JP6511228B2 - 軸受、特に自動車の電気的ステアリングシステムの軸受のためのケージ - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受、特に自動車の電気的ステアリングシステムに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、転がり軸受の玉の周方向間隔を保証する保持ケージに関する。

自動車の電気的ステアリングシステムは、通常、ステアリングコラム上に、または車両の案内ホイールの角度位置決めを保証するよう意図された機械的部材を備える下部組立体上に設置された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、回転電気モータを備え、このモータのシャフトは、少なくとも１つの転がり軸受によって直接的にまたはボールねじシステムを介して支持されている。転がり軸受は、通常、内側リングと、外側リングと、内側リングと外側リングとの間に配置された転がり要素、通常玉の列と、を備えている。

特許文献１は、球を収容するための複数の同一のポケットを備える転がり軸受のための保持ケージを開示し、これらポケットは、ケージの突出部に向かい合って配置された２つの爪によってそれぞれ部分的に規定されている。上記ケージは、多くの用途において十分に要求を満たしている。しかしながら、低速回転での用途または回転方向が急に逆転する用途においては、この種類のケージは、さまざまな問題を含んでいる。これは、玉の影響を受けて、ケージが大きく変形され、且つ内側リングと接触する可能性があるためであり、このことは、ケージが損傷するかまたは破損することを引き起こす。

さらに、転がり軸受に付与される荷重の方向の変更中、例えば運転者が駐車させるために左右に向かって操舵するときの電気的ステアリングシステムが設けられた車両のホイールの操作中に、トルクの瞬間的な増大により、ケージも大きく変形させられるか、または破損される。

また、特許文献２は、玉上にケージを軸方向に保持する爪が設けられた第１ポケットと、保持爪を有していない第２ポケットと、を備える転がり軸受のためのケージを開示している。

上記ケージの場合、玉に対するケージの軸方向の分離が引き起こされる可能性がある。

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

本発明の目的は、これら欠点を克服することである。

より具体的に、本発明の目的は、良好なレベルでの動作の信頼性を有する転がり軸受のためのケージを提供することである。

本発明の別の目的は、関連する玉との摩擦を制限することを可能にするケージを提供することである。

本発明の別の目的は、制限された空間的要件を有し且つ動作中に小さい程度で変形されることができるケージを提供することである。

一実施形態では、転がり軸受のためのケージであって、ケージが玉の列の周方向間隔を保証するよう意図される、ケージが、関連する玉上にケージを軸方向に保持するための手段がそれぞれ設けられた玉のためのポケットの少なくとも２つのグループを備えている。遊びの第１範囲が、同じグループのポケット及び関連する玉の間に設けられている。遊びの第２範囲が、他のグループのポケット及び関連する玉の間に設けられている。範囲の値が、互いに異なっている。

好ましくは、遊びの第１範囲が、玉の直径の１％から２．６％の間、特に直径の１．５％から２．３％の間である。有利には、遊びが、玉の直径の２％であってもよい。

好ましくは、遊びの第２範囲が、玉の直径の２．７％から５％の間、特に直径の３．０５％から４．２％の間である。有利には、遊びが、玉の直径の３．４％であってもよい。

好ましくは、各グループのポケットが、互いに同一であり、且つ他のグループのポケットと異なっている。

一実施形態では、グループの１つの各ポケットが、他のグループのポケットによってグループの別のポケットから分離されている。

一実施形態では、グループの１つのポケットが球状であり、且つ他のグループのポケットが円筒状である。別の実施形態では、２つのグループのポケットが、同一の形態、特に球状または円筒状である。有利には、球状ポケットが、楕円形態のポケットによって置換されてもよい。

有利には、ケージが、環状突出部と、突出部から延在し且つともに２つのグループのポケットを画定する分離部分と、を備えている。分離部分が、２つの爪をそれぞれ備え、爪が、隣り合う分離部分の爪の１つに向かって周方向にそれぞれ延在してもよい。

ケージが、例えば合成材料、好ましくはポリマー材料から一体ものに製造されてもよい。

第２の態様によれば、本発明は、外側リングと、内側リングと、外側リングと内側リングとの間に配置された少なくとも１列の玉と、上述したケージと、を備えている転がり軸受に関する。

一実施形態では、内側リング及び外側リングが、４点の接触支持部を形成するために、２つの転がり軌道をそれぞれ備えている。

第３の態様によれば、本発明は、上述した少なくとも１つの転がり軸受を備える自動車のための電気式ステアリングシステムに関する。

本発明は、添付の図面に図示された非制限的な例のために与えられる実施形態の詳細な説明を読むことによってよりよく理解されるであろう。

本発明の第１実施形態による転がり軸受の軸方向断面図である。 図１の軸ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図１の軸ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 図１の軸ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図１の軸Ｖ−Ｖに沿った断面図である。 図１から図５の転がり軸受のケージの斜視図である。 本発明の第２実施形態による転がり軸受のケージの斜視図である。

図１から図５に示されるように、軸Ｘ−Ｘを有する転がり軸受１は、外側リング２と、内側リング３と、同一のサイズからなり且つ内側リングと外側リングとの間に配置された玉４の形態での複数の転がり要素と、玉の一定の周方向間隔を維持するためのものであり且つ内側リング３の外面と外側リング２の孔との間で径方向に配置されたケージ５と、を備えている。外側リング２及び内側リング３は、ソリッドである。用語“ソリッドリング”は、チューブ、棒材、鍛造ブランク及び巻かれたブランクから削りくずの除去を伴う機械加工（旋削、研削）によってその形態が得られるリングであると理解されるよう意図される。

外側リング２は、その孔の領域において２つのトロイダル転がり軌道２ａ，２ｂを備え、これら軌道は、断面において玉４に適合する凹状の内部輪郭をそれぞれ有し、径方向内側に向けられている。また、内側リング３は、その外側円筒状面の領域において２つのトロイダル転がり軌道３ａ，３ｂを備え、これら軌道は、断面において玉４に適合する凹形の内部輪郭をそれぞれ有し、径方向外側に向けられている。

各玉４は、内側リング３及び外側リング２上に形成された４つの転がり軌道２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと接触している。一方では検討される玉４と外側リング２の第１転がり軌道２ａとの間の第１接触位置Ｐ_１を介して延在し且つ他方では玉の中心Ｃ_ｂを通って延在する直線は、玉４の中心を通って延在する軸受の径方向対称軸Ｙ−Ｙに対して第１角度α_１を形成する。検討される玉４と内側リング３の第１転がり軌道３ｂとの間の第２接触位置Ｐ_２を介して延在し且つ玉の中心Ｃ_ｂを通って延在する直線は、対称軸Ｙ−Ｙに対して第２角度α_２を形成する。検討される玉４と外側リング２の第２転がり軌道２ｂとの間の第３接触位置Ｐ_３を介して延在し且つ玉の中心Ｃ_ｂを通って延在する直線は、対称軸Ｙ−Ｙに対して第３角度α_３を形成する。検討される玉４と内側リング３の第２転がり軌道３ａとの間の第４接触位置Ｐ_４を介して延在し且つ玉の中心Ｃ_ｂを通って延在する直線は、対称軸Ｙ−Ｙに対して第４角度α_４を形成する。第１角度α_１と第２角度α_２との間及び第３角度α_３と第４角度α_４との間の差は、最大４°であり、これにより、玉が内側リング３及び外側リング２の４つの転がりトラックとできる限り不変的に接触することを可能にする。

図６により明確に示されるように、ケージ５は、軸方向において玉の一側に配置されるように設けられ且つ環状突出部を形成する軸方向環状部分６と、突出部の径方向外面６ａの反対側で突出部６から軸方向に延在する分離部分７または分離指と、を備えている。分離部分７は、突出部６に対して一体構造であり、且つともに、玉が配置される第１ポケット８及び第２ポケット９を画定する。以下でより詳細に説明されるように、各ポケット８，９には、関連する玉上にケージ５を軸方向に保持するための手段が設けられている。

同じグループのポケット８，９は、互いに同一であり、且つ他のグループのポケットと異なる。ポケットの第１グループの各ポケット８は、ポケットの第２グループのポケット９によって第１グループの別のポケット８から分離されている。ポケット８，９は、周方向において交互に分配されている。ポケット８は、分離部分７の１つによって隣り合うポケット９から分離されている。第１グループ及び第２グループのポケット８，９それぞれは、周方向において規則的に分配されている。ポケット８には、略球状壁が設けられ、ポケット９には、略円筒状壁が設けられている。

ケージの分離部分７は、突出部６に対して軸方向に突出する指またはピンの形態にある。分離部分７は、突出部６の孔に対して整列された内面及び突出部の外面に対して整列された外面によって径方向に画定されている。各分離部分７は、ポケット９の１つを形成するために、周方向において一側に、隣り合う分離部分７の円筒状側壁７ａに接続された円筒状側壁７ａを有し、且つポケット８の１つを形成するために、周方向において反対側に、隣り合う分離部分７の球状壁７ｂに接続された球状側壁７ｂを有している。各ポケット９は、周方向において間隔をあけられ且つ平坦な基部を有する壁によって接続された２つの円筒状側壁７ａによって画定されている。各ポケット８は、周方向において間隔をあけられ且つ球状の基部を有する壁によって接続された２つの球状側壁７ｂによって画定されている。

各分離部分７は、突出部６と逆に軸方向に延在する第１爪１０を備え、第１爪１０の自由端は、同じポケット８を画定するために隣り合う分離部分７の向かい合う爪１０に向かって周方向に延在している。各ポケット８の球状壁は、関連する玉を包む傾向があり、且つ爪１０の凹形内面によって延在される。ポケット８と関連する２つの爪１０は、互いに向かう方向に延在し、２つの爪１０の自由端は、玉の直径よりも小さい距離だけ間隔をあけられている。ポケット８の爪１０は、ポケット内に配置された玉上にスナップフィットすることによってケージ５の軸方向の保持を保証することができる。ケージ５は、軸方向において爪１０によって玉の列上に保持される。

また、各分離部分７は、突出部６と逆に軸方向に且つ分離部分の爪１０の反対側で周方向に延在する第２爪１１を備えている。分離部分の各爪１１の自由端は、同じポケット９を画定するために、隣り合う分離部分７の向かい合う爪１１に向かって周方向に延在している。各爪１１の凹形内面は、突出部６の反対側で、関連するポケット９の円筒状壁７ａを軸方向及び周方向に延在させる。ポケット９と関連する２つの爪１１は、互いに向かう方向に延在し、２つの爪１１の自由端は、玉の直径よりも小さい距離だけ間隔をあけられている。ポケット９の爪１１は、ポケット内に配置された玉上にスナップフィットすることによってケージ５の軸方向の保持を保証することができる。従って、ケージ５は、軸方向において爪１０及び爪１１によって玉の列上に保持される。爪１１は、爪１０と異なっている。ケージのポケット８，９のそれぞれは、玉上にケージ５を軸方向に保持するための手段を備えている。

各分離部分の第１爪１０及び第２爪１１は、凹所１２によって周方向で分離され、このため、各爪１０，１１が、比較的小さい周方向厚さと、玉に向かってケージの突出部６に付与される軸方向加圧中に爪を周方向において離れるように動かすことによってケージ５を玉上にスナップフィットすることを可能にする所定の可撓性と、を有する。各ポケット８，９は、ケージ５を位置決めすることを可能にするために、径方向において内側及び外側に開き、且つまた突出部６の反対側で軸方向に開いている。

第１グループのポケット８の球状壁７ｂの直径は、各ポケット８が関連する玉４に対して遊びを有するように、玉４の直径よりも大きい。第１グループの各ポケット８及び関連する玉４の間に設けられる遊びは、玉の直径の１％から２．６％の間、好ましくは直径の１．５％から２．３％の間である。好ましくは、各ポケット８と玉４との間に設けられる遊びは、玉の直径の２％である。第２グループのポケット９の円筒状壁７ｂの直径は、各ポケット９が関連する玉４に対して遊びを有するように、玉４の直径よりも大きい。第２グループの各ポケット９及び関連する玉４の間に設けられる遊びは、玉の直径の２．７％から５％の間、好ましくは直径の３．０５％から４．２％の間である。好ましくは、各ポケット９及び玉４の間に設けられる遊びは、玉の直径の３．４％である。第１グループの球状ポケット８及び関連する玉の間に設けられる遊びの第１範囲は、第２グループの円筒状ポケット９及び関連する玉の間に設けられる遊びの第２範囲よりも完全に小さい。

各ポケット８及び９と、関連する玉４と、の間に設けられる遊びそれぞれは、軸方向の遊びＪ_８ａ及び２つの周方向の遊びＪ_８ｃ１及びＪ_８ｃ２（図３及び図５）と、軸方向の遊びＪ_９ａ及び２つの周方向の遊びＪ_９ｃ１及びＪ_９ｃ２（図２及び図４）と、をそれぞれ備えている。各ポケット８及び関連する玉４の間に設けられる軸方向の遊びＪ_８ａは、玉の直径の１％から２．６％の間であり、好ましくは直径の２％である。各ポケット８及び関連する玉４の間に設けられる周方向の遊びＪ_８ｃ１及びＪ_８ｃ２の合計は、玉の直径の１％から２．６％の間であり、好ましくは直径の２％である。

各ポケット９及び関連する玉４の間に設けられる軸方向の遊びＪ_９ａは、玉の直径の２．７％から５％の間であり、好ましくは直径の３．４％である。各ポケット９及び関連する玉４の間に設けられる周方向の遊びＪ_９ｃ１及びＪ_９ｃ２の合計は、玉の直径の２．７％から５％の間であり、好ましくは直径の３．４％である。各軸方向の遊びＪ_ａは、突出部６の内面６ｂと、対応するポケット内に収容される玉４と、の間に存在する最小の軸方向間隔に対応する。内面６ｂは、検討されるポケットの底壁の表面に対応し、この表面は、玉に向かって方向づけられる。互いに反対の外面６ａ及び内面６ｂは、突出部６を軸方向で画定している。周方向の遊びＪ_ｃは、対応するポケット８，９の円筒状壁７ａまたは球状壁７ｂと、ポケット内に収容される玉４と、の間に存在する最小の周方向間隔に対応する。

有利には、ケージ１８は、ポリマー材料、例えばポリアミド、特にＰＡ６６もしくはＰＡ４６、またはポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）を成形することにより一体ものに製造される。

さらに図２から図５を参照すると、転がり軸受１は、軸方向において玉４の一側及び他側で内側リングと外側リングとの間に配置されるシーリングジョイント１３，１４も備え、これにより、外部の汚染物質が入ることを防止する。図示される実施形態では、シーリングジョイント１３，１４は、外側リング２の孔内に設けられた溝内に固定され且つ内側リング３の外面と協働し、これにより、限られた通路によりシールを形成する。

同一の要素が同一の参照符号を有する図７に示される実施形態は、ケージの各分離部分７が、ポケット１５を形成するために、球状壁７ｂに対して周方向の反対側で、隣り合う分離部分７の球状壁７ｃに接続された球状壁７ｃを備えている点で異なる。各ポケット１５は、周方向において互いに間隔をあけられ且つ球状底壁によって接続された２つの球状側壁７ｃによって画定される。ポケット１５は、ポケット８によって形成された第１グループと関連するポケットの第２グループを形成している。第１グループ及び第２グループのポケット８，１５の相対配置は、第１実施形態のものと同一である。

各分離部分７は、突出部６と逆に軸方向に且つ分離部分の爪１０の反対側で周方向に延在する第２爪１６を備えている。分離部分の各爪１６の自由端は、周方向において隣り合う分離部分７の向かい合う爪１６に向かって延在し、これにより、同じポケット１５を画定する。各爪１６の凹形内面は、突出部６の反対側で、関連するポケット１５の球状壁７ｃを軸方向及び周方向に延在させる。ポケット１５と関連する２つの爪１６は、互いに向かう方向に延在し、２つの爪１６の自由端は、玉の直径よりも小さい距離だけ間隔をあけられている。ポケット１５の爪１６は、ポケット内に配置される玉上にスナップフィットすることによってケージ５の軸方向の保持を保証することができる。爪１６は、爪１０と同一である。ケージのポケット８，１５のそれぞれは、玉上にケージ５を軸方向に保持するための手段を備えている。各分離部分の第１爪１０及び第２爪１６は、凹所１２によって周方向で分離されている。

この実施形態では、第１グループ及び第２グループのポケット８，１５は、同一の形態からなり、同じグループのポケットは、互いに同一の寸法を有する。ポケット１５の寸法は、ポケット８の寸法よりも大きい。第２グループの各ポケット１５及び関連する玉４の間に設けられる遊びは、玉の直径の２．７％から５％の間であり、好ましくは直径の３．４％である。第１グループの各ポケット８及び関連する玉４の間に設けられる遊びは、説明した第１実施形態に関連して不変のままである。

別の構造の変形例では、球状ポケット８，１５の代わりに、軸方向に保持するための手段がそれぞれ設けられ且つ同一のポケットの相対配置及び上述したものと同一の遊びを有する円筒状ポケットを備えるケージをさらに提供することができる。

図示された実施形態では、ケージは、４つの接触位置を有する支持を得るために２つの転がり軌道がそれぞれ設けられた外側リング及び内側リングを備える転がり軸受に用いられる。変形例では、単一の転がり軌道をそれぞれ備えるソリッドリングまたは例えば特に金属シートまたはスチールのチューブを切断及びスエージングすることによって製造された薄い壁を有する他の種類のリングでのケージを使用することができる。

ポケットの１つのグループ及びポケットの他のグループに対して遊びの２つの異なる範囲を設けることは、ケージと玉との間の接触領域が制限されることを可能にする。ケージと玉との間の相互作用は、減少される。さらに、玉は、互いに対して動くことができ、このことは、２つの隣り合う玉が反対に動く場合に、意図しない変形のリスクを減少させる。ケージは、大きな規模で変形されることができず、且つケージと玉との間の極めて小さい摩擦の結果として増大した耐用年数を有する。さらに、各ポケットに対する保持手段の配置は、玉上でのケージの良好な軸方向の接続を達成することを可能にする。

１ 転がり軸受、２ 外側リング、３ 内側リング、４ 玉、５ ケージ、６ 環状突出部、７ 分離部分、８，９，１５ ポケット、１０，１１，１６ 爪、Ｊ_８ａ 軸方向の遊び、Ｊ_８ｃ１，Ｊ_８ｃ２ 周方向の遊び、Ｊ_９ａ 軸方向の遊び、Ｊ_９ｃ１，Ｊ_９ｃ２ 周方向の遊び

Claims (16)

1. 転がり軸受のためのケージであって、
   前記ケージが、玉の列の周方向間隔を保証するよう意図され、且つ関連する前記玉の列上に前記ケージを軸方向に保持するための手段がそれぞれ設けられた前記玉のためのポケット（８，９；１５）の少なくとも２つのグループを備え、
   前記ポケットの少なくとも２つのグループのうちの第１グループは、複数の球状ポケットを含み、前記ポケットの少なくとも２つのグループのうちの第２グループは、複数の円筒状ポケットを含み、前記第１グループの球状ポケットの球状壁（７ｂ）の直径は、前記第２グループの円筒状ポケットの円筒状壁（７ａ）の直径よりも確実に小さく、これにより前記第１グループの球状ポケットと関連する前記玉との間に設けられた遊びの第１範囲は、前記第２グループの円筒状ポケットと関連する前記玉との間に設けられた遊びの第２範囲よりも確実に小さいことを特徴とするケージ。
2. 前記遊びの第１範囲が、前記玉の直径の１％から２．６％の間であることを特徴とする請求項１に記載のケージ。
3. 前記遊びの第１範囲が、前記玉の前記直径の１．５％から２．３％の間であることを特徴とする請求項２に記載のケージ。
4. 前記遊びが、前記玉の前記直径の２％であることを特徴とする請求項３に記載のケージ。
5. 前記遊びの第２範囲が、前記玉の直径の２．７％から５％の間であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のケージ。
6. 前記遊びの第２範囲が、前記玉の前記直径の３．０５％から４．２％の間であることを特徴とする請求項５に記載のケージ。
7. 前記遊びが、前記玉の前記直径の３．４％であることを特徴とする請求項６に記載のケージ。
8. 前記少なくとも２つのグループのうちの一方のグループの各ポケットが、互いに同一であり、且つ前記少なくとも２つのグループのうちの他のグループの前記ポケットと異なっ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. 前記少なくとも２つのグループのうちの一方のグループの各ポケット（８）が、前記少なくとも２つのグループのうちの他のグループのポケット（９；１５）によって前記グループの別のポケットから分離され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. 前記少なくとも２つのグループのうちの一方のグループの前記ポケット（８）が球状であり、且つ前記少なくとも２つのグループのうちの他のグループの前記ポケット（９）が円筒状であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のケージ。
11. 前記少なくとも２つのグループのすべてのポケット（８，１５）が、同一の形態であ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。
12. 環状突出部（６）と、前記突出部から延在し且つともに前記２つのグループの前記ポケット（８，９；１５）を画定する分離部分（７）と、を備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のケージ。
13. 前記分離部分（７）が、２つの爪（１０，１１；１６）をそれぞれ備え、当該爪が、隣り合う前記分離部分（７）の前記爪の１つに向かって周方向にそれぞれ延在していることを特徴とする請求項１２に記載のケージ。
14. 内側リング（３）と、外側リング（２）と、前記内側リングと前記外側リングとの間に配置された少なくとも１列の玉（６）と、請求項１から１３のいずれか一項に記載のケージ（５）と、を備えていることを特徴とする転がり軸受。
15. 前記内側リング及び前記外側リングが、４点の接触支持部を形成するために、２つの転がり軌道をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１４に記載の転がり軸受。
16. 請求項１４または１５に記載の少なくとも１つの転がり軸受を備えていることを特徴とする自動車のための電気式ステアリングシステム。

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