(57)【要約】【課題】  装置の小型化を図ると共に、音響劣化および振動増大を防止することができ、さらには、耐久性の向上を図ることができるウォームギヤ付きモータ装置を提供する。【解決手段】  出力軸１０１を有する電動モータ１０２と、出力軸１０１を回動自在に支持する転がり軸受と、出力軸１０１に設けられたウォーム１０３とを備え、ウォーム１０３と噛合するウォームホイール１０４を介して出力を伝達するウォームギヤ付きモータ装置１００であって、転がり軸受として、外輪１１１、内輪１０９及び転動体１１２の内の少なくとも一つがセラミック材料で形成される単列深溝玉軸受１０６を用いる。【選択図】  図１
2006217755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸を有する電動モータと、前記出力軸を回動自在に支持する転がり軸受と、前記出力軸に設けられるウォームとを備え、前記ウォームと噛合するウォームホイールを介して出力を伝達するウォームギヤ付きモータ装置であって、
前記転がり軸受として、外輪、内輪及び転動体の内の少なくとも一つがセラミック材料で形成される単列深溝玉軸受を用いることを特徴とするウォームギヤ付きモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用パワーステアリング装置、ウィンドウ昇降装置、電動シートアジャスト装置、ワイパー駆動装置等に用いられ、低騒音、高耐久性が要求されるウォームギヤ付きモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のウォームギヤ付きモータ装置は、例えば図８に示すように、電動モータ１の出力軸２にウォーム３が設けられ、該ウォーム３と噛合するウォームホイール４を介して出力を伝達する機構となっている。また、ウォーム３とウォームホイール４との噛み合いによって生じる荷重は一般的に出力軸２の半径方向よりも軸方向が大きく、この軸方向荷重の方向はウォーム３の正転逆転により反転することから、出力軸２の中央にラジアル滑り軸受５を配置し、出力軸２の両端にスラスト滑り軸受６を配置することで、ウォーム３とウォームホイール４との噛み合いによって生じる荷重を支持するようしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の軸受配置例としては、図９に示すように、出力軸２の中央に玉軸受７を２列組み合わせて配置し、出力軸２の両端にそれぞれラジアル滑り軸受５を配置したウォームギヤ付きモータ装置（例えば、特許文献２参照）や、図１０に示すように、出力軸２の中央に単列の深溝玉軸受８を配置し、出力軸２の両端にそれぞれラジアル滑り軸受５を配置したウォームギヤ付きモータ装置（例えば、特許文献１参照）や、図１１に示すように、出力軸２の中央に単列の深溝玉軸受８を配置し、出力軸２の電動モータ１の深溝玉軸受８から離間する側の端部のみにラジアル滑り軸受５を配置したウォームギヤ付きモータ装置（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。
【０００４】
【特許文献ｌ】実公平６−１５４９１号公報（図１、図３）
【特許文献２】特開平９−１３２１５４号公報（図２）
【特許文献３】実公昭６１−３２４８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図８に示すウォームギヤ付きモータ装置では、出力軸２の両端にそれぞれスラスト滑り軸受６を配置するため、装置の軸方向寸法が大きくなって、大型化を招いてしまい、また、図９に示すウォームギヤ付きモータ装置についても、出力軸２の中央に玉軸受７を２列組合せて配置するため、同様に、装置の軸方向寸法が大きくなって、大型化を招いてしまう。このような装置の大型化は、スペース的に余裕のない車両にとっては大きな問題となる。
【０００６】
一方、図１０に示すウォームギヤ付きモータ装置では、出力軸２の中央に単列の深溝玉軸受８を配置するため、装置の大型化は招かないものと考えられ、また、図１１に示すウォームギヤ付きモータ装置についても、出力軸２の中央に単列の深溝玉軸受８を配置すると共に、ウォーム３側の出力軸２に軸受を配置しないため、同様に、装置の大型化は招かないものと考えられる。
【０００７】
しかしながら、単列の深溝玉軸受８では、特に、振動等の要因によって衝撃荷重が加わった場合に、ウォーム３とウォームホイール４との噛み合いによる軸方向の大きな荷重を負荷することになるため、玉の転動面と内輪軌道面および外輪軌道面との転がり接触部の接触楕円が各軌道面の幅方向の縁部に達する、いわゆる玉の乗り上げが生じる虞れがある。
【０００８】
そして、この玉の乗り上げの際に、玉の転動面や内輪軌道面および外輪軌道面にエッジロードに基づく過大面圧（局部的な応力集中）が生じることによって、玉の転動面にキズが付く可能性がある。玉の転動面にこのような傷が生じると、モータ装置の音響劣化および振動増大に結びつくという問題がある。
【０００９】
また、上述したような玉の乗り上げが生じない場合でも、これらの各ウォームギヤ付きモータ装置は、ロータ９およびステータ１０を内蔵したビルトインタイプのモータ装置であるため、電動モータ１の発熱が出力軸２およびハウジング１１に伝達されて、軸受の内輪と外輪との温度差（内輪温度が外輪温度よりも高くなる状態）が発生しやすく、この温度差によりモータ運転時の軸受すきまが小さくなるか、あるいは負のすきまになる。このため、玉の転動面と内輪軌道面および外輪軌道面との転がり接触部の圧力が大きくなり、軸受寿命が低下して装置自体の耐久性を損なうという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、装置の小型化を図ると共に、音響劣化および振動増大を防止することができ、さらには、耐久性の向上を図ることができるウォームギヤ付きモータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、出力軸を有する電動モータと、前記出力軸を回動自在に支持する転がり軸受と、前記出力軸に設けられるウォームとを備え、前記ウォームと噛合するウォームホイールを介して出力を伝達するウォームギヤ付きモータ装置であって、前記転がり軸受として、外輪、内輪及び転動体の内の少なくとも一つがセラミック材料で形成される単列深溝玉軸受を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電動モータの出力軸を回動自在に支持する転がり軸受として、単列の深溝玉軸受を用いているので、従来のようにスラスト滑り軸受や２列組合せの玉軸受を用いる場合と比較して、装置の軸方向寸法を短くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
また、単列深溝玉軸受の外輪、内輪及び玉の内の少なくとも一つが通常の軸受材料よりも高い弾性係数を有するセラミック材料で形成されるため、振動時等にウォームとウォームホイールとの噛み合いによって生じる軸方向の大きな荷重が負荷されて玉の転動面と内輪軌道面及び外輪軌道面との接触点が各軌道面の幅方向の縁部に変位した場合においても、この接触点に形成される接触楕円を小さくすることができる。
【００１４】
このため、この接触楕円が各軌道面から外れにくくなり、接触楕円が各軌道面から外れた場合（乗り上げた場合）に生じるエッジロードに基づく過大面圧（局部的な応力集中）によって、玉の転動面にキズが付くのを回避できる。これにより、ウォームギヤ付きモータ装置の音響劣化および振動増大を防止することができ、装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００１５】
さらに、セラミック材料は通常の軸受材料よりも線膨張係数が低いことから、電動モータの発熱によって、軸受の内輪と外輪との温度差（内輪温度が外輪温度よりも高くなる状態）が発生した状態でも、モータ運転時の軸受すきまの減少が抑制されるため、玉の転動面と内輪軌道面および外輪軌道面との転がり接触部の圧力が大きくなりにくくすることができ、これにより、軸受寿命の延長が図られて、ウォームギヤ付きモータ装置自体の耐久性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態であるウォームギヤ付きモータ装置を説明するための断面図、図２は単列深溝玉軸受の要部断面図、図３は本発明例及び従来例における内輪・外輪温度差と軸受有効すきまとの関係を示すグラフ図、図４は第１実施形態の変形例を示す断面図、図５は第１実施形態の他の変形例を示す断面図、図６は本発明の第２実施形態であるウォームギヤ付きモータ装置を説明するための断面図、図７は第２実施形態の変形例を示す断面図である。
【００１７】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態であるウォームギヤ付きモータ装置について説明する。
【００１８】
本発明の第１の実施形態であるウォームギヤ付きモータ装置１００は、図１に示すように、出力軸１０１を有する電動モータ１０２と、出力軸１０１に設けられるウォーム１０３と、ウォーム１０３及びウォームホイール１０４を収容するハウジング１０５と、単列深溝玉軸受１０６と、ラジアル滑り軸受１０７と、を備え、ウォーム１０３と噛合するウォームホイール１０４を介して出力を伝達するもので、電動モータ１０２には、出力軸１０１に同心に設けられるロータ１０２ａとハウジング１０５の内径部に設けられるステータ１０２ｂとが内蔵される。
【００１９】
そして、ウォームホイール１０４からの荷重は、径方向の荷重Ａについては、出力軸１０１の中央に配置される単列深溝玉軸受１０６と出力軸１０１の両端にそれぞれ配置されたラジアル滑り軸受１０７とにより支持され、出力軸１０１の回転方向によって方向が反転する軸方向の荷重Ｂについては、単列深溝玉軸受１０６により支持される。
【００２０】
単列深溝玉軸受１０６は、図２に示すように、外周面に深溝型の内輪軌道面１０８を有する内輪１０９と、内周面に深溝型の外輪軌道面１１０を有する外輪１１１と、内輪軌道面１０８と外輪軌道１１０との間に転動自在に設けられる複数の玉（転動体）１１２と、この複数の玉１１２を転動自在に保持する保持器１１３と、内輪１０９の外周面と外輪１１１の内周面との間に形成される環状の軸受空間１１４を閉塞する密封装置１１５とを備えるもので、出力軸１０１のロータ１０２ａとウォーム１０３との間に配置され、出力軸１０１を軸支している。
【００２１】
内輪１０９及び外輪１１１は、軸受材料として通常使用されるＳＵＪ２、ＳＵＪ３、Ｍ５０材浸炭鋼等の金属材料（弾性係数１８０〜２２０[ＧＰａ]、線膨張係数１２．５×１０６[Ｋ−１]）で形成する。
【００２２】
玉１１２は、上記の軸受材料と比較して高い弾性係数と低い線膨張係数を有するセラミック材料（弾性係数２５０〜３３０[ＧＰａ]、線膨張係数２．５〜３．３×１０６[Ｋ−１]）で形成する。
【００２３】
ここで、単列深溝玉軸受１０６をＪＩＳ  Ｂ１５１３で規定されている玉軸受６０８相当の軸受（内径：ｄ＝φ８ｍｍ，外径：Ｄ＝φ２２ｍｍ、幅：Ｂ＝７ｍｍ、転動体径：Ｄａ＝φ３．９６９ｍｍ、転動体数（１列）：Ｚ＝７）とし、内輪１０９及び外輪１１１を弾性係数２０８[ＧＰａ]の通常の軸受材料で、玉１１２を弾性係数３００[ＧＰａ]のセラミック材料で形成した場合、乗り上げ荷重を計算すると９４０Ｎとなる。
【００２４】
これに対し、単列深溝玉軸受１０６をＪＩＳ  Ｂ１５１３で規定されている玉軸受６０８相当の軸受（内径：ｄ＝φ８ｍｍ，外径：Ｄ＝φ２２ｍｍ，幅：Ｂ＝７ｍｍ，転動体径：Ｄａ＝φ３．９６９ｍｍ，転動体数（１列）：Ｚ＝７）とし、内輪１０９、外輪１１１及び玉１１２を全て弾性係数２０８ＧＰａの通常の軸受材料で形成した場合、乗り上げ荷重を計算すると８０７Ｎとなる。
【００２５】
このように、本実施形態では、単列深溝玉軸受１０６の玉１１２をセラミック材料で形成しているので、従来の単列深溝玉軸受と比較して、軸受内部諸元（軸受サイズ、転動体径、転動体数など）を変更することなく、玉１１２の乗り上げ荷重を大きくすることができる。すなわち、玉１１２を乗り上げにくくすることができる。
【００２６】
また、図３は、モータハウジング温度を８０°Ｃ（外輪温度８０°Ｃ）、軸受残留すきまを５μｍとした場合の、ＪＩＳ  Ｂ１５１３で規定されている玉軸受６０８相当（内径：ｄ＝φ８ｍｍ，外径：Ｄ＝φ２２ｍｍ，幅：Ｂ＝７ｍｍ，転動体径：Ｄａ＝φ３．９６９ｍｍ，転動体数（１列）：Ｚ＝７）の軸受において、内輪・外輪の温度差とモータ運転時の軸受すきまとの関係について、本発明例の単列深溝玉軸受（玉：セラミック材料（線膨張係数２．９×１０６ [Ｋ−１]）、内輪、外輪：通常の軸受材料（線膨張係数１２．５×１０６[Ｋ−１]））と従来例の単列深溝玉軸受（内輪、外輪、玉：通常の軸受材料）とで比較計算を行った結果を示している。なお、図３の横軸は内輪・外輪の温度差（内輪温度−外輪温度）、縦軸はモータ運転時の軸受有効すきまである。
【００２７】
このように、本実施形態では、図３から明らかなように、玉をセラミック材料とした本発明例の深溝玉軸受は、従来の玉軸受と比較して、内輪・外輪温度差が大きくても（７０°Ｃ以下）、軸受有効すきまが負（予圧がかかる）になりにくく、玉の転動面と内輪軌道面及び外輪軌道面との転がり接触部の圧力が大きくなりにくくなることが判る。
【００２８】
従って、本実施形態のウォームギヤ付きモータ装置１００は、電動モータ１０２の出力軸１０１を回動自在に支持する転がり軸受として、単列の深溝玉軸受１０６を用いるので、従来のようにスラスト滑り軸受や２列組合せの玉軸受を用いる場合と比較して、装置の軸方向寸法を短くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
また、本実施形態のウォームギヤ付きモータ装置１００は、単列深溝玉軸受１０６の玉１１２を通常の軸受材料よりも高い弾性係数を有するセラミック材料で形成するので、振動時等にウォーム１０３とウォームホイール１０４との噛み合いによって生じる軸方向の大きな荷重が負荷されて、玉１１２の転動面と内輪軌道面１０８及び外輪軌道面１１０との接触点が各軌道面１０８，１１０の幅方向の縁部に変位した場合においても、この接触点に形成される接触楕円を小さくすることができる。
【００３０】
このため、この接触楕円が各軌道面１０８，１１０から外れにくく、換言すれば玉１１２が乗り上げにくくなって、接触楕円が各軌道面１０８，１１０から外れた場合（玉１１２が乗り上げた場合）に生じるエッジロードに基づく過大面圧（局部的な応力集中）によって、玉１１２の転動面にキズが付くのを回避することができる。この結果、ウォームギヤ付きモータ装置１００の音響劣化および振動増大を防止することができ、装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００３１】
さらに、単列深溝玉軸受１０６の玉１１２の材料となるセラミック材料は、通常の軸受材料よりも線膨張係数が低いことから、電動モータ１０２の発熱によって、軸受の内輪１０９と外輪１１１との温度差（内輪温度が外輪温度よりも高くなる状態）が発生した状態でも、モータ運転時の軸受すきまの減少が抑制されるため、玉１１２の転動面と内輪軌道面１０８および外輪軌道面１１０との転がり接触部の圧力が大きくなりにくくすることができ、これにより、軸受寿命の延長が図られて、装置自体の耐久性の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、本実施形態の変形例として、ウォームギヤ付きモータ装置１００は、図４に示すように、単列深溝玉軸受１０６をウォーム１０３の電動モータ１０２から離間する側の出力軸１０１の端部に配置し、ラジアル滑り軸受１０７を出力軸１０１のロータ１０２ａとウォーム１０３との間、および、電動モータ１０２のウォーム１０３から離間する側の出力軸１０１の端部にそれぞれ配置してもよい。
【００３３】
さらに、本実施形態の他の変形例として、ウォームギヤ付きモータ装置１００は、図５に示すように、単列深溝玉軸受１０６を電動モータ１０２のウォーム１０３から離間する側の出力軸１０１の端部に配置し、ラジアル滑り軸受１０７を出力軸１０１のロータ１０２ａとウォーム１０３との間、および、ウォーム１０３の電動モータ１０２から離間する側の出力軸１０１の端部にそれぞれ配置してもよい。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態であるウォームギヤ付きモータ装置について説明する。なお、第１実施形態と重複する部分については、図に同一符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。
【００３５】
図６に示すように、本実施形態のウォームギヤ付きモータ装置１２０は、第１実施形態のウォーム１０３の電動モータ１０２から離間する側の端部に設けられる出力軸１０１及び軸受（単列深溝玉軸受１０６又はラジアル滑り軸受１０７）を省略した構造、即ち、ウォーム１０３を片持ち支持構造としたもので、単列深溝玉軸受１０６を出力軸１０１のロータ１０２ａとウォーム１０３との間に配置し、ラジアル滑り軸受１０７を電動モータ１０２のウォーム１０３から離間する側の出力軸１０１の端部に配置する。
【００３６】
従って、本実施形態のウォームギヤ付きモータ装置１２０は、ウォーム１０３の電動モータ１０２から離間する側の端部に出力軸１０１及び軸受を設けないので、装置の軸方向寸法を更に短くすることができ、装置の小型化をより一層図ることができる。
その他の構成及び作用効果については上記第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００３７】
なお、本実施形態の変形例として、ウォームギヤ付きモータ装置１２０は、図７に示すように、単列深溝玉軸受１０６を電動モータ１０２のウォーム１０３から離間する側の出力軸１０１の端部に配置し、ラジアル滑り軸受１０７を出力軸１０１のロータ１０２ａとウォーム１０３との間に配置してもよい。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、出力軸１０１に作用するラジアル方向の荷重を単列深溝玉軸受１０６とラジアル滑り軸受１０７で支持した場合を例示したが、ラジアル滑り軸受１０７の代わりに、軸方向荷重を支持しない自由側として、通常の深溝玉軸受や円筒ころ軸受を用いてもよい。
また、上記実施形態では、単列深溝玉軸受１０６の玉１１２のみをセラミック材料で形成した場合を例示したが、玉１１２だけでなく、内輪１０９及び外輪１１１内輪もセラミック材料で形成してもよい。
【００３９】
その他、上記実施形態において例示した出力軸、電動モータ、ウォーム、ウォームホイール、ハウジング、内輪、外輪、玉（転動体）、保持器、ポケット、密封装置等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態であるウォームギヤ付きモータ装置を説明するための断面図である。
【図２】単列深溝玉軸受の要部断面図である。
【図３】本発明例及び従来例における内輪・外輪温度差と軸受有効すきまとの関係を示すグラフ図である。
【図４】第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図５】第１実施形態の他の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態であるウォームギヤ付きモータ装置を説明するための断面図である。
【図７】第２実施形態の変形例を示す断面図である。
【図８】従来のウォームギヤ付きモータ装置を説明するための断面図である。
【図９】従来の他のウォームギヤ付きモータ装置を説明するための一部切欠断面図である。
【図１０】従来の他のウォームギヤ付きモータ装置を説明するための断面図である。
【図１１】従来の他のウォームギヤ付きモータ装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００，１２０    ウォームギヤ付きモータ装置
１０１            出力軸
１０２            電動モータ
１０３            ウォーム
１０４            ウォームホイール
１０６            単列深溝玉軸受
１０９            内輪
１１１            外輪
１１２            玉（転動体）
【図１】
2006217755.tif 000003
【図２】
2006217755.tif 000004
【図３】
2006217755.tif 000005
【図４】
2006217755.tif 000006
【図５】
2006217755.tif 000007
【図６】
2006217755.tif 000008
【図７】
2006217755.tif 000009
【図８】
2006217755.tif 000010
【図９】
2006217755.tif 000011
【図１０】
2006217755.tif 000012
【図１１】
2006217755.tif 000013