JP2009090788A - ラックストロークエンドの衝撃緩和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を招くことなく衝撃吸収能力をさらに高めることが可能な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】ボールジョイントを介してタイロッドが連結されるラックエンド４がラック軸２の端部に設けられてラックハウジング３の端部から突出され、互いに当接されるラック軸２の端部及びラックハウジング３の端部に、それぞれ弾性材料からなるラック緩衝部材１１及びハウジング緩衝部材１３を設ける。ラックハウジング３から突出されるラックエンド４が突出方向の所定位置に到達した際に、ラック緩衝部材１１がラックハウジング３の内周面に摺動可能に密着するとともにハウジング緩衝部材１３がラックエンド４の外周面に摺動可能に密着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラック機構におけるラックストロークエンドの衝撃緩和装置に関する。

自動車のステアリング装置としては、ステアリングホイールからの回転運動をラック・アンド・ピニオン機構によって、ラック軸の軸方向運動に変換するラック・アンド・ピニオン式ステアリシグ装置がある。
このラック・アンド・ピニオン式ステアリシグ装置には、ラック軸の端部に固定されたボールジョイントと、このボールジョイントが当接されるラックハウジングとの間に、弾性体を介在させることにより、ラック軸のストロークエンドにおける衝撃を吸収する衝撃緩和装置が設けられている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００６−１５１０号公報 特開２００５−８８７７７号公報

ところで、車両の大型化に伴い、ステアリングホイールでの入力をアシストするアシスト装置の出力も増大しているため、ラック・アンド・ピニオン式ステアリシグ装置におけるラックストロークエンドへの負荷・衝撃が増加する傾向にある。このため、ラックストロークエンドにおける強度を高める必要があるが、これに伴ってラック機構の大型化を招いてしまう。
また、近年では、コラムに電動パワーステアリング装置を搭載したアシスト装置が多く採用されているが、このアシスト装置にあっては、タイヤ切れ角が最大となった状態にて、その出力が最大となり、コラムとラック・アンド・ピニオン部分とを連結しているシャフトの連結部分に大きな負荷がかかり続け、早期に劣化や破損等を生じる恐れもあり、衝撃吸収能力のさらなる向上が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、大型化を招くことなく衝撃吸収能力をさらに高めることが可能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、本発明のラックストロークエンドの衝撃緩和装置は、ラックハウジング内にてラック軸が往復移動可能に支持され、前記ラックハウジングの端部と前記ラック軸の端部とが互いに当接されて前記ラック軸の移動が規制されるラック機構におけるストロークエンドの衝撃緩和装置であって、ボールジョイントを介してタイロッドが連結されるラックエンドが前記ラック軸の端部に設けられて前記ラックハウジングの端部から突出され、互いに当接される前記ラック軸の端部及びラックハウジングの端部に、それぞれ弾性材料からなるラック緩衝部材及びハウジング緩衝部材が設けられ、前記ラックハウジングから突出される前記ラックエンドが突出方向の所定位置に到達した際に、前記ラック緩衝部材が前記ラックハウジングの内周面に摺動可能に密着するとともに前記ハウジング緩衝部材が前記ラックエンドの外周面に摺動可能に密着することを特徴としている。

かかる構成とすれば、ラックエンドが突出方向の所定位置に到達した際に、ラック緩衝部材がラックハウジングの内周面に摺動可能に密着するとともにハウジング緩衝部材がラックエンドの外周面に摺動可能に密着するので、ラック緩衝部材、ハウジング緩衝部材、ラックハウジング及びラックエンドによって囲われた圧縮空間をラックストロークエンドに形成し、この圧縮空間における空気の圧縮力によって良好な緩衝効果を得ることができる。
その後、ラック緩衝部材とハウジング緩衝部材とが当接することにより、弾性材料からなるこれらラック緩衝部材及びハウジング緩衝部材によってラック軸からの衝撃力を吸収することができる。
このように、優れた衝撃吸収能力を得ることができるので、例えば、タイヤ切れ角が最大となった状態にて出力が最大となるコラム式の電動パワーステアリング装置を搭載したとしても、コラムとラック・アンド・ピニオン部分とを連結しているシャフトの連結部分への負荷を軽減し、長寿命化を図ることができる。

この場合、前記ラック緩衝部材と前記ハウジング緩衝部材とが近接することにより圧縮されるラック緩衝部材とハウジング緩衝部材との間の空気を収容する収容空間を有するものでも良い。

かかる構成とすれば、ラック緩衝部材、ハウジング緩衝部材、ラックハウジング及びラックエンドによって囲われた圧縮空間内の空気を収容空間内に収容することができ、ラック軸の円滑な移動を妨げることなく、良好な衝撃吸収能力を発揮させることができる。

また、前記ラック緩衝部材と前記ハウジング緩衝部材とが近接することにより圧縮されるラック緩衝部材とハウジング緩衝部材との間の空気を外部に導く流路を有するものでも良い。

かかる構成とすれば、圧縮空間内の空気を適度に逃がし、ラックストロークエンドにおける過剰な反発力の発生を抑制し、良好に衝撃を吸収しつつ円滑なストローク動作を得ることができる。

本発明のラックストロークエンドの衝撃緩和装置によれば、大型化を招くことなく衝撃吸収能力をさらに高めることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るラックストロークエンドの衝撃緩和装置を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るラックストロークエンドの衝撃緩和装置の断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面に、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ断面に対応する。
図１（Ａ）に示すように、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、ラック１が形成されたラック軸２は、そのラック１が図示しないピニオンに噛合され、円筒状のラックハウジング３内にて、矢印イ、ロ方向に往復移動可能に支持されており、このように構成されたラック機構の両端（図１（Ａ）では一端のみ図示）のラックストロークエンドに衝撃緩和装置が構成されている。

衝撃緩和装置を構成するラックストロークエンドでは、ラック軸２の端部に、棒状のラックエンド４が固定されており、このラックエンド４が、ラックハウジング３の端面５に形成された挿通孔５ａから突出されている。
また、ラックハウジング３は、その中央側の大内径部３ａと、端部近傍の小内径部３ｂと、これら大内径部３ａと小内径部３ｂとの間のテーパ内径部３ｃとを有する。小内径部３ｂは、大内径部３ａよりも小径であり、テーパ内径部３ｃは、大内径部３ａから小内径部３ｂへ向かって次第に窄まっている。これらの直径をそれぞれ、Ｄ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃとすると、Ｄ３ａ＞Ｄ３ｃ＞Ｄ３ｂと表せる。

ラックエンド４は、その先端部に、ボールジョイントを構成するソケット６が設けられ、このソケット６に、図示しないタイロッドのボールが摺動自在に保持される。ラックエンド４は、大外径部４ａと、小外径部４ｂと、これら大外径部４ａと小外径部４ｂとの間のテーパ外径部４ｃとを有する。大外径部４ａは、そのラック軸２との接続側において、挿通孔５ａに挿通可能に配置され、小外径部４ｂは、大外径部４ａよりもソケット６側に配置され、大外径部４ａよりも小径である。また、テーパ外径部４ｃは、大外径部４ａから小外径部４ｂへ向かって次第に窄まっている。これらの直径（外径）をそれぞれ、Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃとすると、Ｄ４ａ＞Ｄ４ｃ＞Ｄ４ｂと表せる。

ラックエンド４には、その大外径部４ａにおけるラック軸２側の端部に、例えば、ゴム等の弾性材料から形成された環状のラック緩衝部材１１が取り付けられており、このラック緩衝部材１１は、ラックハウジング３の小内径部３ｂよりも小径の外径（Ｄ１１）を有し、ラック軸２の端面２ａに当接された状態に配置されている。このラック緩衝部材１１には、その外周に、周方向に沿って溝部１１ａが形成されており、この溝部１１ａには、例えば、ゴム等の弾性材料から形成された環状のＯリング１２が装着されている。そして、Ｏリング１２は、緩衝部材１１より突出しており、Ｏリング１２における外径寸法（Ｄ１２）が、ラックハウジング３の大内径部３ａよりも小径であり、かつ小内径部３ｂよりも大径とされている。即ち、Ｄ３ｂ＞Ｄ１１、Ｄ１１＜Ｄ１２、Ｄ３ｂ＜Ｄ１２＜Ｄ３ａと表せる。

ラックハウジング３には、その小内径部３ｂにおける端面５側に、例えば、ゴム等の弾性材料から形成された環状のハウジング緩衝部材１３が取り付けられており、このハウジング緩衝部材１３は、ラックエンド４の大外径部４ａよりも大径の内径（Ｄ１３）を有し、端面５に当接された状態に配置されている。このハウジング緩衝部材１３には、その内周に、周方向に沿って溝部１３ａが形成されており、この溝部１３ａには、例えば、ゴム等の弾性材料から形成された環状のＯリング１４が装着されている。そして、Ｏリング１４は、緩衝部材１３より内側に突出しており、Ｏリング１４の内径寸法（Ｄ１４）が、ラックエンド４の大外径部４ａよりも小径であり、かつ小外径部４ｂよりも大径とされている。即ち、Ｄ１３＞Ｄ４ａ、Ｄ１３＞Ｄ１４、Ｄ４ｂ＜Ｄ１４＜Ｄ４ａと表せる。

次に、上記のラックストロークエンドの衝撃緩和装置における衝撃の緩和機能について図２を参照しながら説明する。
図示しないステアリングホイールが回転され、その回転運動がラック・アンド・ピニオン機構によって、ラック軸２の軸方向運動に変換され、このラック軸２が一方へ移動されると、その移動側のラックストロークエンドでは、図２（Ａ）に示すように、ラックエンド４がラックハウジング３の端面５の挿通孔５ａから突出される。

これに伴い、ラック緩衝部材１１に装着されたＯリング１２が、ラックハウジング３の大内径部３ａからテーパ内径部３ｃを越えて小内径部３ｂに至り、この小内径部３ｂの内周面に摺動可能に密着する。また、ハウジング緩衝部材１３に装着されたＯリング１４に対して、ラックエンド４は、その小外径部４ｂからテーパ外径部４ｃが通過し大外径部４ａが配置され、この大外径部４ａの外周面にＯリング１４が摺動可能に密着する。
これにより、ラックストロークエンドには、ラック緩衝部材１１、ハウジング緩衝部材１３、ラックハウジング３の小内径部３ｂ及びラックエンド４の大外径部４ａによって囲われた圧縮空間Ｓが形成される。

さらに、ラック軸２が摺動されると、図２（Ｂ）に示すように、圧縮空間Ｓが徐々に狭まり、これに伴い、ラック軸２は、圧縮空間Ｓ内にて圧縮された空気圧によって移動方向と反する方向へ向かう押圧力が徐々に生じる。
その後、図２（Ｃ）に示すように、圧縮空間Ｓ内の空気（圧縮空気）は、ラック緩衝部材１１の外周とラックハウジング３の小内径部３ｂの内周面との間及びハウジング緩衝部材１３の内周とラックエンド４の大外径部４ａとの間に形成された隙間Ｇ内に収容されるとともに、弾性材料からなるラック緩衝部材１１及びハウジング緩衝部材１３同士が当接して弾性変形することにより、ラック軸２からの衝撃力が吸収される。

このように、上記実施形態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、ラックエンド４が突出方向の所定位置に到達した際に、ラック緩衝部材１１がラックハウジング３の内周面に摺動可能に密着するとともにハウジング緩衝部材１３がラックエンド４の外周面に摺動可能に密着するので、ラック緩衝部材１１、ハウジング緩衝部材１３、ラックハウジング３及びラックエンド４によって囲われた圧縮空間Ｓをラックストロークエンドに形成し、この圧縮空間Ｓにおける空気の圧縮力によって良好な緩衝効果を得ることができる。

その後、ラック緩衝部材１１とハウジング緩衝部材１３とが当接することにより、弾性材料からなるこれらラック緩衝部材１１及びハウジング緩衝部材１３によってラック軸２からの衝撃力を吸収することができる。これにより、大型化を招くことなく衝撃吸収能力をさらに高めることができる。

このように、上記衝撃緩和装置では、優れた衝撃吸収能力を得ることができるので、例えば、タイヤ切れ角が最大となった状態にて出力が最大となるコラム式の電動パワーステアリング装置を搭載したとしても、コラムとラック・アンド・ピニオン部分とを連結しているシャフトの連結部分への負荷を軽減し、長寿命化を図ることができる。
また、ラック緩衝部材１１、ハウジング緩衝部材１３、ラックハウジング３及びラックエンド４によって囲われた圧縮空間Ｓ内の空気が、ラック緩衝部材１１とラックハウジング３との間及びハウジング緩衝部材１３とラックエンド４との間の隙間Ｇからなる収容空間内に収容されるので、ラック軸２の円滑な移動を妨げることなく、良好な衝撃吸収能力を発揮させることができる。

なお、上記実施形態では、ラック緩衝部材１１の外周及びハウジング緩衝部材１３の内周に、溝部１１ａ，１３ａを形成し、これら溝部１１ａ，１３ａにＯリング１２，１４を装着したが、図３に示すように、Ｏリング１２，１４に代えて、ラック緩衝部材１１の外周に、ラックハウジング３の小内径部３ｂに密着可能な突条（凸部）１１ｂ、およびハウジング緩衝部材１３の内周に、ラックエンド４の大外径部４ａに密着可能な突条（凸部）１３ｂを、それぞれ一体に形成しても良い。この場合も、凸条１１ｂの外径（Ｄ１１ｂ）は、Ｄ３ｂ＜Ｄ１１ｂ＜Ｄ３ａとなるよう設定する。また、凸条１３ｂの内径（Ｄ１３ｂ）は、Ｄ４ｂ＜Ｄ１３ｂ＜Ｄ４ａとなるよう設定する。

そして、この構造によれば、Ｏリング１２、１４を別個に装着する必要がなくなり、これにより、部品点数の削減及び装着作業の省略によるコストの低減を図ることができる。

また、この場合、図４に示すように、ラック緩衝部材１１の突条１１ｂの外周に、軸方向に連通する連通溝（流路）２１を形成してもよい。例えば、凸条１１ｂの外周の一部に連通溝（流路）２１として、切り欠き（凹部）を設けてもよい。この連通溝２１を介して圧縮空間Ｓ内にて圧縮される空気（もしくはその一部）を、ラック軸２側へ逃がすことができる。
また、図５に示すように、ラック緩衝部材１１自体に、軸方向に連通する連通孔（流路）２２を形成し、圧縮空間Ｓ内にて圧縮される空気（もしくはその一部）を、これら連通溝２１あるいは連通孔２２を介してラック軸２側へ逃がすようにしても良い。

このように連通溝２１あるいは連通孔２２を形成することにより、圧縮空間Ｓ内の空気を適度に外部へ逃がし、ラックストロークエンドにおける過剰な反発力の発生を抑制し、良好に衝撃を吸収しつつ円滑なストローク動作を得ることができる。
特に、上述のラックストロークエンドの衝撃緩和装置をラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に用いることで、コラムとラック・アンド・ピニオン部分とを連結しているシャフトの連結部分への負荷を軽減し、長寿命化を図ることができる。

さらに、図５に示す装置の連通孔２２に弁構造などによる圧力調整部を設け、逆操舵（圧縮空間Ｓの容積拡大方向への操舵）時において、圧縮方向操舵時と比較して流体の流路通過抵抗を小さくして、操舵の抵抗力にならないようにしても良い。
例えば、空間Ｓの縮小動作（ステアリングホイールの左右いずれかのストロークエンド方向への操舵）時には、内径が小さくなり、ラックストロークエンドにおける過剰な反発を抑制する程度に排気し、空間Ｓの拡大動作（ステアリングホイールのセンター方向への操舵）時には、内径が大きくなり、吸気をスムーズに行うことにより操舵抵抗を低減させるような制御弁を、連通孔２２に設けてもよい。かかる構成によれば、空間Ｓの拡大動作時（吸気時）においても円滑なストローク動作を行うことができる。
なお、上記吸気時の対策を、図１、図３又は図４に示す装置に施しても良い。例えば、図１、図３又は図４に示す装置のラック緩衝部材１１に、連通孔（流路）２２を設け、さらに、この連通孔２２に吸気は行うが排気は行わない単純弁を設けることにより、吸気をスムーズに行うようにしてもよい。
このように、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の実施の形態に係るラックストロークエンドの衝撃緩和装置の断面図である。 衝撃緩和装置の動きを説明する動作断面図である。 衝撃緩和装置の変形例を示す断面図である。 衝撃緩和装置の他の変形例を示す断面図である。 衝撃緩和装置の他の変形例を示す断面図である。

符号の説明

２…ラック軸、３…ラックハウジング、４…ラックエンド、１１…ラック緩衝部材、１３…ハウジング緩衝部材、２１…連通溝（流路）、２２…連通孔（流路）、Ｇ…隙間（収容空間）。

Claims (3)

1. ラックハウジング内にてラック軸が往復移動可能に支持され、前記ラックハウジングの端部と前記ラック軸の端部とが互いに当接されて前記ラック軸の移動が規制されるラック機構におけるラックストロークエンドの衝撃緩和装置であって、
   ボールジョイントを介してタイロッドが連結されるラックエンドが前記ラック軸の端部に設けられて前記ラックハウジングの端部から突出され、
   互いに当接される前記ラック軸の端部及びラックハウジングの端部に、それぞれ弾性材料からなるラック緩衝部材及びハウジング緩衝部材が設けられ、
   前記ラックハウジングから突出される前記ラックエンドが突出方向の所定位置に到達した際に、前記ラック緩衝部材が前記ラックハウジングの内周面に摺動可能に密着するとともに前記ハウジング緩衝部材が前記ラックエンドの外周面に摺動可能に密着する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. 前記ラック緩衝部材と前記ハウジング緩衝部材とが近接することにより圧縮されるラック緩衝部材とハウジング緩衝部材との間の空気を収容する収容空間を有することを特徴とする請求項１に記載のラックストロークエンドの衝撃緩和装置。
3. 前記ラック緩衝部材と前記ハウジング緩衝部材とが近接することにより圧縮されるラック緩衝部材とハウジング緩衝部材との間の空気を外部に導く流路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に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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