JP2019018779A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵軸が軸方向に移動する際の摩擦抵抗を抑制することが可能な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１は、軸方向への移動によって車両の転舵輪を転舵させるラックシャフト３と、ラックシャフト３をその両端部を除いて収容するラックハウジング５と、ラックハウジング５の内側に取り付けられ、ラックシャフト３を軸方向移動可能に支持する樹脂からなるラックブッシュ６と、ラックシャフト３の軸方向の両端に固定され、ラックブッシュ６に当接することによってラックシャフト３の可動範囲を規定するボールジョイントソケット７とを備える。ラックブッシュ６は、ボールジョイントソケット７が当接する当接部６１と、ラックシャフト３の外周面３ａに摺接する内周面６２ａを有する円筒状の支持部６２とを有し、支持部６２とラックハウジング５の内周面５ａとの間に、ラックブッシュ６よりも軟質なＯリング６０を配置する。【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵操作に応じて転舵軸が車幅方向に沿って軸方向に進退移動し、転舵輪を転舵させる。転舵軸は、その両端部を除いて筒状のハウジングに収容され、ハウジングから突出した転舵軸の先端面には、転舵軸の外径よりも大きな外径を有するボールジョイントのソケットが取り付けられている。

特許文献１に記載のステアリング装置は、転舵軸（ラック軸）の端部における外周面に樹脂からなるラックブッシュが取り付けられている。ラックブッシュは、その一端部がハウジングに収容された円筒状のガイド部と、ガイド部の端部から外方に突出した環状のストッパ部とを一体に有している。ラックブッシュは、ステアリングホイールが操舵された際、転舵軸と共に軸方向に移動し、ガイド部の外周面がハウジングの内周面を摺動する。ステアリングホイールが最大舵角まで操舵されると、ストッパ部がラックハウジングの軸端面に当接し、さらなる転舵軸の移動が規制される。

特許文献２に記載のステアリング装置は、ブッシュがハウジングの端部の内周に取り付けられている。ブッシュは、転舵軸（ラック軸）の外周面に摺接する摺接部を有する筒状の弾性部材と、弾性部材に外嵌されるカラーとからなる。カラーは、弾性部材よりも高剛性の樹脂材料で成形され、ハウジングに内嵌固定されている。弾性部材は、ゴム材からなり、その一端部がカラーから軸方向に突出している。そして、この突出した部分の弾性部材にラックエンドとして設けられたボールジョイントのソケットが当接することで、さらなる転舵軸の移動が規制される。

特開２０１２−２０６５６５号公報 特開２０１６−１３７７９７号公報

特許文献１に記載のステアリング装置では、ラックブッシュのガイド部の軸方向の長さをハウジングに対する転舵軸の移動可能距離以上に長くしなければならない。このため、ガイド部の外周面とハウジングの内周面との摺動面積が大きくなり、転舵軸の移動の際に大きな摩擦抵抗が発生してしまう。

特許文献２に記載のステアリング装置では、カラーよりも剛性の低い弾性部材が転舵軸の外周面に摺接するので、弾性部材の摺接部に摩耗が発生しやすく、また摩擦係数が大きくなるので、転舵軸の移動の際にやはり大きな摩擦抵抗が発生してしまう。なお、仮に特許文献２に記載のブッシュの全体を高剛性の樹脂により成形した場合には、摺接部の摩擦係数を低減することは可能になるが、各部材の寸法誤差や組付誤差に起因してハウジングに対する転舵軸の芯ずれが大きくなると、転舵軸に摺接する摺接部の面圧が一部において高くなり、大きな摩擦抵抗が発生してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、転舵軸が軸方向に移動する際の摩擦抵抗を抑制することが可能なステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、軸方向への移動によって車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸をその両端部を除いて収容するハウジングと、前記ハウジングの内側に取り付けられ、前記転舵軸を軸方向移動可能に支持する樹脂からなる支持部材と、前記転舵軸の軸方向の両端に固定され、前記支持部材に当接することによって前記転舵軸の可動範囲を規定する当接部材と、を備え、前記支持部材は、前記当接部材が当接する当接部と、前記転舵軸の外周面に摺接する内周面を有する円筒状の支持部とを有し、前記支持部と前記ハウジングの内周面との間に、前記支持部材よりも軟質な弾性体が配置されたステアリング装置を提供する。

本発明に係るステアリング装置によれば、転舵軸が軸方向に移動する際の摩擦抵抗を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るステアリング装置の機能構成を模式的に示す概略図である。 ラックハウジングの一部を破断してその内部を示す部分断面図である。 図１の部分拡大図である。 図３の一部をさらに拡大して示す拡大図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 ラックブッシュを一対のＯリングと共に示す斜視図である。 ラックハウジングの開口端部を示す斜視断面図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るステアリング装置の機能構成を模式的に示す概略図である。図２は、ラックハウジングの一部を破断してその内部を示す部分断面図である。図３は、図１の部分拡大図である。図４は、図３の一部をさらに拡大して示す拡大図である。図５Ａは、図３のＡ−Ａ線断面図であり、図５Ｂは図３のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、ラックブッシュを一対のＯリングと共に示す斜視図である。図７は、ラックハウジングの開口端部を示す斜視断面図である。

ステアリング装置１は、運転者が回転操作するステアリングホイール２０と、ステアリングホイール２０が一端部に固定されたコラムシャフト２１と、コラムシャフト２１に自在継手２０１を介して連結された中間シャフト２２と、中間シャフト２２に自在継手２０２を介して連結された第１ピニオンシャフト２３と、第１ピニオンシャフト２３に噛み合う転舵軸としてのラックシャフト３とを備えている。

自在継手２０１，２０２は、例えばカルダンジョイントからなる。コラムシャフト２１、中間シャフト２２、及び第１ピニオンシャフト２３は、ステアリングホイール２０に付与された操舵トルクをラックシャフト３に伝達するステアリングシャフト２を構成する。第１ピニオンシャフト２３の端部における外周面には、斜歯からなるピニオン歯２３１が形成されている。

また、ステアリング装置１は、運転者によるステアリングホイール２０の操舵操作を補助する操舵補助力をラックシャフト３に付与する操舵補助装置４と、ラックシャフト３を収容するラックハウジング５（図２に示す）と、ラックハウジング５内でラックシャフト３を支持する支持部材としてのラックブッシュ６，６と、ラックブッシュ６，６に取り付けられた弾性体としての一対のＯリング６０，６０（図３，４に示す）と、ラックシャフト３の軸方向の両端に固定されたボールジョイントソケット７と、ボールジョイントソケット７によってラックシャフト３に対して揺動可能に連結されたタイロッド８とを備えている。

操舵補助装置４は、図１に示すように、第１ピニオンシャフト２３における操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４１と、操舵トルクセンサ４１によって検出した操舵トルク及び車速に応じてモータ電流を出力する制御装置４２と、制御装置４２から出力されるモータ電流によって操舵補助力を発生する電動モータ４３と、電動モータ４３の出力軸４３１の回転を減速する減速機構４４と、減速機構４４によって減速された電動モータ４３のトルクによって回転する第２ピニオンシャフト４５と、減速機構４４及び第２ピニオンシャフト４５の一部を収容するケース部材４６（図２に示す）とを備えている。

減速機構４４は、電動モータ４３の出力軸４３１と一体回転するように連結されたウォーム４４１と、ウォーム４４１に噛み合うウォームホイール４４２とからなる。ウォームホイール４４２は、操舵補助装置４の第２ピニオンシャフト４５と共に回転し、この第２ピニオンシャフト４５に操舵補助トルクを付与する。第２ピニオンシャフト４５の外周面には、斜歯からなるピニオン歯４５１が形成されている。

ボールジョイントソケット７には、タイロッド８の球状の頭部８１が回動可能に収容されている。ボールジョイントソケット７及びタイロッド８の頭部８１は、ラックシャフト３に対してタイロッド８を揺動可能に連結するボールジョイント７０を構成する。左右のタイロッド８，８は、図略のナックルを介して転舵輪である左右の前輪１０，１０にそれぞれ連結されている。ラックシャフト３が車幅方向（左右方向）に進退移動すると、左右のタイロッド８，８がそれぞれラックシャフト３に対して揺動し、左右の前輪１０，１０がそれぞれ転舵される。

ラックシャフト３には、第１ピニオンシャフト２３に形成されたピニオン歯２３１に噛み合う第１のラック歯３１、及び第２ピニオンシャフト４５に形成されたピニオン歯４５１に噛み合う第２のラック歯３２が形成されている。ラックシャフト３は、第１ピニオンシャフト２３及び第２ピニオンシャフト４５の回転に伴う軸方向への移動によって、左右の前輪１０，１０をそれぞれ転舵させる。

ラックハウジング５は、例えばダイキャストによって成形され、ラックシャフト３をその両端部を除いて収容する円筒状の筒部５０と、ピニオン歯２３１を含む第１ピニオンシャフト２３の一部を収容する第１ピニオンギヤ収容部５１と、ピニオン歯４５１を含む第２ピニオンシャフト４５の一部を収容する第２ピニオンギヤ収容部５２とを有している。第１ピニオンギヤ収容部５１には、蓋部材５１０が固定され、この蓋部材５１０から突出した先端部には、自在継手２０２（図１参照）との連結のためのセレーション２３２が形成されている。

ラックハウジング５の筒部５０における左右両端部と左右のタイロッド８，８との間には、伸縮可能な蛇腹構造を有するベローズ９，９がそれぞれベルト９１（図３，４に示す）によって固定され、ラックハウジング５内への異物の侵入を防止している。このベローズ９，９は、ボールジョイントソケット７，７及びタイロッド８，８の一部をそれぞれ収容し、ラックシャフト３の軸方向移動に伴って伸縮する。

図３に示すように、ボールジョイントソケット７は、タイロッド８の頭部８１が嵌合される嵌合孔７１０が内部に形成された大径部７１と、大径部７１よりも外径が小さい小径部７２と、小径部７２から突出した雄ねじ部７３とを一体に有している。小径部７２の外径はラックシャフト３の外径と同等であり、大径部７１と小径部７２との間には段差面７１ａが形成されている。ボールジョイントソケット７は、雄ねじ部７３がラックシャフト３の先端部に形成された雌ねじ３０に螺合することで、ラックシャフト３に固定されている。

ラックブッシュ６，６は、ラックハウジング５の筒部５０における左右両端部における内側に配置され、ラックシャフト３を軸方向移動可能に支持している。ラックシャフト３は、ステアリングホイール２０の操舵によって軸方向一側に移動したとき、左右一対のボールジョイントソケット７，７のうち一方のボールジョイントソケット７が一方のラックブッシュ６に当接することにより、さらなる軸方向移動が規制される。また、ラックシャフト３は、ステアリングホイール２０の操舵によって軸方向他側に移動したとき、他方のボールジョイントソケット７が他方のラックブッシュ６に当接することにより、さらなる軸方向移動が規制される。

このように、ボールジョイントソケット７は、ラックブッシュ６に当接することによってラックシャフト３の軸方向への可動範囲を規定している。ボールジョイントソケット７は、本発明の当接部材の一態様である。ボールジョイントソケット７は、例えば鉄系の金属からなり、ラックブッシュ６は例えば６６ナイロン等の樹脂からなる。ラックブッシュ６が樹脂からなることにより、ボールジョイントソケット７がラックブッシュ６に当接したときの打音が抑制されている。

ラックブッシュ６は、ボールジョイントソケット７が当接する当接部６１と、ラックシャフト３の外周面３ａに摺接する内周面６２ａを有する円筒状の支持部６２と、ラックハウジング５の筒部５０の内周面５ａに形成された環状の凹部５００に係合してラックハウジング５に対する軸方向移動を規制する突部６３とを一体に有している。当接部６１と支持部６２とは、軸方向に並んで形成されており、当接部６１がラックハウジング５の筒部５０の開口側に配置されている。突部６３は、支持部６２における当接部６１とは反対側の端部において、支持部６２の外周面６２ｂから径方向外方に突出して設けられている。

当接部６１は、支持部６２とは反対側の軸方向端面６１ａがボールジョイントソケット７の段差面７１ａに向かい合い、ステアリングホイール２０が最大舵角まで操舵されると、ボールジョイントソケット７の段差面７１ａが当接部６１の軸方向端面６１ａに当接する。つまり、ボールジョイントソケット７の段差面７１ａは、ラックブッシュ６に突き当てられる当たり面として形成され、当接部６１の軸方向端面６１ａは、ボールジョイントソケット７が当接する当接面として形成されている。当接部６１は、環状であり、その外径は支持部６２の外径よりも大きく形成されている。当接部６１の内径はラックシャフト３の外径よりも大きく、図４に示すように、当接部６１の内周面６１ｂとラックシャフト３の外周面３ａとの間には隙間が形成されている。

また、当接部６１には、軸方向端面６１ａとは反対側（支持部６２側）の軸方向端面６１ｃに、係止突起６１１が設けられている。係止突起６１１は、ラックハウジング５に係合してラックブッシュ６を回り止めするためのものであり、ラックハウジング５の筒部５０に形成された係止穴５０１に係止されている。図３，４には、係止穴５０１を含むラックハウジング５の断面を示している。なお、当接部６１には、軽量化のために肉盗み部を形成してもよい。

支持部６２には、軸方向に延びる複数のスリット６２０が形成されている。スリット６２０は、当接部６１とは反対側の端部から当接部６１に向かって形成され、支持部６２の内周面６２ａと外周面６２ｂとの間を貫通している。本実施の形態では、６つのスリット６２０が周方向に等間隔に形成されており、支持部６２は、これらのスリット６２０によって分割された６つの断片６２１からなる。それぞれの断片６２１には、内周面６２ａに開口する溝６２２が軸方向に延在して形成されている。

支持部６２とラックハウジング５の内周面５ａとの間には、ラックブッシュ６よりも軟質な弾性体であるＯリング６０が配置されている。具体的には、支持部６２の外周面６２ｂに周方向に延びる２本の環状溝６２３が互いに平行に形成されており、これらの環状溝６２３にそれぞれＯリング６０が保持されている。Ｏリング６０は、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）等のゴム材料からなり、環状に形成されている。また、Ｏリング６０は、支持部６２とラックハウジング５の内周面５ａとの間でラックブッシュ６の径方向に圧縮され、支持部６２の外周面６２ｂの一部である環状溝６２３の底面６２３ａ及びラックハウジング５の内周面５ａに弾接している。

支持部６２の外径は、支持部６２の外周面６２ｂに対向するラックハウジング５の内周面５ａの内径よりも小さく、支持部６２の外周面６２ｂとラックハウジング５の内周面５ａとの間には、周方向の全体にわたって所定の幅の隙間が形成されている。

ラックハウジング５は、ラックブッシュ６の当接部６１を収容する部分である第１収容部５０２の内径が、支持部６２を収容する部分である第２収容部５０３の内径よりも大きく形成されており、第１収容部５０２と第２収容部５０３との間に段差面５ｂが形成されている。ラックハウジング５の段差面５ｂには、当接部６１におけるボールジョイントソケット７側の軸方向端面６１ａとは反対側の軸方向端面６１ｃが軸方向に対向している。ボールジョイントソケット７の段差面７１ａが当接部６１の軸方向端面６１ａに当接したとき、当接部６１は、ボールジョイントソケット７の段差面７１ａとラックハウジング５の段差面５ｂとの間に挟まれる。

ラックブッシュ６の当接部６１は、ラックハウジング５の第１収容部５０２に圧入されている。これにより、ラックブッシュ６の当接部６１の外周面６１ｄが第１収容部５０２の内周面５０２ａに密着する。また、当接部６１が第１収容部５０２に圧入されることにより、当接部６１が縮径するが、前述のように当接部６１の内周面６１ｂとラックシャフト３の外周面３ａとの間には隙間が形成されているので、当接部６１が縮径しても、その内周面６１ｂがラックシャフト３の外周面３ａに強く押し付けられてしまうことがない。

ラックハウジング５の係止穴５０１は、図７に示すように、段差面５ｂから軸方向に凹設されており、ラックブッシュ６の当接部６１をラックハウジング５の第１収容部５０２に圧入する際、係止突起６１１が係止穴５０１に嵌入する。これにより、ラックブッシュ６の回り止めがなされる。

また、ラックブッシュ６は、当接部６１がラックハウジング５の第１収容部５０２に圧入される際、突部６３が支持部６２の弾性変形により縮径して第２収容部５０３内を移動する。突部６３が凹部５００に対応する位置まで移動すると、支持部６２が復元して突部６３が凹部５００に係合する。その後、ラックブッシュ６の内側にラックシャフト３が挿通されることにより、突部６３が凹部５００から離脱不能となる。支持部６２には複数のスリット６２０が形成されているので、このような弾性変形が容易となっている。

なお、図３，４，７では、ラックハウジング５の筒部５０の両端部のうち一方の端部を示しているが、他方の端部も同様に構成されている。また、本実施の形態では、筒部５０の両端部にそれぞれラックブッシュ６が配置された場合について説明したが、これに限らず、筒部５０の一方の端部のみに上記のラックブッシュ６が配置されていてもよい。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明した本実施の形態によれば、以下の作用及び効果を奏することができる。

（１）樹脂からなるラックブッシュ６の支持部６２の内周面６２ａがラックシャフト３の外周面３ａに摺接するので、例えばラックシャフト３の軸方向移動の際にラックシャフト３の外周面３ａがゴム材を摺動する場合に比較して、摩擦抵抗を抑制することが可能となる。

（２）ラックブッシュ６の支持部６２とラックハウジング５の筒部５０の内周面５ａとの間にラックブッシュ６よりも軟質な弾性体からなるＯリング６０が配置されているので、寸法誤差や組付誤差によりラックシャフト３がラックハウジング５の筒部５０に対して芯ずれしても、支持部６２の内周面６２ａとラックシャフト３の外周面３ａとの接触面圧が一部において局所的に高くなってしまうことが抑制される。すなわち、Ｏリング６０によって支持部６２の内周面６２ａとラックシャフト３の外周面３ａとの接触面圧を均一化することができ、ラックシャフト３が軸方向に移動する際の摩擦抵抗を抑制することが可能となる。

（３）ラックブッシュ６は、突部６３がラックハウジング５の凹部５００に係合してラックハウジング５に対する軸方向移動が規制されているので、ラックシャフト３の軸方向移動に連れてラックブッシュ６がラックハウジング５に対して移動することがない。

（４）ラックブッシュ６の支持部６２には、軸方向に延びる複数のスリット６２０が形成されているので、支持部６２がその径方向に柔軟に弾性変形することができ、ラックブッシュ６の組み付けの際に突部６３を容易に凹部５００に係合させることができる。

（５）ボールジョイントソケット７の段差面７１ａがラックブッシュ６の当接部６１の軸方向端面６１ａに当接したとき、当接部６１がボールジョイントソケット７とラックハウジング５の段差面５ｂとの間に挟まれるので、ボールジョイントソケット７が当接部６１に強く突き当たっても、ラックブッシュ６がラックハウジング５に対して移動してしまうことがない。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、操舵補助装置４の第２ピニオンシャフト４５が第２のラック歯３２に噛み合うことで、ラックシャフト３に操舵補助力が付与される場合について説明したが、これに限らず、例えば操舵補助力がコラムシャフト２１に付与されるようにステアリング装置１を構成してもよい。

また、上記実施の形態では、ラックブッシュ６の支持部６２とラックハウジング５の筒部５０の内周面５ａとの間に２つのＯリング６０を配置した場合について説明したが、Ｏリング６０の数は２つに限らず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。また、Ｏリング６０に替えて、例えば円環帯状のゴム部材を支持部６２とラックハウジング５の筒部５０の内周面５ａとの間に配置してもよい。

また、上記実施の形態では、最大舵角時においてラックブッシュ６に当接する当接部材としてボールジョイントソケット７を用いた場合について説明したが、これに限らず、ラックシャフト３に固定された他の部材を当接部材として用いてもよい。

１…ステアリング装置
１０…前輪（転舵輪）
３…ラックシャフト（転舵軸）
５…ラックハウジング（ハウジング）
５ｂ…段差面
６…ラックブッシュ（支持部材）
６０…Ｏリング（弾性体）
６１…当接部
６１ａ…軸方向端面（当接面）
６２…支持部
６２ａ…内周面
６２０…スリット
６３…突部
７…ボールジョイントソケット（当接部材）

Claims (4)

1. 軸方向への移動によって車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、
   前記転舵軸をその両端部を除いて収容するハウジングと、
   前記ハウジングの内側に取り付けられ、前記転舵軸を軸方向移動可能に支持する樹脂からなる支持部材と、
   前記転舵軸の軸方向の両端に固定され、前記支持部材に当接することによって前記転舵軸の可動範囲を規定する当接部材と、を備え、
   前記支持部材は、前記当接部材が当接する当接部と、前記転舵軸の外周面に摺接する内周面を有する円筒状の支持部とを有し、
   前記支持部と前記ハウジングの内周面との間に、前記支持部材よりも軟質な弾性体が配置された
   ステアリング装置。
2. 前記支持部材には、前記ハウジングの内周面に形成された凹部に係合して前記ハウジングに対する軸方向移動を規制する突部が設けられている、
   請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記支持部材の前記支持部には、軸方向に延びる複数のスリットが形成されている、
   請求項１又は２に記載のステアリング装置。
4. 前記ハウジングは、前記当接部を収容する部分の内径が前記支持部を収容する部分の内径よりも大きく、これら両部分の間に段差面が形成され、
   前記支持部材は、前記当接部の外径が前記支持部の外径よりも大きく、前記当接部において前記当接部材が当接する当接面とは反対側の軸方向端面が前記段差面に対向している、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のステアリング装置。

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