JP4569148B2 - 転がり軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、電動パワーステアリング装置のラック軸を駆動する回転体に使用される転がり軸受に関する。
ラックアシスト方式の電動パワーステアリング装置においては、操向車輪を駆動するラック軸にボールねじを介して、回転体が設けられている。この回転体は、転がり軸受によってハウジングに対して回転自在に支持されており、モータによって回転駆動される（例えば、特許文献１参照。）。回転体が回転すると、ボールねじを介してラック軸がその軸方向に移動する。
特開２００２−２４０７２８号公報（第３〜第４頁、図２）
上記のような従来の電動パワーステアリング装置では、回転体は、通常運転時において毎分数十回転程度の低速で回転し、ハンドルの切り始めにおいてはさらに、極低速（毎分１回転以下）で回転する。このような低速回転では転がり軸受内でグリース潤滑の油膜が十分に形成されない。この結果、転動体が内外輪軌道面と金属接触し、そのため、転動体が軌道面上を転がらずに滑るスティックスリップと呼ばれる現象が生じる。このとき転動体は円滑に回転しないので、転がり軸受においてトルク変動（トルクのむら）が発生する。このトルク変動がラック軸からステアリングホイールに伝わり、ハンドル操作のフィーリングに悪影響を与える。
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、低速回転時のトルク変動を抑制することができる転がり軸受を提供することを目的とする。
本発明は、内輪、外輪及び転動体を備え、電動パワーステアリング装置のラック軸を駆動する回転体を支持する転がり軸受において、前記転がり軸受は、前記転がり軸受内でグリース潤滑の油膜を形成するものであり、かつ、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一面は、トルク変動を抑制する表面粗さとして、十点平均粗さＲｚで０．３以上に仕上げられていることを特徴とするものである。
このような転がり軸受は、軌道面や転動面が超仕上げされた転がり軸受に比べて、低速回転時のトルク変動が低下する。これは、０．３以上の表面粗さに仕上げられた当該表面に油分が保持され易くなり、これが低速回転時の油膜の形成に寄与するためであると解される。
また、本発明は、内輪、外輪及び転動体を備え、電動パワーステアリング装置のラック軸を駆動する回転体を支持する転がり軸受において、前記転がり軸受は、前記転がり軸受内でグリース潤滑の油膜を形成するものであり、かつ、前記内輪及び外輪の各軌道面は、トルク変動を抑制する表面粗さとして、十点平均粗さＲｚで０．５〜０．７の範囲内であることを特徴とするものである。
このような転がり軸受は、軌道面が超仕上げされた転がり軸受に比べて、極低速回転（毎分１回転以下）時のトルク変動が低下する。これは、０．５〜０．７の範囲内の表面粗さに仕上げられた当該表面に油分が保持され易くなり、これが極低速回転時の油膜の形成に寄与するためであると解される。
本発明の転がり軸受によれば、軌道面や転動面が超仕上げされた転がり軸受に比べて、低速回転時のトルク変動が低下する。従って、このような転がり軸受を低速回転する回転体の支持に用いることにより、低速回転時の転がり軸受のトルク変動を抑制することができる。
図１は、ラックアシスト方式の電動パワーステアリング装置の一部の断面図である。この電動パワーステアリング装置１は、図示しない操向車輪を駆動するラック軸２をモータ３の出力に基づいて直接駆動し、操舵補助を行うものである。図において、モータ３の出力軸４の先端に設けられている第１傘歯車５は、リング状の第２傘歯車６と噛み合っている。第２傘歯車６は筒状の回転体７に固定されており、これと一体に回転する。回転体７は、一対の転がり軸受８，９により、ハウジング１０に対して回転自在に支持されている。回転体７は、ラック軸２と同軸に配置されており、両者はボールねじ１１によってつながっている。モータ３の出力軸４が回転すると、傘歯車５，６を介して回転体７がその軸周りに回転駆動され、ボールねじ１１を介して、ラック軸２が軸方向に移動する。なお、ラック軸２の延長上にはステアリング装置（図示せず。）のピニオンが設けられ、ラック軸と噛み合っている。
上記転がり軸受８は、ハウジング１に嵌着された外輪８１と、回転体７に嵌着された内輪８２と、内外輪間に装着された複数の転動体（玉）８３とを備えている。また、転がり軸受９は、ハウジング１に嵌着された外輪９１と、内輪としての回転体７と、これらの間に装着された複数の転動体（玉）９３とを備えている。
ここで、本発明の発明者らは、従来、低回転トルク及び静粛性の観点から超仕上げにより鏡面に仕上げていた軌道面の表面粗さを、むしろ逆に粗くする方が油分の保持には適するのではないかと着眼し、上記転がり軸受８の外輪８１の軌道面８１ａ及び内輪８２の軌道面８２ａに施す表面仕上げの表面粗さ（十点平均粗さ：Ｒｚ）と、トルク変動との関係とを調べてみた。なお、転動体８３の転動面（表面）には一般に、超仕上げが施されている。
図２は、内外輪の相対回転速度を毎分０．８回転としたときの、表面粗さＲｚとトルク変動［Ｎ・ｍ］との関係を示すグラフである。図において、下方の折れ線グラフはアキシャル荷重が３００Ｎ、上方の折れ線グラフはアキシャル荷重が７００Ｎの場合のトルク変動を表している。
図において、アキシャル荷重３００Ｎの場合においては、表面粗さＲｚが０．２（単位はμｍ、以下同様。）を超えると（０．２以下は超仕上げ）トルク変動は低下し、０．５で最低値となり、その後、０．６から０．７へ、僅かに上昇することがわかった。また、アキシャル荷重７００Ｎの場合においては、表面粗さが０．２を超えるとトルク変動は低下し、０．６で最低値となり、０．７では僅かに上昇することがわかった。表面粗さが０．２のときのトルク変動の値との比較において、２つのグラフは、０．２近傍を除いて、０．３以上の表面粗さとすることにより、トルク変動を低下させることができることを示していると考えられる。また、表面粗さが０．５〜０．７の範囲では特にトルク変動が低い値に抑えられることを示している。このような結果となったのは、０．２以下では油膜が十分に形成されないのに対して、０．３以上ではその表面粗さにより表面に油分が保持され易くなり、これが油膜の形成に寄与しているためであると解される。なお、０．７を超える表面粗さは、軌道面の仕上げとしては過大であり、摩擦力の増大を招くので好ましくない。すなわち、軌道面の仕上げとしての一般的な上限値は０．７とすべきである。
一方、図３は、内外輪の相対回転速度を毎分４５回転としたときの、表面粗さＲｚとトルク変動［Ｎ・ｍ］との関係を示すグラフである。図において、下方の折れ線グラフはアキシャル荷重が３００Ｎ、上方の折れ線グラフはアキシャル荷重が７００Ｎの場合のトル
ク変動を表している。
図において、アキシャル荷重３００Ｎの場合においては、表面粗さが０．２を超えるとトルク変動は低下し、０．３で最低値となり、その後、０．５、０．６と上昇することがわかった。０．６以上では０．２の場合と同値を示している。また、アキシャル荷重７００Ｎの場合においては、表面粗さが０．２を超えるとトルク変動は低下し、０．３〜０．６で最低値となり、０．７では上昇することがわかった。表面粗さが０．２のときのトルク変動の値との比較において、２つのグラフは、０．３〜０．５の範囲内の表面粗さとすることにより、トルク変動を低下させることができることを示しており、特に下限が０．３であることは明確であると考えられる。このような結果となったのは、図２と同様に、０．２以下では油膜が十分に形成されないのに対して、０．３〜０．５の範囲内ではその表面粗さにより表面に油分が保持され易くなり、これが油膜の形成に寄与しているためであると解される。
以上のことから、内外輪の相対回転速度を毎分０．８回転としたとき、トルク変動を低下させるには、表面粗さが０．３以上（一般的には０．７以下）であればよく、特に好ましい範囲は０．５〜０．７である。他方、内外輪の相対回転速度を毎分４５回転としたとき、トルク変動を低下させるには、表面粗さが０．３〜０．５であればよい。従って、表面粗さの下限は０．３とすべきであり、また、双方に共通した０．５若しくはその近傍の値が最も適した値と考えられる。しかしながら、極低速（毎分１回転以下）におけるトルク変動については、特に、ドライバがこれを感じやすいことを考慮すれば、相対回転速度を毎分０．８回転としたときの結果を重視して、表面粗さが０．３以上（一般的には０．７以下）であればよく、特に好ましい範囲は０．５〜０．７である、としてもよい。
なお、転がり軸受９についても、同様の表面粗さを選択することにより、トルク変動を抑制することができる。
また、上記実施形態では内外輪の軌道面の表面粗さについて述べたが、このような表面粗さは、軌道面の一方（内輪又は外輪）にのみ採用して、他方は従来通りの超仕上げとしても、一定の効果は得られると考えられる。また、軌道面ではなく、あるいは軌道面と共に、転動体にこのような表面粗さを適用することも可能である。
ラックアシスト方式の電動パワーステアリング装置の一部の断面図である。 内外輪の相対回転速度を毎分０．８回転としたときの、表面粗さＲｚとトルク変動［Ｎ・ｍ］との関係を示すグラフである。 内外輪の相対回転速度を毎分４５回転としたときの、表面粗さＲｚとトルク変動［Ｎ・ｍ］との関係を示すグラフである。
符号の説明
８ 転がり軸受
８１ 外輪
８１ａ 軌道面
８２ 内輪
８２ａ 軌道面
８３ 転動体

Claims (4)

  1. 内輪、外輪及び転動体を備え、電動パワーステアリング装置のラック軸を駆動する回転体を支持する転がり軸受において、
    前記転がり軸受は、前記転がり軸受内でグリース潤滑の油膜を形成するものであり、かつ、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一面は、トルク変動を抑制する表面粗さとして、十点平均粗さＲｚで０．３以上に仕上げられていることを特徴とする転がり軸受。
  2. 内輪、外輪及び転動体を備え、電動パワーステアリング装置のラック軸を駆動する回転体を支持する転がり軸受において、
    前記転がり軸受は、前記転がり軸受内でグリース潤滑の油膜を形成するものであり、かつ、前記内輪及び外輪の各軌道面は、トルク変動を抑制する表面粗さとして、十点平均粗さＲｚで０．５〜０．７の範囲内であることを特徴とする転がり軸受。
  3. 毎分１回転以下の低速で回転する回転体を支持する請求項１又は２に記載の転がり軸受。
  4. 前記転がり軸受は、操向車輪を駆動する前記ラック軸にボールねじを介して設けられた前記回転体を、ハウジングに対して回転自在に支持する請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
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