(57)【要約】【課題】ステアリングホイールの操舵力を、ステアリングシャフト、中間軸を経由後、車輪に伝えるための、ラック軸とピニオン軸とを備えたステアリング装置において、車輪側からの逆入力によりラック軸およびピニオン軸を経由して上流に伝わる振動を、効果的に抑制し、安全かつ快適な操舵を実現するステアリング装置を提供する。【解決手段】ラック軸9とピニオン軸8とを備えるステアリング装置において、ピニオン軸8の中間軸側部分に、ピニオン軸8との間で回転方向にトルク伝達可能で軸方向に摺動可能な連結軸14を設けることにより、車輪からラック軸9およびピニオン軸8を介して上流に伝わる振動を、連結軸14とピニオン軸8との間の摺動により吸収し、中間軸およびステアリングシャフトへの伝達を防止することができる。【選択図】図２
2014201160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸および第２軸が回転方向にトルク伝達可能かつ軸方向に摺動可能に連結構成された第２摺動部を有する中間軸と
軸表面の一部にラック歯が形成されたラック軸と、
前記ラック歯と噛み合うピニオン歯が形成されたピニオン軸と、
前記ピニオン軸の中間軸側に配置された連結軸と、
前記ピニオン軸および前記連結軸が回転方向にトルク伝達可能かつ軸方向に摺動可能に連結構成された第１摺動部と、
を備えたことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
前記第１摺動部の摺動抵抗が、前記第２摺動部の摺動抵抗に比べて小さいことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
前記第１摺動部の摺動長さが、前記第２摺動部の摺動長さに比べて短いことを特徴とする請求項１または２に記載のステアリング装置。
【請求項４】
前記連結軸を前記ピニオン軸に対して軸方向に付勢する付勢部材を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載のステアリング装置。
【請求項５】
前記第１摺動部が、ピニオン軸に設けられた円筒部分の内周部と連結軸の外周部との間に配置されたことを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか１項に記載のステアリング装置。
【請求項６】
前記第１摺動部が、ピニオン軸の外周部分と連結軸に設けられた円筒部分の内周部との間に配置されたことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のステアリング装置。
【請求項７】
前記第１摺動部は、対向する内外周位置にそれぞれ軸方向に設けられた少なくとも一対の溝と、その溝に配置された少なくとも一個の玉とを有する、請求項５または６に記載のステアリング装置。
【請求項８】
前記第１摺動部を、ピニオン軸と連結軸との間のスプライン構造とした、請求項１から６のうちいずれか1項に記載のステアリング装置。
【請求項９】
前記スプライン構造の少なくとも一方の噛み合い面に、摩擦抵抗を低減する表面被覆膜または表面処理層を形成したことを特徴とする請求項８に記載のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステアリングホイールに連結され、ステアリングシャフト、中間軸、ピニオン軸およびラック軸を有するステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、路面の凹凸状況がハンドルの振動や異音となって運転者に伝わらないようにするため、ラック軸に噛み合うピニオン軸の軸端に、ピニオン軸に対して軸方向の一方向に付勢する弾性部材を設けることにより、ピニオン軸の軸方向振動を規制する方法が記載されている。
【０００３】
しかし、この方法は、ピニオン軸方向の移動を規制することにより、ラックからピニオン軸への振動伝達やラックとピニオンの離間による打音を規制しようとするものであるが、弾性部材の付勢力を超える逆入力による打音や付勢力以内の微小振動を規制することはできない。
【０００４】
特許文献２には、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置により高トルクとなった操舵力をガタなく伝達でき、取付け時の伸縮と衝突時のコラプス機能を有するスライド機構を備えた中間軸が、その効果の一つとして車両走行時のステアリングギヤからの振動・変位を吸収し、不快な振動や音を伝えにくくする、と記載されている。
【０００５】
しかし、このスライド機構は、車輪からの振動の吸収が主目的でなく、車輪からラック軸およびピニオン軸を経て伝わる振動が既に中間軸まで伝わった後では、それを十分吸収、抑制することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３３５１０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６２２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、自動車においては安全・快適が強く求められ、走行中の操舵においても路面からの逆入力によりステアリング装置を介してステアリングホイールから運転者に伝わる振動・騒音について極力低減することが求められている。
【０００８】
しかしながら、上述したような従来技術では、年々高まる高い快適操舵要求を満足することが難しい。
【０００９】
この発明は、自動車走行時に路面からステアリング装置を介して操舵系の上流、更には運転者に伝わる振動・騒音を大幅に低減し、高い快適操舵の要求を十分満足できるステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ラック歯が形成されたラック軸と、前記ラック歯に噛み合うピニオン歯が形成されたピニオン軸と、前記ピニオン軸の上流側に配置されて、前記ピニオン軸に対して回転方向にトルク伝達可能かつ軸方向に摺動可能に取り付けられた連結軸と、を備えたことである。
【００１１】
上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、互いにトルク伝達可能かつ軸方向に摺動可能に連結された、中間軸の第１軸および第２軸で連結構成される第２摺動部における摺動抵抗に比べて、前記ピニオン軸と前記連結軸で連結構成される第１摺動部における摺動抵抗が、小さいことである。
【００１２】
上記の課題を解決するため、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記第１摺動部の摺動長さを、前記第２摺動部の摺動長にくらべて短くしたことである。
【００１３】
上記の課題を解決するため、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、前記連結軸を前記ピニオン軸に対して軸方向の上流側か下流側の少なくとも一方向に向けて付勢する付勢部材を備えることである。
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項５に係る発明の構成上の特徴は、前記連結軸と前記ピニオン軸との間の摺動部が、ピニオン軸に設けられた円筒部分の内周部と連結軸の外周部との間に配置されたことである。
【００１５】
上記の課題を解決するため、請求項６に係る発明の構成上の特徴は、前記連結軸と前記ピニオン軸との間の摺動部が、連結軸に設けられた円筒部分の内周部とピニオン軸の外周部分との間に配置されたことである。
【００１６】
上記の課題を解決するため、請求項７に係る発明の構成上の特徴は、前記連結軸と前記ピニオン軸とが、摺動する部分の対向する内外周位置にそれぞれ軸方向に設けられた少なくとも一対の溝にそれぞれ配置された少なくとも一個の玉を介して、軸方向に相対移動可能かつ回転方向にトルク伝達可能な連結構造を有する、ことである。
【００１７】
上記の課題を解決するため、請求項８に係る発明の構成上の特徴は、前記連結軸と前記ピニオン軸とが、摺動する部分がスプラインを形成し、軸方向に相対移動可能かつ回転方向にトルク伝達可能な連結構造を有する、ことである。
【００１８】
上記の課題を解決するため、請求項９に係る発明の構成上の特徴は、前記連結軸とピニオン軸との摺動部のスプライン部分の少なくとも一方の噛み合い面に、摩擦抵抗を低減する表面被覆膜または表面処理層を形成したことを特徴とする、ことである。
【発明の効果】
【００１９】
上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、ピニオン軸の上流側に配置され、前記ピニオン軸に対してトルク伝達可能かつ摺動可能に取り付けられた連結軸を備えることで、車輪からラック軸、ピニオン軸を介して上流に伝わる振動を、ピニオン軸と連結軸との間の第１摺動部により、ラック＆ピニオンステアリング装置の中で吸収することができ、その上流にある中間軸を含む操舵軸系に伝わることを防止することができる。
【００２０】
このことにより、車輪からの振動がそのままステアリングホイールに伝わることを防止できることに加え、中間軸自体の振動を低減でき、それによる二次振動の発生を防止することができる。また、中間軸の第２摺動部は、その主機能であるトルク伝達および取付け時と衝突時の伸縮機能の発揮に特化できる。
【００２１】
上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、前記第１摺動部の摺動抵抗を前記第２摺動部の摺動抵抗よりも小さくすることで、第１摺動部における振動吸収をより効果的に行うことができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項３に係る発明によれば、前記第１摺動部の長さを前記第２摺動部の長さよりも短くすることで、第１摺動部の摺動抵抗を第２摺動部の摺動抵抗に比べて小さくすることをより効果的に実現できる。
【００２３】
上記のように構成した請求項４に係る発明によれば、前記連結軸を前記ピニオン軸に対して軸方向の上流側か下流側の少なくとも一方向に向けて付勢する付勢部材と、を備えることにより、連結軸の軸方向位置を定めるとともに、ピニオン軸と連結軸の間の相対移動が可能なストロークを十分に確保することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項５に係る発明によれば、前記第１摺動部を、ピニオン軸に設けられた円筒部分の内周部と連結軸の外周部との間に配置することにより、第１摺動部のサイズをコンパクトにすることができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項６に係る発明によれば、前記第１摺動部が、連結軸に設けられた円筒部分の内周部とピニオン軸の外周部分との間に配置されることにより、摺動部直径を大きくとることができ、伝達トルク容量が増加するほか、玉径を大きくとることができ、摺動部の剛性を高くすることができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項７に係る発明によれば、前記第１摺動部の構造を、転動体を介したころがり接触による連結構造とすることにより、摺動抵抗の大幅な低減を図り、微小な振動を効果的に吸収することができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項８に係る発明によれば、前記第１摺動部がスプラインを形成し、軸方向に相対移動可能かつ回転方向にトルク伝達可能な連結構造を有することにより、コンパクトで製造容易な摺動部を低コストで形成することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項９に係る発明によれば、前記第１摺動部のスプライン部分の少なくとも一方の噛み合い面に、摩擦抵抗を低減する表面被覆膜または表面処理層を形成すことにより、摺動抵抗の大幅な低減を図り、微小な振動を効果的に吸収することができる。
【００２９】
以上に説明したように、この発明に従えば、運転者が不快に感じる車輪からの振動を早い段階で遮断し、安全、快適な操舵感覚を運転者に提供できる自動車用ステアリングシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態における自動車用ステアリングシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１における連結軸、ピニオン軸を示した軸方向断面図である。
【図３】図２の連結軸とピニオン軸との間の摺動部分の半径方向断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における摺動部で相対する連結軸とピニオン軸との内外配置を逆にした構成の説明図である。（実施例２）
【図５】従来例におけるラック＆ピニオンステアリング装置のピニオン軸とラック軸との噛み合い部分のピニオン軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態における自動車用ステアリングシステムの全体構成を示す概略図である。
【００３３】
自動車用ステアリングシステムは、ステアリングホイール１と、ステアリングホイール１が連結されたステアリング装置と、ステアリング装置の出力側に連結された車輪１３ａ、１３ｂとを有する。
【００３４】
本ステアリング装置は、ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト２と、中間軸７と、連結軸１４、ピニオン軸８、ラック軸９、タイロッド１２ａ、１２ｂおよびそれらに付随するラックハウジング１０、継手６、１１等から構成される。コラム式電動パワーステアリングの場合は、操舵補助力を付加するためのモータ５および減速機４等の補助システムが構成に含まれる。
【００３５】
中間軸は、互いに回転方向にトルク伝達可能かつ軸方向に摺動可能に連結された第１軸７ａおよび第２軸７ｂとを有し、第１軸はステアリングジョイント６ａを介してステアリングシャフト２に、第２軸はステアリングジョイント６ｂを介してピニオン軸８に連結する連結軸１４に繋合している。
【００３６】
運転者がステアリングホイール１に加えた操舵力はステアリングシャフト２から中間軸７を介して、連結軸１４、ピニオン軸８に回転力として伝達される。ピニオン軸８に伝わった回転力は、ピニオン軸８およびラック軸９に設けられた歯車機構を介してラック軸方向力に変換され、タイロッド１２ａ、１２ｂを経由して、車輪１３ａ、１３ｂに伝達される。
【００３７】
他方、路面からの反力、路面−タイヤ間の振動は、操舵力とは逆に、車輪１３ａ、１３ｂからタイロッド１２ａ、１２ｂ、を介して、ラック軸９、ピニオン軸８、連結軸１４に伝わり、中間軸７、ステアリングシャフト２、ステアリングホイール１を介して運転者に伝わる。
【００３８】
図２は本発明の第１の実施形態のピニオン軸方向断面図である。
ラックハウジング１０内に、ピニオン軸８とラック軸９が、それぞれに設けられた歯が噛み合った状態で配置される。ピニオン軸８は上下の軸受１７、１８で支持され、ラック軸９はラック歯１６に対して背面に接するサポートヨーク２０、その背後のバネ２１によりピニオン歯１５に押圧されている。
【００３９】
図３は図２におけるピニオン軸８、連結軸１４から構成される第１摺動部の半径方向断面図である。
第１摺動部は、連結軸１４の下部軸部２６とピニオン軸８上部に設けられた円筒部２７からなり、連結軸下部軸部２６とピニオン軸上部円筒部２７には、相対する位置に少なくとも一対の軸方向溝２６ｇ、２７ｇを有し、そこに少なくとも一個の転動体（玉）２８が配置されている。
【００４０】
連結軸１４とピニオン軸８はそれぞれに設けられた溝２６ｇ、２７ｇとその間に配置された転動体（玉）２８を介して繋合し、回転方向には回転トルクを伝達し、軸方向にはころがり接触により低抵抗で相対移動が可能である。
【００４１】
この第１摺動部は、中間軸７の第１軸７ａと第２軸７ｂとの間の第２摺動部と比べて、摺動ストロークは小さく、摺動抵抗も小さく設定されている。
【００４２】
従って、ラック軸９よりピニオン軸８に伝達された車輪からの振動は、ピニオン軸８と連結軸１４との間の第１摺動部における相対移動（摺動）により吸収される。
このため、車輪からの振動は、ピニオン上流にあって連結軸１４にセレーション２３で連結される中間軸７にはほとんど伝達されない。
【００４３】
第１摺動部の連結軸軸端に配置された弾性付勢部材２９は、連結軸１４とピニオン軸８との相対位置を定めるとともに、軸方向相対移動のストロークを確保し、効果的に振動を吸収することに貢献する。
弾性付勢部材２９は、金属、樹脂等様々な弾性材料を用いることができる。また、部材形状もコイル状、板状等の様々な選択が可能である。
【００４４】
第１摺動部は、転動体（玉）２８を介したころがり摺動であっても、スプラインによるすべり摺動であってもよい。  スプラインで摺動部を形成する場合は、よりコンパクトで製造容易であり、低コストで提供可能である。
【００４５】
すべり摺動の場合は、互いに接触する面の少なくとも一方に摩擦抵抗を低減する表面被覆膜または表面処理層を設けることにより、振動吸収効果を高めることができる。
【実施例２】
【００４６】
第１摺動部は、連結軸１４に設けた円筒部の内径とピニオン軸８の外径との間に配置することもできる。
【００４７】
図４はその実施例のピニオン軸方向断面図である。
第１摺動部は、連結軸下部円筒部３０の内径側およびピニオン軸上部軸部３１の外形側にそれぞれ溝が設けられ、その間に転動体（玉）２８が配置される。
【００４８】
連結軸１４とピニオン軸８とは、回転方向には回転トルクを伝達し、軸方向にはころがり接触により低抵抗で相対移動が可能である。
この相対移動により、ラック軸９よりピニオン軸８に伝達された車輪からの振動は
ピニオン上流にあって連結軸１４に連結される中間軸７にはほとんど伝達されない。
【００４９】
この配置の場合、転動体中心からの軸中心までの距離を大きくとることができるため、より大きな回転トルクが伝達可能になる。また転動体径も大きくすることが可能であり、剛性を高くすることができる。従って、高トルク、高剛性が要求される用途にも対応可能である。
【００５０】
図５は、従来例におけるラック＆ピニオンステアリング装置のピニオン軸８とラック軸９の噛み合い部分のピニオン軸方向断面図である。
車輪の振動は、ラック軸方向振動としてラック軸９に伝達され、ラック歯１６と噛み合うピニオン軸下部に設けられたピニオン歯１５に伝達されピニオン軸８の振動となる。
その振動は、セレーション23を介して上流に連結された中間軸７にそのまま伝達される。
【符号の説明】
【００５１】
１：ステアリングホイール、  ２：ステアリングシャフト、  ３：ステアリングコラム
４：減速機、５：モータ、６ａ、６ｂ：ステアリングジョイント、７：中間軸、
７ａ：第1軸、７ｂ：第2軸、８：ピニオン軸、９：ラック軸、
１０：ラックハウジング、１２ａ、１２ｂ：タイロッド、１３ａ、１３ｂ：車輪、
１４：連結軸、１５：ピニオン歯、１６：ラック歯、１７：上部ベアリング、
１８：下部ベアリング、１９：シール、２０：サポートヨーク、２１：ばね、
２２：ナット、２３：セレーション、２４：中間軸固定溝、２５：摺動部シール、
２６：連結軸摺動部、２６ｇ：連結軸転動溝、２７：ピニオン軸摺動部、
２７ｇ：ピニオン軸転動溝、２８：転動体（玉）、２９：付勢部材
【図１】
2014201160.tif 000003
【図２】
2014201160.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014201160.tif 000006
【図５】
2014201160.tif 000007