JP2005315364A - ステアリングブーツ - Google Patents

Abstract

【課題】高温雰囲気にさらされたステアリングブーツが、タイロッドの揺動によってその蛇腹部が屈曲変形を受けた時に、谷部がボールジョイントのソケットに引っ掛かるなどして破損するおそれのないステアリングブーツを提供する。
【解決手段】環状の山部１１１と谷部１１２が交互に形成された蛇腹部１１と、この蛇腹部１１の一端に形成されて、ラックハウジングの外周面に密封的に固定される第一取付部１２と、蛇腹部１１の他端に形成されて、タイロッドの外周面に密封的に固定される第二取付部１３とを備え、蛇腹部１１が、ステアリングラックとタイロッドの結合部であるボールジョイントの外周側となる部分１１Ａで他の部分１１Ｂ，１１Ｃよりも相対的に薄肉であり、山部１１１及び谷部１１２の半径が第一取付部１２側の端部から第二取付部１３側の端部へ向けて漸次小径になっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車のステアリングラックとタイロッドとの連結部を覆うステアリングブーツに関するものである。

自動車のラックアンドピニオン式のステアリング装置は、よく知られているように、運転者がステアリングホイールを回転操作することにより、ピニオンギアを介してステアリングラックが移動され、その左右両端にボールジョイントを介して連結されたタイロッドが、ステアリングラックに対して揺動され、車輪を任意の方向へ旋回させるようになっている。

ステアリングラックの両端部とタイロッドとの連結部は、ボールジョイント部分へ泥水や塵埃などが侵入したりグリースが流出したりしないように、ステアリングブーツで覆われている。そして、この種のステアリングブーツの典型的な従来技術としては、下記の特許文献１に開示されたものがある。
特開昭６１−１０９９６７号公報

ステアリングブーツは、ステアリングラックの軸方向往復動作及びタイロッドの揺動動作に追従できるように、熱可塑性樹脂によって、環状の山部と谷部が交互に形成された蛇腹形状をなす。そして従来の技術によれば、特許文献１に記載されたもののように、各山部及び各谷部が仮想円筒面上にあり、ほぼ均一な肉厚に形成されている。

しかしながら、従来のステアリングブーツによれば、特に高温環境下での使用において、ステアリングラックの軸方向往復動作及びこれに伴うタイロッドの揺動動作の際に、伸縮変形されるステアリングブーツの一部が、ボールジョイントのソケット部に引っ掛かることがある。図８は、従来のステアリングブーツの変形状態を示す説明図で、図中の参照符号１０１はステアリングブーツ、１０２はステアリングラック、１０３はステアリングラック１０２にボールジョイント１０４を介して連結されたタイロッド、１０５はステアリングラック１０２を軸方向摺動自在に支持するラックハウジングである。ステアリングブーツ１０１の大口径側の端部１０１ａは、ラックハウジング１０５の外周面に密封的に外挿固定され、小口径側の端部１０１ｂは、タイロッド１０３の外周面に密封的に外挿固定されている。

そして、ステアリングブーツ１０１はその山谷の半径が全てほぼ等しいため、高温環境下において、ステアリングブーツ１０１の内周に閉じ込められた空気の体積膨張により内圧が高まると、このステアリングブーツ１０１は、ステアリングラック１０２の軸方向変位及びこれに伴うタイロッド１０３の揺動に対して追従動作する際に、図８のような屈曲変形を受ける。このため、軸方向中間部では、山谷が相対的に収縮された部分Ａを生じて、その部分の谷部１０１ｃがステアリングラック１０２の外周面に近接する。

したがって、この状態でステアリングラック１０２が矢印Ｂで示されるように軸方向変位すると、その端部のボールジョイント１０４のソケット１０４ａが前記収縮部分の谷部１０１ｃと干渉して、引っ掛かってしまう。そして、このような引っ掛かりによって異音が発生したり、引っ掛かりが外れた時に振動が発生するばかりでなく、ステアリングブーツ１０１の谷部１０１ｃに穴があいたり、破断するおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、高温雰囲気にさらされたステアリングブーツが、タイロッドの揺動によってその蛇腹部が屈曲変形を受けた時に、谷部がボールジョイントのソケットに引っ掛かるなどして破損するおそれのないステアリングブーツを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るステアリングブーツは、環状の山部と谷部が交互に形成された蛇腹部と、この蛇腹部の一端に形成されて、ステアリングラックを軸方向移動自在に挿通したラックハウジングの外周面に密封的に固定される第一取付部と、前記蛇腹部の他端に形成されて、前記ステアリングラックにボールジョイントを介して揺動可能に結合されたタイロッドの外周面に密封的に固定される第二取付部とを備え、前記蛇腹部が、前記ボールジョイントの外周側となる部分で他の部分よりも相対的に薄肉となるように形成されたものである。

この構成によれば、ステアリングブーツは、内圧上昇によって、ボールジョイントの外周側となる部分で相対的に圧縮され、その他の部分で相対的に伸長する。したがって、ボールジョイントを中心とするタイロッドの揺動に対して追随する蛇腹部の屈曲変形は、主にボールジョイントの外周側で大きくなり、屈曲によって収縮しながらステアリングラックの軸心側へ変位する部分の内周が、ボールジョイントの外周に位置するので、ボールジョイントの端部との引っ掛かりを生じない。

また、請求項２の発明に係るステアリングブーツは、請求項１に記載の構成において、山部の外径及び谷部の内径が第一取付部側の端部から第二取付部側の端部へ向けて漸次小径になるものである。

この構成によれば、山部の外径及び谷部の内径が大きい第一取付部側の端部寄りの位置ほど、内圧上昇時の受圧径が相対的に大きく、第二取付部側の端部寄りの位置ほど、内圧上昇時の受圧径が相対的に小さくなるので、内圧上昇によるステアリングブーツの伸長力は、第一取付部側（ラックハウジング側）で相対的に大きく、第二取付部側（タイロッド側）で相対的に小さくなる。したがって、ステアリングブーツの蛇腹部は、第一取付部側で伸長し、第二取付部側で収縮することになるので、第一取付部寄りの部分では、その伸長によって径方向への動きが抑制され、ボールジョイントの端部との引っ掛かりを生じない。

また、請求項３の発明に係るステアリングブーツは、請求項２に記載の構成において、任意の山部とその小径側に隣接する山部を通る円錐面又は任意の谷部とその小径側に隣接する谷部を通る円錐面が軸心に対してなす傾斜角度を３０度以下とするものである。

この構成において、θを３０度以下と規定したのは、３０度超では、車輪のトーイン調整においてタイロッドが捩られた時にステアリングブーツの捩り応力が大きくなりすぎ、耐久性が低下するからである。

請求項１の発明に係るステアリングブーツによれば、タイロッドの揺動に対する追随変形時に、ボールジョイントの端部との引っ掛かりを生じないので、異音や振動の発生を防止することができると共に、穴があいたり破断するのを防止することができる。

請求項２の発明に係るステアリングブーツによれば、内圧上昇時に、蛇腹部が第一取付部側で伸長し、第二取付部側で収縮するので、第一取付部寄りの部分では、その伸長によって径方向への動きが抑制され、ボールジョイントの端部との引っ掛かりを一層有効に防止することができる。

請求項３の発明に係るステアリングブーツによれば、捩り応力の発生が抑えられるので、請求項２による効果に加え、優れた耐久性が確保される。

以下、本発明に係るステアリングブーツの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず図１は、第一の形態によるステアリングブーツを示す装着状態の断面と肉厚との関係を示す説明図、図２は、図１の形態において、内圧による薄肉の山部の変形状態を示す説明図、図３は、図１の形態によるステアリングブーツの装着状態かつ屈曲状態を示す断面図である。

まず図１において、参照符号１は図示されていないステアリングホイールの回転操作によりピニオンギアを介して軸方向往復移動されるステアリングラック、２は、このステアリングラック１が挿通されたラックハウジング、３は、ステアリングラック１の端部（両端）にボールジョイント４を介して連結されたタイロッドである。ボールジョイント４は、タイロッド３の端部に形成されたボール部４１と、ステアリングラック１の端部に形成され前記ボール部４１を転動可能に保持するソケット４２からなる。

この形態によるステアリングブーツ１０は、熱可塑性樹脂によって成形されたものであって、環状の山部１１１と谷部１１２が交互に形成された蛇腹部１１と、この蛇腹部１１の一端に形成されラックハウジング２の外周面に金属バンド５によって締め付けられ密封的に固定される第一取付部１２と、前記蛇腹部１１の他端に形成されて、タイロッド３の外周面に金属バンド６によって締め付けられ密封的に固定される第二取付部１３とを備える。すなわち、図１の装着状態では、ステアリングブーツ１０は、ラックハウジング２からボールジョイント４によるステアリングラック１とタイロッド３の結合部の外周を経てタイロッド３の端部近傍に到る部分を密閉するように包囲している。

蛇腹部１１は、各山部１１１の外径及び各谷部１１２の内径が、第二取付部１３側から第１〜３段目の山部１１１ａ〜１１１ｃ及び第１〜３段目の谷部１１２ａ〜１１２ｃを除く領域では、互いに均一となっており、したがってこの領域では、山部１１１と谷部１１２の起伏高さｈも均一となっている。言い換えれば、ステアリングラック１とタイロッド３が互いに同一軸線上にある図１の状態では、各山部１１１を通る包絡線及び各谷部１１２を通る包絡線が、ステアリングラック１の軸心と平行となっている。前記第１〜３段目の山部１１１ａ〜１１１ｃ及び第１〜３段目の谷部１１２ａ〜１１２ｃは、第１段目が最も小径となるように漸次小径に形成されている。

蛇腹部１１の肉厚ｔは、ボールジョイント４の外周側となる部分１１Ａで他の部分よりも相対的に薄肉となっている。詳しくは、肉厚ｔの分布を図１に線図で示すように、蛇腹部１１の肉厚ｔは、ボールジョイント４の外周側となる部分１１Ａで最も小さく（ｔ_Ａ）、それよりも第一取付部１２側の部分１１Ｂでは、第一取付部１２側へ向けて漸次厚肉となるように肉厚ｔが変化しており、１１Ａよりも第二取付部１３側の部分１１Ｃでは、第二取付部１３側へ向けて漸次厚肉となるように肉厚ｔが変化している。また、第一取付部１２側の端部の肉厚ｔ_Ｂは、第二取付部１３側の端部の肉厚ｔ_Ｃよりも大きい。

また、蛇腹部１１の軸方向両端に相当する端壁１４，１５は、それぞれ円周方向複数のリブ１４ａ，１５ａを有し、これによって補強されている。

以上の構成において、ステアリングブーツ１０は、ラックハウジング２からボールジョイント４によるステアリングラック１とタイロッド３の結合部の外周を経てタイロッド３の端部近傍に到る部分を密閉し、これによって、ボールジョイント４及びその周囲を、泥水や塵埃から保護するものである。

ここで、路面からの輻射熱等によって高温雰囲気になると、ステアリングブーツ１０内の空気の膨張によって、ステアリングブーツ１０の内圧が高まる。この内圧は、蛇腹部１１の内面の全ての部分に対して均一に作用するが、肉厚ｔが大きい部分では、前記内圧が各山部１１１を軸方向へ開くように作用するのに対し、肉厚ｔが小さい部分では、図２に示されるように、内圧Ｐが作用すると、山部１１１の壁面の撓みによって外周寄りの部分では膨らみ、谷部１１２側では逆に角度が小さくなるように変形することになる。したがって、ボールジョイント４の外周に位置する部分１１Ａは、最も薄肉ｔ_Ａであることにより、相対的に圧縮され、それより厚肉である他の部分１１Ｂ，１１Ｃでは相対的に伸長することになる。

そして、車両の運転者がステアリングホイールを回転操作することによって、ステアリングラック１が軸方向移動しながらタイロッド３がボールジョイント４のボール部４１を中心として角変位すると、ステアリングブーツ１０は、ラックハウジング２に固定された第一取付部１２と、タイロッド３と共に変位する第二取付部１３との間で、蛇腹部１１が図３に示されるように変形される。すなわち蛇腹部１１は、ボールジョイント４の外周側の、肉厚ｔが最も薄くなっている部分１１Ａにおいて大きく屈曲する。

したがって、蛇腹部１１における最も薄肉の部分１１Ａは、屈曲内側において大きく圧縮を受ける。そして、このような変形に伴って、前記薄肉の部分１１Ａにおける圧縮側の内周が、ボールジョイント４のソケット４２の外周面に近接又は当接し、第一取付部１２側の部分１１Ｂは、相対的に軸方向の伸長力が大きいため、径方向の変位が規制される。このため、ボールジョイント４よりも第一取付部１２側の部分１１Ｂが、ソケット４２より内周側へ入り込んでその角部４２ａに引っ掛かったりするおそれがない。

また、ステアリングブーツ１０の内圧は、軸方向両端の端壁１４，１５を外側へ倒すように作用するが、この端壁１４，１５は、蛇腹部１１よりも厚肉に形成されると共に、リブ１４ａ，１５ａによって補強されているので、内圧によって倒れて、金属バンド５，６の不図示の螺子部等との干渉により損傷を受けるのを防止することができる。

次に、図４は、本発明の第二の形態によるステアリングブーツを示す未装着状態の断面図、図５は、図４の形態によるステアリングブーツの部分拡大断面図、図６は、図４の形態によるステアリングブーツの装着状態での内圧負荷状態を示す断面図、図７は、図４の形態によるステアリングブーツの装着状態での内圧負荷状態かつ屈曲状態を示す断面図である。

この形態によるステアリングブーツ１０も、熱可塑性樹脂によって成形されたものであって、図４に示されるように、環状の山部１１１と谷部１１２が交互に形成された蛇腹部１１と、この蛇腹部１１の一端に形成された第一取付部１２と、前記蛇腹部１１の他端に形成された第二取付部１３とを備える。この形態において、先に説明した第一の形態と異なるところは、蛇腹部１１における山部１１１の外径及び谷部１１２の内径が第一取付部１２側の端部から第二取付部１３側の端部へ向けて漸次小径になっていることにある。

詳しくは、図５に示されるように、第ｎ段目の山部１１１_ｎの外径とその小径側に隣接する第ｎ−１段目の山部１１１_ｎ−１の外径を通る円錐面が軸心に対してなす傾斜角度θを３０度以下とする。言い換えれば、前記山部１１１_ｎ，１１１_ｎ−１の径差をａ、ピッチをｘとすると、tan^−１（ａ／ｘ）が０〜３０度となるように、ａ及びｘを規定する。また、山部１１１と谷部１１２の起伏高さｈは均一であり、したがって谷部１１２についても山部１１１と同様の関係がある。

蛇腹部１１の肉厚ｔは、先に説明した図１の線図と同様に分布しており、すなわちボールジョイントの外周側となる部分１１Ａが最も薄肉であって、それよりも第一取付部１２側の部分１１Ｂでは、第一取付部１２側へ向けて漸次厚肉となるように肉厚ｔが変化しており、１１Ａよりも第二取付部１３側の部分１１Ｃでは、第二取付部１３側へ向けて漸次厚肉となるように肉厚ｔが変化している。また、第一取付部１２側の端部の肉厚は、第二取付部１３側の端部の肉厚よりも大きい。

以上の構成を有するステアリングブーツ１０も、図６に示されるように、第一取付部１２が、ラックハウジング２の外周面に、金属バンド５によって締め付けられることにより密封的に固定されると共に、第二取付部１３が、タイロッド３の外周面に、金属バンド６によって締め付けられることにより密封的に固定され、蛇腹部１１が、ラックハウジング２からボールジョイント４によるステアリングラック１とタイロッド３の結合部の外周側及びタイロッド３の端部近傍に到る部分を包囲し、これによって、ボールジョイント４及びその周囲を、泥水や塵埃から保護するものである。

ここで、路面からの輻射熱等によって高温雰囲気になると、空気の膨張によって、ステアリングブーツ１０の内圧が高まる。この場合、内圧は蛇腹部１１の内面に対して均一に作用する。そして、この内圧を受ける受圧面積は、蛇腹部１１の大径側（第一取付部１２側）ほど大きいから、第一取付部１２寄りの位置ほど、内圧による軸方向の伸長力が大きく、小径となる第二取付部１３寄りの位置ほど、内圧による軸方向の伸長力が小さくなる。

ところが、蛇腹部１１の軸方向両側すなわち第一取付部１２及び第二取付部１３は固定されているため、図６に示されるように、蛇腹部１１は、第一取付部１２側において相対的に伸長し、第二取付部１３寄りにおいて相対的に圧縮されることになる。また、最も第二取付部１３に近い部分１１Ｃでは、第二取付部１３側へ向けて漸次厚肉となっているため、ボールジョイント４の外周に位置する部分１１Ａにおいて最も圧縮される。

また、蛇腹部１１の肉厚分布は図１と同様であるから、これによっても、最も薄肉の部分１１Ａは相対的に圧縮され、それより厚肉である他の部分１１Ｂ，１１Ｃでは相対的に伸長することになる。

そしてこの状態から、運転者が不図示のステアリングホイールを回転操作することによって、ステアリングラック１が軸方向移動しながらタイロッド３がボールジョイント４のボール部４１を中心として角変位すると、ステアリングブーツ１０は、ラックハウジング２に固定された第一取付部１２と、タイロッド３と共に変位する第二取付部１３との間で、蛇腹部１１が図７に示されるように変形される。すなわち蛇腹部１１は、ボールジョイント４の外周側の、肉厚ｔが最も薄くなっている部分１１Ａにおいて大きく屈曲し、この部分１１Ａは、圧縮側の内周が、ボールジョイント４のソケット４２の外周面に近接又は当接する。また、第一取付部１２側の部分１１Ｂは、大径側ほど内圧による軸方向の伸長力が大きいため、径方向の変位が規制される。このため、ボールジョイント４よりも第一取付部１２側の部分１１Ｂが、ソケット４２より内周側へ入り込んで、ボールジョイント４のソケット４２の角部４２ａと引っ掛かるのを有効に防止することができる。

また、山部１１１の外径を通る円錐面が軸心に対してなす傾斜角度θを３０度以下の緩やかなものとしたため、不図示の車輪のトーイン調整においてタイロッド３が捩られた場合でも、ステアリングブーツ１０に加わる捩り応力が抑えられ、優れた耐久性が確保される。

また、蛇腹部１１の軸方向両側の端壁１４，１５は、第一の形態と同様、蛇腹部１１よりも厚肉であると共に、リブ１４ａ，１５ａによって補強されているので、内圧によって倒れて、金属バンド５，６の不図示の螺子部等との干渉により損傷を受けるのを防止することができる。

本発明の第一の形態によるステアリングブーツを示す装着状態の断面と肉厚との関係を示す説明図である。 図１の形態によるステアリングブーツの内圧による薄肉の山部の変形状態を示す説明図である。 図１の形態によるステアリングブーツの装着状態かつ屈曲状態を示す断面図である。 本発明の第二の形態によるステアリングブーツを示す未装着状態の断面図である。 図４の形態によるステアリングブーツの部分拡大断面図である。 図４の形態によるステアリングブーツの装着状態での内圧負荷状態を示す断面図である。 図４の形態によるステアリングブーツの装着状態での内圧負荷状態かつ屈曲状態を示す断面図である。 従来のステアリングブーツの変形状態を示す説明図である。

符号の説明

１ ステアリングラック
２ ラックハウジング
３ タイロッド
４ ボールジョイント
４１ ボール部
４２ ソケット
５，６ 金属バンド
１０ ステアリングブーツ
１１ 蛇腹部
１１Ａ ボールジョイントの外周側となる部分
１１１ 山部
１１２ 谷部
１２ 第一取付部
１３ 第二取付部
１４，１５ 端壁
１４ａ，１５ａ リブ

Claims (3)

1. 環状の山部（１１１）と谷部（１１２）が交互に形成された蛇腹部（１１）と、この蛇腹部（１１）の一端に形成されて、ステアリングラック（１）を軸方向移動自在に挿通したラックハウジング（２）の外周面に密封的に固定される第一取付部（１２）と、前記蛇腹部（１１）の他端に形成されて、前記ステアリングラック（１）にボールジョイント（４）を介して揺動可能に結合されたタイロッド（３）の外周面に密封的に固定される第二取付部（１３）とを備え、前記蛇腹部（１１）が、前記ボールジョイント（４）の外周側又はそれより第二取付部（１３）側となる部分（１１Ａ）で他の部分（１１Ｂ，１１Ｃ）よりも相対的に薄肉となるように形成されたことを特徴とするステアリングブーツ。
2. 山部（１１１）及び谷部（１１２）の半径が第一取付部（１２）側の端部から第二取付部（１３）側の端部へ向けて漸次小径になることを特徴とする請求項１に記載のステアリングブーツ。
3. 任意の山部（１１１_ｎ）とその小径側に隣接する山部（１１１_ｎ−１）を通る円錐面又は任意の谷部とその小径側に隣接する谷部を通る円錐面が軸心に対してなす傾斜角度（θ）を３０度以下とすることを特徴とする請求項２に記載のステアリングブーツ。

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