JP2014040916A - 転がり軸受用ケージ、転がり軸受及び自動車用電気式パワーステアリング - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てることが容易であり且つ良好な使用の信頼性を与える、低速利用のための転がり軸受用のケージを提供すること。
【解決手段】自動車の電気式パワーステアリング用転がり軸受のケージは、１列の転がり部材の周方向間隔を提供するものであり、転がり部材のための複数の第１ポケット（９）を含み、これらポケットには、前記転がり部材にケージ（５）を保持するための軸方向保持手段が設けられていない。ケージ（５）は、単一の第２ポケット（１０）を含み、該第２ポケットには、前記第２ポケット（１０）に収容された転がり部材の１つにケージ（５）を保持するための軸方向保持手段（１３）が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、転がり軸受、特に自動車用電気式パワーステアリングで用いられる転がり軸受の分野に関する。

より具体的に、本発明は、転がり軸受の転がり部材間に周方向間隔を提供する保持ケージに関する。

自動車用電気式パワーステアリングは、通常、ステアリングコラムまたは車輌の操舵輪の角度位置決めを行うための機械的構成要素を備えた下部組立体上に位置する電気機械アクチュエータを備えている。電気機械アクチュエータは、回転式電気モータを備え、この回転式電気モータのシャフトは、直接またはボールネジシステムを介して少なくとも１つの転がり軸受によって支持されている。

転がり軸受は、通常、内側リングと、外側リングと、内側リング及び外側リング間に配置された一列の転がり部材、通常、玉と、を備えている。

玉を収容するための複数のポケットを含んだ転がり軸受用の保持ケージであって、各ポケットが、前記ケージにおけるヒールの反対側に配置された２つの爪によって部分的に規定された、ケージは、特許文献１から公知である。このようなケージは、非常に多くの利用において完全に条件を満たしている。しかしながら、遅い回転速度を伴う利用または回転方向が急に逆になる利用では、この型のケージは、さまざまな問題に直面する。特に、玉の影響を受けて、ケージが大きな変形を経験して内側リングと接触し、ケージを損傷させるか、さらに破損させる可能性がある。

さらに、軸受に加わる荷重の方向が変わる場合、例として上述した電気式パワーステアリングを備えた車輌の車輪が、運転者が車輌を駐車するときに左右へ操作することで向きを変える場合、ケージは、同様に大きく変形されるか、さらに破損される。さらに、上記ケージを玉を覆って適合させることが難しいことが分かる。

また、ケージを玉に保持するために軸方向保持爪が設けられた玉のための３つのポケットと、軸方向保持爪が設けられていないポケットと、を含んだ転がり軸受用のケージが特許文献２から公知である。

しかしながら、極めて低速、例えば１００ｒｐｍから３００ｒｐｍの間の速度且つ高い軸方向及び径方向荷重での利用において、転がり軸受は、大きな変形を経験する。公知のケージは、転がり部材に、互いに対する十分な自由を与えることがなく、このことは、ケージも大きく変形されることを意味する。

仏国特許出願公開第２９１１９３４号明細書 仏国特許出願公開第２８８３９４１号明細書

本発明は、これら欠点を克服することを目的とする。

より詳細に、本発明は、組み立てることが容易であり且つ良好な使用の信頼性を与える、低速利用のための転がり軸受用のケージを提供することを目的とする。

また、本発明は、小さい空間のみを占め、重量が軽く且つ使用時にあまり変形しないケージを提供することを目的とする。

本発明の１つの対象は、１列の転がり部材の周方向間隔を提供するものであり、転がり部材のための複数の第１ポケットを含み、これらポケットには、前記転がり部材にケージを保持するための軸方向保持手段が設けられていない、自動車の電気式パワーステアリング用転がり軸受のケージである。

ケージは、単一の第２ポケットを含んでいる。第２ポケットには、前記第２ポケットに収容された転がり部材の１つにケージを保持するための軸方向保持手段が設けられている。

従って、転がり部材は、互いに対して動くことができ、これにより、転がり軸受の使用中にケージが変形するリスクを制限する。さらに、転がり部材にケージを保持するための手段が設けられた第２ポケットの存在は、ポケットの１つのみが軸方向保持爪を備えるだけで、ケージが転がり部材上により容易に適合することを可能にする。

有利なことに、ケージは、環状ヒールを備え、該環状ヒールには、分離部と、２つのハイブリッド分離部と、が軸方向に延在し、分離部間には第１ポケットを規定し、２つのハイブリッド分離部間には単一の第２ポケットを規定している。

２つの隣り合う第１ポケット間に位置した分離部は、２つの円筒状突起を備え、該円筒状突起は、隣り合う分離部の円筒状突起とともに、第１ポケットの１つを形成している。

単一の第２ポケットと第１ポケットとの間に位置したハイブリッド分離部は、爪を有しており、該爪の自由端は、単一の第２ポケットを形成するために、隣り合うハイブリッド分離部の爪に向かって周方向に延在し、円筒状突起が、それぞれ隣り合う分離部の円筒状突起とともに、第１ポケットの１つを形成している。

第１実施形態によれば、少なくともハイブリッド分離部は、ハイブリッド分離部の厚さに形成され且つ軸方向保持手段の反対側の環状ヒールの端面で軸方向に開口したキャビティを含んでいる。

各分離部は、分離部の厚さに形成され且つ転がり部材の反対側の環状ヒールの端面で軸方向に開口したキャビティを含んでもよい。

ヒール及び分離部における開口部の存在は、分離部の可撓性を増大させるので、ケージが転がり軸受を覆って適合することを極めて容易にさせる。さらに、重量及び製造コストは、下げられる。

有利なことに、第１ポケットは、ほぼ円筒状壁を有し、単一の第２ポケットは、ほぼ球状壁を有している。

ケージは、合成材料、好ましくはポリマー材料から製造されてもよい。

第１ポケットのそれぞれは、対応する第１ポケットに収容された転がり部材に対して、第１軸方向クリアランス、第１径方向クリアランス及び第１周方向クリアランスを有し、単一の第２ポケットは、前記第２ポケットに収容された転がり部材に対して、第２軸方向クリアランス、第２径方向クリアランス及び第２周方向クリアランスを有している。

従って、転がり部材には、前記ポケットに対して径方向、周方向及び軸方向に動く比較的大きいクリアランスが与えられる。従って、ポケットに収容された転がり部材とケージとの間の相互作用は、低減される。転がり部材は、互いに対して動くことができ、従って、２つの隣り合う転がり部材の相反する動きをする場合、例えば自動車が駐車されると同時に車輪が向きを変える場合に予定外の変形の危険性を減少させる。

本発明の第２の側面は、外側リングと、内側リングと、１列の転がり部材と、上述したケージと、備え、各外側リング及び内側リングは、少なくとも１つのレースウェイを含み、転がり部材は、レースウェイ間に配置されている転がり軸受に関する。

転がり部材は、玉であってもよい。

本発明の第３の側面は、少なくとも１つの上述した転がり軸受けを備えた自動車の電気式パワーステアリングに関する。

本発明は、全体的に非限定的な例のために与えられ且つ添付の図面に示される複数の実施形態の説明を参照することでよりよく理解される。

本発明の第１実施形態による転がり軸受の正面図である。 図１の転がり軸受のＩＩ−ＩＩに関する断面図である。 図１の転がり軸受のＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面である。 図１のケージにおける後方からの斜視図である。 本発明の第２実施形態によるケージにおける後方からの斜視図である。

図１及び図２においてその全体として参照符号１で示され、軸方向軸線Ｘ−Ｘからなる転がり軸受は、自動車用ステアリングコラムに取り付けられるものである。

図１及び図２に示すように、転がり軸受１は、外側リング２と、内側リング３と、本実施形態において玉の形態に製造された一列の転がり部材４と、転がり部材４の均一な周方向間隔を維持するためのケージ５と、を備えている。

外側リング２及び内側リング３は、それぞれソリッドである。“ソリッドリング”が意味するものは、それ自体の形状が、管、棒状材料、鋳造されたブランク及び／または巻かれたブランクから（旋削、研削して）チップを除去する機械加工によって得られるリングである。

外側リング２は、その内孔領域において、断面が転がり部材４に合わせられた凹形の内部輪郭である深溝レースウェイ２ａを含み、前記レースウェイ２ａは、径方向において内側を向いている。また、内側リング３は、その円筒状外面領域において、断面が転がり部材４に合わせられた凹形の内部輪郭である深溝レースウェイ３ａを含み、前記レースウェイ３ａは、径方向において外側を向いている。ケージ５は、径方向において、内側リング３の外面と外側リング２の内孔との間に配置されている。

内側リング３及び外側リング２は、ほぼ整列された径方向前面３ｂ，３ｃ，２ｂ，２ｃを有し、且つ鋼のピースを機械加工することによってそれぞれ一体ものとして製造されている。

図２及び図３から分かるように、ケージ５は、軸方向において転がり部材４の一側に配置されるように構成され且つ環状ヒールを形成する環状部分６と、前記環状ヒール６における径方向端面６ａの反対側で環状ヒール６から軸方向に延在した分離部７，８または分離指と、を備えている。分離部７，８は、環状ヒール６とともに一体ものからなり、分離部７，８間には、転がり部材４が配置されるポケット９，１０を画定している。

第１分離部７は、環状ヒール６から軸方向に突出するペグの形態を取り、前記分離部７は、環状ヒール６の内孔６ｂとほぼ整列された内面７ａと、前記環状ヒール６の外面６ｃとほぼ整列された外面７ｂと、によって径方向に画定されている。分離部７は、第１ポケット９を規定するほぼ円筒状側壁によって周方向に画定されている。各第１ポケットの壁を規定する円筒の直径は、転がり部材４の直径よりも大きく、これにより、前記転がり部材に、第１ポケット９に対して径方向、周方向及び軸方向に動くクリアランスを与えることができる。第１ポケット９の円筒状壁は、対応する第１ポケット９に収容された転がり部材４に対して、第１軸方向クリアランスＪ_１ａ、第１径方向クリアランスＪ_１ｒ及び第１周方向クリアランス（参照符号なし）を有している。軸方向クリアランスＪ_１ａは、環状ヒール６の内面と、対応する第１ポケットに収容された部材４と、の間の距離に対応する。周方向クリアランスは、第１ポケット９の円筒状内面と、対応するポケットに収容された転がり部材４と、の間の距離に対応し、径方向クリアランスＪ_１ｒは、転がり部材４の中心Ｃ_ｂと、対応するポケット９の中心Ｃ_ｃと、の間の距離に対応している。

各第１ポケット９は、径方向内側及び径方向外側に向かって開口しており、且つ環状ヒール６の反対側で軸方向に開口しており、ケージ５が設置されることを可能にする。第１ポケット９は、円筒状縁部または円筒状壁が設けられた軸方向開口部を有しており、これにより、ケージ５と擦れる転がり部材４の摩擦を軽減させる。

各第１ポケット９は、円筒形状の軸方向突起１１を備え且つ環状ヒール６と反対方向に軸方向に延在した分離部７を備えている。各分離部７の突起１１は、隣り合う分離部７の突起１１とともに、軸方向保持手段が設けられていない第１ポケット９の１つを部分的に画定している。各突起１１は、対応する第１ポケット９に配置された転がり部材４に対するケージ５の軸方向の保持を提供することができない。円筒状突起１１の円筒状内面は、第１ポケット９の円筒状面の一部を形成している。各分離部７の突起１１は、ノッチ１２によって周方向に分けられている。

また、図４において詳細に示すケージ５は、単一の第２ポケット１０を形成するハイブリッド分離部８を備えている。第２ポケット１０には、前記第２ポケット１０に収容された転がり部材４に前記ケージ５を保持するための軸方向保持手段が設けられている。後述するように、ハイブリッド分離部８は、第２ポケット１０の可撓性を向上させるために、空洞構造を有している。

第２ポケット１０は、転がり部材４の一側に配置された環状ヒール６から軸方向に延在したハイブリッド分離部８によって、隣り合う第１ポケット９から分離されている。

ハイブリッド分離部８は、環状ヒール６から軸方向に突出する指またはペグの形態を取り、且つ内面８ａ及び外面８ｂによって径方向に画定されている。内面８ａ及び外面８ｂは、それぞれ前記環状ヒール６の内孔６ｂ及び外面６ｃとほぼ整列されている。各ハイブリッド分離指８は、周方向において一方では、隣り合う分離部７とともに、第２ポケット１０と隣り合う第１ポケット９の１つを形成するように、ほぼ円筒状側壁を有し、他方では、実際の第２ポケットを適切に形成するために、隣り合うハイブリッド部分８の球状壁に接続する球状壁を有している。第２ポケット１０の壁は、球状であり、且つ関連する転がり部材４を収容するために一定厚さのカップを形成している。

第２ポケット１０の壁を規定する円筒の直径は、転がり部材４の直径よりも大きく、これにより、前記転がり部材に、第２ポケット１０に対して径方向、周方向及び軸方向に動くクリアランスを与えることができる。第２ポケット１０の円筒状壁は、第２ポケット１０に収容された転がり部材４に対して、第２軸方向クリアランスＪ_２ａ、第２径方向クリアランスＪ_２ｒ及び第２周方向クリアランス（参照符号なし）を有している。軸方向クリアランスＪ_２ａは、環状ヒール６の内面と、対応する第２ポケットに収容された部材４と、の間の距離に対応し、周方向クリアランスは、第２ポケット１０の球状内面と、対応するポケットに収容された転がり部材４と、の間の距離に対応し、径方向クリアランスＪ_２ｒは、転がり部材４の中心Ｃ_ｂと、対応するポケット１０の中心Ｃ_ｃと、の間の距離に対応している。

ケージ５は、各分離部７，８の基部に位置する接続部５ａを有しており、接続部５ａは、環状ヒール６と、対応する分離部７，８と、の間の接合部分を形成している。接続部５ａは、断面が円形である。

各ハイブリッド分離部８は、環状ヒール６の反対側で軸方向に延在した爪１３を備えており、爪１３の自由端は、隣り合うハイブリッド分離部８の向かい合う爪１３に向かって周方向に延在し、同じ第２ポケット１０を画定する。各爪１３の凹形の内面は、第２ポケット１０の球状壁の一部を形成している。第２ポケット１０と関連する２つの爪１３は、互いに向かって延在しており、爪１３の自由端は、転がり部材４の直径よりも小さい距離で離されている。第２ポケット１０の爪１３は、前記第２ポケット１０に配置された転がり部材４を覆って挟むことでケージ５の軸方向の保持を提供することができる。ケージ５は、爪１３によって１列の転がり部材上で軸方向に保持される。

また、各ハイブリッド分離部８は、環状ヒール６から反対側で軸方向に延在した、円筒形状からなる軸方向突起１４を備えている。各ハイブリッド分離部８の軸方向突起１４は、隣り合う分離部７の突起１１とともに、軸方向保持手段が設けられていない第１ポケット９の１つを部分的に画定している。各突起１４は、第２ポケット１０と隣り合う第１ポケット９に配置された転がり部材４に対するケージ５の軸方向の保持を提供することができない。

各ハイブリッド分離部８の爪１３及び突起１４は、ノッチ１５によって周方向に分けられており、これにより、爪１３が比較的小さい周方向の厚さ及びある程度の可撓性を有し、軸方向の推進力が前記転がり部材４に向かってケージ５の環状ヒール６に付与されると、ケージ５が爪１３の周方向部によって転がり部材４を覆って挟むことを可能とする。第２ポケット１０は、径方向内側及び径方向外側に向かって開口しており、且つ、環状ヒール６の反対側で軸方向に開口しており、ケージ５が設置されることを可能とする。

図５に示す実施形態の別の形態は、ケージ５の各分離部７，８がキャビティ１６，１７を含んでいることのみが異なり、図５において、同一の部材には、同一の参照符号を付してある。キャビティ１６，１７は、分離部７，８の厚さに形成され、且つ環状ヒール６の端面６ａからノッチ１２，１５近傍まで軸方向に延在している。各キャビティ１６，１７は、ポケット９及び１０の反対側で端面６ａに向かって軸方向に開口し、且つ分離部７，８における内面７ａ，８ａ及び外面７ｂ，８ｂによって径方向に画定されている。各キャビティ１６，１７は、全体として矩形である。

環状ヒール６は、ヒール６の厚さにおいて開口部１８を有しており、開口部は、転がり部材４の反対側のヒール６の端面６ａと、分離部７，８のキャビティ１６，１７と、の間で軸方向に開口している。図示するように、開口部１８は、対応する分離部７，８における対応するキャビティ１６，１７に開口し且つヒール６の外部６ｃとヒール６の内部６ｂとの間で径方向に画定されるように、局所的に位置している。変形例として、開口部１８は、周方向に設けられていてもよい。キャビティ１６，１７は、ケージ５に、前記ケージ５の機械的強度が局所的に弱くなる領域を形成し、ケージ５を環状ヒール６側で変形させやすくし且つ第２ポケット１０の可撓性を向上させる。さらに、キャビティ１６，１７は、使用される材料の量を減少することによってケージ５を軽量化することを可能にする。

変形例として、ハイブリッド分離部８のみがキャビティ１７を有し、ケージ５の剛性を保証する一方でそれと同時に、ケージ５が転がり部材４を覆って適合することを容易にさせる。

有利には、ケージ５は、ポリマー材料、例えばポリアミド、特にＰＡ ６６もしくはＰＡ ４６またはさらにポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を成型することによって一体ものとして製造される。

変形例として、ケージは、金属材料、例えば真鍮または、鋳造され、焼結され、機械加工されもしくは射出成形された鋼から製造される。

本発明により、転がり部材上の保持手段が設けられまたは転がり部材を覆って挟む単一のポケットを備えたケージが、転がり部材における互いに対するより高い可動性をもたらす軸方向におけるより高い可撓性を有し、従って、転がり軸受が使用されるときに変形する危険性を制限する。材料の空洞化は、ケージの可撓性を局所的に増大させることをもたらす。

２ 外側リング、２ａ レースウェイ、３ 内側リング、３ａ レースウェイ、４ 転がり部材、５ ケージ、６ 環状ヒール、６ａ 端面、７ 分離部、８ ハイブリッド分離部、９ 第１ポケット、１０ 第２ポケット、１１ 突起、１３ 軸方向保持手段、１４ 突起、１６ キャビティ、１７ キャビティ、Ｊ_１ａ 第１軸方向クリアランス、Ｊ_１ｒ 第１径方向クリアランス、Ｊ_２ａ 第２軸方向クリアランス、Ｊ_２ｒ 第２径方向クリアランス

Claims (12)

1. １列の転がり部材（４）の周方向間隔を提供するものであり、前記転がり部材（４）のための複数の第１ポケット（９）を含み、該第１ポケットには、前記転がり部材（４）にケージ（５）を保持するための軸方向保持手段が設けられていない、自動車の電気式パワーステアリング用転がり軸受のケージにおいて、
   単一の第２ポケット（１０）を含み、該第２ポケット（１０）には、前記第２ポケット（１０）に収容された前記転がり部材（４）の１つに前記ケージ（５）を保持するための軸方向保持手段（１３）が設けられていることを特徴とするケージ。
2. 環状ヒール（６）を備え、該環状ヒール（６）には、分離部（７）と、２つのハイブリッド分離部（８）と、が軸方向に延在し、前記分離部（７）間には前記第１ポケット（９）を規定し、前記ハイブリッド分離部（８）間には単一の前記第２ポケット（１０）を規定していることを特徴とする請求項１に記載のケージ。
3. ２つの隣り合う第１ポケット（９）間に位置した前記分離部（７）は、２つの円筒状突起（１１）を備え、該円筒状突起（１１）は、隣り合う前記分離部（７）の前記円筒状突起（１１）とともに、前記第１ポケット（９）の１つを形成していることを特徴とする請求項２に記載のケージ。
4. 単一の前記第２ポケット（１０）と第１ポケット（９）との間に位置した前記ハイブリッド分離部（８）は、爪（１３）を有しており、該爪（１３）の自由端は、単一の前記第２ポケット（１０）を形成するために、隣り合う前記ハイブリッド分離部（８）の前記爪（１３）に向かって周方向に延在し、円筒状突起（１４）が、それぞれ隣り合う前記分離部（７）の前記円筒状突起（１１）とともに、前記第１ポケット（９）の１つを形成していることを特徴とする請求項２または３に記載のケージ。
5. 少なくとも前記ハイブリッド分離部（８）は、前記ハイブリッド分離部（８）の厚さに形成され且つ前記軸方向保持手段（１３）の反対側の前記環状ヒール（６）の端面（６ａ）で軸方向に開口したキャビティ（１７）を含んでいることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のケージ。
6. 各分離部（７，８）は、前記分離部（７，８）の厚さに形成され且つ前記転がり部材（４）の反対側の前記環状ヒール（６）の端面（６ａ）で軸方向に開口したキャビティ（１６，１７）を含むことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のケージ。
7. 前記第１ポケット（９）は、ほぼ円筒状壁を有し、単一の前記第２ポケット（１０）は、ほぼ球状壁を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のケージ。
8. 合成材料、好ましくはポリマー材料から製造されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のケージ。
9. 前記第１ポケット（９）のそれぞれは、対応する前記第１ポケットに収容された転がり部材（４）に対して、第１軸方向クリアランス（Ｊ_１ａ）、第１径方向クリアランス（Ｊ_１ｒ）及び第１周方向クリアランスを有し、単一の前記第２ポケット（１０）は、前記第２ポケット（１０）に収容された転がり部材（４）に対して、第２軸方向クリアランス（Ｊ_２ａ）、第２径方向クリアランス（Ｊ_２ｒ）及び第２周方向クリアランスを有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のケージ。
10. 外側リング（２）と、内側リング（３）と、１列の転がり部材（４）と、請求項１から９のいずれか一項に記載のケージ（５）と、を備え、各外側リング（２）及び内側リング（３）は、少なくとも１つのレースウェイ（２ａ，３ａ）を含み、前記転がり部材（４）は、前記レースウェイ（２ａ，３ａ）間に配置されていることを特徴とする転がり軸受。
11. 前記転がり部材（４）は、玉であることを特徴とする請求項１０に記載の転がり軸受。
12. 請求項１０または１１に記載の少なくとも１つの転がり軸受（１）を備えた、自動車の電気式パワーステアリング。