JP5289478B2

JP5289478B2 - 自動車操向装置のラックバー支持装置

Info

Publication number: JP5289478B2
Application number: JP2011026777A
Authority: JP
Inventors: 鎭源 ▲鄭▼
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: KR20110092661A; JP2011162186A; US20110192250A1; KR101427440B1; CN102145709A

Description

本発明は、自動車操向装置のラックバー支持装置に関し、より詳しくは、自動車操向装置において、操向ホイール操作時にこれと連動され、直線運動するラックバーとサポートヨークとの摩擦を低減して、サポートヨークの摩耗を減らすことによって、遊隔の増大を防止することができ、また、ラックバーとサポートヨークとの摩擦を減らすことによって、運転者が操向ホイール操作後、自動車の直進運行時に操向ホイールの復元が円滑になされるようにし、遊隔の増大によって不規則な路面などから逆入力される衝撃によりサポートヨークがヨークプラグを加撃して発生するノイズを防止して、運転者に快適な操向感を提供することができる自動車操向装置のラックバー支持装置に関する。

一般に、操向装置は、車両の進行方向を運転者の意志の通り変更できるようにするための装置であって、車両の前輪が旋回する回転中心を任意に変更して、運転者が所望の方向に車両を進行させることができるように補助する装置である。

図１は、一般的な自動車用ラックピニオン方式の操向装置の概略構成図である。

図示したように、従来のラックピニオン方式の操向装置は、運転席に配置される操向ホイール１００と、これに連結された操向軸１０５、そして操向軸を車体に固定できるようにする操向コラム１０３、操向軸１０５から入力された回転力を直線運動に変換するラックギア１１０とピニオンギア１２０とを含むギアボックス１３０、両端部にインナーボールジョイント１３５を備えたラックバー１４０、及びインナーボールジョイント１３５のボールと一体形成されたタイロッド１５０を含んで構成される。

また、タイロッド１５０は、アウターボールジョイント１５５と連結され、ナックル（Ｋｎｕｃｋｌｅ）１５９に力を伝達してタイヤ１５８を操向する。

図２は、従来のラックバー支持装置の断面図である。

図示したように、従来のラックバー支持装置は、ピニオンギア１２０、ラックバー１４０、サポートヨーク２６０、スプリング２６３、及びヨークプラグ２６５を含んで構成される。ラックピニオン方式のギアボックス１３０は、前述したように操向軸（図示せず）から入力された回転力を直線運動に変換されるようにする。

ラックバー１４０は、ピニオンギア１２０と噛み合って回転運動を直線運動に転換するが、ラックバー１４０の後面にはラックバー１４０とピニオンギア１２０との噛合がよくなされるように、ラックバー１４０をピニオンギア１２０側に支持する装置を備えている。

ラックバー１４０を支持する装置は、サポートヨーク２６０、スプリング２６３、及びヨークプラグ２６５を含んで構成され、サポートヨーク２６０は、ラックバー１４０の後方面であるラックギア１１０（図１参照）が形成された面の反対側に位置し、ギアボックス１３０のシリンダー２５０に挿入されてラックバー１４０と垂直な前後方向に移動可能な構造である。

サポートヨーク２６０の形状は、シリンダー２５０で前後にスライディング可能な円筒形であり、ラックバー１４０と接する前方部はラックバー１４０の後方面と密着できるように半円形の溝を形成している。

また、ラックバー１４０とピニオンギア１２０とが密着して効果的に力を伝達できるように、サポートヨーク２６０の後方にスプリング２６３を配置して一定の圧力でサポートヨーク２６０を押してラックバー１４０とピニオンギア１２０との間に発生する遊隔を補償することができる。

このようなサポートヨーク２６０は、ラックバー１４０の後方面とスライディング摩擦をするようになる。摩擦によるラックバー１４０の摩耗や、騷音の発生を防止するために、通常、ラックバー１４０より軟性材質であるプラスチックからなるサポートヨーク２６０を使用する。

スプリング溝２２０に収容されるスプリング２６３は、サポートヨーク２６０がラックバー１４０と密着するように圧力を加える機能をするが、一般的にコイルスプリングが使われ、スプリング２６３の後面にはヨークプラグ２６５が位置してスプリング２６３を支持する。

ヨークプラグ２６５は、スプリング２６３を支持してサポートヨーク２６０に圧力を加えるようにする。ヨークプラグ２６５には、通常、ネジ山と谷を形成しているので、これと噛合するネジ山と谷とが形成されたギアボックス１３０とロックナット２４０に結合するようになっており、ヨークプラグ２６５の後面にはレンチが挿入できる工具溝２３０を形成している。

しかしながら、このような従来のラックバー支持装置は、摩擦が激しいので、サポートヨークがある程度疲労すれば、遊隔が増大してラックバーを正しく支持できなくなる問題点があり、遊隔の増大によってサポートヨークとヨークプラグでラットルノイズが発生する問題点があった。

また、摩耗による遊隔によってラットルノイズを発生させ、ラックバーを正しく支持できないことにより操向安定性が低下する問題点があった。

また、遊隔を補償するために結合されるスプリングも、サポートヨークの摩耗による遊隔発生時、増えた遊隔だけスプリングの変位も大きくなるので、スプリングの張力が落ちて、同一な衝撃量が加えられても騷音が大きくなる構造上の問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するために案出したものであって、操向ホイール操作時にこれと連動され、直線運動するラックバーとサポートヨークとの摩擦を低減してサポートヨークの摩耗を減らすことによって、遊隔の増大を防止し、また、遊隔の増大によって不規則な路面などから逆入力される衝撃によりサポートヨークがヨークプラグを加撃して発生するノイズを防止することによって、運転者に快適な操向感を提供することをその目的とする。

このような目的を達成するために本発明の一実施形態は、ギアボックスに挿入されてラックバーを前方に支持するサポートヨークと、上記サポートヨークをラックバー側に支持するヨークプラグとを含む自動車操向装置のラックバー支持装置であって、上記サポートヨークは、上記ギアボックスのシリンダーに挿入される中空の軸支持体と、上記軸支持体の内側に挿入結合されるローラ軸と、外周面が上記ラックバーの後方面に相応する曲面に形成され、中心部が上記ローラ軸に結合され、上記ラックバーの直線運動時、これと連動されて上記ローラ軸を中心として回転し、上記ラックバーを前方に支持するローラと、上記ローラ軸とローラとの間に結合されて上記ローラの回転を支持し、上記ラックバーの中心軸から径方向に伝えられる荷重を支持するボールベアリングと、を含んでなることを特徴とする、自動車操向装置のラックバー支持装置を提供する。

本発明によれば、操向ホイール操作時にこれと連動され、直線運動するラックバーとサポートヨークとの摩擦を低減してサポートヨークの摩耗を減らすことによって、遊隔の増大を防止することができる。

また、ラックバーとサポートヨークとの摩擦を減らすことによって、運転者が操向ホイール操作後、自動車の直進運行時、操向ホイールの復元が円滑になされる効果が得られる。

また、サポートヨークとラックバーとの遊隔の増大によって不規則な路面などから逆入力される衝撃によりサポートヨークがヨークプラグを加撃して発生するノイズを防止することができるので、運転者に快適な操向感を提供する効果が得られる。

一般的な自動車用ラックピニオン方式の操向装置の概略構成図である。従来のラックバー支持装置の断面図である。本発明の第１実施形態による自動車のラックバー支持装置を示す断面図である。本発明の第２実施形態による自動車のラックバー支持装置を示す断面図である。本発明の第３実施形態による自動車のラックバー支持装置を示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。まず各図面の構成要素に参照符号を付加するに当たって、同一な構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一な符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。

また、本発明の構成要素を説明するに当たって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語により当該構成要素の本質や回順序または順序などが限定されない。どの構成要素が他の構成要素に“連結”、“結合”、または“接続”されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結、または接続できるが、各構成要素の間に更に他の構成要素が“連結”、“結合”、または“接続”されることもできると理解されるべきである。

本発明の詳細な説明において、特別な言及がない限り、方向は説明の便宜のためにサポートヨークの前方であるラックバー方向は前方と、その反対方向であるサポートヨークの裏側は後方と指定して説明する。

図３は本発明の第１実施形態による自動車のラックバー支持装置を示す断面図であり、図４は本発明の第２実施形態による自動車のラックバー支持装置を示す断面図である。

図３及び図４に示すように、本発明の第１及び第２実施形態による自動車のラックバー支持装置は、ギアボックス１３０に挿入されてラックバー１４０を前方に支持するサポートヨーク３１０と、上記サポートヨーク３１０をラックバー１４０側に支持するヨークプラグ３２０とを含む自動車操向装置のラックバー支持装置において、上記サポートヨーク３１０は、上記ギアボックス１３０のシリンダー２５０に挿入される中空の軸支持体３０９と、上記軸支持体３０９の内側に挿入結合されるローラ軸３０７と、外周面が上記ラックバー１４０の後方面に相応する曲面に形成され、中心部が上記ローラ軸３０７に結合され、上記ラックバー１４０の直線運動時にこれと連動されて、上記ローラ軸３０７を中心として回転し、上記ラックバー１４０を前方に支持するローラ３０１と、上記ローラ軸３０７とローラ３０１との間に結合されて上記ローラ３０１の回転を支持し、上記ラックバー１４０の中心軸から径方向に伝えられる荷重を支持するボールベアリング３０３と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、ヨークプラグ３２０と軸支持体３０９との間には軸支持体３０９の端部に支持され結合されて軸支持体３０９を含んだサポートヨーク３１０の全体を前方に支持しながらラックバー１４０を通じて伝えられる外力を吸収する弾性支持体３３０が結合される。

サポートヨーク３１０は、ピニオンギア１２０と噛合されるラックバー１４０の後面に密着してラックバー１４０とピニオンギア１２０との噛合がよくなされるようにラックバー１４０を前方に支持するようになる。

このようなサポートヨーク３１０は、ラックバー１４０とピニオンギア１２０とが密着して効果的に力を伝達しながらラックバー１４０との摩擦を避けられるように、ラックバー１４０の直線運動時、これと連動されて回転するようになっている。

即ち、サポートヨーク３１０は、ギアボックス１３０のシリンダー２５０に挿入されて前方面でラックバー１４０の後方面を密着支持し、後方面にはサポートヨーク３１０を前方に押すことができるようにヨークプラグ３２０がギアボックス１３０のシリンダー２５０に締結される。

このようなサポートヨーク３１０は、ヨークプラグ３２０により前方であるラックバー１４０側に支持されながらラックバー１４０との摩擦を最小化するために、軸支持体３０９、ローラ軸３０７、ローラ３０１、及びボールベアリング３０３などから構成されている。

軸支持体３０９は、ラックバー１４０の直線運動時に連動されて回転するローラ３０１と、ローラ３０１の回転中心となるローラ軸３０７が結合されて支持されるようにギアボックス１３０のシリンダー２５０に挿入結合されて固定され、内側にローラ軸３０７とローラ３０１とが位置するように中空の管形状に形成される。

このような軸支持体３０９の内側にはローラ軸３０７が挿入結合されるが、ピン形状に形成されるローラ軸３０７が結合されて支持されるように、軸支持体３０９の中心部の内側面の両端にはローラ軸３０７が結合される軸溝が形成されている。

中心部がローラ軸３０７に結合されて回転するローラ３０１は、外周面がラックバー１４０の後方面に相応する曲面に形成され、ラックバー１４０の直線運動時、これと連動されてローラ軸３０７を中心として回転するようになる。

このようなローラ３０１は、回転しながらラックバー１４０との摩擦を減らすと共に、弾性支持体３３０が軸支持体３０９を支持する力によりラックバー１４０を前方に支持してローラ３０１とラックバー１４０との遊隔を減らすことによって、ラックバー１４０との過大な遊隔により発生するラットルノイズを防止する。

一方、ローラ軸３０７とローラ３０１との間にはボールベアリング３０３が結合されてローラ３０１の回転を支持するようになるが、ボールベアリング３０３が挿入されてラックバー１４０の中心軸から径方向に伝えられる荷重を支持するようになる。

このようなボールベアリング３０３は、本発明の図３及び図５に図示された実施形態のように多様な構造で結合できる。

ボールベアリング３０３は、図３及び図４に図示された第１実施形態及び第２実施形態のように、ローラ軸３０７の外周面に結合される内輪３０３ａ、ローラ３０１に結合される外輪３０３ｂ、及び内輪３０３ａと外輪３０３ｂとの間に挿入される１つ以上のボール３０５を含んで構成される。

まず、図３に図示された第１実施形態でのボールベアリング３０３は、ローラ軸３０７とローラ３０１との間に圧入結合される。

即ち、ボールベアリング３０３の内輪３０３ａがローラ軸３０７の外周面に圧入され、外輪３０３ｂがローラ３０１の内周面に圧入されるように結合されて、別の固定部材無しで結合される構造である。

図４に図示された第２実施形態でのボールベアリング３０３は、ローラ軸３０７とローラ３０１との間に挿入され、ローラ３０１の一側と他側端部でローラ軸３０７の外周面にロックリング３０８により締結される構造である。

即ち、ラックバー１４０を通じて不規則な路面からの衝撃が伝えられれば、ボールベアリング３０３の離脱が発生されるので、ボールベアリング３０３をローラ軸３０７にロックリングにより強制締結させる構造である。

図５は、本発明の第３実施形態による自動車のラックバー支持装置を示す断面図である。

図５に示すように、第３実施形態による自動車のラックバー支持装置は、ギアボックス１３０に挿入されてラックバー１４０を前方に支持するサポートヨーク３１０と、上記サポートヨーク３１０をラックバー１４０側に支持するヨークプラグ３２０とを含む自動車操向装置のラックバー支持装置において、上記サポートヨーク３１０は、上記ギアボックス１３０のシリンダー２５０に挿入される中空の軸支持体３０９と、上記軸支持体３０９の内側に挿入結合されるローラ軸３０７と、外周面が上記ラックバー１４０の後方面に相応する曲面に形成され、中心部が上記ローラ軸３０７に結合され、上記ラックバー１４０の直線運動時にこれと連動されて、上記ローラ軸３０７を中心として回転し、上記ラックバー１４０を前方に支持するローラ３０１と、上記ローラ軸３０７とローラ３０１との間に結合されて、上記ローラ３０１の回転を支持し、上記ラックバー１４０の中心軸から径方向に伝えられる荷重を支持するように上記ローラ軸３０７の外周面と上記ローラ３０１の内周面に１つ以上の凹溝３０６を形成し、上記凹溝３０６に結合されるボール３０５を含んで構成される。

第３実施形態では、ローラ軸３０７の外周面と、ローラ３０１の内周面に１つ以上の凹溝３０６を形成し、この凹溝３０６にボール３０５が直接結合され、ここで、上記凹溝３０６はローラ軸３０７の外周面とローラ３０１の内周面に円周方向に形成される。

凹溝３０６は１つ以上が形成され、ボール３０５はそれぞれの凹溝３０６に数個が結合されるが、このようにローラ軸３０７とローラ３０１との間にボール３０５が結合されて、ローラ３０１の回転を支持することによって、ラックバー１４０を通じて多様な角度に伝えられる荷重を支持することができる。

即ち、ラックバー１４０を通じて伝えられる荷重はラックバー１４０の中心軸から放射方向に伝えられるが、サポートヨーク３１０がラックバー１４０の後方でラックバー１４０を支持するので、サポートヨーク３１０にはラックバー１４０の中心軸から径方向に荷重が伝えられ、１つ以上備えられたボール３０５がローラ３０１の曲面に沿って伝えられる荷重を、荷重が伝えられる方向と接する方向に転がり摩擦させることによって、ローラ３０１の支持力と回転が容易になり、かつ摩擦も低減させるようになる。

このような構造及び形状を有する本発明によれば、操向ホイール操作時にこれと連動され、直線運動するラックバーとサポートヨークとの摩擦を低減してサポートヨークの摩耗を減らすことによって、遊隔の増大を防止することができる。

また、ラックバーとサポートヨークとの摩擦を減らすことによって、運転者が操向ホイール操作後、自動車の直進運行時、操向ホイールの復元が円滑になされる効果がある。

また、遊隔の増大によって不規則な路面などから逆入力される衝撃によりサポートヨークがヨークプラグを加撃して発生するノイズを防止することができるので、運転者に快適な操向感を提供する効果がある。

以上、本発明の実施形態を構成する全ての構成要素が１つに結合されるか、結合されて動作することと説明されたが、本発明が必ずこのような実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の目的範囲内であれば、その全ての構成要素が１つ以上に選択的に結合して動作することもできる。

また、以上で記載された“含む”、“構成する”、または“持つ”などの用語は、特別に反対になる記載がない限り、該当構成要素が内在できることを意味するものであるので、他の構成要素を除外するのでなく、他の構成要素を更に含むことができることと解釈されるべきである。技術的または科学的な用語を含んだ全ての用語は、異に定義されない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解されることと同一な意味を有する。事前に定義された用語のように、一般的に使われる用語は関連技術の文脈上の意味と一致するものと解釈されるべきであり、本発明で明らかに定義しない限り、理想的であるとか、過度に形式的な意味で解釈されない。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるのではない。本発明の保護範囲は請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

３０１ローラ
３０３ボールベアリング
３０５ボール
３０７ローラ軸
３０８ロックリング
３０９軸支持体
３１０サポートヨーク
３２０ヨークプラグ
３３０弾性支持体

Claims

ギアボックスに挿入されてラックバーを前方に支持するサポートヨークと前記サポートヨークをラックバー側に支持するヨークプラグとを含む自動車操向装置のラックバー支持装置であって、
前記サポートヨークは、
前記ギアボックスのシリンダーに挿入される中空の軸支持体と、
前記軸支持体の内側に挿入結合されるローラ軸と、
外周面が前記ラックバーの後方面に相応する曲面に形成され、中心部が前記ローラ軸に結合され、前記ラックバーの直線運動時、これと連動されて前記ローラ軸を中心として回転し、前記ラックバーを前方に支持するローラと、
前記ローラ軸と前記ローラとの間に介在されたボールと、を備え、
前記ローラ軸の外周面及び前記ローラの内周面に、対向する凹溝が周方向に沿ってそれぞれ形成されており、
前記ボールは、前記凹溝の間に保持されて、前記ラックバーの中心軸から径方向に伝えられる荷重を受け、且つ、前記凹溝とそれぞれ嵌合することで、前記ローラ軸に沿った前記ローラの移動を制止する、自動車操向装置のラックバー支持装置。
前記凹溝は、前記ローラ軸の外周面と前記ローラの内周面に円周方向に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車操向装置のラックバー支持装置。
前記ヨークプラグと軸支持体との間には前記軸支持体に支持され結合されて、前記軸支持体を前方に支持しながら前記ラックバーを通じて伝えられる外力を吸収する弾性支持体が結合されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の自動車操向装置のラックバー支持装置。