(57)【要約】【課題】比較的簡易かつ安価な構成を採りながら、操舵フィーリングの向上やラトル音の防止等を効果的に実現したラック＆ピニオン式ステアリングギヤを提供する。【解決手段】ラックガイド２３がラックシャフト１３側に移動すると高圧室５１の容積が増大するため、逆止弁である鋼球４７がコイルばね４９を圧縮しながら移動し、低圧室６１内の作動油が高圧室５１に流入する。その結果、ラックガイド２３は、通常操舵時において比較的リジッドにラックシャフト１３を保持することとなり、ピニオン９とラックシャフト１３との相対距離の変動に起因するラトル音が発生しなくなる。【選択図】  図３
2004262335.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たピニオンと、
当該ピニオンに噛み合うラック歯を有するラックシャフトと、
当該ピニオンと当該ラックシャフトとを収納するステアリングギヤケースと、
当該ステアリングギヤケースに摺動自在に保持され、前記ラックシャフトを前記ピニオンに対して付勢するラックガイドと
を備えたラック＆ピニオン式ステアリングギヤであって、
前記ステアリングギヤケースに固着されて、前記ラックガイドの保持に供されるプラグと、
前記ラックガイドと前記プラグとの間に介装され、当該ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢する第１の付勢手段と、
前記ラックガイドに形成された中空部に収納され、前記ピニオンと前記ラックシャフトとの間の駆動反力に応じた付勢力をもって当該ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢する第２の付勢手段と
を備えたことを特徴とするラック＆ピニオン式ステアリングギヤ。
【請求項２】
前記第１の付勢手段が前記ピニオンと前記ラックシャフトとのバックラッシュを除去に供され、前記第２の付勢手段が前記ピニオンと前記ラックシャフトとの相対距離の保持に供されることを特徴とする、請求項１記載のラック＆ピニオン式ステアリングギヤ。
【請求項３】
前記第２の付勢手段が油圧機構を有しており、前記駆動反力が所定値以上となった際に当該第２の付勢手段を保護する保護手段を備えたことを特徴とする、請求項１または２記載のラック＆ピニオン式ステアリングギヤ。
【請求項４】
前記第２の付勢手段は、高圧室と低圧室とに分割された密閉された油室と、当該低圧室から当該高圧室にのみ作動油の移動を許容する逆止弁とを備えたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のラック＆ピニオン式ステアリングギヤ。
【請求項５】
前記高圧室に前記ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢するばねが収納されたことを特徴とする、請求項４記載のラック＆ピニオン式ステアリングギヤ。
【請求項６】
前記低圧室に当該低圧室の容積を変動させるピストンが摺動自在に保持されると共に、当該ピストンを当該低圧室の容積を縮小させる方向に付勢するばねを備えたことを特徴とする、請求項４または５記載のラック＆ピニオン式ステアリングギヤ。
【請求項７】
前記低圧室を画成すると共に、当該低圧室の容積に応じて変位する弾性隔壁を備えたことを特徴とする、請求項４または５記載のラック＆ピニオン式ステアリングギヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック＆ピニオン式ステアリングギヤに係り、詳しくは、操舵フィーリングの向上やラトル音の防止等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車用のステアリングギヤとしては、高剛性かつ軽量であること等から、現在ではラック＆ピニオン式が主流となっている。ラック＆ピニオン式ステアリングギヤのラックシャフトは、ステアリングギヤケースに内嵌したラックブッシュと、ピニオンとラックシャフトとの噛合い部に設けられたラックガイドとの２点で支持されている。ラックガイドは、ラックシャフトのラックとピニオンとのバックラッシュを無くすべくラックシャフトをピニオンに圧接させる部材であり、プラグに保持されたコイルばね等の弾性体により付勢されている。
【０００３】
ラック＆ピニオン式ステアリングギヤでは、操舵時等にラックシャフトがラックガイドに対して摺動するため、ラックガイド側の摺接面に低摩擦材（四弗化エチレン樹脂等）を貼着して摩擦抵抗の低減を図ったり（例えば、特許文献１参照）、ラックガイド付勢用弾性体のばね力を管理して適正な圧接力を得るようにしている。また、ラックガイドとプラグとの間隔はピニオンとラックとの噛合公差を許容する範囲で適度な値に設定されており、ラックシャフトから過大な駆動反力が入力して弾性体が撓んでも、ラックガイドとプラグとがメタルタッチしすることにより、ピニオンとラックとの十分な噛合いが確保されるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０２９４２８号公報  （第４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ラック＆ピニオン式ステアリングギヤでは、ラックガイドに対する付勢力を小さくした場合、摩擦抵抗の減少によってラックシャフトの駆動に要する力も小さくなり、操舵フィーリングが向上するが、ラックシャフトからの駆動反力によってピニオンとラックとの相対距離が変動しやすくなり、ラトル音が発生する要因となる。一方、ラトル音の発生を抑制するべくラックガイドに対する付勢力を大きくした場合、ラックシャフトとラックガイドとの間の摩擦抵抗が当然に増大し、旋回後のステアリングホイールの戻り等が悪化して操舵フィーリングが低下する。そのため、操舵フィーリングが許容できる範囲でラックガイドに対する付勢力を大きくする一方で、ラックガイドの移動量を小さくする方法が検討された。
【０００６】
ところが、ラックガイドの移動量（ラックガイドとプラグとの間隔）は、上述したようにピニオンとラックとの噛合公差を許容する範囲で設定されるため、これを小さくするためにはピニオンやラックの加工精度を高めなければならず、製造コストの上昇を余儀なくされる。また、この問題を解決するべく、ラック＆ピニオンハウジングに振動センサを組み込み、振動センサによりラトル音の発生を感知した瞬間に油圧を供給してラックガイドをラックシャフトに押圧する技術（例えば、特許文献２参照）も提案されているが、この場合には油圧制御回路や電子制御装置等が必要となって装置が大掛かりになって製品コストの大幅な上昇等が避けられない。
【０００７】
【特許文献２】
特開平０８−１８８１６７号公報  （第４頁、図１）
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、比較的簡易かつ安価な構成を採りながら、操舵フィーリングの向上やラトル音の防止等を効果的に実現したラック＆ピニオン式ステアリングギヤを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、ステアリングシャフトに連結されたピニオンと、当該ピニオンに噛み合うラック歯を有するラックシャフトと、当該ピニオンと当該ラックシャフトとを収納するステアリングギヤケースと、当該ステアリングギヤケースに摺動自在に保持され、前記ラックシャフトを前記ピニオンに対して付勢するラックガイドとを備えたラック＆ピニオン式ステアリングギヤであって、前記ステアリングギヤケースに固着されて、前記ラックガイドの保持に供されるプラグと、前記ラックガイドと前記プラグとの間に介装され、当該ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢する第１の付勢手段と、前記ラックガイドに形成された中空部に収納され、前記ピニオンと前記ラックシャフトとの間の駆動反力に応じた付勢力をもって当該ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢する第２の付勢手段とを備えたものを提案する。
【００１０】
また、請求項２の発明では、請求項１のラック＆ピニオン式ステアリングギヤにおいて、前記第１の付勢手段が前記ピニオンと前記ラックシャフトとのバックラッシュを除去に供され、前記第２の付勢手段が前記ピニオンと前記ラックシャフトとの相対距離の保持に供されるものを提案する。
【００１１】
また、請求項３の発明では、請求項１または２のラック＆ピニオン式ステアリングギヤにおいて、前記第２の付勢手段が油圧機構を有しており、前記駆動反力が所定値以上となった際に当該第２の付勢手段を保護する保護手段を備えたものを提案する。
【００１２】
また、請求項４の発明では、請求項１〜３のラック＆ピニオン式ステアリングギヤにおいて、前記第２の付勢手段は、高圧室と低圧室とに分割された密閉された油室と、当該低圧室から当該高圧室にのみ作動油の移動を許容する逆止弁とを備えたものを提案する。
【００１３】
また、請求項５の発明では、請求項４のラック＆ピニオン式ステアリングギヤにおいて、前記高圧室に前記ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢するばねが収納されたものを提案する。
【００１４】
また、請求項６の発明では、請求項４または５のラック＆ピニオン式ステアリングギヤにおいて、前記低圧室に当該低圧室の容積を変動させるピストンが摺動自在に保持されると共に、当該ピストンを当該低圧室の容積を縮小させる方向に付勢するばねを備えたものを提案する。
【００１５】
また、請求項７の発明では、請求項４または５のラック＆ピニオン式ステアリングギヤにおいて、前記低圧室を画成すると共に、当該低圧室の容積に応じて変位する弾性隔壁を備えたものを提案する。
【００１６】
本発明によれば、第１の付勢手段によりピニオンとラックシャフトとのバックラッシュが除去される一方、第２の付勢手段によりピニオンとラックシャフトとの相対距離の保持され、操舵フィーリングの向上やラトル音の防止等が実現される。また、第２の付勢手段を保護する保護手段を備えたものにおいては、ラックシャフトから過大な駆動反力が入力しても、第２付勢機構の破損が防止される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るラック＆ピニオン式ステアリングギヤ（以下、Ｒ＆Ｐ式ステアリングギヤと記す）を示した正面図であり、図２は図１中の拡大Ａ−Ａ断面図であり、図３は図２中のＢ部拡大断面図である。図中で符号１で示した部材はステアリングギヤケース（ラック＆ピニオンハウジング）であり、ラック＆ピニオン機構３を保持している。ラック＆ピニオン機構３は、ピニオン９と、ピニオン９に噛み合うラック１１が図１左側に形成されたラックシャフト１３とからなっている。また、電動アシスト機構５は図示しないパワーアシスト制御装置に駆動制御される電動モータ１５や図示しない減速機構等から構成されている。
【００１８】
ステアリングギヤケース１には、図３に示したように、ピニオン９と対向する位置にラックガイド保持筒２１が突設されており、このラックガイド保持筒２１にラックガイド２３が摺動自在に保持されている。ラックガイド２３は、ラックシャフト１３に摺接する円弧状断面の摺接面２５を有しており、第１の付勢手段である一対の皿ばね２７を介してラックガイド保持筒２１にねじ込まれたプラグ２９に保持されている。尚、ラックガイド２３の摺接面２５には、四弗化エチレン樹脂製シートの貼着（あるいは、四弗化エチレン樹脂のコーティング）が施されている。
【００１９】
ラックガイド２３とプラグ２９とには、それぞれ凹部３１，３３が対向するかたちで形成されており、ラックガイド２３側の凹部３１にスリーブ３５が内嵌する一方、プラグ２９側の凹部３３に第２付勢機構（第２の付勢手段）３７を収納したホルダ３９が内嵌している。
【００２０】
第２付勢機構３７は、ホルダ３９の図３中上部に摺動自在に内嵌したプランジャ４１と、同下部に摺動自在に内嵌したピストン４３とを主要構成部材としている。プランジャ４１にはその軸芯に作動油流通孔４５が穿設されており、図３中で作動油流通孔４５の直上部にこの作動油流通孔４５を閉鎖する逆止弁である鋼球４７が配置されると共に、スリーブ３５とプランジャ４１との間には鋼球４７を作動油流通孔４５側に押圧するコイルばね４９が介装されている。
【００２１】
スリーブ３５およびホルダ３９、プランジャ４１により画成された空間は高圧室５１となっており、この高圧室５１内ではスリーブ３５とホルダ３９との間に一対の皿ばね５３が介装されている。また、プランジャ４１は、ホルダ３９に孔用止め輪５５により係止された保護ばね（皿ばね）５７により、図３中上方に付勢されている。図３中で、符号５９はスリーブ３５とホルダ３９との間の軸封を行うＯリングを示している。
【００２２】
一方、プランジャ４１とピストン４３との間の空間は低圧室６１となっており、この低圧室６１に作動油が貯留されている。プランジャ４１には、プラグ２９側の凹部３３の端面に当接するピストン座６３が内嵌しており、ピストン４３とピストン座６３との間にピストン４３を低圧室６１側に付勢するコイルばね６５が介装されている。図３中で、符号６７はプランジャ４１とピストン４３との間の軸封を行うＯリングを示している。
【００２３】
以下、第１実施形態の作用を述べる。
本実施形態のラック＆ピニオン式ステアリングギヤでは、その組立後に、皿ばね２７，５３に付勢されたラックガイド２３がラックガイド保持筒２１内で図３中上方に移動し、ラックシャフト１３をピニオン９に押圧する。本実施形態の場合、ラックガイド２３による押圧力は、ラックシャフト１３が軸方向に摺動する際のフリクションが過大にならないように、適度な値（例えば、１５０〜８００Ｎ）に設定されている。
【００２４】
ラックガイド２３がラックシャフト１３側に移動すると高圧室５１の容積が増大するため、逆止弁である鋼球４７がコイルばね４９を圧縮しながら移動（図３中で上昇）し、低圧室６１内の作動油が高圧室５１に流入する。その結果、ラックガイド２３は、通常操舵時において比較的リジッドにラックシャフト１３を保持することとなり、ピニオン９とラックシャフト１３との相対距離の変動に起因するラトル音が発生しなくなる。
【００２５】
また、ラックガイド２３は、皿ばね２７と高圧室５１内の皿ばね５３とによりラックシャフト１３側に付勢されているため、両皿ばね２７，５３が微少に撓むことにより、ピニオン９とラック１１との噛み合い公差（例えば、０．０２〜０．１ｍｍ）を吸収するべくラックガイド保持筒２１内を摺動する。尚、作動油が流出して低圧室６１の容積が減少すると、ピストン４３が図３中で上昇し、低圧室６１の減圧が防止される。
【００２６】
一方、悪路走行等によりラックシャフト１３側から過大な操舵反力が入力した場合、ピニオン９とラック１１との間には大きな応力が作用し、これが両皿ばね２３，５３の付勢荷重以上になるとラックガイド２３が図３中で下方に押圧されることになる。ところが、本実施形態の場合、ラックガイド２３が下方に移動を始めると第２付勢手段内の逆止弁である鋼球４７が働き、高圧室５１に油圧反力が発生してラックガイド２３の下方への移動を阻止し、この油圧反力によりラックシャフト１３とピニオン９との相対距離の変動が抑えられる。しかし、必要以上に大きな油圧反力は第２不勢機構の破損を招くため、図４に示したように、プランジャ４１に作用する油圧反力が保護ばね５７の設定荷重を超えると、ばね２７，５３，５７が大きく撓んでラックガイド２３がプラグ２９側に移動する。移動したラックガイド２３は皿ばね２７を介してプラグ２９に係止されるため、高圧室５１内の異常な圧力上昇が抑えられて第２付勢機構３７の破損が防止される。
【００２７】
図５（図６中のＣ−Ｃ断面図）は第２実施形態に係るラック＆ピニオン式ステアリングギヤの要部拡大断面図であり、図６は図５中のＤ−Ｄ断面図である。第２実施形態もその全体構成は第１実施形態と同様であるが、第２付勢機構等が異なっている。本実施形態の場合、第２付勢機構３７は、ラックガイド２３側の凹部３１に内嵌したスリーブ３５に摺動自在に内嵌したプランジャ４１と、プランジャ４１の図中上部に摺動自在に内嵌したピストン４３とを主要構成部材としている。
【００２８】
ピストン４３にはその軸芯に作動油流通孔４５が穿設されており、図５中で作動油流通孔４５の直下部にこの作動油流通孔４５を閉鎖する逆止弁である鋼球４７が配置されると共に、ピストン４３とピストン４３の下面に当接したばねホルダ７１との間には鋼球４７を作動油流通孔４５側に押圧するコイルばね４９が介装されている。プランジャ４１とピストン４３との間の空間は高圧室５１となっており、この高圧室５１内ではプランジャ４１とばねホルダ７１との間にコイルばね７３が介装されている。
【００２９】
スリーブ３５にはプランジャ４１の嵌合部位に複数条（本実施形態では８条）の油溝７５が形成される一方、ピストン４３およびプランジャ４１の図５中上端に複数の切欠き７７，７８が形成されている。スリーブ３５の内周面とプランジャ４１の外周面との間には弾性隔壁である合成ゴム製のベローズ７９が介装・固着されており、このベローズ７９とスリーブ３５、プランジャ４１、ピストン４３により低圧室６１が画成されている。
【００３０】
一方、プラグ２９側の凹部３３にはプランジャ受座８１が配置されており、保護ばね（皿ばね）８３を介してプランジャ４１を摺動自在に保持している。図５中で、符号８５はプランジャ４１をプランジャ受座８１に係止する軸用止め輪を示している。
【００３１】
以下、第２実施形態の作用を述べる。
本実施形態のラック＆ピニオン式ステアリングギヤでは、その組立後に、皿ばね２７およびコイルばね７３に付勢されたラックガイド２３がラックガイド保持筒２１内で図５中上方に移動し、ラックシャフト１３をピニオン９に押圧する。本実施形態の場合も、ラックガイド２３による押圧力は、ラックシャフト１３が軸方向に摺動する際のフリクションが過大にならないように、適度な値（例えば、１５０〜８００Ｎ）に設定されている。
【００３２】
ラックガイド２３がラックシャフト１３側に移動すると高圧室５１の容積が増大するため、逆止弁である鋼球４７がコイルばね４９を圧縮しながら移動（図５中で下降）し、低圧室６１内の作動油が油溝７５および切欠き７７，７８を介して高圧室５１に流入する。その結果、ラックガイド２３は、通常操舵時において比較的リジッドにラックシャフト１３を保持することとなり、ピニオン９とラックシャフト１３との相対距離の変動に起因するラトル音が発生しなくなる。
【００３３】
また、ラックガイド２３は、皿ばね２７とコイルばね７３とによりラックシャフト１３側に付勢されているため、両ばね２７，７３が微少に撓むことにより、ピニオン９とラック１１との噛み合い公差（例えば、０．０２〜０．１ｍｍ）を吸収するべくラックガイド保持筒２１内を摺動する。尚、第２実施形態の場合、作動油が流出して低圧室６１の容積が減少すると、ベローズ７９が弾性変形して、低圧室６１の減圧が防止される。
【００３４】
一方、悪路走行等によりラックシャフト１３側から過大な操舵反力が入力した場合、ピニオン９とラック１１との間には大きな応力が作用し、これが皿ばね２７およびコイルばね７３の付勢荷重以上になるとラックガイド２３が図５中で下方に押圧されることになる。ところが、本実施形態の場合も、ラックガイド２３が下方に移動を始めると第２付勢手段内の逆止弁である鋼球４７が働き、高圧室５１に油圧反力が発生してラックガイド２３の下方への移動を阻止する。しかし、必要以上に大きな油圧反力は第２付勢機構の破損を招くため、プランジャ４１に作用する油圧反力が保護ばね８３の設定荷重を超えると、両ばね２７，８３が大きく撓んでラックガイド２３がプラグ２９側に移動する。移動したラックガイド２３は皿ばね２７を介してプラグ２９に係止されるため、高圧室５１内の異常な圧力上昇が抑えられて第２付勢機構３７の破損が防止される。
【００３５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記各実施形態は、本発明をマニュアル型のラック＆ピニオン式ステアリングギヤに適用したものであるが、ピニオンアシスト式やラックアシスト式等の電動パワーステアリング装置に適用してもよいし、油圧パワーステアリング装置等に適用してもよく、これらの場合にも上述した本発明による作用が得られる。また、第１付勢機構にコイルばね等を用いるようにしてよいし、第２付勢機構の具体的構成等についても、上記実施形態での例示に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、設計上あるいは仕様上の要求等により適宜変更可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るラック＆ピニオン式ステアリングギヤによれば、ステアリングシャフトに連結されたピニオンと、当該ピニオンに噛み合うラック歯を有するラックシャフトと、当該ピニオンと当該ラックシャフトとを収納するステアリングギヤケースと、当該ステアリングギヤケースに摺動自在に保持され、前記ラックシャフトを前記ピニオンに対して付勢するラックガイドとを備えたラック＆ピニオン式ステアリングギヤであって、前記ステアリングギヤケースに固着されて、前記ラックガイドの保持に供されるプラグと、前記ラックガイドと前記プラグとの間に介装され、当該ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢する第１の付勢手段と、前記ラックガイドに形成された中空部に収納され、前記ピニオンと前記ラックシャフトとの間の駆動反力に応じた付勢力をもって当該ラックガイドを前記ラックシャフトに付勢する第２の付勢手段とを備えものとしたため、比較的簡易かつ安価な構成をもって、操舵フィーリングの向上やラトル音の防止等を実現することができる。また、第２の付勢手段を保護する保護手段を備えたものにおいては、ラックシャフトから過大な駆動反力が入力しても、第２付勢機構の破損が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るラック＆ピニオン式ステアリングギヤを示した正面図である。
【図２】図１中の拡大Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図２中のＢ部拡大断面図である。
【図４】第１実施形態の作用を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るラック＆ピニオン式ステアリングギヤの要部拡大断面図である。
【図６】図５中のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
１‥‥ステアリングギヤケース
３‥‥ラック＆ピニオン機構
９‥‥ピニオン９
１１‥‥ラック
１３‥‥ラックシャフト
２１‥‥ラックガイド保持筒
２３‥‥ラックガイド
２７‥‥皿ばね（第１の付勢手段）
２９‥‥プラグ
３５‥‥スリーブ
３７‥‥第２付勢機構（第２の付勢手段）
３９‥‥ホルダ
４１‥‥プランジャ
４３‥‥ピストン
４５‥‥作動油流通孔
４７‥‥鋼球（逆止弁）
４９‥‥コイルばね
５１‥‥高圧室
５３‥‥皿ばね
５７‥‥保護ばね（保護手段）
６１‥‥低圧室
６５‥‥コイルばね
７１‥‥ばねホルダ
７３‥‥コイルばね
７５‥‥油溝
７７，７８‥‥切欠き
７９‥‥ベローズ（弾性隔壁）
８３‥‥保護ばね（保護手段）
【図１】
2004262335.tif 000003
【図２】
2004262335.tif 000004
【図３】
2004262335.tif 000005
【図４】
2004262335.tif 000006
【図５】
2004262335.tif 000007
【図６】
2004262335.tif 000008