JP2014141233A - 電動パワーステアリング装置用減速ギア - Google Patents

Abstract

【課題】高強度で耐久性に優れることに加えて、相手材であるウォームを傷付けることもなく、更には射出成形を良好に行うことが可能で成形性にも優れる樹脂部を備える電動パワーステアリング装置用減速ギアを提供する。
【解決手段】金属製芯管の外周に、平均繊維長が３〜６ｍｍのアラミド繊維を、樹脂組成物全量の１０〜３０質量％含有するポリアミド系樹脂組成物からなり、その外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体化してなる歯車を備える電動パワーステアリング装置用減速ギア。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵補助出力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギアに関する。

自動車に組み込まれる電動パワーステアリング装置に用いられている減速機構として、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、図１に示すような、電動モータ（図示せず）の回転軸に連結するウォーム３２と、ウォーム３２に噛み合うウォームホイール３１とから構成される減速ギア３０が使用されるのが一般的である。

このような減速ギア３０では、ウォームホイール３１とウォーム３２の両方を金属製とすると、ハンドル操舵時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するため、金属製の芯管４２の外側に、樹脂組成物製で外周面にギア歯４４を形成した樹脂部４３を一体化させたウォームホイール３１を用いて騒音対策を行っている（例えば、特許文献１参照）。また、このような樹脂部４３を備えるウォームホイール３１を用いることで、電動パワーステアリング装置の軽量化を図ることもできる。

樹脂部４３を形成する樹脂組成物としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、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補強材を配合したものが広く使用されている。また、補強材を含有しない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、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等も用いられている。しかし、耐疲労性、寸法安定性やコストを考慮して、近年では、繊維補強材を含有しないＭＣナイロンや、繊維補強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）。

また、繊維補強材を長繊維にすることにより強度の向上を図ることも行われており、本出願人も、平均繊維長が７〜１１ｍｍの有機繊維材を配合したポリアミド樹脂組成物で樹脂部を形成することを提案している（特許文献２参照）。

特公平６−６０６７４号公報 特開２００９−２８０１６１号公報

しかしながら、樹脂部４３は、製造効率上、繊維補強材を含有する樹脂組成物を射出成形して製造することが一般的であるが、繊維長が長くなるほど繊維補強材が射出成形機のスクリューに絡みやすくなる。また、樹脂組成物はペレットの状態で射出成形機に投入されるが、繊維補強材の繊維長が長くなるほどペレットも大粒になり、投入性も悪くなる。更には、繊維長が長くなると、補強繊維材の樹脂中への分散性が悪くなり樹脂部に強度ムラが生じるおそれもある。

また、補強繊維材としてガラス繊維や炭素繊維も使用されているが、表面に露出したガラス繊維や炭素繊維が相手材であるウォームを傷付けたり、駆動時に大きな摺動音を発生するという問題がある。

そこで本発明は、高強度で耐久性に優れることに加えて、相手材であるウォームを傷付けることもなく、更には射出成形を良好に行うことが可能で成形性にも優れる樹脂部を備える電動パワーステアリング装置用減速ギアを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記の電動パワーステアリング装置用減速ギアを提供する。
（１）操舵補助出力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギアにおいて、
金属製芯管の外周に、平均繊維長が３〜６ｍｍのアラミド繊維を、樹脂組成物全量の１０〜３０質量％含有するポリアミド系樹脂組成物からなり、その外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体化してなる歯車を備え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ア。
（２）前記歯車がウォームホイール、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上記（１）記載の電動パワーステアリング装置用減速ギア。

本発明の電動パワーステアリング装置用減速ギアでは、繊維補強材をアラミド繊維にすることで、ウォームを傷付けることがなく、静音性も良好になる。更には、アラミド繊維の繊維長を特定したことにより、十分な強度が得られるとともに、射出成形性にも優れるようになる。

電動パワーステアリング装置用減速ギアの一例を示す斜視図である。 コラムアシスト式電動パワーステアリング装置の一例を示す概略図である。 ラックアシスト式電動パワーステアリング装置の一例を示す概略図である。 減速ギアの他の例（平歯車）を示す斜視図である。 減速ギアの更に他の例（はすば歯車）を示す斜視図である。 減速ギアの更に他の例（かさ歯車）を示す斜視図である。 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。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

本発明では電動パワーステアリング装置には制限はなく、例えば図２に示すコラムアシスト式電動パワーステアリング装置や図３に示すラックアシスト式電動パワーステアリング装置に組み込まれる減速ギアを対象にすることができる。

図２に示されるコラムアシスト式電動パワーステアリング装置１０において、舵輪軸１１は、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとで構成され、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自在に支承されており、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ている。また、上部舵輪軸１１ａの上端には、図示されていない舵輪が固定されている。更に、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとは、図示されていない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に伝達される操舵トルクがトーションバーに検出され、検出された操舵トルクに基づいてモータ１３の出力が制御される。モータ１３には減速ギア３０が連結しており、モータ１３の回転がウォーム及びウォームホイールを経て下部舵輪軸１１ｂに伝承される。
いる。

また、ラック・ピニオン式運動変換機構２０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２１と、ラック軸２１の軸芯に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を備えたピニオンを含むピニオン軸２２、及びラック軸２１とピニオン軸２２を支承する筒状のラック軸ケース２３とから構成される。

また、図３に示されるラックアシスト式電動パワーステアリング装置１００は、ラック軸１０１と、ステアリング軸（図示せず）に連結する第１のピニオン１０５と、モータ１１０側の第２のピニオン１０６と、減速ギア１３０とを備えている。減速ギア１３０は、モータ１１０のシャフトに連結されたウォームとウォームホイールとから構成されており、第２のピニオン１０６がウォームホイールに固着されている。また、第２のピニオン１０６はラック軸１０６に噛み合っている。

本発明では、上記の減速ギア３０、１３０において、図１に示すような、金属製の芯管４２の外周に、後述する樹脂組成物からなり、その外周端面にギア歯４４を形成した樹脂部４３を一体化したウォームホイール３１を用いる。また、ウォーム３２には制限はなく、従来と同様に金属製とすることができる。

樹脂部４３を形成するベース樹脂には、ポリアミド樹脂、もしくはポリアミド樹脂を主成分とするブレンドポリマーを用いる。尚、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、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。

ベース樹脂には、補強のためにアラミド繊維が配合される。アラミド繊維は有機繊維であり、ガラス繊維や炭素繊維とは異なり、相手材であるウォーム３２を傷付けることがなく、また減衰特性に優れることから摺動音が低く静音性にも優れるようになる。しかも、アラミド繊維は引張強度や引張弾性率が大きく、補強効果にも優れる。

尚、アラミド繊維にはベンゼン環が直鎖状のパラ型アラミド繊維とジグザグ状のメタ型アラミド繊維とがあり、どちらも使用できるが、繊維の強度は高いパラ型アラミド繊維を用いるのが好ましい。パラ型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。

また、アラミド繊維の平均繊維長を３〜６ｍｍとする。平均繊維長が３ｍｍ未満では、十分な補強効果が得られない。一方、平均繊維長が６ｍｍ超になると、成形性が悪くなるとともに、樹脂中への分散性が悪くなり樹脂部４３に強度ムラが生じるおそれもある。これらを考慮すると、アラミド繊維の平均繊維長は４〜５ｍｍが好ましい。

更に、アラミド繊維は、ベース樹脂との接着性を考慮して、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂等のサイジング剤や、シラン系やチタネート系のカップリング剤で表面処理したものを用いることが好ましい。

アラミド繊維は、樹脂組成物全量の１０〜３０質量％の割合で配合される。配合量が１０質量％未満では補強効果が十分ではなく、３０質量％を超えると相対的に樹脂分が少なくなり成形性が悪くなる。

ベース樹脂には、本発明の効果を損なわない範囲内で、アラミド繊維の他にも各種添加剤を配合することができ、例えば黒鉛、六方晶窒化硼素、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及びに二硫化モリブデン等の固体潤滑剤、無機粉末、有機粉末、潤滑油、可塑剤、ゴム、ポリアミド以外の樹脂、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光保護材、難燃剤、帯電防止剤、離形剤、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、染料等を適量配合してもよい。

ウォームホイール３１を製造する方法には制限はないが、例えば、先ず、金属製の芯管４２を射出成形金型に入れ、そこへベース樹脂やアラミド繊維、添加剤を含有する樹脂組成物を射出成形して成形品を作製する。尚、芯管４２は、その外周面をショットブラスト処理やローレット加工等により粗面化しておくことが好ましく、更には接着剤を塗布しておくことがより好ましい。即ち、粗面化を施し、接着剤が塗布された芯管４２をコアとし、樹脂組成物をインサート成形することが最も好ましい。そのため、ベース樹脂は、アラミド補強や添加剤を含んだ状態で射出成形できるような適度の流動性を有するように、分子量を調整することが好ましい。

次いで、成形品のスプルー及びディスクゲートを切除してブランク材とした後、樹脂部３１の外周面に切削加工によりギア歯４４を形成する。

本発明では減速ギア３０の種類として、図１に示す他にも図４に示すような平歯車、図５に示すようなはすば歯車、図６に示すようなかさ歯車、図７に示すようなハイポイドギア等が可能であり、何れも金属製の芯管の外周に、外周面にギア歯が形成された上記樹脂部を一体化した構成からなる。

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。

（実施例１〜２、比較例１〜５）
外径６５ｍｍ、幅１６ｍｍのＳ４５Ｃ製の芯管に、溝の深さ０．５ｍｍのローレット加工を施し、脱脂した。この芯管を射出成形金型に入れ、表１に示す樹脂組成物を射出成形し、スプルー及びディスクゲートを切除して外径９５ｍｍ、幅１６ｍｍのブランク材を作製した。そして、切削加工によりブランク材の外周面にギア歯を形成してウォームホイール試験体を得た。尚、実施例１〜２及び比較例１〜２で使用したアラミド繊維は、パラ型アラミド繊維をサイジング剤で表面処理したものを使用した。

上記製造工程において、射出成形性を評価した。結果を表１に併記するが、比較例１ではアラミド繊維が長すぎて射出成形機のスクリューに絡みつき、成形性が悪かった。

また、実施例及び比較例のウォームホイール試験体について、下記（１）摺動音評価及び（２）耐久性評価を行った。

（１）摺動音評価
ウォームホイール試験体を減速ギア（ウォームは金属製）に組み込み、無音響室にて電動モータで駆動し、その時に発生する騒音を指向性マイクで録音し、ＦＦＴ解析した。周波数帯（５００〜１０００Ｈｚ）での平均騒音レベル（ＰＯＡ）を表２に示す。

表２に示すように、繊維補強材として減衰特性に優れるアラミド繊維（実施例１〜２及び比較例１〜２）を用いることで、硬質繊維であるガラス繊維（比較例４）や炭素繊維（比較例５）よりも騒音レベルを低く抑えられることがわかる。

（２）耐久性評価
ウォームホイール試験体を実際の自動車の減速ギア（ウォームは金属製）に組み込み、下記の環境条件Ａ〜Ｄにて操舵操作を繰り返して耐久性を評価した。結果を表３に示すが、何れの環境条件でも、１０万回の操舵操作に耐え得るときを合格とし表中に「〇」を記し、耐えられないときを不合格とし表中に「×」を記した。
環境条件Ａ：３０℃、５０％ＲＨ
環境条件Ｂ：５０℃、９０％ＲＨ
環境条件Ｃ：８０℃、５０％ＲＨ
環境条件Ｄ：８０℃、９０％ＲＨ

また、操舵後にウォームを観察し、傷付け性を評価した。結果を表３に併記するが、ウォームに傷が見られないときを合格とし表中に「〇」を記し、傷が見られるときを不合格とし表中に「×」を記した。

表３に示すように、繊維長が３ｍｍまたは６ｍｍの実施例１、２は、何れの環境条件においても十分な耐久性を有するが、繊維長が１ｍｍの比較例２は、繊維補強材を含有しない比較例３と同等の耐久性であり、補強効果は殆ど認められない。また、実施例１、２及び比較例１、２のように、繊維補強材としてアラミド繊維を用いることによりウォームへの傷付け性が良好になる、しかし、繊維補強材としてガラス繊維（比較例４）や炭素繊維（比較例５）を用いると、耐久性は繊維補強材を含有しない比較例３に比べて向上するものの、ウォームへの傷付け性に劣るようになる。

上記の実施例及び比較例から、平均繊維長が３〜６ｍｍのアラミド繊維を含有することにより、十分な補強効果が得られて耐久性が高まり、ウォームを傷付けることもなく、更には成形性にも優れるようになることがわかる。

３０ 減速ギア
３１ ウォームホイール
３２ ウォーム
４２ 芯管
４３ 樹脂部
４４ ギア歯

Claims (2)

1. 操舵補助出力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギアにおいて、
   金属製芯管の外周に、平均繊維長が３〜６ｍｍのアラミド繊維を、樹脂組成物全量の１０〜３０質量％含有するポリアミド系樹脂組成物からなり、その外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体化してなる歯車を備え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ア。
2. 前記歯車がウォームホイール、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記載の電動パワーステアリング装置用減速ギア。

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