JP2006125626A

JP2006125626A - 調芯機能付軸受ユニット

Info

Publication number: JP2006125626A
Application number: JP2005231235A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Takagi; 敏己高城; Takahiko Uchiyama; 貴彦内山; Yasuhisa Yamada; 康久山田; Katsuyuki Kamei; 功志亀井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】軸線周りの円滑な回転変位を確保することができると共に、軸振れを良好に吸収することができ、且つ構造の簡略化及び組込性の容易化を図ることができると共に、転がり軸受に径方向予圧を容易に付与することができる調芯機能付軸受ユニットを提供する
【解決手段】調芯機能を備えた軸受ユニット３０であって、転がり軸受３１の外輪３２の外周部に調芯機能を有する球面部３３を一体に設け、該球面部３３をゴム材又はエラストマー材とする。
【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調芯機能付軸受ユニットに関する。

図７は自動車のステアリングシャフト構造の一例を示したものであり、このステアリングシャフト１は、車両のレイアウトの関係から、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、及び軸振れを吸収して快適な操舵を実現することができる軸受ユニットを用いることが必要である。

従来のこの種の軸受ユニットとしては、例えば、図８に示すように、前記回転支持部Ａに転がり軸受９を配置し、該転がり軸受９の外輪１０に外嵌されたゴム等の可撓性材料からなる防塵ブーツ１１をトーボード６に固定した例（例えば特許文献１参照）や、図９に示すように、転がり軸受９の外輪１０の外周部に調芯機能を有する凸状の球面部１２を一体に設け、ケーシング１３に凸球面部１２に対応する凹球面部１４を一体に設けた自動調芯機能付軸受ユニットを前記回転支持部Ａに配置した例（例えば特許文献２参照）が開示されている。
特開平８−１９８１２２号公報特開昭６２−５６６１４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の軸受ユニットにおいては、ゴム等の可撓性材料からなる防塵ブーツ１１を複雑に折り返す必要があるため構造が複雑となり、また、転がり軸受９に対してがたつきを抑えるための径方向予圧をかけにくいという問題がある。
一方、上記特許文献２に記載の軸受ユニットでは、転がり軸受９の外輪１０の外周部に調芯機能を有する凸球面部１２を設けた構造であるため構造は簡略化されるが、凸球面部１２を比較的硬質な樹脂等で形成しているため組み込み難く、また、上述した径方向予圧をかけにく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、軸線周りの円滑な回転変位を確保することができると共に、軸振れを良好に吸収することができ、且つ構造の簡略化及び組込性の容易化を図ることができると共に、転がり軸受に径方向予圧を容易に付与することができる調芯機能付軸受ユニット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、調芯機能を備えた軸受ユニットであって、転がり軸受の外輪の外周部及び内輪の内周部の内の少なくとも一方に調芯機能を有する球面部を一体に設け、該球面部をゴム材又はエラストマー材としたことを特徴とする。

本発明によれば、転がり軸受の外輪の外周部及び内輪の内周部の内の少なくとも一方に調芯機能を有する球面部を一体に設けているので、軸線周りの円滑な回転変位を確保することができると共に、軸振れを良好に吸収することができ、且つ構造の簡略化を図ることができる。
また、前記球面部を比較的柔軟なゴム材又はエラストマー材としているので、組込性の容易化を図ることができると共に、転がり軸受に径方向予圧を容易に付与することができる。

以下、図１〜図６を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態では、既に図７で説明した自動車用ステアリングシャフトの回転支持部に用いられる調芯機能付軸受ユニットを例に採る。
図１は、本発明の第１の実施の形態である調芯機能付軸受ユニットの一部を示す断面図である。図１に示される調芯機能付軸受ユニット３０は、転がり軸受３１の外輪３２の外周部に調芯機能を有する凸状の球面部３３を一体に設け、該凸球面部３３をエラストマー材（又はゴム材）としている。

そして、自動車用ステアリングシャフト１の回転支持部Ａに前記調芯機能付軸受ユニット３０が配置され、転がり軸受３１の内輪３４に固定されたインナースリーブ３５に中間ステアリングシャフト１ｂが内嵌されると共に、凸球面部３３にアウタースリーブ３６の凹球面部３７を係合され、更に、アウタースリーブ３６がハウジング３８に固定されると共に、ハウジング３８がトーボード６に固定されている。また、アウタースリーブ３６の軸方向の両端側には、それぞれゴムシール部材３９が装着されている。

転がり軸受３１は、この実施の形態では、グリース潤滑の玉軸受を用いており、軸方向の両端部にはそれぞれシール部材４０が装着されている。なお、シール部材４０は軸方向の片方のみに設けて良く、また、シール部材４０を設けない転がり軸受としてもよい。
インナースリーブ３５は転がり軸受３１の内輪３４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３１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４１が円周方向に沿って設けられ、該一対の突起４１間に内輪３４を挟み込んで軸方向に押圧することで転がり軸受３１がインナースリーブ３５に固定されている。

中間ステアリングシャフト１ｂは軸受ユニット３１のインナースリーブ３５内に挿入されており、このインナースリーブ３５の内周面には、インナースリーブ３５の円周方向における中間ステアリングシャフト１ｂの位置ずれを防止するために、平面状の回り止め部５７ａ，５７ｂ（図３参照）が形成されている。これらの回り止め部５７ａ，５７ｂはインナースリーブ３５の内周面に相対向して形成されており、中間ステアリングシャフト１ｂの外周面には、上記回り止め部５７ａ，５７ｂと各々嵌合する平面部５８ａ，５８ｂ（図５参照）が形成されている。中間ステアリングシャフト１ｂの外周面１ｂ１（図５参照）は断面が円形状をなしており、この外周面１ｂ１と前述した平面部５８ａ，５８ｂとの境界部は段部１ｂ２となっている。

インナースリーブ３５は合成樹脂材を射出成形して形成されており、このインナースリーブ３５には、インナースリーブ３５の軸方向における中間ステアリングシャフト１ｂの位置ずれを防止するために、ステアリングシャフト押え片５９ａ，５９ｂ（図４参照）が設けられている。インナースリーブ３５の内周面３５ａ（図２参照）は断面が円形状をなしており、この内周面３５ａと前述した平面状回り止め部５７ａ，５７ｂとの間には、中間ステアリングシャフト１ｂの軸方向位置を位置決めするために、中間ステアリングシャフト１ｂの段部１ｂ２と当接する段部３５ｂ（図２参照）が形成されている。

ステアリングシャフト押え片５９ａ，５９ｂは平板状に形成されており、これらステアリングシャフト押え片５９ａ，５９ｂの先端部には、中間ステアリングシャフト１ｂの平面部５８ａ，５８ｂに向かって突出する突起部４３（図１参照）がそれぞれ設けられている。また、ステアリングシャフト押え片５９ａ，５９ｂはインナースリーブ３５と一体に樹脂成形されており、これらステアリングシャフト押え片５９ａ，５９ｂの両側には、ステアリングシャフト押え部材５９ａ，５９ｂをインナースリーブ３５の径方向に弾性変形させるために、それぞれスリット４２（図４参照）がインナースリーブ３５の一端から中央部に向かって形成されている。

凸球面部３３はエラストマーを使用して転がり軸受３１の外輪３２の外周面に射出成形により一体に形成されており、この凸球面部３３はアウタースリーブ３６の凹球面部３７にタイトに係合して、径方向のがたつきが生じないように球面摺動する調芯機構を形成している。すなわち、凸球面部３３および凹球面部３７は、中間ステアリングシャフト１ｂの操作時における角度変位を吸収するために、球面滑り軸受を構成している。なお、凸球面部３３と凹球面部３７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。

ここで、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転がり軸受３１に径方向の予圧をかけ難くなる。また、軸受ユニット３０のアウタースリーブ３６の凹球面部３７への挿入、組み立て性においても、エラストマーが柔らかいと組み込みやすいが、硬度と弾性率が上がるにつれ、組み立て難くなる。従って、エラストマーは硬さがデュロメーター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。

アウタースリーブ３６の凹球面部３７と外径面との間の軸方向両端面には全周溝４４が形成されており、この全周溝４４により該全周溝４４と凹球面部３７との間に弾性リップ部４５が形成されて転がり軸受３１に径方向予圧が付与できるようになっている。なお、弾性リップ部４５は、軸受ユニット３０を圧入しやすくするために周方向で１箇所以上の切欠きを設けるようにしてもよい。また、前記全周溝４４は、後述するゴムシール部材３９の装着溝としても用いられる。

アウタースリーブ３６の凹球面部３７の少なくとも一方のエッジ部には、軸受ユニット３０の軸方向の圧入を容易にするために、円周方向に沿って例えばＲ状の面取り部４６を設けることが好ましい。
アウタースリーブ３６の外周部の軸方向先端（図１の左端）には軸方向に延びる腕部４７が円周方向に略等間隔で複数カ所設けられており、腕部４７の先端にはハウジング３８の固定用爪４８が設けられ、また、アウタースリーブ３６の外周部の軸方向中間部にはハウジング３８の凹部４９に挿入される回り止め用の突起５０が設けられている。腕部４７はアウタースリーブ３６と一体に樹脂成形されている。

アウタースリーブ３６の外周部の軸方向基端（図１の右端）には径方向外方に突出するフランジ部５１が円周方向に沿って設けられており、このフランジ部５１と前記突起５０との間にはアクリルゴム等の弾性材５２が円周方向に沿って設けられている。この弾性材５２をハウジング３８の段部５３で軸方向及び径方向内方に押しつぶすことにより、アウタースリーブ３６がハウジング３８にがたつくことなく固定される。

ゴムシール部材３９は芯金５４とゴム等の弾性部５５とを備えており、軸受ユニット３０の凸球面部３３が傾いても干渉しないことと、シール面の浮き上がりを防止するため、軸方向の外方に膨らむ形状とされている。
そして、このゴムシール部材３９はアウタースリーブ３６の全周溝４４に圧入されて芯金５４とアウタースリーブ３６間での圧縮により保持され、かかる保持状態で内径側のシールリップ部５６がインナースリーブ３５の外周面に摺接する。この場合、シールリップ部５６とインナースリーブ３５との摺接部にはグリース等の潤滑剤を塗布することが好ましい。

なお、インナースリーブ３５、アウタースリーブ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。

このようにこの実施の形態では、転がり軸受３１の外輪３２の外周部に調芯機能を有する凸球面部３３を一体に設けた調芯機能付軸受ユニット３０をステアリングシャフト１の回転支持部Ａに配置しているので、ステアリングシャフト１の軸線周りの円滑な回転変位を確保することができると共に、軸振れを良好に吸収して快適な操舵を実現することができ、且つ構造の簡略化を図ることができる。

また、前記凸球面部３３を比較的柔軟なゴム材又はエラストマー材で形成しているので、軸受ユニット３０の組込性の容易化を図ることができると共に、転がり軸受３１に対して該転がり軸受３１のがたつきを抑制するための径方向予圧を容易に付与することができ、この結果、軸受ユニット３０の耐久性の向上を図ることができる。

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。たとえば、上述した第１の実施の形態では凸球面部３３と凹球面部３７とからなる球面滑り軸受を転がり軸受３１の外周側に配置したものを例示したが、これに限定されるものではなく、図６に示す第２の実施の形態のように、凸球面部３３と凹球面部３７とからなる球面滑り軸受を転がり軸受３１の内周側に配置してもよい。なお、図６において、符号６１はＣ字状の外輪固定リング６２と協働して転がり軸受３１の外輪３２をハウジング３８に固定するための外輪固定溝で、この外輪固定溝６１はハウジング３８の内周面に形成されている。また、図６中６３はＣ字状の外輪固定リング６４と協働して転がり軸受３１の内輪３４をアウタースリーブ３６に固定するための内輪固定溝で、この内輪固定溝６３はアウタースリーブ３６の外周面に形成されている。

また、第１の実施の形態では、インナースリーブ３５を転がり軸受３１の内輪３４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、例えばインナースリーブ３５を機械加工で製作しても良く、この場合、インナースリーブ３５の外周部に止め溝を設けて転がり軸受３１をスナップリング等で軸方向に固定するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、転がり軸受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。さらに、上記した各実施形態では中間ステアリングシャフト４を回転自在に支承する軸受ユニットに本発明を適用した場合を示したが、これに限られるものではなく、アッパーステアリングシャフトを回転自在に支承する軸受ユニットについても本発明を適用できる。

図１と同一構造の回転支持部Ａを製作して、径方向及び軸方向のがたつきを調査した。
転がり軸受３１は軸方向両端にシール部材４０付の深溝玉軸受６９０５でグリース封入とした。
まず、転がり軸受３１を金型内に固定した後、インナースリーブ３５を射出成形で転がり軸受３１の内輪３４と一体に形成する。インナースリーブ３５の樹脂材料としては、ガラス繊維２５％含有６６ナイロン（ＢＡＳＦ社製、グレードＡ３ＷＧ５）を使用し、樹脂温度は２９５°Ｃで成形した。

次に、転がり軸受３１の外輪３２の外周部に、硬さデュロメーターＤスケールで６３、弾性率４００ＭＰａのエラストマー（東レ・デュポン製、ハイトレル６３４７）を樹脂温度２３０°Ｃで成形して凸球面部３３を形成した。
アウタースリーブ３６は前記６６ナイロンを使用して成形した後、該アウタースリーブ３６の凹球面部３７にインナースリーブ３５、転がり軸受３１、凸球面部３３の一体品を軸方向に圧入して組み込んで回転支持部Ａを構成した。この回転支持部Ａ（アウタースリーブ３６）をハウジング３８に固定すると共に、インナースリーブ３５に中間ステアリングシャフト１ｂを３°傾けた状態で内嵌固定し、図５の状熊で、３０Ｎｍのトルクを負荷して回転耐久試験を行った。
試験は、ステアリングホイール２を右に１回転し、正面に戻し、更に左に１回転し正面に戻すサイクルを１サイクルとし、１００万回繰り返し後、軸方向と径方向のがたつきの増加量を計測したが、変化は見られなかった。

本発明の第１の実施の形態である調芯機能付軸受ユニットの要部断面図である。図１に示すインナースリーブの断面図である。図２のII−II断面図である。図３のIII−III断面図である。中間ステアリングシャフトの斜視図である。本発明の第２の実施の形態である調芯機能付軸受ユニットの断面図である。自動車用ステアリングシャフトの一例を説明するための斜視図である。従来の軸受ユニットを説明するための断面図である。従来の軸受ユニットを説明するための要部断面図である。

符号の説明

３０調芯機能付軸受ユニット
３１転がり軸受
３２外輪
３３凸球面部
３４内輪

Claims

調芯機能を備えた軸受ユニットであって、転がり軸受の外輪の外周部及び内輪の内周部の内の少なくとも一方に調芯機能を有する球面部を一体に設け、該球面部をゴム材又はエラストマー材としたことを特徴とする調芯機能付軸受ユニット。