JP3671135B2 - ラックピニオン式舵取り装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は舵輪の回転動作に連動してピニオン軸を回転させ、これと噛み合うラック軸を軸長方向に往復移動させて操舵を行うラックピニオン式舵取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ラックピニオン式舵取り装置においては、ラック軸を隔ててピニオンと反対側にラック軸の軸方向への移動を許容しつつ、ラック軸をピニオン軸側へ押圧するためのサポートヨークを設け、ラック軸を支持する剛性を増すと共に、ラックとピニオンとの噛み合い部分でのバックラッシを減少させている。
ところが、サポートヨークとラック棒の摺動抵抗が大きいため、ステアリングシャフトの回転に必要な回転トルクが大きくなる。特に、ステアリング操作の初動時においては、ステアリングホイールの操舵トルク自体が小さいので、上記の摺動抵抗が操舵フィーリングに悪影響を与えるという問題がある。
【０００３】
そこで、ラック軸に転がり接触するボールをサポートヨークに保持し、このボールを介してラック軸側に付勢してラック軸の移動抵抗を少なくする試みがなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ボールを受けるためにサポートヨークに設けられた受け座と、ボールとの接触状態が不適切であると、ボールとラック軸との転動面や、ボールとサポートヨークとの転動面に滑りが発生する。このため、ラック軸のスムーズな移動が阻害されて、所望の操舵フィーリングが得られないおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は操舵フィーリングを良好にすることができるラックピニオン式舵取り装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、本発明は、ギヤケース内で相互に噛み合うピニオン軸と断面円弧状のラック軸とを備えるラックピニオン式舵取り装置において、上記ラック軸の周面に点接触する複数の玉と、ギヤケースに設けられたハウジング内に進退自在に収容され、上記複数の玉を転動自在に受ける円柱状の受け部材と、この受け部材および上記複数の玉を介してラック軸をピニオン軸側へ付勢する付勢部材とを備え、上記複数の玉は、ラック軸の中心軸線および受け部材の中心軸線を含む平面を挟んだ両側に配置された一対の玉を含み、上記受け部材には各玉をそれぞれ受ける受け座が形成され、この受け座は円錐状テーパ面を含み、各玉の中心を含んでラック軸に直交する平面において、その玉とラック軸との接触点と、その玉と受け部材との接触点とを結ぶ直線がその玉の略中心を通ることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、上記ラック軸に直交する平面において、玉の中心を含んで上記直線に直交する軸が玉の回転軸となる。したがって、操舵に伴ってラック軸が軸長方向に移動するときに、玉がラック軸や支持部材に対してほとんど滑りを生ずることなく、スムーズに転動できる。その結果、操舵フィーリングが良好となる。また、受け部材には玉を受ける受け座が形成され、この受け座は円錐状テーパ面を含むので、円錐状テーパ面により玉を安定して保持することができ、玉の挙動が安定する。特に、各部品に多少の寸法誤差があっても、玉を安定して保持できる点で好ましい。また、円錐状テーパ面であれば加工も容易である。
また、本発明は、所要時にラック軸の周面を受ける凹面を有し、ハウジングに設けられた収容孔に進退自在に収容される支持部材と、この支持部材をラック軸側へ付勢する付勢部材とをさらに備え、支持部材は、受け部材を進退自在に収容する受け部材収容孔と、玉を進退自在に収容する玉収容孔とを含む場合がある。
【０００７】
また、本発明は、所要時にラック軸の周面を受ける凹面を有し、ハウジングに設けられた収容孔に収容孔の深さ方向に進退不能に固定された支持部材をさらに備え、支持部材は、受け部材を進退自在に収容する受け部材収容孔と、玉を進退自在に収容する玉収容孔とを含む場合がある。
これらの場合、ステアリング操作の初動領域（いわゆる中立時の近傍領域であり、小変位の小荷重領域である）では、移動するラック軸に玉が滑ることなく転がり接触するので、ラック軸の移動抵抗を軽減して、操舵フィーリングを良好にすることができる。また、大荷重入力時には、支持部材によってラック軸を受けて、ラック軸を強固に支持することができる。また、後者の場合には、支持部材が移動しないので、これを付勢する付勢部材が不要であり、その結果、部品点数を削減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のラックピニオン式舵取り装置の断面図である。ピニオン軸１は転がり軸受２，３にてギヤケース４内に回転可能に支持され、またラック軸５は図示しない軸受部材にて軸長方向（紙面に直交する方向）に沿って移動自在に支持されている。ピニオン軸１とラック軸５はギヤケース４内で相互に噛み合わされている。図示していないが、ラック軸５の両端部はタイロッドを介して操向車輪に連結されており、図示しないステアリングホイールの回転に伴ってラック軸５が軸長方向に移動し操向が行われる。
【００１０】
ギヤケース４にはラック軸５を隔ててピニオン軸１と反対側にハウジング６が設けられており、このハウジング６の収容孔７内にラック軸５を支持する支持部材としてのサポートヨーク８が摺動自在に収容されている。サポートヨーク８は円柱形に形成され、ラック軸５の周面５ａに沿うように断面円弧状の凹面９を形成している。
ハウジング６の収容孔７の入口にはねじ部１０が形成され、このねじ部１０に固定プラグ１１がねじ込まれ、ロックナット１２により固定されている。固定プラグ１１はサポートヨーク８の凹面９の背面１３に、所定の隙間（例えば０．１ｍｍ）を設けて対向する。サポートヨーク８の背面１３には、円孔からなるばね収容孔１４が形成されており、このばね収容孔１４にサポートヨーク８をラック軸５側へ付勢する付勢部材としての圧縮コイルばね１５が収容されている。
【００１１】
サポートヨーク８の凹面９には、複数の転動体収容孔としての玉収容孔１６が形成され、各玉収容孔１６にラック軸５の周面５ａに転がり接触する転動体としての玉１７が回転自在に保持されている。サポートヨーク８によって、玉１７を受ける受け部材が構成されている。
次いで、図２は玉１７の中心２１を含んでラック軸５（ラック軸５の軸長方向に延びる軸線）に対して直交する平面Ｐで切断したラック軸５およびサポートヨーク８の模式的拡大断面図である。図２を参照して、本実施形態の特徴とするところは、上記の平面Ｐにおいて、玉１７とラック軸５の周面５ａとの接触点１８と、玉１７とサポートヨーク８との接触点１９とを結ぶ直線２０が玉１７の中心２１又はその近傍を通ることである。
【００１２】
玉収容孔１６はサポートヨーク８が進退する方向に平行な軸を持つ孔からなり、孔の底には、例えば円錐状テーパ面からなる受け座２２が形成されている。受け座２２は玉１７に対して円弧状の接触線２３を持ち、この接触線２３が上記の接触点１９を含んでいる。受け座２２を形成する円錐状テーパ面の頂角Ａは、ラック軸５に対する玉の接触角Ｂの略２倍に設定されている（すなわちＡ＝２Ｂ）ことが好ましい。
【００１３】
本実施形態では、上記平面Ｐにおいて、玉１７の中心２１を含んで上記直線２０に直交する軸２４が玉１７の回転軸となる。したがって、操舵に伴ってラック軸５が軸長方向に移動するときに、玉１７がラック軸５やサポートヨーク８に対してほとんど滑りを生ずることなく、スムーズに転動できる。その結果、操舵フィーリングが良好となる。
また、受け座２２を形成する円錐状テーパ面により玉１７を安定して保持することができ、玉１７の挙動が安定する。特に、各部品に多少の寸法誤差があっても、玉１７を安定して保持できる点で好ましい。また、円錐状テーパ面であれば加工も容易である。
【００１４】
次いで、図３は本発明の別の実施形態のラックピニオン式舵取り装置の断面図である。図３を参照して、サポートヨーク８Ａは、第１の付勢部材としての第１の圧縮コイルばね２５を収容するための収容孔２６の底に、玉１７を受ける受け部材２９を摺動自在に収容するための収容するための受け部材収容孔２８を形成している。この受け部材収容孔２８には第２の付勢部材としての第２の圧縮コイルばね２７も収容されている。受け部材収容孔２８の径は収容孔２６の径よりもやや小さくされている。
【００１５】
また、第２の圧縮コイルばね２７は、上記の収容孔２６の底に固定された環状のばね受け座３０と可動の受け部材２９との間に介在している。第２の圧縮コイルばね２７は受け部材２９を介して玉１７をラック軸５側に付勢する。第２の圧縮コイルばね２７のばね定数は第１の圧縮コイルばね２５のばね定数よりも格段に小さく設定されている。
一方、玉１７はラック軸５の頂部を挟んだ両側に少なくとも一対が配置されており、それぞれサポートヨーク８Ａの凹面９に開口するように形成された小径の玉収容孔３１に進退自在に収容されている。各玉１７用の玉収容孔３１は受け部材収容孔２８にそれぞれ連通している。サポートヨーク８Ａの凹面９には、大荷重入力時にラック軸５の周面５ａに摺接するための低摩擦のパッド３２が取り付けられている。
【００１６】
受け部材２９は、対応する玉１７に後方から当接する複数の突起３３を一体に設けており、第２の圧縮コイルばね２７は受け部材２９を介して、上記ラック軸５の頂部を挟んだ両側の玉１７を一括して付勢する。各突起３３の玉１７に対する対向面には、玉１７を受ける円錐状テーパ面からなる受け座３４が形成されている。この受け座３４の構成は図２の受け座２２と同様である。４５は受け部材２９の外縁に当接する環状の位置決め段部である。受け部材２９が位置決め段部４５に当接することにより、玉１７の玉収容孔３１からの最大突出量が規定される。
【００１７】
本実施の形態によれば、ステアリング操作の初動領域（いわゆる中立時の近傍領域であり、小変位の小荷重領域である）では、図３に示すように、移動するラック軸５に玉収容孔３１から突出した玉１７が転がり接触するので、ラック軸５の移動抵抗を低減でき、操舵フィーリングを良好にすることができる。また、このとき、玉１７がラック軸５やサポートヨーク８Ａに対してほとんど滑りを生ずることなく、スムーズに転動できるので、操舵フィーリングが良好となる。
【００１８】
一方、大荷重入力時には、図４に示すように、第２の圧縮コイルばね２７を撓ませて玉１７が玉収容孔３１内に引っ込むので、サポートヨーク８Ａがパッド３２を介してラック軸５を受けることになり、ラック軸５を強固に支持することができる。
また、玉１７用の玉収容孔３１よりもスペースに余裕のある受け部材収容孔２８に、第２の圧縮コイルばね２７を収容するので、ばねのコイル径、素線径、ばね長さ等を比較的自由に設定することが可能となる。その結果、第２の圧縮コイルばね２７について特にシビアな寸法管理をせずとも、所望の付勢荷重を得ることができる。
【００１９】
次いで、図５は本発明の別の実施の形態を示している。図５を参照して、本実施の形態が図３の実施の形態と異なるのは、第２の圧縮コイルばね３５を環状のばね受け座３０および第１の圧縮コイルばね２５の内側を貫通するように配置し、第２の圧縮コイルばね３５の一端も、第１の圧縮コイルばね２５の一端と同様に、固定プラグ１１に当接するようにした点である。なお、図３の実施形態と同様の構成については、図に同一符号を付してその説明を省略した。
【００２０】
本実施の形態では、図３の実施形態と同様の作用効果を奏する。加えて、第２の圧縮コイルばね３５は受け部材２９と固定プラグ１１との間に介在することになり、第２の圧縮コイルばね３５のセット長を長くできるので、付勢荷重を小さくすることができて好ましい。これは、玉１７は中立時の近傍でラック軸５に転がり接触するように働けば良く、この観点から玉１７を付勢する第２の圧縮コイルばね３５の付勢荷重は小さめが好ましいからである。
【００２１】
次いで、図６は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図６を参照して、本実施の形態が図５の実施の形態と異なるのは、下記である。
すなわち、ラック軸５を軸長方向に摺動自在に支持する支持部材としてのサポートヨーク３６を、固定プラグ３７に固定することによって、ハウジング６の収容孔７に固定している。これに伴い、第１の圧縮コイルばね２５を廃止している。
【００２２】
また、サポートヨーク３６を貫通する受け部材収容孔３８に、玉１７を受ける有底円筒状の受け部材３９を摺動自在に収容している。受け部材３９と固定プラグ３７との間には、受け部材３９を介して玉１７をラック軸５側へ付勢する付勢部材としての圧縮コイルばね４０が収容されている。受け部材３９には、各玉１７を受ける円錐テーパ面からなる受け座３４を形成した突起３３が設けられている。
【００２３】
また、受け部材３９は圧縮コイルばね４０を受ける凹部からなるばね受け座４１を有しており、ばね受け座４１の周囲には圧縮コイルばね４０の外周の大部分を案内するガイド周壁４２が形成されている。固定プラグ３７にも同様にガイド周壁４３を設けるための凹部４４が形成されている。なお、図５の実施の形態と同様の構成については、図に同一符号を付して、その説明を省略した。
本実施の形態では、図５の実施形態と同様の作用効果を奏する。加えて、ステアリング操作の初動領域（いわゆる中立時の近傍領域であり、小変位の小荷重領域である）では、移動するラック軸５に玉１７が転がり接触するので、ラック軸５の移動抵抗を低減でき、操舵フィーリングを良好にすることができる。また、大荷重入力時には、固定型のサポートヨーク３６が低摩擦のパッド３２を介してラック軸５を受けて、ラック軸５を強固に支持することができる。
【００２４】
また、サポートヨーク３６を移動させないので、これを付勢する付勢部材が不要であり、その結果、部品点数を削減することができる。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のラックピニオン式舵取り装置の要部の概略断面図である。
【図２】図１の拡大断面図であり、小入力時の状態を示している。
【図３】本発明の別の実施の形態のラックピニオン式舵取り装置の要部の断面図である。
【図４】図３に相当する拡大断面図であり、大入力時の状態を示している。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態のラックピニオン式舵取り装置の要部の断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態のラックピニオン式舵取り装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
１ ピニオン軸
５ ラック軸
６ ハウジング
８ サポートヨーク（支持部材，受け部材）
８Ａ サポートヨーク（支持部材）
９ 凹面
１０ パッド
１１，３７ 固定プラグ
１４ 収容孔
１５ 圧縮コイルばね（付勢部材）
１６ 玉収容孔（転動体収容孔）
１７ 玉（転動体）
１８，１９ 接触点
２０ 直線
２１ 中心
２２ 受け座
２４ 軸（回転軸）
２５ 第１の圧縮コイルばね（第１の付勢部材）
２６ 収容孔
２７ 第２の圧縮コイルばね（第２の付勢部材）
２８ 受け部材収容孔
２９ 受け部材
３１ 玉収容孔（転動体収容孔）
３３ 突起
３４ 受け座
３５ 第２の圧縮コイルばね
３６ サポートヨーク（支持部材）
３８ 受け部材収容孔
３９ 受け部材
４０ 圧縮コイルばね

Claims (3)

1. ギヤケース内で相互に噛み合うピニオン軸と断面円弧状のラック軸とを備えるラックピニオン式舵取り装置において、
   上記ラック軸の周面に点接触する複数の玉と、
   ギヤケースに設けられたハウジング内に進退自在に収容され、上記複数の玉を転動自在に受ける円柱状の受け部材と、
   この受け部材および上記複数の玉を介してラック軸をピニオン軸側へ付勢する付勢部材とを備え、
   上記複数の玉は、ラック軸の中心軸線および受け部材の中心軸線を含む平面を挟んだ両側に配置された一対の玉を含み、
   上記受け部材には各玉をそれぞれ受ける受け座が形成され、この受け座は円錐状テーパ面を含み、
   各玉の中心を含んでラック軸に直交する平面において、その玉とラック軸との接触点と、その玉と受け部材との接触点とを結ぶ直線がその玉の略中心を通ることを特徴とするラックピニオン式舵取り装置。
2. 所要時にラック軸の周面を受ける凹面を有し、ハウジングに設けられた収容孔に進退自在に収容される支持部材と、
   この支持部材をラック軸側へ付勢する付勢部材とをさらに備え、
   支持部材は、受け部材を進退自在に収容する受け部材収容孔と、玉を進退自在に収容する玉収容孔とを含むことを特徴とする請求項１記載のラックピニオン式舵取り装置。
3. 所要時にラック軸の周面を受ける凹面を有し、ハウジングに設けられた収容孔に収容孔の深さ方向に進退不能に固定された支持部材をさらに備え、
   支持部材は、受け部材を進退自在に収容する受け部材収容孔と、玉を進退自在に収容する玉収容孔とを含むことを特徴とする請求項１記載のラックピニオン式舵取り装置。

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