(57)【要約】      （修正有）【課題】ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、ピニオン軸あるいはラック軸におけるスラスト荷重が負荷される部位に、軸方向のガタが小さく、かつ負荷容量の大きな転がり軸受が設けられ、ピニオンとラック歯の歯打ち音を低減して装置の振動および騒音を抑制したラック・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】ピニオン軸５の回転を、前記ピニオン軸５に形成されたピニオン８に噛合するラック７の往復動に変換して操向車輪を操作するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置３において、前記ピニオン軸５は、円すいころ軸受９によりハウジング１１に回転自在に支承されている。【選択図】図１
2013006527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、ピニオン軸の回転を、前記ピニオン軸に形成されたピニオンに噛合するラックの往復動に変換して操向車輪を操作するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、前記ピニオン軸は、円すいころ軸受によりハウジングに回転自在に支承されている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】
この発明は、車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に関するもので、特にその軸受支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと呼ぶ）は、ステアリングホイールの操舵力を電動モータでアシストするものであり、種々の形式のものがある。そのうちの一つとして、車輪の操舵機構に連結された進退自在な操舵軸に対して、ステアリングホイールからラック・ピニオン機構等の変換機構を介して軸方向移動力を与えると共に、電動モータの出力を、ボールねじを介して軸方向移動力として与えるようにしたものがある。
【０００３】
このステアリングホイールによる操舵力アシスト用のモータ回転を操舵軸の軸方向の移動に変換するために用いられているボールねじ機構において、ボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、簡単な構成で抑制するＥＰＳが知られている。このＥＰＳは、図４に示すように、操舵力アシスト用モータ１０５は、操舵軸（ラック軸）１０１を包持するラックハウジングＨ１の中途部を適長に亘って拡径して構成された円筒形のモータハウジングＨ３の内部に、このモータハウジングＨ３の内側に設けられたステータ１１１と、このステータ１１１の内側に同軸的に設けられたロータ１１２とを備える３相ブラシレスモータとして構成されている。
【０００４】
ロータ１１２は、操舵軸（ラック軸）１０１の外径より大きな内径を有する円筒体の外周に、ステータ１１１の内周に僅かな径方向すきまを介して対向する磁極１１３を保持して構成されており、左右一対の深溝玉軸受１１４、１１５により、モータハウジングＨ３の軸心回りに回転自在に支承されている。このロータ１１２は、ステータ１１１への通電に応じて正逆両方向に回転することができる。
【０００５】
操舵力アシスト用のモータ１０５は、ピニオン軸１１０を内装するピニオンハウジングＨ２の内部に配設されたトルクセンサ（図示せず）の検出信号に基き、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向に、この操舵トルクの大きさに対応する回転力を発すべく駆動制御されている。この駆動制御によりモータ１０５の一側に構成された運動変換用のボールねじ機構により、軸方向移動力に変換されて操舵軸１０１に加えられ、ラックハウジングＨ１内で操舵軸１０１の移動により生じる操舵がアシストされる。１１０ａはピニオン、１０１ａ
は操舵軸１０１に形成されたラック歯で、ピニオン１１０ａに噛合する。
【０００６】
この運動変換用のボールねじ機構は、ロータ１１２の一側端部に同軸的に圧入固定され、筒形をなすナット部材１０２ が、四点接触玉軸受１１６によりラックハウジングＨ１内に回動自在に支持されている。そして、操舵力アシスト用のモータ１０５からの伝動によって軸回りに回転し、ナット部材１０２の内周に形成された雌ねじ溝１０６と、操舵軸１０１の外周に形成された雄ねじ溝１０４とを、これらに沿って転動する複数のボール１０３を介して螺合させて構成している。
【０００７】
このボールねじ機構により、操舵トルクに応じて駆動されるモータ１０５の回転を、操舵軸１０１の軸方向の移動に変換して操舵をアシストするＥＰＳにおいて、エンジンからの振動、あるいは、走行中においては路面からの振動が車輪を介してＥＰＳに伝播される。
【０００８】
このラック・ピニオン機構を用いる形式のＥＰＳでは、ラック歯１０１ａとピニオン１１０ａの噛み合い部のバックラッシによって、運転者に与える操舵感が低下するという課題がある。また、走行時、特に操舵時に、路面反力によってラック軸１０１が撓み、振動が生じるという課題がある。こうしたラック歯１０１ａやピニオン１１０ａの加工誤差等に起因するバックラッシを抑え、操舵感低下の対策をしたものとして、図５に示すようなＥＰＳが提案されている。（特許文献１）
【０００９】
このＥＰＳは、ピニオン軸１１０を回転自在に支承する転がり軸受１１７、１１８、１１９のうち、ピニオン１１０ａの近傍部分を支持する転がり軸受１１７を、ピニオンハウジングＨ２の軸受取付面となる内径面部１２０に遊嵌させ、転がり軸受１１７とピニオンハウジングＨ２の内径面部１２０との間に、転がり軸受１１７を操舵軸１０１側に付勢する弾性部材１２１が介在されている。これにより、ピニオン軸１１０は、転がり軸受１１７と共に、弾性部材１２１によって操舵軸１０１側へ予圧が与えられ、ラック歯１０１ａとピニオン１１０ａの噛み合い部におけるバックラッシが抑えられ、良好な操舵感が得られる。また、操舵軸１０１、ピニオン軸１１０、ピニオンハウジングＨ２、転がり軸受１１７等の加工精度のバラツキ、および組立誤差（ミスアライメント）による各歯の片辺り等の噛合不具合を、弾性部材１２１による弾性支持によって吸収することができる。
【００１０】
ここで、操舵軸１０１を駆動するピニオン１１０ａに発生するギア反力は大きく、このピニオン１１０ａが設けられたピニオン軸１１０を回転自在に支承する転がり軸受１１７、１１８、１１９
は、レイアウト上の制約から規制されて軸受の負荷容量が不足している。そのため、ラジアル荷重を負荷する転がり軸受１１９には、同一断面の中で比較的大きな負荷容量を有する総ころタイプの針状ころ軸受、すなわち、内輪が省略され、ピニオン軸１１０の軸端に直接に設けられた内側転走面１１９ａと、両鍔付きシェル外輪１１９ｂと、両者間に収容された複数の針状ころ１１９ｃとからなる針状ころ軸受が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−７１９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
然しながら、この従来のＥＰＳにおいて、ピニオン軸１１０を支承する転がり軸受１１７、１１８、１１９のうち、ラジアル荷重を負荷する転がり軸受１１９には負荷容量の大きな総ころタイプの針状ころ軸受が使用できるが、一方、スラスト荷重を受ける転がり軸受１１７には、軸方向の位置決めが容易な深溝玉軸受が使用されているため、スペース的な制約からその負荷容量が依然不足している。さらに、このスラスト荷重を受ける転がり軸受１１７には、ピニオン１１０ａとラック歯１０１ａの適正な歯当りの確保、および正逆回転時に発生する歯打ち音低減のため、軸方向のガタを抑制することが求められている。
【００１３】
また、こうしたピニオン軸１１０に限らず、ナット部材１０２を回転自在に支承する四点接触玉軸受１１６、すなわち、操舵軸１０１のスラスト荷重を受ける四点接触玉軸受１１６においても同様、軸方向のガタが小さく負荷容量の大きな転がり軸受が求められている。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、ピニオン軸あるいはラック軸におけるスラスト荷重が負荷される部位に、軸方向のガタが小さく、かつ負荷容量の大きな転がり軸受が設けられ、ピニオンとラック歯の歯打ち音を低減して装置の振動および騒音を抑制したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
係る目的を達成すべく、本発明に記載の発明は、ピニオン軸の回転を、前記ピニオン軸に形成されたピニオンに噛合するラックの往復動に変換して操向車輪を操作するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、前記ピニオン軸は、円すいころ軸受によりハウジングに回転自在に支承されている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である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、ピニオン軸あるいはラック軸におけるスラスト荷重が負荷される部位に、軸方向のガタが小さく、かつ負荷容量の大きな転がり軸受が設けられ、ピニオンとラック歯の歯打ち音を低減して装置の振動および騒音を抑制したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図
【図２】支持軸受の変化によるラジアル荷重とラジアル変位の関係図
【図３】支持軸受の変化によるアキシアル荷重とアキシアル変位の関係図
【図４】従来の電動パワーステアリング装置の断面図
【図５】従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置３について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置３は、ピニオン軸５の回転を、前記ピニオン軸５に形成されたピニオン８に噛合するラック７を有する操舵軸２の往復動に変換して操向車輪を操作するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、前記ピニオン軸５は、円すいころ軸受９によりピニオンハウジング１１に回転自在に支承されている。
【００１９】
この構成により，軸方向の動き量を最小限に抑えることでピニオン軸５の軸方向の剛性を著しく強化できるため、ピニオン８とラック７の歯の適正な歯当りを確保し、正逆回転時に発生する歯打ち音を低減させる効果を有する。更に、軸受数を増やすことなく、負荷容量を増大させることが可能である。また、ピニオン軸５の組立において内外輪を別々に取り付けることが可能で、コロ落下を防止できるなど製造工程における組立が容易である。
【００２０】
ステアリング装置におけるピニオン軸について、支持軸受の変化によるピニオン軸の剛性評価を行った。従来品である深溝玉軸受により両端支持した場合と本発明考案である円すいころ軸受により両端支持した場合について、図2はラジアル荷重とラジアル変位の関係について、図3はアキシアル荷重とアキシアル変位の関係について計算・比較したものである。ただし、両軸受は内径20mm、外径42mmとした。深溝玉軸受より円すいころ軸受で支持した方が、図2のようにラジアル荷重を負荷させた際のラジアル変位を低く抑えられ、また図3のようにアキシアル荷重を負荷させた際のアキシアル変位を低く抑えられることが分かる。このため、本発明考案である円すいころ軸受によりピニオン軸を支持することで剛性が高まり、歯打ち音の低減が実現可能である。
【００２１】
また、上述の実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を外れない限り、他の実施形態にも適用出来る。
【符号の説明】
【００２２】
２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・操舵軸
３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置
５ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン軸
７ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ラック歯
８ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン
９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・円すいころ軸受
１１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオンハウジング
１０１ ・・・・・・・・・・・・・・・・操舵軸
１０１ａ ・・・・・・・・・・・・・・・ラック
１０２ ・・・・・・・・・・・・・・・・ナット部材
１０３ ・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
１０４ ・・・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ溝
１０５ ・・・・・・・・・・・・・・・・モータ
１０６ ・・・・・・・・・・・・・・・・雌ねじ溝
１１０ ・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン軸
１１０ａ ・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン
１１１ ・・・・・・・・・・・・・・・・ステータ
１１２ ・・・・・・・・・・・・・・・・ロータ
１１３ ・・・・・・・・・・・・・・・・磁極
１１４ 、１１５ ・・・・・・・・・・・・深溝玉軸受
１１６ 、１１７ 、１１８ 、１１９ ・・・転がり軸受
１１９ａ ・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面
１１９ｂ ・・・・・・・・・・・・・・・両鍔付きシェル外輪
１１９ｃ ・・・・・・・・・・・・・・・針状ころ
１２０ ・・・・・・・・・・・・・・・・内径面部
１２１ ・・・・・・・・・・・・・・・・弾性部材
Ｈ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・ラックハウジング
Ｈ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオンハウジング
Ｈ３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・モータハウジング
【図１】
2013006527.tif 000003
【図２】
2013006527.tif 000004
【図３】
2013006527.tif 000005
【図４】
2013006527.tif 000006
【図５】
2013006527.tif 000007