JP2015045393A

JP2015045393A - テーパスナップリング

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Publication number: JP2015045393A
Application number: JP2013177927A
Authority: JP
Inventors: 広忠柳本; Hirotada Yanagimoto
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: JP6171738B2

Abstract

【課題】軸方向に大きな荷重が負荷された場合でも、脱落を防止することができるテーパスナップリングを提供する。【解決手段】一側面に軸線に直角な平面を有し、他側面に外径側の板厚が減少したテーパ面を有するテーパスナップリングであって、前記テーパ面は内径側に凹み部が設けられている。これにより、外径側のテーパ面の傾きは小さくなり、テーパスナップリング軸方向にスラスト荷重が負荷された場合も、テーパスナップリングを縮径させる方向の分力を小さく出来、環状係止溝から抜け出るのを防止できる。【選択図】図４

Description

本発明は、テーパスナップリングに関し、例えば、ラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるピニオン軸を回転自在に支持する軸受をハウジングに固定するのに好適なテーパスナップリングに関する。

従来、スナップリングは、軸やハウジングに対して軸受等の被固定部材を軸方向に固定する固定具として多用されており、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を支持する軸受の固定にも使用されている。しかしながら、スナップリングを固定する際、肉厚が一定のスナップリングを溝幅が一定の溝に挿入すると、各部材寸法の製造上のバラツキによりピニオン軸の軸方向に隙間が生じることがある。ラックアンドピニオン式ステアリング装置では、この隙間が異音発生の原因となる。

このような軸方向の隙間を吸収するためのスナップリングとして、軸またはハウジングとの接触面を傾斜させたテーパスナップリングが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のテーパスナップリングでは、側面の一部を円錐面にして軸断面をくさび形とすることで、隙間の発生を防止している。なお、軸断面をくさび形とすると、軸方向に大きなスラスト荷重が作用したとき、傾斜面によって径方向の分力が生じ、この分力の影響によりスナップリングが縮径されハウジングから脱落する可能性がある。これを防ぐため、傾斜面の傾斜角を、スナップリングと溝側の側面との接触静摩擦角より十分小さい角としている。
また、スナップリングが脱落するのを防止するため、スナップリングの切欠部にロック部材を挿入し、スナップリング挿嵌後の緩みや抜け出しを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２１７６２４号公報実開平６−１４５２３号公報

ところで、特許文献１のようなテーパスナップリングでは、傾斜面の角度を小さくすると、軸方向の隙間を防止するための位置調整機能が低下するという問題が生じる。また、特許文献２においても、スナップリングと別部材であるロック部材が必要であり、部品点数の増大と共に、ロック部材の組付けコストが嵩むという問題点があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向に大きなスラスト荷重が負荷された場合でも、脱落を防止することができるテーパスナップリングを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）一側面に軸線に直角な平面を有し、他側面に外径側の板厚が減少したテーパ面を有するテーパスナップリングであって、前記テーパ面は内径側に凹み部が設けられていることを特徴とするテーパスナップリング。
（２）前記外径側に更に延長部を有し、当該延長部は先端に向かうに従い板厚が厚くなっていることを特徴とする（１）に記載のテーパスナップリング。

本発明のテーパスナップリングによれば、テーパ面は内径側に凹み部が設けられていることにより、外径側のテーパ面の傾きは小さくなり、テーパスナップリング軸方向にスラスト荷重が負荷された場合も、テーパスナップリングを縮径させる方向の分力を小さく出来る。これにより、挿入されている溝からテーパスナップリングが抜け出るのを防止できる。

また、外径側に更に延長部を有し、当該延長部は先端に向かうに従い板厚が厚くなっていることにより、仮に、テーパスナップリング軸方向に負荷されたスラスト荷重によって、テーパスナップリング内径側がスラスト荷重作用方向に突出して傾いたとしても、外径側のテーパ面の傾きを小さくでき、テーパスナップリングを縮径させる方向の分力を小さく出来るので、それ以上のテーパスナップリングの縮径を防止することが出来る。これにより、挿入されている溝からテーパスナップリングが抜け出るのを防止できる。

本発明に係るテーパスナップリングが適用されたラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。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をハウジングに固定するテーパスナップリングの固定構造の断面図である。（ａ）は第１実施形態に係るテーパスナップリングの平面図、（ｂ）はＡ‐Ａ線断面図である。図２の円Ｂで囲む部分の拡大図である。第２実施形態に係るテーパスナップリングの図３（ｂ）と同様な断面図である。テーパスナップリングの傾斜角度αが傾斜溝側面の傾斜角βより小さい場合のモーメント荷重を説明するための図である。

以下、本発明に係るテーパスナップリングの固定構造の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明に係るテーパスナップリングがピニオン軸の固定に適用されたコラムアシスト型ラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図、図２はピニオン軸をハウジングに固定するテーパスナップリングの固定構造の断面図である。

図１に示すように、本実施形態のコラムアシスト型ラックアンドピニオン式パワーステアリング装置２０は、ステアリングホイール２１の操作力を軽減するために、ステアリングコラム２２の中間部に取り付けたモータ２３の操舵補助力をステアリングシャフトに付与している。そして、ステアリングシャフトの回転を中間シャフト２４に伝達し、ピニオン軸２５を介してラックアンドピニオン式のステアリングギヤ２６のラック軸３０（図２参照）を往復移動させ、タイロッド２７を介して舵輪を操舵している。

図２に示すように、ラックアンドピニオン式ステアリング装置２０は、ステアリング操作により回転する不図示のステアリングシャフトに連結されたピニオン軸２５と、ピニオン軸２５のピニオンギヤ２８にラック歯３１が噛合するラック軸３０とを備え、ハウジング３２内に収納されている。ピニオン軸２５は、ピニオンギヤ２８より上部の上軸部３３が、玉軸受３４によりハウジング３２に回転自在に軸支され、ピニオンギヤ２８より下部の下軸部３５が、ニードル軸受３６によってハウジング３２に回転自在に支持されている。

玉軸受３４の内輪４０は、ピニオン軸２５の上軸部３３に外嵌し、ピニオン軸２５の溝３７にカシメられたカシメリング３８により、ピニオン軸２５の段部４１との間に押圧固定されている。また、玉軸受３４の外輪４２（被固定部材）は、ハウジング３２に形成された段付き軸受孔４３に内嵌する。外輪４２は、下面４２ｂが段付き軸受孔４３の段部４４に当接し、上平面４２ａが段付き軸受孔４３に設けられた環状係止溝４５に装着されたテーパスナップリング１０に当接して固定されている。

ラック軸３０は、その軸方向がピニオン軸２５の軸方向と交差する方向（図中紙面に直交する方向）に配置され、軸方向の一側面（ピニオン軸２５側＝図２中左側）に形成されたラック歯３１がピニオンギヤ２８に噛合して、軸方向に往復直線運動可能にハウジング３２に支持されている。ラック軸３０の両端には、タイロッド２７に連結された不図示のボールジョイントソケットが接続されている。

ラック軸３０を挟んでピニオンギヤ２８と反対側には、ローラ収容空間５０が凹設された略円筒形のラックガイド５１が、ハウジング３２に設けられたラックガイド収容室５２に摺動自在に嵌合している。ラックガイド５１は、ラックガイド収容室５２に案内されてラック軸３０に接近および離間する方向に移動可能である。

ラックガイド５１のローラ収容空間５０には、ラック軸３０の背面３０ａを転動しながら支持するローラ５３、およびニードル軸受５４を介してローラ５３を回動自在に支持する支持軸５５が収容されている。支持軸５５の軸方向は、ラック軸３０の直線運動方向、即ち、ラック軸３０の軸方向と直交して配置されている。ローラ５３には、ラック軸３０の凸円筒状の背面３０ａの曲率と略同じ曲率を有する凹円弧状面５６が形成され、不図示のばねによってラック軸３０の背面３０ａに押圧されている。これにより、ピニオンギヤ２８とラック歯３１との噛合い部のバックラッシュを吸収して、ラック軸３０が円滑に移動するようにしている。

図３は、玉軸受３４の外輪４２をハウジング３２に固定するテーパスナップリング１０の平面図及び断面図であり、略Ｃ字型に形成され、環状係止溝４５に装着されたとき拡径方向にばね力が作用するリング部６１と、リング部６１の両端に形成されたフック部６２とからなる。リング部６１の一方の側面は平面６３であり、他方の側面には、平面６３と略平行に内径側に設けられた内側平面６５と、該内側平面６５の外径側に設けられ、外径側の板厚が減少しているようなテーパ面６６とが形成されている。

テーパ面６６には、内径側に凹み部６９が形成されている。フック部６２には、テーパスナップリング１０を環状係止溝４５に装着する際、リング部６１の外径を縮径するための工具（図示せず）が挿入される一対の作業孔６７が設けられている。

図４から明らかな通り、ハウジング３２に形成された環状係止溝４５は、軸方向において玉軸受３４寄りで、外輪４２の上平面４２ａに対して平行な平行溝側面４６と、この平行溝側面４６と軸方向において対向し、平行溝側面４６に対して溝底側の溝幅が狭くなるように傾斜する傾斜溝側面４７と、を有する。

そして、テーパスナップリング１０は、テーパ面６６が傾斜溝側面４７と対向するようにして、リング部６１の外径を縮径させながら、環状係止溝４５内に組み込む。これにより、図４に示すように、ハウジング３２の段付き軸受孔４３に内嵌する外輪４２は、テーパスナップリング１０の平面６３が外輪４２の上平面４２ａに、テーパ面６６が傾斜溝側面４７にそれぞれ当接することによって固定される。

また、環状係止溝４５は、平行溝側面４６が外輪４２の上平面４２ａよりも僅かに（例えば、０．１ｍｍ程度）低くなるように加工されている。従って、テーパスナップリング１０を環状係止溝４５に装着したとき、テーパスナップリング１０の平面６３と、環状係止溝４５の平行溝側面４６との間には、隙間Ｃが形成される。これにより、テーパスナップリング１０及び環状係止溝４５の製造上の精度誤差が吸収されて、テーパスナップリング１０のばね力が有効に作用した状態で外輪４２を固定することができ、外輪４２のガタツキを防止して異音の発生を抑制する。

このように外輪４２を固定するテーパスナップリング１０に対して大きな軸方向力Ｐが作用すると、傾斜溝側面４７の内周縁４８から当接する凹み部６９に対し、曲率を持つ凹み部６９の法線方向に反力Ｎが作用する。当該反力Ｎの径方向分力Ｒはテーパスナップリング１０を縮径させる方向に働く。この分力Ｒの大きさは以下の式で表される。
Ｒ＝Ｐ・ｔａｎθ
(θ：テーパスナップリングの軸線と法線とのなす角度)

この分力Ｒの大きさはθに比例するが、凹み部６９が内径側に設けられていることにより、外径側のテーパ面６６の傾き（上記θと等しい）は０度に近づき、テーパスナップリング１０を縮径させる方向の分力Ｒは殆ど発生しなくなっている。これにより、軸方向力Ｐが作用したときのテーパスナップリング１０の縮径が抑制されて、環状係止溝４５からの脱落を効果的に防止することができる。

なお、図４に示すように、テーパスナップリング１０のテーパ面６６は、傾斜溝側面４７の内周縁４８（支点Ｘ）で環状係止溝４５と接触する一方、上平面４２ａの角部に面取りが施されている外輪４２からテーパスナップリング１０に作用する軸方向力Ｐの作用点Ｙは、上平面４２ａの稜線が接触する接触部６８となり、径方向にずれている。従って、軸方向力Ｐが作用すると、テーパスナップリング１０には、支点Ｘ（内周縁４８）と作用点Ｙ（接触部６８）間の距離Ｌ１と、軸方向力Ｐとの積の大きさのモーメント荷重（Ｐ×Ｌ１）が作用する。このモーメント荷重は、テーパスナップリング１０を傾ける方向の力として働く。しかし、本実施形態では内径側に凹み部６９が形成されているので、距離Ｌ１を小さく出来、モーメント荷重を小さく出来る。

比較例として、例えば図６に示すように、テーパ面６６の傾斜角度αが傾斜溝側面４７の傾斜角βより小さくなるように設定された場合には、テーパ面６６と傾斜溝側面４７とが接触する支点Ｚは、テーパ面６６の最外径部となり、支点Ｚと作用点Ｙ間の距離Ｌ２が距離Ｌ１より大きくなり、モーメント荷重（Ｐ×Ｌ２）も大きくなる。

従って、本実施形態のように、テーパスナップリング１０のテーパ面６６と環状係止溝４５の傾斜溝側面４７を設計することで、テーパスナップリングに作用する軸方向力Ｐの大きさが同じ場合、本実施形態のテーパスナップリング１０に作用するモーメント荷重は、一般的なテーパスナップリングに作用するモーメント荷重より小さくなる。これにより、テーパスナップリング１０の傾きが抑制されて脱落が防止されると共に、玉軸受３４の軸方向移動が抑制され、ピニオンギヤ２８とラック歯３１との噛み合い位置が適正位置に維持され、異音の発生や操舵力の変動を阻止することができる。

なお、このような形状のテーパスナップリング１０は、プレス加工により容易に製作することができ、製造コストの上昇を抑制することができる。更に、外輪４２の面取りの大きさを小さくすれば、軸方向力Ｐの作用点Ｙが外周側に寄り、支点Ｘと作用点Ｙ間の距離Ｌ１をより小さくすることができ、モーメント荷重も小さくなるので好ましい。なお、外輪４２において、面取りの代わりに丸み加工された場合でも、同様の効果を奏する。

以上説明したように、本実施形態のテーパスナップリング１０によれば、大きな軸方向力Ｐが作用しても、その縮径及び傾きが抑制されて、ハウジング３２の環状係止溝４５からテーパスナップリング１０が脱落するのを防止することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明のテーパスナップリングの第２実施形態を示す、前述した第１実施形態の図３（ｂ）と同様な断面図である。本実施形態のテーパスナップリング１１０は、前述の第１実施形態に対し、外径側に更に延長部１７０が設けられている。この延長部１７０は、径方向先端に向かうに従い、板厚が厚くなっている。このために、モーメント荷重を受けて、テーパスナップリング１１０の内径側が、スラスト荷重の作用する方向に突出する方向（図中右方）に傾いたとしても、テーパスナップリング１１０を縮径させる方向の分力は殆ど発生しなくなっている。従って、テーパスナップリング１１０の環状係止溝４５からの脱落をより効果的に防止することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記の実施形態では、ハウジングの内周面に被固定部材としての玉軸受の外輪を固定するテーパスナップリングについて説明したが、軸の外周面に玉軸受の内輪などの被固定部材を固定するテーパスナップリングに適用することもできる。この場合、テーパ面はテーパスナップリングの内径側に形成し、傾斜溝側面を有する環状係止溝は軸に形成される。凹み部は、テーパ面の外径側に設けられる。

また、コラムアシスト型ラックアンドピニオン式パワーステアリング装置に適用した例について説明したが、ピニオンアシスト型ラックアンドピニオン式パワーステアリング装置やマニュアル型ラックアンドピニオン式ステアリング装置に適用してもよい。

１０，１１０テーパスナップリング
２０コラムアシスト型ラックアンドピニオン式パワーステアリング装置
２５ピニオン軸
３２ハウジング
３４玉軸受（軸受）
４２外輪（被固定部材）
４５環状係止溝
４７傾斜溝側面
４８傾斜溝側面の内周縁
６３平面
６４テーパ面の内側縁
６６テーパ面
６９凹み部
１７０延長部

Claims

一側面に軸線に直角な平面を有し、他側面に外径側の板厚が減少したテーパ面を有するテーパスナップリングであって、
前記テーパ面は内径側に凹み部が設けられていることを特徴とするテーパスナップリング。
前記外径側に更に延長部を有し、当該延長部は先端に向かうに従い板厚が厚くなっていることを特徴とする請求項１記載のテーパスナップリング。