車両用ステアリング装置
【課題】ステアリング装置の小型化を図り、操舵感覚を高める。
【解決手段】操舵トルクをステアリングホイールからラックアンドピニオン機構１５を介して操舵車輪２１，２１に伝える車両用ステアリング装置１０は、ラック３２が形成されたラック軸１６と、ピニオン３１の位置に対してラック軸の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部５０，５０と、２個のラック支持部の間に位置する付勢部６０とを備える。２個のラック支持部は、操舵の中立位置に位置したラック軸の、ラックが形成されている部位の背面１６ａのみを、スライド可能に支持するように、互いに接近して位置する。付勢部の付勢方向は、ラック軸を少なくともラック以外の方向へ付勢可能に設定される。付勢部のラックガイド６１のスライド方向の中心線は、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットしている。
【解決手段】操舵トルクをステアリングホイールからラックアンドピニオン機構１５を介して操舵車輪２１，２１に伝える車両用ステアリング装置１０は、ラック３２が形成されたラック軸１６と、ピニオン３１の位置に対してラック軸の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部５０，５０と、２個のラック支持部の間に位置する付勢部６０とを備える。２個のラック支持部は、操舵の中立位置に位置したラック軸の、ラックが形成されている部位の背面１６ａのみを、スライド可能に支持するように、互いに接近して位置する。付勢部の付勢方向は、ラック軸を少なくともラック以外の方向へ付勢可能に設定される。付勢部のラックガイド６１のスライド方向の中心線は、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されているラックアンドピニオン式ステアリング装置の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵トルクを、ステアリングホイールからラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝えるものである。ラックアンドピニオン機構は、ステアリングホイールの回転運動を直線方向への運動に変換する。このようなラックアンドピニオン式ステアリング装置としては、各種の技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１で知られているラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラックアンドピニオン機構のラックが形成されているラック軸をスライド可能に支持するための、３個のラック支持部を備えている。３個のラック支持部は、ラック軸を軸長手方向にスライド可能に支持している。このラック軸は、ラックが形成されている部位の背面を、ラックガイドによって軸長手方向にスライド可能に支えられている。ラックガイドは、ラック軸を支持する方向に進退可能であって、圧縮コイルばねによってラック軸の背面へ向かって付勢される。
【０００４】
しかしながら、特許文献１で知られているラック軸の長さは、ラックが直線方向へ運動する範囲の２倍以上必要である。このため、ラックアンドピニオン機構はラックの長手方向に大型にならざるを得ない。ラックアンドピニオン機構を収納するためのハウジングも大型化になってしまうので、ステアリング装置の小型化を図る上で不利である。
【０００５】
ステアリング装置の小型化を図るためには、操舵の中立位置に位置している状態のラック軸の、ラックが形成されている部位の背面のみを、軸長手方向にスライド可能に支持するように、複数のラック支持部を互いに接近して位置することが考えられる。この場合であっても、ラック軸は、ラックが形成されている部位の背面を、ラックガイドによって軸長手方向にスライド可能に支えられる。ラック軸は、軸長手方向にスライドする他に、このラック軸に作用する外乱によって多少振動し得る。このようなラック軸の振動に対して、ラックガイドがラック軸を支持する方向に速やかに進退運動をする、いわゆる追従性は高いことが好ましい。この追従性は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置の操舵感覚を高める要因の一つである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０８８９７８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置の小型化を図るとともに、操舵感覚を高めることができる技術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】
請求項１に係る発明では、ステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵トルクを、前記ステアリングホイールからラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝える車両用ステアリング装置において、
前記ラックアンドピニオン機構のラックが形成されているラック軸と、前記ラックアンドピニオン機構のピニオンの位置に対して前記ラック軸の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部と、この２個のラック支持部の間に位置し、前記ラック軸を少なくとも前記ラック以外の方向へ付勢することが可能な付勢部と、を備え、
前記２個のラック支持部は、操舵の中立位置に位置している状態の前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の背面のみを、軸長手方向にスライド可能に支持するように、互いに接近して位置し、
前記付勢部は、前記ラック軸の中心線に直交し且つ前記ピニオンの中心線に直交するピニオン直交基準線に沿ってスライド可能であって、前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の前記背面を、軸長手方向にスライド可能に支えるラックガイドと、このラックガイドを前記背面に向かって付勢する圧縮コイルばねと、からなり、
前記ラックガイドは、前記背面を支えるための支持面を有し、この支持面は、前記ピニオン直交基準線に対して前記背面の片側のみに接触可能に形成され、前記ラックガイドのスライド方向の中心線は、前記ピニオン直交基準線に対し、前記支持面が前記背面に接触する方にオフセットしていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記背面に対する前記支持面の接触部位は、前記ラック軸の軸長手方向に直線状に延びるとともに、前記ラックガイドの大きさが前記ラック軸の軸長手方向に最大となるように位置していることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、前記ラックガイドは、このラックガイドの前記スライド方向の中心線を基準とした円形状断面に形成され、この中心線上に前記接触部位が位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明では、２個のラック支持部は、ラック軸において、ラックが形成されている部位の背面のみを支持することが可能であって、互いに接近して位置している。背面にはラックを有していない。２個のラック支持部の間に位置するラックガイドは、ラック軸を少なくともラック以外の方向へ付勢することが可能である。つまり、ラックガイドは、ラック軸をピニオンに向かって押し付けるとともに、さらに、ラック軸の背面を各ラック支持部に押し付ける（予圧を付加する）ことが可能である。各ラック支持部には、予圧に応じた反力が発生する。各ラック支持部はラック軸の背面を支持することになる。このラック軸支持構成は、いわゆる「２個の支点の両側から梁が張り出し、この梁の長手中央に集中荷重（ピニオンの反力）が作用している」つり合い条件の支持構成に相当する。このようにして、ラック軸の背面は、ピニオンと２個のラック支持部との３点によって、軸長手方向へのスライドが可能に確実に支持される。しかも、ラック自体が各ラック支持部によって支持されることはない（接触することはない）。
【００１２】
さらには、２個のラック支持部は、ラック軸において、ラックが形成されている部位の背面のみを支持することが可能なので、互いに接近して位置することができる。各ラック支持部がラックの長さの範囲内に位置することができるので、範囲外に位置している従来に比べて、ラック軸の全長を短くすることができる。このため、ラックアンドピニオン機構をラックの長手方向に小型にすることができる。ラックアンドピニオン機構を収納するためのハウジングも小型化できるので、ステアリング装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１３】
さらには、ラックガイドは、ラックの背面を支えるための支持面を有している。この支持面は、ラック軸の背面の全体に接触するのではなく、ピニオン直交基準線に対して片側のみに接触可能である。このため、支持面の接触面積が小さくてすむ。しかも、ラックガイドのスライド方向の中心線は、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットしている。
【００１４】
上述のように、支持面は、ピニオン直交基準線に対して背面の片側のみに接触している。それにもかかわらず、ラックガイドのスライド方向の中心線がピニオン直交基準線に合致している場合には、支持面が背面に接触しない無駄な範囲は広い。その分、ラックガイドが大きくならざるを得ない。
【００１５】
これに対し、請求項１に係る発明では、ラックガイドのスライド方向の中心線は、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットしている。このため、支持面が背面に接触しない無駄な範囲を狭くすることができる。その分、ラックガイドを小型にできるので、この結果、ラックガイドを軽量にできる。このように、支持面が背面に接触可能な範囲を確保しつつ、ラックガイドの小型化、軽量化を図ることができる。質量体であるラックガイドと、一定のバネ定数の圧縮コイルばねと、から成る振動系を考えたときに、この振動系の固有振動数（共振周波数）は、ラックガイドが軽量になることによって大きくなる。このため、ラック軸の振動に対するラックガイドの追従性が高まるので、ピニオンに対するラックの良好な噛み合い状態を十分に維持することができる。従って、ピニオンとラックとの摩擦特性が良好になるので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置を、より円滑に操舵することができ、この結果、操舵感覚を高めることができる。しかも、ピニオンとラックとの良好な噛み合い状態を十分に維持できることによって、ラックアンドピニオン機構の強度や耐久性を高めることができる。
【００１６】
さらには、ラックガイドのスライド方向の中心線を、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットさせたので、ラック軸の背面に対してラックガイドを誤った向きに組み付ける心配がない。
【００１７】
請求項２に係る発明では、背面に対する支持面の接触部位は、ラック軸の軸長手方向に直線状に延びるとともに、ラックガイドの大きさがラック軸の軸長手方向に最大となるように位置している。このため、ラックガイドのスライド方向の中心線がピニオン直交基準線に合致している場合に比べて、支持面が背面に接触しない無駄な範囲が狭くてすむ。従って、ラックガイドの大きさを小さくできるので、この結果、ラックガイドを軽量にできる。
【００１８】
請求項３に係る発明では、ラックガイドは、このラックガイドのスライド方向の中心線を基準とした円形状断面に形成され、この中心線上に接触部位が位置している。このため、ラックガイドのスライド方向の中心線がピニオン直交基準線に合致している場合に比べて、支持面が背面に接触しない無駄な範囲が狭くてすむ。従って、ラックガイドの大きさを小さくできるので、この結果、ラックガイドを軽量にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図２】図１に示されたピニオン軸とラックアンドピニオン機構とラック軸と２個のラック支持部との組立構成を示す断面図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図２に示されたラックアンドピニオン機構とラック軸と２個のラック支持部との組立構成を示す斜視図である。
【図５】図２の５−５線断面図である。
【図６】図３に示されたラックアンドピニオン機構とラック軸と付勢部との関係を模式的に表した図である。
【図７】図６（ｃ）に示されたラック軸とラックガイドとの関係を説明する図である。
【図８】図１に示された車両用ステアリング装置の作用を説明する図である。
【図９】図７（ａ）に示されたラック軸とラックガイドとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２１】
実施例に係る車両用ステアリング装置を説明する。
【００２２】
図１に示されるように、車両用ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１にステアリングシャフト１２及び自在軸継手１３，１３を介してピニオン軸１４（回転軸１４）を連結し、このピニオン軸１４にラックアンドピニオン機構１５を介してラック軸１６を連結し、このラック軸１６の両端にボールジョイント１７，１７、タイロッド１８，１８及びナックル１９，１９を介して左右の操舵車輪２１，２１を連結した構成である。
【００２３】
車両用ステアリング装置１０（以下、単に「ステアリング装置１０」という。）によれば、運転者がステアリングホイール１１を操舵することによって発生した操舵トルクを、ステアリングホイール１１からラックアンドピニオン機構１５及び左右のタイロッド１８，１８を介して、左右の操舵車輪２１，２１に伝えることができる。
【００２４】
ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオン軸１４に形成されたピニオン３１と、ラック軸１６に形成されたラック３２とからなる。ピニオン軸１４は、車両の上下方向に延びている。ラック軸１６は、車幅方向に延びた真円状断面の丸棒からなる。このラック軸１６は、例えば機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４０５１）やクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５）等の鉄鋼製品である。
【００２５】
図２及び図３に示されるように、ラック軸１６は少なくとも、ラック３２を形成されている部位の背面１６ａが略円弧状断面に形成されている。ピニオン軸１４とラックアンドピニオン機構１５とラック軸１６は、少なくとも要部がハウジング４１に収納されている。このハウジング４１は、車幅方向に貫通した細長い筒状の部材であって、長手中央の上端から上方に開口している。ラック軸１６の両端は、ハウジング４１の両端よりも車幅方向の外方へ延びている。ハウジング４１の両端と左右のタイロッド１８，１８との間は、ブーツ４２，４２によって覆われている。
【００２６】
ピニオン軸１４は、ピニオン３１を挟んで上部及び下端部を、ハウジング４１内に取り付けられている２個の軸受（上の第１軸受４３と下の第２軸受４４）によって、回転可能に且つ軸方向移動を規制するように支持されている。２個の軸受４３，４４はボールベアリングによって構成されているが、第２軸受４４はニードルベアリングのようなラジアル軸受であってもよい。
【００２７】
ステアリング装置１０は、ピニオン３１の位置（ピニオン３１とラック３２との噛み合い位置）に対してラック軸１６の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部５０，５０と、この２個のラック支持部５０，５０の間に位置する付勢部６０とを備えている。
【００２８】
図２、図４及び図５に示されるように、２個のラック支持部５０，５０は、ラック軸１６を支持する部材であって、円筒状の軸受（例えばブッシュ）によって構成されている。各ラック支持部５０，５０は、ハウジング４１内に圧入（締まり嵌め）等によって取り付けられており、それぞれ真円状の支持孔５１，５１を有する。各支持孔５１，５１の径は、ラック軸１６の径よりも若干大きく設定されている。このため、ラック軸１６と各支持孔５１，５１との間の隙間は、僅かである。
【００２９】
各ラック支持部５０，５０は、耐摩耗性を有するとともにラック軸１６がスライドする際の摩擦抵抗が小さい材料によって構成されることが好ましい。例えば、各ラック支持部５０，５０は、ポリアセタール樹脂又はポリアセタールを含んだ樹脂や、ポリテトラフルエチレン樹脂（略記；ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））等のフッ素樹脂などの、樹脂製品によって構成することが可能である。また、例えば、各ラック支持部５０，５０は、弾性変形が可能な樹脂製ブッシュによって構成することが可能である。このような樹脂製ブッシュを採用した場合には、ラック軸１６と各支持孔５１，５１との間の隙間は、零又はほとんど零の値に設定することができる。
【００３０】
図２に示されるように、ラック３２の長さＬｅｒは、ステアリングホイール１１（図１参照）の回転範囲、例えば約３．５回転を考慮した一定の長さに、予め設定されている。ラック３２が操舵の中立位置に位置している状態において、ラック３２の長さＬｅｒは、ピニオン３１との噛み合い位置を基準に、軸方向両側へ概ね均等に配分される。ラック３２の両端は、操舵の中立位置に位置している状態において、ハウジング４１の両端よりも車幅方向の外方へ延びている。
【００３１】
２個のラック支持部５０，５０同士は、図２及び図４に示されるように操舵の中立位置（車両が直進走行をする位置）に位置している状態のラック軸１６の、ラック３２が形成されている部位の背面１６ａのみを、軸長手方向（車幅方向）にスライド可能に支持するように、互いに接近して位置している。
【００３２】
図３に示されるように、付勢部６０の付勢方向は、ラック軸１６を少なくともラック３２以外の方向へ付勢することが可能に設定されている。詳しく述べると、付勢部６０は、ラック軸１６をピニオン３１へ押し付ける作用をなすためのラックガイド機構によって構成されている。この付勢部６０（ラックガイド機構６０）は、ラック３２とは反対側からラック軸１６に当てるラックガイド６１と、このラックガイド６１をラック軸１６の背面１６ａに向かって付勢する圧縮コイルばね６２と、前記ラックガイド６１を圧縮コイルばね６２を介して押して付勢力を調整するための調整ボルト６３とからなる。
【００３３】
ラックガイド６１は、ラック軸１６の、ラック３２が形成されている部位の背面１６ａを押し付けるための押し付け面６１ａ（背面１６ａを支えるための支持面６１ａ）を有する。つまり、ラックガイド６１は、背面１６ａを軸長手方向にスライド可能に支える。このラックガイド６１は、耐摩耗性を有するとともに摩擦抵抗が小さい材料からなり、例えば、ポリアセタール樹脂又はポリアセタールを含んだ樹脂や、ポリテトラフルエチレン樹脂（略記；ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））等のフッ素樹脂などの、樹脂製品が好適である。なお、ラックガイド６１の押し付け面６１ａの部分だけを、上述の樹脂製品とすることが可能である。また、ラックガイド６１を燒結金属によって構成することも可能である。
【００３４】
ここで、ラック軸１６について、図６に基づき次のように定義する。図６（ａ）は、図２に示されるラックアンドピニオン機構１５を模式的に表した斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されたラックアンドピニオン機構１５の平面図である。図６（ｃ）は、図２に示されるラックアンドピニオン機構１５とラックガイド６１との関係を模式的に表した断面図である。
【００３５】
図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ラック軸１６の中心線Ｐｒに直交し且つピニオン３１の中心線Ｐｐに直交する直線Ｌｃのことを「ピニオン直交基準線Ｌｃ」とする。また、ラック軸１６の中心線Ｐｒに直交し且つピニオン３１の中心線Ｐｐに平行な直線Ｌｐのことを「ピニオン平行基準線Ｌｐ」とする。このピニオン平行基準線Ｌｐは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して直交している。
【００３６】
図３及び図６に示されるように、ラックガイド６１は、スライド方向の中心線Ｌｇを中心とする真円の円柱状の部材である。スライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに平行である。つまり、ラックガイド６１は、中心線Ｌｇを基準とした円形状断面に形成されている。ラックガイド６１及び圧縮コイルばね６２はラックガイドハウジング６４に収納されている。このラックガイドハウジング６４は、ハウジング４１に一体に形成されており、ラックガイド６１を中心線Ｌｇに沿ってスライド可能に支持することが可能な円形状（真円状）の支持用孔６４ａを有している。ラックガイド６１の外径はｄ１である。ラックガイド６１の外周面と支持用孔６４ａの内面との間の隙間は、ラックガイド６１がラック軸１６を支持する方向にスライド可能な（進退運動が可能な）程度の極めて小さいものである。
【００３７】
ラックガイド６１の支持面６１ａは、ラック軸１６の背面１６ａに沿う略円弧状断面に形成されている。この支持面６１ａは、ラック軸１６の背面１６ａのうち、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して、いずれか一方の面のみに接触可能に形成されている。例えば、支持面６１ａは、水平なピニオン直交基準線Ｌｃに対して、上又は下の面のみに接触可能である。
【００３８】
より具体的には、支持面６１ａの円弧状の半径ｒ１は、背面１６ａの円弧状の半径ｒ２よりも大きく設定されている（ｒ１＞ｒ２）。ラック軸１６の背面１６ａの半径ｒ２の中心は、ピニオン直交基準線Ｌｃ上に位置している。一方、支持面６１ａの円弧状の半径ｒ１の中心は、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して上又は下に、つまり、ラック３２の歯幅方向にオフセットしている。この結果、支持面６１ａは、水平なピニオン直交基準線Ｌｃに対して、ラック軸１６の背面１６ａの上又は下の面のみに接触する。図３及び図６では、支持面６１ａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの上の面のみに接触している。
【００３９】
ここで、ラック軸１６の背面１６ａに対する支持面６１ａの接触関係について、図７（ａ），（ｂ）に基づき説明する。図７（ａ）は、図６（ｃ）に合わせてラック軸１６とラックガイド６１との関係を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されたラックガイド６１を、ラックガイド６１のスライド方向から見た構成を表している。
【００４０】
上述のように、「ｒ１＞ｒ２」の関係があるので、ラック軸１６の背面１６ａに対して、支持面６１ａは１つの接触部位Ｑｓでのみ接触する。背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延びる（図７（ｂ）参照）とともに、ラックガイド６１の大きさがラック軸１６の軸長手方向に最大となるように位置している。より具体的には、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇ及び圧縮コイルばね６２の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセット量δだけオフセットしている。
【００４１】
図３、図６及び図７（ａ），（ｂ）では、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して上にオフセットしている。接触部位Ｑｓは、円形状断面に形成されているラックガイド６１の中心線Ｌｇ上に位置している。従って、背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延び、その延び長さはラックガイド６１の外径ｄ１と同じである。
【００４２】
図５に示されるように、ラック軸１６の断面中心Ｐｒ（中心線Ｐｒ）は、２個の軸受５０，５０の断面中心Ｐｊ（中心線Ｐｊ）に対して、ピニオン３１（図６参照）から離れる方向にオフセット量Δ１だけオフセットし、且つ、ピニオン３１の中心線Ｐｐに沿ってラック３２の歯幅方向にオフセット量Δ２だけオフセットしている。このため、ラック３２自体が２個の軸受５０，５０によって支持される（接触する）ことを、より一層確実に防ぐことができる。
【００４３】
次に、上記実施例のステアリング装置１０の作用を説明する。図８（ａ）は、ラック３２が操舵の中立位置（車両が直進走行をする位置）に位置している状態の、ステアリング装置１０を平面視で模式的に表している。図８（ｂ）は、ステアリング装置１０を右へ操舵することによって、ラック３２が右にスライド変位している状態のステアリング装置１０を平面視で模式的に表している。図８（ｃ）は、ステアリング装置１０を左へ操舵することによって、ラック３２が左にスライド変位している状態のステアリング装置１０を平面視で模式的に表している。
【００４４】
図３に示されるように、ラックガイド６１に形成されている略円弧状断面の押し付け面６１ａは、ラック軸１６の背面１６ａのうち、ピニオン直交基準線Ｌｃに対していずれか一方の面のみに接触している。このため、ラックガイド６１は、圧縮コイルばね６２の付勢力Ｆ１によって、ラック軸１６をピニオン３１へ向かって押し付けるとともに、図５に示されるように、ラック軸１６の背面１６ａを各ラック支持部５０，５０に押し付けている（予圧を付加している。）。
【００４５】
図５に示されるように、ラック軸１６の断面中心Ｐｒ（中心線Ｐｒ）は、各ラック支持部５０，５０の断面中心Ｐｊ（中心線Ｐｊ）に対して、ピニオン３１（図６参照）から離れる方向にオフセット量Δ１だけオフセットし、且つ、ラック３２の歯幅方向にオフセット量Δ２だけオフセットしている。この結果、図５及び図８（ａ）に示されるように、ラック軸１６は、各ラック支持部５０，５０の断面中心Ｐｊとラック軸１６の断面中心Ｐｒとを結んだ作用線ＷＬ上に接点Ｑｗを有し、この作用線ＷＬの方向に反力Ｆ２が発生する。各ラック支持部５０，５０はラック軸１６の背面１６ａを支持することになる。このラック軸支持構成は、いわゆる「２個の支点の両側から梁が張り出し、この梁の長手中央に集中荷重（ピニオン３１の反力）が作用している」つり合い条件の支持構成に相当する。なお、オフセット量Δ１のオフセットは無くてもよい。その場合には、反力Ｆ２がラック下点Ｑｕから発生する。
【００４６】
このようにして、ラック軸１６の背面１６ａは、ピニオン３１と２個のラック支持部５０，５０との３点によって、軸長手方向へのスライドが可能に確実に支持される。しかも、ラック３２自体が各ラック支持部５０，５０によって支持されることはない（接触することはない）。ラック軸１６を支持するための別個の支持部材を設ける必要はなく、ラック軸１６を支持するための支持構成を簡略化することができる。
【００４７】
さらには、ピニオン直交基準線Ｌｃ（図３参照）に対して、いずれか一方の面のみに接触可能に形成されただけの、極めて簡単な構成の押し付け面６１ａによって、ラック軸１６をピニオン３１へ向かって押し付けるとともに、ラック軸１６の背面１６ａを各ラック支持部５０，５０に押し付けることができる。このため、ラック軸１６の背面１６ａを各ラック支持部５０，５０に押し付けるのに、別個の部品を設ける必要はない。しかも、ラック軸１６の背面１６ａに対して、押し付け面６１ａの略半分だけが接触する。このため、押し付け面６１ａの接触面積が少ないので、押し付け面６１ａを精度良く滑らかに加工することができる。この結果、ラック軸１６がスライドするときの摩擦抵抗を抑制することができる。
【００４８】
さらには、２個のラック支持部５０，５０は、ラック軸１６において、ラック３２が形成されている部位の背面１６ａのみを支持することが可能であって、互いに接近して位置している。各ラック支持部５０，５０がラック３２の長さの範囲内に位置するので、範囲外に位置している従来に比べて、ラック軸１６の全長を短くすることができる。このため、ラックアンドピニオン機構１５をラック３２の長手方向に小型にすることができる。ラックアンドピニオン機構１５を収納するためのハウジング４１（図３参照）も小型化できるので、ステアリング装置１０の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００４９】
さらには、ラック軸１６が従来に比べて短くなった分、ラック軸１６に連結されているタイロッド１８，１８を長く設定することができる。このため、ステアリング装置１０及びこのステアリング装置１０を搭載する車両の、設計の自由度を高めることができる。例えば、ステアリング装置１０のタイロッド１８，１８と図示せぬサスペンション装置とによって形成される、サスペンションジオメトリの設計自由度を高めることができる。
【００５０】
特に、このようなステアリング装置１０を、車幅が小さい小型車に搭載する場合に、配置上の制約が小さい。しかも、タイロッド１８，１８を長く設定すれば、左右の操舵車輪２１，２１がバンプやリバウンドをしたときにおいて、トーの変化の影響を抑制することができる。この結果、車両の操縦性を高めることができる。
【００５１】
さらには、ラック軸１６が短くなることにより、タイロッド１８，１８を長く設定することができる。従って、ラック軸１６に対するタイロッド１８，１８の傾き角φ（張り角φともいう）を、小さく設定することができる。このため、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示されるように、ラック軸１６が車幅方向にスライド変位したときに、ラック軸１６に垂直な方向に作用する力ｆｂ（曲げ力ｆｂ）は小さくてすむ。曲げ力ｆｂが小さいので、ラック軸１６に生じる曲げモーメントは小さい。従って、ラック軸１６の曲げ強度を十分に高めることができるとともに、ラック軸１６の撓みを抑制することができる。ラック軸１６の撓みが小さいので、操舵時における左右の操舵車輪２１，２１の転舵角の精度を高めることができる。しかも、ピニオン３１に対するラック３２の噛み合い状態を良好に保つことができ、この結果、ラックアンドピニオン機構１５の耐久性を十分に確保することができる。
【００５２】
図８（ａ）に示されるように、走行中に左右の操舵車輪２１，２１に加わる外乱、例えば路面の凹凸などに起因して発生した各操舵車輪２１，２１の振動は、左右の操舵車輪２１，２１からタイロッド１８，１８を介してラック軸１６に伝わる。
【００５３】
これに対して実施例では、ラック３２が操舵の中立位置の付近に位置している場合には、ラック軸１６の背面１６ａから左右のラック支持部５０，５０に予圧が付加されている。このため、ラック軸１６の背面１６ａと各ラック支持部５０，５０との間には、隙間を有していない。予圧が付加されているとともに隙間が無いので、前記振動に起因して、ラック軸１６の背面１６ａが各ラック支持部５０，５０に当たる音、つまり打音の発生を十分に防止することができる。
【００５４】
例えば、図８（ｂ）に示される右操舵のときや、図８（ｃ）に示される左操舵のときに、ラック支持部５０，５０が受ける反力の方向は、ラック軸１６の背面１６ａから左右のラック支持部５０，５０に予圧が付加されている方向である。このため、右操舵と左操舵とを反転させるときに、ラック軸１６の背面１６ａが各ラック支持部５０，５０に当たる音（打音）の発生を、十分に防止することができる。
【００５５】
しかも、ラック軸１６は従来に比べて短いので軽量である。仮に、予圧を上回る大きい外乱がラック軸１６に伝わった場合であっても、打音を抑制することができる。従って、ステアリング装置１０から車室に伝わる騒音を十分に防止することができ、この結果、車室内の環境をより高めることができる。
【００５６】
次に、ピニオン直交基準線Ｌｃに対してラックガイド６１の中心線Ｌｇをオフセットしたことによる作用を説明する。図７（ｃ）は、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して、ラックガイド６１Ａの中心線Ｌｇがオフセットしていない場合（比較例）を示している。図７（ｂ）には、図７（ａ）に示された実施例のラックガイド６１と、図７（ｃ）に示された比較例のラックガイド６１Ａとを、ラックガイド６１，６１Ａのスライド方向から見た構成を表している。
【００５７】
図７（ｃ）に示されるように、比較例の付勢部６０Ａの基本構成は図７（ａ）に示される実施例の付勢部６０と実質的に同じであって、ラックガイド６０Ａと圧縮コイルばね６２とからなる。図７（ｂ），（ｃ）に示されるように、比較例のラックガイド６０Ａの支持面６１Ａａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの片側のみに接触している。それにもかかわらず、ラックガイド６１Ａのスライド方向の中心線Ｌｇはピニオン直交基準線Ｌｃに合致している。このため、支持面６１Ａａが背面１６ａに接触しない無駄な範囲は広い。その分、ラックガイド６１Ａの外径ｄ２が大きくならざるを得ない。
【００５８】
さらには、図７（ｃ）に示されるように、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃ（圧縮コイルばね６２の中心）はピニオン直交基準線Ｌｃ上に位置する。このピニオン直交基準線Ｌｃから接触部位Ｑｓまでの距離はδＡである。このため、圧縮コイルばね６２の付勢力によって、ラックガイド６１の接触部位Ｑｓがラック軸１６を押したときに、このラック軸１６から接触部位Ｑｓに反力Ｐｏが加わる。この反力Ｐｏは圧縮コイルばね６２の付勢力と同等である。従って、ラックガイド６１には、モーメントＭａが発生する（Ｍａ＝δＡ×Ｐｏ）。
【００５９】
図３に示されるように、ラックガイド６１はラックガイドハウジング６４の支持用孔６４ａにスライド可能に嵌合されている。ラックガイド６１と支持用孔６４ａの壁面との間には、モーメントＭａに応じた「こじれ力」（偏り荷重）が作用する。このため、この「こじれ力」に摩擦係数を乗じた値の摩擦力が、ラックガイド６１と支持用孔６４ａの壁面との間に生じる。この摩擦力は、ラックガイド６１のスライド運動を阻害する抗力となる。このような抗力は、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性を高める上で、好ましくない。しかも、ラックガイド６１と支持用孔６４ａの壁面との間に、偏った摩耗現象が発生することによって、ラックガイド６１のガタツキの要因となり得るので、付勢部６０Ａの耐久性を高める上で改良の余地がある。
【００６０】
これに対し、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、実施例では、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセットしている。このため、支持面６１ａが背面１６ａに接触しない無駄な範囲を狭くすることができる。その分、ラックガイド６１の外径ｄ１を小さくできるので、この結果、ラックガイド６１を軽量にできる。このように、支持面６１ａが背面１６ａに接触可能な範囲を確保しつつ、ラックガイド６１の小型化、軽量化を図ることができる。
【００６１】
質量体であるラックガイド６１と、所定のバネ定数の圧縮コイルばね６２と、から成る振動系を考えたときに、この振動系の固有振動数（共振周波数）は、ラックガイド６１が軽量になることによって大きくなる。このため、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性が高まるので、ピニオン３１（図３参照）に対するラック３２の良好な噛み合い状態を十分に維持することができる。従って、ピニオン３１とラック３２との摩擦特性が良好になるので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０（図１参照）を、より円滑に操舵することができ、この結果、操舵感覚を高めることができる。しかも、ピニオン３１とラック３２との良好な噛み合い状態を十分に維持できることによって、ラックアンドピニオン機構１５の強度や耐久性を高めることができる。
【００６２】
さらには、図７（ｂ）に示されるように、背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延びるとともに、ラックガイド６１の大きさがラック軸１６の軸長手方向に最大（外径ｄ１の値）となるように位置している。つまり、ラックガイド６１は、このラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇを基準とした円形状断面に形成され、この中心線Ｌｇ上に接触部位Ｑｓが位置している。従って、背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延び、この直線状の延び長さはラックガイド６１の外径ｄ１と同じであり、最大である。このため、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇがピニオン直交基準線Ｌｃに合致している場合（図７（ｃ）参照）に比べて、支持面６１ａが背面１６ａに接触しない無駄な範囲が狭くてすむ。従って、ラックガイド６１の大きさ（外径ｄ１）を小さくできるので、この結果、ラックガイド６１を軽量にできる。
【００６３】
さらには、図７（ａ）に示されるように、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃは接触部位Ｑｓに合致している。このため、ラック軸１６から接触部位Ｑｓへ加わる反力Ｐｏによってモーメントが発生することはない。従って、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性を高めることができる。しかも、付勢部６０の耐久性を高めることができる。例えば、前記モーメントが発生しないので、このモーメントによる過大な「こじれ力」（偏り荷重）がラックガイド６１、圧縮コイルばね６２及び調整ボルト６３（図３参照）に作用しない。このため、ラックガイド６１の各座面（支持面６１ａやばね受け面）や調整ボルト６３の座面（ばね受け面）に変形（へたり現象）や損耗が発生することによる、ラックガイド６１と調整ボルト６３との間の隙間が増大することはない。
【００６４】
さらには、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇを、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセットさせたので、ラック軸１６の背面１６ａに対してラックガイド６１を誤った向きに組み付ける心配がない。このため、車両用ステアリング装置１０の生産性が高まる。例えば、ラック軸１６の背面１６ａに対して、ラックガイド６１を天地逆向きに組み付けた場合には、ラックガイド６１の支持面６１ａが背面１６ａから離れてしまう。このため、作業者は誤った向きであることを目視によって容易に認識することができる。
【００６５】
次に、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して支持面６１ａの接触部位Ｑｓが片側のみに設けられていることによる作用を説明する。図９（ａ）は、図７（ａ）に合わせてラック軸１６とラックガイド６１との関係を示している。図９（ｂ）は、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して、ラックガイド６１Ｂの中心線Ｌｇがオフセットしていない場合（比較例）を示している。図９（ｃ）には、図９（ａ）に示された実施例のラックガイド６１と、図９（ｂ）に示された比較例のラックガイド６１Ｂとを、ラックガイド６１，６１Ｂのスライド方向から見た構成を表している。
【００６６】
図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、比較例の付勢部６０Ｂは、ラックガイド６０Ｂと圧縮コイルばね６２とからなる。ラックガイド６１Ｂのスライド方向の中心線Ｌｇはピニオン直交基準線Ｌｃに合致している。しかも、ラックガイド６０Ｂの支持面６１Ｂａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの両側に接触している。つまり、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して支持面６１Ｂａの接触部位Ｑｓが２箇所である。
【００６７】
図９（ｂ）に示されるように、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃ（圧縮コイルばね６２の中心）はピニオン直交基準線Ｌｃ上に位置する。このピニオン直交基準線Ｌｃから各接触部位Ｑｓ，Ｑｓまでの距離はδＢ，δＢである。このため、圧縮コイルばね６２の付勢力によって、ラックガイド６１の各接触部位Ｑｓ，Ｑｓがラック軸１６を押したときに、このラック軸１６から各接触部位Ｑｓ，Ｑｓにそれぞれ反力Ｐｏ／２，Ｐｏ／２が加わる。この反力Ｐｏ／２は、圧縮コイルばね６２の付勢力Ｐｏの半分である。従って、ラックガイド６１Ｂには、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して両側にモーメントＭｂ，Ｍｂが発生する（Ｍｂ＝δＢ×Ｐｏ／２）。
【００６８】
さらに、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、左右の操舵車輪２１，２１を操舵しているときには、ラック軸１６は操舵車輪２１，２１から推力（ラック軸１６を車幅方向にスライド変位させようとする力）を受ける。この推力は、ラック３２の圧力角により、ラック３２がピニオン直交基準線Ｌｃ方向の反力に変換される。この反力の分、各接触部位Ｑｓ，Ｑｓに加わる反力Ｐｏ／２，Ｐｏ／２が、更に大きくなる。
【００６９】
このため、ラックガイド６１Ｂは、モーメントＭｂ，Ｍｂを考慮した大きい高強度の材料、例えば鋼材を採用する必要がある。
【００７０】
これに対し、図９（ａ），（ｂ）に示されるように、実施例では、ラックガイド６０の支持面６１ａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの片側のみに接触している。しかも、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセットしている。さらには、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃは接触部位Ｑｓに合致している。このため、ラック軸１６から接触部位Ｑｓへ加わる反力Ｐｏによってモーメントが発生することはない。従って、ラックガイド６１は、モーメントを考慮しない分だけ低強度の材料、例えば上述のように樹脂を採用することができる。
【００７１】
樹脂製のラックガイド６１を採用することにより、質量体であるラックガイド６１を軽量にすることができる。質量体であるラックガイド６１と圧縮コイルばね６２とから成る振動系を考えたときに、この振動系の固有振動数は、ラックガイド６１が軽量になることによって、より大きくなる。このため、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性が一層高まるので、ピニオン３１（図６参照）に対するラック３２の良好な噛み合い状態をより十分に維持することができる。従って、ピニオン３１とラック３２との摩擦特性が良好になるので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０（図１参照）を、より円滑に操舵することができ、この結果、操舵感覚を高めることができる。
【００７２】
なお、本発明では、ラックガイド６１は、ラック軸１６の背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓが、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延びるとともに、ラックガイド６１の大きさがラック軸１６の軸長手方向に最大（直線状に延びる接触部位Ｑｓの長さが最大）となるように、ラックガイド６１の形状や、ピニオン直交基準線Ｌｃに対するオフセット量δが設定されることが、最も好ましい。
【００７３】
例えば、ラックガイド６１を支持面６１ａ側から見た端面（ラック軸１６に臨んでいる方の端面の形状、つまり、ラックガイド６１のスライド方向から見たとき（スライド方向の中心線Ｌｇに沿って見たとき）の断面形状は、真円の円形状の断面の他に、楕円状の断面、ラック軸１６の中心線Ｐｒに対して多角形（四角形や三角形など）の断面に設定することが可能である。
【００７４】
また、ラックガイド６１の支持面６１ａの形状は、図３に示される略円弧状断面の他に、ラック軸１６の背面１６ａに対して、「接触部位Ｑｓを通る接線」を基本とした平坦面とすることが可能である。
【００７５】
また、ピニオン３１とラック３２は「はす歯」の構成であるが、ラック３２をラック軸１６に対して直交する「すぐ歯」にし、ピニオン３１を「はす歯」にし、ピニオン軸１４をラック軸１６の軸長手方向に傾けた構成にすることが可能である。また、ピニオン３１とラック３２の両方共に「すぐ歯」にすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の車両用ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０は、車幅が小さい小型車に搭載するのに好適である。
【符号の説明】
【００７７】
１０…車両用ステアリング装置、１１…ステアリングホイール、１４…ピニオン軸、１５…ラックアンドピニオン機構、１６…ラック軸、１６ａ…背面、２１…操舵車輪、３１…ピニオン、３２…ラック、５０…ラック支持部（円筒状の軸受）、５１…支持孔、６０…付勢部、６１…ラックガイド、６１ａ…支持面、６２…圧縮コイルばね、６４…ラックガイドハウジング、６４ａ…支持用孔、ｄ１…ラックガイドの大きさ、Ｐｒ…ラック軸の断面中心（ラック軸の中心）、Ｐｐ…ピニオンの中心線、Ｌｃ…ピニオン直交基準線、Ｌｐ…ピニオン平行基準線、ｒ１…押し付け面の円弧状の半径、ｒ２…背面の円弧状の半径、Ｐｊ…軸受の中心線、Ｑｓ…接触部位、δ…オフセット量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されているラックアンドピニオン式ステアリング装置の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵トルクを、ステアリングホイールからラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝えるものである。ラックアンドピニオン機構は、ステアリングホイールの回転運動を直線方向への運動に変換する。このようなラックアンドピニオン式ステアリング装置としては、各種の技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１で知られているラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラックアンドピニオン機構のラックが形成されているラック軸をスライド可能に支持するための、３個のラック支持部を備えている。３個のラック支持部は、ラック軸を軸長手方向にスライド可能に支持している。このラック軸は、ラックが形成されている部位の背面を、ラックガイドによって軸長手方向にスライド可能に支えられている。ラックガイドは、ラック軸を支持する方向に進退可能であって、圧縮コイルばねによってラック軸の背面へ向かって付勢される。
【０００４】
しかしながら、特許文献１で知られているラック軸の長さは、ラックが直線方向へ運動する範囲の２倍以上必要である。このため、ラックアンドピニオン機構はラックの長手方向に大型にならざるを得ない。ラックアンドピニオン機構を収納するためのハウジングも大型化になってしまうので、ステアリング装置の小型化を図る上で不利である。
【０００５】
ステアリング装置の小型化を図るためには、操舵の中立位置に位置している状態のラック軸の、ラックが形成されている部位の背面のみを、軸長手方向にスライド可能に支持するように、複数のラック支持部を互いに接近して位置することが考えられる。この場合であっても、ラック軸は、ラックが形成されている部位の背面を、ラックガイドによって軸長手方向にスライド可能に支えられる。ラック軸は、軸長手方向にスライドする他に、このラック軸に作用する外乱によって多少振動し得る。このようなラック軸の振動に対して、ラックガイドがラック軸を支持する方向に速やかに進退運動をする、いわゆる追従性は高いことが好ましい。この追従性は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置の操舵感覚を高める要因の一つである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０８８９７８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置の小型化を図るとともに、操舵感覚を高めることができる技術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】
請求項１に係る発明では、ステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵トルクを、前記ステアリングホイールからラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝える車両用ステアリング装置において、
前記ラックアンドピニオン機構のラックが形成されているラック軸と、前記ラックアンドピニオン機構のピニオンの位置に対して前記ラック軸の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部と、この２個のラック支持部の間に位置し、前記ラック軸を少なくとも前記ラック以外の方向へ付勢することが可能な付勢部と、を備え、
前記２個のラック支持部は、操舵の中立位置に位置している状態の前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の背面のみを、軸長手方向にスライド可能に支持するように、互いに接近して位置し、
前記付勢部は、前記ラック軸の中心線に直交し且つ前記ピニオンの中心線に直交するピニオン直交基準線に沿ってスライド可能であって、前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の前記背面を、軸長手方向にスライド可能に支えるラックガイドと、このラックガイドを前記背面に向かって付勢する圧縮コイルばねと、からなり、
前記ラックガイドは、前記背面を支えるための支持面を有し、この支持面は、前記ピニオン直交基準線に対して前記背面の片側のみに接触可能に形成され、前記ラックガイドのスライド方向の中心線は、前記ピニオン直交基準線に対し、前記支持面が前記背面に接触する方にオフセットしていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記背面に対する前記支持面の接触部位は、前記ラック軸の軸長手方向に直線状に延びるとともに、前記ラックガイドの大きさが前記ラック軸の軸長手方向に最大となるように位置していることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、前記ラックガイドは、このラックガイドの前記スライド方向の中心線を基準とした円形状断面に形成され、この中心線上に前記接触部位が位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明では、２個のラック支持部は、ラック軸において、ラックが形成されている部位の背面のみを支持することが可能であって、互いに接近して位置している。背面にはラックを有していない。２個のラック支持部の間に位置するラックガイドは、ラック軸を少なくともラック以外の方向へ付勢することが可能である。つまり、ラックガイドは、ラック軸をピニオンに向かって押し付けるとともに、さらに、ラック軸の背面を各ラック支持部に押し付ける（予圧を付加する）ことが可能である。各ラック支持部には、予圧に応じた反力が発生する。各ラック支持部はラック軸の背面を支持することになる。このラック軸支持構成は、いわゆる「２個の支点の両側から梁が張り出し、この梁の長手中央に集中荷重（ピニオンの反力）が作用している」つり合い条件の支持構成に相当する。このようにして、ラック軸の背面は、ピニオンと２個のラック支持部との３点によって、軸長手方向へのスライドが可能に確実に支持される。しかも、ラック自体が各ラック支持部によって支持されることはない（接触することはない）。
【００１２】
さらには、２個のラック支持部は、ラック軸において、ラックが形成されている部位の背面のみを支持することが可能なので、互いに接近して位置することができる。各ラック支持部がラックの長さの範囲内に位置することができるので、範囲外に位置している従来に比べて、ラック軸の全長を短くすることができる。このため、ラックアンドピニオン機構をラックの長手方向に小型にすることができる。ラックアンドピニオン機構を収納するためのハウジングも小型化できるので、ステアリング装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１３】
さらには、ラックガイドは、ラックの背面を支えるための支持面を有している。この支持面は、ラック軸の背面の全体に接触するのではなく、ピニオン直交基準線に対して片側のみに接触可能である。このため、支持面の接触面積が小さくてすむ。しかも、ラックガイドのスライド方向の中心線は、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットしている。
【００１４】
上述のように、支持面は、ピニオン直交基準線に対して背面の片側のみに接触している。それにもかかわらず、ラックガイドのスライド方向の中心線がピニオン直交基準線に合致している場合には、支持面が背面に接触しない無駄な範囲は広い。その分、ラックガイドが大きくならざるを得ない。
【００１５】
これに対し、請求項１に係る発明では、ラックガイドのスライド方向の中心線は、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットしている。このため、支持面が背面に接触しない無駄な範囲を狭くすることができる。その分、ラックガイドを小型にできるので、この結果、ラックガイドを軽量にできる。このように、支持面が背面に接触可能な範囲を確保しつつ、ラックガイドの小型化、軽量化を図ることができる。質量体であるラックガイドと、一定のバネ定数の圧縮コイルばねと、から成る振動系を考えたときに、この振動系の固有振動数（共振周波数）は、ラックガイドが軽量になることによって大きくなる。このため、ラック軸の振動に対するラックガイドの追従性が高まるので、ピニオンに対するラックの良好な噛み合い状態を十分に維持することができる。従って、ピニオンとラックとの摩擦特性が良好になるので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置を、より円滑に操舵することができ、この結果、操舵感覚を高めることができる。しかも、ピニオンとラックとの良好な噛み合い状態を十分に維持できることによって、ラックアンドピニオン機構の強度や耐久性を高めることができる。
【００１６】
さらには、ラックガイドのスライド方向の中心線を、ピニオン直交基準線に対し、支持面が背面に接触する方にオフセットさせたので、ラック軸の背面に対してラックガイドを誤った向きに組み付ける心配がない。
【００１７】
請求項２に係る発明では、背面に対する支持面の接触部位は、ラック軸の軸長手方向に直線状に延びるとともに、ラックガイドの大きさがラック軸の軸長手方向に最大となるように位置している。このため、ラックガイドのスライド方向の中心線がピニオン直交基準線に合致している場合に比べて、支持面が背面に接触しない無駄な範囲が狭くてすむ。従って、ラックガイドの大きさを小さくできるので、この結果、ラックガイドを軽量にできる。
【００１８】
請求項３に係る発明では、ラックガイドは、このラックガイドのスライド方向の中心線を基準とした円形状断面に形成され、この中心線上に接触部位が位置している。このため、ラックガイドのスライド方向の中心線がピニオン直交基準線に合致している場合に比べて、支持面が背面に接触しない無駄な範囲が狭くてすむ。従って、ラックガイドの大きさを小さくできるので、この結果、ラックガイドを軽量にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図２】図１に示されたピニオン軸とラックアンドピニオン機構とラック軸と２個のラック支持部との組立構成を示す断面図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図２に示されたラックアンドピニオン機構とラック軸と２個のラック支持部との組立構成を示す斜視図である。
【図５】図２の５−５線断面図である。
【図６】図３に示されたラックアンドピニオン機構とラック軸と付勢部との関係を模式的に表した図である。
【図７】図６（ｃ）に示されたラック軸とラックガイドとの関係を説明する図である。
【図８】図１に示された車両用ステアリング装置の作用を説明する図である。
【図９】図７（ａ）に示されたラック軸とラックガイドとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２１】
実施例に係る車両用ステアリング装置を説明する。
【００２２】
図１に示されるように、車両用ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１にステアリングシャフト１２及び自在軸継手１３，１３を介してピニオン軸１４（回転軸１４）を連結し、このピニオン軸１４にラックアンドピニオン機構１５を介してラック軸１６を連結し、このラック軸１６の両端にボールジョイント１７，１７、タイロッド１８，１８及びナックル１９，１９を介して左右の操舵車輪２１，２１を連結した構成である。
【００２３】
車両用ステアリング装置１０（以下、単に「ステアリング装置１０」という。）によれば、運転者がステアリングホイール１１を操舵することによって発生した操舵トルクを、ステアリングホイール１１からラックアンドピニオン機構１５及び左右のタイロッド１８，１８を介して、左右の操舵車輪２１，２１に伝えることができる。
【００２４】
ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオン軸１４に形成されたピニオン３１と、ラック軸１６に形成されたラック３２とからなる。ピニオン軸１４は、車両の上下方向に延びている。ラック軸１６は、車幅方向に延びた真円状断面の丸棒からなる。このラック軸１６は、例えば機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４０５１）やクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５）等の鉄鋼製品である。
【００２５】
図２及び図３に示されるように、ラック軸１６は少なくとも、ラック３２を形成されている部位の背面１６ａが略円弧状断面に形成されている。ピニオン軸１４とラックアンドピニオン機構１５とラック軸１６は、少なくとも要部がハウジング４１に収納されている。このハウジング４１は、車幅方向に貫通した細長い筒状の部材であって、長手中央の上端から上方に開口している。ラック軸１６の両端は、ハウジング４１の両端よりも車幅方向の外方へ延びている。ハウジング４１の両端と左右のタイロッド１８，１８との間は、ブーツ４２，４２によって覆われている。
【００２６】
ピニオン軸１４は、ピニオン３１を挟んで上部及び下端部を、ハウジング４１内に取り付けられている２個の軸受（上の第１軸受４３と下の第２軸受４４）によって、回転可能に且つ軸方向移動を規制するように支持されている。２個の軸受４３，４４はボールベアリングによって構成されているが、第２軸受４４はニードルベアリングのようなラジアル軸受であってもよい。
【００２７】
ステアリング装置１０は、ピニオン３１の位置（ピニオン３１とラック３２との噛み合い位置）に対してラック軸１６の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部５０，５０と、この２個のラック支持部５０，５０の間に位置する付勢部６０とを備えている。
【００２８】
図２、図４及び図５に示されるように、２個のラック支持部５０，５０は、ラック軸１６を支持する部材であって、円筒状の軸受（例えばブッシュ）によって構成されている。各ラック支持部５０，５０は、ハウジング４１内に圧入（締まり嵌め）等によって取り付けられており、それぞれ真円状の支持孔５１，５１を有する。各支持孔５１，５１の径は、ラック軸１６の径よりも若干大きく設定されている。このため、ラック軸１６と各支持孔５１，５１との間の隙間は、僅かである。
【００２９】
各ラック支持部５０，５０は、耐摩耗性を有するとともにラック軸１６がスライドする際の摩擦抵抗が小さい材料によって構成されることが好ましい。例えば、各ラック支持部５０，５０は、ポリアセタール樹脂又はポリアセタールを含んだ樹脂や、ポリテトラフルエチレン樹脂（略記；ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））等のフッ素樹脂などの、樹脂製品によって構成することが可能である。また、例えば、各ラック支持部５０，５０は、弾性変形が可能な樹脂製ブッシュによって構成することが可能である。このような樹脂製ブッシュを採用した場合には、ラック軸１６と各支持孔５１，５１との間の隙間は、零又はほとんど零の値に設定することができる。
【００３０】
図２に示されるように、ラック３２の長さＬｅｒは、ステアリングホイール１１（図１参照）の回転範囲、例えば約３．５回転を考慮した一定の長さに、予め設定されている。ラック３２が操舵の中立位置に位置している状態において、ラック３２の長さＬｅｒは、ピニオン３１との噛み合い位置を基準に、軸方向両側へ概ね均等に配分される。ラック３２の両端は、操舵の中立位置に位置している状態において、ハウジング４１の両端よりも車幅方向の外方へ延びている。
【００３１】
２個のラック支持部５０，５０同士は、図２及び図４に示されるように操舵の中立位置（車両が直進走行をする位置）に位置している状態のラック軸１６の、ラック３２が形成されている部位の背面１６ａのみを、軸長手方向（車幅方向）にスライド可能に支持するように、互いに接近して位置している。
【００３２】
図３に示されるように、付勢部６０の付勢方向は、ラック軸１６を少なくともラック３２以外の方向へ付勢することが可能に設定されている。詳しく述べると、付勢部６０は、ラック軸１６をピニオン３１へ押し付ける作用をなすためのラックガイド機構によって構成されている。この付勢部６０（ラックガイド機構６０）は、ラック３２とは反対側からラック軸１６に当てるラックガイド６１と、このラックガイド６１をラック軸１６の背面１６ａに向かって付勢する圧縮コイルばね６２と、前記ラックガイド６１を圧縮コイルばね６２を介して押して付勢力を調整するための調整ボルト６３とからなる。
【００３３】
ラックガイド６１は、ラック軸１６の、ラック３２が形成されている部位の背面１６ａを押し付けるための押し付け面６１ａ（背面１６ａを支えるための支持面６１ａ）を有する。つまり、ラックガイド６１は、背面１６ａを軸長手方向にスライド可能に支える。このラックガイド６１は、耐摩耗性を有するとともに摩擦抵抗が小さい材料からなり、例えば、ポリアセタール樹脂又はポリアセタールを含んだ樹脂や、ポリテトラフルエチレン樹脂（略記；ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））等のフッ素樹脂などの、樹脂製品が好適である。なお、ラックガイド６１の押し付け面６１ａの部分だけを、上述の樹脂製品とすることが可能である。また、ラックガイド６１を燒結金属によって構成することも可能である。
【００３４】
ここで、ラック軸１６について、図６に基づき次のように定義する。図６（ａ）は、図２に示されるラックアンドピニオン機構１５を模式的に表した斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されたラックアンドピニオン機構１５の平面図である。図６（ｃ）は、図２に示されるラックアンドピニオン機構１５とラックガイド６１との関係を模式的に表した断面図である。
【００３５】
図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ラック軸１６の中心線Ｐｒに直交し且つピニオン３１の中心線Ｐｐに直交する直線Ｌｃのことを「ピニオン直交基準線Ｌｃ」とする。また、ラック軸１６の中心線Ｐｒに直交し且つピニオン３１の中心線Ｐｐに平行な直線Ｌｐのことを「ピニオン平行基準線Ｌｐ」とする。このピニオン平行基準線Ｌｐは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して直交している。
【００３６】
図３及び図６に示されるように、ラックガイド６１は、スライド方向の中心線Ｌｇを中心とする真円の円柱状の部材である。スライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに平行である。つまり、ラックガイド６１は、中心線Ｌｇを基準とした円形状断面に形成されている。ラックガイド６１及び圧縮コイルばね６２はラックガイドハウジング６４に収納されている。このラックガイドハウジング６４は、ハウジング４１に一体に形成されており、ラックガイド６１を中心線Ｌｇに沿ってスライド可能に支持することが可能な円形状（真円状）の支持用孔６４ａを有している。ラックガイド６１の外径はｄ１である。ラックガイド６１の外周面と支持用孔６４ａの内面との間の隙間は、ラックガイド６１がラック軸１６を支持する方向にスライド可能な（進退運動が可能な）程度の極めて小さいものである。
【００３７】
ラックガイド６１の支持面６１ａは、ラック軸１６の背面１６ａに沿う略円弧状断面に形成されている。この支持面６１ａは、ラック軸１６の背面１６ａのうち、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して、いずれか一方の面のみに接触可能に形成されている。例えば、支持面６１ａは、水平なピニオン直交基準線Ｌｃに対して、上又は下の面のみに接触可能である。
【００３８】
より具体的には、支持面６１ａの円弧状の半径ｒ１は、背面１６ａの円弧状の半径ｒ２よりも大きく設定されている（ｒ１＞ｒ２）。ラック軸１６の背面１６ａの半径ｒ２の中心は、ピニオン直交基準線Ｌｃ上に位置している。一方、支持面６１ａの円弧状の半径ｒ１の中心は、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して上又は下に、つまり、ラック３２の歯幅方向にオフセットしている。この結果、支持面６１ａは、水平なピニオン直交基準線Ｌｃに対して、ラック軸１６の背面１６ａの上又は下の面のみに接触する。図３及び図６では、支持面６１ａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの上の面のみに接触している。
【００３９】
ここで、ラック軸１６の背面１６ａに対する支持面６１ａの接触関係について、図７（ａ），（ｂ）に基づき説明する。図７（ａ）は、図６（ｃ）に合わせてラック軸１６とラックガイド６１との関係を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されたラックガイド６１を、ラックガイド６１のスライド方向から見た構成を表している。
【００４０】
上述のように、「ｒ１＞ｒ２」の関係があるので、ラック軸１６の背面１６ａに対して、支持面６１ａは１つの接触部位Ｑｓでのみ接触する。背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延びる（図７（ｂ）参照）とともに、ラックガイド６１の大きさがラック軸１６の軸長手方向に最大となるように位置している。より具体的には、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇ及び圧縮コイルばね６２の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセット量δだけオフセットしている。
【００４１】
図３、図６及び図７（ａ），（ｂ）では、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して上にオフセットしている。接触部位Ｑｓは、円形状断面に形成されているラックガイド６１の中心線Ｌｇ上に位置している。従って、背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延び、その延び長さはラックガイド６１の外径ｄ１と同じである。
【００４２】
図５に示されるように、ラック軸１６の断面中心Ｐｒ（中心線Ｐｒ）は、２個の軸受５０，５０の断面中心Ｐｊ（中心線Ｐｊ）に対して、ピニオン３１（図６参照）から離れる方向にオフセット量Δ１だけオフセットし、且つ、ピニオン３１の中心線Ｐｐに沿ってラック３２の歯幅方向にオフセット量Δ２だけオフセットしている。このため、ラック３２自体が２個の軸受５０，５０によって支持される（接触する）ことを、より一層確実に防ぐことができる。
【００４３】
次に、上記実施例のステアリング装置１０の作用を説明する。図８（ａ）は、ラック３２が操舵の中立位置（車両が直進走行をする位置）に位置している状態の、ステアリング装置１０を平面視で模式的に表している。図８（ｂ）は、ステアリング装置１０を右へ操舵することによって、ラック３２が右にスライド変位している状態のステアリング装置１０を平面視で模式的に表している。図８（ｃ）は、ステアリング装置１０を左へ操舵することによって、ラック３２が左にスライド変位している状態のステアリング装置１０を平面視で模式的に表している。
【００４４】
図３に示されるように、ラックガイド６１に形成されている略円弧状断面の押し付け面６１ａは、ラック軸１６の背面１６ａのうち、ピニオン直交基準線Ｌｃに対していずれか一方の面のみに接触している。このため、ラックガイド６１は、圧縮コイルばね６２の付勢力Ｆ１によって、ラック軸１６をピニオン３１へ向かって押し付けるとともに、図５に示されるように、ラック軸１６の背面１６ａを各ラック支持部５０，５０に押し付けている（予圧を付加している。）。
【００４５】
図５に示されるように、ラック軸１６の断面中心Ｐｒ（中心線Ｐｒ）は、各ラック支持部５０，５０の断面中心Ｐｊ（中心線Ｐｊ）に対して、ピニオン３１（図６参照）から離れる方向にオフセット量Δ１だけオフセットし、且つ、ラック３２の歯幅方向にオフセット量Δ２だけオフセットしている。この結果、図５及び図８（ａ）に示されるように、ラック軸１６は、各ラック支持部５０，５０の断面中心Ｐｊとラック軸１６の断面中心Ｐｒとを結んだ作用線ＷＬ上に接点Ｑｗを有し、この作用線ＷＬの方向に反力Ｆ２が発生する。各ラック支持部５０，５０はラック軸１６の背面１６ａを支持することになる。このラック軸支持構成は、いわゆる「２個の支点の両側から梁が張り出し、この梁の長手中央に集中荷重（ピニオン３１の反力）が作用している」つり合い条件の支持構成に相当する。なお、オフセット量Δ１のオフセットは無くてもよい。その場合には、反力Ｆ２がラック下点Ｑｕから発生する。
【００４６】
このようにして、ラック軸１６の背面１６ａは、ピニオン３１と２個のラック支持部５０，５０との３点によって、軸長手方向へのスライドが可能に確実に支持される。しかも、ラック３２自体が各ラック支持部５０，５０によって支持されることはない（接触することはない）。ラック軸１６を支持するための別個の支持部材を設ける必要はなく、ラック軸１６を支持するための支持構成を簡略化することができる。
【００４７】
さらには、ピニオン直交基準線Ｌｃ（図３参照）に対して、いずれか一方の面のみに接触可能に形成されただけの、極めて簡単な構成の押し付け面６１ａによって、ラック軸１６をピニオン３１へ向かって押し付けるとともに、ラック軸１６の背面１６ａを各ラック支持部５０，５０に押し付けることができる。このため、ラック軸１６の背面１６ａを各ラック支持部５０，５０に押し付けるのに、別個の部品を設ける必要はない。しかも、ラック軸１６の背面１６ａに対して、押し付け面６１ａの略半分だけが接触する。このため、押し付け面６１ａの接触面積が少ないので、押し付け面６１ａを精度良く滑らかに加工することができる。この結果、ラック軸１６がスライドするときの摩擦抵抗を抑制することができる。
【００４８】
さらには、２個のラック支持部５０，５０は、ラック軸１６において、ラック３２が形成されている部位の背面１６ａのみを支持することが可能であって、互いに接近して位置している。各ラック支持部５０，５０がラック３２の長さの範囲内に位置するので、範囲外に位置している従来に比べて、ラック軸１６の全長を短くすることができる。このため、ラックアンドピニオン機構１５をラック３２の長手方向に小型にすることができる。ラックアンドピニオン機構１５を収納するためのハウジング４１（図３参照）も小型化できるので、ステアリング装置１０の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００４９】
さらには、ラック軸１６が従来に比べて短くなった分、ラック軸１６に連結されているタイロッド１８，１８を長く設定することができる。このため、ステアリング装置１０及びこのステアリング装置１０を搭載する車両の、設計の自由度を高めることができる。例えば、ステアリング装置１０のタイロッド１８，１８と図示せぬサスペンション装置とによって形成される、サスペンションジオメトリの設計自由度を高めることができる。
【００５０】
特に、このようなステアリング装置１０を、車幅が小さい小型車に搭載する場合に、配置上の制約が小さい。しかも、タイロッド１８，１８を長く設定すれば、左右の操舵車輪２１，２１がバンプやリバウンドをしたときにおいて、トーの変化の影響を抑制することができる。この結果、車両の操縦性を高めることができる。
【００５１】
さらには、ラック軸１６が短くなることにより、タイロッド１８，１８を長く設定することができる。従って、ラック軸１６に対するタイロッド１８，１８の傾き角φ（張り角φともいう）を、小さく設定することができる。このため、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示されるように、ラック軸１６が車幅方向にスライド変位したときに、ラック軸１６に垂直な方向に作用する力ｆｂ（曲げ力ｆｂ）は小さくてすむ。曲げ力ｆｂが小さいので、ラック軸１６に生じる曲げモーメントは小さい。従って、ラック軸１６の曲げ強度を十分に高めることができるとともに、ラック軸１６の撓みを抑制することができる。ラック軸１６の撓みが小さいので、操舵時における左右の操舵車輪２１，２１の転舵角の精度を高めることができる。しかも、ピニオン３１に対するラック３２の噛み合い状態を良好に保つことができ、この結果、ラックアンドピニオン機構１５の耐久性を十分に確保することができる。
【００５２】
図８（ａ）に示されるように、走行中に左右の操舵車輪２１，２１に加わる外乱、例えば路面の凹凸などに起因して発生した各操舵車輪２１，２１の振動は、左右の操舵車輪２１，２１からタイロッド１８，１８を介してラック軸１６に伝わる。
【００５３】
これに対して実施例では、ラック３２が操舵の中立位置の付近に位置している場合には、ラック軸１６の背面１６ａから左右のラック支持部５０，５０に予圧が付加されている。このため、ラック軸１６の背面１６ａと各ラック支持部５０，５０との間には、隙間を有していない。予圧が付加されているとともに隙間が無いので、前記振動に起因して、ラック軸１６の背面１６ａが各ラック支持部５０，５０に当たる音、つまり打音の発生を十分に防止することができる。
【００５４】
例えば、図８（ｂ）に示される右操舵のときや、図８（ｃ）に示される左操舵のときに、ラック支持部５０，５０が受ける反力の方向は、ラック軸１６の背面１６ａから左右のラック支持部５０，５０に予圧が付加されている方向である。このため、右操舵と左操舵とを反転させるときに、ラック軸１６の背面１６ａが各ラック支持部５０，５０に当たる音（打音）の発生を、十分に防止することができる。
【００５５】
しかも、ラック軸１６は従来に比べて短いので軽量である。仮に、予圧を上回る大きい外乱がラック軸１６に伝わった場合であっても、打音を抑制することができる。従って、ステアリング装置１０から車室に伝わる騒音を十分に防止することができ、この結果、車室内の環境をより高めることができる。
【００５６】
次に、ピニオン直交基準線Ｌｃに対してラックガイド６１の中心線Ｌｇをオフセットしたことによる作用を説明する。図７（ｃ）は、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して、ラックガイド６１Ａの中心線Ｌｇがオフセットしていない場合（比較例）を示している。図７（ｂ）には、図７（ａ）に示された実施例のラックガイド６１と、図７（ｃ）に示された比較例のラックガイド６１Ａとを、ラックガイド６１，６１Ａのスライド方向から見た構成を表している。
【００５７】
図７（ｃ）に示されるように、比較例の付勢部６０Ａの基本構成は図７（ａ）に示される実施例の付勢部６０と実質的に同じであって、ラックガイド６０Ａと圧縮コイルばね６２とからなる。図７（ｂ），（ｃ）に示されるように、比較例のラックガイド６０Ａの支持面６１Ａａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの片側のみに接触している。それにもかかわらず、ラックガイド６１Ａのスライド方向の中心線Ｌｇはピニオン直交基準線Ｌｃに合致している。このため、支持面６１Ａａが背面１６ａに接触しない無駄な範囲は広い。その分、ラックガイド６１Ａの外径ｄ２が大きくならざるを得ない。
【００５８】
さらには、図７（ｃ）に示されるように、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃ（圧縮コイルばね６２の中心）はピニオン直交基準線Ｌｃ上に位置する。このピニオン直交基準線Ｌｃから接触部位Ｑｓまでの距離はδＡである。このため、圧縮コイルばね６２の付勢力によって、ラックガイド６１の接触部位Ｑｓがラック軸１６を押したときに、このラック軸１６から接触部位Ｑｓに反力Ｐｏが加わる。この反力Ｐｏは圧縮コイルばね６２の付勢力と同等である。従って、ラックガイド６１には、モーメントＭａが発生する（Ｍａ＝δＡ×Ｐｏ）。
【００５９】
図３に示されるように、ラックガイド６１はラックガイドハウジング６４の支持用孔６４ａにスライド可能に嵌合されている。ラックガイド６１と支持用孔６４ａの壁面との間には、モーメントＭａに応じた「こじれ力」（偏り荷重）が作用する。このため、この「こじれ力」に摩擦係数を乗じた値の摩擦力が、ラックガイド６１と支持用孔６４ａの壁面との間に生じる。この摩擦力は、ラックガイド６１のスライド運動を阻害する抗力となる。このような抗力は、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性を高める上で、好ましくない。しかも、ラックガイド６１と支持用孔６４ａの壁面との間に、偏った摩耗現象が発生することによって、ラックガイド６１のガタツキの要因となり得るので、付勢部６０Ａの耐久性を高める上で改良の余地がある。
【００６０】
これに対し、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、実施例では、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセットしている。このため、支持面６１ａが背面１６ａに接触しない無駄な範囲を狭くすることができる。その分、ラックガイド６１の外径ｄ１を小さくできるので、この結果、ラックガイド６１を軽量にできる。このように、支持面６１ａが背面１６ａに接触可能な範囲を確保しつつ、ラックガイド６１の小型化、軽量化を図ることができる。
【００６１】
質量体であるラックガイド６１と、所定のバネ定数の圧縮コイルばね６２と、から成る振動系を考えたときに、この振動系の固有振動数（共振周波数）は、ラックガイド６１が軽量になることによって大きくなる。このため、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性が高まるので、ピニオン３１（図３参照）に対するラック３２の良好な噛み合い状態を十分に維持することができる。従って、ピニオン３１とラック３２との摩擦特性が良好になるので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０（図１参照）を、より円滑に操舵することができ、この結果、操舵感覚を高めることができる。しかも、ピニオン３１とラック３２との良好な噛み合い状態を十分に維持できることによって、ラックアンドピニオン機構１５の強度や耐久性を高めることができる。
【００６２】
さらには、図７（ｂ）に示されるように、背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延びるとともに、ラックガイド６１の大きさがラック軸１６の軸長手方向に最大（外径ｄ１の値）となるように位置している。つまり、ラックガイド６１は、このラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇを基準とした円形状断面に形成され、この中心線Ｌｇ上に接触部位Ｑｓが位置している。従って、背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓは、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延び、この直線状の延び長さはラックガイド６１の外径ｄ１と同じであり、最大である。このため、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇがピニオン直交基準線Ｌｃに合致している場合（図７（ｃ）参照）に比べて、支持面６１ａが背面１６ａに接触しない無駄な範囲が狭くてすむ。従って、ラックガイド６１の大きさ（外径ｄ１）を小さくできるので、この結果、ラックガイド６１を軽量にできる。
【００６３】
さらには、図７（ａ）に示されるように、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃは接触部位Ｑｓに合致している。このため、ラック軸１６から接触部位Ｑｓへ加わる反力Ｐｏによってモーメントが発生することはない。従って、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性を高めることができる。しかも、付勢部６０の耐久性を高めることができる。例えば、前記モーメントが発生しないので、このモーメントによる過大な「こじれ力」（偏り荷重）がラックガイド６１、圧縮コイルばね６２及び調整ボルト６３（図３参照）に作用しない。このため、ラックガイド６１の各座面（支持面６１ａやばね受け面）や調整ボルト６３の座面（ばね受け面）に変形（へたり現象）や損耗が発生することによる、ラックガイド６１と調整ボルト６３との間の隙間が増大することはない。
【００６４】
さらには、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇを、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセットさせたので、ラック軸１６の背面１６ａに対してラックガイド６１を誤った向きに組み付ける心配がない。このため、車両用ステアリング装置１０の生産性が高まる。例えば、ラック軸１６の背面１６ａに対して、ラックガイド６１を天地逆向きに組み付けた場合には、ラックガイド６１の支持面６１ａが背面１６ａから離れてしまう。このため、作業者は誤った向きであることを目視によって容易に認識することができる。
【００６５】
次に、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して支持面６１ａの接触部位Ｑｓが片側のみに設けられていることによる作用を説明する。図９（ａ）は、図７（ａ）に合わせてラック軸１６とラックガイド６１との関係を示している。図９（ｂ）は、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して、ラックガイド６１Ｂの中心線Ｌｇがオフセットしていない場合（比較例）を示している。図９（ｃ）には、図９（ａ）に示された実施例のラックガイド６１と、図９（ｂ）に示された比較例のラックガイド６１Ｂとを、ラックガイド６１，６１Ｂのスライド方向から見た構成を表している。
【００６６】
図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、比較例の付勢部６０Ｂは、ラックガイド６０Ｂと圧縮コイルばね６２とからなる。ラックガイド６１Ｂのスライド方向の中心線Ｌｇはピニオン直交基準線Ｌｃに合致している。しかも、ラックガイド６０Ｂの支持面６１Ｂａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの両側に接触している。つまり、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して支持面６１Ｂａの接触部位Ｑｓが２箇所である。
【００６７】
図９（ｂ）に示されるように、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃ（圧縮コイルばね６２の中心）はピニオン直交基準線Ｌｃ上に位置する。このピニオン直交基準線Ｌｃから各接触部位Ｑｓ，Ｑｓまでの距離はδＢ，δＢである。このため、圧縮コイルばね６２の付勢力によって、ラックガイド６１の各接触部位Ｑｓ，Ｑｓがラック軸１６を押したときに、このラック軸１６から各接触部位Ｑｓ，Ｑｓにそれぞれ反力Ｐｏ／２，Ｐｏ／２が加わる。この反力Ｐｏ／２は、圧縮コイルばね６２の付勢力Ｐｏの半分である。従って、ラックガイド６１Ｂには、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して両側にモーメントＭｂ，Ｍｂが発生する（Ｍｂ＝δＢ×Ｐｏ／２）。
【００６８】
さらに、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、左右の操舵車輪２１，２１を操舵しているときには、ラック軸１６は操舵車輪２１，２１から推力（ラック軸１６を車幅方向にスライド変位させようとする力）を受ける。この推力は、ラック３２の圧力角により、ラック３２がピニオン直交基準線Ｌｃ方向の反力に変換される。この反力の分、各接触部位Ｑｓ，Ｑｓに加わる反力Ｐｏ／２，Ｐｏ／２が、更に大きくなる。
【００６９】
このため、ラックガイド６１Ｂは、モーメントＭｂ，Ｍｂを考慮した大きい高強度の材料、例えば鋼材を採用する必要がある。
【００７０】
これに対し、図９（ａ），（ｂ）に示されるように、実施例では、ラックガイド６０の支持面６１ａは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対して背面１６ａの片側のみに接触している。しかも、ラックガイド６１のスライド方向の中心線Ｌｇは、ピニオン直交基準線Ｌｃに対し、支持面６１ａが背面１６ａに接触する方にオフセットしている。さらには、圧縮コイルばね６２の付勢点Ｑｃは接触部位Ｑｓに合致している。このため、ラック軸１６から接触部位Ｑｓへ加わる反力Ｐｏによってモーメントが発生することはない。従って、ラックガイド６１は、モーメントを考慮しない分だけ低強度の材料、例えば上述のように樹脂を採用することができる。
【００７１】
樹脂製のラックガイド６１を採用することにより、質量体であるラックガイド６１を軽量にすることができる。質量体であるラックガイド６１と圧縮コイルばね６２とから成る振動系を考えたときに、この振動系の固有振動数は、ラックガイド６１が軽量になることによって、より大きくなる。このため、ラック軸１６の振動に対するラックガイド６１の追従性が一層高まるので、ピニオン３１（図６参照）に対するラック３２の良好な噛み合い状態をより十分に維持することができる。従って、ピニオン３１とラック３２との摩擦特性が良好になるので、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０（図１参照）を、より円滑に操舵することができ、この結果、操舵感覚を高めることができる。
【００７２】
なお、本発明では、ラックガイド６１は、ラック軸１６の背面１６ａに対する支持面６１ａの接触部位Ｑｓが、ラック軸１６の軸長手方向に直線状に延びるとともに、ラックガイド６１の大きさがラック軸１６の軸長手方向に最大（直線状に延びる接触部位Ｑｓの長さが最大）となるように、ラックガイド６１の形状や、ピニオン直交基準線Ｌｃに対するオフセット量δが設定されることが、最も好ましい。
【００７３】
例えば、ラックガイド６１を支持面６１ａ側から見た端面（ラック軸１６に臨んでいる方の端面の形状、つまり、ラックガイド６１のスライド方向から見たとき（スライド方向の中心線Ｌｇに沿って見たとき）の断面形状は、真円の円形状の断面の他に、楕円状の断面、ラック軸１６の中心線Ｐｒに対して多角形（四角形や三角形など）の断面に設定することが可能である。
【００７４】
また、ラックガイド６１の支持面６１ａの形状は、図３に示される略円弧状断面の他に、ラック軸１６の背面１６ａに対して、「接触部位Ｑｓを通る接線」を基本とした平坦面とすることが可能である。
【００７５】
また、ピニオン３１とラック３２は「はす歯」の構成であるが、ラック３２をラック軸１６に対して直交する「すぐ歯」にし、ピニオン３１を「はす歯」にし、ピニオン軸１４をラック軸１６の軸長手方向に傾けた構成にすることが可能である。また、ピニオン３１とラック３２の両方共に「すぐ歯」にすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の車両用ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０は、車幅が小さい小型車に搭載するのに好適である。
【符号の説明】
【００７７】
１０…車両用ステアリング装置、１１…ステアリングホイール、１４…ピニオン軸、１５…ラックアンドピニオン機構、１６…ラック軸、１６ａ…背面、２１…操舵車輪、３１…ピニオン、３２…ラック、５０…ラック支持部（円筒状の軸受）、５１…支持孔、６０…付勢部、６１…ラックガイド、６１ａ…支持面、６２…圧縮コイルばね、６４…ラックガイドハウジング、６４ａ…支持用孔、ｄ１…ラックガイドの大きさ、Ｐｒ…ラック軸の断面中心（ラック軸の中心）、Ｐｐ…ピニオンの中心線、Ｌｃ…ピニオン直交基準線、Ｌｐ…ピニオン平行基準線、ｒ１…押し付け面の円弧状の半径、ｒ２…背面の円弧状の半径、Ｐｊ…軸受の中心線、Ｑｓ…接触部位、δ…オフセット量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵トルクを、前記ステアリングホイールからラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝える車両用ステアリング装置において、
前記ラックアンドピニオン機構のラックが形成されているラック軸と、
前記ラックアンドピニオン機構のピニオンの位置に対して前記ラック軸の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部と、
この２個のラック支持部の間に位置し、前記ラック軸を少なくとも前記ラック以外の方向へ付勢することが可能な付勢部と、を備え、
前記２個のラック支持部は、操舵の中立位置に位置している状態の前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の背面のみを、軸長手方向にスライド可能に支持するように、互いに接近して位置し、
前記付勢部は、
前記ラック軸の中心線に直交し且つ前記ピニオンの中心線に直交するピニオン直交基準線に沿ってスライド可能であって、前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の前記背面を、軸長手方向にスライド可能に支えるラックガイドと、
このラックガイドを前記背面に向かって付勢する圧縮コイルばねと、からなり、
前記ラックガイドは、前記背面を支えるための支持面を有し、
この支持面は、前記ピニオン直交基準線に対して前記背面の片側のみに接触可能に形成され、
前記ラックガイドのスライド方向の中心線は、前記ピニオン直交基準線に対し、前記支持面が前記背面に接触する方にオフセットしていることを特徴とする車両用ステアリング装置。
【請求項２】
前記背面に対する前記支持面の接触部位は、前記ラック軸の軸長手方向に直線状に延びるとともに、前記ラックガイドの大きさが前記ラック軸の軸長手方向に最大となるように位置していることを特徴とする請求項２記載の車両用ステアリング装置。
【請求項３】
前記ラックガイドは、このラックガイドの前記スライド方向の中心線を基準とした円形状断面に形成され、この中心線上に前記接触部位が位置していることを特徴とする請求項２記載の車両用ステアリング装置。
【請求項１】
ステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵トルクを、前記ステアリングホイールからラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝える車両用ステアリング装置において、
前記ラックアンドピニオン機構のラックが形成されているラック軸と、
前記ラックアンドピニオン機構のピニオンの位置に対して前記ラック軸の軸長手方向の両側に位置する２個のラック支持部と、
この２個のラック支持部の間に位置し、前記ラック軸を少なくとも前記ラック以外の方向へ付勢することが可能な付勢部と、を備え、
前記２個のラック支持部は、操舵の中立位置に位置している状態の前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の背面のみを、軸長手方向にスライド可能に支持するように、互いに接近して位置し、
前記付勢部は、
前記ラック軸の中心線に直交し且つ前記ピニオンの中心線に直交するピニオン直交基準線に沿ってスライド可能であって、前記ラック軸の、前記ラックが形成されている部位の前記背面を、軸長手方向にスライド可能に支えるラックガイドと、
このラックガイドを前記背面に向かって付勢する圧縮コイルばねと、からなり、
前記ラックガイドは、前記背面を支えるための支持面を有し、
この支持面は、前記ピニオン直交基準線に対して前記背面の片側のみに接触可能に形成され、
前記ラックガイドのスライド方向の中心線は、前記ピニオン直交基準線に対し、前記支持面が前記背面に接触する方にオフセットしていることを特徴とする車両用ステアリング装置。
【請求項２】
前記背面に対する前記支持面の接触部位は、前記ラック軸の軸長手方向に直線状に延びるとともに、前記ラックガイドの大きさが前記ラック軸の軸長手方向に最大となるように位置していることを特徴とする請求項２記載の車両用ステアリング装置。
【請求項３】
前記ラックガイドは、このラックガイドの前記スライド方向の中心線を基準とした円形状断面に形成され、この中心線上に前記接触部位が位置していることを特徴とする請求項２記載の車両用ステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１８７１７（Ｐ２０１２−２１８７１７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０２９８（Ｐ２０１１−９０２９８）
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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