JP6651280B2 - 回転ベアリングのためのケージ、特に車両の電動パワーステアリング用ベアリングのためのケージ - Google Patents

回転ベアリングのためのケージ、特に車両の電動パワーステアリング用ベアリングのためのケージ Download PDF

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Description

本発明は、回転ベアリング、特に車両の電動パワーステアリングで使用される回転ベアリングの分野に関するものである。
本発明は、より詳細には、回転ベアリングの回転要素同士の間に円周方向空間を提供する保持ケージに関するものである。
車両の電動パワーステアリングは一般的に、ステアリングコラム上に、または車両の操舵されるホイールの角位置決めを実施するよう意図された機械的構成要素を備える下方アセンブリ上に配置されるエレクトロメカニカルアクチュエータを備える。エレクトロメカニカルアクチュエータは回転電動モータを備え、回転電動モータのシャフトは、少なくとも1つの回転ベアリングによって直接あるいはボールねじシステムを介して支持される。
回転ベアリングは、通常、内側リングと、外側リングと、これらリングの間に配置される回転要素(一般的にはボール)の列と、を備える。
特許文献1により、ボールを収納するための複数のポケットを備える回転ベアリグの保持ケージが公知となっており、ポケットのそれぞれは、該ケージのヒールの反対側に配置される2つの爪部によって部分的に輪郭が定められている。そうしたケージは、とても多くの用途においてほぼ満足できるものとなっている。しかしながら低速回転に関連する用途において、あるいは回転方向が急激に逆転する用途においては、こうした種類のケージにはさまざまな問題がある。特にボールの作用下で、ケージは、広範囲に及ぶ変形が発生したり内側リングと接触したりすることによって、損傷が生じ、さらには破損することがあった。
加えて、ベアリングに荷重がかかる方向が変化する場合、例えば上記電動パワーステアリングが設けられた車両のホイールが、駐車の際にドライバーが左右に操舵するなどにより方向変換される場合、ケージも同様に激しく変形させられ、さらには破損してしまう。さらにまた、そうしたケージにボールをフィットさせることが困難であることが明らかとなろう。
また特許文献2により、楕円形のポケットを有するケージが公知であり、このケージは、対応するポケット内に存在する回転要素のそれぞれが、ポケットの底部を介してかつ対応する回転要素にケージを軸線方向に保持する2つの手段を介して接触する方法で、規定されている。回転要素とポケットの側壁との間には、潤滑剤用の貯留部を形成するために空間が残されている。
しかしながら各回転要素は3つの接触点によって対応するポケット内に保持されるため、これら回転要素は対応するポケットに関して円周方向に移動することができない。
そのため、この回転要素は互いに対して移動することができず、このことは、2つの隣接する回転要素が反対方向に移動するよう図られた場合に著しい変形のリスクを生じる。
仏国特許出願公開第2 911 934号明細書 特開2001−355637号公報
本発明は、こうした不利な点を解決することを目的とする。
より詳細には、本発明は、ほぼ変形せず、サイズが小さく、かつケージと回転要素との間の摩擦が小さい回転ベアリングのためのケージを提供することを目的とする。
一実施形態において、回転要素の列の円周方向空間を提供するよう意図された回転ベアリングケージは、複数の回転要素のための複数のポケットを備える。少なくとも1つのポケットが、楕円形状のものであり、かつ対応する回転要素にケージを軸線方向に保持する手段を設けられる。楕円形ポケットを規定する楕円は、前記ケージの円周方向平面上に位置する長軸と、前記ケージの軸線方向における短軸と、によって決定される。
前記短軸は、前記長軸と楕円形ポケット内に配置された回転要素との間に含まれる。
そのためポケットの特別な楕円形状により、ポケット内に存在する回転要素は、2つの接触点を介してのみポケットの壁と接触し、特にポケットの底部においてかつ軸線方向保持手段の1つを介して接触する。これによりケージと回転要素との間の摩擦は大幅に低減され、そして回転要素は、楕円形ポケット内において半径方向の可動性を有するようになる。したがって、2つの隣接するボールが反対方向に移動する場合に、特に車の駐車時にホイールを方向転換する動作中に、意図しない変形が生じるリスクが大幅に低減される。
有利なことに、長軸と短軸との比率は1.05から1.2に含まれる。
ケージは環状ヒールを備えてもよく、該環状ヒールから、軸線方向突出部として分離部分が延在しており、この分離部分は、これらの間においてポケットの境界を定める。
一実施形態において、軸線方向保持手段は、楕円形ポケットの境界を定める隣接する分離部分から互いへ向かって円周方向に延在する2つのタブを備える。
別の実施形態において、少なくとも1つのポケットは、対応する回転要素にケージを軸線方向に保持する手段を有しない。
軸方向保持手段を有しないポケットは、略円筒形の側壁を有してもよい。
有利なことに、ケージは、環状ヒールから離れる方向において軸線方向手段を有しないポケットの境界を定める隣接分離部分から軸線方向に延在する2つの円筒形突出部を備える。
別の実施形態において、少なくとも1つのポケットは一定の厚さの球形壁を有する。
有利なことに、球形ポケットには、対応する回転要素にケージを軸線方向に保持する手段が設けられており、この軸線方向保持手段は、球形ポケットの境界を定める隣接分離部分から互いへ向けて円周方向に延在する2つの爪部を備える。
本発明の第2の態様は、内側リングと、外側リングと、これらリングの間に配置される回転要素からなる少なくとも1つの列と、上述されるようなケージと、を備える回転ベアリングに関するものである。
本発明の第3の態様は、上述されるような少なくとも1つの回転ベアリングを備える車両用電動パワーステアリングに関するものである。
本発明は、全体的に非限定的な例示として考えられかつ添付の図面に図示されるいくつかの実施形態の詳細な説明を読むことでより良く理解されるだろう。
本発明の第一実施形態に基づく回転ベアリングの斜視図である。 ポケットに収容される回転要素を用いる、図1のベアリングのケージの斜視図である。 図2のケージの側面図である。 図3の線IV−IVにおける部分断面図である。 図3の線V−Vにおける部分断面図である。 本発明の第二実施形態に基づくケージの斜視図である。 本発明の第三実施形態に基づくケージの部分斜視図である。 本発明の第四実施形態に基づく部分斜視図である。
図1に示されるように、軸線X−Xの回転ベアリング1は、外側リング2と、内側リング3と、ここではボールの形態で製造された複数の回転要素4と、回転要素4の均等な円周方向空間を維持するケージ10と、を備える。外側リング2および内側リング3は中実なものである。「中実なリング」とは、チューブ、棒材、鍛造ブランクおよび/またはロール状ブランクから削屑の除去を伴う機械加工(切削、研削)によってその形状が得られるリングを意味する。
外側リング3は、その内径領域において深溝軌道面を備えており、該軌道面は、その断面において回転要素4に適合する凹状の内部形状を有しており、かつ半径方向内側に面している。内側リング3はまた、その円筒外面領域において深溝軌道面を備えており、この深溝軌道面は、その断面において回転要素4に適合する凹状の内部形状を有しており、かつ半径方向外側に面している。ケージ10は、内側リング3の外面と外側リング2の内径との間に半径方向に配置されている。
図2から図5により詳細に図示されるように、ケージ10は、回転要素4の一側において軸線方向に配置されるように設計されかつ環状ヒールを形成する環状軸線方向部分11と、軸線方向部分11から軸線方向に延在する分離部分12または分離フィンガと、を備える。この分離部分12は、軸線方向部分11と一体部品をなしており、かつ分離部分12と軸線方向部分11との間において、その中に回転要素4が配置されるポケット13の境界を定める。
分離部分12は、軸線方向部分11から軸線方向に突出するくい(peg)の形態をとる。分離部分12は、軸線方向部分11の穴11aと整列させられた内面12aと、軸線方向部分11の外面11bと整列させられた外面12bとによって、半径方向においてその境界を定められている。分離部分12は、ポケット13を規定する略楕円形状の側壁13bによって円周方向における境界を定められている。ポケット13は、略楕円形状のものである。
ポケット13は、環状ヒール11からなる壁13aを備えており、壁13aは、ポケットの底を形成し、略楕円形状であり、かつポケット13の2つの側壁13bに接続する。ポケット13はそれぞれ、ケージ10を回転要素4に適合可能にするために、半径方向において内側および外側に向かって開口しており、かつまた環状ヒール11とは反対側において軸線方向に開口している。
各分離部分11は、軸線方向部分12から離れるよう軸線方向に延在するタブ14を備えており、かつタブ14の自由端は、同一のポケット13の境界を規定するために、隣接する分離部分12の対向するタブ14へ向かって円周方向に延在している。各タブ14の楕円形内壁13cは、ポケット13の楕円形側壁13bの連続部へ延在する。1つのポケット13に関連付けられた2つのタブ14は互いへ向かって延在しており、これらタブ14の自由端は、回転要素4の直径よりも小さな距離によって離間されている。ポケット13のタブ14は、ポケット13内に配置される回転要素4にわたるクリップ留め(clipping)によって、ケージ10の軸線方向に保持することができる。このため、ケージ10は、タブ14によって回転要素4の列に軸線方向に保持される。分離部分12のそれぞれのタブ14は、より容易にクリップ留めをもたらすように、凹部12cによって円周方向に離間されている。
各ポケットを規定する楕円は、ケージ10の円周方向平面上の長軸Aと、ケージ10の軸線X−Xの軸線方向における短軸Bと、によって決定される。ポケット13を規定する楕円は図3では破線で示される。
言い換えると、長軸Aは、円周方向においてポケット13の側壁13b同士を離間する最大距離に対応する。短軸Bは、ポケット13の底部13aに対する接線と、ポケット13を規定する楕円形状の中央を通る半径方向直線αと、の間の軸線方向距離Cの2倍に対応する。
短軸Bは、長軸Aとボール4の直径Dとの間に含まれる。これは式:A>B>Dに基づく。例えば、長軸Aと短軸Bとの間の比率は、1.05から1.2に含まれる。
したがって、上記回転要素4には、楕円形ポケット13に関してその中で円周方向に移動するよう、所定の円周方向クリアランスが付与される。
ケージ10は有利なことに、例えばポリアミド、特にPA66、PA46などの、代替的にはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などのポリマー材料の成型によって単一部品として製造される。
同一の要素には同じ参照符号が付与されている図6に図示された実施形態において、ケージ20は、ボールなどの第1の回転要素(図示せず)のための略楕円形状の単一のポケット13を備え、かつ楕円形ポケット13に収納される回転要素にケージ20を軸線方向に保持する手段が設けられている。
ケージ20はまた、列をなす第2の回転要素のための複数の第2のポケットを備えており、かつ第2の回転要素にケージ20を軸線方向に保持する手段を有しない。第2の回転要素は、第1の回転要素と同じであってもよい。代替的には、第1の回転要素とは異なる第2の回転要素、例えばローラが提供されてもよい。軸線方向保持手段を有しない第2のポケット21は、略円筒形の側壁21aを有する。
代替案として、複数の楕円形ポケット13と、軸線方向保持手段を有しない少なくとも1つのポケット21と、を備えるケージを提供することもできる。
楕円形ポケット13は、図1から図5を参照して説明されたものと同一である。楕円形ポケット13は、略楕円形側壁13bと、環状ヒール11の内壁に対応する底部13aとを有する。
ケージ20は、軸線方向部分11から軸線方向に延在する分離部分22および23または分離フィンガを備え、かつ軸線方向部分11と分離部分22、23との間において、その中に回転要素(図示せず)が配置されるポケット13および21の境界を定める。
第2のポケット21の境界を定める分離部分22のそれぞれは、環状ヒール11から離れるように軸線方向に延在する円筒形状の2つの軸線方向突出部24を備える。各分離部分22の軸線方向突出部24は、その一部において、隣接する分離部分22の軸線方向突出部24とともに、軸線方向保持手段を有しない第2のポケット21のうちの1つの境界を定める。各軸線方向突出部24は、第2のポケット21内に配置された回転要素に関連して軸線方向にケージ20を保持することができない。
楕円形ポケット13および円筒形ポケット21の両方の境界を定める分離部分23は、混成分離部分として本明細書の後半で説明される。各混成分離部分は、円周方向における一側において、隣接する分離部分22とともに楕円形ポケット13の隣にある第2のポケット21の1つを形成するように略円筒形の側壁21aを有し、かつ他側においては、楕円形ポケット13を形成するために隣接する混成分離部分23の楕円形側壁13bに楕円接続する側壁13bを有する。
各混成分離部分23は、環状ヒール11から離れるよう軸線方向に延在するタブ25を備える。タブ25の自由端は、楕円形ポケット13の境界を定めるために隣接する混成分離部分23の対向するタブ25へ向かって円周方向に延在する。各タブ25の楕円形内壁13cは、ポケット13の楕円形側壁13bの連続部へ延在する。ポケット13に関連付けられた2つのタブ25は互いへ向かって延在しており、これらタブ25の自由端は、回転要素の直径より小さな距離によって離間されている。楕円形ポケット13のタブ25は、該ポケット13内に配置された回転要素上のクリップ留めによってケージ20を軸線方向に保持することができる。このためケージ20は、タブ25によって回転要素の列の上に軸線方向に保持される。
各混成分離部分23はまた、環状ヒール11から離れるように軸線方向に延在する円筒形状の軸線方向突出部26を備える。各混成分離部分23の軸線方向突出部26は、その一部において、隣接する分離部分22の軸線方向突出部26とともに、軸線方向保持手段を有しない第2のポケット21の1つの境界を定める。
軸線方向スラストが回転要素へ向けてケージの軸線方向部分に作用した場合に、爪部の円周方向部分によってケージ20をクリップ留めできるように、タブ25が、相対的に小さな円周方向厚さと特定の適応性のある角度とを有するよう、各混成分離部分23のタブ25および軸線方向突出部26は、凹部23aによって円周方向に分離されている。ポケット13、21のそれぞれは、ケージ20を適合可能にするために、内側および外側へ向けて半径方向に開口しており、かつ環状ヒール11とは反対側において軸線方向に開口している。
同一の要素には同じ参照符号が付与されている図7に図示される実施形態において、ケージ30は、回転要素(図示せず)のための略楕円形状の少なくとも1つのポケット13を備え、かつ楕円形ポケット13内に収納される回転要素にケージ30を軸線方向に保持する手段が設けられている。ケージ30は、列をなす回転要素のための複数の第3のポケット31を備えており、これら回転要素上にケージ30を軸線方向に保持する手段が設けられる。第3のポケット31は、略球形の側壁31aを有する。
楕円形ポケット13は、図1から図6を参照して説明されたものと同一である。楕円形ポケット13は、略楕円形側壁13bと、環状ヒール11の内壁に対応する底部13aと、を有する。
ケージ30は、軸線方向部分11から軸線方向に延在する混成分離部分32または混成分離フィンガを備え、かつそれらの間において、その中に回転要素が配置されるポケット13、31の境界を定める。
図7に示されるように、分離部分32は、楕円形ポケット13および球形ポケット31の両方の境界を定める。代替案として、2つの球形ポケット31または2つの楕円形ポケット13との境界を定める分離部分を提供することができる。各分離部分32は、円周方向における一側において、隣接する分離部分とともに楕円形ポケット13の隣の球形ポケット31の1つを形成するために略球形の側壁31aを有しており、一方で、楕円形ポケット13を形成するよう隣接する分離部分32の楕円形側壁13bに楕円接続する側壁13bを有する。
各分離部分32は、環状ヒール11から離れるように軸線方向に延在するタブ33を備える。タブ33の自由端は、楕円形ポケット13の境界を定めるために隣接する分離部分32の対向するタブ33へ向けて円周方向に延在する。各タブ33の楕円形内壁13cは、ポケット13の楕円形側壁13bの連続部へ延在する。
各分離部分32はまた、環状ヒールから離れるように軸線方向に延在する爪部34を備える。爪部34の自由端は、球形ポケット31の境界を規定するために隣接する分離部分32の対向する爪部34へ向けて円周方向に延在する。爪部34のそれぞれの凹状の内面は、球形ポケット31の球形壁の一部を形成する。
タブ33および爪部34は、ポケット13、31内に配置される回転要素上でのクリップ留めによってケージ30を軸線方向に保持できる。したがってケージ30は、タブ33と爪部34とによって回転要素の列上に軸線方向に保持される。
各分離部分32のタブ33と爪部34とは、凹部32aによって円周方向に離間されている。
同一の要素には同じ参照符号が付与されている図8に図示される実施形態において、ケージ40は、回転要素(図示せず)のための略楕円形状の少なくとも1つのポケット13を備え、かつこのポケットには、楕円形ポケット13内に収納される回転要素上にケージ40を軸線方向に保持する手段が設けられている。ケージ40はまた、列をなす第2の回転要素のための少なくとも1つの第2のポケット21と、列をなす第1の回転要素のための少なくとも1つの第3のポケット31とを備える。第2のポケット21は、略円筒形側壁21aを有する一方で第2の回転要素上にケージ40を軸線方向に保持する手段を有しない。第3のポケット31は、略球形側壁31aを有し、かつ回転要素上にケージ40を軸線方向に保持する手段が設けられる
楕円形ポケット13、円筒形ポケット21および球形ポケット32は、上述の実施形態を参照して説明したものと同じである。
楕円形ポケット13は、略楕円形側壁13bと、環状ヒール11の内壁に対応する底部13aとを有する。
ケージ40は、軸線方向部分11から軸線方向に延在する混成分離部分または分離フィンガ23および32を備えており、かつそれらの間において、その中に回転要素が配置される円筒形ポケット13、21および31の境界を定める。
図8に図示されるように、分離部分23は、楕円形ポケット13および円筒形ポケット21の両方の境界を定め、かつ分離部分32は、楕円形ポケット13および球形ポケット31の両方の境界を定める。代替案として、2つの球形ポケット31または2つの楕円形側壁13あるいは2つの円筒形ポケット21の境界を定める分離部を提供することができる。また、球形ポケット31および円筒形ポケット21の両方の境界を定める分離部分を提供することもできる。
楕円形ポケット13および円筒形ポケット21の両方の境界を定める分離部分23は、図6を参照して説明した分離部分と同一である。分離部分23は、円周方向における一側において、隣接する分離部分22とともに楕円形ポケット13の隣の第2のポケット21の1つを形成するために略円筒形の側壁21aを有し、かつ他側において、楕円形ポケット13を形成するために隣接する混成分離部分23の楕円形壁13bに接続する楕円形壁13bを有する。
分離部分23はタブ25を備え、タブ25の自由端は、楕円形ポケット13の境界を定めるように隣接する分離部分32へ向かって円周方向に延在する。各タブ25の楕円形内壁13cは、ポケット13の楕円形側壁13bの連続部に延在する。混成分離部分23はまた、円筒形状の軸線方向突出部26を備える。
楕円形ポケット13および球形ポケット31の両方の境界を定める分離部分32は、図7を参照して説明された分離部分と同一である。分離部分32は、円周方向における一側において、隣接する分離部分とともに楕円形ポケット13の隣の球形ポケット31の1つを形成するために略球形の側壁31aを有し、かつ他側において、楕円形ポケット13を形成するために隣接する分離部分32の楕円形壁13bと接続する楕円形壁13bを有する。分離部分32はタブ33を備えており、タブ33の自由端は、楕円形ポケット13の境界を定めるために隣接する分離部分23の対向するタブ25へ向けて円周方向に延在する。タブ25、33のそれぞれの楕円形内壁13cは、ポケット13の楕円形側壁13bの連続部へ延在する。分離部分32はまた爪部34を備えており、爪部34の自由端は、球形ポケット31の境界を定めるために隣接する分離部分の対向する爪部34へ向かって円周方向に延在する。
本発明により、楕円形状のポケット内に存在する回転要素は、ポケット内における円周方向の可動性を有するようになり、それによりケージと回転要素との間の摩擦が低減される。楕円形ポケットと軸方向保持手段を有しないポケットとの組み合わせは、回転要素がポケット内でより大きく移動することを可能にする。それにより、2つの隣接するボールが反対方向に移動する場合に、予期できない変形が生じるリスクが大幅に低減される。
1 回転ベアリング
2 外側リング
3 内側リング
4 回転要素
10、20、30、40 ケージ
11 環状ヒール
11a 穴
11b 外面
12、22、23、32 分離部分
12a 内面
12b 外面
12c 凹部
13 楕円形ポケット
13a 底部
13b、13c 側壁
14、25、33 タブ
21 円筒形ポケット
21a 略円筒形側壁
23a 凹部
24、26 軸線方向突出部
31 球形ポケット
31a 略球形側壁
32 混成分離部分
32a 凹部
34 爪部

Claims (10)

  1. 複数の回転要素(4)のための複数のポケット(13、21、31)を備える回転ベアリングのためのケージであって、
    少なくとも1つのポケット(13)が、楕円形状であり、かつ対応する前記回転要素(4)上に前記ケージ(10、20、30、40)を軸線方向に保持する手段(14、25、33)を設けられており、前記楕円形ポケット(13)を規定する楕円は、前記ケージ(10、20、30、40)の円周方向平面上に位置する長軸(A)と、前記ケージ(10、20、30、40)の軸線方向における短軸(B)とによって決定され、
    前記短軸(B)は、前記長軸(A)と、前記楕円形ポケット(13)内に配置される前記回転要素(4)の直径との間に含まれ、
    前記ポケット内に配置された回転要素は、該回転要素が、前記ポケットの底部および前記ケージ(10、20、30、40)の軸線方向保持手段(14、25、33)の1つのみと接触した状態において、2つの接触点を介してのみポケットと接触し、前記ポケット内に配置された回転要素は、これにより多くとも2つの接触点を介してのみポケットと接触しており
    前記長軸(A)と前記短軸(B)との比率は、1.05から1.2に含まれることを特徴とするケージ。
  2. 環状ヒール(11)を備えており、前記環状ヒール(11)から、軸線方向突出部として、分離部分(12、22、23、32)が延在しており、前記分離部分(12、22、23、32)は、それらの間において前記ポケット(13、21、31)の境界を定めることを特徴とする請求項1に記載のケージ。
  3. 軸線方向保持手段(14、25、33)は、前記楕円形ポケット(13)の境界を定める隣接する分離部分(12、23、32)から互いへ向かって円周方向に延在する2つのタブを備えることを特徴とする請求項2に記載のケージ。
  4. 少なくとも1つのポケット(21)は、対応する前記回転要素上に前記ケージ(20、40)を軸線方向に保持する手段を有しないことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のケージ。
  5. 軸方向保持手段を有しない前記ポケット(21)は、略円筒形の側壁(21a)を有することを特徴とする請求項4に記載のケージ。
  6. 環状ヒール(11)から離れる方向において軸線方向保持手段を有しない前記ポケット(21)の境界を定める隣接する分離部分(22、23)から軸線方向に延在する2つの円筒形突出部(24、26)を備えることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の
    ケージ。
  7. 少なくとも1つのポケット(31)は、一定の径方向厚さの球形壁(31a)を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のケージ。
  8. 前記球形ポケット(31)は、対応する回転要素上に前記ケージ(30、40)を軸線方向に保持する手段(34)が設けられており、該軸線方向保持手段(34)は、前記球形ポケット(31)の境界を定める隣接する分離部分(32)から互いへ向けて円周方向に延在する2つの爪部を備えることを特徴とする請求項7に記載のケージ。
  9. 内側リング(3)と、外側リング(2)と、前記リング(2、3)の間に配置される回転要素(4)からなる少なくとも1つの列と、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のケージ(10、20、30、40)と、を備えることを特徴とする回転ベアリング。
  10. 請求項9に記載の少なくとも1つの回転ベアリングを備えることを特徴とする車両のための電動パワーステアリング。
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