JP6983045B2 - 緩衝ストッパ - Google Patents

Description

本発明は、緩衝作用を発揮しながら可動部材の変位や部材間の相対変位などを停止させる緩衝ストッパに関する。本発明の緩衝ストッパは例えば、ステアリングラックのラックエンドストッパとして用いられる。

緩衝ストッパは例えば、車両の操舵装置におけるステアリングラックの端部に使用されるラックエンドストッパとして図６に示すように、互いに軸方向に対向し軸方向に相対変位するラックハウジング５１およびラック６１間でゴム材料よりなる弾性体８１を圧縮変形させる構造とされている。

この緩衝ストッパは、油圧・電動等でアシストされたステアリングラックにおいてフルロックまで勢い良くハンドルを切った場合等にラック６１がラックハウジング５１に衝突する際の衝撃を緩衝させることになる。

ところで一般に、緩衝ストッパによる衝撃の緩衝は、可動物（ラック６１）の重量と速度による運動エネルギーを緩衝ストッパの変位と反力により吸収しようとするものであって、図７のグラフ図に示すように緩衝ストッパの変位量と反力からなる線図で示される面積Ｓの大きさで吸収可能なエネルギー量が決まる。

したがって、吸収可能なエネルギー量を増やすためには、緩衝ストッパの変位量を大きくするか、あるいは反力（剛性＝バネ定数）を大きくするかして、線図で示される面積Ｓを大きくするのが一般的である。

特開平８−１３３１０２号公報

しかしながら、上記従来技術には、以下の点で改良の余地がある。

すなわち、緩衝ストッパでは一般に、緩衝ストッパの許容変位量が規制される場合、緩衝ストッパの変位量を大きくすることができない。

また、許容変位量の規制が厳しい場合、吸収可能なエネルギー量を確保するために反力を大きくしたいところとなるが、許容変位量の規制が厳しい場合はゴムボリュームを拡大できないことが多いため、ゴム材料として弾性率の大きな（≒ゴム硬度の高い）材料を使用するのが一般的である。

しかしながら、ゴム材料の弾性率にも限度があるため、十分に大きな反力を得ることができず、結果、緩衝ストッパで吸収可能なエネルギー量を大きくすることができない。

また、変位後に反力が求められる場合の方策として、ラックハウジングおよびラック間の装着空間内に弾性体を充満させる（体積圧縮状態とする）ことにより所定の反力を確保することが考えられるが、この体積圧縮状態では荷重の立ち上がりが大きいことからやはり、吸収可能なエネルギー量を大きくすることができない。

吸収可能なエネルギー量を大きくすることができる緩衝ストッパを提供することを課題とする。

軸方向に相対変位する二部材の互いに対面して近接離間する端面部と互いに対面する側壁部とによって四方を囲まれる環状の装着空間に装着される緩衝ストッパであって、前記二部材の互いに対面する前記側壁部のいずれにも径方向に間隔を開けて配置され、前記二部材間の間隔が縮小したときに互いの前記端面部によって軸方向に圧縮されて径方向に膨張する環状の第１弾性体と、前記第１弾性体の外周側または内周側に配置された環状の第２弾性体とを有し、前記第１弾性体は、前記第２弾性体に面する周面の全周に凹状にくぼんだ部分を有し、前記第２弾性体は、対面する前記側壁部との間に径方向間隔を開けて前記凹状にくぼんだ部分に嵌り込み、前記第１弾性体が径方向に膨張したときに前記第１弾性体によって径方向に押圧されて弾性変形し、前記対面する側壁部に接触するとこの側壁部と前記第１弾性体との間で径方向に圧縮される。

吸収可能なエネルギー量を大きくすることが可能である。

第１実施の形態に係る緩衝ストッパの要部断面図 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）とも同緩衝ストッパの作動状態を示す要部断面図 第２実施の形態に係る緩衝ストッパの要部断面図 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）とも同緩衝ストッパの作動状態を示す要部断面図 実施の形態に係る緩衝ストッパにおける変位量と反力の関係を示すグラフ図 従来例に係る緩衝ストッパの要部断面図 同緩衝ストッパにおける変位量と反力の関係を示すグラフ図

実施の形態に係る緩衝ストッパ１１は、車両の操舵装置におけるステアリングラックのラックエンドストッパとして用いられるものであって、図１または図３に示すように、互いに軸方向に対向し軸方向に相対変位する二部材としてのラックハウジング５１およびラック６１間に介装される。

ラックハウジング５１は、軸直角平面状の端面部５２を有し、端面部５２の外周側に段差部５３が設けられ、段差部５３の内周面による側壁部５４が設けられている。一方、ラック６１は、ラックハウジング５１の端面部５２に対し軸方向に対向する端面部６２を有し、端面部６２の内周側に段差部６３が設けられ、段差部６３の外周面による側壁部６４が設けられている。したがってラックハウジング５１における端面部５２および側壁部５４ならびにラック６１における端面部６２および側壁部６４によって四方を囲まれる環状の装着空間７１が設けられ、この装着空間７１内に全体として環状をなす緩衝ストッパ１１が装着されている。

第１実施の形態・・・・
図１に示すように、緩衝ストッパ１１は、ラックハウジング５１の端面部５２およびラック６１の端面部６２間で軸方向に圧縮される第１弾性体２１を有している。

この第１弾性体２１は、所定のゴム材料によって環状に形成され、軸方向両端部にそれぞれ金属製の取付環３１を接着（加硫接着）されている。またこの第１弾性体２１は図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ラックハウジング５１に対しラック６１が接近する方向に変位して端面部５２，６２間の間隔が縮小したときにラックハウジング５１およびラック６１によって軸方向に圧縮され、この分、径方向外方および径方向内方へ向けて膨張するものとされている。

また、緩衝ストッパ１１は、第１弾性体２１の外周側に配置された第２弾性体４１を有している。

この第２弾性体４１は、第１弾性体２１と異なるバネ特性を備える材料として特に、気泡を備える発泡ウレタンにより環状に形成されている。またこの第２弾性体４１は図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、第１弾性体２１が径方向外方へ向け膨張したときにこの第１弾性体２１によって径方向外方へ向け押圧され弾性変形するものとされ、更に、第１弾性体２１とラックハウジング５１に設けた側壁部５４との間で径方向に圧縮されるものとされている。

図２（Ａ）は、ラック６１が変位を開始する前の初期状態を示し、この初期状態において、第２弾性体４１は側壁部５４に対し非接触とされ、側壁部５４との間に径方向間隙ｃが形成されている。

図２（Ａ）の初期状態からラック６１が変位を開始すると、図２（Ｂ）に示すように第１弾性体２１が軸方向に圧縮され径方向に膨張し、膨張する第１弾性体２１が第２弾性体４１を径方向へ向け押圧し、押圧される第２弾性体４１が弾性変形し、側壁部５４に接触する。このとき第２弾性体４１は第１弾性体２１の膨張（外径拡大）を殆ど阻害しないので、緩衝ストッパ１１としての反力の増大には未だ寄与しない（図５のグラフ図における線形ａ部に相当する）。

次いで、図２（Ｂ）の状態からラック６１が更に変位すると、図２（Ｃ）に示すように第２弾性体４１が第１弾性体２１と側壁部５４との間で径方向に圧縮され、体積が減少する方向に変形し、このとき発泡ウレタンよりなる第２弾性体４１には、気泡による体積変化に対する抵抗力が発生する。したがってこの気泡による体積変化に対する抵抗力が第１弾性体２１の膨張（外径拡大）に抵抗するため、緩衝ストッパ１１としての反力の増大に寄与する（図５のグラフ図における非線形ｂ部に相当する）。

上記構成の緩衝ストッパ１１においては、ラックハウジング５１に対しラック６１が接近する方向に変位して端面部５２，６２間の間隔が縮小すると、第１弾性体２１がラックハウジング５１およびラック６１間で軸方向に圧縮され、この分、径方向外方および径方向内方へ向けて膨張する。膨張する第１弾性体２１はその外周側に配置された第２弾性体４１を径方向外方へ向け押圧し、押圧される第２弾性体４１は弾性変形し、更に、第１弾性体２１とラックハウジング５１に設けた側壁部５４との間で径方向に圧縮される。第２弾性体４１は発泡ウレタンよりなり、発泡ウレタンはその内部に備える気泡により体積圧縮状態においても弾性を発揮する。したがって第１弾性体２１および第２弾性体４１が共に体積圧縮状態になっても発泡ウレタンの弾性によりゴム弾性体単体時よりも荷重の上昇を緩やかにすることができるため、図５のグラフ図に実線領域Ｓ’にて示されるように、吸収可能なエネルギー量を大きくすることが可能とされている。

第２実施の形態・・・・
図３に示すように、緩衝ストッパ１１は、ラックハウジング５１の端面部５２およびラック６１の端面部６２間に配置される第１弾性体２１を有している。

この第１弾性体２１は、所定のゴム材料によって環状に形成され、軸方向両端部にそれぞれ金属製の取付環３１を接着（加硫接着）されている。また、第１弾性体２１は図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ラックハウジング５１に対しラック６１が接近する方向に変位して端面部５２，６２間の間隔が縮小したときにラックハウジング５１およびラック６１によって軸方向に圧縮され、この分、径方向外方および径方向内方へ向けて膨張するものとされている。

また、緩衝ストッパ１１は、第１弾性体２１の外周側に配置された第２弾性体４１を有している。

この第２弾性体４１は、第１弾性体２１とは異なるバネ特性を備える材料として特に径方向のバネ性を備える金属製の板バネにより円周上一箇所をカットされた環状であってかつ断面円弧の鼓状に形成されている。また、第２弾性体４１は図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、第１弾性体２１が径方向外方へ向け膨張したときにこの第１弾性体２１によって径方向外方へ向け押圧され弾性変形するものとされ、更に、第１弾性体２１とラックハウジング５１に設けた側壁部５４との間で径方向に圧縮されるものとされている。

図４（Ａ）は、ラック６１が変位を開始する前の初期状態を示し、この初期状態において、第２弾性体４１は側壁部５４に対し非接触とされ、側壁部５４との間に径方向間隙ｃが形成されている。

図４（Ａ）の初期状態からラック６１が変位を開始すると、図４（Ｂ）に示すように第１弾性体２１が軸方向に圧縮され径方向に膨張し、膨張する第１弾性体２１が第２弾性体４１を径方向へ向け押圧し、押圧される第２弾性体４１が弾性変形し、側壁部５４に接触する。このとき第２弾性体４１は第１弾性体２１の膨張（外径拡大）を殆ど阻害しないので、緩衝ストッパ１１としての反力の増大には未だ寄与しない（図５のグラフ図における線形ａ部に相当する）。

次いで、図４（Ｂ）の状態からラック６１が更に変位すると、図４（Ｃ）に示すように第２弾性体４１が第１弾性体２１と側壁部５４の間で径方向に圧縮され、断面円弧状であったものが断面ほぼ直線状に変形し、このとき、この変形が皿バネのように作用して第１弾性体２１の膨張（外径拡大）に抵抗するため、緩衝ストッパ１１としての反力の増大に寄与することになる（図５のグラフ図における非線形ｂ部に相当する）。

上記構成の緩衝ストッパ１１においては、ラックハウジング５１に対しラック６１が接近する方向に変位して端面部５２，６２間の間隔が縮小すると、第１弾性体２１がラックハウジング５１およびラック６１間で軸方向に圧縮され、この分、径方向外方および径方向内方へ向けて膨張する。膨張する第１弾性体２１はその外周側に配置された第２弾性体４１を径方向外方へ向け押圧し、押圧される第２弾性体４１は弾性変形し、更に、第１弾性体２１とラックハウジング５１に設けた側壁部５４との間で径方向に圧縮される。第２弾性体４１は径方向のバネ性を備える板バネよりなり、第１弾性体２１が体積圧縮状態に移行する間をこの第２弾性体４１がその弾性（バネ力）で付勢する。したがってゴム弾性体単体時よりも荷重の上昇を緩やかにすることができるため、図５のグラフ図に実線領域Ｓ’にて示されるように、吸収可能なエネルギー量を大きくすることが可能とされている。

なお、上記第１および第２の実施の形態では、第２弾性体４１を第１弾性体２１の外周側に配置する構成としたが、第２弾性体４１はこれを第１弾性体２１の内周側に配置する構成としても良い。この場合、第２弾性体４１は、第１弾性体２１が径方向内方へ向け膨張したときにこの第１弾性体２１によって径方向内方へ向け押圧され弾性変形するものとされ、更に、第１弾性体２１とラック６２に設けた側壁部６４との間で径方向に圧縮されるものとされる。

また、取付環３１を断面Ｌ字形に形成し、このＬ字形の筒状部と第１弾性体２１との間に第２弾性体４１を配置することも考えられる。この場合、第２弾性体４１は、第１弾性体２１が径方向外方または内方へ向け膨張したときにこの第１弾性体２１によって径方向外方または内方へ向け押圧され弾性変形するものとされ、更に、第１弾性体２１と取付環３１の筒状部との間で径方向に圧縮されるものとされる。

１１ 緩衝ストッパ
２１ 第１弾性体
３１ 取付環
４１ 第２弾性体
５１ ラックハウジング
５２，６２ 端面部
５３，６３ 段差部
５４，６４ 側壁部
６１ ラック
７１ 装着空間
ｃ 径方向間隙

Claims (3)

1. 軸方向に相対変位する二部材の互いに対面して近接離間する端面部と互いに対面する側壁部とによって四方を囲まれる環状の装着空間に装着される緩衝ストッパであって、
   前記二部材の互いに対面する前記側壁部のいずれにも径方向に間隔を開けて配置され、前記二部材間の間隔が縮小したときに互いの前記端面部によって軸方向に圧縮されて径方向に膨張する環状の第１弾性体と、
   前記第１弾性体の外周側または内周側に配置された環状の第２弾性体と、
   を有し、
   前記第１弾性体は、前記第２弾性体に面する周面の全周に凹状にくぼんだ部分を有し、
   前記第２弾性体は、
   対面する前記側壁部との間に径方向間隔を開けて前記凹状にくぼんだ部分に嵌り込み、
   前記第１弾性体が径方向に膨張したときに前記第１弾性体によって径方向に押圧されて弾性変形し、前記対面する側壁部に接触するとこの側壁部と前記第１弾性体との間で径方向に圧縮される、
   ことを特徴とする緩衝ストッパ。
2. 請求項１記載の緩衝ストッパにおいて、
   前記第２弾性体は、気泡を備える発泡ウレタンよりなることを特徴とする緩衝ストッパ。
3. 請求項１記載の緩衝ストッパにおいて、
   前記第２弾性体は、径方向のバネ性を備える板バネよりなることを特徴とする緩衝ストッパ。

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