(57)【要約】【課題】自動車の操舵装置に使用されるラックアンドピニオン式ステアリング装置において、ステアリングホイール最大操舵時の終端における異音の発生を抑制したラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリングシャフト２に連結されたピニオン軸４に噛み合うラック軸５において、ラックストローク両端部１７および１８の歯のオーバーピン寸法が、ラックストローク中央部１６の歯のオーバーピン寸法よりも大きい特徴を持つ歯部を有する。【選択図】図５
2015145203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに連結されるピニオン軸と、
前記ピニオン軸と噛み合うラック軸と
前記ピニオン軸に対し前記ラック軸を背面から押圧するラックガイドと、
前記ラックガイド内部に装入され、ラックガイドを一方端で押圧するばねと、
前記ばねの他方端を押圧しかつラックガイドの軸方向移動量を規制するガイドプラグと、
前記ラック軸の両端に連結されたインナーボールジョイントと
前記ピニオン軸及び前記ラック軸を収容するラックハウジングと
を備え、
前記ラック軸の歯のストローク両端部におけるオーバーピン寸法が、ストローク中央部におけるオーバーピン寸法よりも大きいことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、前記ラック軸の歯のストローク中央部において、ストローク中立位置付近のオーバーピン寸法が前記ストローク中立位置付近に連なる隣接領域のオーバーピン寸法よりも大きいことを特徴とするラックアンド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、自動車の操舵装置に使用されるラックアンド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】
ステアリングホイールの操舵力を転舵輪に伝達するために、ステアリングシャフトの回転運動を転舵輪が連結するラック軸の軸方向運動に変換する機構として、一般的にラックアンドピニオン式ステアリング装置が用いられる。
【０００３】
ステアリングホイールの中央部付近の操舵力が軽すぎると直進安定性が損なわれるため、ラック軸のストローク中央部における剛性を高めたり、操舵力を重くしたりすることが通常行われている。
【０００４】
特許文献１には、ラックアンドピニオン式ステアリング装置において、ステアリングホイール中央部付近の操舵力を重くして直進安定性を高めるために、ラック歯のストローク中央部を高く両側を低くして、ラック歯のストローク中央付近のピニオン軸に対する押し付け力を大きくするという、直進安定性のための一般的な方策が示されている。
【０００５】
他方で、ステアリングホイールを最大に操舵し終端でロックするまで回転させた場合、ラック端に取付けられたインナーボールジョイントがラックハウジング端面に当たり、更に力が加えられた場合に、インナーボールジョイントとラックハウジング端面との間で相対移動による摩擦及びスティックスリップ等が発生し、ステアリング異音の原因となる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２５９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ステアリングホイール最大操舵時のラックストロークエンドにおいてインナーボールジョイントとラックハウジング端面との間で生じる摩擦及びスティックスリップ等によるステアリング異音の発生を抑制したラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、ステアリングシャフトに連結されるピニオン軸と、前記ピニオン軸と噛み合うラック軸と、前記ピニオン軸に対し前記ラック軸を背面から押圧するラックガイドと、前記ラックガイド内部に装入されラックガイドを一方端で押圧するばねと、前記ばねの他方端を押圧しかつラックガイドの軸方向移動量を規制するガイドプラグと、前記ラック軸の両端に連結されたインナーボールジョイントと、前記ピニオン軸及び前記ラック軸を収容するラックハウジングとを備え、前記ラック軸の歯のストローク両端部におけるオーバーピン寸法が、ストローク中央部におけるオーバーピン寸法よりも大きいことである。
【０００９】
上記の構成によれば、ステアリングホイールを最大に操舵し終端でロックさせた状態で更に力が加えられた場合でも、インナーボールジョイントとラックハウジング端面との相対移動が抑制され、摩擦及びスティックスリップ等による異音の発生が抑制される。
【００１０】
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、請求項１に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置であって、前記ラック軸の歯のストローク中央部において、ストローク中立位置付近のオーバーピン寸法が前記ストローク中立位置付近に連なる隣接領域のオーバーピン寸法よりも大きいことである。
【００１１】
上記の構成によれば、ステアリングホイール最大操舵時の終端における異音の発生を抑制する効果を損なうことなく、ラック軸の歯のストローク中央部におけるストローク中立位置付近でより高い操舵剛性を実現し、かつその隣接領域において比較的軽くかつ円滑な操舵感を実現することができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成した発明によれば、ステアリングホイール最大操舵時のラックストロークエンドにおいてインナーボールジョイントとラックハウジング端面との間で生じる摩擦及びスティックスリップ等によるステアリング異音の発生を抑制したラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるラックアンドピニオン式ステアリング装置を含む操舵システム全体の概略図である。
【図２】本発明の実施形態におけるラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるインナーボールジョイントとラックハウジングとの当接部分のラックハウジング断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるラック歯部の外観図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるラックストローク全域にわたるオーバーピン寸法を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるラックストローク全域にわたるオーバーピン寸法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明装置の第１の実施形態におけるラックアンドピニオン式ステアリング装置を含む操舵システム全体の概略図である。
【００１６】
自動車の操舵システムは、運転者が操作するステアリングホイール１、それに連結されたステアリングシャフト２、ステアリングシャフト２とラックアンドピニオン式ステアリング装置２０を繋ぐ中間軸３、ラックアンドピニオン式ステアリング装置２０、及びその先に連結された操舵輪７ａ、７ｂからなる。ラックアンドピニオン式ステアリング装置２０は、入力軸であるピニオン軸４、出力軸であるラック軸５、及びそれらを収容したラックハウジング１０を有し、ラック軸５はその両端にインナーボールジョイント６ａ、６ｂを連結している。
【００１７】
ステアリングホイール１に加えられた運転者の操舵力は、ステアリングシャフト２から中間軸３を経由してピニオン軸４の回転力として伝達される。ピニオン軸４の回転力は、ラック軸５の軸方向力に変換され、ラック軸５の両端に連結されたインナーボールジョイント６ａ、６ｂから操舵輪７ａ、７ｂに伝達される。ラック軸５は、ラックとピニオンの噛み合い部及びラックハウジング１０の他方端のラックハウジング内周面に配置されて潤滑性を有するラックブッシュとで支持されており、ラックハウジング１０に直接接触せずに軸方向に円滑に移動できるように構成されている。
【００１８】
図２は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸方向断面図である。
ピニオン軸４とラック軸５は、それぞれの歯部であるピニオン歯８、ラック歯９が噛み合った状態でラックハウジング１０に収容されている。ラックハウジング１０にはラック軸５と交差する方向に移動可能にラックガイド１２が収容されている。ラックハウジング１０にはガイドプラグ１３が螺着され、ラックガイド１２およびガイドプラグ１３の間にばね１１が介挿されている。ラック軸５は、ラックガイド１２の内部に装入されたばね１１と、ばね１１を後部から押圧するガイドプラグ１３とにより加圧されたラックガイド１２により、背面からピニオン軸４に対して押圧されている。
【００１９】
この押圧により、ピニオン歯８とラック歯９は隙間がない状態で噛み合っており、操舵によりピニオン軸４が回転してもラック軸５がピニオン軸４から離間することはない。このため、剛性感の高い安定した操舵が可能となる。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態におけるラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるインナーボールジョイントとラックハウジングとの当接部分のラックハウジング断面図である。
【００２１】
ラック軸５の端にはインナーボールジョイント６ａが連結されており、前記インナーボールジョイント６ａの外径はラックハウジング１０の挿通穴２１の内径よりも大きく設定されており、ラックハウジング１０の円筒部２２の内径よりも小さく設定され、ラックハウジング１０の円筒部および挿通穴間には径方向に延びる端面１５が形成されている。前記インナーボールジョイント６ａのラック軸側端面１４とラックハウジング１０の端面１５とが相対している。
【００２２】
ステアリングホイール１の最大操舵時には、ラック軸５のストロークエンドにおいて、ラック軸５の一端に連結されているインナーボールジョイント６ａのラック軸側端面１４が、ラックハウジング１０の端面１５に当接することで、ラック軸５の軸方向移動が停止される。
【００２３】
この状態から更に力が加えられた場合、ラック軸５の軸方向移動はないものの、ピニオン軸４とラック軸５の噛み合い部ではラック軸５がピニオン軸４から離間する方向に移動し、ラック軸５を背面から押圧していたラックガイド１２がばね１１の加圧に抗して軸方向に移動する。ラック軸の移動に伴いラックガイドとガイドプラグの間のクリアランス１９が減少し、クリアランス１９が０になった時点でピニオン軸４即ちステアリングホイール１はロックされる。
【００２４】
この時、ラック軸５の軸直角方向に移動できる距離即ちラックガイド１２が軸方向に移動できる距離は、ラックガイド１２とガイドプラグ１３とのクリアランス１９の範囲内である。また、ラック歯９がはすばのため、ラック軸５に回転方向の分力を生じ、ラック軸５は回転方向にも動く。この動きもラックガイド１２とガイドプラグ１３とのクリアランス１９の範囲に規制される。
【００２５】
このラック軸５の軸直角方向の移動及び回転方向の動きにより、互いに当接するインナーボールジョイント６ａのラック軸側端面１４とラックハウジング１０の端面１５との間で相対移動及び摩擦が生じ、スティックスリップが発生する。これにより異音が発生し、運転者に不快感を与える場合がある。
【００２６】
上述のように、ラックガイド１２とガイドプラグ１３のクリアランス１９が大きければ、互いに当接するインナーボールジョイント６ａのラック軸側端面１４とラックハウジング１０の端面１５との間で相対移動も大きくなり、摩擦及びスティックスリップによる異音が発生しやすい。逆にクリアランス１９が小さければ、互いに当接するインナーボールジョイント６ａのラック軸側端面１４とラックハウジング１０の端面１５との間での相対移動が小さくなり、摩擦及びスティックスリップによる異音が発生しにくくなる。
【００２７】
従って、前述のステアリングホイール最大操舵時におけるインナーボールジョイントのラック軸側端面１４とラックハウジングの端面１５との間で発生する摩擦とスティックスリップ及び異音の抑制、防止には、ラックストロークエンドにおけるピニオン歯８とラック歯９の噛み合い位置であるラック歯端部においてラックガイド１２とガイドプラグ１３とのクリアランス１９ができるだけ小さいことが望ましい。
【００２８】
図４に、本発明の実施形態におけるラック歯９の外観図を示す。
ラック軸５のストロークエンド付近でピニオン歯８と噛み合うラック歯端部１７、１８は、ラック歯中央部１６と比べて大きいオーバーピン寸法を有している。
【００２９】
ラック歯端部１７、１８でのオーバーピン寸法をラック歯中央部１６よりも大きくすることで、ラックストロークエンド付近でのラックガイド１２とガイドプラグ１３とのクリアランス１９をできるだけ小さくすることができる。そのため、ストロークエンドにおいて更なる操舵力によりインナーボールジョイント６ａのラック軸側端面１４とラックハウジング１０の端面１５との間で生じる相対移動を最小限に止め、それらに伴う摩擦及びスティックスリップの発生、及びその結果としての異音の発生を抑制することができる。
【００３０】
図５に、本発明の第１の実施形態におけるラック歯全域のオーバーピン寸法を示す。
縦軸はオーバーピン寸法を示しており、上側へいくほどオーバーピン寸法が大きい。横軸はラック歯の軸方向位置を示している。ラック歯中央部１６のオーバーピン寸法は端に行くに従って徐々に大きくなり、ラック歯端部１７，１８のオーバーピン寸法が最大となる。このオーバーピン寸法が最大の場合でも、ラックガイド１２とガイドプラグ１３とのクリアランス１９は、プラスが確保される。クリアランス１９がプラスであることで、ステアリングシャフト２の回転トルクの極端な増加やつまりを生じることがなく、円滑な回転が可能となる。
【００３１】
このオーバーピン寸法の変化により、ラック歯端部１７，１８における組立状態でのラックガイド１２とガイドプラグ１３との間のクリアランス１９は、ラック歯中央部１６におけるクリアランス１９よりも小さくなる。ステアリング操舵感は、ステアリングホイール中央部では比較的軽く、円滑に回転する。それに対して、ステアリングホイール最大操舵位置に近づくにつれて次第に回転トルクが大きくなり、ステアリングホイールのロックに至る操舵感として自然な感覚が得られる。
【００３２】
図６に、本発明の第２の実施形態におけるラック歯全域のオーバーピン寸法を示す。
ラック歯中央部２５は、ストローク中立位置付近２８とストローク中立位置付近２８に連なる隣接領域２９、３０から成る。ストローク中立位置付近２８のオーバーピン寸法は、ラック歯端部２６，２７に比べて小さく、かつストローク中立位置付近２８に連なる隣接領域２９、３０のオーバーピン寸法よりも大きい値を有している。
【００３３】
ストローク中立位置付近２８ではより高い剛性感を求められる場合があり、その場合は上記の構成を採ることで、ストロークエンドにおける摩擦及びスティックスリップによる異音の発生を抑制する効果を損なうことなく、ストローク中立位置付近２８の高い剛性感を実現することが可能である。
【００３４】
なお、このオーバーピン寸法の変化パターンは本実施形態に限定されることなく、操舵フィーリングを考慮して様々な実施形態をとることが可能である。オーバーピン寸法の変化パターンを本実施形態の図５のような３段階の変化パターンと異なる変化パターン、例えば５段階以上の多段階の変化パターンとすることも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１：ステアリングホイール、  ２：ステアリングシャフト、  ３：中間軸、
４：ピニオン軸、  ５：ラック軸、  ６ａ、６ｂ：インナーボールジョイント、
７ａ、７ｂ：操舵輪、  ８：ピニオン歯、  ９：ラック歯、１０：ラックハウジング、
１１：ばね、  １２：ラックガイド、  １３：ガイドプラグ、  １４：ラック軸側端面、
１５：端面、  １６：ラック歯中央部、  １７、１８：ラック歯端部、
１９：クリアランス、  ２０：ラックアンドピニオン式ステアリング装置、  
２１：挿通穴、  ２２：円筒部、  ２５：ラック歯中央部、  ２６、２７：ラック軸端部、  ２８：ストローク中立位置付近、  ２９，３０：隣接領域
【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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