(57)【要約】【課題】破れにくく、異物の侵入をより抑制できるブーツ、当該ブーツを備えたステアリング装置、および当該ブーツの製造方法を提供する。【解決手段】ラックブーツ３０は、内層３１および外層３２からなる２層構造を有している。内層３１および外層３２は、互いにほとんど相似な蛇腹筒形状を有している。内層３１および外層３２はそれぞれ別個の部材であり、これらが互いに接着されることにより、内層３１および外層３２は一体的に弾性変形する。内層３１は、外層３２よりも大きな熱膨張係数を有している。すなわち、内層３１は外層３２よりも収縮しようとするため、内層３１から作用する収縮力によって、外層３２にも常に収縮力が作用している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械の可動部に装着されて、前記可動部を外部から遮断する有機弾性材料からなる蛇腹形状のブーツであって、
外層および内層からなる２層構造を有し、前記外層と前記内層とはこれらの境界部分で互いに接着されており、前記内層は自身が収縮する力を有した状態で配置されているブーツ。
【請求項２】
請求項１に記載のブーツにおいて、
前記内層の熱膨張係数は、前記外層の熱膨張係数よりも大きく設定されているブーツ。
【請求項３】
請求項１に記載のブーツにおいて、
前記内層および前記外層の熱膨張係数は互いに同じであり、
前記外層の全体の熱収縮量よりも前記内層の全体の熱収縮量の方が大きく設定されているブーツ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のブーツと、
軸方向に直線移動する転舵シャフトと、
前記転舵シャフトの両端に回動可能に接続されたタイロッドと、
前記転舵シャフトを収容するハウジングと、を備えるステアリング装置において、
前記タイロッドは車両の転舵輪に接続されており、前記転舵シャフトの直線移動が前記タイロッドにより伝達されて前記転舵輪を転舵し、
前記ブーツは、前記転舵シャフトの両端をそれぞれ覆うように設けられて、一端は前記ハウジングに接続され、他端は前記タイロッドに接続されているステアリング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のステアリング装置において、
モータと、
前記転舵シャフトの外周に設けられたねじ溝に複数のボールを介して螺合された円筒状のボールねじナットを有し、前記ボールねじナットの回転に基づき前記転舵シャフトに軸方向の力を付与するボールねじ機構と、
前記モータの出力を減速して前記ボールねじナットに伝達する減速機と、を備え、
前記ハウジングは、さらに前記転舵シャフト、前記ボールねじ機構、および前記減速機を収容するステアリング装置。
【請求項６】
前記外層が成形された後に、前記内層が成形される請求項２に記載のブーツの製造方法。
【請求項７】
固化前の前記外層が冷却されて固化した後に、前記内層が成形される請求項２または３に記載のブーツの製造方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のブーツの製造方法において、
前記外層の成形後、かつ前記内層の成形前に前記外層と前記内層との境界部分に接着剤が塗付されるブーツの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブーツ、ブーツを備えるステアリング装置、およびブーツの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のものも含め、ステアリング装置には、ラックシャフトの両端にそれぞれブーツ（ベローズ）が設けられている。ブーツによって、ハウジングの収容空間に外部から水を始めとする異物が侵入することが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１８７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、飛び石などの接触によりブーツが破れることで、ハウジングの収容空間と外部の空間とが連通する開口部分が形成されてしまうと、この開口部分を介してハウジングの収容空間に水などの異物が侵入するおそれがある。ハウジングの内部に水などの異物が侵入すると、ハウジングの内部に収容されるベルトやボールねじ機構の各部に悪影響を及ぼすおそれがあるため、よりハウジングの内部への異物の侵入を抑制する構成が求められていた。
【０００５】
なお、ステアリング装置に限らず、等速ジョイントやサスペンションなどの可動部を有する機械であっても同様に、より内部への異物の侵入を抑制する構成が求められていた。
本発明の目的は、破れにくく、異物の侵入をより抑制できるブーツ、当該ブーツを備えたステアリング装置、および当該ブーツの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成しうるブーツは、機械の可動部に装着されて、前記可動部を外部から遮断する有機弾性材料からなる蛇腹形状のブーツであって、外層および内層からなる２層構造を有し、前記外層と前記内層とはこれらの境界部分で互いに接着されており、前記内層は自身が収縮する力を有した状態で配置されている。
【０００７】
この構成によれば、内層が自身を収縮する力を有した状態で配置されていることにより、内層によって外層には収縮させる力が作用する。内層が外層に収縮させる力を作用させることにより、外層が破れた場合であっても、外層に発生した破れは塞がれる。このため、破れによって内層が外部に露出した状態が抑制され、機械の可動部を外部から遮断することができる。また、機械の可動部に異物が侵入することをより抑制できる。
【０００８】
上記のブーツにおいて、前記内層の熱膨張係数は、前記外層の熱膨張係数よりも大きく設定されていることが好ましい。
この構成によれば、内層の熱膨張係数が外層の熱膨張係数よりも大きいことにより、内層の単位長さあたりの熱収縮量を外層の単位長さあたりの熱収縮量よりも大きく設定することが可能である。このため、内層は外層を収縮させる力を作用させることができる。
【０００９】
上記のブーツにおいて、前記内層および前記外層の熱膨張係数は互いに同じであり、前記外層の全体の熱収縮量よりも前記内層の全体の熱収縮量の方が大きく設定されていてもよい。
【００１０】
この構成によれば、内層および外層の熱膨張係数が互いに同じであっても、外層の全体の熱収縮量よりも内層の全体の熱収縮量が大きく設定されることによって、内層によって外層には収縮させる力が作用する。
【００１１】
上記のブーツを備えるステアリング装置は、軸方向に直線移動する転舵シャフトと、前記転舵シャフトの両端に回動可能に接続されたタイロッドと、前記転舵シャフトを収容するハウジングと、を備え、前記タイロッドは車両の転舵輪に接続されており、前記転舵シャフトの直線移動が前記タイロッドにより伝達されて前記転舵輪を転舵し、前記ブーツは、前記転舵シャフトの両端をそれぞれ覆うように設けられて、一端は前記ハウジングに接続され、他端は前記タイロッドに接続されていることが好ましい。
【００１２】
上記のステアリング装置において、モータと、前記転舵シャフトの外周に設けられたねじ溝に複数のボールを介して螺合された円筒状のボールねじナットを有し、前記ボールねじナットの回転に基づき前記転舵シャフトに軸方向の力を付与するボールねじ機構と、前記モータの出力を減速して前記ボールねじナットに伝達する減速機と、を備え、前記ハウジングは、さらに前記転舵シャフト、前記ボールねじ機構、および前記減速機を収容することが好ましい。
【００１３】
これらの構成によれば、外層に破れが生じた場合であっても、内層が外層に収縮させる力を作用させることにより、外層に発生した破れは塞がれるので、ハウジングの内部に異物が侵入することがより抑制されている。
【００１４】
上記のブーツの製造方法は、前記外層が成形された後に、前記内層が成形されることが好ましい。
この構成によれば、外層が成形された後に、外層よりも熱膨張係数の大きい材料を用いて内層が成形されることにより、内層の成形時の熱収縮量は外層の熱収縮量よりも大きくなる。このため、内層によって外層に収縮させる力を作用させることができる。
【００１５】
上記のブーツの製造方法は、固化前の前記外層が冷却されて固化した後に、前記内層が成形されてもよい。
この構成によれば、外層および内層の熱膨張係数が同じであっても、固化前の外層が冷却されて固化した後に内層が成形されると、内層が冷却されることにより生じる熱収縮によって外層には収縮させる力が作用する。外層の全体の熱収縮量よりも内層の全体の熱収縮量の方が大きいためである。
【００１６】
上記のブーツの製造方法は、前記外層の成形後、かつ前記内層の成形前に前記外層と前記内層との境界部分に接着剤が塗付されることが好ましい。
この構成によれば、内層と外層との間の境界部分に接着剤が塗付されることにより、内層と外層との間の接着強度をより高めることができる。このため、内層と外層とをより一体的に変形させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のブーツ、当該ブーツを備えたステアリング装置、および当該ブーツの製造方法によれば、より異物の侵入を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態のステアリング装置の概略構成を示す構成図。
【図２】一実施形態のステアリング装置について、そのブーツの概略構造を示す断面図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、ブーツを製造するための各工程を示す模式図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態のステアリング装置について、そのブーツの２層構造の状態の変化を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明のブーツをＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）に適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は運転者のステアリングホイール１０の操作に基づいて転舵輪１６を転舵させる操舵機構２、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３を備えている。
【００２０】
操舵機構２は、ステアリングホイール１０およびステアリングホイール１０と一体回転するステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１１ａと、コラムシャフト１１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１１ｂと、インターミディエイトシャフト１１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト１１ｃとを有している。ピニオンシャフト１１ｃの下端部はラックアンドピニオン機構１３を介して転舵シャフトであるラックシャフト１２に連結されている。ピニオンシャフト１１ｃの下端部（ピニオン歯）は、ラックシャフト１２（ラック歯）に噛み合わされている。したがって、ステアリングシャフト１１の回転運動は、ピニオンシャフト１１ｃの先端に設けられたピニオン歯とラックシャフト１２に設けられたラック歯からなるラックアンドピニオン機構１３を介して、ラックシャフト１２の軸方向Ｘ（図１の左右方向）の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動は、ラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されたラックエンド１４を介してタイロッド１５に伝達される。これらタイロッド１５の運動が左右の転舵輪１６にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１６の転舵角が変更される。ラックシャフト１２はラックハウジング１７に収容されている。ラックハウジング１７の両端とタイロッド１５との間には、蛇腹筒状体のラックブーツ３０（ブーツ）がそれぞれ配置されている。ラックブーツ３０の一端はラックハウジング１７の端部に接続され、ラックブーツ３０の他端はタイロッド１５に接続されている。ラックエンド１４およびタイロッド１５の一部分は、対応するラックブーツ３０により覆われている。各ラックブーツ３０は、水や埃などの異物が、ラックハウジング１７の内部およびラックエンド１４の内部に侵入することを抑制する。
【００２１】
アシスト機構３は、ラックシャフト１２の周囲に設けられている。アシスト機構３は、アシスト力の発生源であるモータ２０と、ラックシャフト１２の周囲に一体的に取り付けられたボールねじ機構４０と、モータ２０の回転軸２１の回転力をボールねじ機構４０に伝達する減速機５０からなる。アシスト機構３は、モータ２０の回転軸２１の回転力を、減速機５０およびボールねじ機構４０を介してラックシャフト１２の軸方向Ｘの力に変換することにより、運転者のステアリング操作を補助する。
【００２２】
ボールねじ機構４０、減速機５０、ピニオンシャフト１１ｃ、およびラックシャフト１２は、ラックハウジング１７により覆われている。ラックハウジング１７には、ラックシャフト１２が挿通される挿通部１７ａが軸方向Ｘにおいて貫通して設けられている。また、ラックハウジング１７はラックシャフト１２の延びる方向に対して交わる方向（図１中の上方）へ突出する部分である減速機ハウジング１７ｂを有している。減速機ハウジング１７ｂの内部には、減速機５０の一部が収容される。減速機ハウジング１７ｂの壁面（図１中の減速機ハウジング１７ｂの右側壁）には、貫通孔２２が設けられている。モータ２０の回転軸２１は、減速機ハウジング１７ｂに設けられた貫通孔２２を通じて減速機ハウジング１７ｂの内部に延びている。回転軸２１がラックシャフト１２に対して平行となるように、モータ２０はボルト２３により減速機ハウジング１７ｂに固定されている。
【００２３】
つぎに、ラックブーツ３０について詳しく説明する。
図２に示すように、ラックブーツ３０は、一端部（図２中の左端部）から他端部（図２中の右端部）に向かってその外径が徐々に小さくなる先細り形状を有している。ラックブーツ３０は、内層３１および外層３２からなる２層構造を有している。内層３１および外層３２は、互いにほとんど相似な蛇腹筒形状を有している。内層３１および外層３２はそれぞれ別個の部材であり、これらが互いに接着されることにより、内層３１および外層３２は一体的に弾性変形する。内層３１と外層３２との間の境界部分に、たとえば接着剤が塗付されることにより、内層３１と外層３２との間の接着強度が十分に確保されている。
【００２４】
内層３１および外層３２は、熱膨張係数（熱収縮率）が異なるゴムなどの有機弾性材料により形成されている。内層３１から作用する収縮力によって、外層３２には常に収縮力が作用している。たとえば、内層３１に用いられる材料の熱膨張係数を外層３２に用いられる材料の熱膨張係数よりも大きく設定することにより、内層３１から外層３２に収縮力を作用させる。
【００２５】
つぎに、本実施形態のラックブーツ３０の製造方法について説明する。ラックブーツ３０は、一例としてはインジェクションブロー成形によって製造される。
図３（ａ）に示すように、ラックブーツ３０を製造するための金型６０は第１の金型６１および第２の金型６２を有している。第１の金型６１および第２の金型６２を閉じた状態において、金型６０の内面形状は、ラックブーツ３０の外層３２の外面形状と一致している。すなわち、金型６０の内面形状は、ラックブーツ３０の蛇腹形状に対応した形状である。第１の金型６１および第２の金型６２を、ラックブーツ３０の蛇腹筒形状の中心軸に直交する方向に相対移動することにより、第１の金型６１および第２の金型６２を閉じた状態にする。第１の金型６１および第２の金型６２を閉じた状態において、第１の金型６１と第２の金型６２との間は、隙間なく密閉されている。金型６０における底部６３と反対側の端部において、第１の金型６１と第２の金型６２との間には、金型６０の内部と外部とを連通する口部６４が設けられている。
【００２６】
外層３２の原材料６５は、たとえば加熱（融解）された状態で、金型６０の口部６４に挟み込まれて、金型６０の内部に挿入されている。原材料６５は、たとえば一端が開口し、他端が断面Ｕ字状の底を有する試験管状の形状を有している。原材料６５の開口した一端に設けられたフランジ部６６が口部６４に引っかかることにより、原材料６５は金型６０に支持されている。原材料６５が冷却される前に、口部６４（正確には原材料６５の開口部分）から金型６０の内部（原材料６５の内部空間）に空気を吹き込むことにより、原材料６５を金型６０の内面に一様に付着させる。これによって、原材料６５は外層３２と同様の蛇腹筒形状を呈することとなる。なお、以下の図３（ｂ）および図３（ｃ）の工程は、原材料６５が冷却されきる前に行われる。
【００２７】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、口部６４からたとえば流体状の接着剤６７が金型６０の内面に一様に噴出され、塗付される。接着剤６７は内層３１の原材料６５と外層３２の原材料６８（図３（ｃ）参照）との間で十分な接着強度が得られない場合に用いられる。なお、原材料６５と原材料６８との間で十分な接着強度が得られる場合、図３（ｂ）に示される工程は省略してもよい。
【００２８】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、接着剤６７が固化する前に、口部６４から加熱された内層３１の原材料６８が金型６０の内部に挿入される。原材料６８は、たとえば一端が開口し、他端が断面Ｕ字状の底を有する試験管状の形状を有している。原材料６５の開口した一端に設けられたフランジ部６９が、口部６４と引っかかっている原材料６８のフランジ部６６に引っかかることにより、原材料６５は金型６０に支持されている。そして、原材料６８が冷却される前に、さらに口部６４（正確には原材料６８の開口部分）から金型６０の内部（原材料６８の内部空間）に空気を吹き込むことにより、原材料６８を金型６０の内面に一様に付着させる。
【００２９】
そして、図３（ｄ）に示すように、原材料６５および原材料６８の冷却および接着剤６７の固化によって、内層３１と外層３２とが接着した状態のラックブーツ３０の原型が製造される。内層３１と外層３２とは、互いに接着剤６７によって接着されている。このようにして製造されたラックブーツ３０の原型を、第１の金型６１および第２の金型６２を開くことによって金型６０から取り外す。そして、ラックブーツ３０の原型の軸方向における両端部分を切断装置によって切り取ることにより、ラックブーツ３０が製造される。
【００３０】
なお、内層３１および外層３２を加熱した状態で金型６０の内部に付着させたのち、金型内で低温に冷却すると、内層３１の熱膨張係数が外層３２の熱膨張係数よりも大きいことにより、内層３１の熱収縮量が外層３２の熱収縮量よりも大きくなり、内層３１は外層３２よりもさらに大きく縮もうとする。しかし、内層３１と外層３２とが互いに接着されていることにより、内層３１が外層３２に拘束されるため、内層３１は本来の熱収縮量ほど収縮することはできない。このため、内層３１は本来の熱収縮量まで収縮しようとして、内層３１に接着されている外層３２に収縮力を作用させる。
【００３１】
本実施形態の作用および効果を説明する。
図４（ａ）に示すように、内層３１および外層３２によって、ラックハウジング１７の内部空間と外部とが遮断されている。このとき、ラックブーツ３０の表面である外層３２には、内層３１による収縮力Ｃが作用している。
【００３２】
ところで、図４（ｂ）に示すように、ラックブーツ３０（特に外層３２）には破れ３３（傷）が形成されるおそれがある。すなわち、ラックブーツ３０の経年劣化や、路面から飛び跳ねる飛び石などによって、ラックブーツ３０の外層３２が破れるおそれがある。この点、本実施形態であれば、内層３１が発生させる収縮力Ｃによって、外層３２は常に収縮しようとしている。
【００３３】
図４（ｃ）に示すように、外層３２が破れた場合であっても、内層３１が発生させる収縮力Ｃによって、外層３２が収縮することにより、外層３２に発生した破れ３３は塞がれる。このため、破れ３３によって内層３１が外部に露出した状態が抑制される。また、外層３２の破れ３３が塞がれるため、よりラックハウジング１７の内部に異物が侵入することが抑制される。
【００３４】
また、外層３２にわずかに傷が入った場合には、その部分が最弱部となるため、ラックシャフト１２の軸方向の移動に伴うラックブーツ３０の膨張および収縮によって、さらに傷が大きくなってしまうことも考えられる。しかし、外層３２にわずかに傷が入った場合であっても、内層３１の収縮力Ｃによって外層３２の傷がある程度塞がれるため、傷が広がることが抑制される。このため、ラックブーツ３０の耐久性も高められ、ラックハウジング１７の内部に異物が侵入することを長期にわたってより抑制することができる。また、ラックハウジング１７の内部に異物が侵入することが抑制されるため、ボールねじ機構４０および減速機５０の耐久性が低下することが抑制され、ＥＰＳ１の耐久性の低下が抑制される。
【００３５】
比較例として、内層３１と外層３２とが同じ部材（たとえば熱膨張係数も熱収縮量も同じもの）の場合、外層３２が破れてしまうと、外層３２の破れ３３が塞がることなく、内層３１が外部に露出したままの状態に維持される。
【００３６】
なお、本実施形態は次のように変更してもよい。以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・本実施形態では、原材料６５が冷却されきる前に図３（ｂ）および図３（ｃ）の工程を行ったが、原材料６５が冷却されきった後に行ってもよい。なお、原材料６５が冷却されきった後に図３（ｂ）および図３（ｃ）の工程を行う場合、内層３１および外層３２の熱膨張係数の差はより小さくてよい。この場合であっても、外層３２が冷却されきったあとに、内層３１が加熱融解された状態から冷却して固化されるまでの間に内層３１は収縮するため、内層３１の熱収縮量を十分に確保できる。
【００３７】
・本実施形態では、製造過程において冷却するときの内層３１の熱収縮量が外層３２の熱収縮量よりも大きいことにより、内層３１は外層３２に収縮させる力を作用させたが、これに限らない。たとえば、内層３１の全体の熱収縮量が外層３２の全体の熱収縮量よりも小さいとしても、内層３１の単位長さ（面積）あたりの熱収縮量が外層３２の単位長さ（面積）あたりの熱収縮量よりも大きく設定していれば、内層３１は外層３２に収縮力を作用させることができる。
【００３８】
・本実施形態のラックブーツ３０は、有機弾性材料であればどのようなものであってもよい。たとえば樹脂であってもよいし、有機高分子材料であってもよい。
・本実施形態のラックブーツ３０は、インジェクションブロー成形によって製造されたが、これに限らない。たとえば、ダイレクトブロー成形であってもよいし、射出成形であってもよい。
【００３９】
・本実施形態では、ラックシャフト１２に対して平行に配置された回転軸２１を有するモータ２０によってラックシャフト１２にアシスト力を付与する形式のＥＰＳ１に具体化して示したが、これに限らない。たとえば、モータ２０によるアシスト力をステアリングシャフト１１に付与する、他の形式の電動パワーステアリング装置に具体化してもよい。また、ステアリング操作に連動するラックシャフト１２の直線運動を、モータ２０の回転力を利用して補助する電動パワーステアリング装置を例に挙げたが、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）に適用してもよい。なお、ＳＢＷに具体化する場合には、前輪操舵装置としてだけでなく、後輪操舵装置あるいは４輪操舵装置（４ＷＳ）として具体化することもできる。
【００４０】
・本実施形態では、ラックブーツ３０を備えるＥＰＳ１に設けられる具体化したが、これに限らない。たとえば、サスペンションのショックアブソーバの可動部分に異物が侵入することを抑制するブーツであってもよいし、等速ジョイントの可動部分に異物が侵入することを抑制するブーツであってもよい。すなわち、機械の可動部に装着されて、その可動部を外部から遮断することにより、その可動部に異物が侵入することを抑制するブーツであればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…ＥＰＳ、２…操舵機構、３…アシスト機構、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、１１ａ…コラムシャフト、１１ｂ…インターミディエイトシャフト、１１ｃ…ピニオンシャフト、１２…ラックシャフト（転舵シャフト）、１３…ラックアンドピニオン機構、１４…ラックエンド、１５…タイロッド、１６…転舵輪、１７…ラックハウジング（ハウジング）、１７ａ…挿通部、１７ｂ…減速機ハウジング、１７ｃ…フランジ部、２０…モータ、２１…回転軸、２２…貫通孔、２３…フランジ部、３０…ラックブーツ（ブーツ）、３１…内層、３２…外層、３３…破れ、４０…ボールねじ機構、５０…減速機、６０…金型、６１…第１の金型、６２…第２の金型、６３…底部、６４…口部、６５…原材料、６６…フランジ部、６７…接着剤、６８…原材料、６９…フランジ部、Ｃ…収縮力、Ｘ…軸方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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