JP2016159843A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンドダンパの摩耗を抑制できるステアリング装置を提供する。
【解決手段】エンドダンパ４０は、円筒状の弾性部４１と、弾性部４１の軸方向両側の側面にそれぞれ設けられる円筒状の金属プレート４２ａ，４２ｂと、弾性部４１の内周面に設けられる耐摩耗コーティング層４３と、弾性部４１の外周面に設けられる低摩擦コーティング層４４を有してなる。耐摩耗コーティング層４３は、弾性部４１の内周面において、その周方向全域かつ軸方向全域に設けられている。耐摩耗コーティング層４３は、弾性部４１とラックシャフト１６の間に介在されている。低摩擦コーティング層４４は、弾性部４１の外周面において、その周方向全域かつ軸方向全域に設けられている。低摩擦コーティング層４４は、弾性部４１とラックハウジング１５における拡径部１５ｂとの間に介在されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

従来、ステアリングホイールの操舵に伴うステアリングシャフトの回転をラックアンドピニオン機構に伝達することで転舵輪の角度を変更するステアリング装置がある。ラックアンドピニオン機構は、ステアリングシャフトの回転運動をラックシャフトの直線運動に変換する。ラックシャフトの両軸端部にはそれぞれラックエンドを介してタイロッドが回動可能に連結されている。ラックシャフトの直線運動が、ラックエンド及びタイロッドを介して転舵輪に伝達される。

ラックアンドピニオン機構を備えたステアリング装置では、ラックシャフトを収容するラックハウジングにラックエンドが当接することで、ラックシャフトの移動、ひいては転舵輪の転舵範囲が機械的に規制される。その一方、車両が縁石に乗り上げるなどに起因して、転舵輪の角度が変わると、その転舵輪の角度変更に伴う逆入力がラックエンドに作用することにより、操舵系に強い衝撃が加わるおそれがある。そのため、たとえば特許文献１のステアリング装置では、ラックエンドとラックハウジングとの間に、それらが当接するいわゆるエンド当て時の衝撃荷重を吸収するためのエンドダンパが配置されている。このエンドダンパは、弾性体の軸方向両側の側面を金属プレートで挟み込んだ、サンドイッチ構造をなしている。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５１ ７１５号明細書

特許文献１のステアリング装置によれば、エンド当てに伴い、衝撃を吸収するための弾性体に強い衝撃荷重が作用する場合には、当該弾性体が金属プレートに挟まれることにより径方向に押し出されるおそれがある。この場合、弾性体は、弾性体の内径側に位置するラックシャフトと接触することで、摩耗する。弾性体が摩耗することにより、エンドダンパとしての衝撃吸収性が低減することが懸念される。

本発明の目的は、エンドダンパの摩耗を抑制できるステアリング装置を提供することである。

上記目的を達成しうるステアリング装置は、軸方向に往復移動する転舵シャフトと、前記転舵シャフトが挿通される挿通部と、前記挿通部の両端にそれぞれ内径が前記挿通部よりも拡大されて設けられた２つの拡径部と、前記挿通部と前記拡径部との境界部分に形成される規制面と、を有するハウジングと、前記拡径部から突出する前記転舵シャフトの両端部にそれぞれ装着されて転舵輪に連結されるジョイントと、前記転舵シャフトが通された状態で前記２つの拡径部にそれぞれ嵌められる円筒状のエンドダンパと、を備えている。前記エンドダンパは、前記転舵シャフトの軸方向の移動に伴って前記ジョイントが当接する第１のプレートと、前記転舵シャフトにその軸方向において前記規制面に当接した状態に維持される第２のプレートと、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートにより挟み込まれる弾性部と、を有し、前記弾性部の内周面および外周面のうち、少なくとも内周面には、コーティング層が設けられている。

この構成によれば、弾性部の内周面および外周面の少なくとも内周面にコーティング層が設けられることにより、ジョイントと第１のプレートとの当接に伴い弾性部が径方向に押し広げられる場合でも、弾性部と転舵シャフトは直接接触せず、コーティング層を介して接触する。このため、エンドダンパの摩耗は抑制される。また、コーティング層を弾性部の外周面に設ける場合、弾性部と拡径部は直接接触せず、コーティング層を介して接触する。このため、エンドダンパの摩擦が低減される。

上記のステアリング装置において、前記コーティング層は、前記弾性部の内周面および外周面のうち少なくとも内周面の全面に設けられることが好ましい。
この構成によれば、弾性部の内周面および外周面の少なくとも一方の全域にコーティング層が設けられることにより、より確実にエンドダンパの摩擦や摩耗を低減することができる。

上記のステアリング装置において、前記コーティング層は、前記弾性部の内周面および外周面のうち少なくとも内周面の全周かつその軸方向の長さよりも短い一定範囲に設けられてもよい。

この構成によれば、部分的にコーティング層が設けられた場合でも、特に摩耗や摩擦の発生する部分にコーティング層を設ければ、エンドダンパの摩耗や摩擦を低減することができる。また、コーティング処理の量を低減することができる。

上記のステアリング装置において、前記コーティング層の摩擦係数は、前記弾性部の摩擦係数よりも小さいことが好ましい。
この構成によれば、前記コーティング層の摩擦係数は前記弾性部の摩擦係数よりも小さいため、エンドダンパの摺動性は高められ、エンドダンパが摩耗することも抑制される。

本発明のステアリング装置によれば、エンドダンパの摩耗を抑制できる。

本実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す構成図。 本実施形態のステアリング装置について、そのラックエンドの構造図。 （ａ）本実施形態のエンドダンパの構造図、（ｂ）他の実施形態のエンドダンパの構造図。

以下、本実施形態のステアリング装置について説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１の回転を転舵輪１２に伝達する転舵機構１３と、ステアリングホイール１１の操舵を補助するアシスト機構１４を備えている。

転舵機構１３は、車両の幅方向に沿って延びるハウジングとしてのラックハウジング１５と、ラックハウジング１５の内部に車両の幅方向に沿って延びるかたちで収容される転舵シャフトとしてのラックシャフト１６とを備えている。また、転舵機構１３は、ステアリングホイール１１と一体回転するステアリングシャフト、およびステアリングシャフト１７の回転をラックシャフト１６の軸方向の直線移動に変換するラックアンドピニオン機構１８を備えている。また、ラックシャフト１６の両端には、それぞれジョイントとしてのラックエンド２２を介して、タイロッド２３が回動自在に連結されている。これらのタイロッド２３の端部には、それぞれ転舵輪１２が組み付けられている。

ステアリングシャフト１７の回転運動は、ラックアンドピニオン機構１８を介して、ラックシャフト１６の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動がラックシャフト１６の両端にそれぞれ連結されたラックエンド２２を介してタイロッド２３に伝達され、これらタイロッド２３の運動が左右の転舵輪１２にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１２の転舵角が変化する。

アシスト機構１４は、ラックハウジング１５の外部に配置されたモータ１９と、モータ１９からベルト２０を通じて伝達される回転運動をラックシャフト１６の直線運動に変換するボールねじ機構２１とを備えている。

アシスト機構１４は、運転者のステアリングシャフト１７の操舵に連動して駆動するモータ１９の回転運動を、ベルト２０およびボールねじ機構２１を介してラックシャフト１６の軸方向の往復直線運動に変換して、運転者のステアリング操作を補助する。

次に、ラックシャフト１６の端部の構成について説明する。なお、２つの端部の構成は同じであって、左右の向きが異なるだけである。
図２に示すように、ラックエンド２２はボールジョイントであり、先端にボール部３１ａが設けられたボールスタッド３１と、そのボール部３１ａを回動自在かつ屈曲自在に収容するソケット３２とを有している。ソケット３２の内部には、ボール部３１ａの球面形状に対応した球面座３２ａが装着されている。ボールスタッド３１は、そのボール部３１ａが球面座３２ａに嵌合されることで、ソケット３２に対して屈曲自在に連結されている。このボールスタッド３１のボール部３１ａと反対側の端部にタイロッド２３の転舵輪１２と反対側の端部が固定されることにより、タイロッド２３がラックシャフト１６に対して屈曲自在に連結される。

ラックエンド２２は、ソケット３２がラックシャフト１６の端部に螺合されることにより、ラックシャフト１６に固定されている。ソケット３２のラックシャフト１６側の端面３３には、ラックシャフト１６側に突出する円柱部３４が形成されている。円柱部３４の外周面には雄ねじ部３５が形成されている。一方、ラックシャフト１６の端部にはラックシャフト１６と同心の円形孔３６が設けられている。円形孔３６の内周面には、雄ねじ部３５に対応する雌ねじ部３７が形成されている。雄ねじ部３５が雌ねじ部３７に螺合されることにより、ソケット３２はラックシャフト１６の端部に固定される。なお、ソケット３２の端面３３は、ラックエンド２２の端面３３でもある。

ラックハウジング１５には、ラックシャフト１６が挿通される挿通部１５ａが軸方向において貫通している。ラックハウジング１５の端部には、ソケット３２が挿入される拡径部１５ｂが設けられている。拡径部１５ｂの内径は、挿通部１５ａの内径よりも大きく設定されている。ラックハウジング１５の内部において、挿通部１５ａと拡径部１５ｂとの境界部分には、軸方向と直交する規制面１５ｃが形成されている。

ソケット３２の外径は、ラックハウジング１５の挿通部１５ａの内径より大きく、拡径部１５ｂの内径より小さく設定されている。このため、ラックシャフト１６の移動に伴って、端面３３が規制面１５ｃに当接する、いわゆるエンド当てが発生する。そこで、エンド当て時の衝撃を緩和するために、ラックハウジング１５の規制面１５ｃとラックエンド２２の端面３３との間には、エンドダンパ４０が設けられている。エンドダンパ４０は、拡径部１５ｂの内周面に嵌められている。

図３（ａ）に示すように、エンドダンパ４０は、円筒状の弾性部４１と、弾性部４１の軸方向両側の側面にそれぞれ設けられる円筒状の金属プレート４２ａ，４２ｂと、弾性部４１の内周面に設けられる耐摩耗コーティング層４３と、弾性部４１の外周面に設けられる低摩擦コーティング層４４を有してなる。

弾性部４１は、ゴム、合成樹脂等の弾性材料により形成されている。弾性部４１の外径は、ラックハウジング１５における拡径部１５ｂの内径よりも僅かに小さく設定されている。また、弾性部４１の内径は、ラックシャフト１６の外径よりも大きく設定されている。弾性部４１には、エンド当て時に加わる荷重を基準として設定される一定の荷重が一定回数だけ作用しても電動パワーステアリング装置１０の各部に故障が生じない程度の衝撃吸収性が要求される。

金属プレート４２ａ，４２ｂは、弾性部４１に比べて高い弾性率を有し、その外径はラックハウジング１５における拡径部１５ｂの内径よりも僅かに小さく設定されている。金属プレート４２ａ，４２ｂの内径は、ラックシャフト１６の外径よりも大きく設定されている。金属プレート４２ａ，４２ｂは、弾性部４１の両端面に接着剤等の固定手段により固定されている。これによって、弾性部４１および金属プレート４２ａ，４２ｂは一体的に設けられてなる。また、弾性部４１および金属プレート４２ａ，４２ｂの中心軸線は互いに一致している。ちなみに、金属プレート４２ａは弾性部４１のラックエンド２２側の端面に、金属プレート４２ｂは弾性部４１のラックハウジング１５の規制面１５ｃ側の端面に設けられている（図２参照）。金属プレート４２ａのラックエンド２２側の端面４２ｃは、エンド当て時にラックエンド２２の端面３３と当接する当接面として機能する。

耐摩耗コーティング層４３は、弾性部４１の内周面において、その周方向全域かつ軸方向全域に設けられている。耐摩耗コーティング層４３とラックシャフト１６との間には隙間が形成されている。耐摩耗コーティング層４３には、特に耐摩耗性を向上させることに着目した材料が用いられる。

低摩擦コーティング層４４は、弾性部４１の外周面において、その周方向全域かつ軸方向全域に設けられている。低摩擦コーティング層４４は、弾性部４１とラックハウジング１５における拡径部１５ｂとの間に介在されている。このため、弾性部４１と拡径部１５ｂとは、低摩擦コーティング層４４を介して当接している。低摩擦コーティング層４４には、特に低摩擦性とすることに着目した材料が用いられる。低摩擦コーティング層４４は、弾性部４１よりも摩擦係数の小さい材料を用いることが好ましい。

耐摩耗コーティング層４３も低摩擦コーティング層４４も、共に耐摩耗性および低摩擦性を有している。摩耗と摩擦は単純な比例関係にはないが、両者の間には相関関係があり、摩擦が生じている部分で摩耗が生じやすい関係がある。このため、低摩擦性を有することは、耐摩耗性にも寄与する。

エンドダンパ４０の作用を説明する。
ステアリングホイール１１の操舵や、転舵輪１２から転舵機構１３への逆入力によって、ラックエンド２２の端面３３は、エンドダンパ４０の金属プレート４２ａの端面４２ｃと当接する。さらにラックエンド２２にその端面３３を端面４２ｃに近付ける方向へ向けた外力が印加されると、弾性部４１は軸方向に圧縮され始める。弾性部４１が軸方向に圧縮されることにより、エンド当て時の衝撃が緩和される。弾性部４１が軸方向に圧縮されるのに伴ってその内部圧力は高められるので、内部圧力を逃がすために弾性部４１は径方向へと拡がろうとする。しかし、弾性部４１は、低摩擦コーティング層４４を介して拡径部１５ｂの内周面に当接しているので、弾性部４１はその径方向外側に拡がることが規制される。このため、弾性部４１は径方向内側に向けて拡がりやすい。したがって、弾性部４１の径方向内側の部分はラックシャフト１６に接触しやすくなる。

弾性部４１とラックシャフト１６の間に耐摩耗コーティング層４３が設けられていない場合には、弾性部４１はラックシャフト１６と直接接触するおそれがある。ラックシャフト１６はその軸方向に沿って直線運動するので、弾性部４１がラックシャフト１６に接触すると、弾性部４１のラックシャフト１６に接触する部分は摩耗してしまう。弾性部４１の摩耗が進行すると、エンドダンパ４０の衝撃吸収性が低下するおそれがある。

この点、本実施形態では、弾性部４１とラックシャフト１６の間に耐摩耗コーティング層４３が設けられているため、弾性部４１とラックシャフト１６が直接接触することが抑制される。エンド当ての際には、弾性部４１の弾性変形に伴い、耐摩耗コーティング層４３がラックシャフト１６と接触する。耐摩耗コーティング層４３は耐摩耗性に優れるので、耐摩耗コーティング層４３はラックシャフト１６に対して相対的に摺動する場合であっても摩耗しにくい。このため、弾性部４１が摩耗することも抑制される。

また、本実施形態では、弾性部４１とラックハウジング１５の拡径部１５ｂとの間に低摩擦コーティング層４４が設けられているため、弾性部４１の外周面と拡径部１５ｂの内周面とが直接接触することが抑制される。エンド当ての際には、弾性部４１の弾性変形に伴い、低摩擦コーティング層４４が拡径部１５ｂの内周面に押し付けられるとともに、わずかに摺れ動くことがある。この際、低摩擦コーティング層４４は低摩擦性に優れるので、低摩擦コーティング層４４は拡径部１５ｂの内周面に対して円滑に摺動する。すなわち、低摩擦コーティング層４４によって、弾性部４１の径方向外側の部分と、拡径部１５ｂの内周面との間の摺動摩擦が低減される。また、弾性部４１と拡径部１５ｂとの間の摩擦が低減されることにより、摩擦熱の発生および摩耗も抑制される。

本実施形態の効果を説明する。
（１）弾性部４１の内周面には耐摩耗コーティング層４３が設けられている。このため、エンド当ての際、弾性部４１が径方向内側へ向けて大きく押し広げられる場合、弾性部４１とラックシャフト１６とは耐摩耗コーティング層４３を介して当接する。このため、弾性部４１の摩耗が抑制される。

（２）弾性部４１の外周面とラックハウジング１５の拡径部１５ｂの内周面とは低摩擦コーティング層４４を介して当接する。このため、弾性部４１と拡径部１５ｂの間の摩擦は低減される。弾性部４１の径方向外側の部分における摩擦熱の発生、および摩耗が抑制される。

（３）弾性部４１としてたとえばゴムを採用する場合、ゴムがラックシャフト１６に固着することを抑制できる。弾性部４１とラックシャフト１６の間に耐摩耗コーティング層４３が設けられているためである。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。
・本実施形態では、弾性部４１の内周面において、その周方向全域かつ軸方向全域にわたって耐摩耗コーティング層４３が設けられたが、図３（ｂ）に示すように、弾性部４１の内周面の軸方向の一定範囲に耐摩耗コーティング層４３を設けてもよい。また、同図に示すように、弾性部４１の外周面の軸方向の一定範囲に低摩擦コーティング層４４を設けてもよい。

・本実施形態では、弾性部４１は金属プレート４２ａ，４２ｂで挟まれたが、これに限らない。たとえば、規制面１５ｃ側の金属プレート４２ｂは設けられず、弾性部４１が金属プレート４２ａおよび規制面１５ｃで挟まれるようにしてもよい。

・耐摩耗コーティング層４３および低摩擦コーティング層４４は、互いに異なる材料を用いて設けられてもよいし、同じ材料を用いて設けられてもよい。
・本実施形態では、耐摩耗コーティング層４３および低摩擦コーティング層４４を設けたが、耐摩耗コーティング層４３および低摩擦コーティング層４４は、固体であってもよいし、液体であってもよい。

・本実施形態において、いわゆるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置（ＲＰ−ＥＰＳ）を採用したが、これに限らない。どのような電動パワーステアリング装置であってもよく、たとえば、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置（Ｃ−ＥＰＳ）であってもよい。また、電動パワーステアリング装置に限らず、油圧式のパワーステアリング装置であってもよいし、マニュアルステアリング装置であってもよいし、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）であってもよい。また、後輪を転舵するリヤステアリング装置であってもよい。

１０…ＥＰＳ、１１…ステアリングホイール、１２…転舵輪、１３…転舵機構、１４…アシスト装置、１５…ラックハウジング（ハウジング）、１５ａ…挿通部、１５ｂ…拡径部、１５ｃ…規制面、１６…ラックシャフト（転舵シャフト）、１７…ステアリングシャフト、１８…ラックアンドピニオン機構、１９…モータ、２０…ベルト、２１…ボールねじ機構、２２…ラックエンド、２３…タイロッド、３１…ボールスタッド、３１ａ…ボール部、３２…ソケット、３２ａ…球面座、３３…端面、３４…円柱部、３５…雄ねじ部、３６…円形孔、３７…雌ねじ部、４０…エンドダンパ、４１…弾性部、４２ａ，４２ｂ…金属プレート（第１および第２のプレート）、４２ｃ…端面、４３…耐摩耗コーティング層（コーティング層）、４４…低摩擦コーティング層（コーティング層）。

Claims (4)

1. 軸方向に往復移動する転舵シャフトと、
   前記転舵シャフトが挿通される挿通部と、前記挿通部の両端にそれぞれ内径が前記挿通部よりも拡大されて設けられた２つの拡径部と、前記挿通部と前記拡径部との境界部分に形成される規制面と、を有するハウジングと、
   前記拡径部から突出する前記転舵シャフトの両端部にそれぞれ装着されて転舵輪に連結されるジョイントと、
   前記転舵シャフトが通された状態で前記２つの拡径部にそれぞれ嵌められる円筒状のエンドダンパと、を備え、
   前記エンドダンパは、前記転舵シャフトの軸方向の移動に伴って前記ジョイントが当接する第１のプレートと、前記転舵シャフトにその軸方向において前記規制面に当接した状態に維持される第２のプレートと、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートにより挟み込まれる弾性部と、を有し、
   前記弾性部の内周面および外周面のうち、少なくとも内周面には、コーティング層が設けられているステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記コーティング層は、前記弾性部の内周面および外周面のうち少なくとも内周面の全面に設けられるステアリング装置。
3. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記コーティング層は、前記弾性部の内周面および外周面のうち少なくとも内周面の全周かつその軸方向の長さよりも短い一定範囲に設けられるステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記コーティング層の摩擦係数は、前記弾性部の摩擦係数よりも小さいステアリング装置。