JP2014009789A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】強化繊維を含む樹脂組成物によって形成されたウォームホイールの歯の歯面におけるグリースの油膜形成性を向上して、前記歯面と、ウォームの歯面との間に連続した油膜を形成でき、前記両歯面間の摺動の摩擦係数を、前記油膜による潤滑によって良好に低減させて、できるだけ操舵トルクが低く操作フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ウォームホイールの、歯21の歯面25の表面粗さRaを0.1μm以上、0.5μm以下の範囲内、特に0.3μm以下の範囲内とする。前記ウォームホイールは、前記歯21のもとになる樹脂部材22を、強化繊維を含む樹脂組成物によって成形し、次いで歯切り加工して歯21を形成したのち、前記歯21をなじみ加工して、その歯面25の表面粗さRaを調整することによって製造される。
【選択図】図3
【解決手段】ウォームホイールの、歯21の歯面25の表面粗さRaを0.1μm以上、0.5μm以下の範囲内、特に0.3μm以下の範囲内とする。前記ウォームホイールは、前記歯21のもとになる樹脂部材22を、強化繊維を含む樹脂組成物によって成形し、次いで歯切り加工して歯21を形成したのち、前記歯21をなじみ加工して、その歯面25の表面粗さRaを調整することによって製造される。
【選択図】図3
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
一般に電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用の電動モータの回転軸の回転を、減速機を介して減速するとともに、出力を増幅してラックアンドピニオン機構等の転舵機構に伝えることで、運転者のステアリング操作による前記転舵機構の動作をトルクアシストしている。
前記減速機としては、通常、互いに噛み合う小歯車としてのウォームと、大歯車としてのウォームホイールとを備えたものが用いられる。
前記減速機としては、通常、互いに噛み合う小歯車としてのウォームと、大歯車としてのウォームホイールとを備えたものが用いられる。
特に近年、前記両歯車の噛み合い部で発生する歯打ち音を低減したり、減速機を小型化して電動パワーステアリング装置を軽量化したりすることを目的として、鉄等の金属製のウォームに、少なくとも前記ウォームの歯と噛み合う複数の歯を樹脂によって形成したウォームホイールを組み合わせることが多くなってきている(特許文献1等)。
具体的には、例えば円環状の芯金と、前記芯金の外周に一体的に形成され、その外周に、前記ウォームの歯と噛み合う複数の歯を形成した円環状の樹脂部材とを備えたウォームホイールを、前記金属製のウォームと組み合わせることが普及しつつある。
具体的には、例えば円環状の芯金と、前記芯金の外周に一体的に形成され、その外周に、前記ウォームの歯と噛み合う複数の歯を形成した円環状の樹脂部材とを備えたウォームホイールを、前記金属製のウォームと組み合わせることが普及しつつある。
かかるウォームホイールは、芯金の外周に、円環状の樹脂部材を射出成形(インサート成形)等によって形成後、前記樹脂部材の外周にホブ加工等の歯切り加工によって歯を形成して製造されるのが一般的である。
樹脂部材は、例えばポリアミド(PA6、PA66、PA46等)、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)等の樹脂によって形成される。
樹脂部材は、例えばポリアミド(PA6、PA66、PA46等)、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)等の樹脂によって形成される。
また近年の、より大型の自動車への電動パワーステアリング装置の組み込みによる電動モータの出力の増加と、それによる歯面への面圧の増加に対応するため、前記樹脂部材を、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維を充填した樹脂組成物によって形成する場合も増加しつつある。
両歯車間にはグリースが充填される。充填されたグリースは、両歯車の歯面間に介在して油膜を形成し、それによって電動モータの回転軸の回転に伴う小歯車の回転、および大歯車の従動回転による前記両歯車の歯面の摺動を補助するために機能する。そのためグリースを充填することで、電動パワーステアリング装置の操舵トルクを低下させ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
両歯車間にはグリースが充填される。充填されたグリースは、両歯車の歯面間に介在して油膜を形成し、それによって電動モータの回転軸の回転に伴う小歯車の回転、および大歯車の従動回転による前記両歯車の歯面の摺動を補助するために機能する。そのためグリースを充填することで、電動パワーステアリング装置の操舵トルクを低下させ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
ところが、強化繊維を充填した樹脂組成物からなる樹脂部材を前記のように歯切り加工して形成される大歯車の歯の歯面は、強化繊維を充填しない樹脂からなる歯面に比べて表面粗さが大きくなる。
これは、歯切り加工によって歯面に強化繊維が露出することが主な原因であり、それによって歯面の表面粗さが大きくなると、前記大歯車の歯の歯面におけるグリースの油膜形成性が悪化して、当該歯面と小歯車の歯の歯面との間に、先に説明した歯面間の摺動を補助するための連続した油膜が形成されない場合を生じる。
これは、歯切り加工によって歯面に強化繊維が露出することが主な原因であり、それによって歯面の表面粗さが大きくなると、前記大歯車の歯の歯面におけるグリースの油膜形成性が悪化して、当該歯面と小歯車の歯の歯面との間に、先に説明した歯面間の摺動を補助するための連続した油膜が形成されない場合を生じる。
油膜が形成されない両歯面間は、当該両歯面の突出部分が直接に接触する境界潤滑の状態を呈することになり、かかる境界潤滑の状態では、連続した油膜のみによる潤滑(流体潤滑)や、あるいは前記流体潤滑と境界潤滑とが混在した混合潤滑の場合と比べて、両歯面間の摺動の摩擦係数が増加して操舵トルクが上昇し、操舵フィーリングが低下するという問題を生じる。
本発明の目的は、強化繊維を含む樹脂組成物によって形成された、ウォームホイール等の大歯車の歯の歯面におけるグリースの油膜形成性を向上して、前記歯面と、ウォーム等の小歯車の歯面との間にできるだけ連続した油膜を形成できるため、前記両歯面間の摺動の摩擦係数を、前記油膜による潤滑によって良好に低減させて、できるだけ操舵トルクが低く操作フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
請求項1記載の発明は、互いに噛み合う小歯車(19)および大歯車(20)からなる減速機(18)を備え、前記大歯車は、少なくとも前記小歯車の歯と噛み合う複数の歯(21)が、強化繊維を含む樹脂組成物によって形成されているとともに、前記歯の歯面(25)の表面粗さRaが0.1μm以上、0.5μm以下の範囲内であることを特徴とする電動パワーステアリング装置(1)である。
前記カッコ内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を示す。
前記請求項1の構成によれば、前記大歯車の、強化繊維を含む樹脂組成物からなる歯の歯面の表面粗さRaを0.5μm以下の範囲内とすることで、当該歯面におけるグリースの油膜形成性を向上して、前記歯面と、小歯車の歯面との間にできるだけ連続した油膜を形成することができる。そのため、前記両歯面間の摺動の摩擦係数を、前記連続した油膜による潤滑によって良好に低減させて、電動パワーステアリング装置の操舵トルクを低下させ、操舵フィーリングを向上させることが可能となる。
前記請求項1の構成によれば、前記大歯車の、強化繊維を含む樹脂組成物からなる歯の歯面の表面粗さRaを0.5μm以下の範囲内とすることで、当該歯面におけるグリースの油膜形成性を向上して、前記歯面と、小歯車の歯面との間にできるだけ連続した油膜を形成することができる。そのため、前記両歯面間の摺動の摩擦係数を、前記連続した油膜による潤滑によって良好に低減させて、電動パワーステアリング装置の操舵トルクを低下させ、操舵フィーリングを向上させることが可能となる。
しかも大歯車の、金属製の小歯車の歯と噛み合う複数の歯を、前記のように強化繊維を含む樹脂組成物によって形成しているため、歯打ち音を低減したり、減速機を小型化して電動パワーステアリング装置を軽量化したりできる上、大型の自動車への電動パワーステアリング装置の組み込みによる電動モータの出力の増加と、それによる歯面への面圧の増加にも十分に対応することができる。
なお歯面の表面粗さRaが0.1μm以上とされるのは、この範囲より表面粗さを小さくする加工をするのが容易でないためである。例えば後述するなじみ加工等によって歯の歯面の表面粗さRaを0.1μm未満に調整しようとすると、加工に長時間を要する上、加工時の発熱等によって歯が変形したりしやすいため、歩留まりよく効率的に大歯車を製造できないという問題を生じる。
前記表面粗さRaを、本発明では、日本工業規格JIS B0601:2001「製品の幾何特性仕様(GPS)−表面性状:輪郭曲線方式−用語,定義及び表面性状パラメータ」において記載された粗さ曲線の算術平均粗さRaでもって表すこととする。
請求項2記載の発明は、前記歯面の表面粗さは0.3μm以下である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置である。
請求項2記載の発明は、前記歯面の表面粗さは0.3μm以下である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置である。
この構成によれば、前記歯面における油膜形成性をさらに向上して、両歯面間の摺動の摩擦係数を、例えば強化繊維を含まない樹脂からなる歯面と同等またはそれ以上に低減させることができる。そのため、電動パワーステアリング装置の操舵トルクをより一層低下させて、操舵フィーリングをさらに向上させることができる。
請求項3記載の発明は、前記大歯車は、前記複数の歯のもとになる樹脂部材を、強化繊維を含む樹脂組成物によって成形する工程、前記樹脂部材を歯切り加工して歯を形成する工程、および前記歯をなじみ加工して、その歯面の表面粗さRaを調整する工程を経て製造されたものである請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置である。
請求項3記載の発明は、前記大歯車は、前記複数の歯のもとになる樹脂部材を、強化繊維を含む樹脂組成物によって成形する工程、前記樹脂部材を歯切り加工して歯を形成する工程、および前記歯をなじみ加工して、その歯面の表面粗さRaを調整する工程を経て製造されたものである請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置である。
この構成によれば、前記複数の歯を、樹脂部材の成形、および歯切り加工によって、高い精度でもって形成することができる。
しかも前記歯を形成後、実際に組み合わせる小歯車、またはなじみ加工用の小歯車の歯と噛み合わせて一定のトルク、速度、および/または温度(通常は減速機の実際の使用条件よりも高負荷、すなわち高トルク、高速、および/または高温)で一定時間回転させてなじみ加工(高負荷歯面形成)することにより、より効率的に、前記歯の歯面の表面粗さを、前記所定の範囲に調整することができる。
しかも前記歯を形成後、実際に組み合わせる小歯車、またはなじみ加工用の小歯車の歯と噛み合わせて一定のトルク、速度、および/または温度(通常は減速機の実際の使用条件よりも高負荷、すなわち高トルク、高速、および/または高温)で一定時間回転させてなじみ加工(高負荷歯面形成)することにより、より効率的に、前記歯の歯面の表面粗さを、前記所定の範囲に調整することができる。
本発明によれば、強化繊維を含む樹脂組成物によって形成された、ウォームホイール等の大歯車の歯の歯面におけるグリースの油膜形成性を向上して、前記歯面と、ウォーム等の小歯車の歯面との間にできるだけ連続した油膜を形成できるため、前記両歯面間の摺動の摩擦係数を、前記油膜による潤滑によって良好に低減させて、できるだけ操舵トルクが低く操作フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置を提供することが可能となる。
図1は、本発明の電動パワーステアリング装置の、実施の形態の一例の概略を示す模式図である。
図1を参照して、この例の電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2と一体回転可能に連結されたステアリングシャフト3と、前記ステアリングシャフト3に自在継手4を介して連結された中間シャフト5と、前記中間シャフト5に自在継手6を介して連結されたピニオンシャフト7と、前記ピニオンシャフト7に設けられたピニオン歯7aに噛み合うラック歯8aを有して、自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー8とを備えている。
図1を参照して、この例の電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2と一体回転可能に連結されたステアリングシャフト3と、前記ステアリングシャフト3に自在継手4を介して連結された中間シャフト5と、前記中間シャフト5に自在継手6を介して連結されたピニオンシャフト7と、前記ピニオンシャフト7に設けられたピニオン歯7aに噛み合うラック歯8aを有して、自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー8とを備えている。
ピニオンシャフト7およびラックバー8により、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構9が構成されている。
ラックバー8は、車体に固定されるラックハウジング10内に、図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー8の両端部はラックハウジング10の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド11が結合されている。
ラックバー8は、車体に固定されるラックハウジング10内に、図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー8の両端部はラックハウジング10の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド11が結合されている。
各タイロッド11は、図示しないナックルアームを介して対応する操向輪12に連結されている。
操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、前記回転が、ピニオン歯7aおよびラック歯8aによって自動車の左右方向に沿うラックバー8の直線運動に変換されて操向輪12の転舵が達成される。
操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、前記回転が、ピニオン歯7aおよびラック歯8aによって自動車の左右方向に沿うラックバー8の直線運動に変換されて操向輪12の転舵が達成される。
ステアリングシャフト3は、操舵部材2に連なる入力軸3aと、ピニオンシャフト7に連なる出力軸3bとに分割されており、前記両軸3a、3bはトーションバー13を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
またトーションバー13には、両軸3a、3b間の相対回転変位量から操舵トルクを検出するためのトルクセンサ14が設けられており、前記トルクセンサ14のトルク検出結果がECU(Electric Control Unit:電子制御ユニット)15に与えられる。
またトーションバー13には、両軸3a、3b間の相対回転変位量から操舵トルクを検出するためのトルクセンサ14が設けられており、前記トルクセンサ14のトルク検出結果がECU(Electric Control Unit:電子制御ユニット)15に与えられる。
ECU15では、トルク検出結果や、図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路16を介して操舵補助用の電動モータ17を駆動制御する。そして電動モータ17の出力回転が、減速機18を介して減速されてピニオンシャフト7に伝達され、ラックバー8の直線運動に変換されて操舵が補助される。
減速機18は、電動モータ17により回転駆動される入力軸としてのウォーム19と、前記ウォーム19に噛み合うとともにステアリングシャフト3の出力軸3bに一体回転可能に連結されるウォームホイール20とを備えている。
減速機18は、電動モータ17により回転駆動される入力軸としてのウォーム19と、前記ウォーム19に噛み合うとともにステアリングシャフト3の出力軸3bに一体回転可能に連結されるウォームホイール20とを備えている。
このうちウォーム19は、先に説明したように鉄等の金属によって形成される。
図2は、図1の例の電動パワーステアリング装置1に組み込まれる、大歯車としてのウォームホイール20の、実施の形態の一例を示す平面図である。また図3は、図2の例のウォームホイール20の、歯21の部分を拡大した斜視図である。
図1、図2を参照して、この例のウォームホイール20は、樹脂と強化繊維とを含む樹脂組成物からなり、その外周に、ウォーム19の歯と噛み合う複数の歯21を備えた円環状の樹脂部材22と、前記樹脂部材22の中心に一体的に嵌め合わされた円環状の芯金23とを備えている。
図2は、図1の例の電動パワーステアリング装置1に組み込まれる、大歯車としてのウォームホイール20の、実施の形態の一例を示す平面図である。また図3は、図2の例のウォームホイール20の、歯21の部分を拡大した斜視図である。
図1、図2を参照して、この例のウォームホイール20は、樹脂と強化繊維とを含む樹脂組成物からなり、その外周に、ウォーム19の歯と噛み合う複数の歯21を備えた円環状の樹脂部材22と、前記樹脂部材22の中心に一体的に嵌め合わされた円環状の芯金23とを備えている。
前記樹脂としては、機械分野において多用されている、例えばポリアミド(PA6、PA66、PA46等)などのエンジニアリングプラスチックや、あるいは芳香族ポリアミド(PA6T、PA9T、PPA等)、ポリアセタール、PEEK、PPSなどのスーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。
また強化繊維としてはガラス繊維、カーボン繊維等が挙げられる。
また強化繊維としてはガラス繊維、カーボン繊維等が挙げられる。
強化繊維のサイズは、前記樹脂の強化のために多用される通常の範囲内であればよい。具体的には、繊維長が50μm以上、300μm以下程度、繊維径が5μm以上、14μm以下程度であるのが好ましい。
前記強化繊維の添加量は、樹脂100質量部あたり10質量部以上であるのが好ましく、40質量部以下であるのが好ましい。
前記強化繊維の添加量は、樹脂100質量部あたり10質量部以上であるのが好ましく、40質量部以下であるのが好ましい。
添加量が前記範囲未満では、強化繊維を含有させることによる補強効果が十分に得られず、ウォームホイール20の寸法安定性が低下して、温度変化による膨張収縮によって操舵トルクの上昇や歯打ち音の増大等を生じやすくなるおそれがある。
また、添加量が前記範囲を超える場合には、相対的に樹脂の量が少なくなるため、樹脂部材22の、特に歯21の強度が却って低下するおそれがある。
また、添加量が前記範囲を超える場合には、相対的に樹脂の量が少なくなるため、樹脂部材22の、特に歯21の強度が却って低下するおそれがある。
図2、図3を参照して、各歯21は、樹脂部材22の外周に、ウォームホイール20の中心軸Sの軸方向に対して所定の進み角Aを設けて配列されている。隣接する歯21間には歯溝24が形成され、それぞれの歯21の歯溝24に臨む面が、当該歯21をウォーム19の歯(図示せず)と噛み合わせた際に、当該歯の歯面(図示せず)と直接に接触してウォーム19の回転をウォームホイール20の従動回転に変換する歯面25とされている。
ウォーム19、およびウォームホイール20は、操舵部材2の左右回転に伴って左右(正逆)両方向に回転されるため、1つの歯21の、両側の歯溝24に臨む両面が歯面25とされている。
本発明では、前記歯面25の表面粗さRaが0.1μm以上、0.5μm以下である必要がある。
本発明では、前記歯面25の表面粗さRaが0.1μm以上、0.5μm以下である必要がある。
表面粗さRaが0.1μm以上とされるのは、この範囲より表面粗さを小さくする加工をするのが容易でないためである。例えばなじみ加工等によって歯面25の表面粗さRaを0.1μm未満に調整しようとすると、加工に長時間を要する上、加工時の発熱等によって歯21が変形したりしやすいため、歩留まりよく効率的にウォームホイール20を製造できないという問題を生じる。
一方、表面粗さRaが0.5μmを超える場合には、前記歯面25と、ウォーム19の歯面との間に連続した油膜を形成できない。すなわち、下記式(1):
によって求められる膜厚比が0.2未満となって、ウォームホイール20の歯面25と、ウォーム19の歯面とは、先に説明した境界潤滑の状態を呈することになるため、電動パワーステアリング装置1の操舵トルクが大きく上昇して操舵フィーリングが低下するという問題を生じる。
なお前記式(1)中の(両歯面間の合成表面粗さ)は、下記式(2):
なお前記式(1)中の(両歯面間の合成表面粗さ)は、下記式(2):
によって求められる。式(2)中のRaは、ウォームホイール20の歯面25の表面粗さRa(μm)であり、Ra′は、ウォーム19の歯面の表面粗さ(μm)である。
かかる式(1)(2)から、金属等からなるウォーム19の歯面の表面粗さが一定であるとき、強化繊維を含む樹脂組成物からなるウォームホイール20の歯面25の表面粗さが、両歯面間に形成される油膜の膜厚比、すなわち連続した油膜を形成できるか否かを決定する主たる要因であることが明らかである。
かかる式(1)(2)から、金属等からなるウォーム19の歯面の表面粗さが一定であるとき、強化繊維を含む樹脂組成物からなるウォームホイール20の歯面25の表面粗さが、両歯面間に形成される油膜の膜厚比、すなわち連続した油膜を形成できるか否かを決定する主たる要因であることが明らかである。
本発明によれば、前記ウォームホイール20の歯21の歯面25の表面粗さRaを前記0.1μm以上、0.5μm以下の範囲内とすることで、当該歯面25におけるグリースの油膜形成性を、歩留まりよく効率的に向上することができる。
すなわち、前記式(1)で求められる膜厚比を0.2以上として、前記歯面25とウォーム19の歯面との間にできるだけ連続した油膜を形成し、両歯面間の潤滑を混合潤滑〜流体潤滑として摩擦を低減できるため、電動パワーステアリング装置1の操舵トルクを低下させて操舵フィーリングを向上させることが可能となる。
すなわち、前記式(1)で求められる膜厚比を0.2以上として、前記歯面25とウォーム19の歯面との間にできるだけ連続した油膜を形成し、両歯面間の潤滑を混合潤滑〜流体潤滑として摩擦を低減できるため、電動パワーステアリング装置1の操舵トルクを低下させて操舵フィーリングを向上させることが可能となる。
なお、かかる効果をより一層向上することを考慮すると、歯面25の表面粗さRaは、前記範囲内でも0.3μm以下であるのが好ましい。
表面粗さRaを前記0.3μm以下の範囲内とすることで、前記歯面25における油膜形成性をさらに向上して、ウォーム19の歯面との間の摺動の摩擦係数を、例えば強化繊維を含まない樹脂からなる歯面と同等またはそれ以上に低減させることができる。そのため、電動パワーステアリング装置1の操舵トルクをより一層低下させて、操舵フィーリングをさらに向上させることができる。
表面粗さRaを前記0.3μm以下の範囲内とすることで、前記歯面25における油膜形成性をさらに向上して、ウォーム19の歯面との間の摺動の摩擦係数を、例えば強化繊維を含まない樹脂からなる歯面と同等またはそれ以上に低減させることができる。そのため、電動パワーステアリング装置1の操舵トルクをより一層低下させて、操舵フィーリングをさらに向上させることができる。
また、歯面25の表面粗さRaを前記範囲内でもできるだけ小さくして、膜厚比を0.9以上とすると、両歯面間の潤滑を流体潤滑のみとして、摩擦係数を、歯面25の表面粗さRaに関係なく常に一定にすることができる。
図4は、図2の例のウォームホイール20を製造する途中の状態を示す平面図である。
図2ないし図4を参照して、この例のウォームホイール20を製造するには、まず芯金23の外周に、例えばインサート成形によって、外周面26が円筒面とされた円環状の樹脂部材22を一体に形成する。
図4は、図2の例のウォームホイール20を製造する途中の状態を示す平面図である。
図2ないし図4を参照して、この例のウォームホイール20を製造するには、まず芯金23の外周に、例えばインサート成形によって、外周面26が円筒面とされた円環状の樹脂部材22を一体に形成する。
詳しくは、図示していないが、前記外周面26が円筒面とされた円環状の樹脂部材22の立体形状に対応した型窩を有し、かつ前記型窩の中心に芯金23を保持した金型を用意し、前記金型の型窩内に、加熱溶融させた前記樹脂組成物を注入したのち冷却することにより、前記芯金23と一体化された樹脂部材22が形成される。
次いで前記樹脂部材22の外周を、図4に破線で示すように歯切り加工(ホブ加工等)して歯21を形成する。この状態では、先に説明したように歯面25に強化繊維が露出して、前記歯面25の表面粗さRaが0.5μmより大きくなっているのが一般的である。
次いで前記樹脂部材22の外周を、図4に破線で示すように歯切り加工(ホブ加工等)して歯21を形成する。この状態では、先に説明したように歯面25に強化繊維が露出して、前記歯面25の表面粗さRaが0.5μmより大きくなっているのが一般的である。
そこで次に、前記歯21を形成したウォームホイール20を、実際に組み合わせるウォーム19、またはなじみ加工用のマスターウォーム(図示せず)の歯と噛み合わせて、一定のトルク、速度、および/または温度(通常は減速機の実際の使用条件よりも高トルク、高速、および/または高温)で一定時間回転させてなじみ加工することにより、前記歯21の歯面25の表面粗さRaを、前述した0.1μm以上、0.5μm以下の範囲内に調整することができる。
グリースとしては、自動車の運転環境下で、強化繊維を含む樹脂組成物からなる歯21を備えたウォームホイール20と、金属製のウォーム19との潤滑に使用される汎用の樹脂ギヤ用グリースがいずれも使用可能である。具体的には、基油としてポリαオレフィン(PAO)等の合成炭化水素油を使用し、増ちょう剤として、脂肪族ジウレアや金属コンプレックス(Baコンプレックス、Liコンプレックス)等を用い、自動車の運転環境下、特に電動パワーステアリング装置の使用時の温度環境において良好な潤滑性能を発現しうる種々のグリース等が挙げられる。
〈試験例1〉
ウォームおよびウォームホイールの歯の歯面のモデルの、歯面間の摩擦係数を、鈴木式摩擦摩耗試験によって求めた。
すなわち、PA66に15質量%のガラス繊維を配合した樹脂組成物を用いて、図5に示す有底円筒状の試験片27を作製した。
ウォームおよびウォームホイールの歯の歯面のモデルの、歯面間の摩擦係数を、鈴木式摩擦摩耗試験によって求めた。
すなわち、PA66に15質量%のガラス繊維を配合した樹脂組成物を用いて、図5に示す有底円筒状の試験片27を作製した。
前記試験片27は、前記筒の開口側の、環状の先端面28を、ウォームホイールの歯の歯面のモデルとしたもので、当該試験片27として、それぞれ前記先端面28の表面粗さを0.05μmから1μmまで、表1に示すように段階的に変化させたものを用意した。
また平盤上に、中心軸L1を中心として120°ずつ角度を設けて等角度で、自転しないように3本のコロ29を固定した。
また平盤上に、中心軸L1を中心として120°ずつ角度を設けて等角度で、自転しないように3本のコロ29を固定した。
前記コロ29としては、鋼製で、直径φ20、円柱面30の表面粗さRaが0.0945μmであるものを用い、前記円柱面30を、ウォームの歯の歯面のモデルとした。
さらにグリースとしては、基油としてPAO、増ちょう剤としてBaコンプレックスを用いた、電動パワーステアリング装置用として調製したものを用意した。
次に、前記試験片27の中心軸L2を先の中心軸L1と一致させながら、その先端面28を、前記グリースを塗布した前記コロ29の円柱面30に当接させるとともに、前記当接部分の周囲にも必要量のグリースを充填した状態で、80℃の環境下、図中に太線の矢印で示すように前記コロ29の方向に30Nの圧接力で圧接させながら、前記試験片27を、中心軸L2を中心として、一方向に周速0.166m/秒で回転させた。
さらにグリースとしては、基油としてPAO、増ちょう剤としてBaコンプレックスを用いた、電動パワーステアリング装置用として調製したものを用意した。
次に、前記試験片27の中心軸L2を先の中心軸L1と一致させながら、その先端面28を、前記グリースを塗布した前記コロ29の円柱面30に当接させるとともに、前記当接部分の周囲にも必要量のグリースを充填した状態で、80℃の環境下、図中に太線の矢印で示すように前記コロ29の方向に30Nの圧接力で圧接させながら、前記試験片27を、中心軸L2を中心として、一方向に周速0.166m/秒で回転させた。
そしてコロ29を固定した平盤に、前記回転に伴って、前記中心軸L1を中心として試験片27の回転方向に加わるトルクを測定した結果から摩擦係数を求める作業を、前記のように先端面28の摩擦係数の異なる試験片27ごとに実施した。
ウォームホイールの歯の歯面のモデルとしての試験片27の先端面28の表面粗さRaと、前記測定から求めた両歯面間の摩擦係数との関係を表1および図6に示す。
ウォームホイールの歯の歯面のモデルとしての試験片27の先端面28の表面粗さRaと、前記測定から求めた両歯面間の摩擦係数との関係を表1および図6に示す。
表1および図6より、強化繊維を含む樹脂組成物によって形成されたウォームホイールの歯の歯面の表面粗さRaを0.5μm以下とすることにより、当該歯面と、金属製のウォームの歯の歯面との間の摺動の摩擦係数を小さくできることが判った。
ただし、前記表面粗さRaを0.1μm未満にするには長時間の加工を要する上、加工時の発熱等によって変形を生じたりしやすいため、歩留まりよく効率的に大歯車を製造できないことも判った。
ただし、前記表面粗さRaを0.1μm未満にするには長時間の加工を要する上、加工時の発熱等によって変形を生じたりしやすいため、歩留まりよく効率的に大歯車を製造できないことも判った。
また、前記摩擦係数をより一層小さくすることを考慮すると、前記ウォームホイールの歯の歯面の表面粗さRaは、前記範囲内でも0.3μm以下であるのが好ましいことが判った。
なお、表面粗さRaが0.15μm以下の範囲で、摩擦係数が、前記表面粗さRaに関係なくほぼ一定になっているのは、両歯面間の潤滑が混合潤滑から流体潤滑のみになって、歯面の表面粗さが潤滑に影響しなくなったためであると考えられる。
〈試験例2〉
試験片27の先端面28の表面粗さRaを表2に示すように段階的に変化させたものを用意し、前記各試験片27と、試験例1で使用したのと同じコロ29、およびグリースとを組み合わせて、80℃の環境下、鈴木式摩擦摩耗試験を実施した。
なお、表面粗さRaが0.15μm以下の範囲で、摩擦係数が、前記表面粗さRaに関係なくほぼ一定になっているのは、両歯面間の潤滑が混合潤滑から流体潤滑のみになって、歯面の表面粗さが潤滑に影響しなくなったためであると考えられる。
〈試験例2〉
試験片27の先端面28の表面粗さRaを表2に示すように段階的に変化させたものを用意し、前記各試験片27と、試験例1で使用したのと同じコロ29、およびグリースとを組み合わせて、80℃の環境下、鈴木式摩擦摩耗試験を実施した。
各組み合わせにおいて、式(1):
によって求められる膜厚比は表2に示す値となった。
なお式(1)中の(両歯面間の合成表面粗さ)は、先に説明したように式(2):
なお式(1)中の(両歯面間の合成表面粗さ)は、先に説明したように式(2):
によって求められる。
式(2)中のRaは、試験片27の先端面28の表面粗さRa(μm)であり、Ra′は、コロ29の円柱面30の表面粗さ、すなわち0.0945μmである。
ウォームホイールの歯の歯面のモデルとしての試験片27の先端面28の表面粗さRa、および前記式(1)で求められる膜厚比と、前記測定から求めた両歯面間の摩擦係数との関係を表2に示す。
式(2)中のRaは、試験片27の先端面28の表面粗さRa(μm)であり、Ra′は、コロ29の円柱面30の表面粗さ、すなわち0.0945μmである。
ウォームホイールの歯の歯面のモデルとしての試験片27の先端面28の表面粗さRa、および前記式(1)で求められる膜厚比と、前記測定から求めた両歯面間の摩擦係数との関係を表2に示す。
また前記膜厚比と摩擦係数との関係を図7上に(◆)でプロットした。図7中の実線は、膜厚比と摩擦係数との理論的な関係を示しており、上記表2の測定結果は、理論値とほぼ一致していることが確認された。
1:電動パワーステアリング装置、2:操舵部材、3:ステアリングシャフト、3a:入力軸、3b:出力軸、4:自在継手、5:中間シャフト、6:自在継手、7:ピニオンシャフト、7a:ピニオン歯、8:ラックバー、8a: ラック歯、9:転舵機構、10:ラックハウジング、11:タイロッド、12:操向輪、13:トーションバー、14:トルクセンサ、15:ECU、16:駆動回路、17:電動モータ、18:減速機、19:ウォーム、20:ウォームホイール、21:歯、22:樹脂部材、23:芯金、24:歯溝、25:歯面、26:外周面、27:試験片、28:先端面、29:コロ、30:側面
Claims (3)
- 互いに噛み合う小歯車および大歯車からなる減速機を備え、前記大歯車は、少なくとも前記小歯車の歯と噛み合う複数の歯が、強化繊維を含む樹脂組成物によって形成されているとともに、前記歯の歯面の表面粗さRaが0.1μm以上、0.5μm以下の範囲内であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 前記歯面の表面粗さは0.3μm以下である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記大歯車は、前記複数の歯のもとになる樹脂部材を、強化繊維を含む樹脂組成物によって成形する工程、前記樹脂部材を歯切り加工して歯を形成する工程、および前記歯をなじみ加工して、その歯面の表面粗さRaを調整する工程を経て製造されたものである請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。
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