JP2013144497A - コラム式電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載した際に車内空間の減少度合いが小さい小型のコラム式電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】コラム式電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが入力されるステアリング軸１１と、操舵トルクを補助する補助トルクを出力する電動モータと、補助トルクを減速してステアリング軸１１に伝達する歯車減速機構と、歯車減速機構を収容するギヤボックス３３と、ステアリング軸１１を内包するステアリングコラム１２と、ステアリングコラム１２を覆い車室内部に配されるコラムカバー１５と、を備えている。ギヤボックス３３は、歯車減速機構を収容するハウジング部材と、ハウジング部材の開口部を覆うカバー部材とを備え、ボルト及びナットにより締結され一体化されたものである。そして、ギヤボックス３３のハウジング部材とコラムカバー１５とは、一体成形されている。
【選択図】図２

Description

本発明はコラム式電動パワーステアリング装置に関する。

従来のコラム式電動パワーステアリング装置について、図８を参照しながら説明する。電動パワーステアリング装置は、自動車の運転者によってステアリングホイール１１０を介してステアリング軸１１１に操舵トルクが入力された場合に、この操舵トルクを補助する補助トルクとして電動モータの出力を、歯車減速機構を介してステアリング軸１１１に伝達して、運転者の操舵を補助する装置である。

従来のコラム式電動パワーステアリング装置においては、歯車減速機構を収容するギヤボックス１３３、すなわち、歯車減速機構を収容する略筒状のハウジング部材と、該ハウジング部材にボルト等で取り付けられ該ハウジング部材の開口部を覆うカバー部材とが、アルミニウム合金等の金属材料で構成されており、また、ステアリング軸１１１を内包する略筒状のステアリングコラム１１２がアルミニウム合金、鋼の金属材料等で構成されていた。

そして、これらの部材を備える電動パワーステアリング装置を自動車等の車両に搭載した際には、ステアリングコラム１１２を覆うように樹脂製のコラムカバー１１５が取り付けられるが、このコラムカバー１１５は、電動パワーステアリング装置の例えばギヤボックス１３３に取り付けられた金属プレート１４１に対して、ビス１４２等を用いて固定されていた。

一方、近年においては、自動車の省資源化・省エネルギー化や、二酸化炭素排出量低減のための低燃費化が求められているため、自動車の小型化・軽量化が図られている。そのため、電動パワーステアリング装置についても、さらなる小型化・軽量化が求められ、金属で構成されているギヤボックスの軽量化が検討された。
金属で構成されているギヤボックスの軽量化を図るには、より比重の小さい材料、すなわち樹脂材料で構成すればよい。例えば特許文献１には、ギヤハウジングの一部を樹脂化したピニオン式電動パワーステアリング装置が開示されている。また、特許文献２に開示のコラム式電動パワーステアリング装置は、操舵状態検出センサを収容するセンサハウジングと歯車減速機構を収容するギヤハウジングとから構成されるハウジングを全て樹脂材料で構成することにより、軽量化が図られている。

特開２００１−２７１８９０号公報 特開２００９−２９８２４６号公報

特許文献１，２に開示の技術では、ギヤハウジングの樹脂化による軽量化が図られているが、車両に搭載された電動パワーステアリング装置と車室内部でこれを覆うコラムカバー１１５との接合構造として、前述のような金属プレート１４１とビス１４２による接合を用いると、前記接合を行う際の作業性を確保するため、あるいは、悪路走行時等に振動が発生した際に電動パワーステアリング装置とコラムカバー１１５との干渉による異音の発生を防止するために、ビス止め部分の周囲に十分なクリアランスを確保する必要があった（図８を参照）。

したがって、コラムカバー１１５が占有する部分によって車内空間が減少することとなるので、コラムカバー１１５が占有する部分が小さくなるように電動パワーステアリング装置のさらなる小型化が求められていた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、車両に搭載した際に車内空間の減少度合いが小さい小型のコラム式電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係るコラム式電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが入力されるステアリング軸と、前記ステアリング軸に入力された操舵トルクに応じて、前記操舵トルクを補助する補助トルクを出力する電動モータと、前記補助トルクを減速して前記ステアリング軸に伝達する歯車減速機構と、前記歯車減速機構を収容するギヤボックスと、前記ステアリング軸を内包するステアリングコラムと、前記ステアリングコラムを覆い車室内部に配されるコラムカバーと、を備え、前記ギヤボックスと前記コラムカバーとが一体成形されたものであることを特徴とする。

このようなコラム式電動パワーステアリング装置においては、前記ギヤボックスは、前記コラムカバーと一体成形された１つの部材であり前記歯車減速機構を収容するハウジング部材と、該ハウジング部材の開口部を覆うカバー部材と、を有し、前記ハウジング部材及び前記カバー部材はボルトにより締結され一体化されており、前記ハウジング部材及び前記カバー部材は、前記ボルトが挿通されるボルト穴を有する金属製の芯金をインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものであることが好ましい。

そして、前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面に、接着剤を含有する接着剤層を備えることが好ましい。また、この接着剤層は、前記芯金の表面上に形成された下層と、その上側に積層された上層とを備え、前記下層はフェノール樹脂系接着剤又はカップリング剤を含有し、前記上層はフェノール樹脂系接着剤を含有することが好ましい。

さらに、前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面が粗面化されていることが好ましい。
さらに、前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂と繊維強化材とを含有する樹脂組成物であることが好ましい。

本発明のコラム式電動パワーステアリング装置は、ギヤボックスとコラムカバーとが一体成形されたものであるため、小型で、車両に搭載した際に車内空間の減少度合いが小さい。

本発明の一実施形態に係るコラム式電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 図１のコラム式電動パワーステアリング装置を車両に搭載した状態を説明する図である。 歯車減速機構の構成を示す部分断面図である。 ギヤボックスの分解図である。 変形例のギヤボックスの分解図である。 変形例のコラム式電動パワーステアリング装置を車両に搭載した状態を説明する図である。 別の変形例のコラム式電動パワーステアリング装置を車両に搭載した状態を説明する図である。 従来のコラム式電動パワーステアリング装置を車両に搭載した状態を説明する図である。

本発明に係るコラム式電動パワーステアリング装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るコラム式電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１のコラム式電動パワーステアリング装置を車両に搭載した状態を説明する図である。なお、図１においては、コラムカバーの図示は省略してある。また、図３は、図１のコラム式電動パワーステアリング装置が備える歯車減速機構の構成を示す部分断面図であり、図４は、ギヤボックスの分解図である。

図１のコラム式電動パワーステアリング装置は、自動車の運転者によってステアリングホイール１０に入力された操舵トルクが伝達されるステアリング軸１１を備えている。このステアリング軸１１は、図示しないトーションバーで連結された上部軸１１ａと下部軸１１ｂとで構成されており、例えば略筒状のステアリングコラム１２の内部に、軸心を中心に回転自在に支持されている。このステアリングコラム１２は、下部を車両の前方に向けて傾斜させた姿勢で、車室内部の所定位置に固定されている。なお、ステアリングホイール１０は、ステアリングコラム１２から突出している上部軸１１ａの上端に固定されている。また、コラム式電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１０の位置を上下に調整するチルトレバー４１を備えていてもよい。

ステアリング軸１１の回転を左右の転舵輪（図示せず）の運動に変換するラックアンドピニオン機構２０は、軸方向に移動可能なラック２１と、ラック２１の軸心に対して斜めに支持されラック２１の歯に噛み合う歯を備えたピニオン２２と、ラック２１及びピニオン２２を支持する筒状のラック用ハウジング２３と、を備えている。そして、ラックアンドピニオン機構２０は、その長手方向が車両の幅方向に沿うようにして、車両の前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置されている。

ピニオン２２の上端部とステアリング軸１１の下部軸１１ｂの下端部とは、２個の自在継手２５，２６を介して連結されているので、ステアリング軸１１の回転がラックアンドピニオン機構２０によってラック２１の左右方向のスライド運動に変換され、ラック２１の両端部に連結された図示しない転舵輪が転舵される。
ステアリング軸１１の下部軸１１ｂには、前記操舵トルクを補助する補助トルクを下部軸１１ｂに供給する操舵補助機構が連結されている。この操舵補助機構は、下部軸１１ｂに連結された例えばウォームギヤで構成される歯車減速機構３０と、補助トルクを出力し歯車減速機構３０に供給する電動モータ１３と、を備えている。

歯車減速機構３０は、ステアリングコラム１２に連続して設けられたギヤボックス３３に収容されている。詳述すると、略筒状のハウジング部材３３Ａの内部に歯車減速機構３０が収容され、ハウジング部材３３Ａの開口部がカバー部材３３Ｂによって覆われている。そして、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂとは、ボルト３３Ｃによって締結され一体化されている。

ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂはいずれも金属材料製としてもよいが、金属製の芯金３６Ａ，３６Ｂをインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものとすることが好ましい。両芯金３６Ａ，３６Ｂはボルト穴３７を有しているので、両ボルト穴３７にボルト３３Ｃを挿通した上でナットで締め付ければ、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂとを一体化することができる。

従来のコラム式電動パワーステアリング装置は、通常、車室内部に位置するステアリングコラム１１２、ギヤボックス１３３、電動モータ等が、別体の部材であるコラムカバー１１５で覆われており、車室内部に露出しないようになっている。これに対して、本実施形態のコラム式電動パワーステアリング装置は、車室内部に位置するステアリングコラム１２、ギヤボックス３３、電動モータ１３等を覆うコラムカバー１５を備えており、このコラムカバー１５はギヤボックス３３と一体となっている。

すなわち、図２に示すように、本実施形態のコラム式電動パワーステアリング装置においては、ギヤボックス３３とコラムカバー１５とが一体成形されている。詳述すると、本実施形態のコラム式電動パワーステアリング装置が車体側部材４２に取り付けられて、車室内部に配されているが、ギヤボックス３３と一体の部材であるコラムカバー１５がステアリングコラム１２、ギヤボックス３３、電動モータ１３等を覆っていて、ステアリングコラム１２、ギヤボックス３３、電動モータ１３等が車室内部に露出しないようになっている。なお、コラムカバー１５は、ギヤボックス３３のうちハウジング部材３３A と一体成形された１つの部材であることが好ましい（つまり、カバー部材３３Ｂとコラムカバー１５は別体である）。

図８に示す従来のコラム式電動パワーステアリング装置においては、コラムカバー１１５を取り付けるための作業性を確保するために、あるいは、悪路走行時等に振動が発生した際に電動パワーステアリング装置とコラムカバー１１５との干渉による異音の発生を防止するために、ビス止め部分の周囲に十分なクリアランスを確保する必要があった。しかしながら、本実施形態のコラム式電動パワーステアリング装置においては、コラムカバー１５とギヤボックス３３が一体成形された１つの部材であるため、上記のような目的のクリアランスを確保する必要はない。

よって、本実施形態のコラム式電動パワーステアリング装置は小型であり、車両に搭載した際に車内空間の減少度合いが小さい。また、コラム式電動パワーステアリング装置の部品及び車両に搭載する際に必要な部品の総数を削減することが可能であるとともに、コラム式電動パワーステアリング装置の生産の効率化が可能である。さらに、悪路走行時等に振動が発生した際にコラムカバー１５とギヤボックス３３等とが干渉して異音が発生するおそれがない。さらに、コラムカバー１５とギヤボックス３３（ハウジング部材３３A ）が一体成形された１つの部材を樹脂材料製とすれば、コラム式電動パワーステアリング装置の軽量化が可能となる。

ここで、歯車減速機構３０の構成を、図３を参照しながら説明する。歯車減速機構３０は、下部軸１１ｂの外周に嵌合されたウォームホイール３１と、ウォームホイール３１と噛み合うウォーム３２とを備えている。ウォーム３２の両端にはウォーム軸３２ａ，３２ｂが一体的に形成されており、これらウォーム軸３２ａ，３２ｂはそれぞれ、ギヤボックス３３に圧入固定された転がり軸受３４ａ，３４ｂによって回転自在に支持されている。また、ギヤボックス３３には、例えばボルト締結等の手段により電動モータ１３が取り付けられており、この電動モータ１３の駆動軸１３ａとウォーム軸３２ｂとが、例えばスプライン結合又はセレーション結合している。

ウォームホイール３１は下部軸１１ｂと連結しているので、電動モータ１３の回転（補助トルク）が、ウォーム３２及びウォームホイール３１を介して減速されつつ下部軸１１ｂに伝達されることとなる。
運転者によってステアリングホイール１０に操舵トルク（回転力）が入力されると、ステアリング軸１１が回転するが、この操舵トルクはトーションバーにより検出される。そして、検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ１３の出力（操舵を補助する回転力）が制御される。電動モータ１３の出力（補助トルク）は歯車減速機構３０により減速されつつ、ステアリング軸１１の下部軸１１ｂに供給され、前記操舵トルクと合わされる。そして、このステアリング軸１１の回転に伴ってピニオン２２が回転し、このピニオン２２の回転がラックアンドピニオン機構２０によってラック２１の左右方向のスライド運動に変換され、転舵輪が駆動されて自動車が操舵される。

ここで、ギヤボックス３３について、図４，５を参照しながらさらに詳細に説明する。前述したように、ハウジング部材３３Ａ及びカバー部材３３Ｂはいずれも、金属製の芯金３６Ａ，３６Ｂをインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものであり、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面の一部又は全部が樹脂材料で覆われていることが好ましい。

なお、図４のギヤボックス３３は、電動モータによる補助トルクが比較的小さい、軽自動車又は排気量１５００ｃｃ以下の小型車に搭載するコラム式電動パワーステアリング装置に好適なものである。一方、図５のギヤボックス３３は、図４の例と比べて電動モータによる補助トルクが比較的大きい、中・大型車に搭載するコラム式電動パワーステアリング装置に好適なものである。

ギヤボックス３３を構成するハウジング部材３３Ａ及びカバー部材３３Ｂは、芯金３６Ａ，３６Ｂ以外の部分が樹脂材料で構成されていれば、全体が金属材料で構成されている従来のギヤボックスと比べて軽量であり、全体が樹脂材料で構成されている従来のギヤボックスと比べて寸法安定性に優れている。なお、ハウジング部材３３Ａとコラムカバー１５とが一体成形された１つの部材を構成している場合には、この１つの部材が、金属製の芯金３６Ａをインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造される。このとき、芯金３６Ａは、ハウジング部材３３Ａの内部に位置しており、コラムカバー１５の内部には位置していない。

また、ハウジング部材３３Ａの芯金３６Ａとカバー部材３３Ｂの芯金３６Ｂは、ボルト３３Ｃが挿通されるボルト穴３７を有しているので、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂをボルト３３Ｃで固定することができる。よって、両者３３Ａ，３３Ｂの接合強度が高い。また、ボルト３３Ｃの軸力によって樹脂材料が劣化するおそれがない。よって、ボルト３３Ｃの軸力が低下してボルト３３Ｃがギヤボックス３３から脱落してしまうおそれがほとんどなく、信頼性が高い。

なお、インサート成形によって芯金３６Ａ，３６Ｂのボルト穴３７の周辺部分が樹脂材料で覆われてしまう場合は、この部分の樹脂材料の劣化によってボルト３３Ｃの軸力が低下することが懸念される。よって、ボルト穴３７の周辺部分が樹脂材料で覆われないように、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面の出代を十分に確保することが好ましい。また、芯金３６Ａ，３６Ｂのボルト穴３７の周辺部分には、ギヤボックス３３内に封入されているグリース等の潤滑剤が外部に漏出することを防ぐために、Ｏリング等の密封部材を装着する溝を設けてもよい。

さらに、インサート成形法によれば、転がり軸受３４ａ，３４ｂ（あるいは、ステアリング軸１１を挿通するためにインサートされる金属製スリーブ３８や転がり軸受３４ａ，３４ｂを圧入固定するためにインサートされる金属製スリーブ３９）を、樹脂材料の射出成形と同時に樹脂製の構造体と一体化させることが可能である。すなわち、インサート成形法によれば、射出成形と同時に樹脂部分と金属部品（インサート）との一体化が達成される。よって、樹脂材料の成形後に金属部品を圧入する必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、インサート成形法を用いれば、転がり軸受３４ａ，３４ｂがハウジング部材３３Ａに圧入されることなく固定されるので、圧入力による樹脂材料の劣化が生じるおそれがない。よって、転がり軸受３４ａ，３４ｂがギヤボックス３３から脱落するおそれがほとんどなく、信頼性が高い。

さらに、インサート成形法によれば、全体がアルミ合金で構成されている従来のギヤボックスと比べて、ギヤボックス３３を低コストで製造することができる。全体がアルミ合金で構成されている従来のギヤボックスを製造する際には、アルミ合金の二次加工工程が必要となるが、インサート成形法によれば、この工程が不要となるからである。
インサート成形法を行う際には、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面に、接着剤を含有する接着剤層を予め設けておくことが好ましい。すなわち、表面に接着剤層を被覆した芯金３６Ａ，３６Ｂをインサートとして用いてインサート成形法を行うことが好ましい。

そうすれば、芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料とが接着剤により強固に接着されるため、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂの寸法安定性が良好なものとなる。また、例えば−４０℃〜１００℃程度の冷熱衝撃が繰返し印加されるような状況下でコラム式電動パワーステアリング装置が使用されても、芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料との界面が剥離しにくいため、耐久性が優れている。接着剤層を設ける方法は特に限定されるものではないが、接着剤を含有する溶液又は接着剤そのものの塗布や噴霧があげられる。

以下に、芯金３６Ａ，３６Ｂを構成する金属材料、インサート成形法に用いる樹脂材料、及び接着剤について詳細に説明する。
芯金３６Ａ，３６Ｂを構成する金属材料の種類は特に限定されるものではないが、例えば、Ｓ５３Ｃ等の機械構造用炭素鋼、ＳＵＪ２等の軸受鋼、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４１０等のステンレス鋼を使用することができる。ただし、軽量化の観点から、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属が好適である。

なお、芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料との密着性を高めるために、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面を粗面化することが好ましい。表面を粗面化した芯金３６Ａ，３６Ｂを用いれば、芯金３６Ａ，３６Ｂに接着剤層を設けた場合は接着剤による接着力を高めることができるし、接着剤層を設けない場合でも芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料との密着性を高めることができる。芯金３６Ａ，３６Ｂの表面を粗面化する方法は特に限定されるものではないが、ショットブラスト法や化学エッチング法が好適である。

次に、接着剤層について説明する。接着剤層は単層でも差し支えないが、複数の接着剤層を積層してなるものでもよい。複数の接着剤層を積層する場合には、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面上に形成する下層には、フェノール樹脂とエポキシ樹脂の少なくとも一方を含有する接着剤を用いることが好ましい。また、接着剤の代わりに、プライマーとしてカップリング剤を用いてもよい。そして、下層の上側に積層される上層には、フェノール樹脂を含有する接着剤を用いることが好ましい。

ポリアミド樹脂とフェノール樹脂は相溶性が良好であるため、樹脂材料の樹脂成分としてポリアミド樹脂を用いた場合には、接着剤層の上層にフェノール樹脂系接着剤を用いると、芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料とがフェノール樹脂系接着剤によって非常に強固に接着される。よって、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面を粗面化しなくても、十分に強固な接着力が得られる。ただし、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面を粗面化した方が、接着力がより高くなることは勿論である。

下層に使用する接着剤に含有されるフェノール樹脂は、具体的にはレゾール型フェノール樹脂が好ましく、フェノール類とホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させることによって得られる。
また、下層に使用する接着剤に含有されるエポキシ樹脂は、具体的にはグリシジル型のものが好ましく、エピクロロヒドリンと活性水素化合物とから得られる。この活性水素化合物としては、フェノール誘導体類，グリコール類，有機酸類，アミン類等があげられるが、接着剤としての保存安定性やコスト面を考慮するとフェノール誘導体が好適である。なお、下層に使用する接着剤の具体例としては、ロードファーイースト社製のＸＰＪ−６０があげられる。

さらに、接着剤の代わりにプライマーとして使用するカップリング剤の種類は、特に限定されるものではないが、シラン系，クロム系，チタネート系，アルミネート系のカップリング剤が好ましい。ただし、現在はシラン系カップリング剤が主流である。シラン系カップリング剤は、金属製の芯金３６Ａ，３６Ｂと結合するシラノール基を分子の一端に有し、樹脂材料（又は上層）と結合可能な有機官能基を分子の他端に有している。

本発明においては、各種樹脂材料に対する反応性の高さから、シラン系カップリング剤の中でもアミノシラン系カップリング剤が特に好適である。アミノシラン系力ップリング剤としては、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランが好適である。なお、アミノシラン系力ップリング剤の具体例としては、信越シリコーン株式会社製のＫＢＰ−４０やＫＢＰ−４３があげられる。

下層を形成する際には、イソプロピルアルコール，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケトン等の有機溶剤、又はこれらの混合溶剤に、前記接着剤を０．５〜２０質量％の濃度になるように溶解させた有機溶剤溶液を用いることができる。また、接着剤の代わりにカップリング剤を用いる場合には、０．１〜２．０質量％の濃度になるように、前記カップリング剤を水，アルコール，又は水とアルコールの混合溶剤で希釈して用いることができる。

そして、接着剤の有機溶剤溶液又はカップリング剤の希釈液を、浸漬、噴霧、塗付（刷毛塗り）等の方法により芯金の表面に配して、厚さ０．５〜５μｍの膜状とし、室温下で乾燥した後に、例えば１５０〜２５０℃で５〜３０分間乾燥・硬化させると、下層が芯金に焼き付けられる。
一方、上層に使用する接着剤としては、レゾール型フェノール樹脂を主成分とする接着剤組成物を、５〜４０質量％の固形分濃度で有機溶剤に溶解させた有機溶剤溶液を用いることが好ましい。レゾール型フェノール樹脂を主成分とする接着剤組成物としては、例えば、ロードファーイースト社製のＴＳ１６７７−１３や、東洋化学研究所製のメタロックＮ−１５、メタロックＮ−２３（若干量のエポキシ樹脂を含有する）があげられる。

そして、この有機溶剤溶液を、浸漬、噴霧、塗付（刷毛塗り）等の方法により芯金の表面に配して、厚さ０．５〜５μｍの膜状とし、室温下で乾燥した後に、例えば１００〜１５０℃で数分〜３０分間乾燥・硬化させると、インサート成形時の高温高圧の溶融樹脂によって流失されない程度の半硬化状態で、上層が芯金に焼き付けられる。そして、インサート成形時の溶融樹脂からの熱、さらには、それに引き続く二次加熱（例えば、１５０℃で２時間の熱処理）によって、上層が完全に硬化する。

次に、樹脂材料について説明する。樹脂材料としては、熱可塑性樹脂と繊維強化材とを含有する樹脂組成物が好ましい。そして、成形品の耐久信頼性、耐衝撃性を考慮すると、熱可塑性樹脂の数平均分子量は、１５０００以上３５０００以下が好ましく、２００００以上３００００以下がより好ましい。
また、繊維強化材の種類は特に限定されるものではないが、アラミド繊維，芳香族ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維等の有機繊維や、ガラス繊維，炭素繊維，炭化ケイ素繊維，アルミナ繊維，ボロン繊維，金属繊維（金属の種類はステンレス，鉄，アルミニウム等があげられる）等の無機繊維が好適である。これらの繊維強化材の中では、良好な補強性からガラス繊維と炭素繊維が好ましい。また、これらの繊維強化材は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

樹脂組成物における繊維強化材の含有量は、１０質量％以上５０質量％以下が好ましい。１０質量％未満であると、樹脂材料の機械的強度及び寸法安定性が不十分となるおそれがあり、５０質量％超過であると、樹脂材料の靭性や耐冷熱衝撃性が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、樹脂組成物における繊維強化材の含有量は、２０質量％以上５０質量％以下とすることがより好ましく、２５質量％以上４５質量％以下とすることがさらに好ましい。

また、樹脂組成物中の繊維強化材の直径（平均繊維径）は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。平均繊維径が１μｍ未満であると、熱可塑性樹脂と混合した際に繊維間の凝集が起こり、繊維強化材の分散が不均一となるおそれがある。一方、平均繊維径が３０μｍ超過であると、射出成形の工程において繊維の配向や分散に問題が生じるおそれがある。また、平均繊維径が太すぎるため樹脂組成物中に含まれる繊維強化材の数が少なくなり、熱可塑性樹脂のみで構成される部分が多くなって、樹脂組成物の強度が不安定になるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、繊維強化材の平均繊維径を、５μｍ以上２５μｍ以下とすることがより好ましい。

さらに、樹脂組成物中の繊維強化材の長さ（重量平均繊維長）は、０．７ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。樹脂材料は金属材料に比べて耐衝撃性、クリープ特性、剛性（特に高温剛性）が低く、長期間にわたって使用することが難しい面があるが、上記のように樹脂組成物中の繊維強化材が長繊維であれば、短繊維の繊維補強材を使用した場合と比較して、耐衝撃性、クリープ特性、剛性（特に高温剛性）が優れており耐久信頼性に優れる。また、寸法安定性も優れている。よって、これらの性能を、全体がアルミ合金で構成されている従来のギヤボックスと同等とすることも可能である。

繊維補強材の重量平均繊維長が０．７ｍｍ未満であると、耐衝撃性や寸法安定性が不十分となるおそれがある。一方、重量平均繊維長が５ｍｍ超過であると、通常の成形方法では成形過程において繊維強化材が折損してしまうおそれがあり、折損を防ぐためには特殊な成形機を用いる必要性が生じる。その結果、ギヤボックス３３の製造が高コストとなるおそれがある。

なお、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂをインサート成形する前の材料（例えばペレット）の段階では、樹脂組成物中の繊維補強材の重量平均繊維長は２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。２ｍｍ未満であると、成形過程における折損により、ハウジング部材３３Ａやカバー部材３３Ｂ中の繊維強化材の重量平均繊維長が０．７ｍｍ未満となり、前記各性能が不十分となるおそれがある。

一方、２０ｍｍ超過であると、必然的にペレット等の材料の長さも２０ｍｍ超過となるため、成形機へのペレット等の導入が困難となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、ペレット等の材料中の繊維強化材の重量平均繊維長を、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることがより好ましい。
さらに、熱可塑性樹脂の種類は特に限定されるものではないが、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、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樹脂（ＰＰＳ）等が好適である。ポリアミド系樹脂の具体例としては、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン４６や、これら脂肪族ポリアミドと比較して吸水性、吸湿性の低い半芳香族ナイロンがあげられる。半芳香族ナイロンの種類は特に限定されるものではないが、具体例としては、アジピン酸ユニットにテレフタル酸を一部共重合させた半芳香族ナイロンであるナイロン６Ｔ／６６、ナイロン６Ｔ／６Ｉ（三井化学株式会社製のＡｒｌｅｎ）、ナイロン６Ｔ／６Ｉ／６６（ソルベイアドバンストポリマーズ社製のＡｍｏｄｅｌ）、ナイロン６Ｔ／Ｍ−５Ｔ、ナイロン６Ｔ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製のＺｙｔｅｌ ＨＴＮ）、ナイロン９Ｔ（クラレ株式会社製のＧｅｎｅｓｔａｒ）があげられる。また、ポリエステル系樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートがあげられる。

このような樹脂組成物には、その物性を向上させるために、目的に応じて種々の添加剤を添加してもよい。例えば、電動パワーステアリング装置のギヤボックスは、例えば−４０℃〜１００℃程度の冷熱衝撃が繰返し印加されるような状況下で使用される場合があるため、そのような状況下での信頼性をより高めるために、熱可塑性樹脂に衝撃強さ改良剤として軟質成分を配合してポリマーアロイとしてもよい。

熱可塑性樹脂がポリアミド系樹脂である場合には、ポリアミド１１，ポリアミド６１２，ポリアミド６１０，変性ポリアミド６Ｔ，ポリアミド９Ｔ，ポリアミドＭＸＤ６から選ばれるいずれかをハードセグメントとし、ポリエステル成分及びポリエーテル成分の少なくとも一方をソフトセグメントとするブロック共重合体を、軟質成分とすることが好ましい。

また、熱可塑性樹脂がポリエステル系樹脂である場合には、ブタジエン系ゴム，アクリル系ゴムから選ばれるゴムの粒子を、軟質成分とすることが好ましい。
さらに、熱可塑性樹脂がポリフェニレンサルファイド樹脂である場合には、アクリル系ゴム，カルボキシル変性アクリロニトリルブタジエンゴム，カルボキシル変性水素添加ニトリルゴムから選ばれるゴムの粒子を、軟質成分とすることが好ましい。

軟質成分の配合量は、樹脂組成物全体の５質量％以上５０質量％以下が好ましい。５質量％未満であると、耐冷熱衝撃性が不十分となるおそれがあり、５０質量％超過であると、強度，剛性，及び耐熱性等の諸物性に悪影響が生じるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、樹脂組成物全体における軟質成分の配合量は、１０質量％以上３５質量％以下とすることがより好ましい。

また、熱可塑性樹脂の酸化劣化を抑制する目的で、樹脂組成物に酸化防止剤を配合してもよい。酸化防止剤の種類は特に限定されるものではないが、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ハイドロキノン系酸化防止剤があげられる。
アミン系酸化防止剤としては、２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリンポリマーに代表されるアミン・ケトン系酸化防止剤や、ｐ，ｐ’−ジクミルジフェニルアミンに代表されるジアリルアミン系酸化防止剤や、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミンに代表されるｐ−フェニレンジアミン系酸化防止剤があげられる。

フェノール系酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノールに代表されるモノフェノール系酸化防止剤や、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）に代表されるポリフェノール系酸化防止剤があげられる。
ハイドロキノン系酸化防止剤としては、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノンがあげられる。

さらに、樹脂組成物には、上記のアミン系，フェノール系，及びハイドロキノン系の酸化防止剤と共に、過酸化物分解型酸化防止剤（二次酸化防止剤）を併用してもよい。二次酸化防止剤としては、２−メルカプトベンズイミダゾールのような硫黄系二次酸化防止剤やトリス（ノニル化フェニル）フォスファイトのようなリン系二次酸化防止剤があげられる。

なお、上記のような酸化防止剤の配合量は、樹脂に対して０．１〜３．０質量％程度が好ましいが、酸化防止剤の種類によっては、ブルームしない範囲あるいは樹脂の物性に悪影響を及ぼさない範囲であれば、それ以上の量を配合してもよい。
さらに、樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲の量であれば、下記のような添加剤を配合してもよい。例えば、固体潤滑剤（黒鉛、六方晶窒化ホウ素、フッ素雲母、四フッ化エチレン樹脂粉末、二硫化タングステン、二硫化モリブデン等）、無機粉末、有機粉末、潤滑油、可塑剤、ゴム、熱安定剤、紫外線吸収剤、光保護剤、無機又は有機難燃剤、帯電防止剤、離型剤、流動性改良剤、熱伝導性改良剤、非粘着性付与剤、結晶化促進剤、増核剤、顔料、染料剤、光安定剤、その他補強材等を適宜添加してもよい。

熱可塑性樹脂と繊維強化材と添加剤とを混合して樹脂組成物とする方法は特に限定されるものではないが、繊維強化材の連続繊維束に、繊維強化材以外の添加剤が添加された溶融樹脂を含浸させた後に、冷却しペレット化する方法があげられる。溶融含浸する際の熱可塑性樹脂の温度は特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂が十分に溶融し且つ熱劣化しない範囲内の温度に適宜設定すればよい。このような長繊維で強化された熱可塑性樹脂からなる樹脂材料としては、ダイセル化学工業株式会社製のプラストロン（登録商標）や、ＳＡＢＩＣイノベーティブプラスチックス株式会社製のバートン（登録商標）があげられる。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、コラムカバー１５の形状を、図６に示すようにコラムカバー１５がステアリングコラム１２に接触するような形状として、コラム式電動パワーステアリング装置をより小型化すれば、コラム式電動パワーステアリング装置を車両に搭載した際の車内空間の減少度合いをより小さくすることができる。その結果、衝突時に膨張して運転者の下肢を受け止める乗員保護装置であるニーエアバッグ４３を、図７に示すようにコラムカバー１５に設置しても、十分な広さの車内空間を確保することができる。

〔実施例〕
以下に実施例をあげて、本発明をさらに具体的に説明する。コラム式電動パワーステアリング装置に使用されるギヤボックスのハウジング部材とコラムカバーとが一体成形された部材の製造方法について、以下に説明する。
まず、ハウジング部材及びカバー部材のアルミニウム合金製芯金（図４又は図５に示す形状の芯金）にエアーブラスト等の処理を施して、芯金の表面を粗面化した。次に、粗面化した芯金の表面にフェノール樹脂系接着剤（プライマーでもよい）を塗布した後に、室温下で風乾させ、さらに続けて１５０〜２５０℃の高温で処理して焼付けし完全に硬化させることにより、接着剤層の下層を形成した。

さらに、下層の上に上層用のフェノール樹脂系接着剤を塗布した後に、室温下で風乾させ、さらに続けて熱処理して上層用の接着剤を半硬化状態で焼き付けることにより、接着剤層の上層を形成した。
このようにして得られた芯金と、ステアリング軸を挿通するための金属製スリーブ及びウォーム軸を支持する転がり軸受を圧入固定するための金属製スリーブとを、インサートとして金型内にセットし、樹脂材料のインサート成形を行って、ギヤボックスのハウジング部材とコラムカバーとが一体成形された部材（以下「一体部材」と記すこともある）、及び、ギヤボックスのカバー部材を得た。

樹脂材料としては、３５質量％のガラス繊維と６５質量％の半芳香族ナイロンとからなる樹脂組成物である三井化学株式会社製のアーレンＡ３３５（表１においては「樹脂材料Ａ」と記す）、４５質量％のガラス繊維と５５質量％の半芳香族ナイロンとからなる樹脂組成物であるソルベイアドバンストポリマーズ社製のアモデルＡＳ−１１４５ＨＳ（表１においては「樹脂材料Ｂ」と記す）、４５質量％のガラス繊維と５５質量％の半芳香族ナイロンとからなる樹脂組成物であるデュポン社製のザイテルＨＴＮ ５１Ｇ４５ＨＳＬ（表１においては「樹脂材料Ｃ」と記す）、又は、３５質量％のガラス繊維と６５質量％の半芳香族ナイロンとからなる樹脂組成物であるクラレ株式会社製のジェネスタＧ１３００Ａ（表１においては「樹脂材料Ｄ」と記す）を使用した。

インサート成形により得られた一体部材のハウジング部材とカバー部材とを、ボルト及びナットにより締結し一体化してギヤボックスを組み立て、コラムカバーとギヤボックスとが一体となった試験部材を完成させた。
表１に示すように、樹脂材料の種類が異なる４種の試験部材（実施例１〜４）を製造した。また、芯金の表面に接着剤層が設けられていない点を除いては実施例１と同様の試験部材（実施例５）と、芯金を備えていない樹脂材料製の試験部材（実施例６）とを、併せて製造した。なお、実施例６の試験部材は、ボルト穴を有する芯金を備えていないので、ボルト及びナットによりハウジング部材とカバー部材とを直接締結して一体化した。

そして、これらの試験部材について、繰り返し冷熱衝撃試験及び耐熱性試験を行った。まず、繰り返し冷熱衝撃試験について説明する。試験部材を１００℃の高温環境下に３０分間保持した後、−４０℃の低温環境下に３０分間保持した。そして、この温度変化を１サイクルとして２０００サイクル繰り返し、１０００サイクル、１５００サイクル、２０００サイクル終了後に、それぞれ樹脂部分のクラックの発生状況と、ボルト及びナットの締結状況を確認した。

そして、１０００サイクル終了後に、試験部材の樹脂部分にクラックが発生しておらず、且つ、ボルト及びナットに緩みが発生していない場合は、実使用上必要十分な耐久信頼性を有していると判断し、合格と評価して、表１においては○印で示した。また、２０００サイクル終了後においても、試験部材の樹脂部分にクラックが発生しておらず、且つ、ボルト及びナットに緩みが発生していない場合は、極めて十分な耐久信頼性を有していると評価して、表１においては◎印で示した。さらに、１０００サイクル終了後に、試験部材の樹脂部分にクラックが発生しているか、又は、ボルト及びナットに緩みが発生していた場合は、不合格と評価して、表１においては×印で示した。

表１から分かるように、実施例１〜４は、２０００サイクル終了後においても、クラックやナットの緩みは全く発生しなかった。これに対して、実施例５は、１０００サイクル終了後にはクラックやナットの緩みの発生は全く認められなかったものの、接着剤層を備えていないため、繰返し熱応力の局部的集中が実施例１〜４と比較すると大きく、１５００サイクル終了後に試験部材の樹脂部分にクラックの発生が確認された。一方、実施例６は、繰返し熱応力によって１０００サイクル終了後にナットの緩みが確認された。

次に、耐熱性試験について説明する。試験部材を１２０℃の高温環境下に１０００時間放置した後に、ボルト及びナットの締結状況を確認した。結果を表１に示す。
表１から分かるように、実施例１〜５は、ボルト及びナットの締結状態に、ナットの緩み等の不具合は一切認められなかった（表１においては○印で示してある）。これに対して、実施例６は、樹脂材料に変形（へたり）が生じた結果、ナットの緩みが生じていることが確認された（表１においては×印で示してある）。

１１ ステアリング軸
１２ ステアリングコラム
１３ 電動モータ
１５ コラムカバー
３０ 歯車減速機構
３３ ギヤボックス
３３Ａ ハウジング部材
３３Ｂ カバー部材
３３Ｃ ボルト
３６Ａ，３６Ｂ 芯金
３７ ボルト穴

Claims (6)

1. 操舵トルクが入力されるステアリング軸と、前記ステアリング軸に入力された操舵トルクに応じて、前記操舵トルクを補助する補助トルクを出力する電動モータと、前記補助トルクを減速して前記ステアリング軸に伝達する歯車減速機構と、前記歯車減速機構を収容するギヤボックスと、前記ステアリング軸を内包するステアリングコラムと、前記ステアリングコラムを覆い車室内部に配されるコラムカバーと、を備え、前記ギヤボックスと前記コラムカバーとが一体成形されたものであることを特徴とするコラム式電動パワーステアリング装置。
2. 前記ギヤボックスは、前記コラムカバーと一体成形された１つの部材であり前記歯車減速機構を収容するハウジング部材と、該ハウジング部材の開口部を覆うカバー部材と、を有し、前記ハウジング部材及び前記カバー部材はボルトにより締結され一体化されており、
   前記ハウジング部材及び前記カバー部材は、前記ボルトが挿通されるボルト穴を有する金属製の芯金をインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものであることを特徴とする請求項１に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。
3. 前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面に、接着剤を含有する接着剤層を備えることを特徴とする請求項２に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。
4. 前記接着剤層は、前記芯金の表面上に形成された下層と、その上側に積層された上層とを備え、前記下層はフェノール樹脂系接着剤又はカップリング剤を含有し、前記上層はフェノール樹脂系接着剤を含有することを特徴とする請求項３に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。
5. 前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面が粗面化されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。
6. 前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂と繊維強化材とを含有する樹脂組成物であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。

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