(57)【要約】【課題】  耐摩耗性が高く、ピニオン歯とラック歯との噛合状態を適正に維持できるラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置を提供する。【解決手段】  ピニオンハウジング１３の筒状部１３ａに摺動自在に収容されたラックガイド２０は、コイルバネ２１により噛合方向に向けて押圧され、ピニオン歯１１ａとラック歯１２ａとの噛合状態が適正に維持される。ラックガイド２０のラック軸１２に摺動接触する円弧状面２０ａと、ラックガイド２０のピニオンハウジングの筒状部１３ａと摺動接触するラックガイドの外周面２０ｄには、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜が形成される。ＤＬＣ被膜の形成によりラックガイドとラック軸との摺動接触面、ラックガイドとピニオンハウジングとの摺動接触面の摩擦係数を下げて耐摩耗性を高め、ラトル音の発生を抑えることができる。【選択図】        図２
2007176242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行装置に連結されるラック軸と、ステアリングホイールに連結されるピニオン軸と、前記ラック軸のラック歯とピニオン軸のピニオン歯との噛合部をラック背面から押圧する滑り式ラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置において、
前記ラックガイドは、少なくとも前記ラック軸と摺動接触する摺動接触面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜が形成されていること
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】
前記ラックガイドは、前記ラックガイドを保持するピニオンハウジングと摺動接触する摺動接触面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜が形成されていること
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】
前記ラックガイド及び前記ラックガイドを保持するハウジングは、共にアルミニウム合金で構成されていること
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】
この発明は、車両用のラック・ピニオン式ステアリング装置に関するもので、特にそのラックガイドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のステアリング装置として、ピニオンの回転をラックに伝達するラック・ピニオン式ステアリング装置が広く使用されている。このようなラック・ピニオン式ステアリング装置では、ピニオン軸からラック軸に回転力が伝達されるが、ラック歯には圧力角を設けているため、ラック背面方向に分力が発生し、ラック歯がピニオン歯から離脱しようとするので、ピニオン歯とラック歯とは適正に噛み合わなくなってしまう。
【０００３】
このため、ラック歯とピニオン歯とが噛合する付近には、ラック軸の背面にラックガイドが配置され、ラック軸をピニオン軸に向けて押圧してラック歯とピニオン歯との噛合状態を適正に保つように構成されている（特許文献１参照）。
【０００４】
ラック・ピニオン式ステアリング装置においては、ピニオン軸の振れやラック歯の高さには製造誤差によるバラツキのためにラック軸とピニオン軸との軸芯間距離が変動しても、ラック歯とピニオン歯との噛合状態を適正に保つため、ラックガイドは適度な押圧力を保持しつつ、変動を吸収する必要がある。
【０００５】
図４は、従来の滑り式ラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する断面図、図５はそのラック軸とラックガイドとの摺動接触面の構成を説明する断面図である。
【０００６】
図４において、１０１はピニオンハウジング、１０２はステアリングシャフトに連結されるピニオン軸で、ピニオン軸１０２はボールベアリング１０４及びニードルベアリング１０５でピニオンハウジング１０１に回転自在に支持されている。なお、符号１０４ａはボールベアリング１０４をピニオンハウジング１０１に固定する固定部材を示す。
【０００７】
ピニオン軸１０２に一体に形成されたピニオン歯１０２ａは、ラック軸１０３のラック歯１０３ａと噛合している。ピニオンハウジング１０１には、後述するラックガイド１１０が挿入される筒状部１０１ａが形成されており、筒状部１０１ａの開口部付近には、後述する調整ねじ部材であるアジャストスクリュー１１５をねじ込み、押込量を調整するためのねじ溝が形成されている。
【０００８】
ラックガイド１１０は、全体が略円柱状の部材で、その一方の端面は、ラック軸１０３のラック歯１０３ａの形成面とは反対側（背面側）の円筒面（又は円柱面）に摺動接触する円弧状面１１０ａに形成され、他方の端面はコイルバネ１１３の受け面１１０ｂに形成されている。ラックガイド１１０のラック軸の背面に摺動接触する円弧状面１１０ａには、低摩擦樹脂材料からなる部材１１０ｄが貼着されている。
【０００９】
以上の構成において、ラックガイド１１０をピニオンハウジング１０１の筒状部１０１ａに挿入し、ラックガイド１１０の円弧状面１１０ａをラック軸１０３の背面側の円筒面に摺動接触させ、筒状部１０１ａの端部からコイルバネ１１３を介在させてアジャストスクリュー１１５をねじ込み、押圧量を調整してコイルバネ１１３の圧縮量を調整する。圧縮量の調整後は、ロックナット１１９によりアジャストスクリュー１１５を固定する。
【００１０】
この構成によれば、ラックガイド１１０はコイルバネ１１３を介してラック軸１０３を押圧するから、押圧力を維持しつつ、ラックガイド１１０はアジャストスクリュー１１５との隙間分だけ変位可能であり、ラック軸とピニオン軸との軸芯間距離の変動を吸収することができる。以下の説明では、ラックガイドとアジャストスクリューとの隙間をラックガイド可動量と呼ぶ。
【００１１】
また、ラック歯は圧力角が存在するため、ラックとピニオンとの噛合時にラック軸と垂直な方向、即ちラックガイドの方向に力が発生する。以下の説明では、この力をラック離反力と呼ぶ。このラック離反力によりラックガイドとラック軸の摺動接触面には、（ラック離反力）×（摩擦係数）の大きさの抵抗力が発生するが、この抵抗力はステアリング装置の効率を低下させるので、できるだけ小さくする必要がある。このため、従来は図５に示すように、ラックガイド側の摺動接触面に、低摩擦樹脂材料からなる部材１１０ｄを貼着その他の手段で配置して接触摩擦を低減して抵抗力を小さくし、ステアリング装置の効率の低下を防いでいる特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−０２９４２８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記したようにラックガイド側の摺動接触面に低摩擦樹脂材料からなる部材を配置するときは、ラック軸との摺動によって摩耗し、その分だけラックガイドとアジャストスクリューとの隙間が大きくなり、ラックガイド可動量が大きくなるという不都合が発生する。
【００１３】
ラックガイド可動量が大きくなるとラトル音の発生につながるため、ラックガイド可動量の増加は避けなければならない。また、ラックガイドに、（ラック離反力）×（摩擦係数）の大きさの抵抗力が発生するということは、図４において、紙面に垂直な方向の力が発生することになるから、この力によってラックガイドは、ピニオンハウジングの内面に押し付けられることになる。
【００１４】
従って、ラックガイドは、ピニオンハウジングの内面に押し付けられながら繰り返し摺動することになるから、ラックガイドの外周面及びピニオンハウジングの内周面が偏摩耗することになる。ラックガイドの外周面及びピニオンハウジングの内周面の摺動部位に偏摩耗が発生して進行すると引掛りが発生するから、ラックガイドが繰り返し摺動するときに引掛りに衝突し、また、引掛りから外れる際に振動し、これが原因でラトル音が発生するという不都合が生じる。
【００１５】
特に、前記ラックガイド及び前記ラックガイドを保持するピニオンハウジングが、共にアルミニウム合金で構成されているときは、両者は所謂「ともがね」の状態にあるから、凝着摩耗を引き起こして、引掛りが多発し、ラトル音が発生しやすくなる。
【００１６】
そこで、この発明は、ラック軸とラックガイドとの間の摺動抵抗を抑えつつ、ラックガイドの摺動接触面の摩耗を抑え、余分なラックガイド可動量の増加をなくし、さらに、ラックガイドの外周面及びピニオンハウジングの内周面との摩擦を低下させて偏摩耗を抑え、ラックガイドとピニオンハウジングとの間の引掛りをなくし、ラトル音の発生を抑えたラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、走行装置に連結されるラック軸と、ステアリングホイールに連結されるピニオン軸と、前記ラック軸のラック歯とピニオン軸のピニオン歯との噛合部をラック背面から押圧する滑り式ラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置において、前記ラックガイドは、少なくとも前記ラック軸と摺動接触する摺動接触面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜が形成されてい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である。
【００１８】
そして、前記ラックガイドは前記ラックガイドを保持するピニオンハウジングと摺動接触する摺動接触面にもＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜を形成するとよい。
【００１９】
そして、前記ラックガイド及び前記ラックガイドを保持するピニオンハウジングとは、共にアルミニウム合金で構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係るラック・ピニオン式ステアリング装置の滑り式ラックガイドは、少なくともラック軸と摺動接触する摺動接触面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜が形成されているから、ラックガイドとラック軸との摺動接触面の摩擦係数を下げつつ、ラックガイドの摩耗を抑え、余分なラックガイド可動量の増加を無くし、ラトル音の発生を抑えることができる。
【００２１】
また、ラックガイドは、ラックガイドを保持するピニオンハウジングと摺動接触する摺動接触面にもＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜を形成するときは、ラックガイドの外周面とピニオンハウジングとの摺動を円滑にして偏摩耗を防ぎ、引掛りの発生を無くすことができるほか、ラックガイドとピニオンハウジングとを共にアルミニウム合金で構成した場合、所謂「ともがね」の状態を防いで凝着摩耗を防ぐことができ、ラトル音の発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態のラック・ピニオン式ステアリング装置１０の全体構成を一部断面で示した正面図、図２は、そのラック軸とピニオンとの噛合部分の構成を説明する断面図、図３は、そのラック軸とラックガイドとの摺動接触面の構成を説明する断面図である。
【００２４】
図１に示すラック・ピニオン式ステアリング装置１０の全体構成において、１１はピニオン軸、１２はラック軸、１２ａはラック軸１２に形成されたラック歯を示す。図示されていないが、ピニオン軸１１の先端にはピニオン歯（１１ａ）が形成され、ラック軸１２のラック歯１２ａと噛合している。１３はその噛合部分を覆うピニオンハウジング、１４はラック軸ハウジングを示す。
【００２５】
ラック軸１２の端部は左右対称に構成されており、ラック軸１２の端部にはボールジョイント１５を介してタイロッド１６が結合され、ボールジョイント１５の端面には緩衝部材１９が当接配置されている。
【００２６】
図２に示すラック軸とピニオンとの噛合部分の構成において、１１はステアリングシャフトに連結されるピニオン軸で、ピニオン軸１１はボールベアリング１７及びニードルベアリング１８によりピニオンハウジング１３に回転自在に支持されている。なお、符号１７ａはボールベアリング１７をピニオンハウジング１３に固定する固定部材を示す。
【００２７】
ピニオン軸１１にはピニオン歯１１ａが一体に形成され、ラック軸１２のラック歯１２ａと噛合している。ピニオンハウジング１３には、後述するラックガイド２０を収容する筒状部１３ａが一体に形成されている。筒状部１３ａの開口部付近には、後述する調整ねじ部材であるアジャストスクリュー２２をねじ込み、押込量を調整するためのねじ溝が形成されている。
【００２８】
ラックガイド２０は、全体が略円柱状の部材であり、その一方の端面がラック軸１２のラック歯１２ａの形成面とは反対側（背面側）の円筒面（又は円柱面）に摺動接触する円弧状面２０ａに形成され、他方の端面はコイルバネ２１の受け面２０ｂに形成されている。ラックガイド２０のラック軸の背面に摺動接触する円弧状面２０ａには、後述するＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜が形成されている。これについては、後で詳細に説明する。
【００２９】
以上の構成において、ラックガイド２０をピニオンハウジング１３の筒状部１３ａに挿入し、ラックガイド２０の円弧状面２０ａをラック軸１２の背面側の円筒面に摺動接触させ、筒状部１３ａの端部からコイルバネ２１を介在させてアジャストスクリュー２２をねじ込み、押圧量を調整してコイルバネ２１の圧縮量を調整する。圧縮量の調整後は、ロックナット２３によりアジャストスクリュー２２を固定する。
【００３０】
図３を参照して、ラック軸とラックガイドとの摺動接触面の構成を説明する。ラックガイド２０の一方の端面であるラック軸１２の背面側の円筒面に摺動接触する摺動接触面である円弧状面２０ａと、ラックガイド２０がピニオンハウジングの筒状部１３ａに摺動自在に装着されたとき、ラックガイド２０の摺動接触面である外周面２０ｄには、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜が形成される。
【００３１】
ＤＬＣ被膜を形成することにより、ラックガイドとラック軸との摺動接触面、ラックガイドとピニオンハウジングとの摺動接触面の摩擦係数を下げつつ、ラックガイドの摩耗を抑えることができ、余分なラックガイド可動量の増加をなくし、さらにラックガイドの外周面及びピニオンハウジングの内周面との摩擦を低下させて偏摩耗を抑え、ラックガイドとピニオンハウジングとの間の引掛りがなくなるので、ラトル音の発生を抑えることができる。
【００３２】
また、ラックガイドとピニオンハウジングとが、共にアルミ合金で構成されている場合は、ラックガイドにＤＬＣ被膜を形成することで、所謂「ともがね」の状態を回避することができ、凝着摩耗の進行によって発生する引掛りがなくなる。
【００３３】
また、ラックガイドとピニオンハウジングとが、共にアルミ合金で構成されている場合は熱膨張率が同じであるので、ラックガイドとピニオンハウジングとの間のクリアランスを小さく取ることができ、ラックガイドの横方向の動き（ガタ）を小さく抑えることができ、この面でもラトル音の発生を抑えることができる。
【００３４】
ＤＬＣ被膜とその形成方法について説明する。
【００３５】
機械部品、例えば、ボールベアリングの軌道面や転動体の表面に金属と炭素からなるＤＬＣ被膜を形成して接触応力を緩和させ、転がり抵抗を軽減する技術が知られている。
【００３６】
ＤＬＣ被膜は、ＰＶＤ法（物理気相成長法）、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法などにより機械部品の表面に形成される被膜で、硬度が高く、耐摩耗性に優れている。
【００３７】
ＣＶＤ法（化学気相成長法）で被膜を形成するときは、例えばＣＨ4 などの炭素源にＨ2 を混合した混合ガスに、必要に応じて適量の不活性ガスを加え、これを１〜１０-3トール程度の圧力で、２００〜１１００℃程度に加熱された対象部品に接触させる。これにより、対象とする機械部品の表面の炭素にＤＬＣ被膜が結合するが、ＤＬＣ被膜を構成する炭素と対象部品の炭素との結合力が強く、また炭素原子相互の結合力も強いため、ＤＬＣ被膜は耐摩耗性が著しく高く、また、硬度も著しく高いので損傷が発生しにくい。
【００３８】
ＤＬＣ被膜の形成では、厚さは０．１〜５μｍ、表面粗さは０．００５μｍ、硬度は、押込み荷重９８ｍＮで行ったときのビッカース硬度Ｈｖ２０００以上に管理されるのがよい。
【００３９】
対象とする機械部品、即ち母材に炭素が含まれているとき、例えば母材が鉄であれば含まれている炭素に直接ＤＬＣ被膜が結合するが、母材がアルミ合金のような場合は金属中間層が形成され、金属中間層と炭素とからなる傾斜層を介してＤＬＣ被膜が結合する。金属中間層としては、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｆｅなどが挙げられる。
【００４０】
本願発明では、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により被膜を形成した。その工程は（１）アルゴンプラズマにより対象母材であるラックガイドをクリーニング、（２）対象母材に金属中間層としてのＣｒ層を形成、（３）アセチレンガス雰囲気中でラックガイドを加熱して接触させてＤＬＣ被膜の形成、の順によった。
【００４１】
ラックガイドとピニオンハウジングとが共にアルミ合金で製作される場合は、金属中間層にはアルミ合金との密着性のよいＣｒなどの材料が選択されるが、密着性のよい材料であれば特に限定されない。ラックガイドとピニオンハウジングとが共にアルミ合金で製作される場合は、アルミ合金の線膨張率とラックガイドの温度上昇から発生する母材であるアルミ合金とＤＬＣ被膜の応力が緩和されるものが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
ピニオン歯とラック歯との噛合状態を維持するラックガイドとラック軸との摺動接触面、ラックガイドとピニオンハウジングとの摺動接触面にＤＬＣ被膜を形成することにより摺動接触面の摩擦係数を下げつつ、ラックガイドの摩耗を抑え、余分なラックガイド可動量の増加をなくし、ラトル音の発生を抑えたラック・ピニオン式ステアリング装置である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態のラック・ピニオン式ステアリング装置の全体構成を示す一部断面を示す正面図。
【図２】図１に示すラック・ピニオン式ステアリング装置のラック軸とピニオンとの噛合部分の構成を説明する断面図。
【図３】図１に示すラック・ピニオン式ステアリング装置のラック軸とラックガイドとの摺動接触面の構成を説明する断面図。
【図４】従来の滑り式ラックガイドを備えたラック・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する断面図。
【図５】図４に示す構成のラック軸とラックガイドとの摺動接触面の構成を説明する断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ラック・ピニオン式ステアリング装置
１１  ピニオン軸
１１ａ  ピニオン歯
１２  ラック軸
１２ａ  ラック歯
１３  ピニオンハウジング
１３ａ  筒状部
１４  ラック軸ハウジング
１５  ボールジョイント
１６  タイロッド
１７  ボールベアリング
１８  ニードルベアリング
１９  緩衝部材
２０  ラックガイド
２０ａ  円弧状面（ＤＬＣ被膜形成面）
２０ｂ  コイルバネの受け面
２０ｄ  ラックガイドの外周面（ＤＬＣ被膜形成面）
２１  コイルバネ
２２  アジャストスクリュー
２３  ロックナット
【図１】
2007176242.tif 000003
【図２】
2007176242.tif 000004
【図３】
2007176242.tif 000005
【図４】
2007176242.tif 000006
【図５】
2007176242.tif 000007