JP6342124B2 - ロールベアリングのケージ、ロールベアリング及び自動車の電気操舵システム - Google Patents

Description

本願は、自動車の電気操舵システムで使用されるロールベアリング、特にボールベアリングの分野に関する。

より詳しくは、本発明は、ボールを保持するためのケージに関し、このケージは、このようなロールベアリングのためにボール間の周方向間隔を確保する。

自動車の電気操舵システムは、一般的には、ステアリングコラムにまたは下部組立体に配置された電気機械アクチュエータを備え、この下部組立体は、車両の駆動輪を角方向で位置付けさせるように設計された機械部材を備える。電気機械アクチュエータは、回転電気モータと、そのシャフトと、を備え、このシャフトは、直接にまたはボールネジシステムを介して４つの接点で少なくとも１つのボールベアリングデバイスにより支持されている。

ロールベアリングは、一般的には、各レースには２つの支持トラックが設けられた内側レース及び外側レースと、レースの４つの支持トラック間に配置された１組の転がり素子、一般的にはボールと、を備える。

特許文献１は、合成材料で形成されたロールベアリングのためのボールを保持するためのケージを開示しており、このケージは、ボールを収容するためのソケット部を備える。ソケット部は、対になって肩部とは反対側に配置された爪部により離間されている。このような保持ケージは、さまざまな用途で完全に十分である。しかしながら、回転速度が低いまたは回転方向が不意に変化する用途において、このタイプのケージは、さまざまな問題を引き起こす。より具体的には、ボールが負荷を受けると、ケージは、大幅に変形して内側レースと接触し、これは、ケージの損傷またはケージの破壊を引き起こす。

さらに、例えば上述のように電気操舵システムが設けられた車両の車輪を操舵するときなどロールベアリングにかけられた負荷の方向が変化する場合に、操縦者が車両を駐車するために左右に操作することを実行すると、ケージは、同様に、大幅に変形する、あるいは破壊される。

仏国特許第２９２１４５１号明細書

したがって、本発明の目的は、上記欠点を改善することである。

より詳しくは、本発明は、ロールベアリングのためのケージを提供することを目的としており、このケージは、変形しにくく、必要とする空間が小さく、ケージにかけられた応力を均一に分配する。

本発明は、同様に、ケージのソケット部においてボールの十分な間隙を可能とする一方でケージと転がり素子との間の摩擦を低くするケージを提供することを目的とする。

本発明の主題は、電気操舵システムのためのロールベアリングのケージであり、このケージは、ボールの周方向間隔を確保し、ケージがボールに接触して軸方向で保持するための手段が設けられた複数の第１ソケット部と、ケージがボールに接触して軸方向で保持するための手段が設けられていない複数の第２ソケット部と、を備える。

各第１ソケット部は、対応する第１ソケット部に収容されたボールと共に、第１軸方向間隙、第１径方向間隙及び第１周方向間隙を有し、各第２ソケット部は、対応する第２ソケット部に収容されたボールと共に、第２軸方向間隙、第２径方向間隙及び第２周方向間隙を有する。

このため、ケージのソケット部とボールとの間に間隙が存在することに起因して、ケージとボールとの間の相互の影響が低減する。さらに、ボールは、互いに対して移動可能であり、このため、例えば自動車を駐車する際の車輪の操舵運動中などにおいて、２つの隣り合うボールが反対方向に移動するときに、予期しない変形の危険性を低減する。

有利には、第１径方向、軸方向及び周方向間隙それぞれは、ボールの中心を通過する元の直径の０．４％以上１．２％以下、好ましくはボールの中心を通過する元の直径の０．５６％以上１．１４％以下の範囲、例えばボールの中心を通過する元の直径の０．７８である。

一形態において、第２径方向、軸方向及び周方向間隙それぞれは、ボールの中心を通過する元の直径の０．４％以上１．６％以下、好ましくはボールの中心を通過する元の直径の０．５６％以上１．５４％以下の範囲、例えばボールの中心を通過する元の直径の１．１４％である。

各第１ソケット部は、１つの第２ソケット部により他の第１ソケット部から離間している。

有利には、第１ソケット部には、ほぼ球面状の壁部が設けられており、第２ソケット部には、ほぼシリンダ状の壁部が設けられている。

一形態において、ケージは、互いの間でソケット部を画成する突出部分により軸方向に延在する環状肩部を備え、各突出部分は、爪部であって、その自由端部が隣り合う突出部分の爪部に向けて周方向で延在して第１ソケット部のうちの１つを形成する爪部と、シリンダ状の突出部であって、隣り合う突出部分のシリンダ状の突出部と共に、第２ソケット部のうちの１つを形成する、突出部と、を備える。

ケージは、例えば合成材料、好ましくはポリマー材料で形成されている。

第２の特徴において、本発明は、ロールベアリングに関し、このロールベアリングは、それぞれが２つの支持トラックを備える外側レース及び内側レースと、支持トラック間に配置される１組のボールであって、４つの接点でボールベアリングを形成する、ボールと、上記ケージと、を備える。

有利には、ボールと外側レースとの間にある第１接点は、ボールの中心を通過する径方向対称軸に対して第１角度を形成し、ボールと内側レースとの間にある第２接点は、ボールの中心を通過する径方向対称軸に対して第２角度を形成し、第１及び第２角度間の差異は、最大４°である。

第３の特徴において、本発明は、上記ロールベアリングを少なくとも１つ備える自動車の電気操舵システムに関する。

本発明は、非限定的な例として提供されかつ添付の図面で示されたいくつかの実施形態の説明を読むことにより、より明確に理解される。

本発明におけるロールベアリングを示す軸方向断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。 図１のＶ−Ｖに沿う断面図である。 図１のケージを示す斜視図である。

軸方向軸Ｘ−Ｘを有し、図１から図４においてその全体を参照符号１で示されたロールベアリングは、自動車のステアリングコラムに取り付けられるように設計されている。

図１及び図２に示すように、ロールベアリング１は、外側レース２と、内側レース３と、ボールなどの転がり素子４と、ボールの均一な周方向間隔を維持するためのケージ５と、を備える。

内側レース３は、ほぼ矩形状の断面からなるリング状をなしており、径方向厚さが小さく、その外面には、２つの環状支持トラック３ａ、３ｂが設けられている。外側レース２は、内側レース３と同様に、その内側孔部にある２つの環状支持トラック２ａ、２ｂを備える。内側及び外側レース３、２は、前方径方向面３ｃ、３ｄ、２ｃ、２ｄを有し、これら前方径方向面は、ほぼ位置合わせされており、それぞれが一部品のスチールから機械加工することによって一部品として製造されている。

各ボール４は、内側及び外側レース３、２に形成された４つの支持トラック２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂと接触している。ボール４と外側レース２の第１支持トラック２ａとの間にある第１接点Ｐ_１は、ボール４の中心を通過する対称軸Ｙ−Ｙに対して第１角度α_１を形成する。ボール４と内側レース３の第１支持トラック３ｂとの間にある第２接点Ｐ_２は、ボール４の中心を通過する対称軸Ｙ−Ｙに対して第２角度α_２を形成する。ボール４と外側レース２の第２支持トラック２ｂとの間にある第３接点Ｐ_３は、ボール４の中心を通過する対称軸Ｙ−Ｙに対して第３角度α_３を形成する。ボール４と内側レース３の第２支持トラック３ｂとの間にある第４接点Ｐ_４は、ボール４の中心を通過する対称軸Ｙ−Ｙに対して第４角度α_４を形成する。第１及び第２角度α_１及びα_２間の差異と第３及び第４角度α_３及びα_４間の差異とは、最大限恒久的にボールが内側及び外側支持レースにより画成される４つの支持トラックと接触することを可能とするため、最大４°となっている。

ケージ５は、外側及び内側レース２、３間で径方向に配置されている。ケージ５は、環状肩部を形成するボール４の一側に軸方向に配置された円形の環状部分６と、環状肩部６から軸方向に延在する突出部分７または離間指部と、を備える。突出部分７は、環状肩部６と一部品で形成されており、他の突出部分との間で、ボール４を配置するソケット部８、９を画成する。

ケージ５は、ケージ５がボール４に接触して軸方向で保持するための手段が設けられた複数の第１ソケット部８と、ケージ５がボール４に接触して軸方向で保持するための手段が設けられていない複数の第２ソケット部９と、を備える。各第１ソケット部８は、第２ソケット部９により他の第１ソケット部８から離間されている。このため、第１ソケット部８は、周方向で均一に分布しており、ボール４に接触したケージ５の均一な軸方向保持を確保する。第１ソケット部８には、ほぼ球面の壁部が設けられており、第２ソケット部９には、ほぼシリンダ状の壁部が設けられている。第１ソケット部８は、突出部分７によって隣り合う第２ソケット部から離間されている。

各突出部分７は、環状肩部６の径方向反対側に方向付けられた爪部８ａを備えており、爪部の自由端部は、隣り合う突出部分７の爪部８ａに向けて周方向に延在し、ボール４を取り囲む傾向があるほぼ球面状の第１ソケット部８のうちの１つを形成する。すなわち、第１ソケット部８のうちの１つと関連付けられた２つの爪部８ａは、互いに向けて延在しており、上記第１ソケット部８に配置されているボール４に接触したケージ５の軸方向保持を提供する。ケージ５は、第１ソケット部８の爪部８ａによって、１組のボール４を接触して軸方向で保持している。各第１ソケット部８が第２ソケット部９によって他の第１ソケット部８から離間されているので、第１ソケット部８は、周方向で均一に分布されており、ボール４に接触するケージ５の均一な軸方向保持を確保する。爪部８ａの内側の凹面は、第１ソケット部８の球状面７ａを形成する。

各突出部分７は、シリンダ状の突出部９ａを備え、この突出部は、環状肩部６の径方向反対側に方向付けられており、隣り合う突出部分７のシリンダ状の突出部９ａと共に、ケージ５がボール４に接触して軸方向で保持するための手段のないソケット部を形成する。このため、シリンダ状の突出部９ａは、対応する第２ソケット部９に配置されたケージ５がボール４に接触して軸方向で保持することを確実にすることができない。シリンダ状の突出部９ａの内側シリンダ状面は、第２ソケット部９のシリンダ状面７ｂの一部を形成する。シリンダ状の突出部９ａ及び軸方向部分７のうちの１つの爪部８ａは、凹所７ｃにより離間されており、そのため、爪部８ａは、周方向において比較的小さな角方向深さを有し、その結果、ある可撓性を有しており、この可撓性により、軸方向推進をボール４の方向でケージ５の環状肩部６にかけると、爪部８ａを周方向で離間させていることにより、ケージ５は、ボール４と接触してカチッと所定位置に入る。

各ソケット部８、９は、その内側及び外側面において開口しており、同様に、環状肩部６の反対側において軸方向に開口しており、このため、ケージ５を位置付けることが可能となる。このため、第２ソケット部９は、ケージ５に対するボール４の摩擦を低減するために、シリンダ状の縁部７ｂが設けられた軸方向開口部を有する。

第１ソケット部８の球面状壁部７ａの直径は、対応する上記第１ソケット部８に収容されたボール４と共に、第１軸方向間隙Ｊ_１ａ、第１径方向間隙Ｊ_１ｒ及び第１周方向間隙Ｊ_１ｃを形成するために、ボール４の直径よりも大きい。第２ソケット部９のシリンダ状壁部７ｂの直径は、対応する上記第２ソケット部９に収容されたボール４と共に、第２軸方向間隙Ｊ_２ａ、第２径方向間隙Ｊ_２ｒ及び第２周方向間隙Ｊ_２ｃを形成するために、ボール４の直径よりも大きい。軸方向間隙Ｊ_ａは、環状肩部６の内面６ａと対応するソケット部に収容されたボール４との間の距離に対応する。周方向間隙Ｊ_ｃは、対応するソケット部８、９の内側の球状またはシリンダ状の面７ａ、７ｂと対応するソケット部に収容されたボール４との間の距離に対応する。径方向間隙Ｊ_ｒは、ボール４の中心Ｃ_ｂと対応するソケット部８、９の中心Ｃ_ｃとの間の距離に対応する。

第１径方向、軸方向及び周方向間隙Ｊ_１ｒ、Ｊ_１ａ及びＪ_１ｃそれぞれは、ボール４の中心Ｃ_ｂを通過する元の直径の０．４％から１．２％の間、好ましくは０．５６％から１．１４％の間の範囲にある、理想的には０．７８％である。第２径方向、軸方向及び周方向間隙Ｊ_２ｒ、Ｊ_２ａ及びＪ_２ｃそれぞれは、ボールの中心Ｃ_ｂを通過する元の直径の０．４％から１．６％の間、好ましくは０．５６％から１．５４％の間の範囲にある、理想的には１．１４％である。

非限定的な例として、５０ｍｍの有効直径に対して、第１径方向、軸方向及び周方向間隙Ｊ_１ｒ、Ｊ_１ａ及びＪ_１ｃそれぞれは、０．２ｍｍから０．６ｍｍの間、好ましくは０．２８ｍｍから０．５７ｍｍの間の範囲にあり、理想的には０．３９ｍｍであり、第２径方向、軸方向及び周方向間隙Ｊ_２ｒ、Ｊ_２ａ及びＪ_２ｃそれぞれは、０．２ｍｍから０．８ｍｍの間、好ましくは０．２８ｍｍから０．７７ｍｍの間にある、理想的には０．５７ｍｍである。

ケージは、例えば、合成材料、好ましくはＰＡ６６、ＰＡ４６、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のようなポリマー材料で形成されている。

図２及び図３に示すように、ロールベアリング１は、汚染粒子がボール４及び特に支持トラック２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂに入ることを防止するために、ボール４の両側に配置された封止手段１０、１１を備える。封止手段１０、１１は、外側レース２の内側孔部に形成されたノッチ２ｅ、２ｆにおいて第１端部１０ａ、１１ａによって固定されており、径方向部分１０ｂ、１１ｂそれぞれによって、内側レース３の外面に向けて延在し、内側レース３の外面の近傍にある一端部１０ｃ、１１ｃを有し、この一端部は、シールを形成するために内側レース３の外面に対して非常に狭い空間しか存在しないことを可能とする。

本発明を用いて、ケージのソケット部は、ボールに対して十分な間隙を有し、ケージとボールとの間の相互の影響を低減する。このため、ケージは、変形しにくくなり、ケージと転がり素子との間の摩擦が小さいことに起因して、ケージは、耐用年数が長くなる。

さらに、ボールは、互いに対して移動可能であり、例えば自動車を駐車する場合の車輪の操舵運動中などにおいて、２つの隣り合うボールが反対方向に移動するときに、予期しない変形の危険性を低減する。

１ ロールベアリング、２ 外側レース、３ 内側レース、４ ボール，転がり素子、５ ケージ、７ 突出部分，軸方向部分、７ａ 球状面，球面状壁部（球面状の壁部）、７ｂ シリンダ状壁部，シリンダ状の縁部，シリンダ状面（シリンダ状の壁部）、８ 第１ソケット部、８ａ 爪部（保持するための手段）、９ 第２ソケット部、９ａ 突出部、Ｃ_ｂ 中心、Ｊ_１ａ 第１軸方向間隙、Ｊ_１ｒ 第１径方向間隙、Ｊ_１ｃ 第１周方向間隙、Ｊ_２ａ 第２軸方向間隙、Ｊ_２ｒ 第２径方向間隙、Ｊ_２ｃ 第２周方向間隙、Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４ 接点、α_１ 第１角度、α_２ 第２角度

Claims (6)

1. 自動車の電気操舵システムのためのロールベアリング（１）であって、
   それぞれが２つの支持トラック（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ）を備える外側レース（２）及び内側レース（３）と、
   前記支持トラック（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ）間に配置される１組のボール（４）であって、４つの接点（Ｐ_１ 、Ｐ_２ 、Ｐ_３ 、Ｐ_４ ）でロールベアリングを形成する、ボール（４）と、
   前記ボール（４）の周方向間隔を確保するように設計されたケージ（５）と、
   を備え、
   前記ケージ（５）が、
   前記ボール（４）に接触して軸方向で保持するための手段（８ａ）が設けられた複数の第１ソケット部（８）と、
   当該ケージ（５）が前記ボール（４）に接触して軸方向で保持するための手段が設けられていない複数の第２ソケット部（９）と、
   を備え、
   前記第１ソケット部（８）には、ほぼ球面状の壁部（７ａ）が設けられるとともに、前記第２ソケット部（９）には、ほぼシリンダ状の壁部（７ｂ）が設けられ、
   前記第１ソケット部（８）それぞれが、対応する第１ソケット部（８）に収容された前記ボール（４）と共に、第１軸方向間隙（Ｊ_{１ ａ} ）、第１径方向間隙（Ｊ_{１ ｒ} ）及び第１周方向間隙（Ｊ_{１ ｃ} ）を有し、
   前記第２ソケット部（９）それぞれが、対応する第２ソケット部（９）に収容された前記ボール（４）と共に、第２軸方向間隙（Ｊ_{２ ａ} ）、第２径方向間隙（Ｊ_{２ ｒ} ）及び第２周方向間隙（Ｊ_{２ ｃ} ）を有し、
   前記第１径方向、軸方向及び周方向間隙（Ｊ_{１ ｒ} 、Ｊ_{１ ａ} 、Ｊ_{１ ｃ} ）それぞれが、前記ボール（４）の中心（Ｃ_ｂ ）を通過する元の直径の０．７８％に等しく、かつ
   前記第２径方向、軸方向及び周方向間隙（Ｊ_２ｒ、Ｊ_２ａ、Ｊ_２ｃ）それぞれが、前記ボール（４）の中心（Ｃ_ｂ ）を通過する元の直径の１．１４％に等しいことを特徴とするロールベアリング。
2. 前記第１ソケット部（８）それぞれが、１つの前記第２ソケット部（９）によって他の第１ソケット部（８）から離間していることを特徴とする請求項１記載のロールベアリング。
3. 互いの間で前記第１及び第２ソケット部（８、９）を画成する突出部分（７）により軸方向に延在する環状肩部（６）を備え、
   前記突出部分（７）それぞれが、
   爪部（８ａ）であって、当該爪部の自由端部が隣り合う突出部分（７）の爪部（８ａ）に向けて周方向で延在して第１ソケット部（８）のうちの１つを形成する、爪部と、
   シリンダ状の突出部（９ａ）であって、隣り合う突出部分（７）のシリンダ状の突出部（９ａ）と共に、前記第２ソケット部（９）のうちの１つを形成する、突出部と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のロールベアリング。
4. 合成材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のロールベアリング。
5. 前記ボール（４）と前記外側レース（２）との間にある第１接点（Ｐ_１ ）が、前記ボール（４）の中心（Ｃ_ｂ ）を通過する径方向対称軸（Ｙ−Ｙ）に対して第１角度（α_１ ）を形成し、
   前記ボール（４）と前記内側レース（３）との間にある第２接点（Ｐ_２ ）が、前記ボール（４）の中心軸（Ｃ_ｂ ）を通過する前記径方向対称軸（Ｙ−Ｙ）に対して第２角度（α_２ ）を形成し、
   前記第１及び第２角度（α_１ 及びα_２ ）間の差異は、最大４°であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のロールベアリング。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のロールベアリングを少なくとも１つ備えることを特徴とする自動車の電気操舵システム。

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