JP6087311B2

JP6087311B2 - 操舵装置

Info

Publication number: JP6087311B2
Application number: JP2014066104A
Authority: JP
Inventors: 力君島; 齋藤　達也; 達也齋藤
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: GB2524626A; JP2015189264A; CN104943736B; GB201501286D0; GB2524626B; US9156493B1; CN104943736A; US20150274194A1

Description

本発明は、操舵装置に関する。

操舵装置は、運転者のステアリング操作により操舵軸が車幅方向に移動し、操舵輪が操舵される。また、運転者の操舵をアシストするためにモータを備える操舵装置では、モータのトルクが操舵軸に伝達される。

ところで、操舵装置では、操舵軸の両端にラックエンドが設けられている。そして、操舵軸を収容するハウジングにラックエンドが突き当たることで、操舵軸の移動が規制される。
また、下記特許文献１の操舵装置では、ハウジングに弾性部材が設けられ、この弾性部材に対してラックエンドが突き当たるように構成されている。これによれば、衝突荷重が弾性部材に吸収され、ハウジングに入力される衝突荷重が低減する。

実開平６−６９０６１号公報

さらに、近年の操舵装置は、弾性部材を備えるとともに、例えばラックギヤなどの他部品の破損を抑制するという観点から、モータの出力を制御し、ハウジングにラックエンドが突き当たる速度（以下、単に「突き当て速度」という。）を低減させている。なお、このモータの出力制御によれば、ハウジングに入力される衝突荷重がさらに低減される。
しかしながら、電源喪失状態やモータの出力を制御する制御回路が故障した場合など、ラックエンドの突き当て速度を低減させることができない。よって、モータの出力制御以外の方法で、ラックエンドの突き当て速度を低減できることが求められている。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、弾性部材による衝突荷重の吸収を行うとともに、ラックエンドの突き当て速度を低減させることができる操舵装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る操舵装置は、車幅方向に移動する操舵軸と、前記操舵軸を収容するハウジングと、前記操舵軸の端部に設けられて前記ハウジングに突き当たるラックエンドと、を備える操舵装置であって、前記ハウジングには、前記ラックエンドと前記車幅方向で対向する面に衝突緩和部材が設けられ、前記衝突緩和部材は、前記操舵軸の径方向外側に配置されて、前記ラックエンドからの衝突荷重を吸収する弾性部材と、前記弾性部材の内周側に設けられ、前記ラックエンドが突き当たることで座屈する衝撃吸収部材と、を有することを特徴とする。

前記する発明によれば、ラックエンドが弾性部材に突き当たると、弾性部材により衝突荷重が吸収されて、ハウジングに入力される衝突荷重が低減する。
一方で、ラックエンドが衝撃吸収部材に突き当たると、衝撃吸収部材が座屈し、ラックエンドの衝突荷重が吸収され、ラックエンドの突き当て速度が低減する。この結果、他部品の破損が抑制されるとともに、ハウジングに入力される衝突荷重が低減する。

また、前記衝撃吸収部材は、筒状であることが好ましい。

前記する構成によれば、例えば、衝撃吸収部材が車幅方向に延びる棒状の部材の場合よりも吸収できる衝突荷重が大きく、ラックエンドの突き当て速度が大きく低減する。このため、他部品が破損するおそれがさらに低減するとともに、ハウジングに入力される衝突荷重もさらに低減する

また、前記弾性部材は、前記衝撃吸収部材よりも前記車幅方向外側に延出していることが好ましい。

前記する構成によれば、ラックエンドが弾性部材に突き当たることで操舵軸が停止しない場合に限り、ラックエンドが衝撃吸収部材に突き当たる。
このため、衝突荷重が小さい通常時（常用域）は、弾性部材により吸収され、衝突荷重が大きいフェール時（過大荷重時）には、弾性部材及び衝撃吸収部材より低減されるようになる。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る操舵装置は、車幅方向に移動する操舵軸と、前記操舵軸を収容するハウジングと、前記操舵軸の端部に設けられて前記ハウジングに突き当たるラックエンドと、を備える操舵装置であって、前記ラックエンドには、前記ハウジングと前記車幅方向で対向する面に衝突緩和部材が設けられ、前記衝突緩和部材は、前記操舵軸の径方向外側に配置されて、前記ハウジングに入力する衝突荷重を吸収する弾性部材と、前記弾性部材の外周側に設けられ、前記ハウジングに突き当たることで座屈する衝撃吸収部材と、を有してもよい。

前記する発明であれば、ラックエンドに設けられた弾性部材がハウジングに突き当たると、弾性部材が変形し、ハウジングに入力される衝突荷重が低減する。
一方で、ラックエンドに設けられた衝撃吸収部材にハウジングに突き当たると、衝撃吸収部材が座屈し、ラックエンドの衝突荷重が吸収され、ラックエンドの突き当て速度が低減する。この結果、他部品の破損が抑制されるとともに、ハウジングに入力される衝突荷重が低減する。

本発明によれば、弾性部材による衝突荷重の吸収を行うとともに、ラックエンドの突き当て速度を低減させることができ、他部品の破損抑制と、ハウジングに入力される衝突荷重が低減する操舵装置を提供することができる。

実施形態に係る操舵装置の全体構成を示す操舵装置の正面図である。図１の破線Ａで囲まれた範囲の拡大図である。（ａ）は、弾性部材にラックエンドに突き当たった状態を示す図、（ｂ）は、衝撃吸収部材にラックエンドが突き当たった状態を示す図、（ｃ）は、第２弾性部座が座屈した状態を示す図である。変形例に係る操舵装置の構成を説明するための図である。

本発明に係る操舵装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
操舵装置１は、車両に搭載されて、車両の操舵輪を操舵する装置である。
図１に示すように、操舵装置１は、運転者が操作するステアリングホイール２と、ステアリングホイール２と一体で回転するステアリング軸３と、ステアリング軸３の下端に連結されたトーションバー４と、トーションバー４の下端に連結され、下端にピニオン（不図示）を有するピニオン軸５と、ピニオンに歯合するラック（不図示）を有するラック軸６と、ラック軸６の両端に固定されたラックエンド７、７と、そのラックエンド７、７に支持されたラックエンドスタッド８、８と、ハウジング９と、を備える。
そして、ラックエンドスタッド８、８のそれぞれに操舵輪（不図示）が連結され、運転手がステアリングホイール２を回転させると、ラック軸６が左方又は右方へ移動し、操舵輪を操舵することができる。

図２に示すように、ラックエンド７は、車幅方向内側に底部１１を有する有底筒状のラックエンドハウジング１０と、底部１１から車幅方向内側に突出してラック軸６に取り付けられる取り付け軸（不図示）と、を備える。
取り付け軸は、外周面にねじ山が形成された雄ねじであり、ラック軸６の両端面に形成された雌ねじ穴（不図示）に螺合して、ラックエンド７、７がラック軸６の両端に固定されている。
ラックエンドハウジング１０は、ラックエンドスタッド８に設けられたボール８ａを回転自在に内包しており、ラックエンドスタッド８がラック軸６に対し折れ曲がり自在となっている。

ラックエンドハウジング１０の底部１１は、円形状を呈している。また、底部１１の外径Ｒ１は、ラック軸６の外径よりも大きく、底部１１がラック軸６の外周面よりも径方向外側に突出している。このため、ラックエンド７が車幅方向内側に移動した場合、ラック軸６を収容するハウジング９に突き当たり、ラック軸６の移動が規制される。
以下、ハウジング９に突き当たる底部１１の車幅方向内側の面を突き当て面１２と呼ぶ。

ハウジング９は、左右方向に貫通する貫通孔Ｓ１が形成された筒状部材であり、その貫通孔Ｓ１内にラック軸６が挿通されている。
また、ハウジング９の貫通孔Ｓ１には、ラック軸６を支持する軸受（不図示）が設けられ、ラック軸６の中心軸Ｏ１が径方向外側にずれることなく、左右方向へ移動自在に支持されている。

ハウジング９の貫通孔Ｓ１の開口端縁に、貫通孔Ｓ１から径方向外側に切り欠かれてなる円筒状の空間Ｓ２が形成されている。
なお、円筒状の空間Ｓ２を臨むハウジング９の壁面うち、ラック軸６の外周面に対向する帯状の壁面を内周壁面９ａと呼び、車幅方向外側を臨み、ラックエンド７の突き当て面１２に対向する円盤状の壁面を規制面９ｂと呼ぶ。
なお、規制面９ｂは、特許請求の範囲に記載された「ラックエンドと車幅方向で対向する面」に相当する構成である。

この円筒状の空間Ｓ２の内径Ｌ２は、ラックエンド７の突き当て面１２の外径Ｌ１よりも大きい。このため、ラックエンド７が空間Ｓ２内に進入して、ラックエンド７の衝突荷重が規制面９ｂに入力される。
また、規制面９ｂに入力される衝突荷重を低減するため、規制面９ｂの車幅方向外側には、衝突緩和部材２０が配置されている。

衝突緩和部材２０は、円筒状を呈し、衝突緩和部材２０の内部空間をラック軸６が挿通している。
衝突緩和部材２０は、内周壁面９ａに沿って延在する円筒状の保持部２１と、保持部２１の内周側に設けられた円筒状の弾性部材２２と、弾性部材２２の内周側に設けられた円筒状の衝撃吸収部材２３と、を備える。

保持部２１は、弾性部材２２及び衝撃吸収部材２３を保持するための部材であり、金属部材又は樹脂部材からなる。また、保持部２１は、ハウジング９に固定されているとともに、保持部２１の車幅方向内側の端部２１ａが径方向内側に延出し、規制面９ｂを被覆している。

弾性部材２２は、ラックエンド７の衝突荷重を吸収するためのものである。
弾性部材２２は、たとえばウレタン樹脂や天然ゴムなどのエラストマーで形成され、ラックエンド７の突き当たりにより変形しても、復元力により元の形状に復帰する。
弾性部材２２は、インサート成形等により形成され、保持部２１を介してハウジング９に固定されている。
弾性部材２２の先端部（車幅方向外側の端部）２２ａは、保持部２１よりも車幅方向外側に延出するとともに、径方向外側に延出して保持部２１を被覆している。このため、空間Ｓ２内に進入したラックエンド７が保持部２１に接触しないようになっている。

弾性部材２２の車幅方向内側の端面は、保持部２１の端部２１ａに接し、弾性部材２２の外周面は、保持部２１とハウジング９に接している。
このため、弾性部材２２にラックエンド７が突き当たると、弾性部材２２の容積の一部が弾性部材２２の内周面側に押し出され、弾性部材２２の車幅方向長さが縮まるように変形する。
なお、弾性部材２２の外周面の車幅方向外側が面取りされ、ラックエンド７の底部１１の角部との接触により削り取られないようになっている。

衝撃吸収部材２３は、金属製の部材からなり、ラックエンド７が突き当たることで座屈するためのものである。
衝撃吸収部材２３の車幅方向外側の端面は、弾性部材２２よりも車幅方向内側にある。このため、ラックエンド７が弾性部材２２に突き当たることでラック軸６が停止した場合には、ラックエンド７が衝撃吸収部材２３に突き当たらないようになっている。

衝撃吸収部材２３は、弾性部材２２に内嵌されており、衝撃吸収部材２３の中央部２３ａが外周側に配置される弾性部材２２から離間可能になっている。
また、衝撃吸収部材２３の外周側に弾性部材２２が接し、衝撃吸収部材２３の車幅方向内側の端面は、保持部２１の端部２１ａに当接している。
なお、衝撃吸収部材２３の中央部２３ａには、内周面から径方向外側に凹むに溝２３ｂが形成され、車幅方向の両端部よりも薄肉になっている。このため、衝撃吸収部材が車幅方向内側に押圧された場合、衝撃吸収部材２３の中央部２３ａが座屈し易くなっている。

つぎに、ラック軸６の移動量が大きく、ラックエンド７が衝突緩和部材２０に突き当たった場合について、図３を参照しながら説明する。
図３（ａ）に示すように、ラックエンド７がハウジング９の空間Ｓ２内に進入すると、ラックエンド７の突き当て面１２が弾性部材２２の先端部２２ａに突き当たる（図３（ａ）の「Ｆ１」参照）。
そして、ラックエンド７の衝突荷重が入力された弾性部材２２は、変形して衝突荷重を吸収するため、規制面９ｂには、低減した衝突荷重が入力される。
このようにして、衝突荷重が小さい通常時（常用域）には、ラックエンド７が弾性部材２２に突き当たることで、ラック軸６が停止する。
なお、弾性部材２２の変形により、衝撃吸収部材２３が径方向内側に移動する。

一方で、ラックエンド７が弾性部材２２に突き当たったものの、ラック軸６が停止しない場合（過大荷重時）、ラックエンド７は、さらに車幅方向内側に移動し、図３（ｂ）に示すように、ラックエンド７の突き当て面１２が衝撃吸収部材２３に突き当たる（図３（ｂ）の「Ｆ２」参照）。
そして、図３（ｃ）に示すように、ラックエンド７の衝突荷重が入力された衝撃吸収部材２３は座屈し、衝撃吸収部材２３の中央部２３ａが径方向に向かって突出するようになる。この結果、衝撃吸収部材２３の座屈により、ラックエンド７の衝突荷重が吸収され、ラックエンド７の突き当て速度が低減する。
なお、図３（ｃ）でが、衝撃吸収部材２３の中央部２３ａが径方向内側に突出するように座屈しているが、これは、衝撃吸収部材２３の座屈の一例であり、衝撃吸収部材２３の中央部２３ａが径方向外側に突出する場合や、蛇腹状に座屈する（径方向内側と外側とに交互に突出する）場合も想定される。

以上、本実施形態に係る操舵装置１によれば、弾性部材２２によりラックエンド７の衝突荷重が吸収される。
また、衝撃吸収部材２３によりラックエンド７の突き当て速度が低減する。このため、ラックギヤ等の他部品の破損を抑制することができる。さらに、ラックエンド７の衝突荷重が低減するため、ハウジング９に入力される衝突荷重もさらに低減する。

以上、本実施形態に係る操舵装置１について説明したが、本発明はこれに限定されない。本実施形態の操舵装置１は、ラックピニオン型であるが、ボールナット型であってもよい。
本実施形態に係る操舵装置１は、運転者の操舵をアシストする電動式アシスト機構又は油圧式アシスト機構を備えていてもよい。
本実施形態の衝突緩和部材２０では、保持部２１を備えているが、本発明はこれを備えていなくても良い。
本実施形態の衝撃吸収部材２３では、溝２３ｂが形成されているが、本発明は溝２３ｂが形成されていない衝撃吸収部材２３であってもよい。

また、本実施形態では、衝撃吸収部材２３は、弾性変形しない金属製の部材からなるが、本発明は、これに限定されず、エマストラーで形成されてもよい。

また、本実施形態の衝撃吸収部材２３は、筒状であるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、車幅方向に延びる棒状であってもよい。このような板状の衝撃吸収部材２３を用いる場合には、車幅方向の両端を弾性部材２２に接着や圧着等させて固定する。
これによれば、板状の衝撃吸収部材２３が座屈して、ラックエンド７の突き当て速度を低減させることができる。なお、衝撃吸収部材２３が棒状の場合、ラック軸６周りに複数配置してもよい。

また、本実施形態では、衝突緩和部材（弾性部材２２、衝撃吸収部材２３）がハウジング９に設けられていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図４に示すように、ラックエンド７の付き当て面１２に衝突緩和部材２０Ａを設けてもよい。
そして、衝突緩和部材２０Ａがラックエンド７に設けた場合、衝突緩和部材２０Ａは、ラック軸６の外周面に沿って延在する円筒状の保持部２１Ａと、保持部２１Ａの外周側に設けられた円筒状の弾性部材２２Ａと、弾性部材２２Ａの外周側に設けられた円筒状の衝撃吸収部材２３Ａと、を備える。
このような構成によれば、ラックエンド７がハウジング９の空間Ｓに進入し、弾性部材２２Ａが規制面９ｂに突き当たることで、弾性部材２２Ａが変形し、衝突荷重が吸収される。
また、衝撃吸収部材２３Ａが規制面９ｂに突き当たることで、衝撃吸収部材２３Ａが座屈し、ラックエンド７の突き当て速度が低減する。
以上から、このような変形例の操舵装置１Ａであっても、ラックギヤ等の他部品の破損を抑制されるとともに、ハウジング９には低減された衝突荷重が入力される。

１、１Ａ操舵装置
６ラック軸
７ラックエンド
８ラックエンドスタッド
９ハウジング
９ａ内周壁面
９ｂ規制面
１１底部
１２突き当て面
２０、２０Ａ衝突緩和部材
２１、２１Ａ保持部
２２、２２Ａ弾性部材
２３、２３Ａ衝撃吸収部材

Claims

車幅方向に移動する操舵軸と、
前記操舵軸を収容するハウジングと、
前記操舵軸の端部に設けられて前記ハウジングに突き当たるラックエンドと、
を備える操舵装置であって、
前記ハウジングには、前記ラックエンドと前記車幅方向で対向する面に衝突緩和部材が設けられ、
前記衝突緩和部材は、
前記操舵軸の径方向外側に配置されて、前記ラックエンドからの衝突荷重を吸収する弾性部材と、
前記弾性部材の内周側に設けられ、前記ラックエンドが突き当たることで座屈する衝撃吸収部材と、
を有することを特徴とする操舵装置。
前記衝撃吸収部材は、筒状であることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記弾性部材は、前記衝撃吸収部材よりも前記車幅方向外側に延出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の操舵装置。
車幅方向に移動する操舵軸と、
前記操舵軸を収容するハウジングと、
前記操舵軸の端部に設けられて前記ハウジングに突き当たるラックエンドと、
を備える操舵装置であって、
前記ラックエンドには、前記ハウジングと前記車幅方向で対向する面に衝突緩和部材が設けられ、
前記衝突緩和部材は、
前記操舵軸の径方向外側に配置されて、前記ハウジングに入力する衝突荷重を吸収する弾性部材と、
前記弾性部材の外周側に設けられ、前記ハウジングに突き当たることで座屈する衝撃吸収部材と、
を有することを特徴とする操舵装置。