(57)【要約】【課題】ラックピニオン式ステアリング装置において、ピニオン軸とラックバーとの噛合を安定させる。【解決手段】前面側にラック歯３ａを有すると共に、背面側に向かって軸幅が小さくなる一対の斜面部２８ａと背面に突出する突出部２９が形成されたラックバー３において、コイルばね６のばね力によってボールベアリング５が前記突出部２９を押圧し、ラックバー３をピニオン軸２側に付勢すると共に、前記一対の斜面部２８ａを支持部材７に形成された一対の斜状支持面７ａによって支持することにより、ラックバー３の上下方向の傾動を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン軸と、
前記ピニオン軸に噛合するラック歯を前面側に有するラックバーと、
前記ラックバーの背面側からこのラックバーを保持するラックリテーナと、
前記ラックリテーナに保持され、前記ラックバーの背面を支持するように配置された転がり軸受と、
該転がり軸受を前記ピニオン軸と前記ラック歯との噛合部分側に向かって付勢する転がり軸受付勢手段と、
前記ラックバーの背面を摺動自在に支持する支持部材と、を備えることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項２】
前記ラックバーは、前面側に前記ラック歯が形成され、かつ背面に前記転がり軸受側に突出する突出部と、この突出部の径方向外側に設けられた凹部と、を備え、
前記転がり軸受によって前記突出部を支持すると共に、前記支持部材によって前記突出部の両側を摺動自在に支持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項３】
前記ラックバーの前記ラック歯の背面側を横断面ほぼ半円状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばピニオン軸とラックバーとの噛合を安定させるようにしたラックピニオン式ステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のラックピニオン式ステアリング装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが提案されている。
【０００３】
この種のラックピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールに接続されたピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合するラックバーを備えており、前記ピニオン軸が回転し、前記ラックバーを軸方向に移動させることによって操舵方向を変更するものである。
【０００４】
この特許文献１の装置は、前記ピニオン軸と噛合するラック歯の背面側に突出部を有するラックバーと、このラックバーをピニオン軸との噛合部分側に付勢する円筒形のラックリテーナを備えており、このラックリテーナが前記突出部を押圧することによってラックバーをピニオン軸側に付勢している。
【０００５】
そして、前記ラックリテーナが、前述のように円筒形に形成され回転自在になっていることから、前記ラックバーとラックリテーナの摺動抵抗を小さくしつつ、前記ラックバーを軸方向に移動できるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−３４８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記ラックピニオン式ステアリング装置は、ラックリテーナによって前記突起部を押圧することにより、ラックバーを前記ピニオン軸側に付勢しているため、例えばピニオン軸とラック歯との摩擦抵抗により、ラックバーに前記噛合部分を中心として上下方向に傾動する力が付与された場合には、該上下方向の傾動を抑制するのが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、前記ラックバーの傾動を抑制し、安定して支持できるようにしたラックピニオン式ステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、ピニオン軸と、前記ピニオン軸に噛合するラック歯を前面側に有するラックバーと、前記ラックバーの背面側からこのラックバーを保持するラックリテーナと、前記ラックリテーナに保持され、前記ラックバーの背面を支持するように配置された転がり軸受と、該転がり軸受を前記ピニオン軸と前記ラック歯との噛合部分側に向かって付勢する転がり軸受付勢手段と、前記ラックバーの背面を摺動自在に支持する支持部材と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、前記ラックバーの背面を摺動自在に支持する支持部材を設けたため、転がり軸受を介して転がり軸受付勢手段によってラックバーのラック歯をピニオン軸との噛合部分側に付勢しつつ、前記支持部材によってラックバーの傾動運動を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明において、前記ラックバーは、前面側に前記ラック歯が形成され、かつ背面に前記転がり軸受側に突出する突出部と、この突出部の径方向外側に設けられた凹部と、を備え、前記転がり軸受によって前記突出部を支持すると共に、前記支持部材によって前記突出部の両側を摺動自在に支持するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、請求項１の発明と同様に、転がり軸受を介して転がり軸受付勢手段によってラックバーのラック歯をピニオン軸との噛合部分側に付勢しつつ、前記支持部材によってラックバーの傾動運動を抑制することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記ラックバーの前記ラック歯の背面側を横断面ほぼ半円状に形成したことを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、ラックバーの背面側を横断面ほぼ半円状にしても、請求項１の発明と同様に、転がり軸受を介して転がり軸受付勢手段によってラックバーのラック歯をピニオン軸との噛合部分側に付勢しつつ、前記支持部材によってラックバーの傾動運動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るラックピニオン式ステアリング装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図４は第１の実施の形態を示し、このラックピニオン式ステアリング装置は、図１，図２に示すように、図外のステアリングホイールの接続する操舵軸１と、該操舵軸１に接続され、先端部にピニオン歯２ａが形成されたピニオン軸２と、該ピニオン軸２の外周に結合されたウォームホイール１８と、該ウォームホイール１８と噛合するウォームシャフト１９と、該ウォームシャフト１９に回転力を付与する電動機２０と、前記ピニオン軸２の外周部に設けられ、ピニオン軸２の回転角を検出するセンサ２１と、該センサ２１の出力信号に基づき前記電動機２０を制御する電動機制御機構２２と、をそれぞれ備えている。
【００１６】
そして、前記ピニオン軸２の先端部側に、前記ピニオン歯２ａに噛合するラック歯３ａを前面側に有するラックバー３が設けられていると共に、前記ラックバー３の背面側に、ラックバー３を保持するラックリテーナ４が配置されている。また、前記ラックリテーナ４に保持された転がり軸受である円環状のボールベアリング５が設けられていると共に、該ボールベアリング５を前記ピニオン歯２ａと前記ラック歯３ａとの噛合部分側に向かって付勢する転がり軸受付勢手段であるコイルばね６が設けられ、かつ前記ラックバー３の背面を支持する支持部材７がもうけられており、これらの部材がハウジング１３に収容されている。
【００１７】
前記ハウジング１３は、前記ピニオン軸２を収容するピニオン収容部１０と、前記ラックバー３および支持部材７を収容するラックバー収容部１１と、前記ラックリテーナ４を収容するラックリテーナ収容部１２とによって構成されている。なお、前記ラックリテーナ収容部１２の外側端部には、有蓋円筒状のキャップ１５が軸方向からねじ締め固定されている。
【００１８】
前記ラックバー３とピニオン軸２は、ほぼ直交して設けられていると共に、前記ラック歯３ａとピニオン歯２ａがヘリカル歯車のように噛合し、前記ピニオン軸２が回転することによって前記ラックバー３が軸方向に移動するようになっている。
【００１９】
前記ピニオン軸２は、前記操舵軸１を介して図外のステアリングホイールに接続されると共に、前記ハウジング１３内に設けられた円環状のベアリング２５によって軸方向両端部近傍を回転自在に保持されている。
【００２０】
前記ラックバー３は、図３に示すように、前面側に前記ピニオン歯２ａと噛合するラック歯３ａを有するラック本体２８と、該ラック本体２８の背面側に突出形成された断面ほぼ矩形状の突出部２９と、を一端部側に備えている。
【００２１】
前記ラック本体２８は、背面側に前記突出部２９が形成されている一方、この突出部２９の径方向外側に凹部である一対の斜面部２８ａ，２８ａが形成されている。
【００２２】
前記ボールベアリング５は、前記ラックバー３の突出部２９に当接しており、前記ラックバー３が軸方向に移動する際には、前記ラックバー３を回転支持するようになっている。そして、前記ボールベアリング５には軸受シャフト３１が貫装され、ボールベアリング５は前記軸受シャフト３１を介して前記ラックリテーナ４に支持されている。
【００２３】
前記ラックリテーナ４は、前記ボールベアリング５の軸受シャフト３１を介してボールベアリング５を回転自在に支持していると共に、このボールベアリング５を介して前記ラックバー３の突出部２９を支持している。
【００２４】
前記ラックリテーナ４には、前記ボールベアリング５および軸受シャフト３１を受容する軸受溝３３が形成され、前記軸受シャフト３１の両端部が軸受溝３３に保持されると共に、前記ボールベアリング５が回転自在に保持されている。そして、ラックリテーナ４の一端に円環状のフランジ部４ａが一体形成されている。
【００２５】
前記支持部材７は、図４に示すように、前記ラック本体２８の斜面部２８ａ，２８ａに対向する位置にテーパ状の一対の斜状支持面７ａ，７ａが形成されている。一方、前記斜状支持面７ａ，７ａとの間に断面ほぼコ字状の第１溝部３８が形成されている。この第１溝部３８の底面には、ほぼ矩形状の第１窓孔３２が、前記突出部２９に臨むように形成されている。
【００２６】
そして、前記第１窓孔３２には、前記ボールベアリング５が挿通され、このボールベアリング５の外周面が前記突出部２９の外面に転接するようになっている。
【００２７】
前記斜状支持面７ａ，７ａの表面には、前記支持部材７の表面を覆うように、摺動材として例えばテフロン（登録商標）製のメタルシート３４が保持されている。
【００２８】
このメタルシート３４は、前記支持部材７の斜状支持面７ａ，７ａに合致するバタフライ状の羽根部３４ａ，３４ａを有し、この羽根部３４ａ，３４ａが前記ラック本体３の斜面部２８ａ，２８ａに当接している。また、前記支持部材７の第１溝部３８に合致する断面ほぼコ字状の第２溝部３９には第２窓孔３６が開口形成されている。この第２窓孔３６は、前記第１窓孔３２の開口領域を小さくしないように第２溝部３９の側面から底面に渡って形成されている。
【００２９】
前記コイルばね６は、この一端部が前記ラックリテーナ４のフランジ部４ａの底面に弾接している一方、他端部が前記キャップ１５の軸受付勢手段保持部である内側底面１５ａに弾接しており、前記ラックリテーナ４がコイルばね６のばね力によってピニオン軸２側に付勢されている。つまり、前記ラックリテーナ４がピニオン軸２側に付勢されることによって、前記ボールベアリング５を介してラックバー３が前記ピニオン軸２側に付勢されるようになっている。
【００３０】
そして、支持部付勢部材である円環状の皿ばね３５が、前記キャップ５の支持部材付勢手段保持部である先端部１５ｂに配置されている。
【００３１】
前記皿ばね３５は、前記支持部材７とキャップ１５とによって挟持され、ばね力によって前記支持部材７をピニオン歯２ａとラック歯３ａの噛合部分側に付勢するようになっている。なお、前記皿ばね３５は、前記コイルばね６よりも弾性係数が大きく（ばね定数が小さく）設定されていて、同一荷重に対してコイルばね６よりも伸縮量が大きくなる。
【００３２】
この結果、前記ラックバー３は、前記コイルばね６のばね力に加えて、前記皿ばね３５のばね力によってピニオン軸２側に付勢されている。また、前記コイルばね６および皿ばね３５の撓み量は、前記キャップ１５の螺合量を調節することによって調節でき、前記ラック歯３ａがピニオン歯２ａ側に付勢される力が調節されるようになっている。
【００３３】
前記コイルばね６および皿ばね３５は、前記キャップ１５に保持され、キャップ１５を締結すると共にハウジング１３内に配置することができるようになっているため、組付性がよい。なお、前記キャップ１５は外側底部に形成された工具溝１７を介して、図外の工具により前記リテーナ収容部１２に締結されていると共に、ナット３７によって抜け止めされている。
【００３４】
以下、本実施の形態のラックピニオン式ステアリング装置における転舵時の作用について述べる。
【００３５】
前記図外のステアリングホイールを転舵した際には、図１に示すように、前記操舵軸１を介して前記ピニオン軸２が回転すると共に、前記センサ２１がピニオン軸２の回転角を検出し、その検出されたピニオン軸２の回転角のデータが電気信号として前記電動機制御機構２２に送信される。
【００３６】
この電気信号により前記電動機制御機構２２が、前記電動機２０を制御、すなわち電動機２０に設けられたウォームシャフト１９の回転量を制御し、この結果、このウォームシャフト１９に噛合している前記ウォームホイール４の回転角も制御され、前記ピニオン軸２の回転角が規制される。
【００３７】
そして、前記ピニオン軸２が回転するに伴いラックバー３が軸方向に移動する。前記ラックバー３が軸方向に移動する際には、前記突出部２９がボールベアリング５に回転保持されつつ、前記ラック本体２８の斜面部２８ａ，２８ａがメタルシート３４に摺動する。
【００３８】
ここで、前記ラックバー３は軸方向に移動すると共に、例えば前記ピニオン歯２ａとラック歯３ａの噛合部分の摩擦抵抗などによって前記ピニオン軸２ａとラック歯３ａとの噛合部分を中心として上下方向に傾動する力も付与される。
【００３９】
前記ラック本体２８の斜面部２８ａ，２８ａは、前記メタルシート３４を介して支持部材７の斜状支持面７ａ，７ａに支持され、特に、キャップ１５の先端部１５ｂと前記支持部材７との間に設けられている前記皿ばね３５のばね力によって前記ラックバー３が上下方向に傾動する力が抑制される。
【００４０】
また、前記皿ばね３５は、前述したように、コイルばね６よりも弾性係数が大きく設定されているため、前記ラックバー３をピニオン軸２側に付勢する力はボールベアリング５を介して主にコイルばね６が受け持ち、前記支持部材７は皿ばね３５によって支持される。
【００４１】
したがって、前記ラック歯３ａは、コイルばね６のばね力によってピニオン歯２ａに付勢される一方、前記支持部材７は、皿ばね３５のばね力によって付勢されるため、前記ラック本体２８に支持部材７が付勢される力が過大にならず、前記ラックバー３をスムーズに軸方向に移動させることができると共に、前記ラックバー３の傾動運動を安定、かつ効果的に抑制することができる。
【００４２】
また、前記支持部材７の支持部７ａ，７ａによって突出部２９の両側となる斜面部２８ａ，２８ａを支持しているため、いずれの方向に対する傾動運動も十分に抑制することができる。
【００４３】
図５は第２の実施の形態を示し、前記ラックリテーナ４のフランジ部４ａを径大に形成し、このフランジ部４ａの表面に前記皿ばね３５を設けている。このような構造であっても、第１の実施の形態と同様に、ボールベアリング５によってラックバー３のラック歯３ａをピニオン歯２ａとの噛合部分側に付勢しつつ、支持部材７によって前記ラックバー３の傾動運動を十分に抑制することができる。
【００４４】
図６は第３の実施の形態を示し、前記ラックピニオン式ステアリング装置に横断面ほぼ円形状のラックバー４０を適用している。
【００４５】
前記ラックバー４０は、ラック本体４１の前面側にラック歯４１ａが形成されていると共に、背面側が横断面ほぼ半円状に形成されている。そして、この断面半円状となる背面側のほぼ頂点となる頂点部４３が、前記ボールベアリング５によって支持され、頂点部４３の両側に形成された円弧状の円弧部４１ａ，４１ａが支持部材４５の円弧支持部４５ａ，４５ａによってそれぞれ支持されている。
【００４６】
なお、前記支持部材４５の表面には、前記メタルシート３４の羽根部３４ａ，３４ａをそれぞれ円弧状に形成したメタルシート４７が配置されている。
【００４７】
前記ラックバー４０は、第１の実施の形態と同様に、前記ボールベアリング５および支持部材４５によって支持されており、前記コイルばね６および皿ばね３５のばね力によりピニオン軸２側に付勢されている。
【００４８】
そして、前記支持部材４５には、図７に示すように、前記ラックリテーナ４６側に向かって一対の軸受シャフト保持部４５ａ，４５ａが突出形成されている一方、前記ラックリテーナ４６には、前記支持部材４５側に向かって一対の軸受シャフト保持部４６ａ，４６ａがそれぞれ突出形成されている。
【００４９】
前記軸受シャフト保持部４５ａ，４６ａは、それぞれ前記軸受シャフト３１と当接する部位が円弧状に形成され、前記軸受シャフト３１は軸受シャフト保持部４５ａ，４６ａによって密着するようにして挟持されている。
【００５０】
前記ラックバー４０が軸方向に移動する際には、前記ラック本体４１が前記ボールベアリング５と前記支持部材４５によって前記ピニオン軸２側に付勢されつつ、前記メタルシート４７に摺動する。
【００５１】
ここで、前記ラックバー４０には、第１の実施の形態と同様に、前記ピニオン歯２ａとラック歯４１ａの噛合部分を中心として上下方向に傾動する力が付与されるが、前記円弧部４１ａ，４１ａがメタルシート４７を介して前記円弧支持部４８，４８に支持されるので、前記ラックバー４０の傾動運動が抑制される。
【００５２】
したがって、第３の実施の形態によれば、前記ラックバー４０の形状が横断面ほぼ円形状であっても、第１の実施の形態と同様に、前記ラックバー４０のラック歯４１ａをピニオン歯２ａとの噛合部分側に向かって付勢しつつ、支持部材４６によって前記ラックバー４０の傾動運動を十分に抑制することができる。
【００５３】
また、前記軸受シャフト３１は、軸受シャフト保持部４５ａ，４６ａによって密着するように挟持されているため、例えば振動などによって位置ずれすることなく位置規制される。その結果、前記ラックバー４０の傾動運動をより一層安定して抑制できる。
【００５４】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
【００５５】
請求項（１）  前記支持部材を前記ピニオン軸とラックバーとの噛合部分側に向かって付勢する支持部付勢手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のラックピニオン式ステアリング装置。
【００５６】
この発明によれば、ラックバーを支持する軸受付勢手段に加えて支持部材を付勢する支持部付勢手段を備えたことによって、より一層安定して前記ラックバーを支持することができる。
【００５７】
請求項（２）  前記支持部付勢手段の弾性係数を前記転がり軸受付勢手段の弾性係数よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１〜（１）に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
【００５８】
この発明によれば、前記支持部材を付勢する支持部材付勢手段の弾性係数を大きく設定し、前記支持部付勢手段が変形しやすくしたことによって、支持部材をピニオン軸側に付勢する力を抑制できる。その結果、支持部材とのラックバーとの摺動抵抗を小さくできるため、前記ラックバーをスムーズに軸方向に移動させることが可能となる。
【００５９】
請求項（３）  前記ラックリテーナ収容部に、前記転がり軸受および支持部付勢手段よりも外側にキャップ部材を設け、前記キャップ部材は、前記転がり軸受付勢手段を保持する転がり軸受付勢手段保持部と、前記支持部材付勢手段を保持する支持部材付勢手段保持部を保持することを特徴とする請求項１〜（２）のいずれかに記載のラックピニオン式ステアリング装置。
【００６０】
この発明によれば、キャップ部材が、転がり軸受付勢手段保持部と支持部材付勢手段保持部を保持するので、前記キャップ部材と共に前記転がり軸受付勢手段および支持部材付勢手段を組み付けることが可能となり、組付効率が向上する。
【００６１】
請求項（４）  前記ラックバーは、前記突出部の両側に一対の斜面部を備え、前記支持部材は、前記一対の斜面部を支持する一対の支持部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のラックピニオン式ステアリング装置。
【００６２】
この発明によれば、突出部の両側を一対の支持部によって支持することによって、より一層前記ラックバーを安定して支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るラックピニオン式パワーステアリング装置の簡略断面図である。
【図２】図１のラック歯とピニオン歯の噛合部分の拡大図である。
【図３】図２のラックバーの斜視図である。
【図４】図２のラックバーを支持する部材の分解斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態として、図２のラックリテーナのフランジ部を径大にしたものである。
【図６】本発明の第３の実施の形態として、図２のラックバーの形状を横断面ほぼ円形状に形成したものである。
【図７】（ａ）は図６の転がり軸受近傍の矢印Ａ方向からの矢視図、（ｂ）は（ａ）の支持部材を外したＢ方向からの矢視図である。
【符号の説明】
【００６４】
２…ピニオン軸
３…ラックバー
３ａ…ラック歯
４…ラックリテーナ
５…転がり軸受
６…コイルばね（転がり軸受付勢手段）
７…支持部材
１５…キャップ（キャップ部材）
１５ａ…内側底面（転がり軸受付勢手段保持部）
１５ｂ…先端部（支持部材付勢手段保持部）
２８…ラック本体
２８ａ…斜面部（凹部）
２９…突出部
３５…皿ばね（支持部材付勢手段）
４０…ラックバー
４１…ラック本体
４１ａ…ラック歯
４５…支持部材
４６…ラックリテーナ
【図１】
2006231934.tif 000003
【図２】
2006231934.tif 000004
【図３】
2006231934.tif 000005
【図４】
2006231934.tif 000006
【図５】
2006231934.tif 000007
【図６】
2006231934.tif 000008
【図７】
2006231934.tif 000009