JP2009280161A - 電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構及び転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】減速ギヤ機構の摺動音を低減することができ、静音性を向上することができる電動パワーステアリング用減速ギヤ機構、及び軸受の潤滑状態を良好に維持することができ、信頼性が高く、軸受寿命を向上することができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】減速ギヤ機構３０のギヤ３１の樹脂部３１ｂを、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成する。また、転がり軸受１１０，１２０の保持器１１４，１２４を、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成する。
【選択図】図３
【解決手段】減速ギヤ機構３０のギヤ３１の樹脂部３１ｂを、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成する。また、転がり軸受１１０，１２０の保持器１１４，１２４を、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成する。
【選択図】図３
Description
本発明は、電動モータの出力をステアリングシャフトに減速して伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構に関し、また、回転軸を支承し、且つ合成樹脂製の保持器を有する外輪案内の転がり軸受に関する。
自動車等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速回転、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ギヤ機構が組み込まれている。この減速ギヤ機構としては、平歯車やその他の歯車を使用したものも知られているが、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、ウォームとウォームに噛み合うウォームホイールとから構成される減速ギヤ機構を使用するのが一般的である。ここで、ウォームは電動モータの回転軸に連結される駆動ギヤであり、ウォームホイールは従動ギヤである。
このような減速ギヤ機構では、ウォームホイールとウォームの両方を金属製にすると、ステアリングホイールの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ることから、従来においては、ウォームを金属製とした場合は、ウォームホイールとして、金属製の芯管の外周部にギヤ歯を有する樹脂部を一体に成形したものを使用することで騒音対策を行っている。
上記樹脂部の樹脂組成物としては、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繊維強化材を配合した材料や、繊維強化材を含有しないＭＣ（モノマーキャスト）ナイロン（登録商標）、ポリアミド６、ポリアミド６６等の材料が提案されている。しかし、近年では、耐疲労性、寸法安定性やコストを考慮して、繊維強化材を含有しないＭＣナイロン（登録商標）や、繊維強化材としてガラス繊維を含有するポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等が主流になっている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、小型高出力な自動車に搭載するために、電動パワーステアリング装置がコンパクトになってきており、それに伴い減速ギヤ機構のギヤ比を大きくする必要が出てきている。その結果、ウォームホイールのギヤ歯とウォームのギヤ歯との間の接触面圧が増大し、その接触部分で発生する摺動音が問題になりつつある。
このような摺動音の低減対策として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリアミドなどの合成樹脂に強化繊維材を含有させたものをエラストマー変性して弾性率を下げた樹脂組成物を用いてウォームホイールを作製する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、従来、一般的に工作機械の主軸を支承する転がり軸受には、円筒ころ軸受やアンギュラ玉軸受等が使用される。これらの転がり軸受の保持器としては、綿布補強のフェノール樹脂を切削加工した保持器や、ガラス繊維や炭素繊維で強化された６６ナイロン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂等を材料とする、所謂、合成樹脂製保持器が使用される。
合成樹脂製保持器は、軽量なので回転時の遠心力が小さく、さらに自己潤滑性を有するので、高速回転に有利である。これらの合成樹脂製保持器を使用した高速回転用転がり軸受にあっては、通常、保持器が軸受外輪によって案内される外輪案内形式が採用される。また、これらの転がり軸受の潤滑方法としては、グリース潤滑、オイルエア潤滑、ジェット潤滑等が、使用条件やコストによって適宜採用されるが、一般的には、低コストでメンテナンスも容易なことから、グリース潤滑が利用されることが多い。
しかしながら、上記特許文献２では、エラストマー変性された合成樹脂強化材は、エラストマー変性したことで弾性率は低下したものの、引張強度，曲げ強度，疲労強度等の強度も低下するため、樹脂製のギヤ歯部分に連続して圧縮・引張・曲げ応力が作用する電動パワーステアリング装置用減速ギヤの信頼性を低下させる問題があった。
また、強化繊維材として、一般的な鉄鋼材料より硬質なガラス繊維や炭素繊維を使用しているため、ウォームホイールに噛合する鉄製のウォームのギヤ歯面に生じる摩耗量が大きくなり、それによって更に摺動音が大きくなることが懸念される。また、この摩耗を抑制するために、金属製のウォームのギヤ歯面に硬質化処理等を施すことも行われているが、コストアップにつながる。
さらに、合成樹脂に含有している強化繊維材が剛直で減衰特性が低いために、合成樹脂強化材全体としても、摺動音の低減効果は十分なものではなかった。
また、近年、工作機械では、切削能力を向上させて加工時間を短縮する方向にあり、それに伴い主軸の回転数を高速化する傾向が顕著である。そのため、高速回転する主軸を支承する転がり軸受に供給する潤滑油量も微量（必要最小限の量）となる傾向にある。
しかしながら、グリース潤滑のように、回転中に外部から軸受内部に潤滑油が供給されない場合には、時間の経過とともに潤滑油が一時的又は継続的に不足して、潤滑油膜が途切れがちになってしまう。このような厳しい潤滑条件では、十分な潤滑状態を維持することが困難である。そのため、保持器と転動体及び内外輪との摺動部が発熱して高温になり、場合によって焼き付く可能性があった。
このような問題は、外輪案内面と保持器との摺動部や、保持器と転動体との摺動部において生じることが多い。そして、この摺動によって、合成樹脂製保持器の摩耗が進展すると、徐々に表面にガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維材が露出してしまい、その露出した強化繊維材によって、相手方の外輪案内面の摩耗が進むことが想定され、転がり軸受に不具合が発生する可能性があった。
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、減速ギヤ機構の摺動音を低減することができ、静音性を向上することができる電動パワーステアリング用減速ギヤ機構、及び潤滑状態を良好に維持することができ、信頼性が高く、軸受寿命を向上することができる転がり軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）電動モータの出力をステアリングシャフトに減速して伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構であって、少なくともギヤ歯が樹脂部で形成されたギヤを備え、樹脂部は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（２）ギヤは、芯管の外周部に樹脂部が一体に形成されることを特徴とする（１）に記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（３）有機繊維材が、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサザール（ＰＢＯ）繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（４）有機繊維材が、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びビスマレイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つのサイジング剤で処理されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（５）ギヤが、ウォームホイール、はすば歯車、平歯車、かさ歯車、及びハイポイドギヤのいずれかであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（６）回転軸を支承し、且つ合成樹脂製の保持器を有する外輪案内形式の転がり軸受であって、保持器は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されることを特徴とする転がり軸受。
（１）電動モータの出力をステアリングシャフトに減速して伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構であって、少なくともギヤ歯が樹脂部で形成されたギヤを備え、樹脂部は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（２）ギヤは、芯管の外周部に樹脂部が一体に形成されることを特徴とする（１）に記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（３）有機繊維材が、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサザール（ＰＢＯ）繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（４）有機繊維材が、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びビスマレイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つのサイジング剤で処理されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（５）ギヤが、ウォームホイール、はすば歯車、平歯車、かさ歯車、及びハイポイドギヤのいずれかであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
（６）回転軸を支承し、且つ合成樹脂製の保持器を有する外輪案内形式の転がり軸受であって、保持器は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されることを特徴とする転がり軸受。
本発明の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構によれば、少なくともギヤ歯が樹脂部で形成されたギヤを備え、樹脂部は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されるため、金属材料に対して傷付性がなく、且つ柔軟性を有するギヤを得ることができる。これにより、減速ギヤ機構の摺動音を低減することができ、静音性を向上することができる。
本発明の転がり軸受によれば、保持器は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されるため、金属材料に対して傷付性がなく、且つ柔軟性を有する保持器を得ることができる。これにより、例え、保持器から強化繊維材が露出したとしても、保持器による外輪案内面の摩耗を防止することができるので、軸受の潤滑状態を良好に維持することができ、信頼性が高く、軸受寿命を向上することができる。
以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第１実施形態について説明する。
まず、図１〜図３を参照して、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置１０は、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとで構成される舵輪軸（ステアリングシャフト）１１を備えており、この舵輪軸１１は、舵輪軸ハウジング１２の内部に軸芯回りに回転可能に支持される。舵輪軸ハウジング１２は、車室内部の所定位置に、その下部を前方に向けて傾斜した状態に固定される。
また、上部舵輪軸１１ａの上端には、不図示の舵輪が固定されている。さらに、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとは、不図示のトーションバーにより結合されており、舵輪から上部舵輪軸１１ａを経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される操蛇トルクがトーションバーに検出され、検出された操蛇トルクに基づいて減速装置２０の電動モータ１３の出力が制御される。
舵輪軸１１の下端には、継手１４，１５を介してラック・ピニオン式運動変換機構１６が取り付けられる。このラック・ピニオン式運動変換機構１６は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内に略水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸１７と、ラック軸１７の軸芯に対して斜めに支持されてラック軸１７の歯部に噛合する歯部を有するピニオンを含むピニオン軸１８と、ラック軸１７とピニオン軸１８を支承する筒状のラック軸ケース１９と、を備える。
図２に示すように、減速装置２０内には、本実施形態の減速ギヤ機構３０が組み込まれている。この減速ギヤ機構３０は、ギヤであるウォームホイール３１と、ウォームホイール３１が噛合するウォーム３２と、を備え、ギヤケース３３に収納される。
また、ウォーム３２の両端部には、ウォーム軸３２ａ，３２ｂが一体に形成されており、ウォーム軸３２ａ，３２ｂは、軸受部３４ａ，３４ｂを介して回転可能に支持され、ウォーム軸３２ｂは、電動モータ１３の駆動軸１３ａにスプライン或いはセレーション結合される。そして、ウォームホイール３１の芯管３１ａが下部舵輪軸１１ｂに結合され、電動モータ１３の回転力がウォーム３２及びウォームホイール３１を経て下部舵輪軸１１ｂに減速されて伝達される。
ウォームホイール３１は、図３に示すように、金属製の芯管３１ａの外周部に後述する樹脂組成物からなる樹脂部３１ｂが射出成形等により一体に形成される。また、樹脂部３１ｂの外周面にはギヤ歯３１ｃが形成される。また、本実施形態では、ウォーム３２の材質は特に限定されず、例えば、金属製とすることができる。
そして、本実施形態では、樹脂部３１ｂは、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材、例えば、表１に示すパラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサザール繊維等の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成される。
パラ系アラミド繊維としては、具体的には、ポリパラフェニレンテレフタラミドと、それに第３成分としてジアミンを共重合させて延伸性等を改善したコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミドがある。ポリアリレート繊維は、二価フェノールと芳香族ジカルボン酸との重縮合物である全芳香族ポリエステル繊維のことである。ＰＢＯ繊維は、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール（又はポリパラフェニレンベンゾビスオキサザール）繊維のことである。
引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材としては、表１に示すパラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサザール繊維以外に、超高分子量ポリエチレン繊維やＰＡＮ系炭素繊維がある。但し、超高分子量ポリエチレン繊維は、融点が１４０℃程度であるため、使用時に軟化する可能性がある。また、ＰＡＮ系炭素繊維は、繊維自体が剛直であるため、鉄系の相手材を傷付ける可能性があり、また、減衰特性も劣るため、適用は好ましくない。さらに、メタ系アラミド繊維は、強度不十分のため、適用に好ましくない。
これに対して、表１に示すパラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサザール繊維は、高強度でありながら柔軟性を有し、繊維自体の減衰特性に優れるため、これを有機繊維材としてベース樹脂に含有させることで、合成樹脂強化材全体の減衰特性を格段に向上させることができ、摺動音の低減が可能となる。
また、本実施形態では、表１に示すパラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサザール繊維は、ベース樹脂との接着性を向上させるために、繊維表面にウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つのサイジング剤で処理されている。
また、有機繊維材の繊維径は、平均直径で６〜２１μｍが好ましく、より好ましくは８〜１５μｍである。有機繊維材の平均直径が６μｍ未満の場合は、繊維径が細すぎて一本あたりの強度が低くなり、安定した製造が難しく実用性が低い。一方、有機繊維材の平均直径が２１μｍを越える場合は、繊維一本あたりの強度は増加するものの、繊維が太く、また、本数が少なくなるため、樹脂部３１ｂのギヤ歯３１ｃの均一な樹脂強化が困難になり、好ましくない。
有機繊維材の長さは、樹脂部３１ｂのギヤ歯３１ｃ内でできるだけ長い状態で存在することが強度の面では好適である。その点では、樹脂部３１ｂの射出成形に用いるペレットは、有機繊維材の１〜３ｍｍ程度の短繊維（チョップドストランド）がランダムに分散した短繊維ペレット（ペレット長：約３ｍｍ）に比べて、有機繊維材がペレットに対して平行に配向している長繊維ペレット（ペレット長が７〜１１ｍｍ）を用いた方が、射出成形によって得られる樹脂部３１ｂのギヤ歯３１ｃ内において、有機繊維材をより長い状態で存在させることが可能であり、強度が高く好適であると共に、製造コストを削減可能である。
なお、表１に示す有機繊維材の一部に、鉄系材料への傷付性がなく強度が低いものの耐熱性に優れる高耐熱性有機繊維材を混在させてもよい。具体的には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維やポリイミド（ＰＩ）繊維等である。
樹脂部３１ｂを形成する樹脂組成物中の有機繊維材の含有量は、樹脂組成物全体の１０重量％以上４０重量％以下、より好ましくは１５重量％以上３０重量％以下である。有機繊維材の含有量が１０重量％未満であると、機械的強度の向上があまり得られず、樹脂ギヤとしての実用性が低い。一方、有機繊維材の含有量が４０重量％を超えると、溶融成形時の樹脂組成物の流動性を充分に確保することが困難となり、射出成形等で成形する場合、生産性等に影響を及ぼし、好ましくない。
また、樹脂部３１ｂを形成する樹脂組成物のベース樹脂としては、一定以上の耐熱性を有する熱可塑性樹脂を使用することができる。また、ギヤ歯３１ｃとして要求される耐疲労性を満足するために、結晶性樹脂が好適であり、具体的には、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等である。
ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等の耐疲労性に優れる分子構造中にアミド結合を多く含有する脂肪族ポリアミド樹脂の他、吸水による寸法変化を抑えることを優先する場合は、より低吸水な芳香族ポリアミド樹脂、或いは分子構造中にアミド結合が少ない脂肪族ポリアミド、いわゆるハイナイロンを使用するとより好適である。ハイナイロンとしては、融点が２００℃のポリアミド６１０、ポリアミド６１２等を好適に使用することができる。芳香族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６Ｔ／６Ｉ等の変性ポリアミド６Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド９Ｔ、ポリアミド４Ｔ等を使用することができる。
なお、表１に示す有機繊維材の他に、樹脂の熱劣化等を防止する添加剤を別途添加してもよい。添加剤としては、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ヨウ化銅−ヨウ化カリウム系熱安定剤等を例示できる。これらの中で、アミン系酸化防止剤、ヨウ化銅−ヨウ化カリウム系熱安定剤は、耐熱性の向上効果が大きく、より好適である。
また、芯管３１ａと樹脂部３１ｂとの密着性の向上と芯管３１ａの境界部の滑り抜け防止を目的として、芯管３１ａの外周面には、予めショットブラストやローレット加工等を施しておいてもよい。この場合、特にローレット加工が好ましく、ローレット加工のＶ字状溝の深さは０．２〜０．８ｍｍ、特に０．３〜０．７ｍｍが適当である。
以上説明したように、本実施形態の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構３０によれば、ウォームホイール３１の樹脂部３１ｂは、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されるため、金属材料に対して傷付性がなく、且つ柔軟性を有するウォームホイール３１を得ることができる。これにより、減速ギヤ機構３０の摺動音を低減することができ、静音性を向上することができる。また、ガラス繊維より低密度な有機繊維材を使用しているので、ウォームホイール３１の軽量化を図ることができる。さらに、金属製のウォーム３２よりも柔軟な有機繊維材を使用しているので、ウォーム３２の硬質化処理を省略することができ、製造コストを削減することができる。
（第２実施形態）
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第２実施形態として、図４に示すように、減速ギヤ機構は、平歯車を使用した減速ギヤ機構４０であってもよい。この減速ギヤ機構４０は、ギヤである第１平歯車４１と、第１平歯車４１が噛合する第２平歯車４２と、を備える。第１平歯車４１は、金属製の芯管４１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部４１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部４１ｂの外周面にギヤ歯４１ｃが形成される。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第２実施形態として、図４に示すように、減速ギヤ機構は、平歯車を使用した減速ギヤ機構４０であってもよい。この減速ギヤ機構４０は、ギヤである第１平歯車４１と、第１平歯車４１が噛合する第２平歯車４２と、を備える。第１平歯車４１は、金属製の芯管４１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部４１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部４１ｂの外周面にギヤ歯４１ｃが形成される。
（第３実施形態）
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第３実施形態として、図５に示すように、減速ギヤ機構は、はすば歯車を使用した減速ギヤ機構５０であってもよい。この減速ギヤ機構５０は、ギヤである第１はすば歯車５１と、第１はすば歯車５１が噛合する第２はすば歯車５２と、を備える。第１はすば歯車５１は、金属製の芯管５１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部５１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部５１ｂの外周面にギヤ歯５１ｃが形成される。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第３実施形態として、図５に示すように、減速ギヤ機構は、はすば歯車を使用した減速ギヤ機構５０であってもよい。この減速ギヤ機構５０は、ギヤである第１はすば歯車５１と、第１はすば歯車５１が噛合する第２はすば歯車５２と、を備える。第１はすば歯車５１は、金属製の芯管５１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部５１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部５１ｂの外周面にギヤ歯５１ｃが形成される。
（第４実施形態）
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第４実施形態として、図６に示すように、減速ギヤ機構は、かさ歯車を使用した減速ギヤ機構６０であってもよい。この減速ギヤ機構６０は、ギヤである第１かさ歯車６１と、第１かさ歯車６１が噛合する第２かさ歯車６２と、を備える。第１かさ歯車６１は、金属製の芯管６１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部６１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部６１ｂの外周面にギヤ歯６１ｃが形成される。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第４実施形態として、図６に示すように、減速ギヤ機構は、かさ歯車を使用した減速ギヤ機構６０であってもよい。この減速ギヤ機構６０は、ギヤである第１かさ歯車６１と、第１かさ歯車６１が噛合する第２かさ歯車６２と、を備える。第１かさ歯車６１は、金属製の芯管６１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部６１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部６１ｂの外周面にギヤ歯６１ｃが形成される。
（第５実施形態）
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第５実施形態として、図７に示すように、減速ギヤ機構は、ハイポイドギヤを使用した減速ギヤ機構７０であってもよい。この減速ギヤ機構７０は、ギヤである第１ハイポイドギヤ７１と、第１ハイポイド歯車７１が噛合する第２ハイポイドギヤ７２と、を備える。第１ハイポイドギヤ７１は、金属製の芯管７１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部７１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部７１ｂの外周面にギヤ歯７１ｃが形成される。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構の第５実施形態として、図７に示すように、減速ギヤ機構は、ハイポイドギヤを使用した減速ギヤ機構７０であってもよい。この減速ギヤ機構７０は、ギヤである第１ハイポイドギヤ７１と、第１ハイポイド歯車７１が噛合する第２ハイポイドギヤ７２と、を備える。第１ハイポイドギヤ７１は、金属製の芯管７１ａの外周部に本実施形態の樹脂組成物からなる樹脂部７１ｂが射出成形等により一体に形成され、この樹脂部７１ｂの外周面にギヤ歯７１ｃが形成される。
なお、本発明は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記第１実施形態では、芯管の外周部に樹脂部を一体成形したウォームホイールを例示したが、樹脂部のみでウォームホイールを構成してもよい。
例えば、上記第１実施形態では、芯管の外周部に樹脂部を一体成形したウォームホイールを例示したが、樹脂部のみでウォームホイールを構成してもよい。
次に、本発明に係る転がり軸受の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、図８及び図９を参照して、本発明に係る転がり軸受の第１実施形態について説明する。
まず、図８及び図９を参照して、本発明に係る転がり軸受の第１実施形態について説明する。
図８に示すように、本実施形態の転がり軸受である円筒ころ軸受１１０は、内周面に外輪軌道面１１１ａを有する外輪１１１と、外周面に内輪軌道面１１２ａを有する内輪１１２と、外輪軌道面１１１ａと内輪軌道面１１２ａとの間に転動可能に配設される複数の円筒ころ（転動体）１１３と、複数の円筒ころ１１３を円周方向に略等間隔に保持する保持器１１４と、を備える。
保持器１１４は、外輪１１１の内周面によって回転案内される外輪案内形式であって、図９に示すように、軸方向に互いに同軸に離間配置される一対の円環部１１５と、一対の円環部１１５を連結すべく、円周方向に略等間隔で配置される複数の柱部１１６と、円周方向に互いに隣り合う各柱部１１６の間に形成され、円筒ころ１１３を転動可能に保持するポケット部１１７と、を有する。
そして、本実施形態では、保持器１１４は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成される。また、本実施形態の樹脂組成物は、上記減速ギヤ機構３０のウォームホイール３１の樹脂部３１ｂを形成する樹脂組成物と同一である。また、本実施形態では、外輪１１１は、通常の軸受鋼からなり、外輪１１１の内周面であり保持器１１４を案内する案内面１１１ｂには、案内面１１１ｂを保護するための硬質化処理等は施されていない。
以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１１０によれば、保持器１１４は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されるため、金属材料に対して傷付性がなく、且つ柔軟性を有する保持器１１４を得ることができる。これにより、例え、保持器１１４から強化繊維材である有機繊維材が露出したとしても、保持器１１４による外輪１１１の案内面１１１ｂの摩耗を防止することができるので、軸受１１０の潤滑状態を良好に維持することができ、信頼性が高く、軸受寿命を向上することができる。また、ガラス繊維より低密度な有機繊維材を使用しているので、保持器１１４の軽量化を図ることができる。さらに、軸受鋼製の外輪１１１よりも柔軟な有機繊維材を使用しているので、外輪１１１の案内面１１１ｂの硬質化処理を省略することができ、製造コストを削減することができる。
（第２実施形態）
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明に係る転がり軸受の第２実施形態について説明する。
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明に係る転がり軸受の第２実施形態について説明する。
図１０に示すように、本実施形態の転がり軸受であるアンギュラ玉軸受１２０は、内周面に外輪軌道面１２１ａを有する外輪１２１と、外周面に内輪軌道面１２２ａを有する内輪１２２と、外輪軌道面１２１ａと内輪軌道面１２２ａとの間に転動可能に配設される複数の玉（転動体）１２３と、複数の玉１２３を円周方向に略等間隔に保持する保持器１２４と、を備える。
保持器１２４は、外輪１２１の内周面によって回転案内される外輪案内形式であって、図１１に示すように、板状の円環部材１２５と、この円環部材１２５に円周方向に略等間隔で形成され、玉１２３を転動可能に保持する複数のポケット部１２６と、を有する。
そして、本実施形態では、保持器１２４は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成される。また、本実施形態の樹脂組成物は、上記減速ギヤ機構３０のウォームホイール３１の樹脂部３１ｂを形成する樹脂組成物と同一である。また、本実施形態では、外輪１１１は、通常の軸受鋼からなり、外輪１１１の内周面であり保持器１１４を案内する案内面１１１ｂには、案内面１１１ｂを保護するための硬質化処理等は施されていない。
以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１２０によれば、保持器１２４は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されるため、金属材料に対して傷付性がなく、且つ柔軟性を有する保持器１２４を得ることができる。これにより、例え、保持器１２４から強化繊維材である有機繊維材が露出したとしても、保持器１２４による外輪１２１の案内面１２１ｂの摩耗を防止することができるので、軸受１２０の潤滑状態を良好に維持することができ、信頼性が高く、軸受寿命を向上することができる。また、ガラス繊維より低密度な有機繊維材を使用しているので、保持器１２４の軽量化を図ることができる。さらに、軸受鋼製の外輪１２１よりも柔軟な有機繊維材を使用しているので、外輪１２１の案内面１２１ｂの硬質化処理を省略することができ、製造コストを削減することができる。
次に、本発明の効果を確認するために、実施例１〜４及び比較例１〜３のウォームホイールについて摺動音の評価試験を行った。なお、ウォームホイールについては、図３に示すウォームホイール３１と同様のものを使用した。
（実施例１）
芯管３１ａ：深さ０．５ｍｍのローレット加工を施した外径６５ｍｍ、幅１６ｍｍのＳ４５Ｃ製。
樹脂部３１ｂ：ポリアミド６６（ベース樹脂）にパラ系アラミド繊維（サイジング剤処理されたコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミド、繊維径１２μｍ／本）を２０重量％含有させた樹脂組成物の長繊維強化ペレット（ペレット長：９ｍｍ＝繊維長さ）を用い、芯管３１ａをコアにしてディスクゲートでインサート成形（射出成形）して、外周部に切削代を残したはすば形状を有し、内径６９ｍｍ、外径８５ｍｍ、幅１７ｍｍの樹脂部３１ｂを成形し、その後、切削加工で樹脂部３１ｂの外周部にウォームホイールのギヤ歯３１ｃを形成する。
芯管３１ａ：深さ０．５ｍｍのローレット加工を施した外径６５ｍｍ、幅１６ｍｍのＳ４５Ｃ製。
樹脂部３１ｂ：ポリアミド６６（ベース樹脂）にパラ系アラミド繊維（サイジング剤処理されたコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミド、繊維径１２μｍ／本）を２０重量％含有させた樹脂組成物の長繊維強化ペレット（ペレット長：９ｍｍ＝繊維長さ）を用い、芯管３１ａをコアにしてディスクゲートでインサート成形（射出成形）して、外周部に切削代を残したはすば形状を有し、内径６９ｍｍ、外径８５ｍｍ、幅１７ｍｍの樹脂部３１ｂを成形し、その後、切削加工で樹脂部３１ｂの外周部にウォームホイールのギヤ歯３１ｃを形成する。
（実施例２）
ベース樹脂をポリアミドＭＸＤ６樹脂とした以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作製した。
ベース樹脂をポリアミドＭＸＤ６樹脂とした以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作製した。
（実施例３）
樹脂部３１ｂ：ポリアミド９Ｔ（ベース樹脂）にサイジング剤処理されたポリアリレート繊維（クラレ製ベクトラン高強力タイプ、繊維径約１０μｍ／本、繊維長さ１ｍｍ）のカットファイバーを２０重量％含有させた樹脂組成物の短繊維強化ペレットを用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した。
樹脂部３１ｂ：ポリアミド９Ｔ（ベース樹脂）にサイジング剤処理されたポリアリレート繊維（クラレ製ベクトラン高強力タイプ、繊維径約１０μｍ／本、繊維長さ１ｍｍ）のカットファイバーを２０重量％含有させた樹脂組成物の短繊維強化ペレットを用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した。
（実施例４）
ベース樹脂を直鎖状ＰＰＳ樹脂とした以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作製した。
ベース樹脂を直鎖状ＰＰＳ樹脂とした以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作製した。
（比較例１）
ポリアミド６６（ベース樹脂）にガラス繊維を２５重量％含有させた樹脂組成物（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ５、Ｃｕ系添加剤含有）を用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した。
ポリアミド６６（ベース樹脂）にガラス繊維を２５重量％含有させた樹脂組成物（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ５、Ｃｕ系添加剤含有）を用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した。
（比較例２）
ポリアミド６６（ベース樹脂）にガラス繊維を２０重量％含有させた樹脂組成物（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ４、Ｃｕ系添加剤含有）９０重量％に対して１０重量％の酸変性ＥＰＤＭを添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した（特開平１０−１４１４７７号公報）。
ポリアミド６６（ベース樹脂）にガラス繊維を２０重量％含有させた樹脂組成物（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ４、Ｃｕ系添加剤含有）９０重量％に対して１０重量％の酸変性ＥＰＤＭを添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した（特開平１０−１４１４７７号公報）。
（比較例３）
直鎖状ＰＰＳ樹脂（ベース樹脂）に炭素繊維を２０重量％含有させた樹脂組成物（ポリプラスチック製フォートロン２１３０Ａ１）を用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した。
直鎖状ＰＰＳ樹脂（ベース樹脂）に炭素繊維を２０重量％含有させた樹脂組成物（ポリプラスチック製フォートロン２１３０Ａ１）を用いた以外は、実施例１と同様にしてウォームホイールを作成した。
（摺動音評価）
実施例１〜４及び比較例１〜３のウォームホイールの各試験体を、図２に示す減速装置２０に組み込んで無響音室に放置し、電動モータ１３で減速装置２０を駆動して発生する騒音を指向性マイクで録音し、ＦＦＴ解析を実施した。周波数帯（５００〜１０００Ｈｚ）での平均騒音レベル（ＰＯＡ）［回転数は、２７０ｄｅｇ／ｓ］を、各試験体の曲げ弾性率と共に表２に示す。
実施例１〜４及び比較例１〜３のウォームホイールの各試験体を、図２に示す減速装置２０に組み込んで無響音室に放置し、電動モータ１３で減速装置２０を駆動して発生する騒音を指向性マイクで録音し、ＦＦＴ解析を実施した。周波数帯（５００〜１０００Ｈｚ）での平均騒音レベル（ＰＯＡ）［回転数は、２７０ｄｅｇ／ｓ］を、各試験体の曲げ弾性率と共に表２に示す。
表２から明らかなように、減衰特性に優れる有機繊維を含有する実施例１〜４は、比較例１〜３と比較して摺動音が低減されているのがわかり、特に、エラストマー変性されて曲げ弾性率が更に低下している比較例２と比較して、更に樹脂全体として減衰特性が向上し、摺動音が低下していることがわかった。
次に、本発明の効果を確認するために、実施例５〜８及び比較例４，５の転がり軸受について回転試験を行った。なお、転がり軸受については、図１０に示すアンギュラ玉軸受と同様のものを使用した。
実施例５〜８及び比較例４，５のアンギュラ玉軸受の仕様は次の通りである。
試験軸受：６５ＢＮＲ１０ＤＢＢ（内径φ６５ｍｍ、外径φ１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、接触角１８°、４列組合せ）
内外輪材質：ＳＵＪ２（実施例５〜８、比較例４）、浸炭窒化鋼ＳＨＸ（比較例５）
保持器材質：下記表３参照。
なお、表３中の長繊維パラ系アラミド繊維とは、サイジング剤処理されたコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミド、繊維径１２μｍ／本、繊維長さ９ｍｍ（ペレット長）のことで、ポリアリレート繊維とは、サイジング剤処理されたもので、クラレ製ベクトラン高強力タイプ、繊維径約１０μｍ／本、繊維長さ１ｍｍのことである。また、比較例４，５の保持器は、炭素繊維３０％入りＬ−ＰＰＳ材（ポリプラスチックス製フォートロン２１３０Ａ１）で作成した。
転動体：Ｓｉ３Ｎ４
組込み時予圧荷重：３００Ｎ
試験軸受：６５ＢＮＲ１０ＤＢＢ（内径φ６５ｍｍ、外径φ１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、接触角１８°、４列組合せ）
内外輪材質：ＳＵＪ２（実施例５〜８、比較例４）、浸炭窒化鋼ＳＨＸ（比較例５）
保持器材質：下記表３参照。
なお、表３中の長繊維パラ系アラミド繊維とは、サイジング剤処理されたコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミド、繊維径１２μｍ／本、繊維長さ９ｍｍ（ペレット長）のことで、ポリアリレート繊維とは、サイジング剤処理されたもので、クラレ製ベクトラン高強力タイプ、繊維径約１０μｍ／本、繊維長さ１ｍｍのことである。また、比較例４，５の保持器は、炭素繊維３０％入りＬ−ＰＰＳ材（ポリプラスチックス製フォートロン２１３０Ａ１）で作成した。
転動体：Ｓｉ３Ｎ４
組込み時予圧荷重：３００Ｎ
（試験条件）
（１）試験回転数：１５０００ｍｉｎ−１
（２）回転時間：１０００ｈｒ
（３）潤滑グリース：ＭＴＥグリース（Ｂａコンプレックス−エステル油グリース）
（４）測定項目：初期トルク、１０００ｈｒ後の外輪案内面の摩耗状態
試験結果を表４に示す。
（１）試験回転数：１５０００ｍｉｎ−１
（２）回転時間：１０００ｈｒ
（３）潤滑グリース：ＭＴＥグリース（Ｂａコンプレックス−エステル油グリース）
（４）測定項目：初期トルク、１０００ｈｒ後の外輪案内面の摩耗状態
試験結果を表４に示す。
表４から明らかなように、実施例５〜８は摩耗が発生しないのに対して、比較例４は僅かに摩耗が発生していることから、保持器を本発明の有機繊維材を含有する樹脂組成物により形成することで、外輪案内面への傷付性がなくなり、外輪案内面の摩耗が防止されることがわかった。
さらに、表４から明らかなように、実施例５〜８は摩耗が発生しないのに対して、比較例５は殆ど摩耗が発生しないことから、保持器を本発明の有機繊維材を含有する樹脂組成物により形成することで、内外輪に安価な通常の軸受鋼（ＳＵＪ２）を用いたとしても、コスト高となる浸炭窒化鋼と同等の摩耗低減効果が得られることがわかった。
１０ 電動パワーステアリング装置
２０ 減速装置
３０ 減速ギヤ機構
３１ ウォームホイール（ギヤ）
３１ａ 芯管
３１ｂ 樹脂部
３１ｃ ギヤ歯
３２ ウォーム
１１０ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
１１４ 保持器
１２０ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
１２４ 保持器
２０ 減速装置
３０ 減速ギヤ機構
３１ ウォームホイール（ギヤ）
３１ａ 芯管
３１ｂ 樹脂部
３１ｃ ギヤ歯
３２ ウォーム
１１０ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
１１４ 保持器
１２０ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
１２４ 保持器
Claims (6)
- 電動モータの出力をステアリングシャフトに減速して伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構であって、
少なくともギヤ歯が樹脂部で形成されたギヤを備え、
前記樹脂部は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。 - 前記ギヤは、芯管の外周部に前記樹脂部が一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
- 前記有機繊維材が、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサザール（ＰＢＯ）繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
- 前記有機繊維材が、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びビスマレイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つのサイジング剤で処理されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
- 前記ギヤが、ウォームホイール、はすば歯車、平歯車、かさ歯車、及びハイポイドギヤのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構。
- 回転軸を支承し、且つ合成樹脂製の保持器を有する外輪案内形式の転がり軸受であって、
前記保持器は、引張強度が２ＧＰａ以上で、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成されることを特徴とする転がり軸受。
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