(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、従来のラックガイドにおいて、合成樹脂層は、摺動板片の表面に被着形成された多孔質焼結層と、該多孔質焼結層の孔隙を充填しつつ該多孔質焼結層の表面に被覆される樹脂層とにより構成される。
よって、このような合成樹脂層においては、多孔質焼結層の表面に、樹脂層のみの領域が存在することとなり、合成樹脂層の表面の摩耗が比較的速く進行する。
その結果、ラックガイドの配置位置がラックバー側へと直ちに変位することとなり、これにより、コイルバネによるラックガイドの押圧力も変動するため、ラックガイドによるラックバーの支持状態を、安定して堅固に維持することが困難であった。
【0006】
本発明は、以上に示した現状の問題点を鑑みてなされたものであり、ギアケースに軸支されたピニオンとラック歯を介して噛合するラックバーを、軸心方向に移動可能に支持するラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置であって、ラックガイドによるラックバーの支持状態を、安定して堅固に維持することが可能なラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り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】
【0007】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0008】
即ち、本発明の請求項1におけるラックガイドは、ギアケースに軸支されたピニオンとラック歯を介して噛合するラックバーを、軸心方向に移動可能に支持するラックガイドであって、前記ラックバーにおける前記ラック歯が形成される側と反対側の凸面と、摺動可能に接触する凹面形状の摺動支持面を有し、
前記ラックガイドは、ラックガイド本体を備え、該ラックガイド本体に前記摺動支持面を形成し、前記摺動支持面の表面
には
、表面粗さを構成する微細な凸部
が形成されており、該微細な凸部の高さと同程度の膜厚からなる樹脂コーティング被膜によって
、前記摺動支持面の表面は被覆され、該樹脂コーティング被膜の表面に、前記凸部の頂点が位置することを特徴とする。
【0009】
このように、本発明のラックガイドにおいては、摺動支持面の表面粗さを構成する微細な凸部の頂点が、樹脂コーティング被膜の表面にまで到達して位置する構成となっており、従来のラックガイドのように、樹脂コーティング被膜の表面に、樹脂層のみの領域が存在するようなこともない。
よって、樹脂コーティング被膜の表面の摩耗の進行を極力抑えることが可能となり、摩耗によってラックガイドの配置位置がラックバー側へと変位することも少なくなる。その結果、コイルバネによるラックガイドの押圧力の変動を極力防止し、ラックガイドによるラックバーの安定した堅固な支持状態の維持を図ることができる。
また、従来のラックガイドのように、樹脂層のみの領域と、摺動支持面の表面粗さを構成する微細な凸部を含む領域とで、樹脂コーティング被膜の硬度が急激に変化することもないため、摺動支持面上におけるフリクション変化(滑り具合の変化)も少なく、ラックガイドのラックバーへの押付け力の調整も容易である。
さらに、本発明のラックガイドにおいては、ラックガイド本体に直接形成された摺動支持面に、前記樹脂コーティング被膜を被覆させることから、従来のラックガイドのように、ラックガイド本体の摺動支持面に固着される摺動板片を別途設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができるばかりか、例えば、摺動板片の突起部や、該突起部に対応するラックガイド本体の孔部を形成するための工程や、摺動板片の突起部をラックガイド本体の孔部に圧入嵌合するための工程等を設ける必要がなく、ラックガイドの摺動支持面に、硬質皮膜を被覆する工程だけで足りるため、製造コストの低減化を図ることができる。
【0014】
一方、本発明の請求項
2におけるラックピニオン式舵取り装置は、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のラックガイドを備えてなることを特徴とする。
【0015】
このように、本発明のラックピニオン式舵取り装置は、以上に示した本発明のラックガイドを備えることにより、ラックガイドによるラックバーの安定した堅固な支持状態の維持を図ることができ、装置全体として、故障の少ない耐久性の高い装置を実現することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0017】
即ち、本発明におけるラックガイドおよび当該ラックガイドを備えるラックピニオン式舵取り装置によれば、ラックガイドによるラックバーの支持状態を、安定して堅固に維持することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
[ラックピニオン式舵取り装置1]
先ず、本発明を具現化するラックガイド6を備えるラックピニオン式舵取り装置1(以下、単に「舵取り装置1」と記載する)の全体構成について、
図1を用いて説明する。
なお、以下の説明においては便宜上、
図1の上下方向を舵取り装置1の上下方向と規定して記述する。
また、
図1においては、矢印Aの方向を舵取り装置1の前方と規定して記述する。
【0021】
本実施形態における舵取り装置1は、例えば、図示せぬステアリングホイールによって回転されるピニオン2の回転動作を、ラックバー3の直進動作に変換するための装置である。
舵取り装置1にはギアケース4が備えられ、該ギアケース4の内部に、ピニオン2の一端部が、例えば前方(
図1中の矢印Aの方向)に向かって挿入される。
【0022】
ここで、ピニオン2の一端部には、ピニオン歯2aが形成される。
そして、ギアケース4の内部において、ピニオン2の一端部は、ピニオン歯2aを間に挟んで配置される一対の軸受5・5を介して軸支される。
【0023】
なお、ピニオン2の他端部は、ギアケース4の外部において軸心方向に延出し、ステアリングホイール(図示せず)と連結される。
【0024】
ギアケース4の内部には、ピニオン2と噛合されるラックバー3が配置される。
ラックバー3の軸心方向中央部の外周面には、ラック歯3aが形成されており、該ラック歯3aに対する背面(ラック歯3aが形成される側と反対側の面)は、所定の曲率半径からなる断面視円弧形状の凸面3bとなっている。
【0025】
そして、ラックバー3は、ピニオン歯2aの下方において、ピニオン2と平面視直交方向(例えば、本実施形態においては、左右方向)に延出して配置され、ラック歯3aを介してピニオン歯2aと噛合される。
【0026】
なお、ラックバー3の両端部は、ギアケース4の内部より外部に向かって突出されるとともに、ラックバー3は、図示せぬ軸受部材を介して、軸心方向(左右方向)に摺動移動可能に支持される。
【0027】
ギアケース4の下面には、円筒状の突出部位4aが一体的に形成される。
前記突出部位4aは、ピニオン2との間にラックバー3を挟むような位置に形成されており、その内周部(内周面によって囲まれた空間部)には、ラックバー3を摺動可能に支持するラックガイド6が、突出部位4aの延出方向(本実施形態においては、上下方向)に摺動可能に配設される。
【0028】
そして、ラックガイド6は、突出部位4aの下端を閉塞する蓋部材7との間に配設される、弾性部材としての圧縮コイルバネ8によって、ラックバー3側に付勢される。
【0029】
以上のような構成からなる舵取り装置1において、ステアリングホイール(図示せず)を介して、ピニオン2が軸心を中心にして回転されると、ピニオン2に加えられた回転駆動力は、ピニオン歯2a、ラック歯3aと順に伝達され、ラックバー3の軸心方向への推進力へと変換される。
【0030】
[ラックガイド6]
次に、ラックガイド6の構成について、
図1乃至
図4を用いて詳述する。
なお、以下の説明においては便宜上、
図2乃至
図4の上下方向をラックガイド6の上下方向と規定して記述する。
また、
図2および
図4においては、矢印Aの方向を、ラックガイド6の前方と規定して記述する。
【0031】
ラックガイド6は、
図1に示すように、ピニオン2と噛合された状態にあるラックバー3を、ピニオン2側に押圧しつつ該ラックバー3の軸心方向に摺動可能に支持するための部材である。
ラックガイド6は、例えば、アルミニウム合金などの円柱状の金属部材からなるラックガイド本体により構成され、その一端部には、ラックバー3の凸面3bと略同じ断面視円弧形状の凹面からなる摺動支持面6aが形成されるとともに、その他端部には、圧縮コイルバネ8を保持可能な円筒状中空部6bが形成される。
【0032】
そして、ラックガイド6は、ギアケース4の内部において、摺動支持面6aをラックバー3側に向けつつ、突出部位4aと同軸上に配設される。また、蓋部材7によって一端部を固定された圧縮コイルバネ8の他端部が、円筒状中空部6bを介して保持される。
こうして、ラックガイド6は、摺動支持面6aを介してラックバー3の凸面3bと接触しつつ、外周面6cを介して突出部位4aの内周部を軸心方向(本実施形態においては、上下方向)に摺動可能に配設される。この際、ラックガイド6は、圧縮コイルバネ8によって、常に、ラックバー3側に向かって付勢される。
【0033】
なお、摺動支持面6aは必ずしも一定の曲率半径で形成されている必要はなく、曲率を変えて形成されていてもよい。
例えば、
図4に示すように、本実施形態におけるラックガイド6の摺動支持面6aは、ラックバー3の軸心Oを通る垂直方向の中心線Cに対して、一方側(例えば、本実施形態においては前方側)の領域に位置する第一摺動支持面6a1と、他方側(例えば、本実施形態においては後方側)の領域に位置する第二摺動支持面6a2とにより構成される。
【0034】
第一摺動支持面6a1は、軸心Oを通過し、且つ中心線Cに対して前方側にα1°傾斜する第一中心線C1において、軸心Oの後方、且つ当該第一中心線C1上の点O1を曲率中心とする円弧形状に形成される。
ここで、α1°は、αf°を超えない角度であって(0°<α1°<αf°)、αf°は、中心線Cと、摺動支持面6aの前端および軸心Oを通過する第一仮想線L1との間の角度である。
【0035】
一方、第二摺動支持面6a2は、軸心Oを通過し、且つ中心線Cに対して後方側にα2°傾斜する第二中心線C2において、軸心Oの前方、且つ当該第二中心線C2上の点O2を曲率中心とする円弧形状に形成される。
ここで、α2°は、αb°を超えない角度であって(0°<α2°<αb°)、αb°は、中心線Cと、摺動支持面6aの後端および軸心Oを通過する第二仮想線L2との間の角度である。
【0036】
そして、第一摺動支持面6a1においては、第一中心線C1と、当該第一摺動支持面6a1との交点D1上にて、ラックバー3の外周面である円弧形状の凸面3bと外接される。
また、第二摺動支持面6a2においては、第二中心線C2と、当該第二摺動支持面6a2との交点D2上にて、ラックバー3の外周面である円弧形状の凸面3bと外接される。
【0037】
このように、本実施形態におけるラックガイド6においては、軸心Oに対して偏心した位置に曲率中心O1および曲率中心O2を各々有するとともに、曲率半径が互いに異なる第一摺動支持面6a1および第二摺動支持面6a2からなる摺動支持面6aによって、ラックバー3を、交点D1および交点D2の位置にて二点支持する構成となっている。
これにより、摺動支持面6aにおける、ラックバー3の円弧形状の凸面3bとの摺接領域が、線、または狭い帯状となるため、ラックバー3との摺動摩擦抵抗を、より小さくすることができる。
【0038】
ところで、
図2に示すように、本実施形態においては、ラックバー3の凸面3bと接触し得る、ラックガイド6の摺動支持面6aの表面全体に対して、樹脂コーティング被膜10の被覆を施すこととしている。
【0039】
ここで、樹脂コーティング被膜10は、フリクションの低減および耐磨耗性の向上を目的として被覆される被膜であって、数μmから数十μmの膜厚(具体的には、後述するように、摺動支持面6aの表面粗さを構成する微細な凸部の高さと略同程度の膜厚)となるように形成される。
また、樹脂コーティング被膜10は、例えば、バインダー樹脂と固体潤滑剤、バインダー樹脂と硬質物、またはバインダー樹脂と固体潤滑剤と硬質物により構成される。
【0040】
バインダー樹脂は、主に結合剤として用いられるものであって、例えば、ポリアミドイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケント樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂ポリアミド、およびエラストマーの中から選択された、少なくとも一種類以上のものを用いることができる。
【0041】
固体潤滑剤は、主に摩擦抵抗の低減化を図るために用いられるものであって、なじみ性や非焼き付き性にすぐれており、微小な粉末となってバインダー樹脂内に含有される。
また、固体潤滑剤は、例えば、グラファイト、カーボン、二硫化モリブデン(MoS
2)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、二硫化タングステン(WS
2)、窒化硼素(h−BN)、およびSB203の中から選択された、少なくとも一種類以上のものを用いることができる。
【0042】
硬質物は、主に耐磨耗性の向上化を図るために用いられるものであって、ラックガイド6のビッカース硬さに比べて、より大きなビッカース硬さを有する物質によって構成される。例えば、ラックガイド6がアルミニウム合金(ビッカース硬さHV50〜100)によって構成されている場合、アルミナ(ビッカース硬さHV150)等の物質によって、硬質物を構成することとするのが望ましい。
また、硬質物は、例えば、炭化珪素(SiC)、アルミナ(AlO
3)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化クロム(CrO
2)、窒化珪素(Si
3N
4)、二酸化ジルコニウム(ZrO
2)、およびリン化鉄(Fe
3P)の中から選択された、少なくとも一種類以上のものを用いることができる。
【0043】
このように、樹脂コーティング被膜10は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂に含有する固体潤滑剤および/または硬質物とを有して構成される。
そして、樹脂コーティング被膜10によって、ラックガイド6は、摺動支持面6aの表面全体を被覆される。
【0044】
具体的には、
図3(a)に示すように、摺動支持面6aの表面には、表面粗さを構成する微細な凸部61・61・・・が無数に形成されており、これら凸部61・61・・・の高さと略同程度の膜厚からなる樹脂コーティング被膜10によって、摺動支持面6aの表面は、被覆される。
換言すると、本実施形態においては、摺動支持面6aの表面粗さを構成する、無数の微細な凸部61・61・・・の頂点が、樹脂コーティング被膜10の表面にまで到達する構成となっており、例えば、従来のラックガイドのように、樹脂層のみの領域が、樹脂コーティング被膜10の表面近傍に存在することもほとんどない。
【0045】
よって、ラックガイド6においては、舵取り装置1の使用が開始されると、直ちに無数の凸部61・61・・・が、樹脂コーティング被膜10の表面上に露出することとなり、当該樹脂コーティング被膜10の耐磨耗性が向上する。
その結果、
図3(b)に示すように、たとえ、ラックガイド6に関する所定の使用期間が経過した状態であっても、樹脂コーティング被膜10の摩耗量(
図3(b)に示す寸法X)を、従来のラックガイドに比べて少なくすることが可能となり、樹脂コーティング被膜10の表面の摩耗の進行を極力抑えることができる。
従って、摩耗によってラックガイド6の配置位置がラックバー3側へと変位することも少なく、圧縮コイルバネ8によるラックガイド6の押圧力の変動を極力防止し、ラックガイド6によるラックバー3の安定した堅固な支持状態の維持を図ることができる。
【0046】
また、本実施形態のラックガイド6においては、従来のラックガイドのように、樹脂層のみの領域と、摺動支持面の表面粗さを構成する微細な凸部を含む領域とで、樹脂コーティング被膜の硬度が急激に変化することもないため、摺動支持面6a上におけるフリクション変化(滑り具合の変化)も少なく、ラックガイド6のラックバー3への押付け力の調整も容易である。
【0047】
さらに、
図2に示すように、本実施形態においては、ラックガイド6(ラックガイド本体)の摺動支持面6aに対して、直接、樹脂コーティング被膜10の被覆を施すこととしている。
よって、従来のラックガイドのように、ラックガイド本体の摺動支持面に固着される摺動板片を別途設ける必要もなく、部品点数の削減を図ることができる。
また、従来のラックガイドの製造工程においては、摺動板片の中央に突起部を絞り成形するための工程や、ラックガイド本体に対して前記突起部に対応する孔部を穿孔するための工程や、摺動板片の突起部をラックガイド本体の孔部に圧入嵌合するための工程等が必要であったが、本実施形態におけるラックガイド6の製造工程においては、これらの工程を行う必要がなく、ラックガイド6の摺動支持面6aに対して、樹脂コーティング被膜10を被覆する工程のみで足りる。
従って、本実施形態におけるラックガイド6によれば、製造コストの低減化を図ることができる。
【0048】
なお、ラックガイド6の配置位置については、本実施形態に限定されることなく、摺動支持面6aを介して、ラックバー3を、ピニオン2側に押圧しつつ支持可能である限り、当該ラックバー3の軸心方向に沿った何れに設けることとしてもよい。
【0049】
[ラックガイド106(別実施形態)]
次に、本発明にかかる別実施形態のラックガイド106の構成について、
図5乃至
図7を用いて詳述する。
なお、以下の説明においては便宜上、
図5の上下方向をラックピニオン式舵取り装置101(以下、単に「舵取り装置101」と記載する)の上下方向と規定し、
図6および
図7の上下方向をラックガイド106の上下方向と規定して記述する。
また、
図5および
図6においては、矢印Aの方向を前方と規定して記述する。
【0050】
別実施形態におけるラックガイド106は、前述したラックガイド6と略同等な構成を有する一方、摺動板片161を有する点において、ラックガイド6と相違する。
よって、以下の説明においては、主にラックガイド6との相違点について記載し、ラックガイド6と同等な構成についての記載は省略する。
【0051】
ラックガイド106は、
図5に示すように、ピニオン102と噛合された状態にあるラックバー103を、ピニオン102側に押圧しつつ該ラックバー103の軸心方向に摺動可能に支持するための部材である。
ラックガイド106は、ラックバー103の凸面103bと当接される摺動板片161、および摺動板片161が装着されるラックガイド本体162などにより構成される。
【0052】
摺動板片161は、例えば、Fe系の金属部材からなり、ラックバー103の凸面103bと略同じ断面視円弧形状の凹面161aを有して構成される。
また、摺動板片161の中央には、前記凹面161a側との対向側に突出する突出部161bが、例えばプレス絞り加工によって形成される。
【0053】
一方、ラックガイド本体162は、例えば、Fe系焼結金属やアルミニウム合金などからなる円柱状の金属部材により構成され、その一端部には、摺動板片161に沿って断面視円弧形状に形成された板片支持面162aが形成されるとともに、その他端部には、圧縮コイルバネ108を保持可能な円筒状中空部162bが形成される。
また、前記板片支持面162aの中央部には、前述した摺動板片161の突出部161bと略同形状の溝部162cが形成される。
【0054】
そして、ラックガイド本体162の一端部において、摺動板片161は、板片支持面162aを介して配設される。この際、摺動板片161の突出部161bは、板片支持面162aの溝部162c内に嵌挿される。
これにより、摺動板片161は、ラックガイド本体162の一端部に堅固に保持される。
【0055】
このような構成からなるラックガイド106は、ギアケース104の内部において、摺動板片161の凹面161aをラックバー103側に向けつつ、ハウジング部104aと同軸上に配設される。また、蓋部材107によって一端部を固定された圧縮コイルバネ108の他端部は、ラックガイド本体162の円筒状中空部162bを介して保持される。
【0056】
こうして、ラックガイド106は、摺動板片161の凹面161aを介してラックバー103の凸面103bと接触しつつ、ラックガイド本体162の外周面162dを介して、ハウジング部104aの内周部を軸心方向(本実施形態においては、上下方向)に摺動可能に配設される。つまり、ラックガイド106において、摺動板片161の凹面161aは、ラックバー103を摺動支持する際に直接接触される「摺動支持面」として設けられる。
この際、ラックガイド106は、圧縮コイルバネ108によって、常に、ラックバー103側に向かって付勢される。
【0057】
ところで、
図6に示すように、本実施形態においては、ラックバー103の凸面103bと接触し得る、ラックガイド106の摺動支持面(より具体的には、摺動板片161の凹面161a)の表面全体に対して、樹脂コーティング被膜110の被覆を施すこととしている。
【0058】
具体的には、
図7(a)に示すように、摺動板片161の凹面161a(摺動支持面)の表面には、例えば銅系金属粉末などにより構成される多孔質焼結層163が被着形成され、当該多孔質焼結層の孔隙を充填しつつ、該多孔質焼結層の表面に樹脂コーティング被膜
110が被覆される。
【0059】
ここで、樹脂コーティング被膜110の膜厚は、多孔質焼結層163を形成する無数の微細な凸部163a・163a・・・の高さと略同程度に設定されている。
換言すると、本実施形態においては、摺動板片161の凹面161a(摺動支持面)の表面粗さを構成する、無数の微細な凸部163a・163a・・・の頂点が、樹脂コーティング被膜110の表面にまで到達する構成となっており、例えば、従来のラックガイドのように、樹脂層のみの領域が、樹脂コーティング被膜110の表面近傍に存在することもほとんどない。
【0060】
よって、ラックガイド106においては、舵取り装置101の使用が開始されると、直ちに無数の凸部163a・163a・・・が、樹脂コーティング被膜110の表面上に露出することとなり、当該樹脂コーティング被膜110の耐磨耗性が向上する。
その結果、
図7(b)に示すように、たとえ、ラックガイド106に関する所定の使用期間が経過した状態であっても、樹脂コーティング被膜110の摩耗量(
図3(b)に示す寸法Y)を、従来のラックガイドに比べて少なくすることが可能となり、樹脂コーティング被膜110の表面の摩耗の進行を極力抑えることができる。
従って、摩耗によってラックガイド106の配置位置がラックバー103側へと変位することも少なく、圧縮コイルバネ108によるラックガイド106の押圧力の変動を極力防止し、ラックガイド106によるラックバー103の安定した堅固な支持状態の維持を図ることができる。
【0061】
また、本実施形態のラックガイド106においては、従来のラックガイドのように、樹脂層のみの領域と、摺動支持面の表面粗さを構成する微細な凸部を含む領域とで、樹脂コーティング被膜の硬度が急激に変化することもないため、摺動板片161の凹面161a(摺動支持面)上におけるフリクション変化(滑り具合の変化)も少なく、ラックガイド106のラックバー103への押付け力の調整も容易である。
【0062】
さらに、本実施形態においては、従来のラックガイドのように、ラックガイド本体162と、当該ラックガイド本体162の一端部に固着する摺動板片161と、によりラックガイド106を構成し、摺動板片161に形成された凹面161a(摺動支持面)に、樹脂コーティング被膜110を被覆させる構成としている。
これにより、例えば、既設のラックガイドに対しても、別段特別な改造等を施すこともなく、前述したような、本実施形態のラックガイド106と同様の機能を付加することができる。