JP6187215B2

JP6187215B2 - テーパスナップリング

Info

Publication number: JP6187215B2
Application number: JP2013253896A
Authority: JP
Inventors: 裕史服部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: JP2015113849A

Description

本発明は、テーパスナップリングに関し、例えば、ラックアンドピニオン式ステアリング装置におけるピニオン軸を回転自在に支持する軸受をハウジングに固定するのに好適なテーパスナップリングに関する。

従来、スナップリングは、軸やハウジングに対して軸受等の被固定部材を軸方向に固定する固定具として多用されており、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸を支持する軸受の固定にも使用されている。しかしながら、スナップリングを固定する際、肉厚が一定のスナップリングを溝幅が一定の溝に挿入すると、各部材寸法の製造上のバラツキによりピニオン軸の軸方向に隙間が生じることがある。ラックアンドピニオン式ステアリング装置では、この隙間が異音発生の原因となる。

このような軸方向の隙間を吸収するためのスナップリングとして、軸またはハウジングとの接触面を傾斜させたテーパスナップリングが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のテーパスナップリングでは、側面の一部を傾斜面にして軸断面をくさび形とすることで、隙間の発生を防止している。なお、軸断面をくさび形とすると、軸方向に大きなスラスト荷重が作用したとき、傾斜面によって径方向の分力が生じ、この分力の影響によりテーパスナップリングが縮径されハウジングから脱落する可能性がある。これを防ぐため、本特許文献１に記載のテーパスナップリングでは、傾斜面の傾斜角を、テーパスナップリングと溝側の側面との接触静摩擦角より十分小さい角としている。

また、テーパスナップリングが脱落するのを防止するため、テーパスナップリングに作用するモーメント荷重を低減させる構造も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図６は、特許文献２に記載のテーパスナップリング１１０を示したものである。軸受外輪４２をテーパスナップリング１１０を用いて、ハウジング１３２に取付ける場合、軸受外輪４２端面に面取りがされている為に、軸受外輪４２からテーパスナップリング１１０に作用する力Ｐの作用点Ｙと、テーパスナップリング１１０を支持するハウジング１３２の内周部Ｘとが、距離Ｌ１だけ離れていることによりモーメント荷重が発生する。このモーメント荷重の大きさを低減させる為、テーパスナップリング１１０の傾斜面１６６の傾斜角αが環状係止溝１４５の傾斜面１４７の傾斜角βよりも大きくされている（α＞β）。

かかる構成とすることで、この逆の、テーパスナップリングの傾斜面の傾斜角αが溝の傾斜角βよりも小さい（α＜β）場合よりも、Ｌ１を小さくでき、結果としてモーメント荷重を小さく抑えることが出来る。これにより、モーメント荷重が作用してテーパスナップリング１１０が傾いてしまい、ハウジング１３２に形成された環状係止溝１４５から抜け出るのを防止できる。

特開平７−２１７６２４号公報特開２０１３−１３０２７６号公報

ところで、特許文献１のようなテーパスナップリングでは、傾斜面の角度を小さくすると、軸方向の隙間を防止するための位置調整機能が低下するという問題が生じる。また、特許文献２においても、モーメント荷重を小さく抑えることが出来るが、軸受端面に面取りがされている為に、モーメント荷重の発生自体を防止することは難しい。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向の隙間を吸収することができ、かつ、たとえ軸方向に大きなスラスト荷重が負荷されテーパスナップリングにモーメント荷重が発生したとしても、溝からの脱落を防止することができるテーパスナップリングを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
ハウジングの内周面に形成した環状係止溝と係合することで、被固定部材をハウジングに対して固定する為のテーパスナップリングであって、
一側面に軸線に直角な第１平面を有し、他側面に前記ハウジングの環状係止溝と係合するための、外径側の板厚が減少した第１テーパ面を有する第１のテーパスナップリングと、
一側面に前記第１平面と面接触する第２平面を有し、他側面に前記被固定部材と係合するための、内径側の板厚が減少した第２テーパ面を有する第２のテーパスナップリングと、
を備えたテーパスナップリング。

本発明のテーパスナップリングによれば、被固定部材から第２のテーパスナップリングに軸線方向に力が作用したときに、第２のテーパスナップリングは、第２テーパ面が被固定部材と、外周がハウジングの環状係止溝と、第２平面が第１のテーパスナップリングとそれぞれ当接状態となり、その動きが拘束される。これにより、この第２のテーパスナップリングと接している第１のテーパスナップリングも作動を制約され、一体としてのテーパスナップリングの傾斜を抑制できる。また、第１のテーパスナップリングの第１平面と第２のテーパスナップリングの第２平面とは互いに摩擦接触していることで、摩擦抵抗が第１のテーパスナップリングが径方向に縮径するのを防止し、テーパスナップリングを抜けにくくする。

本発明に係るテーパスナップリングが適用されたラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。ラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸をハウジングに固定するテーパスナップリングの固定構造の断面図である。図２の円Ｄで囲む部分の拡大図である。（ａ）は第１のテーパスナップリングの平面図、（ｂ）はＡ‐Ａ線断面図である。（ａ）は第２のテーパスナップリングの平面図、（ｂ）はＢ‐Ｂ線断面図である。従来例のテーパスナップリングを説明するための図である。

以下、本発明に係るテーパスナップリングの固定構造の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係るテーパスナップリング１０がピニオン軸２５の固定に適用されたコラムアシスト型ラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図、図２はピニオン軸２５をハウジングに固定するテーパスナップリング１０の固定構造の断面図である。

図１に示すように、本実施形態のコラムアシスト型ラックアンドピニオン式ステアリング装置２０は、ステアリングホイール２１の操作力を軽減するために、ステアリングコラム２２の中間部に取り付けたモータ２３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２４に伝達し、ピニオン軸２５を介してラックアンドピニオン式のステアリングギヤ２６のラック軸３０（図２参照）を往復移動させ、タイロッド２７を介して舵輪を操舵している。

図２に示すように、ラックアンドピニオン式ステアリング装置２０は、ステアリング操作により回転する不図示のステアリングシャフトに連結されたピニオン軸２５と、ピニオン軸２５のピニオンギヤ２８にラック歯３１が噛合するラック軸３０とを備え、ハウジング３２内に収納されている。ピニオン軸２５は、ピニオンギヤ２８より上部の上軸部３３が、玉軸受３４によりハウジング３２に回転自在に軸支され、ピニオンギヤ２８より下部の下軸部３５が、ニードル軸受３６によってハウジング３２に回転自在に支持されている。

玉軸受３４の内輪４０は、ピニオン軸２５の上軸部３３に外嵌し、ピニオン軸２５の溝３７にカシメられたカシメリング３８により、ピニオン軸２５の段部４１との間に押圧固定されている。また、玉軸受３４の外輪４２（被固定部材）は、ハウジング３２に形成された段付き軸受孔４３に内嵌する。外輪４２は、下面４２ｂが段付き軸受孔４３の段部４４に当接し、上平面４２ａが段付き軸受孔４３に設けられた環状係止溝４５に装着されたテーパスナップリング１０に当接して固定されている。

ラック軸３０は、その軸方向がピニオン軸２５の軸方向と交差する方向（図中紙面に直交する方向）に配置され、軸方向の一側面（ピニオン軸２５側＝図２中左側）に形成されたラック歯３１がピニオンギヤ２８に噛合して、軸方向に往復直線運動可能にハウジング３２に支持されている。ラック軸３０の両端には、タイロッド２７に連結された不図示のボールジョイントソケットが接続されている。

ラック軸３０を挟んでピニオンギヤ２８と反対側には、ローラ収容空間５０が凹設された略円筒形のラックガイド５１が、ハウジング３２に設けられたラックガイド収容室５２に摺動自在に嵌合している。ラックガイド５１は、ラックガイド収容室５２に案内されてラック軸３０に接近および離間する方向に移動可能である。

ラックガイド５１のローラ収容空間５０には、ラック軸３０の背面３０ａを転動しながら支持するローラ５３、およびニードル軸受５４を介してローラ５３を回動自在に支持する支持軸５５が収容されている。支持軸５５の軸方向は、ラック軸３０の直線運動方向、即ち、ラック軸３０の軸方向と直交して配置されている。ローラ５３には、ラック軸３０の凸円筒状の背面３０ａの曲率と略同じ曲率を有する凹円弧状面５６が形成され、不図示のばねによってラック軸３０の背面３０ａに押圧されている。これにより、ピニオンギヤ２８とラック歯３１との噛合い部のバックラッシュを吸収して、ラック軸３０が円滑に移動するようにしている。

図２の円Ｄで囲む部分を拡大した図３から明らかな通り、ハウジング３２に形成された環状係止溝４５は、軸方向において玉軸受３４寄りで、外輪４２の上平面４２ａに対して平行な平行溝側面４６と、この平行溝側面４６と軸方向において対向し、平行溝側面４６に対して溝底側の溝幅が狭くなるように傾斜する傾斜溝側面４７と、を有する。

テーパスナップリング１０は、第１のテーパスナップリング１１と第２のテーパスナップリング１２とから構成されている。傾斜溝側面４７と対向した第１テーパ面６６ａが外径側に形成されている第１テーパスナップリング１１は、傾斜溝側面４７の内周縁４８と第１テーパ面６６ａが係合している。これに対し、軸受外輪４２のＲ面取部４２ｂと対向した第２テーパ面６５ｂが内径側に形成された第２のテーパスナップリング１２は、軸受外輪４２のＲ面取部４２ｂと第２テーパ面６５ｂが係合している。このように、両テーパ面６６ａ、６５ｂが傾斜溝側面４７及び軸受外輪４２と係合していることにより、軸方向隙間を吸収することが出来るようになっている。なお、両テーパスナップリング１１、１２同士は互いに摩擦接触している。

図４に示すように、第１のテーパスナップリング１１は略Ｃ字型に形成され、環状係止溝４５に装着されたとき拡径方向にばね力が作用するリング部６１ａと、リング部６１ａの両端に形成されたフック部６２ａとからなる。リング部６１ａの一方の側面は第１平面６３ａであり、他方の側面には、第１平面６３ａと略平行に内径側に設けられた内側平面６５ａと、該内側平面６５ａの外径側に設けられ、外径側の板厚が減少しているような第１テーパ面６６ａとが形成されている。フック部６２ａには、テーパスナップリング１１を環状係止溝４５に装着する際、リング部６１ａの外径を縮径するための工具（図示せず）が挿入される一対の作業孔６７ａが設けられている。

これに対し、図５に示すように、第２のテーパスナップリング１２も略Ｃ字型に形成され、環状係止溝４５に装着されたとき拡径方向にばね力が作用するリング部６１ｂと、リング部６１ｂの両端に形成されたフック部６２ｂとからなる。リング部６１ｂの一方の側面は第２平面６３ｂであり、他方の側面には、第２平面６３ｂと略平行に外径側に設けられた外側平面６６ｂと、該外側平面６６ｂの内径側に設けられ、内径側の板厚が減少しているような第２テーパ面６５ｂとが形成されている。フック部６２ｂには、テーパスナップリング１２を環状係止溝４５に装着する際、リング部６１ｂの外径を縮径するための工具（図示せず）が挿入される一対の作業孔６７ｂが設けられている。

図３に戻って、テーパスナップリング１０の組み込みについて説明する。先ず第２のテーパスナップリング１２をハウジング３２に取付ける。第２のテーパスナップリング１２の第２テーパ面６５ｂが軸受外輪４２のＲ面取り部４２ｂと当接するようにして、リング部６１ｂの外径を縮径させながら、環状係止溝４５内に組み込む。

次いで、第１のテーパスナップリング１１の第１テーパ面６６ａが傾斜溝側面４７と対向するようにして、リング部６１ａの外径を縮径させながら、環状係止溝４５内に組み込む。作業孔６７ａから工具を抜き取ると、リング部６１ａはばね力で拡径し、第１テーパ面６６ａが傾斜溝側面４７の内周縁４８と当接した位置まで押し込まれて第１のテーパスナップリング１１は固定される。

これにより、図３に示すように、ハウジング３２の段付き軸受孔４３に内嵌されている外輪４２は、第２のテーパスナップリング１２の第２テーパ面６５ｂがＲ面取り部４２ｂに、第１のテーパスナップリング１１の第１テーパ面６６ａが傾斜溝側面４７の内周縁４８にそれぞれ当接することによって固定される。

また、環状係止溝４５は、平行溝側面４６が外輪４２の上平面４２ａよりも僅かに（図３では誇張されている）低くなるように加工されている。従って、テーパスナップリング１０を環状係止溝４５に装着したとき、第２のテーパスナップリング１２の外側平面６６ｂと環状係止溝４５の平行溝側面４６との間には、隙間Ｃが形成される。これにより、テーパスナップリング１０及び環状係止溝４５の製造上の精度誤差が吸収されて、テーパスナップリング１０のばね力が有効に作用した状態で外輪４２を固定することができ、外輪４２のガタツキを防止して異音の発生を抑制する。

このように外輪４２を固定するテーパスナップリング１０に対して外輪４２から大きな軸方向力が作用すると、第２のテーパスナップリング１２には、（１）第２テーパ面６５ｂに作用する力の軸方向分力Ｐ１、（２）径方向分力Ｐ２、（３）ハウジング３２からの反力Ｒ２、（４）第１のテーパスナップリング１１からの反力Ｒ１、がそれぞれ作用し、これら４方向の力とモーメント荷重がバランスすることにより、第２のテーパスナップリング１２はその動きを拘束される。

このため、第２のテーパスナップリング１２の第２平面６３ｂと第１平面６３ａを介して広い領域で接触し、第１テーパ面６６ａが傾斜溝側面４７と係合している第１のテーパスナップリング１１もその動きを拘束される。結果として、テーパスナップリング１０に対してモーメント荷重が作用したとしても、テーパスナップリング１０全体としては、傾斜するのが防止され、環状係止溝４５から抜け出るのを防げる。

また、内周縁４８から第１テーパ面６６ａに作用する力の径方向成分によって、第１のテーパスナップリング１１を、縮径させようとする力が働く。しかし、第１平面６３ａが第２のテーパスナップリング１２の第２平面６３ｂと摩擦接触していることにより、摩擦抵抗が縮径を妨げる（なお、第２のテーパスナップリング１２は外輪４２のＲ面取り部４２ｂと当接しているので縮径しない）。この点からも、第１のテーパスナップリング１１が環状係止溝４５から抜け出るのを防げる。

以上説明したように、本実施形態のテーパスナップリング１０によれば、大きな軸方向力Ｐが作用しても、その縮径及び傾きが抑制されて、ハウジング３２の環状係止溝４５からテーパスナップリング１０が脱落するのを防止することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記の実施形態では、ハウジングの内周面に被固定部材としての玉軸受の外輪を固定するテーパスナップリングについて説明したが、軸の外周面に玉軸受の内輪などの被固定部材を固定するテーパスナップリングに適用することもできる。この場合、軸の環状係止溝と係合する第１テーパ面は第１のテーパスナップリングの内径側に、軸受内輪の面取り部と係合する第２テーパ面は第２のテーパスナップリングの外径側に形成される。

また第１平面と第２平面には、摩擦力を高めるための溝等が形成されていてもよい。

また、コラムアシスト型ラックアンドピニオン式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アンドピニオン式ステアリング装置やマニュアル型ラックアンドピニオン式ステアリング装置に適用してもよい。

１０テーパスナップリング
１１第１のテーパスナップリング
１２第２のテーパスナップリング
３２ハウジング
４２外輪（被固定部材）
４５環状係止溝
６３ａ第１平面
６３ｂ第２平面
６５ｂ第２テーパ面
６６ａ第１テーパ面

Claims

ハウジングの内周面に形成した環状係止溝と係合することで、被固定部材をハウジングに対して固定する為のテーパスナップリングであって、
一側面に軸線に直角な第１平面を有し、他側面に前記ハウジングの環状係止溝と係合するための、外径側の板厚が減少した第１テーパ面を有する第１のテーパスナップリングと、
一側面に前記第１平面と面接触する第２平面を有し、他側面に前記被固定部材と係合するための、内径側の板厚が減少した第２テーパ面と、前記ハウジングの環状係止溝と係合可能な外周面を有する第２のテーパスナップリングと、
を備えたことを特徴とするテーパスナップリング。