JP2006336683A

JP2006336683A - 球面すべり軸受、調心機能付軸受ユニット及びステアリングコラム用軸受装置

Info

Publication number: JP2006336683A
Application number: JP2005159245A
Authority: JP
Inventors: Masahito Matsui; 雅人松井; Katsuyuki Kamei; 功志亀井; Yasuhisa Yamada; 康久山田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】ステアリングシャフトの揺動トルクを小さくして、滑らかなステアリング操作を実現することができる球面すべり軸受を提供する。
【解決手段】内周面に凹球面部３８を有するアウタリング３６と、前記凹球面部３８を摺動する凸球面部４２を外周面に有するインナリング３７とを備えた球面すべり軸受３４であって、前記アウタリング３６の軸方向端面に溝部５２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、産業機械や自動車のステアリング等の回転支持部に用いられる球面すべり軸受、調心機能付軸受ユニット及びステアリングコラム用軸受装置に関する。

図８は、自動車のステアリングコラムの一例を示したものである。
このステアリングコラムは、車両のレイアウトの関係から、ステアリングシャフト１が、上端にステアリングホイール２を装着したアッパーステアリングシャフト１ａと、該アッパーステアリングシャフト１ａの下端に自在継手３を介して連結された中間ステアリングシャフト１ｂとに分割されている。

中間ステアリングシャフト１ｂは車室４とエンジンルーム５を区画するトーボード（又はダッシュパネル）６を貫通してエンジンルーム５内に延在しており、その下端がエンジンルーム５内に配設されたステアリングギヤボックス７の入力部に自在継手８を介して連結されている。
ところで、中間ステアリングシャフト１ｂがトーボード６を貫通する部分（以下、回転支持部という）Ａには、ステアリングシャフト１の操舵機能上、自己の軸線周りの円滑な回転変位が確保されること、及び軸振れ（揺動）を吸収して快適な操舵を実現することができる軸受装置を用いることが必要である。

従来のこの種のステアリングコラム用軸受装置としては、例えば、図９に示すように、ケーシング１３の内周部に、内周面に凹球面部１４ａを有するアウタリング１４を一体に設けるとともに、転がり軸受９の外輪１０の外周部に、前記凹球面部１４ａに摺動する凸球面部１２ａを外周面に有するインナリング１２を一体に設け、該凸球面部１２ａが前記凹球面部１４ａを摺動することにより、ステアリングシャフト１の揺動を吸収する自動調心機能付軸受ユニットを前記回転支持部Ａに配置した例が開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開昭６２−５６６１４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のステアリングコラム用軸受装置においては、アウタリング１４の断面形状が略矩形状であるため、アウタリング１４の凹球面部１４ａにラジアル荷重が負荷したときに、該アウタリング１４が弾性変形しにくい。この結果、ステアリングシャフト１の揺動トルクが大きくなり、滑らかなステアリング操作を実現することが難しいという問題がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、ステアリングシャフトの揺動トルクを小さくして、滑らかなステアリング操作を実現することができる球面すべり軸受、調心機能付軸受ユニット及びステアリングコラム用軸受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に、請求項１に係る発明は、内周面に凹球面部を有するアウタリングと、前記凹球面部を摺動する凸球面部を外周面に有するインナリングとを備えた球面すべり軸受であって、
前記アウタリング及び前記インナリングの少なくとも一方のリングの軸方向端面に溝部を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記溝部を、前記リングの周方向に等間隔で配置したことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記アウタリングの軸方向の両端面に、周方向に沿って肉抜き部を設けたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、調心機能部を備えた調心機能付軸受ユニットであって、
前記調心機能部として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の球面すべり軸受を用い、該球面すべり軸受の内周部又は外周部に転がり軸受を配置したことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、調心機能付軸受ユニットを備えたステアリングコラム用軸受装置であって、
前記調心機能付軸受ユニットとして、請求項４に記載の調心機能付軸受ユニットを用い、該調心機能付軸受ユニットの外周側にハウジングを配置するとともに、内周側にステアリングシャフトを配置したことを特徴とする。

本発明によれば、アウタリング及びインナリングの少なくとも一方のリングの軸方向端面に溝部を設けているので、前記リングにラジアル荷重が負荷したときに、該リングが弾性変形しやすくなる。これにより、ステアリングシャフトの揺動トルクを小さくすることができ、滑らかなステアリング操作を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置を説明するための要部断面図、図２はアウタリングの断面斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４〜図７は本発明の他の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置を説明するための図である。なお、この実施の形態では、既に図８で説明した自動車のステアリングコラムのステアリングシャフトの回転支持部に用いられるステアリングコラム用軸受装置に本発明を適用した場合を例に採る。

本発明の第１の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置２０は、図１に示すように、調心機能付軸受ユニット３０の外周側にハウジング３１が外嵌されるとともに、該ハウジング３１がトーボード６に固定され、内周側にインナスリーブ３２が内嵌されている。
調心機能付軸受ユニット３０は、球面すべり軸受３４と、該球面すべり軸受３４の内周部に設けられた転がり軸受３５とによって構成されている。

球面すべり軸受３４は、アウタリング３６と、インナリング３７とを備えている。
アウタリング３６は、内周面に凹球面部３８が設けられるとともに、軸方向両端面に周方向全周に沿って肉抜き部３９が設けられて、断面略Ｈ形状をなしており、軸方向の一端がハウジング３１の内周部に設けられた段部４０に当接した状態で、軸方向の他端がＣ型止め輪４１等によって固定されている。
また、アウタリング３６の肉抜き部３９の径方向内側の軸方向両端面には、図１及び図２に示すように、ぞれぞれ径方向に貫通する溝部５２が周方向に等間隔で複数箇所形成されている。

なお、この実施の形態では、溝部５２の溝底形状をＲ形状としているが、これに限定されず、任意の溝底形状とすることができる。また、アウタリング３６の周方向に設ける溝部５２の数は特に限定されず、奇数個でも偶数個でもよい。更に、複数の溝部５２をアウタリング３６の周方向に等間隔で配置しているが、必ずしもこのようにする必要はなく、複数の溝部５２をアウタリング３６の周方向の所定の部位に偏らせて配置してもよい。更に、アウタリング３６の軸方向両端面にそれぞれ設けた複数の溝部５２の位相を合わせて配置しているが、必ずしも位相を合わせる必要はない。更に、アウタリング３６の軸方向両端面にそれぞれ複数の溝部５２を設けているが、アウタリング３６の軸方向のいずれか一方の端面のみに溝部５２を設けるようにしてもよい。

インナリング３７は、エラストマー材（又はゴム材）等によって形成されており、外周面には、アウタリング３６の凹球面部３８を摺動する凸球面部４２が設けられている。この凸球面部４２はアウタリング３６の凹球面部３８に適度な締め代をもってタイトに係合して、径方向のがたつきが生じないように球面摺動する調心機構を形成している。なお、インナリング３７の凸球面部４２とアウタリング３６の凹球面部３８との摺接部には、グリース等の潤滑剤を塗布するのが好ましい。

なお、インナリング３７の素材のエラストマーは、柔らかすぎると耐荷重性に劣り、逆に硬度が高すぎると、インナリング３７の凸球面部４２をアウタリング３６の凹球面部３８に組み込み難くなる。従って、エラストマーの硬さは、デュロメーターＤスケールで４０〜７５が好ましく、６０〜７２がより好ましい。また、弾性率では、７０〜１５００ＭＰａが好ましく、３００〜１５００ＭＰａがより好ましい。

転がり軸受３５は、この実施の形態では、外輪４３と内輪４４との間に複数の玉（転動体）４５が周方向に転動可能に配設されたグリース潤滑の玉軸受を用いており、外輪４３の外周面には、球面すべり軸受３４のインナリング３７が射出成形等により一体に形成される。なお、転がり軸受３５の軸方向の少なくとも一端側に密封装置を設けるようにしてもよい。

インナスリーブ３２は、転がり軸受３５の内輪４４に樹脂等のインサート成形により一体に形成されており、外周部には転がり軸受３５を固定する手段として、軸方向に互いに離間配置された一対の突起４６が円周方向に沿って設けられている。該一対の突起４６間に内輪４４を挟み込んで軸方向に押圧することにより、転がり軸受３５がインナスリーブ３２の外周部に一体に固定されている。

また、インナスリーブ３２の内周部は、図３に示すように、径方向に互いに対向する２つの平面部４７を有して長穴状とされている。そして、中間ステアリングシャフト１ｂの外周部に設けられた２つの平面部（図示せず）がインナスリーブ３２の内周部に嵌合されれることにより、該インナスリーブ３２がステアリングシャフト１と一体に回転するようになっている。

なお、インナスリーブ３２及びアウタリング３６に使用される樹脂材料は、例えば、６ナイロン、６６ナイロン、４６ナイロン、芳香族ナイロン等のナイロン樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が耐熱性、耐グリース性の点から好ましい。また、負荷される荷重により、ガラス繊維、カーボン繊維、ウィスカーなどの強化繊維を充填した材料を使用することが好ましい。
また、この実施の形態では、球面すべり軸受３４のインナリング３７の凸球面部４２とアウタリング３６の凹球面部３８との摺接面の軸方向中央部に非接触部５０を設け、軸方向両端部に接触部５１を設けている。

具体的には、例えば、アウタリング３６の凹球面部３８の軸方向中央部の曲率半径Ｒ1 をインナリング３７の凸球面部４２の曲率半径ｒより小さく（Ｒ₁＜ｒ）し、前記凹球面部３８の軸方向両端部の曲率半径Ｒ2 を前記凸球面部４２の曲率半径ｒと略同一（Ｒ₂＝ｒ )としている。なお、前記凸球面部４２の曲率半径ｒ及び曲率半径Ｒ₂の曲率中心Ｏは、インナリング３７の幅方向の中心線とステアリングシャフト１の中心軸線とが交わる点である。曲率半径Ｒ₁の曲率中心は、曲率半径Ｒ₂の曲率中心Ｏよりも半径方向外方（図１から見てＯよりも上側）にある。

このようにこの実施の形態では、アウタリング３６の肉抜き部３９の径方向内側の軸方向両端面に、ぞれぞれ径方向に貫通する溝部５２を周方向に等間隔で複数箇所形成しているので、アウタリング３６にラジアル荷重が負荷したときに、該アウタリング３６が弾性変形しやすくなる。これにより、ステアリングシャフト１の揺動トルクを小さくすることができ、滑らかなステアリング操作を実現することができる。

また、アウタリング３６に溝部５２を形成することにより、金型からアウタリング３６を抜きやすくすることができ、更には、転がり軸受３５とインナリング３７とを組み込むときに、アウタリング３６が弾性変形しやすいことから、該組み込み作業を容易に行うことができる。
更に、アウタリング３６の軸方向の両端面に周方向全周に沿って肉抜き部３９を設けているので、アウタリング３６にラジアル荷重が負荷したときに、該アウタリング３６がより弾性変形しやすくなり、これにより、ステアリングシャフト１の揺動トルクを更に小さくすることができる。

更に、球面すべり軸受３４のインナリング３７の凸球面部４２とアウタリング３６の凹球面部３８との摺接面の軸方向中央部に非接触部５０を設けているので、凸球面部４２と凹球面部３８との接触面積が減少して、凸球面部４２が凹球面部３８を摺動する際の摩擦抵抗を小さくすることができる。
更に、インナリング３７の凸球面部４２とアウタリング３６の凹球面部３８との非接触部５０に空隙ができるため、この空隙に潤滑剤が溜まり、凸球面部４２が凹球面部３８を摺動する際の摩擦抵抗をより小さくすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、球面すべり軸受３４のインナリング３７の凸球面部４２とアウタリング３６の凹球面部３８との摺接面の軸方向中央部に非接触部５０を設けているが、必ずしもこのようにする必要はなく、インナリング３７の凸球面部４２とアウタリング３６の凹球面部３８とを全域で接触させるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、アウタリング３６に溝部５２を形成した場合を例示したが、これに代えて、例えば、図４に示すように、インナリング３７の軸方向両端面に、ぞれぞれ径方向に貫通する溝部５２を周方向に等間隔で複数箇所形成してもよい（第２の実施の形態）。
更に、上記実施の形態では、アウタリング３６の軸方向の両端面に肉抜き部３９と溝部５２とを形成した場合を例示したが、図５に示すように、肉抜き部３９を省略して、アウタリング３６の軸方向の両端面に、溝部５２のみを形成するようにしてもよい（第３の実施の形態）。この場合、溝部５２のアウタリング３６の内周面側は開口しており、該内周面からの溝部５２の径方向の深さは、任意に設定することができ、また、図６に示すように、溝部５２をアウタリング３６の軸方向の一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通して設けるようにしてもよい（第４の実施の形態）。

更に、上記実施の形態では、インナスリーブ３２を転がり軸受３５の内輪４４に樹脂等のインサート成形により一体に形成した場合を例示したが、必ずしもこのようにする必要はなく、例えば、インナスリーブ３２を機械加工で製作しても良い。この場合、インナスリーブ３２の外周部に止め溝を設けて転がり軸受３５をＣ型止め輪等で軸方向に固定するようにしてもよい。

更に、上記実施の形態では、転がり軸受３５として玉軸受を例示したが、これに代えて、針状ころ軸受やその他の転がり軸受を採用してもよい。
更に、上記実施の形態では、中間ステアリングシャフト１ｂの回転支持部に本発明を適用した場合を例示したが、これに代えて、アッパーステアリングシャフト１ａの回転支持部に本発明を適用してもよい。

更に、上記実施の形態では、球面すべり軸受３４の内周部に転がり軸受３５を設けたステアリングコラム用軸受装置２０を例示したが、これに代えて、図７に示すように、球面すべり軸受の外周部に転がり軸受を設けたステアリングコラム用軸受装置１００としてもよい（第５の実施の形態）。
このステアリングコラム用軸受装置１００は、図７に示すように、調心機能付軸受ユニット１３０の外周側にハウジング１３１が外嵌されるとともに、該ハウジング１３１がトーボード６に固定され、内周側にインナスリーブ１３２が配置されている。

調心機能付軸受ユニット１３０は、球面すべり軸受１３４と、該球面すべり軸受１３４の外周部に設けられた転がり軸受１３５とによって構成されている。
球面すべり軸受１３４は、アウタリング１３６と、インナリング１３７とを備えている。
アウタリング１３６は、内周面に凹球面部１３８が設けられるとともに、軸方向両端面に周方向全周に沿って肉抜き部１３９が設けられて、断面略Ｈ形状をなしており、外周部には、転がり軸受１３５を固定する手段として、軸方向に互いに離間配置された一対の突起１４６が円周方向に沿って設けられている。該一対の突起１４６間に転がり軸受１３５の内輪１４４を挟み込んで軸方向に押圧することにより、アウタリング１３６の外周部に転がり軸受１３５が一体に固定されている。

また、アウタリング１３６の肉抜き部１３９の径方向内側の軸方向両端面には、上記第１の実施の形態と同様に、ぞれぞれ径方向に貫通する溝部１５２が周方向に等間隔で複数箇所形成されている。
なお、上記第１の実施の形態と同様に、溝部１５２の溝底形状はＲ形状の他、任意の溝底形状とすることができる。また、アウタリング１３６の周方向に設ける溝部１５２の数は特に限定されず、奇数個でも偶数個でもよい。更に、複数の溝部１５２をアウタリング１３６の周方向に等間隔で配置する必要はなく、複数の溝部１５２をアウタリング１３６の周方向の所定の部位に偏らせて配置してもよい。更に、アウタリング１３６の軸方向両端面にそれぞれ設けた複数の溝部１５２の位相は合わせても、合わせなくてもよい。更に、アウタリング１３６の軸方向のいずれか一方の端面のみに溝部１５２を設けるようにしてもよい。

インナリング１３７は、インナスリーブ１３２と一つの部材で一体に形成されており、外周面に前記凹球面部１３８を摺動する凸球面部１４２が設けられている。この凸球面部１４２はアウタリング１３６の凹球面部１３８に適度な締め代をもってタイトに係合して、径方向のがたつきが生じないように球面摺動する調心機構を形成している。なお、凸球面部１４２と凹球面部１３８との摺接部には、グリース等の潤滑剤を塗布するのが好ましい。また、この実施の形態では、インナリング１３７とインナスリーブ１３２とを一つの部材で一体に形成しているが、インナリング１３７とインナスリーブ１３２とを別体としてもよい。

また、インナスリーブ１３２の内周部は、上記第１の実施の形態と同様に、互いに対向する２つの平面部１４７を有して長穴状とされている。そして、中間ステアリングシャフト１ｂの外周部に設けられた２つの平面部（図示せず）がインナスリーブ１３２の内周部に嵌合されることにより、該インナスリーブ１３２がステアリングシャフト１と一体に回転するようになっている。

なお、インナリング１３７、インナスリーブ１３２、アウタリング１３６に使用される樹脂材料は、例えば、６ナイロン、６６ナイロン、４６ナイロン、芳香族ナイロン等のナイロン樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が耐熱性、耐グリース性の点から好ましい。また、負荷される荷重により、ガラス繊維、カーボン繊維、ウィスカーなどの強化繊維を充填した材料を使用することが好ましい。

転がり軸受１３５は、この実施の形態では、外輪１４３と内輪１４４との間に複数の玉（転動体）１４５が周方向に転動可能に配設されたグリース潤滑の玉軸受を用いており、外輪１４３の軸方向の一端がハウジング１３１の内周部に設けられた段部１４０に当接した状態で、軸方向の他端がＣ型止め輪１４１等によって固定されている。なお、転がり軸受１３５の軸方向の少なくとも一端側に密封装置を設けるようにしてもよい。

また、この実施の形態では、球面すべり軸受１３４のインナリング１３７の凸球面部１４２とアウタリング１３６の凹球面部１３８との摺接面の軸方向中央部に非接触部１５０を設け、軸方向両端部に接触部１５１を設けている。
具体的には、例えば、アウタリング１３６の凹球面部１３８の軸方向中央部の曲率半径Ｒ₁をインナリング１３７の凸球面部１４２の曲率半径ｒより小さく（Ｒ₁＜ｒ）し、前記凹球面部１３８の軸方向両端部の曲率半径Ｒ₂を前記凸球面部１４２の曲率半径ｒと略同一（Ｒ₂＝ｒ )としている。なお、前記凸球面部１４２の曲率半径ｒ及び曲率半径Ｒ₂の曲率中心Ｏは、インナリング１３７の幅方向の中心線とステアリングシャフト１の中心軸線とが交わる点である。曲率半径Ｒ₁の曲率中心は、曲率半径Ｒ₂の曲率中心Ｏよりも半径方向外方（図７から見てＯよりも上側）にある。

このようにこの実施の形態では、アウタリング１３６の肉抜き部１３９の径方向内側の軸方向両端面に、ぞれぞれ径方向に貫通する溝部１５２を周方向に等間隔で複数箇所形成しているので、アウタリング１３６にラジアル荷重が負荷したときに、該アウタリング１３６が弾性変形しやすくなる。これにより、ステアリングシャフト１の揺動トルクを小さくすることができ、滑らかなステアリング操作を実現することができる。

また、アウタリング１３６に溝部１５２を形成することにより、金型からアウタリング１３６を抜きやすくすることができ、更には、インナリング１３７を組み込むときに、アウタリング１３６が弾性変形しやすいことから、該組み込み作業を容易に行うことができる。
更に、アウタリング１３６の軸方向の両端面に周方向全周に沿って肉抜き部１３９を設けているので、アウタリング１３６にラジアル荷重が負荷したときに、該アウタリング１３６がより弾性変形しやすくなり、これにより、ステアリングシャフト１の揺動トルクを更に小さくすることができる。

更に、球面すべり軸受１３４のインナリング１３７の凸球面部１４２とアウタリング１３６の凹球面部１３８との摺接面の軸方向中央部に非接触部１５０を設けているので、凸球面部１４２と凹球面部１３８との接触面積が減少して、凸球面部１４２が凹球面部１３８を摺動する際の摩擦抵抗を小さくすることができる。
更に、インナリング１３７の凸球面部１４２とアウタリング１３６の凹球面部１３８との非接触部１５０に空隙ができるため、この空隙に潤滑剤が溜まり、凸球面部１４２が凹球面部１３８を摺動する際の摩擦抵抗をより小さくすることができる。

なお、この実施の形態についても、上記第１の実施の形態と同様に、球面すべり軸受１３４のインナリング１３７の凸球面部１４２とアウタリング１３６の凹球面部１３８とを全域で接触させるようにしてもよく、また、肉抜き部１３９を省略してもよく、更に、転がり軸受１３５として、玉軸受に代えて、針状ころ軸受やその他の転がり軸受を採用してもよく、更に、中間ステアリングシャフト１ｂの回転支持部に代えて、アッパーステアリングシャフト１ａの回転支持部に本発明を適用してもよい。

本発明の第１の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置を説明するための要部断面図である。アウタリングの断面斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第２の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置を説明するための要部断面図である。本発明の第３の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置を説明するための要部断面図である。本発明の第４の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置を説明するための要部断面図である。本発明の第５の実施の形態であるステアリングコラム用軸受装置を説明するための要部断面図である。自動車のステアリングコラムの一例を説明するための斜視図である。従来のステアリングコラム用軸受装置の一例を説明するための要部断面図である。

符号の説明

２０，１００ステアリングコラム用軸受装置
３０，１３０調心機能付軸受ユニット。
３１，１３１ハウジング
３４，１３４球面すべり軸受（調心機能部）
３５，１３５転がり軸受
３６，１３６アウタリング
３７，１３７インナリング
３８，１３８凹球面部
３９，１３９肉抜き部
４２，１４２凸球面部
５２，１５２溝部

Claims

内周面に凹球面部を有するアウタリングと、前記凹球面部を摺動する凸球面部を外周面に有するインナリングとを備えた球面すべり軸受であって、
前記アウタリング及び前記インナリングの少なくとも一方のリングの軸方向端面に溝部を設けたことを特徴とする球面すべり軸受。
前記溝部を、前記リングの周方向に等間隔で配置したことを特徴とする請求項１に記載した球面すべり軸受。
前記アウタリングの軸方向の両端面に、周方向に沿って肉抜き部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載した球面すべり軸受。
調心機能部を備えた調心機能付軸受ユニットであって、
前記調心機能部として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の球面すべり軸受を用い、該球面すべり軸受の内周部又は外周部に転がり軸受を配置したことを特徴とする調心機能付軸受ユニット。
調心機能付軸受ユニットを備えたステアリングコラム用軸受装置であって、
前記調心機能付軸受ユニットとして、請求項４に記載の調心機能付軸受ユニットを用い、該調心機能付軸受ユニットの外周側にハウジングを配置するとともに、内周側にステアリングシャフトを配置したことを特徴とするステアリングコラム用軸受装置。