JP2004082938A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリアミド樹脂への濡れ性を改善したグリースを用いることで、耐久性に優れ、高信頼性の電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動モータによる補助出力を、減速歯車機構を介して車両のステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車機構の従動歯車が、金属製芯管の外周に、樹脂組成物からなり外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体に設けてなり、かつ、少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に、ジエステル油、ポリオールエステル油、芳香族エステル油から選ばれる少なくとも１種を基油とするグリースを介在させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータによる補助出力を、減速歯車機構を介して車両のステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置に関し、特に金属製芯金の外周に、樹脂組成物からなり外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体に形成した従動歯車を備え、グリース潤滑される電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に組み込まれる電動パワーステアリング装置には、電動モータに比較的高回転、低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に減速機構が組み込まれている。減速機構としては、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、図３に示されるような、ウォーム１２と、ウォーム１２に噛み合うウォームホイール１１とから構成される電動パワーステアリング装置用減速ギア２０（以下、単に「減速ギア」ともいう）が使用されるのが一般的である。ここで、ウォーム１２は図２に示す電動モータ１００の回転軸に連結しており、駆動歯車に相当し、一方ウォームホイール１１は従動歯車に相当する。
【０００３】
このような減速ギア２０では、ウォームホイール１１とウォーム１２の両方を金属製にすると、ハンドル操作時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するという不具合を生じていた。そこで、ウォームホイール１１に、金属製の芯管１の外周に、樹脂製で外周面にギア歯１０を形成してなる樹脂部３を、接着剤８を用いるなどして一体化させたものを使用して騒音対策を行っている。
【０００４】
上記樹脂部３には、例えば、特公平６−６０６７４号公報に記載されているように、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のベース樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を配合した材料の他、強化材を含有しないＭＣ（モノマーキャスト）ナイロン、ポリアミド６、ポリアミド６６等が使用されている。中でも、寸法安定性やコストを考慮して、強化材を含有しないＭＣナイロン、ガラス繊維を含有したポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等が主流となっている。
【０００５】
また、減速ギア２０のウォーム１２は、図２に示すように、一対の玉軸受等の転がり軸受１１０で支持されて電動モータ１００と連結しており、ハウジング１２０の一対の転がり軸受１１０の間の空間には、通常、ウォーム１２とウォームホイール１１との両ギア歯間の潤滑のためにグリースが充填されている。更に、転がり軸受１１０に予圧をかけるとともに、タイヤ側からの微小なキックバック入力が入ってきたときに、ウォーム１２を軸方向に動かして電動モータ１００が回転しないようにし、ハンドル側にキックバックのみの情報を伝えるために、図示されるように、転がり軸受１１０のウォーム側にゴム製のダンパー１３０を取り付けているものも知られており、使用されるゴムとしては圧縮永久歪が小さいエチレンアクリルゴムに代表されるアクリルゴムが一般である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のグリースは、鉱油やポリα−オレフィン油を基油とするものが一般的である。しかし、鉱油やポリα−オレフィン油は、金属への濡れ性は良いものの、極性の大きいポリアミド樹脂への濡れ性は悪いという性質があり、そのため金属製のウォーム１２のギア歯と、ウォームホイール１１の樹脂部３に形成されたギア歯１０との間の潤滑状態は必ずしも十分とは言えない状況にある。
【０００７】
その結果、電動パワーステアリング装置には、長期間の運転の間に一時的な油切れが発生し、徐々にウォームホイール１１のギア歯１０の摩耗が進行してウォーム１２とウォームホイール１１との噛み合い部におけるバックラッシュ（ガタ）が大きくなる。それによって、ウォーム１２の円滑な作動が妨げられ、操舵感が悪化したり、異音（歯打ち音）が発生することもあった。更には、ウォームホイール１１のギア歯１０が変形したり、場合によっては破損して装置全体として機能しなくなることもあった。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ポリアミド樹脂への濡れ性を改善したグリースを用いることで、耐久性に優れ、高信頼性の電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の、電動モータによる補助出力を、減速歯車機構を介して車両のステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車機構の従動歯車が、金属製芯管の外周に、樹脂組成物からなり外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体に設けてなり、かつ、少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に、ジエステル油、ポリオールエステル油、芳香族エステル油から選ばれる少なくとも１種を基油とするグリースを介在させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置により達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
本発明において、電装パワーステアリング装置自体の構成には制限がなく、例えば図１に示す電動パワーステアリング装置を例示することができる。図示される電動パワーステアリング装置において、ステアリングコラム５０の出力軸６０側には、図２及び図３に示したような減速ギア２０をハウジング１２０に収容して構成されるギアボックスが配設されている。
【００１２】
また、ステアリングコラム５０は中空になっており、ステアリングシャフト７０が挿通され、ハウジング１２０に収納された転がり軸受９０、９１により回転自在に支承されている。また、ステアリングシャフト７０は中空軸であり、トーションバー８０を収容している。そして、ステアリングシャフト７０の外周面には、ウォームホイール１１が設けてあり、このウォームホイール１１にウォーム１２が噛合してある。また、これらウォームホイール１１とウォーム１２とからなる減速ギア２０には、図２に示したように、電動モータ１００が連結されている。
【００１３】
減速ギア２０は、図３に示したように、金属製の芯管１の外周に、ポリアミド樹脂組成物からなり、その外周端面にギア歯１０を形成した樹脂部３を一体化したウォームホイール１１と、金属製のウォーム１２とから構成される。尚、ウォームホイール１１において、金属製芯管１と樹脂部３とを接着剤８により接着してもよく、接着剤８として例えばシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤またはトリアジンチオール化合物を用いることができる。
【００１４】
樹脂部３を形成するポリアミド樹脂としては、吸水性や耐疲労性の観点から、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１２、ポリアミド１１、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６Ｉ６Ｔ、変性ポリアミド６Ｔ等が好適に挙げられるが、中でもポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６が耐疲労性に優れ好ましい。また、これらポリアミド樹脂は、ポリアミド樹脂と相溶性を有する他の樹脂と混合してもよい。例えば、無水マレイン酸等の酸で変性したポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−α−オレフィンコポリマー、プロピレン−α−オレフィンコポリマー等）が挙げられる。
【００１５】
これらポリアミド樹脂、またはポリアミド樹脂と他の樹脂との混合樹脂は、樹脂単独でも一定以上の耐久性を示し、ウォームホイール１１の相手材である金属製のウォーム１２の摩耗に対して有利に働き、減速ギアとして十分に機能する。しかしながら、より過酷な使用条件で使用されると、ギア歯１０が破損や摩耗することも想定されるため、信頼性をより高めるために、強化材を配合することが好ましい。
【００１６】
補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等が好ましく、上記に挙げたポリアミド樹脂との接着性を考慮してシランカプッリング剤で表面処理したものが更に好ましい。また、これらの補強材は複数種を組み合わせて使用することができる。衝撃強度を考慮すると、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維状物を配合することが好ましく、更にウォ−ム１２の損傷を考慮するとウィスカー状物を繊維状物と組み合わせて配合することが好ましい。混合使用する場合の混合比は、繊維状物及びウィスカー状物の種類により異なり、衝撃強度やウォーム１２の損傷等を考慮して適宜選択される。これらの補強材は、全体の５〜４０重量％、特に１０〜３０重量％の割合で配合することが好ましい。補強材の配合量が５重量％未満の場合には、機械的強度の改善が少なく好ましくない。補強材の配合量が４０重量％を超える場合には、ウォーム１２を損傷し易くなり、ウォーム１２の摩耗が促進されて減速ギアとしての耐久性が不足する可能性があり好ましくない。
【００１７】
更に、ポリアミド樹脂組成物には、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するために、ヨウ化物系熱安定化剤やアミン系酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加されていてもよい。
【００１８】
上記の如く概略構成される電動パワーステアリング装置では更に、従来と同様に、ハウジング１２０の一対の転がり軸受１１０の間の空間に、ウォーム１２とウォームホイール１１との両ギア歯間の潤滑のためのグリースが充填される（図２参照）。本発明では、このグリースとして、ジエステル油、ポリオールエステル油、芳香族エステル油から選ばれる少なくとも１種を基油とするものを用いる。
【００１９】
ジエステル油としては、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジイソブチルアジペート（ＤＩＢＡ）、ジブチルアジペート（ＤＢＡ）、ジオクチルアゼレート（ＤＯＺ）、ジブチルセバケート（ＤＢＳ）、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等を挙げることができる。ポリオールエステル油としては、Ｃ_４〜Ｃ_１８のアルキル鎖が誘導されたペンタエリスリトールエステル油、同ジペンタエリスリトールエステル油、同トリペンタエリスリトール油、ネオペンチル型ジオールエステル油、トリメチロールプロパンエステル油等を挙げることができる。芳香族エステル油としては、トリオクチルトリメリテート（ＴＯＴＭ）、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等を挙げることができる。
【００２０】
また、基油には、上記エステル油の一部に代えて、比較的極性が低い鉱油、ポリα−オレフィン油、アルキルポリフェニルエーテル等を混入してもよい。混入量としては基油全量の３０重量％以下が好ましく、３０重量％を超える場合には基油全体としての極性が低下し過ぎて極性の高いポリアミド樹脂への濡れ性が悪くなる。
【００２１】
尚、基油の動粘度は、４０〜２００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）が適当である。
【００２２】
増ちょう剤は、上記の基油とともにグリースを形成し得るものであれば制限されることはなく、例えばアミンとイソシアネートとからなるウレア化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、バリウム石けん、バリウムコンプレックス石けん等の金属石けんを用いることができる。中でも、ポリアミドに構造が類似しているウレア化合物は、ポリアミド樹脂への吸着性に優れるため好ましい。また、増ちょう剤の配合量も上記基油とともにグリースを形成し得る限り制限されるものではないが、グリース全量の１０〜２０重量％が適当である。
【００２３】
グリースは上記の如く構成されるが、必要に応じて種々の添加剤を添加することもできる。例えば、アミン系やフェノール系等の酸化防止剤、カルシウムスルホネート等の防錆剤、ジチオカルバミン酸モリブデン等の極圧添加剤、モンタン酸エステルワックス、モンタン酸エステル部分けん化ワックス、オレイン酸等の油性向上剤等を添加することができる。
【００２４】
尚、本発明の電動パワーステアリング装置では、減速ギア２０として、上記したウォームホイール１１及びウォーム１２以外にも、図４に示す平歯車、図５に示すはすば歯車、図６に示すかさ歯車、図７に示すハイポイドギア等が可能であり、何れもウォームホイール１１を、金属製芯管１の外周に、ポリアミド樹脂組成物からなり、その外周面にギヤ歯１０が形成された樹脂部３を、接着剤８を用いるなどして一体化して構成する。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２６】
（実施例１〜３、比較例１）
〔試験グリースの調製〕
表１に配合にて試験グリースを調製した。尚、何れの試験グリースも、ちょう度がＮＬＧＩ　Ｎｏ．２となるように調製した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
・基油Ｉ：ペンタエリスリトールテトラオレエート（ヘンケル白水（株）製「ＥＭＥＲＹ２８９８」）
・基油ＩＩ：ジ−２−エチルヘキシルセバケート（大八化学工業（株）製ＤＯＳ）・基油ＩＩＩ：ポリα−オレフィン油（モービル・ケミカル・プロダクツ・インターナショナル・インク製「Ｍｏｂｉｌ　ＳＨＦ８２」）
・酸化防止剤：４，４´−ジオクチルジフェニルアミン（精工化学（株）製「ノンフレックスＯＤ−ＲＨ」）
・防錆剤：中性カルシウムスルホネート（（株）松村石油研究所製「モレスコアンバーＳＣ４５Ｎ（鉱油含有量５４％）」）
【００２９】
〔基油の濡れ性の測定〕
ガラス繊維を３０重量％含有するポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」、銅系添加剤含有）を射出成形機により直径３０ｍｍの円板状試験片を成形し、その表面に上記の基油Ｉ、基油ＩＩ、基油ＩＩＩを１滴たらして動的接触角を測定した。測定は、ＧＢＸ社製「ＤＩＧＩＤＲＯＰ」を用いて室温で行った。３秒後の接触角を表２に示す。
【００３０】
〔ウォームホイール試験体の作製〕
クロスローレット加工を施し、脱脂した外径４５ｍｍ、幅１３ｍｍのＳ４５Ｃ製の芯管を、スプルー及びディスクゲートを装着した金型に配置し、ガラス繊維を３０重量％含有するポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」、銅系添加剤含有）を射出成形して外径６０ｍｍ、幅１３ｍｍのウォームホイールブランク材とし、次いで樹脂部の外周を切削加工してギア歯を形成して図３に示すウォームホイール試験体を作製した。
【００３１】
〔耐久性の評価〕
作製したウォームホイール試験体を実際の電動パワーステアリング装置の減速ギアに組み込み、更に上記で調製した試験グリースをウォームホイールのギア歯表面及びウォームのギア歯表面に満遍なく塗布し、雰囲気温度８０℃に維持して操舵を行い、１万回毎にギア歯の摩耗量を測定した。試験前に比べて摩耗量が４０μｍ以下を合格とした。結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
表２に示すように、エステル系の基油は接触角が小さく、ポリアミド樹脂への濡れ性に優れることがわかる。また、耐久性の評価結果からは、基油がポリα−オレフィン油である比較例１の試験グリースでは、２万回操舵で摩耗量が４０μｍを超えており、耐久性が十分ではない。これに対し、エステル系の基油を用いた実施例１〜３の試験グリースでは、１０万回操舵後も摩耗量４０μｍ以下であり、耐久性の向上に効果があることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ジエステル油、ポリオールエステル油、芳香族エステル油から選ばれる少なくとも１種を基油とするグリースを用いることにより、ウォームホイールのポリアミド樹脂製のギア歯へのグリースの濡れ性が高まり、歯車間の潤滑性が向上して、より耐久性に優れる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パワーステアリング装置の一例を示す一部断面構成図である。
【図２】図１のＡＡ断面図であり、電動モータと減速ギアとの連結部周辺を示す概略構成図である。
【図３】減速ギアの一例（円筒ウォームギア）を示す斜視図である。
【図４】減速ギアの他の例（平歯車）を示す斜視図である。
【図５】減速ギアの更に他の例（はすば歯車）を示す斜視図である。
【図６】減速ギアの更に他の例（かさ歯車）を示す斜視図である。
【図７】減速ギアの更に他の例（ハイボイドギア）を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　芯管
３　樹脂部
４　スプルー
５　ディスクゲート
８　接着層
１０　ギア歯
１１　ウォームホイール
１２　ウォーム
２０　減速ギア
５０　ステリングコラム
７０　ステアリングシャフト
８０　トーションバー
９０　軸受
９１　軸受
１００　電動モータ
１１０　転がり軸受
１２０　ハウジング
１３０　ダンパー

Claims (3)

1. 電動モータによる補助出力を、減速歯車機構を介して車両のステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置であって、
   前記減速歯車機構の従動歯車が、金属製芯管の外周に、樹脂組成物からなり外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体に設けてなり、かつ、
   少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に、ジエステル油、ポリオールエステル油、芳香族エステル油から選ばれる少なくとも１種を基油とするグリースを介在させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記樹脂部を構成する樹脂がポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記従動歯車及び駆動歯車が、円筒ウォームギア、はすば歯車、平歯車、かさ歯車またはハイポイドギアであることを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。

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