(57)【要約】      （修正有）【課題】ステアリングコラム用の安価な転がり接触軸受を提供する。【解決手段】転がり接触軸受装置４及びステアリングコラム１の内側レース５及び外側レース６、２つの環状ワイヤー１１，１２、並びに弾性材料１３で形成した環状プレストレス要素を含む転がり接触軸受であって、内側レース及び外側レースの両方が転がり要素のための軌道を含み、転がり要素が軌道と接触して前記レースの間に配置され、レースの少なくとも一方が、軸方向部分と、軸方向部分の端部に結合している２つの径方向部分とを有するエンベロープ１０を含み、２つの環状ワイヤーが前記エンベロープ内に配されて軌道を形成し、環状プレストレス要素の断面は自由な状態においては基本的に矩形であり、環状プレストレス要素が、前記エンベロープの径方向部分のひとつと、一方の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。【選択図】図１
2007205573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側レース及び外側レース、並びに２つの環状ワイヤーを含む転がり接触軸受装置であって、内側レース及び外側レースの両方が、転がり要素のための軌道を含み、転がり要素が軌道と接触して前記レースの間に配置され、レースの少なくとも一方が、軸方向部分と、軸方向部分の端部に結合している２つの径方向部分とを有するエンベロープを含み、前記２つの環状ワイヤーが前記エンベロープ内に配されて軌道を形成し、前記装置が、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を含み、前記環状プレストレス要素が、前記エンベロープの径方向部分のひとつと、一方の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て、エンベロープが、少なくとも片側に、環状プレストレス要素が少なくとも部分的に位置する、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、を含む前記転がり接触軸受装置。
【請求項２】
環状プレストレス要素がエラストマー製である請求項１の装置。
【請求項３】
環状プレストレス要素がニトリルゴムを含む請求項２の装置。
【請求項４】
環状プレストレス要素がポリウレタンを含む請求項２の装置。
【請求項５】
環状プレストレス要素がエチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)を含む請求項２の装置。
【請求項６】
環状プレストレス要素のショアー硬度がショアー硬度６７〜８７である請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
転がり要素が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ケージにより周方向に分けられている請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
他方の内側軌道が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請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
プレストレスウォッシャーが可撓性を有する材料でできた管状体から切断される請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
内側レース及び外側レース、並びに２つの環状ワイヤーを含む転がり接触軸受装置であって、内側レース及び外側レース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、レースの少なくとも一方が、軸方向部分、２つの径方向部分、及び 、少なくとも片側に、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有するエンベロープを含み、前記２つの環状ワイヤーが側面を有し、前記エンベロープ内に配され軌道を形成し、少なくともひとつの環状弾性プレストレス要素が、前記エンベロープの径方向部分のひとつと一方の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て、プレストレス要素の断面が自由な状態においては基本的に矩形であり、環状プレストレス要素が環状チェンバー内に少なくとも部分的に位置する、前記転がり接触軸受装置。
【請求項１１】
シャフト、ハウジング、及び、シャフトとハウジングとの間に転がり接触軸受装置を含むステアリングコラムであって、前記転がり接触軸受装置が内側レース及び外側レース、並びに２つの環状ワイヤーを含み、内側レース及び外側レースの両方が転がり要素のための軌道を含み、転がり要素が前記軌道と接触して前記レースの間に配置され、レースの少なくとも一方が、軸方向部分と、軸方向部分の端部に結合している２つの径方向部分とを有するエンベロープを含み、前記２つの環状ワイヤーが前記エンベロープ内に配され軌道を形成し、前記装置が、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を含み、前記環状プレストレス要素が、前記エンベロープの径方向部分のひとつと、一方の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て、エンベロープが少なくとも片側に、環状プレストレス要素が少なくとも部分的に位置する、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、前記ステアリングコラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ステアリングコラムの一部分の軸方向の断面における概略図である。
【図２】切断工程にあるエラストマー製管状体の側面図である。
【図３】プレストレス要素の正面図である。
【図４】図３に示すプレストレス要素の径方向の詳細な断面図である。
【図５】転がり接触軸受の軸方向の断面における部分図である。
【図６】組立て工程にある、図５に示す軸受の図である。
【図７】図１の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
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
【図１】
2007205573.tif 000003
【図２】
2007205573.tif 000004
【図３】
2007205573.tif 000005
【図４】
2007205573.tif 000006
【図５】
2007205573.tif 000007
【図６】
2007205573.tif 000008
【図７】
2007205573.tif 000009