(57)【要約】【課題】歯打ち音の発生を抑制することができる車両用転舵機構を提供すること。【解決手段】車両の転舵車輪２９，２９を転舵する車両用転舵機構２０は、ステアリングホイール２１に接続され回転可能なピニオン３１と、ピニオン３１に噛み合い従動するラック３２と、ラック３２の両端から車幅方向に延びているラックエンド２７，２７と、ラックエンド２７，２７の両端に取付けられているナックル２８，２８とを含む。ラックエンド２７，２７がラックに接続されている第１接続点Ｐ１は、ナックル２８，２８がラックエンド２７，２７に接続されている第２接続点Ｐ２よりも上方に位置している。ピニオン３１のうち、車両の直進時にラック３２に噛み合う領域を通常噛み合い域ＣＡとした場合に、通常噛み合い域ＣＡの上部に弾性を有する弾性膜８１が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに接続され回転可能なピニオンと、このピニオンに噛み合い従動するラックと、このラックの両端から車幅方向に延びているラックエンドと、これらのラックエンドの両端に取付けられているナックルとを含み、車両の転舵車輪を転舵する車両用転舵機構において、
前記ラックエンドが前記ラックに接続されている点を第１接続点とし、前記ナックルが前記ラックエンドに接続されている点を第２接続点とした場合に、前記第１接続点は、前記第２接続点よりも上方に位置し、
前記ピニオンのうち、前記車両の直進時に前記ラックに噛み合う領域を通常噛み合い域とした場合に、前記通常噛み合い域の上部に弾性を有する弾性膜が形成されていることを特徴とする車両用転舵機構。
【請求項２】
ステアリングホイールに接続され回転可能なピニオンと、このピニオンに噛み合い従動するラックと、このラックの両端から車幅方向に延びているラックエンドと、これらのラックエンドの両端に取付けられているナックルとを含み、車両の転舵車輪を転舵する車両用転舵機構において、
前記ラックエンドが前記ラックに接続されている点を第１接続点とし、前記ナックルが前記ラックエンドに接続されている点を第２接続点とした場合に、前記第１接続点は、前記第２接続点よりも下方に位置し、
前記ピニオンのうち、前記車両の直進時に前記ラックに噛み合う領域を通常噛み合い域とした場合に、前記通常噛み合い域の下部に弾性を有する弾性膜が形成されていることを特徴とする車両用転舵機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の転舵車輪を転舵する車両用転舵機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の転舵車輪を転舵する車両用転舵機構として、ラックアンドピニオン式の車両用転舵機構が広く知られている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００３】
特許文献１に示されるような、車両用転舵機構は、ステアリングホイールと、このステアリングホイールのステアリング軸に接続されているピニオンと、このピニオンに噛み合い従動するラックが形成されたラック軸と、このラック軸の両端に接続される転舵車輪とからなる。
【０００４】
ラック軸及びピニオンの素材には、耐摩耗性を考慮して、鋼材等の金属を用いることが望ましい。しかし、ラック軸及びピニオンに金属を用いると、ラックとピニオンとが接触したときに歯面同士の当たり音、いわゆる歯打ち音が発生する。車室内の環境を良好に維持するためには、歯打ち音を抑制することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７０９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、歯打ち音の発生を抑制することができる車両用転舵機構の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、ステアリングホイールに接続され回転可能なピニオンと、このピニオンに噛み合い従動するラックと、このラックの両端から車幅方向に延びているラックエンドと、これらのラックエンドの両端に取付けられているナックルとを含み、車両の転舵車輪を転舵する車両用転舵機構において、
前記ラックエンドが前記ラックに接続されている点を第１接続点とし、前記ナックルが前記ラックエンドに接続されている点を第２接続点とした場合に、前記第１接続点は、前記第２接続点よりも上方に位置し、
前記ピニオンのうち、前記車両の直進時に前記ラックに噛み合う領域を通常噛み合い域とした場合に、前記通常噛み合い域の上部に弾性を有する弾性膜が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、ステアリングホイールに接続され回転可能なピニオンと、このピニオンに噛み合い従動するラックと、このラックの両端から車幅方向に延びているラックエンドと、これらのラックエンドの両端に取付けられているナックルとを含み、車両の転舵車輪を転舵する車両用転舵機構において、
前記ラックエンドが前記ラックに接続されている点を第１接続点とし、前記ナックルが前記ラックエンドに接続されている点を第２接続点とした場合に、前記第１接続点は、前記第２接続点よりも下方に位置し、
前記ピニオンのうち、前記車両の直進時に前記ラックに噛み合う領域を通常噛み合い域とした場合に、前記通常噛み合い域の下部に弾性を有する弾性膜が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明では、ラックエンドがラックに接続されている第１接続点は、ナックルがラックエンドに接続されている第２接続点よりも上方に位置する。加えて、ピニオンのうち、車両の直進時にラックに噛み合う通常噛み合い域の上部に、弾性を有する弾性膜が形成されている。本発明者らは、転舵車輪を大きく転舵している場合に歯打ち音が発生しやすいことを知見した。転舵車輪を転舵させた際には、転舵車輪からラックに向かって反力が加わる。この反力は、第１接続点が第２接続点よりも上方に位置しているため、ラックを上方に向かって変位させる。上方に向かって変位したラックの一部は、通常噛み合い域の上部に形成されている弾性膜に接触するものと考えられる。弾性膜に接触することにより、歯打ち音の発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明では、ラックエンドがラックに接続されている第１接続点は、ナックルがラックエンドに接続されている第２接続点よりも下方に位置する。加えて、ピニオンのうち、車両の直進時にラックに噛み合う通常噛み合い域の下部に、弾性を有する弾性膜が形成されている。本発明者らは、転舵車輪を大きく転舵している場合に歯打ち音が発生しやすいことを知見した。転舵車輪を転舵させた際には、転舵車輪からラックに向かって反力が加わる。この反力は、第１接続点が第２接続点よりも下方に位置しているため、ラックを下方に向かって変位させる。下方に向かって変位したラックの一部は、通常噛み合い域の下部に形成されている弾性膜に接触するものと考えられる。弾性膜に接触することにより、歯打ち音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１による車両用転舵機構の模式図である。
【図２】図１に示されたラックアンドピニオン機構及びラックエンドの正面図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図２の４−４線断面図である。
【図５】図３の５部拡大図である。
【図６】図１に示された操舵輪を転舵した際の車両用転舵機構の作用を説明する図である。
【図７】図１に示された操舵輪を転舵した際のラックアンドピニオン機構の作用を説明する図である。
【図８】本発明の実施例２による車両用転舵機構の模式図である。
【図９】図８に示されたラックアンドピニオン機構及びラックエンドの正面図である。
【図１０】図８に示された操舵輪を転舵した際の車両用転舵機構の作用を説明する図である。
【図１１】図８に示された操舵輪を転舵した際のラックアンドピニオン機構の作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、左右とは車両の乗員を基準として左右、前後とは車両の進行方向を基準として前後を指す。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌは乗員から見て左、Ｒは乗員から見て右、Ｕｐは上、Ｄｗは下を示している。
【実施例１】
【００１３】
実施例１による車両用転舵機構の構造について、車両用転舵機構を電動パワーステアリング装置に適用した場合を例に説明する。
【００１４】
図１に示されるように、電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール２１から車両の転舵車輪２９，２９（例えば前輪）に至る車両用転舵機構２０と、この車両用転舵機構２０に補助トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。
【００１５】
車両用転舵機構２０は、ステアリングホイール２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介してピニオン軸２４を連結し、ピニオン軸２４にラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端に左右のラックエンド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の転舵車輪２９，２９を連結したものである。
【００１６】
車両用転舵機構２０によれば、運転者がステアリングホイール２１を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５及び左右のラックエンド２７，２７を介して、左右の転舵車輪２９，２９を転舵することができる。
【００１７】
補助トルク機構４０は、ステアリングホイール２１に加えた車両用転舵機構２０の操舵トルクを操舵トルクセンサ４１で検出し、この操舵トルクセンサ４１のトルク検出信号に基づき制御部４２で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ４３で発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構４４を介してピニオン軸２４に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸２４から車両用転舵機構２０のラックアンドピニオン機構２５に伝達するようにした機構である。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１０によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ４３の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸２６で転舵車輪２９，２９を転舵することができる。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１０は、さらに、ラックアンドピニオン機構２５を挟むようにして、ラック軸２６の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部５０，５０と、これらの２個のラック支持部５０，５０の間に位置しラック軸２６をピニオン軸２４に向かって付勢するラックガイド機構６０とを備えている。
【００２０】
ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４に形成されたピニオン３１と、ラック軸２６に形成されたラック３２とからなる。ラック３２は、はす歯状に形成されている。ラック軸２６は、車幅方向に延びた真円状断面の丸棒からなる。ラック軸２６及びピニオン軸２４は、例えば機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４０５１）やクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５）等の鉄鋼製品である。
【００２１】
図２に示されるように、ピニオン軸２４とラックアンドピニオン機構２５とラック軸２６とは、少なくとも要部がハウジング７１に収納されている。このハウジング７１は、車幅方向に貫通した細長い筒状の部材であって、長手中央の上端から上方に開口している。ラック軸２６の両端は、ハウジング７１の両端よりも車幅方向の外方へ延びている。ハウジング７１の両端と左右のラックエンド２７，２７との間は、ブーツ７２，７２によって覆われている。
【００２２】
ラックエンド２７，２７は、ラック軸２６の両端に対して、先端に向かって下がるように取付けられている。図１も参照して、ラックエンド２７，２７がラック軸２６に接続されている点を第１接続点Ｐ１とし、ナックル２８がラックエンド２７，２７に接続されている点を第２接続点Ｐ２とした場合に、第１接続点Ｐ１は、第２接続点Ｐ２よりも上方に位置している。
【００２３】
図３に示されるように、ピニオン軸２４は、ピニオン３１を挟んで上部及び下端部が、ハウジング７１内に取付けられている２個の軸受（下の第１軸受７３と上の第２軸受７４）によって、回転可能に且つ軸方向への移動を規制するように支持されている。第１及び第２軸受７３，７４はボールベアリングによって構成されているが、第１軸受７３はニードルベアリングのようなラジアル軸受であってもよい。
【００２４】
図４に示されるように、ラック支持部５０は、ラック軸２６を支持する部材であって、円筒状の軸受（例えばブッシュ）によって構成されている。ラック支持部５０は、ハウジング７１内に圧入（締まり嵌め）等によって取付けられており、真円状の支持孔５１を有する。支持孔５１の径は、ラック軸２６の径よりも若干大きく設定されている。
【００２５】
ラック支持部５０は、耐摩耗性を有するとともにラック軸２６がスライドする際の摩擦抵抗が小さい材料によって構成されることが好ましい。例えば、ラック支持部５０は、ポリアセタール樹脂又はポリアセタールを含んだ樹脂や、ポリテトラフルエチレン樹脂（略記；ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））等のフッ素樹脂などの、樹脂製品によって構成することが可能である。また、ラック支持部５０は、弾性変形が可能な樹脂製ブッシュによって構成することが可能である。
【００２６】
図５に示されるように、ラックガイド機構６０は、ラック３２の反対側からラック軸２６に当てるガイド部６１と、ガイド部６１を圧縮ばね６２を介して押す調整ボルト６３と、ラック軸２６の背面を滑らせる当て部材６４と、調整ボルト６３の位置決めをするロックナット６５とからなる。
【００２７】
ガイド部６１は、当て部材６４を介して背面２６ａを軸長手方向にスライド可能に支える。当て部材６４は、耐摩耗性を有するとともに摩擦抵抗が小さい材料からなり、例えば、ポリアセタール樹脂又はポリアセタールを含んだ樹脂や、ポリテトラフルエチレン樹脂（略記；ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））等のフッ素樹脂などの、樹脂製品が好適である。ガイド部６１は、燒結金属によって構成することが可能である。
【００２８】
当て部材６４は、略円弧形状を呈する。当て部材６４の曲率半径ｒ１は、ラック軸２６の半径ｒ２よりも大きい。これにより、当て部材６４は、内周面の一部に背面２６ａが接触する。通常時において、ラック軸２６の上部及び下部と、当て部材６４との間には、所定の隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓは、遊びである。即ち、ラック軸２６は、当て部材６４に対して、上下方向に僅かに変位可能に設けられている。
【００２９】
ピニオン３１のうち、ラック３２のピッチ線ＰＬの上下端から垂直に描いた２つの線ＶＬ，ＶＬによって挟まれる領域に対応する部位が、車両の直進時にラック３２に噛み合う領域である。この領域を通常噛み合い域ＣＡという。通常噛み合い域ＣＡの上部からピニオン３１の上端までの領域に、ゴム製の弾性膜８１が形成されている。弾性膜８１には、ゴムの他軟質樹脂を採用することができる。通常噛み合い域ＣＡには、弾性膜８１が形成されていない。
【００３０】
本発明者らは、通常噛み合い域ＣＡの上部に弾性膜８１を形成することにより、ラック３２とピニオン３１とが接触したときに発生する歯面同士の当たり音、いわゆる歯打ち音を抑制できることを知見した。以下にその理由を説明する。
【００３１】
図６（ａ）に示されるように、ステアリングホイール２１を操舵することにより、ラック軸２６は、矢印（２）によって示されるように、直線的に変位する。これにより、転舵車輪２９，２９が転舵される。この際、矢印（３）によって示されるように、右側の転舵車輪２９からラック３２に向かって反力が加わる。この反力は、第１接続点Ｐ１が第２接続点Ｐ２よりも上方に位置しているため、ラック３２に対して斜め上方に向かって作用する。
【００３２】
図６（ｂ）に示されるように、反力は、矢印（４）によって示されるラック３２をピニオン３１に押し付ける方向、及び、矢印（５）によって示されるラック３２を上方に持ち上げる方向に作用する。ステアリングホイール２１を反対側に操舵した場合には、ラック軸２６は、矢印（２）とは逆の方向に、直線的に変位する。このとき、ラック３２には、左側の転舵車輪２９から反力が加わる。この反力も、ラック３２を上方に持ち上げる方向に作用する。
【００３３】
図７に示されるように、ラック３２は、上方に持ち上げられる。ラック３２の一部は、通常噛み合い域ＣＡの上部に形成されている弾性膜８１に接触するものと考えられる。弾性膜８１に接触することにより、歯打ち音の発生を抑制することができる。
【００３４】
一方、通常噛み合い域ＣＡに弾性膜を形成した場合には、弾性膜とラック３２とが長時間接触していることとなる。一般的なラック３２に対して、弾性膜は柔らかい。このため、通常噛み合い域に弾性膜が形成されていたとしても、この弾性膜は短時間のうちに摩耗などにより消滅する虞がある。このため、本発明においては、通常噛み合い域に弾性膜を形成しないこととした。
【００３５】
通常時にラック軸２６の高さ方向中央を付勢しているラックガイド機構６０は、ラック軸２６が上がっている際には、ラック軸２６の上部を付勢している。
【実施例２】
【００３６】
次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図８及び図９には、実施例２の車両用転舵機構が示されている。実施例２による車両用転舵機構２０Ａも、電動パワーステアリング装置１０Ａに搭載されている。図８は、上記図１に対応させ、図９は、上記図２に対応して表している。実施例１の車両用転舵機構に比べ、ラックエンド２７Ａがラック軸２６の両端から外側に向かって上がるよう取付けられている。即ち、第１接続点Ｐ３が第２接続点Ｐ４よりも下方に位置している。また、弾性膜８１Ａが通常噛み合い域ＣＡの下部に形成されている。このように構成された車両用転舵機構２０Ａにおいても、実施例１による車両用転舵機構と同様の効果を得ることができる。詳細を次図以降において説明する。
【００３７】
図１０（ａ）に示されるように、ステアリングホイール２１を操舵することにより、ラック軸２６は、矢印（１２）によって示されるように、直線的に変位する。これにより、転舵車輪２９，２９が転舵される。この際、矢印（１３）によって示されるように、右側の転舵車輪２９からラック３２に向かって反力が加わる。この反力は、第１接続点Ｐ３が第２接続点Ｐ４よりも下方に位置しているため、ラック３２に対して斜め下方に向かって作用する。
【００３８】
図１０（ｂ）に示されるように、反力は、矢印（１４）によって示されるラック３２をピニオン３１に押し付ける方向、及び、矢印（１５）によって示されるラック３２を下方に押し下げる方向に作用する。ステアリングホイール２１を反対側に操舵した場合には、ラック軸２６は、矢印（１２）とは逆の方向に、直線的に変位する。このとき、ラック３２には、左側の転舵車輪２９から反力が加わる。この反力も、ラック３２を下方に押し下げる方向に作用する。
【００３９】
図１１に示されるように、ラック３２は、反力によって下方に押し下げられる。ラック３２の一部は、通常噛み合い域ＣＡの下部に形成されている弾性膜８１Ａに接触するものと考えられる。弾性膜８１Ａに接触することにより、歯打ち音の発生を抑制することができる。
【００４０】
通常時にラック軸２６の高さ方向中央を付勢しているラックガイド機構６０は、ラック軸２６が下がっている際には、ラック軸２６の下部を付勢している。
【００４１】
尚、本発明による転舵機構は、電動パワーステアリング装置に搭載した場合を例に説明したが、油圧式パワーステアリング装置に搭載される形式のものであっても適用可能である。さらには、パワーステアリング装置を有しない転舵機構についても適用可能であり、これらの形式のものに限られるものではない。
【００４２】
また、部品の共通化などの目的のために、通常噛み合い域ＣＡの上下両方に弾性膜を形成することもできる。この場合は、第２接続点よりも第１接続点が上に位置する車両用転舵機構、及び、第１接続点よりも第２接続点が上に位置する車両用転舵機構の両方に対して、１つのピニオンにより対応することができる。即ち、本発明においては、通常噛み合い域に弾性膜を形成せず、通常噛み合い域を除いた部位に弾性膜を形成することが重要である。これにより、短時間の間に弾性膜が消滅することを防止しつつ、騒音の発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の転舵機構は、電動パワーステアリング装置に搭載するのに好適である。
【符号の説明】
【００４４】
２０，２０Ａ…車両用転舵機構、２１…ステアリングホイール、２７，２７Ａ…ラックエンド、２８…ナックル、３１…ピニオン、３２…ラック、８１，８１Ａ…弾性膜、Ｐ１…第１接続点、Ｐ２…第２接続点、Ｐ３…第１接続点、Ｐ４…第２接続点。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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