JP2017082812A - ラックバー及びステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動を抑制して運転者の操舵フィーリング及び車両の静粛性の向上を図ることができるラックバー及びステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置に組み込まれたラックバー１０は、複数のラック歯が形成されてなる歯部１１と、軸方向に歯部１１に隣設された軸部１２とを備え、軸方向の少なくとも一部に中空部１５を有し、制振材１６が中空部１５の内部に設けられている。制振材１６は、原料ゴムに発泡剤が添加されて中空部１５の内部で発泡成形されている。発泡成形によれば、制振材１６を中空部１５の内部に充填でき、中空部１５の内面に密接した状態にて制振材１６を容易に固定することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ラックバー及びステアリング装置に関する。

自動車等の車両のステアリング装置に組み込まれているラックバーには、例えば路面の凹凸に起因する振動、車輪の制動アンバランスや回転アンバランスに起因する振動、等の種々の振動が作用する。ラックバーに作用する振動は、ラック歯と噛み合うピニオンに連結されているステアリングシャフト及びステアリングシャフトに連結されているステアリングホイールを介して運転者に伝達され、運転者に不快感をもたらす。また、ラックバーの振動に起因してノイズが生じ、車両の静粛性が損なわれる。近年では、内燃機関と電動機とを動力源とするハイブリッド車両が普及し、また電動機のみを動力源とした電動車両も開発されており、これらの静粛性に優れた車両においてはノイズが殊更に目立つ傾向にある。

特許文献１に記載されたラックバーでは、ラックバーの内部の収容孔に錘が収容されており、錘がラックバーに対して相対的に振動することによって錘と収容孔の内周面とのすべり摩擦や衝突が生じ、すべり摩擦や衝突によるエネルギ損失によってラックバーの振動が減衰されている。

特許文献２や特許文献３に記載されたラックバーでは、ラック歯が形成されてなる歯部の軸方向に隣設された軸部が炭素繊維強化樹脂材料によって形成されており、炭素繊維強化樹脂材料の振動減衰特性によってラックバーの振動が減衰されている。

特開２００２−１６１９６９号公報 特開２０１３−７５５３３号公報 特開２０１５−１２７１８７号公報

特許文献１に記載されたラックバーでは、錘とラックバーとのすべり摩擦や衝突が新たなノイズ源となり、車両の静粛性が損なわれる虞がある。また、炭素繊維強化樹脂材料は構成材料そのものが比較的高価であり、成形に時間もかかることから、特許文献２や特許文献３に記載されたラックバーのように、ラックバーの外形をなす軸部を炭素繊維強化樹脂材料によって形成した場合に、コストの増加が懸念される。

本発明は、振動を抑制して運転者の操舵フィーリング及び車両の静粛性の向上を図ることができるラックバー及びステアリング装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様のラックバーは、複数のラック歯が形成されてなる歯部と、軸方向に前記歯部に隣設された軸部とを備えるラックバーであって、軸方向の少なくとも一部に中空部を有し、制振材が前記中空部の内部に固定されている。

また、本発明の一態様のステアリング装置は、上記ラックバーが組み込まれている。

本発明によれば、振動を抑制して運転者の操舵フィーリング及び車両の静粛性の向上を図ることができるラックバー及びステアリング装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の一例の正面図である。 図１のステアリング装置に組み込まれたラックバーの断面図である。 図２ラックバーの変形例の断面図である。 図２ラックバーの他の変形例の断面図である。 図２ラックバーの他の変形例の断面図である。 本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の一例の正面図である。 図６のステアリング装置に組み込まれたラックバーの断面図である。 図７のラックバーの変形例の断面図である。 図７のラックバーの他の変形例の断面図である。 本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの他の例の断面図である。 本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの他の例の断面図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の一例を示す。

図１に示すステアリング装置１は、略円筒状のラックハウジング２と、ラックハウジング２内に収容されたラックバー１０とを備える。

ラックハウジング２の軸方向両端の開口から突出するラックバー１０の両端部にはジョイント４を介してタイロッド３がそれぞれ連結されており、ジョイント４の周囲は、ラックハウジング２とタイロッド３とに跨って被さるブーツ５によって覆われている。

ラックハウジング２の軸方向一方の端部にはステアリングギヤボックス６が設けられている。ステアリングギヤボックス６には、ステアリングシャフトに連結される入力軸７に形成された操舵ピニオン（不図示）が収納されている。また、ステアリングギヤボックス６には、アシスト機構のモータ８が取り付けられており、モータ８の駆動力は操舵ピニオンに伝達される。

ラックバー１０は、操舵ピニオンと噛み合うラック歯が形成された歯部１１と、軸方向に歯部１１に隣設された軸部１２とを有する。軸部１２は、軸方向に移動自在にすべり軸受（不図示）によって支持されている。

ステアリングホイールの回動操作によって入力軸７の操舵ピニオンが回動され、歯部１１にて操舵ピニオンと噛み合うラックバー１０が軸方向に移動される。ステアリングホイールの操舵力などに応じて制御されるアシスト機構のモータ８の駆動力が、操舵ピニオンを介してラックバー１０に伝達され、ステアリングホイールの回動操作によるラックバー１０の移動が補助される。そして、ラックバー１０の移動により、タイロッド３及びタイロッド３が連結される転舵機構を介して、車両の舵輪が回される。

図２は、ラックバー１０の構成を示す。

ラックバー１０は、例えばＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼などの金属材料で形成された断面円形状の中実な一本の棒材からなる。ラックバー１０の軸方向の一方の端部側には歯部１１が設けられ、他方の端部側にはすべり軸受によって摺動自在に支持される軸部１２が設けられており、軸方向の両端部にはジョイント４が締結されるネジ孔１３がそれぞれ設けられている。

棒材からなるラックバー１０の歯部１１に形成される複数のラック歯は、例えば切削加工や鍛造加工によって形成される。

さらに、ラックバー１０は、軸方向の少なくとも一部に中空部１５を有する。図示の例では、軸部１２側のネジ孔１３から軸部１２の略全長に亘って軸方向に延びる孔１４が形成されており、軸部１２の全体が中空部１５とされている。孔１４は、例えばガンドリルを用いた切削加工によって形成される。

なお、孔１４は、軸部１２側のネジ孔１３から軸方向に延びて歯部１１に及んでいてもよく、また、歯部１１側のネジ孔１３から歯部１１の略全長に亘って軸方向に延びていてもよく、さらには軸部１２に及んでいてもよい。

そして、中空部１５の内部には、制振材１６が固定されている。

制振材１６の材料は、制振性を有する限りにおいて限定されるものではないが、ラックバー１０の軽量化の観点から、ラックバー１０を構成する鋼などの金属材料に比べて比重の小さい材料が好ましく、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）やＨＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）などのゴム系材料、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）やＣＦＲＴＰ（炭素繊維強化熱可塑性樹脂）などの樹脂系材料、等を好適に用いることができる。

図示の例では、制振材１６の材料が上記のゴム系材料であって、制振材１６は、原料ゴムに発泡剤が添加されて中空部１５の内部で発泡成形されている。発泡成形によれば、制振材１６を中空部１５の内部に充填でき、中空部１５の内面に密接した状態にて制振材１６を容易に固定することができる。

なお、制振材１６は、中空部１５の少なくとも一部において、中空部１５の内面に密接して固定されていればよい。例えば制振材１６はシート状に成形され、中空部１５の内面に貼着されてもよく、制振材１６は柱状又は管状に成形され、中空部１５に圧入されてもよく、制振材１６は粒状に成形され、多数の制振材１６が中空部１５に詰められて、ジョイント４等によって中空部１５の内部に封入されてもよい。

ラックバー１０に作用する振動は、制振材１６の振動減衰特性によって減衰される。これにより、ラックバー１０に作用する振動がステアリングシャフト及びステアリングホイールを介して運転者に伝達されることを抑制し、操舵フィーリングを向上させることができる。

また、ラックバー１０に作用する振動が制振材１６によって減衰されることにより、ラックバーの振動に起因するノイズが抑制され、車両の静粛性を向上させることができる。制振材１６は中空部１５の内部で固定されているので、制振材１６が相対的に振動して新たなノイズ源となることもない。

さらに、ラックバー１０には、路面の凹凸に起因する振動などの車輪から伝わる振動に限らず、例えば車両に搭載される内燃機関や電動機などの動力源に生じる振動などであって、車両の各部からフレームを介して伝わる振動も作用し、これらの振動も制振材１６によって減衰されることから、ラックバー１０は車両全体の制振にも資する。

上述したラックバー１０は、中実の一本の棒材からなるものとして説明したが、図３に示す例のように、中空の一本の管材からなるものであってもよい。

管材からなるラックバーの歯部１１のラック歯は、例えば以下のようにして形成される。まず、管材の長手方向の一部で歯部とされる部位（以下、歯部形成部位という）に平坦状の歯形成面が予備成形される。歯形成面は、例えば成形型を用いて管材の歯部形成部位を潰すプレス加工によって形成される。

次いで、歯形成面に押し付けられる歯型を含み、管材の歯部形成部位を全周にわたって取り囲む成形型に管材が設置され、管材に芯金が挿通される。歯形成面を構成している管材の肉が、挿通された芯金によって内側からしごかれ、歯形成面に押し付けられている歯型に食い込む。挿通される芯金の太さが次第に大きくされ、しごき加工が繰り返されることにより、歯型に対応した複数のラック歯が管材に形成される。

管材からなる図３に示すラックバーでは、素材である管材の形状が利用されて歯部１１及び軸部１２の全体が一続きの中空部１５とされ、中空部１５の内部に制振材１６が固定されている。このように、管材からなるラックバーにおいては、素材の形状を利用して中空部１５を設けることができ、制振材１６の設置が容易である。

なお、図４に示す例のように、歯部１１が中実の棒材からなり、軸部１２が管材からなっていてもよく、また、図５に示す例のように、歯部１１が管材からなり、軸部１２が中実の棒材からなっていてもよい。中空の棒材と管材とは、例えば端面が互いに突き合わされた状態で回転されることによる摩擦圧接にて接合される。

中実の棒材と管材とが接合されてラックバーが構成される場合に、図示の例のように管材にのみ制振材１６が設けられていてもよいし、中実な棒材に孔が穿設され、中実な棒材にのみ制振材１６が設けられ、或いは管材及び中実な棒材の両方に制振材１６が設けられていてもよい。

図６は、本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の他の例を示す。

図６に示すステアリング装置１０１は、デュアルピニオン式のステアリング装置であって、ラックハウジング１０２の軸方向一方の端部には、ステアリングシャフトに連結される入力軸１０７に形成された操舵ピニオン（不図示）を収納するステアリングギヤボックス１０６が設けられており、ラックハウジング１０２の軸方向他方の端部には、アシスト機構のモータ１０８によって駆動される補助ピニオン（不図示）を収納する補助ギヤボックス１０９が設けられている。

ラックバー１１０は、操舵ピニオンと噛み合うラック歯が形成された第１歯部１１１と、補助ピニオンと噛み合うラック歯が形成された第２歯部１１２と、第１歯部１１１と第２歯部１１２との間に軸方向に挟まれて設けられた軸部１１３とを有する。軸部１１３は、軸方向に移動自在にすべり軸受（不図示）によって支持されている。

図７は、ラックバー１１０の構成を示す。

ラックバー１１０は、断面円形状の中実な一本の棒材からなる。ラックバー１１０の軸方向の一方の端部側には第１歯部１１１が設けられ、他方の端部側に第２歯部１１２が設けられ、第１歯部１１１と第２歯部１１２との間には軸部１１３が設けられており、軸方向の両端部にはジョイント１０４（図６参照）が締結されるネジ孔１１４がそれぞれ設けられている。車両におけるステアリングシャフトとアシスト機構との位置関係に応じて、第１歯部１１１と第２歯部１１２との間には中心軸まわりに所定の回転角度差が設定される。

さらに、ラックバー１１０は、軸方向の少なくとも一部に中空部１１６を有する。図示の例では、第１歯部１１１側のネジ孔１１４から第１歯部１１１及び軸部１１３の略全長に亘って軸方向に延びる孔１１５が形成されており、第１歯部１１１及び軸部１１３の全体が一続きの中空部１１６とされている。なお、孔１１５は、第１歯部１１１で止まっていてもよいし、第２歯部１１２にまで及んでいてもよい。また、孔１１５は、第２歯部１１２側のネジ孔１１４から延びていてもよい。

そして、中空部１１６の内部には、制振材１１７が固定されている。ラックバー１１０に作用する振動は、制振材１１７の振動減衰特性によって減衰される。これにより、ラックバー１１０に作用する振動がステアリングシャフト及びステアリングホイールを介して運転者に伝達されることを抑制し、操舵フィーリングを向上させることができる。また、制振材１１７は中空部１１６の内部で固定されているので、制振材１１７が相対的に振動して新たなノイズ源となることもない。これにより、車両の静粛性を向上させることができる。

上述したラックバー１１０は、中実の一本の棒材からなるものとして説明したが、図８に示す例のように、第１歯部１１１及び軸部１１３が一本の管材からなり、第２歯部１１２が中実の棒材からなり、両材が摩擦圧接によって接合されて構成されてもよい。この場合、典型的には、第１歯部１１１が設けられる管材に第１歯部１１１のラック歯が予め形成され、両材が接合された後に、第２歯部１１２とされる中実な棒材の所定の部位、即ち第１歯部１１１との間に所定の回転角度差を与える部位に第２歯部１１２のラック歯が形成される。

なお、第１歯部１１１及び軸部１１３が一本の中実な棒材からなり、第２歯部１１２が管材からなってもよく、また、第２歯部１１２及び軸部１１３が一本の管材又は中実な棒材からなってもよい。

そして、中実の棒材と管材とが接合されてラックバーが構成される場合に、図示の例のように、管材にのみ制振材１１７が設けられていてもよいし、中実な棒材に孔が穿設され、中実な棒材にのみ制振材１１７が設けられ、或いは管材及び中実な棒材の両方に制振材１１７が設けられていてもよい。

また、図９に示すように、第１歯部１１１及び第２歯部１１２がそれぞれ管材からなり、軸部１１３が、継手部材として、第１歯部１１１及び第２歯部１１２と異なる中実な棒材からなり、これらの材が摩擦圧接によって接合されてラックバーが構成されてもよい。この場合、第１歯部１１１とされる管材及び第２歯部１１２とされる管材をそれぞれ固定し、軸部１１３とされる中実な棒材を回転させて摩擦圧接することができるので、第１歯部１１１とされる管材に第１歯部１１１のラック歯を予め形成し、第２歯部１１２とされる管材に第２歯部１１２のラック歯を予め形成しておき、第１歯部１１１と第２歯部１１２との間の回転角度差を高精度に設定できる。

そして、中実の棒材と管材とが接合されてラックバーが構成される場合に、図示の例のように、管材にのみ制振材１１７が設けられていてもよいし、中実な棒材に孔が穿設され、中実な棒材にのみ制振材１１７が設けられ、或いは管材及び中実な棒材の両方に制振材１１７が設けられていてもよい。

また、上述したステアリング装置１０１及びラックバー１１０では、アシスト機構のモータ１０８の駆動力が補助ピニオンと第２歯部１１２のラック歯との噛み合いによってラックバー１１０に伝達されるが、ボールネジによって伝達されるように構成されてもよく、この場合に、ラックバー１１０には第２歯部１１２のラック歯に替えてボールネジのネジ溝が形成される。ボールナットがネジ溝を摺動する際の摺動音も、制振材１１７によって抑制することができる。

図１０は、本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの他の例の構成を示す。

図１０に示すラックバーは、図２に示したラックバー１０において、軸部１２の内部を軸方向に突き抜けて空気を流通させる通気路１７がさらに設けられたものである。

通気路１７は、軸部１１３の内部に通されており、軸部１２の歯部１１側の端部に設けられた通気孔１７ａ、及び軸部１２のネジ孔１３側の端部に設けられた通気孔１７ｂを含む。

通気孔１７ａ，１７ｂは、ラックバー１０の外周面に開口した状態に形成されており、軸部１２と軸部１２を支持するすべり軸受によって隔てられ、且つブーツ５（図１参照）によって囲われている左右の密閉空間にそれぞれ連通している。

そして、制振材１６は管状に成形され、中空部１５である軸部１２に挿嵌されており、軸部１２の内部には、通気路１７の両端である通気孔１７ａ，１７ｂを連通させる空隙が管状の制振材１６の中心軸に沿って残されている。よって、ブーツ５によって囲われている左右の密閉空間の間の通気路１７を介した空気の流通が保たれている。

ラックバー１０が移動された際に、ブーツ５によって囲われている左右の密閉空間のうちラックバー１０が突出する一方の空間から他方の空間に通気路１７を介して空気が流動される。これにより、ラックバー１０が突出する一方の空間において空気が圧縮され、その反作用としてラックバー１０の移動が阻害されることを抑制でき、操舵フィーリングを向上させることができる。

なお、制振材１６が粒状に成形され、多数の制振材１６が軸部１２の内部に詰められていてもよく、この場合にも、粒状の制振材１６の間に空隙が残され、これらの空隙が連なることにより、通気路１７の両端である通気孔１７ａ，１７ｂを連通させる空隙が軸部１２の内部に残される。

上記の通気路１７の構成は、図６及び図７に示したデュアルピニオン式のステアリング装置１０１に組み込まれるラックバー１１０にも適用可能であり、図１１に示すラックバーは、図７に示したラックバー１１０において、軸部１１３の内部を軸方向に突き抜けて空気を流通させる通気路１１８がさらに設けられたものである。

通気路１１８は、一続きの中空部１１６とされた第１歯部１１１及び軸部１１３の内部に通されており、第１歯部１１１の端部に設けられた通気孔１１８ａ、及び軸部１１３の第２歯部１１２側の端部に設けられた通気孔１１８ｂを含む。

通気孔１１８ａ，１１８ｂは、ラックバー１１０の外周面に開口した状態に形成されており、軸部１１３と軸部１１３を支持するすべり軸受によって隔てられ、且つブーツ１０５（図６参照）によって囲われている左右の密閉空間にそれぞれ連通している。

そして、制振材１１７は管状に成形され、中空部１１６である第１歯部１１１及び軸部１１３に挿嵌されており、第１歯部１１１及び軸部１１３の内部には、通気路１１８の両端である通気孔１１８ａ，１１８ｂを連通させる空隙が管状の制振材１１７の中心軸に沿って残されている。よって、ブーツ１０５によって囲われている左右の密閉空間の間の通気路１１８を介した空気の流通が保たれている。

本例においても、ラックバー１１０が移動された際に、ブーツ１０５によって囲われている左右の密閉空間のうちラックバー１１０が突出する一方の空間から他方の空間に通気路１１８を介して空気が流動される。これにより、ラックバー１１０が突出する一方の空間において空気が圧縮され、その反作用としてラックバー１１０の移動が阻害されることを抑制でき、操舵フィーリングを向上させることができる。

なお、制振材１１７が粒状に成形され、多数の制振材１１７が第１歯部１１１及び軸部１１３の内部に詰められていてもよく、この場合にも、粒状の制振材１１７の間に空隙が残され、これらの空隙が連なることにより、通気路１１８の両端である通気孔１１８ａ，１１８ｂを連通させる空隙が第１歯部１１１及び軸部１１３の内部に残される。

以上、モータ８，１０８を用いた電動パワーステアリング装置１，１０１に組み込まれるラックバー１０，１１０を例に、本発明を説明したが、本発明は、マニュアルステアリング装置に組み込まれるラックバーや、油圧パワーステアリング装置に組み込まれるラックバーにも適用可能である。

１ ステアリング装置
２ ラックハウジング
３ タイロッド
４ ジョイント
５ ブーツ
６ ステアリングギヤボックス
７ 入力軸
８ モータ
１０ ラックバー
１１ 歯部
１２ 軸部
１３ ネジ孔
１４ 孔
１５ 中空部
１６ 制振材
１７ 通気路
１７ａ，１７ｂ 通気孔
１０１ ステアリング装置
１０２ ラックハウジング
１０４ ジョイント
１０５ ブーツ
１０６ ステアリングギヤボックス
１０７ 入力軸
１０８ モータ
１０９ 補助ギヤボックス
１１０ ラックバー
１１１ 第１歯部
１１２ 第２歯部
１１３ 軸部
１１４ ネジ孔
１１５ 孔
１１６ 中空部
１１７ 制振材
１１８ 通気路
１１８ａ，１１８ｂ 通気孔

Claims (8)

1. 複数のラック歯が形成されてなる歯部と、軸方向に前記歯部に隣設された軸部とを備えるラックバーであって、
   軸方向の少なくとも一部に中空部を有し、
   制振材が前記中空部の内部に固定されているラックバー。
2. 請求項１記載のラックバーであって、
   少なくとも一部が管材からなり、
   前記制振材は、前記管材の内部に固定されているラックバー。
3. 請求項１記載のラックバーであって、
   少なくとも一部が中実の棒材からなり、
   前記棒材には、一方の端部から軸方向に延在する孔が形成されており、
   前記制振材は、前記孔の内部に固定されているラックバー。
4. 請求項１から３のいずれか一項記載のラックバーであって、
   前記制振材は、前記中空部の内部に充填されているラックバー。
5. 請求項１から３のいずれか一項記載のラックバーであって、
   前記軸部の内部を軸方向に突き抜けて空気を流通させる通気路を有し、
   前記中空部は、少なくとも前記軸部に設けられ、
   前記通気路は、前記中空部の内部に通されており、
   前記制振材が設けられた前記中空部の内部には、前記通気路の両端を連通させる空隙が残されているラックバー。
6. 請求項５記載のラックバーであって、
   前記制振材は、管状に形成されており、軸に沿って前記中空部の内部に挿嵌されているラックバー。
7. 請求項５記載のラックバーであって、
   前記制振材は、粒状に形成されており、多数の前記制振材が前記中空部の内部に詰められているラックバー。
8. 請求項１から７のいずれか一項記載の前記ラックバーが組み込まれたステアリング装置。

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