JP4622440B2 - ステアリングコラム用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両用ステアリング装置に用いるステアリングコラム用軸受装置に関する。

図４で示すように、ステアリングホイール６とユニバーサルジョイント７との間にステアリングシャフト２が連結された自動車のステアリング装置においては、運転者が操作するステアリングホイール６の動きをステアリング機構に伝達させるため、車体側に支持される円筒状のステアリングコラム１と、このステアリングコラム１の内側に挿通されたステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２をステアリングコラム１に支持するステアリングコラム用軸受装置３ａ，３ｂとを備える（特許文献１参照）。

このステアリングコラム用軸受装置３ｂは、図５で示すように、ステアリングコラム１の内周面に嵌合された環状の環状ケース４と、この環状ケース４に収納されてステアリングシャフト２を支持する針状ころ軸受５とを備える。針状ころ軸受５は、外輪５１と、複数の針状ころ５２と、針状ころ５２を保持する保持器５３とを備えている。環状ケース４は、ゴム等の弾性材からなり、外輪５１の周囲に設けられる円筒状本体部４１と、この円筒状本体部４１の両端から径内方に形成された円環状フランジ部４２とからなり、内周面に開口する環状の軸受収納用の環状凹部４３が形成されている。そして、環状ケース４は、環状凹部４３内に針状ころ軸受５を収納した状態で、ステアリングコラム１の内周面に圧入されている（特許文献２参照）。

なお、図４に示すステアリングコラム用軸受装置３ａも同様の構造となっている。

以上の構成を備えた従来のステアリングコラム用軸受装置３において、環状ケース４は、ゴム等の弾性材から構成されていることにより、環状ケース４の弾性作用で、ステアリングシャフト２に対して常に予圧を発生させ、ステアリングシャフト２のステアリングコラム１内でのがたつきを防止して、ステアリングホイールの操作性を向上させている。
特開２００３−３１４５６３号公報 特開２００２−０３９１７２号公報

上記した従来のステアリングコラム用軸受装置３の場合、ゴム等の弾性材は容易に圧縮変形するために、このような弾性材から環状ケース４を構成し、この環状ケース４が持つゴム等の弾性材の弾性変形を利用してステアリングシャフト２に必要な予圧を与えるには、環状ケース４をステアリングコラム１内で十分に圧縮変形させる必要がある。しかしながら、環状ケース４をその圧縮変形に必要な肉厚に成形するために原価の高い弾性材の使用量が増大してしまい、これによって上記環状ケース４を備えたステアリングコラム用軸受装置３の量産コストが高くついている。その上、ゴム等の弾性材からなる環状ケース４では、予圧に対する弾性材の圧縮変形が軸方向全体に均等に起こりにくく、したがって、予圧の調整を弾性材の肉厚の設定により正確に行うことは必ずしも容易ではなく、予圧の調整が不正確に行われてしまい易い。さらに、肉厚が厚い環状ケース４は、肉厚が厚い上にゴムが比較的剛体化したものとなるため、ステアリングコラム１とステアリングシャフト２との間の狭い隙間に挿入させる作業に相当な困難が伴い、加えて、ステアリングコラム１内に環状ケース４を収納した後に、環状ケース４とステアリングシャフト２との間に針状ころ軸受５を収納するスペースを確保するには環状ケース４をステアリングコラム１内で押し広げる作業も要求され、かかる押し広げ作業に長い作業時間を費やさざるを得ない、などの不都合がある。

本発明の請求項１に係るステアリングコラム用軸受装置は、ステアリングコラムの内周面に嵌合される環状ケースと、この環状ケースに収納されてステアリングコラムにステアリングシャフトを支持する転がり軸受とを備えたステアリングコラム用軸受装置であって、上記環状ケースは、金属材もしくは樹脂材で構成され、上記転がり軸受は、両端部が環状ケースに係止されて半径方向外向きに弾性変形可能に構成された外輪と、外輪の内周面とステアリングシャフトの外周面との間に圧入された複数の転動体としてのころとを備え、さらに、上記環状ケースは、ケース内面と軸方向両側のケース内側面とで囲まれて内部が径方向内側に開口した環状凹部を有し、上記軸方向両側それぞれのケース内側面の径方向途中部に段差面が設けられており、かつ、その環状凹部は、上記段差面よりも径方向外側に上記ころの長さより長く、上記外輪の軸方向長さよりも短い凹部幅を有する第１の環状凹部と、上記段差面よりも径方向内側に上記外輪の収納が可能な凹部幅を有する第２の環状凹部とを含み、上記外輪は、その軸方向両側の端部が、上記軸方向両側の段差面に係止され、その係止状態で、上記第２の環状凹部に収納されており、かつ、半径方向内向きに湾曲した形状に成形されており、かつ、上記ころにより押圧されて半径方向外向きに弾性変形されているとともにその弾性復元力により、該ころを介してステアリングシャフトに予圧を付与しており、上記ころは、上記第１の環状凹部と径方向で対向する位置で、上記外輪の内周面を半径方向外向きに押圧していることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係るステアリングコラム用軸受装置によると、環状ケースが金属材もしくは樹脂材で構成されているから、原価の高いゴム等の弾性材で環状ケースを構成する必要がなくなり、当該軸受装置の量産コストを低減することができる。また、環状ケースが弾性変形してステアリングシャフトに予圧を与える構造ではなく、複数のころからの圧接を受けて弾性変形している外輪がステアリングシャフトに予圧を与える構造であるから、当該軸受装置においてステアリングシャフトへ所望の予圧付与が行われていることについて、信頼性が高くなる。

また、外輪を、ころ等の転動体からの圧接によりステアリングシャフト側に弾性復元する向きに弾性変形し得るように成形加工するだけで済み、その加工コストも高くつかずに済む。

さらに、環状ケースの肉厚を厚くする必要はなく、薄肉で構成することができるので、環状ケースを薄肉にして、ステアリングコラムとステアリングシャフトとの間の狭い隙間に挿入させ易い構造とすることができる。

さらに、環状ケースをステアリングコラム内に収納した後でも、環状ケースとステアリングシャフトとの間にころ軸受を収納するスペースを確保することができ、従来のように、環状ケースをステアリングコラム内で押し広げる作業はなくなり、かかる押し広げ作業に長い作業時間を費やす必要もない。

そして、請求項１に係る発明においては、転動体がころとされており、かつ、上記ころが、上記第１の環状凹部と検出方向で対向する位置で、上記外輪の内周面を半径方向外向きに押圧しているから、外輪が半径方向外向きに押されたとき、環状ケースと干渉するおそれがなくなり、外輪の半径方向外向きへの弾性変形を円滑に行うことが可能となる。

本発明の請求項２に係るステアリングコラム用軸受装置は、上記外輪は、ころの圧接を受けて弾性変形して弾性復元力を発現する肉厚に設定された平板状に成形されていることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る発明においては、外輪としては、単に肉厚が調整設定された平板状の外輪を準備するだけで済み、半径方向内向きに成形加工する必要がなくなり、量産コストを低減することができるとともに、外輪の肉厚調整のみで、ステアリングシャフトに対する予圧量の調整を容易に行うことが可能である。

本発明は、ステアリングシャフトをステアリングコラムに支持するステアリングコラム用軸受装置において、ステアリングシャフトに対して予圧を正確に付与することが可能でありかつ量産コストを低減することができるステアリングコラム用軸受装置を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態に係るステアリングコラム用軸受装置を詳細に説明する。ステアリング装置は、車輪を操向するためにステアリングホイールの動きを伝達するステアリングシャフトと、このステアリングシャフトを内部に通して回転自在に支持するステアリングコラムとを有する。ステアリングシャフトの一方の端部にステアリングホイールが連結され、ステアリングシャフトの他方の端部に、ユニバーサルジョイント、インターミディエイトシャフト等を介して、ピニオン、ラック軸等を含むステアリング機構が連結されている。ステアリングホイールが回されると、その回転がステアリングシャフト、ユニバーサルジョイント、インターミディエイトシャフト等を介して、ステアリング機構に伝達され、これによって、車輪を操向することができる。

以上の構成および動作をするステアリング装置において、図１および図２を参照して、ステアリングシャフトをステアリングコラムに支持するためのステアリングコラム用軸受装置を説明する。

図１は、ステアリングコラムと、ステアリングシャフトと、本実施の形態のステアリングコラム用軸受装置とを示す断面図、図２は、図１のステアリングコラム用軸受装置が備える針状ころ軸受の外輪の外観を示す図である。説明の都合で、これらの図中左側を軸方向一方側といい、図中右側を軸方向他方側ということとする。

図１において、１はステアリングコラム、２はステアリングシャフト、３はステアリングコラム用軸受装置である。ステアリングコラム１は円筒形であり、ステアリングシャフト２は、このステアリングコラム１の内側に挿入されている。

ステアリングコラム用軸受装置３は、ステアリングコラム１とステアリングシャフト２との間の隙間に挿入されて、ステアリングシャフト２をステアリングコラム１に支持している。ステアリングコラム用軸受装置３は、ステアリングシャフト２に対して、所要の予圧を与えており、これによって、運転者が操作するステアリングホイールの動きを、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構に、がたつきなく、円滑に伝達させるようになっている。

ステアリングコラム用軸受装置３は、環状ケース４と、針状ころ軸受５とから構成されている。

以下に、環状ケース４と針状ころ軸受５との構造を詳細に説明する。
環状ケース４は、軸方向に円筒状でかつ半径方向の肉厚が軸方向に沿って均等に形成された円筒状本体部４１と、円筒状本体部４１の軸方向両側それぞれから半径方向内向きに延びかつ内側面を段差の有る形状とされた円環状フランジ部４２とからなり、内部には、円筒状本体部４１と、軸方向両側の円環状フランジ部４２とにより囲まれた環状凹部４３を内部に形成されている。

円環状フランジ部４２の内側面４４は、その段差形状により、外径側の第１の内側面部４４ａと、内径側の第２の内側面部４４ｂとにより構成されており、これら両内側面部４４ａ，４４ｂの境界には軸方向に平坦な環状の段差面４４ｃが形成されている。

環状ケース４の環状凹部４３は、円筒状本体部４１の内周面（ケース内面）４１ａと両円環状フランジ部４２の第１の内側面部（ケース内側面）４４ａとにより囲まれた第１の環状凹部４３ａと、両円環状フランジ部４２の第２の内側面部（ケース内側面）４４ｂの軸方向対向間に形成された第２の環状凹部４３ｂとから構成されている。

第１の環状凹部４３ａは、環状段差面４４ｃよりも半径方向外側に位置していて、針状ころ５２の長さよりも長く、後述する外輪５１の軸方向長さよりも短い凹部幅を有する環状凹部である。

第２の環状凹部４３ｂは、環状段差面４４ｃのよりも半径方向内側に位置していて、外輪５１の収納が可能な凹部幅を有する環状凹部である。

軸方向両側の端部と第２の内側面部４４ｂとの間に、若干の隙間Ｇが存在する程度とされている。

隙間Ｇの存在により、外輪５１は、その内周面が半径方向外向きに押圧されて弾性変形するとき、その弾性変形する挙動に悪影響を受けないようにされている。

環状ケース４は、金属材の成形により構成されている。

この成形方法としては、板金プレス成形法等の塑性加工法、切削加工法、鋳造加工法等の公知の方法を利用することができる。特に、一体成形品として板金プレス成形品を用いる場合には、耐久性が有り安価な板金材料を利用して形成することができるので、ステアリングコラム用軸受装置３の量産コストを低減する上で好ましい。金属材料は、ゴム等の弾性変形し易い材料でなければ、特に限定されないが、例えば、鉄系材料、銅系材料、アルミニウム合金等を利用することができ、これらの材料を単独、あるいは複数を組み合わせて利用しても良い。鉄系材料としては、鉄、鉄を含む合金等を例示することができる。銅系材料としては、銅、銅を含む合金等を例示することができる。

環状ケース４は、樹脂の成形により構成することもできる。樹脂の成形法としては、圧縮成形法、トランスファ成形法、射出成形法、等の公知の方法を利用することができる。樹脂の材料としては、ゴム等の弾性変形し易い材料でなければ、特に限定されないが、耐摩耗性や機械的強度等に優れた樹脂が好ましく、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂等がある。

針状ころ軸受５は、外輪５１と、外輪５１の内周面を転接する複数の針状ころ５２と、これら針状ころ５２を保持する保持器５３とを具備している。

外輪５１は、軸方向中央側がステアリングシャフト２側に、換言すれば、半径方向内向きに膨出した湾曲形状に成形されている。外輪５１の湾曲量は、針状ころ５２の転動に悪影響を及ぼさず、かつ、針状ころ５２の圧接により、半径方向外向きに弾性変形して、ステアリングシャフト２に対して必要とする予圧を与えることができる量に設定されている。この設定は、実験等により適宜に行うことができる。

外輪５１は、軸方向の両端部が、環状ケース４の環状段差面４４ｃに上記隙間Ｇの存在分、拘束されない自由状態で係止されている。外輪５１には、軸方向斜めにスリット５１ａが形成され、このスリット５１ａの対向隙間分だけ、弾性的に拡径および縮径が可能になっている。

針状ころ５２は、保持器５３とともにケージアンドローラを構成しているものであり、保持器５３の円周方向等間隔に形成されたポケット５３ａに個別に収納されて保持されており、ステアリングシャフト２の外周面と外輪５１の軸方向中央側の内周面とに圧接している。ステアリングシャフト２において針状ころ５２と圧接する外周面は、針状ころ５２の内輪軌道面を構成し、外輪５１において針状ころ５２が圧接する軸方向中央側内周面は、針状ころ５２の外輪軌道面を構成する。

針状ころ５２はまた、環状ケース４の第１の環状凹部４３ａに対して半径方向で対向しており、外輪５１が第１の環状凹部４３ａに入り込むまで弾性変形した際には、針状ころ５２が第１の環状凹部４３ａに入り込むことが可能になっている。

上記圧接のために、外輪５１の軸方向両側の端部の内径は、針状ころ５２の外接円直径よりも大きく、かつ、外輪５１の軸方向中央側の内径は、針状ころ５２の外接円直径よりも小さくなるように、上記した湾曲形状に成形されている。このように外輪５１の軸方向中央側を半径方向内向きの湾曲形状としたことにより、針状ころ５２は、外輪５１の軸方向中央側である軌道面に圧接した状態で転動することが可能となる。

図１に仮想線で示されている外輪５１は、ステアリングコラム１とステアリングシャフト２との間に組み込まれていない自由状態での外輪５１の形状を示しており、実線で示されている外輪５１は、ステアリングコラム１とステアリングシャフト２との間に組み込まれている状態での外輪５１の形状を示している。仮想線と実線とで示されている外輪５１の形状を比較して明らかであるように、外輪５１は、その軸方向両側の端部が環状ケース４における環状段差面４４ｃに係止されている状態では、針状ころ５２の圧接を受けて、ステアリングコラム１側方向、換言すれば、半径方向外向きに弾性変形されていることになる。

以上の構成を備えた実施の形態のステアリングコラム用軸受装置３においては、外輪５１が、針状ころ５２からの圧接によりステアリングシャフト２側に弾性復元する向きに弾性変形させられていることにより、ステアリングシャフト２に予圧を付与する形態となっている。

実施の形態のステアリングコラム用軸受装置３によると、環状ケース４の弾性変形によりステアリングシャフト２に予圧を与える構造ではなく、外輪５１における針状ころ５２の圧接による弾性変形により外輪５１がステアリングシャフト２に予圧を与える構造であるから、原価の高いゴム等の弾性材で環状ケース４を構成する必要がなくなり、また、原価の安い金属材もしくは樹脂材からなる弾性変形しにくい材料により外輪５１を構成するから、当該軸受装置３の製造コストを低減できる。

実施の形態のステアリングコラム用軸受装置３によると、外輪５１を針状ころ５２からの圧接によりステアリングシャフト２側に弾性復元する向きに弾性変形しているから、ステアリングシャフト２に常に所望状態に予圧を付与することができる。

実施の形態のステアリングコラム用軸受装置３によると、ステアリングシャフト２に予圧を付与するために環状ケース４の肉厚を厚くする必要はないから、環状ケース４の肉厚を薄肉にして、環状ケース４をステアリングコラム１とステアリングシャフト２との間の狭い隙間に容易に挿入させ易い構成にすることができる。同時に、実施の形態のステアリングコラム用軸受装置３によると、環状ケース４を薄肉に構成すると、ステアリングコラム１内に収納した後、環状ケース４とステアリングシャフト２との間にころ軸受５を収納するスペースを確保することが容易であり、従来のように、環状ケース４をステアリングコラム１内で押し広げる作業は全く必要としなくなり、かかる押し広げ作業に長い時間を費やす必要もない。

図３は、本発明の他の実施の形態に係るステアリングコラム用軸受装置３の断面図である。図３に示す実施の形態において、図１および図２に示す実施の形態と相違するのは、外輪５１が、針状ころ５２からの圧接を受けて弾性変形し得る平板状に成形されており、かつ、軸方向両側の端部それぞれが、環状ケース４の軸方向両側の環状段差面４４ｃそれぞれに係止されていることである。

図３に示す実施の形態では、針状ころ５２からの圧接に対して、外輪５１の肉厚をステアリングシャフト２に対する予圧に応じて厚薄に設定することで、外輪５１の肉厚の厚薄に対応した弾性変形に伴う弾性復元力により、ステアリングシャフト２に対する予圧量を設定可能としたことに特徴を備える。なお、外輪５１の材質の選択により、肉厚を厚薄に設定することなく、ステアリングシャフト２に対する予圧量の調整を行うことができる。
その他、本発明のステアリングコラム用軸受装置３は、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。例えば、図１に示す軸受装置３において、第１環状凹部４４ａの部分が中実となっていて凹部としては第２環状凹部４４ｂに相当する部分のみ備える構成でも良い。

本発明の実施の形態に係るステアリングコラム用軸受装置の断面図 図１のステアリングコラム用軸受装置を構成する針状ころ軸受の外輪の斜視図 本発明の他の実施の形態に係るステアリングコラム用軸受装置の断面図 自動車のステアリング装置の概略構成を示す図 図４のステアリング装置に組み込まれる従来のステアリングコラム用軸受装置の断面図

符号の説明

１ ステアリングコラム
２ ステアリングシャフト
３ ステアリングコラム用軸受装置
４ 環状ケース
５ 針状ころ軸受（転がり軸受）
５１ 外輪
５２ 針状ころ（転動体）

Claims (2)

1. ステアリングコラムの内周面に嵌合される環状ケースと、この環状ケースに収納されてステアリングコラムにステアリングシャフトを支持する転がり軸受とを備えたステアリングコラム用軸受装置であって、
   上記環状ケースは、金属材もしくは樹脂材で構成され、
   上記転がり軸受は、両端部が環状ケースに係止されて半径方向外向きに弾性変形可能に構成された外輪と、外輪の内周面とステアリングシャフトの外周面との間に圧入された複数の転動体としてのころとを備え、
   さらに、上記環状ケースは、ケース内面と軸方向両側のケース内側面とで囲まれて内部が径方向内側に開口した環状凹部を有し、上記軸方向両側それぞれのケース内側面の径方向途中部に段差面が設けられており、かつ、その環状凹部は、上記段差面よりも径方向外側に上記ころの長さより長く、上記外輪の軸方向長さよりも短い凹部幅を有する第１の環状凹部と、上記段差面よりも径方向内側に上記外輪の収納が可能な凹部幅を有する第２の環状凹部とを含み、
   上記外輪は、その軸方向両側の端部が、上記軸方向両側の段差面に係止され、その係止状態で、上記第２の環状凹部に収納されており、かつ、半径方向内向きに湾曲した形状に成形されており、かつ、上記ころにより押圧されて半径方向外向きに弾性変形されているとともにその弾性復元力により、該ころを介してステアリングシャフトに予圧を付与しており、
   上記ころは、上記第１の環状凹部と径方向で対向する位置で、上記外輪の内周面を半径方向外向きに押圧している、ことを特徴とするステアリングコラム用軸受装置。
2. 上記外輪は、ころの圧接を受けて弾性変形して弾性復元力を発現する肉厚に設定された平板状に成形されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリングコラム用軸受装置。

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