JP5326290B2 - ラジアルころ軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は例えば自動車等のステアリング装置に用いるステアリングコラム用軸受装置等におけるラジアルころ軸受及びラジアルころ軸受装置に関するものである。

一般に、ステアリングホイールとユニバーサルジョイントとの間にステアリングシャフトが連結された自動車のステアリング装置においては、運転者が操作するステアリングホイールの動きをステアリング機構に伝達させるため、車体側に支持されるステアリングコラムと、このステアリングコラムの内側に挿通されたステアリングシャフトと、ステアリングシャフトをステアリングコラムに支持するステアリングコラム用軸受装置とを備える。

このステアリングコラム用軸受装置は、ステアリングコラムの内周面に嵌合される環状ケースと、この環状ケースに収納されてステアリングコラムにステアリングシャフトを支持するころ軸受とを備える。
このころ軸受は、外輪と、複数のころと、これらのころを保持する保持器とを備えている。
環状ケースはゴム等の弾性材からなり、外輪の周囲に設けられる円筒状本体部と、この円筒状本体部の両端から径内方に形成された円筒状フランジ部とからなり、内周面に開口する環状の軸受用の環状凹部が形成されている。
そして、環状ケースは、環状凹部内にころ軸受を収納した状態で、ステラリングコラムの内周面に圧入されている。
ゴム等の弾性材から構成された環状ケースの圧縮弾性予圧作用で、外輪を介して針状ころがステアリングシャフトに対して常に押し付けられ、ステアリングシャフトのステアリングコラム内での径方向のがたつきを防止して、ステアリングホイールの操作性を向上させている。（特許文献１参照）。
特開２００６−１１１０８２号公報（第３頁、第５図）

上記従来のステアリングコラム用軸受装置の場合、ゴム等の弾性材から構成された環状ケースの圧縮弾性予圧作用で、針状ころはステアリングシャフトと外輪に対して常に押し付けられているので、外輪の軌道形状が悪いと針状ころの回転調子が悪くなり、それがステアリングホイールの操舵感としてダイレクトに伝わり操舵フィーリングを悪化させるという問題が生じていた。
そこで、本発明はかかる点に着目して、外輪の軌道形状を良好にして針状ころの回転むらをなくし、異音が発生しないラジアルころ軸受を提供することを目的とする。

本発明に係るラジアルころ軸受装置は、鋼板を曲げて円筒状に形成された１つ割りの外輪と、外輪の内側に転動可能に配置され、周方向に所定間隔で並ぶ複数のころと、これらころを保持する保持器と、を有し、軸が挿通されるラジアルころ軸受と、前記外輪の外周に外嵌され、弾性材で構成された環状の軸受収納ケースと、を備えたラジアルころ軸受装置であって、前記外輪の加工時に発生する内側に突出する凸部の外輪周方向の巾は、隣り合う少なくとも２つの前記ころが載るような大きさであり、前記軸受収納ケースの圧縮弾性予圧によって前記保持器の外径面に貼り付く方向に加圧される前記外輪の内径面は、前記保持器の外径面との間に、以下の隙間を有する、
（隙間）＝
｛（前記軸の径）＋（前記ころの径）×２−（前記保持器の外径寸法）｝／２＞０
ものであり、前記記載のラジアルころ軸受の前記鋼板は、複数の帯状鋼板が、連結部によって連結されたものであり、前記記載のラジアルころ軸受の前記外輪は、前記鋼板が曲げられた後に前記連結部が切除されることで形成され、前記記載のラジアルころ軸受の前記凸部は、前記連結部によって連結された領域に発生する凸部である。

本発明に係るラジアルころ軸受においては、円筒状に形成された１つ割りの外輪の加工時に発生する内側に突出する凸部の外輪周方向の巾を、隣り合う少なくとも２つの前記ころが載るような大きさにしたので、一つのころが凸部を乗り越え終わる前に隣り合う次のころが当該凸部を上り始める場合には、ころが凸部を乗り上げる高さが実質的に減り、ころの凸部に対する乗り越え感が減少し、ころの回転むらが少なくなり、異音の発生も減るという効果がある。
また、本発明に係るラジアルころ軸受装置においては、前記記載のラジアル軸受の外輪の外周に、弾性材で構成された環状の軸受収納ケースを外嵌して構成したので、ラジアルころ軸受を収納した状態で軸受収納ケースをステアリングコラムの内周面に圧入し、ラジアルころ軸受装置を例えばステアリングコラム用軸受装置として使用した場合に、弾性材で構成された軸受収納ケースの圧縮弾性予圧作用で、外輪を介してころが軸であるステアリングシャフトに対して常に押し付けられ、ころの回転むらも少ないため、良好な操舵フィーリングが得られる。
さらに、ラジアルころ軸受装置は、前記記載のラジアル軸受の前記保持器の外径寸法を外輪と保持器の外径面との間に隙間が形成されるように設定したので、外輪の内周面に対する保持器の外径面の摺動抵抗がなく、ころのころ公転と共に保持器がスムーズに回転し、円周方向のがた感の発生を抑制する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１のステアリングコラム用軸受装置を示す断面図、図２は同ステアリングコラム用軸受装置の外輪の正面図、図３は同ステアリングコラム用軸受装置の外輪の製作過程を示す説明図、図４は同ステアリングコラム用軸受装置の外輪ところとの関係を示す断面図である。
図において、ステアリング装置は円筒状のステアリングコラムである軸箱１と、この軸箱１の内側に挿通されたステアリングシャフトである軸２と、軸２を軸箱１に支持するステアリングコラム用軸受装置３とを備える。

このステアリングコラム用軸受装置３は、軸箱１の内周面に嵌合された環状の軸受収納ケース４と、この軸受収納ケース４に収納されて軸２を支持するラジアル軸受としてのラジアル針状ころ軸受５とを備える。
環状の軸受収納ケース４は、圧肉円筒状の例えばゴムや樹脂等の弾性材で構成され、外輪６の周囲に設けられる軸方向に円筒状で且つ半径方向の肉厚が軸方向に沿って均等に形成された円筒状本体部４ａと、この円筒状本体部４ａの軸方向両端から径内方に延出する円環状フランジ部４ｂとからなり、内周面に開口する環状の軸受収納用の環状凹部４ｃが形成されている。
ラジアル針状ころ軸受５は、鋼板から薄肉円筒状に形成された１つ割りの外輪６と、外輪６の内周面側に組み込まれ、軸受鋼からなる複数のころとしての針状ころ７を保持する鋼板や樹脂等からなる保持器８とを備えて構成されている。６ａは外輪６の割り部のスリットである。このスリット６ａは図２に示す如く、割部に段差が生じたときに径方向のがたを針状ころ７に与えるという悪影響を少なくするために、外輪６の幅方向に対して斜行して形成されている。
なお、ステアリングコラム用軸受では通常ころ直径は１．８〜３．５ｍｍ程度、ころ本数は１０〜４０本程度である。
そして、軸箱１にラジアル針状ころ軸受５を収納した弾性材で構成された軸受収納ケース４を圧入した後は、軸受収納ケース４のゴムの圧縮弾性予圧作用により、外輪６を介して針状ころ７は常に軸１に押し付けられ、針状ころ７と軸１との隙間が０（以下、「ラジアル隙間が０」という）となることによって、針状ころ７の径方向のがたが抑えられる。

次に、本実施の形態１に使用されるラジアル針状ころ軸受５の外輪６の製作方法について説明する。
先ず、１枚の鋼板１０を例えば４つの外輪６が得られるように、図３に示す如く、帯状鋼板１１を間隔を置いて並べ、中央部に連結部１２を残存させた形状にプレス機により打ち抜く。ステアリングコラム用軸受では、通常板厚は０．４〜１．０ｍｍ程度である。
次に、成形機で各帯状鋼板１１を割り部の合わせ面が互いに合わさるように円筒形に曲げ加工する。
最後に、前記連結部１２を切除して、円筒形に曲げ加工された各帯状鋼板１１を相互に切り離して外輪６を形成し、その外輪６に硬化熱処理を加えて製作が完了する。

上記のように、外輪６を製作する場合、各帯状鋼板１１を割り部の合わせ面が互いに合わさるように円筒形に曲げ加工する際に、各帯状鋼板１１の中央部分は連結部１２で連結されているため、各帯状鋼板１１の連結部１２の両側近傍が拘束されて変形するから、図３に示すように、各帯状鋼板１１の中央部分で連結部１２の両側に位置する箇所１３にそれぞれ内側に向けて突出する凸部が形成され、即ち図４に示すように、外輪６の内径面に中心に向けて突出する凸部１４が形成されることとなる。その外輪６の内径面に形成される凸部１４の高さは、外輪内径が２０〜６０ｍｍ程度のステアリングコラム用軸受では、通常数十μｍである。なお、前記凸部１４は連結部１２の両側近傍に２つ形成され易いが、板厚や板材質、外輪径、連結部形状などの条件により、個数や大きさが異なる場合がある。
従って、ラジアル針状ころ軸受５に内径面に凸部１４を有する外輪６を使用した場合、このうちの一つの凸部１４に注目すると、針状ころ７が外輪６の凸部１４に乗り上げるため、針状ころ７の回転調子が悪くなる。
なお、凸部１４の外輪周方向巾とは、外輪６の内径が真円とした場合の仮想円より内径側に突出する凸部１４の周方向一端から他端までを意味する。

このように外輪６の内径面に形成される凸部１４に１つの針状ころ７が凸部１４の一側から他側へと乗り上げると、針状ころ７の凸部１４に対する乗り越え感が発生する。
しかし、針状ころ７が凸部１４を乗り越え終わる前に隣り合う次の針状ころ７が凸部１４を上り始める場合には２つの針状ころ７が凸部１４を乗り上げる高さが実質的に減り、ころ乗り上げ時の抵抗が減少するから、針状ころ７の凸部１４に対する乗り越え感が減少することになる。
この場合、凸部１４の高さを一定とし、凸部１４の外輪周方向の巾を一定とすれば、２つの針状ころ７のころピッチ（ころ中心間の距離）を変えることにより、針状ころ７が凸部１４を乗り越え終わる前に隣り合う次の針状ころ７が凸部１４を上り始めるように設定することができる。
このような軸受は外輪６の連結部１２の形状や、切断方法、外輪６の板厚や材料により凸部１４の形状を調整、或いはころピッチを変更すれば実現できる。
しかし、外輪６の所定の大きさに対して適用できるころ本数が限られるため、ころピッチを任意に変えることはできない場合は、凸部１４の巾を変えることにより対処することになる。

本実施の形態１では、ころピッチと凸部１４の外輪周方向の巾の大小を比べるために、ころピッチをころピッチ角α（外輪６の中心に対して２つの針状ころ７の中心を結んだ線分がなす角度をいう）とし、凸部１４の外輪周方向の巾を凸部許容角度β（外輪６の中心に対して凸部１４の両側を結んだ線分がなす角度をいう）とすると、例えばころ本数が図４に示すように８本とすると、ころピッチ角αは３６０°／８で４５°であり、凸部１４の凸部許容角度β１を４５°以上の５０°とすることにより、針状ころ７が凸部１４を乗り越え終わる前に隣り合う次の針状ころ７が凸部１４を上り始める場合には２つの針状ころ７が凸部１４を乗り上げる高さが実質的に減り、針状ころ７の凸部１４に対する乗り越え感が減少し、針状ころ７の回転むら少なくなり、異音の発生も減ることとなる。
なお、凸部１４の凸部許容角度β２を３０°とすれば、１つの針状ころ７が凸部１４の一側から他側への乗り上げが終了するまで、隣り合う次の針状ころ７が乗り上げないため、針状ころ７の凸部１４に対する乗り越え感が発生する。
さらに、ころピッチ角αを４５°とすると、凸部許容角度βを９０°に設定すれば、２つの針状ころ７が凸部１４を乗り上げる高さが実質的に半分となり、針状ころ７の凸部１４に対する乗り越え感が半減し、針状ころ７の回転むら少なくなり、異音の発生も減り、ラジアル針状ころ軸受５をステアリングコラム用軸受装置として使用した場合には、良好な操舵フィーリングが得られる。

上記の説明は図４に示すように、ころ本数が図４に示すように８本の場合であるが、実際の量産型ころ本数は１３本、２３本、２１本等他種類であり、この場合、各ころピッチ角αがそれぞれ２７．７°、１５°、１７°であり、いずれも外輪６の凸部許容角度βを３０°に設定することにより、針状ころ７が凸部１４を乗り越え終わる前に隣り合う次の針状ころ７が凸部１４を上り始め、この場合には２つの針状ころ７が凸部１４を乗り上げる高さが実質的に大きく減り、針状ころ７の凸部１４に対する乗り越え感が大幅に減少し、針状ころ７の回転むら少なくなり、異音の発生も減る。
すなわち、外輪６に形成される複数の凸部１４の全てについて、１つの針状ころ７が一側から他側へ乗り上げが終了する前に隣り合う次の針状ころ７が乗り上げるようにすればよい。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２のステアリングコラム用軸受装置を示す横断面図である。
上記実施の形態１では 軸箱１にラジアル針状ころ軸受５を収納した弾性材で構成された軸受収納ケース４を圧入した後は、軸受収納ケース４の弾性材の圧縮弾性予圧作用により、外輪６を介して針状ころ７は常に軸１に押し付けられ、ラジアル隙間が０となることによって、針状ころ７の径方向のがたが抑えられる。
そして、外輪６は弾性材である鋼板を曲げ加工した一つ割り形状をしており、軸受収納ケース４のゴムの圧縮弾性予圧作用によって常に保持器８の外径面に貼り付こうとするので、保持器８の外径寸法を適切に設定しないと、外輪６の内径面との案内隙間がなくなり、摺動抵抗が発生し、回転調子への影響がでる。

また、摺動抵抗が発生した場合、軸回転時に針状ころ７は保持器８の窓の範囲内はスムーズに公転するが、保持器８の窓に衝突した瞬間トルクが上がるため、この感覚が円周方向がたとなって現れ、この点でも回転調子に影響がを与える。
そこで、この実施の形態２では、軸受収納ケース４の弾性体の圧縮弾性予圧作用によってラジアル隙間は常に０に保たれるので、外輪６の内径Ａ＝（軸径Ｂ＋ころ径×２）となり、外輪６の内径Ａと保持器８の外径Ｃの案内隙間＝（軸径Ｂ＋ころ径×２）−保持器８の外径Ｃと考えることができ、この値の適正化によって回転調子が損なわれなくなる。
即ち、保持器８の外径案内隙間＝（軸径Ｂ＋ころ径×２）−保持器８の外径寸法Ａ＞０と設定することにより、外輪６の内径面に対する保持器８の外径面の摺動抵抗がなく、針状ころ７のころ公転と共に保持器８がスムーズに回転し、円周方向のがた感の発生を抑制する。

上記実施の形態１、２においては、ラジアル針状ころ軸受を例示したが、通常のラジアルころ軸受についても適用可能である。

本発明の実施の形態１のステアリングコラム用軸受装置を示す断面図。 同ステアリングコラム用軸受装置の外輪の正面図。 同ステアリングコラム用軸受装置の外輪の製作過程を示す説明図。 同ステアリングコラム用軸受装置の外輪ところとの関係を示す断面図。 本発明の実施の形態２のステアリングコラム用軸受装置を示す横断面図。

符号の説明

１ 軸箱、２ 軸、３ ステアリングコラム用軸受装置、４ 軸受収納ケース、５ ラジアル針状ころ軸受、６ 外輪、７ ラジアル針状ころ、８ 保持器、１４ 凸部。

Claims (1)

1. 鋼板を曲げて円筒状に形成された１つ割りの外輪と、外輪の内側に転動可能に配置され、周方向に所定間隔で並ぶ複数のころと、これらころを保持する保持器と、を有し、軸が挿通されるラジアルころ軸受と、
   前記外輪の外周に外嵌され、弾性材で構成された環状の軸受収納ケースと、
   を備えたラジアルころ軸受装置であって、
   前記外輪の加工時に発生する内側に突出する凸部の外輪周方向の巾は、隣り合う少なくとも２つの前記ころが載るような大きさであり、
   前記軸受収納ケースの圧縮弾性予圧によって前記保持器の外径面に貼り付く方向に加圧される前記外輪の内径面は、前記保持器の外径面との間に、以下の隙間を有し、
   （隙間）＝
   ｛（前記軸の径）＋（前記ころの径）×２−（前記保持器の外径寸法）｝／２＞０
   前記鋼板は、複数の帯状鋼板が、連結部によって連結されたものであり、
   前記外輪は、前記鋼板が曲げられた後に前記連結部が切除されて形成され、
   前記凸部は、前記連結部によって連結された領域に発生する凸部である、
   ことを特徴とするラジアルころ軸受装置。

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