JP5664344B2 - ラックピニオン式舵取装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラックガイドによりラック軸を摺動可能に支持するラックピニオン式舵取装置に関する。

従来のラックピニオン式舵取装置として、特許文献１に開示されたものがある。

図５に示すラックピニオン式舵取装置１００は、ハンドル操舵により回転するピニオンシャフト１０１と、このピニオンシャフト１０１に噛み合うラック軸１０２と、ピニオンシャフト１０１を回転可能に軸承するギヤハウジング１０３と、ラック軸１０２を挟んでピニオンシャフト１０１と反対側に設けられラック軸１０２をピニオンシャフト１０１に噛合う方向に押圧するラックガイド１０４とを備えている。

ギヤハウジング１０３にはラックガイド１０４を摺動可能に案内するガイド穴１０３ｂが形成され、このガイド穴１０３ｂの一端に蓋１０６が螺着されている。蓋１０６とラックガイド１０４間に、ラックガイド１０４をラック軸１０２に押付けるコイルバネ１０７が介挿され、ラックガイド１０４のラック軸１０２側には、ラック軸用シート１０８が取り付けられている。このラック軸用シート１０８によって、ラック軸１０２との摺動抵抗を小さくしている。

特開２００９−１８４５９１号公報

このものは、長時間の使用により、ラック軸用シート１０８が摩耗する。また、ピニオンシャフト１０１とラック軸１０２の両方の歯が摩耗する。これらの摩耗によって、ラックガイド１０４がラック軸１０２側へ変位し、コイルバネ１０７が伸張してコイルバネ１０７の付勢力が低下し、ハンドルの支持剛性が低下し、ピニオンシャフト１０１とラック軸１０２の両方の歯同士の噛合い音が発生し易くなる問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ラックガイド１０４がラック軸１０２側へ変位しても、ハンドルがふらつき易くならないようにするとともに、ピニオンシャフト１０１とラック軸１０２の両方の歯同士の噛合い音が発生し易くならないようにするラックピニオン式舵取装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、ギヤハウジングにピニオンシャフトを回転可能に軸承し、前記ピニオンシャフトに噛合するラック軸を前記ギヤハウジングの挿通穴に挿通し、前記ピニオンシャフトと反対側の背後から前記ラック軸を前記ピニオンシャフトに押し付けるラックガイドをギヤハウジングのガイド穴に軸方向に移動可能に嵌挿し、前記ガイド穴を閉塞する蓋を設け、前記蓋と前記ラックガイド間に前記ラックガイドを前記ラック軸側へ付勢する弾性部材を介挿したラックピニオン式舵取装置において、前記弾性部材は、前記ラックガイドが前記ラック軸側へ移動するにつれて、付勢する力が低下するとともに、付勢する方向と前記ラックガイドの軸方向とのなす角度が小さくなるようなものを用いたものである。

請求項１によれば、長時間使用による摩耗によってラックガイドがラック軸側へ変位して弾性部材の付勢力が低下しても、弾性部材の付勢する方向と、ラックガイドの軸方向とのなす角度が小さくなるので、弾性部材のラックガイドの軸方向に付勢する力の低下が無くなり、ハンドルがふらつき易くならない、ピニオンシャフトとラック軸の両方の歯同士の噛合い音が発生し易くならない。

請求項２に記載の発明は、前記ラックガイドの前記弾性部材が接触する面に、Ｒ形状のＲ面取り部を形成し、前記弾性部材が前記Ｒ面取り部に接触する点における法線と、ラックガイドの軸方向とのなす角度が、ラックガイドがラック軸側へ変位するに従って小さくなるように前記弾性部材とＲ面取り部を接触させたものである。

請求項２によれば、長時間使用による摩耗によってラックガイドがラック軸側へ変位して弾性部材の付勢力が低下しても、弾性部材が前記Ｒ面取り部に接触する点における法線と、ラックガイドの軸方向とのなす角度が、ラックガイドがラック軸側へ変位するに従って小さくなるので、弾性部材のラックガイドの軸方向に付勢する力の低下がより一層無くなる。この結果、弾性部材の付勢力が低下しても、ハンドルがふらつき易くならない、ピニオンシャフトとラック軸の両方の歯同士の噛合い音が発生し易くならない。

本発明によれば、長時間使用による摩耗によってラックガイドがラック軸側へ変位して弾性部材の付勢力が低下しても、弾性部材の付勢する方向と、ラックガイドの軸方向とのなす角度が小さくなるので、弾性部材のラックガイドの軸方向に付勢する力の低下が無くなり、ピニオンシャフトとラック軸の両方の歯同士の噛合い音が発生しにくい。

本発明の実施形態におけるラックピニオン式舵取装置の全体構成図である。 本発明の実施形態における図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施形態における図２の弾性部材周辺の要部拡大図である。 本発明の実施形態における図３の摩耗後の状態図である。 従来におけるラックピニオン式舵取装置の断面図である。

本発明の一実施形態について、図１乃至図３を参酌しつつ説明する。図１はラックピニオン式舵取装置の全体構成図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は図２の弾性部材周辺の要部拡大図であり、図４は図３の摩耗後の状態図である。

図１及び図２に示すようにラックピニオン式舵取装置１０は、ギヤハウジング１１と、このギヤハウジング１１に回転可能に軸承されたピニオンシャフト３０と、このピニオンシャフト３０に噛合するラック軸４０と、ピニオンシャフト３０と反対側の背後からラック軸４０をピニオンシャフト３０に押し付けるラックガイド５０とを有する。

図１に示すように，前記ギヤハウジング１１には挿通穴１２が貫通しており、この挿通穴１２にラック軸４０が挿通されている。ラック軸４０の両端にボールジョイント９０の一端が連結され、ボールジョイント９０の他端には図略の車輪がそれぞれ連結され、ラック軸４０の軸方向の移動によって車輪の向きが変えられるようになっている。

図２に示すように、ギヤハウジング１１には、ラック軸４０と立体的に交差する方向にシャフト挿入穴２１が形成されている。シャフト挿入穴２１に一対の軸受２２、２３が設置され、これらの軸受２２、２３にピニオンシャフト３０が回転可能に軸支されている。ピニオンシャフト３０にはピニオン３０ａが形成され、このピニオン３０ａに前記ラック軸４０のラック４０ａが噛合している。ピニオンシャフト３０の一端には、図略のステアリングコラム等を介してハンドルが回転連結され、ハンドルの回転動作は、ピニオン３０ａとラック４０ａによってラック軸４０の軸方向移動に変換されるようになっている。

ピニオンシャフト３０には、軸受２３の両側にフランジ部３１とリング溝３２が形成され、リング溝３２にリング３３が嵌め込まれている。リング３３とフランジ部３１によって、ピニオンシャフト３０は軸受２２に対し、ピニオンシャフト３０の軸方向に移動不能に係止される。シャフト挿入穴２１の開口側にはめねじ部２４が形成され、このめねじ部２４に留め金２５が螺着されている。シャフト挿入穴２１のピニオンシャフト３０のフランジ部３１に対応する位置に段部２６が形成され、この段部２６と留め金２５で軸受２３を挟み込むことによって、軸受２３はシャフト挿入穴２１に軸方向に移動不能に係止される。シャフト挿入穴２１の開口側の一端には、オイルシール２７が圧入され、オイルシール２７の内周のリップ部２７ａがピニオンシャフト３０に摺動可能に当接している。

ギヤハウジング１１には、前記ラック軸４０および前記シャフト挿入穴２１に対して立体的に交差する方向にガイド穴１３が形成され、このガイド穴１３にラックガイド５０が摺動可能に案内されている。ガイド穴１３の開口側の一端にはめねじ部１４が形成され、このめねじ部１４に蓋５１が螺着されている。ガイド穴１３とめねじ部１４間には、ガイド穴１３より大径の嵌合部１５が形成され、蓋５１とラックガイド５０間で嵌合部１５に弾性部材５３が遊嵌されている。嵌合部１５には、蓋５１の一端が嵌合されている。

弾性部材５３は、ラックガイド５０の軸方向から見ると、リング状の形状を有し、ラックガイド５０の半径方向に断面すると、図３および図４に示すようにコの字形状を有する。弾性部材５３は、板状のものをプレス成形することによって作られ、熱処理によって弾性力が増す。弾性部材５３は、円盤状の底部５３ａと、底部５３ａの外周よりラックガイド５０の軸方向に延びる略円筒状の立設部５３ｂと、立設部５３ｂの一端から半径内方へ延びる円盤状の頭部５３ｃとからなっている。底部５３ａと立設部５３ｂは、略直角に接続され、立設部５３ｂと頭部５３ｃは、略直角に接続されている。底部５３ａは蓋５１のラックガイド５０側の端面に面接触し、頭部５３ｃの内径側がラックガイド５０の蓋５１側の端面に接触している。

ラックガイド５０の蓋５１側の端面には、外縁をＲ形状に丸めたＲ面取り部５０ａが形成されている。ラックガイド５０が蓋５１側へ変位した図３に示す状態では、頭部５３ｃは立設部５３ｂ側の一端を支点に蓋５１側へ折れ曲がるとともに、立設部５３ｂは底部５３ａ側の一端を支点に嵌合部１５に接近する方向へ倒れる。ラックガイド５０がラック軸４０側へ変位した図４に示す状態では、頭部５３ｃは立設部５３ｂ側の一端を支点に蓋５１側への折れ曲がりが解消されてラックガイド５０側へ戻され、立設部５３ｂは底部５３ａ側の一端を支点に嵌合部１５に接近する方向に倒れていたのが解消されて嵌合部１５の中心側へ戻される。頭部５３ｃがＲ面取り部５０ａに接触する位置が、図４では図３よりもラックガイド５０の内径側となる。

図２に示すように、ラックガイド５０のラック軸４０側の取付け面５０ｂは、ラック軸４０の軸線回りに断面円弧状に形成され、この取付け面５０ｂ全体に渡ってラック軸用シート５２が固着されている。ラック軸用シート５２にラック軸４０の背面４０ｂが摺動可能に当接しており、背面４０ｂは、ラック軸４０の軸線回りに断面円弧状に形成されている。前記ラックガイド５０には取付け面５０ｂと連通する断面円形の取付け穴５０ｃがラックガイド５０の軸線方向に形成され、この取付け穴５０ｃにラック軸用シート５２の断面円形の突起５２ａが圧入されている。ラック軸用シート５２は断面円弧状の一枚のシートであり、取付け穴５０ｃに対応する位置のみ突起５２ａを形成した。よって、突起５２ａの前後は断面円弧状で、ラック軸４０の背面４０ｂに摺動可能に当接する。

ピニオンシャフト３０の先には、図略のハンドルにかけて、図略のステアリングコラムが設置され、このステアリングコラムの部分にパワーアシストする電動モータと、電動モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達する減速機が設置されている。すなわち、コラム電動モータ式動力舵取装置に本実施形態を適用した。

図１に示すように、ギヤハウジング１１の挿通穴１２は、ラック軸４０を挿通できる程度の小さな穴径を持つ小径部１２ａと、小径部１２ａの両端側に設けられボールジョイント９０が挿通できる程度の大きな穴径を持つ第１の大径部１２ｂ、第２の大径部１２ｃと、第１の大径部１２ｂと小径部１２ａ間に設けられた第１の中径部１２ｄ、第１の嵌合部１２ｅと、第２の大径部１２ｂと小径部１２ａ間に設けられた第２の中径部１２ｆ、第２の嵌合部１２ｇとからなっている。

第１の嵌合部１２ｅには、ラック軸用ブッシュ４１が嵌合され、ラック軸用ブッシュ４１のフランジ部４１ａが第１の中径部１２ｄに遊嵌されている。ラック軸用ブッシュ４１は、両端を除いた位置に軸方向にスリット４１ｂを有し、このスリット４１ｂは円周方向に複数設けられている。

第１の大径部１２ｂには、第１のストッパ部材４２が嵌合固定されている。第１の中径部１２ｄと第１の嵌合部１２ｅ間には第１の段部が形成され、第１の段部と第１のストッパ部材４２とで、第１のフランジ部４１ａが挟み込まれることによって、ラック軸用ブッシュ４１が所定の位置に固定される。

第２の大径部１２ｂには、めねじ部１２ｈが形成され、このめねじ部１２ｈに第２のストッパ部材４３が螺着されている。

第２の嵌合部１２ｇにはラックブッシュ６０が嵌合され、このラックブッシュ６０は、軸方向に延びる摺動部６１と、半径方向外方へ突出するフランジ部６２とからなっている。フランジ部６２が第２の中径部１２ｆに遊嵌されている。

ラック軸４０は鉄の材質で主に作られており、ラック４０ａは鍛造によって形成され、切削と研磨によって背面４０ｂが所定の寸法に加工される。摩耗を防ぐために、背面４０ｂに焼入れ処理がなされる。ラック軸用シート５２は、樹脂と金属の複層からなり、この樹脂層がラック軸４０の背面４０ｂに接触する。樹脂層の摩擦係数は非常に小さい。ラック軸用ブッシュ４１とラックブッシュ６０は、樹脂からなり、これらの摩擦係数は非常に小さい。

次に、以上説明した構成に基づいて全体の動作を説明する。

図２に示すように、図略のハンドルを操作すると、ピニオンシャフト３０が回転し、ラック軸４０の軸方向移動に変換され、図略の車輪の向きが変わる。ラック軸４０は、図１において、ギヤハウジング１１の両端でラック軸用ブッシュ１４、ラックブッシュ６０に軸方向移動可能に支持され、ギヤハウジング１１のラックブッシュ６０側で、図２に示すように、ラック軸用シート５２とピニオンシャフト３０とで挟み込まれた状態で軸方向移動可能に支持される。ラックガイド５０は、ガイド穴１３に摺動可能に支持され、弾性部材５３によってラック軸用シート５２が背面４０ｂに当接する方向に押付けられる。

図３は、ラック軸用シート５２の摩耗が少なく、ピニオン３０ａとラック４０ａの摩耗が少ない状態で、ラックガイド５０は蓋５１側へ変位した状態にある。頭部５３ｃは立設部５３ｂ側の一端を支点に蓋５１側へ折れ曲がるとともに、立設部５３ｂは底部５３ａ側の一端を支点に嵌合部１５に接近する方向へ倒れている。

図３の状態で弾性部材５３がラックガイド５０に作用する力Ｆａ１は、弾性部材５３がラックガイド５０に接触する点における法線ベクトルＦｂ１に分解される。力Ｆａ１と法線ベクトルＦｂ１間のなす角度Ｐ１とすると、法線ベクトルＦｂ１＝Ｆａ１×ｃｏｓＰ１で表される。法泉ベクトルＦｂ１のラックガイド５０の軸方向の分力Ｆｃ１が、ラックガイド５０の軸方向に作用する。分力Ｆｃ１と法線ベクトルＦｂ１間のなす角度Ｑ１とすると、分力Ｆｃ１＝Ｆｂ１×ｃｏｓＱ１で表される。

ラックピニオン式舵取装置を長時間使用すると、ラック軸用シート５２が摩耗し、ピニオン３０ａとラック４０ａが摩耗し、ラックガイド５０が図４に示す位置までラック軸４０側へ変位する。ラックガイド５０がラック軸４０側へ変位すると、頭部５３ｃは立設部５３ｂ側の一端を支点に蓋５１側への折れ曲がりが解消されてラックガイド５０側へ戻され、立設部５３ｂは底部５３ａ側の一端を支点に嵌合部１５に接近する方向に倒れていたのが解消されて嵌合部１５の中心側へ戻される。

図４の状態で弾性部材５３がラックガイド５０に作用する力Ｆａ２は、弾性部材５３がラックガイド５０に接触する点における法線ベクトルＦｂ２に分解される。力Ｆａ２と法線ベクトルＦｂ２間のなす角度Ｐ２とすると、法線ベクトルＦｂ２＝Ｆａ２×ｃｏｓＰ２で表される。法線ベクトルＦｂ２のラックガイド５０の軸方向の分力Ｆｃ２が、ラックガイド５０の軸方向に作用する。分力Ｆｃ２と法線ベクトルＦｂ２間のなす角度Ｑ２とすると、分力Ｆｃ２＝Ｆｂ２×ｃｏｓＱ２で表される。

ラックガイド５０がラック軸４０側へ変位した分だけ、弾性部材５３がラックガイド５０に作用する力Ｆａ２は、力Ｆａ１よりも低下する。頭部５３ｃがＲ面取り部５０ａに接触する位置が、図４では図３よりもラックガイド５０の内径側となる関係上、分力Ｆｃ２と法線ベクトルＦｂ２間のなす角度Ｑ２が、分力Ｆｃ１と法線ベクトルＦｂ１間のなす角度Ｑ１より小さくなり、ｃｏｓＱ２がｃｏｓＱ１より大きくなる。つまり、力Ｆａ２が力Ｆａ１より小さくなっても、ｃｏｓＱ２がｃｏｓＱ１より大きくなるため、分力Ｆｃ２は力Ｆａ１から力Ｆａ２へ低下するほど低下しないか、分力Ｆｃ１と同じになる。この結果、ハンドルの支持剛性が維持されてハンドルがふらつき易くならない。また、ピニオン３０ａとラック４０ａの噛合い音が発生し易くならない。

本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

上述した実施形態は、ラックガイド５０の蓋５１側の端面に、外縁をＲ形状に丸めたＲ面取り部５０ａを形成し、頭部５３ｃがＲ面取り部５０ａに接触する位置が、図４では図３よりもラックガイド５０の内径側となるようにした。この結果、分力Ｆｃ２と法線ベクトルＦｂ２間のなす角度Ｑ２が、分力Ｆｃ１と法線ベクトルＦｂ１間のなす角度Ｑ１より小さくなり、ｃｏｓＱ２がｃｏｓＱ１より大きくなることによって、分力Ｆｃ２の低下を小さくするか、分力Ｆｃ１と同じにした。

他の実施形態として、ラックガイド５０の蓋５１側の端面に、外縁を斜めに真っ直ぐカットしたＣ面取り部を形成しても良い。この場合、頭部５３ｃがＣ面取り部のどの位置で接触しても、分力Ｆｃ２と法線ベクトルＦｂ２間のなす角度Ｑ２が、分力Ｆｃ１と法線ベクトルＦｂ１間のなす角度Ｑ１と同じになるが、力Ｆａ２と法線ベクトルＦｂ２間のなす角度Ｐ２は、力Ｆａ１と法線ベクトルＦｂ１間のなす角度Ｐ１より小さくなり、ｃｏｓＰ２がｃｏｓＰ１より大きくなることによって、分力Ｆｃ２の低下を小さくするか、分力Ｆｃ１と同じに出来る。

１１：ギヤハウジング、１２：挿通穴、１３：ガイド穴、３０：ピニオンシャフト、４０：ラック軸、５０：ラックガイド、５０ａ：Ｒ面取り部、５１：蓋、５３：弾性部材、Ｆｂ１：法線ベクトル（法線）、Ｆｂ２：法線ベクトル（法線）

Claims (2)

1. ギヤハウジングにピニオンシャフトを回転可能に軸承し、前記ピニオンシャフトに噛合するラック軸を前記ギヤハウジングの挿通穴に挿通し、前記ピニオンシャフトと反対側の背後から前記ラック軸を前記ピニオンシャフトに押し付けるラックガイドをギヤハウジングのガイド穴に軸方向に移動可能に嵌挿し、前記ガイド穴を閉塞する蓋を設け、前記蓋と前記ラックガイド間に前記ラックガイドを前記ラック軸側へ付勢する弾性部材を介挿したラックピニオン式舵取装置において、
   前記弾性部材は、前記ラックガイドが前記ラック軸側へ移動するにつれて、付勢する力が低下するとともに、付勢する方向と前記ラックガイドの軸方向とのなす角度が小さくなるようなものを用いたことを特徴とするラックピニオン式舵取装置。
2. 前記ラックガイドの前記弾性部材が接触する面に、Ｒ形状のＲ面取り部を形成し、前記弾性部材が前記Ｒ面取り部に接触する点における法線と、ラックガイドの軸方向とのなす角度が、ラックガイドがラック軸側へ変位するに従って小さくなるように前記弾性部材とＲ面取り部を接触させたことを特徴とする請求項１に記載のラックピニオン式舵取装置。

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