JP2015137721A

JP2015137721A - ブッシュ軸受の構造

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Publication number: JP2015137721A
Application number: JP2014010276A
Authority: JP
Inventors: 康弘財家; Yasuhiro Zaike; 雄亮濱口; yusuke Hamaguchi; 力君島; Tsutomu Kimijima; 齋藤　達也; Tatsuya Saito; 達也齋藤
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: US9279450B2; CN104806634B; US20150204381A1; JP6034812B2; CN104806634A

Abstract

【課題】ラック軸のラック歯形成側への位置ずれを抑制できるとともに、ギヤハウジングの小型化が図れるブッシュ軸受の構造を提供する。
【解決手段】溝１７が形成されたブッシュ４と、溝１７に装着される無端環状弾性部材５と、を備えたブッシュ軸受２の構造であって、ブッシュ４の内周面は、ブッシュ軸心回り１８０°よりも大きな角度範囲にわたって形成され、ラック歯１Ａの形成位置と反対側のラック軸１の外周面１Ｂと摺接する第１内周面６と、第１内周面６よりも大径に形成され、ラック軸１の外周面１Ｂと隙間をもって対向する第２内周面２と、を備え、溝１７は、第１内周面６の形成範囲の方が第２内周面７の形成範囲よりも浅く形成され、無端環状弾性部材５は、ラック歯１Ａの形成位置と反対側の方がラック歯１Ａの形成位置側よりも径方向の変形代が大きい状態でギヤハウジング３の内周面１３Ａに密着される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブッシュ軸受の構造に関する。

ラックアンドピニオン式操舵装置において、ピニオンの歯に噛み合うラック歯を有したラック軸は、ギヤハウジングにブッシュ軸受を介して移動自在に支持される。ブッシュ軸受としては合成樹脂製のものが種々提案されているが、かかる合成樹脂製のブッシュ軸受は、通常、締め代をもってラック軸を移動自在に支持するようになっている。

ブッシュ軸受において、支持するラック軸に対して締め代を大きくすると、ラック軸を径方向に関して所定の剛性をもって支持できるが、ラック軸をきつく締め付けることにより、摺動摩擦抵抗が大きくなり、ラック軸の摺動が悪くなる。逆に、支持するラック軸に対して締め代を小さくすると、ラック軸に対して摺動摩擦抵抗を小さくした良好な移動特性となるが、ラック軸に大きな心ずれやラック軸との間に隙間等が生じ易く、径方向の剛性支持が低下し、ラック軸の移動においてピニオンの歯とラック歯との間に打音（歯打ち音）が発生することにもなる。

合成樹脂製のブッシュ軸受では、クリープ変形及び熱履歴に伴う合成樹脂の応力緩和によって、ラック軸との間に隙間が生じ、径方向の剛性支持が低下し、打音（歯打ち音）が発生する。また、合成樹脂の応力緩和によって特に径方向の収縮が生じる場合には、ラック軸に対する締め代が増加して摺動摩擦抵抗が大きくなる虞がある。また、ラック軸の全周を保持するブッシュの場合、ラック歯とブッシュとが干渉し、ブッシュが削られる虞がある。

これに対し特許文献１には、凹面状又は平面状の内側内周面と、この内側内周面よりも径方向において外側に配された外側内周面と、内側内周面に対応する部位に設けられたスリットとを具備したブッシュ、およびこのブッシュの円周方向溝に装着された無端環状弾性部材からなるブッシュ軸受が開示されている。このブッシュ軸受は、無端環状弾性部材がブッシュの円周方向溝に装着されているために、径方向かつピニオンの歯から離れる方向に関してはラック軸を所定の剛性をもって支持でき、外乱によるラック軸のラック歯側とは反対側への変位を内側内周面で抑制できる。また、軸方向の移動に関しては低い摩擦抵抗をもって移動自在に支持でき、外側内周面がラック軸のラック歯側の外周面との間で隙間を形成することで、クリープ変形及び熱履歴に伴う応力緩和の影響を低減できる旨が記載されている。

特開２００７−９９６２号公報

特許文献１の技術のように、合成樹脂製のブッシュ軸受においてラック軸のラック歯側とブッシュ内周面に隙間を設けた場合、ラック軸全体の強い締め付けを回避でき、低い摩擦抵抗をもって摺動自在に支持できる。また、ラック歯によりブッシュが削られる虞も解消される。しかし、隙間の範囲が１８０°以上であるため、ラック軸のラック歯側への外力に対してラック軸の位置ずれを規制できないため、ラック軸が隙間側に撓んで位置ずれし、ギヤハウジングに接触する虞がある。
また、特許文献１の技術は、ハウジングと無端環状弾性部材との間に隙間を設ける構造のため、その分、ギヤハウジングの内径が大きくなり、ギヤハウジングの大型化・重量増につながる。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、ラック軸のラック歯形成側への位置ずれを抑制するとともに、ギヤハウジングの小型化が図れるブッシュ軸受の構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、外周面に円周方向に沿う溝が形成されたブッシュと、前記ブッシュの溝に装着される無端環状弾性部材と、を備え、ギヤハウジングに対しラック軸を摺動自在に支承するブッシュ軸受の構造であって、前記ブッシュの内周面は、ブッシュ軸心回り１８０°よりも大きな角度範囲にわたって形成され、ラック歯の形成位置と反対側のラック軸の外周面と摺接する第１内周面と、前記第１内周面よりも大径に形成され、ラック軸の外周面と隙間をもって対向する第２内周面と、を備え、前記溝は、第１内周面の形成範囲の方が第２内周面の形成範囲よりも浅く形成され、前記無端環状弾性部材は、ラック歯の形成位置と反対側の方がラック歯の形成位置側よりも径方向の変形代が大きい状態でギヤハウジングの内周面に密着されることを特徴とする。

このブッシュ軸受の構造によれば、ラック軸の外周面と接する第１内周面がブッシュ軸心回り１８０°よりも大きな角度範囲にわたって形成されるため、外力等を受けてラック軸が、隙間を隔てた第２内周面側に位置ずれすることがない。
無端環状弾性部材は、ラック歯の形成位置と反対側の方がラック歯の形成位置側よりも径方向の変形代が大きい状態となってギヤハウジングの内周面に密着されることから、ブッシュは第１内周面の形成範囲側の方が第２内周面の形成範囲側よりもギヤハウジングの内周面に強く押し付けられる。したがって、ギヤハウジングに対するブッシュの第１内周面の形成範囲の支持強度が高まり、ひいてはこの第１内周面に摺接するラック軸の支持強度を高めることができる。
第１内周面の形成範囲よりも隙間の寸法分だけ薄肉に形成された第２内周面の形成範囲においては溝の形成により強度が低下しやすいところ、第２内周面の形成範囲の溝が深く形成されることにより、第２内周面の形成範囲のブッシュの過度の変形を防止できる。
ラック歯と第２内周面との間に隙間が存在するため、ラック歯とブッシュとが干渉するおそれも解消される。
無端環状弾性部材がギヤハウジングの内周面に密着される構造のため、特許文献１のように無端環状弾性部材とギヤハウジングとの間に隙間が存在しなくなる。したがって、その分、ギヤハウジングを小型化でき、重量増加を抑えることができる。

また、本発明は、前記ブッシュに、ブッシュ軸心方向に沿いブッシュ軸心方向端部において開口するスリットが形成され、前記スリットは、ブッシュ軸心回り３６０°の範囲の内で第１内周面の形成範囲のみに配置されていることを特徴とする。

このブッシュ軸受の構造によれば、スリットを形成することで、その分、摺動面積が減るので、ラック軸の外周面と第１内周面との間に生じる摺動抵抗の低下および摺動音の抑制を図ることができる。スリットは、第１内周面の形成範囲のみに配置されるため、第１内周面よりも隙間の寸法分だけ薄肉に形成された第２内周面はスリットによる剛性低下の影響をさほど受けない。したがって、無端環状弾性部材の弾性変形力を受けることによる第２内周面の形成範囲でのブッシュの過度の変形を抑制できる。

本発明によれば、ラック軸のラック歯形成側への位置ずれを抑制できるとともに、ギヤハウジングの小型化および重量増加の抑制が図れる。

本発明のブッシュ軸受の外観斜視図である。本発明のブッシュの説明図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正面図、側面図である。本発明のブッシュ軸受の断面図（無端環状弾性部材は仮想線にて示す）である。ギヤハウジングにブッシュ軸受を組み付けた状態の断面図である。図４におけるＡ−Ａ断面図である。

本発明に係るブッシュ軸受の構造は、たとえば自動四輪車のラックアンドピニオン式操舵装置に適用される。ラックアンドピニオン装置は、運転者が操作する操舵ハンドルに連結したピニオン（図示せず）と、ピニオンの歯に噛合するラック歯１Ａが形成されたラック軸１（図４）とを備える。ラック軸１の両端にはタイロッドを介して車輪（図示せず）が連結される。ブッシュ軸受２は、ギヤハウジング３に対しラック軸１を摺動自在に支承する機能を担う。

図１および図２において、ブッシュ軸受２は、ブッシュ４と２本の無端環状弾性部材５とを備えて構成される。ブッシュ４はたとえば合成樹脂材により構成される。無端環状弾性部材５はたとえばゴム材からなるＯリング等である。ブッシュ４は、両端が開口した円筒状部材であり、軸方向中央に形成される胴部４Ａと、胴部４Ａの一端に形成され胴部４Ａよりも大きな外径を有する大径部４Ｂと、胴部４Ａの他端に形成され胴部４Ａよりも小さな外径を有する小径部４Ｃとから構成されている。胴部４Ａ、大径部４Ｂ、小径部４Ｃの外周面はいずれもブッシュ４の軸心（ブッシュ軸心Ｏ）を中心として円状に形成されている。ブッシュ軸心Ｏは、ブッシュ軸受２がギヤハウジング３に組み込まれた際のラック軸１の軸心およびギヤハウジング３の内周面１３Ａ，１３Ｂ（図４参照）の軸心と同じである。

ブッシュ４の内周面は、ブッシュ軸心Ｏ回り１８０°よりも大きな角度範囲（角度θ１）にわたって形成され、ラック歯１Ａの形成位置と反対側のラック軸１の外周面１Ｂと摺接する第１内周面６と、ラック歯１Ａとの干渉を避けるために第１内周面６よりも大径に形成され、ラック軸１の外周面１Ｂと隙間ｃ（図５参照）をもって対向する第２内周面７と、を備えている。第１内周面６および第２内周面７は共にブッシュ４の全長にわたりブッシュ軸心Ｏを中心とした円弧状に形成されている。また、第１内周面６の一端にはテーパ面８が形成され、第１内周面６および第２内周面７の各他端にはテーパ面９が形成されている。

ブッシュ４には、ブッシュ軸心Ｏ方向に沿いブッシュ軸心Ｏ方向端部において開口するスリット１０が径方向に貫通形成されている。本実施形態では、図３にも示すように、複数のスリット１０（１０Ａ〜１０Ｇ）が互いに円周方向に離間して形成されている。スリット１０Ａ〜１０Ｄおよび１０Ｇはブッシュ４の他端側（小径部４Ｃ側）に開口するように形成され、スリット１０Ｅ，１０Ｆはブッシュ４の一端側（大径部４Ｂ側）に開口するように形成される。

図３において、スリット１０Ａ〜１０Ｇはいずれもブッシュ軸心Ｏ回り３６０°の範囲の内で第１内周面６の形成範囲のみに配置されており、第２内周面７の形成範囲（角度θ２）には配置されていない（厳密に言えば一部のスリット１０（スリット１０Ａおよびスリット１０Ｃ）については第１内周面６と第２内周面７との境界部に配置されているが、本発明ではこの場合も第１内周面６の形成範囲に配置されたものとする）。スリット１０Ａ〜１０Ｄは第２内周面７寄りに配置されており、スリット１０Ａ，１０Ｂとスリット１０Ｃ，１０Ｄとはブッシュ軸心Ｏ方向から見て左右対称に配されている。スリット１０Ｅ，１０Ｆは第２内周面７から離れて配置されており、これらもブッシュ軸心Ｏ方向から見て互いに左右対称に配されている。スリット１０Ｇは第２内周面７から最も離れて配置されている。スリット１０Ａ〜１０Ｄ，１０Ｇのスリット幅はブッシュ４の外周面から第１内周面６までにわたり一定であるが、スリット１０Ｅ，１０Ｆのスリット幅はブッシュ４の外周面から第１内周面６に向かうにしたがい次第に狭くなるように形成されている。

第１内周面６には、図１および図３に示すように、ブッシュ軸心Ｏ方向に沿った浅溝１１が適宜に凹設されている。この浅溝１１により摺動面積が減ることとなり、ブッシュ４によるラック軸１の保持強度をさほど低下させることなく、ラック軸１の外周面１Ｂと第１内周面６との間に生じる摺動抵抗の低下および摺動音の抑制を図ることができる。

図１および図２に示すように、ブッシュ４の大径部４Ｂには位置決め突部１２が径外方向に向けて突設されている。図４に示すように、ギヤハウジング３の内周面は、ブッシュ４の胴部４Ａおよび小径部４Ｃを収容する内周面１３Ａと、大径部４Ｂを収容する内周面１３Ｂとを備えており、内周面１３Ｂには、前記位置決め突部１２が入り込む位置決め凹部１４が凹設されている。また、第１内周面６の形成範囲（角度θ１）において、大径部４Ｂ寄りの胴部４Ａの外周面１５には、円周方向に沿う凹溝１６が形成されている。当該凹溝１６により大径部４Ｂ寄りの胴部４Ａの肉部は薄肉として形成される。

ブッシュ４の胴部４Ａの外周面１５には、無端環状弾性部材５を装着するための円周方向に沿う溝１７が形成されている。本実施形態では溝１７は２つ形成されている。溝１７は、第１内周面６の形成範囲の方が第２内周面７の形成範囲よりも浅く形成されている。一例として、図３に示すように、溝１７はその溝底１７Ａがブッシュ軸心Ｏよりも第１内周面６寄りに距離ｓだけ偏心した軸心Ｏ１を中心として形成されている。これにより、第１内周面６側における溝１７の溝深さＬ１の方が第２内周面７側における溝１７の溝深さＬ２よりも浅くなる。したがって、無端環状弾性部材５を溝１７に装着した際には、第２内周面７側における胴部４Ａの外周面１５からの無端環状弾性部材５の突出寸法Ｍ２の方が第１内周面６側における胴部４Ａの外周面１５からの無端環状弾性部材５の突出寸法Ｍ１よりも小さい状態となる。

「作用」
ギヤハウジング３に組み付ける前のブッシュ軸受２は、前記したように第２内周面７側における胴部４Ａの外周面１５からの無端環状弾性部材５の突出寸法Ｍ２の方が第１内周面６側における胴部４Ａの外周面１５からの無端環状弾性部材５の突出寸法Ｍ１よりも小さい状態である。つまり、無端環状弾性部材５は、弾性変形無しに軸心Ｏ１を中心として環状に位置している。

ブッシュ軸受２をギヤハウジング３の内部に挿入するとき、無端環状弾性部材５とギヤハウジング３の内周面１３Ａとの間には抵抗が働くが、ブッシュ軸心Ｏ方向に沿いブッシュ軸心Ｏ方向端部において開口するスリット１０が形成されていることで、このスリット１０により円周方向に分断された胴部４Ａが径内方向に撓み、ブッシュ軸受２はスムーズにギヤハウジング３の内部に挿入される。本実施形態では、図１、図４に示す凹溝１６によりブッシュ軸受２の一端側である大径部４Ｂ寄りの胴部４Ａの肉部は薄肉となっているため、挿入先端側となるブッシュ軸受２の胴部４Ａの他端側はこの薄肉部を略起点として径内方向に容易に撓むこととなる。したがって、ブッシュ軸受２はより一層スムーズにギヤハウジング３の内部に挿入される。

そして、図４に示すように、ブッシュ４の位置決め突部１２がギヤハウジング３の位置決め凹部１４に入り込むことでブッシュ軸受２のブッシュ軸心Ｏ回りの位置決めがなされる。次いで、ブッシュ４の大径部４Ｂに当接するカバー部材１８をギヤハウジング３に取り付けることで、ブッシュ軸受２のブッシュ軸心Ｏ方向の位置決めがなされる。ギヤハウジング３に対するカバー部材１８の取り付け構造は特に限定されるものではなく、圧入方式、螺子方式、溶接等である。

次いでラック軸１を、ラック歯１Ａがブッシュ４の第２内周面７に対向するようにブッシュ軸受２の内部に挿通することで、ブッシュ軸受２およびラック軸１の組み付けが完了する。組み付け完了後においては、以下のような作用が生ずる。

ラック軸１の外周面１Ｂと接する第１内周面６は、ブッシュ軸心Ｏ回り１８０°よりも大きな角度範囲（角度θ１）にわたって形成されているため、外力等を受けてラック軸１が、隙間ｃを隔てた第２内周面７側に位置ずれすることはない。角度θ１の値は、ラック歯１Ａの歯元近傍あたりまで形成するなど、ラック歯１Ａと干渉しない範囲内で最大の値に設定することが好ましい。

組み付け前の状態で軸心Ｏ１を中心としていた無端環状弾性部材５は、組み付け後にはギヤハウジング３の内周面１３Ａと密着することにより弾性変形し、その外径はブッシュ軸心Ｏを中心とした位置に変わる。つまり、無端環状弾性部材５は、ラック歯１Ａの形成位置と反対側の方がラック歯１Ａの形成位置側よりも径方向の圧縮弾性変形代が大きい状態となってギヤハウジング３の内周面１３Ａに密着される。これにより、ブッシュ４は第１内周面６の形成範囲側の方が第２内周面７の形成範囲側よりもギヤハウジング３に強く押し付けられる。したがって、ギヤハウジング３に対するブッシュ４の第１内周面６の形成範囲の支持強度が高まり、ひいてはこの第１内周面６に摺接するラック軸１の支持強度を高めることができる。

そして、無端環状弾性部材５が装着される溝１７に関し、第１内周面６の形成範囲よりも隙間ｃの寸法分だけ薄肉に形成された第２内周面７の形成範囲においては溝１７の形成により強度が低下しやすいところ、本発明は溝１７の溝深さを深く形成したことにより、第２内周面７の形成範囲のブッシュ４の過度の変形を防止できる。
ラック歯１Ａと第２内周面７との間に隙間ｃが存在するため、ラック歯１Ａとブッシュ４とが干渉するおそれも解消される。

スリット１０は、第１内周面６の形成範囲のみに配置されているため、第１内周面６よりも隙間ｃの寸法分だけ薄肉に形成された第２内周面７は、スリット１０による剛性低下の影響をさほど受けない。したがって、無端環状弾性部材５の弾性変形力を受けることによる第２内周面７の形成範囲でのブッシュ４の過度の変形を抑制できる。

以上のように本発明によれば、ラック軸１と摺接する第１内周面６がブッシュ軸心Ｏ回り１８０°よりも大きな角度範囲にわたって形成されるため、外力等を受けることによるラック軸１の第２内周面７側への位置ずれを防止できる。また、無端環状弾性部材５がギヤハウジング３の内周面１３Ａに密着される構造のため、特許文献１のように無端環状弾性部材とギヤハウジングとの間に隙間が存在しない。したがって、その分、ギヤハウジング３を小型化でき、重量増加を抑えることができる。さらに、スリット１０を形成することで、その分、摺動面積が減るので、ラック軸１の外周面１Ｂと第１内周面６との間に生じる摺動抵抗の低下および摺動音の抑制を図ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。本発明は、図面に記載されたものに限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。

１ラック軸
１Ａラック歯
２ブッシュ軸受
３ギヤハウジング
４ブッシュ
５無端環状弾性部材
６第１内周面
７第２内周面
１０（１０Ａ〜１０Ｇ）スリット
１７溝
θ１第１内周面の形成範囲
θ２第２内周面の形成範囲

Claims

外周面に円周方向に沿う溝が形成されたブッシュと、前記ブッシュの溝に装着される無端環状弾性部材と、を備え、ギヤハウジングに対しラック軸を摺動自在に支承するブッシュ軸受の構造であって、
前記ブッシュの内周面は、ブッシュ軸心回り１８０°よりも大きな角度範囲にわたって形成され、ラック歯の形成位置と反対側のラック軸の外周面と摺接する第１内周面と、前記第１内周面よりも大径に形成され、ラック軸の外周面と隙間をもって対向する第２内周面と、を備え、
前記溝は、第１内周面の形成範囲の方が第２内周面の形成範囲よりも浅く形成され、
前記無端環状弾性部材は、ラック歯の形成位置と反対側の方がラック歯の形成位置側よりも径方向の変形代が大きい状態でギヤハウジングの内周面に密着されることを特徴とするブッシュ軸受の構造。
前記ブッシュに、ブッシュ軸心方向に沿いブッシュ軸心方向端部において開口するスリットが形成され、
前記スリットは、ブッシュ軸心回り３６０°の範囲の内で第１内周面の形成範囲のみに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のブッシュ軸受の構造。