(57)【要約】【課題】コストアップすることなく、揺動トルクの安定化およびがたつきの発生の抑制を図ることができる、ボールジョイントおよびラック軸の固定構造を提供すること。【解決手段】略円筒状をなすハウジング１６はラック軸７にねじ嵌合により固定されている。ハウジング１６の一端部（図に示す上端部）には、湾曲部４６が形成されている。湾曲部４６の内周には、球頭部２３の外表面に沿う湾曲状に形成された第１支持面４７が形成されている。ハウジング１６の他端部（図に示す下端部）は、ラック軸７の端部によって閉塞されている。ラック軸７の端面には、球頭部２３の外表面に沿う屈曲状に形成された第２支持面４９が形成されている。ボールスタッド１８の球頭部２３は、第１支持面４７および第２支持面４９によって、樹脂シート１７を介して支持されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球頭部を有するボールスタッド、前記球頭部の表面を覆う樹脂シート、ならびに前記樹脂シートおよび前記球頭部を収容するハウジングを備えるボールジョイントと、ステアリング装置のラック軸との固定構造であって、
前記ハウジングは筒状に形成されており、
当該ハウジングの一端部の内周には、前記球頭部の表面に沿う凹曲面状をなし、前記球頭部を前記樹脂シートを介して摺動可能に支持する第１支持面が形成されており、
前記ハウジングの他端部には、当該他端部を閉塞する前記ラック軸の端部が結合されており、
前記ラック軸の端部の端面には、前記球頭部を前記樹脂シートを介して摺動可能に支持する前記第２支持面が形成されていることを特徴とする、ボールジョイントおよびラック軸の固定構造。
【請求項２】
前記ラック軸の前記第２支持面は、前記球頭部の表面に沿う凹曲面状に形成されていることを特徴とする、請求項１記載のボールジョイントおよびラック軸の固定構造。
【請求項３】
前記ハウジングと前記ラック軸の端部とは、かしめ嵌合によって結合されていることを特徴とする、請求項１または２記載のボールジョイントおよびラック軸の固定構造。
【請求項４】
前記ハウジングと前記ラック軸の端部とは、ねじ嵌合によって結合されていることを特徴とする、請求項１または２記載のボールジョイントおよびラック軸の固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールジョイントとステアリング装置のラック軸との固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールジョイントは、ボールスタッドが球頭部を支点として揺動可能にハウジングに支持された構成を有している。このようなボールスタッドでは、たとえばカップ状のハウジング内に、ボールスタッドの球頭部が収容されている。ハウジングと球頭部との間には樹脂シートが介在しており、ボールスタッドの揺動にともなって、球頭部が樹脂シートに対して摺動する。
【０００３】
このようなボールジョイントとして、ラック軸の端部に設けられて、タイロッドに接続されるラックエンド用ボールジョイントが知られている。このラックエンド用ボールジョイントでは、たとえば特許文献１，２に示すように、球頭部および樹脂シートを、ハウジング内に挿入した後、ハウジングの開放側端部をかしめ加工により縮径させることにより、ボールジョイントの球頭部に適切な面圧が付与され、かつ、ボールスタッドおよび樹脂シートのハウジングからの抜け止めが達成されている。
【０００４】
また、ボールジョイントのハウジングは、特許文献１に示すように、ステアリング装置のラック軸と別体に設けられている。そして、ハウジングの端部に設けられたおねじ部を、ラック軸に形成された雌ねじ孔にワッシャを介して螺合させることにより、ボールジョイントのラック軸に対する結合が達成される。
【特許文献１】特開２００６−１６０１１３号公報
【特許文献２】特開平５−２２１３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かしめ加工後におけるハウジングの開放側端部の内周面（かしめ面）の寸法精度が低く、そのため、球頭部の表面に付与される面圧にばらつきが生じていた。
球頭部の表面の面圧が不均一であると、揺動トルクがばらつき安定しないおそれがある。また、球頭部の表面の面圧が不均一であると、球頭部と樹脂シートとの間の面圧が大きい部分で摩擦が大きくなり、樹脂シートに異常磨耗が生じて、球頭部とハウジングとの間にがたつきが発生するおそれがある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、予めハウジングの端部の内周面の寸法精度を高く設定しておくことで、かしめ加工を省略することを検討している。具体的には、ハウジングを筒状のハウジング本体と、このハウジング本体の底部を塞ぐ底蓋とに２分割にし、球頭部および樹脂シートをハウジングの底部側からハウジング内に挿入するとともに、球頭部および樹脂シートの挿入後、ハウジングの底部を底蓋で閉塞することを検討している。
【０００７】
ところが、ハウジングを２分割する構成では、部品点数の増加および組立工程の増加を招き、コストアップにつながるおそれがある。
本発明は、かかる背景の下でなされたものであり、コストアップすることなく、揺動トルクの安定化およびがたつきの発生の抑制を図ることができる、ボールジョイントおよびラック軸の固定構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、球頭部（２３）を有するボールスタッド（１８）、前記球頭部の表面を覆う樹脂シート（１７，１７Ａ）、ならびに前記樹脂シートおよび前記球頭部を収容するハウジング（１６，１６Ｂ）を備えるボールジョイント（１２）と、ステアリング装置（１）のラック軸（７，７Ａ，７Ｂ）との固定構造であって、前記ハウジングは筒状に形成されており、当該ハウジングの一端部の内周には、前記球頭部の表面に沿う凹曲面状をなし、前記球頭部を前記樹脂シートを介して摺動可能に支持する第１支持面（４７）が形成されており、前記ハウジングの他端部には、当該他端部を閉塞する前記ラック軸の端部が結合されており、前記ラック軸の端部の端面には、前記球頭部を前記樹脂シートを介して摺動可能に支持する前記第２支持面（４９）が形成されていることを特徴とする、ボールジョイントおよびラック軸の固定構造である。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、ハウジングとラック軸との固定状態では、ハウジングの他端部がラック軸の端部によって閉塞されている。そして、ボールスタッドの球頭部は、ハウジングの一端部の内周に形成された第１支持面と、ラック軸の端面に形成された第２支持面とによって、樹脂シートを介して支持されている。
【００１０】
したがって、ハウジングの第１支持面の寸法精度を、鍛造加工などによって予め高く設定しておけば、球頭部の表面に付与される面圧を均一にすることが可能である。これにより、揺動トルクの安定化を図ることができる。
また、球頭部の表面の面圧が均一であるので、球頭部と樹脂シートとの間の面圧大部がなく摩擦を低く抑えることができる。したがって、樹脂シートにおける異常磨耗の発生を抑制することができ、これにより、長期にわたってがたつきの発生を抑制することができる。
【００１１】
さらに、筒状のハウジングの他端部とラック軸の端部とを結合させる構成であるので、カップ状のハウジングをラック軸に結合させる従来の構成と比較して、部品点数および組立て構成が増加しない。このため、コストアップを抑制することができる。これにより、コストアップすることなく、揺動トルクの安定化およびがたつきの発生の抑制を図ることができる。
【００１２】
前記ラック軸の前記第２支持面は、前記球頭部の表面に沿う凹曲面状に形成されていることが好ましい（請求項２）。
この構成によれば、球頭部を支持する第１支持面および第２支持面の双方が、球頭部の表面に沿う凹曲面状に形成されている。これにより、球頭部の面圧を、その全域にわたって均一にすることができる。
【００１３】
また、前記第２支持面は、球頭部の表面に沿う屈曲面状であってもよいし、球頭部の表面に沿う球面状であってもよい。第２支持面が球頭部の表面に沿う球面状である場合、球頭部の面圧均一性をより向上させることができる。
前記ハウジングと前記ラック軸の端部とは、かしめ嵌合によって結合されていてもよい（請求項３）。
【００１４】
また、前記ハウジングと前記ラック軸の端部とは、ねじ嵌合によって結合されていてもよい（請求項４）。この場合、ハウジングに対するラック軸のねじ込み量を調節することにより、球頭部に付与される面圧を調節することができる。これにより、ボールジョイント内の予圧を適切に管理することができる。
かかるねじ嵌合は、たとえば、前記ハウジングの他端部の内周に雌ねじが形成されており、この雌ねじに前記ラック軸の端部の外周に形成された雄ねじがねじ込まれることにより前記ハウジングと前記ラック軸との結合が達成される構成であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下には、図面を参照して、この発明の一実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るボールジョイントおよびラック軸の固定構造が適用されたステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。ステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵輪（図示せず）を転舵する転舵機構としてのラックアンドピニオン機構３とを備えている。
【００１６】
ステアリングホイール２は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介して、ラックアンドピニオン機構３に連結されている。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介してラックアンドピニオン機構３に伝達される。
ラックアンドピニオン機構３は、ピニオン軸６およびラック軸７を備えている。ピニオン軸６は、中間軸５に連結された軸部８と、この軸部８の先端に連結されたピニオン９とを含む。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介してピニオン軸６に伝達される。
【００１７】
ラック軸７は、車両の左右方向に沿って延びている。ラック軸７には、ラック１０が形成されている。ピニオン９およびラック１０は、互いに噛み合わされている。ピニオン軸６の回転は、ラック１０およびピニオン９により、ラック軸７の軸方向移動に変換される。
ラック軸７は筒状のラックハウジング１１に挿通されている。ラック軸７の両端部は、それぞれラックハウジング１１から突出している。ラック軸７の各端部には、インナーボールジョイント１２を介して、タイロッド１４の一端が連結されている。また、タイロッド１４の他端には、アウターボールジョイント１３が設けられている。このアウターボールジョイント１３は、ナックルアーム４１（図２参照）を介して転舵輪に連結されている。
【００１８】
また、ラックハウジング１１の各端部には、筒状のラックブーツ１５が配置されている。各ラックブーツ１５の一端は、ラックハウジング１１の端部に外嵌しており、当該端部に固定されている。また、各ラックブーツ１５の他端は、タイロッド１４に外嵌しており、当該タイロッド１４に固定されている。ラックハウジング１１の端部およびインナーボールジョイント１２は、対応するラックブーツ１５により覆われている。このラックブーツ１５によって、水や埃などの異物が、ラックハウジング１１内やインナーボールジョイント１２内に進入することが防止されている。
【００１９】
操舵操作（回転操作）では、前述したように、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４および中間軸５によってピニオン軸６に伝達され、ピニオン９の回転がラック１０を通じてラック軸７の軸方向移動に変換される。そのときのラック軸７の軸方向移動は、インナーボールジョイント１２を介してタイロッド１４に伝えられ、さらに、タイロッド１４の動きがアウターボールジョイント１３を介してナックルアーム４１（図２参照）へと伝えられる。
【００２０】
図２は、インナーボールジョイント１２を含むステアリング装置１の一部の断面図である。
インナーボールジョイント１２は、ラック軸７の端部に連結される略円筒状のハウジング１６と、このハウジング１６内に収容された樹脂シート１７と、ハウジング１６および樹脂シート１７によって揺動可能に支持されたボールスタッド１８とを備えている。ハウジング１６の後端部（他端部。図２に示す左端部）は、ラック軸７によって閉塞されている。
【００２１】
ボールスタッド１８は、鋼等の金属製の部材であり、球面状の外表面を有する球頭部２３と、この球頭部２３から突出するスタッド軸２４とが一体的に形成されている。球頭部２３は、樹脂シート１７に覆われた状態でハウジング１６に収容されている。
スタッド軸２４は、ハウジング１６の先端部（一端部。図２に示す右端部）側から突出している。このスタッド軸２４と、このスタッド軸２４に連結されるアウターボールジョイント１３に連結されたロッド２５とによって、タイロッド１４が構成されている。
【００２２】
スタッド軸２４の先端部（図２に示す右端部）には、雄ねじ部２６が形成されている。雄ねじ部２６は、ロッド２５に形成された雌ねじ孔２７に螺合されている。雄ねじ部２６が雌ねじ孔２７に螺合されることにより、ロッド２５がボールスタッド１８に同軸的に連結されている。
また、雄ねじ部２６にはロックナット２８が螺合されている。ボールスタッド１８およびロッド２５は、ロックナット２８によって互いに固定されている。また、雌ねじ孔２７に対する雄ねじ部２６のねじ込み量は、スタッド軸２４（ボールスタッド１８）を回転させ調節し、ロックナット２８によって固定されている。雌ねじ孔２７に対する雄ねじ部２６のねじ込み量を調節することにより、転舵輪のトーイン角を調節することができる。
【００２３】
ボールスタッド１８は、球頭部２３を支点として、ハウジング１６に対して揺動可能となっている。したがって、ラック軸７の軸方向への動きは、軸方向へ直線的にタイロッド１４に伝達されるのではなく、インナーボールジョイント１２によって揺動する角度方向へ伝達される。
一方、アウターボールジョイント１３は、カップ状のハウジング２９と、このハウジング２９内に収容された樹脂シート３０と、ハウジング２９および樹脂シート３０によって揺動可能に支持されたボールスタッド３１とを備えている。樹脂シート３０は、カップ状の第１シート３４と板状の第２シート３５とを含む。
【００２４】
ハウジング２９は、樹脂シート３０がその内側に配置された円筒３２と、この円筒３２の後端部（図２に示す下端部）を塞ぐように当該後端部に固定された閉鎖板３３とを含む。円筒３２は、例えばロッド２５の先端部に一体的に形成されている。
ボールスタッド３１は、球面状の外表面を有する球頭部３９と、この球頭部３９から突出するスタッド軸４０とが一体的に形成されている。球頭部３９は、第１シート３４に覆われた状態でハウジング２９に収容されている。第１シート３４と球頭部３９との間には、グリース等の潤滑剤が充填されている。スタッド軸４０は、ハウジング２９から突出している。
【００２５】
球頭部３９は、樹脂シート３０に対して摺動可能となっている。また、ボールスタッド３１は、スタッド軸４０の中心軸線まわりに回転可能となっている。アウターボールジョイント１３により、タイロッド１４の動きをその揺動する角度方向へ向けてナックルアーム４１に伝達する。ハウジング２９およびボールスタッド３１には、筒状のカバー４２が取り付けられている。カバー４２の一端は、ハウジング２９の先端部に外嵌されて、当該先端部に固定されている。
【００２６】
図３は、インナーボールジョイント１２およびラック軸７の固定構造を示す断面図である。
ハウジング１６は、略円筒状をなしている。ハウジング１６の一端部（図３に示す上端部）には開口部４５が形成されている。この開口部４５にはスタッド軸２４が挿通している。ハウジング１６は、たとえば鋼などの金属製の単一部材により形成された略円筒状の部材であり、その内部に球頭部２３を収容することができる大きさに形成されている。ハウジング１６の一端部には、その一端に向かうにつれてハウジング１６の中心軸線Ｃ側に近づくように湾曲する湾曲部４６が形成されている。そのため、ハウジング１６の一端部は、ハウジング１６の他の部分に比べて縮径されている。湾曲部４６の内周には、球頭部２３を、樹脂シート１７を介して支持する第１支持面４７が形成されている。第１支持面４７は、旋削加工などによって球頭部２３の外表面に沿う湾曲状に形成されている。ハウジング１６の他端部（図３に示す下端部）の内周には、雌ねじ５７が形成されている。ハウジング１６には、ラック軸７の端部がねじ嵌合により固定されている。
【００２７】
ラック軸７は、たとえば鋼などの金属製の単一部材により形成されたほぼ円柱状の棒材であり、その端部（図３に示す上端部）が略円筒状のハウジング１６の他端部に内嵌されて、当該他端部を閉塞している。
ラック軸７の端面には、球頭部２３を、樹脂シート１７を介して支持する第２支持面４９が形成されている。第２支持面４９は、旋削加工などにより、球頭部２３の外表面に沿う屈曲面状に形成されている。第２支持面４９は、ラック軸７の軸線方向に直交する平坦面からなる第１面５２と、この第１面５２と連続し、中心軸線Ｃを中心とする円錐面からなる第２面５３とを備えている。第２支持面４９とハウジング１６の内周とによって区画される収容空間５１内に、球頭部２３および樹脂シート１７が収容される。
【００２８】
ラック軸７の端部の外周には、ハウジング１６の雌ねじ５７に対応する雄ねじ５５が形成されている。雌ねじ５７に雄ねじ５５が螺合されて、ラック軸７がハウジング１６に固定される。ハウジング１６に対するラック軸７のねじ込み量を調節することにより、球頭部２３に付与される面圧を調節することができる。これにより、インナーボールジョイント１２内の予圧を適切に管理することができる。
【００２９】
樹脂シート１７は、カップ状の樹脂シートである。樹脂シート１７は、球頭部２３を包み込むように配置されている。樹脂シート１７と球頭部２３との間には、グリース等の潤滑剤が充填されている。樹脂シート１７の内面は予め球面に形成されている。樹脂シート１７には、ハウジング１６の中心軸線Ｃと同心の通孔５４が形成されている。通孔５４には、グリースなどの潤滑剤が充填されている。
【００３０】
樹脂シート１７は、たとえば、ポリアセタールやＰＥＥＫ等の樹脂材料を用いて形成されている。ポリウレタンやポリエステル等のゴム状の材料（エラストマー）を用いて形成されていても良い。
球頭部２３は、この樹脂シート１７に対して摺動可能となっている。ボールスタッド１８は、球頭部２３を支点としてハウジング１６に対して揺動可能に、ハウジング１６に保持されている。
【００３１】
図４は、インナーボールジョイント１２とラック軸７の端部との結合工程を示す模式的な断面図である。
インナーボールジョイント１２は、ハウジング１６の他端部（図４に示す下端部）から、ボールスタッド１８および樹脂シート１７の順で、ハウジング１６内に挿入される。ボールスタッド１８および樹脂シート１７の挿入後、ラック軸７がハウジング１６に内嵌され、ラック軸７がハウジング１６内にねじ込まれて固定される。
【００３２】
以上のようにこの実施形態によれば、ハウジング１６とラック軸７との固定状態では、ハウジング１６の他端部がラック軸７の端部によって閉塞されている。そして、ボールスタッド１８の球頭部２３は、ハウジング１６の一端部の内周に形成された第１支持面４７と、ラック軸７の端面に形成された第２支持面４９とによって、樹脂シート１７を介して支持されている。
【００３３】
したがって、ハウジング２３の第１支持面４７の寸法精度が鍛造加工によって予め高く設定されているので、球頭部２３の表面に付与される面圧を均一にすることが可能である。これにより、揺動トルクの安定化を図ることができる。
また、球頭部２３の表面の面圧が均一であるので、球頭部２３と樹脂シート１７との間の面圧大部がなく摩擦を低く抑えることができる。したがって、樹脂シート１７における異常磨耗の発生を抑制することができ、これにより、長期にわたってがたつきの発生を抑制することができる。
【００３４】
さらに、筒状のハウジング１６の他端部とラック軸７の端部とを結合させる構成であるので、カップ状のハウジングをラック軸に結合させる従来の構成と比較して、部品が別途必要にならず、このため、部品点数および組立て構成が増加しない。また、従来の構成と比較してワッシャを省略することができる。したがって、コストアップを抑制することができる。これにより、コストアップすることなく、揺動トルクの安定化およびがたつきの発生の抑制を図ることができる。
【００３５】
図５は、本発明の他の実施形態に係るインナーボールジョイントおよびラック軸７Ａの固定構造を示す断面図である。
この図５において、前述の図１〜図４に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図４と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
この図５に示す実施形態にかかる固定構造が、図１〜図４に示す固定構造と相違する点は、ラック軸７Ａの端面に形成される第２支持面４９Ａが、球頭部２３の外表面に沿う球面状をなしていることである。このラック軸７Ａの第２支持面４９Ａは鍛造により形成されている。
【００３６】
また、樹脂シート１７Ａとして、カップ状でなく、ほぼ球面状の球面シートが採用されている。この樹脂シート１７Ａは、球頭部２３を包み込むように配置されている。樹脂シート１７Ａはハウジング１６内に収容された状態で、球頭部２３の外表面に沿うようになるが、予め球面状に形成されているためにその変形量が少ない。これにより、球頭部２３の面圧をより均一にすることができる。
【００３７】
図６は、本発明のさらに他の実施形態に係るインナーボールジョイントおよびラック軸７Ｂの固定構造を示す断面図である。この図６において、前述の図１〜図４の実施形態に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図４の実施形態の場合と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
この図６に示す実施形態にかかる固定構造が、図１〜図４に示す固定構造と相違する点は、ラック軸７の端部のハウジング１６Ｂへの結合がかしめ嵌合によって達成されていることである。
【００３８】
具体的には、ラック軸７Ｂの端部の外周は、滑らかな円筒面に形成されている。また、ハウジング１６Ｂの他端部の内周も滑らかな円筒面に形成されている。ハウジング１６Ｂの他端部には、かしめ部４８が形成されている。かしめ部４８は、ラック軸７Ｂがハウジング１６Ｂの他端部に内嵌された後に、ラック軸７Ｂの他端部がかしめ加工されることにより形成されている。このかしめ部４８により、ラック軸７とハウジング１６Ｂとの固定が達成される。
【００３９】
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。
図６の実施形態では、図１〜図４に示す構成にかしめ嵌合による固定を適用する場合を例にとって説明したが、このねじ嵌合構造が図５の実施形態に適用されていてもよい。
また、ハウジング１６，１６Ｂとラック軸７，７Ａ，７Ｂの端部との結合が、かしめ嵌合やねじ嵌合により達成された構成を例に挙げて説明したが、それ以外に、たとえば接着剤により結合された構成であってもよい。
【００４０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールジョイントおよびラック軸の固定構造が適用されたステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】インナーボールジョイントを含むステアリング装置の一部の断面図である。
【図３】インナーボールジョイントおよびラック軸の固定構造を示す断面図である。
【図４】インナーボールジョイントとラック軸の端部との結合工程を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るインナーボールジョイントおよびラック軸の固定構造を示す断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係るインナーボールジョイントおよびラック軸の固定構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ステアリング装置、７，７Ａ，７Ｂ…ラック軸，１２…インナーボールジョイント（ボールジョイント）、１６，１６Ｂ…ハウジング、１７，１７Ａ…樹脂シート、１８…ボールスタッド、２３…球頭部、４７…第１支持面、４９…第２支持面
【図１】
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【図２】
2010030507.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010030507.tif 000006
【図５】
2010030507.tif 000007
【図６】
2010030507.tif 000008