(57)【要約】【課題】フリクションを低減させつつ、ラック軸の回転を抑止することができるステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】相互に噛み合うピニオン軸２及びラック軸１と、ラック軸１を摺動可能に支持するサポートヨーク３とを備えるステアリング装置において、ラック軸１は、ピニオン軸２との噛合い部分の反対側に、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凹円弧形状をなし、サポートヨーク３は、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が、ラック軸１の凹円弧形状と接する凸円弧形状をなす２つの部分を有し、ラック軸１における凹円弧の半径がサポートヨーク３における凸円弧の半径よりも大きい。【選択図】        図２
2005014736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、
前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備えるステアリング装置において、
前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凹円弧形状をなし、
前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凹円弧形状と接する凸円弧形状をなす２つの部分を有し、
前記ラック軸における凹円弧の半径が前記サポートヨークにおける凸円弧の半径よりも大きいことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
前記ラック軸における２つの凹円弧の中心と、前記サポートヨーク及び前記ラック軸が接合する２つの接合する部分とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心と相違することを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
【請求項３】
電動モータと、
相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、
前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備え、
前記電動モータの回転を直線運動に変換して前記ラック軸に伝達するボールねじ機構を備える電動パワーステアリング装置において、
前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凸円弧形状をなし、
前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凸円弧形状と接する凹円弧形状をなす２つの部分を有し、
前記サポートヨークにおける凹円弧の半径が前記ラック軸における凸円弧の半径よりも大きく、前記ラック軸における凸円弧の中心が前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心と相違することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック歯とピニオンとの噛合い状態を高精度で維持することができるステアリング装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今の自動車用ステアリング装置においては、ラックアシスト式のパワーステアリング装置が良く用いられている。ラックアシスト式のパワーステアリング装置では、電動モータの回転によりボールねじが回転するのに伴って、該ボールねじに螺合しているラック軸に回転変位（以下、ラックツイストという）が生じ、ラック歯とピニオンとの噛合い部分が破損するおそれがあった。したがって、ラック軸をピニオン軸側へ押し付けることによってラック軸の回転を止めるように、ラック軸の背面、すなわちラック歯とピニオンとの噛合い部分の反対側部分におけるラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状をＶ字形状とし、それに対応してラック軸を支持する側のラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状をＶ字形状としてラック軸を支持するサポートヨークを設けている。
【０００３】
しかし、ラック軸の背面における軸方向と垂直な方向の断面形状がＶ字形状である場合には、ラック軸とサポートヨークとが面接触することから、フリクションが過大となり、特に負荷が大きい。ラックツイストが生じた場合においては、ラック軸とサポートヨークとが線接触することから、この接触部分に加わる圧力が増大し、磨耗が増大する原因となるという問題点があった。
【０００４】
かかる問題点を解決するために、例えば（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、及び（特許文献４）においては、ラック軸側における略Ｖ字形状の各辺が凸円弧形状を有し、対応する部分において、ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が凹円弧形状をなす部分を２つ有するサポートヨークを回転止めとして設けているステアリング装置が開示されている。
【０００５】
このようにすることで、ラック軸とサポートヨークの接触面積が大きくなることがなく、同時にラック軸の回転を抑止する機能を損なうことのないステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８８１２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０５１０号公報
【特許文献３】
特開２００２−８７２８９号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５１１３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（特許文献１）ないし（特許文献４）に開示されている構造は、サポートヨークによる圧接摩擦力によってラック軸の回転を抑制しようとするものであり、完全にはラック軸の回転を止めることができない。したがって、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等の支障が生じるおそれがあるという問題点があった。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、フリクションを低減させつつ、ラック軸の回転を抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等の支障の発生を低減することができるステアリング装置及び電動パワーステアリング装置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】
上記目的を達成するために第１発明に係るステアリング装置は、相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備えるステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凹円弧形状をなし、前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凹円弧形状と接する凸円弧形状をなす２つの部分を有し、前記ラック軸における凹円弧の半径が前記サポートヨークにおける凸円弧の半径よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
第１発明に係るステアリング装置では、ラック軸及びサポートヨークにおける両円弧の半径が相違することによってラック軸とサポートヨークとを線接触させることができるとともに、ラック軸側における凹円弧の半径がサポートヨーク側における凸円弧の半径よりも大きいことから、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であっても、ラック軸の回転を確実に抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等を低減することが可能となる。
【００１１】
また、第２発明に係るステアリング装置は、第１発明において、前記ラック軸における２つの凹円弧の中心と、前記サポートヨーク及び前記ラック軸が接合する２つの接合する部分とをそれぞれ結んだ２つの直線の交点が、前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心と相違することを特徴とする。
【００１２】
第２発明に係るステアリング装置では、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であっても、ラック軸の回転半径が、２つの凹円弧の中心と、サポートヨークとラック軸との接合部とで定まる物理的な回転半径と相違することにより、両半径が一致している場合と異なり機構的に回転できない。なぜなら、両半径と中心間間隔とで形成される三角形が一意に定まるからである。したがって、確実にラック軸の回転を抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等を低減することが可能となる。
【００１３】
次に、上記目的を達成するために第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動モータと、相互に噛み合うピニオン軸及びラック軸と、前記ラック軸を摺動可能に支持するサポートヨークとを備え、前記電動モータの回転を直線運動に変換して前記ラック軸に伝達するボールねじ機構を備える電動パワーステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ピニオン軸との噛合い部分の反対側に、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状である部分を有し、略Ｖ字形状の各辺が凸円弧形状をなし、前記サポートヨークは、前記ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状が、前記ラック軸の凸円弧形状と接する凹円弧形状をなす２つの部分を有し、前記サポートヨークにおける凹円弧の半径が前記ラック軸における凸円弧の半径よりも大きく、前記ラック軸における凸円弧の中心が前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心と相違することを特徴とする。
【００１４】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置では、ラック軸及びサポートヨークにおける両円弧の半径が相違することによってラック軸とサポートヨークとを線接触させることができるとともに、サポートヨーク側における凹円弧の半径がラック軸側における凸円弧の半径よりも大きく、前記ラック軸における凸円弧形状の中心が前記ラック軸に回転モーメントが生じた場合の回転中心と相違することから、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であってもラック軸の回転半径がラック軸側におけると凸円弧の半径よりも長く、ラック軸の回転を機構的に抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等を低減することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るステアリング装置の概略構成を示す自動車の側面から見た側面断面図である。図１に示すように、ピニオン軸２は上下方向に配置されており、拡径された下半部にピニオン２０が一体形成され、ピニオン２０の下側及び上側に配置されている一対の玉軸受け２１、２２により、筒型のピニオンハウジングＨ２の内部に支持されている。
【００１７】
ピニオン軸２はピニオンハウジングＨ２から上側に突出しており、斯かる突出部分が、模式的に図示されているステアリングホイールＳに連結されている。
【００１８】
ピニオンハウジングＨ２の中途部分には、筒型のハウジングＨ１が自動車の左右方向に軸を有するよう横置きされており、ハウジングＨ１の内部に、ラック軸１が、ハウジングＨ１の軸方向に摺動自在に支持されている。
【００１９】
ラック軸１には、ピニオンハウジングＨ２とハウジングＨ１との交叉部においてピニオン２０と噛合うラック歯１０が形成されている。ラック軸１は、ハウジングＨ１における自動車の左右端から突出している。斯かる突出部分に、自動車の左右の車輪がそれぞれ連結されている。
【００２０】
また、ハウジングＨ１は、ハウジングＨ１と一体的に設けられた筒型のヨークハウジングＨ３を備えている。該ヨークハウジングＨ３は、ハウジングＨ１、ピニオンハウジングＨ２のそれぞれと略直交する方向であり、かつラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分と反対方向に突出するように設けられている。ヨークハウジングＨ３は、自動車の前後方向にハウジングＨ１内に連通する円形断面を有する保持孔３０を有し、該保持孔３０によって、円柱形状を有するサポートヨーク３が、自動車の前後方向に摺動可能に保持されている。
【００２１】
サポートヨーク３は、保持孔３０に挿入されており、自動車の前側に配置されている押しバネ３４の弾性力によって、ラック軸１の方向へ押圧され、ラック軸１を支持している。該押しバネ３４は、ロックナット３３により固定されている支持キャップ３２とサポートヨーク３との間に設けられている。
【００２２】
図２は本発明の実施の形態１に係るステアリング装置におけるラック軸１とピニオン軸２との噛合い部分近傍について、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。図２に示すように、サポートヨーク３は、ラック軸１をラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対方向から押圧し、該噛合い部分に予圧を付与しつつラック軸１を摺動可能に支持する。なお、予圧の調整は、ロックナット３３の締め付けにより支持キャップ３２の位置を変えることにより行うことができる。
【００２３】
ラック軸１の背面側、すなわちラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対側部分には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状であり、かつ略Ｖ字形状の２辺がそれぞれ円弧形状を有する凹面が形成されている。
【００２４】
斯かる形状に対応するように、ラック軸１を支持するサポートヨーク３の先端部には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が円弧形状である２つの凸面が、ラック軸１における凹面と接するように設けられ、ラック受けシート４が被着されている。該ラック受けシート４は、耐摩耗性に優れ、低摩擦係数を有する材質による薄膜シートで構成されており、例えばＰＴＦＥ等の合成樹脂製のコーティング膜を基材となる金属板の一面に形成した金属製のシート、又は炭素繊維強化ポリアセタノール（ＰＯＭ）等の合成樹脂製のシート等を用いる。なお、材質については、特にこれらに限定されるものではない。
【００２５】
ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径は、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径よりも大きな値を有する。このように両円弧の半径を相違させることで、ラック軸１とサポートヨーク３とを面接触ではなく、線接触させることができ、両者のフリクションを低減させることができ、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径を、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径よりも大きな値とすることにより、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であってもラック軸の回転半径を機構的に維持することができず、ラック軸１が回転することを確実に抑止することが可能となる。
【００２６】
図３に、本発明の実施の形態１に係るステアリング装置における円弧の半径の関係を示す。図３に示すように、サポートヨーク３は、押しバネ等による弾性力によりラック受けシート４を介してラック軸１の背面に押し付けられ、ラック軸１をピニオン軸２に向けて押圧する。そして、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径Ｒ１が、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径Ｒ３よりも大きいことから、ラック軸１とサポートヨーク３とは当接点Ｐにおいて線接触する。
【００２７】
加えて、ラック軸１の回転をより効果的に抑止するために、ラック軸１の背面側における２つの円弧の中心Ｏ１、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の中心Ｏ３、及びラック軸１とサポートヨーク３との当接点Ｐを結ぶ２本の直線の交点ＯＰがラック軸１の回転中心ＯＱと一致しないように配置する。
【００２８】
このようにすることで、例えばラック軸１にＯＱを中心とした図中時計回りの回転モーメントが生じた場合であっても、当接点Ｐにおいてラック軸１の背面の動きがサポートヨーク３により規制され、ラック軸１の回転半径が、２つの凹円弧の中心と、サポートヨーク３とラック軸１との接合部とで定まる物理的な回転半径と相違することにより、両半径が一致している場合と異なり機構的に回転できない。なぜなら、両半径と中心間間隔とで形成される三角形ＯＰＯＱＰが一意に定まるからである。したがって、ピニオン軸２に対してラック軸１が傾くことがなく、ラックツイストが生じることがないことから、ラック歯１０とピニオン２０の噛合いを高い精度で維持することが可能となる。ラック軸１にＯＱを中心とした図中反時計回りの回転モーメントが生じた場合についても同様の効果が期待できる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置について、図面を参照しながら説明する。図４は本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置におけるラック軸１とピニオン軸２との噛合い部分近傍について、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。図４に示すように、サポートヨーク３は、実施の形態１と同様に、ラック軸１をラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対方向から押圧し、当該噛合い部分に予圧を付与しつつラック軸１を摺動可能に支持している。
【００３０】
そして、ラック軸１の背面側、すなわちラック歯１０とピニオン２０との噛合い部分の反対側の部分には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が略Ｖ字形状であり、かつ略Ｖ字形状の２辺が円弧形状を有する凸面が形成されている。
【００３１】
斯かる形状に対応するように、ラック軸１を支持するサポートヨーク３の先端部には、ラック軸１の軸方向と垂直な方向の断面形状が円弧形状である２つの凹面が、ラック軸１における凸面と接するように設けられ、ラック受けシート４が被着されている。当該ラック受けシート４に要求される性質及び材質については、実施の形態１と同様である。
【００３２】
また、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径は、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径よりも大きな値を有する。このように円弧の半径を相違させることで、ラック軸１とサポートヨーク３とを面接触ではなく、線接触させることができ、両者のフリクションを低減させることができ、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径を、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径よりも大きな値とすることにより、ラック軸に回転モーメントが生じた場合であってもラック軸の回転半径を機構的に維持することができず、ラック軸１が回転することを確実に抑止することが可能となる。
【００３３】
図５に、本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置における円弧の半径の関係を示す。図５に示すように、サポートヨーク３は、押しバネ等による弾性力によりラック受けシート４を介してラック軸１の背面に押し付けられ、ラック軸１をピニオン軸２に向けて押圧する。そして、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の半径Ｒ３が、ラック軸１の背面側における２つの円弧の半径Ｒ１よりも大きいことから、ラック軸１とサポートヨーク３とは当接点Ｐにおいて線接触する。
【００３４】
そして、ラック軸１の回転をより効果的に抑止するために、ラック軸１の背面側における２つの円弧の中心Ｏ１、サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の中心Ｏ３、及びラック軸１とサポートヨーク３との当接点Ｐを結ぶ２本の直線の交点ＯＰがラック軸１の回転中心ＯＱと一致しないように配置する。
【００３５】
このようにすることで、例えばラック軸１にＯＱを中心とした図中時計回りの回転モーメントが生じた場合であっても、当接点Ｐにおいてラック軸１の背面の動きがサポートヨーク３により規制され、ラック軸１は回転運動を行うことができない。したがって、ピニオン軸２に対してラック軸１が傾くことがなく、ラックツイストが生じることがないことから、ラック歯１０とピニオン２０の噛合いを高い精度で維持することが可能となる。ラック軸１にＯＱを中心とした図中反時計回りの回転モーメントが生じた場合についても同様の効果が期待できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、ラック軸とサポートヨークとの当接面におけるラック軸の軸方向と垂直な方向の断面形状の円弧半径が相違することによってラック軸とサポートヨークとを線接触させることができるとともに、ラック軸の回転を確実に抑止することができ、ラックツイストによるラック歯とピニオンの噛合い抵抗の増加、又は歯面の偏磨耗等の発生を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るステアリング装置の概略構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るステアリング装置におけるラック軸とピニオン軸２との噛合い部分近傍について、ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るステアリング装置における円弧半径の関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置におけるラック軸とピニオン軸との噛合い部分近傍について、ラック軸の軸方向と垂直な方向の断面を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置における円弧半径の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ラック軸
２  ピニオン軸
３  サポートヨーク
４  ラック受けシート
１０  ラック歯
２０  ピニオン
Ｏ１  ラック軸１の背面側における２つの円弧の中心
Ｏ３  サポートヨーク３の先端部における２つの円弧の中心
ＯＰ  当接点Ｐを結ぶ２本の直線の交点
ＯＱ  ラック軸１の回転中心
Ｐ  ラック軸１とサポートヨーク３との当接点
【図１】
2005014736.tif 000003
【図２】
2005014736.tif 000004
【図３】
2005014736.tif 000005
【図４】
2005014736.tif 000006
【図５】
2005014736.tif 000007