(57)【要約】【課題】ブーツと、ボールジョイントとの干渉及び、ラックハウジング及びラックとの干渉を低減させてブーツ全体の摩耗を抑えることを可能としたボールジョイント用ブーツ、そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供する。【解決手段】蛇腹部５５は、筒軸方向の所定位置にて小径状に括れるとともに、ボールジョイント３の外周に接続する中間接続部６０を備え、中間接続部６０を境にして、一端側接続部５１寄りの蛇腹領域は、ラック８８ｂの軸方向変位を吸収する第一領域Ａ１、他端側接続部５３寄りの蛇腹領域は、タイロッド８９の角度変位を吸収する第二領域Ａ２とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮可能な筒状の蛇腹部と、前記蛇腹部の伸縮方向の一端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の一端側接続部と、前記蛇腹部の伸縮方向の他端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の他端側接続部とで構成され、ラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるラックハウジングの外周に前記一端側接続部が接続されるとともに、タイロッドの外周に前記他端側接続部が接続されてボールジョイント部分を覆うボールジョイント用ブーツであって、
前記蛇腹部は、筒軸方向の所定位置にて小径状に括れるとともに、前記ボールジョイントの外周に接続する中間接続部を備え、
前記中間接続部を境にして、前記一端側接続部寄りの蛇腹領域は、ラックの軸方向変位を吸収する第一領域、前記他端側接続部寄りの蛇腹領域は、タイロッドの角度変位を吸収する第二領域としたことを特徴とするボールジョイント用ブーツ。
【請求項２】
前記蛇腹部は、大径の環状の山部と、前記山部よりも小径の環状の谷部とが長手方向に交互に配置された伸縮変形可能な中空筒状であって、
前記第一領域は、前記山部と前記谷部とが交互に複数個配置されて構成され、
前記第二領域は、単一の山部のみで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のボールジョイント用ブーツ。
【請求項３】
前記中間接続部は、前記ボールジョイントの外周に設けられた溝部に締め代をもって嵌合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールジョイント用ブーツ。
【請求項４】
ハウジングと、
前記ハウジングを貫通するラックと、
前記ラックの端部に配置されるボールジョイントと、
前記ボールジョイントを覆うボールジョイント用ブーツと、
を備え、
前記ボールジョイント用ブーツとして、請求項１乃至３のいずれかに記載のボールジョイント用ブーツを用いたことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールジョイント用ブーツ、そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両には、操作者（運転者）のステアリングホイールに対する操作を車輪に伝えるための装置としてステアリング装置が設けられており、例えば、乗用車には、ラックアンドピニオン式ステアリング装置が数多く採用されている。
【０００３】
ラックアンドピニオン式のステアリング装置においては、ステアリングホイールに連動するピニオンを、ラックハウジング内でラックの歯面に噛み合わせ、このラックの左右の端部にボールジョイントを介して左右のタイロッドを連結し、左右のタイロッドにボールジョイントを介して左右の前輪のナックルアームを連結している構造を有しており、ラックが車両の左右方向に移動すると、ラックの移動により左右の車輪の向きが変化する。
【０００４】
例えば、ボールジョイントは、動きを滑らかにするために内部にグリースが封入され、その流出防止と外部からの水やダスト等の浸入を防ぐためにボールジョイント用ブーツで覆われている。
【０００５】
この種のボールジョイント用ブーツは、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）又はオレフィン系エラストマーなどからなり、ラックハウジングの外周に接続される環状の一端側接続部と、タイロッドの外周に接続される環状の他端側接続部と、前記一端側接続部と前記他端側接続部との間にわたって連通して一体に設けられ、ラック端部とタイロッド端部との間に備えられたボールジョイント部分を覆う中空筒状の蛇腹部とで構成されているものが知られている。
【０００６】
ところで、ステアリング作動でのラックの移動に伴うブーツの伸縮や、路面状態に対応したサスペンションの上下動に際して、ボールジョイント角が変動する。このとき、ボールジョイント部を覆っているボールジョイント用ブーツは、ボールジョイント角の変動に伴い、蛇腹部が湾曲あるいは伸縮を繰り返すため、ボールジョイントと蛇腹部の内径部（内周面）が干渉することがあり、この干渉の頻度によりブーツの摩耗を招くこともある。
特に、ＳＵＶ（Sport Utility Vehicle）等の最大ボールジョイント角度が大きい車両にあっては、ボールジョイントと蛇腹部の内径部（内周面）の干渉頻度が多くなるため、ブーツの早期摩耗を招くこともある。
【０００７】
特許文献１では、ボールジョイントの外周面を軟質材料で覆い、蛇腹部の内径部（内周面）と干渉した際の衝突エネルギを軟質材料で緩和させることでブーツの摩耗量を抑制しようとしている。
しかし、干渉時にブーツの摩耗を抑えるには、軟質材料側で干渉時のエネルギを吸収、すなわち、軟質材料を摩耗させるように設計しなければならないが、干渉頻度によっては軟質材料の早期摩耗によりボールジョイント外周面が早期に露出してしまうことが考えられるため実用的ではない。
【０００８】
なお、ブーツ材料に低摩耗係数を持つＦＫＭ（フッ素ゴム）を採用することでブーツ摩耗量の抑制課題を達成し得るが、ＦＫＭ材料は、高価でコストが嵩むため、耐熱性能の要求等の付加価値要求との組み合わせ以外での採用は現実的ではない。
【０００９】
特許文献２では、ブーツの一端側接続部をラックハウジングの端部外周面に接続するとともに、ブーツの他端側接続部をタイロッド端部の外周面に接続し、さらに、ブーツの筒軸方向の一部をボールジョイントの外周に接続した３箇所固定構成を提案している。
そして、ボールジョイントの外周面に接続した位置からタイロッド端部に接続した位置までのブーツ領域（揺動吸収部）を球状に膨出させるとともに、ボールジョイントの外周面に接続した位置からラックハウジングに接続した位置までのブーツ領域（伸縮吸収部）を、ラック軸の軸方向変位に合わせて伸縮可能なようにラックハウジング内に向けて断面視略Ｕ字状に撓ませて配設する構成としている。
すなわち、ボールジョイントに接続した位置とラックハウジングに接続した位置とが、中立状態において車両前後方向で略同一位置になるように設けるとともに、前記伸縮吸収部がラックハウジング内に向けて断面視略Ｕ字状に撓んだ状態で配設されている。
【００１０】
このような構成によれば、ボールジョイントとブーツ（揺動吸収部）との干渉によるブーツの摩耗課題は解決できる。
しかし、ボールジョイントの外周面に接続した位置からラックハウジングに接続した位置までのブーツ領域（伸縮吸収部）は、ラック軸の軸方向変位に合わせて伸縮する際に、ラックハウジングの内径やラックの外径と干渉することが考えられる。
よって、ラックハウジングやラックとの干渉によるブーツの摩耗は懸念されるため、ブーツ全体の摩耗について解決し得る構成については未だ提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実公昭５９−７１７０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２０６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は従来技術の有するこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、ブーツと、ボールジョイントとの干渉及び、ラックハウジング及びラックとの干渉を低減させてブーツ全体の摩耗を抑えることを可能としたボールジョイント用ブーツ、そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために、第１の発明は、伸縮可能な筒状の蛇腹部と、前記蛇腹部の伸縮方向の一端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の一端側接続部と、前記蛇腹部の伸縮方向の他端で、前記蛇腹部に連通して設けられている環状の他端側接続部とで構成され、ラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるラックハウジングの外周に前記一端側接続部が接続されるとともに、タイロッドの外周に前記他端側接続部が接続されてボールジョイント部分を覆うボールジョイント用ブーツであって、
前記蛇腹部は、筒軸方向の所定位置にて小径状に括れるとともに、前記ボールジョイントの外周に接続する中間接続部を備え、
前記中間接続部を境にして、前記一端側接続部寄りの蛇腹領域は、ラックの軸方向変位を吸収する第一領域、前記他端側接続部寄りの蛇腹領域は、タイロッドの角度変位を吸収する第二領域としたことを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。
【００１４】
第２の本発明は、第１の本発明において、前記蛇腹部は、大径の環状の山部と、前記山部よりも小径の環状の谷部とが長手方向に交互に配置された伸縮変形可能な中空筒状であって、
前記第一領域は、前記山部と前記谷部とが交互に複数個配置されて構成され、
前記第二領域は、単一の山部のみで構成されていることを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。
【００１５】
第３の本発明は、第１の本発明又は第２の本発明のいずれかにおいて、前記中間接続部は、前記ボールジョイントの外周に設けられた溝部に締め代をもって嵌合されていることを特徴とするボールジョイント用ブーツとしたことである。
【００１６】
第４の本発明は、ハウジングと、
前記ハウジングを貫通するラックと、
前記ラックの端部に配置されるボールジョイントと、
前記ボールジョイントを覆うボールジョイント用ブーツと、
を備え、
前記ボールジョイント用ブーツとして、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに記載のボールジョイント用ブーツを用いたことを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置としたことである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ブーツと、ボールジョイントとの干渉及び、ラックハウジング及びラックとの干渉を低減させてブーツ全体の摩耗を抑えることを可能としたボールジョイント用ブーツ、そのボールジョイント用ブーツを用いたラックアンドピニオン式ステアリング装置を提供し得た。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のステアリング装置の模式図である。
【図２】本発明のボールジョイント用ブーツの一実施形態を示す平面図である。
【図３】本実施形態のステアリング装置におけるステアリングギアボックスの中立状態を一部省略して示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、何等これに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。
「第一実施形態」
【００２０】
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置８０は、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、ユニバーサルジョイント８４と、中間シャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、ピニオンシャフト８７と、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂと、を備える。
【００２１】
ステアリングシャフト８２の一端は、ステアリングホイール８１に連結される。ステアリングシャフト８２の他端は、ユニバーサルジョイント８４に連結される。中間シャフト８５の一端は、ユニバーサルジョイント８４に連結される。中間シャフト８５の他端は、ユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７の一端は、ユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７の他端は、ピニオン８８ａに連結される。
ピニオン８８ａは、ラック８８ｂの歯と噛み合う。ピニオン８８ａ及びラック８８ｂは、ピニオンシャフト８７に伝達された回転運動を直進運動に変換する。ラック８８ｂの両端は、左右に備えられるタイロッド８９，８９にそれぞれ連結される。ラック８８ｂが車幅方向に移動することによって車輪の角度が変化する。
【００２２】
以下の説明において、ラック８８ｂの軸方向は、単に軸方向と記載される。軸方向に対して直交する方向は径方向と記載される。ラック８８ｂの回転軸を中心とした円周に沿う方向は周方向と記載される。
【００２３】
ステアリング装置８０は、電動モータ９３と、トルクセンサ９４と、車速センサ９５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、を備える。電動モータ９３、トルクセンサ９４及び車速センサ９５は、ＥＣＵ９０と電気的に接続される。
【００２４】
電動モータ９３は、例えばブラシレスモータである。電動モータ９３は、ブラシ（摺動子）及びコンミテータ（整流子）を備えるモータであってもよい。電動モータ９３は、例えば、ハウジング１０に固定される。電動モータ９３の動力は、ラック８８ｂに伝達され、軸方向にラック８８ｂを移動させる。電動モータ９３で生じたトルクにより、操作者がラック８８ｂを移動させるために要する力が小さくなる。すなわち、ステアリング装置８０には、ラックアシスト式が採用されている。
【００２５】
トルクセンサ９４は、例えばピニオン８８ａに取り付けられている。トルクセンサ９４は、ピニオン８８ａに伝達された操舵トルクをＣＡＮ（Controller Area Network）通信によりＥＣＵ９０に出力する。車速センサ９５は、ステアリング装置８０が搭載される車体の走行速度（車速）を検出する。車速センサ９５は、車体に備えられ、車速をＣＡＮ通信によりＥＣＵ９０に出力する。
【００２６】
ＥＣＵ９０は、電動モータ９３の動作を制御する。ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４及び車速センサ９５のそれぞれから信号を取得する。ＥＣＵ９０には、イグニションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置（例えば、車載のバッテリ）９９から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルク及び車速に基づいて補助操舵指令値を算出する。ＥＣＵ９０は、補助操舵指令値に基づいて電動モータ９３へ供給する電力値を調節する。ＥＣＵ９０は、電動モータ９３から誘起電圧の情報又は電動モータ９３に設けられたレゾルバ等から出力される情報を取得する。ＥＣＵ９０が電動モータ９３を制御することで、ステアリングホイール８１の操作に要する力が小さくなる。
【００２７】
ステアリング装置８０は、ラックハウジング１０とボールジョイント３とボールジョイント用ブーツ５と、を備える。
【００２８】
ラックハウジング１０は、円筒状の部材である。ラックハウジング１０は、ラック８８ｂが軸方向に移動できるようにラック８８ｂを支持する。ラック８８ｂは、ラックハウジング１０を貫通する。
【００２９】
ボールジョイント３は、ラック８８ｂとタイロッド８９とを連結する。タイロッド８９は、ラック８８ｂに対して揺動可能である。ボールジョイント３はソケット３１と、ボール３３と、を備える。ソケット３１は、ラック８８ｂの端部に接続される。ボール３３は、タイロッド８９の端部に接続される。ボール３３は、ソケット３１に保持される。タイロッド８９は、ボール３３を中心として揺動可能である。
【００３０】
ボールジョイント用ブーツ５は、ボールジョイント３部分を覆う筒状の部材であって、伸縮可能な筒状の蛇腹部５５と、蛇腹部５５の伸縮方向の一端で、蛇腹部５５に連通して設けられている環状の一端側接続部（大径側端部）５１と、蛇腹部５５の伸縮方向の他端で、蛇腹部５５に連通して設けられている環状の他端側接続部（小径側端部）５３とで構成されている。
【００３１】
ボールジョイント用ブーツ５の材料は特に限定解釈されるものではなく、例えば、ゴム又はエラストマー等仕様に応じて適宜その材料が選択可能である。
ボールジョイント用ブーツ５の伸び率は、例えば２００％である。伸び率とは、材料の引張試験において、試験片の当初の標点間距離をＬ０とし、破断時の標点間距離をＬとした場合に、｛（Ｌ−Ｌ０）／Ｌ０｝×１００で算出される値である。
【００３２】
一端側接続部（大径側端部）５１は、ラックハウジング１０の外周に接続される。
本実施形態において一端側接続部５１は、蛇腹部５５の山部５６と略同径の大径短尺円筒状に形成されている。
一端側接続部５１の外周には締結部材１１を配設する締結部材配設領域５２が周方向に凹状に連続して形成されている。
一方、ラックハウジング１０の外周には、締結部材配設領域５２が締め代をもって篏合される凹溝１０ａが周方向に環状に設けられている。
締結部材１１は、例えば金属で形成された環状の締結バンドであって、この締結部材１１によって一端側接続部５１がラックハウジング１０の外周の凹溝１０ａに緊密に接続される。
【００３３】
他端側接続部（小径側端部）５３は、タイロッド８９の外周に接続される。
本実施形態において他端側接続部５３は、一端側接続部５１よりも小径の小径短尺円筒状に形成されている。
他端側接続部５３の外周には締結部材１５を配設する締結部材配設領域５４が周方向に凹状に連続して形成されている。ブーツ内径側から見れば凸状に連続して形成されている。
一方、タイロッド８９の外周には、締結部材配設領域５４が篏合される凹溝８９ａが周方向に環状に設けられている。
締結部材１５は、例えば金属で形成された環状の締結バンドであって、この締結部材１５によって他端側接続部５３がタイロッド８９の外周の凹溝８９ａに緊密に接続される。
【００３４】
蛇腹部５５は、ラック８８ｂの移動に伴って変形する部材であって、上述したとおり、一端側接続部５１と他端側接続部５３とが、それぞれ緊密に接続されることにより、ラック８８ｂとタイロッド８９との間に配設されているボールジョイント３部分が密閉され外部と遮蔽される。
さらに、本実施形態では、筒軸方向の所定位置にて小径状に括れるとともに、ボールジョイント３の外周に接続する中間接続部６０を備えている。
すなわち、本実施形態によれば、中間接続部６０を境にして、一端側接続部５１寄りの蛇腹領域は、ラック８８ｂの軸方向変位を吸収する第一領域Ａ１とし、他端側接続部５３寄りの蛇腹領域は、タイロッド８９の角度変位を吸収する第二領域Ａ２としている。
【００３５】
第一領域Ａ１は、大径の環状の山部５６と、山部５６よりも小径の環状の谷部５７とが長手方向に交互に配置された伸縮変形可能な中空の蛇腹状に成形されている。山部５６と谷部５７の傾斜面５８はそれぞれ共通である。全ての山部５６と谷部５７の肉厚はそれぞれ均一に成形されている。
本実施形態では、同一径の４個の山部５６と、同一径の４個の谷部５７とで略円筒状に構成されている。
なお、第一領域Ａ１は、中間接続部６０から一端側接続部５１に行くに従って、順次大径状に形成される山部と谷部とを交互に繰り返して形成される円錐筒状とすることも可能である。
【００３６】
また、本実施形態によれば、ボールジョイント３の外周に中間接続部６０を接続固定することにより、第一領域Ａ１は、ラック８８ｂの軸方向移動に追従する変位を吸収すべく軸方向の伸縮動作のみであるが、第一領域Ａ１を構成する蛇腹部分の撓みを防止すべく、少なくとも中間接続部６０寄りの最端の山部５６の傾斜面（中間接続部寄りの傾斜面）５８の肉厚を厚くするか、若しくはその傾斜面５８にリブを突設して強固にするように設定するとよい。
【００３７】
第二領域Ａ２は、他端側接続部５３から連続して裾広がり状の環状の肩部５９を備えた単一の山部５６のみで構成されている。肩部５９の外周面には等間隔で複数個のリブ５９ａが突設されている。リブ５９ａは、他端側接続部５３寄りから一端側接続部５１方向に向けて漸次幅狭状になるように肩部５９と一体成形されている（図２参照。）。
【００３８】
中間接続部６０は、第一領域Ａ１における他端側接続部５３寄りの最端の山部５６と、第二領域Ａ２の山部５６との間にて、それぞれの山部５６からそれぞれ傾斜面５６ａを介して連続して凹状に設けられている。
本実施形態では、谷部５７よりも小径の凹溝状に括れている。
この中間接続部６０をブーツ内径側から見ると、断面視で矩形状に突出する環状凸部となる。
すなわち、中間接続部６０の内径は、第一領域Ａ１の内径との間で距離をあけて同軸に設けられている小径のボールジョイント３のソケット３１の外周に当接する程度の径に形成されている。また、ソケット３１とラック８８ｂとが、略同一の外径に形成されているため、第一領域Ａ１の内径（谷部５７の内径）と、ソケット３１の外径及びラック８８ｂとの間には、所定の空隙がある。
【００３９】
本実施形態では、ボールジョイント３のソケット３１の外周に、周方向に連続した環状溝部３１ａを設けており、この環状溝部３１ａに中間接続部６０が締め代をもって嵌合されるように設計されている。
環状凹溝３１ａは、ボールジョイント３の回転中心に位置するように凹設されている。
【００４０】
これにより中間接続部６０はボールジョイント３の外周にて強固に接続固定される。さらに本実施形態では、締結部材６１によって緊密に接続固定するようにした。締結部材６１は、上述した締結バンド１１，１５と同様、例えば金属で形成された環状の締結バンドが想定される。
【００４１】
本実施形態によれば、ブーツに中間接続部６０を設け、ラックハウジング１０の外周に接続固定した一端側接続部５１と、タイロッド８９の外周に接続固定した他端側接続部５３との間にて、この中間接続部６０をボールジョイント３のソケット３１の外周に接続固定しているため、転舵と路面入力によるボールジョイント３の角度変位は、第二領域Ａ２で吸収される。ステアリング操作によるラック８８ｂの軸方向の変位は、第一領域Ａ１によって吸収される。
また、本実施形態では、環状凹溝３１ａを、ボールジョイント３の回転中心に位置するように凹設するとともに中間接続部６０が接続固定されているため、第二領域Ａ２の動く距離が小さい。
したがって、ボールジョイント３の角度変位が蛇腹部の多い第一領域Ａ１には及ばないため、また、第一領域Ａ１を構成する蛇腹部はラック８８ｂの軸方向変位に追従して軸方向に伸縮するだけであるため、ブーツがボールジョイント３やラック８８ｂあるいはラックハウジング１０と接触して早期摩耗を招くという不具合もない。
ブーツの出来栄えや荷重バランスによって第一領域Ａ１でＳ字状に変形する際も、従来品の曲げと軸方向入力による干渉時の発生面圧に対しては限定的で摩耗は抑制される。
【００４２】
中間接続部６０は、本実施形態では、断面視で矩形の括れ状に形成されているが、限定解釈されない。例えば、断面視で裾広がりの台形の括れ状に形成（ブーツ内径側から見れば裾広がりの台形の凸部に形成）するとともに、ボールジョイント３の環状凹溝３１ａを、断面視で裾広がりの台形状の凹溝に形成し、台形状の凸部を、その弾性に抗して凹溝内に押し込んで篏合させる構成を採用することも可能である。
【００４３】
また、環状凹溝３１ａをボールジョイント３の回転中心からずらして凹設するとともに、中間接続部６０を接続固定する実施の形態を採用することも可能で本発明の範囲内である。
【００４４】
本実施形態では、中間接続部６０が周方向に連続した括れ状に設けたもの（ブーツ内径側から見れば環状凸部）としているが、例えば、ブーツ内径側に設けられる凸部は、連続して設けられているものに限らず、断続的に設けたものであってもよい。この場合、ボールジョイント３のソケット３１の外周に設けられる環状溝部３１ａに代えて、断続的に設けられるブーツ内径側の凸部が篏合可能な凹部を、周方向に断続的に設ける構成を採用する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、本実施形態以外のラックアンドピニオン式のステアリング装置にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
３  ボールジョイント
１０  ラックハウジング
５  ボールジョイント用ブーツ
５１  一端側接続部
５２  締結部材配設領域
５５  蛇腹部
５６  山部
５７  谷部
５３  他端側接続部
６０  中間接続部
Ａ１  第一領域
Ａ２  第二領域
８８ｂ  ラック
８９  タイロッド
【図１】
2020051602.tif 000003
【図２】
2020051602.tif 000004
【図３】
2020051602.tif 000005