(57)【要約】【課題】ピニオン軸ところ軸受との間における衝突音を低減するピニオン軸構造体及びステアリング装置を提供する。【解決手段】ラック軸１１０のラック歯１１１に噛合するピニオン歯１１が形成されたピニオン軸１０と、ピニオン軸１０においてピニオン歯１１よりも軸方向中心側を回転自在で支持する玉軸受２０と、ピニオン軸１０においてピニオン歯１１よりも軸方向外側である先端部１２を回転自在に支持するころ軸受３０と、軸方向においてころ軸受３０と縦列で配置されると共に、先端部１２を回転自在に支持し、弾性変形可能である第１ブッシュ４１と、を備え、先端部１２は、第１ブッシュ４１を弾性変形させた後、ころ軸受３０に衝突する。【選択図】図２
2016112959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック軸のラック歯に噛合するピニオン歯が形成されたピニオン軸と、
前記ピニオン軸において前記ピニオン歯よりも軸方向中心側を回転自在で支持する中心側軸受と、
前記ピニオン軸において前記ピニオン歯よりも軸方向外側である先端部を回転自在に支持するころ軸受と、
軸方向において前記ころ軸受と縦列で配置されると共に、前記先端部を回転自在に支持し、弾性変形可能であるブッシュと、
を備え、
前記先端部は、前記ブッシュを弾性変形させた後、前記ころ軸受に衝突する
ことを特徴とするピニオン軸構造体。
【請求項２】
前記ブッシュ及び前記ピニオン軸の間の第１隙間は、前記ころ軸受及び前記ピニオン軸の間の第２隙間よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載のピニオン軸構造体。
【請求項３】
前記ブッシュは、前記ころ軸受の少なくとも軸方向外側に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピニオン軸構造体。
【請求項４】
前記ブッシュは、前記ころ軸受の軸方向両側にそれぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピニオン軸構造体。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のピニオン軸構造体と、
前記ピニオン歯に噛合するラック歯を有すると共に、車幅方向に移動することで転舵輪を転舵するラック軸と、
を備える
ことを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピニオン軸構造体及びステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリング装置として、ラックアンドピニオン式のものが知られている。ラックアンドピニオン式のステアリング装置は、ピニオン歯が形成され略上下方向に延びるピニオン軸と、ピニオン歯に噛合するラック軸と、ラック軸をガイドしつつピニオン軸に向けて付勢しバックラッシュを低減するラックガイドと、を備えている（特許文献１参照）。ピニオン軸は、ピニオン歯の上側（軸方向中心側）を支持する玉軸受（ボールベアリング、中心側軸受）と、ピニオン歯の下側（軸方向外側）を支持するころ軸受（ニードル軸受）とで回転自在に支持されている。
【０００３】
なお、ラック軸のラック歯は通常後向きであり、ラック軸はピニオン軸の前側に配置される。また、ころ軸受とピニオン軸との嵌め合いは、組み付け容易としつつ摩耗量を低減するため一般的に隙間嵌めとされる。すなわち、ころ軸受とピニオン軸との間に僅かな隙間が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−１２３１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ピニオン歯及びラック歯で噛合しているため、例えば、ピニオン軸の回転開始時、ピニオン軸及びラック軸には相互に離間する反力が作用し、ピニオン軸及びラック軸は相互に遠ざかろうとする。そうすると、ピニオン軸は、ラック軸から遠ざかる側（例えば後側）に撓む。また、前輪が縁石等に衝突し、ラック軸に後向きの外力が入力されると、ピニオン軸が後側に撓む、
【０００６】
そして、このようにピニオン軸が撓むと、ピニオン軸がころ軸受に衝突する。このように、金属製のピニオン軸が金属製のころ軸受に衝突すると、金属部材同士の衝突音が発生する虞がある。また、ころ軸受内の隙間でピニオン軸が振動し、金属部材同士の衝突音が発生する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、ピニオン軸ところ軸受との間における衝突音を低減するピニオン軸構造体及びステアリング装置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】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ラック軸のラック歯に噛合するピニオン歯が形成されたピニオン軸と、前記ピニオン軸において前記ピニオン歯よりも軸方向中心側を回転自在で支持する中心側軸受と、前記ピニオン軸において前記ピニオン歯よりも軸方向外側である先端部を回転自在に支持するころ軸受と、軸方向において前記ころ軸受と縦列で配置されると共に、前記先端部を回転自在に支持し、弾性変形可能であるブッシュと、を備え、前記先端部は、前記ブッシュを弾性変形させた後、前記ころ軸受に衝突することを特徴とするピニオン軸構造体である。
【０００９】
このような構成によれば、ピニオン軸の先端部が撓むと、先端部がブッシュに衝突しブッシュを弾性変形させる。このようにブッシュが弾性変形するので、先端部がブッシュに衝突する際の衝突音が低減されつつ、先端部の衝突速度が低下する。
【００１０】
そして、このように速度低下した先端部が、ころ軸受に衝突する。これにより、先端部がころ軸受に衝突する際の衝突音が低減される。
【００１１】
また、前記ブッシュ及び前記ピニオン軸の間の第１隙間は、前記ころ軸受及び前記ピニオン軸の間の第２隙間よりも小さい構成としてもよい。
【００１２】
また、前記ブッシュは、前記ころ軸受の少なくとも軸方向外側に配置されている構成としてもよい。
【００１３】
また、前記ブッシュは、前記ころ軸受の軸方向両側にそれぞれ配置されている構成としてもよい。
【００１４】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、前記ピニオン歯に噛合するラック歯を有すると共に、車幅方向に移動することで転舵輪を転舵するラック軸と、を備えることを特徴とするステアリング装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ピニオン軸ところ軸受との間における衝突音を低減するピニオン軸構造体及びステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るステアリング装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係るステアリング装置の縦断面図である。
【図３】図２のＡ１部分の拡大図である。
【図４】第１実施形態に係るピニオン軸、ころ軸受、ブッシュの位置関係を示す模式図である。
【図５】第２実施形態に係るピニオン軸、ころ軸受、ブッシュの位置関係を示す模式図である。
【図６】第３実施形態に係るピニオン軸、ころ軸受、ブッシュの位置関係を示す模式図である。
【図７】第４実施形態に係るステアリング装置の構成図である。
【図８】第４実施形態に係るステアリング装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００１８】
≪ステアリング装置の構成≫
第１実施形態に係るステアリング装置１（転舵装置）は、四輪車（車両）に搭載されており、前輪３０１（転舵輪）を転舵する装置である。なお、三輪車、二輪車等のその他の車両に搭載された構成でもよい。また、ステアリング装置１は、アシスト力（補助力）を発生する電動モータ等のアシスト力発生源を備える電動パワーステアリング装置でなく、運転者の操作力のみで転舵されるマニュアル式のステアリング装置である。
【００１９】
ステアリング装置１は、運転者が操作するステアリングホイール２１１と、ステアリングホイール２１１と一体で回転するステアリング軸２１２（コラム軸）と、ステアリング軸２１２に自在継手２１３を介して連結されたピニオン軸１０と、車幅方向（左右方向）に延びるラック軸１１０と、を備えている。また、ステアリング装置１は、ピニオン軸１０を回転自在で支持する玉軸受２０（中心側軸受）、ころ軸受３０及び第１ブッシュ４１と、ラック軸１１０をピニオン軸１０に向けて押圧するラックガイド１３１と、これらを収容するハウジング１４０を備えている。そして、ピニオン軸構造体２は、ピニオン軸１０と、玉軸受２０と、ころ軸受３０と、第１ブッシュ４１と、を備えて構成されている。
【００２０】
＜ラック軸＞
ラック軸１１０は、車幅方向に延びる筒状のハウジング（図示しない）にブッシュ（図示しない）を介して車幅方向に往復自在で収容されている。ラック軸１１０には、後記するピニオン歯１１に噛合するラック歯１１１が形成されている。
【００２１】
ラック軸１１０の左端、右端は、タイロッド１２１を介して、前輪３０１を回転自在で支持するナックル（図示しない）に連結されている。そして、ステアリングホイール２１１が操作されると、ステアリング軸２１２、ピニオン軸１０が一体で回転し、ラック軸１１０が車幅方向において移動し、前輪３０１が転舵されるようになっている。
【００２２】
ラック軸１１０はピニオン軸１０の前側に配置されている。そして、前輪３０１が縁石に乗り上げた等によって、前輪３０１からラック軸１１０に後向きの外力が入力されると、ラック軸１１０がピニオン軸１０に押し付けられ、ピニオン軸１０のピニオン歯１１及び先端部１２が、ころ軸受３０を支点として若干後側に撓むようになっている。
【００２３】
＜ラックガイド＞
ラックガイド１３１は、ラック軸１１０を車幅方向においてガイドする外形円柱状の部材であり、ラックガイド１３１の後側には、ラック軸１１０の前側外形に対応したガイド溝１３２が形成されている。ガイド溝１３２は、断面視で略１／２円形を呈しており、車幅方向延びている。ガイド溝１３２の内面には、ラック軸１１０との摩擦抵抗を小さくするための断面視で略１／２円筒状の樹脂層１３３が形成されている
【００２４】
ラックガイド１３１は、このようにラック軸１１０をガイドしつつ、ラック軸１１０をピニオン軸１０に向けて押し付け、ラック歯１１１及びピニオン歯１１の間におけるバックラッシュを防止する機能も備えている。ラックガイド１３１は、ハウジング１４０に形成され前後方向に延びる挿通孔１４１に挿通され、前後方向にスライド自在に配置されている。そして、前後方向において、ラックガイド１３１とキャップ１３４との間に圧縮コイルばね１３５が縮設されており、圧縮コイルばね１３５はラックガイド１３１を介してラック軸１１０をピニオン軸１０に向けて付勢している。
【００２５】
なお、キャップ１３４はハウジング１４０に螺合している。また、ラックガイド１３１と挿通孔１４１との間には、前後方向において２段でＯリング１３６、１３６が介装されている。
【００２６】
＜ピニオン軸＞
ピニオン軸１０は、略上下方向に延びる棒状の部材である。ピニオン軸１０の下部には、ラック歯１１１に噛合するピニオン歯１１が形成されている。ピニオン軸１０は、ピニオン歯１１よりも下端側（軸方向外側、先端側）に、ころ軸受３０に支持される円柱状の先端部１２を備えている。なお、ピニオン軸１０は、ピニオン歯１１の上側（軸方向中心側）に、玉軸受２０に回転自在に支持される基部１３を備えている。
【００２７】
＜玉軸受＞
玉軸受２０は、ピニオン軸１０の基部１３をハウジング１４０に対して回転自在に支持する軸受である。すなわち、玉軸受２０は、ピニオン軸１０においてピニオン歯１１よりも軸方向中心側を回転自在で支持する中心側軸受である。
【００２８】
玉軸受２０は、基部１３に外嵌する内輪２１と、ハウジング１４０に内嵌する外輪２２と、内輪２１及び外輪２２の間を転動する複数のボール２３（転動子）と、を備えている。玉軸受２０は、例えば、４つのボール２３を備える４点接触型で構成されている。そして、外輪２２の上端面にロックナット２４が当接しており、玉軸受２０がハウジング１４０から脱落しないようになっている。なお、ロックナット２４は、ハウジング１４０の内周面に螺合している。
【００２９】
このように転動子が球形のボール２３であるので、ピニオン軸１０はボール２３が節となって撓み易くなっている。ただし、基部１３を支持する軸受は、その他の種類でもよい。
【００３０】
玉軸受２０の上方にオイルシール５１が設けられている。オイルシール５１は、ピニオン軸１０及びハウジング１４０の間に形成された環状隙間をシールする部材である。
【００３１】
＜ころ軸受＞
ころ軸受３０は、ピニオン軸１０の先端部１２を回転自在で支持する軸受である。すなわち、ころ軸受３０は、ピニオン軸１０においてピニオン歯１１よりも軸方向外側である先端部１２を回転自在に支持する軸受である。
【００３２】
ころ軸受３０は、ハウジング１４０に内嵌した円筒状のケース３１と、ケース３１及び先端部１２の間を転動し針状を呈する複数のころ３２（ニードル）と、を備えている。ケース３１の上端部３１ａ及び下端部３１ｂは径方向内側に折れ曲がっている。これにより、ころ３２がケース３１から脱落しないようになっている。なお、組み付け性を高めると共に、ころ３２の摩耗量を低減するため、ころ軸受３０はピニオン軸１０に隙間嵌めされており、ころ軸受３０及びピニオン軸１０の間に隙間が形成されている。
【００３３】
＜第１ブッシュ＞
第１ブッシュ４１は、ころ軸受３０よりも先端側（下端側、軸方向外側）の先端部１２を回転自在で支持する軸受である。すなわち、第１ブッシュ４１は、上下方向において、ころ軸受３０と縦列（直列）で配置されている。つまり、第１ブッシュ４１は、ピニオン軸１０が撓む場合において支点となる玉軸受２０を基準として、ころ軸受３０よりも遠ざかる先端側（軸方向外側）に配置されている。したがって、ピニオン軸１０の先端部１２が玉軸受２０を支点として後方に撓んだ場合、先端部１２は第１ブッシュ４１に衝突した後、ころ軸受３０に衝突するようになっている。
【００３４】
また、第１ブッシュ４１は、ピニオン軸１０が後退し衝突した場合に弾性変形可能な材料（合成樹脂、ゴム等）で形成されている。すなわち、第１ブッシュ４１が弾性変形することで、先端部１２の衝突音が緩和されるようになっている。
【００３５】
＜ピニオン軸−第１ブッシュ、ころ軸受の隙間＞
径方向において、第１ブッシュ４１及びピニオン軸１０の間に形成される第１隙間Ｇ１は、ころ軸受３０及びピニオン軸１０の間に形成される第２隙間Ｇ２よりも小さい（Ｇ１＜Ｇ２、図４参照）。これにより、ピニオン軸１０の先端部１２が玉軸受２０を支点として後方に撓んだ場合、先端部１２は第１ブッシュ４１に衝突した後、ころ軸受３０に衝突するようになっている。
【００３６】
≪ステアリング装置の動作・効果≫
ステアリング装置１の動作・効果を説明する。
ピニオン軸１０の回転開始時、ピニオン軸１０及びラック軸１１０は、その反力によって前後方向において遠ざかろうとする。そうすると、ピニオン軸１０のピニオン歯１１及び先端部１２は、玉軸受２０を支点として、後側に撓み湾曲状に変形しようとする。また、前進する車両が例えば縁石を乗り上げると、縁石から前輪３０１、ラック軸１１０に後向きの衝突力が作用し、ラック軸１１０がピニオン軸１０を後向きに押圧する。そうすると、ピニオン軸１０において、ピニオン歯１１及び先端部１２が、玉軸受２０を支点として後側に撓み湾曲状に変形する。
【００３７】
次いで、先端部１２が、第１ブッシュ４１の内周面に衝突する。なお、先端部１２はころ軸受３０に未衝突である。そうすると、樹脂製の第１ブッシュ４１が弾性変形し、衝突音が低減されつつ、先端部１２の衝突速度（撓み速度、変形速度）が低下する。
【００３８】
その後、ピニオン軸１０がさらに撓むと、ピニオン歯１１及び先端部１２が、さらに後側に撓み、ころ軸受３０の内周面、つまり、ころ３２に衝突する。この場合において、先端部１２の衝突速度は低下しているので、先端部１２がころ軸受３０に衝突した際に大きな衝突音が発生することはない。
【００３９】
≪変形例≫
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。
【００４０】
前記した実施形態では、本発明がアシスト力を発生する電動式のモータを備えないマニュアル式のステアリング装置に適用された構成を例示したが、その他に例えば、アシスト力を発生する電動式のパワーステアリング装置に適用された構成でもよい。この場合において、アシスト力の入力位置は、コラム軸、ピニオン軸及びラック軸のいずれでもよい。また、ステアバイワイヤ式のステアリング装置に適用された構成でもよい。
【００４１】
前記した実施形態では、第１ブッシュ４１が樹脂製である構成を例示したが、弾性変形可能であれば、その他の構成でもよい。例えば、ブッシュは、樹脂製の外筒体と、樹脂製の内筒体と、外筒体及び内筒体の間に配置されたゴム製の円筒体と、を備える構成でもよい。
【００４２】
≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。
第２実施形態に係るステアリング装置１（ピニオン軸構造体２）では、上下方向（軸方向）において、第１ブッシュ４１は、ころ軸受３０よりも上側（軸方向中心側）に配置されている。なお、第１ブッシュ４１とピニオン軸１０との間の第１隙間Ｇ１は、ころ軸受３０とピニオン軸１０との第２隙間Ｇ２よりも小さく構成されている（Ｇ１＜Ｇ２）。
【００４３】
そして、ピニオン歯１１及び先端部１２が後側に撓む場合、先端部１２が、第１ブッシュ４１に衝突し第１ブッシュ４１を弾性変形させた後、ころ軸受３０に衝突するように構成されている。
【００４４】
このように、第１ブッシュ４１が、ころ軸受３０の上側（軸方向中心側）に配置される構成であるので、先端部１２をころ軸受３０の下側に延長する必要はない。
【００４５】
≪第３実施形態≫
本発明の第３実施形態について図６を参照して説明する。
【００４６】
第３実施形態に係るステアリング装置１（ピニオン軸構造体２）では、上下方向（軸方向）において、ころ軸受３０の両側にブッシュ（第１ブッシュ４１、第２ブッシュ４２）がそれぞれ配置されている。すなわち、第１ブッシュ４１はころ軸受３０の下側に、第２ブッシュ４２はころ軸受３０の上側に配置されている。
【００４７】
第１ブッシュ４１とピニオン軸１０との間の第１隙間Ｇ１、第２ブッシュ４２とピニオン軸１０との間の第３隙間Ｇ３、ころ軸受３０とピニオン軸１０との間の第２隙間Ｇ２は、例えば、「Ｇ１≒Ｇ３＜Ｇ２」の関係となっている。そして、ピニオン歯１１、先端部１２が後側に撓むと、先端部１２は、第１ブッシュ４１、第２ブッシュ４２、ころ軸受３０の順で衝突するように構成されている。
【００４８】
≪第４実施形態≫
本発明の第４実施形態について図７〜図８を参照して説明する。
第４実施形態に係るステアリング装置１Ａは、ピニオン軸１０と別部材でありアシスト専用のピニオン軸１０Ａを備えている。すなわち、ステアリング装置１Ａは、２つのピニオン軸１０、１０Ａを備えるデュアルピニオン式である。なお、ハウジング１４０は、上側の第１ハウジング１４０Ａと、下側の第２ハウジング１４０Ｂとに分割構成されている。
【００４９】
ピニオン軸１０Ａは、ピニオン軸１０と同様に、ラック歯１１１に噛合するピニオン歯１１と、先端部１２と、を備えている。ピニオン軸１０Ａは、同様に、玉軸受２０、ころ軸受３０、第１ブッシュ４１で回転自在に支持ざれている。そして、ピニオン軸構造体２Ａは、ピニオン軸１０Ａと、玉軸受２０と、ころ軸受３０と、第１ブッシュ４１と、を備えて構成されている。
【００５０】
すなわち、ステアリング装置１Ａにおいて、ピニオン軸構造体２は、メイン側のピニオン軸１０とアシスト側のピニオン軸１０Ａとの両方に適用されている。ただし、ピニオン軸構造体２は、ピニオン軸１０及びピニオン軸１０Ａの少なくとも一方に適用された構成でもよい。
【００５１】
また、ステアリング装置１Ａは、電動式のモータ６１と、ウォーム６２と、ウォームホイール６３と、を備えている。
【００５２】
モータ６１は、アシスト力（補助力）を発生する電動式の動力発生装置である。なお、例えば、ステアリング軸２１２に磁歪式のトルクセンサ（図示しない）が設けられ、トルクセンサの検出する操舵トルクに対応してＥＣＵ（図示しない）がモータ６１を制御するようになっている。
【００５３】
ウォーム６２はモータ６１の出力軸に同軸で固定され、ウォームホイール６３はピニオン軸１０Ａに同軸で固定されている。なお、ウォームホイール６３は、ピニオン軸１０Ａに固定された金属製の芯金部６３Ａと、芯金部６３Ａの径方向外側でウォーム６２に噛合するホイール歯が形成された樹脂製のホイール歯部６３Ｂと、を備えている。そして、モータ６１が駆動すると、その駆動力がウォーム６２及びウォームホイール６３で構成される減速機構で減速された後、ピニオン軸１０Ａに入力されるようになっている。
【００５４】
１      ステアリング装置
２      ピニオン軸構造体
１０    ピニオン軸
１１    ピニオン歯
１２    先端部
２０    玉軸受（中心側軸受）
３０    ころ軸受
４１    第１ブッシュ
４２    第２ブッシュ
１１０  ラック軸
１１１  ラック歯
３０１  前輪（転舵輪）
【図１】
2016112959.tif 000003
【図２】
2016112959.tif 000004
【図３】
2016112959.tif 000005
【図４】
2016112959.tif 000006
【図５】
2016112959.tif 000007
【図６】
2016112959.tif 000008
【図７】
2016112959.tif 000009
【図８】
2016112959.tif 000010