JP6556261B2 - ステアリングシャフトを支持するための軸受ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置のステアリングシャフトまたはステアリングシャフトと共に回転するように結合されたシャフト部分を支持するための軸受ユニットに関する。

運転者により所望の操舵角が設定されるステアリングシャフトと、ピニオンを介してステアリングシャフト動作をラックに伝達し、回転可能な車輪を制御するステアリングギヤと、ステアリングアシスト用の電動サーボモータとを備えた車両用ステアリング装置は周知である。運転者がステアリングシャフトにもたらすステアリングモーメントの検出には、ステアリングシャフトの２つのシャフト部分間の相対回動を検出するトルク測定ユニットを備えたセンサユニットが用いられる。このようなステアリング装置は、例えば独国特許出願公開第１０２００７０３２９０７号明細書から公知である。

ステアリングシャフトは回転可能に支持されており、この場合、軸受は、車両の動きに基づき高負荷を受けており、このような高負荷は、軸受遊びが存在する場合にはノイズの増大およびステアリング特性の悪化を招くことになる。

本発明の根底を成す課題は、簡単な構造手段により、ステアリング装置におけるノイズ増大およびステアリング特性を改善することにある。

この課題は、本発明に基づき請求項１記載の特徴により解決される。各従属請求項には適切な改良が記載されている。

本発明による軸受ユニットは、車両用ステアリング装置のステアリングシャフトまたはステアリングシャフトと共に回転するように結合されたシャフト部分を支持するために用いられる。ステアリングシャフトを介して、運転者はステアリングモーメントと操舵角とを設定し、操舵角はステアリングギヤを介して、回転可能な車輪を制御するためのステアリングラックに伝達される。ステアリングシャフトは、軸受ユニット内で回転可能に支持されており、このために軸受ユニットは軸受ケーシング内に、少なくとも１つの軸受を有している。軸受ケーシング内にはさらに、軸受が組み込まれた緩衝ディスクが位置しており、緩衝ディスクは、その周面でもって半径方向で軸受ケーシングのケーシング内壁に支持されており、この場合、ケーシングの一部が軸方向において緩衝ディスクに支持されている。

つまり、緩衝ディスクは二重の緩衝機能を有している。すなわち一方では半径方向での緩衝機能を有しており、かつ他方では軸方向での緩衝機能を有している。軸受が収容された緩衝ディスクは、半径方向でケーシング内壁に接してステアリングシャフトを支持し、ひいてはステアリングシャフトを安定化させる。軸方向での支持は、軸受ケーシングの第１のケーシング部分と、軸受ケーシングの第２のケーシング部分に取り付けられた緩衝ディスクとの間で行われる。軸受ケーシングの両ケーシング部分は場合により、通常生じるケーシング遊びのオーダ内であってよい軸方向の相対運動を、互いに実施することができるようになっている。緩衝ディスクに対するケーシング部分の軸方向支持に基づき、例えばステアリングシャフトの軸方向に作用する成分を有するショックおよび衝撃が、有効に緩衝されるようになっている。

緩衝ディスクに軸方向に支持されるケーシング部分は例えば、鉢形の基本ケーシングに載置され、取付け状態ではステアリングギヤとは反対の側に着座しているケーシングカバーである。ケーシングカバーまたはケーシング基体と接触している車両構成部材もしくはステアリング装置構成部材は、ステアリングシャフトの軸方向に関して車両が相応に励振されると、当該ケーシング部分に衝撃パルスを加えることがあり、この衝撃パルスは緩衝ディスクを介して緩衝されるようになっている。

軸方向で緩衝ディスクに支持されるケーシング部分は、直接または−例えばばね部材等の別の構成部材を介して−間接的に、緩衝ディスクに支持されていてよい。ばね部材を介して、軸方向にショックが励起された場合の力のピークが回避されるか、または少なくとも低減されることになる。ばね部材は、例えばウェーブスプリング、皿ばね、コイルばねとして形成されているか、またはその他の形式でばね部材として形成されている。緩衝ディスクとばね部材とは、つながった一体の組立構成群として形成されていても、２つの個別部品として形成されていてもよい。

有利な構成では、緩衝ディスクは少なくとも部分的に、振動と衝撃パルスとを緩衝する材料から成っている。好適な構成では、緩衝ディスクは、より硬い材料から成る内側ディスクと、内側ディスクに結合されてケーシングの内側に支持される、より軟らかな材料から成る外側リングとを有している。外側リングは、内側ディスクの周面に被着されており、例えば内側ディスクに直接に射出されて成形されている。内側ディスクは、例えば鋼、アルミニウム、繊維強化プラスチック等の硬質成分から成っており、軸受を収容している。外側リングは軟質成分を成すものであり、例えばＯリング、ゴムマット、フェルトとして、または射出成形可能な軟質プラスチックとして、内側ディスクの周面に被着されている。１つの有利な構成では、緩衝ディスクは、内側ディスクが繊維強化された硬質成分から形成され、かつ外側リングが周面に直接に射出成形されて一体化された軟質成分として形成された、２成分プラスチックディスクとして形成されている。

ケーシングの一部を緩衝ディスクに対して支持するばね部材は、好適には緩衝ディスクの、より固い材料から成る内側ディスクに作用する。軸方向での緩衝作用は、緩衝ディスクが少なくとも軸受遊びのオーダ内で軸方向に相対移動可能に、所定のケーシング部分のケーシング内壁に当接しており、軸方向の衝撃パルスが加えられると、緩衝ディスクが前記ケーシング部分に対して僅かに軸方向に相対的に移動することができる、ということに基づいて生じる。より硬い内側ディスクと、より軟らかな外側リングとを備えた緩衝ディスクの構成において、外側リングはケーシング内壁と直接に接触しており、この場合、通常はより軟らかな外側リングの材料において、相対移動が行われる。

別の適切な構成では、緩衝ディスクに組み込まれた軸受は、自由側軸受として形成されており、自由側軸受にはステアリングシャフトもしくはシャフト部分が半径方向において支持されているが、軸方向では摺動可能に取り付けられている。１つの別の適切な構成では、軸受ユニットに第２の軸受が位置しており、第２の軸受は、第１の軸受に対して軸方向間隔をあけて軸受ケーシングに組み込まれている。第２の軸受は、有利には固定側軸受として、シャフトの半径方向と軸方向のガイドを備えて形成されている。第１の軸受と第２の軸受との間には、はすば歯車が配置されていてよく、はすば歯車は、サーボユニット、特に電動サーボモータと噛み合っている。サーボユニットにより生ぜしめられたサーボモーメントは、はすば歯車を介してステアリングシャフトに導入される。はすば歯車を軸方向において第１の軸受もしくは緩衝ディスクと第２の軸受との間に配置することにより、軸受ユニットのコンパクトな構成が可能になる。

軸受ユニットは、車両用ステアリング装置の構成部材であり、軸方向においてステアリングギヤと、運転者により操作されるべきステアリングハンドルとの間に配置されている。

別の利点および適切な構成は、別の各請求項、図面の説明および図面から看取され得る。

車両に設けられたステアリング装置の概略図である。 ステアリングシャフトを支持するための軸受ユニットの断面図である。

図中、同じ構成部材には同じ符号が付されている。

図１に示すステアリング装置１は、ステアリングホイール２と、ステアリングスピンドルもしくはステアリングシャフト３と、ステアリングギヤが収容されたステアリングハウジング４と、ステアリング動作を車両の操舵可能な各車輪６に伝達するステアリングラック５を備えたステアリングリンケージとを有している。運転者は、ステアリングシャフト３が固く結合されたステアリングホイール２を介して操舵角δ_Ｌを設定し、この操舵角がステアリングハウジング４内のステアリングギヤにおいてステアリングリンケージのステアリングラック５に伝達されると、操舵可能な各車輪６において車輪操舵角δ_Ｖが調整されるようになっている。

運転者によりもたらされるハンドモーメントをアシストするために、電動サーボモータ７が設けられており、電動サーボモータ７を介してステアリングアシスト用のサーボモーメントを供給することができるようになっている。電動サーボモータの代わりに、内燃機関によって駆動される液圧式のアシスト装置、例えば液圧ポンプが設けられていてもよい。

電動サーボモータ７のアシストサーボモーメントは、軸受ユニット８の領域でステアリングシャフト３に供給される。軸受ユニット８は、ステアリングシャフト３を支持する２つの軸受の他に、ステアリングシャフト３と共に回転するように結合されていて、電動サーボモータ７により駆動される、はすば歯車もしくは歯車を有している。

図２には、軸受ユニット８の断面図が示されている。この軸受ユニット８は、それぞれケーシング部分を形成する鉢形の基本ケーシング９ａとケーシングカバー９ｂとを備えた軸受けケーシング９内に、自由側軸受１０と、固定側軸受１１とを有している。自由側軸受１０は、緩衝ディスク１２内に収容されており、緩衝ディスク１２は、内側ディスク１３と、この内側ディスク１３の周面に配置された外側リング１４とを有しており、外側リング１４でもって緩衝ディスク１２は、鉢形の基本ケーシング９ａのケーシング内壁に当接している。内側ディスク１３は硬質成分から成り、外側リング１４は振動緩衝作用を有する軟質成分から成っている。例えば緩衝ディスク１２は、内側ディスク１３が繊維強化された硬質成分から成り、かつ外側リング１４は、内側ディスク１３の周面に直接に射出成形された構成部材として軟質成分から成る、２成分プラスチックディスクとして形成されていてよい。外側リング１４は、内側ディスク１３よりも大幅に小さな半径方向延在長さを有している。

緩衝ディスク１２は、ケーシングカバー９ｂに面した側に位置しており、固定側軸受１１は、鉢形の基本ケーシング９ａの底部に載置されている。固定側軸受１１と緩衝ディスク１２との間には、シャフト３と相対回動不能に結合されたはすば歯車１５が位置しており、はすば歯車１５は、アシストサーボモーメント供給用の電動サーボモータ（図１）により駆動される。はすば歯車１５は軸方向において、固定側軸受１１と自由側軸受１０の両方に支持されている。

ケーシングカバー９ｂは、鉢形の基本ケーシング９ａの端面に載置されていて、ばね部材１６を介して緩衝ディスク１２の側面に支持されている。ばね部材１６はコイルばねとして形成されていてよいが、その他のばね変化形、例えば丸形線材ウェーブスプリングまたは平形線材ウェーブスプリング、または皿ばねも考慮される。

つまり緩衝ディスク１２は、−シャフト３の長手方向軸線１７に対して−半径方向と軸方向の両方において緩衝機能を有している。緩衝ディスク１２の緩衝用外側リング１４は、鉢形の基本ケーシング９ａのケーシング内壁に直接に当接しており、このようにして、半径方向の振動と軸方向の振動の両方を有効に緩衝することができるようになっている。軸方向では例えば矢印１８で示唆したように、ケーシングカバー９ｂを介して衝撃パルスが軸受ユニット８に導入され、衝撃パルスはばね部材１６を介して緩衝ディスク１２に導入される。緩衝ディスク１２は、緩衝用外側リング１４を介して基本ケーシング９ａに支持されている。ばね部材１６は、軸方向力１８の力のピークを低下させることができ、緩衝ディスク１２を介して軸方向振動が減少されることになる。これに相応して、半径方向に作用する振動および励振も緩和されることになる。

１ ステアリング装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
４ ステアリングハウジング
５ ステアリングラック
６ 前輪
７ 電動サーボモータ
８ 軸受ユニット
９ 軸受ケーシング
９ａ 基本ケーシング
９ｂ ケーシングカバー
１０ 自由側軸受
１１ 固定側軸受
１２ 緩衝ディスク
１３ 内側ディスク
１４ 外側リング
１５ はすば歯車
１６ ばね部材
１７ 長手方向軸線
１８ 矢印

Claims (5)

1. ステアリング装置（１）のステアリングシャフト（３）または該ステアリングシャフト（３）と共に回転するように結合されたシャフト部分を支持するように構成されている軸受ユニット（８）であって、
   前記軸受ユニット（８）は、
   ２つのケーシング部分を有している軸受ケーシング（９）であって、前記２つのケーシング部分は、鉢形の第１のケーシング部分（９ａ）と、当該鉢形の第１のケーシング部分（９ａ）の開放している側の端面に載置されている第２のケーシング部分（９ｂ）とで構成されている、軸受ケーシング（９）と、
   前記軸受ケーシング（９）内に収容され、前記ステアリングシャフト（３）または該ステアリングシャフト（３）と共に回転するように結合されたシャフト部分を支持する自由側軸受（１０）及び固定側軸受（１１）であって、前記固定側軸受（１１）は、前記第１のケーシング部分（９ａ）の底部に載置されており、前記自由側軸受（１０）は、前記固定側軸受（１１）に対して軸方向に間隔を空けて配置されている、自由側軸受（１０）及び固定側軸受（１１）と、
   前記自由側軸受（１０）と前記固定側軸受（１１）との間に、軸方向において前記自由側軸受（１０）及び前記固定側軸受（１１）の両方に支持されるように配置されており、かつ、前記ステアリングシャフト（３）または該ステアリングシャフト（３）と共に回転するように結合されたシャフト部分と相対回動不能に結合されている、はすば歯車（１５）と
   前記軸受ケーシング（９）内に、前記自由側軸受（１０）を収容するように配置された緩衝ディスク（１２）であって、前記緩衝ディスク（１２）は、内側ディスク（１３）と、当該内側ディスク（１３）の周面に一体的に形成されている緩衝用外側リング（１４）とを有している、緩衝ディスク（１２）と
   を備え、
   前記軸受ユニット（８）は、ばね部材（１６）をさらに備えており、前記ばね部材（１６）は、前記緩衝ディスク（１２）が、前記ばね部材（１６）を介して、前記第２のケーシング部分（９ｂ）を軸方向に支持するように、前記緩衝ディスク（１２）上に配置されており、
   前記第１のケーシング部分（９ａ）の内壁が前記緩衝ディスク（１２）の前記緩衝用外側リング（１４）に直接当接している、軸受ユニット。
2. 前記内側ディスク（１３）は、前記緩衝用外側リング（１４）を構成する材料よりも硬い材料から構成されている、請求項１記載の軸受ユニット。
3. 前記緩衝ディスク（１２）は、２成分ディスクとして形成されている、請求項２記載の軸受ユニット。
4. 前記はすば歯車は、サーボユニットのモーメントを、前記ステアリングシャフト（３）または前記シャフト部分に伝達するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の軸受ユニット。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載の軸受ユニット（８）を備えた車両用ステアリング装置。

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