JP2004338481A - 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ことを目的とする。
【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ように構成し、前記減速歯車機構の従動歯車の外周面に、樹脂製ギア歯を有する電動パワーステアリング装置を前提とする。そして、少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に介在するグリースの基油が、ポリα―オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものから構成する。
【選択図】 図３

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１１と、ウォーム１１に噛み合う駆動歯車（駆動軸）に相当するウォームホイール１２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（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。
【０００３】
このような減速ギアでは、ウォームホイール１２とウォーム１１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１２に、金属製の芯管２１の外周に、樹脂製で外周面にギア歯２２を形成してなる樹脂部２３を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２３には、例えば、特公平６−６０６７４号公報に示されるように、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）などのベース樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維などの強化剤を含有しないＭＣナイロン（モノマーキャストナイロン）、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、減速ギアのウォーム１１は、図２に示すように、一対の玉軸受等の転がり軸受１４，１４で支持されて電動モータ８と連結しており、ハウジングの一対の転がり軸受１４，１４の間の空間には、通常、ウォーム１１とウォームホイール１２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。さらに、転がり軸受１４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１１を軸方向に動かして電動モータ８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１４のウォーム１１側にゴム製のダンパー１５を取り付けているものが知られており、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１１の歯部分と、ウォームホイール１２の樹脂部２２に形成された歯部分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１２のギア歯２２の摩耗が進行してウォーム１１とウォームホイール１２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１１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１２のギア歯２２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】
本発明の上記目的は、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ように構成し、前記減速歯車機構の従動歯車の外周面に、樹脂製ギア歯を有する電動パワーステアリング装置において、少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に介在するグリースの基油が、ポリα―オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものからなることにより、達成される。
【００１０】
また、上記目的は、前記グリースの基油を、ポリα−オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものから構成し、前記アルキルジフェニルエーテル油の混入量を、基油全量に対して５〜８０重量％にしたことにより、効果的に達成される。
【００１１】
また、上記目的は、前記樹脂製ギア歯を構成する樹脂成分を、ポリアミド樹脂から構成することにより、効果的に達成される。
【００１２】
さらに、上記目的は、前記従動歯車と駆動歯車は、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により、効果的に達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
本発明において、電動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、ステアリングシャフト１は、２つのユニバーサルジョイント２，２を介してステアリングギア部３に連結されている。このステアリングギア部３では、ピニオン軸４とラック軸５との噛合により、ステアリングシャフト１の回転運動をタイロッド６の直線往復運動に変換するようになっている。
【００１５】
また、ステアリングシャフト１は、ステアリングコラム７によって回転自在に支持されていて、該ステアリングコラム７には、電動モータ８によってステアリングシャフト１の操舵補助を行う操舵補助装置９が配されている。この操舵補助装置９は、図２に示すように、電動モータ８の駆動軸１０に取り付けられたウォーム１１と、該ウォーム１１に噛合するウォームホイール１２とからなる減速機構１３を備えている。なお、１４は、駆動軸１０を支持する玉軸受であり、１５は、ゴム製ダンパーである。
【００１６】
すなわち、減速機構１３は、図３に示すように、金属製芯管２１の外周端面にギア歯２２を形成した樹脂部２３を一体化したウォームホイール１２と、金属製のウォーム１１とから構成される。なお、ウォームホイール１２において、金属製芯管２１と樹脂部２３とを接着剤２４により接着してもよく、接着剤２４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。
【００１７】
また、樹脂部２３を形成するベース樹脂は、耐久性を考慮すると、ポリアミド６、ポリアミド６６およびポリアミド４６等のポリアミド樹脂で構成するのが最も好ましい。これらのベース樹脂は、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１２の相手材である金属製のウォーム１１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。
【００１８】
なお、より過酷な使用条件で使用されると、ギア歯２２が破損や摩耗することも想定されるため、信頼性を高めるために、強化材を配合することが好ましい。
【００１９】
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、ホウ酸アルミニウムウィスカ等が好ましく、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ップ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。
【００２０】
また、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、更にウォーム１１の損傷を考慮すると、ウィスカ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状物の種類により異なり、衝撃強度やウォーム１１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。一方、補強材の配合量が４０重量％を超える場合には、ウォーム１１を損傷し易くなり、ウォーム１１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。
【００２１】
そして、樹脂製のウォームホイール１２の歯部分と金属製のウォーム１１の歯部分との間には、グリースが充填され、両者間の噛合部の潤滑状態を良好に保つようになっている。
【００２２】
このグリースは、増ちょう剤と基油とを主成分とした構成である。基油は、樹脂に対する濡れ性の改善を目的とし、ポリα−オレフィンとアルキルジフェニルエーテルを混合したものである。一方、増ちょう剤は、アミンとイソシアネートからなるウレア化合物、Ｌｉ石鹸、Ｌｉコンプレックス石鹸、Ｂａ石鹸、Ｂａコンプレックス石鹸等である。この中で、ポリアミドに構造が類似のウレア結合を有するウレア化合物が、ポリアミド樹脂への吸着性に優れ、特に好ましい。
【００２３】
ここで、アルキルジフェニルエーテルは、そのアルキル基の炭素数は、合計で８〜２０が好ましく、１２〜１４のものが特に好適である。炭素数が８未満であると、低粘度であり、耐熱性も低く好ましくない。一方、炭素数が２０を超えると、粘度が高すぎるとともに、製造コストの上昇を招いて実用性が低下する。また、アルキルジフェニルエーテル油の混入量は、基油全量に対して５〜８０重量％の範囲が好ましく、更に好ましくは１０〜６０重量％の範囲である。
【００２４】
また、添加量が５重量％未満の範囲にある場合、濡れ性の改善効果が十分に得られないとともに、添加量が８０重量％を超える範囲にある場合、濡れ性の改善に大きな効果が得られなく、単にコストの上昇を招くだけであって好ましくない。
【００２５】
さらに、このグリースには、濡れ性の改善に悪影響を及ぼさない範囲で、添加剤を加えることも可能である。例えば、アミン系やフェノール系等の酸化防止剤、Ｃａスルホネート等の防錆剤、ＭｏＤＴＣ等の極圧添加剤等である。
【００２６】
【実施例】
以下に、実施例およ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。
【００２７】
（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。なお、何れの試験グリースも、ちょう度がＮｏ．２になるように調製した。
【００２８】
【表１】

基油１：アルキルジフェニルエーテル（（株）松村石油研究所製モレスコアイルーブＬＢ−１００及びＬＢ−１０の混合品）
基油２：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％））
〔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、射出成形機を用いて、ＰＡ６６ＧＦ３０％からなる成形材料を充填して、外径６０ｍｍ、幅１３ｍｍのウォームホイールブランク材とした後、樹脂部の外周を切削加工して、ギア歯を形成してウォームホイール試験体を製作した。
【００２９】
〔耐久性の評価〕
実施例１〜３と比較例のグリースを図１に示す電動パワーステアリング装置の内部空間（実際は、ウォームホイールの樹脂部の外周面表面、ウォーム表面には満遍なく塗布）に充填して、耐久性を評価した。雰囲気温度を８０℃にコントロールして、１０万回の操舵を行い、ウォームホイールの摩耗が初期に対して４０μｍ以下を合格とした。１万回ごとに摩耗は測定した。その結果は、表２に示される。
【００３０】
【表２】

ポリα−オレフィンとアルキルジフェニルエーテルの混合油を基油としたグリースを用いた実施例１〜３は、１０万回操舵後も摩耗が少なく、問題なく作動した。
【００３１】
これに対して、ポリα−オレフィン油単独を基油として使用したグリースを用いた場合の比較例では、徐々に摩耗が進行し、２万回で摩耗量が４０μｍをオーバーした。
【００３２】
なお、上記実施例では、円筒ウォームギアであるウォームホイールについて説明したが、ウィームホイールとして、平歯車、はすば歯車、かさ歯車、ハイポイドギアなどを用いた場合でも上記実施例と同様の作用および効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、ポリα−オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油を混合したものを基油としたグリースを、減速歯車機構を構成する従動歯車と駆動歯車との間、すなわち金属製ウォームの歯部分と、樹脂製ウォームホイールのギア歯との間に充填することで、ポリアミド樹脂への付着性、歯車間での潤滑性が向上し、より長寿命で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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置のステアリングコラム系を示す概略構成図である。
【図２】電動モータの減速機構を示す一部切欠断面図である。
【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（ハイポイドギア）を示す斜視図である。
【符号の説明】
８ 電動モータ
１１ ウォーム
１２ ウォームホイール
２１ 芯管
２２ ギア歯
２３ 樹脂部

Claims (4)

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ように構成し、前記減速歯車機構の従動歯車の外周面に、樹脂製ギア歯を有する電動パワーステアリング装置において、
   少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に介在するグリースの基油が、ポリα―オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記グリースの基油を、ポリα−オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものから構成し、前記アルキルジフェニルエーテル油の混入量を、基油全量に対して５〜８０重量％にした請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記樹脂製ギア歯を構成する樹脂成分は、ポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記従動歯車と駆動歯車は、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ないし３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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