JP2015182713A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングラックエンドのハウジング本体への衝突時の衝撃を、良好に緩衝する操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵輪を操舵させるために車幅方向に移動するラック軸１５と、ラック軸１５に設けられラック軸１５と一体で移動する移動側のラックエンド２０と、車幅方向に移動せず、ラックエンド２０が衝突することでラック軸１５の移動を規制する固定側のハウジング本体４１と、ラックエンド２０とハウジング本体４１との間に設けられ、ラックエンド２０からハウジング本体４１への衝撃を緩衝する緩衝部材５０と、を備え、緩衝部材５０は、車幅方向において、低ばねレート部５３と、低ばねレート部５３よりも高いばねレートである高ばねレート部５２と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵装置に関する。

ラックピニオン式の操舵措置において、ラック軸（転舵軸）に固定されたラックエンド（第１ストッパ）と、ラック軸を収容するハウジング（第２ストッパ）との間における衝撃を緩衝するため、ラックエンドとハウジングとの間に弾性体を介在させ、弾性体を弾性変形させる技術が提案されている（特許文献１参照）。

実開平６−６９０６１号公報

しかしながら、前記弾性体が弾性変形し、通常の操舵限界に到達している場合おいて、例えば操舵輪が轍にとられた、縁石に乗り上げた等により、転舵輪から転舵軸にさらに衝撃（荷重）が入力されると、この衝撃がラック歯及びピニオン歯にそのまま入力される虞がある。

そこで、本発明は、衝撃を良好に緩衝する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、前記操舵軸に設けられ前記操舵軸と一体で移動する移動側の第１ストッパと、車幅方向に移動せず、前記第１ストッパが衝突することで前記操舵軸の移動を規制する固定側の第２ストッパと、前記第１ストッパと前記第２ストッパとの間に設けられ、前記第１ストッパから前記第２ストッパへの衝撃を緩衝する緩衝部材と、を備え、前記緩衝部材は、車幅方向において、低ばねレート部と、前記低ばねレート部よりも高いばねレートである高ばねレート部と、を備えることを特徴とする操舵装置である。

ここで、ばねレートとは、緩衝部材（弾性体）を、車幅方向（第１ストッパ及び第２ストッパの衝突方向）において、単位長さ（１ｍｍ、１ｃｍ等）縮めるために必要な力である。したがって、低ばねレート部を単位長さ縮めるために必要な力は、高ばねレート部を単位長さ縮めるために必要な力よりも小さい。よって、概ね、低ばねレート部、高ばねレート部の順で縮むことになる。

このような構成によれば、例えば、運転者がステアリグ操作することで転舵軸が移動し、車幅方向において第１ストッパ及び第２ストッパが緩衝部材を挟んだ場合において、緩衝部材に入力される衝撃（荷重）が小さいとき、低ばねレート部が主に変形する。そして、低ばねレート部が衝撃を緩衝して減衰させる。

低ばねレート部が変形している場合において、例えば操舵輪が轍にとられた等により、転舵輪から転舵軸にさらに大きな衝撃が入力されると、低ばねレート部に加えて高ばねレート部が変形する。そして、高ばねレート部が衝撃を緩衝して減衰させる。

このようにして、低ばねレート部、高ばねレート部が変形することによって、大小の衝撃を緩衝し減衰させることができる。これにより、大きな衝撃がラック歯等にそのまま作用することは無く、歯面が歪んだりすることもない。

操舵装置において、前記低ばねレート部及び前記高ばねレート部は同一材で形成され、前記ストッパの衝撃を受ける前記低ばねレート部の第１受圧面積は、前記ストッパの衝撃を受ける前記高ばねレート部の第２受圧面積よりも小さいことが好ましい。

このような構成によれば、ストッパの衝撃を受ける受圧面積を変更することで、低ばねレート部と高ばねレート部とを構成できる。

操舵装置において、前記低ばねレート部は、低弾性率である低弾性率材で形成され、前記高ばねレート部は、前記低弾性率材よりも高弾性率である高弾性率材で形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、低弾性率材で低ばねレート部を構成し、高弾性率材で高ばねレート部を形成することができる。

本発明によれば、衝撃を良好に緩衝する操舵装置を提供することができる。

本実施形態に係る操舵装置の構成図である。 本実施形態に係る操舵装置の要部拡大図であり、中立時（緩衝部材の非圧縮時）を示している。 本実施形態に係る緩衝部材の斜視図である。 本実施形態に係る操舵装置の要部拡大図であり、低ばねレート部への衝突時を示している。 本実施形態に係る操舵装置の要部拡大図であり、低ばねレート部への圧縮後、高ばねレート部への衝突時を示している 本実施形態に係る操舵装置の要部拡大図であり、低ばねレート部及び高ばねレート部の圧縮時を示している。 本実施形態に係る操舵装置の一作用効果を示すグラフである。 変形例に係る操舵装置の要部拡大図であり、中立時（緩衝部材の非圧縮時）を示している。 変形例に係る緩衝部材の斜視図である。

本発明の一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
なお、以下の説明において、軸方向は丸棒状のラック軸１５（操舵軸）の軸方向を意味し、径方向はラック軸１５の径方向を意味する。軸方向は車幅方向と同一の方向である。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１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１４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１は、運転者が操作するステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１と一体で回転するステアリング軸１２と、ステアリング軸１２の下端に連結されたトーションバー１３と、トーションバー１３の下端に連結されたピニオン軸１４と、車幅方向に延びるラック軸１５（転舵軸）と、を備えている。ピニオン軸１４のピニオン歯１４ａは、ラック軸１５のラック歯１５ａと噛合している。そして、ピニオン軸１４が回転すると、ラック軸１５が車幅方向において移動するようになっている。

ピニオン軸１４には、ウォームホイール１６が同軸で固定されている。そして、トーションバー１３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１６（ピニオン軸１４）にアシスト力が入力されるようになっている。

また、操舵装置１は、ラック軸１５の各端に固定されたラックエンド２０（第１ストッパ）と、ラックエンド２０と操舵輪３１とを連結するタイロッド３２と、ラック軸１５を収容する筒状のハウジング４０と、ハウジング４０に固定された緩衝部材５０と、を備えている。そして、ラック軸１５が車幅方向において移動すると、操舵輪３１が転舵されるようになっている。

＜ラック軸＞
ラック軸１５は、軸線Ｏ１を中心として、操舵輪３１を操舵するために車幅方向に移動する丸棒状の部品である。ラック軸１５は、ブッシュ（図示しない）を介して、ハウジング４０内にスライド自在で収容されている。

＜ラックエンド＞
ラックエンド２０は、ラック軸１５の両端部にそれぞれ固定されたストッパ部材である。ラックエンド２０は、例えば、ラック軸１５に螺合されることで固定されている。

ラックエンド２０は、図２に示すように、車幅方向内側が閉じた有底円筒状のラックエンド本体２１と、ラックエンド本体２１の車幅方向内側に大径で形成されたリング状のストッパ部２２と、を備えている。

ラックエンド本体２１の内面は球面であり、ラックエンド本体２１はタイロッド３２の球状頭部３２ａを首振り自在で収容している。すなわち、ラックエンド本体２１とタイロッド３２とでボールジョイントが構成されている。

ストッパ部２２は、後記する緩衝部材５０に衝突することで、ラック軸１５の車幅方向内側への移動を規制し、操舵限界を規定するものである。ストッパ部２２の車幅方向内側には、緩衝部材５０に衝突する衝突面が形成されている。

＜ハウジング＞
ハウジング４０は、車幅方向に延びる筒状体であって、その内部にラック軸１５を収容している。ハウジング４０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４０は、肉厚の筒体であるハウジング本体４１（第２ストッパ）と、ハウジング本体４１の各端部から車幅方向外側に向かって延びる肉薄の筒体であるラックエンド収容部４２と、を備えている。すなわち、ラックエンド収容部４２の内径は、ハウジング本体４１の内径よりも大きい。ラックエンド収容部４２内に、ラックエンド２０が収容されている。

ハウジング本体４１の車幅方向外側には、緩衝部材５０が取り付けられる環状の収容溝４３が形成されている。すなわち、ハウジング本体４１は、車幅方向に移動せず、ラックエンド２０が衝突することでラック軸１５の移動を規制する固定側の第２ストッパとして機能している。なお、収容溝４３の深さは、後記する緩衝部材５０の厚さ（軸方向長さ）の略１／３である。

収容溝４３の径方向外側の溝側面は、やや拡径して逃げ部４４が形成されている。これにより、緩衝部材５０が変形する場合、緩衝部材５０の一部が逃げ部４４に逃げ、緩衝部材５０が軸方向において圧縮され易くなっている。

＜緩衝部材＞
緩衝部材５０は、ラックエンド２０とハウジング本体４１との間に設けられ、ラックエンド２０が衝突することでラック軸１５の移動を規制すると共に、ラックエンド２０からハウジング本体４１への衝撃を緩衝する部材である。緩衝部材５０は、１種類の弾性材料（ゴム等）によって一体成型された部材であって環状を呈している（図３参照）。

緩衝部材５０は、車幅方向内側から外側（ラックエンド２０側）に向かって、全体の略１／２程度の厚さの台座部５１と、高ばねレート部５２と、低ばねレート部５３と、を備えている。すなわち、緩衝部材５０は、車幅方向（ラックエンド２０の衝突方向）において、高ばねレート部５２と、低ばねレート部５３と、を直列で備えている。

＜緩衝部材−台座部＞
台座部５１は、極厚のリング状を呈しており（図３参照）、収容溝４３に接着剤等によって固定されている。なお、台座部５１の車幅方向内側の略１／２が収容溝４３に収容されており、台座部５１の車幅方向外側の略１／２は収容溝４３から車幅方向外側に突出している。

＜緩衝部材−高ばねレート部＞
高ばねレート部５２は、台座部５１の車幅方向外側に形成された薄肉のリング状を呈している（図３参照）。ここで、高ばねレート部５２とストッパ部２２との接触面積、つまり、ラックエンド２０の衝撃を受ける高ばねレート部５２の受圧面積は、第２受圧面積Ｓ５２とする。

高ばねレート部５２の車幅方向外側面であって、低ばねレート部５３の径方向内側には断面視半円形の第１溝５４が形成されており、低ばねレート部５３の径方向外側には断面視半円形の第２溝５５が形成されている。第１溝５４、第２溝５５は、圧縮変形する低ばねレート部５３が逃げるための空間である。

＜緩衝部材−低ばねレート部＞
低ばねレート部５３は、高ばねレート部５２の径方向中間からラックエンド２０に向かって突出する幅狭のリング状部である。すなわち、低ばねレート部５３の径方向幅は、高ばねレート部５２の径方向幅よりも小さい。ここで、低ばねレート部５３とストッパ部２２との接触面積、つまり、ラックエンド２０の衝撃を受ける低ばねレート部５３の受圧面積は、第１受圧面積Ｓ５３とする。

＜受圧面積の大小＞
低ばねレート部５３の第１受圧面積Ｓ５３は、高ばねレート部５２の第２受圧面積Ｓ５２よりも小さい（Ｓ５３＜Ｓ５２）。これにより、低ばねレート部５３及び高ばねレート部５２が前記したように同一材料で形成されているが、低ばねレート部５３のばねレートは、高ばねレート部５２のばねレートよりも小さくなっている。

したがって、低ばねレート部５３が、高ばねレート部５２よりも優先して圧縮変形するように構成されている。よって、概ね、衝撃荷重が小さい場合、低ばねレート部５３が変形し、衝撃荷重が大きい場合、低ばねレート部５３及び高ばねレート部５２が変形するようになっている。

≪操舵装置の作用、効果≫
操舵装置１の作用、効果を説明する。

＜衝突荷重：通常＞
ステアリングホイール１１が操作されるとラック軸１５が移動する。そして、ラックエンド２０が低ばねレート部５３に衝突した後（図３参照）、低ばねレート部５３が圧縮変形する。このように低ばねレート部５３が変形するので、ラックエンド２０から緩衝部材５０に入力された衝撃（衝突荷重）は吸収され緩衝される（図７参照）。そして、緩衝部材５０のつぶし量（低ばねレート部５３の変形量）が大きくなり、低ばねレート部５３が概ね圧縮限界に到達し、ラックエンド２０が高ばねレート部５２に衝突すると、通常時における操舵限界に到達する（図５参照）。

＜衝突荷重：大＞
このように操舵限界に到達している場合において、例えば、操舵輪３１が轍にとられる等して、車幅方向内向きの力がラックエンド２０に入力されると、ラックエンド２０から緩衝部材５０に入力される衝撃（荷重）が大きくなる。そうすると、圧縮変形している低ばねレート部５３に加えて、高ばねレート部５２が圧縮変形する（図６参照）。このように、高ばねレート部５２が変形するので衝撃は吸収され緩衝される（図７参照）

＜まとめ＞
このように緩衝部材５０が変形することで、ラックエンド２０から入力される大小の衝突荷重を緩衝できる。これにより、衝突荷重が緩衝されないまま、ラック歯１５ａ及びピニオン歯１４ａに作用することはない。したがって、ラック歯１５ａ及びピニオン歯１４ａの歯面が損傷等し難くなる。

≪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。

図８に示す緩衝部材６０を備える構成としてもよい。緩衝部材６０は、別体である高ばねレート部材６１と、低ばねレート部材６２と、を備えている。低ばねレート部材６２は、低弾性率である低弾性率材（例えばゴム）で形成されている。高ばねレート部材６１は、低弾性率材よりも高弾性率である高弾性率材（例えば樹脂）で形成されている。

高ばねレート部材６１は、台座部６３と、台座部６３の車幅方向外側に形成された高ばねレート部６４とを備えている。高ばねレート部６４の車幅方向外側面には、低ばねレート部材６２が差し込まれる溝６５が形成されている。低ばねレート部材６２の第１受圧面積Ｓ６２は、高ばねレート部６４の第２受圧面積Ｓ６４よりも小さい。

図９に示す緩衝部材７０を備える構成としてもよい。緩衝部材７０は、１種類の弾性材料（ゴム等）によって一体成型された部材であって環状を呈している。緩衝部材７０は、台座部５１と、複数の低ばねレート部７１と、高ばねレート部７２と、を備えている。

低ばねレート部７１は台座部５１からラックエンド２０に向かって突出する円錐台状の突部であって、複数の低ばねレート部７１は周方向において等間隔で配列している。なお、低ばねレート部７１が径方向において複数列で配列した構成でもよい。

高ばねレート部７２は、台座部５１からラックエンド２０に向かって突出した部分であって、円錐台状の低ばねレート部７１を囲むように形成された部分である。なお、高ばねレート部７２において、各低ばねレート部７１の周囲には、環状の溝７３が形成されている。溝７３は、圧縮変形する低ばねレート部７１が逃げるための空間である。

複数の低ばねレート部７１は、高ばねレート部７２よりもラックエンド２０側に突出している。これにより、ラックエンド２０は、低ばねレート部７１に衝突し、低ばねレート部７１を圧縮変形させた後、高ばねレート部７２に衝突するようになっている。

複数の低ばねレート部７１の第１受圧面積Ｓ７１は、高ばねレート部７２の第２受圧面積Ｓ７２よりも小さい（Ｓ７１＜Ｓ７２）。これにより、低ばねレート部７１及び高ばねレート部７２が前記したように同一材料で形成されているが、低ばねレート部７１のばねレートは、高ばねレート部７２のばねレートよりも小さくなっている。

前記した実施形態では、操舵装置１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、ボールナット式でもよい。操舵装置１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１２とピニオン軸１４とがトーションバー１３を介して機械的に接続された操舵装置１を例示したが、ステアリングホイール１１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。

前記した実施形態では、ラックエンド２０（ストッパ）がラック軸１５の端部（エンド部）に固定された構成を例示したが、その他に例えば、ストッパがラック軸の軸方向中間部に固定された構成でもよい。

前記した実施形態では、緩衝部材５０がハウジング４０に固定された構成を例示したが、その他に例えば、緩衝部材５０がラックエンド２０に固定された構成でもよい。

１ 操舵装置
１５ ラック軸（転舵軸）
２０ ラックエンド（第１ストッパ）
３１ 操舵輪（車輪）
４０ ハウジング
４１ ハウジング本体（第２ストッパ）
５０ 緩衝部材
５２ 高ばねレート部
５３ 低ばねレート部
Ｓ５２ 第２受圧面積
Ｓ５３ 第１受圧面積

Claims (3)

1. 車輪を操舵させるために車幅方向に移動する操舵軸と、
   前記操舵軸に設けられ前記操舵軸と一体で移動する移動側の第１ストッパと、
   車幅方向に移動せず、前記第１ストッパが衝突することで前記操舵軸の移動を規制する固定側の第２ストッパと、
   前記第１ストッパと前記第２ストッパとの間に設けられ、前記第１ストッパから前記第２ストッパへの衝撃を緩衝する緩衝部材と、
   を備え、
   前記緩衝部材は、車幅方向において、低ばねレート部と、前記低ばねレート部よりも高いばねレートである高ばねレート部と、を備える
   ことを特徴とする操舵装置。
2. 前記低ばねレート部及び前記高ばねレート部は同一材で形成され、
   前記ストッパの衝撃を受ける前記低ばねレート部の第１受圧面積は、前記ストッパの衝撃を受ける前記高ばねレート部の第２受圧面積よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記低ばねレート部は、低弾性率である低弾性率材で形成され、
   前記高ばねレート部は、前記低弾性率材よりも高弾性率である高弾性率材で形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。

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