JP6111716B2

JP6111716B2 - ステアリング装置

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Publication number: JP6111716B2
Application number: JP2013025546A
Authority: JP
Inventors: 博史石見; 村上　裕昭; 裕昭村上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: JP2014151866A; CN203727461U

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

ラックアンドピニオン方式のステアリング装置は、ステアリングホイールに固定されたステアリングシャフトの回転をピニオン軸を介してラック軸の軸方向の直線運動に変換する。ラック軸両端には、操舵輪に連結されたタイロッドとラック軸とを揺動可能に連結するボールジョイントが設けられている。ボールジョイントは、タイロッドに形成されたボールスタッドの球頭部と、この球頭部を収容するジョイントハウジングとを構成要素としている。

ステアリングホイールは、ジョイントハウジングとラックハウジングとの当接によって最大舵角が規定される。つまり、ステアリングホイールが最大舵角まで回転操作されると、ラックハウジングの端部とジョイントハウジングとが接触する。この接触の際に発生する衝撃が大きいと、ステアリングホイールを介して伝わるショックや打音によって運転者に不快感を与えるため、ラック軸の端部には樹脂などの緩衝材が装着されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載のステアリング装置は、ラック軸の端部における外周に緩衝材が装着されている。この緩衝材は、ラック軸の軸方向に沿った移動を防ぐべく、ラック軸に圧入して固定される。

特許文献２に記載のステアリング装置は、ラック軸の端部に固定されたラックエンドのラックハウジングとの対向面に環状の凹溝が形成され、この凹溝に緩衝材が取り付けられている。凹溝は、ラック軸の軸方向に窪んでラックハウジング側に開口している。緩衝材は、この凹溝に対して軸方向に圧入されている。

特開２００３−３１２４９１号公報特開２０１２−３５７１３号公報

特許文献１に記載のステアリング装置のように、ラック軸の外周に緩衝材を圧入する場合、ラック軸が水平であると緩衝材が重力の影響で位置がずれること等により適切な圧入ができないので、緩衝材の圧入工程では、ラック軸を鉛直方向に沿って立てた状態から緩衝材に向かって下方に移動させ、圧入を行うことが望ましい。ステアリング装置の組み立ては、緩衝材の圧入工程以外はラック軸を水平にした状態で行われるので、上記のようにラック軸を立てて緩衝材を圧入する場合は、ラック軸をラックハウジング等と共に９０度回転させて一方の端部に緩衝材を圧入し、その後さらに１８０度回転させて他方の端部に緩衝材を圧入することが必要となる。このため、組み立て工程及び製造装置が複雑化してしまう。

一方、特許文献２に記載のステアリング装置では、ラックエンドの凹溝に予め緩衝材を圧入してラック軸に固定することができるので、ラック軸に緩衝材を圧入することなく、緩衝材を組み付けることが可能である。しかし、このように凹溝に圧入して固定された緩衝材は、圧入による応力が時間と共に低下する応力緩和（所謂「へたり」）により、長期の使用によって脱落しやすくなる。緩衝材が凹溝から脱落すると、緩衝材が意図しない位置でラックエンドとラックハウジングとの間に介在してしまい、所期の最大舵角までステアリングを操作することができないこととなる。

そこで、本発明は、緩衝材をラック軸の外周に圧入することなく、かつ緩衝材が脱落してしまうことのない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、上記目的を達成するために、［１］〜［３］のステアリング装置を提供する。

［１］ピニオン歯を有し、ステアリングホイールの操作によって回転するピニオン軸と、前記ピニオン軸の前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を有し、車両の操舵輪に連結されたタイロッドを介して前記操舵輪を転舵させるラック軸と、前記ラック軸を軸方向移動可能に収容する筒状のラックハウジングと、前記ラック軸の端部に固定され、前記タイロッドに形成されたボールスタッドの球頭部を回動可能に保持する保持部材とを備え、前記保持部材は、前記球頭部を収容するソケット状の本体部と、前記ラック軸の端部に形成されたネジ孔に螺合するネジ部と、前記本体部と前記ネジ部との間に形成された段部とを一体に有し、前記段部の外径が前記本体部の外径及び前記ラック軸の前記端部の外径よりも小さく、前記保持部材の前記段部に、前記ラックハウジングの端部との接触による衝撃を緩和する環状の緩衝材が外嵌され、前記緩衝材の内径は、前記ラック軸の端部における外径及び前記保持部材の前記本体部の外径よりも小さく、前記ネジ孔に前記ネジ部が螺合することにより前記ネジ孔が開口する前記ラック軸の軸方向端面に前記保持部材の前記段部が接触し、かつ前記緩衝材が前記ラック軸と前記保持部材の前記本体部との間に挟持されたステアリング装置。

［２］前記保持部材は、前記段部の外径が前記ネジ部の外径よりも大きい、［１］に記載のステアリング装置。

［３］前記ラックハウジングは、その端部に前記緩衝材の外径よりも大きな内径を有して軸方向に突出して形成された環状の突起を有し、前記保持部材は、前記緩衝材が前記ラック軸の軸方向に圧縮されることにより、前記ラックハウジングの前記突起の先端面に接触可能である、［１］又は［２］に記載のステアリング装置。

本発明によれば、緩衝材をラック軸の外周に圧入しないために組み立て工程及び製造装置を簡素化することができ、かつ緩衝材が応力緩和によって脱落してしまうことのないステアリング装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るステアリング装置を示す概略構成図。（ａ）は、ボールジョイント及びその周辺部を示す断面図。（ｂ）は、（ａ）のＡ部拡大図。ラックストッパ及び緩衝材を示す断面図。（ａ）は、ラック軸がラックハウジングに対して軸方向に移動して緩衝材がラックストッパに当接した状態した状態を示す断面図。（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図。（ｃ）は、ジョイントハウジングの本体部がラックストッパに当接した状態した状態を示す断面図、（ｄ）は（ｃ）のＣ部拡大図。（ａ）は、ジョイントハウジングに緩衝材を圧入する工程を示す説明図。（ｂ）は、ジョイントハウジングをラック軸に組み付ける工程を示す説明図。

[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係るステアリング装置を示す概略構成図である。

ステアリング装置１は、運転者が回転操舵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が一端に固定されたステアリングシャフト３と、アシストトルクを発生させて操舵を補助する操舵補助装置４と、操舵補助装置４の出力軸４０に連結された中間軸５と、中間軸５に連結されたピニオン軸６０を有する転舵機構６とを備える。

ステアリングシャフト３は、ステアリングコラム３０の内部に回転自在に支持され、ステアリングホイール２と一体に回転する。操舵補助装置４は、電動モータと減速機とを備え、ステアリングホイール２の操舵トルクに応じたアシストトルクを出力軸４０に付与する。

転舵機構６は、ステアリングホイール２の操作によって回転するピニオン軸６０と、ピニオン軸６０の外周面に形成されたピニオン歯６０１に噛み合うラック歯６１１を有するラック軸６１と、ラック軸６１を軸方向移動可能に収容する筒状のラックハウジング６２とを有している。ラック軸６１は、車両の操舵輪１１に連結されたタイロッド１２を介して操舵輪１１を転舵させる。ラック軸６１とタイロッド１２とは、ラック軸６１の端部に配置されたブーツ６３の内部において、次に述べるボールジョイントによって連結されている。操舵輪１１は、ラック軸６１の軸方向の変位量に応じてその転舵角が変化する。

図２（ａ）は、ボールジョイント７及びその周辺部を示す断面図である。図２（ｂ）は、（ａ）のＡ部拡大図である。なお、図２では、ラック軸６１の一方の端部を示しているが、ラック軸６１の他方の端部も同様に構成されている。

ボールジョイント７は、ラック軸６１の端部に固定された保持部材としてのジョイントハウジング７０と、タイロッド１２の端部に形成されたボールスタッド１２０とによって構成されている。ジョイントハウジング７０は、ボールスタッド１２０の球頭部１２１を回動可能に保持している。ジョイントハウジング７０は、例えば鉄系金属からなる。

ラック軸６１は、図略のラックブッシュを介してラックハウジング６２に支持されている。ラック軸６１には、ラック軸６１の軸方向端面６１ａに開口するネジ孔６１０が形成されている。ネジ孔６１０は、ラック軸６１の軸方向に延びるように形成され、その内周面には雌ネジが形成されている。

ジョイントハウジング７０は、ボールスタッド１２０の球頭部１２１を収容するソケット状の本体部７１と、ラック軸６１のネジ孔６１０に螺合するネジ部７３と、本体部７１とネジ部７３との間に形成された段部７２とを一体に有している。段部７２は、本体部７１とラック軸６１の軸方向端面６１ａとの間に形成されている。本体部７１には、球頭部１２１を収容する空間７１０が形成され、ボールスタッド１２０の軸部１２２が空間７１０から導出されている。

本体部７１の外径（本体部７１の段部７２側の端部における外径）をＤ_１、段部７２の外径をＤ_２、ネジ部７３の外径をＤ_３とすると、段部７２の外径Ｄ_２は、本体部７１の外径Ｄ_１よりも小さく、かつネジ部７３の外径Ｄ_３よりも大きく形成されている。また、ラック軸６１の外径をＤ_４とすると、段部７２の外径Ｄ_２は、ラック軸６１の外径をＤ_４よりも小さく形成されている。段部７２には、環状の緩衝材８が外嵌されている。つまり、段部７２の外周側に緩衝材８が嵌め合されている。緩衝材８は、例えばポリウレタン等の弾性体からなる。

ラックハウジング６２は、筒状の本体部６２Ａと、本体部６２Ａの端部に設けられた環状のラックストッパ６２０とを有している。本実施の形態では、ラックストッパ６２０が本体部６２Ａの端部に形成された凹部６２ｂに圧入されている。ラックストッパ６２０は、本体部６２Ａよりも硬度が高い素材からなる。ラックストッパ６２０は例えば鉄系金属からなり、本体部６２Ａは例えばアルミニウム合金からなる。

ラックストッパ６２０は、基部６２１と、基部６２１からラック軸６１の軸方向に突出して形成された環状の突部６２２とを一体に有し、基部６２１が凹部６２ｂの奥側に、突部６２２がジョイントハウジング７０の本体部７１側に、それぞれ配置されている。突部６２２の内径は基部６２１の内径よりも大きく、突部６２２の外径は基部６２１の外径と同じである。つまり、突部６２２は、基部６２１の外周側に形成された鍔状の突起として形成されている。

図２（ｂ）に示すように、緩衝材８は、ジョイントハウジング７０の本体部７１の軸方向端面７１ａと、ラック軸６１の軸方向端面６１ａとの間に配置されている。本実施の形態では、緩衝材８の軸方向の一方の端面８ａの内側の一部がラック軸６１の軸方向端面６１ａに接触し、他方の端面８ｂの全体がジョイントハウジング７０の本体部７１の軸方向端面７１ａに接触している。つまり、緩衝材８が弾性変形してジョイントハウジング７０の本体部７１及びラック軸６１に挟持されている。これにより、ラック軸６１の軸方向への緩衝材８の移動が規制されている。

図３は、ラックストッパ６２０及び緩衝材８を示す断面図である。

緩衝材８の外径をＤ_１１とし、内径をＤ_１２とすると、緩衝材８の外径Ｄ_１１は、本体部７１の外径Ｄ_１よりも小さく形成されている。緩衝材８の内径Ｄ_１２は、段部７２の外径Ｄ_２と同等である。また、ラックストッパ６２０の基部６２１の内径をＤ_２１とし、突部６２２の内径をＤ_２２とすると、突部６２２の内径Ｄ_２２は、緩衝材８の外径Ｄ_１１よりも大きく、かつ本体部７１の外径Ｄ_１よりも小さく形成されている。基部６２１の内径Ｄ_２１は、ラックハウジング６２の本体部６２Ａの内径と同等である。

図４Ａ（ａ）は、ラック軸６１がラックハウジング６２に対して軸方向に移動して緩衝材８がラックストッパ６２０に当接した状態した状態を示し、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。図４Ｂ（ｃ）は、ラック軸６１がさらに移動してジョイントハウジング７０の本体部７１がラックストッパ６２０に当接した状態した状態を示し、（ｄ）は（ｃ）のＣ部拡大図である。

ステアリングホイール２が一方向（例えば右方向）に最大舵角近くまで回転操作されると、図４Ａ（ａ）及び（ｂ）に示すように、ジョイントハウジング７０がラックストッパ６２０に接近して緩衝材８がラックストッパ６２０に当接する。この際、緩衝材８の一方の端面８ａがラックストッパ６２０の基部６２１の端面６２１ａに接触し、ラックストッパ６２０の突部６２２の先端面６２２ａとジョイントハウジング７０の本体部７１の軸方向端面７１ａとは僅かな隙間を介して向かい合う。

緩衝材８がラックストッパ６２０が接触した後、さらにステアリングホイール２が一方向に回転操作されると、図４Ｂ（ｃ）及び（ｄ）に示すように、緩衝材８が軸方向に圧縮されて弾性変形し、ラックストッパ６２０の突部６２２の先端面６２２ａとジョイントハウジング７０の本体部７１の軸方向端面７１ａとが接触（メタルタッチ）する。つまり、ジョイントハウジング７０は、緩衝材８がラック軸６１の軸方向に圧縮されることにより、ラックストッパ６２０の突部６２２の先端面６２２ａに接触可能である。ジョイントハウジング７０の本体部７１がラックストッパ６２０の突部６２２に接触すると、さらなるラック軸６１の軸方向移動が妨げられるので、そのときの舵角が最大舵角となる。

次に、図５を参照してジョイントハウジング７０の組み立て手順について説明する。図５（ａ）は、ジョイントハウジング７０に緩衝材８を圧入する工程を示す説明図である。図５（ｂ）は、ジョイントハウジング７０をラック軸６１に組み付ける工程を示す説明図である。

図５（ａ）に示すように、緩衝材８は、その中心軸が鉛直方向となるように水平に置かれた状態でジョイントハウジング７０の段部７２に圧入される。ジョイントハウジングは、ネジ部７３を下側として緩衝材８の上方から矢印Ｄ方向への推力を受け、段部７２の外周に緩衝材８が外嵌される。なお、図５（ａ）では、予めジョイントハウジング７０の本体部７１にボールスタッド１２０の球頭部１２１が収容されている場合について図示しているが、緩衝材８を圧入した後に本体部７１に球頭部１２１を収容してもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、ジョイントハウジング７０のネジ部７３をラック軸６１のネジ孔６１０に螺合させる。ネジ部７３には雄ネジ７３ａが螺旋状に形成され、ネジ孔６１０には雌ネジ６１０ａが螺旋状に形成されている。ジョイントハウジング７０を矢印Ｅ方向に回転させることにより、雄ネジ７３ａが雌ネジ６１０ａに噛み合い、ネジ部７３がネジ孔６１０の奥側に移動する。これにより、緩衝材８がラック軸６１とジョイントハウジング７０の本体部７１との間に挟持される。

[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

（１）緩衝材８は、ジョイントハウジング７０の段部７２に外嵌されて組み付けられるので、ラック軸６１に緩衝材を圧入する必要がない。これにより、ステアリング装置１の組み立て時にはラック軸６１を水平に保った状態で組み立てを行うことが可能となり、ステアリング装置１の組み立て工程及び製造装置を簡素化することができる。

（２）緩衝材８は、ジョイントハウジング７０の段部７２に外嵌されるので、長期の使用によっても緩衝材８が脱落してしまうことがない。また、段部７２の外径Ｄ_２及び緩衝材８の内径Ｄ_１２は、ラック軸６１の端部における外径Ｄ_４よりも小さく、緩衝材８はラック軸６１とジョイントハウジング７０の本体部７１との間に挟持されるので、緩衝材８を段部７２に圧入した際の応力が応力緩和によって低下しても、緩衝材８がラック軸６１の軸方向に移動してしまうことを抑制することができる。

（３）ジョイントハウジング７０は、緩衝材８の弾性変形によりラックストッパ６２０に接触するので、最大舵角までステアリングホイール２が回転操作された際の衝撃が緩衝材８によって緩和されると共に、ラック軸６１のラックハウジング６２に対する最大の移動量を正確に規制することができる。つまり、仮にジョイントハウジング７０とラックストッパ６２０との間に常に緩衝材８が介在する場合には、長期の使用によって緩衝材８の厚さが変化すると、ラック軸６１のラックハウジング６２に対する最大移動量も変化してしまうが、本実施の形態では、最大舵角時にジョイントハウジング７０がラックストッパ６２０に接触するので、緩衝材８の厚さが変化したとしても、ラック軸６１の最大移動量は不変である。これにより、例えば操舵輪１１が設計値以上に転舵されてしまうことを回避することが可能となる。

以上、本発明のステアリング装置の連結部材を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。

例えば、本実施の形態では、ラックハウジング６２が筒状の本体部６２Ａとラックストッパ６２０とを有し、ラックストッパ６２０に突部６２２が形成された場合について説明したが、これに限らず、筒状の本体部に軸方向に突出する突部が形成されていてもよい。つまり、本体部６２Ａとラックストッパ６２０とを一体としてラックハウジング６２が構成されていてもよい。

また、本実施の形態では、ジョイントハウジング７０とラック軸６１とが、ネジ部７３とネジ孔６１０との螺合によって固定された場合について説明したが、ジョイントハウジング７０とラック軸６１との固定手段は、これに限らない。例えば、ラック軸に雄ネジが形成され、ジョイントハウジングのネジ孔に雌ネジが形成されていてもよい。

また、本実施の形態では、緩衝材８をジョイントハウジング７０の段部７２に圧入する場合について説明したが、緩衝材８は、必ずしも段部７２に圧入しなくともよい。

１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、４…操舵補助装置、５…中間軸、６…転舵機構、７…ボールジョイント、８…緩衝材、８ａ，８ｂ…端面、１１…操舵輪、１２…タイロッド、３０…ステアリングコラム、４０…出力軸、６０…ピニオン軸、６１…ラック軸、６１ａ…軸方向端面、６２…ラックハウジング、６２Ａ…本体部、６２ｂ…凹部、６３…ブーツ、７０…ジョイントハウジング、７１…本体部、７１ａ…軸方向端面、７２…段部、７３…ネジ部、７３ａ…雄ネジ、１２０…ボールスタッド、１２１…球頭部、１２２…軸部、６０１…ピニオン歯、６１０…ネジ孔、６１０ａ…雌ネジ、６１１…ラック歯、６２０…ラックストッパ、６２１…基部、６２１ａ…端面、６２２…突部、６２２ａ…先端面、７１０…空間

Claims

ピニオン歯を有し、ステアリングホイールの操作によって回転するピニオン軸と、
前記ピニオン軸の前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を有し、車両の操舵輪に連結されたタイロッドを介して前記操舵輪を転舵させるラック軸と、
前記ラック軸を軸方向移動可能に収容する筒状のラックハウジングと、
前記ラック軸の端部に固定され、前記タイロッドに形成されたボールスタッドの球頭部を回動可能に保持する保持部材とを備え、
前記保持部材は、前記球頭部を収容するソケット状の本体部と、前記ラック軸の端部に形成されたネジ孔に螺合するネジ部と、前記本体部と前記ネジ部との間に形成された段部とを一体に有し、前記段部の外径が前記本体部の外径及び前記ラック軸の前記端部の外径よりも小さく、
前記保持部材の前記段部に、前記ラックハウジングの端部との接触による衝撃を緩和する環状の緩衝材が外嵌され、
前記緩衝材の内径は、前記ラック軸の端部における外径及び前記保持部材の前記本体部の外径よりも小さく、
前記ネジ孔に前記ネジ部が螺合することにより前記ネジ孔が開口する前記ラック軸の軸方向端面に前記保持部材の前記段部が接触し、かつ前記緩衝材が前記ラック軸と前記保持部材の前記本体部との間に挟持された
ステアリング装置。
前記保持部材は、前記段部の外径が前記ネジ部の外径よりも大きく、
前記緩衝材は、前記段部に圧入されている、
請求項１に記載のステアリング装置。
前記ラックハウジングは、その端部に前記緩衝材の外径よりも大きな内径を有して軸方向に突出して形成された環状の突起を有し、
前記保持部材は、前記緩衝材が前記ラック軸の軸方向に圧縮されることにより、前記ラックハウジングの前記突起の先端面に接触可能である、
請求項１又は２に記載のステアリング装置。