JP2004518099A

JP2004518099A - リニアガイド

Info

Publication number: JP2004518099A
Application number: JP2002564274A
Authority: JP
Inventors: ツェルニッケルアレクサンダー; デップリングホルスト
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2004-06-17
Also published as: KR20030077008A; DE10106982A1; US7147375B2; US20060005659A1; US6948401B2; EP1360423A1; US20040109620A1; WO2002064989A1

Abstract

管状の、長手軸線を中心に回動可能なケーシング（２）と、該ケーシング内で転動体を介して軸方向スライド可能に支承されたシャフト（１）との間のトルクを伝達するためのリニアガイドでは、半径方向の支承平面において、管状のケーシング（２）に、シャフト（１）を取り囲む、それぞれ２つの走行リングまたは走行ディスクと、これらの走行リングまたは走行ディスクの間に設けられた転動体セットとを備えた複数のスラスト転がり軸受け（３）が配置されており、複数のスラスト転がり軸受けの一方の走行ディスクが、ブシュを成してケーシング（２）に保持されており、しかもブシュの中央軸線が、シャフト長手軸線の垂線に対して変位距離（ａ）を有して平行にずらして配置されており、スラスト転がり軸受けの他方の走行ディスクが、球欠状に形成されていて、かつ凸状の球欠面で、シャフト（１）の表面領域において該シャフトに支持されている。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、長手軸線を中心に回動可能な管状のケーシングと、該ケーシング内で転動体を介して軸方向にスライド可動に支承されたシャフトとの間のトルクを伝達するためのリニアガイドに関する。
【０００２】
トルクを伝達するためのリニアガイドは、車両の領域たとえばラックをガイドするため、またはステアリングコラムにおけるステアリングスピンドルをガイドするために用いられる。
【０００３】
米国特許第３４２７６５６号明細書からリニアガイドが公知であり、このリニアガイドでは、シャフトの半径方向面の領域において、シャフトを取り囲んで管状のケーシングに保持されたスラスト転がり軸受けユニットが、球欠状に形成された走行ディスクで、シャフト表面に支持されている。シャフトが横断面で円形に形成されているので、シャフトのトルクはケーシングに伝達されることはない。さらにこのリニアガイドは、組み込まれた軸受けユニットにプレロードをかけるために緊締ねじを必要としており、この緊締ねじは、ケーシングの半径方向スリットの領域においてケーシングに作用する。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６１９４４９号明細書には、ロッドまたはシャフトを備えたリニアガイドが開示されており、このロッドまたはシャフトの走行面にローラが支持されており、ローラはシャフトを取り囲むキャリッジに回動可能に支承されている。キャリッジは、外側からアプローチ可能なＴ字形溝を備えた矩形の中空プロフィールであり、このＴ字形溝を介して所望の部材を取り付けることができる。ローラを支承するために、ここでは中空プロフィールの側壁に孔が取り付けられており、孔に、軸受け特に玉軸受けが配置されている。さらに少なくとも１つのローラもしくはローラを保持する軸受けが、調節装置有利には調節ねじを必要としており、この調節装置によってローラを遊びなしにシャフトに対して調節することができる。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３０３９３号明細書から、トルクを伝達する、互いに入り込んで軸方向でスライド可能なシャフト部分のための結合部が公知であり、この結合部は車両のステアリングシャフトのためのものである。このような形式のリニアガイドでは、転動体としてボールが、一方では外側のシャフト部分の内側の縦溝に、他方では内側のシャフト部分の外側の縦溝に遊びなしに締め込まれている。シャフト部分が軸方向で相対的にスライドする際に製作誤差を補償するため、かつ追加的な加工なしに軽い作動性を得るために、玉を、金属薄板から成る走行軌道に配置する必要があり、玉は縦溝に挿入され、シャフトの中央長手軸線に関して半径方向でプレロードをかけられた状態で設けられている。さらに両方のシャフト部分は、制限されたストロークでしか相対的に軸方向で運動することができない。
【０００６】
発明の開示
本発明の課題は、経済的に製作可能で、ストローク制限なく作動するリニアガイドを提供することであり、管状のケーシングの寸法誤差の影響も、ケーシング内で軸方向でスライド可能なシャフトの寸法誤差の影響も排除されており、車両のためのステアリングシャフトまたはステアリングコラムとして適しており、この場合管状のケーシングはステアリングコラムジャケット（ステアリングコラムチューブ）として、かつステアリングコラムジャケット内で軸方向でスライド可能なシャフトはステアリングスピンドルとして形成されている。
【０００７】
この課題を解決する本発明の装置によれば、管状のケーシング内で、シャフトを取り囲む複数のスラスト転がり軸受けが、シャフト軸線方向相互間隔を有して位置する２つの半径方向平面上に配置されており、それぞれ１つの半径方向支承平面の領域において前記複数のスラスト転がり軸受けが、それぞれ２つの走行リングまたは走行ディスクと、これらの走行リングまたは走行ディスクの間に位置する転動体セットとを備えており、一方の走行ディスクが、ブシュを成してケーシングに保持されており、ブシュの中央軸線が、シャフト長手軸線の垂線に対して変位距離を有して平行にずらして配置されており、他方の走行ディスクが、球欠状に形成されていて、かつ凸状の球欠面で、シャフトの表面領域において該シャフトに支持されている。
【０００８】
一方ではシャフト中央に対する、ブシュ軸線の平行の変位に基づいて、他方ではシャフトの表面領域に支持される走行ディスクの凸状の球欠面に基づいて、接触点の変位が生じ、ひいては旋回てこ腕の変位が生じ、この旋回てこ腕はシャフトの直線運動の間に走行ディスクの回動をもたらす。寸法誤差の影響の排除は、シャフトに対するスラスト転がり軸受の製作誤差に影響されない位置決めによって達成される。
【０００９】
ブシュをその軸線でもって平行にずらして配置することに対して選択的に、傾斜した軸線を有するブシュの配置によっても同じ効果が得られる。本発明の課題を解決する別の構成によれば、管状のケーシング内で、シャフトを取り囲む複数のラジアル針状ころ軸受けが、シャフト軸線方向相互間隔を有して位置する２つの半径方向平面上に配置されており、それぞれ１つの半径方向支承平面の領域において、前記複数のラジアル針状ころ軸受けが、それぞれ２つの走行リングまたは走行ディスクと、これらの走行リングまたは走行ディスクの間に位置する転動体セットとを備えており、一方の走行ディスクが、ニードルブシュを成してケーシングに保持されており、ニードルブシュの中央軸線が、シャフト長手軸線の垂線に対して変位距離を有して平行にずらして配置されるかまたは傾斜して配置されており、他方の走行ディスクが、球欠状に形成されていて、かつ凸状の球欠面で、シャフトの表面領域において該シャフトに支持されていて、かつ軸受けジャーナルを備えており、該軸受けジャーナルが、ニードルブシュと、該ニードルブシュ内に配置された、ニードルとして形成された転動体とによって取り囲まれている。
【００１０】
本発明の実施形態の利点によれば、リニアガイドによって、トルクを伝達するだけでなく傾動モーメントを伝達することもできる。シャフト長手軸線をＸ軸として、またＸ軸に対して直角でしかも互いに直角に位置する両方の軸線をＹ軸およびＺ軸としてみなすと、Ｘ軸を中心とするモーメントはトルクであり、このトルクはシャフトからケーシングに伝達される。シャフトを取り囲む軸受けが、軸方向相互間隔を有して位置する２つの平面上に配置されているので、Ｙ軸を中心とするモーメントもＺ軸を中心とするモーメントも（ここでは傾動モーメントである）シャフトからケーシングに伝達することができる。
【００１１】
ステアリングコラムジャケットとしてのケーシングが、薄い壁を有するケーシングであるので、ケーシングはその弾性に基づいてプレロードエレメントとして用いることができる。この場合各軸受けは、先ず過大寸法で中央に向かってケーシングに組み付けられる。次いでケーシングにシャフトを導入する際に、ケーシングの拡張が得られ、つまり適当な所望のプレロード作用でもって、ステアリングコラムジャケットの弾性的な変形が得られる。従来技術で使用される特別な緊締ねじは、本発明の実施形態では必要ではない。
【００１２】
リニアガイドのシャフトは、ステアリングコラムスピンドルであってよく、このシャフトは、横断面で三角形、四角形、矩形または五角形以上の基本形状を有する多角形軸として形成されており、周方向で相並んで位置する２つの長手方向エッジの間に、凹状の表面を有するそれぞれ１つの表面領域が設けられている。凹状の表面領域によって、軸受けの負荷容量が高められる。本発明に従って転動体および走行軌道を備えた完全な軸受け構造体が用いられることに基づいて、走行軌道をケーシングに設ける必要はない。
【００１３】
実施例の説明
図１および図２に示した本発明のリニアガイドは、軸としてのシャフト１とケーシング２と玉軸受けとして形成された複数のスラスト転がり軸受け３とから成る。シャフト１は、横断面で四角形の基本形状から出発して、この基本形状に４つの側面に沿って凹状の表面領域４が設けられている。これらの表面領域４は、一定の横断面寸法で、シャフト１の長手方向（軸方向）に延びている。
【００１４】
ケーシング２は、シャフト寸法よりも大きな横断面内寸を有する四角形管の構成で形成されている。シャフト１は、その軸線方向でケーシング２に差し込まれていて、かつ差込位置でスラスト転がり軸受け３によって半径方向で支持して支承されている。このためにリニアガイドに半径方向の２つの支承平面が設けられており、これらの支承平面は互いに長手方向間隔を有している。各支承平面の領域には、４つのスラスト転がり軸受け３が、管状のケーシング２の周方向で相並んで配置されている。このためにケーシング２は半径方向で貫通する孔５を備えており、各孔５はシャフト１の凹状の表面領域４に隣接している。
【００１５】
スラスト転がり軸受け３は、それぞれ走行ディスク６とブシュ７とこれらの間に配置された転動体セット８とから成っており、ここでは転動体８としてボールが用いられている。走行ディスク６は、球欠状（半球状）に成形されていて、かつシャフト１に向かって凸状の球欠面９を備えており、この球欠面で走行ディスク６は、シャフト１の、隣接する凹状の表面領域４においてシャフトに支持されている。この場合適当な潤滑特性に基づいて、点接触部が接触点１０に生じる。
【００１６】
球欠状の走行ディスク６は、回動する転動体セット８を介してブシュ７に支持されており、このブシュ７は非切削加工で成形された構成部材であり、かつ転動体セット８のための走行軌道を備えている。ブシュ７は、ケーシング２の各孔５に圧入されている。ここでは孔５はケーシング２に次のように配置されていて、つまりブシュ７の中央軸線１１が、支承平面上を延びる、シャフト１の長手軸線の垂線１２に対して変位距離（ずれ）ａを有してこの垂線に対して平行にずらして配置されている。この変位距離に従って、垂線１２から寸法ｂだけ接触点１０の変位が生じ、この寸法ｂは旋回（回動）てこ腕と呼ばれる。ケーシング２の内側でシャフト１が直線運動する間、この旋回てこ腕ｂは、接触点もしくは生じる接触ライン１０を中心とする走行ディスク６の旋回（回動）をもたらす。
【００１７】
シャフト１に対するスラスト転がり軸受３の、誤差に影響されない位置決めは、管状のケーシング２に組み付ける間に次のようにして達成される。スラスト転がり軸受け３が孔５に深くもしくは長く圧入され、それもシャフト１との所望のコンタクトが得られ、これによって力の上昇程度を認識できるようにして圧入される。
【００１８】
図１は、前方の支承平面の領域を示す断面図である。ケーシング２内でシャフト１を位置決めするためには、少なくともこのような支承平面がさらに１つ必要であり、これによってリニアガイドの両方の周方向で遊びのないトルク伝達が得られる。この図１からは、後方の支承平面の領域にスラスト転がり軸受け３の２つのブシュが見て取れる。このような四角形プロフィール構成では、全ての軸方向でのシャフト位置決めを行うために、支承平面ごとに少なくとも２つのスラスト転がり軸受け３を設ける必要がある。
【００１９】
シャフトは、図示の実施例とは異なるプロフィール、たとえば三角形プロフィール、多角形プロフィール、中空プロフィールまたは中実プロフィールを有することができる。この原理に基づいて丸みを帯びたシャフトをガイドすることもでき、それもトルク吸収なく行うことができる。
【００２０】
図３には、本発明のリニアガイドのスラスト転がり軸受け１３を示した。このスラスト転がり軸受け１３のブシュ１４には、追加的にばね弾性的なゴムリング１５が挿入されており、このゴムリング１５に沿って、追加的に、転動体セット８のための走行軌道を備えた支承ディスク１６が支持されている。ここではゴムリング１５は寸法誤差の補償エレメントとして、かつ遮音性の構成部材として働く。
【００２１】
図４および図５に示したように、本発明のリニアガイドでは、純然たるスラスト転がり軸受けの代わりにニードルブシュを用いることもできる。図４には、ラジアル針状ころ軸受け１８のニードルブシュ１７に、軸受けジャーナル２０の軸方向の支持のための追加的な転動体セット１９が配置されており、この軸受けジャーナル２０は走行ディスク６に固定されるか、もしくはこの走行ディスク６と一体的に形成されている。転動体セット１９によって回動する軸受けジャーナル２０の摩擦が低減される。
【００２２】
図５の実施例では、ニードルブシュ２１が軸受けジャーナル２０と、針状ころ軸受け２２の、ニードルから成る転動体セットとを取り囲んでおり、ニードルブシュ２１の底部は内向きに凸状の湾曲部２３を備えており、この湾曲部２３に沿って軸受けジャーナル２０は軸方向で支持されている。このようにして軸受けジャーナル２０の回動に際して摩擦が低減される。図５に示したニードルブシュ２１の中央軸線１１は、シャフト長手軸線の垂線１２に対して角度αだけ傾斜して配置されている。これによって図１から図４に示した実施例と同様に、走行ディスク６のための旋回てこ腕ｂと、これに起因する回動効果が生じる。
【００２３】
全ての実施例では、各軸受けは、ケーシング材料のかしめ部２４（図４および図５）によってか、またはケーシング２の孔５におけるスナップリング（止め輪）を用いて固定することができる。
【００２４】
リニアガイドにプレロード（Ｖｏｒｓｐａｎｎｕｎｇ；予荷重）をかけるためには、単数または複数の軸受けを、たとえばシャフトよりも小さな寸法を有する工具を導入したあとで、シャフト寸法に対して必要とされる程度よりも深く圧入し、この工具を離間したあとで、シャフトをケーシングに導入して行う。この場合ケーシングはプレロードをかけるエレメントとして作用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
支承平面の領域の、平行にずらして組み込まれたスラスト転がり軸受けを示す横断面で、本発明によるリニアガイドを示す斜視図である。
【図２】
図１の横断面図の拡大図である。
【図３】
スラスト転がり軸受けの別の実施例を示す、図２に応じた部分横断面図である。
【図４】
ニードルとボールとを備えた組み合わせ式の転がり軸受けを示す、図２に応じた部分横断面図である。
【図５】
図４とは異なる、傾斜して組み込まれた針状ころ軸受けを示す、図２に応じた部分横断面図である。
【符号の説明】
１シャフト、２ケーシング、３スラスト転がり軸受け、４表面領域、５孔、６走行ディスク、７ブシュ、８転動体セット、９球欠面、１０接触点、１１中央軸線、１２垂線、１３スラスト転がり軸受け、１４ブシュ、１５ゴムリング、１６支承ディスク、１７ニードルブシュ、１８針状ころ軸受け、１９転動体セット、２０軸受けジャーナル、２１ニードルブシュ、２２針状ころ軸受け、２３湾曲部、２４かしめ部、ａ変位距離、ｂ寸法、 α 角度

Claims

長手軸線を中心に回動可能な管状のケーシング（２）と、該ケーシング（２）内で転動体を介して軸方向にスライド可動に支承されたシャフト（１）との間のトルクを伝達するためのリニアガイドにおいて、
管状のケーシング（２）内で、シャフト（１）を取り囲む複数のスラスト転がり軸受け（３，１３）が、シャフト軸線方向相互間隔を有して位置する２つの半径方向平面上に配置されており、それぞれ１つの半径方向支承平面の領域において前記複数のスラスト転がり軸受け（３，１３）が、それぞれ２つの走行リングまたは走行ディスクと、これらの走行リングまたは走行ディスクの間に位置する転動体セットとを備えており、一方の走行ディスクが、ブシュ（７，１４）を成してケーシング（２）に保持されており、ブシュ（７，１４）の中央軸線（１１）が、シャフト長手軸線の垂線（１２）に対して変位距離（ａ）を有して平行にずらして配置されており、他方の走行ディスク（６）が、球欠状に形成されていて、かつ凸状の球欠面（９）で、シャフト（１）の表面領域（４）において該シャフト（１）に支持されていることを特徴とする、リニアガイド。
長手軸線を中心に回動可能な管状のケーシング（２）と、該ケーシング（２）内で転動体を介して軸方向にスライド可動に支承されたシャフト（１）との間のトルクを伝達するためのリニアガイドにおいて、
管状のケーシング（２）内で、シャフト（１）を取り囲む複数のラジアル針状ころ軸受け（１８，２２）が、シャフト軸線方向相互間隔を有して位置する２つの半径方向平面上に配置されており、それぞれ１つの半径方向支承平面の領域において、前記複数のラジアル針状ころ軸受け（１８，２２）が、それぞれ２つの走行リングまたは走行ディスクと、これらの走行リングまたは走行ディスクの間に位置する転動体セットとを備えており、一方の走行ディスクが、ニードルブシュ（１７，２１）を成してケーシング（２）に保持されており、ニードルブシュ（１７，２１）の中央軸線（１１）が、シャフト長手軸線の垂線（１２）に対して変位距離を有して平行にずらして配置されるかまたは傾斜して配置されており、他方の走行ディスク（６）が、球欠状に形成されていて、かつ凸状の球欠面（９）で、シャフト（１）の表面領域（４）において該シャフト（１）に支持されていて、かつ軸受けジャーナル（２０）を備えており、該軸受けジャーナル（２０）が、ニードルブシュ（１７，２１）と、該ニードルブシュ（１７，２１）内に配置された、ニードルとして形成された転動体とによって取り囲まれていることを特徴とする、リニアガイド。
スラスト転がり軸受け（３，１３）のブシュ（７，１４）もしくは針状ころ軸受け（１８，２２）のニードルブシュ（１７，２１）が、それぞれケーシング（２）の、半径方向の貫通する孔（５）に圧入されている、請求項１または２記載のリニアガイド。
シャフト（１）が、ステアリングコラムスピンドルであり、該シャフトが、横断面で三角形、四角形、矩形またはその他の多角形の基本形状を有する多角形軸として形成されており、周方向で相並んで位置する２つの長手方向エッジの間に、凹状の表面を有するそれぞれ１つの表面領域（４）が形成されている、請求項１または２記載のリニアガイド。
スラスト転がり軸受け（３）が、玉軸受けとして形成されている、請求項１記載のリニアガイド。
ニードルブシュ（２１）の底部に、内向きに凸部を有する突起状の湾曲部（２３）が配置されており、該湾曲部（２３）に沿って、軸受けジャーナル（２０）が外側の端面で支持されている、請求項２記載のリニアガイド。
ニードルブシュ（１７）の底部と、軸受けジャーナル（２０）の外側端面との間に、スラスト転がり軸受けの転動体セット（１９）が配置されている、請求項２記載のリニアガイド。
スラスト転がり軸受け（１３）において、転動体のための走行軌道を備えた支承ディスク（１６）が、ばねエレメントたとえばゴムリング（１５）によって支持されている、請求項１記載のリニアガイド。
ニードルブシュ（２１）の中央軸線（１１）に対して変位距離だけ平行にずらした配置の代わりに、シャフト長手軸線の垂線（１２）に対して角度αだけ傾斜された配置を有している、請求項２記載のリニアガイド。