JP2012254780A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵力が軽減されるとともに、直進走行時の微少操舵応答性が向上する転がり式ラックガイドを有するステアリング装置を提供する。
【解決手段】ローラ４１は、円柱状の軸体４３に、ラジアルニードルころ軸受（ラジアル荷重を支持するころ軸受）４４によって回転可能に軸支されている。軸体４３は円筒状のホルダ４５の断面円形の支持孔４５１内に収容されている。ローラ４１の両側面とホルダ４５との間には、スラストニードルころ軸受４８、４８が各々介挿され、ローラ４１に負荷されるスラスト荷重を支持している。
【選択図】図４

Description

本発明はステアリング装置、特に、ラックピニオン式ステアリング装置のラック軸の背面を転がり式ラックガイドで支持するようにしたステアリング装置に関する。

転がり式ラックガイドは、ラック軸のラック歯の背面側の外周面にローラを押し付けて、ピニオンとラック軸との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック軸が円滑に移動するようにしている。

このようなラックピニオン式のステアリング装置は、前輪を覆うタイヤハウスとピニオン軸との干渉を避けるために、ピニオン軸が車幅方向の中央側にオフセットして配置されるため、ラック軸に対してピニオン軸が傾斜（交差角）して取り付けられる。また、ラック歯に角度（捩れ角）を付けて、はすばラックとし、ピニオンとラック歯との噛み合い率を上げ、噛み合い部の強度を向上させるとともに、ピニオンとラック歯との噛み合いを円滑にしている。

従って、ラック軸の背面側を押すローラには、ラジアル荷重とスラスト荷重の両方が作用する。そのため、ラック軸を円滑に移動させるためには、ローラに作用するラジアル荷重とスラスト荷重の両方を支持する軸受構造が必要となる。

特許文献１に開示された転がり式ラックガイドは、ラック軸の背面側に異なる方向に傾斜した一対の斜面を形成し、各斜面に接触するテーパ面を有する一対のローラをピンに回転自在に支持し、ピンの軸線方向に皿バネによってローラを付勢することにより、ローラのテーパ面をラック軸の斜面に向かって押圧している。一対のローラは、各々、スラストニードル軸受とラジアルニードル軸受によって、ラジアル荷重とスラスト荷重が支持されている。

しかし、特許文献１に開示された転がり式ラックガイドは、ピンの軸線方向に押す皿バネの付勢力によって、ラック軸がピンの軸線方向にずれたり、一対のローラ間のテーパ面の製作誤差、一対のローラとピンとの間の隙間によって、ピニオンとラック歯との円滑な噛み合いが得られない恐れがあった。その結果、操舵力の変動や操舵時のゴリゴリ感、噛み合い部の局部当たりによる歯欠け等の不具合が生じる恐れがあった。

特許文献２に開示された転がり式ラックガイドは、ラック軸の背面側の円弧状の外周面に接触する一個のローラをピンに回転自在に支持し、ローラは、スラストメタル軸受とラジアルニードル軸受によって、ラジアル荷重とスラスト荷重が支持されている。しかし、特許文献１に開示された転がり式ラックガイドは、スラスト荷重を摩擦抵抗の大きなメタル軸受で支持するため、大きな操舵力が必要で、ステアリングホイールの戻り性能が低下し、直進走行時の微少操舵応答性が低下する恐れがあった。

特開２００４−１７８７２号公報 実開昭６１−１２４４７１号公報

本発明は、操舵力が軽減されるとともに、直進走行時の微少操舵応答性が向上する転がり式ラックガイドを有するステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、ハウジング、上記ハウジングに往復移動可能に支持され、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸、ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸の捩れ角を有するラック歯に噛合ってステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン、上記ラック軸のラック歯の背面側の外周面に転がり接触し、ラック軸のラック歯を上記ピニオンに押圧するローラ、上記ハウジングに支持され、上記ローラを回転可能に支持する軸体を保持して、上記ローラを所定の付勢力でピニオンに押圧するホルダ、上記軸体の外周面とローラの内周面との間に転動可能に設けられ、ローラに負荷されるラジアル荷重を支持するころ軸受、上記ローラの両側面とホルダとの間に転動可能に設けられ、ローラに負荷されるスラスト荷重を支持するころ軸受を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ハウジングのピニオン近傍の内周面に内嵌され、上記ラック軸の外周面を摺動可能に軸支して、上記ローラのスラスト荷重方向へのラック軸の移動を拘束する軸受ブッシュを備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第３番目の発明は、第１番目から第２番目までのいずれかの発明のステアリング装置において、上記ホルダに上記ローラの両側面よりも外側に形成され、上記ラック軸のラック歯の背面側の外周面にラック軸の軸方向に長く接触して、上記ローラのスラスト荷重方向へのラック軸の移動を拘束する接触面を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置は、ラック軸のラック歯の背面側の外周面に転がり接触し、ラック軸のラック歯をピニオンに押圧するローラと、ハウジングに支持され、ローラを回転可能に支持する軸体を保持して、ローラを所定の付勢力でピニオンに押圧するホルダと、軸体の外周面とローラの内周面との間に転動可能に設けられ、ローラに負荷されるラジアル荷重を支持するころ軸受と、ローラの両側面とホルダとの間に転動可能に設けられ、ローラに負荷されるスラスト荷重を支持するころ軸受を備えている。従って、ローラに負荷されるスラスト方向の荷重に対して、摩擦抵抗が大幅に低下するため、負荷が大きい時の操舵力が軽減されるとともに、操舵力の変動が小さく、負荷が小さい直進走行時の微少操舵応答性も向上する。

本発明の実施例のステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。 本発明の実施例のステアリング装置を示し、ピニオンアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。 図１のコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の実施例１のステアリングギヤの要部を示す一部を断面した正面図である。 図３のラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。 本発明の実施例２のステアリングギヤのピニオン軸近傍を示す一部を断面した拡大正面図である。 図５のラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 実施例２のホルダの斜視図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例２を説明する。

図１は本発明の実施例のステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置の全体斜視図である。図１に示すように、本発明の実施例のコラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減するために、コラム１０５の中間部に取付けたモータ１０２の操舵補助力をステアリングシャフトに付与している。そして、ステアリングシャフトの回転を中間シャフト１０６に伝達し、ピニオン軸１０７を介してラックピニオン式のステアリングギヤ１０３のラック軸を往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を操舵している。

図２は本発明の実施例のステアリング装置を示し、ピニオンアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置の全体斜視図である。図２に示すように、ステアリングホイール１０１の回転を中間シャフト１０６に伝達し、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減するために、モータ１０８の操舵補助力をステアリングギヤ１０３のラックに噛合うピニオン軸に付与している。そして、ピニオン軸のピニオンに噛み合うステアリングギヤ１０３のラックを往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を操舵している。

図３は図１のコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の実施例１のステアリングギヤの要部を示す一部を断面した正面図である。図４は図３のラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。本発明の実施例１のステアリングギヤ１０３は、フロントサブフレーム等の図示しない車体フレームに取り付けられている。図３の上方向が車体上方側、下方向が車体下方側、図３の左右方向が車幅方向、図３の紙面に直交する方向が車体前後方向である。

ステアリングギヤ１０３のハウジング２１の内周面２１１には、図３の左右方向に摺動可能にラック軸３１が内嵌している。ハウジング２１の内周面２１１の左端には、軸受ブッシュ２１２が内嵌され、ラック軸３１の左端を摺動可能に軸支している。ラック軸３１の左右両端にはボールジョイントソケット３４、３４が各々形成され、ボールジョイントソケット３４、３４に連結されたタイロッド１０４、１０４が、図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。

ハウジング２１には、車体取り付け用ボス部２１３、２１３が各々形成されている。車体取り付け用ボス部２１３、２１３には、円形の取り付け孔２１４、２１４が車体前後方向（図３の紙面に直交する方向）に各々一箇所形成されている。取り付け孔２１４、２１４に図示しないボルトを挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、ハウジング２１は車体フレームに取付けられている。車体フレームへの取付けはリジッド構造（剛体構造）であってもよい。

図４に示すように、ステアリングギヤ１０３のハウジング２１に、ピニオン軸１０７の下端部が、ボール軸受２３とニードル軸受２４により軸支されている。ピニオン軸１０７の上端は、図１の自在継手１０９を介して中間シャフト１０６に連結されている。

ピニオン軸１０７の回転は、ピニオン（はすばピニオン）２２１を介してラック軸３１に伝達され、ラック軸３１に連結された図１、図３のタイロッド１０４、１０４を介して、舵輪の向きを変更する。

図３に示すように、ラック軸３１のラック歯（はすばラック）３２には、捩れ角αを付けて、ピニオン２２１とラック歯３２との噛み合い率を上げ、噛み合い部の強度を向上させるとともに、ピニオン２２１とラック歯３２との噛み合いを円滑にしている。また、図３に示すように、ピニオン軸１０７がラック軸３１に対して交差角βだけ傾斜して取り付けられ、ピニオン軸１０７を車幅方向の中央側にオフセットして配置し、前輪を覆うタイヤハウスとピニオン軸１０７との干渉を避けて配置している。

転がり式ラックガイドは、ラック軸３１のラック歯３２の背面側の凸円弧状の外周面３３に、ローラ４１をアジャストカバー４２によって押し付けている。ローラ４１は、円柱状の軸体４３に、ラジアルニードルころ軸受（ラジアル荷重を支持するころ軸受）４４によって回転可能に軸支されている。ラジアルニードルころ軸受４４は、軸体４３の外周面とローラ４１の内周面との間に転動可能に介挿され、ローラ４１に負荷されるラジアル荷重を支持している。

ローラ４１には、ラック軸３１の凸円弧状の外周面３３の曲率とほぼ同一曲率の凹円弧状面４１１が形成され、この凹円弧状面４１１がラック軸３１の外周面３３に接触して、ラック軸３１の外周面３３にローラ４１を押し付けている。軸体４３は円筒状のホルダ４５の断面円形の支持孔４５１内に収容されている。ローラ４１の両側面（図４の上側と下側の面）とホルダ４５との間には、ローラ４１の軸心に、スラストニードルころ軸受４８、４８が各々介挿されている。スラストニードルころ軸受４８、４８はローラ４１を回転可能に軸支し、ローラ４１に負荷されるスラスト荷重を支持している。

ハウジング２１には、断面円形のガイド孔２５が形成され、このガイド孔２５にホルダ４５が図４の左右方向に摺動可能に内嵌している。アジャストカバー４２を回転して螺合距離を適度に調整し、ロックナット４６でアジャストカバー４２を緩み止めすることにより、皿バネ４７を介してホルダ４５をラック軸３１側に押しつけ、ラック軸３１の外周面３３にローラ４１を押し付けている。これにより、ピニオン２２１とラック軸３１との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック軸３１が円滑に移動するようにしている。

本発明の実施例１の転がり式ラックガイドは、ローラ４１に負荷されるラジアル荷重をラジアルニードルころ軸受４４で支持するとともに、ローラ４１に負荷されるスラスト荷重を、スラストニードルころ軸受４８、４８で支持する。従って、ローラ４１に負荷されるスラスト方向の荷重に対して、摩擦抵抗が大幅に低下するため、負荷が大きい時の操舵力が軽減されるとともに、操舵力の変動が小さく、負荷が小さい直進走行時の微少操舵応答性も向上する。

次に本発明の実施例２について説明する。図５は本発明の実施例２のステアリングギヤのピニオン軸近傍を示す一部を断面した拡大正面図、図６は図５のラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図、図７は図５のＡ−Ａ断面図、図８は実施例２のホルダの斜視図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。実施例２は実施例１の変形例であって、ローラ４１に負荷されるスラスト方向の荷重を実施例１よりも軽減した例である。

図５から図８に示すように、ステアリングギヤ１０３のハウジング２１の内周面２１１には、実施例１と同様に図５の左右方向に摺動可能にラック軸３１が内嵌している。ラック軸３１の右端にはボールジョイントソケット３４が形成され、ボールジョイントソケット３４に連結されたタイロッド１０４が、図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。図示はしないが、ラック軸３１の左端にも、実施例１と同様に、ボールジョイントソケット３４が形成され、ボールジョイントソケット３４に連結されたタイロッド１０４が、図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。

図示しない車体取り付け用ボス部にボルトを挿入し、車体フレームにボルトを締め付けることで、ハウジング２１は車体フレームに取付けられている。図６に示すように、ステアリングギヤ１０３のハウジング２１に、ピニオン軸１０７の下端部が、ボール軸受２３とニードル軸受２４により軸支されている。ピニオン軸１０７の上端は、図１の自在継手１０９を介して中間シャフト１０６に連結されている。

ピニオン軸１０７の回転は、ピニオン（はすばピニオン）２２１を介してラック軸３１に伝達され、ラック軸３１に連結された図１、図５のタイロッド１０４、１０４を介して、舵輪の向きを変更する。

図５に示すように、ピニオン軸１０７がラック軸３１に対して交差角βだけ傾斜して取り付けられ、ピニオン軸１０７を車幅方向の中央側にオフセットして配置し、前輪を覆うタイヤハウスとピニオン軸１０７との干渉を避けて配置している。

実施例２の転がり式ラックガイドは、ラック軸３１のラック歯３２の背面側の凸円弧状の外周面３３に、ローラ４１をアジャストカバー４２によって押し付けている。ローラ４１は、円柱状の軸体４３に、ラジアルニードルころ軸受（ラジアル荷重を支持するころ軸受）４４によって回転可能に軸支されている。ラジアルニードルころ軸受４４は、軸体４３の外周面とローラ４１の内周面との間に転動可能に介挿され、ローラ４１に負荷されるラジアル荷重を支持している。

ローラ４１には、ラック軸３１の凸円弧状の外周面３３の曲率とほぼ同一曲率の凹円弧状面４１１が形成され、この凹円弧状面４１１がラック軸３１の外周面３３に接触して、ラック軸３１の外周面３３にローラ４１を押し付けている。軸体４３は円筒状のホルダ４５の断面円形の支持孔４５１内に収容されている。ローラ４１の両側面（図６の上側と下側の面）とホルダ４５との間には、ローラ４１の軸心に、スラストニードルころ軸受４８、４８が各々介挿されている。スラストニードルころ軸受４８、４８はローラ４１を回転可能に軸支し、ローラ４１に負荷されるスラスト荷重を支持している。

ハウジング２１には、断面円形のガイド孔２５が形成され、このガイド孔２５にホルダ４５が図６の左右方向に摺動可能に内嵌している。アジャストカバー４２を回転して螺合距離を適度に調整し、ロックナット４６でアジャストカバー４２を緩み止めすることにより、皿バネ４７を介してホルダ４５をラック軸３１側に押しつけ、ラック軸３１の外周面３３にローラ４１を押し付けている。これにより、ピニオン２２１とラック軸３１との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック軸３１が円滑に移動するようにしている。

図５、図７に示すように、実施例２では実施例１とは異なり、ハウジング２１の内周面２１１の右端には、ピニオン軸１０７の近傍に軸受ブッシュ２６が内嵌され、ラック軸３１の右端の外周面３３を摺動可能に軸支している。軸受ブッシュ２６の内周面２６１には、図７の上下方向の対向する二箇所に、小径内周面２６２、２６２が形成されていて、ラック軸３１の外周面３３に小径内周面２６２、２６２が密に接触している。

スラストニードルころ軸受４８、４８が円滑に回転するためには、ローラ４１の両側面（図６の上側と下側の面）とスラストニードルころ軸受４８、４８との間には、スラスト方向に若干の隙間が必要である。従って、ローラ４１にスラスト荷重が負荷されると、隙間分だけローラ４１及びラック軸３１がスラスト方向に動く恐れがある。本発明の実施例２では、軸受ブッシュ２６がスラスト荷重方向へのラック軸３１の移動を拘束するため、ローラ４１に負荷されるスラスト荷重が軽減され、ローラ４１及びラック軸３１がスラスト方向に動くことを阻止することが可能となる。

また、図６、図８に示すように、実施例２では実施例１とは異なり、ホルダ４５の左端面（ラック軸３１側の端面）には、ローラ４１の両側面（図６の上側と下側の面）よりも外側に、ラック軸３１の軸方向に平行な接触面４５２、４５２が形成されている。皿バネ４７を介してホルダ４５をラック軸３１側に押しつけ、ラック軸３１の外周面３３にローラ４１を押し付けると、ラック軸３１のラック歯３２の背面側の外周面３３に、接触面４５２、４５２が密に接触する。接触面４５２、４５２は、ラック軸３１の軸方向に長く接触する。

転がり式ラックガイドは、ホルダ４５の内部にローラ４１を収納する必要があるため、ローラ４１の両側面（図６の上側と下側の面）間の幅が制限される。従って、ローラ４１とラック軸３１の外周面３３との接触範囲が狭く、かつ線接触となるため、ローラ４１がラック軸３１のスラスト方向（ローラ４１のスラスト方向）の移動を阻止する能力が、滑り式ラックガイドと比較して小さい。

本発明の実施例２では、ホルダ４５の左端面の接触面４５２、４５２が、ラック軸３１の外周面３３に、ローラ４１の両側面よりも外側で、かつラック軸３１の軸方向に長く接触して、スラスト荷重方向へのラック軸３１の移動を拘束する。従って、ローラ４１に負荷されるスラスト荷重が軽減され、ラック軸３１がスラスト方向に動くことを阻止することが可能となる。本発明の実施例２では、スラスト荷重方向へのラック軸３１の移動を拘束する軸受ブッシュ２６と接触面４５２、４５２の両方が形成されているが、いずれか一方が形成されていてもよい。

また、本発明の実施例２では、ホルダ４５の左端面（ラック軸３１側の端面）が、ローラ４１の外径よりもラック軸３１側に突出している。これに対して、特許文献２に開示された転がり式ラックガイドは、ホルダ４５の左端面が、ローラ４１の外径よりも引っ込んでいる。転がり式ラックガイドは、ローラ４１とラック軸３１の外周面３３との接触深さが浅い。従って、組立作業時にアジャストカバー４２を回転してホルダ４５をラック軸３１側に規定値よりも強く押しつけると、特許文献２に開示された転がり式ラックガイドでは、ホルダ４５が回転してしまい、ローラ４１とラック軸３１の外周面３３との接触位置が正規位置からずれてしまう恐れがある。本発明の実施例２では、ホルダ４５の左端面の接触面４５２、４５２が、ラック軸３１の外周面３３に接触して、ホルダ４５の回転を阻止するため、ローラ４１とラック軸３１の外周面３３との接触位置を正規位置に位置決めすることができる。

上記実施例では、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置に適用した例について説明したが、ピニオンアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置やマニュアル型ラックピニオン式ステアリング装置に適用してもよい。

１０１ ステアリングホイール
１０２ モータ
１０３ ステアリングギヤ
１０４ タイロッド
１０５ コラム
１０６ 中間シャフト
１０７ ピニオン軸
１０８ モータ
１０９ 自在継手
２１ ハウジング
２１１ 内周面
２１２ 軸受ブッシュ
２１３ 車体取り付け用ボス部
２１４ 取り付け孔
２２１ ピニオン
２３ ボール軸受
２４ ニードル軸受
２５ ガイド孔
２６ 軸受ブッシュ
２６１ 内周面
２６２ 小径内周面
３１ ラック軸
３２ ラック歯
３３ 外周面
３４ ボールジョイントソケット
４１ ローラ
４１１ 凹円弧状面
４２ アジャストカバー
４３ 軸体
４４ ラジアルニードルころ軸受（ラジアル荷重を支持するころ軸受）
４５ ホルダ
４５１ 支持孔
４５２ 接触面
４６ ロックナット
４７ 皿バネ
４８ スラストニードルころ軸受（スラスト荷重を支持するころ軸受）

Claims (3)

1. ハウジング、
   上記ハウジングに往復移動可能に支持され、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸、
   ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸の捩れ角を有するラック歯に噛合ってステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン、
   上記ラック軸のラック歯の背面側の外周面に転がり接触し、ラック軸のラック歯を上記ピニオンに押圧するローラ、
   上記ハウジングに支持され、上記ローラを回転可能に支持する軸体を保持して、上記ローラを所定の付勢力でピニオンに押圧するホルダ、
   上記軸体の外周面とローラの内周面との間に転動可能に設けられ、ローラに負荷されるラジアル荷重を支持するころ軸受、
   上記ローラの両側面とホルダとの間に転動可能に設けられ、ローラに負荷されるスラスト荷重を支持するころ軸受を備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記ハウジングのピニオン近傍の内周面に内嵌され、上記ラック軸の外周面を摺動可能に軸支して、上記ローラのスラスト荷重方向へのラック軸の移動を拘束する軸受ブッシュを備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１から請求項２までのいずれかに記載されたステアリング装置において、
   上記ホルダに上記ローラの両側面よりも外側に形成され、上記ラック軸のラック歯の背面側の外周面にラック軸の軸方向に長く接触して、上記ローラのスラスト荷重方向へのラック軸の移動を拘束する接触面を備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。

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