JP5370845B2 - ウォームギア用軸受装置および自動車用パワーシートのシートスライド機構用ウォームギア - Google Patents

Description

この発明は、ウォームギアにおけるウォームの回転軸をスラスト軸受およびラジアル軸受で支持するウォームギア用軸受装置に関し、特に自動車用パワーシートのシート位置調節装置に適用できるウォームギア用軸受装置に関するものである。

従来、リクライニングシートの各部位置調節を電動で行なうパワーシートが知られている。自動車用パワーシートにおけるシートスライド機構では、自動車のフロアに固定されたスライドレール上にフレームを介して固定されたシートボトム（座面）と、このシートボトムの後縁部に立設されたシートバック（背もたれ）と、上記フレームの下部に装着され、このフレームを前後動させる電動モータを備えて構成されている。

電動モータは、フレームの下部に固定され、この電動モータの駆動軸にはインナーワイヤとインナーワイヤを摺接状態で被覆したパイプとからなる二重ワイヤの基端側が接続されており、同先端側がウォームギアを介して回転自在のスクリュー軸に接続され、電動モータの駆動力が、二重ワイヤおよびウォームギアを介してスクリュー軸に伝達されるようになっている。

スライドレールは、フロアに一体に固定された幅方向一対のロアレールと、ロアレールの直上に設けられ、このロアレールに案内されつつ軸方向（シートの前後方向）に移動可能に設けられた幅方向に一対のアッパーレールとから構成され、この一対のアッパーレール間にはフレームが架橋されている。シートボトムは、これらアッパーレールおよびフレームの上部に固定され、これによってシートは、アッパーレールを介してロアレールに案内されつつ前後動し得るようになっている。

アッパーレールは、例えば断面逆Ｕ字型に設けられ、この中に前後方向に延びる上記スクリュー軸がナット部材と共に装着されている。スクリュー軸は、上記ロアレール内に配置されたナット部材に対して相対回転可能にねじ合わされ、これによってナット部材に対して正逆方向に相対回転させることにより、アッパーレールが前後動してパワーシートを前後に移動できるようになっている。

このように省電力・軽量化の要請に応じて自動車用パワーシートにおけるシート位置調節機構は、小型モータで駆動できるように回転軸が低トルクで回転し、かつ軽量であるように設計されている。このような設計に従うと、自動車用パワーシートにおけるシート位置調節機構に用いられるウォームギアについては、できるだけ小さな駆動力で常に円滑に動作するよう低回転トルクであり、しかも軽量であることが要求される。ウォームギアはウォーム（ねじ歯車）とそれに合うウォームホイール（はすば歯車）とを組み合わせた機構であり、一段で大きな減速比が得られ、他の歯車機構に比してバックラッシュも小さくできるため、自動車用パワーシートのシート位置調節機構に用いられている。

例えば、焼結ブッシュをウォームのラジアル軸受として用いたウォームギア用軸受は、転がり軸受を用いたものに比べて簡単な構造になり軽量である。

また、ウォームのスラスト軸受についても樹脂製にすれば軽量化は可能である。
しかし、ウォームは回転する際のギアの噛み合わせによってウォームホイールから受けた負荷が軸方向の負荷となって作用し、回転軸が軸方向にズレ動きやすいものである。そのため、ウォームのスラスト軸受は負荷を受けて摩耗しやすく、摩耗による振動や異音が発生しやすいので、それを防止するために、耐摩耗性が必要とされる。よって、多くの場合にはウォームのスラスト軸受としてラジアル軸受と兼用の金属製転がり軸受が採用されて軽量化されていなかった。

また、図３に示す従来のウォーム用滑り軸受２０は、軸受孔が貫通する円錐台（笠型）形状であって、ウォーム２２のスラスト軸受とラジアル軸受を兼用する滑り軸受である。

特開２００７−５５５２７号公報（図１参照）

しかし、上記した従来のウォーム用軸受２０は、金属製ウェーブワッシャ２１のばね力によって、ブラケットのテーパ状支持孔に強く押し付けられて用いられるので、摩耗しやすく摺動回転を常に円滑にすることは容易なことではなかった。

そして、前述のようにウォーム用軸受２０は、回転力を伝達する際のウォーム２２とウォームホイール２３の噛み合わせによって、ウォームホイール２３から受けた負荷が、軸方向の負荷となって作用し、そのためにウォーム２２の回転軸が回転方向や回転速度の変更の度に軸方向に負荷を受けるから、ウォーム用滑り軸受２０は摩耗しやすくなり、結果的に伝達効率が低下しやすく振動や異音が発生しやすくなるという問題点があった。

また、ウォーム用軸受においてスラスト軸受の耐久性が高まるように転がり軸受を採用すると、軽量化の要請に反することになる。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、ウォームギアにおけるウォームのスラスト軸受を軽量化すると共に、スラスト軸受の摩耗量を少なくし、これによって伝達効率の低下を防ぎ、かつ振動や異音の発生を起こり難くして耐久性に優れたウォームギア用軸受装置とすることであり、自動車用パワーシートのシートスライド機構用ウォームギアとすることである。

上記の課題を解決するために、この発明は、ウォームとウォームホイールが噛み合うウォームギアにおけるウォームの回転軸をスラスト軸受およびラジアル軸受で支持するウォームギア用軸受装置において、前記ウォームのスラスト軸受は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする樹脂製スラスト滑り軸受であることを特徴とするウォームギア用軸受装置としたのである。

また、上記のウォームギア用軸受装置を設けたウォームギアからなり、ウォームホイールの軸穴に形成したねじ溝に、自動車用シートのスライドレールに支持されたスクリュー軸を嵌め合せ、電動モータの回転力を、前記ウォームギアを介してスクリュー軸に伝達することにより前記スクリュー軸のウォームホイールに対する回転運動を直線運動に変換して自動車用シートの位置を変更可能とした自動車用パワーシートのシートスライド機構用ウォームギアとしたのである。

上記したように構成されるこの発明のウォームギア用軸受装置または自動車用パワーシートのシートスライド機構用ウォームギアは、ウォームに特有の回転軸の軸方向に振れるという問題に対し、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする樹脂製スラスト滑り軸受で振れを受けるので、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の耐摩耗性および耐衝撃性などの優れた機械的特性によって摩耗量は少なく、その際にウォームギアの伝達効率が低下せず振動や異音の発生が起こり難くなり、軽量化と耐久性を併有する優れたスラスト軸受のウォームギア用軸受装置、または自動車用パワーシートのシートスライド機構用ウォームギアになる。

このような作用が確実に奏されるように、樹脂製スラスト滑り軸受は、ウォームの回転軸の貫通する軸穴を形成したワッシャ形の樹脂製スラスト滑り軸受であることが好ましく、また芳香族ポリエーテルケトン樹脂としては、ポリエーテルケトン樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂を採用することが好ましく、特にポリエーテルエーテルケトン樹脂を採用し、これを９５〜９９．９重量％含有する樹脂製スラスト滑り軸受を採用したものであることが好ましい。

ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、耐熱性、耐衝撃性、耐疲労性、自己潤滑特性を有し、吸水性も小さく、射出成形または押出成形が可能である等といった優れた特性があるため、樹脂製スラスト滑り軸受の摩耗量は少なくなり、これによって振動や異音の発生を起こり難くし、耐久性に優れたウォームギア用軸受装置を確実に得ることができる。

そして、低摩擦特性をより高めるために、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を９５〜９９．９重量％およびポリテトラフルオロエチレン樹脂０．１〜５重量％を必須成分とする樹脂製スラスト滑り軸受を採用したウォームギア用軸受装置であることがより好ましい。ポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合量が、０．１重量％未満では自己潤滑特性が添加しない場合に比べて効果が現れ難く、ウォームギアの支持抵抗をより小さくして耐摩耗性を上げ、より長寿命化を図るというより好ましい改善を図ることが難しい。また、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合量が、５重量％を超える多量としても、支持抵抗をそれ以上に低くすることは困難であり、実用性を失することになり好ましくない。

前記のスラスト滑り軸受が、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を９５〜９９．９重量％含有する樹脂を押出し成形されたシート材を押抜き成形して得られる樹脂製スラスト滑り軸受であることが、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などのように成形収縮率が比較的大きくても優れた寸法精度と生産性が得られるために好ましい。

ウォームのラジアル軸受として、焼結含油軸受を採用したウォームギア用軸受装置にすると、軽量化および耐荷重性および低摩擦係数という特性を併有するものとなって好ましい。ウォームの回転軸の両端部のそれぞれをスラスト軸受およびラジアル軸受で支持することにより、より低トルクで回転できるため望ましい。

上記のようなウォームギア用軸受装置の適用例としては、ウォームギアが、自動車用パワーシートのシート位置調節機構のウォームギアであることが、小型の電動モータのトルクを伝達効率よく利用でき、しかも耐久性の良いウォームギア用軸受装置の利点が充分に奏されるようにするために好ましい。

この発明は、ウォームギアにおけるウォームの回転軸をスラスト軸受およびラジアル軸受で支持するウォームのスラスト軸受が、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする樹脂製スラスト滑り軸受であるウォームギア用軸受装置としたので、ウォームのスラスト軸受が樹脂製となって軽量化され、かつスラスト軸受の摩耗量は少なく、これによって伝達効率は良好に維持され、振動や異音の発生は起こり難くなり、耐久性に優れたウォームギア用軸受装置となる利点がある。

ウォームのスラスト軸受が、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする樹脂製スラスト滑り軸受であるウォームギア用軸受装置を自動車用パワーシートのシートスライド機構用ウォームギアに用いた発明では、ウォームのスラスト軸受が軽量化され、かつスラスト軸受の摩耗量は少なく、これによって伝達効率は良好に維持され、振動や異音の発生は起こり難く、耐久性に優れた自動車用パワーシートのシートスライド機構用ウォームギアとなる利点がある。

また、芳香族ポリエーテルケトン樹脂としてポリエーテルエーテルケトン樹脂を採用すると、耐熱性、耐衝撃性、耐疲労性、自己潤滑特性、低吸水性、射出成形性といった優れた特性が充分に備わり、これによってウォームギアの伝達効率がより良好になり、振動や異音の発生が起こり難く、耐久性に優れたウォームギア用軸受装置が確実に得られる。ウォームギア用軸受装置にポリテトラフルオロエチレン樹脂を所定量配合した樹脂製スラスト滑り軸受を採用すれば、低摩擦係数に調製されたスラスト軸受によって振動や異音はより発生し難くなる。

また、この発明のウォームギア用軸受装置は、自動車用パワーシートのシート位置調節機構のウォームギア用軸受装置に適用されると、小型の電動モータのトルクが効率的に利用でき、このような装置の円滑な動作性が確保されかつ耐久性が高まるという利点がある。

第１実施形態の部品分解斜視図 自動車シートの位置調節機構の概略説明図 従来のウォームギア用軸受装置を示す斜視図

ここで、この発明に用いる芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする樹脂製スラスト滑り軸受の組成について説明する。
樹脂製スラスト滑り軸受に用いる芳香族ポリエーテルケトン樹脂は、ベンゼン環がエーテル基およびケトン基を介して直鎖状に連結した構造のポリマーであり、耐熱性にも優れた熱可塑性の合成樹脂としてよく知られたものであり、代表例としてポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）などを採用することができる。

その他の芳香族ポリエーテルケトン樹脂としては、エーテル結合とケトン結合を交互に配置した基本的な直鎖状構造を持つポリエーテルケトン樹脂(ＰＥＫ)があり、ポリエーテルケトンケトン樹脂(ＰＥＫＫ)やポリエーテルエーテルケトンケトン樹脂（ＰＥＥＫＫ）やポリエーテルケトンエーテルケトンケトン樹脂（ＰＥＫＥＫＫ）も挙げられる。

このような芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とするウォームのスラスト軸受には、ガラス繊維やカーボン繊維などの周知の繊維強化材を充填材として用いると耐摩耗特性が低下するため好ましくない。ウォームギアにおけるウォームのスラスト軸受では、芳香族ポリエーテルケトン樹脂製滑り軸受に配合されている周知の繊維強化材の使用は避ける方が良い。

この発明の実施形態を、以下に添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態は、自動車用パワーシートのシートスライド機構のウォームギアであり、そのウォームギア用軸受装置のウォーム１は、軸穴２ａが開けられたワッシャ形のスラスト滑り軸受２およびブッシュ形のラジアル滑り軸受（焼結含油軸受）３で支持され、スラスト滑り軸受２は芳香族ポリエーテルケトン樹脂であるＰＥＥＫを９５〜９９．９重量％を含有する樹脂製スラスト滑り軸受で形成されている。

ウォーム１とウォームホイール５は、直交状にねじ歯車部１ａ、５ａを噛み合わさるように配置され、ウォームホイール５とウォーム１のそれぞれの軸両端は、一組の対向する軸孔４ａ、６ａを有する軸孔付きプレート４、６で保持されている。

軸孔６ａには焼結含油軸受からなるブッシュ形のラジアル滑り軸受３が装着され、このラジアル滑り軸受３に隣接させてスラスト滑り軸受２が装着され、このようにしてウォーム１の軸両端はスラスト滑り軸受２およびラジアル滑り軸受３で支持されている。

ウォーム１の一端側にはモータの出力軸またはこれと接続されている回転ケーブル端部（図示せず。）が接続されて回転動力が入力される。
また、対向する一組の軸孔４ａに保持されるウォームホイール５の軸穴の内側には、ねじ溝５ｂが形成されスクリュー軸７と回転自在にねじ合わされている。これにより、モータの回転により回転ケーブルを介してウォーム１に連動してウォームホイール５が回転されると、ウォームホイール５のねじ溝５ｂとねじ合されているスクリュー軸７に回転運動が伝達される。

このスクリュー軸７に伝達された回転運動は、スクリュー軸７が自動車のフロアのロアレールに固定されていることにより、ウォームホイール５に対して直線運動に変換され、またモータ回転の正逆方向の切換えによってウォームホイール５の正逆回転が行なわれると、スクリュー軸７とフレームを介して一体の自動車用シートは直線方向に往復動して自動車用シートの位置を前後方向などに移動できる。

ウォーム１およびウォームホイール５は、通常、鉄系または銅系の金属製であるが、ウォームホイール５内部のねじ溝５ｂを樹脂で形成することによってスクリュー軸７との回転をより低いトルクとし、さらに軽量化することができる。

この場合、金属製のウォームホイール５の本体にねじ溝５ｂを有する筒状部品をインサート成形（射出成形）することで一体に複合成形することができる。ねじ溝５ｂを有する筒状部品は、ポリフェニレンサルファイド樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等で製造することが、強度、低トルク、軽量化の点で好ましい。

上記した第１実施形態のウォームギア用軸受装置は、図２に示すような自動車用パワーシートのシート位置調節機構の所定箇所に取り付けて適用され、小型の電動モータ（シートスライド部モータ１２、リクライニング部モータ１３、チルト部モータ１４、リフタ部モータ１５、ヘッドレスト部モータ１６、ランバーサポート部モータ１７）のトルクを効率よく動作装置に伝達する。

すなわち、この軸受装置は、ウォームギアに特有のウォーム１の軸方向に振れようとする力を、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする樹脂製スラスト滑り軸受２で受けるので、主成分の樹脂に特有の耐摩耗性および耐衝撃性などの優れた機械的特性によってスラスト滑り軸受２の摩耗量は少なくなり、軸受装置の耐久性は向上し、これによってウォームギアの振動や異音の発生を起こり難くし、耐久性に優れかつ軽量化されたスラスト軸受のウォームギア用軸受装置となる。
また、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とする樹脂製スラスト滑り軸受は、ウォームホイールにも使用できる。

［実施例1〜３］
表１に示す配合割合でベースレジンとしてポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）である軸受材料（ＮＴＮ精密樹脂社製：ベアリーＰＫ５０３０）、またはＰＥＥＫに添加剤としてポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を配合した軸受材料を用いて作製したすべり軸受（ワッシャ）を試験品として採用し、自動車用パワーシートにおけるシート位置調節機構のシートスライド用ウォームギアの使用状態を想定した台上試験（耐摩耗性試験）により、耐久試験条件として、２８０Ｎを負荷して３６００ｒｐｍで１３５０万回転させたときの摩耗量（ワッシャ状滑り軸受の軸方向の厚さ減少量）を調べた。

表１に示すように、その試験結果は、摩耗量２３〜２５μｍであり、この滑り軸受を用いた場合にウォームのアキシャル（軸）方向に隙間の発生がなく、ギアの回転効率に支障はなく、振動や異音の発生がないと認められた。

因みに、上記試験に用いたすべり軸受（ワッシャ）では、摩耗量（軸方向の厚さ減少量）が５０μｍを超えると、ウォームのアキシャル（軸）方向に形成された隙間により、ウォームからウォームホイールへの伝達効率が低下し、異音が発生することが確認されている。

また、自動車用パワーシートにおけるシート位置調節機構のシートスライド用ウォームギアの使用状態（図２参照）を比較すると、シートスライド部モータ１２に接続されるウォームが、リクライニング部モータ１３、チルト部モータ１４、リフタ部モータ１５、ヘッドレスト部モータ１６、ランバーサポート部モータ１７に接続されるウォームに比べて、最もよく使用され摩耗しやすいものである。

［比較例１、２］
表１に示す配合割合により、ベースレジンがポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）である軸受材料（ＮＴＮ精密樹脂社製：ベアリーＡＳ）、またはＰＰＳに添加剤としてＰＴＦＥを配合した軸受材料を用いて作製したすべり軸受（ワッシャ）を試験品として採用し、自動車用パワーシートにおけるシート位置調節機構のシートスライド用ウォームギアの使用状態を想定した台上試験と同じ条件で調べた。

表１に示すように、その試験結果は、摩耗量６４μｍ（比較例１）、６７μｍ（比較例２）であり、この滑り軸受を用いた場合にウォームのアキシャル（軸）方向に隙間があり、ウォームギアの伝達効率に支障があると認められた。

［比較例３］
ベースレジンがポリアミド６６樹脂（ナイロン６６）である軸受材料（ＮＴＮ精密樹脂社製：ベアリーＮＹ）をすべり軸受（ワッシャ）の試験品として採用し、自動車用パワーシートにおけるシート位置調節機構のシートスライド用ウォームギアの使用状態を想定した台上試験と同じ条件で調べた。

表１に示すように、その試験結果は、摩耗量１００μｍ以上であり、この滑り軸受を用いた場合にウォームのアキシャル（軸）方向に隙間があり、ウォームギアの伝達効率にも支障があると認められた。

１ ウォーム
１ａ、５ａ ねじ歯車部
５ｂ ねじ溝
２ スラスト滑り軸受
３ ラジアル滑り軸受
４、６ 軸孔付プレート
４ａ、６ａ 軸孔
５ ウォームホイール
７ スクリュー軸
１２ シートスライド部モータ
１３ リクライニング部モータ
１４ チルト部モータ
１５ リフタ部モータ
１６ ヘッドレスト部モータ
１７ ランバーサポート部モータ
２０ ウォーム用滑り軸受
２１ ウェーブワッシャ
２２ ウォーム
２３ ウォームホイール

Claims (5)

1. ウォームとウォームホイールが噛み合うウォームギアにおけるウォームの回転軸を、スラスト軸受およびラジアル軸受で支持するウォームギア用軸受装置において、
   前記ウォームの回転軸の両端部のそれぞれをスラスト軸受およびラジアル軸受で支持し、前記ウォームのスラスト軸受は、ウォームの回転軸の貫通する軸穴を形成したワッシャ形であって、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を９５〜９９．９重量％含有する樹脂製スラスト滑り軸受であることを特徴とするウォームギア用軸受装置。
2. 上記樹脂製スラスト滑り軸受が、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を９５〜９９．９重量％およびポリテトラフルオロエチレン樹脂０．１〜５重量％を必須成分とする樹脂製スラスト滑り軸受である請求項１に記載のウォームギア用軸受装置。
3. 上記樹脂製スラスト滑り軸受が、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を９５〜９９．９重量％含有する樹脂を押出し成形されたシート材を押抜き成形して得られる樹脂製スラスト滑り軸受である請求項１または２に記載のウォームギア用軸受装置。
4. 上記ウォームのラジアル軸受が、焼結含油軸受からなるラジアル滑り軸受である請求項１〜３のいずれかに記載のウォームギア用軸受装置。
5. 上記ウォームギアが、自動車用パワーシートにおけるシート位置調節機構のウォームギアである請求項１〜４のいずれかに記載のウォームギア用軸受装置。

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