JP2009012663A - ラックストロークエンドの衝撃緩和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストロークエンド時にラックエンド及びラックハウジングの間で弾性変形して衝撃力を緩和するラックダンパの耐久性を向上させるラックストロークエンドの衝撃緩和装置を提供する。
【解決手段】ラックダンパ２６の一方の端面２６ａの内周側には、ラックハウジング２３のガイド穴２３ａの直径Ｄ２より大きな直径Ｄ１の内周側非干渉部２７が形成されている。このため、ガイド穴２３ａ及びダンパ収納凹部２５の底面２５ａの境界部のエッジＥにラックダンパ２６の内周側が接触しない。これにより、ストロークエンド時、ラックダンパ２６は、弾性変形する際にラックハウジング２３からエッジロード（端部集中荷重）を受けない。
【選択図】図５

Description

本発明は、ステアリング装置などに使用されるラックストロークエンドの衝撃緩和装置の改良に関する。

自動車のステアリング装置には、ステアリングホイールからの回転運動をピニオン＆ラック機構によってラック軸の軸方向運動に変換する、所謂ラック・ピニオン形式ステアリング装置が一般に使用されている。このステアリング装置には、ラック軸の端部に固定したラックエンドを、ラック軸を軸方向に移動自在に支持しているラックハウジングに緩く当接させることによってストロークエンドを規制するストロークエンド衝撃緩和装置が設けられている。

この種のストロークエンド衝撃緩和装置として、例えば特許文献１に記載されているものがある。この装置は、ラック軸の端部側外周に弾性変形自在なラックダンパを配置し、ラックエンド及びラックハウジングが衝突するストロークエンドの直前に、ラックエンド及びラックハウジングに当接するラックダンパが弾性変形することで衝撃時の衝撃力を緩和するものである。
実開平６−６９０６１号公報（図５、図７）

ところで、上述した従来の装置は、ラック軸の端部外周に円筒形状のラックダンパを配置しているが、ストロークエンド時に、ラックハウジングのラック軸を支持しているガイド穴のエッジに、弾性変形するラックダンパの内周側が当たって損傷するおそれがある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ストロークエンド時にラックエンド及びラックハウジングの間で弾性変形して衝撃力を緩和するラックダンパの耐久性を向上させるとともに、ブーツなどラックダンパの保護部材の追加部品も不要として簡単な構造とし、組付けも容易なラックストロークエンドの衝撃緩和装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係るラックストロークエンドの衝撃緩和装置は、ラック軸の端部側外周に弾性変形自在に装着されている筒形状のラックダンパと、前記ラック軸の端部に固定されているラックエンドと、このラックエンドを収容する収納凹部及び前記ラック軸を軸方向に移動自在に支持するガイド穴を設けたラックハウジングとを備え、前記ラックエンド及び前記収納凹部の当接面同士が衝突するストロークエンドの直前に、前記ラックダンパの軸方向の両端面が前記収納凹部の底面と前記ラックエンドとに当接して弾性変形することで衝撃力を緩和するようにした装置において、前記収納凹部の底面に当接して弾性変形する前記ラックダンパの軸方向の一方の端面に、前記収納凹部の底面で開口している前記ガイド穴のエッジに干渉しない内周側非干渉部を設けたことを特徴とするラックストロークエンドの衝撃緩和装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置において、前記内周側非干渉部は、前記ラックダンパの軸方向の一方の端面内周に設けられ、前記ガイド穴の直径より大きな外径を有する環状の凹部である。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置において、前記ラックエンドに当接する前記ラックダンパの軸方向の他方の端面に、前記内周側非干渉部と同一形状の部位を設けた。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置において、前記ラックダンパの軸方向の他方の端面に、ストロークエンド時に互いに衝突する前記ラックエンド及び前記収納凹部の当接面に干渉しない外周側非干渉部を設けた。
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置において、前記外周側非干渉部は、前記ラックダンパの軸方向の他方の端面外周に設けられた環状の凹部である。

また、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置において、前記収納凹部の底面に当接する前記ラックダンパの軸方向の一方の端面に、前記外周側非干渉部と同一形状の部位を設けた。
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置において、前記ラックダンパの軸方向の端部側が内周側に弾性変形し、軸方向の中央部が外周側に突出しながら弾性変形するように、当該ラックダンパに変形促進部を設けた。

さらに、請求項８記載の発明は、請求項７記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置において、前記変形促進部は、前記ラックダンパの軸方向中央部の内周面に形成した環状の凹みである。

本発明に係るラックストロークエンドの衝撃緩和装置によれば、収納凹部の底面に当接して弾性変形するラックダンパの軸方向の一方の端面に、収納凹部の底面で開口しているガイド穴のエッジに干渉しない内周側非干渉部を設けたことから、ストロークエンド時、弾性変形するラックダンパはラックハウジングからエッジロード（端部集中荷重）を受けないので耐久性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１から図１１は、本発明のラックストロークエンドの衝撃緩和装置を示す図であり、図１は本発明に係るステアリング装置を示す図であり、図２はストロークエンド前の衝撃緩和装置の構造を示す図であり、図３はストロークエンド時の衝撃緩和装置の構造を示す図であり、図４はストロークエンド前の第１実施形態の衝撃緩和装置を示す図であり、図５はストロークエンド時の第１実施形態の衝撃緩和装置を示す図であり、図６はストロークエンド前の第２実施形態の衝撃緩和装置を示す図であり、図７はストロークエンド前の第３実施形態の衝撃緩和装置を示す図であり、図８はストロークエンド前の第４実施形態の衝撃緩和装置を示す図であり、図９はストロークエンド時の第４実施形態の衝撃緩和装置を示す図であり、図１０はストロークエンド前の第５実施形態の衝撃緩和装置を示す図であり、図１１はストロークエンド時の第５実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。

図１において符号ＳＭはステアリング装置である。このステアリング装置ＳＭは、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって図示しない操舵輪を操舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ギヤハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する電動機としての例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。
また、減速ギヤ１１のステアリングホイール１側に連接されたハウジング１３内に操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。

そして、運転者がステアリングホイール１を左右いずれかの方向に操舵すると、操舵トルクセンサ１４が検出した操舵トルクに基づく駆動電流により電動モータ１２が起動される。これにより、電動モータ１２の操舵補助力が減速ギヤ１１を介して出力軸２ｂに伝達されタイロッド９に連結された左右の操舵輪（不図示）が操舵されるようになっている。

（第１実施形態）
図２は、ラックアンドピニオン形式ステアリングギヤ８における第１実施形態のラックストロークエンドの衝撃緩和装置２０を示すものである。

本実施形態の衝撃緩和装置２０は、ラック軸８ｃの一端（図２の右端部）に固定されているラックエンド２１と、このラックエンド２１とタイロッド９とを連接するようにタイロッド９の一端（図２の左端部）に固定されているボールジョイント２２と、ラック軸８ｃが軸方向Ｐ１に摺動するように支持しているガイド穴２３ａを設けたラックハウジング２３と、ラックハウジング２３の一端側（図２の右端部側）に同軸筒状に形成されてラックエンド２１が入り込むラックエンド収納凹部２４と、このラックエンド収納凹部２４の他端側に縮径された内径で同軸筒状に連続して形成されているダンパ収納凹部２５とを備えている。

そして、ラックエンド収納凹部２４内であってラック軸８ｃの一端側の外周には、硬質ゴム等からなる円筒形状のラックダンパ２６が配置されている。
ラックダンパ２６には、図４に示すように、軸方向の一方の端面２６ａの内周側を環状に取り除くことで環状の段差凹部２７が形成されている。この段差凹部の最大直径Ｄ１は、ラックハウジング２３のガイド穴２３ａの直径Ｄ２より大きく設定されている（Ｄ１＞Ｄ２）。

そして、段差凹部２７を形成した一方の端面２６ａが、ダンパ収納凹部２５の底面２５ａ（ラック軸８ｃの軸方向Ｐ１に直交して延在しているダンパ収納凹部２５の内面）に当接可能となるように、ラック軸８ｃの一端側の外周にラックダンパ２６が配置されている。
なお、本発明の収納凹部の当接面が、ラックエンド収納凹部２４の底面２４ａに対応し、本発明の収納凹部の底面で開口しているガイド穴が、ダンパ収納凹部２５の底面２５ａで開口しているガイド穴２３ａに対応し、本発明の環状の凹部が、段差凹部２７に対応している。

次に、本実施形態の装置の動作及び効果について、図３及び図５を参照して説明する。
図３に示すようにラックエンド２１がラックエンド収納凹部２４内に入り込んでいき、ラック軸８ｃがストロークエンドの位置まで移動すると、ラックエンド収納凹部２４の底面２４ａ（ラック軸８ｃの軸方向Ｐ１に直交して延在しているラックエンド収納凹部２４の内面）と、ラックエンド２１の当接面２１ａ（ラック軸８ｃの軸方向Ｐ１に直交して延在しているラックエンド２１の端面）が当接して衝撃力が発生する。その際、ラック軸８ｃの一端側の外周に配置されているラックダンパ２６が、ダンパ収納凹部２５の底面２５ａとラックエンド２１の当接面２１ａに当接して拡径しながら弾性変形することで、ラック軸８ｃのストロークエンド時の衝撃力が吸収される。

ここで、ラックダンパ２６の一方の端面２６ａの内周側には、ラックハウジング２３のガイド穴２３ａの直径Ｄ２より大きな直径Ｄ１の段差凹部２７が形成されていることから、図５に示すように、ガイド穴２３ａ及びダンパ収納凹部２５の底面２５ａの境界部のエッジＥにラックダンパ２６の内周側が接触しない。このように、ストロークエンド時、ラックダンパ２６は、弾性変形する際にラックハウジング２３からエッジロード（端部集中荷重）を受けない。

したがって、本実施形態は、ストロークエンド時にラックエンド２１及びラックハウジング２３のダンパ収納凹部２５の間で弾性変形して衝撃力を緩和するラックダンパ２６の耐久性を向上させることができる。
また、ラックダンパ２６のブーツなど保護部材の部品が不要であり、一方の端面２６ａの内周側にガイド穴２３ａの直径Ｄ２より大きな直径Ｄ１の段差凹部２７を形成するだけの簡単な構造なので、コストの低減化も図ることができる。

（第２実施形態）
次に、図６は、第２実施形態のラックストロークエンドの衝撃緩和装置の要部を示すものである。
本実施形態の装置のラックダンパ２６は、軸方向の一方の端面２６ａの内周側及び他方の端面２６ｂの内周側のそれぞれに環状の段差凹部２７が形成されている。これら段差凹部の最大直径Ｄ１は、ラックハウジング２３のガイド穴２３ａの直径Ｄ２より大きく設定されている（Ｄ１＞Ｄ２）。
なお、本発明の本発明の環状の凹部が段差凹部２７に対応している。

本実施形態によると、ラックダンパ２６の軸方向の両端２６ａ，２６ｂの内周側に同一形状の環状の段差凹部２７を形成したことから、ラック軸８ｃの一端側の外周にラックダンパ２６を配置する際の軸方向の向きを考えずに装着することができ、組付け性を良好とすることができる。そして、第１実施形態と同様に、ストロークエンド時にガイド穴２３ａ及びダンパ収納凹部２５の底面２５ａの境界部のエッジＥにラックダンパ２６の内周側が接触しないので、ラックダンパ２６の耐久性を向上させることができる。

（第３実施形態）
ここで、ラックダンパ２６の構造は、図７に示すように、ラックダンパ２６の内周側に、両端面２６ａ，２６ｂに向かうに従い徐々に拡径した環状の面取り部２８を形成する構造も考えられる。この際、面取り部２８の端面側の最大直径Ｄ１は、ラックハウジング２３のガイド穴２３ａの直径Ｄ２より大きく設定する（Ｄ１＞Ｄ２）。
なお、本発明の環状の凹部が面取り部２８に対応している。
第３実施形態によると、面取り部２８の加工を容易に行うことができるとともに、第２実施形態と同様に組付け性を良好としながら、ラックダンパ２６の耐久性を向上させることができる。

（第４実施形態）
次に、図８及び図９は、第４実施形態のラックストロークエンドの衝撃緩和装置の要部を示すものである。
本実施形態のラックダンパ２６は、軸方向の両端２６ａ，２６ｂの外周側に環状の段差凹部２９が形成されている。また、第２実施形態と同様に、軸方向の両端２６ａ，２６ｂの内周側にも、段差凹部２９と同形状の環状の段差凹部２７が形成されている。なお、本発明の環状の凹部が、段差凹部２７，２９に対応している。
図８に示すように、本実施形態のラックダンパ２６の断面中心を符号Ｃとすると、軸方向の両端２６ａ，２６ｂの外周及び内周に段差凹部２９，２７が形成されているラックダンパ２６は、ストロークエンド時にダンパ収納凹部２５の底面２５ａ及びラックエンド２１の当接面２１ａから作用する軸方向の衝撃荷重Ｆ１，Ｆ２が略断面中心Ｃに向かう方向となる。

このように、衝撃荷重Ｆ１，Ｆ２が略断面中心Ｃに向けて作用することで弾性変形するラックダンパ２６は、軸方向の端部側が外周側、或いは内周側に反り返って変形することがなく、ストロークエンド時にラックエンド収納凹部２４の底面２４ａとラックエンド２１の当接面２１ａとが当接しても、それらの間に挟まるラックダンパ２６の部位が存在しない。

したがって、軸方向の端部２６ｂの外周側が、ストロークエンド時のラックエンド収納凹部２４の底面２４ａとラックエンド２１の当接面２１ａとが当接する際に挟み込まれるおそれがないので、さらに耐久性が向上したラックダンパ２６を提供することができる。
また、本実施形態のラックダンパ２６は、軸方向の両端部２６ａ，２６ｂの内周側に同一形状の段差凹部２７形成し、外周側にも同一形状の段差凹部２９を形成したことから、ラックダンパ２６を軸方向の向きを考えずにラック軸８ｃの外周に簡単に装着することができ、組付け性を良好とすることができる。

なお、本実施形態では、ラックダンパ２６に環状の段差凹部２７，２９を形成したが、図７で示す第３実施形態のように、両端面２６ａ，２６ｂに向かうに従い徐々に拡径した環状の面取り部を形成した構造であってもよい。

（第５実施形態）
さらに、図１０及び図１１は、第５実施形態のラックストロークエンドの衝撃緩和装置の要部を示すものである。
本実施形態は、ラック軸８ｃの外周に当接するラックダンパ２６の内周面の軸方向中央部に、環状に凹んだ変形促進部３０が形成されている。また、本実施形態のラックダンパ２６は、第２，４実施形態と同様に、軸方向の両端２６ａ，２６ｂの内周側にも環状の段差凹部２７が形成されている。
本実施形態のラックダンパ２６は、内周面の軸方向中央部に変形促進部３０が形成されているので、ダンパ収納凹部２５の底面２５ａとラックエンド２１の当接面２１ａとに当接して弾性変形する際には図１０に示す曲げモーメントＭが作用する。そして、このような曲げモーメントＭが作用したラックダンパ２６は、軸方向の端部側が内周側に移動し、軸方向の中央部が外周側に突出するように変形していく。

このため、ラックダンパ２６の軸方向の端部２６ｂの外周側が、ストロークエンド時のラックエンド収納凹部２４の底面２４ａとラックエンド２１の当接面２１ａとが当接する際に挟み込まれるおそれがないので、さらに耐久性が向上したラックダンパ２６を提供することができる。
また、本実施形態のラックダンパ２６は、軸方向の両端部２６ａ，２６ｂの内周側に同一形状の段差凹部２７形成していることから、ラックダンパ２６を軸方向の向きを考えずにラック軸８ｃの外周に簡単に装着することができ、組付け性を良好とすることができる。

なお、本実施形態もラックダンパ２６に環状の段差凹部２７を形成したが、図７で示す第３実施形態のように、両端面２６ａ，２６ｂに向かうに従い徐々に拡径した環状の面取り部を形成した構造であってもよい。
また、本実施形態の変形促進部３０を、他の実施形態のラックダンパ２６の軸方向中央部の内周面に形成してもよい。

さらに、ラック軸８ｃの一端側の外周に配置されている各実施形態のラックダンパ２６は、ラック軸８ｃの軸方向に移動自在に配置されていても、軸方向に移動不可能に外嵌されていてもよい。
さらに、各実施形態のラックストロークエンドの緩衝緩和装置２０を備えたステアリング装置ＳＭは、操舵補助機構１０を具備した装置として説明したが、操舵補助機構１０を備えていないステアリング装置ＳＭであってもよい。

さらにまた、本発明のラックストロークエンドの緩衝緩和装置を、図１に示したコラムアシスト式電動パワーステアリング装置に適用したが、ピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置、或いはラックアシスト式電動パワーステアリング装置に適用してもよい。

本発明に係るステアリング装置を示す図である。 ストロークエンド前の衝撃緩和装置の構造を示す図である。 ストロークエンド時の衝撃緩和装置の構造を示す図である。 ストロークエンド前の第１実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。 ストロークエンド時の第１実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。 ストロークエンド前の第２実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。 ストロークエンド前の第３実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。 ストロークエンド前の第４実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。 ストロークエンド時の第４実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。 ストロークエンド前の第５実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。 ストロークエンド時の第５実施形態の衝撃緩和装置を示す図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…出力軸、３…ステアリングコラム、４…ユニバーサルジョイント、４ａ，４ｂ…ヨーク、４ｃ…十字連結部、５…中間シャフト、６…ユニバーサルジョイント、６ａ，６ｂ…ヨーク、６ｃ…十字連結部、７…ピニオンシャフト、８…ステアリングギヤ、８ａ…ギヤハウジング、８ｂ…ピニオン、８ｃ…ラック軸、９…タイロッド、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１３…ハウジング、１４…操舵トルクセンサ、２０…衝撃緩和装置、２１…ラックエンド、２１ａ…当接面、２２…ボールジョイント、２３…ラックハウジング、２３ａ…ガイド穴、２４…ラックエンド収納凹部、２４ａ…底面、２５…ダンパ収納凹部、２５ａ…底面、２５ｂ…内周面、２６…ラックダンパ、２６ａ…軸方向の一方の端面、２６ｂ…軸方向の他方の端面、２７，２９…環状の段差凹部、２８…環状の面取り部、３０…変形促進部、Ｃ…ラックダンパの断面中心、Ｄ１…段差凹部の最大直径、Ｄ２…ガイド穴の直径、Ｅ…エッジ、Ｍ…曲げモーメント、Ｐ１…ラック軸の軸方向、ＳＭ…ステアリング装置

Claims (8)

1. ラック軸の端部側外周に弾性変形自在に装着されている筒形状のラックダンパと、前記ラック軸の端部に固定されているラックエンドと、このラックエンドを収容する収納凹部及び前記ラック軸を軸方向に移動自在に支持するガイド穴を設けたラックハウジングとを備え、前記ラックエンド及び前記収納凹部の当接面同士が衝突するストロークエンドの直前に、前記ラックダンパの軸方向の両端面が前記収納凹部の底面と前記ラックエンドとに当接して弾性変形することで衝撃力を緩和するようにした装置において、
   前記収納凹部の底面に当接して弾性変形する前記ラックダンパの軸方向の一方の端面に、前記収納凹部の底面で開口している前記ガイド穴のエッジに干渉しない内周側非干渉部を設けたことを特徴とするラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
2. 前記内周側非干渉部は、前記ラックダンパの軸方向の一方の端面内周に設けられ、前記ガイド穴の直径より大きな外径を有する環状の凹部であることを特徴とする請求項１記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
3. 前記ラックエンドに当接する前記ラックダンパの軸方向の他方の端面に、前記内周側非干渉部と同一形状の部位を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
4. 前記ラックダンパの軸方向の他方の端面に、ストロークエンド時に互いに衝突する前記ラックエンド及び前記収納凹部の当接面に干渉しない外周側非干渉部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
5. 前記外周側非干渉部は、前記ラックダンパの軸方向の他方の端面外周に設けられた環状の凹部であることを特徴とする請求項４記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
6. 前記収納凹部の底面に当接する前記ラックダンパの軸方向の一方の端面に、前記外周側非干渉部と同一形状の部位を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
7. 前記ラックダンパの軸方向の端部側が内周側に弾性変形し、軸方向の中央部が外周側に突出しながら弾性変形するように、当該ラックダンパに変形促進部を設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
8. 前記変形促進部は、前記ラックダンパの軸方向中央部の内周面に形成した環状の凹みであることを特徴とする請求項７記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。

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