JP6987008B2

JP6987008B2 - 緩衝ストッパ

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Publication number: JP6987008B2
Application number: JP2018059847A
Authority: JP
Inventors: 政弘池田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: JP2019173788A

Description

本発明は、緩衝作用を発揮しながら可動部材の変位や部材間の相対変位などを停止させる緩衝ストッパに関する。本発明の緩衝ストッパは例えば、車両用ステアリングラックのラックエンドストッパとして用いられる。また本発明の緩衝ストッパは、自動車用機器のほか産業用機器の分野などでも用いられる。

緩衝ストッパは例えば、車両の操舵装置におけるステアリングラックの端部に使用されるラックエンドストッパとして図６に示すように、互いに軸方向に相対変位するラックハウジング５１およびラック６１間でゴム材料よりなる弾性体８２を圧縮変形させる構造とされている。

一般的に緩衝ストッパ８１による衝撃（入力）の緩衝は、可動部材（ラック６１）の重量と速度による運動エネルギーを緩衝ストッパ８１における弾性体８２の変位と反力により吸収しようとするものであって、図７に示すように弾性体８２の変位量と反力からなる線図で示される面積Ｓの大きさで吸収可能なエネルギー量が決まる。

したがって、吸収可能なエネルギー量を増やすためには、弾性体８２の変位量を大きくするか、あるいは反力（剛性＝バネ定数）を大きくするかして、線図で示される面積Ｓを大きくするのが一般的である。

特開平８−１３３１０２号公報

しかしながら、上記従来技術には、以下の点で改良の余地がある。

すなわち、緩衝ストッパ８１における弾性体８２では一般的な弾性材料の特性として非線形領域のような高反力を得るために相応の歪みが必要である。この点につき上記従来の構造で要求機能を満足させようとするとストッパサイズの拡大が必要となるが、周辺部品との関係により設計スペースが限られるため、サイズ拡大は容易ではない。

上記問題の解決手法として、入力により変形した弾性体８２がハウジング５１およびストッパ８１間のクリアランス（径方向間隙）内に充満することにより高反力を得ることが考えられる。

しかしながらこの手法では、弾性体８２がハウジング５１およびストッパ８１間のクリアランス内に充満するまでの間は、弾性体８２の線形領域特性に依存して吸収可能なエネルギー量が定められる。したがって吸収可能なエネルギー量を増大させるためには弾性体８２の剛性を大きくするしかないため、弾性体８２のみによる対応には限界がある。

本発明は以上の点に鑑みて、吸収可能なエネルギー量を増大させることができる緩衝ストッパを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の緩衝ストッパは、内周面および前記内周面に連なる端面部を設けたハウジングと前記ハウジングの内周側に軸方向変位可能に配置された可動部材との間に介装される緩衝ストッパであって、前記可動部材とともに軸方向変位可能とされる金具と、前記金具に保持され、前記金具および前記端面部間に配置され、前記金具が前記端面部に近付く方向に変位したときに前記金具および前記端面部間で軸方向に圧縮され径方向外方へ膨張する弾性体と、前記弾性体の外周側に軸方向変位可能に配置され、前記弾性体が径方向外方へ膨張したときに前記弾性体に押圧されて前記ハウジングおよび前記金具間の径方向間隙へ進入する向きに変位するリング部材と、前記リング部材の内周面および／または前記金具の外周面に設けられ、前記リング部材が変位したときに前記リング部材を拡径させるテーパー状の傾斜面とを備えることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載の緩衝ストッパにおいて、前記リング部材は、前記弾性体よりも高剛性の材質よりなることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載の緩衝ストッパにおいて、前記リング部材は、拡径しやすいよう円周上にカット部または部分的なスリットを備えることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載の緩衝ストッパにおいて、前記リング部材は、前記金具に係合することにより前記金具に対する初動位置を規定するカエシ状の係合部を備えることを特徴とする。

本発明では、弾性体が圧縮され径方向外方へ膨張する過程でこの弾性体がリング部材を押圧し、押圧されたリング部材はハウジングおよび金具間の径方向間隙へ進入する向きに変位する。そして、リング部材の内周面や金具の外周面にはリング部材が変位したときにリング部材を拡径させるテーパー状の傾斜面が設けられているので、リング部材は変位に伴って拡径し、ハウジングの内周面に押し付けられる。したがってリング部材がハウジングの内周面に押し付けられることにより摺動抵抗が発生するため、この摺動抵抗が発生する分、吸収可能なエネルギー量を増大させることが可能とされる。

リング部材は、弾性体よりも高剛性の材質よりなるものとするのが好適であり、これによればリング部材が圧縮変形しにくく摺動抵抗を発生させやすくなる。リング部材は円周上にカット部または部分的なスリットを備えるものとするのが好適であり、これによればリング部材が拡径しやすくなる。また、リング部材は金具に係合するカエシ状の係合部を備えるものとするのが好適であり、これによれば金具に対するリング部材の初動位置を規定することが可能とされる。

実施の形態に係る緩衝ストッパの要部断面図（Ａ）は同緩衝ストッパの斜視図、（Ｂ）は同緩衝ストッパの他の例を示す斜視図同緩衝ストッパの作動状態を示す要部断面図同緩衝ストッパにおける変位と反力の関係を示すグラフ図他の実施の形態に係る緩衝ストッパの要部断面図従来技術に係る緩衝ストッパの要部断面図同緩衝ストッパにおける変位と反力の関係を示すグラフ図

実施の形態に係る緩衝ストッパ１１は、車両の操舵装置におけるステアリングラックのラックエンドストッパとして用いられるものであって、図１に示すように、互いに軸方向に相対変位するハウジングおよび可動部材としてのラックハウジング５１およびラック６１の間に介装されて緩衝作用を発揮しつつストッパ作用を発揮する。以下、図１における上方を軸方向一方と称し、図１における下方を軸方向他方とも称する。

ラックハウジング５１は、内周面５２を備え、またこの内周面５２の軸方向他方の端部から連続する軸直角平面状の環状の端面部５３を備えている。ラック６１は、ラックハウジング５１の内周面５２と径方向に対向する外周面６２を備え、またこの外周面６２の軸方向一方の端部から連続する環状の段差部６３を備えている。したがってラックハウジング５１における内周面５２および端面部５３ならびにラック６１における外周面６２および段差部６３によって環状の装着空間７１が設けられ、この装着空間７１内に全体として環状をなす緩衝ストッパ１１が装着されている。

緩衝ストッパ１１は、金具２１、弾性体３１およびリング部材４１を備えている。緩衝ストッパ１１は、金具２１、弾性体３１およびリング部材４１よりなる。

金具２１は、所定の金属によって環状に形成され、筒状部２２とこの筒状部２２の軸方向一方の端部から径方向外方へ向けて設けられたフランジ部２３とを一体に備えて断面Ｌ字形に形成されている。金具２１はラック６１の段差部６３に係合しており、よってラック６１が軸方向他方へ変位するとこれに伴ってラック６１も軸方向他方へ変位し、すなわちラックハウジング５１の端面部５３に近付く方向に変位する。金具２１の内周面およびラック６１の外周面６２間には隙間（図示せず）が形成されていても良く、すなわち金具２１はラック６１に対し遊嵌されていても良い。金具２１の外周面（フランジ部２３の外周面）はラックハウジング５１の内周面５２に接触しておらず、よって金具２１の外周面とラックハウジング５１の内周面５２との間に径方向間隙ｃ_１が形成されている。

弾性体３１は、所定のゴムによって環状に形成され、金具２１の内面（筒状部２２の外周面およびフランジ部２３の軸方向他方の端面）に接着（加硫接着）された弾性体本体部３２と、この弾性体本体部３２から軸方向他方へ向けて設けられた弾性体脚部３３とを一体に備えている。弾性体脚部３３は金具２１の端部（筒状部２２の軸方向他方の端部）よりも軸方向他方に突出するよう形成され、その先端部をもってラックハウジング５１の端面部５３に初期的に接触している。弾性体３１の外周面はラックハウジング５１の内周面５２に接触しておらず、よって弾性体３１の外周面とラックハウジング５１の内周面５２との間に初期的な径方向間隙ｃ_２が形成されている。

リング部材４１は、弾性体３１のゴムよりも高剛性の材質、例えばウレタン材によって環状に形成されている。リング部材４１は弾性体３１（弾性体本体部３２）の外周側であってラックハウジング５１および弾性体３１間の径方向間隙ｃ_２に配置され、軸方向他方から押圧荷重が作用したときに軸方向一方へ向けて変位することが可能とされ、すなわちラックハウジング５１および金具２１間の径方向間隙ｃ_１へ進入する向きに変位することが可能とされている。リング部材４１の外周面はラックハウジング５１の内周面５２に接触しておらず、よってリング部材４１の外周面とラックハウジング５１の内周面５２との間に初期的な径方向間隙ｃ_３が形成されている。

また、このリング部材４１は、ハウジング５１および金具２１間の径方向間隙ｃ_１へ進入する向きに変位したときにその径寸法を拡大するよう弾性変形することが可能とされており、変位時にリング部材４１が拡径変形するようリング部材４１の内周面および金具２１の外周面にそれぞれテーパー状の傾斜面４２，２４が設けられている。

すなわち、リング部材４１の内周面に軸方向一方から他方へかけて内径寸法が徐々に縮小する向きの環状の傾斜面４２が設けられ、金具２１の外周面に軸方向一方から他方へかけて外径寸法が徐々に縮小する向きの環状の傾斜面２４が設けられている。リング部材４１の内周面に設けられた傾斜面４２は、その最大内径が、金具２１の外周面に設けられた傾斜面４２の最大外径よりも小さくかつ最小外径よりも大きく形成され、その最小内径は金具２１の外周面に設けられた傾斜面２４の最小外径よりも小さく形成されている。両傾斜面４２，２４の傾斜角度は同等ないし略同等に形成されている。

したがって、リング部材４１がハウジング５１および金具２１間の径方向間隙ｃ_１へ進入する向きに変位すると、リング部材４１が拡径変形する。

また、このリング部材４１の拡径変形を容易にするため、図２（Ａ）に示すようにリング部材４１の円周上１箇所にカット部４３が設けられ、リング部材４１がこのカット部４３で円周上分断されている。カット部４３はこれに代えて、図２（Ｂ）に示すように円周上複数のスリット４４であっても良い。

上記構成の緩衝ストッパ１１において、図１の状態からラック６１が軸方向他方へ変位すると図３に示すように、ラック６１と共に金具２１が変位し、弾性体３１が圧縮され径方向外方へ膨張し、ラックハウジング５１および弾性体３１間の径方向間隙ｃ_２に充満することになるが、この膨張し充満する過程で弾性体３１がリング部材４１を押圧する。押圧されたリング部材４１はハウジング５１および金具２１間の径方向間隙ｃ_１へ進入する向きに変位し、変位する過程でテーパー状の傾斜面４２，２４に沿って拡径し、ハウジング５１の内周面５２に押し付けられる。したがってリング部材４１がハウジング５１の内周面５２に押し付けられて摺動抵抗を発生させながら変位するため、摺動抵抗による反力が増大する分、吸収可能なエネルギー量を増大させることが可能とされる。

したがって、緩衝ストッパ１１の緩衝特性としては、図４のグラフ図に実線で示すようになり（点線は比較例（図６）を示す）、とくに線径領域（ａ−ｂ間）において特性ラインの上昇率が増大するため、吸収可能なエネルギー量を増大させることができる。

また、図３の作動状態において、リング部材４１がハウジング５１および金具２１間の径方向間隙ｃ_１を塞ぐことになるため、弾性体３１がこの間隙ｃ_１に挟まれて破損するのを防止することができる。

尚、作動後、リング部材４１は弾性体３１の反力により図３の作動位置から図１の初動へ復帰する。

上記実施の形態に係る緩衝ストッパ１１は、以下のようにその構成を付加・変更することが考えられる。

上記実施の形態に係る緩衝ストッパ１１では、リング部材４１を拡径させるためリング部材４１の内周面および金具２１の外周面にそれぞれテーパー状の傾斜面４２，２４を設けたが、リング部材４１を拡径することができれば、テーパー状の傾斜面をリング部材４１の内周面および金具２１の外周面のうち何れか一方のみに設けることにしても良い。

上記実施の形態に係る緩衝ストッパ１１で作動後、リング部材４１が図３の作動位置から図１の初動位置へ復帰する過程で、ハウジング５１および弾性体３１間の径方向間隙ｃ_２が大きい場合には、リング部材４１が軸方向他方へ変位し過ぎてしまうことが懸念される。そこで、これに対策するには図５に示すように、リング部材４１にカエシ状の係合部４５を一体に設けるのが好適であり、これによればカエシ状の係合部４５が金具２１に係合してリング部材４１の金具２１に対する初動位置が規定されるため、リング部材４１が軸方向他方へ変位し過ぎてしまうのを防止することができる。

また、上記実施の形態に係る緩衝ストッパ１１では、弾性体３１が圧縮され径方向外方へ膨張し径方向間隙ｃ_２に充満する過程でこの弾性体３１がリング部材４１を軸方向一方へ向けて押圧しやすいように弾性体３１の外周面に断面円弧形を呈する環状の窪み３４が設けられて、この窪み３４の外周側にリング部材４１が配置されているが、この窪み３４の有無や断面形状はとくに限定されず、リング部材４１を押圧して軸方向一方へ変位させることができれば良い。また、膨張時にリング部材４１に係合する部分を弾性体３１に設け、この係合によってリング部材４１を図３の作動位置から図１の初動位置へ復帰させる（引き戻す）ようにしても良い。また、上記したようにリング部材４１にカエシ状の係合部４５が設けられている場合ｉは、高負荷時にこのカエシ状の係合部４５をラック６１と接触させることによりリング部材４１を図３の作動位置から図１の初動位置へ復帰させるようにしても良い。

１１緩衝ストッパ
２１金具
２２筒状部
２３フランジ部
２４，４２傾斜面
３１弾性体
３２弾性体本体部
３３弾性体脚部
３４窪み
４１リング部材
４３カット部
４４スリット
４５係合部
５１ラックハウジング（ハウジング）
５２内周面
５３端面部
６１ラック（可動部材）
６２外周面
６３段差部
７１装着空間
ｃ_１，ｃ_２，ｃ_３径方向間隙

Claims

内周面および前記内周面に連なる端面部を設けたハウジングと前記ハウジングの内周側に軸方向変位可能に配置された可動部材との間に介装される緩衝ストッパであって、
前記可動部材とともに軸方向変位可能とされる金具と、
前記金具に保持され、前記金具および前記端面部間に配置され、前記金具が前記端面部に近付く方向に変位したときに前記金具および前記端面部間で軸方向に圧縮され径方向外方へ膨張する弾性体と、
前記弾性体の外周側に軸方向変位可能に配置され、前記弾性体が径方向外方へ膨張したときに前記弾性体に押圧されて前記ハウジングおよび前記金具間の径方向間隙へ進入する向きに変位するリング部材と、
前記リング部材の内周面および／または前記金具の外周面に設けられ、前記リング部材が変位したときに前記リング部材を拡径させるテーパー状の傾斜面とを備えることを特徴とする緩衝ストッパ。
請求項１記載の緩衝ストッパにおいて、
前記リング部材は、前記弾性体よりも高剛性の材質よりなることを特徴とする緩衝ストッパ。
請求項１または２記載の緩衝ストッパにおいて、
前記リング部材は、拡径しやすいよう円周上にカット部または部分的なスリットを備えることを特徴とする緩衝ストッパ。
請求項１、２または３記載の緩衝ストッパにおいて、
前記リング部材は、前記金具に係合することにより前記金具に対する初動位置を規定するカエシ状の係合部を備えることを特徴とする緩衝ストッパ。