JP2020143722A - ダンパ装置及びステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハウジングの強度向上を図ることなく衝撃吸収能力を上げること。【解決手段】ダンパ装置60は、ラックシャフト13のストッパ部材70と、ラックハウジング20の収納部80と、収納部80内に配置され、ストッパ部材70からラックハウジング20に加わる衝撃を吸収する衝撃吸収部材90と、を備える。衝撃吸収部材90は、ラックシャフト13が挿通される挿通孔91cを有する円筒部91aと、ストッパ部材70に当接し得るフランジ部91bと、を有するプレート部材91と、プレート部材91に保持され、衝撃未印加時にラックハウジング20との間に隙間空間100が形成される変形可能な環状のゴム状弾性部材92と、を有する。プレート部材91は、衝撃印加に伴って変形したゴム状弾性部材92の一部が進入する貫通孔91dを有する。貫通孔91dの開口面積は、衝撃未印加時でのゴム状弾性部材92が隙間空間100に面する面積よりも小さい。【選択図】図3
Description
本発明は、ダンパ装置及びステアリング装置に関する。
従来、車両の転舵輪を転舵するステアリング装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。ステアリング装置は、転舵シャフトと、ハウジングと、ダンパ装置と、を備えている。転舵シャフトは、転舵輪を転舵するための車幅方向に延在するシャフトであって、軸方向への移動により転舵輪の向きを変える軸部材である。ハウジングは、転舵シャフトが挿通される挿通孔を有する円筒状に形成された部材であって、転舵シャフトを軸方向に移動可能に保持している。
転舵シャフトの両端部にはそれぞれ、転舵輪に連結するジョイントとしてのシャフトエンド部材が装着されている。シャフトエンド部材は、その外径が転舵シャフトの本体の外径に比して大きくなるように形成されており、転舵シャフトの軸方向移動を規制するストッパ部材として機能する。ハウジングは、シャフトエンド部材が進入可能な収納部を有している。収納部は、側壁部と底壁部とで囲まれた収納空間を有しており、その収納空間は、軸方向外方に開口している。ハウジングにおいて、底壁部は、側壁部から径方向内方に向けて突出する壁部材である。底壁部は、シャフトエンド部材の軸方向端面に対向しており、転舵シャフトが軸方向に所定ストロークを超えて移動するのを規制する。
ダンパ装置は、上記のシャフトエンド部材と、上記の収納部と、衝撃吸収部材と、を備えている。衝撃吸収部材は、シャフトエンド部材からハウジングに加わる衝撃を吸収する部材である。衝撃吸収部材は、収納部内に配置されており、シャフトエンド部材とハウジングの底壁部との間に介在している。衝撃吸収部材は、断面L字状のプレート部材と、プレート部材により保持される弾性変形可能な環状のゴム状弾性部材と、を有している。プレート部材は、軸方向に延在する円筒部と、その円筒部における軸方向一端部から径方向外方に広がるフランジ部と、を有している。プレート部材のフランジ部は、シャフトエンド部材の軸方向端面に当接可能である。
上記のダンパ装置において、プレート部材のフランジ部がシャフトエンド部材に当接されて軸方向に押圧されると、ゴム状弾性部材がそのフランジ部とハウジングの底壁部とに挟持されることにより圧縮変形する。かかる圧縮変形が生じると、シャフトエンド部材とハウジングとの間の衝撃が吸収される。
しかしながら、ゴム状弾性部材の圧縮変形開始後にそのゴム状弾性部材がハウジングの収納部の収納空間に充満すると、その後、ゴム状弾性部材が更に圧縮変形することは困難となるので、圧縮荷重は急上昇するが、シャフトエンド部材が軸方向に移動することは困難となる。このダンパ構造では、ゴム状弾性部材が収納空間に充満した後に衝撃吸収能力を上げることは困難である。一方、仮に衝撃吸収能力を上げようとすれば、収納空間回りのハウジングの強度確保のためにハウジングの肉厚を増やすことなどの対策を講じることが必要となる。
本発明は、ハウジングの強度向上を図ることなく衝撃吸収能力を上げることが可能なダンパ装置及びステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様であるダンパ装置は、軸方向に移動可能なシャフトに固定されたストッパ部材と、前記シャフトを軸方向に移動可能に保持する筒状のハウジングに設けられ、前記ストッパ部材が進入可能な収納部と、前記収納部内に配置され、前記ストッパ部材から前記ハウジングに加わる衝撃を吸収する衝撃吸収部材と、を備え、前記衝撃吸収部材は、軸方向に延在し、前記シャフトが挿通される挿通孔を有する筒部と、前記筒部における軸方向一端部から径方向外方に向けて突出して広がり、前記ストッパ部材の軸方向端面に当接し得るフランジ部と、を有するプレート部材と、前記プレート部材に保持され、前記衝撃の未印加状態において前記ハウジングとの間に隙間空間が形成される変形可能な環状のゴム状弾性部材と、を有し、前記プレート部材及び前記ハウジングの少なくとも一方は、前記衝撃の印加に伴って変形した前記ゴム状弾性部材の一部が進入する凹部を有し、前記凹部の開口面積は、前記衝撃の未印加状態における前記ゴム状弾性部材が前記隙間空間に面する面積よりも小さい。
このダンパ装置によれば、プレート部材及びハウジングの少なくとも一方が有する凹部の開口面積は、衝撃の未印加状態におけるゴム状弾性部材が隙間空間に面する面積よりも小さい。このため、ゴム状弾性部材は、衝撃印加に伴って弾性変形を開始した当初は、凹部に進入する弾性変形が生じ難く、隙間空間に充満する弾性変形が生じ易くなる。この構成によれば、ゴム状弾性部材の弾性変形が、初期に主として隙間空間に充満するように行われ、その充満後に凹部に進入するように行われるので、隙間空間へのゴム状弾性部材の充満後でも、ゴム状弾性部材に大きな圧縮荷重を与えることなくシャフトの軸方向への移動を確保することができる。従って、ハウジングの強度向上を図ることなく衝撃吸収能力を上げることができる。
図を参照して、本発明の一実施形態に係るダンパ装置60を含むステアリング装置1について説明する。
(1.ステアリング装置の全体構成)
ステアリング装置1は、転舵シャフトであるラックシャフトをそのラックシャフトの延びる軸方向に沿って移動させることにより、そのラックシャフトの両端それぞれに連結されている転舵輪を転舵させる装置である。
ステアリング装置1は、転舵シャフトであるラックシャフトをそのラックシャフトの延びる軸方向に沿って移動させることにより、そのラックシャフトの両端それぞれに連結されている転舵輪を転舵させる装置である。
ステアリング装置1は、図1に示す如く、ステアリングシャフト10を備えている。ステアリングシャフト10の一端部には、車両運転者による回転操作可能なステアリングホイール11が連結されている。ステアリングシャフト10は、車体に支持されたラックハウジング20に回転可能に保持されている。ステアリングシャフト10は、ラックハウジング20に保持された状態でステアリングホイール11の回転に伴って回転する。ステアリングシャフト10の他端部には、ラックアンドピニオン機構を構成するピニオン12が形成されている。
ステアリング装置1は、ラックシャフト13を備えている。ラックシャフト13は、車幅方向に延在する転舵シャフトである。以下、車幅方向を軸方向Aと称す。ラックシャフト13の何れか一端に偏った箇所には、上記ピニオン12と共にラックアンドピニオン機構を構成するラック14が形成されている。ステアリングシャフト10のピニオン12とラックシャフト13のラック14とは、互いに噛合している。ステアリングシャフト10は、車両運転者による回転操作(すなわち、ステアリング操作)によってステアリングホイール11に加わったトルクをラックシャフト13に伝達する。ステアリングシャフト10の回転は、上記のラックアンドピニオン機構によりラックシャフト13の軸方向Aへの直線移動に変換される。ラックシャフト13は、ステアリングシャフト10の回転に伴って軸方向Aに移動する。
ラックシャフト13の軸方向両端部には、ボールジョイント15を介してタイロッド16が揺動可能に連結されている。タイロッド16には、ナックルアーム17を介して転舵輪18が連結されている。転舵輪18は、ラックシャフト13の軸方向Aへの移動により転舵される。この転舵輪18の転舵により車両は左右に操舵される。
ステアリング装置1は、例えば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である。ステアリング装置1は、ボールネジ機構30と、電動モータ40と、駆動力伝達装置50と、を備えている。ステアリング装置1は、電動モータ40を駆動源として、車両運転者がステアリングホイール11を回転操作するときの操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する。ステアリング装置1は、電動モータ40の発生したアシストトルクを、駆動力伝達装置50を介してギヤ装置としてのボールネジ機構30に伝達すると共に、そのボールネジ機構30によってラックシャフト13を軸方向Aに直線移動させる力に変換する。この変換により、ラックシャフト13に転舵輪18の転舵を補助する補助力が付与される。
ボールネジ機構30は、ボールネジ部31と、ボールネジナット(図示せず)と、を有している。ボールネジ部31は、ラックシャフト13の外周面に螺旋状に複数回巻かれて形成されたネジ溝としての外周溝である。ボールネジナットは、円筒状に形成された軸方向Aに延在する円筒部材であって、ラックシャフト13と同軸に配置されている。ボールネジナットは、その内周面に螺旋状に複数回巻かれて形成されたネジ溝としての内周溝を有している。ボールネジ部31の外周溝とボールネジナットの内周溝とは、径方向に対向配置されており、そのボールネジナットに設けられるデフレクタ(図示せず)により無限循環される複数の転動ボールを介して螺合している。
ラックシャフト13は、ラックハウジング20に挿通されており、そのラックハウジング20に軸方向Aへ移動可能に保持されている。ラックハウジング20は、略筒状に形成された軸方向Aに延在しており、ラックシャフト13を軸方向Aに移動可能に覆っている。ラックハウジング20は、ラックシャフト13が挿通される挿通孔20aを有している。ラックハウジング20は、アルミニウムなどにより形成されている。ラックハウジング20は、ラックシャフト13の外径に比して僅かに大きな内径を有する小径部21と、小径部21の内径に比して大きな内径を有する大径部22と、を有している。
小径部21には、ステアリングシャフト10が挿通されるステアリングシャフト挿通部23が一体的に形成されている。大径部22には、ボールネジ機構30が収容されると共に、駆動力伝達装置50が収容される。大径部22には、主にボールネジナット及び転動ボールを内包するボールネジ室24が形成されている。大径部22は、ラックハウジング20の略軸方向中央部に配置されている。尚、ラックハウジング20は、大径部22にボールネジ機構30のボールネジナットと駆動力伝達装置50とを容易に収容できるように軸方向Aに分離可能であってよい。
電動モータ40は、ラックハウジング20の大径部22近傍に固定されるケース41に収容されている。電動モータ40は、その出力軸がラックシャフト13の軸方向Aに対して平行となるように配置されている。電動モータ40は、電子制御装置(ECU)42からの指令に従ってアシストトルクを発生する。電動モータ40により発生されたアシストトルクは、駆動力伝達装置50に伝達される。
駆動力伝達装置50は、例えば、電動モータ40の出力軸に取り付け固定され、外歯を有する駆動プーリと、ボールネジ機構30のボールネジナットに取り付け固定され、外歯を有する従動プーリと、帯状かつ環状に形成され、駆動プーリ及び従動プーリの外歯に噛合する内歯を有する歯付きベルトと、を有している。電動モータ40から駆動力伝達装置50にアシストトルクが伝達されると、ボールネジ機構30のボールネジナットがラックハウジング20の大径部22に軸受を介して支持されながら回転駆動されることで、複数の転動ボールを介してラックシャフト13が軸方向Aに移動される。
(2.ステアリング装置の動作)
上記のステアリング装置1において、ステアリングホイール11が回転操作されると、その操舵トルクがステアリングシャフト10に伝達され、ピニオン12とラック14とからなるラックアンドピニオン機構を介してラックシャフト13が軸方向Aに移動される。また、ステアリングシャフト10に入力された操舵トルクは、トルクセンサなどを用いて検出される。電動モータ40の出力は、操舵トルク及び電動モータ40の回転位置などに基づいて制御される。電動モータ40は、電子制御装置42からの指令に従ってアシストトルクを発生する。電動モータ40にてアシストトルクが発生されると、その回転トルクが駆動力伝達装置50を介してボールネジ機構30に伝達されて、ラックシャフト13を軸方向Aに移動させる駆動力に変換される。
上記のステアリング装置1において、ステアリングホイール11が回転操作されると、その操舵トルクがステアリングシャフト10に伝達され、ピニオン12とラック14とからなるラックアンドピニオン機構を介してラックシャフト13が軸方向Aに移動される。また、ステアリングシャフト10に入力された操舵トルクは、トルクセンサなどを用いて検出される。電動モータ40の出力は、操舵トルク及び電動モータ40の回転位置などに基づいて制御される。電動モータ40は、電子制御装置42からの指令に従ってアシストトルクを発生する。電動モータ40にてアシストトルクが発生されると、その回転トルクが駆動力伝達装置50を介してボールネジ機構30に伝達されて、ラックシャフト13を軸方向Aに移動させる駆動力に変換される。
ラックシャフト13が軸方向Aに移動されると、ボールジョイント15、タイロッド16、及びナックルアーム17を介して転舵輪18の向きが変更される。従って、ステアリング装置1によれば、運転者によるステアリングシャフト10への操舵トルクと共に、その操舵トルクに応じた電動モータ40によるアシストトルクをラックシャフト13に付与して、そのラックシャフト13を軸方向Aに移動させることができるので、運転者がステアリングホイール11を操作する際に必要な操舵力を軽減することができる。
(3.ダンパ装置の構成)
ステアリング装置1は、図2に示す如く、ダンパ装置60を備えている。ダンパ装置60は、ラックシャフト13からラックハウジング20に加わる衝撃を吸収するためのエンドダンパである。ダンパ装置60は、ラックシャフト13に固定されたストッパ部材70と、ラックハウジング20に設けられた収納部80と、その収納部80内に配置された衝撃吸収部材90と、を備えている。
ステアリング装置1は、図2に示す如く、ダンパ装置60を備えている。ダンパ装置60は、ラックシャフト13からラックハウジング20に加わる衝撃を吸収するためのエンドダンパである。ダンパ装置60は、ラックシャフト13に固定されたストッパ部材70と、ラックハウジング20に設けられた収納部80と、その収納部80内に配置された衝撃吸収部材90と、を備えている。
ストッパ部材70は、ラックシャフト13の軸方向両端部それぞれに装着固定されるシャフトエンド部材である。ストッパ部材70は、ラックシャフト13と同軸に連結されている。ストッパ部材70は、円柱状に形成されており、ラックシャフト13の外径に比して大きな外径を有している。ストッパ部材70は、ラックシャフト13の軸方向A内方に向いた軸方向端面70aを有している。ストッパ部材70は、また、軸方向A外端面に軸外方向に向けて開口する略球状の開口孔71を有している。開口孔71には、ボールジョイント15を構成するボールスタッドのボール先端が緩衝材72を介して揺動自在に収容されている。
収納部80は、ラックハウジング20(具体的には、その挿通孔20a)の軸方向両端部にそれぞれ設けられている。収納部80は、ストッパ部材70を収納可能な収納室である。収納部80は、ストッパ部材70が進入可能な収納空間を有している。収納部80は、ストッパ部材70の外径に比して大きな内径を有するように形成されている。収納部80は、軸方向外方に開口している。
収納部80は、側壁部81と、底壁部82と、により形成されている。側壁部81は、ラックハウジング20の挿通孔20aを構成する内壁部位である。底壁部82は、ラックハウジング20の挿通孔20aの内面すなわち側壁部81から径方向内方に向けて突出する壁部位である。底壁部82は、軸方向A外方に向いた軸方向端面82aを有している。底壁部82は、軸中心にラックシャフト13が挿通される挿通孔82bが形成されるように円環状に形成されている。挿通孔82bは、ラックシャフト13の外形に対応して円形に形成されており、ストッパ部材70の外径に比して小さな内径を有している。
ラックシャフト13のストッパ部材70の軸方向端面70aと、ラックハウジング20の収納部80の底壁部82の軸方向端面82aと、は衝撃吸収部材90を介して互いに軸方向Aに対向して径方向でオーバーラップする部位を有している。ストッパ部材70は、ラックハウジング20の収納部80の底壁部82に対して軸方向A外方(図2において左方)に位置しており、ラックシャフト13の軸方向Aへの移動に伴ってその底壁部82に対して接近又は離間する。ストッパ部材70は、衝撃吸収部材90を介した底壁部82との当接により、ストッパ部材70が連結されているラックシャフト13が軸方向A内方に更に移動するのを規制する。
衝撃吸収部材90は、ラックハウジング20に対するラックシャフト13の軸方向A内方への移動量が、両者が当接する所定ストロークに達する前に、ラックシャフト13のストッパ部材70とラックハウジング20の底壁部82とに挟持されることによりそのストッパ部材70とその底壁部82との間の衝撃を吸収する機能を有する。衝撃吸収部材90は、ラックシャフト13及びラックハウジング20の軸方向両端部それぞれに設けられている。
各衝撃吸収部材90は、ラックハウジング20の収納部80内に配置されており、ラックシャフト13のストッパ部材70とラックハウジング20の底壁部82との間に介在している。衝撃吸収部材90は、図3、図4、図5、及び図6に示す如く、プレート部材91と、ゴム状弾性部材92と、リング部材93と、を有している。
プレート部材91は、鉄などの金属材料により断面L字状に形成された部材である。プレート部材91は、ラックシャフト13の軸方向A内方への移動により、そのラックシャフト13のストッパ部材70の軸方向端面70aに当接されることが可能である。また、プレート部材91は、ストッパ部材70の軸方向端面70aとの当接後、ラックシャフト13の軸方向A内方への更なる移動により、その軸方向A内方に押圧される。
プレート部材91は、円筒部91aと、フランジ部91bと、を有している。円筒部91aとフランジ部91bとは、互いに一体に形成されている。円筒部91aは、軸方向Aに延在する円筒状に形成された部位である。円筒部91aには、ラックシャフト13が挿通される挿通孔91cが形成されている。挿通孔91cは、ラックシャフト13の外周面に対応して円形に形成されている。円筒部91aの挿通孔91cの内面は、ラックシャフト13の外周面に対して径方向で対向している。円筒部91aは、ラックシャフト13の外径に比して大きな内径を有している。円筒部91aの軸方向A内側の端面は、ラックハウジング20の底壁部82に軸方向Aで対向している。
フランジ部91bは、円環状に形成された部位である。フランジ部91bは、円筒部91aの軸方向A外側の端部から径方向外方に向けて突出して広がっている。フランジ部91bの外径は、ラックハウジング20の挿通孔20a(すなわち、収納部80の側壁部81)での内径に比して小さい。フランジ部91bは、ラックシャフト13のストッパ部材70の軸方向端面70aに軸方向Aで対向しており、その軸方向端面70aに当接し得る当接部である。フランジ部91bは、所定厚さを有している。
フランジ部91bには、貫通孔91dが設けられている。貫通孔91dは、フランジ部91bの本体を軸方向Aに貫通する凹部である。貫通孔91dは、プレート部材91のフランジ部91bにおける後に詳述するゴム状弾性部材92と接着する接着面に開口するように設けられている。貫通孔91dは、例えば楕円状又は円形状に形成されている。貫通孔91dは、フランジ部91bにおいて周方向に断続的に設けられている。すなわち、貫通孔91dは、フランジ部91bの全周で複数箇所(例えば、図5に示す如く六箇所)に設けられており、所定角度(例えば、60°)ごとに設けられている。貫通孔91dは、ゴム状弾性部材92がラックハウジング20の収納部80(具体的には、後に詳述する隙間空間100)に充満するまではそのゴム状弾性部材92の進入が規制され、そのゴム状弾性部材92がその充満後に更なる圧縮荷重を受けた際にその圧縮荷重に伴って変形したゴム状弾性部材92の一部が進入するように、形成され配置されている。
図7に示すように、フランジ部91bにおける貫通孔91dの開口部(特に、ゴム状弾性部材92が接触する側の開口部)の周縁は、全周に亘って角が丸まったR面形状に形成されている。この貫通孔91dのR面形状によれば、その貫通孔91dにゴム状弾性部材92を進入させ易くすることができると共に、ゴム状弾性部材92がその貫通孔91dへの進入時にせん断し易くなるのを防止することができる。
ゴム状弾性部材92は、ゴム状弾性を有するゴム材料により略円環状に形成された部材である。ゴム状弾性部材92の材料は、例えば、架橋ゴム、熱硬化性又は熱可塑性を有する合成樹脂系エラストマー等である。ゴム状弾性部材92は、荷重により弾性変形することが可能である。ゴム状弾性部材92は、弾性変形によりラックシャフト13のストッパ部材70とラックハウジング20との間の衝撃を吸収する。ゴム状弾性部材92は、軸方向Aに所望の弾性率を得るのに必要な厚さを有している。
ゴム状弾性部材92は、プレート部材91に保持されている。ゴム状弾性部材92は、プレート部材91の円筒部91aに接触していると共に、図7に示す如くプレート部材91のフランジ部91bに接触している。ゴム状弾性部材92は、例えば加硫接着などによりプレート部材91に一体化されている。具体的には、ゴム状弾性部材92は、貫通孔91dが設けられたフランジ部91bに接着されている。尚、ゴム状弾性部材92は、プレート部材91の円筒部91aとは非接着であると共に、ラックハウジング20とは非接着である。
ゴム状弾性部材92は、突部92aを有している。突部92aは、ゴム状弾性部材92の円環状本体の外周面から径方向外方に向けて突出している。ラックハウジング20の収納部80の側壁部81には、径方向外方に向けて凹む溝部81aが形成されている。ゴム状弾性部材92は、その突部92aがラックハウジング20の側壁部81の溝部81aに嵌ることにより、ラックハウジング20に対して軸方向Aにおいて位置決めされる。この位置決め構造によれば、ゴム状弾性部材92の軸方向Aへの弾性変形後にラックシャフト13のストッパ部材70と衝撃吸収部材90との当接が解除された後、そのゴム状弾性部材92がラックシャフト13の移動に伴ってラックハウジング20に対して軸方向A外方に相対移動して収納部80から外部へ抜けることは防止される。
ゴム状弾性部材92は、テーパ部92bを有している。テーパ部92bは、ゴム状弾性部材92の本体の内周側において内径が変化する部位である。テーパ部92bは、ゴム状弾性部材92の軸方向A内側の端部に設けられており、軸方向A外側から軸方向A内側にかけて内径が大きくなるように形成されている。テーパ部92bは、ゴム状弾性部材92のうち、プレート部材91の円筒部91aの軸方向A内側端から軸方向A内方に突出する部位に設けられている。テーパ部92bは、ゴム状弾性部材92が軸方向Aで圧縮されて弾性変形した際にプレート部材91の円筒部91aの軸方向A内端部とラックハウジング20の底壁部82との隙間から径方向内方へはみ出すのを防止するために設けられている。
ゴム状弾性部材92は、第一凹部92cを有している。第一凹部92cは、ゴム状弾性部材92の弾性変形前すなわち衝撃未印加状態において形成される円環溝である。第一凹部92cは、外周面において径方向内側すなわち軸心側に凹んでおり、径方向外方に向けて開口している。尚、第一凹部92cは、ゴム状弾性部材92の軸方向何れの位置に設けられていてもよいが、ゴム状弾性部材92の軸方向Aへの圧縮変形に伴う径方向への膨張変形が最も顕著に生じ易い部位(例えば軸方向中央部)に設けられることが好ましい。
ゴム状弾性部材92は、弾性変形前すなわち衝撃未印加状態において、外周面の少なくとも一部がラックハウジング20の側壁部81に接触せずその側壁部81から離間している。すなわち、ゴム状弾性部材92の弾性変形前すなわち衝撃未印加状態において、ラックハウジング20の側壁部81とゴム状弾性部材92の外周面との間には、隙間空間100が形成されている。隙間空間100は、第一凹部92cにより形成される。隙間空間100は、衝撃印加に伴うゴム状弾性部材92の変形を許容している。
ゴム状弾性部材92は、プレート部材91を介してラックシャフト13のストッパ部材70とラックハウジング20の底壁部82とに軸方向Aで挟持されることにより軸方向Aに圧縮力を受けて弾性変形する。隙間空間100は、ゴム状弾性部材92の軸方向Aへの圧縮変形時にその圧縮変形に伴う体積変化で径方向外方へ膨張したそのゴム状弾性部材92が充満する領域となる。すなわち、ゴム状弾性部材92が軸方向Aに圧縮変形すると、そのゴム状弾性部材92が径方向外方へ膨張するので、上記の隙間空間100の容積が最大状態から減少して、やがてゴム状弾性部材92がその隙間空間100に充満する。
ゴム状弾性部材92は、第二凹部92dを有している。第二凹部92dは、ゴム状弾性部材92におけるラックハウジング20の底壁部82に接する軸方向端面に設けられている。第二凹部92dは、ゴム状弾性部材92における軸方向A外側に凹んだ円環溝であって、軸方向A内方に向けて開口している。
リング部材93は、ゴム状弾性部材92におけるラックハウジング20の底壁部82に接する軸方向端面に設けられている。リング部材93は、ゴム状弾性部材92の第二凹部92dに嵌るように略円環状に形成されている。リング部材93は、鉄などの金属により成形されている。リング部材93の軸方向厚さは、ゴム状弾性部材92のテーパ部92bの応力変形を抑えてその保護を図るのに必要十分な大きさであって、かつ、ゴム状弾性部材92の最大変形時でもプレート部材91の円筒部91aとラックハウジング20の底壁部82との間に隙間を確保できる大きさに設定されている。
尚、リング部材93は、ゴム状弾性部材92に接着されて固定されていてよい。この場合、リング部材93とゴム状弾性部材92とは加硫接着されていてよい。また、リング部材93は、ゴム状弾性部材92と共にインサート成形されていてよい。リング部材93は、軸方向A内側でラックハウジング20の底壁部82に支持されながら、軸方向A外側でプレート部材91のフランジ部91bとの間でゴム状弾性部材92を軸方向Aで挟持する。
プレート部材91の貫通孔91dとゴム状弾性部材92の第一凹部92cすなわち隙間空間100とは、衝撃未印加状態において以下の関係を有している。すなわち、貫通孔91dの開口面積は、ゴム状弾性部材92が隙間空間100に面する面積(具体的には、隙間空間100が最大状態にあるときの面積)よりも小さい。貫通孔91dは、プレート部材91に複数設けられているが、各貫通孔91dの開口面積はそれぞれ、ゴム状弾性部材92が隙間空間100に面する面積よりも小さい。
(4.ダンパ装置の動作)
上記の構造を有するダンパ装置60において、ラックシャフト13のストッパ部材70が衝撃吸収部材90のプレート部材91のフランジ部91bに当接していない状態で、転舵輪18にラックシャフト13の軸方向A内方に向かう衝撃力が入力印加されると、ラックシャフト13が軸方向A内方に移動する。この移動が過大に生じると、まず、ラックシャフト13のストッパ部材70の軸方向端面70aがプレート部材91のフランジ部91bに当接して、プレート部材91に軸方向A内方への圧縮荷重が付与される。プレート部材91に軸方向A内方への圧縮荷重が付与されると、そのプレート部材91がラックハウジング20の底壁部82に接近する軸方向A内方へ押圧されて変位する。
上記の構造を有するダンパ装置60において、ラックシャフト13のストッパ部材70が衝撃吸収部材90のプレート部材91のフランジ部91bに当接していない状態で、転舵輪18にラックシャフト13の軸方向A内方に向かう衝撃力が入力印加されると、ラックシャフト13が軸方向A内方に移動する。この移動が過大に生じると、まず、ラックシャフト13のストッパ部材70の軸方向端面70aがプレート部材91のフランジ部91bに当接して、プレート部材91に軸方向A内方への圧縮荷重が付与される。プレート部材91に軸方向A内方への圧縮荷重が付与されると、そのプレート部材91がラックハウジング20の底壁部82に接近する軸方向A内方へ押圧されて変位する。
衝撃吸収部材90のプレート部材91が軸方向A内方へ変位すると、ゴム状弾性部材92が弾性変形する。このゴム状弾性部材92の弾性変形は、ゴム状弾性部材92がプレート部材91を介してラックシャフト13のストッパ部材70とラックハウジング20の底壁部82とに軸方向Aで挟持されることで軸方向Aに生じる圧縮変形と、その圧縮変形に伴ってゴム状弾性部材92が逃げ場を求めて第一凹部92cによる隙間空間100を埋めるように径方向外方に生じる膨張変形と、を含んでいる。
上記の如く、プレート部材91の貫通孔91dの開口面積は、ゴム状弾性部材92が隙間空間100に面する面積よりも小さい。このため、ゴム状弾性部材92は、衝撃印加に伴って弾性変形を開始した当初は、貫通孔91dに進入するように弾性変形することよりも、隙間空間100を狭めて隙間空間100に充満するように弾性変形することが支配的である。更に、ゴム状弾性部材92は、貫通孔91dが設けられたフランジ部91bに接着されている一方、ラックハウジング20とは非接着である。このため、この点でも、ゴム状弾性部材92は、弾性変形開始当初は、接着しているフランジ部91bの貫通孔91dに進入するように弾性変形することよりも、ラックハウジング20とは接着していない隙間空間100に充満するように弾性変形することが支配的である。
ゴム状弾性部材92は、プレート部材91の円筒部91aとは非接着であるため、隙間空間100に充満するように弾性変形する際、そのゴム状弾性部材92とその円筒部91aとの間での相対変位は許容されている。このため、ゴム状弾性部材92は、衝撃印加に伴う弾性変形時、円筒部91aとの間で相対変位して軸方向Aで圧縮されながら隙間空間100に進入して充満する。そして、ゴム状弾性部材92は、隙間空間100に充満した後、貫通孔91dに進入するように弾性変形する。
すなわち、ゴム状弾性部材92の弾性変形は、まず第一段階として、そのゴム状弾性部材92が隙間空間100に充満するように行われる。ゴム状弾性部材92の弾性変形によりゴム状弾性部材92が隙間空間100に充満したときは、図9に示す如く、衝撃印加に伴うストッパ部材70からの押圧によるプレート部材91の変位量が変位量X1に達し、隙間空間100内のゴム状弾性部材92ひいてはラックハウジング20に作用する圧縮荷重が荷重F1に達する。
そして、ゴム状弾性部材92が弾性変形により隙間空間100に充満した後、衝撃吸収部材90のプレート部材91が軸方向A内方へ更に移動すると、隙間空間100内のゴム状弾性部材92に作用する圧縮荷重が荷重F1を超えて上昇する。かかる荷重上昇が生じると、ゴム状弾性部材92が更に弾性変形する。この際、ゴム状弾性部材92の弾性変形は、ゴム状弾性部材92が隙間空間100に充満した状態で、第二段階として、隙間空間100内のゴム状弾性部材92ひいてはラックハウジング20に作用する圧縮荷重が上記の荷重F1を僅かに超えて飽和しつつ、図8に示す如く、そのゴム状弾性部材92の一部がプレート部材91のフランジ部91bの貫通孔91dに進入するように行われる。この弾性変形が生じると、図9に示す如く、衝撃印加に伴うストッパ部材70からの押圧によるプレート部材91の変位量が上記の変位量X1を超える変位量X2に達することができる。
このように、ダンパ装置60によれば、ゴム状弾性部材92を、隙間空間100への充満まで弾性変形させることができると共に、その隙間空間100への充満後に更にゴム状弾性部材92の一部がプレート部材91の貫通孔91dに進入して逃げるように弾性変形させることができる。このゴム状弾性部材92の一連の弾性変形により、ラックシャフト13のストッパ部材70からラックハウジング20の底壁部82に加わる衝撃を吸収することができる。
上記の如くゴム状弾性部材92の弾性変形が隙間空間100への充満後に更にプレート部材91の貫通孔91dへ進入可能である構造によれば、その充満後でもラックシャフト13の軸方向A内方への移動変位を確保することができるので、ゴム状弾性部材92の隙間空間100への充満後の弾性変形が不可能である構造に比べて、上記の衝撃を吸収するエネルギを増やすことができ、衝撃吸収能力を上げることができる。この衝撃吸収能力の向上は、隙間空間100内のゴム状弾性部材92ひいてはラックハウジング20に作用する圧縮荷重を上記の荷重F1よりも飛躍的に増加させることなく、プレート部材91ひいてはラックシャフト13の軸方向Aへの変位量を上記の変位量X1よりも増やことにより実現される。このため、衝撃吸収能力を向上させるうえで、ゴム状弾性部材92が充満する隙間空間100を形成するラックハウジング20の強度向上を図ることは不要であり、その強度確保のためにラックハウジング20の肉厚を増やすことは不要である。
従って、ダンパ装置60によれば、ラックハウジング20の強度向上を図ることなく衝撃吸収能力を上げることができる。このため、ダンパ装置60の小型化・簡素化を図ることひいてはコスト削減を図ることができ、これにより、車両搭載性を容易化させると共にステアリング装置1を軽量化させることができる。
(5.変形形態)
ところで、上記の実施形態においては、ダンパ装置60が備える衝撃吸収部材90のプレート部材91が、軸方向Aに貫通する貫通孔91dを有し、その貫通孔91dが、衝撃印加に伴って弾性変形したゴム状弾性部材92の一部が進入する凹部として機能する。そして、この貫通孔91dが、例えば楕円状又は円形状に形成されつつ、フランジ部91bの全周で複数箇所(例えば、六箇所)に設けられている。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば図10に示す如く、貫通孔91dが、フランジ部91bの全周で複数箇所(例えば、二箇所)に設けられ、周方向に湾曲して延在し帯状に形成されるものであってもよい。
ところで、上記の実施形態においては、ダンパ装置60が備える衝撃吸収部材90のプレート部材91が、軸方向Aに貫通する貫通孔91dを有し、その貫通孔91dが、衝撃印加に伴って弾性変形したゴム状弾性部材92の一部が進入する凹部として機能する。そして、この貫通孔91dが、例えば楕円状又は円形状に形成されつつ、フランジ部91bの全周で複数箇所(例えば、六箇所)に設けられている。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば図10に示す如く、貫通孔91dが、フランジ部91bの全周で複数箇所(例えば、二箇所)に設けられ、周方向に湾曲して延在し帯状に形成されるものであってもよい。
また、例えば図11に示す如く、衝撃印加に伴って弾性変形したゴム状弾性部材92の一部が進入するプレート部材91の凹部が、軸方向Aに貫通する貫通孔91dに代えて、軸方向Aに貫通することなく開口する開口溝91eであってもよい。この開口溝91eは、例えば、楕円状又は円形状に形成されてもよいし、周方向に湾曲して延在し帯状に形成されてもよいし、図12に示す如くプレート部材91の軸中心回りの全周に亘って延在する環状に形成されてもよい。
また、上記の貫通孔91d又は開口溝91eが、プレート部材91のフランジ部91bに設けられており、軸方向Aに貫通又は開口する。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、それらの貫通孔91d又は開口溝91eが、プレート部材91の円筒部91aに設けられ、径方向に貫通又は開口することとしてもよく、更に、上記の貫通孔91d又は開口溝91eが、ラックハウジング20の内周面である側壁部81に設けられ、径方向に貫通又は開口することとしてもよい。
更に、上記の実施形態においては、転舵輪の向きを変える転舵シャフトとして、ラックアンドピニオン機構を構成するラックシャフト13を用いている。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、転舵輪の向きを変える転舵シャフトとしてラック歯を有しないシャフトを用いることとし、ステアリングシャフトを有しないステアバイワイヤ装置としてのステアリング装置に適用することとしてもよい。
尚、本発明は、上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
1:ステアリング装置、13:ラックシャフト、16:タイロッド、18:転舵輪、20:ラックハウジング、60:ダンパ装置、70:ストッパ部材、70a:軸方向端面、80:収納部、81:側壁部、82:底壁部、82a:軸方向端面、90:衝撃吸収部材、91:プレート部材、91a:円筒部、91b:フランジ部、91c:挿通孔、91d:貫通孔、92:ゴム状弾性部材、92b:テーパ部、92c:第一凹部、100:隙間空間。
Claims (8)
- 軸方向に移動可能なシャフトに固定されたストッパ部材と、
前記シャフトを軸方向に移動可能に保持する筒状のハウジングに設けられ、前記ストッパ部材が進入可能な収納部と、
前記収納部内に配置され、前記ストッパ部材から前記ハウジングに加わる衝撃を吸収する衝撃吸収部材と、
を備え、
前記衝撃吸収部材は、
軸方向に延在し、前記シャフトが挿通される挿通孔を有する筒部と、前記筒部における軸方向一端部から径方向外方に向けて突出して広がり、前記ストッパ部材の軸方向端面に当接し得るフランジ部と、を有するプレート部材と、
前記プレート部材に保持され、前記衝撃の未印加状態において前記ハウジングとの間に隙間空間が形成される変形可能な環状のゴム状弾性部材と、
を有し、
前記プレート部材及び前記ハウジングの少なくとも一方は、前記衝撃の印加に伴って変形した前記ゴム状弾性部材の一部が進入する凹部を有し、
前記凹部の開口面積は、前記衝撃の未印加状態における前記ゴム状弾性部材が前記隙間空間に面する面積よりも小さい、ダンパ装置。 - 前記隙間空間は、前記ゴム状弾性部材の外周面と前記ハウジングの内周面との間に形成されている、請求項1に記載のダンパ装置。
- 前記凹部は、前記プレート部材に設けられている、請求項1又は2に記載のダンパ装置。
- 前記凹部は、前記プレート部材における前記ゴム状弾性部材と接着した接着面に設けられている、請求項3に記載のダンパ装置。
- 前記凹部は、前記フランジ部に設けられている、請求項3又は4に記載のダンパ装置。
- 前記凹部は、前記プレート部材において周方向に断続的に設けられており、
各前記凹部の開口面積はそれぞれ、前記ゴム状弾性部材が前記隙間空間に面する面積よりも小さい、請求項3乃至5の何れか一項に記載のダンパ装置。 - 前記凹部は、前記プレート部材を軸方向若しくは径方向に貫通する孔、又は、軸方向若しくは径方向に開口する溝である、請求項3乃至6の何れか一項に記載のダンパ装置。
- 請求項1乃至7の何れか一項に記載のダンパ装置を備え、
前記シャフトは、両端部がタイロッドを介して転舵輪に連結される転舵シャフトである、ステアリング装置。
Priority Applications (1)
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JP2019040133A JP2020143722A (ja) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | ダンパ装置及びステアリング装置 |
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