JP2008114689A - ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピニオン軸を支承するニードルベアリングのニードルの、ハウジング内部への装着業を容易に行うことができる車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の軸受支持構造を提供する。
【解決手段】 ピニオン軸１１の先端側はハウジング１３に保持器を備えない（総コロ）のニードルベアリング１４を介して支持され、反対側は４点接触玉軸受を介して支持される。ニードルベアリング１４の少なくとも外輪１４ａとニードル１４ｂのいずれか一方を着磁して外輪１４ａにニードル１４ｂを保持させ、これを作業用工具２０に仮保持させた状態でハウジング１３に挿入し、所定位置に組み付ける。この後、作業用工具２０を抜いた後にピニオン軸１１を挿入してニードル１４ｂで支承する。ハウジング１３の外側に永久磁石２６を備えた磁性保持部材２４を配置し、ニードルを保持させてもよい。
【選択図】 図２

Description

この発明は、車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に関するもので、特にその軸受支持構造に関する。

車両用のステアリング装置として、ピニオンの回転をラックに伝達するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置が広く使用されている。このようなラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置では、ピニオン軸の先端側をニードルベアリングで支持し、ピニオン軸の反対側を４点接触玉軸受で、アキシャル方向を規制しつつ回転自在に支持する支持方法が広く採用されている（特許文献１参照）。

図４は、このような従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン軸の支持構造の一例を説明する断面図で、１０１はピニオン軸、１０２はピニオン軸１０１のピニオン歯１０１ａに噛合するラック歯１０２ａを備えたラック軸１０２、１０３はハウジングを示す。ピニオン軸１０１は、その先端側はハウジング１０３にニードルベアリング１０４を介して支持され、ニードルベアリング１０４で支持されている部分の反対側はハウジング１０３に４点接触玉軸受１０５を介して支持される。

ハウジング１０３の、ラック軸１０２のピニオン軸１０１と反対側にはラックガイド１０８が配置され、ラック軸１０２をピニオン軸１０１に向けて押圧し、ピニオン軸１０１のピニオン歯１０１ａとラック軸１０２のラック歯１０２ａとの噛合状態を適正に維持するように構成されている。

４点接触玉軸受１０５の外輪１０５ａは、その一方の端面がハウジング１０３に形成された円形孔の端面に当接し、外輪の他方の端面はハウジング１０３に螺合する固定部材１０６により軸方向に押圧されてハウジング１０３に固定されている。また、４点接触玉軸受１０５の内輪１０５ｂはピニオン軸１０１にカシメ部材１０５ｃにより固定されており、ピニオン軸１０１は４点接触玉軸受１０５により、半径方向及び軸方向に保持され、回転自在に支承されている。

ニードルベアリング１０４の外輪１０４ａは、ハウジング１０３に形成された円形孔の内周面に保持され、ニードルベアリング１０４のニードル１０４ｂはピニオン軸の外周面に接触してピニオン軸１０１を半径方向に保持している。

このようにニードルベアリングを使用する上記の例では、ピニオン軸の一部がニードル軌道面を構成しているため、ニードルベアリングの内径、即ちニードル軌道面となる軸部分の外径は、ピニオン歯の歯底径よりも小さく設定する必要がある。仮にニードル軌道面となる軸部分の外径がピニオン歯の歯底径よりも大きい場合は、ニードル軌道面にピニオン歯の歯溝がかかってしまうからである。

従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置では、ピニオン軸に入力されるトルクは人間の手で操作されたハンドルから入力されるトルクのみであり、せいぜい１０Ｎｍ程度であった。しかし、最近は電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の高出力化がすすみ、このようなＥＰＳを備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置では、ピニオン軸に入力されるトルクは９０Ｎｍ以上となるものがある。

このような高出力のＥＰＳに対応するには、ニードルベアリングの負荷容量を高くする必要が生じる。ニードルベアリングの負荷容量を高くするには、ニードルベアリングの内径を大きくするか、幅（軸方向の長さ）を大きくする必要がある。

しかしながら、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のギヤ比は車両の操縦性から決定されるため、ピニオン軸の径を大きくすることができない。また、幅（軸方向の長さ）を大きくすると、ニードルベアリングに作用する荷重点と、ピニオン軸の応力集中部との距離が大きくなり、曲げ応力が過大となってしまうという不都合が生じる。このような課題への対処として、ニードルベアリングを総コロ構造、即ち、保持器を省いた構造としてニードル（コロ）の個数を増加して負荷容量を高くしたものが知られている。
特開平１１−３０１５００号公報。

しかしながら、上記した保持器を省いた構造のニードルベアリングを使用したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置では、保持器がないために組立作業の途中で、まだピニオン軸が挿入されていない状態ではニードルが脱落してしまう。この対処としては、組立前に予めニードルベアリングにダミー軸を挿入してニードルを仮保持させておき、組立時に正規のピニオン軸を挿入すると、入れ替わりにダミー軸が脱けてニードルの脱落を防ぐようにすればよい。

しかしながら、ハウジングのニードルベアリング装着部の先端は、防塵その他の理由から閉鎖されているのが一般的であり、このため、前記した組立作業において不要となったダミー軸を取り出せないという不都合がある。

また、ニードルベアリングを装着する部分にグリース等を充填してピニオン軸が挿入されるまで、グリース等の粘性でニードルを仮保持させておくことが考えられる。しかし、この方法ではニードルの保持が十分でなく、組立時にニードルが本来の向き（軸方向に平行な方向）からずれないようにハウジングを慎重に取り扱う必要がある。このため、ハウジングを反転させたり移動するなどができず、組立作業の自由度がなくなるという不都合がある。この発明は、上記課題を解決することを目的とするものである。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ステアリングシャフトに連結されるピニオン軸の回転を、前記ピニオン軸に形成されたピニオンに噛合するラックの往復動に変換して操向車輪を操作するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、前記ピニオン軸を回転自在に支承するベアリングは、少なくとも１個の総コロ式ニードルベアリングであって、前記ニードルベアリングをハウジングへ組み付ける際、磁気によりニードルベアリングのニードルを所定位置に保持させることを特徴とするラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置である。

そして、前記ニードルベアリングは、外輪、ニードルの少なくともいずれか一方が着磁されているものとする。

そして、前記ニードルベアリングは、外輪、ニードルの少なくともいずれか一方が着磁され、外輪にニードルが磁気により保持された状態でハウジング内の所定位置に組み付けられるものとする。

また、前記ニードルベアリングは、外輪にニードルを配置した状態で着磁し、外輪にニードルが磁気により保持された状態でハウジング内の所定位置に組み付けられるものでもよい。

また、前記ニードルベアリングは、ハウジングのニードルベアリング組み付け位置の外側に配置された磁石によりニードルを所定位置に保持された状態でハウジング内の所定位置に組み付けられるものであってもよい。

このとき、前記磁石は、中央にハウジングの端部外側に挿入可能な孔を有する円環状の磁性保持部材上に円周方向に添って複数個配置されているものとする。

以上説明したとおり、この発明によれば、ニードルベアリングをハウジングへ組み付ける際、磁気によりニードルベアリングのニードルを所定位置に保持させるから、ステアリング装置のハウジングにニードルベアリングを組み付けるとき、ピニオン軸が挿入されていない状態でもニードルは所定位置に保持され、ステアリング装置の組み付け作業を容易に行うことができる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の実施の形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０のピニオン軸の支持構造を説明する断面図で、後述する組立方法により組立が完了した状態を示している。図１において、１１はピニオン軸、１２はラック軸、１３はハウジングを示す。ピニオン軸１１は、その先端側はハウジング１３にニードルベアリング１４を介して支持され、ピニオン軸１１のニードルベアリング１４で支持されている部分の反対側は、ハウジング１３に４点接触玉軸受１５を介して支持される。

ハウジング１３の、ラック軸１２のピニオン軸１１と反対側にはラックガイド１８が配置され、ラック軸１２をピニオン軸１１に向けて押圧し、ピニオン軸１１のピニオン歯１１ａとラック軸１２のラック歯１２ａとの噛合状態を適正に維持するように構成されている。

４点接触玉軸受１５の外輪１５ａは、その一方の端面がハウジング１３に形成された取付孔１３ａの端面１３ｂに当接し、外輪の他方の端面はハウジング１３に螺合する固定部材１６により軸方向に押圧されてハウジング１３に固定されている。また、４点接触玉軸受１５の内輪１５ｂはピニオン軸１１にカシメ部材１５ｃにより固定されており、ピニオン軸１１は４点接触玉軸受１５により、半径方向及び軸方向に保持され、回転自在に支承されている。

ニードルベアリング１４は、保持器を備えない（総コロ）のニードルベアリングであって、外輪１４ａと、ニードル１４ｂとから構成され、ニードル１４ｂの転動面はピニオン軸１１の外周面である。ニードルベアリング１４の外輪１４ａは、ハウジング１３に形成された取付孔１３ａの内周面に保持され、ニードルベアリング１４のニードル１４ｂはピニオン軸１１の外周面に接触してピニオン軸１１を半径方向に保持している。

次に、図２及び図３を参照して、ハウジング１３の内部にニードルベアリング１４を装着する作業用工具を使用した組立作業について説明する。作業用工具を使用した組立作業には複数の実施例がある。以下、順次説明する。

［第１実施例］
図２は作業用工具２０の構成と、ハウジング１３の内部にニードルベアリング１４を装着する装着作業を説明する断面図である。なお、図２において、部材２４が示されているが、部材２４は第２実施例において使用される部材であって、第１実施例では使用されない。

作業用工具２０は、ピニオン軸に類似した構成の円柱状部材であって、先端部２１にはニードル１４ｂが接触する面２１ａが形成されている。作業用工具２０は、非磁性材料、例えばオーステナイト系のステンレス鋼で構成される。

まず、ニードルベアリング１４の外輪１４ａとニードル１４ｂの、少なくとも一方に着磁し、磁気により外輪１４ａの内面にニードル１４ｂを吸着保持させておく。このとき、ニードルベアリング１４の外輪１４ａとニードル１４ｂにはグリースが塗布されており、グリースの粘性により外輪１４ａ内面へのニードル１４ｂの保持力を高めるとよい。

次に、作業用工具２０の先端部２１に、外輪１４ａにニードル１４ｂが保持されたニードルベアリング１４を装着する。そして、ニードルベアリング１４が装着された作業用工具２０をハウジング１３の内部に挿入し、ニードルベアリング１４を所定の位置に圧入して組み付ける。この後、作業用工具２０を抜き取り、その後にピニオン軸１１を装着する。ピニオン軸１１の端部のニードル転動面はニードルベアリング１４のニードル１４ｂに接触し、回転自在に支持される。

作業用工具２０を抜き取るとき、作業用工具２０が非磁性材料で構成されているので、ニードル１４ｂは作業用工具２０に吸着することはなく、ニードル１４ｂが外れてしまうことはない。

上記第１実施例では、ニードルベアリング１４の外輪１４ａとニードル１４ｂの少なくとも一方に着磁して磁気により外輪１４ａの内面にニードル１４ｂを吸着保持させているが、これに代えてニードルベアリング１４の外輪１４ａにニードル１４ｂを配置してグリースにより保持させた状態でニードルベアリング１４全体に着磁し、磁気により外輪１４ａの内面にニードル１４ｂを吸着保持させてもよい。

［第２実施例］
第２実施例は、前記した第１実施例で説明した、作業用工具２０によりニードルベアリング１４をハウジング１３の内部の所定の位置に圧入し、組み付ける点は同じであるが、ニードルベアリング１４の外輪１４ａやニードル１４ｂには着磁しない。そして、円周上に永久磁石が等間隔に配置された磁性保持部材２４をハウジング１３の外側に配置し、磁気によりニードル１４ｂを保持するようにしている。

図３は、磁性保持部材２４の構成を説明する正面図である。磁性保持部材２４は、中央にハウジング１３の端部１３ｅの外径Ｄよりも大きい孔を有する円環状部材２５の円周方向に添って複数（この実施例では４個）の永久磁石２６が配置されており、円環状部材２５に配置された永久磁石２６の円環内側の面は、ハウジング１３の端部１３ｅの外径Ｄよりも僅かに大きい径Ｄ1 に添って配置されている。

ハウジング１３の内部にニードルベアリング１４を組み付けるには、まず、ニードルベアリング１４の外輪１４ａとニードル１４ｂにグリースを塗布し、グリースの粘性により外輪１４ａ内面へのニードル１４ｂを保持させておく。

次に、ハウジング１３の端部１３ｅの外側の、ニードルベアリング１４の装着位置に対応する部位に磁性保持部材２４を配置する。この状態で、作業用工具２０の先端部２１に、外輪１４ａにニードル１４ｂが保持されたニードルベアリング１４を装着し、ニードルベアリング１４が装着された作業用工具２０をハウジング１３の内部に挿入し、ニードルベアリング１４を所定の位置に圧入して組み付ける。

この後、作業用工具２０を抜き取り、その後にピニオン軸１１を装着する。ピニオン軸１１の端部のニードル転動面はニードルベアリング１４のニードル１４ｂに接触し、回転自在に支持される。作業用工具２０を抜き取っても、ニードル１４ｂは、円環状部材２５に配置されている永久磁石２６により保持され、脱落することがない。

なお、第１実施例のように、ニードルベアリングの外輪とニードルの少なくとも一方に着磁して磁気により外輪内面にニードルを吸着保持させたニードルベアリングを作業用工具によりハウジング内に挿入すると、円環状部材２５の磁気の影響を受けて、ニードルが脱落したり、ニードルの向きが移動するなどするから、第２実施例の場合は、ニードルベアリングの外輪やニードルには着磁しない。

円環状部材２５に配置される永久磁石２６は偶数個（この実施例では４個）で、隣接する永久磁石２６の磁界の向きは相互に反対方向に向くように配置する。これにより２個の永久磁石２６の磁束で閉じた磁気回路が形成され、安定してニードル１４ｂを保持することができる。

第２実施例では、円環状部材には永久磁石を配置しているが、永久磁石に代えて電磁石を使用することもできる。

以上、この発明を、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン軸の支持に保持器を備えない総コロ型のニードルベアリングを使用する実施例で説明したが、この発明はラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置への適用に限られるものではなく、端部が袋状に形成されたハウジングの端部付近にニードルベアリングを装着する構成を備えた機械装置一般に適用することができることは言うまでもない。

ピニオン軸を支承するニードルベアリングのニードルを作業用工具を使用して予めハウジングの内部に組み付け、ここにピニオン軸を挿入して組み付けられたニードルによりピニオン軸を支承させる車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の軸受支持構造で、ハウジングへのニードルベアリングの装着の際に、ニードルベアリングを磁気により所定位置に保持するものであり、組み付け作業を容易に行うことができる。

この発明の実施の形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン軸の支持構造を説明する断面図。 作業用工具の構成とハウジングの内部にニードルベアリングを装着する装着作業を説明する断面図。 磁性保持部材の構成を説明する正面図。 従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン軸の支持構造の一例を説明する断面図。

符号の説明

１０ ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置
１１ ピニオン軸
１１ａ ピニオン歯
１２ ラック軸
１２ａ ラック歯
１３ ハウジング
１３ａ 取付孔（４点接触玉軸受の外輪取付孔）
１３ｂ 取付孔の端面
１３ｅ 端部（ハウジングの端部）
１４ ニードルベアリング
１４ａ 外輪（ニードルベアリングの外輪）
１４ｂ ニードル
１５ ４点接触玉軸受
１５ａ 外輪（４点接触玉軸受の外輪）
１５ｂ 内輪（４点接触玉軸受の内輪）
１５ｃ カシメ部材
１８ ラックガイド
２０ 作業用工具
２４ 磁性保持部材
２５ 円環状部材
２６ 永久磁石

Claims (6)

1. ステアリングシャフトに連結されるピニオン軸の回転を、前記ピニオン軸に形成されたピニオンに噛合するラックの往復動に変換して操向車輪を操作するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、
   前記ピニオン軸を回転自在に支承するベアリングは、少なくとも１個の総コロ式ニードルベアリングであって、
   前記ニードルベアリングをハウジングへ組み付ける際、磁気によりニードルベアリングのニードルを所定位置に保持させること
   を特徴とするラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
2. 前記ニードルベアリングは、外輪、ニードルの少なくともいずれか一方が着磁されていること
   を特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
3. 前記ニードルベアリングは、外輪、ニードルの少なくともいずれか一方が着磁され、外輪にニードルが磁気により保持された状態でハウジング内の所定位置に組み付けられること
   を特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
4. 前記ニードルベアリングは、外輪にニードルを配置した状態で着磁し、外輪にニードルが磁気により保持された状態でハウジング内の所定位置に組み付けられること
   を特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
5. 前記ニードルベアリングは、ハウジングのニードルベアリング組み付け位置の外側に配置された磁石によりニードルを所定位置に保持された状態でハウジング内の所定位置に組み付けられること
   を特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
6. 前記磁石は、中央にハウジングの端部外側に挿入可能な孔を有する円環状の磁性保持部材上に円周方向に添って複数個配置されていること
   を特徴とする請求項５に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。

Images