JP2015112959A

JP2015112959A - 操舵装置

Info

Publication number: JP2015112959A
Application number: JP2013255185A
Authority: JP
Inventors: 直正渡辺; Naomasa Watanabe
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-22
Also published as: DE102014110770A1; US20150158520A1

Abstract

【課題】容易に小型化可能な操舵装置を提供する。【解決手段】操舵輪２０７を操舵させるために車幅方向に移動するラックバー１０Ａと、ラックバー１０Ａの端部に設けられたラックエンド２０Ａと、ラックバー１０Ａを収容するハウジング１１０と、ハウジング１１０に設けられラックエンド２０Ａと接触してラックバー１０Ａの移動を規制する弾性体１２０Ａと、を備える操舵装置２００であって、ラックバー本体１１とラックエンド２０Ａとの間に、弾性体１２０Ａに接触すると共にラックバー本体１１側からラックエンド２０Ａ側に向かうにつれて径が大きくなる拡径部１２が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、操舵装置に関する。

四輪車の車輪を操舵する操舵装置の機構として、ラックピニオン式、ボールナット式等が知られている。例えば、ラックピニオン式の操舵装置は、ピニオン歯が形成されたピニオン軸と、ピニオン歯に噛合するラック歯が形成され車幅方向に延びるラックバー（操舵軸）と、ラックバーの各端に螺合された金属製のラックエンド（ストッパー部材）と、ラックバーを収容する筒状のハウジングと、ラックエンド及びハウジングの間に設けられラックエンドが衝突する際の衝撃（衝突荷重）を緩衝するゴム製の弾性体（緩衝体）と、を備えて構成される（特許文献１参照）。

特開２０１３−３５４８１号公報

しかしながら、特許文献１では、弾性体が弾性変形することで衝突荷重を吸収するため、弾性体は適度な容量（体積、大きさ）である必要があり、操舵装置の弾性体周りを小型化し難い一要因となっていた。

そこで、本発明は、容易に小型化可能な操舵装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、車輪を操舵させるために車幅方向に移動する操舵軸と、前記操舵軸の端部に設けられたストッパー部材と、前記操舵軸を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ前記ストッパー部材と接触して前記操舵軸の移動を規制する弾性体と、を備える操舵装置であって、前記操舵軸と前記ストッパー部材との間に、前記弾性体に接触すると共に前記操舵軸側から前記ストッパー部材側に向かうにつれて径が大きくなる拡径部が形成されていることを特徴とする操舵装置である。

このような構成によれば、操舵軸が車幅方向に移動すると、拡径部が弾性体に接触する。そして、弾性体の径方向における変形量が徐々に大きくなり、操舵軸が徐々に減速される。

このように操舵軸が減速した後、ストッパー部材が弾性体に接触し、操舵軸の移動が規制される。これにより、弾性体からストッパー部材（操舵軸）に入力される衝突荷重が小さくなる。したがって、弾性体を大型化する必要が無く、操舵装置の弾性体周りを容易に小型化できる。

また、操舵装置において、前記拡径部は、前記操舵軸に形成されてもよい。

また、操舵装置において、前記拡径部は、前記ストッパー部材に形成されてもよい。

また、操舵装置において、前記拡径部は、前記操舵軸及びストッパー部材と別体の拡径部形成用部材によって形成されてもよい。

本発明によれば、容易に小型化可能な操舵装置を提供することができる。

第１実施形態に係る操舵装置の構成図である。（ａ）は第１実施形態に係る操舵装置の通常時（拡径部の非接触時）における要部拡大図であり、（ｂ）は第１実施形態に係る操舵装置の移動規制時（拡径部の接触時）における要部拡大図である。第２実施形態に係る操舵装置の通常時（拡径部の非接触時）における要部拡大図である。第３実施形態に係る操舵装置の通常時（拡径部の非接触時）における要部拡大図である。第４実施形態に係る操舵装置の通常時（拡径部の非接触時）における要部拡大図である。

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について、図１〜図２を参照して説明する。
なお、以下の説明において、軸方向はラックバー１０Ａ（操舵軸）の軸方向（長手方向）を意味し、径方向は細長で円柱状のラックバー１０Ａの径方向を意味する。車幅方向外側は車幅方向（左右方向）において車外に近づく側を意味し、車幅方向内側は車幅方向において車両中央に近づく側を意味する。

≪操舵装置の構成≫
操舵装置２００は、ラックピニオン式の電動パワーステアリング装置であって、電動モータの発生するアシスト力がピニオン軸２０４に入力されるピニオンアシスト型である。ただし、コラムアシスト型、ラックアシスト型でもよい。また、油圧モータでアシスト力を発生させる油圧パワーステアリング装置でもよい。

操舵装置２００は、運転者が操作するステアリングホイール２０１と、ステアリングホイール２０１と一体で回転するステアリング軸２０２（ステアリングコラム）と、ステアリング軸２０２の下端に連結されたトーションバー２０３と、トーションバー２０３の下端に連結されたピニオン軸２０４と、ラックバー１０Ａ（操舵軸）と、を備えている。

ピニオン軸２０４には、ウォームホイール２０５が同軸で固定されている。そして、トーションバー２０３で発生した捩れトルクに応じて、電動モータ（図示しない）からウォームホイール２０５（ピニオン軸２０４）にアシスト力が入力されるようになっている。

ピニオン軸２０４のピニオン歯２０４ａは、ラックバー１０Ａのラック歯１１ａに噛合している。そして、ピニオン軸２０４が回転すると、ラックバー１０Ａが車幅方向において移動し、タイロッド２０６を介して連結された操舵輪２０７（車輪）が操舵されるようなっている。

また、操舵装置２００は、ラックバー１０Ａの両端にそれぞれ固定されたラックエンド２０Ａ（ストッパー部材）と、ラックバー１０Ａを収容するハウジング１１０と、ハウジング１１０に固定された弾性体１２０Ａと、を備えている。

＜ラックバー＞
ラックバー１０Ａは、操舵輪２０７を操舵するために車幅方向に移動する棒状の部品である。ラックバー１０Ａは、軸受（図示しない）等を介して、ハウジング１１０内にスライド自在で収容されている。ラックバー１０Ａは、金属製の部品であり、ラックバー本体１１と、ラックバー本体１１の両端側にそれぞれ形成された拡径部１２と、を備えている。

＜ラックバー本体＞
ラックバー本体１１は、棒状の部分であり、ラック歯１１ａが形成されている。

＜拡径部＞
拡径部１２は、ラックバー本体１１の各端側に一体で形成された部分である。拡径部１２は、ラックエンド２０Ａ側（車幅方向外側）が大径の円錐台状の部分であり、その外周面はラックエンド２０Ａに近づくにつれて拡径するテーパ面である。すなわち、拡径部１２は、ラックバー本体１１とラックエンド２０Ａとの間に配置され、ラックバー本体１１側からラックエンド２０Ａ側に向かうにつれて、徐々に外径が大きくなる、つまり、太くなる部分である。

＜拡径部−車幅方向内側＞
拡径部１２の車幅方向内側の外径Ｄ１は、ラックバー本体１１の外径Ｄ５と同一に形成できる。
ただし、拡径部１２の車幅方向内側の外径Ｄ１は、ラックバー本体１１の外径Ｄ５よりも小さい構成でもよい。この構成の場合、拡径部１２とラックバー本体１１との間に、拡径部１２が一段低くなる段差や、周方向に延びる溝が形成されることになる。
また、拡径部１２の車幅方向内側の外径Ｄ１は、ラックバー本体１１の外径Ｄ５よりも大きい構成でもよい。この構成の場合、拡径部１２とラックバー本体１１との間に、拡径部１２が一段高くなる段差が形成されることになる。この段差は、ラックバー本体１１と弾性体１２０Ａとの間に形成される径方向の隙間Ｓよりも小さいことが好ましい。

＜拡径部−車幅方向外側＞
拡径部１２の車幅方向外側の外径Ｄ２は、ラックエンド２０Ａの外径Ｄ６よりも小さいことが好ましい。すなわち、ラックエンド２０Ａの外径Ｄ６は、拡径部１２の車幅方向外側の外径Ｄ２よりも大きい。そして、ラックエンド２０Ａの車幅方向内側であって拡径部１２の周りに、リング状の衝突面２５が形成されている。そして、衝突面２５が弾性体１２０Ａ及びカラー１３０に当接すると、ラックバー１０Ａの移動が規制されるようになっている。
ただし、拡径部１２の少なくとも一部が、ストッパー部材として作用してラックバー１０Ａ（操舵軸）の移動を規制してもよい。また、拡径部１２の車幅方向外側の外径Ｄ２は、ラックエンド２０Ａの外径Ｄ６と同一であってもよい。

＜ラックエンド＞
ラックエンド２０Ａは、ラックバー１０Ａの両端部にそれぞれ固定されたストッパー部材である。ラックエンド２０Ａは、車幅方向内側が閉じた有底円筒状を呈しており、例えば、ラックバー１０Ａに螺合されることで固定されている。拡径部１２の車幅方向外側の外径Ｄ２がラックエンド２０Ａの外径Ｄ６よりも小さい場合、ラックエンド２０Ａの車幅方向内側には、前記したように、弾性体１２０Ａ及びカラー１３０に衝突する衝突面２５が形成されている。

ラックエンド２０Ａの内面は球面であり、ラックエンド２０Ａはタイロッド２０６の球状頭部２０６ａを首振り自在で収容している。すなわち、ラックエンド２０Ａとタイロッド２０６とでボールジョイントが構成されている。

＜ハウジング＞
ハウジング１１０は、ラックバー１０Ａをその内部に収容する筒状の容器である。ハウジング１１０は、図示しないボルト等によって車体に固定されている。ハウジング１１０は、その両端側に内周面が段違いで拡径し、弾性体１２０Ａが取り付けられる取付部１１１を備えている。

＜弾性体＞
弾性体１２０Ａは、ハウジング１１０に設けられた部品であって、ストッパー部材（ラックエンド２０Ａ）と接触することでラックバー１０Ａの移動を規制する部品である。弾性体１２０Ａは、円筒状を呈しており、ゴム等の弾性材料で形成された弾性変形可能な部品である。

弾性体１２０Ａは、円筒状を呈する金属製のカラー１３０を介して、ハウジング１１０に固定することができる。具体的には、弾性体１２０Ａはカラー１３０の内周面に溶着されており、カラー１３０はハウジング１１０の取付部１１１内に圧入されている。カラー１３０は、弾性体１２０Ａを取り付けるためのアダプタであると共に、ラックエンド２０Ａが当接することでラックバー１０Ａの移動（ストローク）を規制する部品である。

ただし、カラー１３０を備えず、弾性体１２０Ａが取付部１１１内に直接に圧入された構成でもよい。この場合、ラックエンド２０Ａが弾性変形する弾性体１２０Ａに当接することで、ラックバー１０Ａの移動（ストローク）が規制されることになる。

弾性体１２０Ａの内径Ｄ７は、ラックバー本体１１の外径Ｄ５よりも大きく、弾性体１２０Ａとラックバー本体１１との間に隙間Ｓが形成されている。すなわち、ラックバー本体１１は、弾性体１２０Ａ内に遊挿されている。これにより、ラックバー１０Ａは、弾性体１２０Ａから摺接抵抗等を受けずに移動可能である。

弾性体１２０Ａの内周面の車幅方向外側にはテーパ面１２１が形成されてもよい。すなわち、弾性体１２０Ａの内周面は車幅方向外側に向かって拡径してもよい。これにより、拡径部１２の衝撃荷重の吸収程度が調整され、操舵限界のフィーリングが調整されることができる。さらに、テーパ面１２１のテーパ角度（傾斜角度）及び、テーパ面１２１の軸方向長さを変更して、拡径部１２の衝撃荷重の吸収程度が調整されることができる。
ただし、弾性体１２０Ａは、テーパ面１２１を備えず、円筒体であってもよい。

≪操舵装置の作用効果≫
このような操舵装置２００によれば、次の作用効果を得る。
ステアリングホイール２０１が操作され、ステアリング軸２０２及びピニオン軸２０４が回転し、ラックバー１０Ａが車幅方向において移動すると、拡径部１２が弾性体１２０Ａに衝突しつつ押し込まれる（図２（ｂ）参照）。

この場合において、拡径部１２は車幅方向外側に向かうにつれて拡径し太くなっているので、拡径部１２が押し込まれるにつれて弾性体１２０Ａの変形量が徐々に大きくなる。これにより、拡径部１２（ラックバー１０Ａ）が徐々に減速する。このように拡径部１２（ラックバー１０Ａ）が徐々に減速した後、ラックエンド２０Ａが弾性体１２０Ａ及びカラー１３０に当接し、ラックバー１０Ａの移動が規制される。

このようにして、ラックバー１０Ａが徐々に減速した後、ラックエンド２０Ａが弾性体１２０Ａ等に当接し、操舵限界に到達するので、良好な操舵フィーリングとなる。また、ラックバー１０Ａが拡径部１２を備えるという簡易な構成であり、弾性体１２０Ａを大型化する必要もないので、操舵装置２００の弾性体１２０Ａ周りを小型化し易い。さらに、ラックエンド２０Ａがカラー１３０に急に衝突しないので、ピニオン歯２０４ａ及びラック歯１１ａが変形等し難くなり、補助力を発生するモータ等に荷重が急に作用することはない。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。

前記した実施形態では、操舵装置２００がラックピニオン式である構成を例示したが、その他の方式、ボールナット式、ステアリングギヤボックス式でもよい。操舵装置２００がボールナット式である場合、車輪を操舵させるために車幅方向に移動する操舵軸は、車幅方向に延びるステアリグシャフトで構成される。

前記した実施形態では、ステアリング軸２０２とピニオン軸２０４とがトーションバー２０３を介して機械的に接続された操舵装置２００を例示したが、ステアリングホイール２０１等の入力装置と操舵軸とが機械的に接続されないステアバイワイヤ式の操舵装置でもよい。

≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図３に示すように、第２実施形態に係るラックバー１０Ｂは、ラックバー本体１１と、拡径部１３とを備えている。拡径部１３の外周面は、縦断面視において１／４円弧状（Ｒ形状）となっている。すなわち、拡径部１３の中心軸線からの突出量の増加程度は、ラックエンド２０Ａに近づくにつれて大きくなっている。

第２実施形態に係る弾性体１２０Ｂの内周面の車幅方向外側には、テーパ面１２１が形成されており、弾性体１２０Ｂの車幅内側の角部は切り欠かれている。これにより、弾性体１２０Ｂが弾性変形した場合、弾性体１２０Ｂの一部がハウジング１１０とラックバー１０Ｂとの間の隙間に噛み込み難くなっている。

≪第３実施形態≫
本発明の第３実施形態について、図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図４に示すように、第３実施形態に係る操舵装置は、ラックバー１０Ｃ（ラックバー本体１１）と、ラックエンド２０Ａと、これらと別体（別部品）である拡径部形成用部材３１（テーパー部材）と、を備えている。拡径部形成用部材３１は、拡径部を形成するための独立した部品である。

例えば、拡径部形成用部材３１には例えば中心に挿通孔が形成されており、ラックバー１０Ｃの端面から延びるねじ棒（図示しない）が挿通孔を通ってラックエンド２０Ａのねじ穴に螺合することで、ラックバー１０Ｃ、ラックエンド２０Ａ及び拡径部形成用部材３１が一体化されている。

第３実施形態に係る弾性体１２０Ｃの内周面の車幅方向外側には、段違いで拡径した拡径面１２３が形成されており、弾性体１２０Ｃの車幅内側の角部は切り欠かれている。これにより、弾性体１２０Ｃが弾性変形した場合、弾性体１２０Ｃの一部がハウジング１１０とラックバー１０Ｃとの間の隙間に噛み込み難くなっている。

≪第４実施形態≫
本発明の第４実施形態について、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図５に示すように、第４実施形態に係る操舵装置は、ラックバー１０Ｃ（ラックバー本体１１）と、ラックエンド２０Ｂと、を備えており、ラックエンド２０Ｂ側に拡径部２２が形成されている。すなわち、ラックエンド２０Ｂは、ラックエンド本体２１と、拡径部２２とを備えている。拡径部２２は、ラックエンド本体２１側に向かうにつれて徐々に拡径する円錐台状である。なお、ラックバー１０Ｃにも拡径部が形成された構成でもよい。

また、第４実施形態に係る弾性体１２０Ｄは円筒体であり、テーパ面１２１、１２２（図２、図３参照）、拡径面１２３（図４参照）を備えていない。これにより、弾性体１２０Ｄは金型によって成型容易である。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃラックバー（操舵軸）
１１ラックバー本体
１２、１３拡径部
１３拡径部
２０Ａ、２０Ｂラックエンド（ストッパー部材）
２２拡径部
３１拡径部形成用部材
１１０ハウジング
１２０弾性体
１２１テーパ面
２００操舵装置
２０７操舵輪（車輪）

Claims

車輪を操舵させるために車幅方向に移動する操舵軸と、
前記操舵軸の端部に設けられたストッパー部材と、
前記操舵軸を収容するハウジングと、
前記ハウジングに設けられ前記ストッパー部材と接触して前記操舵軸の移動を規制する弾性体と、
を備える操舵装置であって、
前記操舵軸と前記ストッパー部材との間に、前記弾性体に接触すると共に前記操舵軸側から前記ストッパー部材側に向かうにつれて径が大きくなる拡径部が形成されている
ことを特徴とする操舵装置。
前記拡径部は、前記操舵軸に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記拡径部は、前記ストッパー部材に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記拡径部は、前記操舵軸及びストッパー部材と別体の拡径部形成用部材によって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。