JP4468124B2 - ステアリング振動減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、路面からパワーステアリング装置に逆入力される振動を減衰するステアリング振動減衰装置に関する。

車両走行中の操舵系に対しては、種々の振動成分を含む外力が逆入力される。このような逆入力は、ステアリング装置を構成するラック軸及びギヤボックスを介してステアリング軸に伝達され、ステアリング軸に、いわゆるステアリング振動を生じさせる。

ステアリング振動としては、主にフラッタ振動、ジャダー振動、キックバック等がある。フラッタ振動は、タイヤのアンバランスに起因してステアリングホイールが周方向に振られる微小振動である。ジャダー振動は、ディスクロータの肉厚変動等に起因してブレーキ作動時にステアリングホイールが回転方向に振られる微小振動である。又、キックバックは、悪路走行時に路面からの操舵系に逆入力される振幅の比較的大きな振動である。

これらのステアリング振動を減衰する技術としては、左右輪からステアリングホイールに至る伝達経路中に、ダイナミックダンパを介装し、このダイナミックダンパの挙動によりステアリング振動のエネルギを消費し、逆入力された振幅を減衰する技術が多く採用されている。

例えば特許文献１（特開平５−８７４３号公報）には、パワーステアリング装置を構成するシリンダ室に作動油を供給する油圧回路中に、可動マスを内装するチャンバを設け、左右輪からステアリングホイールに至る伝達経路にフラッタ振動が入力された場合、このフラッタ振動をシリンダ室内の作動油を介して油圧回路側へ伝達し、この油圧回路に介装されているチャンバ内の可動マスをダイナミックダンパとして機能させることで、フラッタ振動を減衰させる技術が開示されている。
特開平５−８７４３号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、パワーステアリング装置の油圧回路中にチャンバを設けるためのスペースを確保する必要がある。更に、チャンバに可動マスを内装する分、構造が複雑化し、製品コストが高くなる問題がある。

これに対し、サスペンションのロアアームやステアリング軸にダイナミックダンパを介装する技術も知られているが、何れの技術においても、ダイナミックダンパを介装するためのスペースを確保する必要がある。しかし、他の部品と干渉しやすく、充分なスペースを確保することのできない部位では、充分なダンパ効果を発揮させることができない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、部品点数が増加せず、ステアリング振動を減衰させる部位を設けるためのスペースを特別に確保する必要がなく、しかも低コストでステアリング振動を効率よく減衰させることのできるステアリング振動減衰装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明による第１のステアリング振動減衰装置は、ステアリングホイールに連設されて軸方向へ移動自在なラック軸と、上記ラック軸に固着されたラックピストンと、上記ラック軸が貫通するパワーシリンダと、上記パワーシリンダの両端に固設されて上記ラック軸の外周に摺接するシール本体を有する第１、第２のシール部材と、上記ラック軸に固着されると共に上記パワーシリンダの内周に摺接して該パワーシリンダ内を２つのシリンダ室に区分するシールリングを有する第３のシール部材とを備え、上記第１、第２のシール部材の少なくとも一方の上記シール本体を、上記パワーシリンダに固設するシール本体部材と上記ラック軸に摺接するリップ部材との二層構造とし、上記シール本体部材を高減衰ゴムで形成したことを特徴とする。
第２のステアリング振動減衰装置は、ステアリングホイールに連設されて軸方向へ移動自在なラック軸と、上記ラック軸に固着されたラックピストンと、上記ラック軸が貫通するパワーシリンダと、上記パワーシリンダの両端に固設されて上記ラック軸の外周に摺接するシール本体を有する第１、第２のシール部材と、上記ラック軸に固着されると共に上記パワーシリンダの内周に摺接して該パワーシリンダ内を２つのシリンダ室に区分するシールリングを有する第３のシール部材とを備え、上記シールリングを上記ラック軸に固設する内周側リング部材と上記パワーシリンダの内周面に摺接する外周側リング部材との二層構造とし、上記内周側リング部材を高減衰ゴムで形成したことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造で、部品点数が増加せず、ステアリング振動を減衰させる部位を設けるためのスペースを特別に確保する必要がなく、しかも低コストでステアリング振動を効率よく減衰させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１〜図４に本発明の第１形態を示す。図１はパワーステアリング装置の全体概略図である。

同図に示すように、パワーステアリング装置１のステアリング軸２は、図示しない車体フレームにステアリングコラム３を介して回動自在に支持されており、その一端が運転席側へ延出され、他端が運転席とエンジンルームとを区画するトーボード（図示せず）側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部にステアリングホイール４が固設され、又、トーボード側端部にピニオン軸５が連設されている。ピニオン軸５は、トーボードを貫通してエンジンルーム側へ延出されている。

エンジンルームには、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６の軸方向一側にパワーシリンダ７が一体形成されている。又、図２、図３に示すようにステアリングギヤボックス６とパワーシリンダ７とに、ラック軸８が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸８に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオンが噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構が形成される。

又、ラック軸８の左右両端はステアリングギヤボックス６とパワーシリンダ７との端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド９を介してフロントナックル１０が連設されている。このフロントナックル１０は、左右輪１１Ｌ，１１Ｒを回動自在に支持すると共に、キングピン（図示せず）を介して車体フレームに転舵自在に支持されている。

従って、ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸８が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル１０がキングピン（図示せず）を中心に回動して、左右輪１１Ｌ，１１Ｒが左右方向へ転舵される。

図２に示すように、パワーシリンダ７は、その両端が第１、第２のシール部材１２，１３を介してシールされていると共に、ステアリングギヤボックス６に連設する側と反対側の端部がリング部材１４で抜け止めされている。パワーシリンダ７内は、ラック軸８に固設されている第３のシール部材１５を挟んで２つのシリンダ室７ａ，７ｂに区画されている。各シリンダ室７ａ，７ｂには、給排回路１６ａ，１６ｂを介してコントロールバルブ１７が接続されている。

図１に示すように、コントロールバルブ１７には、供給回路１８ａと排出回路１８ｂとが接続されており、供給回路１８ａが、エンジン駆動式、或いは電動式の油圧ポンプ１９を介してリザーバタンク２０に臨まされている。一方、排出回路１８ｂがリザーバタンク２０に直接臨まされている。尚、符号１８ｃは供給回路１８ａ内のオイルが油圧ポンプ１９側へ逆流することを防止する逆止弁である。

ステアリングホイール４を回転させると、ピニオン軸５に連設されているコントロールバルブ１７が、ステアリングホイール４の回転方向に対応する一方の給排回路１６ａ（１６ｂ）を開き、作動油を一方のシリンダ室７ａ（７ｂ）へ供給する。一方のシリンダ室７ａ（７ｂ）に作動油が流れ込むと、その作動油にてラックピストン３１が押圧され、ラック軸８を、ステアリングホイール４の回転によって移動する方向と同方向へ付勢し、操舵力をアシストする。又、ラックピストン３１が移動すると、他方のシリンダ室７ｂ（７ａ）に流入されている作動油が給排回路１６ｂ（１６ａ）、排出回路１８ｂを介してリザーバタンク２０へ戻される。

又、図３に示すように、パワーシリンダ７の両端をシールする第１のシール部材１２と第２のシール部材１３とは、ほぼ対称な形状を有しているが、第１のシール部材１２のシール本体２１が一体成型品であるのに対し、第２のシール部材１３のシール本体４１は、シール本体部材４２とリップ部材４３との二層構造で構成されている点が相違している。

先ず、第１のシール部材１２の構成について説明する。第１のシール部材１２は、シール本体２１と、このシール本体２１に装着されて一体化された断面略Ｌ字形の環状補強部材２２と、シール本体２１に装着されるガータスプリング２３とを備えている。

シール本体２１はゴム、エラストマー材料、高分子材料等の弾性材料を素材として環状に形成されており、その外周面２１ａがパワーシリンダ７の内周面に密着固定されている。更に、シール本体２１の背面に、鋼板等の金属材から成る環状補強部材２２の先端曲げ部が一体的に埋設され、加硫接着或いは溶着などの手段により固設して補強されている。

又、シール本体２１の内周面に、ラック軸８に摺接するシールリップ２１ｂが形成されており、その外周側にガータスプリング２３が巻装されている。ガータスプリング２３はシールリップ２１ｂのラック軸８に対する押圧力を設定するものである。

次に、第２のシール部材１３の構成について説明する。第２のシール部材１３のシール本体４１に設けたシール本体部材４２は、高減衰ゴムを素材として形成されている。高減衰ゴムの材料としては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、イソブチレン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等のいずれか、若しくはこれらの混合物に、フェノール系樹脂、ロジン系樹脂等の樹脂材料を配合したもの等がある。

図４に高減衰ゴムのヒステリシス特性を示す。尚、横軸は変位量Ｘ[mm]、 縦軸は加重Ｆ[N]である。同図に示すように、高減衰ゴムは、入力荷重を受けて弾性変形する際、及び弾性変形された状態から戻る際のヒステリシスが大きく、このときのヒステリシスロスにより、振動エネルギを熱に変換して消費し振幅を減衰させるものである。

シール本体部材４２を高減衰ゴムとすることで、ラック軸８に逆入力されるステアリング振動が、後述するリップ部材４３を介してシール本体部材４２に印加されると、このシール本体部材４２が剪断応力、及び引張応力により弾性変形し、そのときに生じるヒステリシスロスによる発熱で、振動エネルギを消費し、振幅を減衰させることができる。

本形態で減衰しようとするステアリング振動としては、主にフラッタ振動、ラダー振動、キックバックがある。これら各振動の主要な振動数は、おおよそ１２〜１５Hz前後で共通しており、これら各振動によってラック軸８に逆入力される振幅は、フラッタ振動では0.05mm、ラダー振動では0.5mm、キックバックでは1.5mm程度である。

一般に、このような微小振幅では、ラック軸８とシール本体４１とは摺動せず、パワーシリンダ７のシリンダ室７ａ，７ｂに流入する作動油が微小変形するのみであるため、これらの振幅が大きく減衰することはない。本形態では、シール本体部材４２を高減衰ゴムとしたことで、ラック軸８に伝達されるステアリンク振動の微小な入力振幅を、このシール本体部材４２の弾性変形によって減衰させることができる。

又、シール本体部材４２の外周面４２ａがパワーシリンダ７の内周面に密着固定されている。更に、シール本体２１の背面に、鋼板等からなる環状補強部材２２の先端曲げ部が一体的に埋設されて補強されている。更に、シール本体部材４２の内周に、断面Ｌ字状に形成された鋼板等の金属材からなる環状の接合部材４４が加硫接着或いは溶着等の手段により固着されている。

更に、この接合部材４４の内周に、リップ部材４３が加硫接着、或いは溶着等の手段により固着されている。このリップ部材４３は、第１のシール部材１２を構成するシール本体２１と同様、耐磨耗性、シール性が良好な、ゴム、エラストマー材料、高分子材料等の弾性材料を素材として環状に形成されており、その内周面に、ラック軸８に摺接するシールリップ４３ｂが形成されており、その外周側に、第１のシール部材１２と同様の機能を有するガータスプリング２３が巻装されている。

一方、図３に示すように、ラックピストン３１は環状に形成されており、その内周がラック軸８に軸着されていると共に、その一端に形成された爪部３１ａがラック軸８に食い込んだ状態で固定され、且つその背面がＣリング等のストッパ３２で掛止されて、軸方向への移動が規制されている。又、ラックピストン３１の外周に環状溝３１ｂが形成されている。この環状溝３１ｂにＯリング３３を介して第３のシール部材としてのシールリング３４が装着され、このシールリング３４の外周面３４ａが、パワーシリンダ７の内周面に摺接されている。シールリング３４は、シール本体２１と同様、ゴム、エラストマ、高分子材料等の弾性材料を素材として形成されている。

このような構成では、ラック軸８に、このラック軸８と第２のシール部材１３との間を摺動させる程のものでもない微細な振幅を有するステアリング振動が逆入力されると、その振幅が第２のシール部材１３のリップ部材４３を介してシール本体部材４２に伝達され、このシール本体部材４２が剪断応力、及び引張応力により弾性変形する。このシール本体部材４２は高減衰ゴムにて形成されているため、弾性変形の際に生じるヒステリシスロスにより発熱し、この発熱にて振動エネルギが消費され、振幅が減衰される。

本形態では、第２のシール部材１３のシール本体４１を二層構造とし、パワーシリンダ７に固設する側のシール本体部材４２を高減衰ゴムで形成したので、ステアリング振動を減衰するための新たなスペースを別途確保する必要がなく、スペースの有効利用を図ることができる。

又、ラック軸８と直接摺動する側であるリップ部材４３とをシール本体部材４２の素材とは異なる耐磨耗性、シール性が良好な素材で形成することで、ラック軸８とパワーシリンダ７との間のシール性、耐磨耗性を維持したまま、ステアリング振動を減衰することができる。

尚、本形態では、第２のシール部材１３のシール本体４１を二層構造としたが、第１のシール部材１２のシール本体２１を二層構造とし、パワーシリンダ７側に固着する部位を高減衰ゴムで形成するようにしても、同様の効果を得ることができる。

又、図５に本発明の第２形態を示す。本形態では、第３のシール部材１５を構成するシールリング３４を二層構造とし、その一方を高減衰ゴムで形成したものである。又、本形態による第２のシール部材１３は、第１形態で示した第１のシール部材１２と対称な形状を有している。従って、第１のシール部材１２の構成部品と対称な構成を有する第２のシール部材１２の構成部品には、同一の符号を付して説明を省略する。

本形態によるシールリング３４は、Ｏリング３３に接する側の内周側リング部材３５と、その外周面３６ａがパワーシリンダ７に摺接する外周側リング部材３６との二層構造を有しており、両リング部材３５，３６間の接合面が鋼板等の金属材からなる環状板状の接合部材３７に溶着或いは接着等の手段により固着されている。尚、ラックピストン３１、及びストッパ３２は、第１形態と同様な構成であるため、説明を省略する。

内周側リング部材３５は高減衰ゴムで形成されている。高減衰ゴムの材料としては、第１形態と同様、例えば天然ゴム（ＮＲ）、イソブチレン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等のいずれか、若しくはこれらの混合物に、フェノール系樹脂、ロジン系樹脂等の樹脂材料を配合したもの等がある。

一方、外周側リング部材３６が、従来と同様、耐磨耗性、シール性が良好な、ゴム、エラストマ、高分子材料等の弾性材料を素材として形成されている。

本形態では、第１、第２のシール部材１２、１３を従来と同様の構成とし、第３のシール部材１５のラックピストン３１に設けたシールリング３４を二層構造とし、このシールリング３４の内周側リング部材３５を高減衰ゴムで形成することで、ラック軸８に逆入力されるステアリング振動の振幅を、内周側リング部材３５の弾性変形によって減衰させるるようにしたので、シールリング３４の変更のみで対応することができるので、製造コストの高騰を抑制することができる。又、シールリング以外は従来の部品をそのまま使用することができるため、高い汎用性を得ることができる。

又、パワーシリンダ７と直接摺動する側である外周側リング部材３６を内周側リング部材３５の素材とは異なる耐磨耗性、シール性が良好な素材で形成することで、ラック軸８とパワーシリンダ７との間のシール性、耐磨耗性を維持したまま、ステアリング振動を減衰することができる。

尚、本発明は上述した各形態に限るものではなく、例えば第２のシール部材１３のシール本体４１と第３のシール部材１５のシールリング３４との双方を、１つのパワーステアリング装置１に組み込むようにしても良い。

第１形態によるパワーステアリング装置の全体概略図 同、パワーステアリング装置の要部断面図 同、パワーステアリング装置の要部拡大断面図 同、高減衰ゴムのヒステリシス特性を示す説明図 第２形態による図３相当の要部拡大断面図

符号の説明

１…パワーステアリング装置、６…ステアリングギヤボックス、７…パワーシリンダ、７ａ，７ｂ…シリンダ室、８…ラック軸、１２…第１のシール部材、１３…第２のシール部材、１４…リング部材、１５…第３のシール部材、２１…シール本体、２１ａ…外周面、２１ｂ…シールリップ、３１…ラックピストン、３４…シールリング、３５…内周側リング部材、３６…外周側リング部材、３７，４４…接合部材、４１…シール本体、４２…シール本体部材、４２ａ…外周面、４３…リップ部材、４３ｂ…シールリップ

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (4)

1. ステアリングホイールに連設されて軸方向へ移動自在なラック軸と、
   上記ラック軸に固着されたラックピストンと、
   上記ラック軸が貫通するパワーシリンダと、
   上記パワーシリンダの両端に固設されて上記ラック軸の外周に摺接するシール本体を有する第１、第２のシール部材と、
   上記ラック軸に固着されると共に上記パワーシリンダの内周に摺接して該パワーシリンダ内を２つのシリンダ室に区分するシールリングを有する第３のシール部材と
   を備え、
   上記第１、第２のシール部材の少なくとも一方の上記シール本体を、上記パワーシリンダに固設するシール本体部材と上記ラック軸に摺接するリップ部材との二層構造とし、
   上記シール本体部材を高減衰ゴムで形成した
   ことを特徴とするステアリング振動減衰装置。
2. 上記シール本体部材と上記リップ部材とが接合部材を介して一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のステアリング振動減衰装置。
3. ステアリングホイールに連設されて軸方向へ移動自在なラック軸と、
   上記ラック軸に固着されたラックピストンと、
   上記ラック軸が貫通するパワーシリンダと、
   上記パワーシリンダの両端に固設されて上記ラック軸の外周に摺接するシール本体を有する第１、第２のシール部材と、
   上記ラック軸に固着されると共に上記パワーシリンダの内周に摺接して該パワーシリンダ内を２つのシリンダ室に区分するシールリングを有する第３のシール部材と
   を備え、
   上記シールリングを上記ラック軸に固設する内周側リング部材と上記パワーシリンダの内周面に摺接する外周側リング部材との二層構造とし、
   上記内周側リング部材を高減衰ゴムで形成した
   ことを特徴とするステアリング振動減衰装置。
4. 上記両リング部材が接合部材を介して一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項３記載のステアリング振動減衰装置。

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