(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
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転舵角を変えるラック軸と、
ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有し、ステアリングホイールの回転を上記ラック軸に伝達するピニオン軸と、
上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸の一端をハウジングに回転可能に軸支し、上記ピニオン軸に作用するラジアル荷重及びスラスト荷重を支持する第１の軸受と、
上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸の他端をハウジングに回転可能に軸支し、上記ピニオン軸に作用するラジアル荷重を支持する第２の軸受と、
上記ハウジングの内周面に形成された環状溝に内嵌され、Ｃ形状部と該Ｃ形状部の両先端部が対向して形成された開口部とを有し、上記Ｃ形状部が上記第１の軸受の外輪の端面に接触することで該第１の軸受の外輪を上記ハウジングに固定する止め輪とを有するステアリング装置において、
上記止め輪は、上記ピニオン軸の軸方向から見て、上記開口部が上記ラック歯側となるように上記ハウジングの環状溝に内嵌されていること
を特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記ピニオン軸の軸方向から見て、上記ラック軸の軸線に平行で上記ピニオンの中心を通る中心軸線に対する上記開口部の位相をθ、上記ラック歯の圧力角をαとしたとき、上記θの範囲は、上記中心軸線に関して上記ピニオンの中心を中心として一方側の方向および他方側の方向から、それぞれ上記ラック軸に近づく方向に角度αだけ傾いた２つの方向で区分される角度範囲のうち、上記ラック軸側の角度範囲である
ことを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ピニオン軸に加わる負荷によって、テーパースナップリングで固定している軸受外輪とハウジングとの間に隙間が生じ、異音が生じることを防止するようにしたステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックピニオン式ステアリング装置は、タイロッドを介して車輪の転舵角を変えるラック軸が、ステアリングギヤアッセンブリのハウジングに往復移動可能に支持されている。また、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軸が、該ハウジングに軸受を介して回転可能に軸支されている。【０００３】
このようなラックピニオン式のステアリング装置は、操舵時にピニオン軸に加わる負荷によってピニオン軸がラジアル方向やスラスト方向に動いてしまい、これにより異音が生じたり、操舵力が変動したりしてしまう。このため、ピニオン軸をハウジングに軸支する軸受を固定することにより、ピニオン軸をラジアル方向及びスラスト方向に対して固定し、異音が生じたり、操舵力が変動したりすることを防止している。【０００４】
リングナットで軸受を固定すれば、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が大きくなるため好ましいが、リングナットを組み込むためのスペースが必要となるため、ステアリングギヤアッセンブリが大型化するという問題がある。【０００５】
止め輪であるテーパースナップリングで軸受に予圧を付与すれば、コストが安く軽量で、かつテーパースナップリングを組み込むためのスペースが小さくて済むため、ステアリングギヤアッセンブリを小型化できる。しかし、テーパースナップリングで軸受を固定すると、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が小さくなってしまう。【０００６】
その結果、操舵時にピニオン軸に加わる負荷によって、テーパースナップリングが軸方向に押し上げられたり傾いたりして、ピニオン軸がスラスト方向に動いて軸受外輪とハウジングとの間に隙間が生じる。そうすると、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置からずれてしまい、たたき音のような異音の原因となる。【０００７】
日本国特開２０１０−０３８２５４号公報に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、テーパースナップリングの傾斜面側に複数の円錐状の突起を等間隔に形成している。また、ハウジングの内周面に設けられた、テーパースナップリングが装着される環状溝の傾斜面側に環状凹溝を形成している。これによって、テーパースナップリングに軸方向の外力が作用し、テーパースナップリングが所定量縮径すると、テーパースナップリングの突起が環状凹溝の内壁面に係合する。これにより、テーパースナップリングが所定量を超えて縮径することを防止し、テーパースナップリングの軸方向移動を規制している。しかし、日本国特開２０１０−０３８２５４号公報に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、テーパースナップリング及び環状溝の形状が複雑になるため、加工が難しく、製造コストが上昇するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−０３８２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ピニオン軸に加わる負荷に起因してピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置からずれることにより生じる異音を防止するとともに、製造コストの上昇を抑制することが可能なラックピニオン式ステアリング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、本発明は、ハウジングと、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転舵角を変えるラック軸と、ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有し、ステアリングホイールの回転を上記ラック軸に伝達するピニオン軸と、上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸の一端をハウジングに回転可能に軸支し、上記ピニオン軸に作用するラジアル荷重及びスラスト荷重を支持する第１の軸受と、上記ハウジングに内嵌され上記ピニオン軸の他端をハウジングに回転可能に軸支し、上記ピニオン軸に作用するラジアル荷重を支持する第２の軸受と、上記ハウジングの内周面に形成された環状溝に内嵌され、Ｃ形状部と該Ｃ形状部の両先端部が対向して形成された開口部とを有し、上記Ｃ形状部が上記第１の軸受の外輪の端面に接触することで該第１の軸受の外輪を上記ハウジングに固定する止め輪とを有するステアリング装置において、上記止め輪は、上記ピニオン軸の軸方向から見て、上記開口部が上記ラック歯側となるように上記ハウジングの環状溝に内嵌されていることを特徴とするステアリング装置である。【００１１】
また、本発明の好ましい態様は、上記ピニオン軸の軸方向から見て、上記ラック軸の軸線に平行で上記ピニオンの中心を通る中心軸線に対する上記開口部の位相をθ、上記ラック歯の圧力角をαとしたとき、上記θの範囲は、上記中心軸線に関して上記ピニオンの中心を中心として一方側の方向および他方側の方向から、それぞれ上記ラック軸に近づく方向に角度αだけ傾いた２つの方向で区分される角度範囲のうち、上記ラック軸側の角度範囲であることを特徴とするステアリング装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ピニオン軸に加わる負荷によって、止め輪に大きなモーメントＭが作用しても、ピニオン軸に対する止め輪の傾きを抑制し、ピニオン軸が軸方向に移動することを抑制できる。その結果、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置に維持されるため、異音が生じたり、操舵力が変動したりすることを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る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。
【図２】図２は本発明の実施形態に係るステアリングギヤ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３】図３は図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は図２のIV−IV断面図であり、ピニオンの回転方向が時計方向の時に、ラック歯とピニオンの噛み合い部の歯面に作用する荷重を示す断面図である。
【図５】図５は図２のIV−IV断面図であり、ピニオンの回転方向が反時計方向の時に、ラック歯とピニオンの噛み合い部の歯面に作用する荷重を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る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、本発明の実施形態に係る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、ステアリングコラム１０５の中間部に取り付けたモータ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アッセンブリ１０３のラック軸を往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を転舵している。
【００１５】
図２は本発明の実施形態に係るステアリングギヤ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３は図２のIII−III断面図である。図４は図２のIV−IV断面図であり、ピニオンの回転方向が時計方向の時に、ラック歯とピニオンの噛み合い部の歯面に作用する荷重を示す断面図である。図５は図２のIV−IV断面図であり、ピニオンの回転方向が反時計方向の時に、ラック歯とピニオンの噛み合い部の歯面に作用する荷重を示す断面図である。
【００１６】
本発明の実施形態に係るステアリングギヤアッセンブリ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。ステアリングギヤアッセンブリ１０３のハウジング２１には、図２の紙面に直交する方向である車幅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の車幅方向の両端には図示しないボールジョイントソケットが各々ねじ込まれて取り付けられ、ボールジョイントソケットに連結されたタイロッド（図１参照）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。
【００１７】
ピニオン軸１０７の下端近傍には、ピニオン４１が形成されている。ピニオン軸１０７は、ピニオン４１よりも上側の軸部４２が、第１の軸受であるボール軸受５１を介してハウジング２１に回転可能に支持されている。また、ボール軸受５１は、ピニオン軸１０７に働くラジアル荷重およびスラスト荷重を支持している。軸部４２はピニオン４１よりも径が小さく、ピニオン４１とは段差面４４を介して上下方向に隣接している。ピニオン軸１０７の軸部４２よりも上側の部分には周方向に亘って溝４３が形成されている。溝４３にはリング５２がカシメにより固定的に装着されている。リング５２は、ボール軸受５１の内輪を、ピニオン軸１０７の段差面４４との間で上下方向に挟み込んでいる。
【００１８】
また、ボール軸受５１の外輪は、ハウジング２１に形成された円形孔２２に内嵌されている。円形孔２２の内周面のボール軸受５１よりも上側部分には、環状溝２３が形成されている。環状溝２３には、止め輪であるテーパースナップリング５３が装着されている。テーパースナップリング５３は、図３に示すように、Ｃ形状部５３２と、Ｃ形状部５３２の両先端部が対向して形成された開口部５３１とを有している。ボール軸受５１の外輪は、軸方向上方側の端面がテーパースナップリング５３のＣ形状部５３２によって軸方向下方に押圧されて、ハウジング２１に固定されている。テーパースナップリング５３は、Ｃ形状部５３２が弾性的に径方向に収縮した状態で環状溝２３に装着されている。このため、環状溝２３に装着された状態のテーパースナップリング５３は、常に径方向に拡張する方向の力が作用している。テーパースナップリング５３及び環状溝２３の上端面側には、径方向外方に向かうにしたがってボール軸受５１に近づく方向に傾斜した傾斜面が形成されている。このような構成なので、環状溝２３にテーパースナップリング５３を挿入すると、テーパースナップリング５３は径方向に拡張し、楔作用によってボール軸受５１の外輪を軸方向下方に押圧する。その結果、ボール軸受５１の外輪とテーパースナップリング５３との間、及びボール軸受５１の外輪とハウジング２１の円形孔２２の底部との間の隙間が除去されて、ボール軸受５１の外輪はテーパースナップリング５３とハウジング２１の円形孔２２の底部との間に固定される。
【００１９】
また、ピニオン軸１０７は、ピニオン４１よりも下側の軸部４５が、第２の軸受であるニードル軸受５４を介してハウジング２１に回転可能に支持されている。また、ニードル軸受５４は、ピニオン軸１０７に働くラジアル荷重のみを支持している。ピニオン軸１０７の回転は、ピニオン４１を介してラック軸３１のラック歯３２に伝達され、ラック軸３１に連結された図１のタイロッド１０４、１０４を介して、舵輪の向きを変更する。
【００２０】
ハウジング２１には、断面円形のガイド孔２４が図２の左右方向、すなわち車体に関する略前後方向に形成され、このガイド孔２４に円柱状のラックガイド６１が図２の左右方向に摺動可能に内嵌している。ラックガイド６１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６２が形成され、この凹円弧状面６２がラック軸３１の外周面３３に接触して、ラック軸３１の外周３３にラックガイド６１を押し付けている。
【００２１】
ガイド孔２４の右端には、アジャストカバー６３が螺合されている。アジャストカバー６３とラックガイド６１との間には、コイルバネ６４が介装されている。アジャストカバー６３を回転してアジャストカバー６３のガイド孔２４への螺合距離を適度に調整し、コイルバネ６４を介してラックガイド６１をラック軸３１側に押し付け、ラック軸３１の外周３３にラックガイド６１を押し付けている。これにより、ピニオン４１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。
【００２２】
ハウジング２１に形成された円形孔２２には、中空円筒状のカバー７１下端の円筒嵌合筒部７１１が圧入されている。円筒嵌合筒部７１１の上部に形成されたフランジ部７１２の下端面７１３が、ハウジング２１の上端面２５に当接して、ハウジング２１に対するカバー７１の上下方向の位置を決めている。
【００２３】
カバー７１はピニオン軸１０７の上側部分の周囲を覆って上方に延び、カバー７１の上端に固定されたゴム製のガスケット７２が車体のトーボード７３に当接して、カバー７１が上方へ移動することを規制している。ガスケット７２は、車両走行時の振動によるハウジング２１の変位を吸収して衝撃を緩和するとともに、ハウジング２１とピニオン軸１０７との間の隙間に塵埃や異物が侵入することを防止している。
【００２４】
図４の矢印４１１に示すように、ピニオン軸１０７の軸方向一方側から見て、ピニオン４１が時計方向に回転すると、ラック歯３２とピニオン４１との噛み合い部では、ピニオン４１の歯面がラック歯３２を所定の方向に押す。ピニオン４１の歯面がラック歯３２を押す力は、ピニオン４１の歯面とラック歯３２との共通法線Ｖ１上の方向Ｄ１に作用する。ラック歯３２の圧力角をαとすると、共通法線Ｖ１はラック歯３２のピッチ線３２１に対して角度αだけ傾いている。このとき、ピニオン４１の歯面には、Ｄ１とは反対方向の荷重が作用する。この荷重は、噛み合い部の歯面の共通法線Ｖ１上に作用する。この荷重により、ピニオン４１全体には、図４に示すように、Ｄ１とは反対方向の荷重Ｆ１が作用する。
また、図５の矢印４１２に示すように、ピニオン軸１０７の軸方向一方側から見て、ピニオン４１が反時計方向に回転すると、ラック歯３２とピニオン４１との噛み合い部では、ピニオン４１の歯面がラック歯３２を所定の方向に押す。ピニオン４１の歯面がラック歯３２を押す力は、ピニオン４１の歯面とラック歯３２との共通法線Ｖ２上の方向Ｄ２に作用する。ラック歯３２の圧力角をαとすると、共通法線Ｖ２はラック歯３２のピッチ線３２１に対して角度αだけ傾いている。このとき、ピニオン４１の歯面には、Ｄ２とは反対方向の荷重が作用する。この荷重は、噛み合い部の歯面の共通法線Ｖ２上に作用する。この荷重により、ピニオン４１全体には、図５に示すように、Ｄ２とは反対方向の荷重Ｆ２が作用する。
すなわち、ピニオン４１の回転方向によって、ピニオン４１の噛み合い部の歯面に作用する荷重の方向が変化する。言い換えると、ピニオン４１の回転方向によって、ピニオン４１全体に作用する荷重の方向は上述したＦ１、またはＦ２の方向に変化する。図３に示すように、ピニオン軸１０７の軸方向一方側から見て、ラック軸３１の軸方向に平行でピニオン４１の中心４６を通る直線を第１の中心軸線４７とすると、Ｆ１、Ｆ２の方向は次の通りである。Ｆ１の方向は、中心軸線４７に関してピニオン４１の中心４６より車幅方向一方側、例えば図３の紙面上方側において、ピニオン４１の中心４６を中心として、中心軸線４７からラック軸３１とは離れる方向に角度αだけ傾いた方向である。また、Ｆ２の方向は、中心軸線４７に関してピニオン４１の中心４６より車幅方向他方側、例えば図３の紙面下方側において、ピニオン４１の中心４６を中心として、中心軸線４７からラック軸３１から離れる方向に角度αだけ傾いた方向である。
【００２５】
この荷重Ｆ１、Ｆ２によってピニオン軸１０７には、ピニオン４１部分がラック軸３１から離れる方向に曲がるような曲げ荷重が作用し、図２に示すように、ボール軸受５１及びテーパースナップリング５３には、略上方に向かって曲げモーメントＭが作用する。つまり、ピニオン軸１０７の軸方向一方側から見て、ボール軸受５１及びテーパースナップリング５３のラック軸３１とは反対側の部分は、曲げモーメントＭが大きく作用する。一方、ボール軸受５１及びテーパースナップリング５３のラック軸３１に近い側の部分は曲げモーメントＭの影響は小さい。この曲げモーメントＭによって、ピニオン軸１０７の中心軸線に対してボール軸受５１及びテーパースナップリング５３が傾く。ここでテーパースナップリング５３は、開口部５３１近傍部分の剛性が最も小さく形成されていて、開口部５３１に対して対称位置、すなわち開口部５３１とは１８０度位相の異なる位置のＣ形状部５３２の部分の剛性が最も大きく形成されている。
【００２６】
図３に示すように、テーパースナップリング５３の開口部５３１は、この荷重Ｆ１、Ｆ２によるモーメントＭの影響が最も小さくなる位相で、環状溝２３に装着されている。すなわち、テーパースナップリング５３は、ピニオン軸１０７の軸方向一方側から見て、開口部５３１が第１の中心軸線４７よりもラック軸３１側で、かつピニオン４１の中心４６を通り中心軸線４７に直交する第２の中心軸線４８上に配置されるように、環状溝２３に装着されている。
【００２７】
図３に示すように、本発明の実施形態では、中心軸線４７に対するテーパースナップリング５３の開口部５３１の中心とピニオン４１の中心４６とを通る線とのなす角である位相θは、９０度に設定されている。つまり、開口部５３１は、ピニオン軸１０７の軸方向一方側から見て、ピニオン４１の中心４６を中心として、第１の中心軸線４７からラック軸３１に近づく方向に９０度傾いた方向に位置している。中心軸線４７に対する開口部５３１の位相θを９０度に設定すれば、荷重Ｆ１、Ｆ２によるテーパースナップリング５３へのモーメントＭの影響が最も小さくなるため、好ましい。中心軸線４７に対する開口部５３１の位相θは、９０度に限定されるものではなく、図３に示す角度βの範囲、すなわち、α＜θ＜（１８０度−α）の範囲になるように設定すればよい。詳細には、角度βの範囲すなわちθの範囲は、ピニオン軸１０７の軸方向一方側から見て、第１の中心軸線４７に関して、ピニオン４１の中心４６より車幅方向一方側の方向の角度を０度とし、０度の方向からラック軸３１に近づく方向に９０度傾いた方向の角度を９０度とし、車幅方向他方側の方向の角度を１８０度とすると、０度の方向からラック軸３１に近づく方向に角度αだけ傾いた方向と、１８０度の方向からラック軸３１に近づく方向に角度αだけ傾いた方向とによって区分される角度範囲のうち、ラック軸３１に近い側の角度範囲である。さらに言い換えれば、第１の中心軸線４７に関して、ピニオン４１の中心４６を中心として一方側の方向および他方側の方向から、それぞれラック軸３１に近づく方向に角度αだけ傾いた２つの方向で区分される角度範囲のうち、ラック軸３１側の角度範囲である。
【００２８】
このような構成により、走行時に車輪からラック軸３１を介して、あるいは操舵時にピニオン軸１０７に加わる負荷によりピニオン軸１０７に作用する荷重Ｆ１、Ｆ２によって、テーパースナップリング５３に大きなモーメントＭが作用しても、ピニオン軸１０７に対するテーパースナップリング５３の傾きを抑制し、ピニオン軸１０７が軸方向に移動することを抑制できる。その結果、ピニオン４１とラック歯３２の噛み合い位置が適正位置に維持されるため、異音が生じたり、操舵力が変動することを阻止することができる。本発明の実施例形態では、テーパースナップリング５３を環状溝２３に装着する位相を適切な位相に設定するだけで済むため、製造コストの上昇を抑制することができる。
【００２９】
上記実施形態では、上端面側に傾斜面が形成されたテーパースナップリングに適用した例について説明したが、上端面側が平行面の通常のスナップリングに適用してもよい。また、上記実施形態では、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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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