JP2005289298A

JP2005289298A - Electric power steering device

Info

Publication number: JP2005289298A
Application number: JP2004110627A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Matsuda; 靖之松田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-10-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a structure with high efficiency capable of securing loading capacity and durability adequately even though a large input torque is applied to a pinion shaft 6 at the time of use. <P>SOLUTION: A ball bearing 22 of a four-point contact type in which raceway surfaces of each ball 30, 30 are contacted with an outer ring raceway track and an inner ring raceway track at two points respectively is used as a bearing on the steering wheel side among bearings supporting the pinion shaft 6. An inner ring 28 constituting the ball bearing 22 is formed by integrally overlapping a pair of inner ring elements 32a, 32b with a structure obtained by dividing the inner ring 28 in two at the center in the shaft direction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。 The electric power steering device according to the present invention is incorporated in a steering device of an automobile and uses the output of an electric motor as auxiliary power to reduce the force required for the driver to operate the steering wheel. .

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。 A power steering device is widely used as a device to reduce the force required for the driver to operate the steering wheel when giving a steering angle to the steered wheels (usually the front wheels except for special vehicles such as forklifts) Has been. In addition, an electric power steering device that uses an electric motor as an auxiliary power source in such a power steering device has recently started to spread mainly in light passenger cars and small passenger cars. The electric power steering device can be made smaller and lighter than the hydraulic power steering device, has advantages such as easy control of the magnitude (torque) of auxiliary power and less power loss of the engine. For this reason, electric power steering devices tend to be applied to larger passenger cars in the future. FIG. 6 shows a steering apparatus in which an electric power steering apparatus called a column assist type is incorporated among such electric power steering apparatuses.

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。 In this steering apparatus, the movement of the steering wheel 1 is transmitted to the pinion shaft 6 constituting the steering gear 5 via the steering shaft 2, the universal joint 3a, the intermediate shaft 4, and the universal joint 3b. The pinion shaft 6 is rotatably supported in the housing 7, and the rack 9 (see FIG. 1 to be described later for explaining the embodiment of the present invention) is displaced in the axial direction along with the rotation. A steering angle is imparted to the steered wheels via a tie rod 13 connected to the wheel 9. For this purpose, the rack 9 is supported by the housing 7 so that it can be displaced in the axial direction. The pinion shaft 6 is arranged in a twisted positional relationship with respect to the rack 9. A pinion 8 (see FIG. 1 to be described later for explaining an embodiment of the present invention) formed on the outer peripheral surface of the lower end portion of the pinion shaft 6 is engaged with the rack 9.

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。 On the other hand, a gear housing 11 is coupled to a lower end of the steering column 10 that passes through the steering shaft 2 inward, and an electric motor 12 is supported on the gear housing 11. The electric motor 12 applies an auxiliary force in the rotational direction to the steering shaft 2.

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。 In order to apply this auxiliary force by the electric motor 12, a torque sensor (not shown) for detecting the direction and magnitude of torque applied from the steering wheel 1 to the steering shaft 2 is provided at the intermediate portion of the steering shaft 2. Provided. Further, an output side of a reduction gear (not shown) is coupled to an intermediate portion of the steering shaft 2, and an input side of the reduction gear is coupled to a rotating shaft of the electric motor 12. Conventionally, a worm reduction device having a large lead angle and reversibility in the power transmission direction has been generally used as this reduction device. That is, a worm wheel that is a rotational force receiving member is fixed to an intermediate portion of the steering shaft 2 and a worm of a worm shaft that is a rotational force applying member and is fixedly coupled to the rotational shaft of the electric motor 12 is connected to the worm wheel. Meshing. The torque sensor detection signal is input to a controller for controlling energization of the electric motor 12 together with a signal representing the vehicle speed.

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。 When the steering wheel 1 is operated and the steering shaft 2 rotates in order to give a steering angle to the steered wheels, the torque sensor detects the rotation direction and torque of the steering shaft 2, and a signal representing the detected value To the controller. Then, the controller energizes the electric motor 12 to rotate the steering shaft 2 in the same direction as the rotation direction based on the steering wheel 1 via the speed reducer. As a result, the tip end portion (the lower end portion in FIG. 6) of the steering shaft 2 rotates with a torque larger than the torque based on the force applied from the steering wheel 1.

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。 Such rotation of the tip of the steering shaft 2 is transmitted to the pinion shaft 6 of the steering gear 5 through the universal joints 3a and 3b and the intermediate shaft 4. The pinion shaft 6 rotates the pinion 8, pushes and pulls the tie rod 13 through the rack 9, and gives a desired steering angle to the steered wheels. As is clear from the above description, the torque transmitted from the distal end portion of the steering shaft 2 to the intermediate shaft 4 via the universal joint 3a is the base end portion of the steering shaft 2 from the steering wheel 1 (the upper end in FIG. 6). Is larger by the auxiliary force applied from the electric motor 12 via the speed reducer. Therefore, the force required for the driver to operate the steering wheel 1 to give the steering angle to the steered wheels can be reduced by the auxiliary force.

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。 On the other hand, in addition to the column assist type electric power steering device shown in FIG. 6 described above, electric power steering devices called pinion assist type, dual pinion type, and rack assist type have also been used in part in the past. Yes. As shown in FIG. 7, the pinion assist type structure includes an input shaft 14 having a pinion shaft coupled to a lower end portion thereof, and an electric motor 12 supported on a side of a gear housing 15 inserted inside the input shaft 14. Yes. The electric motor 12 applies an auxiliary force in the rotational direction to the pinion shaft through a reduction gear (not shown). In the same manner as the structure shown in FIG. 6 described above, the pinion provided on the outer peripheral surface of the lower end portion of the pinion shaft is meshed with the rack 9.

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。 Further, in the dual pinion type structure, as shown in FIG. 8, the second pinion shaft 16 is arranged in a part of the rack 9 that is separated from the pinion provided on the outer peripheral surface of the pinion shaft 6. . A second pinion provided on the outer peripheral surface of one end of the second pinion shaft 16 is engaged with the rack 9. The electric motor 12 is supported on the side of a housing 17 in which the second pinion shaft 16 is provided. The electric motor 12 is used to apply an auxiliary force in the rotational direction to the second pinion shaft 16 via the speed reducer 18. Therefore, the rack 9 is displaced in the axial direction by the force based on the auxiliary force and the force applied from the pinion shaft 6 based on the force applied to the steering wheel 1 by the driver.

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。 Although not shown, the rack-assist type structure supports an electric motor on the side of a housing provided with a rack inside, and the rotation of the electric motor is reduced by a reduction gear, a ball screw mechanism, and the like. It is made to convert into the auxiliary force of the said rack axial direction via. The rack is displaced in the axial direction by the auxiliary force and the force applied from the pinion shaft based on the force applied by the driver to the steering wheel.

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。 Among such a plurality of types of electric power steering devices, the above-described column assist type and pinion assist type structures shown in FIGS. 6 to 7 provide the steering force by the driver and the auxiliary force by the electric motor 12. The pinion shaft 6 is rotated by the combined force. Therefore, the rotational torque (input torque) applied to the pinion shaft 6 is considerably larger than the rotational torque applied to the pinion shaft of the hydraulic power steering device described above. For example, the ratio between the steering force by the driver and the auxiliary force by the electric motor 12 is often about 1: 5 to 1: 6. For this reason, in the above-described electric power steering device of the column assist type and the pinion assist type, a torque about 6 to 7 times larger than the torque applied to the pinion shaft 6 in the case of the above hydraulic power steering device. Is granted.

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。 Further, in the dual pinion type electric power steering apparatus shown in FIG. 8 described above, the steering force by the driver is applied to the pinion shaft 6 and the auxiliary force of the electric motor 12 is applied to the second pinion shaft 6 different from the pinion shaft 6. It is given to each pinion shaft 16. In the case of such a dual pinion type structure, the torque applied to the second pinion shaft 16 is smaller than the torque applied to the pinion shaft 6 in the above-described column assist type or pinion assist type structure. However, since the torque from the electric motor 12 is applied to the second pinion shaft 16, a torque that is considerably larger than the torque applied to the pinion shaft is applied in a hydraulic structure.

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。 As described above, a large input torque is applied to the pinion shaft 6 constituting the column assist type and pinion assist type electric power steering device and the second pinion shaft 16 constituting the dual pinion type electric power steering device. Is done. As the input torque increases, a large gear reaction force substantially proportional to the input torque is applied from the rack 9 to the pinion shaft 6 (in the case of the structure of FIGS. 6 and 7) or the second pinion shaft 16 (see FIG. 8). For this reason, the load applied to the bearing that rotatably supports the pinion shaft 6 or the second pinion shaft 16 on the fixed housing 7 increases, and it is necessary to increase the load capacity of the bearing. On the other hand, when this bearing is conventionally used as a ball bearing, the load capacity is increased by increasing the number of balls to be incorporated, but when increasing the number of these balls, the inner circumference of the outer ring is increased. The height of the shoulder on the outer diameter provided on the surface of the outer ring from the outer ring raceway and the portion of the inner ring provided on the outer surface of the inner ring on the outer side of the inner ring raceway is increased. ) Can not be. That is, since the outer ring and the inner ring have conventionally been made of a single member, when the ball is incorporated between the inner peripheral surface of the outer ring and the outer peripheral surface of the inner ring, the inner ring is used as the outer ring. In this state, the balls need to be incorporated from the side to the inside of both the outer and outer wheels through a part in the circumferential direction in which the portion between them is enlarged. For this reason, if the height of each shoulder is large, many balls cannot be incorporated. Therefore, in order to incorporate many balls in order to increase the load capacity of the ball bearing, conventionally, the height of each shoulder is reduced (lowered).

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。 However, when the height of each shoulder portion is reduced, the rolling contact portion between the rolling surface of each ball and the inner ring raceway and the outer ring raceway reaches the edge in the width direction of each raceway, so-called ball riding is likely to occur. Become. When this ball rides on, an excessive surface pressure based on the edge load is applied to the rolling surfaces of the balls and the races of the inner ring and outer ring (stress is concentrated locally). Damage to the surface and each raceway, such as indentation, occurs early, causing a decrease in bearing life. As described above, when a large load is applied to the ball bearing supporting the pinion shaft 6 or the second pinion shaft 16 in the column assist type, pinion assist type, or dual pinion type structure, the ball bearing is added. A large load in the axial direction makes it easier for the balls to ride up.

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。 On the other hand, when the load applied to the bearing supporting the pinion shaft 6 or the second pinion shaft 16 increases, the bearing loss (friction loss) of the bearing increases in proportion to the load. In the first place, one of the purposes of adopting the electric power steering device is to reduce the engine power loss as compared with the hydraulic power steering device. For this reason, it is preferable to keep the bearing loss as small as possible. Therefore, even in the case of an electric power steering apparatus in which the load applied to the bearing that supports the pinion shaft 6 or the second pinion shaft 16 is increased, it is desired to reduce the bearing loss of the bearing.
As prior art documents related to the present invention, there are Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1.

特開平１１−１０５７２１号公報JP-A-11-105721 特開２０００−９５１２０号公報JP 2000-95120 A Ｈ．Ａｒａｍａｋｉ，Ｙ．Ｓｈｏｄａ，Ｙ．Ｍｏｒｉｓｈｉｔａ，Ｔ．Ｓａｗａｍｏｔｏ，「ＪｏｆＴｒｉｂｏｌｏｇｙＶｏｌ．１１０」，１９８８年，ｐ６９３−６９８H. Aramaki, Y. et al. Shoda, Y .; Morishita, T .; Sawamoto, “J of Tribology Vol. 110”, 1988, p693-698.

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。 In the electric power steering apparatus of the present invention, a large input torque is applied to the pinion shaft or the second pinion shaft during use, such as a column assist type, a pinion assist type, and a dual pinion type, in view of the above-described circumstances. By adopting the most suitable bearing for supporting these pinion shafts with regard to improving load capacity and durability and reducing bearing loss, the load capacity and durability can be sufficiently secured and high efficiency can be achieved. Invented to realize a simple structure.

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。）。 The electric power steering apparatus according to the present invention includes a rack that imparts a steering angle to the steered wheels by being displaced in the axial direction, and a part of the rack, similar to the conventionally known electric power steering apparatus as described above. An auxiliary force in the rotational direction is applied to the pinion shaft that can be rotated and driven with the pinion provided on the outer peripheral surface engaged with the rack, and to another shaft connected to the steering wheel side of the pinion shaft or the pinion shaft. An electric motor to be applied. The “pinion shaft” includes a second pinion shaft constituting a dual pinion type structure (the same applies to the description of the claims).

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。 In particular, in the electric power steering apparatus according to the present invention, at least one of the plurality of bearings that support the pinion shaft on the fixed portion has a ball rolling surface on the outer peripheral surface at two points. An inner ring having an inner ring raceway in contact with the inner ring, an outer ring having an outer ring raceway in contact with the ball rolling surface at two points on the inner circumferential surface, and a rollable portion provided between the inner ring raceway and the outer ring raceway. A four-point contact type in which the outer ring raceway and the inner ring raceway and the rolling surface of each ball are in contact with each other at two points, and the inner ring or outer ring is connected to each raceway surface. Is a ball bearing constructed by superimposing a pair of bearing ring elements having symmetrical shapes.

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。 In the case of the electric power steering apparatus according to the present invention configured as described above, at least one of the bearings supporting the pinion shaft, the inner ring or the outer ring, and the respective raceway surfaces are symmetrical to each other. A ball bearing is formed by superimposing a pair of bearing ring elements integrally. For this reason, unlike the conventional structure that uses a ball bearing in which the inner ring and the outer ring are each composed of a single member as this bearing, when incorporating balls between the outer peripheral surface of the inner ring and the outer peripheral surface of the outer ring, There is no need to incorporate the ball into the inner side of the ball bearing through a part in the circumferential direction in which the inner ring is greatly decentered with respect to the outer ring while the inner portion is enlarged. That is, in the case of the present invention, when a ball is incorporated in the ball bearing, both the bearing ring elements are separated in the axial direction from the side of the bearing ring constituted by a pair of bearing ring elements of the inner ring and the outer ring. In this state, it is possible to incorporate balls in the radial direction in the above-mentioned portion. For this reason, the number of balls incorporated in the ball bearing can be increased, and as a result, the load capacity of the ball bearing can be increased. Moreover, since the height of the outer diameter side shoulder provided on the outer peripheral surface of both ends of the inner ring and the inner diameter side shoulder provided on the inner peripheral surface of both ends of the outer ring can be increased, it is possible to ride each ball on these shoulders. As a result, the durability of the ball bearing can be improved.

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。 Further, since the number of balls incorporated in the ball bearing can be increased, it is easy to sufficiently secure the load capacity even when the ratio of the radius of curvature of the outer ring raceway and the inner ring raceway to the diameter of each ball is increased. For this reason, the area of the contact ellipse formed at the contact portion between the rolling surface of each ball and the outer ring raceway and the inner ring raceway can be reduced by the amount that can be designed to increase the ratio of the curvature radii, thereby reducing the bearing loss. Thus, the performance of the electric power steering apparatus can be improved. In addition, since the design can be made to increase the ratio of the curvature radii, it is possible to make it difficult for the balls to ride on the shoulders. As a result, according to the present invention, the load capacity and the durability can be sufficiently ensured and a highly efficient structure can be obtained even though a large input torque is applied to the pinion shaft during use.

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。 Preferably, when carrying out the present invention, preferably, among the plurality of bearings supporting the pinion shaft, the bearing on the upper end side in use is used for rolling the ball on the outer peripheral surface. An inner ring having an inner ring raceway in contact with the surface at two points, an outer ring having an outer ring raceway in contact with the ball rolling surface at two points on the inner peripheral surface, and between the inner ring raceway and the outer ring raceway. A plurality of balls provided so as to be capable of rolling, and is a four-point contact type in which the outer ring raceway and the inner ring raceway are in contact with the rolling surfaces of each of the balls at two points, respectively. A ball bearing constituted by superimposing a pair of bearing ring elements integrally.
According to this preferred configuration, a bearing that can reduce the radial dimension, such as a needle bearing, can be used as another bearing that supports the pinion shaft, and each component is optimally arranged in the engine room of the automobile. (Optimal layout) is easier.

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。 More preferably, as described in claim 3, the pair of race ring elements are used as a pair of inner ring elements, and the inner ring is configured by superimposing the pair of inner ring elements together.
With this configuration, the inner ring can be easily attached to the pinion shaft with high accuracy. That is, unlike the more preferable configuration, when the outer ring is configured by superimposing a pair of outer ring elements together, one end edges of the outer ring raceway provided on the inner peripheral surface of each outer ring element are connected to each other. In order to accurately match the outer ring elements, it is necessary to fit the outer ring elements into a housing provided around the pinion shaft with high accuracy. However, this housing is often manufactured by die-casting a metal such as an aluminum alloy, and it is difficult to process the inner peripheral surface of the housing with high precision from the viewpoint of significantly increasing the cost. Further, this housing is often finished by ordinary cutting, and the fit with the outer ring is often a clearance fit. For these reasons, it is difficult to insert each outer ring element into the housing with high accuracy while suppressing an increase in cost.

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。 On the other hand, when the inner ring is configured by superimposing a pair of inner ring elements together, such a problem does not occur. That is, these inner ring elements are often externally fitted to the pinion shaft by a strong interference fit, or fixed relative to the pinion shaft by a method such as caulking. Further, it is possible to easily finish the outer peripheral surface of the pinion shaft with high accuracy while suppressing an increase in cost. For this reason, in order to match the edges of the inner ring raceways provided on the outer peripheral surfaces of the pair of inner ring elements with each other, the outer ring elements are fitted to the pinion shaft with high accuracy. It can be easily performed without increasing the cost, rather than being fitted into the housing with high accuracy. Therefore, more preferably, when the present invention is implemented, the pair of race ring elements are used as a pair of inner ring elements, and the inner ring is configured by superimposing the pair of inner ring elements together.

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ｄ_e 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Ｄ_i とし、各玉の直径をＤ_a とした場合に、Ｄ_a ＞（ｄ_e −Ｄ_i ）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。 Further, more preferably, as set forth in claim 4, the inner diameter of the minimum inner diameter portion of the outer diameter side shoulder portions provided at the both end portions in the circumferential surface of the outer ring and d _e, provided at both end portions the outer peripheral surface of the inner ring inner diameter When the outer diameter of the maximum outer diameter portion of the side shoulder is D _i and the diameter of each ball is D _a , D _a > (d _e −D _i ).
According to this more preferable configuration, since the height of the outer diameter side shoulder portion and the inner diameter side shoulder portion is increased, it is possible to make it difficult for the ball to ride up and to further improve the durability of the ball bearing.

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。 More preferably, as described in claim 5, each ball can be freely rolled by a synthetic resin cage made by injection molding of a radial draw method that guides its rotation by the inner peripheral surface of the outer ring. Hold.
According to this more preferable configuration, unlike the case where each ball is held by a synthetic resin crown-type cage, the thickness (diameter dimension) of the cage can be sufficiently reduced. For this reason, the height of the outer diameter side shoulder provided on the inner peripheral surface of both ends of the outer ring and the inner diameter side shoulder provided on the outer peripheral surface of both ends of the inner ring can be increased, further improving the durability of the ball bearing. it can. In addition, since the cage is an outer ring guide, when the inner ring is configured by superposing a pair of inner ring elements, the inner diameter side of the cage arranged on the inner diameter side of the outer ring is inserted into a plurality of pockets of the cage. The work of incorporating each ball can be easily performed. Also, since the cage is made of synthetic resin, unlike the case where a cage made by pressing metal is incorporated, friction between the cage and the peripheral surface of the race can be suppressed. The performance of the power steering device can be improved.

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。 1 to 3 show an embodiment of the present invention. The electric power steering apparatus of the present embodiment applies the present invention to the column-assisted electric power steering apparatus having the conventional structure shown in FIG. FIG. 1 shows a part of the meshing part of the pinion shaft 6 and the rack 9 and the rotation support part of the pinion shaft 6 constituting the lower part of the electric power steering apparatus of this embodiment. Yes. 2 to 3 show the ball bearing 22 that constitutes the rotation support portion on the steering wheel 1 (see FIG. 6 etc.) side, which is the upper end side during use, of the rotation support portion of the pinion shaft 6. ing. Since parts other than the structure shown in FIGS. 1 to 3 are the same as those in the conventional structure shown in FIG.

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。 The rack 9 is supported by a housing (not shown) at an intermediate portion thereof so as to be freely displaceable in the axial direction (front and back direction in FIG. 1). The pinion shaft 6 is rotatably supported by the housing at two positions separated in the axial direction by a ball bearing 22 on the steering wheel 1 side and a needle bearing 23 on the side far from the steering wheel 1. Yes. Further, a pinion 8 formed at the intermediate portion of the pinion shaft 6 and between the bearings 22 and 23 is engaged with the rack 9. The upper end portion of the pinion shaft 6 is connected to the intermediate shaft 4 (see FIG. 6) via a universal joint 3b.

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。 In this embodiment, a pressing member 24 is provided on the opposite side of the rack 9 from the pinion shaft 6. The pressing member 24 has a concave surface portion 25 having a circular arc cross section on one side, and the concave surface portion 25 is elastically pressed against the outer peripheral surface of the rack 9. For this reason, in the case of this embodiment, a compression coil spring 26 that is an elastic member and an adjustment screw 27 are provided between the pressing member 24 and a member fixed to the housing. With this configuration, a part of the tooth surface of the rack 9 is elastically pressed against the tooth surface of the pinion 8, and the occurrence of rattling at the meshing portions of both the members 9 and 8 is prevented. The adjustment screw 27 serves to adjust the amount of elasticity applied to the rack 9.

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Ｄ_a 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。 In particular, in the case of the present embodiment, among the pair of bearings 22 and 23, the ball bearing 22 which is the bearing on the steering wheel 1 side includes an inner ring 28, an outer ring 29, A plurality of balls 30 and 30 and a cage 31 are provided. Of these, the inner ring 28 has a configuration in which a pair of elements divided into two at the center are integrally stacked. That is, the inner ring 28 is configured by superimposing the first inner ring element 32a and the second inner ring element 32b on one end face thereof, and the inner ring elements 32a and 32b are respectively half-finished on the outer circumferential surface. First and second inner ring raceways 33a and 33b having a cross-sectional shape obtained by dividing a circle into two at the center are formed. Further, the cross-sectional shape of each of the inner ring raceways 33a and 33b is such that, as shown in FIG. 3, the curvatures are located at positions shifted from each other by the same amount in the axial direction from the overlapping surface in a state where both the inner ring elements 32a and 32b are overlapped. the center o _1, o ₂ was with the respective centers, greater than 1/2 of the diameter D _a of each ball 30, 30 is a circular arc having a radius of curvature r of each other the same size. Therefore, the inner ring raceways 33a and 33b are symmetrical with respect to a virtual plane including the overlapping surface. The inner ring raceway 34 is configured by aligning the end edges of the inner ring raceways 33a and 33b in a state where the end faces of the inner ring elements 32a and 32b are overlapped with each other. For this reason, the cross-sectional shape of the inner ring raceway 34 is a so-called gothic arch shape in which a pair of arcs intersect each other at an intermediate portion.

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Ｄ_a 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。 On the other hand, the outer ring 29 forms an outer ring raceway 35 facing the inner ring raceway 34 on the inner peripheral surface. The cross-sectional shape of the outer raceway 35, an arc together with a radius of curvature larger than half the diameter D _a of the balls 30, 30 crossed by the middle portion, a so-called Gothic arch shape. The cage 31 is formed by connecting a plurality of circumferential rim portions of a pair of annular rim portions provided on both ends by a plurality of pillars. And the pocket 36 is formed in the circumferential direction several places of the said holder | retainer 31 by the side surface of these rim | limb parts and pillar parts. The cage 31 is manufactured by injection molding a synthetic resin by a radial draw method, in which a target product is manufactured by moving a plurality of molds in the radial direction. A plurality of balls 30, 30 are provided to freely roll between the outer ring raceway 35 and the inner ring raceway 34, and these balls 30, 30 are placed in a plurality of pockets 36 provided in the cage 31. keeping. With such a configuration, the ball bearing 22 has two points on the rolling surfaces of the balls 30, 30 and the outer ring raceway 35 and the inner ring raceway 34, and a total of four points for each of the balls 30, 30. It is a four-point contact type that comes into contact. The above-mentioned retainer 31 is made of a radial draw method with a structure in which a pair of annular rim portions are connected by a plurality of column portions, and the radial thickness is reduced. This is because it is the most suitable method.

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ｄ_e 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Ｄ_i とし、上記各玉３０、３０の直径をＤ_a とした場合に、Ｄ_a ＞（ｄ_e −Ｄ_i ）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。 Further, in the case of this embodiment, the inner diameter of the minimum inner diameter portion of the outer diameter side shoulders 37, 37 provided in a portion deviated on both ends than the outer ring raceway 35 on the inner circumferential surface of the outer ring 29 d _e And the outer diameter of the maximum outer diameter portion of the inner diameter side shoulder portions 38, 38 provided in the outer circumferential surface of the inner ring 28 at the both end sides of the inner ring raceway 34 is D _i, and the balls 30, 30 The dimension of each part is regulated so as to satisfy D _a > (d _e −D _i ), where D _a is the diameter. Furthermore, the retainer 31 that holds the balls 30 and 30 is an outer ring 29 guide type that guides its rotation by the inner peripheral surfaces of the outer diameter side shoulder portions 37 and 37. In the case of this embodiment, a pair of shield plates 41, 41, each of which is a sealing member, is provided between the inner peripheral surfaces of both ends of the outer ring 29 and the outer peripheral surfaces of both ends of the inner ring 28. . These shield plates 41 and 41 prevent foreign matters such as dust from entering the internal space of the ball bearing 22 and prevent lubricants such as grease from scattering to the outside. However, when such consideration is unnecessary, the sealing members such as the shield plates 41 and 41 can be omitted.

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。 The four-point contact type ball bearing 22 configured as described above is fixed between the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the pinion shaft 6. In the case of this embodiment, the inner ring 28 is sandwiched between the caulking portion 39 provided on a part of the outer peripheral surface of the pinion shaft 6 and the stepped portion 40.

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。 According to the electric power steering apparatus of the present embodiment configured as described above, of the pair of bearings that support the pinion shaft 6, the steering 1 side bearing is used as the inner ring 28, and the inner ring raceways 33a and 33b. Is a ball bearing 22 configured by integrally superposing a pair of inner ring elements 32a and 32b having a symmetrical shape with respect to a virtual plane including an overlapping surface. Therefore, unlike the conventional structure using a bearing in which the inner ring 28 and the outer ring 29 are each composed of a single member, the balls 30, 30 are incorporated between the outer peripheral surface of the inner ring 28 and the outer peripheral surface of the outer ring 29. In this case, it is not necessary to incorporate the balls 30 and 30 inside the ball bearing 22 through a part in the circumferential direction in which the inner ring 28 is greatly decentered with respect to the outer ring 29 and the portion is increased in the meantime. That is, in the case of the present invention, when the balls 30 and 30 are assembled into the ball bearing 22, the pair of inner ring elements 32a and 32b are separated from each other in the axial direction from the inner ring 28 side, and the diameter is set in the intermediate portion. Balls 30, 30 can be incorporated in the direction. For this reason, the number of balls 30 and 30 incorporated in the ball bearing 22 can be increased, and as a result, the load capacity of the ball bearing 22 can be increased. Moreover, since the inner diameter side shoulders 38, 38 provided on the outer peripheral surfaces of both ends of the inner ring 28 and the outer diameter side shoulders 37, 37 provided on the inner peripheral surfaces of both ends of the outer ring 29 can be increased, It is possible to make it difficult for the balls 30, 30 to ride on the shoulders 38, 37. For this reason, the durability of the ball bearing 22 can be improved. As a result, according to the present invention, the load capacity and the durability can be sufficiently ensured and a highly efficient structure can be obtained even though a large input torque is applied to the pinion shaft 6 during use.

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Ｄ_a 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／Ｄ_a 、ｒ／ｄ_e 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。 Further, since the number of balls 30, 30 incorporated into the ball bearing 22 can be increased, the ratio of the radius of curvature r of the outer ring raceway 35 and the inner ring raceway 34 to the diameter D _a of each ball 30, 30 (r / D _a , r / even when increasing the d _e, easily sufficient load capacity. that is, the rolling surface and the outer ring of each ball 30, 30 the larger this ratio, the contact of the contact portion between the inner ring each track 35 and 34 As the area becomes smaller and the contact surface pressure acting on the contact portion tends to increase, the load capacity generally decreases when the ratio is increased. In this case, since it is possible to increase the number of balls 30 and 30 to be incorporated, it is easy to ensure sufficient load capacity even when the ratio is increased. 30, 30 rolling surfaces, outer ring raceway 35 and inner ring raceway 34, By reducing the area of the contact ellipse formed in the contact portion and reducing bearing loss, the performance of the electric power steering device can be improved. It is possible to make it difficult for the balls 30 and 30 to ride on the portions 37 and 38.

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。 Further, among the pair of bearings that support the pinion shaft 6, the bearing on the upper end side in use is the four-point contact type ball bearing 22 as described above. As the bearing on the side farther from the steering wheel 1 that is the lower end side when in use, a bearing that can reduce the radial dimension, such as the needle bearing 23, can be used, and each component is optimally arranged in the engine room of the automobile ( (Easy layout)

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。 In the case of the present embodiment, the inner ring 28 constituting the ball bearing 22 is constituted by superimposing a pair of inner ring elements 32a and 32b, so that the inner ring 28 is connected to the pinion shaft 6. Can be easily attached with high accuracy. That is, unlike the case of the present embodiment, instead of the ball bearing 22 described above, when using a ball bearing in which the outer ring 29 is formed by superimposing a pair of outer ring elements, these outer ring elements In order to accurately match one end edges of the outer ring raceway provided on the inner peripheral surface, it is necessary to fit these outer ring elements in a housing provided around the pinion shaft 6 with high accuracy. However, this housing is often manufactured by die-casting a metal such as an aluminum alloy, and it is difficult to process the inner peripheral surface of the housing with high precision from the viewpoint of significantly increasing the cost. Further, this housing is often finished by ordinary cutting, and the fitting with the outer ring 29 is often a clearance fit. For these reasons, it is difficult to insert each outer ring element into the housing with high accuracy while suppressing an increase in cost.

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。 On the other hand, in the case of the present embodiment in which the inner ring 28 is configured by superimposing a pair of inner ring elements 32a and 32b, such a problem does not occur. That is, the inner ring elements 32a and 32b are externally fitted to the pinion shaft 6 by a strong interference fit, or are fixed to the pinion shaft 6 so that they cannot be rotated relative to each other by a method such as caulking as in this embodiment. There are many. Further, it is possible to easily finish the outer peripheral surface of the pinion shaft 6 with high accuracy while suppressing an increase in cost. For this reason, these inner ring elements 32a and 32b are externally fitted to the pinion shaft 6 with high precision so that the one end edges of the inner ring raceways 33a and 33b provided on the outer peripheral surfaces of the pair of inner ring elements 32a and 32b coincide with each other. This can be easily performed without increasing the cost as compared with the case where a pair of outer ring elements are fitted into the housing with high accuracy. Therefore, in this embodiment, the inner ring 28 is configured by superimposing the pair of inner ring elements 32a and 32b integrally.

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ｄ_e 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Ｄ_i とし、各玉の直径をＤ_a とした場合に、Ｄ_a ＞（ｄ_e −Ｄ_i ）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。 Further, in the case of the embodiment, the inner diameter of the minimum inner diameter portion of the outer diameter side shoulders 37, 37 provided at both ends in the peripheral surface of the outer ring 29 and d _e, provided at both end portions the outer peripheral surface of the inner ring 28 inner diameter When the outer diameter of the maximum outer diameter portion of the side shoulder portions 38 and 38 is D _i and the diameter of each ball is D _a , the size of each portion is regulated so that D _a > (d _e −D _i ) is satisfied. doing. For this reason, since the heights of the outer diameter side shoulders 37 and 37 and the inner diameter side shoulders 38 and 38 are relatively large, it is possible to make the balls 30 and 30 less likely to ride, and the durability of the ball bearing 22 is improved. Can be improved more.

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。 Further, in the case of the present embodiment, the cage 31 for holding the balls 30 is made of a synthetic resin made by a radial draw method in which the rotation is guided by the inner peripheral surface of the outer ring 29. For this reason, unlike the case where each said balls 30 and 30 are hold | maintained with the synthetic resin crown type holder | retainer, the thickness (diameter direction dimension) of the holder | retainer 31 can be made small enough. Therefore, the heights of the outer diameter side shoulders 37, 37 provided on the inner peripheral surfaces of both ends of the outer ring 29 and the inner diameter side shoulders 38, 38 provided on the outer peripheral surfaces of both ends of the inner ring 28 can be increased. The durability of the bearing 22 can be further improved. Further, since the cage 31 is used as a guide for the outer ring 29, when the inner ring 28 is configured by overlapping a pair of inner ring elements 32a and 32b as in this embodiment, the cage disposed on the inner diameter side of the outer ring 29. The operation of incorporating the balls 30 and 30 into the plurality of pockets 36 of the cage 31 can be easily performed from the inner diameter side of the cage 31. Further, since the cage 31 is made of synthetic resin, unlike the case where a cage made by pressing a metal is incorporated, the friction between the outer circumferential surface of the cage 31 and the inner circumferential surface of the outer ring 29 is different. And the performance of the electric power steering device can be improved.

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Ｄ_e −−− ４２mm
内輪２８の内径ｄ_i −−− 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ｄ_e
−−− 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Ｄ_i
−−− 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Ｄ_a −−− ６．７４６８８mm
玉の数ｎ −−− １１個
接触角α −−− ２０°
各玉３０、３０の直径Ｄ_a 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 Next, the result of simulation performed to confirm the effect obtained by the above-described embodiment will be described. In this simulation, the pinion shaft 6 is mounted by an embodiment product having the same structure as the electric power steering device that supports the pinion shaft 6 by the ball bearing 22 shown in FIGS. The bearing loss and the running rate ρ of each ball 30, 30 on the shoulders 37, 38 were predicted by numerical analysis using a comparative product of an electric power steering device having a conventional structure to be supported. The specifications of the ball bearing 22 incorporated in the above-described product are as follows.
Outer ring 29 outer diameter D _e ---- 42 mm
Inner ring inner diameter d _i ---- 18 mm
Width B _{1 of} each inner ring element 32a, 32b 6.5 mm
Width B ₂ of inner ring 28 and outer ring 29 13 mm
The inner diameter d _e of the minimum inner diameter portion of the outer diameter side shoulders 37, 37 provided on the outer ring 29
---- 31.9mm
The outer diameter D _i of the maximum outer diameter portion of the inner diameter side shoulder portions 38, 38 provided on the inner ring 28.
---- 29.1 mm
Radius of curvature r of inner ring and outer ring raceways 34 and 35
--- 3.643mm
Diameter of each ball 30, 30 D _a --- 6.74688 mm
Number of balls n --- 11 pieces Contact angle α ---- 20 °
The inner ring to the diameter D _a of each ball 30, 30, the ratio of the curvature radius r of the outer ring each orbit 34, 35
---- 54%
The pitch circle diameter D ₃₀ of the balls 30 and ₃₀
---- 30.5mm

上述の諸元から明らかな通り、実施品の玉軸受２２は、Ｄ_a （＝６．７４６８８）＞ｄ_e −Ｄ_i （＝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）／Ｄ_a ｝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）／Ｄ_a ｝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Ｄ_a 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Ｄ_a に対する各軌道３４、３５の曲率半径ｒの割合ｒ／Ｄ_a 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Ｄ_a に対する上記曲率半径ｒの割合ｒ／Ｄ_a は、５３％以上５８％以下とする。 As is clear from the above-mentioned specifications, the ball bearing 22 of the product satisfies the relationship of D _a (= 6.74688)> d _e −D _i (= 2.8). Further, when the pitch circle diameter D30 of the plurality of balls 30 and ₃₀ is regulated as in the above specifications, the number of balls 30 and ₃₀ to be incorporated is preferably 10 or more, more preferably 11 or more. Further, the upper limit of the number of balls 30 is 30. The reason why the preferable number of balls 30 and 30 is regulated in this way is that the load capacity can be increased as the number of balls 30 and 30 incorporated is increased. Further, as will be described later, since eight balls 30, 30 can be incorporated in the comparative ball bearing 22a, the balls 30, 30 are used in order to increase the load capacity of the actual ball bearing 22 compared to the comparative product. Unless the number is 10 or more, a remarkable effect cannot be obtained for the comparative product. Further, the number n of balls 30 and 30 needs to satisfy the relationship of n <{(D ₃₀ × π) / D _a }. Therefore, the range of the preferable number of balls 30, 30 is regulated as described above. Maximum Therefore, preferably when practicing the present invention, the number of balls 30, 30 incorporated in the ball bearing 22 and 10 or more, more preferably, satisfying _{n <{(D 30 × π} ) / D a} An integer number of. Further, since incorporate many balls 30, 30 in this manner, it can increase the load capacity of the ball bearing 22, correspondingly, the inner ring to the diameter D _a of each ball 30, 30, the curvature radius r of the outer ring each orbit 34, 35 The ratio was increased to 54%. Even when this ratio is increased, the load capacity of the ball bearing 22 can be sufficiently secured. In addition, the friction loss can be reduced by increasing the ratio, and the performance of the electric power steering apparatus can be improved. Furthermore, it is possible to make it difficult for the balls 30, 30 to ride on the shoulder portions 38, 37 on the inner diameter side and the outer diameter side, thereby improving durability. If the radius of curvature of each of the tracks 34 and 35 is excessive, the surface pressure at the contact portion between the tracks 34 and 35 and the balls 30 and 30 is excessive, leading to a reduction in bearing life. Therefore, the ratio r / D _a of the radius of curvature r of each track 34, 35 to the diameter D _a of each ball 30, 30 is preferably more than 52% and 60% or less. On the other hand, when this ratio exceeds 60%, the bearing life is significantly reduced. More preferably, the ratio r / D _a of the radius of curvature r with respect to the diameter D _a is 58% or less 53% or more.

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ｄ_e ´
−−− 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Ｄ_i ´ −−− 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Ｄ_a 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Ｄ_a −−− ６．７４６８８mm On the other hand, as shown in FIG. 4, the ball bearing 22a constituting the comparative product is a four-point contact type in which an inner ring 28a and an outer ring 29 are each constituted by a single member. In such a ball bearing 22a, the number of balls 30 and 30 that can be incorporated is reduced unlike the case of the ball bearing 22 of the above-described embodiment. The number n ′ of the balls 30 and 30 of the ball bearing 22a used for the simulation was eight, which is the maximum number that can be incorporated. The specifications of the ball bearing 22a constituting the comparative product are as follows, except for the number n ′, which are different from the case of the ball bearing 22 of the above-described embodiment.
Inner diameter d _e ′ of the smallest inner diameter portion of outer diameter side shoulders 37a, 37a provided on the inner peripheral surfaces of both ends of outer ring 29
---- 34.4mm
The outer diameter D _i 'of the maximum outer diameter portion of the inner diameter side shoulder portions 38a, 38a provided on the outer peripheral surfaces of both end portions of the inner ring 28a 26.6 mm
Radius of curvature r ′ of inner and outer races 34, 35 3.508 mm
Contact angle α ′ −−− 35 °
The ratio of the radius of curvature r ′ of the inner and outer races 34 and 35 to the diameter D _a of each ball 30 and 30
---- 52%
Diameter of each ball 30, 30 D _a --- 6.74688 mm

上述の諸元から明らかな通り、比較品の玉軸受２２ａは、Ｄ_a ＜ｄ_e ´−Ｄ_i ´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Ｄ_a 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。 As is apparent from the above specifications, the comparative ball bearing 22a satisfies the relationship of D _a <d _e ′ −D _i ′. The reason for this is that, when the balls 30 and 30 are assembled, the inner ring 28a is greatly decentered with respect to the outer ring 29 while the inner side 28a and the outer side shoulder 37a are arranged from the side of the ball bearing 22a. This is because it is necessary to incorporate the balls 30 and 30 on the inner side through the portion between the peripheral surface. Further, since the number of balls 30 and 30 to be incorporated is as small as eight, it is necessary to increase the load capacity of the ball bearing 22a accordingly, and the radius of curvature r 'of the inner ring and outer ring raceways 34 and 35 is reduced. Then, the ratio of the curvature radius r'to the diameter D _a of each ball 30, 30 is as small as 52%. As a result, the contact angle α ′ is as large as 35 °.

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。 In the simulation, the input torque applied to the pinion shaft 6 (FIG. 1) is calculated by using the electric power steering device of the implementation product and the comparison product, each incorporating the ball bearings 22 and 22a having the above-mentioned specifications. The frictional torque generated in the ball bearings 22 and 22a and the running rate ρ of the balls 30 and 30 on the shoulders 37, 37a, 38, and 38a in various cases were predicted by numerical analysis. The ride rate ρ is defined as follows. First, based on Hertz's point contact theory calculation formula based on the diameter Da of each ball 30, 30, the shape of each track 34, 35, material properties, and the load applied to the ball bearings 22, 22 a, FIG. The contact ellipse at the rolling contact portion between each ball 30 and each of the tracks 34 and 35 as shown by the oblique grid is obtained. Next, the major axis length L _{1 of} this contact ellipse and the major axis direction portion of this contact ellipse that rides on the edge portions in the width direction of the shoulder portions 38 and 37 (extrudes from the edge portions). seek a length L _2. The ratio of these lengths L ₁ and L _{2 was taken} as the riding rate ρ (= L ₂ / L ₁ ) of each ball 30 and 30. Moreover, the method described in the nonpatent literature 1 was used as said numerical analysis. Table 1 shows the results of simulation while varying the input torque applied to the pinion shaft 6 under these conditions to three types of 70 Nm, 55 Nm, and 40 Nm.

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。 As is apparent from the results of the simulation shown in Table 1, in the case of the actual product, the friction torque can be reduced to about 2/3 as compared with the comparative product, and the running rate ρ of each ball 30 is 25. % Can be reduced. As is apparent from the results of such a simulation, it was confirmed that according to the present invention, it is possible to obtain an electric power steering apparatus with high load capacity and high efficiency.

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。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a column assist type electric power steering apparatus has been described. However, the present invention is not limited to such a structure. For example, the pinion assist type electric power steering device as shown in FIG. 7 or the dual power as shown in FIG. The present invention can also be applied to a pinion type electric power steering apparatus. For example, when the present invention is applied to the pinion assist type electric power steering apparatus shown in FIG. 7, the steering wheel 1 among the rotation support portions of the pinion shaft in which the pinion meshing with the rack 9 is formed on the outer peripheral surface thereof. The bearing constituting the rotation support portion on the side is a four-point contact type ball bearing 22 as shown in FIGS. Further, a worm wheel constituting a worm speed reducer is fitted and fixed to a part of the pinion shaft, and an auxiliary force of the electric motor 12 is applied to the pinion shaft through the worm speed reducer.

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。 Further, when the present invention is applied to the dual pinion type electric power steering apparatus shown in FIG. 8, the second pinion shaft 16 is arranged in a part of the rack 9 that is out of the pinion of the pinion shaft 6. At the same time, of the rotation support portion of the second pinion shaft 16, the bearing constituting the rotation support portion on the steering wheel 1 side is a four-point contact type ball bearing 22 as shown in FIGS. A worm wheel constituting a worm speed reducer is fitted and fixed to a part of the second pinion shaft 16, and the auxiliary force of the electric motor 12 is connected to the second pinion shaft via the worm speed reducer. To give.

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。Sectional drawing which abbreviate | omits one part and shows the meshing part of the pinion shaft and rack which comprise Example 1 of this invention, and the rotation support part of this pinion shaft. 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。The expanded sectional view which takes out and shows the ball bearing which comprises the rotation support part by the side of a steering wheel among the rotation support parts of a pinion shaft from FIG. 一部を省略して示す、図２のＡ部拡大断面図。The A section enlarged sectional view of Drawing 2 showing a part omitted. 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。The figure similar to FIG. 2 which shows the ball bearing integrated in the conventional product used for the simulation performed in order to confirm the effect of this invention. 各玉の乗り上げ率を説明する為の図。The figure for demonstrating the climbing rate of each ball. 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。The figure which cuts a part and shows the column-assist type electric power steering device known conventionally. 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。The figure which cuts a part and shows an electric power steering device of a pinion assist type similarly. 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。The figure which cuts a part and shows a dual pinion type electric power steering device.

Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering shaft 3a, 3b Universal joint 4 Intermediate shaft 5 Steering gear 6 Pinion shaft 7 Housing 8 Pinion 9 Rack 10 Steering column 11 Gear housing 12 Electric motor 13 Tie rod 14 Input shaft 15 Gear housing 16 Second pinion shaft 17 Housing 18 Reducer 22, 22a Ball bearing 23 Needle bearing 24 Pressing member 25 Concave portion 26 Compression coil spring 27 Adjusting screw
28, 28a Inner ring 29 Outer ring 30 Ball 31 Cage 32a First inner ring element 32b Second inner ring element 33a First inner ring raceway 33b Second inner ring raceway 34 Inner ring raceway 35 Outer ring raceway 36 Pocket 37, 37a Outer diameter side shoulder Part 38, 38a Inner diameter side shoulder part 39 Caulking part 40 Step part 41 Shield plate

Claims

A rack that gives a steering angle to the steered wheels by being displaced in the axial direction, a pinion shaft that is rotatably driven in a state in which a pinion provided on a part of the outer peripheral surface thereof meshes with the rack, and the pinion shaft or In an electric power steering apparatus provided with an electric motor that applies an auxiliary force in the rotational direction to another shaft connected to the steering wheel side of the pinion shaft, a plurality of members that support the pinion shaft on a fixed portion Of the bearings, at least one of the bearings has an inner ring having an inner ring raceway in contact with the ball rolling surface at two points on the outer peripheral surface, and a shape in contact with the ball rolling surface at two points on the inner peripheral surface. An outer ring having an outer ring raceway and a plurality of balls provided between the inner ring raceway and the outer ring raceway so as to be freely rollable, and the outer ring raceway, the inner ring raceway, and the rolling surfaces of these balls, respectively. 4 points touching at 2 points each Electric power steering characterized by being a ball bearing that is a contact type and is formed by superimposing a pair of raceway elements whose inner races or outer races are symmetrical with respect to each other. apparatus.

Of the plurality of bearings that support the pinion shaft, the bearing on the upper end side when in use has an inner ring having an inner ring raceway in contact with the ball rolling surface at two points on the outer circumferential surface, and a ball on the inner circumferential surface. An outer ring having an outer ring raceway that is in contact with the rolling surface of the outer ring raceway and a plurality of balls provided between the inner ring raceway and the outer ring raceway. And a rolling bearing of each of these balls is a four-point contact type in which two balls contact each other, and the inner ring or outer ring is a ball bearing configured by superimposing a pair of race ring elements integrally. The electric power steering apparatus according to claim 1.

The electric power steering apparatus according to claim 1 or 2, wherein the pair of race ring elements is a pair of inner ring elements, and the inner ring is configured by superimposing the pair of inner ring elements integrally.

The inner diameter of the minimum inner diameter portion of the outer diameter side shoulder portions provided at the both end portions in the circumferential surface of the outer ring and d _e, the outer diameter of the maximum outer diameter of the inner diameter side shoulder portions provided at the both end portions the outer peripheral surface of the inner ring and D _i The electric power steering apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein D _a > (d _e -D _i ), where D _a is a diameter of each ball.

The electric ball according to any one of claims 1 to 4, wherein each ball is slidably held by a synthetic resin cage made by injection molding of a radial draw method that guides the rotation by the inner peripheral surface of the outer ring. Power steering device.