JP4722523B2 - ステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、タイロッドエンドの先端部とナックルアームの先端部とをタイヤホイールの内周面に近接する位置で連結させたステアリング装置に関する。
一般に、自動車を代表とする車両に配設されているステアリング装置には、ステアリングハンドルの操作に伴う操舵力を車輪に伝達するためのタイロッドが併設されている。このタイロッドはステアリングギヤボックス側のタイロッド本体部と、このタイロッド本体部にターンバックルジョイントを介して連結する車輪側のタイロッドエンドとを有し、このタイロッドエンドが車輪の車軸に設けられたナックルアームに連結されている。
例えば特許文献1(特開2000−199506号公報)には、タイロッド本体部とタイロッドエンドとをターンバックルジョイントを介して一体に連結すると共に、タイロッド本体部とターンバックルジョイント、及びタイロッドエンドとターンバックルジョイントとをロックナットを介して各々連結する技術が開示されている。
特開2000−199506号公報
ところで、タイロッドエンドと、タイヤホイール側から延出するナックルアームとは、タイヤホイールの内周側に近接する位置で連結させることで、ナックルアーム長が長くなり、その分、タイロッドが路面から受ける荷重を低減することができるばかりでなく、タイヤアンバランスに起因するフラッタ振動、キックバックを低減することができる。
しかし、タイロッドエンドをタイヤホイールの内周側に近接する位置でナックルアームと連結する場合、タイヤホイールの最大転舵付近で、タイロッドエンドがタイヤホイールと干渉し易くなる。
その結果、タイロッドエンドの先端部をタイヤホイールの方向へ近接させることができず、従って、ナックルアーム長を長く設定することが困難で、タイロッドが路面から受ける荷重、及びステアリングハンドルの受けるフラッタ振動やキックバックをより一層低減するには限界がある。
本発明は、上記事情に鑑み、タイロッドエンドの先端部をタイヤホイールと干渉させることなく、タイヤホイールの内周付近まで延出させることが可能で、その分、ナックルアーム長を長くすることができ、相対的にタイロッドが路面から受ける荷重、及びステアリングハンドルの受けるフラッタ振動やキックバックを低減することのできるステアリング装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明は、ステアリングギヤボックスの車幅方向の両端部から延出するタイロッドと、上記タイロッドの先端部に基端部が連設するタイロッドエンドと、タイヤホイールを回動自在に支持するナックルハウジングと、上記タイロッドエンドの先端部と上記ナックルハウジングから延出するナックルアームの先端部とを連設するジョイント部材とを備えるステアリング装置において、上記ナックルアームの先端部が上記タイヤホイールの内周面方向へ延出され、上記タイロッドエンドの先端部が上記タイヤホイールを迂回して上記ナックルアームの先端部側へ臨まされる形状に湾曲形成され、更に上記タイロッドの先端部と上記タイロッドエンドの基端部とが、バックル部材を介して該タイロッドの延出方向に沿って相対移動自在に連結されていることを特徴とする。
本発明によれば、タイロッドエンドの先端部をタイヤホイールと干渉させることなく、タイヤホイールの内周付近まで延出させることが可能で、その分、ナックルアーム長を長くすることができ、相対的にタイロッドが路面から受ける荷重、及びステアリングハンドルの受けるフラッタ振動やキックバックを低減することができる。
以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図1〜図9に本発明の第1形態を示す。図1はステアリング装置の概略構成を示す平面図である。尚、本形態では、車両の一例として前輪駆動車を示す。
図1の符号1はエンジンで、図示しないエンジンルームに横置きされており、このエンジン1の右側に変速機2が連結されている。更に、この変速機2から延出されている出力軸が差動装置(図示せず)を介して、車幅方向の左右へ延出するアクスル軸3に各々連設され、このアクスル軸3の軸端に固設されているハブ(図示せず)にタイヤホイール4が固設されている。尚、符号5はタイヤである。
又、アクスル軸3の前方に、ステアリングギヤボックス6がアクスル軸3と略平行に配設されており、このステアリングギヤボックス6の車幅方向の左右両端からタイロッド7が各々延出され、この各タイロッド7にタイロッドエンド8が各々連結されている。
更に、このタイロッドエンド8の先端が、アクスル軸3を介してタイヤホイール4を回動自在に支持するナックルハウジング9から斜め車体前方へ延出するナックルアーム10の先端に、ジョイント部材としてのボールジョイント11を介して連設されている。尚、車幅方向左右に配設されているタイロッド7、タイロッドエンド8、ナックルアーム10は、同一の構成で略対称形状を有しているため、以下においては、車幅方向左側の構成についてのみ説明し、車幅方向右側の構成については説明を省略する。
図2に示すように、ステアリングギヤボックス6には、ラック軸12が車幅方向へ往復移動自在に支持されている。更に、このラック軸12の両端にボールソケット12aが固設されており、このボールソケット12aにタイロッド7の基端に形成されたボール部7aが揺動自在に支持されている。
又、タイロッド7の先端側にバックル部材13が溶接等の手段により固設されている。図3〜図6に示すように、バックル部材13は、平板を断面ハット状に曲げ形成した板金製であり、その基端側が、タイロッド7の先端部に固設されている。又、このバックル部材13の先端側に、タイロッドエンド8の基端に形成されている受け部15が装着される。この受け部15は断面矩形状に形成されており、その一側部15aが、バックル部材13に形成されている頂面13aの内壁に当接され、更に、この側部15aを挟む両側に形成された対向面15b,15cが、バックル部材13に互いに対向した状態で形成されている対向面としての側面13b,13cの内壁に当接される。
受け部15には、対向面15b,15cを貫通する第1、第2ボルト挿通孔16a,16bが、タイロッド7の延出方向(以下、「タイロッド軸方向」と称する)に沿って所定間隔を開けた状態で穿設されている。
一方、バックル部材13の側面13b,13cの、各ボルト挿通孔16a,16bに対応する位置に、第1、第2長孔17a,17b、及び第3、第4長孔18a,18bが各々穿設されている。又、第1ボルト挿通孔16aに、締結部材としてのカム機構を有するカムボルト19が挿通され、第2ボルト挿通孔16bに、他の締結部材としての通常の締付けボルト20が挿通される。尚、符号31,32はワッシャ、33,34はナットである。
図7に示すように、カムボルト19は同軸上に形成されたボルト頭19aと軸部19bとを有し、この軸部19bの先端に、軸部19bよりも径の小さいねじ部19cが、その軸芯を軸部19bの軸芯に対し、一方へ偏倚した状態で形成されている。このカムボルト19の軸部19bが挿通される第1ボルト挿通孔16aは、その内径が軸部19bの外形とほぼ同じか、それよりもやや大きく形成されている。
又、バックル部材13の一方の側面13bに形成されている第1長孔17aにはカムボルト19の軸部19bが挿通され、又、第2長孔17bにねじ部19cが挿通される。第1長孔17aは、その長手方向がタイロッド軸方向に沿って形成されている。又、第2長孔17bは、その長手方向がタイロッド軸方向に直交する方向に形成されている。この第2長孔17bの短手方向の幅が、ねじ部19cの径とほぼ同じか、やや大きく形成されている。一方、締付けボルト20が挿通される第3、第4長孔18a,18bは、その長手方向がタイロッド軸方向に沿って形成されている。尚、バックル部材13は板金製である必要はなく成型品であっても良く、更にタイロッド7との一体成形品であっても良い。
又、図2に示すように、タイロッドエンド8の受け部15から先端方向へ一体的に延出されているアーム部21が、タイヤホイール4のリム部4aを迂回する形状に湾曲形成され、その先端部がリム部4aの内周面に対向する位置に臨まされている。又、このリム部4aの内周面に対向する位置に、ナックルアーム10の先端部が延出されている。
図8に示すように、タイロッドエンド8に形成したアーム部21の先端と、ナックルアーム10の先端とを連設するボールジョイント11は、ナックルアーム10の先端に固定されるボールスタッド22と、このボールスタッド22を保持するボールソケット23とを有している。尚、符号24はボールスタッド22とボールソケット23との接続部分を覆うダストシールである。
ボールスタッド22は、軸部22aと、その一端に形成されたボール部22bとを有し、軸部22aがナックルアーム10の先端部にテーパ嵌合されていると共にキャッスルナット25により固定されている。又、ボールソケット23はアーム部21の先端に一体形成されており、このボールソケット23に、ボールスタッド22に形成されているボール部22bが揺動自在に支持されている。
ところで、図2に示すように、タイロッドエンド8のアーム部21が湾曲されているため、タイロッド7とタイロッドエンド8とが、タイロッド7に形成されているボール部7aの中心とタイロッドエンド8のボールソケット23の中心とを結ぶ軸線Lpに対してオフセットされている。従って、走行中のタイヤ5のバウンドに伴うサスペンションストロークによって慣性力が作用し、タイロッド7とタイロッドエンド8とが、軸線Lpを中心として軸廻りに回転しようとする。又、ステアリングを右或いは左へ操舵すると、ボールスタッド22はボール部22bを中心に揺動する。このときの揺動角は一般的にステアリングの操舵角が略最大の状態で最も大きくなる。
従って、ボールジョイント11によるタイロッドエンド8とナックルアーム10との連結部位をタイヤホイール4のリム部4aに干渉させることなく、最も近接させることの可能な位置は、ステアリングを最大に転舵させたときのサスペンションストロークに基づいて設定することができる。
更に、図9に示すように、本形態では、ボール部22bの一部が露呈するボールソケット23の開口部23aが、軸線Lpに略直交する方向を狭くした小判形に形成されている。従って、ボールスタッド22の、軸線Lpを中心とする回転方向への揺動が規制される。ボールスタッド22の、軸線Lpを中心とする回転方向への揺動を規制することで、ボールジョイント11をタイヤホイール4のリム部4a側へ、より近接させることができる。
又、図2に示すように、バックル部材13の、リム部4aとタイロッド7とが最も近接する部位に、樹脂製などからなるプロテクタ26が配設されている。
次に、このような構成による本形態の作用について説明する。先ず、組立手順について説明する。
タイロッド7の先端に固設されているバックル部材13に対し、タイロッドエンド8の基部に形成されている受け部15を装着する。そして、バックル部材13の両側面13b、13cに各々穿設されている第1、第2長孔17a,17b、及び第3、第4長孔18a,18bと、受け部15に穿設されている第1ボルト挿通孔16a、及び第2ボルト挿通孔16bとを所定に位置合わせする。
次いで、第1ボルト挿通孔16aに、第1長孔17a側からカムボルト19をワッシャ31を介して挿通し、第2長孔17b側に突出されたカムボルト19のねじ部19cに対し、ナット33をワッシャ32を介して螺入して、仮固定する。
又、第2ボルト挿通孔16bに、第3長孔18a側から締付けボルト20をワッシャ31を介して挿通し、第4長孔18b側に突出された締付けボルト20のねじ部に対し、ナット34をワッシャ31を介して螺入して、仮固定する。
タイロッド7の基部に形成されているボール部7aは、ステアリングギヤボックス6に内装されているラック軸12(図2参照)の両端に固設されているボールソケット12aに装着され揺動自在に支持されている。尚、タイロッドエンド8の先端に形成されているボールソケット23には、ボールスタッド22の基端側に形成されているボール部22bが揺動自在に支持されている。
次いで、タイロッドエンド8の先端に揺動自在に支持されているボールスタッド22の軸部22aを、アクスル軸3を回動自在に支持するナックルハウジング9から延出されているナックルアーム10の先端に装着し、この軸部22aをナックルアーム10の先端にテーパ嵌合させた後、キャッスルナット25により締結固定する。
その後、ステアリング系を構成する各部品が所定に組み付けられた後、カムボルト19を回転させて、左右のタイヤ5のトー角を調整する。このカムボルト19のねじ部19cを挿通するバックル部材13の第2長孔17bの長手方向が、タイロッド軸方向に直交する方向に形成されており、更に、軸部22aを挿通する第1長孔17aの長手方向がタイロッド軸方向に形成されている。
従って、このカムボルト19を回転させると、カムボルト19のねじ部19cがカムとして機能し、タイロッドエンド8の受け部15をタイロッド軸方向に沿って相対移動させる。その際、受け部15の一側部15aが、バックル部材13の頂面13aの内壁に当接され、更に、この側部15aを挟んで両側に形成されている対向面15b,15cが、バックル部材13の側面13b,13cの内壁に当接されているため、タイロッドエンド8の受け部15とバックル部材13との間にガタが発生することはない。
そして、左右のタイヤ5のトー角を所定に調整した後、カムボルト19、及び締付けボルト20をナット33,34を介して所定に締結し、タイロッドエンド8の受け部15を、バックル部材13の両側面13b,13cで挟み込んで本固定する。
次に、動作について説明する。車両の急発進、急停車、或いは走行中においてタイヤ5が路面の凹凸を乗り越えたとき、タイヤホイール4を支持するナックルハウジング9にはモーメントTが印加される。このモーメントTとナックルアーム10の先端にかかる荷重Fとの関係は、キングピン軸からナックルアーム10の先端に支持されているボールスタッド22の軸中心までの距離(以下「ナックルアーム長」と称する)をLkとした場合、
T=F・Lk
となる。
本形態では、タイロッドエンド8のアーム部21を湾曲させ、ナックルアーム10の先端をタイヤホイール4のリム部4aに近接する位置まで延出させたので、従来のものに比し、ナックルアーム長Lkを長くすることができ、従って、ナックルアーム10の先端に係る荷重Fが小さくなる。その結果、路面からステアリング系に伝達される荷重を低減することができる。更に、ステアリング系に伝達される荷重が低減されるので、タイヤアンバランスに伴うフラッタ振動やキックバックの低減も実現することができる。
又、図9に示すように、本形態では、ボールジョイント11を構成するボールスタッド22のボール部22bを保持するボールソケット23の開口部23aが、タイロッド7のボール部7aの中心とタイロッドエンド8のボールソケット23の中心とを結ぶ軸線Lpに略直交する方向を狭くした小判形に形成されているので、ボールスタッド22の、軸線Lpを中心とする回転方向の揺動を規制することができる。
その結果、図2に示すように、ステアリングを最大に転舵させたときのサスペンションストロークによって生じるボールスタッド22の、リム部4a側への揺動角を小さくすることができる。そのため、ナックルアーム10の先端をリム部4a側へ更に近接させることができ、その分、ナックルアーム長Lkをより長くすることができる。従って、ナックルアーム10の先端に係る荷重Fをより一層低減することができる。
その際、ナックルアーム10の先端部とリム部4aとの間が狭くなるので、両者間に小石などの異物が挟み込まれる可能性があるが、本形態では、図2に示すように、リム部に最も近接する部位に対向するタイロッドのバックル部13にプロテクタ26を配設したので、この両者間に異物が噛み込まれても、バックル部13を傷付けることがない。尚、このプロテクタ26はリム部4a側に配設しても良く、或いはその双方に配設するようにしても良い。
又、図2に示すように、タイロッド7とタイロッドエンド8とが、アーム部21の湾曲により、軸線Lpに対してオフセットされているため、タイロッド軸力によって、バックル部材に曲げモーメントが作用する。
本形態では、バックル部材13の両側面13b,13cでタイロッドエンド8の受け部15の対向面15b,15cを挟み込んで、ボルト19,20及びナット33,34で締結しているので、バックル部材13と受け部15とにモーメントが発生しても、両者13,15間と、これらを締結するボルト19,20に対して、局部摩耗やクリープが発生せず、剪断力が作用するだけであるため、アーム部21を大きく湾曲させることができる。その結果、アーム部21とリム部4aとの干渉を確実に防止することができる。又、剪断力のみが作用するため、モーメントが繰り返し作用しても、ボルト19,20、ナット33,34に緩みが生じることが無く、カムボルト19によって調整したトー角を長期的に保持することができ、高い信頼性を得ることができる。
又、図10〜図12に本発明の第2形態を示す。尚、第1形態と同一の構成部分については、同一の符号を付して説明を省略する。上述した第1形態と本形態とは、基本的な構成は共通しているが、カムボルト41の構成が相違している。
図12に示すように、本形態で採用するカムボルト41は、ボルト頭41a、軸部41c、ねじ部41dが同軸上に形成されている。又、ボルト頭41aの軸部41c側端面にカムフランジ41bが偏心された状態で一体形成されている。又、軸部41cの上部に二面幅41eが形成されている。ねじ部41dの径は、二面幅41e間の間隔とほぼ同一か、それよりもやや小さく形成されている。
この二面幅41eに、カムワッシャ42に形成されている挿通孔42aが挿通される。この挿通孔42aは、二面幅41eに係合して回転方向が規制される小判形に形成されており、この挿通孔42aがカムワッシャ42の軸中心に対して一方へ偏芯された位置に形成されている。
このカムワッシャ42に穿設されている挿通孔42aをカムボルト41の軸部41cに装着すると、二面幅41eによって位置決めされると共に、図12(a)に一点鎖線で示すように、回転方向がカムフランジ41bと同一の位置関係となる。
一方、バックル部材13の両側面13b,13cには、カムフランジ41bとカムワッシャ42とのタイロッド軸方向への移動を規制するストッパ部40が各々形成されている。更に、バックル部材13の両側面13b,13cには、カムボルト41の軸部41cとねじ部41dとを各々挿通する長孔が穿設されている。この長孔の長手方向はタイロッド軸方向に指向されている。
図10に示すように、カムボルト41と締付けボルト20とで、タイロッド7のバックル部材13とタイロッドエンド8の受け部15とを仮固定した状態で、カムボルト41のボルト頭41aを回転させると、カムフランジ41b、及びカムワッシャ42のタイロッド軸方向への移動が規制されているため、軸部14cがカムとして機能し、タイロッドエンド8の受け部15をタイロッド軸方向に沿って相対移動する。これにより、左右のタイヤ5のトー角を調整することができる。それ以外の作用効果は第1形態と同様である。
又、図13に本発明の第3形態を示す。本形態は上述した第2形態の変形例であり、第2形態では、ストッパ部40を別体で形成したが、本形態では、ストッパ部13dをバックル部材13の両側面13b,13cを切り起こして形成したものである。ストッパ部13dを切り起こし形成することで、部品点数、及び製造工数の削減を実現することができる。
又、ストッパ部13dを切り起こし形成することで、バックル部材13の内側締結部位のタイロッド軸方向の剛性が低下し、2箇所の締結部のボルト軸に直交する方向の外力を均等化させることができる。その結果、相対的に2本のボルト20,41のサイズを縮小することが可能となり、部品点数、及び重量の削減が図れると共に製品コストの低減を図ることができる。
尚、本発明は、上述した各形態に限るものではなく、例えばバックル部材13はタイロッドエンド8側に形成されていても良く、この場合、タイロッド7の先端側に受け部15を形成するようにする。或いはタイロッド7の先端部とタイロッドエンド8の基端部との双方に受け部を各々形成し、この両受け部をバックル部材13で連結するようにしても良い。
又、本形態ではタイロッドエンド8のアーム部21を、タイヤホイール4のリム部4aを迂回するような形状に湾曲させたが、タイロッド7を湾曲させることでアーム部21とリム部4aとの干渉を回避するようにしても良い。
更に、上述した各形態では前輪駆動車について説明したが、本発明は4輪駆動車、或いは後輪駆動車に適用できることは云うまでもない。
第1形態によるステアリング装置の概略構成を示す平面図 同、ステアリング装置の要部平面図 同、図2のIII-III断面図 同、図3のIV-IV断面図 同、図3のV-V断面図 同、図3のVI-VI断面図 同、カムボルトを示し、(a)は正面図、(b)は(a)の右側面図、(c)は(a)の平面図 同、図2のVIII−VIII断面図 同、図8のIX-IX断面図 第2形態によるステアリング装置の要部平面図 同、図10のXI-XI断面図 同、(a)はカムボルトの正面図、(b)は(a)の右側面図、(c)は(a)の平面図、(d)はカムワッシャの平面図 第3形態による図11相当の断面図
符号の説明
1 エンジン
4 タイヤホイール
4a リム部
6 ステアリングギヤボックス
7 タイロッド
7a ボール部
8 タイロッドエンド
9 ナックルハウジング
10 ナックルアーム
11 ボールジョイント
12 ラック軸
12a ボールソケット
13 バックル部材
13b,13c 側面
13d ストッパ部
14c 軸部
15 受け部
15b,15c 対向面
16a 第1ボルト挿通孔
16b 第2ボルト挿通孔
17a 第1長孔
17b 第2長孔
18a 第3長孔
18b 第4長孔
19 カムボルト
21 アーム部
22 ボールスタッド
23a 開口部
26 プロテクタ
40 ストッパ部
41 カムボルト
41b カムフランジ
41e 二面幅
42 カムワッシャ
42a 挿通孔
F 荷重
Lk ナックルアーム長
Lp 軸線
T モーメント

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (7)

  1. ステアリングギヤボックスの車幅方向の両端部から延出するタイロッドと、
    上記タイロッドの先端部に基端部が連設するタイロッドエンドと、
    タイヤホイールを回動自在に支持するナックルハウジングと、
    上記タイロッドエンドの先端部と上記ナックルハウジングから延出するナックルアームの先端部とを連設するジョイント部材と
    を備えるステアリング装置において、
    上記ナックルアームの先端部が上記タイヤホイールの内周面方向へ延出され、
    上記タイロッドエンドの先端部が上記タイヤホイールを迂回して上記ナックルアームの先端部側へ臨まされる形状に湾曲形成され、
    更に上記タイロッドの先端部と上記タイロッドエンドの基端部とが、バックル部材を介して該タイロッドの延出方向に沿って相対移動自在に連結されている
    ことを特徴とするステアリング装置。
  2. 上記バックル部材が、上記タイロッドの先端部と上記タイロッドエンドの基端部との一方に固設されていると共に、他方の端部を外周から挟み込む少なくとも対向面を有し、
    上記対向面と上記他方の端部とが締結部材を介して連結されている
    ことを特徴とする請求項1記載のステアリング装置。
  3. 上記締結部材に、上記バックル部材と上記他方の端部とを上記タイロッドの延出方向へ相対移動させるカム機構が備えられている
    ことを特徴とする請求項2記載のステアリング装置。
  4. 上記締結部材が、軸部と該軸部の軸芯に対して偏心した位置に軸芯を有するねじ部とを有するカムボルトである
    ことを特徴とする請求項2或いは3記載のステアリング装置。
  5. 上記締結部材が、軸部と該軸部の軸芯に対して偏心した位置に軸芯を有するカムフランジとを有するカムボルトであり、
    上記バックル部材に、上記カムフランジの上記タイロッドの延出方向への移動を規制するストッパ部が設けられている
    ことを特徴とする請求項2或いは3記載のステアリング装置。
  6. 上記バックル部材が板金製であり、
    上記ストッパ部が上記バックル部材を切り起こして形成されている
    ことを特徴とする請求項5記載のステアリング装置。
  7. 上記タイヤホイールの内周面と該内周面に近接する上記ジョイント部材及び上記ナックルアームの先端部との少なくとも一方にプロテクタが配設されている
    ことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載のステアリング装置。
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