(57)【要約】【課題】  使用時にピニオン軸６に大きな入力トルクが付与されるのにも拘らず、負荷能力及び耐久性を十分に確保でき、且つ、高効率な構造を実現する。【解決手段】  上記ピニオン軸６を支持する軸受のうち、ステアリングホイール側の軸受として、外輪軌道及び内輪軌道と各玉３０、３０の転動面とがそれぞれ２点ずつで接触する、４点接触型の玉軸受２２を使用する。又、この玉軸受２２を構成する内輪２８を、この内輪２８を軸方向中央で２分割した如き構造を有する、１対の内輪素子３２ａ、３２ｂを一体に重ね合わせる事により構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に変位する事で操舵輪に舵角を付与するラックと、その一部外周面に設けたピニオンをこのラックと噛合させた状態で回転駆動自在とされたピニオン軸と、このピニオン軸又はこのピニオン軸よりもステアリングホイール側に連結した別の軸に回転方向の補助力を付与する電動モータとを備えた電動式パワーステアリング装置に於いて、このピニオン軸を固定の部分に支持する複数の軸受のうち、少なくとも何れかの軸受が、外周面に玉の転動面と２点で接触する形状の内輪軌道を有する内輪と、内周面に玉の転動面と２点で接触する形状の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、上記外輪軌道及び内輪軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ２点ずつで接触する４点接触型であり、上記内輪又は外輪を、それぞれの軌道面が互いに対称の形状である１対の軌道輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した玉軸受である事を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
ピニオン軸を支持する複数の軸受のうち、使用時に上端側となる側の軸受が、外周面に玉の転動面と２点で接触する形状の内輪軌道を有する内輪と、内周面に玉の転動面と２点で接触する形状の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、上記外輪軌道及び内輪軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ２点ずつで接触する４点接触型であり、上記内輪又は外輪を、１対の軌道輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した玉軸受である、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】
１対の軌道輪素子が１対の内輪素子であり、内輪を、これら１対の内輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した、請求項１又は請求項２に記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項４】
外輪の両端部内周面に設けた外径側肩部の最小内径部の内径をｄe とし、内輪の両端部外周面に設けた内径側肩部の最大外径部の外径をＤi とし、各玉の直径をＤa とした場合に、Ｄa ＞（ｄe −Ｄi ）である、請求項１〜３の何れかに記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項５】
外輪の内周面によりその回転を案内する、ラジアルドロー方式の射出成形により造った合成樹脂製保持器により、各玉を転動自在に保持した、請求項１〜４の何れかに記載した電動式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る電動式パワーステアリング装置は、自動車の操舵装置に組み込み、電動モータの出力を補助動力として利用する事により、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪）に舵角を付与する際に運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る為の装置として、パワーステアリング装置が広く使用されている。又、この様なパワーステアリング装置で、補助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステアリング装置も、近年、軽乗用車や小型乗用車を中心に普及し始めている。電動式パワーステアリング装置は、油圧式のパワーステアリング装置に比べて小型・軽量にでき、補助動力の大きさ（トルク）の制御が容易で、しかもエンジンの動力損失が少ない等の利点がある。この為、今後は、より大型の乗用車に電動式パワーステアリング装置が適用されていく傾向にある。図６は、この様な電動式パワーステアリング装置のうちの、コラムアシスト式と呼ばれる電動パワーステアリング装置を組み込んだ操舵装置を示している。
【０００３】
この操舵装置では、ステアリングホイール１の動きを、ステアリングシャフト２、自在継手３ａ、中間軸４、自在継手３ｂを介して、ステアリングギヤ５を構成するピニオン軸６に伝達する様にしている。このピニオン軸６は、ハウジング７内に回転自在に支持されており、回転に伴ってラック９（本発明の実施例を説明する為の後述する図１参照）を軸方向に変位させ、このラック９に連結したタイロッド１３を介して、操舵輪に舵角を付与する。この為に、このラック９はその中間部を上記ハウジング７に、軸方向の変位自在に支持している。又、上記ピニオン軸６は、このラック９に対し捩れの位置関係で配置している。そして、このピニオン軸６の下端部外周面に形成したピニオン８（本発明の実施例を説明する為の後述する図１参照）を、このラック９と噛合させている。
【０００４】
一方、上記ステアリングシャフト２を内側に挿通するステアリングコラム１０の下端にはギヤハウジング１１を結合しており、このギヤハウジング１１に電動モータ１２を支持している。そして、この電動モータ１２により、上記ステアリングシャフト２に回転方向の補助力を付与する様にしている。
【０００５】
上記電動モータ１２によりこの補助力を付与する為に、上記ステアリングシャフト２の中間部には、このステアリングホイール１からこのステアリングシャフト２に加えられるトルクの方向と大きさとを検出する図示しないトルクセンサを設けている。又、上記ステアリングシャフト２の中間部に図示しない減速機の出力側を結合し、上記電動モータ１２の回転軸にこの減速機の入力側を結合している。この減速機として従来から、大きなリード角を有し、動力の伝達方向に関して可逆性を有するウォーム減速装置を、一般的に使用している。即ち、回転力受取部材であるウォームホイールを上記ステアリングシャフト２の中間部に固定すると共に、回転力付与部材であり上記電動モータ１２の回転軸に結合固定したウォーム軸のウォームを、上記ウォームホイールと噛合させている。又、上記トルクセンサの検出信号は、車速を表す信号と共に、上記電動モータ１２への通電を制御する為の制御器に入力している。
【０００６】
操舵輪に舵角を付与する為、上記ステアリングホイール１を操作し、上記ステアリングシャフト２が回転すると、上記トルクセンサがこのステアリングシャフト２の回転方向とトルクとを検出し、その検出値を表す信号を上記制御器に送る。するとこの制御器は、上記電動モータ１２に通電して、上記減速機を介して上記ステアリングシャフト２を、上記ステアリングホイール１に基づく回転方向と同方向に回転させる。この結果、上記ステアリングシャフト２の先端部（図６の下端部）は、上記ステアリングホイール１から付与された力に基づくトルクよりも大きなトルクで回転する。
【０００７】
この様なステアリングシャフト２の先端部の回転は、前記自在継手３ａ、３ｂ及び中間軸４を介して前記ステアリングギヤ５のピニオン軸６に伝達される。そして、このピニオン軸６が前記ピニオン８を回転させ、前記ラック９を介してタイロッド１３を押し引きし、操舵輪に所望の舵角を付与する。上述した説明から明らかな通り、上記ステアリングシャフト２の先端部から自在継手３ａを介して中間シャフト４に伝達されるトルクは、上記ステアリングホイール１から上記ステアリングシャフト２の基端部（図６の上端部）に加えられるトルクよりも、上記電動モータ１２から減速機を介して加えられる補助力分だけ大きい。従って、上記操舵輪に舵角を付与する為に運転者が上記ステアリングホイール１を操作する為に要する力は、上記補助力分だけ小さくて済む様になる。
【０００８】
一方、上述の図６に示したコラムアシスト式の電動式パワーステアリング装置以外にも、ピニオンアシスト式、デュアルピニオン式、ラックアシスト式と呼ばれる電動式パワーステアリング装置も、従来から一部で使用されている。このうちのピニオンアシスト式の構造は、図７に示す様に、下端部にピニオン軸を結合した入力軸１４を、その内側に挿通したギヤハウジング１５の側方に、電動モータ１２を支持している。そして、この電動モータ１２により図示しない減速機を介して、上記ピニオン軸に回転方向の補助力を付与する様にしている。そして、上述の図６に示した構造と同様に、このピニオン軸の下端部外周面に設けたピニオンを、ラック９と噛合させている。
【０００９】
又、上記デュアルピニオン式の構造は、図８に示す様に、ラック９の一部でピニオン軸６の外周面に設けたピニオンから外れた部分に、第二のピニオン軸１６を配置している。そして、この第二のピニオン軸１６の一端部外周面に設けた第二のピニオンを、上記ラック９と噛合させている。又、この第二のピニオン軸１６を内側に設けたハウジング１７の側方に、電動モータ１２を支持している。そして、この電動モータ１２により、減速機１８を介して、第二のピニオン軸１６に回転方向の補助力を付与する様にしている。従って、上記ラック９は、この補助力に基づく力と、運転者がステアリングホイール１に付与する力に基づきピニオン軸６から加わる力とにより、軸方向に変位する。
【００１０】
又、図示は省略するが、上記ラックアシスト式の構造は、ラックを内側に設けたハウジングの側方に電動モータを支持しており、この電動モータの回転を、減速機と、ボールねじ機構とを介して、上記ラックの軸方向の補助力に変換する様にしている。このラックは、この補助力と、運転者がステアリングホイールに付与する力に基づきピニオン軸から加わる力とにより、軸方向に変位する。
【００１１】
この様な複数の形式の電動式パワーステアリング装置のうち、上述の図６〜７に示したコラムアシスト式とピニオンアシスト式との構造は、運転者による操舵力と電動モータ１２による補助力とを合わせた力により、ピニオン軸６が回転する。この為、このピニオン軸６に加わる回転トルク（入力トルク）は、前述した油圧式のパワーステアリング装置のピニオン軸に加わる回転トルクの場合と比べてかなり大きくなる。例えば、運転者による操舵力と電動モータ１２による補助力との比は、１：５〜１：６程度にする場合が多い。この為、上述のコラムアシスト式とピニオンアシスト式との電動式パワーステアリング装置では、ピニオン軸６に、上述の油圧式のパワーステアリング装置の場合に加わるトルクに比べて６〜７倍程度大きなトルクが付与される。
【００１２】
又、上述の図８に示したデュアルピニオン式の電動式パワーステアリング装置では、運転者による操舵力がピニオン軸６に、電動モータ１２の補助力が、このピニオン軸６とは別の第二のピニオン軸１６に、それぞれ付与される。この様なデュアルピニオン式の構造の場合、この第二のピニオン軸１６に加わるトルクは、上述のコラムアシスト式又はピニオンアシスト式の構造でピニオン軸６に加わるトルクよりも小さくはなる。但し、上記第二のピニオン軸１６には、電動モータ１２によるトルクが付与される為、油圧式の構造でピニオン軸に付与されるトルクよりもかなり大きなトルクが付与される。
【００１３】
上述の様に、コラムアシスト式及びピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置を構成するピニオン軸６や、デュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置を構成する第二のピニオン軸１６には、大きな入力トルクが付与される。そして、この入力トルクが大きくなるのに従って、この入力トルクにほぼ比例した大きなギヤ反力が、ラック９から上記ピニオン軸６（図６、７の構造の場合）又は第二のピニオン軸１６（図８の構造の場合）に加わる。この為、このピニオン軸６又は第二のピニオン軸１６を、固定のハウジング７に回転自在に支持する軸受に加わる荷重が大きくなり、この軸受の負荷能力を高くする必要がある。これに対して、従来からこの軸受を玉軸受とする場合に、組み込む玉の数を多くする事で負荷能力を高くしているが、これら玉の数を多くする場合には、外輪の内周面で外輪軌道から両端側に外れた部分に設けた外径側肩部と、内輪の外周面で内輪軌道から両端側に外れた部分に設けた内径側肩部との高さを大きく（高く）する事ができなくなる。即ち、外輪及び内輪として、従来からそれぞれ単一の部材から成るものを使用している為、この外輪の内周面とこの内輪の外周面との間に玉を組み込む場合には、内輪を外輪に対し大きく偏心させた状態で、この間部分が大きくなった円周方向一部を通じて、これら内、外両輪の側方から内側に玉を組み込む必要がある。この為、上記各肩部の高さが大きいと、多くの玉を組み込む事ができない。従って、玉軸受の負荷能力を高くすべく多くの玉を組み込む為に、従来から、上記各肩部の高さを小さく（低く）している。
【００１４】
但し、これら各肩部の高さを小さくすると、各玉の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との転がり接触部がこれら各軌道の幅方向端縁部分に達する、所謂玉の乗り上げが生じ易くなる。この玉の乗り上げが生じた場合には、上記各玉の転動面と上記内輪、外輪各軌道とにエッジロードに基づく過大面圧が加わる（局部的に応力が集中する）為、これら転動面や各軌道に早期に圧痕等の損傷が生じて、軸受寿命が低下する原因となる。又、上述の様に、コラムアシスト式、ピニオンアシスト式、デュアルピニオン式の構造で、ピニオン軸６又は第二のピニオン軸１６を支持する玉軸受に大きな荷重が加わる場合には、玉軸受に加わる大きなアキシアル方向の荷重により、上記玉の乗り上げがより一層生じ易くなる。
【００１５】
一方、ピニオン軸６又は第二のピニオン軸１６を支持する軸受に加わる荷重が大きくなると、この荷重にほぼ比例してこの軸受の軸受損失（摩擦損失）が大きくなる。そもそも、電動パワーステアリング装置を採用する目的の一つは、油圧式のパワーステアリング装置よりもエンジンの動力損失を少なくする点にある。この為、上記軸受損失を可能な限り小さく抑える事が好ましい。従って、上記ピニオン軸６又は第二のピニオン軸１６を支持する軸受に加わる荷重が大きくなる、電動式パワーステアリング装置の場合でも、この軸受の軸受損失を小さく抑える事が望まれる。
尚、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１、２及び非特許文献１がある。      
【００１６】
【特許文献１】特開平１１−１０５７２１号公報
【特許文献２】特開２０００−９５１２０号公報
【非特許文献１】Ｈ．Ａｒａｍａｋｉ，Ｙ．Ｓｈｏｄａ，Ｙ．Ｍｏｒｉｓｈｉｔａ，Ｔ．Ｓａｗａｍｏｔｏ，「Ｊ  ｏｆ  Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ  Ｖｏｌ．１１０」，１９８８年，ｐ６９３−６９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の電動式パワーステアリング装置は、上述の様な事情に鑑みて、コラムアシスト式、ピニオンアシスト式、デュアルピニオン式等の、使用時にピニオン軸又は第二のピニオン軸に大きな入力トルクが付与される構造で、これらピニオン軸を支持する軸受として、負荷能力及び耐久性の向上と軸受損失の低減とに関して最適なものを採用する事により、負荷能力及び耐久性を十分に確保でき、且つ高効率な構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の電動式パワーステアリング装置は、前述した様な従来から知られている電動式パワーステアリング装置と同様に、軸方向に変位する事で操舵輪に舵角を付与するラックと、その一部外周面に設けたピニオンをこのラックと噛合させた状態で回転駆動自在とされたピニオン軸と、このピニオン軸又はこのピニオン軸よりもステアリングホイール側に連結した別の軸に回転方向の補助力を付与する電動モータとを備える。尚、この「ピニオン軸」は、デュアルピニオン式の構造を構成する第二のピニオン軸も含む（特許請求の範囲の記載に関しても同じとする。）。
【００１９】
特に、本発明の電動式パワーステアリング装置に於いては、上記ピニオン軸を固定の部分に支持する複数の軸受のうち、少なくとも何れかの軸受が、外周面に玉の転動面と２点で接触する形状の内輪軌道を有する内輪と、内周面に玉の転動面と２点で接触する形状の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、上記外輪軌道及び内輪軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ２点ずつで接触する４点接触型であり、上記内輪又は外輪を、それぞれの軌道面が互いに対称の形状である１対の軌道輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した玉軸受である。
【発明の効果】
【００２０】
上述の様に構成する本発明の電動式パワーステアリング装置の場合には、ピニオン軸を支持する軸受のうちの少なくとも何れかの軸受を、内輪又は外輪を、それぞれの軌道面が互いに対称の形状である１対の軌道輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した玉軸受としている。この為、この軸受として、内輪及び外輪をそれぞれ単一の部材により構成した玉軸受を使用する従来構造の場合と異なり、内輪の外周面と外輪の外周面との間に玉を組み込む場合に、内輪を外輪に対し大きく偏心させつつこの間部分が大きくなった円周方向一部を通じて、玉軸受の内側に玉を組み込む事を行なう必要がなくなる。即ち、本発明の場合には、玉軸受に玉を組み込む場合に、内輪と外輪とのうち、１対の軌道輪素子により構成する軌道輪の側から、これら両軌道輪素子を軸方向に離隔させた状態で、上記間部分に径方向に玉を組み込む事ができる。この為、上記玉軸受に組み込む玉の数を多くでき、結果として、この玉軸受の負荷能力を高くできる。しかも、上記内輪の両端部外周面に設ける外径側肩部と、外輪の両端部内周面に設ける内径側肩部との高さを大きくできる為、これら各肩部への各玉の乗り上げを生じにくくでき、結果として、上記玉軸受の耐久性の向上を図れる。
【００２１】
又、上記玉軸受に組み込む玉の数を多くできる為、各玉の直径に対する外輪軌道及び内輪軌道の曲率半径の比を大きくした場合でも、負荷能力を十分に確保し易くなる。この為、この曲率半径の比を大きくする様に設計できる分、上記各玉の転動面と外輪軌道及び内輪軌道との接触部に形成される接触楕円の面積を小さくし、軸受損失を小さくして、電動式パワーステアリング装置の性能の向上を図れる。又、上記曲率半径の比を大きくする様に設計できる分、上記各肩部への上記各玉の乗り上げを、より生じにくくできる。この結果、本発明によれば、使用時にピニオン軸に大きな入力トルクが付与されるのにも拘らず、負荷能力及び耐久性を十分に確保でき、且つ、高効率な構造を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、ピニオン軸を支持する複数の軸受のうち、使用時に上端側となる側の軸受を、外周面に玉の転動面と２点で接触する形状の内輪軌道を有する内輪と、内周面に玉の転動面と２点で接触する形状の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、上記外輪軌道及び内輪軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ２点ずつで接触する４点接触型であり、上記内輪又は外輪を、１対の軌道輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した玉軸受とする。
この好ましい構成によれば、ピニオン軸を支持する別の軸受として、ニードル軸受等、径方向寸法を小さくできる軸受を使用する事ができ、自動車のエンジンルーム内へ各部品を最適な状態に配置し（最適レイアウトし）易くなる。
【００２３】
又、より好ましくは、請求項３に記載した様に、１対の軌道輪素子を１対の内輪素子とし、内輪を、これら１対の内輪素子を一体に重ね合わせる事により構成する。
この様に構成すれば、ピニオン軸に内輪を精度良く取り付ける事を容易に行なえる。即ち、このより好ましい構成の場合と異なり、外輪を、１対の外輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した場合には、これら各外輪素子の内周面に設けた外輪軌道の一端縁同士を正確に一致させるべく、これら各外輪素子を、ピニオン軸の周囲に設けるハウジングに高精度に内嵌する必要がある。但し、このハウジングは、アルミニウム合金等の金属をダイカスト成形する事により造る場合が多く、このハウジングの内周面を高精度に加工する事は、コストが著しく高くなる面から難しい。又、このハウジングは、普通切削仕上により仕上加工する場合が多く、外輪との嵌め合いは、隙間嵌めにする場合が多い。この様な理由から、コストの上昇を抑えつつ、各外輪素子を上記ハウジングに高精度に内嵌する事は難しい。
【００２４】
これに対して、内輪を、１対の内輪素子を一体に重ね合わせる事により構成する場合には、この様な問題が生じない。即ち、これら各内輪素子は、ピニオン軸に対し強い締り嵌めにより外嵌したり、かしめ等の方法によりピニオン軸に対し相対回転を不能に固定する場合が多い。又、コストの上昇を抑えつつ、ピニオン軸の外周面を高精度に仕上げる事は容易に行なえる。この為、１対の内輪素子の外周面に設けた内輪軌道の端縁同士を一致させるべく、これら各内輪素子を上記ピニオン軸に高精度に外嵌する事は、１対の外輪素子を上記ハウジングに高精度に内嵌する事よりも、コストを高くする事なく、且つ、容易に行なえる。そこで、本発明を実施する場合により好ましくは、１対の軌道輪素子を１対の内輪素子とし、内輪を、これら１対の内輪素子を一体に重ね合わせる事により構成する。      
【００２５】
又、より好ましくは、請求項４に記載した様に、外輪の両端部内周面に設けた外径側肩部の最小内径部の内径をｄe とし、内輪の両端部外周面に設けた内径側肩部の最大外径部の外径をＤi とし、各玉の直径をＤa とした場合に、Ｄa ＞（ｄe −Ｄi ）とする。
このより好ましい構成によれば、外径側肩部及び内径側肩部の高さが大きくなる為、玉の乗り上げをより生じにくくでき、玉軸受の耐久性をより向上できる。
【００２６】
又、より好ましくは、請求項５に記載した様に、外輪の内周面によりその回転を案内する、ラジアルドロー方式の射出成形により造った合成樹脂製保持器により、各玉を転動自在に保持する。
このより好ましい構成によれば、合成樹脂製の冠型保持器により各玉を保持する場合と異なり、保持器の厚さ（径方向寸法）を十分に小さくできる。この為、外輪の両端部内周面に設けた外径側肩部と、内輪の両端部外周面に設けた内径側肩部との高さを、より大きくでき、玉軸受の耐久性をより向上できる。又、保持器を外輪案内としている為、内輪を１対の内輪素子を重ね合わせる事により構成する場合に、外輪の内径側に配置した保持器の内径側から、この保持器の複数のポケットに各玉を組み込む作業を容易に行なえる。又、保持器を合成樹脂製とする為、金属をプレス加工する事により造った保持器を組み込む場合と異なり、保持器と軌道輪の周面との間での摩擦を抑える事ができ、電動式パワーステアリング装置の性能の向上を図れる。
【実施例】
【００２７】
図１〜３は、本発明の実施例を示している。本実施例の電動式パワーステアリング装置は、前述の図６に示した従来構造のコラムアシスト式の電動式パワーステアリング装置に、本発明を適用している。図１は、本実施例の電動式パワーステアリング装置の下部を構成する、ピニオン軸６とラック９との噛合部と、このピニオン軸６の回転支持部とを、一部を省略して示している。又、図２〜３は、このピニオン軸６の回転支持部のうち、使用時に上端側となる、ステアリングホイール１（図６等参照）側の回転支持部を構成する玉軸受２２を取り出して示している。図１〜３に示した構造以外の部分は、前述の図６に示した従来構造と同様である為、重複する図示並びに説明は省略し、以下本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００２８】
上記ラック９はその中間部を図示しないハウジングに、軸方向（図１の表裏方向）の変位自在に支持され、軸方向に変位する事で操舵輪に舵角を付与する。上記ピニオン軸６は、ステアリングホイール１側の玉軸受２２と、このステアリングホイール１から遠い側のニードル軸受２３とにより、軸方向に離隔した２個所位置を、上記ハウジングに対し回転自在に支持している。又、上記ピニオン軸６の中間部で上記両軸受２２、２３の間部分に形成したピニオン８を、上記ラック９と噛合させている。このピニオン軸６の上端部は、自在継手３ｂを介して、中間軸４（図６参照）に連結している。
【００２９】
又、本実施例の場合には、上記ラック９に関して上記ピニオン軸６と反対側に、押圧部材２４を設けている。この押圧部材２４は、その片面に断面円弧形の凹面部２５を形成しており、この凹面部２５を上記ラック９の外周面に弾性的に押し付けている。この為に、本実施例の場合には、上記押圧部材２４と上記ハウジングに固定の部材との間に、弾性部材である圧縮コイルばね２６と、アジャストスクリュー２７とを設けている。この構成により、上記ラック９の歯面の一部が上記ピニオン８の歯面に弾性的に押し付けられ、これら両部材９、８の噛合部でのがたつきの発生が阻止される。尚、上記アジャストスクリュー２７は、上記ラック９に付与する弾力の大きさを調節自在とする役目を果たす。
【００３０】
特に、本実施例の場合、上記１対の軸受２２、２３のうち、ステアリングホイール１側の軸受である玉軸受２２は、図２〜３に詳示する様に、内輪２８と、外輪２９と、複数の玉３０、３０と、保持器３１とを備える。このうちの内輪２８は、中央で２分割した１対の素子を一体に重ね合わせた如き構成を有する。即ち、この内輪２８は、第一の内輪素子３２ａ及び第二の内輪素子３２ｂを、その一端面同士を重ね合わせる事により構成しており、これら各内輪素子３２ａ、３２ｂの外周面に、それぞれ半円を中央で２分割した如き断面形状を有する第一、第二の内輪軌道３３ａ、３３ｂを形成している。又、これら各内輪軌道３３ａ、３３ｂの断面形状は、図３に示す様に上記両内輪素子３２ａ、３２ｂを重ね合わせた状態で重ね合わせ面から互いに軸方向に同じ量だけずれた位置にある曲率中心ｏ1 、ｏ2 をそれぞれの中心とした、各玉３０、３０の直径Ｄa の１／２よりも大きな、互いに同じ大きさの曲率半径ｒを有する円弧である。この為、上記各内輪軌道３３ａ、３３ｂは、互いに上記重ね合わせ面を含む仮想平面に関して対称な形状となっている。そして、上記両内輪素子３２ａ、３２ｂの一端面同士を重ね合わせた状態で、上記各内輪軌道３３ａ、３３ｂの一端縁同士を一致させる事により内輪軌道３４を構成している。この為、この内輪軌道３４の断面形状は、１対の円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状となる。
【００３１】
一方、上記外輪２９は、内周面に、上記内輪軌道３４と対向する外輪軌道３５を形成している。この外輪軌道３５の断面形状は、上記各玉３０、３０の直径Ｄa の１／２よりも大きな曲率半径を有する円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状である。又、上記保持器３１は、両端側に設けた１対の円環状のリム部の円周方向複数個所同士を、複数本の柱部により連結して成る。そして、これらリム部及び柱部の側面により、上記保持器３１の円周方向複数個所にポケット３６を形成している。又、この保持器３１は、複数の型を径方向に遠近動させる事により対象となる製品を造る、ラジアルドロー方式により、合成樹脂を射出成形する事により造っている。そして、上記外輪軌道３５と内輪軌道３４との間に、複数の玉３０、３０を転動自在に設けると共に、これら各玉３０、３０を、上記保持器３１に設けた複数のポケット３６内に保持している。この様な構成により、前記玉軸受２２は、上記各玉３０、３０の転動面と外輪軌道３５及び内輪軌道３４とが、それぞれ２点ずつ、これら各玉３０、３０毎に合計４点ずつ接触する４点接触型となる。尚、上記保持器３１を造るのにラジアルドロー方式を採用しているのは、１対の円環状のリム部を複数本の柱部により連結して成る構造で、径方向厚さを小さくする場合に、最も適した方式である為である。
【００３２】
更に、本実施例の場合には、上記外輪２９の内周面で上記外輪軌道３５よりも両端側に外れた部分に設けた外径側肩部３７、３７の最小内径部の内径をｄe とし、前記内輪２８の外周面で上記内輪軌道３４よりも両端側に外れた部分に設けた内径側肩部３８、３８の最大外径部の外径をＤi とし、上記各玉３０、３０の直径をＤa とした場合に、Ｄa ＞（ｄe −Ｄi ）を満たす様に、各部の寸法を規制している。更に、これら各玉３０、３０を保持する保持器３１を、上記外径側肩部３７、３７の内周面によりその回転を案内する、外輪２９案内型としている。又、本実施例の場合には、上記外輪２９の両端部内周面と上記内輪２８の両端部外周面との間に、それぞれが密封部材である１対のシールド板４１、４１を設けている。そして、これら各シールド板４１、４１により、玉軸受２２の内部空間に塵芥等の異物が浸入する事を防止すると共に、グリース等の潤滑剤が外部に飛散する事を防止している。但し、この様な考慮が不要である場合には、上記各シールド板４１、４１等の密封部材を省略する事もできる。
【００３３】
上述の様に構成する４点接触型の玉軸受２２は、前記ハウジングの内周面とピニオン軸６の外周面との間に固定している。又、本実施例の場合には、このピニオン軸６の一部外周面に設けたかしめ部３９と、段部４０との間で、上記内輪２８を挟持している。
【００３４】
上述の様に構成する本実施例の電動式パワーステアリング装置によれば、ピニオン軸６を支持する１対の軸受のうちのステアリング１側の軸受を、内輪２８を、それぞれの内輪軌道３３ａ、３３ｂが互いに重ね合わせ面を含む仮想平面に関して対称な形状である１対の内輪素子３２ａ、３２ｂを一体に重ね合わせる事により構成した玉軸受２２としている。この為、内輪２８及び外輪２９をそれぞれ単一の部材により構成した軸受を使用する従来構造の場合と異なり、内輪２８の外周面と外輪２９の外周面との間に各玉３０、３０を組み込む場合に、この内輪２８をこの外輪２９に対し大きく偏心させつつこの間部分が大きくなった円周方向一部を通じて、玉軸受２２の内側に玉３０、３０を組み込む事を行なう必要がなくなる。即ち、本発明の場合には、玉軸受２２に玉３０、３０を組み込む場合に、内輪２８の側から１対の内輪素子３２ａ、３２ｂを軸方向に離隔させた状態で、上記間部分に径方向に玉３０、３０を組み込む事ができる。この為、上記玉軸受２２に組み込む玉３０、３０の数を多くでき、結果として、この玉軸受２２の負荷能力を高くできる。しかも、上記内輪２８の両端部外周面に設けた内径側肩部３８、３８と、上記外輪２９の両端部内周面に設けた外径側肩部３７、３７との高さを大きくできる為、これら各肩部３８、３７への各玉３０、３０の乗り上げを生じにくくできる。この為、上記玉軸受２２の耐久性の向上を図れる。この結果、本発明によれば、使用時に上記ピニオン軸６に大きな入力トルクが付与されるのにも拘らず、負荷能力及び耐久性を十分に確保でき、且つ、高効率な構造を得られる。
【００３５】
又、上記玉軸受２２に組み込む玉３０、３０の数を多くできる為、各玉３０、３０の直径Ｄa に対する外輪軌道３５及び内輪軌道３４の曲率半径ｒの比（ｒ／Ｄa 、ｒ／ｄe を大きくした場合でも、負荷能力を十分に確保し易くなる。即ち、この比を大きくする程各玉３０、３０の転動面と外輪、内輪各軌道３５、３４との接触部の接触面積は小さくなり、この接触部に作用する接触面圧は高くなる傾向になる。この為、上記比を大きくする場合には、一般的に負荷能力が低下する。これに対して、本発明の場合には、組み込む玉３０、３０の数を多くできる為、上記比を大きくした場合でも、負荷能力を十分に確保し易くなる。従って、この比を大きくする様に設計できる分、上記各玉３０、３０の転動面と外輪軌道３５及び内輪軌道３４との接触部に形成される接触楕円の面積を小さくし、軸受損失を小さくして、電動式パワーステアリング装置の性能の向上を図れる。又、上記比を大きくする様に設計できる分、上記各肩部３７、３８への上記各玉３０、３０の乗り上げを、より生じにくくできる。
【００３６】
又、前記ピニオン軸６を支持する１対の軸受のうち、使用時に上端側となる側の軸受を、上述の様な４点接触型の玉軸受２２としている為、本実施例の様に、使用時に下端側となるステアリング１から遠い側の軸受として、ニードル軸受２３等、径方向寸法を小さくできる軸受を使用する事ができ、自動車のエンジンルーム内へ各部品を最適な状態に配置し（最適レイアウトし）易くなる。
【００３７】
又、本実施例の場合には、上記玉軸受２２を構成する内輪２８を、１対の内輪素子３２ａ、３２ｂを一体に重ね合わせる事により構成している為、前記ピニオン軸６にこの内輪２８を精度良く取り付ける事を容易に行なえる。即ち、本実施例の場合と異なり、上記玉軸受２２の代わりに、外輪２９を、１対の外輪素子を一体に重ね合わせる事により構成した玉軸受を使用する場合には、これら各外輪素子の内周面に設けた外輪軌道の一端縁同士を正確に一致させるべく、これら各外輪素子を、ピニオン軸６の周囲に設けるハウジングに高精度に内嵌する必要がある。但し、このハウジングは、アルミニウム合金等の金属をダイカスト成形する事により造る場合が多く、このハウジングの内周面を高精度に加工する事は、コストが著しく高くなる面から難しい。又、このハウジングは、普通切削仕上により仕上加工する場合が多く、外輪２９との嵌め合いは、隙間嵌めにする場合が多い。この様な理由から、コストの上昇を抑えつつ、各外輪素子を上記ハウジングに高精度に内嵌する事は難しい。
【００３８】
これに対して、内輪２８を、１対の内輪素子３２ａ、３２ｂを一体に重ね合わせる事により構成した本実施例の場合には、この様な問題が生じない。即ち、これら各内輪素子３２ａ、３２ｂは、ピニオン軸６に対し強い締り嵌めにより外嵌したり、本実施例の様に、かしめ等の方法によりピニオン軸６に対し相対回転を不能に固定する場合が多い。又、コストの上昇を抑えつつ、ピニオン軸６の外周面を高精度に仕上げる事は容易に行なえる。この為、１対の内輪素子３２ａ、３２ｂの外周面に設けた内輪軌道３３ａ、３３ｂの一端縁同士を一致させるべく、これら各内輪素子３２ａ、３２ｂを上記ピニオン軸６に高精度に外嵌する事は、１対の外輪素子を上記ハウジングに高精度に内嵌する場合よりも、コストを高くする事なく、且つ、容易に行なえる。そこで、本実施例では、上記内輪２８を、上記１対の内輪素子を３２ａ、３２ｂを一体に重ね合わせる事により構成している。
【００３９】
又、本実施例の場合には、外輪２９の両端部内周面に設けた外径側肩部３７、３７の最小内径部の内径をｄe とし、内輪２８の両端部外周面に設けた内径側肩部３８、３８の最大外径部の外径をＤi とし、各玉の直径をＤa とした場合に、Ｄa ＞（ｄe −Ｄi ）を満たす様に各部の寸法を規制している。この為、上記各外径側肩部３７、３７及び内径側肩部３８、３８の高さが相対的に大きくなる為、玉３０、３０の乗り上げをより生じにくくでき、玉軸受２２の耐久性をより向上できる。
【００４０】
更に、本実施例の場合には、各玉３０、３０を保持する保持器３１を、外輪２９の内周面によりその回転を案内するラジアルドロー方式により造った、合成樹脂製としている。この為、合成樹脂製の冠型保持器により上記各玉３０、３０を保持する場合と異なり、保持器３１の厚さ（径方向寸法）を十分に小さくできる。従って、外輪２９の両端部内周面に設けた外径側肩部３７、３７と、内輪２８の両端部外周面に設けた内径側肩部３８、３８との高さを、より大きくでき、玉軸受２２の耐久性をより向上できる。又、保持器３１を外輪２９案内としている為、本実施例の様に内輪２８を１対の内輪素子３２ａ、３２ｂを重ね合わせる事により構成する場合に、外輪２９の内径側に配置した保持器３１の内径側から、この保持器３１の複数のポケット３６に各玉３０、３０を組み込む作業を容易に行なえる。又、保持器３１を合成樹脂製としている為、金属をプレス加工する事により造った保持器を組み込む場合と異なり、保持器３１の外周面と上記外輪２９の内周面との間での摩擦を抑える事ができ、電動式パワーステアリング装置の性能の向上を図れる。
【００４１】
次に、上述した本実施例により得られる効果を確認すべく行なったシミュレーションの結果に就いて説明する。このシミュレーションは、上述の図２〜３に示した玉軸受２２によりピニオン軸６を支持する電動式パワーステアリング装置と同様の構造を有する実施品と、図４に示す玉軸受２２ａによりピニオン軸６を支持する従来構造の電動式パワーステアリング装置の比較品とを用いて、軸受損失と各玉３０、３０の肩部３７、３８への乗り上げ率ρとを数値解析により予測した。又、上記実施品に組み込む玉軸受２２の諸元は次の通りである。
外輪２９の外径Ｄe                 −−−  ４２mm
内輪２８の内径ｄi                 −−−  １８mm
各内輪素子３２ａ、３２ｂの幅Ｂ1   −−−  ６．５mm
内輪２８及び外輪２９の幅Ｂ2       −−−  １３mm
外輪２９に設けた外径側肩部３７、３７の最小内径部の内径ｄe 
−−−  ３１．９mm
内輪２８に設けた内径側肩部３８、３８の最大外径部の外径Ｄi 
−−−  ２９．１mm
内輪、外輪各軌道３４、３５の曲率半径ｒ
−−−  ３．６４３mm
各玉３０、３０の直径Ｄa           −−−  ６．７４６８８mm
玉の数ｎ                          −−−  １１個
接触角α                          −−−  ２０°
各玉３０、３０の直径Ｄa に対する内輪、外輪各軌道３４、３５の曲率半径ｒの割合
−−−  ５４％
複数の玉３０、３０のピッチ円直径Ｄ30
−−−  ３０．５mm
【００４２】
上述の諸元から明らかな通り、実施品の玉軸受２２は、Ｄa （＝６．７４６８８）＞ｄe −Ｄi （＝２．８）の関係を満たしている。又、複数の玉３０、３０のピッチ円直径Ｄ30を上記諸元の様に規制する場合に好ましくは、組み込む玉３０、３０の数を１０個以上とし、より好ましくは１１個以上とする。又、この玉３０、３０の数の上限を１３個とする。この様に玉３０、３０の好ましい数を規制する理由は、組み込む玉３０、３０の数を多くする程、負荷能力を高くできる為である。又、後述する様に、比較品の玉軸受２２ａには８個の玉３０、３０を組み込める為、実施品の玉軸受２２の負荷能力を比較品よりも高くする為には、玉３０、３０を１０個以上としないと、比較品に対して顕著な効果を得られない。又、玉３０、３０の数ｎは、ｎ＜｛（Ｄ30×π）／Ｄa ｝の関係を満たす必要がある。そこで、玉３０、３０の好ましい数の範囲を上述の様に規制した。この為、本発明を実施する場合に好ましくは、玉軸受２２に組み込む玉３０、３０の数を１０個以上とし、より好ましくは、ｎ＜｛（Ｄ30×π）／Ｄa ｝を満たす最大の整数個とする。又、この様に多くの玉３０、３０を組み込める為、玉軸受２２の負荷能力を高くでき、その分、各玉３０、３０の直径Ｄa に対する内輪、外輪各軌道３４、３５の曲率半径ｒの割合を、５４％と大きくした。この割合を大きくした場合でも、玉軸受２２の負荷能力を十分に確保できる。又、この割合を大きくできる分、摩擦損失を小さくでき、電動式パワーステアリング装置の性能の向上を図れる。更に、内径側、外径側各肩部３８、３７への玉３０、３０の乗り上げをより生じにくくでき、耐久性の向上を図れる。尚、上記各軌道３４、３５の曲率半径が過大になると、これら各軌道３４、３５と各玉３０、３０との接触部での面圧が過大になり、軸受寿命の低下を招く。この事から、各玉３０、３０の直径Ｄa に対する各軌道３４、３５の曲率半径ｒの割合ｒ／Ｄa は、５２％を越え、６０％以下とする事が好ましい。これに対して、この割合が６０％を越えると、軸受寿命の低下が著しくなる。より好ましくは、上記直径Ｄa に対する上記曲率半径ｒの割合ｒ／Ｄa は、５３％以上５８％以下とする。
【００４３】
一方、前記比較品を構成する玉軸受２２ａは、図４に示す様に、内輪２８ａと外輪２９とをそれぞれ単一の部材により構成した４点接触型である。この様な玉軸受２２ａでは、上記実施品の玉軸受２２の場合と異なり、組み込み可能な玉３０、３０の数が少なくなる。シミュレーションに使用する玉軸受２２ａの玉３０、３０の数ｎ´は、最大限に組み込み可能な数である８個とした。比較品を構成する玉軸受２２ａの諸元で、この数ｎ´以外に上記実施品の玉軸受２２の場合と異なるものは次の通りである。
外輪２９の両端部内周面に設けた外径側肩部３７ａ、３７ａの最小内径部の内径ｄe ´
−−−  ３４．４mm
内輪２８ａの両端部外周面に設けた内径側肩部３８ａ、３８ａの最大外径部の外径Ｄi ´                                          −−−  ２６．６mm
内輪、外輪各軌道３４、３５の曲率半径ｒ´  −−−  ３．５０８mm
接触角α´                                −−−  ３５°
各玉３０、３０の直径Ｄa に対する内輪、外輪各軌道３４、３５の曲率半径ｒ´の割合
−−−  ５２％
各玉３０、３０の直径Ｄa                   −−−  ６．７４６８８mm
【００４４】
上述の諸元から明らかな通り、比較品の玉軸受２２ａは、Ｄa ＜ｄe ´−Ｄi ´の関係を満たしている。この理由は、玉３０、３０を組み込む場合に、内輪２８ａを外輪２９に対し大きく偏心させつつ玉軸受２２ａの側方から、上記内径側肩部３８ａの外周面と外径側肩部３７ａの内周面との間部分を通じて、内側に玉３０、３０を組み込む必要がある為である。又、組み込む玉３０、３０の数が８個と少ない為、玉軸受２２ａの負荷能力をその分大きくする必要があり、内輪、外輪各軌道３４、３５の曲率半径ｒ´を小さくしている。そして、各玉３０、３０の直径Ｄa に対するこの曲率半径ｒ´の割合を、５２％と小さくしている。又、これに伴って、接触角α´は、３５°と大きくなっている。
【００４５】
シミュレーションは、それぞれが上述の様な諸元を有する玉軸受２２、２２ａを組み込んだ、実施品と比較品との電動式パワーステアリング装置を用いて、ピニオン軸６（図１）に加わる入力トルクを種々に異ならせた場合での、玉軸受２２、２２ａで発生する摩擦トルクと、各玉３０、３０の肩部３７、３７ａ、３８、３８ａへの乗り上げ率ρとを、数値解析で予測した。尚、この乗り上げ率ρは、次の様に定義する。先ず、各玉３０、３０の直径Ｄａ、各軌道３４、３５の形状、材料物性、玉軸受２２、２２ａに付与される荷重を基に、Ｈｅｒｔｚの点接触理論の計算式を用いて、図５に斜格子で示す様な、各玉３０と各軌道３４、３５との転がり接触部での接触楕円を求める。次いで、この接触楕円の長軸方向の長さＬ1 と、この接触楕円のうち、肩部３８、３７の幅方向端縁部分に乗り上げた（端縁部分からはみ出した）部分の長軸方向の長さＬ2 とを求める。そして、これら長さＬ1 、Ｌ2 の比を、各玉３０、３０の乗り上げ率ρ（＝Ｌ2 ／Ｌ1 ）とした。又、上記数値解析として、非特許文献１に記載されている方法を使用した。この様な条件で、ピニオン軸６に加わる入力トルクを７０Ｎｍ、５５Ｎｍ、４０Ｎｍの３種類に異ならせつつ、シミュレーションした結果を、次の表１に示している。
【００４６】
【表１】
2005289298.tif 000003
【００４７】
この表１に示したシミュレーションの結果から明らかな通り、実施品の場合には、比較品の場合に対して、摩擦トルクを２／３程度に小さくできると共に、各玉３０の乗り上げ率ρを２５％以下に低下させる事ができた。この様なシミュレーションの結果から明らかな通り、本発明によれば、負荷能力が高く、且つ、高効率な電動式パワーステアリング装置を得られる事を確認できた。
【００４８】
尚、上述した実施例は、コラムアシスト式の電動式パワーステアリング装置に本発明を適用した場合に就いて説明した。但し、本発明は、この様な構造に限定するものではなく、例えば、前述の図７に示した様なピニオンアシスト式の電動式パワーステアリング装置や、前述の図８に示した様な、デュアルピニオン式の電動式パワーステアリング装置に、本発明を適用する事もできる。例えば、図７に示したピニオンアシスト式の電動式パワーステアリング装置に本発明を適用する場合、ラック９と噛合するピニオンをその外周面に形成した、ピニオン軸の回転支持部のうち、ステアリングホイール１側の回転支持部を構成する軸受を、前述の図２〜３に示した様な４点接触型の玉軸受２２とする。又、このピニオン軸の一部にウォーム減速機を構成するウォームホイールを外嵌固定すると共に、このピニオン軸に、このウォーム減速機を介して、電動モータ１２の補助力を付与する様にする。
【００４９】
又、図８に示したデュアルピニオン式の電動式パワーステアリング装置に本発明を適用する場合、ラック９の一部でピニオン軸６のピニオンから外れた部分に、第二のピニオン軸１６を配置すると共に、この第二のピニオン軸１６の回転支持部のうち、ステアリングホイール１側の回転支持部を構成する軸受を、図２〜３に示した様な４点接触型の玉軸受２２とする。又、上記第二のピニオン軸１６の一部にウォーム減速機を構成するウォームホイールを外嵌固定すると共に、この第二のピニオン軸に、このウォーム減速機を介して、電動モータ１２の補助力を付与する様にする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１を構成する、ピニオン軸とラックとの噛合部と、このピニオン軸の回転支持部とを、一部を省略して示す断面図。
【図２】図１から、ピニオン軸の回転支持部のうち、ステアリングホイール側の回転支持部を構成する玉軸受を取り出して示す拡大断面図。
【図３】一部を省略して示す、図２のＡ部拡大断面図。
【図４】本発明の効果を確認すべく行なったシミュレーションに用いた、従来品に組み込む玉軸受を示す、図２と同様の図。
【図５】各玉の乗り上げ率を説明する為の図。
【図６】従来から知られているコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置を、一部を切断して示す図。
【図７】同じくピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置を、一部を切断して示す図。
【図８】同じくデュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置を、一部を切断して示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１    ステアリングホイール
２    ステアリングシャフト
３ａ、３ｂ  自在継手
４    中間軸
５    ステアリングギヤ
６    ピニオン軸
７    ハウジング
８    ピニオン
９    ラック
１０    ステアリングコラム
１１    ギヤハウジング
１２    電動モータ
１３    タイロッド
１４    入力軸
１５    ギヤハウジング
１６    第二のピニオン軸
１７    ハウジング
１８    減速機
２２、２２ａ  玉軸受
２３    ニードル軸受
２４    押圧部材
２５    凹面部
２６    圧縮コイルばね
２７    アジャストスクリュ−
２８、２８ａ  内輪
２９    外輪
３０    玉
３１    保持器
３２ａ  第一の内輪素子
３２ｂ  第二の内輪素子
３３ａ  第一の内輪軌道
３３ｂ  第二の内輪軌道
３４    内輪軌道
３５    外輪軌道
３６    ポケット
３７、３７ａ  外径側肩部
３８、３８ａ  内径側肩部
３９    かしめ部
４０    段部
４１    シールド板
【図１】
2005289298.tif 000004
【図２】
2005289298.tif 000005
【図３】
2005289298.tif 000006
【図４】
2005289298.tif 000007
【図５】
2005289298.tif 000008
【図６】
2005289298.tif 000009
【図７】
2005289298.tif 000010
【図８】
2005289298.tif 000011