JP5196267B2 - ステアリングコラム用軸受 - 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られるステアリングコラム用軸受に関する。

自動車のステアリング装置では、ステアリングシャフトが、ステアリングコラムに、ステアリングコラム用軸受を介して回転自在に支持されている。
図５は、従来のステアリングコラム用軸受１０１の要部断面図である。
ステアリングコラム用軸受１０１は、ステアリングコラム１０６の筒体としての円筒１０８に内嵌されて固定された外輪１０９と、ステアリングシャフト１０３に外嵌された内輪１１０と、外輪１０９と内輪１１０との間に介在された複数のボール（転動体）１１１とを備えている。この複数のボール１１１の両側方には、内輪１１０および外輪１０９間を封止する円環状のばね付きシール部材１１２が配置されている。

このばね付きシール部材１１２は、内輪１１０の外周を取り囲むように配置された金属製の円環体１１５と、円環体１１５に一体成形された円環状のシール１１３とを備えている。シール１１３は、内周面に接触するリップ部１１６を有し、ゴム材料を用いて形成されている。このリップ部１１６の外周にリング状のばね部材１１４が外嵌されている。ばね部材１１４は、シール１１３を径方向の内方に向けて弾性的に付勢する。そのため、シール１１３が内輪１１０の内周面に広面積で摺接しつつ、その内輪１１０に押し付けられる。その結果、内輪１１０と摩擦シール１１３との間に摩擦力が発生する。

その他、ステアリングの回転トルクを上昇させるために、ステアリングシャフトに固定された固定部材に対し、回転部材を軸方向に向けて弾性的に押し付ける構成（たとえば特許文献１参照）や、ステアリングコラムの筒体に内嵌されたアウタリングに対して軸受の外輪（インナリング）を摺動させる球面すべり軸受構造（たとえば特許文献２参照）が採用されることもあるが、通例、前記のばね付きシール部材１１２を設けた構成が採用されている。

特開２００６−１６１９８３号公報 特開２００６−３３６６８３号公報

ところが、内輪と外輪との間にばね付きシール部材を配置する構成では、起動時におけるシールと内輪との間の摩擦力が著しく大きくなるおそれがある。そればかりか、ゴム製のシールが内輪に固着した場合は、シールと内輪との間の起動時における摩擦力がより一層大きくなるおそれもある。したがって、パワーステアリング装置からのアシストが入るまでの間、起動時における回転トルクが著しく増大するという問題が生じる。

そこで、この発明は、安定した大きさの回転トルクを発生させることができるとともに、起動時における回転トルクの増大を抑制することができるステアリングコラム用軸受を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ステアリングコラム（６）の筒体（８）に内嵌されて固定された外輪（９）と、前記筒体に挿通されるステアリングシャフト（３）に外嵌されて固定された内輪（１０）と、前記内輪および前記外輪の間に介在する複数の転動体（１１）とを備えるステアリングコラム用軸受（７ａ，７ｂ）であって、前記内輪に外嵌された円環状の摩擦リング（１４）と、一端（１５ａ）および他端（１５ｂ）が前記外輪に固定され、中心軸線（Ｃ１）が前記ステアリングシャフトの回転軸線（Ｒ）からずれた姿勢で前記摩擦リングの外周を取り囲むコイルばね（１５）とを含み、前記コイルばねの途中部が、前記摩擦リングの外面（１６）に接して、当該摩擦リングを前記内輪に向けて弾力付勢することを特徴とする、ステアリングコラム用軸受である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、中心軸線がステアリングシャフトの回転軸線からずれた姿勢で、コイルばねが摩擦リングの外周を取り囲んでいる。そして、コイルばねの途中部の一部が摩擦リングの外面に接して、コイルばねが摩擦リングを内輪に向けて弾力付勢する。そのため、摩擦リングが内輪の外面に押し付けられて、内輪と摩擦リングとの間に摩擦力が発生する。これにより、ステアリングコラム用軸受に安定した大きさの回転トルクを発生させることができる。

また、摩擦リングの材料を適宜選択することにより、摩擦リングの内面と内輪の外面との間に起動時に生じる摩擦力を比較的小さくすることが可能である。したがって、起動時における回転トルクの増大を抑制することができる。
さらに、コイルばねが摩擦リングを内輪に向けて弾力付勢しているので、摩擦リングの内面と内輪の外面との接触により摩擦リングが磨耗した場合であっても、当該摩擦リングの内輪への押し付け状態を維持することができる。これにより、ステアリングコラム用軸受において安定的な大きさの回転トルクを長期間にわたって保つことができる。

前記コイルばねが、非拘束状態から縮径方向または拡径方向にねじられた姿勢で前記外輪に固定されていてもよい。この場合、コイルばねから摩擦リングに付与されるばね力が大きくなる。したがって、コイルばねのねじり量を変えることにより、ステアリングコラム用軸受に発生する回転トルクの大きさを調節することができる。
前記の目的を達成するための請求項２記載の発明は、ステアリングコラム（６）の筒体（８）に内嵌されて固定された外輪（９）と、前記筒体に挿通されるステアリングシャフト（３）に外嵌されて固定された内輪（１０）と、前記内輪および前記外輪の間に介在する複数の転動体（１１）とを備えるステアリングコラム用軸受（２０）であって、前記外輪に内嵌された円環状の摩擦リング（２４）と、一端（２５ａ）および他端（２５ｂ）が前記内輪に固定され、中心軸線（Ｃ２）が前記ステアリングシャフトの回転軸線（Ｒ）からずれた姿勢で前記摩擦リングの内周に取り囲まれたコイルばね（２５）とを含み、前記コイルばねの途中部が、前記摩擦リングの内面（２６）に接して、当該摩擦リングを前記外輪に向けて弾力付勢することを特徴とする、ステアリングコラム用軸受である。

この構成によれば、中心軸線がステアリングシャフトの回転軸線からずれた姿勢で、コイルばねが摩擦リングの内周に取り囲まれている。そして、コイルばねの途中部が摩擦リングの外周に接して、コイルばねが摩擦リングを外輪に向けて弾力付勢している。そのため、摩擦リングが外輪の内面に押し付けられて、外輪と摩擦リングとの間に摩擦力が発生する。したがって、ステアリングコラム用軸受に安定した大きさの回転トルクを発生させることができる。

また、摩擦リングの材料を適宜選択することにより、摩擦リングの外面と外輪の内面との間に起動時に生じる摩擦力を比較的小さくすることが可能である。したがって、起動時における回転トルクの増大を抑制することができる。
さらに、摩擦リングが外輪の内面と接触する。外輪の内面は、内輪の外面と比較して、その表面積が大きい。したがって、摩擦リングと外輪の内面とを広面積で接触させることができる。

さらに、コイルばねが摩擦リングを外輪に向けて弾力付勢しているので、摩擦リングの外面と外輪の内面との接触により摩擦リングが磨耗した場合であっても、当該摩擦リングの外輪への押し付け状態を維持することができる。これにより、ステアリングコラム用軸受において安定的な大きさの回転トルクを長期間にわたって保つことができる。
前記コイルばねが、非拘束状態から縮径方向または拡径方向にねじられた姿勢で前記内輪に固定されていてもよい。この場合、コイルばねから摩擦リングに付与されるばね力が大きくなる。したがって、コイルばねのねじり量を変えることにより、ステアリングコラム用軸受に発生する回転トルクの大きさを調節することができる。

前記摩擦リングが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい（請求項３）。
この場合、起動時における回転トルクの増大を抑制することができる。
樹脂材料が、静摩擦係数と動摩擦係数との差が比較的小さいものであることが好ましい。この樹脂材料として、たとえば、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などのフッ素系樹脂や、ＰＯＭ（Polyacetal）、ＰＡ（Polyamide）、ＰＣ（Polycarbonate）などを例示することができる。この場合、摺動時において摩擦リングおよび内輪（または外輪）の間に生じる摩擦力（動摩擦力）を、安定な回転トルクを得るのに十分な大きさとしても、起動時において摩擦リングおよび内輪（または外輪）の間に生じる摩擦力（静摩擦力）を十分に抑制した大きさとすることができる。これにより、起動時における回転トルクの増大を抑制しつつ、摺動時に安定した大きさの回転トルクを生起させることができる。

本発明の一実施形態にかかるステアリングコラム用軸受が搭載されたステアリング装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す切断面線II‐IIから見た断面図である。 図２に示す切断面線III‐IIIから見た断面図である。 本発明の他の実施形態にかかるステアリングコラム用軸受の要部断面図である。 従来のステアリングコラム用軸受の要部断面図である。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるステアリングコラム用軸受７ａ，７ｂが搭載されたステアリング装置１の概略構成を示す斜視図である。
ステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵輪（図示せず）を転舵する転舵機構（図示せず）とを備えている。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト３および中間軸４を介して転舵機構に伝達される。ステアリングシャフト３および中間軸４は自在継手５を介して接続されている。

また、ステアリング装置１は、ステアリングシャフト３が挿通されて、車体に固定された円筒状のステアリングコラム６と、ステアリングシャフト３をステアリングコラム６に支持する一対のステアリングコラム用軸受７ａ，７ｂ（図１ではハッチングを付して図示）とを備えている。ステアリングコラム用軸受７ａ，７ｂは互いに共通の構成であるので、ステアリングコラム用軸受７ａ，７ｂの構成を、ステアリングコラム用軸受７ａを例に挙げて説明する。

図２は、図１に示す切断面線II‐IIから見た断面図である。
ステアリングコラム用軸受７ａは、ステアリングコラム６の円筒８に内嵌されて固定された外輪９と、ステアリングシャフト３に外嵌された内輪１０と、外輪９と内輪１０との間に介在された複数のボール（転動体）１１と、これら複数のボール１１を保持する保持器（図示しない）とを備えている。外輪９および内輪１０は、炭素鋼などの金属材料を用いて形成されている。ステアリングコラム用軸受７ａに安定した大きさの回転トルクを発生させるために、外輪９と内輪１０との間には、ボール１１の両側方に、当該内輪１０との間で摩擦力を発生させるための一対の摩擦機構１２，１３がそれぞれ配置されている。摩擦機構１２，１３は互いに共通の構成であるので、摩擦機構１２，１３の構成を、摩擦機構１２を例に挙げて説明する。

図３は、図２に示す切断面線III‐IIIから見た断面図である。以下、図２および図３を参照して摩擦機構１２の構成について説明する。
摩擦機構１２は、内輪１０に外嵌された摩擦リング１４と、外輪９と内輪１０との間に摩擦リング１４の外周を取り囲むように介装された円形のコイルばね１５とを備えている。

摩擦リング１４は、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などの樹脂材料を用いて形成され、円筒形状をなしている。摩擦リング１４の内径は、内輪１０の外径よりもやや大径に設定されている。そのため、摩擦リング１４は内輪１０にすきま嵌めにより外嵌されている。
コイルばね１５は、たとえば２巻きのものであり、一端１５ａおよび他端１５ｂの双方が外輪９の内周面に固定されている。このコイルばね１５は、非拘束状態から縮径方向にねじられた姿勢で外輪９に固定されている。非拘束状態におけるコイルばね１５の直径は、内輪１０の外径よりも大きい。そして、コイルばね１５が、非拘束状態から縮径方向にねじられた姿勢で内輪１０に固定されている。この縮径状態においても、コイルばね１５の直径は、内輪１０の外径よりも大きい。

コイルばね１５の中心軸線Ｃ１がステアリングシャフト３の回転軸線Ｒから所定の方向（図２および図３で示す下方）にずれて、コイルばね１５の途中部の一部（図２および図３に示す上部分）が、摩擦リング１４の外周面１６に接触するように介装されている。このため、コイルばね１５が、摩擦リング１４を径方向の内方に向けて弾力付勢している。
コイルばね１５が、非拘束状態から縮径方向にねじられた姿勢で外輪９に固定されているので、コイルばね１５から摩擦リング１４に付与されるばね力が大きい。コイルばね１５のねじり量、コイルばね１５の非拘束状態における直径、コイルばね１５の材質（どの種類のばね鋼か）および摩擦リング１４の軸方向の幅は、ステアリングコラム用軸受７ａに求められる回転トルクの大きさに応じて適宜設定されている。

以上によりこの実施形態によれば、中心軸線Ｃ１がステアリングシャフト３の回転軸線Ｒからずれた姿勢で、コイルばね１５が摩擦リング１４の外周を取り囲んでいる。そして、コイルばね１５の途中部の一部が摩擦リング１４の外周面１６に接して、コイルばね１５が摩擦リング１４を内輪１０に向けて弾力付勢する。そのため、内輪１０に摺接する摩擦リング１４が内輪１０の外周面に押し付けられる。その結果、内輪１０と摩擦リング１４との間に摩擦力が発生する。これにより、ステアリングコラム用軸受７ａ，７ｂに安定した大きさの回転トルクを発生させることができる。

また、摩擦リング１４が、フッ素系樹脂材料を用いて形成されている。フッ素系樹脂材料は、静摩擦係数と動摩擦係数との差が比較的小さい。したがって、摩擦リング１４および内輪１０の間に摺動時に生じる摩擦力（動摩擦力）を、安定な回転トルクを得るのに十分な大きさとしても、摩擦リング１４および内輪１０の間に起動時に生じる摩擦力（静摩擦力）を十分に抑制した大きさとすることができる。これにより、起動時における回転トルクの増大を抑制しつつ、摺動時に安定した大きさの回転トルクを生起させることができる。

さらに、コイルばね１５が摩擦リング１４を内輪１０に向けて弾力付勢しているので、摩擦リング１４の内周面と内輪１０の外周面との接触により摩擦リング１４が磨耗した場合であっても、当該摩擦リング１４の内輪１０への押し付け状態を維持することができる。これにより、ステアリングコラム用軸受７ａ，７ｂにおいて安定的な大きさの回転トルクを長期間にわたって保つことができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
図４は、本発明の他の実施形態にかかるステアリングコラム用軸受２０の要部断面図である。
この実施形態において、図１〜図３に示す実施形態に示された各部に対応する部分には、図１〜図３と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。

この図４に示すステアリングコラム用軸受２０が図１〜図３に示すステアリングコラム用軸受７ａと相違する点は、内輪１０との間で摩擦力を発生させる摩擦機構１２，１３に代えて、外輪９との間で摩擦力を発生させる摩擦機構２１を採用した点にある。
摩擦機構２１は、外輪９に外嵌された摩擦リング２４と、外輪９と内輪１０との間に摩擦リング２４の内周に取り囲まれるように介装された円形のコイルばね２５とを備えている。

摩擦リング２４は、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などの樹脂材料を用いて形成され、円筒形状をなしている。摩擦リング２４の外径は、外輪９の内径よりもやや小径に設定されている。そのため、摩擦リング２４は外輪９にすきま嵌めにより内嵌されている。
コイルばね２５は、たとえば２巻きのものであり、一端２５ａおよび他端２５ｂの双方が内輪１０の外周面に固定されている。コイルばね２５は、非拘束状態から縮径方向にねじられた姿勢で、外輪９に固定されている。非拘束状態におけるコイルばね２５の直径は、外輪９の内径よりもやや小径である。そして、コイルばね２５が、非拘束状態から縮径方向にねじられた姿勢で外輪９に固定されている。当然のことながら、この縮径状態においても、コイルばね２５の直径は、外輪９の内径よりも小径である。

コイルばね２５の中心軸線Ｃ２がステアリングシャフト３の回転軸線Ｒから所定の方向（図４に示す下方）にずれて、コイルばね２５の途中部の一部（図４に示す上部分）が、摩擦リング２４の内周面２６に接触するように介装されている。このため、コイルばね２５が、摩擦リング２４を径方向の内方に向けて弾力付勢している。
コイルばね２５が、非拘束状態から縮径方向にねじられた姿勢で内輪１０に固定されているので、コイルばね２５から摩擦リング２４に付与されるばね力が大きい。

コイルばね２５のねじり量、コイルばね２５の非拘束状態における直径、コイルばね２５の材質（どの種類のばね鋼か）および摩擦リング２４の軸方向の幅は、ステアリングコラム用軸受２０に求められる回転トルクの大きさに応じて適宜設定されている。
以上によりこの図４に示す実施形態によれば、中心軸線Ｃ２がステアリングシャフト３の回転軸線Ｒからずれた姿勢で、コイルばね２５が摩擦リング２４の内周に取り囲まれている。そして、コイルばね２５の途中部の一部が摩擦リング２４の内周面２６に接して、コイルばね２５が摩擦リング２４を外輪９に向けて弾力付勢する。そのため、外輪９に摺接する摩擦リング２４が外輪９の内周面に押し付けられる。その結果、外輪９と摩擦リング２４との間に摩擦力が発生する。これにより、ステアリングコラム用軸受２０に安定した大きさの回転トルクを発生させることができる。

また、摩擦リング１４が、フッ素系樹脂材料を用いて形成されている。フッ素系樹脂材料は、静摩擦係数と動摩擦係数との差が比較的小さい。したがって、摩擦リング１４および外輪９の間に摺動時に生じる摩擦力（動摩擦力）を、安定な回転トルクを得るのに十分な大きさとしても、摩擦リング１４および外輪９の間に起動時に生じる摩擦力（静摩擦力）を十分に抑制した大きさとすることができる。これにより、起動時における回転トルクの増大を抑制しつつ、摺動時に安定した大きさの回転トルクを生起させることができる。

さらに、コイルばね２５が摩擦リング２４を外輪９に向けて弾力付勢しているので、摩擦リング２４の外周面と外輪９の内周面との接触により摩擦リング２４が磨耗した場合であっても、当該摩擦リング２４の外輪９への押し付け状態を維持することができる。これにより、ステアリングコラム用軸受２０において安定的な大きさの回転トルクを長期間にわたって保つことができる。

以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
前述の各実施形態では、コイルばね１５，２５が、２巻きのものであるとして説明したが、１巻きのもの（円形ばね）であってもよいし、３巻き以上のものであってもよい。
また、コイルばね１５，２５が、非拘束状態から縮径方向にねじられた姿勢で内輪１０または外輪９に固定されているとして説明したが、非拘束状態から拡径方向にねじられた姿勢で内輪１０または外輪９に固定されていてもよい。また、コイルばね１５，２５が、非拘束状態のまま、内輪１０または外輪９に固定されていてもよい。

また、前述の各実施形態では、摩擦リング１４，２４４がフッ素樹脂材料を用いて形成されているとして説明したが、ＰＯＭ（Polyacetal）やＰＡ（Polyamide）、ＰＣ（Polycarbonate）などの樹脂材料を用いて形成されていてもよい。
また、内輪１０と接触する摩擦リング１４の内周面や、外輪９と接触する摩擦リング２４の内周面に、これらの樹脂材料を用いてコーティングが施された構成であってもよい。

また、前述の各実施形態では、摩擦機構１２，１３，２１がボール１１の両側方に配置されているとして説明したが、ボール１１の一側方のみに配置されるものであってもよい。
また、内輪１０の外周および／または外輪９の内周に、摩擦機構１２，１３，２１を受けるための段部が形成されていてもよい。

また、前述の各実施形態にかかるステアリングコラム用軸受７ａ，７ｂ，２０は、操舵部材と転舵機構との機械的な連結を解除可能なステアバイワイヤ式のステアリング装置に適用することもできる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

３…ステアリングシャフト、６…ステアリングコラム、７ａ，７ｂ…ステアリングコラム用軸受、８…円筒（筒体）、９…外輪、１０…内輪、１１…ボール（転動体）、１４…摩擦リング、１５…コイルばね、１５ａ…一端、１５ｂ…他端、１６…外周面（外面）、２０…ステアリングコラム用軸受、２４…摩擦リング、２５…コイルばね、２５ａ…一端、２５ｂ…他端、２６…内周面（内面）、Ｃ１，Ｃ２…中心軸線、Ｒ…回転軸線

Claims (3)

1. ステアリングコラムの筒体に内嵌されて固定された外輪と、前記筒体に挿通されるステアリングシャフトに外嵌されて固定された内輪と、前記内輪および前記外輪の間に介在する複数の転動体とを備えるステアリングコラム用軸受であって、
   前記内輪に外嵌された円環状の摩擦リングと、
   一端および他端が前記外輪に固定され、中心軸線が前記ステアリングシャフトの回転軸線からずれた姿勢で前記摩擦リングの外周を取り囲むコイルばねとを含み、
   前記コイルばねの途中部が、前記摩擦リングの外面に接して、当該摩擦リングを前記内輪に向けて弾力付勢することを特徴とする、ステアリングコラム用軸受。
2. ステアリングコラムの筒体に内嵌されて固定された外輪と、前記筒体に挿通されるステアリングシャフトに外嵌されて固定された内輪と、前記内輪および前記外輪の間に介在する複数の転動体とを備えるステアリングコラム用軸受であって、
   前記外輪に内嵌された円環状の摩擦リングと、
   一端および他端が前記内輪に固定され、中心軸線が前記ステアリングシャフトの回転軸線からずれた姿勢で前記摩擦リングの内周に取り囲まれたコイルばねとを含み、
   前記コイルばねの途中部が、前記摩擦リングの内面に接して、当該摩擦リングを前記外輪に向けて弾力付勢することを特徴とする、ステアリングコラム用軸受。
3. 前記摩擦リングが、樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のステアリングコラム用軸受。

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