JP6957642B2

JP6957642B2 - 緩衝ストッパ

Info

Publication number: JP6957642B2
Application number: JP2019559526A
Authority: JP
Inventors: 祐樹花田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: EP3726091A4; US11988262B2; US20200370618A1; JPWO2019116878A1; WO2019116878A1; CN111356859A; EP3726091A1; US20230228314A1

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。

緩衝ストッパは、例えば車両の操舵装置が備えるステアリングラックの端部に、ラックエンドストッパとして使用される。ラックエンドストッパは、図６に示すように、互いに軸方向に対向し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。

緩衝ストッパ８１は、油圧・電動等でアシストされたステアリングラックにおいてフルロックまで勢い良くハンドルを切った場合等に、ラック６１がラックハウジング５１に衝突する際の衝撃を緩衝する。

緩衝ストッパ８１による衝撃の緩衝は、可動物（ラック６１）の重量と速度とによる運動エネルギーを緩衝ストッパ８１（弾性体８２）の変位と反力とにより吸収することによって行われる。図７のグラフに示すように、吸収可能なエネルギー量は、緩衝ストッパ８１の変位量と反力とからなる線図で示される面積Ｓの大きさによって定められる。

したがって、吸収可能なエネルギー量を増やすためには、緩衝ストッパ８１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、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

上記技術には、以下の点で改良の余地がある。

緩衝ストッパ８１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を必要とする。この点につき上記構造では、要求機能を満足させるためにストッパサイズの拡大が必要になる。ところが周辺部品との関係で設計スペースが限られ、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を相手部品（ハウジング５１）とストッパ８１間のクリアランスｃ内に充満させることにより、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が充満状態に達すると反力が急激に立ち上がるため、効率的なエネルギー吸収を行うことができない。その結果、吸収可能なエネルギー量を増大させることができない。

本発明の課題は、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である。

緩衝ストッパは、軸方向に相対変位する内周側と外周側との二部材がそれぞれ備える互いに対面する段差の間に設けられた環状の装着空間内に装着され、前記段差内に設けられた互いに対面する軸に直角の端面間の間隔が縮小したとき、これらの端面によって軸方向に圧縮されて径方向外方へ向けて膨張する弾性体と、前記弾性体の軸方向の一部の領域で前記弾性体の外周面に取り付けられ、前記一部の領域での前記弾性体の膨張を抑制する第２部材とを備え、前記弾性体の外周面は、その全面が前記二部材のうち外周側の部材が備える前記段差内の内周面をなす側壁に隙間をあけて対面し、前記弾性体は、前記第２部材による抵抗を受けながら膨張することにより、前記側壁に前記弾性体の外周面を接触させる。

本発明によれば、弾性体の膨張過程で第２部材による抵抗力が発生し、吸収可能なエネルギー量を増大させることができる。

第１実施の形態の緩衝ストッパの要部断面図。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量と反力との関係を示すグラフ。第２実施の形態の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量と反力との関係を示すグラフ。背景技術で説明す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量と反力との関係を示すグラフ。

本実施の形態の緩衝ストッパ１１は、車両の操舵装置が備えるステアリングラックのラックエンドストッパの一例である。図１または図４に示すように、緩衝ストッパ１１は、互いに軸方向に対向し軸方向に相対変位する二部材としてのラックハウジング５１およびラック６１間に介装される。

ラックハウジング５１は、軸に直角の平面状をした端面５２を有している。端面５２の外周側には段差５３が設けられ、段差５３の内周面には側壁５４が設けられている。ラック６１は、ラックハウジング５１の端面５２に対し軸方向に対向する端面６２を有している。端面６２の内周側には段差６３が設けられ、段差６３の外周面には側壁６４が設けられている。したがってラックハウジング５１の端面５２および側壁５４、ならびにラック６１の端面６２および側壁６４によって四方を囲まれる環状の装着空間７１が設けられている。緩衝ストッパ１１は全体として環状をなし、装着空間７１内に装着されている。

［第１実施の形態］
第１実施の形態を、図１ないし図３に基づいて説明する。

図１に示すように、緩衝ストッパ１１は、ラックハウジング５１の端面５２およびラック６１の端面６２間で軸方向に圧縮される弾性体２１を有している。

弾性体２１は、所定のゴム材料によって環状に形成され、軸方向一方（図では上方、ラック６１側）の端部および内周面に断面Ｌ字形を呈する金属製の取付環３１を接着（加硫接着）している。弾性体２１は、図２に示すように、ラックハウジング５１に対してラック６１が接近する方向に変位（矢印Ｄ方向）し、端面５２，６２間の間隔が縮小したとき、ラックハウジング５１およびラック６１によって軸方向に圧縮され、径方向外方へ向けて膨張する。

実施に際しては、弾性体２１の軸方向他方（図では下方、ラックハウジング５１側）の端部にも、金属製の取付環（図示せず）を接着しても良い。

緩衝ストッパ１１は、弾性体２１における外周部の軸方向の一部に取り付けられ、弾性体２１の膨張を軸方向の一部で制限する第２部材４１を有している。つまり第２部材４１は、弾性体２１の軸方向の一部の領域で弾性体２１の外周部に取り付けられ、一部の領域での弾性体２１の膨張を抑制する。

第２部材４１は、径方向外方へ向けて膨張した弾性体２１が側壁５４に接触したときに、側壁５４に接触しないだけの剛性を備えるリング体である。リング体は、一例として金属製であり、別の一例として樹脂製である。このリング体は、軸方向の寸法よりも軸と直交する方向の寸法の方が大きい形状を有しており、弾性体２１に設けられた環状の装着溝２４に組み付けられている。装着溝２４は、弾性体２１の外周面にあらかじめ設けられている溝である。

装着溝２４は、弾性体２１を長さＬ_１の部分２２と長さＬ_２の部分２３とに区分けする位置に形成されている。したがって第２部材４１を構成するリング体は、弾性体２１を軸方向の長さが長い長さＬ_１の部分２２と短い長さＬ_２の部分２３とに区分けする位置に取り付けられている。いうまでもなく、軸方向の長さは絶対的な長短ではなく、互いの部分２２，２３の間の相対的な関係である。このような構造上、リング体は、弾性体２１の軸方向の長さが長い長さＬ_１の部分と短い長さＬ_２の部分との間に挟み込まれるインターリーフのような形状を有している。

別の実施の形態として、環状の第２部材４１には、装着溝２４への組付け作業を容易にするために、円周上一箇所のカット部などを設けても良い。また、金型による弾性体２１の加硫成形時にインサート成形を実施することにより、弾性体２１に第２部材４１を埋設するようにしても良い。第２部材４１はその機能などからして、抵抗部材とも称され、あるいは弾性体締付け部材とも称される。

第２部材４１の外径は、弾性体２１の外径よりも大きく形成されている。よって第２部材４１は、弾性体２１の外周面から径方向外方へ突出している。

第２部材４１の外径は、ラックハウジング５１の側壁５４の内径よりも小さく形成されている。よって第２部材４１と側壁５４との間に、径方向のクリアランスｃ_１が形成されている。ただし第２部材４１は膨張しないので、第２部材４１の外径を側壁５４の内径と同等として、第２部材４１を側壁５４に接触させる構造としても良い。

弾性体２１の外径は、ラックハウジング５１の側壁５４の内径よりも小さく形成されており、よって弾性体２１と側壁５４との間に径方向クリアランスｃ_２が形成されている。

本実施の形態の緩衝ストッパ１１においては、ラックハウジング５１に対しラック６１が接近する方向に変位（矢印Ｄ）して端面５２，６２間の間隔が縮小すると、弾性体２１はラックハウジング５１およびラック６１間で軸方向に圧縮され、この分、径方向外方へ向けて膨張する。第２部材４１は、弾性体２１の外周部の軸方向の一部に取り付けられているため、弾性体２１の膨張に対する抵抗要素として作用する。その結果、弾性体２１の径方向外方へ向けての膨張が軸方向の一部で制限される。

上記したように、弾性体２１は、軸方向の長さが長い長さＬ_１の部分２２と軸方向の長さが短い長さＬ_２の部分２３とに区分けされている。弾性体２１は、両部分２２，２３でそれぞれ膨張する。

軸方向の長さが長い長さＬ_１の部分２２と短い長さＬ_２の部分２３とを比較すると、長さＬ_１の部分２２の方は長さＬ_２の部分２３よりも表面積が大きく、より大きく径方向外方へ向けて拡がる。その結果図２に示すように、長さＬ_１の部分２２は先に側壁５４に接触する。そこで長さＬ_１の部分２２が膨張して側壁５４に接触した状態で、長さＬ_２の部分２３は、膨張しても未だ側壁５４に接触しないと云う状況が実現される。

したがって図３のグラフに示すように、接触後の反力の立ち上がり（上昇）が緩やかになるため、許容反力に達するまでの変位量が増大し、これにより効率的なエネルギー吸収が可能となり、吸収可能なエネルギー量を増大させることができる。

図３のグラフにおいて、比較例は、第２部材４１を有しない従来構造の緩衝ストッパを示しており、この比較例では接触後、急激に反力が立ち上がるため、変位量が小さい。ポイントＥは、弾性体２１が側壁５４に接触するタイミングを示している。

［第２実施の形態］
第２実施の形態を、図４及び図５に基づいて説明する。第１実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。

図４に示すように、緩衝ストッパ１１は、ラックハウジング５１の端面５２およびラック６１の端面６２間で軸方向に圧縮される弾性体２１を有している。

弾性体２１は、所定のゴム材料によって環状に形成され、軸方向一方（図では上方、ラック６１側）の端部および内周面に断面Ｌ字形を呈する金属製の取付環３１を接着（加硫接着）している。弾性体２１は、ラックハウジング５１に対してラック６１が接近する方向に変位し、端面５２，６２間の間隔が縮小したときにラックハウジング５１およびラック６１によって軸方向に圧縮され、径方向外方へ向けて膨張する。

実施に際しては、弾性体２１の軸方向他方（図では下方、ラックハウジング５１側）の端部にも金属製の取付環（図示せず）を接着しても良い。

緩衝ストッパ１１は、弾性体２１の外周部の軸方向の一部に取り付けられ、弾性体２１の膨張を軸方向の一部で制限する第２部材４１を有している。つまり第２部材４１は、弾性体２１の軸方向の一部の領域で弾性体２１の外周部に取り付けられ、一部の領域での弾性体２１の膨張を抑制する。

第２部材４１は、径方向外方へ向けて膨張する弾性体２１に押圧されたときに径方向外側に膨張する弾性と、弾性体２１よりも早く側壁５４に接触する弾性体２１よりも高い剛性とを備えたリング体である。このような特性を持つリング体は、弾性体２１とは異なる材質によって形成されることで、弾性体２１よりも高い剛性を持つ。一例として、第２部材４１はウレタンによって形成されている。

別の実施の形態として、第２部材４１を構成するリング体には、装着溝２４に対する組付け作業を容易にするために、円周上の一箇所にカット部を設けても良い。あるいはリング体を円周上二分割して二つ割り構造としても良い。第２部材４１はその機能などからして、抵抗部材とも称され、或いは弾性体締付け部材とも称される。

第２部材４１の外径は、ラックハウジング５１の側壁部５４の内径よりも小さく形成されている。よって第２部材４１と側壁部５４との間には、径方向クリアランスｃ_１が形成されている。

弾性体２１の外径は、ラックハウジング５１の側壁部５４の内径よりも小さく形成されている。よって弾性体２１と側壁部５４との間には、径方向クリアランスｃ_２が形成されている。

本実施の形態の緩衝ストッパ１１においては、ラックハウジング５１に対してラック６１が接近する方向に変位し、端面５２，６２間の間隔が縮小すると、弾性体２１がラックハウジング５１およびラック６１間で軸方向に圧縮され、この分、径方向外方へ向けて膨張する。第２部材４１は、弾性体２１の外周部の軸方向の一部に取り付けられているため、膨張に対する抵抗要素として作用する。その結果、弾性体２１の径方向外方へ向けての膨張が軸方向の一部で制限される。

引きつづきラック６１の変位に伴う荷重を受けて弾性体２１が膨張すると、この膨張による圧力が第２部材４１を径方向外方へ向けて押圧し、第２部材４１を径方向外方へ向けて膨張（拡径変形）させ、側壁５４に接触させる。第２部材４１を径方向外方へ向けて膨張させて側壁５４に接触させるには大きな荷重が必要になるため、緩衝ストッパ１１全体の剛性が高められ、弾性体２１単独の場合と比較して大きな反力が発生する。

その後、第２部材４１が側壁５４に接触した状態でラックハウジング５１に対してラック６１がさらに接近する方向に変位すると、第２部材４１が側壁５４に対して摺動し、第２部材４１および側壁５４の間に摺動抵抗が発生する。この摺動抵抗によっても剛性が高められ、一層大きな反力が発生する。

図５のグラフに示すように、本実施の形態の緩衝ストッパ１１によれば、第２部材４１が側壁５４に接触したタイミング（ポイントＦ）で早くも反力の急激な立ち上がり（上昇）が開始される。これにより効率的なエネルギー吸収が可能になり、吸収可能なエネルギー量を増大させることができる。

図５のグラフ中、比較例は、第２部材４１を有しない緩衝ストッパによる特性を示している。この比較例では、弾性体２１が側壁５４に接触したタイミング（ポイントＥ）で反力の急激な立ち上がり（上昇）が開始される。したがって効率的なエネルギー吸収を行うことができず、吸収可能なエネルギー量を増大させることができない。

１１緩衝ストッパ
２１弾性体
２２軸方向長さが比較的長い部分
２３軸方向長さが比較的短い部分
２４装着溝
３１取付環
４１第２部材
５１ラックハウジング
５２，６２端面
５３，６３段差
５４，６４側壁
６１ラック
７１装着空間
ｃ_１，ｃ_２径方向クリアランス

Claims

軸方向に相対変位する内周側と外周側との二部材がそれぞれ備える互いに対面する段差の間に設けられた環状の装着空間内に装着され、前記段差内に設けられた互いに対面する軸に直角の端面間の間隔が縮小したとき、これらの端面によって軸方向に圧縮されて径方向外方へ向けて膨張する弾性体と、
前記弾性体の軸方向の一部の領域で前記弾性体の外周面に取り付けられ、前記一部の領域での前記弾性体の膨張を抑制する第２部材と、
を備え、
前記弾性体の外周面は、その全面が前記二部材のうち外周側の部材が備える前記段差内の内周面をなす側壁に隙間をあけて対面し、
前記弾性体は、前記第２部材による抵抗を受けながら膨張することにより、前記側壁に前記弾性体の外周面を接触させる、
緩衝ストッパ。
前記第２部材は、径方向外方へ向けて膨張した前記弾性体が前記側壁に接触したときに前記側壁に接触しない剛性を備えるリング体である、
請求項１に記載の緩衝ストッパ。
前記リング体は、軸方向の寸法よりも軸と直交する方向の寸法の方が大きい形状を有している、
請求項２に記載の緩衝ストッパ。
前記リング体は、前記弾性体に設けられた環状の装着溝に組み付けられている、
請求項３に記載の緩衝ストッパ。
前記リング体は、前記弾性体を軸方向の長さが長い部分と短い部分とに区分けする位置に取り付けられている、
請求項２ないし４の何れか一に記載の緩衝ストッパ。
前記第２部材は、径方向外方へ向けて膨張する前記弾性体に押圧されたときに径方向外側に膨張する弾性と、前記弾性体よりも早く前記側壁に接触する前記弾性体よりも高い剛性とを備えている、
請求項１に記載の緩衝ストッパ。
前記第２部材は、リング体である、
請求項６に記載の緩衝ストッパ。