JP2014015124A - ステアリング装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックシャフトおよびピニオンシャフトの歯打音を小さくすることが可能なステアリング装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ステアリング装置は、ハウジング３０に取り付けられた外輪５１、ピニオンシャフト１３に圧入された内輪５２、および外輪５１と内輪５２との間に配置された転動体５３を有し、ハウジング３０に対してピニオンシャフト１３を回転可能な状態で支持する４点接触玉軸受５０を有する。ピニオンシャフト１３および４点接触玉軸受５０は、内輪５２が圧入される前のピニオンシャフト１３の外径である圧入前ピニオン外径とピニオンシャフト１３に圧入される前の内輪５２の内径である圧入前内輪内径との差である圧入締代から、ピニオンシャフト１３に圧入される前の４点接触玉軸受５０のラジアル隙間である圧入前ラジアル隙間を減じた値である内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ピニオンシャフトおよびピニオンシャフトに取り付けられた４点接触玉軸受を有するステアリング装置およびその製造方法に関する。

特許文献１のステアリング装置は、ハウジング、ピニオンシャフト、および４点接触玉軸受を有する。ハウジングは、ピニオンシャフトの一部分および４点接触玉軸受を収容する。４点接触玉軸受は、ハウジングに対するピニオンシャフトの回転が可能な状態でピニオンシャフトを支持する。４点接触玉軸受は、内輪、外輪、および複数の転動体を有する。内輪は、ピニオンシャフトに固定される。外輪は、ハウジングに固定される。複数の転動体は、内輪と外輪との間に配置される。

特開２００７−１８６１８５号公報

特許文献１は、４点接触玉軸受のラジアル隙間に関する具体的な内容を開示していない。一方、軸受の技術分野においては、４点接触玉軸受のラジアル隙間を正隙間として形成する技術が慣用技術として用いられている。このため、特許文献１の４点接触玉軸受は、ラジアル隙間として正隙間を有すると考えられる。

他方、本発明者は、４点接触玉軸受によりピニオンシャフトを支持する従来のステアリング装置において、次の問題が存在することを試験等により新たに見出した。
従来のステアリング装置は、車両に大きな振動が発生する状況において、ピニオンシャフトおよびラックシャフトの噛合部分における歯打音が大きくなる。なお、車両に大きな振動が発生する状況としては、例えば、車両が悪路を走行している状況が挙げられる。

本発明者は、歯打音が大きくなる理由を次のように推測した。従来のステアリング装置は、４点接触玉軸受により得られるピニオンシャフトの支持剛性が低いため、車両の振動にともないラックシャフトからピニオンシャフトに入力される振動により、ピニオンシャフトが軸方向において振動する。このため、ラックシャフトおよびピニオンシャフトの振動に起因する歯打音が大きくなる。

本発明は、上記課題を解決するため、ラックシャフトおよびピニオンシャフトの歯打音を小さくすることが可能なステアリング装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

（１）第１の手段は、請求項１に記載のステアリング装置すなわち、ハウジングと、前記ハウジング内に収容されたピニオンシャフトと、前記ハウジングに取り付けられた外輪、前記ピニオンシャフトに圧入された内輪、および前記外輪と前記内輪との間に配置された複数の転動体を有し、前記ハウジングに対する前記ピニオンシャフトの回転が可能な状態で前記ピニオンシャフトを支持する４点接触玉軸受とを備えたステアリング装置において、前記ピニオンシャフトおよび前記４点接触玉軸受は、前記内輪が圧入される前の前記ピニオンシャフトの外径である圧入前ピニオン外径と前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記内輪の内径である圧入前内輪内径との差である圧入締代から、前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記４点接触玉軸受のラジアル隙間である圧入前ラジアル隙間を減じた値である内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれるステアリング装置を有する。

（２）第２の手段は、請求項２に記載のステアリング装置の製造方法すなわち、ステアリング装置の製造方法であって、前記ステアリング装置は、ハウジングと、前記ハウジングに収容されたピニオンシャフトと、前記ハウジングに取り付けられた外輪、前記ピニオンシャフトに圧入された内輪、および前記外輪と前記内輪との間に配置された複数の転動体を有し、前記ハウジングに対する前記ピニオンシャフトの回転が可能な状態で前記ピニオンシャフトを支持する４点接触玉軸受とを備え、前記ステアリング装置の製造方法は、前記４点接触玉軸受を前記ピニオンシャフトに圧入する工程であって、前記内輪が圧入される前の前記ピニオンシャフトの外径である圧入前ピニオン外径と前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記内輪の内径である圧入前内輪内径との差である圧入締代から、前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記４点接触玉軸受のラジアル隙間である圧入前ラジアル隙間を減じた値である内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれる関係の前記ピニオンシャフトおよび前記４点接触玉軸受を用いる軸受圧入工程を含むステアリング装置の製造方法を有する。

本発明者は、内輪変形代とピニオンシャフトのトルクとの関係、および内輪変形代とピニオンシャフトの振動強度との関係を確認する試験を実施した。なお、ピニオンシャフトのトルクは、ピニオンシャフトが所定回転速度で回転するときにピニオンシャフトに作用するトルクを示す。また、ピニオンシャフトの振動強度は、ラックシャフトが所定の振幅で振動するときの振動強度を示す。

内輪変形代が２２μｍ以下の範囲においては、内輪変形代が大きくなるにつれてピニオンシャフトのトルクが緩やかに増加する。一方、内輪変形代が２２μｍよりも大きい範囲においては、内輪変形代が大きくなるにつれてピニオンシャフトのトルクが急激に増加する。すなわち、内輪変形代に対するピニオンシャフトのトルクの変化を示す曲線は、内輪変形代が２２μｍの点において変曲点を有する。

本発明者は、以上の事項から、内輪変形代が２２μｍ以下の範囲に含まれる設計を採用することにより、内輪変形代が２２μｍよりも大きい範囲に含まれる設計を採用する場合と比較して、ピニオンシャフトのトルクが大幅に小さくなることを見出した。

内輪変形代が８μｍ以上の範囲においては、内輪変形代が小さくにつれてピニオンシャフトの振動強度が緩やかに増加する。一方、内輪変形代が８μｍ未満の範囲においては、内輪変形代が小さくにつれてピニオンシャフトの振動強度が急激に増加する。すなわち、内輪変形代に対するピニオンシャフトの振動強度の変化を示す曲線は、内輪変形代が８μｍの点において変曲点を有する。

本発明者は、以上の事項から、内輪変形代が８μｍ以上の範囲に含まれる設計を採用することにより、内輪変形代が８μｍ未満の範囲に含まれる設計を採用する場合と比較して、ピニオンシャフトの振動強度が大幅に小さくなることを見出した。

そして、第１の手段のステアリング装置および第２の手段のステアリング装置の製造方法は、以上の点を踏まえて、内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれる構成を有する。このため、ピニオンシャフトの振動強度が小さくなることにより、ラックシャフトおよびピニオンシャフトの歯打音が小さくなる。また、ピニオンシャフトのトルクが小さくなることにより、操舵のために必要なエネルギーの増加が抑制される。

本発明は、ラックシャフトおよびピニオンシャフトの歯打音を小さくすることが可能なステアリング装置およびその製造方法を提供する。

実施形態のステアリング装置の構成を示す構成図。 実施形態のステアリング装置について、ラックアンドピニオン機構の平面構造を示す平面図。 実施形態のステアリング装置に関する断面図であり、図１のＺ１−Ｚ１の断面構造を示す断面図。 実施形態のステアリング装置に関する断面図であり、図３の４点接触玉軸受およびその周辺の拡大構造を示す断面図。 実施形態の４点接触玉軸受のラジアル隙間およびアキシャル隙間を測定する方法に関する断面図であり、（ａ）は４点接触玉軸受のラジアル隙間を測定する方法を示す断面図、（ｂ）は４点接触玉軸受のアキシャル隙間を測定する方法を示す断面図。 実施形態のステアリング装置のピニオンシャフトのトルクを測定する装置の構成を示す構成図。 実施形態のステアリング装置のピニオンシャフトの振動強度を測定する装置の構成を示す構成図。 実施形態のステアリング装置について、内輪変形代と、回転トルクおよびピニオン軸振動との関係を示すグラフ。 実施形態のステアリング装置について、内輪変形代と圧入後ラジアル隙間との関係を示すグラフ。 実施形態のステアリング装置について、圧入後ラジアル隙間と、回転トルクおよびピニオン軸振動との関係を示すグラフ。 実施形態のステアリング装置の製造方法を示すフローチャート。

図１および図２を参照して、ステアリング装置１の構成について説明する。なお、ピニオンシャフト１３の中心軸は、ピニオンシャフト１３が自転するときの回転中心軸を示す。また、ラックシャフト１４の中心軸は、ラックシャフト１４の長手方向に平行する中心軸を示す。

ステアリング装置１は、ステアリング本体１０、アシスト装置２０、ハウジング３０、およびラックシャフト支持装置４０を有する。ステアリング装置１は、ステアリングホイール２の操作をアシスト装置２０によりアシストする電動パワーステアリング装置としての構成を有する。

ステアリング本体１０は、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、ピニオンシャフト１３、ラックシャフト１４、ラックアンドピニオン機構１５、タイロッド１６、およびナックル１７を有する。ステアリング本体１０は、ステアリングホイール２の操舵角の変形に応じて車輪３の転舵角を変化させる。

ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンシャフト１３のピニオンギヤ１３Ａおよびラックシャフト１４のラックギヤ１４Ａを有する（図２参照）。ピニオンギヤ１３Ａは、ピニオンシャフト１３の中心軸に対して傾斜した形状の歯すじを有する。ラックギヤ１４Ａは、ラックシャフト１４の中心軸に対して傾斜した形状の歯すじを有する。ラックギヤ１４Ａは、ピニオンギヤ１３Ａに噛み合わせられる。ピニオンギヤ１３Ａおよびラックギヤ１４Ａは、噛合部分において互いに平行する。

アシスト装置２０は、アシストモーター２１、ウォームシャフト２２、およびウォームホイール２３を有する。アシストモーター２１は、ウォームシャフト２２に連結されている。ウォームシャフト２２は、ウォームホイール２３に噛み合わせられる。ウォームシャフト２２は、コラムシャフト１１に固定される。

図３を参照して、ハウジング３０内の構成について説明する。
以下では、ピニオンシャフト１３の軸方向を「軸方向ＺＡ」とする。軸方向ＺＡにおいて、ピニオンシャフト１３の基端部分から先端部分に向かう方向を「先端方向ＺＡ１」とする。軸方向ＺＡにおいて、先端方向ＺＡ１とは反対方向を「基端方向ＺＡ２」とする。また、ピニオンシャフト１３の径方向を「径方向ＺＢ」とする。また、ピニオンシャフト１３の周方向を「周方向ＺＣ」とする。

ハウジング３０は、ハウジング本体３１、針軸受３４、プラグ３５、オイルシール３６、および４点接触玉軸受５０を有する。ハウジング３０は、ハウジング本体３１のシャフト収容部分３２の内部において、針軸受３４、プラグ３５、オイルシール３６、および４点接触玉軸受５０が取り付けられた構成を有する。

ハウジング本体３１は、シャフト収容部分３２およびヨーク収容部分３３を有する。ハウジング本体３１は、同一の金属材料によりシャフト収容部分３２およびヨーク収容部分３３が一体的に形成された構造を有する。

シャフト収容部分３２は、収容空間３２Ａ、開口部分３２Ｂ、および軸受支持部分３２Ｃを有する。シャフト収容部分３２は、収容空間３２Ａにおいて、ピニオンシャフト１３の一部分、およびラックシャフト１４の一部分を収容する。シャフト収容部分３２は、開口部分３２Ｂにおいて、ピニオンシャフト１３とのクリアランスをオイルシール３６によりシールする。シャフト収容部分３２は、ピニオンシャフト１３においてピニオンギヤ１３Ａとオイルシール３６との間の部分（以下、「軸受圧入部分１３Ｂ」）を４点接触玉軸受５０により支持する。シャフト収容部分３２は、ピニオンシャフト１３の先端部分を針軸受３４により支持する。シャフト収容部分３２は、軸受支持部分３２Ｃにおいて、４点接触玉軸受５０の外輪５１の先端方向ＺＡ１側の端面を支持する。

ヨーク収容部分３３は、シャフト収容部分３２と連続して形成される。ヨーク収容部分３３は、収容空間３３Ａおよび開口部分３３Ｂを有する。ヨーク収容部分３３は、収容空間３３Ａにおいて、ラックシャフト支持装置４０を収容する。

ラックシャフト支持装置４０は、サポートヨーク４１、プラグ４２、およびヨーク押付機構（図示略）を有する。ラックシャフト支持装置４０は、ラックシャフト１４をピニオンシャフト１３に向けて押し付けることによりラックシャフト１４を支持する。

プラグ４２は、サポートヨーク４１およびヨーク押付機構よりも開口部分３３Ｂ側に位置する。プラグ４２は、開口部分３３Ｂを閉塞する。
サポートヨーク４１は、ラックシャフト１４が同シャフト１４の軸方向に向けて移動するとき、ラックシャフト１４に対して摺動可能な状態でラックシャフト１４を支持する。サポートヨーク４１は、ヨーク押付機構によりラックシャフト１４に押し付けられる。

図４を参照して、４点接触玉軸受の構成について説明する。
４点接触玉軸受５０は、１個の外輪５１、１個の内輪５２、９個の転動体５３、１個の保持器５４、２個のシール部材５５、およびグリース（図示略）を有する。

外輪５１は、金属材料により形成される。外輪５１は、平面視において円環形状に形成される。外輪５１は、ハウジング３０のシャフト収容部分３２に対してすきま嵌めされる。外輪５１は、ハウジング３０の軸受支持部分３２Ｃおよびプラグ３５により軸方向ＺＡにおいて挟まれる。外輪５１は、第１外輪軌道面５１Ａおよび第２外輪軌道面５１Ｂを有する。外輪５１は、基端方向ＺＡ２側に第１外輪軌道面５１Ａが位置し、先端方向ＺＡ１側に第２外輪軌道面５１Ｂが位置する構成を有する。

内輪５２は、金属材料により形成される。内輪５２は、平面視において円環形状に形成される。内輪５２は、ピニオンシャフト１３に圧入される。内輪５２は、ピニオンシャフト１３およびピニオンシャフト１３に取り付けられた内輪止め輪１３Ｃにより軸方向ＺＡにおいて挟まれる。内輪５２は、第１内輪軌道面５２Ａおよび第２内輪軌道面５２Ｂを有する。内輪５２は、基端方向ＺＡ２側に第１内輪軌道面５２Ａが位置し、先端方向ＺＡ１側に第２内輪軌道面５２Ｂが位置する構成を有する。

転動体５３は、金属材料により形成される。転動体５３は、球形状を有する。転動体５３は、外輪５１および内輪５２の間の空間５６内に位置する。転動体５３は、平面視において周方向ＺＣに等間隔に位置する。各転動体５３は、第１外輪軌道面５１Ａ、第２外輪軌道面５１Ｂ、第１内輪軌道面５２Ａ、および第２内輪軌道面５２Ｂの４点に接触する。

保持器５４は、樹脂材料により形成される。保持器５４は、平面視において円環形状に形成される。保持器５４は、空間５６内に位置する。保持器５４は、転動体５３の一部を収容する収容部分（図示略）が形成される。保持器５４は、収容部分に転動体５３を収容することにより周方向ＺＣにおいて転動体５３を等間隔に保持する。

シール部材５５は、軸方向ＺＡにおいて、外輪５１の端部および内輪５２の端部に固定される。シール部材５５は、外輪５１および内輪５２の間の空間５６を閉塞する。シール部材５５は、芯金およびゴムシール（ともに図示略）を有する。シール部材５５は、金属製の芯金にゴムシールが密着した構造を有する。シール部材５５は、芯金が外輪５１に固定され、ゴムシールがピニオンシャフト１３に接触する構成を有する。シール部材５５は、空間５６に塵埃等の異物が侵入することを抑制する。

グリースは、空間５６内に充填される。グリースは、シール部材５５により空間５６の外部に漏れることが抑制される。グリースは、外輪５１に対する転動体５３の転がり、および内輪５２に対する転動体５３の転がりを円滑にする。

ピニオンシャフト１３および４点接触玉軸受５０の各寸法関係を以下に示す。
（Ａ）４点接触玉軸受５０の内輪５２が圧入される前の軸受圧入部分１３Ｂの外径（以下、「圧入前ピニオン外径」）…φ２０ｍｍ。
（Ｂ）軸受圧入部分１３Ｂに内輪５２が圧入される前の内輪５２の内径（以下、「圧入前内輪内径」）…φ２０ｍｍ。
（Ｃ）圧入前ピニオン外径および圧入前内輪内径は、しまり嵌めの関係となる。
（Ｄ）軸受圧入部分１３Ｂに内輪５２が圧入される前の４点接触玉軸受５０のラジアル隙間（以下、「圧入前ラジアル隙間ＧＲ」）…正隙間。
（Ｅ）軸受圧入部分１３Ｂに内輪５２が圧入される前の４点接触玉軸受５０のアキシャル隙間（以下、「圧入前アキシャル隙間ＧＡ」）…正隙間。

なお、圧入前ラジアル隙間ＧＲは、外輪５１および内輪５２の一方を固定した状態において外輪５１および内輪５２の他方が４点接触玉軸受５０の径方向に移動することが可能な量を示す。圧入前ラジアル隙間ＧＲは、例えば図５（ａ）に示されるように、内輪５２を固定した状態において、４点接触玉軸受５０の径方向に力ＦＲを外輪５１に加えたときの外輪５１の移動量として測定される。

圧入前アキシャル隙間ＧＡは、外輪５１および内輪５２の一方を固定した状態において外輪５１および内輪５２の他方が４点接触玉軸受５０の軸方向に移動することが可能な量を示す。圧入前アキシャル隙間ＧＡは、例えば図５（ｂ）に示されるように、外輪５１を固定した状態において、４点接触玉軸受５０の軸方向に力ＦＡを内輪５２に加えたときの内輪５２の移動量として測定される。

図４を参照して、４点接触玉軸受５０の動作について説明する。
ステアリングホイール２（図１参照）の操作にともないピニオンシャフト１３が回転するとき、ピニオンギヤ１３Ａおよびラックギヤ１４Ａの噛合部分の径方向ＺＢの分力および軸方向ＺＡの分力がラックギヤ１４Ａからピニオンシャフト１３に加えられる。このため、４点接触玉軸受５０は、外輪５１に対して内輪５２が径方向ＺＢおよび軸方向ＺＡに移動する。これにより、４点接触玉軸受５０において転動体５３は、外輪５１の１点および内輪５２の１点に接触する。したがって、外輪５１および内輪５２に対する転動体５３の摩擦力が小さくなるため、外輪５１および内輪５２に対する転動体５３のすべりが抑制される。

ところで、車両が悪路を走行するとき、車輪３を介してラックシャフト１４（ともに図１参照）が振動する。ピニオンシャフト１３は、ピニオンギヤ１３Ａおよびラックギヤ１４Ａ（ともに図２参照）の噛合部分を介してラックシャフト１４の振動が入力される。このとき、ピニオンシャフト１３は、ピニオンギヤ１３Ａおよびラックギヤ１４Ａの噛合部分の軸方向ＺＡの分力により、軸方向ＺＡに振動する力が加えられる。そして、ピニオンシャフト１３が軸方向ＺＡに振動する場合、ラックシャフト１４およびピニオンシャフト１３の振動に起因する歯打音が大きくなる。なお、車両の悪路走行時にラックシャフト１４の振動に起因してピニオンシャフト１３に入力される力は、操舵時のピニオンシャフト１３の回転にともないピニオンシャフト１３およびラックシャフト１４の噛合部分からピニオンシャフト１３に入力される力よりも小さい。

このような問題に対して、本発明者は、ピニオンシャフト１３の軸方向ＺＡの振動が小さくなる圧入前ピニオン外径、圧入前内輪内径および圧入前ラジアル隙間ＧＲの寸法関係を測定試験により新たに見出した。

圧入前ピニオン外径、圧入前内輪内径、および圧入前ラジアル隙間ＧＲの寸法関係は、圧入前ピニオン外径と圧入前内輪内径との圧入締代から、圧入前ラジアル隙間ＧＲを減じた値（以下、「内輪変形代」）に基づいて設定される。詳細には、内輪変形代は、８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に設定されることが好ましい。この理由は、以下のとおりである。

本発明者は、内輪変形代と回転トルクとの関係について、図６に示されるトルク測定装置６０により測定した。本発明者は、内輪変形代とピニオン軸振動との関係について、図７に示される振動測定装置７０により測定した。なお、回転トルクは、ピニオンシャフト１３が所定回転速度で回転するときに４点接触玉軸受５０に起因してピニオンシャフト１３に作用するトルクを示す。また、ピニオン軸振動は、ラックシャフト１４（図１参照）が所定の振幅で振動するときのピニオンシャフト１３の軸方向ＺＡの振動強度を示す。

図６に示されるように、トルク測定装置６０は、固定治具６１、トルクメーター６２、回転ユニット６３、および測定装置本体６４を有する。トルク測定装置６０は、ステアリングホイール２（図１参照）を操作したときのピニオンシャフト１３の回転速度を再現した状態において、４点接触玉軸受５０により支持されたピニオンシャフト１３に作用するトルクを測定する。

固定治具６１は、収容部分６１Ａおよびトッププラグ６１Ｂを有する。固定治具６１は、収容部分６１Ａにピニオンシャフト１３の一部分および４点接触玉軸受５０を収容する。固定治具６１は、トッププラグ６１Ｂにより４点接触玉軸受５０を挟み込む。

トルクメーター６２は、ピニオンシャフト１３および回転ユニット６３を連結する。トルクメーター６２は、ピニオンシャフト１３に作用したトルクに応じた信号を測定装置本体６４に出力する。

回転ユニット６３は、回転シャフト６３Ａおよび回転ホイール６３Ｂを有する。回転ユニット６３は、回転シャフト６３Ａの端部に回転ホイール６３Ｂが固定された構成を有する。なお、回転ホイール６３Ｂは、ステアリングホイール２（図１参照）を模したものである。

トルク測定装置６０による回転トルクの測定方法について説明する。
作業者は、回転ユニット６３を回転することによりステアリングホイール２を操作したときのピニオンシャフト１３の回転速度を再現する。このとき、測定装置本体６４は、トルクメーター６２の信号に基づいて回転トルクを算出する。なお、回転トルクは、ピニオンシャフト１３が回転し始めるとき、変動が大きい。そして、回転トルクは、ピニオンシャフト１３が１回転したとき等、ある程度回転したとき、変動が小さくなる。測定装置本体６４は、回転ユニット６３の回転時において回転トルクの変動が小さくなるとき、すなわちトルクメーター６２の信号が安定したとき、トルクメーター６２の信号に基づいて回転トルクを取得する。

図７に示されるように、振動測定装置７０は、支持台７１、取付カバー７２、加速度センサー７３、および測定装置本体７４を有する。振動測定装置７０は、ラックシャフト１４の往復運動にともなうピニオンシャフト１３の軸方向ＺＡの振動強度を測定する。

支持台７１は、ハウジング３０を支持する。取付カバー７２は、ピニオンシャフト１３の基端方向ＺＡ２の端部においてボルト（図示略）により固定される。加速度センサー７３は、取付カバー７２の側面に固定される。

振動測定装置７０によるピニオン軸振動の測定方法について説明する。
振動測定装置７０は、ラックシャフト１４の軸力が１．５ｋＮ、ラックシャフト１４の往復運動の周波数が１４Ｈｚの条件でラックシャフト１４を往復運動させる。そして、加速度センサー７３は、ラックシャフト１４の往復運動にともないピニオンシャフト１３の軸方向ＺＡの振動に応じた信号を測定装置本体７４に出力する。測定装置本体７４は、加速度センサー７３の信号に基づいてピニオン軸振動を算出する。

なお、回転トルクおよびピニオン軸振動の測定においては、作業者は、互いに異なる複数の内輪変形代を予め用意する。そして、作業者は、複数の内輪変形代について、回転トルクおよびピニオン軸振動を測定する。また、作業者は、１つの内輪変形代についての回転トルクおよびピニオン軸振動を次のように測定する。すなわち、作業者は、同一の内輪変形代となるピニオンシャフト１３および４点接触玉軸受５０を予め複数個を用意する。そして、作業者は、同一の内輪変形代における回転トルクの平均値およびピニオン軸振動の平均値を算出する。これら回転トルクの平均値およびピニオン軸振動の平均値が図８および図９のグラフの値として採用される。

そして、ステアリング装置１においては、内輪変形代の変化にともない回転トルクおよびピニオン軸振動が図８に示されるグラフのように変化する。なお、図８の曲線Ｌ１１は、内輪変形代の変化にともなう回転トルクの推移を示す。図８の曲線Ｌ１２は、内輪変形代の変化にともなうピニオン軸振動の推移を示す。

図８に示されるように、曲線Ｌ１１は、内輪変形代が増加するにつれて回転トルクが増加する。曲線Ｌ１１は、内輪変形代が２２μｍよりも大きい範囲において内輪変形代が増加するにつれて回転トルクが緩やかに増加する。曲線Ｌ１１は、内輪変形代が２２μｍ以下の範囲において内輪変形代が増加するにつれて回転トルクが急激に増加する。すなわち、曲線Ｌ１１は、内輪変形代が２２μｍの点において変曲点を有する。

本発明者は、以上の事項から、内輪変形代が２２μｍ以下の範囲に含まれる設計を採用することにより、内輪変形代が２２μｍよりも大きい範囲に含まれる設計を採用する場合と比較して、回転トルクが大幅に小さくなることを新たに見出した。また、本発明者は、内輪変形代が２２μｍ以下の範囲に含まれる設計を採用することにより、圧入前ピニオン外径のばらつきおよび圧入前内輪内径のばらつきにより内輪変形代がばらつく場合において、内輪変形代が２２μｍよりも大きい範囲と比較して、回転トルクのばらつきが小さくなることを新たに見出した。

曲線Ｌ１２は、内輪変形代が減少するにつれてピニオン軸振動が増加する。曲線Ｌ１２は、内輪変形代が８μｍ以上の範囲において内輪変形代が減少するにつれてピニオン軸振動が緩やかに増加する。曲線Ｌ１２は、内輪変形代が８μｍ未満の範囲において内輪変形代が減少するにつれてピニオン軸振動が急激に増加する。すなわち、曲線Ｌ１２は、内輪変形代が８μｍの点において変曲点を有する。

本発明者は、以上の事項から、内輪変形代が８μｍ以上の範囲に含まれる設計を採用することにより、内輪変形代が８μｍ未満の範囲に含まれる設計を採用する場合と比較して、ピニオン軸振動が大幅に小さくなることを新たに見出した。また、本発明者は、内輪変形代が８μｍ以上の範囲に含まれる設計を採用することにより、圧入前ピニオン外径のばらつきおよび圧入前内輪内径のばらつきにより内輪変形代がばらつく場合において、内輪変形代が８μｍ未満の範囲と比較して、ピニオン軸振動のばらつきが小さくなることを新たに見出した。

このように、ステアリング装置１においては、以上の点を踏まえて、内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれるように設定する。このため、ピニオン軸振動が小さくなることにより、ラックシャフト１４およびピニオンシャフト１３（ともに図１参照）の振動に起因する歯打音が小さくなる。また、回転トルクが小さくなることにより、操舵のために必要なエネルギーの増加が抑制される。このため、操舵時にアシスト装置２０のアシストモーター２１（ともに図１参照）の電流量が小さくなる。また、回転トルクおよびピニオン軸振動のばらつきが小さくなることにより、ステアリング装置１の製品毎の性能のばらつきが小さくなる。

なお、図９に示されるように、内輪変形代は、軸受圧入部分１３Ｂに内輪５２を圧入した状態において圧入前ラジアル隙間ＧＲに相当する隙間（以下、「圧入後ラジアル隙間ＧＰ」）と相関を有する。このため、圧入後ラジアル隙間ＧＰは、図９に示される内輪変形代および圧入後ラジアル隙間ＧＰとの関係を示すグラフに基づいて内輪変形代から算出される。なお、図９のグラフは、シミュレーションにより予め算出される。

図９の直線ＳＬは、内輪変形代が小さくなるにつれて圧入後ラジアル隙間ＧＰが増加する関係を示す。直線ＳＬにおいて、内輪変形代が８μｍのとき、圧入後ラジアル隙間ＧＰは、−２μｍに相当する。また、直線ＳＬにおいて、内輪変形代が２２μｍのとき、圧入後ラジアル隙間ＧＰは、−１３μｍに相当する。

そして、図８のグラフは、内輪変形代を圧入後ラジアル隙間ＧＰに変更した場合、図１０に示されるグラフとなる。図１０において、曲線Ｌ２１は、圧入後ラジアル隙間ＧＰの変化に対する回転トルクの推移を示す。曲線Ｌ２２は、圧入後ラジアル隙間ＧＰの変化に対するピニオン軸振動の推移を示す。

曲線Ｌ２１は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが小さくなるにつれて回転トルクが増加する。曲線Ｌ２１は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが−１３μｍ以上の範囲において圧入後ラジアル隙間ＧＰが減少するにつれて回転トルクが緩やかに増加する。曲線Ｌ２１は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが−１３μｍ未満の範囲において圧入後ラジアル隙間ＧＰが減少するにつれて回転トルクが急激に増加する。すなわち、曲線Ｌ２１は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが−１３μｍの点において変曲点を有する。

曲線Ｌ２２は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが大きくなるにつれてピニオン軸振動が増加する。曲線Ｌ２２は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが−２μｍ以下の範囲において圧入後ラジアル隙間ＧＰが増加するにつれてピニオン軸振動が緩やかに増加する。曲線Ｌ２２は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが−２μｍよりも大きい範囲において圧入後ラジアル隙間ＧＰが増加するにつれてピニオン軸振動が急激に増加する。すなわち、曲線Ｌ２２は、圧入後ラジアル隙間ＧＰが−２μｍの点において変曲点を有する。したがって、ステアリング装置１においては、圧入後ラジアル隙間ＧＰが−１３μｍ以上かつ−２μｍ以下の範囲に含まれる構成であることが好ましい。

図１１を参照して、ステアリング装置１の製造方法について説明する。また、図１１を参照する以下の説明において、符号が付されたステアリング装置１に関する各構成要素は、図２に記載された各構成要素を示す。

ステアリング装置１の製造方法は、シャフト寸法測定工程（ステップＳ１）、軸受寸法測定工程（ステップＳ２）、組み合わせ工程（ステップＳ３）、軸受圧入工程（ステップＳ４）、およびハウジング収容工程（ステップＳ５）を有する。

シャフト寸法測定工程において、作業者は、複数のピニオンシャフト１３について圧入前ピニオン外径を測定する。そして、作業者は、圧入前ピニオン外径をパーソナルコンピューター（以下、「パソコン」）に入力する。

軸受寸法測定工程において、作業者は、複数の４点接触玉軸受５０について圧入前内輪内径および圧入前ラジアル隙間ＧＲ（図５参照）を測定する。そして、作業者は、圧入前内輪内径および圧入前ラジアル隙間ＧＲをパソコンに入力する。

組み合わせ工程において、作業者は、複数のピニオンシャフト１３および複数の４点接触玉軸受５０の中から内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれるピニオンシャフト１３および４点接触玉軸受５０の組み合わせを選択する。組み合わせ工程においては、パソコンに記憶されたプログラムに基づいて内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれるピニオンシャフト１３および４点接触玉軸受５０の組み合わせが行われる。

軸受圧入工程において、作業者は、組み合わせ工程において選択したピニオンシャフト１３に組み合わせ工程において選択した４点接触玉軸受５０を圧入する。そして、作業者は、内輪止め輪１３Ｃをピニオンシャフト１３に取り付ける。

ハウジング収容工程は、ハウジング準備工程およびシャフト挿入工程を有する。ハウジング準備工程において、作業者は、ハウジング３０に針軸受３４を取り付ける。シャフト挿入工程において、作業者は、ハウジング準備工程の後、ハウジング３０のシャフト収容部分３２にピニオンシャフト１３および４点接触玉軸受５０の組立体を挿入する。そして、作業者は、ハウジング３０にプラグ３５およびオイルシール３６を取り付ける。

本実施形態のステアリング装置１は、以下の効果を奏する。
（１）ステアリング装置１は、内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれる構成を有する。この構成によれば、回転トルクおよびピニオン軸振動がともに大幅に小さくなる。したがって、ラックシャフト１４およびピニオンシャフト１３の歯打音が小さくなる。

（２）ステアリング装置１の製造方法は、組み合わせ工程を有する。この構成によれば、組み合わせ工程により内輪変形代の大きさを調整する。このため、内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれるように、圧入前ピニオン外径、圧入前内輪内径、および圧入前ラジアル隙間が予め設定された構成と比較して、圧入前内輪内径の寸法精度および圧入前ピニオン外径の寸法精度を低くすることができる。

本発明は、上記実施形態とは別の実施形態を含む。以下、本発明のその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。

・実施形態の４点接触玉軸受５０は、単一部材の外輪５１を有する。一方、変形例の４点接触玉軸受５０は、４点接触玉軸受５０の軸方向に２分割された外輪５１を有する。
・実施形態の４点接触玉軸受５０は、単一部材の内輪５２を有する。一方、変形例の４点接触玉軸受５０は、４点接触玉軸受５０の軸方向に２分割された内輪５２を有する。

・実施形態の４点接触玉軸受５０は、９個の転動体５３を有する。一方、変形例の４点接触玉軸受５０は、９個以外の個数となる複数の転動体５３を有する。
・実施形態の４点接触玉軸受５０は、２個のシール部材５５を有する。一方、変形例の４点接触玉軸受５０は、１個のシール部材５５を有する。また、別の変形例の４点接触玉軸受５０は、シール部材５５を有していない。

・実施形態のステアリング装置１は、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置としての構成を有する。一方、変形例のステアリング装置は、ラックパラレル型、ピニオンアシスト型、デュアルピニオンアシスト型、またはラック同軸型の電動パワーステアリング装置としての構成を有する。

・実施形態のステアリング装置１は、アシスト装置２０を有する。一方、変形例のステアリング装置１は、アシスト装置２０を有していない。
・実施形態のステアリング装置１は、ラックシャフト支持装置４０を有する。一方、変形例のステアリング装置１は、ラックシャフト支持装置４０を有していない。

・実施形態のステアリング装置１の製造方法は、組み合わせ工程を有する。一方、変形例のステアリング装置１の製造方法は、組み合わせ工程を有していない。
・実施形態のステアリング装置１の製造方法は、シャフト寸法測定工程（ステップＳ１）の後に軸受寸法測定工程（ステップＳ２）を行う。一方、変形例のステアリング装置１の製造方法は、軸受寸法測定工程の後にシャフト寸法測定工程を行う。

１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…車輪、１０…ステアリング本体、１１…コラムシャフト、１２…インターミディエイトシャフト、１３…ピニオンシャフト、１３Ａ…ピニオンギヤ、１３Ｂ…軸受圧入部分、１３Ｃ…内輪止め輪、１４…ラックシャフト、１４Ａ…ラックギヤ、１５…ラックアンドピニオン機構、１６…タイロッド、１７…ナックル、２０…アシスト装置、２１…アシストモーター、２２…ウォームシャフト、２３…ウォームホイール、３０…ハウジング、３１…ハウジング本体、３２…シャフト収容部分、３２Ａ…収容空間、３２Ｂ…開口部分、３２Ｃ…軸受支持部分、３３…ヨーク収容部分、３３Ａ…収容空間、３３Ｂ…開口部分、３４…針軸受、３５…プラグ、３６…オイルシール、４０…ラックシャフト支持装置、４１…サポートヨーク、４２…プラグ、５０…４点接触玉軸受、５１…外輪、５１Ａ…第１外輪軌道面、５１Ｂ…第２外輪軌道面、５２…内輪、５２Ａ…第１内輪軌道面、５２Ｂ…第２内輪軌道面、５３…転動体、５４…保持器、５５…シール部材、５６…空間、６０…トルク測定装置、６１…固定治具、６１Ａ…収容部分、６１Ｂ…トッププラグ、６２…トルクメーター、６３…回転ユニット、６３Ａ…回転シャフト、６３Ｂ…回転ホイール、６４…測定装置本体、７０…振動測定装置、７１…支持台、７２…取付カバー、７３…加速度センサー、７４…測定装置本体、ＺＡ…軸方向、ＺＡ１…先端方向、ＺＡ２…基端方向、ＺＢ…径方向、ＺＣ…周方向、ＧＡ…圧入前アキシャル隙間、ＧＲ…圧入前ラジアル隙間、ＦＡ…力、ＦＲ…力、Ｌ１１…曲線、Ｌ１２…曲線、Ｌ２１…曲線、Ｌ２２…曲線、ＳＬ…直線。

Claims (2)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に収容されたピニオンシャフトと、
   前記ハウジングに取り付けられた外輪、前記ピニオンシャフトに圧入された内輪、および前記外輪と前記内輪との間に配置された複数の転動体を有し、前記ハウジングに対する前記ピニオンシャフトの回転が可能な状態で前記ピニオンシャフトを支持する４点接触玉軸受と
   を備えたステアリング装置において、
   前記ピニオンシャフトおよび前記４点接触玉軸受は、前記内輪が圧入される前の前記ピニオンシャフトの外径である圧入前ピニオン外径と前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記内輪の内径である圧入前内輪内径との差である圧入締代から、前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記４点接触玉軸受のラジアル隙間である圧入前ラジアル隙間を減じた値である内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれる
   ステアリング装置。
2. ステアリング装置の製造方法であって、
   前記ステアリング装置は、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに収容されたピニオンシャフトと、
   前記ハウジングに取り付けられた外輪、前記ピニオンシャフトに圧入された内輪、および前記外輪と前記内輪との間に配置された複数の転動体を有し、前記ハウジングに対する前記ピニオンシャフトの回転が可能な状態で前記ピニオンシャフトを支持する４点接触玉軸受と
   を備え、
   前記ステアリング装置の製造方法は、
   前記４点接触玉軸受を前記ピニオンシャフトに圧入する工程であって、前記内輪が圧入される前の前記ピニオンシャフトの外径である圧入前ピニオン外径と前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記内輪の内径である圧入前内輪内径との差である圧入締代から、前記ピニオンシャフトに圧入される前の前記４点接触玉軸受のラジアル隙間である圧入前ラジアル隙間を減じた値である内輪変形代が８μｍ以上かつ２２μｍ以下の範囲に含まれる関係の前記ピニオンシャフトおよび前記４点接触玉軸受を用いる軸受圧入工程を含む
   ステアリング装置の製造方法。