JP6510872B2 - 緩衝ストッパ - Google Patents

Description

本発明は、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緩衝手段として取り付けられる緩衝ストッパに関する。

自動車のラックアンドピニオン式の操舵装置は、よく知られているように、運転者がステアリングホイールを回転操作することにより、ピニオンギアを介してステアリングラックが移動され、その左右両端にボールジョイントを介して連結されたタイロッドが、ステアリングラックに対して揺動され、車輪を任意の方向へ旋回させるようになっている。この種の操舵装置において、ステアリングラックの端部には、ラックハウジングの端面との間で衝撃を緩和するための緩衝手段として、緩衝ストッパが設けられている。

図８は、従来の技術による緩衝ストッパを装着状態で示すもので、参照符号２００はラックハウジング、参照符号３００はこのラックハウジング２００に軸方向往復動自在に挿通されたステアリングラック、参照符号４００はステアリングラック３００の端部に設けられたラックエンド３０１にボールジョイント４０１を介して連結されたタイロッドである。緩衝ストッパ１００は、ラックエンド３０１におけるラックハウジング２００の拡径部２０１の端面２０１ａとの対向面に取り付けられており、金属環などからなるストッパ本体１０１と、その外周にゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で一体に成形された緩衝体１０２を備える。緩衝体１０２の軸方向長さは、ストッパ本体１０１の筒部１０１ａの軸方向長さよりも長いものとなっている。

この緩衝ストッパ１００は、例えば油圧や電動等により操舵力がアシストされた車両において、フルロックまで勢いよくハンドルを切った場合などに、ラックハウジング２００に対して軸方向往復動するステアリングラック３００がそのストロークエンドに達する過程で、緩衝体１０２の端部１０２ａが、まずラックハウジング２００の端面２０１ａと圧接して軸方向へ圧縮変形されることにより衝撃を緩和し、次にストッパ本体１０１の筒部１０１ａの端部がラックハウジング２００の端面２０１ａと接触することによって、ステアリングラック３００の最大変位量を規制するメカニカルストッパとして機能するものである（例えば特許文献１参照）。

特開平８−１３３１０２号公報

この種の緩衝ストッパでは、緩衝体１０２の圧縮が開始されてからストッパ本体１０１の筒部１０１ａの端部がラックハウジング２００の端面２０１ａと接触するまでのストロークの範囲で、運動エネルギーを効率よく吸収する必要がある。このため、一般的には緩衝体１０２としてゴム弾性体を用い、ゴム弾性体によるばね特性及び減衰特性を利用しているが、粘性流体の減衰機能を利用したものに比較して運動エネルギーの吸収効率が低い。

また、ゴム弾性体の摩擦抵抗を利用して運動エネルギーの吸収効率の向上を図ったものもあるが、運動エネルギーの吸収が、衝撃吸収を必要とする方向のみでなく、その逆方向においても同じ摩擦抵抗を発生するため、ゴム弾性体の圧縮反力による戻り方向の動作が阻害されてしまう問題がある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、戻り方向の動作が阻害されることなく、運動エネルギーの吸収機能を向上させることの可能な緩衝ストッパを提供することにある。

本発明に係る緩衝ストッパは、
軸方向に相対移動可能で相対移動によって互いの端面を近接離隔させる二部材のうちの一方の部材に配置され、前記二部材のうちの他方の部材の端面と対向する端部を有するストッパ本体と、前記二部材の端面間に配置されたゴム状弾性材料からなる第一緩衝体と、前記他方の部材の端面側の位置で前記第一緩衝体と軸方向へ直列に並んで前記ストッパ本体に組み込まれたゴム状弾性材料からなる第二緩衝体とを備え、前記第一緩衝体は、前記第二緩衝体より低ばねであって、前記二部材の端面同士の近接によって前記第二緩衝体を介した軸方向圧縮を受け、この圧縮に伴い径方向へ膨出変形した外周面を前記他方の部材に軸方向摺動可能に接触させ、前記第二緩衝体は、前記ストッパ本体の端部よりも前記他方の部材の端面側へ向けて軸方向へ突出するように延びている。

すなわち上記構成において、二部材が第一及び第二緩衝体の圧縮方向へ軸方向相対移動する過程では、まず相対的に低ばねである第一緩衝体が軸方向圧縮を受けるので、圧縮初期は低ばねによる優れた緩衝性が得られる。そして第一緩衝体は軸方向圧縮と共に径方向へ膨出変形して、その外周面が他方の部材に接触して軸方向へ摺動し、摩擦抵抗を発生する。また、第一緩衝体の外周面が他方の部材に接触することによってその径方向膨出変形が抑えられ、ひいては軸方向圧縮が抑えられるため、それ以後は相対的に高ばねである第二緩衝体が軸方向圧縮を受けることになる。そしてこの第二緩衝体の圧縮過程でも、第一緩衝体の外周面が他方の部材と軸方向へ摺動することによる摩擦抵抗が継続して発生するため、吸収可能な運動エネルギーが大きくなり、さらにストッパ本体の端部が二部材のうちの他方の部材の端面と接触することによって、最大変位量が規制される。

次に、ストッパ本体の端部が二部材のうちの他方の部材の端面と接触した状態から、二部材が第一及び第二緩衝体の伸長方向へ軸方向相対移動する過程では、まず相対的に低ばねである第一緩衝体の軸方向圧縮が解除されてその外径が縮小されるので他方の部材との摺動による摩擦抵抗が減少し、さらに、相対的に高ばねである第二緩衝体の軸方向圧縮が解除されていく。このため前記二部材の戻り方向の動作が阻害されない。

本発明に係る緩衝ストッパによれば、圧縮方向に対してはゴム状弾性材料の弾性と摩擦抵抗によって運動エネルギーの吸収機能を向上させることができ、しかも戻り方向に対しては摩擦抵抗が緩和されるので、戻り方向の円滑な動作が確保される。

本発明に係る緩衝ストッパの好ましい実施の形態を示す無負荷状態の断面図である。 本発明に係る緩衝ストッパの好ましい実施の形態の特性線図である。 本発明に係る緩衝ストッパの好ましい実施の形態を示す第一緩衝体の初期圧縮状態の断面図である。 本発明に係る緩衝ストッパの好ましい実施の形態を示す第二緩衝体の圧縮開始状態の断面図である。 本発明に係る緩衝ストッパの好ましい実施の形態を示すストッパ本体による最大変位規制状態の断面図である。 本発明に係る緩衝ストッパの好ましい実施の形態を示す圧縮解除過程の断面図である。 本発明に係る緩衝ストッパの好ましい他の実施の形態を示す無負荷状態の断面図である。 従来の技術による緩衝ストッパの一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る緩衝ストッパの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る緩衝ストッパを装着状態で示すもので、参照符号２はラックハウジング、参照符号３はこのラックハウジング２に軸方向往復動自在に挿通されたステアリングラック、参照符号４はステアリングラック３の端部に設けられたラックエンド３１にボールジョイント４１を介して連結されたタイロッドである。ラックハウジング２の端部には、ラックエンド３１におけるタイロッド４と反対側の端面３１ａと軸方向に対向する拡径部２１と、その外径部からタイロッド４側へ向けて延び、ラックエンド３１より大径の筒状部２２が形成されている。なお、ステアリングラック３は二部材のうちの一方の部材に相当し、ラックハウジング２は二部材のうちの他方の部材に相当する。

本発明に係る緩衝ストッパ１は、ラックハウジング２に外挿されると共にラックエンド３１におけるタイロッド４と反対側の端面３１ａに当接して取り付けられたストッパ本体１１と、このストッパ本体１１に互いに軸方向直列に並んだ状態で組み込まれた第一緩衝体１２及び第二緩衝体１３を備える。

ストッパ本体１１は金属などで製作されたものであって、ステアリングラック３に外挿される筒部１１ａと、この筒部１１ａの端部から外径側へ展開し、ラックエンド３１におけるタイロッド４と反対側の端面３１ａに当接される鍔部１１ｂからなる。

第一緩衝体１２及び第二緩衝体１３は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたものであって、ストッパ本体１１の筒部１１ａに外挿されている。そして、第一緩衝体１２のほうが第二緩衝体１３よりも剛性が低く、すなわち第二緩衝体１３よりも低ばねとなっている。第一緩衝体１２と第二緩衝体１３のばね定数はできるかぎり乖離していることが好ましく、例えば第一緩衝体１２のばね定数は第二緩衝体１３のばね定数の１／１０以下とする。

第一緩衝体１２は、ストッパ本体１１の鍔部１１ｂにおけるラックエンド３１と反対側の端面に接着されており、その外径は、通常はラックハウジング２における筒状部２２の内周面２２ａより小径（非接触）であるが、軸方向圧縮伴う径方向膨出変形によって、外周面１２ａがラックハウジング２における筒状部２２の内周面２２ａに軸方向摺動可能に接触されるように、その軸方向厚さや外径寸法などが設定されている。

第二緩衝体１３は、第一緩衝体１２から見てストッパ本体１１の鍔部１１ｂと反対側、すなわちラックハウジング２の拡径部２１側に位置して、第一緩衝体１２と軸方向に重なった状態でストッパ本体１１の筒部１１ａに外挿されており、第一緩衝体１２と反対側の端部は、ストッパ本体１１の筒部１１ａの端部よりラックハウジング２の拡径部２１の端面２１ａ側へ向けて軸方向へ突出するように延びている。

以上のように構成された緩衝ストッパ１によれば、例えば油圧や電動等により操舵力がアシストされた車両において、フルロックまで勢いよくハンドルを切った場合などに、ラックハウジング２に対して軸方向往復動するステアリングラック３がそのストロークエンドに達する過程で、第二緩衝体１３の端面１３ａがラックハウジング２の拡径部２１の端面２１ａに圧接されると、第二緩衝体１３に比較して著しく低ばね定数である第一緩衝体１２が、第二緩衝体１３に先行して軸方向圧縮を受ける。このため、圧縮初期においては図２の特性線に示す領域ａのように、低ばね特性による優れた衝撃吸収性が得られる。

ここで、第一緩衝体１２は軸方向圧縮を受けるのに伴って径方向へ膨出変形することから、やがて図３に示すように、外周面１２ａがラックハウジング２における筒状部２２の内周面２２ａに接触し、したがってステアリングラック３の軸方向変位に伴って第一緩衝体１２の外周面１２ａが筒状部２２の内周面２２ａと軸方向へ摺動し、摩擦抵抗を発生する。

また、第一緩衝体１２の膨出変形量、ひいては軸方向圧縮量は、第一緩衝体１２の外周側の隙間の大きさによって決まり、すなわち第一緩衝体１２がその外周側の隙間に充満しきった時点で第一緩衝体１２の軸方向圧縮が抑えられるため、それ以後（図２に示す変位量δ２に達した後）は、図４に示すように、相対的に高ばねである第二緩衝体１３が軸方向圧縮を受ける。

このため、第一緩衝体１２の外周面１２ａが筒状部２２の内周面２２ａと軸方向へ摺動することにより発生する摩擦抵抗は、図２に特性線ｒで示すように、筒状部２２の内周面２２ａとの接触時点δ１から圧接初期には大きく立ち上がるが、その後は、変位量と関係なくほぼ一定となり、一方、第二緩衝体１３が軸方向圧縮を受けることに対する反力は非線形的に上昇することから、第一緩衝体１２による摩擦抵抗と、第二緩衝体１３による圧縮反力との和は、変位量δ１〜δ２では図２の特性線における領域ｂのように急激に大きくなり、変位量δ２を超えた後は、領域ｃのように、領域ｂより傾きが小さくなると共に非線形的に増大する。

そして図５に示すように、やがてストッパ本体１１の筒部１１ａの端部がラックハウジング２の拡径部２１の端面２１ａと接触すると、ステアリングラック３はそれ以上第二緩衝体１３の圧縮方向へ変位することができず、すなわち図２の特性線における最大変位量δ３を規制するメカニカルストッパとして機能する。このときの衝撃は、第一緩衝体１２の摩擦抵抗及び第二緩衝体１３の圧縮反力によって有効に緩和される。

次に、図５に示す状態から、ラックハウジング２に対してステアリングラック３が第一緩衝体１２及び第二緩衝体１３の伸長方向へ移動する過程では、図６に示すように、第二緩衝体１３の伸長がヒステリシスによる遅れを生じるので、まず低ばねである第一緩衝体１２の圧縮状態が緩和されると共にその外径が縮小され、すなわち第一緩衝体１２の外周面１２ａはラックハウジング２における筒状部２２の内周面２２ａから離れるように変位する。このため、第一緩衝体１２の摺動による摩擦抵抗がなくなり、その状態で第二緩衝体１３の軸方向圧縮が解除されていくので、図２の特性線における領域ｄのように、圧縮過程における領域ｃに比較して、摩擦抵抗が発生しない分だけ荷重を小さくなる。

したがって、図示の実施の形態によれば、第一緩衝体１２及び第二緩衝体１３の圧縮方向への変位時には、変位初期には低ばねとし、その後は第一緩衝体１２の摩擦抵抗及び第二緩衝体１３の圧縮反力によって大きな運動エネルギーの吸収が可能であり、除荷行程では摩擦抵抗をなくしてステアリングラック３の円滑な戻り動作を確保することが可能である。

しかも、第一緩衝体１２の外周面１２ａがラックハウジング２における筒状部２２の内周面２２ａとの摺動によって経時的に摩耗しても、先に説明したように、第一緩衝体１２の軸方向圧縮力による膨出変形は、その外周側の隙間に充満しきるまで行われるため、筒状部２２の内周面２２ａとの摺動による摩擦減衰を長期にわたって安定的に得ることができる。

なお、図７に示す他の実施の形態のように、ストッパ本体１１の筒部１１ａには第二緩衝体１３のみを外挿し、第一緩衝体１２は、ストッパ本体１１の鍔部１１ｂにおけるラックエンド３１との対向面に接着して、第一緩衝体１２がストッパ本体１１の鍔部１１ｂとラックエンド３１との間で圧縮される構成としても良い。

１ 緩衝ストッパ
１１ ストッパ本体
１２ 第一緩衝体
１３ 第二緩衝体
２ ラックハウジング（二部材のうちの他方の部材）
３ ステアリングラック（二部材のうちの一方の部材）

Claims (1)

1. 軸方向に相対移動可能で相対移動によって互いの端面を近接離隔させる二部材のうちの一方の部材に配置され、前記二部材のうちの他方の部材の端面と対向する端部を有するストッパ本体と、
   前記二部材の端面間に配置されたゴム状弾性材料からなる第一緩衝体と、
   前記他方の部材の端面側の位置で前記第一緩衝体と軸方向へ直列に並んで前記ストッパ本体に組み込まれたゴム状弾性材料からなる第二緩衝体と、
   を備え、
   前記第一緩衝体は、前記第二緩衝体より低ばねであって、前記二部材の端面同士の近接によって前記第二緩衝体を介した軸方向圧縮を受け、この圧縮に伴い径方向へ膨出変形した外周面を前記他方の部材に軸方向摺動可能に接触させ、
   前記第二緩衝体は、前記ストッパ本体の端部よりも前記他方の部材の端面側へ向けて軸方向へ突出するように延びている
   ことを特徴とする緩衝ストッパ。

Images