JP6934801B2

JP6934801B2 - ラックブッシュおよびステアリング機構

Info

Publication number: JP6934801B2
Application number: JP2017203677A
Authority: JP
Inventors: 学池山; 隼哉桑垣; 宏之菊池; 関根　敏彦; 敏彦関根; 昇中川; 勝紀斉藤; 浩輔嶋山
Original assignee: Mazda Motor Corp; Oiles Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Oiles Corp
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: WO2019078254A1; US20210188341A1; DE112018004628T5; CN111263719B; JP2019077235A; US11254347B2; CN111263719A

Description

本発明は、ラックアンドピニオン式のステアリング機構に関し、特に、ラックアンドピニオン式のステアリング機構に用いられるラックブッシュに関する。

特許文献１には、ラックアンドピニオン式のステアリング機構に用いられるラックブッシュが記載されている。このラックブッシュは、円筒状のハウジング内に軸心方向の移動が規制された状態で収容され、ラックバーの軸心方向の移動を許容しつつ、ラックバーに加わる荷重を支持するものであり、ラックバーが挿入され、径方向に伸縮自在な円筒状の軸受本体と、軸受本体に装着され、軸受本体を径方向内方に付勢する弾性リングと、を備えている。軸受本体は合成樹脂製であり、その外周面には、弾性リングを装着するための装着溝が周方向に形成されている。

このラックブッシュによれば、弾性リングによって軸受本体が縮径し、軸受本体に挿入されたラックバーを締め付けるので、軸受本体の内周面とラックバーの外周面との間のクリアランスをゼロにして、軸受本体の内周面とラックバーの外周面との衝突による不快音の発生を防止することができる。また、ラックバーの外径寸法誤差による摩擦トルクの変動を防止することができる。

特開２００８−１５１２８９号公報

ところで、ラックアンドピニオン式のステアリング機構において、ステアリング操作によりステアリングシャフトが回転すると、このステアリングシャフトの先端に形成されたピニオンギアと、ラックバーに形成されたラックギアとの噛み合いにより、ステアリングシャフトの回転運動がラックバーの直線運動に変換される。これにより、ラックバーと連動するタイロッドがタイロッドエンドを介してステアリングナックルに、タイヤをキングピン周りに回転させるトルクを付与する。この際、タイヤからの反力がステアリングナックル、タイロッドエンド、およびタイロッドを介してラックバーに入力する。

ここで、図６（Ａ）に示すように、特許文献１に記載のラックブッシュ８は、軸受本体８０に装着された弾性リング８１がハウジング９０の内周面９１と当接してハウジング９０内に収容されている。このため、図６（Ｂ）に示すように、タイロッド９２を介してラックバー９３に入力されたタイヤからの反力Ｎにより、弾性リング８１が圧縮変形し、ラックバー９３がラック軸方向Ｈに直線運動する前に、ラックブッシュ８、ラックバー９３およびタイロッド９２がラック軸直方向Ｖに変位してしまう（軸直方向変位量Δ）。これにより、ステアリング操作がなされてから実際にタイヤが向きを変えるまでのタイムラグが大きくなり、これがステアリング操作のフィーリングに悪影響を与えている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステアリング操作のフィーリングに与える影響を低減することができるラックブッシュを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、ラックバーが挿入されるブッシュ本体の外周面に周方向に形成され、弾性リングを装着するための装着溝の軸心を、ブッシュ本体の軸心から偏移させている。ここで、ブッシュ本体の外周面の半径と装着溝の軸心のブッシュ本体の軸心からの偏移量との合計が、装着溝の溝底の半径と弾性リングを構成する弾性体の線径との合計以上となるように、装着溝の軸心のブッシュ本体の軸心からの偏移量が設定されていることが好ましい。

例えば、本発明のラックブッシュは、
径方向に伸縮自在なブッシュ本体と、
前記ブッシュ本体に装着された弾性リングと、を備え、
前記ブッシュ本体は、
外周面に周方向に形成され、前記弾性リングを装着するための装着溝を有し、
前記装着溝は、
軸心が前記ブッシュ本体の軸心から偏移しており、
前記ブッシュ本体は、
一方の端面から他方の端面に向かって形成されたスリットを有し、
前記スリットは、
前記装着溝の軸心よりも前記ブッシュ本体の軸心側において前記ブッシュ本体の円周方向に配置されている。

また、本発明のステアリング機構は、
ラックアンドピニオン式のステアリング機構であって、
ラックバーの軸心方向の移動を許容しつつ、ラックバーに加わる荷重を支持する前記ラックブッシュと、
前記ラックブッシュの軸心方向の移動を拘束しつつ、当該ラックブッシュを収容する円筒状のハウジングと、を備え、
前記ラックブッシュは、
前記ブッシュ本体の軸心が、前記装着溝の軸心よりも、前記ラックバーに連結されたタイロッドを介してタイヤから前記ラックバーに入力される反力の入力方向と対向する前記ハウジングの内周面である反力支持面側に位置するように、前記ハウジング内に収容されている。

本発明では、弾性リングを装着するための装着溝の軸心をブッシュ本体の軸心から偏移させているので、弾性リングがブッシュ本体の外周面から大きく突出する弾性リング突出部と、弾性リングがブッシュ本体の外周面に埋没するか小さく突出する弾性リング埋没部と、が形成される。そして、弾性リング埋没部が、タイロッドを介してタイヤからラックバーに入力される反力の入力方向と対向するハウジングの内周面である反力支持面と対向するように、ラックブッシュをハウジングに装着することにより、弾性リングを介さずにブッシュ本体の外周面と反力支持面とを直接当接させることができる、あるいは、ブッシュ本体の外周面と反力支持面との隙間を小さくすることができる。このため、タイヤの反力に対する剛性が向上し、タイヤの反力よるラックバーのハウジング内の移動を抑制することができるので、ステアリング操作がなされてから実際にタイヤが向きを変えるまでのタイムラグが小さくなる。また、本発明では、タイヤの反力に対する剛性を向上させるために、弾性リングの内径を小さくして、ラックバーの締め付けを強くする必要がないので、ラックブッシュの摺動特性に影響しない。したがって、本発明によれば、ステアリング操作のフィーリングに与える影響を低減することができるラックブッシュを提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るラックアンドピニオン式のステアリング機構の一部の部分断面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、ラックブッシュ１の正面図および側面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示すラックブッシュ１のＡ−Ａ断面図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、ブッシュ本体２の正面図、側面図および背面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示すブッシュ本体２のＢ−Ｂ断面図であり、図３（Ｅ）は、図３（Ｂ）に示すブッシュ本体２のＣ−Ｃ断面図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、弾性リング３の正面図および側面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示す弾性リング３のＤ−Ｄ断面図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、ラックブッシュ１の変形例１Ａの正面図および側面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示すラックブッシュ１の変形例１ＡのＥ−Ｅ断面図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、従来のラックブッシュ８の問題点を説明するための図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係るラックアンドピニオン式のステアリング機構の一部の部分断面図である。

図示するように、本実施の形態に係るラックアンドピニオン式のステアリング機構は、ラックバー５の軸心Ｏ方向の移動を許容しつつ、ラックバー５に加わる荷重を支持するラックブッシュ１と、ラックブッシュ１の軸心Ｏ方向の移動を拘束しつつ、ラックブッシュ１を収容する円筒状のハウジング４と、を備えている。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、ラックブッシュ１の正面図および側面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示すラックブッシュ１のＡ−Ａ断面図である。

図示するように、ラックブッシュ１は、ラックバー５が挿入されるブッシュ本体２と、ブッシュ本体２に装着された弾性リング３と、を備えている。本実施の形態では、２個の弾性リング３がブッシュ本体２に装着されている場合を例示しているが、１個または３個以上の弾性リング３がブッシュ本体２に装着されていてもよい。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、ブッシュ本体２の正面図、側面図および背面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示すブッシュ本体２のＢ−Ｂ断面図であり、図３（Ｅ）は、図３（Ｂ）に示すブッシュ本体２のＣ−Ｃ断面図である。

ブッシュ本体２は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂等の摺動特性のよい合成樹脂で形成され、径方向に伸縮自在な円筒状部材であり、図示するように、内周面２０に形成され、挿入されたラックバー５の外周面５０と摺接する摺動面２１と、周方向に等間隔で交互に配置された複数の第一スリット２５および第二スリット２６と、外周面２２に形成された係合凸部２７と、外周面２２に周方向に形成され、弾性リング３を装着するための装着溝２８と、を備えている。

第一スリット２５は、一方の端面２３から他方の端面２４に向けて軸心Ｏ方向に沿って形成され、第二スリット２６は、他方の端面２４から一方の端面２３に向けて軸心Ｏ方向に沿って形成されている。ブッシュ本体２は、周方向に等間隔で交互に配置された複数の第一スリット２５および第二スリット２６により、縮径方向に変形することができる。

係合凸部２７は、一方の端面２３側において外周面２２から径方向外方に突出し、ハウジング４の一方の端面４１において、内周面４０を切り取るように形成された係合凹部（不図示）に収容される。これにより、ハウジング４内に収容されたラックブッシュ１の軸心Ｏ周りの回転が拘束される。また、係合凸部２７がハウジング４の係合凹部に収容された状態で、ハウジング４の一方の端面４１にリング状の蓋６が取り付けられる。これにより、ハウジング４内に収容されたラックブッシュ１の軸心Ｏ方向の移動が拘束される（図１参照）。

装着溝２８は、周方向に沿って外周面２２に形成されており、装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐがブッシュ本体２の軸心Ｏから偏移している。ここで、外周面２２の半径をｒｏとし、装着溝２８の溝底２９の半径をｒｐとし、そして、弾性リング３を構成する弾性体の線径をｄ（図４参照）とした場合、装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐとブッシュ本体２の軸心Ｏとの偏移量ｓは、ｒｏ＋ｓ≧ｒｐ＋ｄとなるように設定されている。このようにすることにより、ラックブッシュ１に、ブッシュ本体２の軸心Ｏよりも装着溝２８の軸心Ｐ側において弾性リング３がブッシュ本体２の外周面２２から大きく突出する弾性リング突出部１０と、装着溝２８の軸心Ｐよりもブッシュ本体２の軸心Ｏ側において弾性リング３がブッシュ本体２の外周面２２に埋没する弾性リング埋没部１１と、が形成される（図２参照）。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、弾性リング３の正面図および側面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示す弾性リング３のＤ−Ｄ断面図である。

弾性リング３は、合成ゴム、熱可塑性エラストマー等の弾性体で形成された円環状部材であり、ブッシュ本体２の装着溝２８の溝底２９の直径２×ｒｐより小さな内径Ｒｉと、ハウジング４の内径Ｒｊ（図１参照）より大きな外径Ｒｅと、を有している。

弾性リング３は、ブッシュ本体２の装着溝２８の溝底２９の直径２×ｒｐより小さな内径Ｒｉを有しているので、ブッシュ本体２の装着溝２８に装着することにより、ブッシュ本体２を縮径方向に付勢して、ブッシュ本体２に挿入されたラックバー５を締め付ける。また、弾性リング３は、ハウジング４の内径Ｒｊより大きな外径Ｒｅを有しているので、ラックブッシュ１をハウジング４に収容した場合に、ハウジング４の内周面４０と圧接し圧縮変形する。これにより、ラックブッシュ１がハウジング４と嵌合する。

図１において、ラックバー５に連結されたタイロッド（不図示）を介してタイヤ（不図示）からラックバー５に入力される反力Ｎの入力方向と対向するハウジング４の内周面４０（ハウジング４の内周面４０のうちラックバー５に入力される反力Ｎに対して最大の反力を発生させる部位を含む領域）を反力支持面４２とした場合、上記構成のラックブッシュ１は、ブッシュ本体２の軸心Ｏが装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐよりも反力支持面４２側に位置するように、すなわち弾性リング埋没部１１が反力支持面４２側に位置するように、ブッシュ本体２の係合凸部２７とハウジング４の係合凹部（不図示）との係合により位置決めされている。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

本実施の形態において、ラックブッシュ１は、装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐがブッシュ本体２の軸心Ｏから偏移して、弾性リング３がブッシュ本体２の外周面２２から大きく突出する弾性リング突出部１０と、弾性リング３がブッシュ本体２の外周面２２に埋没する弾性リング埋没部１１と、を有しており、この弾性リング埋没部１１が反力支持面４２側に位置するように位置決めされて、ハウジング４に収容されている。

このため、ハウジング４の反力支持面４２側において、ブッシュ本体２の外周面２２とハウジング４の内周面４０とが弾性リング３を介さずに当接し、ブッシュ本体２の外周面２２とハウジング４の内周面４０との隙間がない。これにより、反力支持面４２側における剛性が向上し、タイヤの反力Ｎよるラックバー５のハウジング４内の移動を抑制することができるので、ステアリング操作がなされてから実際にタイヤが向きを変えるまでのタイムラグが小さくなる。

また、反力支持面４２側における剛性を向上させるために、弾性リング３の内径Ｒｉを小さくして、ラックバー５の締め付けを強くする必要がないので、ラックブッシュ１の摺動特性に影響しない。

したがって、本実施の形態によれば、ステアリング操作のフィーリングに与える影響を低減することができるラックブッシュ１を提供することができる。

また、ラックブッシュ１は、ハウジング４に装着した場合、装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐがブッシュ本体２の軸心Ｏと一致している従来のラックブッシュに比べて、軸心Ｏを挟んで反力支持面４２と対向するハウジング４の内周面４０である反力支持面対向面４３側において、弾性リング３を構成する弾性体の圧縮変形量を増加させることができ、その反力としてのばね力がラックブッシュ１の内径方向に負荷される。このため、反力支持面４２側に加えて、反力支持面対向面４３側における剛性も向上し、ステアリング操作のフィーリングに与える影響をさらに低減することができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形は可能である。

例えば、上記の実施の形態では、ブッシュ本体２の外周面２２の半径をｒｏとし、装着溝２８の溝底２９の半径をｒｐとし、弾性リング３を構成する弾性体の線径をｄとした場合に、装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐとブッシュ本体２の軸心Ｏとの偏移量ｓが、ｒｏ＋ｓ≧ｒｐ＋ｄとなるように設定している。しかし、本発明はこれに限定されない。

装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐとブッシュ本体２の軸心Ｏとの偏移量ｓは、弾性リング埋没部１１において、弾性リング３がブッシュ本体２の外周面２２に埋没するか、あるいは、弾性リング３のブッシュ本体２の外周面２２からの突出量が弾性リング突出部１０より小さくなるように設定されていればよい。このようにすることにより、ハウジング４の反力支持面４２側において、ブッシュ本体２の外周面２２とハウジング４の内周面４０との隙間を小さくして、タイヤの反力Ｎよるラックバー５のハウジング４内の移動を抑制することができるので、ステアリング操作がなされてから実際にタイヤが向きを変えるまでのタイムラグが小さくなる。

また、上記の実施の形態において、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すラックブッシュ１の変形例１Ａのように、弾性リング突出部１０側（ブッシュ本体２の軸心Ｏよりも装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐ側）の第一スリット２５および第二スリット２６をブッシュ本体２から省略してもよい。つまり、第一スリット２５および第二スリット２６を、弾性リング埋没部１１（装着溝２８の溝底２９の軸心Ｐよりもブッシュ本体２の軸心Ｏ側）にのみ配置してもよい。このようにすることにより、反力支持面対向面４３側において、弾性リング３が弾性変形して第一スリット２５、第二スリット２６内に逃げるのを回避して、弾性リング３を構成する弾性体の圧縮変形量をさらに増加させることができる。これにより、反力支持面対向面４３側における弾性リング３の反力が大きくなり、反力支持面対向面４３側における剛性がさらに向上する。

また、上記の実施の形態では、ブッシュ本体２に、一方の端面２３から他方の端面２４に向けて複数の第一スリット２５を軸心Ｏ方向に沿って形成するとともに、他方の端面２４から一方の端面２３に向けて複数の第二スリット２６を軸心Ｏ方向に沿って形成している。しかし、本発明はこれに限定されない。ブッシュ本体２は、径方向に伸縮自在であればよく、例えば第一スリット２５および第二スリット２６のいずれか一方のみを備えるものでもよい。また、上記の実施の形態では、ブッシュ本体２の形状を円筒状としているが、挿入されるラックバー５の形状に適合する筒形状であればよい。

１、１Ａ：ラックブッシュ、２：ブッシュ本体、３：弾性リング、４：ハウジング、５：ラックバー、６：蓋、１０：弾性リング突出部、１１：弾性リング埋没部、２０：ブッシュ本体２の内周面、２１：ブッシュ本体２の摺動面、２２：ブッシュ本体２の外周面、２３、２４：ブッシュ本体２の端面、２５：第一スリット、２６：第二スリット、２７：係合部、２８：装着溝、２９：装着溝２８の溝底、４０：ハウジング４の内周面、４１：ハウジング４の端面、４２：ハウジング４の反力支持面、４３：ハウジング４の反力支持面対向面

Claims

径方向に伸縮自在なブッシュ本体と、
前記ブッシュ本体に装着された弾性リングと、を備え、
前記ブッシュ本体は、
外周面に周方向に形成され、前記弾性リングを装着するための装着溝を有し、
前記装着溝は、
軸心が前記ブッシュ本体の軸心から偏移しており、
前記ブッシュ本体は、
一方の端面から他方の端面に向かって形成されたスリットを有し、
前記スリットは、
前記装着溝の軸心よりも前記ブッシュ本体の軸心側において前記ブッシュ本体の円周方向に配置されている
ことを特徴とするラックブッシュ。
請求項１に記載のラックブッシュであって、
前記ブッシュ本体の軸心よりも前記装着溝の軸心側における前記装着溝からの前記弾性リングの突出量が、前記装着溝の軸心よりも前記ブッシュ本体の軸心側における前記装着溝からの突出量より大きい
ことを特徴とするラックブッシュ。
請求項１に記載のラックブッシュであって、
前記ブッシュ本体の前記外周面の半径と前記装着溝の軸心の前記ブッシュ本体の軸心からの偏移量との合計が、前記装着溝の溝底の半径と前記弾性リングを構成する弾性体の線径との合計以上となるように、前記装着溝の軸心の前記ブッシュ本体の軸心からの偏移量が設定されている
ことを特徴とするラックブッシュ。
ラックアンドピニオン式のステアリング機構であって、
ラックバーの軸心方向の移動を許容しつつ、ラックバーに加わる荷重を支持する請求項１ないし３のいずれか一項に記載のラックブッシュと、
前記ラックブッシュの軸心方向の移動を拘束しつつ、当該ラックブッシュを収容する円筒状のハウジングと、を備え、
前記ラックブッシュは、
前記ブッシュ本体の軸心が、前記装着溝の軸心よりも、前記ラックバーに連結されたタイロッドを介してタイヤから前記ラックバーに入力される反力の入力方向と対向する前記ハウジングの内周面である反力支持面側に位置するように、前記ハウジング内に収容されている
ことを特徴とするステアリング機構。