(57)【要約】【課題】コンパクトでありながら、長期に亘って一定の回転精度を維持する耐久性に優れた転がり軸受を用いたウォームギア付きモータ装置を提供する。【解決手段】主軸２０が転がり軸受２２により回転自在に支持されたウォームギア付きモータ装置において、転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪2,4と、各軌道輪の対向面2a,4aにそれぞれ形成された軌道溝8,10間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６とを備えており、当該転がり軸受の双方の軌道輪及び転動体のうち少なくとも１つは、その材料にマルテンサイト系ステンレスが用いられている。【選択図】    図１
2006336780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸が転がり軸受により回転自在に支持されたウォームギア付きモータ装置において、
転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪と、各軌道輪の対向面にそれぞれ形成された軌道溝間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、当該転がり軸受の双方の軌道輪及び転動体のうち少なくとも１つは、その材料にマルテンサイト系ステンレスが用いられていることを特徴とするウォームギア付きモータ装置。
【請求項２】
転がり軸受は、複数の転動体が軌道溝間に沿って１列に並んだ単列の転がり軸受であることを特徴とする請求項１に記載のウォームギア付きモータ装置。
【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、ワイパー駆動装置などの低騒音・高耐久性の要求される自動車用小型電動モータに用いられるウォームギア付きモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用小型電動モータなどに使用されるウォームギア付きモータ装置(以下、モータ装置という)は、例えば図７〜図１０に示すように、電動モータ３０の出力軸２０にウォーム２６が設けられ、当該ウォーム２６と噛合うウォームホイール２８を介して出力が伝達する機構となっており、ウォーム２６とウォームホイール２８との噛合いによって生じる荷重を支持するための複数の軸受22,24,40が出力軸２０に配置された構成となっている。なお、電動モータ３０は、その出力軸２０に固定されたロータ３２とハウジング３６に固定されたステータ３４とを有しており、例えば、ステータ３４に電流を供給した際、当該ステータ３４とロータ３２との間に生じる磁気的な相互作用により出力軸２０を回転させている。
かかるモータ装置には、一般的にウォーム２６とウォームホイール２８との噛合いによって生じる荷重は出力軸２０の径方向への荷重よりも軸方向への荷重の方が大きいという特徴や、軸方向荷重はウォーム２６が正転又は逆転する度にその向きが反転するという特徴がある。
【０００３】
このようなモータ装置における軸受構成として、例えば、図７に示すモータ装置では、３つのラジアル滑り軸受２４が出力軸２０の中央及び両端にそれぞれ配置されているとともに、２つのスラスト滑り軸受４０が出力軸２０の両端にそれぞれ配置されている(特許文献１参照)。また、図８に示すモータ装置では、２列組合せ玉軸受２２が出力軸２０の中央に配置されているとともに、２つのラジアル滑り軸受２４が出力軸２０の両端にそれぞれ配置されている(特許文献２参照)。また、図９に示すモータ装置では、単列の深溝玉軸受２２が出力軸２０の中央に配置されているとともに、２つのラジアル滑り軸受２４が出力軸２０の両端にそれぞれ配置されている(特許文献１参照)。また、図１０に示すモータ装置では、単列の深溝玉軸受２２が出力軸２０の中央に配置されているとともに、ラジアル滑り軸受２４が出力軸２０のモータ側のみに配置されている(特許文献３参照)。
なお、各図７〜１０は、特許文献１〜３に示されているモータ装置の特徴構成が明らかになるように、各文献１〜３に添付された図面を簡略化して示している。
【０００４】
しかしながら、図７に示すようなモータ装置では、出力軸２０の両端にスラスト軸受４０を配置するためのスペースが必要となり、そのためモータ装置が軸方向に大型化してしまうという問題がある。同様に、図８に示すようなモータ装置でも、２列組合せの玉軸受２２を配置するためのスペースが必要となり、そのためモータ装置が軸方向に大型化してしまう。このようなモータ装置の大型化は、例えば、軸方向にスペース的な余裕のない車両に当該モータ装置を組み込む場合に問題となる。
これに対し、図９に示すようなモータ装置では、出力軸２０の中央には単列の深溝玉軸受２２のみが配置されており、軸受の取付スペースが小さくて済むため、当該モータ装置の軸方向の小型化を図ることができる。また、図１０に示すようなモータ装置では、モータ側にのみラジアル滑り軸受２４を配置しているため、さらに当該モータ装置の軸方向の小型化を図ることができる。
【０００５】
しかしながら、これらのモータ装置(図9,10)は、ロータ３２及びステータ３４を内蔵したビルトインタイプの電動モータ３０であるため、当該電動モータ３０が発熱すると、その熱はロータ３２を介して出力軸２０へ、ステータ３４を介してハウジング３６へそれぞれ伝達され、軸受の内輪２と外輪４との間に温度差が生じてしまう(具体的には、内輪２の温度が外輪４の温度よりも高い状態となる)場合がある。
この場合、出力軸２０や内輪２が熱膨張し、軸受すきまが小さくなると(さらには負のすきまになると)、当該電動モータ３０の回転中、玉(転動体)６の転動面と内輪２及び外輪４の軌道面(軌道溝)とが接触する部分(転がり接触部)の圧力が大きくなり、例えば、玉(転動体)６の転動面と内輪２及び外輪４の軌道面(軌道溝)とが摩擦を繰り返し、摩耗を起こしてしまう虞がある。
この結果、軸受の回転精度(例えば、回転安定性)を一定に維持することができず、モータ装置を長期に亘って良好に運転させ続けることが困難になってしまう。
【特許文献１】実公平６−１５４９１号公報
【特許文献２】特開平９−１３２１５４号公報
【特許文献３】実公昭６１−３２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、コンパクトでありながら、長期に亘って一定の回転精度を維持する耐久性に優れた転がり軸受を用いたウォームギア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】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明に係るウォームギア付きモータ装置は、主軸が転がり軸受により回転自在に支持されている。このような構成において、転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪と、各軌道輪の対向面にそれぞれ形成された軌道溝間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、当該転がり軸受の双方の軌道輪及び転動体のうち少なくとも１つは、その材料にマルテンサイト系ステンレスが用いられている。この場合、転がり軸受は、複数の転動体が軌道溝間に沿って１列に並んだ単列の転がり軸受としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、転がり軸受は優れた耐久性を発揮し、長期に亘って一定の回転精度を維持することができるとともに、軸受の取付スペースを小さくすることができる。この結果、当該耐久性に優れたコンパクトな転がり軸受を用いることで、ウォームギア付きモータ装置を良好に運転させ続けることができるとともに、小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のウォームギア付きモータ装置について、添付図面を参照して説明する。
本発明のウォームギア付きモータ装置は、上述したウォームギア付きモータ装置(図７〜図１０)の改良であるため、以下では、改良部分の説明に止める。なお、図７〜図１０のウォームギア付きモータ装置と同一の構成には図面上で同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１０】
図１(ａ)，(ｂ)には、本発明の第１実施形態に係るウォームギア付きモータ装置(以下、モータ装置という)が示されており、当該モータ装置は、出力軸２０が単列の転がり軸受(深溝玉軸受)２２及び２つのラジアル滑り軸受２４によって回転自在に支持されており、深溝玉軸受２２は出力軸２０の中央(例えば、ウォーム２６と電動モータ３０との間)に配置され、２つのラジアル滑り軸受２４は出力軸２０の両端にそれぞれ配置されている。
また、深溝玉軸受２２は、相対回転可能に対向して配置された軌道輪(内輪２及び外輪４)と、内輪２の対向面２ａと外輪４の対向面４ａにそれぞれ形成された一列の軌道溝8,10間に転動自在に組み込まれた複数の転動体(玉)６とを備えている。なお、深溝玉軸受２２の内輪２及び外輪４には、深溝型の軌道溝8,10(例えば、曲率半径が玉６の半径よりも大きな１つの凹曲面)がそれぞれ形成されている。また、複数の玉６は、保持器１２によって１つずつ回転自在に保持されている。さらに、内輪２の対向面２ａと外輪４の対向面４ａとの間の環状空間の両端開口部には、それぞれシール板１６が設けられており、軸受内に封入された潤滑剤(例えば、グリース、油)が外部へ漏洩したり、外部から異物(例えば、水、塵埃)が軸受内に浸入したりすることを防止している。
【００１１】
このような構成において、モータ装置の回転中、２つのラジアル滑り軸受２４が、ウォーム２６とウォームホイール２８との噛合いによって生じる荷重(ウォームホイール２８からの反力)のうち、径方向の荷重(ラジアル荷重)のみを支持している(受けている)のに対し、単列の深溝玉軸受２２は、径方向の荷重(ラジアル荷重)だけでなく、出力軸２０(ウォーム２６)が正転又は逆転する度にその向きが反転する軸方向の荷重(双方向のアキシアル荷重)も支持している(受けている)。
このため、本実施形態に係る深溝玉軸受２２は、内輪２の材料に通常の軸受材料(例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＪ２材やＳＵＪ３材、ＡＩＳＩ(アメリカ鉄鋼協会)規格のＭ５０材などの高炭素クロム軸受鋼や浸炭鋼)と比較して線膨張係数の小さいマルテンサイト系のステンレスが用いられ、外輪４及び玉６の材料に通常の軸受材料(例えば、同上の高炭素クロム軸受鋼や浸炭鋼)がそれぞれ用いられている。なお、マルテンサイトとは、炭素(Ｃ)を過飽和に固溶したオーステナイトから急冷(焼き入れ)した焼入組織であり、急冷により面心立方格子のγ鉄から体心立方格子のα鉄に変わる(変態する)ことをいう。このマルテンサイトは、針状の細かな組織で、鋼の焼入組織としては最も硬く、強磁性体であるという特性を持つ。したがって、例えばオーステナイト系ステンレスに対して焼入処理を施し、マルテンサイトを誘起させることで、高硬度(高剛性)のマルテンサイト系ステンレスを形成することができ、当該マルテンサイト系ステンレスは、このマルテンサイト組織をもった高Ｃｒステンレス鋼(Ｃｒ含有量の多いステンレス鋼)であり、特性は同様に、強磁性体で焼入れ硬化性に優れている。
【００１２】
このように、深溝玉軸受２２の内輪２の材料に線膨張係数の小さいマルテンサイト系のステンレスを用いることで、モータ装置の運転時(電動モータ３０の回転中)、電動モータ３０が発熱し、その熱がロータ３２を介して内輪２に伝わったとしても、内輪２の熱膨張量を極微量に抑えることができ、軸受すきまを常に適正に維持することができる。このため、電動モータ３０の回転中、玉６の転動面と内輪２の軌道面(軌道溝８)とが接触する部分(転がり接触部)の圧力も適正に維持され、例えば、玉６の転動面と内輪２の軌道面(軌道溝８)とが摩擦を繰り返すような事態も抑止することができる。
また、深溝玉軸受２２の内輪２の材料に線膨張係数の小さいマルテンサイト系のステンレスを用いることで、深溝玉軸受２２の剛性を高めることができるため、ラジアル方向及び双方向のアキシアル荷重を単列の当該深溝玉軸受２２のみで受けることができる。
以上、本実施形態によれば、単列深溝玉軸受２２は優れた耐久性を発揮し、長期に亘って一定の回転精度を維持することができるとともに、軸受の取付スペースを小さくすることができる。したがって、当該耐久性に優れたコンパクトな深溝玉軸受２２を用いることで、ウォームギア付きモータ装置を良好に運転させ続けることができるとともに、小型化することができる。
【００１３】
ここで、内外輪の温度差と軸受すきまとの関係について、本実施形態の深溝玉軸受２２(図１(ａ)参照)と既存の単列玉軸受とを比較して考察する。
図６には、ハウジング３６の温度を８０℃(外輪４の温度も８０℃)、軸受残留すきまを８μｍとした場合、ＪＩＳ  Ｂ１５１３規格に相当する玉軸受(軸受内径ｄ：φ８(ｍｍ)、軸受外径Ｄ：φ２２(ｍｍ)、軸受幅Ｂ：７(ｍｍ)、玉直径Ｄａ：φ３．９６９(ｍｍ))において、内輪と外輪との温度差と電動モータ回転時の軸受有効すきまとの関係(内輪と外輪との温度差に対する電動モータ回転時の軸受有効すきまの値について測定した結果)が示されている。この場合、本実施形態の単列の深溝玉軸受２２は、内輪２がマルテンサイト系ステンレス材料(線膨張係数１０．１×１０−６[Ｋ−１])、外輪４と全ての玉６が通常の軸受材料(線膨張係数１２．５×１０−６[Ｋ−１])で構成され、既存の単列深溝玉軸受は、内輪及び外輪とすべての玉が通常の軸受材料(線膨張係数１２．５×１０−６[Ｋ−１])で構成されている。なお、図６中において、横軸は内輪と外輪との温度差、縦軸は電動モータ回転時の軸受有効すきまをそれぞれ示している。
【００１４】
図６から明らかなように、内輪２をマルテンサイト系ステンレス材料とした本実施形態の深溝玉軸受２２(図１(ａ)参照)は、既存の深溝玉軸受と比較して内輪２と外輪４との温度差が大きくても(５０℃以上)、電動モータ３０の回転時の軸受有効すきまが負の値(予圧がかかる状態)になり難い。
すなわち、モータ装置の運転時(電動モータ３０の回転中)、内輪２が熱膨張しても、軸受すきまを常に適正に維持することができる(軸受すきまの減少を抑制することができる)。このため、玉６の転動面と内輪２の軌道面(軌道溝８)とが接触する部分(転がり接触部)の圧力増加を抑制することが可能となり、これにより、例えば玉６の転動面と内輪２の軌道面(軌道溝８)とが摩擦を繰り返すような事態も抑止することができる。この結果、本実施形態の単列深溝玉軸受２２は、優れた耐久性を発揮し、長期に亘って一定の回転精度を維持することができるとともに、その取付スペースを小さくすることができる。
したがって、本実施形態の耐久性に優れたコンパクトな深溝玉軸受２２を用いることで、ウォームギア付きモータ装置を良好に運転させ続けることができるとともに、小型化することができる。
【００１５】
なお、上述した本実施形態においては、単列の深溝玉軸受２２を出力軸２０の中央(例えば、ウォーム２６と電動モータ３０との間)に配置したが、例えば図２に示す第２実施形態のように、単列の深溝玉軸受２２を出力軸２０のウォーム２６側の端部に配置してもよい。また、例えば図３に示す第３実施形態のように、単列の深溝玉軸受２２を出力軸２０の電動モータ３０側の端部に配置しても同様の効果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明は、上述した各実施形態に限定されず、以下のように変更することができる。上述した各実施形態では、出力軸２０を１つの単列深溝玉軸受２２及び２つのラジアル滑り軸受２４で回転自在に支持したが、これに代えて、出力軸２０を１つの単列深溝玉軸受２２と１つのラジアル滑り軸受２４で回転自在に支持してもよい(出力軸２０のウォーム２６側の端部のラジアル滑り軸受２４を省略した構成でもよい)。
例えば、図４に示す第１変形例のように、深溝玉軸受２２を出力軸２０の中央(例えば、ウォーム２６と電動モータ３０との間)に配置し、ラジアル滑り軸受２４を出力軸２０の電動モータ３０側の端部に配置してもよい。また例えば、図５に示す第２変形例のように、深溝玉軸受２２を出力軸２０の電動モータ３０側の端部に配置し、ラジアル滑り軸受２４を出力軸２０の中央(例えば、ウォーム２６と電動モータ３０との間)に配置してもよい。なお、これらの変形例においては、ウォーム２６とウォームホイール２８との噛合いによって生じる荷重のうち、ラジアル荷重が単列深溝玉軸受２２とラジアル滑り軸受２４で受けられ、双方向のアキシアル荷重が単列深溝玉軸受２２のみで受けられる構造となる。このような構造(２つの軸受で出力軸２０を回転自在に支持する構造)とすることで、３つの軸受で出力軸２０を回転自在に支持する上述した各実施形態よりも、さらにウォームギア付きモータ装置を小型化することができる。
【００１７】
なお、上述した各実施形態及び各変形例において、出力軸２０を回転自在に支持する軸受は、深溝玉軸受２２とラジアル滑り軸受２４とを併用したが、ラジアル滑り軸受２４の代わりに、通常設計の(通常の軸受材料を用いた)深溝玉軸受や円筒ころ軸受を用いてもよい。また、出力軸２０を回転自在に支持する軸受は、すべてが本実施形態の単列深溝玉軸受２２であってもよい。
また、上述した各実施形態及び各変形例において、深溝玉軸受２２は、内輪２のみをマルテンサイト系ステンレス材料(以下、所定材料という)で構成したが、軌道輪(内輪２と外輪４)及び転動体６のうち少なくとも１つが所定材料で構成されていればよく、例えば、外輪４のみを所定材料で構成したり、転動体６のみを所定材料で構成してもよく、内輪２、外輪４及び転動体６のすべてを所定材料で構成してもよい。
さらに、上述した各実施形態及び各変形例では、転がり軸受として、深溝玉軸受２２を例示して説明したが、双方向のアキシアル荷重を受ける軸受構成であれば、軸受形式はこれに限定されず、例えば、アンギュラ玉軸受、小径玉軸受などを適用してもよい。
また、上述した各実施形態及び各変形例において、シール板１６については特に説明しなかったが、シール板１６としては、例えば接触シールや非接触シールを適用することが可能である。この場合、シール板１６の固定方法としては、図１(ａ)に示すような外輪４に固定する方法以外に、内輪２に固定する方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】(ａ)は、本発明の第１実施形態に係るウォームギア付きモータ装置の主要部分の構成例を示す断面図、(ｂ)は、本第１実施形態に係るウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係るウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図４】本発明の第１変形例に係るウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図５】本発明の第２変形例に係るウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図６】内外輪の温度差と電動モータ回転時の軸受有効すきまとの関係を示す図。
【図７】従来のウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図８】従来のウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図９】従来のウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【図１０】従来のウォームギア付きモータ装置の全体構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００１９】
２  内輪
４  外輪
６  玉
８，１０  軌道溝
２０  主軸
２６  ウォーム
２８  ウォームホイール
３０  電動モータ
３６  ハウジング
【図１】
2006336780.tif 000003
【図２】
2006336780.tif 000004
【図３】
2006336780.tif 000005
【図４】
2006336780.tif 000006
【図５】
2006336780.tif 000007
【図６】
2006336780.tif 000008
【図７】
2006336780.tif 000009
【図８】
2006336780.tif 000010
【図９】
2006336780.tif 000011
【図１０】
2006336780.tif 000012