JP2020037987A - ボールジョイント用ブーツ そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックアンドピニオン式ステアリング装置において、ブーツの蛇腹部内周面とボールジョイントとの干渉の際の発生面圧を低減させてブーツの摩耗を抑える。【解決手段】ラックハウジング１０とタイロッド８８ｂとの間に備えられてボールジョイント３部分を覆うボールジョイント用ブーツ５の蛇腹部５５は、中立状態に位置している時のタイロッド８８ｂの傾斜角度分だけ折れ曲がっている折曲領域Ａ２１を有して成形されている。【選択図】図５

Description

本発明は、ボールジョイント用ブーツ、そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置に関するものである。

車両には、操作者（運転者）のステアリングホイールに対する操作を車輪に伝えるための装置としてステアリング装置が設けられており、例えば、乗用車には、ラックアンドピニオン式ステアリング装置が数多く採用されている。

ラックアンドピニオン式のステアリング装置においては、ステアリングホイールに連動するピニオンを、ラックハウジング内でラックの歯面に噛み合わせ、このラックの左右の端部にボールジョイントを介して左右のタイロッドを連結し、左右のタイロッドにボールジョイントを介して左右の前輪のナックルアームを連結している構造を有しており、ラックが車両の左右方向に移動すると、ラックの移動により左右の車輪の向きが変化する。

例えば、ラックアンドピニオン式のステアリング装置の一例が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されているように、ラックの端部（ラックエンド）に設けられているボールジョイントは、動きを滑らかにするために内部にグリースが封入され、その流出防止と外部からの水やダスト等の浸入を防ぐためにボールジョイント用ブーツで覆われている。

この種のボールジョイント用ブーツは、例えばゴム又は合成樹脂などからなり、ラックハウジングの外周に接続される環状の一端側接続部と、タイロッドの外周に接続される環状の他端側接続部と、前記一端側接続部と前記他端側接続部との間にわたって連通して一体に設けられ、ラック端部とタイロッド端部との間に備えられたボールジョイント部分を覆う中空筒状の蛇腹部とで構成されているものが知られている。

ところで、ステアリング作動でのラックの移動に伴うブーツの伸縮や、路面状態に対応したサスペンションの上下動に際して、ボールジョイント角が変動する。このとき、ボールジョイント部を覆っているボールジョイント用ブーツは、ボールジョイント角の変動に伴い、蛇腹部が湾曲あるいは伸縮を繰り返すため、ボールジョイントと蛇腹部の内径部（内周面）が干渉することがあり、この干渉の頻度によりブーツの摩耗を招くこともある。
特に、ＳＵＶ（Sport Utility Vehicle）等の最大ボールジョイント角度が大きい車両にあっては、ボールジョイントと蛇腹部の内径部（内周面）の干渉頻度が多くなるため、ブーツの早期摩耗を招くこともある。

実公昭５９−７１７０号公報

本発明は従来技術の有するこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、ブーツの蛇腹部内周面とボールジョイントとの干渉の際の発生面圧を低減させてブーツの摩耗を抑えることを可能としたボールジョイント用ブーツ、そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することにある。

この目的を達成するために、第１の発明は、伸縮可能な筒状の蛇腹部と、前記蛇腹部の伸縮方向の一端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の一端側接続部と、前記蛇腹部の伸縮方向の他端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の他端側接続部とで構成され、ラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるラックハウジングの外周に前記一端側接続部が接続されるとともに、タイロッドの外周に前記他端側接続部が接続されてボールジョイント部分を覆うボールジョイント用ブーツであって、
前記蛇腹部は、中立状態に位置している時のタイロッドの傾斜角度分だけ折れ曲がっている折曲領域を有していることを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。

第２の本発明は、第１の本発明において、折曲領域の折れ曲がり角度が、ラックハウジングの外周に接続される前記一端側接続部の中心を通るブーツ中心軸線に対して、５度乃至２０度の範囲であることを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。

第３の本発明は、第１の本発明又は第２の本発明のいずれかにおいて、前記ラックハウジングと前記一端側接続部との接触領域には、
前記ラックハウジングとブーツとの回転方向位相決め構造を設けたことを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。

第４の本発明は、第３の本発明において、回転方向位相決め構造は、前記一端側接続部の内周面に設けられた凸部と、ラックハウジングの外周面に設けられ、凸部が嵌り合う凹部と、で構成されていることを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。

第５の本発明は、第３の本発明又は第４の本発明において、前記回転方向位相決め構造は、前記一端側接続部の締結部材配設領域の直下に位置していることを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。

第６の本発明は、ハウジングと、
前記ハウジングを貫通するラックと、
前記ラックの端部に配置されるボールジョイントと、
前記ボールジョイントを覆うボールジョイント用ブーツと、
を備え、
前記ボールジョイント用ブーツとして、第１の本発明乃至第５の本発明のいずれかに記載のボールジョイント用ブーツを用いたことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置としたことである。

第７の本発明は、ハウジングと、
前記ハウジングを貫通するラックと、
前記ラックの端部に配置されるボールジョイントと、
前記ボールジョイントを覆うボールジョイント用ブーツと、
を備え、
前記ボールジョイント用ブーツとして、第３の本発明乃至第５の本発明のいずれかに記載のボールジョイント用ブーツを用い、
前記回転方向位相決め構造は、車両搭載時の上下方向の中心線に対して対称位置に設けたことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置としたことである。

本発明によれば、ブーツの蛇腹部内周面とボールジョイントとの干渉の際の発生面圧を低減させてブーツの摩耗を抑えることを可能としたボールジョイント用ブーツ、そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供し得た。

本発明のボールジョイント用ブーツの一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は一端側接続部から見た側面図である。 （ａ）は図１（ｂ）のI-I線断面図、（ｂ）は図１（ａ）のII-II線断面図である。 本実施形態のステアリング装置の模式図である。 本実施形態のステアリング装置におけるステアリングギアボックスの中立状態を示す概略平面図である。 本実施形態のステアリング装置を車両に装着し、中立状態の時の状態を示す概略拡大断面図である。 図５のIII-III線断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、何等これに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。
「第一実施形態」

図３に示すように、本実施形態のステアリング装置８０は、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、ユニバーサルジョイント８４と、中間シャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、ピニオンシャフト８７と、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂと、を備える。

ステアリングシャフト８２の一端は、ステアリングホイール８１に連結される。ステアリングシャフト８２の他端は、ユニバーサルジョイント８４に連結される。中間シャフト８５の一端は、ユニバーサルジョイント８４に連結される。中間シャフト８５の他端は、ユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７の一端は、ユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７の他端は、ピニオン８８ａに連結される。
ピニオン８８ａは、ラック８８ｂの歯と噛み合う。ピニオン８８ａ及びラック８８ｂは、ピニオンシャフト８７に伝達された回転運動を直進運動に変換する。ラック８８ｂの両端は、左右に備えられるタイロッド８９，８９にそれぞれ連結される。ラック８８ｂが車幅方向に移動することによって車輪の角度が変化する。

以下の説明において、ラック８８ｂの軸方向は、単に軸方向と記載される。軸方向に対して直交する方向は径方向と記載される。ラック８８ｂの回転軸を中心とした円周に沿う方向は周方向と記載される。

図３に示すように、ステアリング装置８０は、電動モータ９３と、トルクセンサ９４と、車速センサ９５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、を備える。電動モータ９３、トルクセンサ９４及び車速センサ９５は、ＥＣＵ９０と電気的に接続される。

電動モータ９３は、例えばブラシレスモータである。電動モータ９３は、ブラシ（摺動子）及びコンミテータ（整流子）を備えるモータであってもよい。電動モータ９３は、例えば、ハウジング１０に固定される。電動モータ９３の動力は、ラック８８ｂに伝達され、軸方向にラック８８ｂを移動させる。電動モータ９３で生じたトルクにより、操作者がラック８８ｂを移動させるために要する力が小さくなる。すなわち、ステアリング装置８０には、ラックアシスト式が採用されている。

トルクセンサ９４は、例えばピニオン８８ａに取り付けられている。トルクセンサ９４は、ピニオン８８ａに伝達された操舵トルクをＣＡＮ（Controller Area Network）通信によりＥＣＵ９０に出力する。車速センサ９５は、ステアリング装置８０が搭載される車体の走行速度（車速）を検出する。車速センサ９５は、車体に備えられ、車速をＣＡＮ通信によりＥＣＵ９０に出力する。

ＥＣＵ９０は、電動モータ９３の動作を制御する。ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４及び車速センサ９５のそれぞれから信号を取得する。ＥＣＵ９０には、イグニションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置（例えば、車載のバッテリ）９９から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルク及び車速に基づいて補助操舵指令値を算出する。ＥＣＵ９０は、補助操舵指令値に基づいて電動モータ９３へ供給する電力値を調節する。ＥＣＵ９０は、電動モータ９３から誘起電圧の情報又は電動モータ９３に設けられたレゾルバ等から出力される情報を取得する。ＥＣＵ９０が電動モータ９３を制御することで、ステアリングホイール８１の操作に要する力が小さくなる。

図４は、ステアリングギアボックスの正面図である。図４において、電動モータ９３及び電動モータ９３に付随する部材は省略されている。
ステアリング装置８０は、ラックハウジング１０とボールジョイント３とボールジョイント用ブーツ５と、を備える。

ラックハウジング１０は、円筒状の部材である。ラックハウジング１０は、ラック８８ｂが軸方向に移動できるようにラック８８ｂを支持する。ラック８８ｂは、ラックハウジング１０を貫通する。

ボールジョイント３は、ラック８８ｂとタイロッド８９とを連結する。タイロッド８９は、ラック８８ｂに対して揺動可能である。ボールジョイント３はソケット３１と、ボール３３と、を備える。ソケット３１は、ラック８８ｂの端部に接続される。ボール３３は、タイロッド８９の端部に接続される。ボール３３は、ソケット３１に保持される。タイロッド８９は、ボール３３を中心として揺動可能である。

ボールジョイント用ブーツ５は、ボールジョイント３部分を覆う筒状の部材であって、伸縮可能な筒状の蛇腹部５５と、蛇腹部５５の伸縮方向の一端で、蛇腹部５５に連通して設けられている環状の一端側接続部（大径側端部）５１と、蛇腹部５５の伸縮方向の他端で、蛇腹部５５に連通して設けられている環状の他端側接続部（小径側端部）５３とで構成されている。

ボールジョイント用ブーツ５の材料は特に限定解釈されるものではなく、例えば、ゴム又はエラストマ等仕様に応じて適宜その材料が選択可能である。
ボールジョイント用ブーツ５の伸び率は、例えば２００％である。伸び率とは、材料の引張試験において、試験片の当初の標点間距離をＬ０とし、破断時の標点間距離をＬとした場合に、｛（Ｌ−Ｌ０）／Ｌ０｝×１００で算出される値である。

一端側接続部（大径側端部）５１は、ラックハウジング１０の外周に接続される。
本実施形態において一端側接続部５１は、蛇腹部５５の山部５６と略同径の大径短尺円筒状に形成されている。
外周には締結部材１１を配設する締結部材配設領域５２が周方向に凹状に連続して形成されている。締結部材１１は、例えば金属で形成された環状の締結バンドであって、この締結部材１１によって一端側接続部５１がラックハウジング１０の外周に緊密に接続される。

他端側接続部（小径側端部）５３は、タイロッド８９の外周に接続される。
本実施形態において他端側接続部５３は、一端側接続部５１よりも小径の小径短尺円筒状に形成されている。
外周には締結部材１５を配設する締結部材配設領域５４が周方向に凹状に連続して形成されている。締結部材１５は、例えば金属で形成された環状の締結バンドであって、この締結部材１５によって他端側接続部５４がタイロッド８９の外周に緊密に接続される。

蛇腹部５５は、ラック８８ｂの移動に伴って変形する部材であって、上述したとおり、一端側接続部５１と他端側接続部５３とが、それぞれ緊密に接続されることにより、ラック８８ｂとタイロッド８９との間に配設されているボールジョイント３部分が密閉され外部と遮蔽される。
蛇腹部５５は、大径の環状の山部５６と、山部５６よりも小径の環状の谷部５７とが長手方向に交互に配置された伸縮変形可能な中空筒状に成形されている。山部５６と谷部５７の傾斜面５８はそれぞれ共通である。全ての山部５６と谷部５７の肉厚はそれぞれ均一に成形されている。

本実施形態の蛇腹部５５は、一端側接続部５１から他端側接続部５３に向かって、第一の領域Ａ１、第二の領域Ａ２、第三の領域Ａ３と区分けされている（図１参照。）。

本実施形態では、第二の領域Ａ２は、ステアリング装置８０を車両に取り付け、中立状態に位置している時のタイロッド８９の傾斜角度分だけ折れ曲がっている折曲領域Ａ２１を有するように成形されている（図１、図２、図４及び図５参照。）。
すなわち、第二の領域Ａ２（折曲領域Ａ２１）における車両前方側の蛇腹部が伸長され、車両後方側の蛇腹部が圧縮されているように湾曲状に予め成形されている。
言い換えると、車両前方側の隣り合う山部５６と山部５６との間隔が広く、車両後方側の隣り合う山部５６と山部５６との間隔が狭くなるように湾曲して成形されている。

また、本実施形態では、第三の領域Ａ３における他端側接続部５３寄りの山部５６と谷部５７とを、その他の山部５６と谷部５７よりも小径に成形している（図１参照。）。
すなわち、他端側接続部５３から見て１番目の山部５６ａ、２番目の山部５６ｂ、３番目の山部５６ｃが、３番目の山部５６ｃ、２番目の山部５６ｂ、１番目の山部５６ａと漸次小径となるように成形されている
さらに本実施形態では、他端側接続部５３から連続して裾広がり状の環状の肩部５９を備えている。また、この肩部５９の外周面には等間隔で複数個のリブ５９ａが突設されている。リブ５９ａは、他端側接続部５３寄りから一端側接続部５１方向に向けて漸次幅狭状になるように肩部と一体成形されている（図１参照。）。

折曲領域Ａ２１の折れ曲がり角度は、ラックハウジング１０の外周に接続される一端側接続部５１の中心を通るブーツ中心軸線Ｌ１に対して、５度乃至２０度の範囲とする（図１、図２及び図５参照。）。この折れ曲がり角度の選択は、適宜仕様に応じて変更可能である。

本実施形態によれば、ボールジョイント用ブーツ５の成形状態において、ステアリング装置８０を車両に取り付け、中立状態に位置している時のタイロッド８９の傾斜角度分だけ折れ曲がっている折曲領域Ａ２１（第二の領域Ａ２）を有するように予め成形しておくことにより、車両使用環境下でのブーツの成形状態からの最大曲がり量を低減させることができる。これにより、ブーツの蛇腹部５５の内周面とボールジョイント３との干渉の際の発生面圧を低減させてブーツの摩耗を抑えることができる。

なお、本実施形態において、蛇腹部５５の第一の領域Ａ１、第二の領域Ａ２、第三の領域Ａ３を構成するそれぞれの山部５６と谷部５７の数、隣り合う山部５６と山部５６との間隔、あるいは蛇腹部５５を構成する肉厚などの諸仕様は本発明の範囲内で設計変更可能である。

本実施形態では、ラックハウジング１０と一端側接続部５１との接触領域に、ラックハウジング１０とブーツ５との回転方向位相決め構造６０を設けている（図１、図２、図５及び図６参照。）。

回転方向位相決め構造６０は、例えば本実施形態では、一端側接続部５１の内周面に突出して設けられた角柱状の凸部６１と、ラックハウジング１０の外周面に設けられ、凸部６１が嵌り合う凹部６２と、で構成されている。
本実施形態では、ラックハウジング１０の端部から軸方向で他端側接続部５３方向に所定距離入った外周面の所定位置に凹設されているため、一端側接続部５１をラックハウジング１０の外周面に嵌め込む際、位置合わせをした後に一端側接続部５１を軸方向に押し込むと、凸部６１が凹部６２に嵌り合う。

本実施形態においては、ステアリングギアボックスの軸方向で左右に位置するそれぞれのボールジョイント３，３を覆う各ボールジョイント用ブーツ５，５の一端側接続部５１，５１とラックハウジング１０との接続領域（接触領域）に設けられる回転方向位相決め構造６０，６０を、ステアリング装置（ステアリングギアボックス）８０の車両搭載時における上下方向の中心線Ｌ２に対して対称位置に設けることとしている（図２、図５及び図６参照）。
すなわち、ラックハウジング１０の外周面に設けられる凹部６２をステアリング装置（ステアリングギアボックス）８０の車両搭載時における上下方向の中心線Ｌ２に対して対称位置に設けることとしている。また、凸部６１と凹部６２とは、ステアリング装置（ステアリングギアボックス）８０の車両搭載時における車両前後方向の中心線Ｌ３上に設けている（図１（ｃ）、図２（ｂ）、及び図６参照。）。

これにより、上述のとおりに成形した折曲領域Ａ２１（第二の領域Ａ２）を有する本実施形態特有のボールジョイント用ブーツ５の左右共通化が図れ、製造コスト及び部品管理点数の削減となり、結果的に製品コスト低廉化にも寄与し得る。また、ボールジョイント用ブーツの誤組付け防止にも大変効果的である。

本実施形態において回転方向位相決め構造６０は、一端側接続部５１の締結部材配設領域５２の直下に位置している（図２、図５及び図６参照）。
このように締結部材配設領域５２の直下に回転方向位相決め構造６０を備えているため、締結部材１１による締め付け力が凸部６１と凹部６２との嵌り合いを強固にするため、一端側接続部５１の回転方向位相決めが確実になし得るとともに、ラックハウジング１０への締結が強固に図れる。

また、図示はしないが、ラックハウジング１０の外周面に設けられる凹部６２は、ラックハウジング１０の端面から軸方向で他端側接続部５３方向に向かって連続して切り欠かれた凹溝であってもよい。
このように構成することにより、ラックハウジング１０の端面に切り欠かれた凹溝６２に、一端側接続部５１の内周面に設けられた凸部６１をあてがってそのまま軸方向に押し込むことができるため操作性に優れている。

なお、本実施形態では、一端側接続部５１の内周面に設けられた凸部６１と、ラックハウジング１０の外周面に設けられた凹部６２と、で構成された回転方向位相決め構造６０をもって説明したが、ラックハウジング１０の外周面に設けられた凸部と、一端側接続部５１の内周面に設けられた凹部と、で構成された回転位相決め構造であってもよく、本発明の範囲内で設計変更可能である。

また、回転位相決め構造６０を円周方向に２箇所以上設ける構造を採用することも本発明の範囲内であって、適宜選択可能である。例えば、車両前後方向の中心線Ｌ３上の前後２箇所の位置に設ける構造であってもよく、さらに、中心線Ｌ３と直交する中心線（図示省略）上にも２箇所設けて周方向で９０度間隔で計４箇所設ける構造を採用することも可能である。
このように２箇所以上に設ける場合、凹凸構造の大きさや形状を変えておくことで誤組付けを防止することが可能である。
なお、本実施形態では、回転方向位相決め構造６０は、一端側接続部５１の締結部材配設領域５２の直下に位置している実施の一形態をもって説明したが、これに限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。

本発明は、本実施形態以外のラックアンドピニオン式のステアリング装置にも利用可能である。

３ ボールジョイント
１０ ラックハウジング
５ ボールジョイント用ブーツ
５１ 一端側接続部
５２ 締結部材配設領域
５５ 蛇腹部
５３ 他端側接続部
６０ 回転方向位相決め構造
６１ 凸部
６２ 凹部
８８ｂ ラック
８９ タイロッド
Ａ２１ 折曲領域
Ｌ１ ブーツ中心軸線
Ｌ２ 車両搭載時の上下方向の中心線

Claims (7)

1. 伸縮可能な筒状の蛇腹部と、前記蛇腹部の伸縮方向の一端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の一端側接続部と、前記蛇腹部の伸縮方向の他端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の他端側接続部とで構成され、ラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるラックハウジングの外周に前記一端側接続部が接続されるとともに、タイロッドの外周に前記他端側接続部が接続されてボールジョイント部分を覆うボールジョイント用ブーツであって、
   前記蛇腹部は、中立状態に位置している時のタイロッドの傾斜角度分だけ折れ曲がっている折曲領域を有していることを特徴とするボールジョイント用ブーツ。
2. 折曲領域の折れ曲がり角度が、ラックハウジングの外周に接続される前記一端側接続部の中心を通るブーツ中心軸線に対して、５度乃至２０度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のボールジョイント用ブーツ。
3. 前記ラックハウジングと前記一端側接続部との接触領域には、
   前記ラックハウジングとブーツとの回転方向位相決め構造を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールジョイント用ブーツ。
4. 前記回転方向位相決め構造は、前記一端側接続部の内周面に設けられた凸部と、前記ラックハウジングの外周面に設けられ、前記凸部が嵌り合う凹部と、で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のボールジョイント用ブーツ。
5. 前記回転方向位相決め構造は、前記一端側接続部の締結部材配設領域の直下に位置していることを特徴とする請求項３又は４に記載のボールジョイント用ブーツ。
6. ハウジングと、
   前記ハウジングを貫通するラックと、
   前記ラックの端部に配置されるボールジョイントと、
   前記ボールジョイントを覆うボールジョイント用ブーツと、
   を備え、
   前記ボールジョイント用ブーツとして、請求項１乃至５のいずれかに記載のボールジョイント用ブーツを用いたことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
7. ハウジングと、
   前記ハウジングを貫通するラックと、
   前記ラックの端部に配置されるボールジョイントと、
   前記ボールジョイントを覆うボールジョイント用ブーツと、
   を備え、
   前記ボールジョイント用ブーツとして、請求項３乃至５のいずれかに記載のボールジョイント用ブーツを用い、
   前記回転方向位相決め構造は、車両搭載時の上下方向の中心線に対して対称位置に設けたことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
   

Images