資料

ステアリングシステム用各種転がり軸受の概要
谷山宗久

Trends and Outlines of Rolling Bearings for Steering Systems
M. TANIYAMAFor steering system application, bearings are used in column, gear Ass'y, or pump.
This report presents the type of bearings fit into each part, the characteristics of the used way.

1．はじめに
2．ステアリングシステムの種類
3．各部位の軸受の使われ方と要求
性能
3.1

ステアリングコラム用軸受

3.2
3.3

ステアリングギヤ用軸受
ポンプ用軸受1 ．はじめに4．電動式パワーステアリング（EPS）用軸受
5．ステアリング用軸受の今後の動向
6．おわりに・高，低圧ホース
１）などが加わる．

車には走る，曲がる，止まるといった基本的機能があるがそれらの１つ曲がるを分担するのその中で軸受はステアリングコラム，ステアリン
グギヤ，ポンプに使用されている．

がステアリング装置である．ステアリングはハンドルでの回転変位がステアリングギヤを介し車輪の回転に変換される機構であるが，その回転の各部位に各種の転がり軸受が使用されている．
本報ではステアリングの各部位に使用されている軸受の紹介，および動向について示す．

2 ．ステアリングシステムの種類

3 ．各部位の軸受の使われ方と要求性能
軸受の要求性能は使用される部位によって多少異なるが，ステアリングコラム，ステアリングギヤといった操舵感に影響を及ぼす部位は，軸方向のがたを抑える必要がある．

3.1

ステアリングコラム用軸受

ステアリングシステムは一般に乗用車，ＲＶ車

コラム軸サポート用軸受として，アッパー側になどにはラックピニオン式ステアリングが，トラ玉軸受，ロア側に針状ころ軸受または玉軸受が使ック，フォークリフトなどの産業機械にはボール用されている（図 1 ）．ロア側にはブッシュが使ねじ式ステアリングが採用されている．両タイプ用されている場合もある．ハウジング（コラムチにはそれぞれマニュアルタイプ，パワータイプがある．
ハンドルから操向輪へ至るまで下記部品で構成されている．

コラムチューブ
コラム軸
針状ころ軸受・ステアリングコラム
・ハンドルジョイント・ステアリングギヤ
パワーステアリングシステムの場合にはこれらに，・油圧ポンプ，リザーバタンク

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玉軸受

図 1 コラム Ass'y 構造図
Column Ass'y35

資−ステアリングシステム用各種転がり軸受の概要−ューブ）には一般にパイプ材が使用され，はめあ∞いはハウジングはタイト，軸はルーズの組合せ

5 000

料ース
グリ
般
一

内径寸法差が広く，内径真円度もそれほど精度よく加工できないといった条件で軸受が使用される．以下に玉軸受と針状ころ軸受について示

電気抵抗，Ωである．ハウジングにパイプ材を使用するため
1 000

す．

3.1.1

500
10050

ステアリングコラム用玉軸受

通電グリース

通電軸受

10ステアリングコラム用玉軸受は，ハンドルの100

0200

300

400

500

回転数，rpm

径方向・軸方向のがたを抑える必要があるため，

図 3 通電特性
Conductivity軸受の組込み後ラジアルすきまをわずかに負すきまにしている．玉軸受は薄肉のものが使用されるため，ハウジングの内径精度が外輪真円度∞に影響しやすく，回転調子に影響を及ぼす場合

5 000

アッパー側軸受には，通電性を要求される場合もある．ボールねじ式ステアリングの場合ホーンの電流は，アッパー軸受およびステアリン
グギヤを介してアースされているが，ラックピ電気抵抗，Ωがあるため注意が必要である．

一リ
般グースース
グリ
電通

1 000
500

10050

ニオン式ステアリングの場合，ハンドルからギヤに至るまでの継ぎ手が多くアースが困難なた

通電軸受

10め，ホーン電流のアースが不完全になってホー0ンが鳴らない場合があるためである．

246

揺動繰返し数, ×10

通電には，軸受に通電グリースを封入する方8105

図 4 通電耐久性
Conductive durability２）を用い法，ワイヤを採用した通電軸受（図 2 ）

る方法の２種類があるが，前者はグリースの劣化により通電性が失われることがあるため，安定した通電特性を持続する後者の方法を採用する場合が多い．図 3 に通電特性を，図 4 に通電耐久性を示す．

3.1.2

ステアリングコラム用針状ころ軸受

ハンドルの径方向のがたを抑えるため，弾性予圧式針状ころ軸受（図 5 ）が使用されている．
この軸受は，外径部がゴムのケースとスリット通電軸受の構造は外輪に設けたみぞにワイヤを入れスプリング力で固定し，内輪にもワイヤの接触部にみぞを設けて位置を安定化させている．

付きの外輪を用い，取付け後のころ内接円径と軸との間にしめしろを持たせ，常時軽予圧を与えることにより，ラジアルすきまをゼロにすることができるようになっている．

ワイヤ

ゴムケース
保持器
ころスリット図 2 通電軸受
Conductive bearing

外輪組立品

外輪

図 5 弾性予圧式針状ころ軸受
Needle roller bearing with rubber

36

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資料

3. 2

−ステアリングシステム用各種転がり軸受の概要−

ステアリングギヤ用軸受

ラックピニオン式とボールねじ式に分けて示す．またパワーステアリングの場合は，トーションバー部に軸受が使用されており，これについても示す．

3. 2. 1

図 7 ラックピニオン式ステアリング用
シェル形ニードル軸受
Drawn cup needle roller bearing for rack andpinion type steering gear

ラックピニオン式ステアリングギヤ用
軸受

ギヤサポート用には２個の軸受が使用される（図 6 ）．２個のアンギュラ玉軸受を使用しているものもあるが，一般にはいずれかが深溝玉軸受，もう一方がシェル形針状ころ軸受（図 7 ）の組合せである．ギヤの反力によりアキシアル荷重やラジアル荷重が発生するが，アキシアル荷重は玉軸受が担う．ハンドルのあそびをなくす目的で深溝玉軸受の軸方向のがたを抑えるために，軸受の組込み後ラジアルすきまを負すきま

図 8 ラックピニオン式ステアリング用
４点接触玉軸受
Four-point contact ball bearing for rack andpinion type steering gear

設定にしているが，それ以上に軸方向のがたを抑える必要がある場合には，４点接触玉軸受（図 8 ）
を使用する場合がある．深溝玉軸受を４点接触玉軸受に変更すると同じラジアルすきまでのアキシアルすきま（軸方向のがた）は1/4以下0.16に抑えることができる（図 9 ）．いずれの玉軸受いことから仕様を決定する場合には，軸受の許容アキシアル荷重について充分な検討が必要である．

トーションバーアキシアルすきま，mmでも，軸受に負荷されるアキシアル荷重が大き

0.14

深溝玉軸受
4点接触玉軸受（接触角28°）

0.12
0.1
0.08
0.06
0.040.02

シェル形総ころ円筒ころ軸受

00.005

0.010

0.015

0.020ラジアルすきま，mm

針状ころ軸受ピニオンギヤラックギヤ

図 9 深溝玉軸受と4点接触玉軸受のアキシアルすきま比較（無負荷, 6203）
Axial clearance comparison between deep groove andfour-point contact ball bearing

玉軸受

図6

ラックピニオン式ステアリングギヤ（パワータイプ）
Rack and pinion type steering gear (Power type)

KOYO Engineering Journal No.155 (1999)37

−ステアリングシステム用各種転がり軸受の概要−

3. 2. 2

資料

ボールねじ式ステアリングギヤ用軸受

ボールねじ部とセクタ軸部に分けて図 1 0に示
す．

ボールねじ

図 12 外輪割りタイプ４点接触玉軸受
Separated outer ring type four-point contact ball bearing
アンギュラ玉軸受

s セクタ軸部

セクタ軸

ハウジングの径方向寸法を大きく取ることができないため，針状ころ軸受（図 1 3）が使用されている．セクタ軸部はラジアル荷重が大きく，ころ軸受特有のスキュー（軸受中心軸に対し，ころの自転軸が傾く）の発生が予想され，軸受の内部アキシアル荷重が増加する．このため，ハウジングからの軸受抜け出しや外輪つば欠損が考針状ころ軸受えられ，仕様検討時にはこれらの問題に対して十分な配慮がされている．

セクタ軸

図 10 ボールねじ式ステアリングギヤ
Recirculating ball screw type steering gear
ソリッド形

a ボールねじ部

シェル形

図 13 セクタ軸用針状ころ軸受
Needle roller bearing for sector shaft

ギヤの反力により発生するアキシアル荷重とラジアル荷重を，アンギュラ玉軸受で支持する構造でありアキシアル荷重負荷能力を向上させた接触角４５°のアンギュラ玉軸受（図 1 1）が使用されている．アンギュラ玉軸受の代わりに，

3. 2. 3

トーションバー部軸受

この部位ではシェル形総ころ円筒ころ軸受や４点接触玉軸受を使用する場合もある ．この４

深溝玉軸受が使用される．操舵感や異音に対し点接触玉軸受（図 1 2）はラックピニオン式のもて問題がなければ，シェル形総ころ円筒ころ軸１）のとは異なり外輪を２つ割にして接触角を45°と受（図 1 4）が使用される場合もある．図 6 はシし，アキシアル荷重負荷容量の向上を図っていェル形総ころ円筒ころ軸受が組み込まれた構造

る．スペースの関係から軸が内輪の役目をする

図を示す．シェル形総ころ円筒ころ軸受は，外場合もある．

輪ところで構成され，ころ径・ころ数を調整してころ落ちが発生しない様に組み立てられているため取扱い性も良く深溝玉軸受よりコスト的に有利である．しかし，組込み後の正すきまが異音の要因となる場合には深溝玉軸受を使用し，組込み後のすきまを負すきまとしている．

図 11 アンギュラ玉軸受
Angular contact ball bearing

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資料−ステアリングシステム用各種転がり軸受の概要−

図 14 シェル形総ころ円筒ころ軸受
Drawn cup cylindrical roller bearing

3. 3

図 16 ポンプ用ＲＤシール付玉軸受
RD sealed type ball bearing for pump

ポンプ用軸受油圧式パワーステアリングの動力源として，従来から広く使用されているエンジン駆動式油圧ポンプ（ベーンポンプ）には，プーリサポート用に玉軸受が使用されている．図 1 5に構造図を示す．プーリ側の軸受端面はエンジンルーム内の外気に面していることから，シール付き軸受

図 17 ポンプ用ＲＫＢシール付玉軸受
RKB sealed type ball bearing for pumpが必要であり，さらにエネルギー損失を抑える（燃費向上）ため，起動トルクが小さな軸受が必要であることから，極軽接触形ＲＤシールを採用している（図 1 6）．

4 ．電動式パワーステアリング
（EPS）
用軸受

また，ポンプがエンジンルーム内で路面に近い電動モータを動力補助の動力源として使用し位置に搭載され，プーリ側から軸受に泥水がかかている省エネルギー性の高い電動パワーステア

る場合には，軸受内部に泥水が浸入しない様に，

リング
（EPS）
は，エンジン駆動の油圧式パワー接触形ＲＫＢシールが採用されている（図 1 7）．

ステアリングに代わって，採用されつつある．
この種のステアリングには，軽自動車に採用されているコラムタイプEPSと，大出力が必要な
１）一般乗用車向けのピニオンタイプEPSがある．
玉軸受

プーリ

a コラムタイプEPS
コラムタイプEPS（図 1 8）の特長は，モータ・減速機などのパワーユニットをコラム周りにまとめているため，ステアリングコラムの変更だけでパワーステアリング化が可能であること，基本的にはモータと減速機が付加されただけなので，油圧式パワーステアリングと比べて軽量

図 15 油圧ポンプ（ベーンタイプ）
Hydraulic pump (Vane type)

かつコンパクトであり，ボンネットスペースの少ない軽自動車に適している，などが挙げられる．モータ・減速部が車室内にある唯一のパワ３）ーステアリングシステムである．

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資−ステアリングシステム用各種転がり軸受の概要−

図 1 9にモータと減速機の構造図を示す．軸受料

5 ．ステアリング用軸受の今後の動向

はウォーム軸サポートに２個，およびモータ部に玉軸受が使用されている．ウォーム軸の２個コスト低減要求や，電動パワーステアリングの軸受は，モータ側軸受の外輪側から予圧をか化の中で，軸受の新しいニーズがあるので紹介けて遊びを抑え，ウォームギヤの反力により発する．

生するアキシアル荷重・ラジアル荷重を両軸受でサポートする．モータは車室内に位置するために特に静粛性が要求され，軸受も音響に対し

a ステアリングコラム用プレス軸受
コラム用の玉軸受は薄肉品で標準肉厚品よりコスト高であることから，コスト低減の目的でて充分な配慮が必要である．

プレス製の玉軸受（図 2 0）の使用例が海外中心に増加している．この軸受はアンギュラタイプでs ピニオンタイプEPS
モータが減速機を介してピニオン軸に直結すあるため予圧を与えて使用し，軸方向のがたをるタイプを指す．ピニオン軸上にギヤのかみあ抑えることができる．軸受周辺を予圧構造とすいが２箇所存在することから，仕様を決定するる必要があるため，コラム全体での仕様検討が場合には，軸受の許容アキシアル荷重について必要である．軸受組込み例を図 2 1に示す．

充分な検討が必要である．

モータ
ステアリングホイール

図 2 0 ハンドルコラム用プレス軸受
Press type bearing for column

トルクセンサワッシャー
ギヤAss'y
エンジンルーム 車室内
ばね

ラック＆ピニオンギヤ

止め輪

図 2 1 ハンドルコラム用プレス軸受の組込例
Structual drawing of press type bearing for columns ピニオンタイプ電動パワーステアリングモー
タ用軸受
モータのギヤ出力側軸受は負荷されるアキシ

図 18 コラムタイプEPSシステムレイアウト
System layout of column type EPS

アル荷重が大きく，予圧構造とすることなく軸方向のがたを抑えるために，４点接触玉軸受を使用する場合（図 2 2）がある．４点接触玉軸受がロアシャフト

従来から使用されているステアリングギヤ部はウォームホイール
モータ

低速回転であるため音響特性を必要としなかったが，モータ用軸受の場合，高速回転で使用されるため，音響特性を良くする必要がある．今後，この部位のニーズに合わせ，加工精度の向ウォーム
玉軸受
玉軸受

図 1940上が必要である．
ギヤハウジング

コラムタイプEPSギヤ Ass'y 構造図
Gear Ass'y of column type EPS

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資料−ステアリングシステム用各種転がり軸受の概要−

4点接触玉軸受

ハイポイド
ギヤ

図 2 2 ４点接触玉軸受を使用した
パワーステアリングモータの組込例
Structual drawing of four-point contact
ball bearing for power steering motor

6 ．おわりに以上，ステアリングシステム用軸受とその動向について概説した．今後，自動車の軽量化・燃費向上の要求はますます高まり，ステアリン
グシステムも電動パワーステアリング化に集約される方向にある．軸受は１つの構成部品として，重要な機能を担っておりこれらのニーズに対応するため，精度の向上，コストの低減など一層進める必要がある．

参考文献
1） 野口昌彦：KOYO Engineering Journal, no.
148, (1995) 6.
2） KOYO Engineering Journal,no.127,（1985）62.
3） 黒 川 貴 則 ・ 竹 田 泰 典 ・ 山 元 達 裕 ： K O Y OEngineering Journal, no.153（1998）56.

筆者

谷山宗久*

M. TANIYAMA*

軸受事業本部 自動車技術センター
自動車軸受技術部

KOYO Engineering Journal No.155 (1999)

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