JP2007056921A - ステアリング用ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 組み込まれるころ本数を多くできて負荷容量の増大および耐久性の向上が可能で、かつゴリ感やガタツキを解消できるステアリング用ころ軸受を提供する。特に、クラッチが円周方向に間隔を開けて並ぶ複数のカムを有し、これら複数のカムの並びの外周に形成される断続的な円周状面をころが転走するものである場合にも、ゴリ感やガタツキを生じることが回避できるものとする。
【解決手段】 外輪１と、この外輪１の転走面１ａに接する複数のころ２と、リング状の保持器３とを有するころ軸受である。上記保持器３は、円周方向に並ぶ複数のポケット４を有し、各ポケット４間の柱部５が各ころ２の間で上記ころ２を内径側から保持するものとする。また、上記柱部５の外径ｄ３ｏは、ころ配列のピッチ円直径ＰＣＤよりも小径とする。このころ軸受は、ステアリング装置の操舵動作伝達系に設けられたクラッチに用いられる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ステアリング装置の操舵動作伝達系に設けられた操舵の自動・手動切換用のクラッチ等に用いられるころ軸受に関する。

近年、自動車の自動運転制御技術においては、センターラインの認知のほか、他車との位置関係を認知して速度や操舵を制御する等、高度化が図られている。自動操舵システムについては、自動運転中でも必要に応じてドライバーが操作できるように手動運転に切り換える機能が要求される。例えば、緊急事態に対処するために、自動操舵モードからドライバーが操舵力を発生させる手動操作モードに切換可能であることが要請される。
この要請に応えるものとして、自動運転中でも必要に応じてドライバーが操舵できるように手動運転に切り換える機能を備えた各種のステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１〜３）。ステアリング装置の操舵の自動・手動の切換には、様々なクラッチ機構を利用している。

このようなステアリング装置の操舵の自動・手動切換えに使用されるクラッチ機構の一例を図６に示す。このクラッチ機構は、クラッチ出力側の軸となるセンターシャフト３４の外周に複数のカム３２を配置し、カム３２とハウジング３５の内径面との間に、滑り軸受３３を介在させたものである。カム３２は、くさび形のものであり、互いにセンターシャフト３４の円周方向の逆方向に向く一対ずつが組となり、一組又は円周方向に複数組配置されている。これら各カム３２は、センターシャフト３４の軸心と垂直な平面内で揺動自在なように各組毎に保持されている。これらのカムは、ハンドルの回転操作によって滑り軸受３３に噛み込む。各組の１対のカム３２の間には、ガタツキを抑えるために、ばね３６によって予圧が与えられている。自動操舵用の駆動系（図示せず）はセンターシャフト３４に接続されている。

上記クラッチ機構は、常時は、センターシャフト３４が空転自在であり、センターシャフト３４は自動操舵用の駆動系から回転が与えられる。ハンドルを回転させると、カム３２が滑り軸受３３に噛む込み、くさび効果によってクラッチがロックする。そのため、滑り軸受３３とセンターシャフト３４とハウジング３５が共に回転する。上記カム３２は、互いに逆向きのものが対として設けられているため、正逆いずれの回転方向に対しても、ハンドルを回転させるとロックが生じる。

このため、自動操舵中にスリップによる衝突等の危険が発生しそうな緊急時において、ドライバーのハンドル手動操作による干渉力が発生したときは、クラッチのカム３２が作動し、滑り軸受３３を拘束することによりクラッチがロック状態となり、自動操舵の動きにかかわらず、手動操舵が優先される。

図７は、図６のクラッチ機構において、滑り軸受３３に代えて従来のころ軸受（転がり軸受）４３を用いた例を示す。クラッチ動作については図６の例と同じである。
特開平１０−２２６３５４号公報 特開平１０−２５８７５６号公報 特開２０００−２０３４３６号公報 特開平６−３０７４５６号公報 特開平７−２３８９４０号公報

上記したクラッチ機構に用いられる滑り軸受３３やころ軸受４３に求められる機能は、空転時に回転トルクが小さく、かつゴリ感，ガタツキ等のフィーリング不良がないこと、および緊急時などの必要時にカム３２により確実にロックされ、クラッチのロック機能を損なわないことである。

しかし、図６のようにクラッチ機構に滑り軸受３３を用いた場合、空転時の回転トルクが大きくなる。また、耐久性も劣り摩耗が発生するので、ロックしなくなるという問題がある。
図７のようにころ軸受４３を用いた場合は、空転時の回転トルクは小さくなる。しかし、従来のころ軸受４３では、ころピッチが大きいことから、ころがカム３２に断続的に乗ることになる。そのため、動作時にゴリ感，ガタツキが発生し、滑り軸受３３に比べてドライバーの操舵フィーリングが悪くなる。

なお、ころピッチが小さなころ軸受としては、保持器を有しない総ころ軸受があるが、一般的な総ころ軸受は保持器脱落タイプとなる。上記クラッチ機構では、ころはカム３３のカム面を転走面とするので、保持器脱落タイプの総ころ軸受では、カム面に乗らないころが脱落してしまうという不具合がある。

非脱落タイプの総ころ軸受を用いることも考えられるが、キーストンタイプの場合、ころ本数が２０本以上になると設計が困難である。
非脱落タイプの総ころ軸受でＣ端面のころタイプのもの（例えば特許文献４）では、幅寸法が大きくなり、さらに有効接触長さも短く、かつころ端面およびころ端面との接触部が摩耗する問題がある。詳しくは、Ｃ端面ころタイプとは、ころ端面に尖り部を設けるタイプであり、その尖り部をプレス製の外輪に設けられた鍔で抱え込むことで脱落防止される。このように、ころ端面を尖り形状とするため、平面，丸面（Ｆ，Ａ面）の端面ころと比べて高価となる。しかも、ころ端面が尖り形状であるため、誘起スラストが大きい使用形態ではころ端面の摩耗が顕著となる。また、ころ端面の尖り形状の寸法分だけ、ころの有効長さが短くなる。
これらの他に、熱固化性グリースを充填して非脱落タイプとする総ころ軸受（例えば特許文献５）があるが、このタイプは回転トルクが大きくなる。さらに、熱固化性グリースの使用温度範囲内に軸受の使用温度が限られる。そして、軸受潤滑の手段であるグリースの種類，油の種類等が限られる。

この発明の目的は、組み込まれるころ本数を多くできて負荷容量の増大および耐久性の向上が可能で、かつゴリ感やガタツキを解消できるステアリング用ころ軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、クラッチが、円周方向に間隔を開けて並ぶ複数のカムを有し、これら複数のカムの並びの外周に形成される断続的な円周状面をころが転走するものである場合にも、ゴリ感やガタツキを生じることが回避できるものとすることである。

この発明のステアリング用ころ軸受は、外輪と、この外輪の転走面に接する複数のころと、リング状の保持器とを有し、前記保持器は円周方向に並ぶ複数のポケットを有するころ軸受において、前記保持器の各ポケット間の柱部が各ころ間で前記ころを内径側から保持し、前記柱部の外径が、ころ配列のピッチ円直径よりも小径であり、ステアリング装置の操舵動作伝達系に設けられたクラッチに用いられることを特徴とする。
この構成によると、保持器の柱部が、ころを内径側から保持するものであり、その柱部の外径を、ころ配列のピッチ円直径よりも小径としたため、保持器柱部がころ配列のピッチ円上に存在しないものとできる。そのため、柱部によってころの配列間隔が広がらず、保持器を用いてころ非脱落形式としながら、総ころ形式と同じ程度のころ本数を有するものとできる。このため例えば次の各利点が得られる。すなわち、平面の端面のころを使用した軸受においても、非脱落とすることができる。平面の端面のころを使用できるため、限られた幅寸法の中でも、ころ有効長さを最大限に設定できる。外輪が鍔付きであれば、ころに発生した誘起スラスト力を、外輪の鍔部で受けることができる。潤滑剤の種類が制限されず、潤滑剤を自由に選ぶことができる。組立が従来の非脱落総ころ軸受よりも容易である。ユーザの取扱が脱落タイプの総ころ軸受よりも容易である。
したがって、ステアリング装置に用いた場合、特にステアリング装置の操舵動作伝達系に設けられたクラッチに用いた場合に、組み込まれるころ本数を多くできることから、負荷容量の増大および耐久性の向上が可能で、かつゴリ感やガタツキを解消できる。

この発明において、前記クラッチが、円周方向に間隔を開けて並ぶ複数のカムを有し、前記複数のころは、前記複数のカムの並びの外周に形成される断続的な円周状面を転走するものであっても良い。
この構成の場合、断続的なカム面にころが乗り移ることになるが、この発明のステアリング用ころ軸受は、保持器を用いたころ非脱落形式であって、かつころ本数を多くできるため、ころが円滑にカム面間に乗り移ることができて、ゴリ感やガタツキを生じることが回避できる。

この発明において、前記保持器の柱部の横断面形状を、内径部よりも外径側の部分が外径側へ先狭まりとなる形状としても良い。例えば、略三角形状としても良い。
ころ配列における隣合うころ間の隙間は、内径側が次第に大きくなる三角形状の隙間となるため、ころ間の間隔を広げることなく柱部の断面積を大きくするには、柱部を外径側へ先狭まりとなる断面形状とすることが好ましい。しかし、柱部の幅が最も広がる最内径部は、ころ表面に沿って広げずに、略一定幅としてころ表面と柱部表面との隙間を広げることにより、潤滑油の流れの阻害が回避でき、潤滑性の低下を防止できる。

この発明において、前記保持器の外径面の縁部を、テーパ状または断面円弧状の先狭まり形状としても良い。先狭まり形状に構成することにより、組立時のころ配列の外側への保持器の挿入をより円滑に行うことができ、組立性がさらに向上する。

この発明において、前記保持器を合成樹脂製としても良い。保持器が合成樹脂製であると、保持器にある程度の弾性が得られるため、軸受組立時に保持器を変形させることができ、保持器、あるいはころの組み込みが容易に行える。
保持器を合成樹脂製とする場合に、上記合成樹脂を、非強化のもの、または強化繊維を３０ｗｔ％以下添加したものとしても良い。強化繊維にはカーボンファイバやグラスファイバ等が好ましい。

この発明において、ころ本数を総ころ形式としたものと同じか、または２本以下の本数だけ少なくしても良い。
この発明のステアリング用ころ軸受は、保持器の柱部を、ころを内径側から保持するものとしたため、非脱落形式としながら、保持器柱部がころ配列のピッチ円上に存在しないものとできる。そのため、柱部によってころの配列間隔が広がらず、総ころ形式と同じ本数、あるいは１本または２本少ない本数だけのころ本数を有するものとできる。

上記保持器の内径寸法は、ころ配列の内接円径の最大径（ｄ２ｉ）よりも０．１mm以上大きくすることが好ましい。ころ配列の内接円径の最大径（ｄ２ｉ）は、各ころを外輪の転走面に接するように配列した場合の内接円径のことである。各ころが転接する軸表面に対して０．１mm以上の隙間があると、保持器が強く接触することがなく、保持器によって摩擦トルクが増大することが回避される。

また、上記保持器の外径寸法を、ころ配列のピッチ円直径よりも０．１mm以上小さくすることが好ましい。これにより、軸と保持器との間に０．１mm以上の隙間が生じる。そのため、軸に保持器が強く接触することがなく、保持器によって摩擦トルクが増大することが回避される。

この発明のステアリング用ころ軸受は、外輪と、この外輪の転走面に接する複数のころと、リング状の保持器とを有し、前記保持器は円周方向に並ぶ複数のポケットを有するころ軸受において、前記保持器の各ポケット間の柱部が各ころ間で前記ころを内径側から保持し、前記柱部の外径が、ころ配列のピッチ円直径よりも小径であり、ステアリング装置の操舵動作伝達系に設けられたクラッチに用いられることとしたため、組み込まれるころ本数を多くできて負荷容量の増大および耐久性の向上が可能で、かつゴリ感やガタツキを解消できる。
特に、クラッチが円周方向に間隔を開けて並ぶ複数のカムを有し、前記複数のころが、複数のカムの並びの外周に形成される断続的な円周状面を転走するものである場合に、保持器を用いたころ非脱落形式であって、かつころ本数を多くできるため、ころが円滑にカム面間に乗り移ることができて、ゴリ感やガタツキを生じることが回避できる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。このステアリング用ころ軸受は、図１（Ａ）に示す自動車のステアリング装置２０に用いられるものである。このステアリング装置２０は、自動操舵システムの一部を構成し、この自動操舵システムは、自動操舵モードからドライバーが操舵力を発生させる手動操作モードに切り換える機能を備える。この切換えのために、ステアリング装置２０におけるハンドル２７からセンターシャフト２４への操舵動作伝達系３０に、同図（Ｂ）のクラッチ機構２１が設けられている。

このクラッチ機構２１は、クラッチ出力側の軸となるセンターシャフト２４の外周に複数のカム２２を配置し、カム２２とハウジング２５の内径面との間に、このステアリング用ころ軸受２３を介在させたものである。カム２２は、くさび形のものであり、互いにセンターシャフト２４の円周方向の逆方向に向く一対ずつが組となり、円周方向に一組又は複数組配置されている。これら各カム２２は、センターシャフト２４の軸心と垂直な平面内で揺動自在なように各組毎に保持されている。これらのカムは、ハンドルの回転操作によってころ受軸に噛み込む。各組の１対のカム２２の間には、非ロック状態である回転自在時のガタツキを抑えるために、ばね２６によって予圧が与えられている。自動操舵用の駆動系３１はセンターシャフト２４に接続されている。ハンドルシャフト２８およびセンターシャフト２４は、支持部材２９に他の軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されている。

上記クラッチ機構２１は、常時は、センターシャフト２４が空転自在であり、センターシャフト２４は自動操舵用の駆動系３１から回転が与えられる。ハンドル２７を回転させると、カム２２がころ軸受２３に噛む込み、くさび効果によってクラッチがロックする。そのため、ころ軸受２３とセンターシャフト２４とハウジング２５が共に回転する。上記カム２２は、互いに逆向きのものが対として設けられているため、正逆いずれの回転方向に対しても、ハンドル２７を回転させるとロックが生じる。

このため、自動操舵中にスリップによる衝突等の危険が発生しそうな緊急時において、ドライバーのハンドル２７の手動操作による干渉力が発生したときは、クラッチのカム２２が作動し、ころ軸受２３を拘束することによりクラッチがロック状態となり、自動操舵の動きにかかわらず、手動操舵が優先される。

図２に示すように、上記ころ軸受２３は、外輪１と、この外輪１の内径面からなる転走面１ａに接する複数のころ２と、リング状の保持器３とを有する。保持器３は円周方向に並ぶ複数のポケット４を有し、各ポケット４間の柱部５が、各ころ２の間にあって上記ころ２を内径側から保持するものとする。

外輪１は、両側に鍔部１ｂを有している。外輪１は、シェル型のもの、つまり鋼板のプレス成形品とされている。ころ２は軸受鋼等の鋼製とされている。保持器３は、ポリアミド（例えばＰＡ６６，ＰＡ４６）、またはポリアセタール等の合成樹脂製とされている。保持器３は、これらの合成樹脂を、非強化の状態、あるいはカーボンファイバやグラスファイバ等の強化繊維を３０％以下添加した状態のものとして使用することにより、軸受寸法や軸受用途等に応じた適度の強度と柔軟性を持たせたものとしてある。

保持器３は、幅方向の両端がリング状部６とされ、両側のリング状部６の間に柱部５を円周方向に等間隔で複数設けたものである。各柱部５の間の空間が、ころ２の入るポケット４となる。保持器３の柱部形状は略三角形状とする。保持器３の内径寸法ｄ３ｉは、ころ配列の内接円径の最大径ｄ２ｉよりも０．１mm以上大きくする。この０．１mmの寸法は、軸受サイズにかかわらず、この値以上であることが好ましい。保持器３の柱部５の並びの外径寸法ｄ３ｏは、ころ配列のピッチ円直径ＰＣＤよりも小さくする。例えば、ピッチ円直径ＰＣＤよりも０．１mm以上小さくする。このピッチ円直径ＰＣＤよりも小さくする寸法は、軸受寸法等に応じて設計される所定割合以上としても良い。保持器３の柱部５の太さＢは、ころ径の１５〜３０％とすることが好ましい。

保持器３の柱部５の横断面形状は、例えば最内径部５ａ（図５（Ａ）参照）が略一定幅の部分とされ、この最内径部よりも外径側の部分５ｂが外径側へ先狭まりとなる形状とされる。外径側の部分５ｂの先端部は、例えば角部または全体が円弧状に丸められた形状とされている。外径側部分５ｂの側面５ｂａは、例えば図５（Ａ）のように横断面が直線状となる形状、または同図（Ｂ）のようなころ２の外径面に略応じた凹曲面形状、または同図（Ｃ）のような凸曲面形状等とされる。柱部５の最内径部５ａの側面５ａａは、横断面が直線状となる形状であっても、または円弧状等の凸曲面となる形状であっても良い。柱部５の最内径部５ａは、必ずしも断面形状が略一定幅でなくても良く、例えば円弧状に湾曲していて最内径部５ａにおける中間部分が最も突出する形状や、また内径側の柱幅が狭まる形状であっても良い。

上記構成のころ軸受２３によると、保持器３の柱部５がころ２を内径側から保持するものとし、その柱部形状を略三角形としたため、非脱落形式としながら、保持器柱部５がころ配列のピッチ円直径ＰＣＤ上に存在しないものとできる。そのため、柱部５によってころ２の配列間隔が広がらず、総ころ形式と同じころ本数あるいは１〜２本少ないころ本数を有するものとできる。例えば、従来のころ軸受に比べて、ころ本数が１０〜５０％増となる。また、上記柱部５の強度が確保される。

この構成のころ軸受２３を上記ステアリング装置２０のクラッチ機構２１に用いると、ころ２がカム２２（図１（Ｂ））の断続的に並ぶカム面に乗り移ることになるが、ころピッチが小さいことから円滑に乗り移ることができて、ゴリ感やガタツキを低減でき、操舵フィーリングが向上する。また、操舵フィーリングの向上により、低振動となる。また、従来の滑り軸受（樹脂コーティング品）のようなコーティング膜剥がれや摩耗が無く、クラッチ機構２１のロック機能を損なうことがない。また、総ころ形式並みのころ本数を有するものとできることから、負荷容量が増大し長寿命となる。また、滑り軸受に比べて低トルクとなる。また、保持器３によりころ２を非脱落にできることから、Ｃ端面ころを使用する必要が無く、Ｆ端面ころ，Ａ端面ころ（有効接触長さの長いころ）を使用でき、幅寸法を短くすることができる。また、ころ２を非脱落とできることから、熱固化性グリースによりころ２を非脱落にする必要がなく、低トルクとなる。

この実施形態のころ軸受２３の場合、さらに次の利点が得られる。例えば、保持器３の内径寸法ｄ３ｉを、ころ配列の内接円径ｄ２ｉの最大径よりも０．１mm以上大きくしたため、軸と保持器３との間に０．１mm以上の隙間が生じる。そのため、軸に保持器３が強く接触することがなく、保持器３によって摩擦トルクが増大することが回避される。
保持器３の上記柱部５の並びの外径寸法ｄ３ｏは、ころ配列のピッチ円直径ＰＣＤよりも小さくし、その小さくする程度を、例えば上記ピッチ円直径ＰＣＤよりも０．１mm以上小さくしたため、ころ配列の間隔を広げる必要がなく、また柱部５の横断面における最外径部の幅が薄くなり過ぎて強度不足になることが回避される。
また、上記保持器３の柱部５の横断面形状を、最内径部５ａが略一定幅の部分とされ、この最内径部５ａよりも外径側の部分５ｂが外径側へ先狭まりとなる形状としたため、ころ２の間の間隔を広げることなく柱部５の断面積を大きくでき、かつ潤滑性にも優れる。すなわち、ころ配列における隣合うころ２の間の隙間は、内径側が次第に大きくなる三角形状の隙間となるため、ころ２間の間隔を広げることなく柱部５の断面積を大きくするには、柱部５を外径側へ先狭まりとなる三角形状の断面形状とすることが好ましい。しかし、柱部５の幅が最も広がる最内径部５ａは、ころ表面に沿って広げずに、略一定幅としてころ表面と柱部表面との隙間を広げることにより、潤滑油の流れの阻害が回避でき、潤滑性の低下が防止できる。また、柱部４に無駄部分が生じず、樹脂材料が節減される。

図４は、この発明における他の実施形態を示す。この実施形態のステアリング用ころ軸受２３は、外輪１を鋼材の削り出し品とし、保持器３を、両側のリング部６が柱部５よりも外径側へ厚くなる形状としたものである。その他の構成は、図１ないし図３に示す第１の実施形態と同じである。
この構成の場合も、第１の実施形態で示した各作用，効果が得られる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかるステアリング用ころ軸受を備えるステアリング装置の部分側面図、（Ｂ）は同ステアリング装置におけるクラッチ機構の部分拡大断面図である。 （Ａ）はステアング用ころ軸受の部分縦断面図、（Ｂ）はその部分横断面図である。 ころ径ところ配列総隙間の関係を示す説明図である。 この発明における他の実施形態のころ軸受の部分断面図である。 柱部の各種断面形状例の説明図である。 ステアリングにおけるクラッチ機構の従来例の部分断面図である。 ステアリングにおけるクラッチ機構の他の従来例の部分断面図である。

符号の説明

１…外輪
１ａ…転走面
２…ころ
３…保持器
４…ポケット
５…柱部
２０…ステアリング装置
２１…クラッチ機構
２２…カム
２３…ころ軸受
３０…操舵動作伝達系

Claims (9)

1. 外輪と、この外輪の転走面に接する複数のころと、リング状の保持器とを有し、前記保持器は円周方向に並ぶ複数のポケットを有するころ軸受において、前記保持器の各ポケット間の柱部が各ころ間で前記ころを内径側から保持し、前記柱部の外径が、ころ配列のピッチ円直径よりも小径であり、ステアリング装置の操舵動作伝達系に設けられたクラッチに用いられることを特徴とするステアリング用ころ軸受。
2. 請求項１において、前記クラッチが、円周方向に間隔を開けて並ぶ複数のカムを有し、前記複数のころは、前記複数のカムの並びの外周に形成される断続的な円周状面を転走するものであるステアリング用ころ軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記保持器の柱部の横断面形状を、内径部よりも外径側の部分が外径側へ先狭まりとなる形状としたステアリング用ころ軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記保持器の外径面の縁部を、テーパ状または断面円弧状の先狭まり形状としたステアリング用ころ軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記保持器を合成樹脂製としたステアリング用ころ軸受。
6. 請求項５において、前記保持器の合成樹脂を、非強化のもの、または強化繊維を３０ｗｔ％以下添加したものとしたステアリング用ころ軸受。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、ころ本数を総ころ形式としたものと同じか、または２本以下の本数だけ少なくしたステアリング用ころ軸受。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、保持器の内径寸法を、ころ配列の内接円径の最大径よりも０．１mm以上大きくしたステアリング用ころ軸受。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記保持器の外径寸法を、ころ配列のピッチ円直径よりも０．１mm以上小さくしたステアリング用ころ軸受。
   

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