JP2007205573A - Rolling contact bearing device and steering column - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は特にステアリングコラム用の転がり接触軸受に関する。 The present invention particularly relates to a rolling contact bearing for a steering column.
別体の圧断シートメタルで形成したトラックと、弾性を有するプレストレスを付与するためエンベロープ内に配したゴム製のドーナツ形状のウォッシャーとを有する転がり接触軸受は公知である。一体形成でないトラックは材料の損失を伴う切断工程、圧断工程、及び熱処理工程があるため製造費が比較的高くなる。ゴム製ウォッシャの成形も比較的高価な作業である。 A rolling contact bearing having a track formed of a separate cut sheet metal and a rubber donut-shaped washer disposed in an envelope for imparting elastic prestress is known. A track that is not integrally formed has a cutting process with a loss of material, a pressing process, and a heat treatment process, so that the manufacturing cost is relatively high. Rubber washer molding is also a relatively expensive operation.
ステアリングコラム用の転がり接触軸受としては、断面がU型の外側エンベロープ、外側エンベロープ内に配した少なくとも2つの処理済み鋼線、及び鋼線に接して配置した例えば球体のような転がり要素を含み、該鋼線が軌道(raceways)を形成しているものも公知である。鋼線は環状のワイヤーであり、その端部はエンベロープ内に配置されたときにつながる。内側のレース(race)は軌道と一体となしてもよいし、またはひとつのエンベロープと2つの環状ワイヤーとを含むようにしてもよい。これにより、軸方向に負荷があるとき、及び径方向に負荷があるとき、又はこれらが組み合わさった負荷があるときにも、同等に良く機能できる、3つ又は4つの接触点を有する転がり接触軸受となる。通常ステアリングコラムに要求されることであるが、軸受が遊びなく機能できるように、「ベルビル」(Belleville)円すい形状のプレストレスウォッシャーが外側エンベロープの径方向部分と、対応する環状ワイヤーとの間に設けられる。そのような軸受は満足のいく働きをするが、弾性金属ウォッシャーが比較的高価となる。 The rolling contact bearing for the steering column includes an outer envelope having a U-shaped cross section, at least two treated steel wires disposed in the outer envelope, and a rolling element such as a sphere disposed in contact with the steel wire, It is also known that the steel wire forms a raceways. The steel wire is an annular wire and its end is connected when placed in the envelope. The inner race may be integral with the track or may include an envelope and two annular wires. This allows rolling contact with three or four contact points to function equally well when there is a load in the axial direction and when there is a load in the radial direction or when there is a combination of these. It becomes a bearing. Normally required for steering columns, a “Belleville” conical prestress washer is placed between the radial portion of the outer envelope and the corresponding annular wire so that the bearing can function without play. Provided. Such bearings work satisfactorily, but elastic metal washers are relatively expensive.
上記の問題を解決する必要がある。
極めて安価に製造できる転がり接触軸受が必要とされている。
It is necessary to solve the above problems.
There is a need for rolling contact bearings that can be manufactured very inexpensively.
転がり接触軸受は内側レースと外側レースとを含み、その両方が転がり要素のための軌道を含み、転がり要素は軌道と接触して前記レースの間に配置される。2つのレースの少なくとも一方は円筒状の軸方向部分を有するエンベロープを含み、その端部には2つの径方向部分が結合している。2つの環状ワイヤーはエンベロープ内に配され、軌道を形成する。弾性材料で形成した、自由な状態においては断面が基本的に矩形である少なくともひとつの環状プレストレス要素が、エンベロープの径方向部分のひとつと、対応する環状ワイヤーの側面との間で軸方向にプレストレスが付与されるようにエンベロープ内に配されている。プレストレス要素は管状体から切断することができるが、これは極めて安価な工程である。 The rolling contact bearing includes an inner race and an outer race, both of which include a track for the rolling element, and the rolling element is disposed between the races in contact with the track. At least one of the two races includes an envelope having a cylindrical axial portion, to which two radial portions are joined. Two annular wires are arranged in the envelope and form a track. At least one annular prestressing element, formed of an elastic material, which is essentially rectangular in cross section in the free state, is axially between one of the radial parts of the envelope and the side of the corresponding annular wire. Arranged in the envelope to give prestress. The prestressing element can be cut from the tubular body, which is a very inexpensive process.
ひとつの実施形態において、エンベロープは、少なくとも片側に、プレストレス要素が部分的に位置する、直角に切った断面においてU字様形状を有する環状チェンバーを形成する、径方向部分に結合した、内側に折り返された軸方向部分を含む。したがって、内側に折り返された軸方向部分が追加されているため、プレストレス要素の位置決めが安定し、レースの径方向部分の軸方向の剛性が高くなる。 In one embodiment, the envelope is connected at least on one side, coupled to a radial portion, forming an annular chamber having a U-shaped shape in a cross-section cut at a right angle, wherein the prestressing element is partially located. Includes folded axial portion. Therefore, since the axial portion folded inward is added, the positioning of the prestress element is stabilized, and the axial rigidity of the radial portion of the race is increased.
ひとつの実施形態において、環状プレストレス要素はエラストマーを含む。エラストマーはニトリルゴム、ポリウレタン、又はエチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)であってもよい。 In one embodiment, the annular prestress element comprises an elastomer. The elastomer may be nitrile rubber, polyurethane, or ethylene propylene diene monomer (EPDM).
ひとつの実施形態において、環状プレストレス要素のショアー硬度はショアー硬度67〜87である。 In one embodiment, the Shore hardness of the annular prestress element is a Shore hardness of 67-87.
ひとつの実施形態において、転がり要素はケージにより周方向において分けられている。ケージはプレストレス要素とは反対側で、軸方向に設けた環状延在部分を有する。 In one embodiment, the rolling elements are separated in the circumferential direction by a cage. The cage has an annular extending portion provided in the axial direction on the side opposite to the prestressing element.
ひとつの実施形態において、内側軌道は転がり要素の半径より少なくとも5%大きい半径を有する。この場合、転がり要素は球体である。 In one embodiment, the inner track has a radius that is at least 5% greater than the radius of the rolling element. In this case, the rolling element is a sphere.
プレストレスウォッシャーは可撓性を有する材料でできた管状体から切断してもよい。 The prestress washer may be cut from a tubular body made of a flexible material.
ステアリングコラムはハウジング、シャフト及び、ハウジングとシャフトとの間に上で述べた転がり接触軸受装置を含む。内側レースは、それを軸方向に位置決めするショルダーに接して、シャフト上に取り付けてもよい。 The steering column includes a housing, a shaft, and the rolling contact bearing device described above between the housing and the shaft. The inner race may be mounted on the shaft against the shoulder that axially positions it.
転がり接触軸受装置の製造法は、
弾性材料からできた管状体を押出成形する工程、
管状体の一部分を切断し、基本的に断面が矩形の要素を形成する工程、
前記基本的に断面が矩形の要素を外側エンベロープにはめ込む工程、
第1の環状ワイヤーを前記基本的に断面が矩形の要素に接触するようにはめ込む工程、
内側レースと転がり要素とを含む部分組立て部をはめ込む工程、
第2の環状ワイヤーをはめ込む工程、及び
前記エンベロープの第2の径方向部分を形成し、結果として得られる転がり接触軸受にプレストレスを付与するためにエンベロープの軸方向部分の一端を折り曲げる工程を含む。プレストレス要素を形成する、断面が矩形の要素の弾性変形によりプレストレスが維持される。ケージとともに転がり要素の位置を保持して、内側レース、転がり要素、及びケージを、紛失のおそれがほとんどなく扱えるようにすることが好ましい。
The manufacturing method of the rolling contact bearing device is
A process of extruding a tubular body made of an elastic material;
Cutting a portion of the tubular body to form an element having a basically rectangular cross section;
Fitting the essentially rectangular element into the outer envelope;
Inserting the first annular wire into contact with the element having a basically rectangular cross section;
Fitting a subassembly including an inner race and rolling elements;
Fitting a second annular wire, and forming a second radial portion of the envelope and bending one end of the axial portion of the envelope to prestress the resulting rolling contact bearing. . Prestress is maintained by the elastic deformation of the elements having a rectangular cross section that form the prestress elements. It is preferred to maintain the position of the rolling element with the cage so that the inner race, rolling element, and cage can be handled with little risk of loss.
これにより、回転速度は低いが、ハウジングに対してシャフトがずれる可能性が高いステアリングコラムに好適で、極めて安価な転がり接触軸受が得られる。さらに、ステアリングコラムの軸受は許容差がゼロで、また可能な限り低くて一定した回転トルクで動作することが要求される。 As a result, a rolling contact bearing that is suitable for a steering column that has a low rotational speed but is likely to be displaced from the housing and that is extremely inexpensive can be obtained. Furthermore, steering column bearings are required to operate with zero tolerance and as low and constant rotational torque as possible.
添付の図面に非限定的な実施例として示したある実施形態の説明を考察することによりより明確な理解が得られよう。 A clearer understanding may be obtained by considering the description of certain embodiments, given as non-limiting examples in the accompanying drawings.
図1からわかるように、ステアリングコラム1はボア2aを有する管状ハウジング2、軸方向外側表面3aを有するシャフト3、及びハウジング2のボア2aとシャフト3の外側表面3aとの間に、転がり接触軸受4を含む。
As can be seen from FIG. 1, the steering column 1 comprises a
図1及び5からわかるように、転がり接触軸受4は内側レース5、外側レース6、一列の転がり要素7 −この場合は球体− 及び転がり要素7間の周方向の間隙を維持するケージ8を含む。内側レース5は深溝を有し、シャフト3の外側表面3aと接触しているボア5a、外側表面5b、並びに径方向の端面5c及び5dを含む。環状の軌道9が例えば機械加工により外側表面5bに形成されており、転がり要素7と接触している。図5に示す例では、軌道9は、軸方向の断面において、この場合は球体である転がり要素7の半径よりはるかに大きな半径を有する。
As can be seen from FIGS. 1 and 5, the rolling contact bearing 4 includes an
ケージ8は転がり要素7を抑えるセル8bと、セルの間に位置するケージ部分を連結する環状延在部分8aとを有する。延在部分8aは端面5dに軸方向に向かって延在する。
The
外側レース6は例えばシート鋼で形成した環状エンベロープ10、それぞれが例えば端部が相互に接するドーナツ形状に折り曲げられたスチール鋼である2つの環状ワイヤー11と12、及びプレストレスウォッシャー13を含んでよい。好ましくはプレストレスウォッシャー13はエラストマーに基づく素材のような弾性材料から形成する。ニトリルゴム、ポリウレタン、及びEPDMの略語でも知られているエチレンプロピレンジエンモノマーがエラストマーとして例示できる。図4に示されている自由な状態では、プレストレスウォッシャー13は断面が矩形であり、ボア13a、軸方向外側表面13b、並びに2つの径方向表面13c及び13dを有する。
The
エンベロープ10は軸方向部分10a、軸方向部分10aの端部に形成され、内側に向かって径方向に延在する2つの径方向部分10b及び10c、並びに径方向部分10bの小さい直径の端部に形成され、転がり要素7に向かって延在する軸方向部分10dを含むことができる。換言すれば、軸方向リップ10dは大きい直径の軸方向部分10aに対して小さな直径の軸方向部分を形成する。軸方向部分10a、径方向部分10b及び軸方向リップ10dは厚さがほぼ一定しており、3つの側面において閉じられ、ひとつの側面において軸方向に開放された、プレストレスウォッシャー13を収容する環状チェンバーを形成する。軸方向部分10a、径方向部分10b及び軸方向リップ10dが交差する部分の隅肉(fillet)のため、特にボア13aと径方向表面13cとの間、及び軸方向の外側表面13bと径方向表面13cとの間の凸角(salient angle)においてプレストレスウォッシャー13は僅かに変形している。径方向部分10bとは反対側の径方向部分10cは、エンベロープ10の他の部分より薄いが、これは軸受が組み立てられてから折り曲げられるようにすることで、他の部分を変形する危険を減じるためである。
The
環状ワイヤー11はエンベロープ10の軸方向部分10aのボアと、径方向部分10bとは反対側の端部で、プレストレスウォッシャー13の径方向表面13dとに接している。また環状ワイヤー11は転がり要素7とも接している。環状ワイヤー12は軸方向部分10aのボアとエンベロープ10の径方向部分10cの径方向内側表面とに接しており、同様に転がり要素7とも接している。このように環状ワイヤー11及び12はそれぞれ転がり要素に対して一点で接触しており、したがって径軸両方向の負荷を受けている。環状ワイヤー11及び12は同一であってよく、予め処理したスチール鋼を曲げることにより形成してもよく、これは極めて安価である。
The
転がり要素7と環状ワイヤー11との接点における接線は軸に対して約45°傾いている。同様のことが転がり要素7と環状ワイヤー12との接点及び接線にもあてはまり、したがってこれら2つの接線は相互に約90°の角度をなし、各環状ワイヤー11、12と転がり要素7との間に優れた傾斜接触を付与している。間隙はエンベロープ10の径方向部分10bと10cとの間において、プレストレスウォッシャー13と各環状ワイヤー11、12との囲いと、径方向表面13dが環状ワイヤー11との接触により変形しているプレストレスウォッシャー13の軸方向の弾性とによりふさがれる。したがってプレストレスウォッシャー13は環状ワイヤー11に対して軸方向のプレストレスを常に付与し、環状ワイヤー11、転がり要素7及び環状ワイヤー12間の間隙を閉じている。
The tangent at the contact point between the rolling
プレストレスウォッシャー13は可撓性を有し、変形可能であり、軸方向部分10aと軸方向リップ10dとの間で正確に中心に位置付けられており、この環状の空隙内に保持されている。これにより部品を扱う最中にウォッシャー13が偶然に非円形形状を採ることがなく、またエンベロープ10内でその正しい位置から逸脱することもないので、組立て作業が簡便となる。したがって、組立て作業の自動化が容易となり、またその信頼性も向上する。さらに、プレストレスウォッシャー13が2つの軸方向壁の間で径方向に関して保持されているため、プレストレスが付与されても、該プレストレスウォッシャー13の部材は径方向に流れることがないので、該プレストレスウォッシャー13の軸方向の弾性及び有効性を減じることはない。
The
転がり要素7の方向に向けられた軸方向リップ10dは他にも2つの利点を有する。すなわち、エンベロープ10の構造の剛性を高めるということと、内側レース5とともに軸方向に、ある長さだけ、幅狭ギャップを構成することができるため、外からの異物混入を防ぎ軸受4の保護を高めるということである。換言すれば、幅狭ギャップ封じが軸方向リップ10dと、端面5c近傍の、内側レース5の軸方向外側表面5bとの間に形成される。
The
自由な状態においては、プレストレスウォッシャー13は直角に切った断面において基本的に矩形であり、このことは、それが可撓性を有する材料でできた管状体で形成することができることを意味する。この目的には、押出成形による管状体14の形態のエラストマーを用いることができ、図2を参照して説明すると、押出成形によるこの製造法は極めて安価であり、該管状体は切断器具15を用いて所望の厚さのウォッシャーに切断される。プレストレスウォッシャー13の材料のショアー硬度は好ましくは67〜87の範囲から選択する。この方法はウォッシャーを射出成形法により製造する方法に比べ極めて経済的である。
In the free state, the
軸受を組み立てるには、一方で内側レース5、転がり要素7、及びケージ8を含む部分組立部をつくり、他方で、径方向部分10cが未だ曲げられておらず、したがって軸方向部分10aの軸方向の延在部分として見えている状態でプレストレスウォッシャー13をエンベロープ10に挿入することができる。したがって、プレストレスウォッシャー13は簡単な軸方向の移動により挿入される。つぎに環状ワイヤー11がプレストレスウォッシャー13とエンベロープ10の軸方向部分10aのボアとに接触して置かれ、続いて内側レース5、転がり要素7、及びケージ8からなる部分組立部が置かれ(転がり要素7は環状ワイヤー11と接する)、つぎに環状ワイヤー12が転がり要素7とエンベロープ10の軸方向部分10aのボアとに接して置かれる。最後に径方向部分10cが折り曲げられ、図1及び図5に示す最終的な形状になる。これで径方向部分10cは環状ワイヤー12に接触しそれを反対側の径方向部分10bの方向に動かそうとして、プレストレスウォッシャー13を変形させ、接触するこれらの要素すべてにプレストレスを付与する。
To assemble the bearing, on the one hand, a partial assembly comprising the
結果的に、安価で信頼性の高いステアリングコラム軸受を得る。 As a result, an inexpensive and highly reliable steering column bearing is obtained.
1 ステアリングコラム
2 管状ハウジング
3 シャフト
4 転がり接触軸受
5 内側レース
6 外側レース
7 転がり要素
8 ケージ
9 軌道
10 エンベロープ
10a 軸方向部分
10b、10c 径方向部分
11、12 環状ワイヤー及び
13 プレストレスウォッシャー
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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BRPI0700391A (en) | 2007-11-06 |
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Legal Events
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091106 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120515 |