion teeth. The force in the direction away from is increased. Then, the second rack guide is displaced in the direction of retreating from the pinion shaft against the elastic force of the elastic member, and the front end surface of the rack guide and the back surface of the rack shaft are brought into contact (rubbed). In this state, most of the force is supported by the rack guide (not by the second rack guide). Since the first sliding material covering the front end surface of the rack guide has excellent wear resistance, even if the surface pressure of the rubbing portion between the front end surface of the rack guide and the back surface of the rack shaft is increased, The wear of the first sliding material can be suppressed. By these effects, as described above, it is possible to achieve both durability and improved operational feeling.

[実施の形態の第1例]
図1〜2は、本発明の実施の形態の第1例を示している。尚、本例の構造を含め、本発明のラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットの特徴は、ピニオン軸6aからラック軸9に伝達する力の大きさに応じて、このラック軸9の背面24の支承状態を変更する為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図8に示した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略し、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
[First example of embodiment]
1 and 2 show a first example of an embodiment of the present invention. The rack and pinion type steering gear unit of the present invention including the structure of this example is characterized in that the back surface 24 of the rack shaft 9 is supported according to the magnitude of the force transmitted from the pinion shaft 6a to the rack shaft 9. It is in the structure for changing the state. Since the structure and operation of the other parts are the same as those of the conventional structure shown in FIG. 8, the same parts are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. Explained.

本例のラックアンドピニオン式のステアリングギヤユニット1bの場合、ラックガイド15aはケーシング8のシリンダ筒部16内に、自身の軸方向(上記ピニオン軸6aに対し遠近動する方向で、図1〜2の上下方向)位置を固定した状態で設置している。即ち、上記ラックガイド15aの基端面19aを、アジャストスクリュー20aの内端面に、直接当接させている。上記従来構造に組み込んでいた弾性部材21(図8参照)は設けていない。又、上記ラックガイド15aのうちで上記ラック軸9の背面24に対向する先端面17aの中央部に、有底円孔状のシリンダ状凹部27を設けている。そして、このシリンダ状凹部27内に、圧縮コイルばね等の弾性部材28と第二のラックガイド25とを、このシリンダ状凹部27の奥面側から順番に設けている。   In the case of the rack and pinion type steering gear unit 1b of the present example, the rack guide 15a is placed in the cylinder tube portion 16 of the casing 8 in its own axial direction (in a direction moving far and away with respect to the pinion shaft 6a, as shown in FIGS. It is installed in a fixed position. That is, the base end surface 19a of the rack guide 15a is brought into direct contact with the inner end surface of the adjusting screw 20a. The elastic member 21 (see FIG. 8) incorporated in the conventional structure is not provided. Further, in the rack guide 15a, a bottomed circular cylindrical recess 27 is provided at the center of the front end surface 17a facing the back surface 24 of the rack shaft 9. In the cylindrical recess 27, an elastic member 28 such as a compression coil spring and the second rack guide 25 are provided in order from the back surface side of the cylindrical recess 27.

上記ラックガイド15aの軸方向位置は、上記ピニオン軸6aと上記ラック軸9との間で伝達する力が小さい場合(0の場合も含む)には、上記背面24と上記先端面17a(を覆った第一の滑り材29)とが離隔するが、この力が大きくなった場合にはこれら両面24、17a同士が当接する(擦れ合う)様に、規制している。又、上記軸方向位置は、上記力に基づいて、上記ラック軸9が上記ピニオン軸6aから最大限退避した場合にも、ラック歯10とピニオン歯14とが噛合したままの状態に保たれる様に規制している。この様な、上記ラックガイド15aの軸方向位置の調節は、上記アジャストスクリュー20aにより行う。一方、上記第二のラックガイド25の軸方向位置は、上記力が小さく、上記ラック軸9が上記ピニオン軸6aに対し最も近づいた状態でも、上記弾性部材28の弾性に基づき、上記第二のラックガイド25の先端面26(を覆った第二の滑り材30)が上記ラック軸9の背面24に当接する様に規制している。 The axial position of the rack guide 15a covers the back surface 24 and the front end surface 17a (when the force transmitted between the pinion shaft 6a and the rack shaft 9 is small (including 0). The first sliding member 29) is separated, but when this force is increased, the both surfaces 24 and 17a are regulated so as to contact (rub against) each other. Further, the axial position is maintained in a state in which the rack teeth 10 and the pinion teeth 14 remain engaged even when the rack shaft 9 is retracted to the maximum extent from the pinion shaft 6a based on the force. It regulates like. Such adjustment of the axial position of the rack guide 15a is performed by the adjusting screw 20a. On the other hand, the axial position of the second rack guide 25 is based on the elasticity of the elastic member 28 even when the force is small and the rack shaft 9 is closest to the pinion shaft 6a. The front end surface 26 of the rack guide 25 (the second sliding material 30 covering the rack guide 25) is regulated so as to contact the back surface 24 of the rack shaft 9.

上記ラックガイド15aの先端面17aと上記第二のラックガイド25の先端面26とは、それぞれ第一、第二の滑り材29、30により覆っている。これら両滑り材29、30のうち、上記ラックガイド15aの先端面17aを覆う第一の滑り材29は、ポリアセタール、ポリアミド等、摩擦係数が比較的大きい代わりに耐摩耗性が優れた合成樹脂材料により造る。これに対して、上記第二のラックガイド25の先端面26を覆う第二の滑り材30は、PTFE等、上記ポリアセタールやポリアミド等に比べて、耐摩耗性が劣る代わりに摩擦係数が低い合成樹脂材料により造る。何れの滑り材29、30も、上記ラック軸9の背面24に合わせて湾曲した、上記両ラックガイド15a、25の先端面17a、26の形状に合わせて、部分円筒状としている。又、図示の例では、上記両滑り材29、30を、摩耗の損傷が発生した場合に交換できる様に、上記両ラックガイド15a、25の先端面17a、26に装着している。この為に、上記両滑り材29、30の中央部に、上記ラック軸9と反対側に突出する状態で設けた係止突片31a、31bを、上記シリンダ状凹部27の開口部に設けた大径部32或いは上記第二のラックガイド25の先端面26の中央部に形成した係止孔33に内嵌している。   The front end surface 17a of the rack guide 15a and the front end surface 26 of the second rack guide 25 are covered with first and second sliding materials 29 and 30, respectively. Of these sliding materials 29 and 30, the first sliding material 29 covering the front end surface 17a of the rack guide 15a is a synthetic resin material having excellent wear resistance instead of a relatively large coefficient of friction, such as polyacetal and polyamide. Build by. On the other hand, the second sliding material 30 covering the tip surface 26 of the second rack guide 25 is a synthetic material having a low friction coefficient instead of inferior in wear resistance compared to PTFE or the like, polyacetal or polyamide. Made of resin material. Each of the sliding members 29 and 30 has a partial cylindrical shape in accordance with the shapes of the front end surfaces 17a and 26 of the rack guides 15a and 25, which are curved in accordance with the back surface 24 of the rack shaft 9. In the illustrated example, the sliding members 29 and 30 are mounted on the front end surfaces 17a and 26 of the rack guides 15a and 25 so that they can be replaced when wear damage occurs. For this purpose, locking protrusions 31a and 31b provided in the center of the sliding members 29 and 30 so as to protrude to the opposite side of the rack shaft 9 are provided at the opening of the cylindrical recess 27. The large-diameter portion 32 or the locking hole 33 formed in the central portion of the tip surface 26 of the second rack guide 25 is fitted inside.

上述の様な本例の構造の作用は、次の通りである。先ず、ステアリングホイールの操作時に引き摺り感を感じ易い、このステアリングホイールに加えられる力が小さい軽操作時には、前記ラック歯10と前記ピニオン歯14との噛合部で発生する、上記ラック軸9を前記ピニオン軸6aから遠ざける方向の力が小さい。この状態では、図1に示す様に、上記ラックガイド15aの先端面17aと、上記ラック軸9の背面24とが離隔する。又、この状態では、上記第二のラックガイド25の先端面26が、このラック軸9の背面24を支える。この第二のラックガイド25の先端面26を覆う、PTFE等の摩擦係数が低い第二の滑り材30が、上記ラック軸9の背面24に当接する(擦れ合う)。この為、このラック軸9が軸方向に変位する事に対する摩擦抵抗を低く抑えて、上記ステアリングホイールの操作感を良好にできる。この状態では、上記ラック軸9の背面24と上記第二のラックガイド25の先端面26を覆う第二の滑り材30との擦れ合い部の面圧は、前記弾性部材28の弾力に見合うだけの低い値に抑えられる。この為、上記第二の滑り材30として、PTFEの如く、耐摩耗性が必ずしも十分でない材質を使用しても、この第二の滑り材30の摩耗を極く少なく抑えられる。   The operation of the structure of this example as described above is as follows. First, when the steering wheel is operated, the rack shaft 9 is generated at the meshing portion between the rack teeth 10 and the pinion teeth 14 during a light operation with a small force applied to the steering wheel. The force in the direction away from the shaft 6a is small. In this state, as shown in FIG. 1, the front end surface 17a of the rack guide 15a and the back surface 24 of the rack shaft 9 are separated from each other. In this state, the front end surface 26 of the second rack guide 25 supports the back surface 24 of the rack shaft 9. A second sliding material 30 having a low coefficient of friction such as PTFE that covers the tip surface 26 of the second rack guide 25 abuts (rubs against) the back surface 24 of the rack shaft 9. For this reason, the frictional resistance against the displacement of the rack shaft 9 in the axial direction can be kept low, and the operational feeling of the steering wheel can be improved. In this state, the surface pressure of the rubbing portion between the back surface 24 of the rack shaft 9 and the second sliding member 30 covering the front end surface 26 of the second rack guide 25 is only commensurate with the elasticity of the elastic member 28. Can be suppressed to a low value. For this reason, even if a material having insufficient wear resistance such as PTFE is used as the second sliding material 30, the wear of the second sliding material 30 can be suppressed to a very low level.

これに対して、据え切り等に伴って、上記ステアリングホイールから前記ピニオン軸6aに加えられる操舵力が大きくなると、上記ラック歯10と上記ピニオン歯14との噛合部で発生する、上記ラック軸9を上記ピニオン軸6aから遠ざける方向の力が大きくなる。すると、図2に示す様に、上記第二のラックガイド25が、上記弾性部材28の弾力に抗して、前記シリンダ状凹部27内に押し込まれる様にして、上記ピニオン軸6aから退避する方向に変位し、上記ラックガイド15aの先端面17aを覆う第一の滑り材29と上記ラック軸9の背面24とが当接する(擦れ合う)。この状態で、上記力の大部分を、上記ラックガイド15aにより支承する。上記第二のラックガイド25の先端面26を覆う第二の滑り材30と上記ラック軸9の背面24とは、当接したままの状態となるが、これら第二の滑り材30とこの背面24との当接部の面圧は、上記弾性部材28の弾力に応じただけの小さな値となる。従って、上記第二のラックガイド25の先端面26を覆う、上記第二の滑り材30の摩耗が著しく進む事はない。   On the other hand, when the steering force applied to the pinion shaft 6a from the steering wheel is increased due to stationary driving or the like, the rack shaft 9 is generated at the meshing portion of the rack teeth 10 and the pinion teeth 14. The force in the direction away from the pinion shaft 6a increases. Then, as shown in FIG. 2, the second rack guide 25 is retracted from the pinion shaft 6a so as to be pushed into the cylindrical recess 27 against the elastic force of the elastic member 28. The first sliding member 29 covering the front end surface 17a of the rack guide 15a and the back surface 24 of the rack shaft 9 come into contact (rubbing). In this state, most of the force is supported by the rack guide 15a. The second sliding material 30 covering the front end surface 26 of the second rack guide 25 and the back surface 24 of the rack shaft 9 remain in contact with each other. The surface pressure of the contact portion with 24 is a small value corresponding to the elasticity of the elastic member 28. Therefore, the wear of the second sliding material 30 covering the front end surface 26 of the second rack guide 25 does not significantly increase.

一方、上記ラックガイド15aの先端面17aを覆う第一の滑り材29は、優れた耐摩耗性を有する為、このラックガイド15aの先端面17aを覆う第一の滑り材29と上記ラック軸9の背面24との擦れ合い部の面圧が高くなっても、この第一の滑り材29の摩耗を抑えられる。この第一の滑り材29の摩擦係数は、上記第二の滑り材30の摩擦係数よりも大きい為、上記力が大きくなると、上記ラック軸9を軸方向に変位させる事に対する抵抗が大きくなるが、この状態では元々上記ステアリングホイールから加えられる操舵力が大きくなっているので、操舵感を悪化させる事はない。これらの作用により、前述した様に、耐久性確保と操作感の向上とを両立させられる。   On the other hand, since the first sliding material 29 covering the front end surface 17a of the rack guide 15a has excellent wear resistance, the first sliding material 29 covering the front end surface 17a of the rack guide 15a and the rack shaft 9 are provided. The wear of the first sliding material 29 can be suppressed even if the surface pressure of the rubbing portion with the back surface 24 of the first roller 24 increases. Since the friction coefficient of the first sliding material 29 is larger than the friction coefficient of the second sliding material 30, if the force is increased, the resistance against the axial displacement of the rack shaft 9 is increased. In this state, since the steering force applied from the steering wheel is originally increased, the steering feeling is not deteriorated. By these effects, as described above, it is possible to achieve both durability and improved operational feeling.

[実施の形態の第2例]
図3は、本発明の実施の形態の第2例を示している。本例の場合には、ラックガイド15aの基端面19aとアジャストスクリュー20aの内端面との間に、皿板ばね等の、大きな弾性を有する代わりに弾性変形量が少ない弾性部材21aを挟持している。この弾性部材21aは、ピニオン軸6aとラック軸9との間で伝達する力が急に大きくなり、このラック軸9がこのピニオン軸6aから遠ざかる方向に急に強く押された場合に緩衝材として機能する。即ち、この様な場合に、上記ラックガイド15aを上記ピニオン軸6aから遠ざかる方向に僅かに変位させて、上記ラック軸9の背面24と上記ラックガイド15aの先端面17aを覆う第一の滑り材29との衝突に伴って不快な音や振動が発生する事を防止し、ステアリングホイールの操作感をより向上させられる。その他の部分の構造及び作用は、上述した実施の形態の第1例の場合と同様である。
[Second Example of Embodiment]
FIG. 3 shows a second example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, an elastic member 21a having a small elastic deformation amount is sandwiched between the base end surface 19a of the rack guide 15a and the inner end surface of the adjusting screw 20a, such as a disc spring, instead of having a large elasticity. Yes. The elastic member 21a acts as a cushioning material when the force transmitted between the pinion shaft 6a and the rack shaft 9 suddenly increases and the rack shaft 9 is suddenly pushed strongly away from the pinion shaft 6a. Function. That is, in such a case, the first sliding member covering the back surface 24 of the rack shaft 9 and the front end surface 17a of the rack guide 15a by slightly displacing the rack guide 15a in the direction away from the pinion shaft 6a. It is possible to prevent an unpleasant sound and vibration from being generated due to the collision with the vehicle 29 and to further improve the operational feeling of the steering wheel. The structure and operation of the other parts are the same as in the case of the first example of the embodiment described above.

[実施の形態の第3例]
図4は、本発明の実施の形態の第3例を示している。本例の場合には、ラックガイド15aの中間部外周面に係止したOリング37の外周縁をシリンダ筒部16の内周面に、第二のラックガイド25の中間部外周面に係止したOリング38の外周縁をシリンダ状凹部27の内周面に、それぞれ弾性的に当接させている。これら両Oリング37、38は、それぞれ互いに対向する周面同士が勢い良く衝突する事を防止して、この衝突に伴う不快な音や振動の発生を防止して、ステアリングホイールの操作感をより向上させられる。又、上記第二のラックガイド25の中間部外周面に係止したOリング38は、上記シリンダ状凹部27に内嵌した上記第二のラックガイド25がこのシリンダ状凹部27から不用意に抜け出る事を防止して、組立作業の容易化に寄与する。その他の部分の構造及び作用は、上述した実施の形態の第2例の場合と同様である。
[Third example of embodiment]
FIG. 4 shows a third example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the outer peripheral edge of the O-ring 37 locked to the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rack guide 15 a is locked to the inner peripheral surface of the cylinder cylinder portion 16 and the outer peripheral surface of the intermediate portion of the second rack guide 25. The outer peripheral edge of the O-ring 38 is brought into elastic contact with the inner peripheral surface of the cylindrical recess 27. These O-rings 37 and 38 prevent the peripheral surfaces facing each other from colliding with each other vigorously, thereby preventing the generation of unpleasant sounds and vibrations associated with the collision, thereby further enhancing the operational feeling of the steering wheel. Can be improved. The O-ring 38 locked to the outer peripheral surface of the intermediate portion of the second rack guide 25 causes the second rack guide 25 fitted inside the cylindrical recess 27 to come out of the cylindrical recess 27 inadvertently. This will help to make assembly work easier. The structure and operation of the other parts are the same as in the case of the second example of the embodiment described above.

図示の例は何れも、(第一の)ラックガイド15aの先端面に開口したシリンダ状凹部に第二のラックガイド25を組み込んだ構造に就いて示している。この様な構造を採用すれば、これら両ラックガイド15a、25の設置スペースを小さく抑えると共に、これら両ラックガイド15a、25の先端面17a、26の位置合わせを容易に行える。
これに対して、これら両ラックガイド15a、25の設置スペースが多少嵩み、これら両ラックガイド15a、25の先端面17a、26の位置合わせが多少面倒になっても構わなければ、これら両ラックガイド15a、25を、ラック軸9の軸方向にずらせて配置(互いに独立してケーシング8内に支持)する事もできる。
Each of the illustrated examples shows a structure in which the second rack guide 25 is incorporated in a cylindrical recess opened at the front end surface of the (first) rack guide 15a. By adopting such a structure, the installation space for both rack guides 15a, 25 can be kept small, and the front end surfaces 17a, 26 of both rack guides 15a, 25 can be easily aligned.
On the other hand, if both rack guides 15a and 25 have a slightly large installation space, and the alignment of the front end surfaces 17a and 26 of these rack guides 15a and 25 may be somewhat troublesome, these both racks will be used. The guides 15a and 25 may be arranged so as to be shifted in the axial direction of the rack shaft 9 (supported in the casing 8 independently of each other).

尚、本発明を、図5〜6に示す様な応用例の構造と組み合わせて実施する事もできる。この応用例の構造では、ステアリングギヤユニット1cを構成するケーシング8のうち、ラック軸9を挿通する主筒部34の一部で、ラック歯10とピニオン歯14との噛合部から外れ、且つ、この噛合部に近い部分の内面に、支えスリーブ35を保持固定している。この支えスリーブ35は、耐油性を有する合成樹脂、銅若しくは銅系合金等の自己潤滑性を有する金属、含油メタル等の、摩擦係数が低い材料により円筒状に形成したもので、内周面の直径方向反対側2個所位置に、それぞれガイド凸部36、36を設けている。上記支えスリーブ35は、これら両ガイド凸部36、36の先端面(内周面)を、上記ラック軸9の外周面のうちで、上記ラック歯10を両側から挟む位置に当接(摺接)させている。この様な応用例の構造によれば、上記ラック軸9が上記ラック歯10の幅方向にずれ動く事を防止し、上記ラック歯10と上記ピニオン歯14との噛合状態をより安定させて、より動作が安定したラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットを得られる。この様な応用例の構造は、前述の実施の形態の第1〜3例の何れとも組み合わせて実施できる他、本発明とは独立して実施する事もできる。   Note that the present invention can be implemented in combination with the structure of the application example as shown in FIGS. In the structure of this application example, in the casing 8 constituting the steering gear unit 1c, a part of the main cylinder portion 34 that passes through the rack shaft 9 is disengaged from the meshing portion of the rack teeth 10 and the pinion teeth 14, and A support sleeve 35 is held and fixed to the inner surface of the portion close to the meshing portion. This support sleeve 35 is formed in a cylindrical shape with a material having a low coefficient of friction, such as a self-lubricating metal such as a synthetic resin having oil resistance, copper or a copper-based alloy, or an oil-containing metal. Guide convex portions 36 are provided at two positions on the opposite side in the diameter direction. The support sleeve 35 abuts (slidably contacts) the front end surfaces (inner peripheral surfaces) of the guide protrusions 36 and 36 on the outer peripheral surface of the rack shaft 9 so as to sandwich the rack teeth 10 from both sides. ) According to the structure of such an application example, the rack shaft 9 is prevented from shifting in the width direction of the rack teeth 10, the meshing state between the rack teeth 10 and the pinion teeth 14 is further stabilized, A rack and pinion type steering gear unit with more stable operation can be obtained. Such a structure of the application example can be implemented in combination with any of the first to third examples of the above-described embodiment, and can also be implemented independently of the present invention.

本発明の実施の形態の第1例を、低負荷時の状態で示す、図7のA−A断面図。The AA sectional view of Drawing 7 showing the 1st example of an embodiment of the invention in the state at the time of low load. 同じく高負荷時の状態で示す、図1と同様の図。The figure similar to FIG. 1 which shows the state at the time of high load similarly. 本発明の実施の形態の第2例を低負荷時の状態で示す、図1と同様の図。The figure similar to FIG. 1 which shows the 2nd example of embodiment of this invention in the state at the time of low load. 同第3例を低負荷時の状態で示す、図1と同様の図。The figure similar to FIG. 1 which shows the same 3rd example in the state at the time of low load. 本発明に関する応用例の1例を示す、図7のB−B断面に相当する図。The figure equivalent to the BB cross section of FIG. 7 which shows an example of the application example regarding this invention. 図5の拡大C−C断面図。FIG. 6 is an enlarged CC cross-sectional view of FIG. 5. 本発明の対象となるラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットを備えた自動車用操舵装置の1例を示す部分切断側面図。1 is a partially cut side view showing an example of an automotive steering apparatus including a rack and pinion type steering gear unit that is an object of the present invention. 従来から知られているラックアンドピニオン式ステアリングギアユニットの1例を示す、図7のA−A断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7, showing an example of a conventionally known rack and pinion type steering gear unit.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a、1b、1c ステアリングギヤユニット
2 ステアリングホイール
3 ステアリングシャフト
4 自在継手
5 中間シャフト
6、6a ピニオン軸
7 タイロッド
8 ケーシング
9 ラック軸
10 ラック歯
11 支持凹部
12 軸受
13 軸受
14 ピニオン歯
15、15a ラックガイド
16 シリンダ筒部
17、17a 先端面
18 滑り材
19、19a 基端面
20、20a アジャストスクリュー
21、21a 弾性部材
22 隙間
23 ロックナット
24 背面
25 第二のラックガイド
26 先端面
27 シリンダ状凹部
28 弾性部材
29 第一の滑り材
30 第二の滑り材
31a、31b 係止突片
32 大径部
33 係止孔
34 主筒部
35 支えスリーブ
36 ガイド凸部
37 Oリング
38 Oリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b, 1c Steering gear unit 2 Steering wheel 3 Steering shaft 4 Universal joint 5 Intermediate shaft 6, 6a Pinion shaft 7 Tie rod 8 Casing 9 Rack shaft 10 Rack tooth 11 Support recessed part 12 Bearing 13 Bearing 14 Pinion tooth 15, 15a Rack guide 16 Cylinder cylindrical portion 17, 17a Tip end face 18 Sliding material 19, 19a Base end face 20, 20a Adjust screw 21, 21a Elastic member 22 Gap 23 Lock nut 24 Back face 25 Second rack guide 26 Tip end face 27 Cylinder-shaped recess 28 Elastic member 29 First sliding member 30 Second sliding member 31a, 31b Locking protrusion 32 Large diameter portion 33 Locking hole 34 Main tube portion 35 Support sleeve 36 Guide convex portion
37 O-ring
38 O-ring

Claims (1)

ケーシングと、前面にラック歯を設け、このケーシング内に軸方向の変位を可能に設置されたラック軸と、軸方向の一部に形成したピニオン歯を上記ラック歯と噛合させた状態で、上記ケーシングの一部に回転可能に支持されたピニオン軸と、上記ラック軸の径方向に関してこのピニオン軸と反対側である、このラック軸の背面側で、上記ケーシング内に設置されたラックガイドとを備えたラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットに於いて、上記ラック軸の背面を弾性的に押圧する第二のラックガイドと、この第二のラックガイドを上記ラック軸の背面に向けて弾性的に押圧する弾性部材とを備え、上記ラックガイドのうちでこのラック軸の背面に対向する部分に設けられたシリンダ状凹部内に、このシリンダ状凹部の奥面側から順番に、上記弾性部材と上記第二のラックガイドとが設けられており、上記ラック軸の背面に対向する上記ラックガイドの先端面が第一の滑り材により、同じく上記第二のラックガイドの先端面が第二の滑り材により、それぞれ覆われており、この第二の滑り材の摩擦係数が上記第一の滑り材の摩擦係数よりも低く、この第一の滑り材の耐摩耗性がこの第二の滑り材の耐摩耗性よりも優れており、且つ、上記ラック歯と上記ピニオン歯との噛合部で発生する、上記ラック軸を上記ピニオン軸から遠ざける方向の力が、上記弾性部材の弾力よりも小さい状態で、上記ラックガイドの先端面と上記ラック軸の背面とが離隔する事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ユニット。 In the state where the casing, the rack teeth on the front surface, the rack shaft installed in the casing so as to be capable of axial displacement, and the pinion teeth formed in a part of the axial direction mesh with the rack teeth, A pinion shaft rotatably supported by a part of the casing, and a rack guide installed in the casing on the back side of the rack shaft opposite to the pinion shaft in the radial direction of the rack shaft. In the rack and pinion type steering gear unit provided, a second rack guide that elastically presses the back surface of the rack shaft, and the second rack guide is elastically pressed toward the back surface of the rack shaft. and an elastic member, a cylinder-shaped inner recess provided in the portion facing the back surface of the rack shaft among the rack guide, from the back surface side of the cylinder-shaped recess In addition, the elastic member and the second rack guide are provided, and the front end surface of the rack guide facing the back surface of the rack shaft is formed by the first sliding member, and the second rack guide is also provided. The tip surfaces are respectively covered with the second sliding material, the friction coefficient of the second sliding material is lower than the friction coefficient of the first sliding material, and the wear resistance of the first sliding material is A force superior to the wear resistance of the second sliding member and generated in the meshing portion of the rack teeth and the pinion teeth in the direction of moving the rack shaft away from the pinion shaft is the elastic member. A rack-and-pinion type steering gear unit, wherein a front end surface of the rack guide and a rear surface of the rack shaft are separated from each other in a state smaller than the elasticity of the rack guide.
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