JP5626162B2

JP5626162B2 - テーパースナップリングの固定構造

Info

Publication number: JP5626162B2
Application number: JP2011186732A
Authority: JP
Inventors: 寿幸相澤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: JP2013050116A

Description

本発明はテーパースナップリングの固定構造、特に、ラックピニオン式ステアリング装置等の機械装置のピニオン軸に加わる負荷によって、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置からずれて、異音が生じることを防止するようにしたテーパースナップリングの固定構造に関する。

ラックピニオン式ステアリング装置は、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸が、ステアリングギヤのハウジングに往復移動可能に支持され、ステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン軸が、ステアリングギヤのハウジングに軸受を介して回転可能に軸支されている。

このようなラックピニオン式のステアリング装置は、ピニオン軸をハウジングに軸支する軸受に予圧を付与して、操舵時にピニオン軸に加わる負荷によって、ピニオン軸がラジアル方向やスラスト方向に動いて、異音が生じたり、操舵力が変動するのを防止している。

リングナットで軸受に予圧を付与すれば、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が大きくなるため好ましいが、リングナットを組み込むためのスペースが必要となるため、ステアリングギヤが大型化し、リングナットの予圧調整作業にも時間が掛かる問題がある。

テーパースナップリング（止め輪）で軸受に予圧を付与すれば、テーパースナップリングを組み込むためのスペースが小さくで済むため、ステアリングギヤを小型化でき、テーパースナップリングの組付け作業時間も短縮できる。しかし、テーパースナップリングで軸受に予圧を付与すると、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が小さくなってしまう。

その結果、操舵時にピニオン軸に加わる負荷によって、テーパースナップリングが軸方向に押し上げられ、ピニオン軸がスラスト方向に動いて、ピニオンとラック歯の噛み合い位置が適正位置からずれて、異音が生じたり、操舵力が変動してしまう。

特許文献１に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、テーパースナップリングの傾斜面側に複数の円錐状の突起を等間隔に形成している。また、ハウジング側の環状溝の傾斜面側に環状凹溝を形成している。これによって、テーパースナップリングに軸方向の外力が作用し、テーパースナップリングが所定量縮径すると、テーパースナップリングの突起が環状凹溝の内壁面に係合し、テーパースナップリングが所定量を超えて縮径することを防止し、テーパースナップリングの軸方向移動を規制している。しかし、特許文献１に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、テーパースナップリング及び環状溝の形状が複雑になるため、加工が難しく、製造コストが上昇する問題がある。

特開２０１０−０３８２５４号公報

本発明は、ピニオン軸等の被固定部材に加わる負荷をテーパースナップリングで支持するラックピニオン式ステアリング装置等の機械装置において、被固定部材に加わる負荷によって被固定部材が軸方向に移動し、異音が生じることを防止するとともに、加工が容易で製造コストの上昇を抑制することが可能なテーパースナップリングの固定構造を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、機械装置を構成する部材、上記機械装置を構成する部材に固定される被固定部材、上記被固定部材を上記機械装置を構成する部材に固定するテーパースナップリング、上記テーパースナップリングの側面に形成され上記被固定部材の側面に当接し被固定部材の側面に平行な平行側面、上記テーパースナップリングに上記平行側面に対向する側面に形成され、平行側面に対して外周側の厚さが減少する方向に傾斜した傾斜側面、上記機械装置を構成する部材に環状に形成され上記テーパースナップリングを係止する係止溝、上記係止溝の側面に上記被固定部材の側面側に形成され上記被固定部材の側面に平行な平行溝側面、上記係止溝に上記平行溝側面に対向する側面に形成され、平行溝側面に対して溝底側の溝幅が狭くなる方向に傾斜した傾斜溝側面を備え、上記傾斜側面の傾斜角度が上記傾斜溝側面の傾斜角度よりも大きく形成されることによって上記傾斜側面と上記傾斜溝側面との接触点が上記傾斜側面の内周側端部に位置していることを特徴とするテーパースナップリングの固定構造である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のテーパースナップリングの固定構造において、上記被固定部材の側面の角のＲ面取りの半径が０．５ミリ以下であることを特徴とするテーパースナップリングの固定構造である。

第３番目の発明は、第１番目から第２番目までのいずれかの発明のテーパースナップリングの固定構造において、上記機械装置を構成する部材がステアリング装置のハウジングまたは軸であることを特徴とするテーパースナップリングの固定構造である。

第４番目の発明は、第１番目から第２番目までのいずれかの発明のテーパースナップリングの固定構造において、上記係止溝に上記テーパースナップリングを係止して上記被固定部材を上記機械装置を構成する部材に固定した時に、上記テーパースナップリングの平行側面と上記係止溝の平行溝側面との間に隙間が形成されていることを特徴とするテーパースナップリングの固定構造である。

本発明のテーパースナップリングの固定構造は、テーパースナップリングの側面に形成され被固定部材の側面に当接し被固定部材の側面に平行な平行側面と、テーパースナップリングに平行側面に対向する側面に形成され、平行側面に対して外周側の厚さが減少する方向に傾斜した傾斜側面と、機械装置を構成する部材に環状に形成されテーパースナップリングを係止する係止溝と、係止溝の側面に被固定部材の側面側に形成され被固定部材の側面に平行な平行溝側面と、係止溝に平行溝側面に対向する側面に形成され、平行溝側面に対して溝底側の溝幅が狭くなる方向に傾斜した傾斜溝側面を備え、傾斜側面の傾斜角度が傾斜溝側面の傾斜角度よりも大きく形成されている。

従って、テーパースナップリングの傾斜側面と係止溝の傾斜溝側面との接触点（支点）が、傾斜側面の内周側に寄る。その結果、被固定部材にスラスト荷重が作用した時に、支点と作用点との間の距離が、従来の支点と作用点との間の距離よりも小さくなるため、テーパースナップリングに加わるモーメント荷重が小さくなり、被固定部材の移動が小さくなる。

本発明の実施例のテーパースナップリングの固定構造を有するステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。本発明の実施例のテーパースナップリングの固定構造を有するステアリングギヤのラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。図２のＰ部の拡大断面図であり、（ａ）は本発明の実施例のテーパースナップリングの固定構造を示すＰ部の拡大断面図、（ｂ）は従来のテーパースナップリングの固定構造を示すＰ部の拡大断面図である。本発明の実施例のテーパースナップリングから係止溝に作用するラジアル方向の力を示す説明図である。

図１は本発明の実施例のテーパースナップリングの固定構造を有する機械装置としてのステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置の全体斜視図である。図１に示すように、本発明の実施例のコラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減するために、コラム１０５の中間部に取付けたモータ１０２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１０６に伝達し、ピニオン軸１０７を介してラックピニオン式のステアリングギヤ１０３のラック軸を往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を操舵している。

図２は本発明の実施例のテーパースナップリングの固定構造を有するステアリングギヤのラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。図３は図２のＰ部の拡大断面図であり、図３（ａ）は本発明の実施例のテーパースナップリングの固定構造を示すＰ部の拡大断面図、図３（ｂ）は従来のテーパースナップリングの固定構造を示すＰ部の拡大断面図である。図４は本発明の実施例のテーパースナップリングから係止溝に作用するラジアル方向の力を示す説明図である。

本発明の実施例のテーパースナップリングの固定構造を有するステアリングギヤ１０３は、フロントサブフレーム等の図示しない車体フレームに取り付けられている。ステアリングギヤ１０３のハウジング（機械装置を構成する部材）２１には、図２の紙面に直交する車幅方向に摺動可能にラック軸３１が内嵌している。ラック軸３１の車幅方向の両端には図示しないボールジョイントソケットが各々ねじ込まれて取り付けられ、、ボールジョイントソケットに連結されたタイロッド（図１参照）１０４、１０４が、図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。

ピニオン軸１０７は、ピニオン４１の上部の軸部４２が、ボール軸受（被固定部材）５１によりハウジング２１にラジアル方向及びスラスト方向に軸支されている。ピニオン軸１０７の溝４３に装着してカシメられたカシメリング５２は、ボール軸受５１の内輪５１２を、ピニオン軸１０７の段差面４４との間で挟み込んでいる。

また、ボール軸受５１の外輪５１１は、ハウジング２１に形成された円形の内周面２２に内嵌され、この内周面２２の環状の係止溝２３に装着されたテーパースナップリング（止め輪）５３によって軸方向に押圧されて、ハウジング２１に固定されている。

また、ピニオン軸１０７は、ピニオン４１の下部の軸部４５が、ニードル軸受５４によりハウジング２１にラジアル方向にのみ軸支されている。ピニオン軸１０７の回転は、ピニオン４１を介してラック軸３１のラック歯３２に伝達され、ラック軸３１に連結された図１のタイロッド１０４、１０４を介して、舵輪の向きを変更する。

ハウジング２１には、断面円形のガイド孔２４が図２の左右方向に形成され、このガイド孔２４に円柱状のホルダ６１が図２の左右方向に摺動可能に内嵌している。ホルダ６１には、円柱状の軸体６２に、ニードルころ軸受６３によってローラ６４が回転可能に軸支されている。ローラ６４にはラック軸３１の凸円弧状の外周面３３の曲率とほぼ同一曲率の凹円弧状面６５が形成され、この凹円弧状面６５がラック軸３１の外周面３３に接触して、ラック軸３１の外周面３３にローラ６４を押し付けている。

ホルダ６１は図示しないバネを介してローラ６４をラック軸３１側に押しつけ、ラック軸３１の外周面３３にローラ６４を押し付けている。これにより、ピニオン４１とラック軸３１との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック軸３１が円滑に移動するようにしている。

図３は図２のＰ部の拡大断面図であり、図３（ａ）は、係止溝２３にテーパースナップリング５３を係止して、ボール軸受５１の外輪５１１をハウジング２１の内周面２２に固定した状態を示す拡大断面図である。図３（ａ）に示すように、テーパースナップリング５３には、外輪５１１の側面５１３側に、側面５１３に対して平行な平行側面５３１が形成され、平行側面５３１に対向する側には、平行側面５３１に対して外周側の厚さが減少する方向に傾斜した傾斜側面５３２が形成されている。

係止溝２３には、外輪５１１の側面５１３側に、側面５１３に対して平行な平行溝側面２３１が形成され、平行溝側面２３１に対向する側には、平行溝側面２３１に対して溝底側の溝幅が狭くなる方向に傾斜した傾斜溝側面２３２が形成されている。テーパースナップリング５３の傾斜側面５３２の傾斜角度α１は、係止溝２３の傾斜溝側面２３２の傾斜角度β１よりも大きく形成されている。すなわち、傾斜角度α１が傾斜角度β１よりも大きいと、テーパースナップリング５３の傾斜側面５３２と係止溝２３の傾斜溝側面２３２との接触点（支点）５５１が、傾斜側面５３２の内周側に寄る。

図３（ｂ）に従来のテーパースナップリングの固定構造を示す。図３（ｂ）に示すように、従来のテーパースナップリング５３の傾斜側面５３２の傾斜角度α２は、係止溝２３の傾斜溝側面２３２の傾斜角度β２よりも小さく形成されている。すなわち、傾斜角度α２が傾斜角度β２よりも小さいと、テーパースナップリング５３の傾斜側面５３２と係止溝２３の傾斜溝側面２３２との接触点（支点）５５２が、傾斜側面５３２の外周側に寄る。

また、図３（ａ）、（ｂ）に示す、テーパースナップリング５３の平行側面５３１と外輪５１１の側面５１３との接触点（作用点）５６１と５６２は、側面５１３の角のＲ面取りの半径Ｒ１とＲ２が同一であれば同一位置になる。従って、本発明の実施例の支点５５１と作用点５６１との間の距離Ｌ１は、従来の支点５５２と作用点５６２との間の距離Ｌ２よりも小さくなる。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、走行時に車輪からラック軸３１を介してピニオン軸１０７に作用する大きなスラスト力によって、ボール軸受５１にスラスト荷重Ｐが作用すると、テーパースナップリング５３にモーメント荷重が作用する。

しかし、本発明の実施例の支点５５１と作用点５６１との間の距離Ｌ１は、従来の支点５５２と作用点５６２との間の距離Ｌ２よりも小さいため、テーパースナップリング５３に加わるモーメント荷重が小さくなり、ボール軸受５１の移動が抑制される。その結果、ピニオン４１とラック歯３２の噛み合い位置が適正位置に維持されるため、異音が生じたり、操舵力が変動することを阻止することができる。

また、テーパースナップリング５３の傾斜側面５３２の傾斜角度α１を、係止溝２３の傾斜溝側面２３２の傾斜角度β１よりも大きく形成するだけで済むため、加工が容易で、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。側面５１３の角のＲ面取りの半径Ｒ１を小さく（例えば０．５ミリ以下）形成すれば、作用点５６１が側面５１３の外周側に寄り、支点５５１と作用点５６１との間の距離Ｌ１を更に小さくすることができるため、好ましい。

また、図３（ａ）に示すように本発明の実施例では、外輪５１１の側面５１３が係止溝２３の平行溝側面２３１よりもγ１（０．１ミリ以下）だけ突出するように係止溝２３を加工している。従って、ボール軸受５１の外輪５１１をハウジング２１の内周面２２に挿入し、係止溝２３にテーパースナップリング５３を係止すると、テーパースナップリング５３の平行側面５３１と係止溝２３の平行溝側面２３１との間に隙間γ１（０．１ミリ以下）が形成される。

従って、テーパースナップリング５３は係止溝２３の溝底まで入り込まず、テーパースナップリング５３が係止溝２３に入り込む量γ２が小さくなる。図４に示すように、テーパースナップリング５３の自由状態（破線）の外径寸法をＤ１、テーパースナップリング５３が係止溝２３に入り込んで係止された時（実線）の外径寸法をＤ２とする。上記したように、テーパースナップリング５３が係止溝２３に入り込む量γ２が小さいと、Ｄ１とＤ２の差が大きくなり、テーパースナップリング５３が係止溝２３をラジアル方向に押す力が大きくなる。

その結果、環状溝２３にテーパースナップリング５３が入り込んだ時の楔作用が大きくなり、ボール軸受５１に作用する大きなスラスト荷重をテーパースナップリング５３が支持することが可能となる。

上記実施例では、ハウジング（機械装置を構成する部材）２１の内周面２２に被固定部材としてのボール軸受５１を固定するテーパースナップリング５３に適用した例について説明したが、軸（機械装置を構成する部材）の外周面に被固定部材を固定するテーパースナップリングに適用してもよい。

また、上記実施例では、コラムアシスト型ラック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ピニオン式ステアリング装置に適用してもよい。

１０１ステアリングホイール
１０２モータ
１０３ステアリングギヤ
１０４タイロッド
１０５コラム
１０６中間シャフト
１０７ピニオン軸
２１ハウジング
２２内周面
２３係止溝
２３１平行溝側面
２３２傾斜溝側面
２４ガイド孔
３１ラック軸
３２ラック歯
３３外周面
４１ピニオン
４２軸部
４３溝
４４段差面
４５軸部
５１ボール軸受（被固定部材）
５１１外輪
５１２内輪
５１３側面
５２カシメリング
５３テーパースナップリング（止め輪）
５３１平行側面
５３２傾斜側面
５４ニードル軸受
５５１接触点（支点）
５５２接触点（支点）
５６１接触点（作用点）
５６２接触点（作用点）
６１ホルダ
６２軸体
６３ニードルころ軸受
６４ローラ
６５凹円弧状面

Claims

機械装置を構成する部材、
上記機械装置を構成する部材に固定される被固定部材、
上記被固定部材を上記機械装置を構成する部材に固定するテーパースナップリング、
上記テーパースナップリングの側面に形成され上記被固定部材の側面に当接し被固定部材の側面に平行な平行側面、
上記テーパースナップリングに上記平行側面に対向する側面に形成され、平行側面に対して外周側の厚さが減少する方向に傾斜した傾斜側面、
上記機械装置を構成する部材に環状に形成され上記テーパースナップリングを係止する係止溝、
上記係止溝の側面に上記被固定部材の側面側に形成され上記被固定部材の側面に平行な平行溝側面、
上記係止溝に上記平行溝側面に対向する側面に形成され、平行溝側面に対して溝底側の溝幅が狭くなる方向に傾斜した傾斜溝側面を備え、
上記傾斜側面の傾斜角度が上記傾斜溝側面の傾斜角度よりも大きく形成されることによって上記傾斜側面と上記傾斜溝側面との接触点が上記傾斜側面の内周側端部に位置していること
を特徴とするテーパースナップリングの固定構造。
請求項１に記載されたテーパースナップリングの固定構造において、
上記被固定部材の側面の角のＲ面取りの半径が０．５ミリ以下であること
を特徴とするテーパースナップリングの固定構造。
請求項１から請求項２までのいずれかに記載されたテーパースナップリングの固定構造において、
上記機械装置を構成する部材がステアリング装置のハウジングまたは軸であること
を特徴とするテーパースナップリングの固定構造。
請求項１から請求項２までのいずれかに記載されたテーパースナップリングの固定構造において、
上記係止溝に上記テーパースナップリングを係止して上記被固定部材を上記機械装置を構成する部材に固定した時に、上記テーパースナップリングの平行側面と上記係止溝の平行溝側面との間に隙間が形成されていること
を特徴とするテーパースナップリングの固定構造。