(57)【要約】【課題】初期予圧荷重を小さくしつつ、ピニオン歯及びラック歯が離間し難いラックガイド機構を提供する。【解決手段】ラック軸１０５をピニオン軸１０４側に押し付けるラックガイド１０と、  ラックガイド１０を移動自在で収容するハウジング２０と、ラックガイド１０をラック軸１０５側に付勢する圧縮コイルばね４０と、ラックガイド１０の移動方向において圧縮コイルばね４０と並列で配置され、内部にガス室５１を有し、移動方向において収縮可能である蛇腹５０と、を備え、前記ラックガイド１０が圧縮コイルばね４０に抗して移動すると、ラックガイド１０がガス室５１のガスを圧縮しながら蛇腹５０を圧縮する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック軸をピニオン軸側に押し付けるラックガイドと、
前記ラックガイドを移動自在で収容するハウジングと、
前記ラックガイドを前記ラック軸側に付勢する弾性部材と、
前記ラックガイドの移動方向において前記弾性部材と並列で配置され、内部にガス室を有し、移動方向において収縮可能であるガス室形成部材と、
を備え、
前記ラックガイドが前記弾性部材に抗して移動すると、前記ラックガイドが前記ガス室のガスを圧縮しながら前記ガス室形成部材を圧縮する
ことを特徴とするラックガイド機構。
【請求項２】
前記ガス室形成部材には、前記ガス室と外部とを連通する連通孔が形成されており、
初期状態において、前記ガス室形成部材は、移動方向において前記弾性部材よりも短く圧縮されておらず、
前記ラックガイドが前記弾性部材に抗して移動すると、前記連通孔が閉じる
ことを特徴とする請求項１に記載のラックガイド機構。
【請求項３】
前記ガス室形成部材は蛇腹状である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のラックガイド機構。
【請求項４】
前記弾性部材は圧縮コイルばねであり、
前記ガス室形成部材は前記圧縮コイルばね内に同軸で配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のラックガイド機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックガイド機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるラックピニオン式の操舵装置は、ピニオン軸とラック軸とを備え、ピニオン軸のピニオン歯とラック軸のラック歯とが噛合している。ピニオン軸は、ステアリング操作によって回転し、ラック軸は車幅方向において直線運動し、タイロッド等を介して連結された車輪を操舵するようになっている。
【０００３】
ここで、ピニオン軸が回転すると、ピニオン歯とラック歯との間に離反力が発生し、ラック歯とピニオン歯とが離間することでバックラッシュが発生する虞がある。また、路面の凹凸等により、車輪からラック軸に逆入力と称される力が作用しても、ピニオン歯とラック歯との間に離反力が発生し、ラック歯とピニオン歯とが離間することでバックラッシュが発生する虞がある。
【０００４】
そこで、ラック軸を挟んでピニオン歯の反対側にラックガイドを設け、圧縮コイルばねによってラックガイドを介してラック軸をピニオン軸に向けて付勢し、ピニオン歯とラック歯との噛合部に予圧を与え、バックラッシュを防止する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４５８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際には、悪路等の走行時、例えば車輪からラック軸に過大な荷重が入力され、ラック歯とピニオン歯とが離間してしまい、その復帰時においてラック歯とピニオン歯とが衝突する際に異音（ラック打音）が発生する場合がある。
【０００７】
このようなピニオン歯とラック歯との離間を防止する方法として、圧縮コイルばねからラックガイドに入力される荷重を大きくし、初期の予圧荷重を大きくする方法が考えられるが、操舵フィーリングが低下する虞がある。すなわち、予圧荷重を大きくすると、ピニオン歯とラック歯との間における摩擦力（フリクション）が上昇し、低速走行時におけるステアリングの戻りが遅くなってしまう虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、初期予圧荷重を小さくしつつ、ピニオン歯及びラック歯が離間し難いラックガイド機構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】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ラック軸をピニオン軸側に押し付けるラックガイドと、前記ラックガイドを移動自在で収容するハウジングと、前記ラックガイドを前記ラック軸側に付勢する弾性部材と、前記ラックガイドの移動方向において前記弾性部材と並列で配置され、内部にガス室を有し、移動方向において収縮可能であるガス室形成部材と、を備え、前記ラックガイドが前記弾性部材に抗して移動すると、前記ラックガイドが前記ガス室のガスを圧縮しながら前記ガス室形成部材を圧縮することを特徴とするラックガイド機構である。
【００１０】
このような構成によれば、ラックガイドが弾性部材に抗して移動すると、ラックガイドがガス室のガスを圧縮しながらガス室形成部材を圧縮する。これと同時に、ラックガイドは、弾性部材も移動方向において弾性変形させつつ圧縮する。
【００１１】
ここで、移動方向におけるラックガイドの変位が大きくなるにつれて、ガス室形成部材のガスばねレート（ガスばね係数）は二次関数的に大きくなる。言い換えると、ラックガイドの変位が大きくなるにつれて、ガス室形成部材がラックガイドをピニオン軸側に付勢する付勢力は、二次関数的に大きくなる。すなわち、ラックガイドの変位が０である初期状態において、ガス室形成部材がラックガイドをピニオン軸側に付勢する付勢力は最も小さくなる。
【００１２】
このようして、ラックガイドの変位が０である初期状態において、ラックガイドからラック軸に入力される初期予圧荷重が小さくなる。これにより、車両の低速走行時における操舵フィーリングが低下することはない。
一方、ラックガイドが移動し変位すると、ガス室のガスが圧縮され、ラックガイドをピニオン軸側に付勢する付勢力は、二次関数的に大きくなる。これにより、ピニオン歯及びラック歯は離間し難くなる。
【００１３】
また、ラックガイド機構において、前記ガス室形成部材には、前記ガス室と外部とを連通する連通孔が形成されており、初期状態において、前記ガス室形成部材は、移動方向において前記弾性部材よりも短く圧縮されておらず、前記ラックガイドが前記弾性部材に抗して移動すると、前記連通孔が閉じる構成としてもよい。
【００１４】
また、ラックガイド機構において、前記ガス室形成部材は蛇腹状である構成としてもよい。
【００１５】
また、ラックガイド機構において、前記弾性部材は圧縮コイルばねであり、前記ガス室形成部材は前記圧縮コイルばね内に同軸で配置されている構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、初期予圧荷重を小さくしつつ、ピニオン歯及びラック歯が離間し難いラックガイド機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る操舵装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係るラックガイド体の断面図であり、ラック軸からラックガイドに荷重が入力されていない初期状態を示している。
【図３】本実施形態に係るラックガイド体の断面図であり、ラック軸からラックガイドに荷重が入力され、ラックガイドが摺動し蛇腹に当接した状態を示している。
【図４】本実施形態に係るラックガイド体の断面図であり、ラック軸からラックガイドに荷重が入力され、ラックガイドが摺動し蛇腹を圧縮した状態を示している。
【図５】本実施形態に係るラックガイド体の断面図であり、ラック軸からラックガイドに荷重が入力され、ラックガイドが摺動し蛇腹を圧縮した状態を示している。
【図６】ラックガイドの位置と、圧縮コイルばねのばね係数（レート）及び空気ばねレートとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
【００１９】
≪操舵装置の構成≫
操舵装置１００は、ラックピニオン式の電動パワーステアリング装置であって、電動モータの発生するアシスト力がピニオン軸１０４に入力されるピニオンアシスト型である。ただし、コラムアシスト型、ラックアシスト型でもよい。また、油圧モータでアシスト力を発生させる油圧パワーステアリング装置でもよい。
【００２０】
操舵装置１００は、運転者が操作するステアリングホイール１０１と、ステアリングホイール１０１と一体で回転するステアリング軸１０２（ステアリングコラム）と、ステアリング軸１０２の下端に連結されたトーションバー１０３と、トーションバー１０３の下端に連結されたピニオン軸１０４と、車幅方向（左右方向）に延びるラック軸１０５と、を備えている。
【００２１】
ピニオン軸１０４のピニオン歯１０４ａは、ラック軸１０５のラック歯１０５ａと噛合している。そして、ピニオン軸１０４が回転すると、ラック軸１０５が車幅方向において移動し、タイロッド１０６を介して連結された操舵輪１０７（車輪）が転舵されるようなっている。なお、ラック軸１０５は、筒状のハウジング１０８にブッシュ等を介して収容されている。
【００２２】
ピニオン軸１０４には、ウォームホイール（図示しない）が同軸で固定されている。そして、トーションバー１０３で発生した捩れトルクに応じて、電動モータ（図示しない）からウォームホイール（ピニオン軸１０４）にアシスト力が入力されるようになっている。
【００２３】
≪ラックガイド機構の構成≫
操舵装置１００は、図２に示すように、ラック軸１０５を車幅方向においてガイドしつつピニオン軸１０４に押し付けるラックガイド機構１を備えている。ラックガイド機構１は、ラックガイド１０と、ハウジング２０と、キャップ３０と、圧縮コイルばね４０（弾性部材）と、蛇腹５０（ガス室形成部材）と、を備えている。
【００２４】
なお、明確に説明するために、ラックガイド１０の摺動方向（移動方向）において、ピニオン軸１０４側を前側、ピニオン軸１０４の反対側を後側とする。また、ラック歯１０５ａはラック軸１０５の前側に形成されており、ラック軸１０５の後側の外周面は円状である。
【００２５】
＜ラックガイド＞
ラックガイド１０は、ラック軸１０５の後側に摺接し、ラック軸１０５を車幅方向においてガイドしつつ、ラック軸１０５をピニオン軸１０４側に押し付ける金属製の部品である。ラックガイド１０は、その外形が円柱状を呈しており、その前側には左右方向に延びラック軸１０５の後面に摺接する略１／２円形の摺接面１１を備えている。摺接面１１には、ラック軸１０５との摩擦力を低減するための樹脂層１２が形成されている。
【００２６】
ラックガイド１０の外周面には周方向に延びる２本の溝１３が形成されている。各溝１３にはＯリング１４が装着されており、Ｏリング１４はラックガイド１０とハウジング２０との間をシールしている。
【００２７】
＜ハウジング＞
ハウジング２０は、円筒状を呈しており、その内部に、ラック軸１０５、ラックガイド１０、キャップ３０、圧縮コイルばね４０及び蛇腹５０を収容する収容室２１を備えている。すなわち、ハウジング２０は、その内部にラックガイド１０を前後方向（摺動方向）において摺動自在で収容している。収容室２１の前側はピニオン軸１０４側に開口しており、収容室２１の後側は外部に開口している。
【００２８】
ハウジング２０の内周面２２の後側には、雌ねじ２３が形成されている。雌ねじ２３にはキャップ３０が螺合している。
【００２９】
＜キャップ＞
キャップ３０は、収容室２１の後側の開口を閉じると共に、圧縮コイルばね４０及び蛇腹５０をハウジング２０から脱落しないように保持するものである。キャップ３０は、後側が閉じた有底円筒状のキャップ本体３１と、キャップ本体３１の後側に形成されたねじ部３２と、を備えている。なお、キャップ本体３１とねじ部３２とは別部材としてもよい。
【００３０】
キャップ本体３１の外周面には周方向に延びる溝３３が形成されている。溝３３にはＯリング３４が装着されており、Ｏリング３４はキャップ本体３１とハウジング２０との間をシールしている。
【００３１】
ねじ部３２の外周面には雄ねじ３５が形成されており、雄ねじ３５は雌ねじ２３に螺合している。ねじ部３２の後端面には、六角レンチが差し込まれる六角穴３６が形成されている。そして、ねじ部３２が回転することで、ハウジング２０に対するキャップ３０の軸方向位置（前後方向位置）が調整され、初期状態における圧縮コイルばね４０のばね長さ及び付勢力が調整されるようになっている。
【００３２】
＜圧縮コイルばね＞
圧縮コイルばね４０は、ラックガイド１０とキャップ３０との間に介装され、ラックガイド１０をピニオン軸１０４側に付勢する弾性部材である。圧縮コイルばね４０は、初期状態においてもラックガイド１０とキャップ３０との間に縮設されており、ラックガイド１０をピニオン軸１０４側に付勢している（図２参照）。なお、圧縮コイルばね４０のばねレート（ばね係数）は、そのばね長さが変化しても一定である（図６参照）。
【００３３】
＜蛇腹＞
蛇腹５０は、樹脂製またはゴム製であり、ラックガイド１０の摺動方向において圧縮コイルばね４０と並列で配置され、摺動方向において収縮可能である蛇腹体である（図２〜図５参照）。また、蛇腹５０は圧縮コイルばね４０内に同軸で配置されると共に、蛇腹５０が縮退すると圧縮コイルばね４０内で良好に折り畳まれ、蛇腹５０が圧縮コイルばね４０に干渉しない外径に設定されている。このような構成によれば、蛇腹５０は圧縮コイルばね４０内に同軸で配置されているので、ラッガイド機構１を小型にすることができる。
【００３４】
蛇腹５０は、内部にガス室５１を有しており、初期状態においてガス室５１は前側の連通孔５２を介して外部に連通している。すなわち、初期状態において、蛇腹５０は、前後方向（摺動方向）において圧縮コイルばね４０よりも短く、圧縮されていない。
【００３５】
このような構成によれば、初期状態において、蛇腹５０は、移動方向において圧縮コイルばね４０よりも短く圧縮されていないので、蛇腹５０からラックガイド１０に付勢力が作用することはない。すなわち、蛇腹５０を縮退させずにラックガイド機構１を容易に組み立てることできる。
【００３６】
また、ラックガイド１０が圧縮コイルばね４０に抗して移動すると、連通孔５２が閉じることにより、ガス室５１のガスが圧縮され、ラックガイド１０をピニオン軸１０４側に付勢する付勢力が、二次関数的に大きくなる。
【００３７】
そして、ラックガイド１０が圧縮コイルばね４０に抗して後方に摺動すると、ラックガイド１０が連通孔５２に当接することで連通孔５２が閉じ（図３参照）、ラックガイド１０がガス室５１の空気を圧縮しながら蛇腹５０を圧縮するようになっている（図４〜図５参照）。
【００３８】
≪ラックガイド機構の作用効果≫
ラックガイド機構１の作用効果を説明する。
【００３９】
初期状態において、図２に示すように、蛇腹５０はラックガイド１０に当接しておらず、圧縮コイルばね４０のみがラックガイド１０及びラック軸１０５をピニオン軸１０４側に付勢している。すなわち、ラックガイド１０に入力される初期予圧荷重（セット荷重）は小さく、ラック軸１０５及びピニオン軸１０４の間で発生する摩擦力は小さい。これにより、低速走行時におけるステアリングの戻りも良好となり、好適な操舵フィーリングとなる。
【００４０】
そして、ラック軸１０５及びピニオン軸１０４が離間しようとすると、ラックガイド１０が圧縮コイルばね４０のばね力（付勢力）に抗して後方に摺動する。そして、ラックガイド１０の後面が、蛇腹５０に当接すると、連通孔５２が閉じ、ガス室５１が封止される（図３参照）。
【００４１】
その後、ラックガイド１０がさらに後方に移動すると、圧縮コイルばね４０を圧縮させつつ、かつ、ガス室５１に封止された空気を圧縮しながら蛇腹５０を圧縮させる（図４〜図５参照）。この場合において、ガス室５１に封止された空気を有する蛇腹５０は空気ばね（ガスばね）として機能し、その空気ばねレートは図６に示すように二次関数的に大きくなる。
【００４２】
このように、空気ばねレートが二次関数的に大きくなるので（図６参照）、実際には、ラックガイド１０の蛇腹５０への当接後、ラックガイド１０が後方に摺動し難くなる。すなわち、ラックガイド１０の蛇腹５０への当接後、ピニオン歯１０４ａとラック歯１０５ａとは離間し難くなる。これにより、バックラッシュし難くなり、ラック打音も発生し難くなる。
【００４３】
≪変形例１≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
【００４４】
前記した実施形態では、弾性部材が、線材が螺旋状に巻回されてなる圧縮コイルばね４０である構成を例示したが、その他に例えば、ゴム製の筒状体である構成でもよい。また、弾性部材が皿ばねである構成でもよい。
【００４５】
≪変形例２≫
前記した実施形態では、ガス室形成部材が蛇腹５０である構成を例示したが、その他に例えば、同軸で配置された異径の複数の円筒体によって伸縮自在に構成されたものでもよい。また、連通孔及びガス室を内部に形成したゴム製の柱状体又は筒状体でもよい。
【００４６】
≪変形例３≫
前記した実施形態では、蛇腹５０が圧縮コイルばね４０内に同軸で配置された構成を例示したが、その他に例えば、蛇腹５０が圧縮コイルばね４０外に同軸で配置された構成でもよい。また、圧縮コイルばね４０の径方向外側で、例えば３本の蛇腹５０が周方向において等間隔で配置された構成でもよい
【００４７】
≪変形例４≫
前記した実施形態では、初期状態において、蛇腹５０がラックガイド１０から離間した構成を例示したが、その他に例えば、蛇腹５０が未圧縮の状態でラックガイド１０に当接した構成でもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１      ラックガイド機構
１０    ラックガイド
２０    ハウジング
４０    圧縮コイルばね（弾性部材）
５０    蛇腹（ガス室形成部材）
５１    ガス室
５２    連通孔
１００  操舵装置
１０４  ピニオン軸
１０５  ラック軸
【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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