JP2015150984A - electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
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ヤ歯が形成された樹脂部を一体に設けてなる従動歯車を備え、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。 The present invention relates to an electric power steering apparatus that transmits auxiliary output from an electric motor to a steering mechanism of a vehicle via a reduction gear mechanism, and in particular, a metal core bar is made of a resin composition and gear teeth are formed on an outer peripheral surface thereof. The present invention relates to an electric power steering device that includes a driven gear formed integrally with a formed resin portion and is lubricated with grease.
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5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52と、ウォーム52に噛み合うウォームホイール51とから構成される減速ギヤ50が使用されるのが一般的である。
As a reduction mechanism used in an electric power steering apparatus incorporated in an automobile, a large reduction ratio can be obtained with one set, and the like, for example, is connected to a rotating shaft of an electric motor (not shown) as shown in FIG. Generally, a
このような減速ギヤ50では、ウォームホイール51とウォーム52の両方を金属製とすると、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が生じやすい。そこで、ウォームホイール51に、金属製の芯管62の外周に、樹脂製で外周面にギヤ歯64を形成してなる樹脂部63を一体化させたものを使用し、(金属製ウォームホイールを採用する場合に対して、という意味での)騒音対策を行っている。
In such a
上記樹脂部63には、例えば、特許文献1に示すようにポリアミド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等の強化材を配合した材料の他、ガラス繊維や炭素繊維などを含有しないMCナイロン(クオドラントポリペンコジャパン株式会社の登録商標)やポリアミド6、ポリアミド66等が使用されている。中でも、性能とコストのバランスから、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。
In the
しかしながら、上記ガラス繊維や炭素繊維で強化された樹脂組成物を減速ギヤ50のウォームホイール用材料として適用した場合、強度・剛性、及び寸法安定性が著しく改善されるものの、ガラス繊維及び炭素繊維はウォーム52への攻撃性が強く、静音性に未だ改善の余地があると思われる。更に、通常の使用に伴う正常摩耗の進行によって樹脂ギヤ歯より脱落したガラス繊維や炭素繊維が、ギヤ歯64とウォーム52との間に介在することで、ギヤ歯面のアブレシブ摩耗が促進され、その結果としてステアリングの操舵フィーリングの変化などが想定される。また、ガラス繊維や炭素繊維で補強された樹脂を射出成形する場合、射出成形機のスクリューも傷付けてしまい、スクリューの寿命を短くしてしまう傾向にある.
However, when the resin composition reinforced with glass fiber or carbon fiber is applied as a worm wheel material for the
上記のような相手部材やスクリューの傷付け性に関する課題改善のために、例えば特許文献2〜4では、ポリマーを変性させることによって相手材への傷付け性を低減したり、熱硬化性樹脂にアラミド繊維シートを充填している。しかしながら、ポリマー変性では重合に時間がかかったり、結晶化が遅くなり成形サイクルが長くなるといった懸念がある。また、アラミド繊維で補強した場合、無機繊維のように結晶化速度の向上が見込めず成形サイクルが長くなってしまう。
For example, in
また、電動パワーステアリング装置には、車室内に搭載されるコラムアシスト式とエンジンルーム内に搭載されるラックアシスト式があり、上記の現在主流の材料は、特に、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置において好適に適用されることが多い。しかしながら、エンジンルーム内に搭載されるラックアシスト式においては、その性能に対する要求として、コラムアシスト式と比較しての更なる高温環境(〜120℃)対応化、及び高出力化があり、更にこれらに加えて、コラムアシスト式の場合と同様に、静音化に対する強い要求もある。 In addition, the electric power steering device includes a column assist type mounted in a vehicle compartment and a rack assist type mounted in an engine room, and the current mainstream material is particularly a column assist type electric power steering device. In many cases. However, in the rack assist type installed in the engine room, the requirements for its performance include compatibility with a higher temperature environment (up to 120 ° C) and higher output compared to the column assist type. In addition, as with the column assist type, there is a strong demand for noise reduction.
本発明は、このような状況に着目してなされたものであり、特に、静音性と耐摩耗性に優れ、且つ、サイクルタイムの向上も達成し、寸法安定性にも優れるラックアシスト式電動パワーステアリングにも適用可能なウォームホイール用樹脂組成物を提供し、これによりコラムアシスト式は当然のこととして、ラックアシスト式に適用した場合においても高い信頼性を備えた電動パワーステアリング用減速ギヤ、及びそれが用いられた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。 The present invention has been made by paying attention to such a situation. In particular, the rack-assist type electric power is excellent in quietness and wear resistance, achieves improved cycle time, and has excellent dimensional stability. The present invention provides a resin composition for a worm wheel that can also be applied to steering, and as a matter of course, the column assist type, as well as the reduction gear for electric power steering having high reliability even when applied to a rack assist type, and An object is to provide an electric power steering apparatus using the same.
上記したように、コラムアシスト式向けには、樹脂部63を形成する樹脂組成物として、ガラス繊維や炭素繊維で強化されたポリアミド樹脂が用いられている。しかし、このような繊維強化樹脂においては、ガラス繊維や炭素繊維のウォーム52への攻撃性が高く、静音性の面で、その改善に対する潜在的な要求があった。更に、通常の使用に伴う正常摩耗の進行によってギヤ歯64から脱落したガラス繊維や炭素繊維がギヤ歯64とウォーム52との間に入り込み、介在することでギヤ歯面のアブレシブ摩耗が促進され、その結果として、ステアリングの操舵フィーリングの変化が想定され、この点にも改善の余地があるものと思われた。
As described above, for the column assist type, a polyamide resin reinforced with glass fiber or carbon fiber is used as the resin composition for forming the
一方、繊維強化樹脂の他に、コラムアシスト式向けにウォームホイール用材料として、ガラス繊維や炭素繊維などを含有しないMCナイロンも広く実用されている。このMCナイロンからなるウォームホイール51によれば、当然ながら、繊維強化樹脂製ウォームホイールの懸念点とされた静音性の課題の克服は可能と思われるが、より過酷な環境下での使用が想定されるラックアシスト式への適用を想定すると、MCナイロンでは耐熱や耐久性が不足しており、ラックアシスト式電動パワーステアリングにおいて要求される製品レベルには到達しないことが実験によって明らかになってきた。また、MCナイロンは、寸法安定性に寄与する補強繊維などを一切含有しないため、吸水による寸法安定性の面でも更なる改善の余地があるものと捉えられていた。更に、MCナイロンは製造法に制限があり、即ち、ハイサイクル射出成形が困難であり、製造面からのコスト低減が極めて困難であるとの現状があった。
On the other hand, in addition to the fiber reinforced resin, MC nylon not containing glass fiber or carbon fiber is widely used as a worm wheel material for the column assist type. According to the
そこで本発明者らは、現在、コラムアシスト式に実用されている樹脂材料(繊維強化樹脂材、繊維非強化樹脂材)からなるウォームホイールの、ラックアシスト式への適用を想定した条件(高温:80℃条件、高出力:対コラムアシスト比1.5倍)によるギヤ耐久試験終了品を詳細に分析すると共に、他の開発試作材からなるウォームホイールによる試験を繰返し行う等、鋭意研究を重ねた結果、ウォームホイール用の材料として、樹脂歯に、相手金属や射出成形機のスクリューの摩耗を抑制できるアラミド繊維によって強化された熱可塑性樹脂組成物を適用すれば上記課題の克服が可能であることを見出した。しかし、アラミド繊維を補強材とした材料を射出成形した際にガラス繊維を補強材とした材料よりも成形サイクルが長くなることが判明し、結晶核剤または結晶化促進剤をさらに添加することが効果的であることを知見し、本発明を完成させた。 Therefore, the present inventors have established a condition (high temperature: high temperature: a worm wheel made of a resin material (fiber reinforced resin material, fiber non-reinforced resin material) that is currently used in a column assist method. In addition to detailed analysis of the gear durability test finished product under 80 ° C condition, high output: 1.5 times the column assist ratio), repeated earnest research such as repeated tests with worm wheels made of other developed prototype materials As a result, if the thermoplastic resin composition reinforced with aramid fibers that can suppress the wear of the mating metal and the screw of the injection molding machine is applied to the resin tooth as the material for the worm wheel, the above problem can be overcome. I found. However, when an aramid fiber reinforcing material is injection molded, it has been found that the molding cycle is longer than that of a glass fiber reinforcing material, and a crystal nucleating agent or crystallization accelerator can be further added. It was found that it was effective, and the present invention was completed.
即ち、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を提供する。
(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電動パワーステアリング装置において、
前記減速歯車機構が、ポリアミド樹脂に、有機繊維を樹脂組成物全量の10〜40質量%、結晶核剤又は結晶化促進剤を樹脂組成物全量の2質量%以下配合した樹脂組成物からなる樹脂部を、金属製芯管の外周に一体に設け、前記樹脂部の外周面にギヤ歯を形成して構成されるウォームホイールを有する減速ギヤ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。
(2)前記樹脂組成物に含まれる結晶核剤又は結晶化促進剤が無機鉱物、金属酸化物、リン化合物及び有機物の中から選ばれる少なくとも1種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。
(3)前記樹脂組成物に含まれる有機繊維がポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ビニルエステル樹脂、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種のサイジング剤によって表面処理が施されていることを特徴とする上記(1)または(2)記載の電動パワーステアリング装置。
That is, in order to solve the above problems, the present invention provides the following electric power steering device.
(1) In an electric power steering device that transmits auxiliary output from an electric motor to a vehicle steering mechanism via a reduction gear mechanism,
The speed reduction gear mechanism is a resin comprising a resin composition in which organic fiber is blended with polyamide resin in an amount of 10 to 40% by mass of the total resin composition, and a crystal nucleating agent or crystallization accelerator is blended in an amount of 2% by mass or less of the total resin composition. An electric power steering apparatus comprising: a reduction gear having a worm wheel that is integrally provided on an outer periphery of a metal core tube and gear teeth are formed on the outer peripheral surface of the resin portion.
(2) The above (1), wherein the crystal nucleating agent or crystallization accelerator contained in the resin composition is at least one selected from inorganic minerals, metal oxides, phosphorus compounds and organic substances. Electric power steering device.
(3) The organic fiber contained in the resin composition is subjected to surface treatment with at least one sizing agent selected from polyurethane resin, polyester resin, polyether resin, vinyl ester resin, epoxy resin, acrylic resin, and bismaleimide resin. The electric power steering device according to the above (1) or (2), wherein
本発明によれば、ウォームホイールを構成する樹脂部を、有機繊維とともに結晶核剤または結晶化促進剤を適量配合したポリアミド樹脂組成物で形成することにより、コラムアシスト式は当然のこととして、より過酷な環境下で使用されるラックアシスト式にも適用可能な高い信頼性を備え、且つ、静音性に優れた電動パワーステアリング装置を効率よく生産することが可能となる。 According to the present invention, by forming the resin part constituting the worm wheel with a polyamide resin composition containing an appropriate amount of a crystal nucleating agent or a crystallization accelerator together with organic fibers, the column assist type is naturally more It becomes possible to efficiently produce an electric power steering device that has high reliability applicable to a rack assist type used in a harsh environment and is excellent in quietness.
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
本発明は、コラムアシスト式電動パワーステアリング装置並びにラックアシスト式電動パワーステアリング装置の両方に適用できる。 The present invention can be applied to both a column assist type electric power steering device and a rack assist type electric power steering device.
図1はコラムアシスト式電動パワーステアリング装置10の一例を示す概略図であるが、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には減速ギヤ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。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a column assist type electric
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。
The rack-and-pinion
また、図2はラックアシスト式電動パワーステアリング装置100の一例であるが、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、減速ギヤ30とを備えている。減速ギヤ30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101に噛み合っている。
FIG. 2 shows an example of the rack assist type electric
そして、上記の減速ギヤ30は、図3に示したような、金属製の芯管42の外周に、樹脂組成物製でその外周端面にギヤ歯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と、ウォーム32とを備える。尚、ウォーム32は金属製とすることもできる。
The
ウォームホイール31の樹脂部43を形成する樹脂組成物の母材はポリアミド樹脂であり、具体的にはポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46の他に、半芳香族ポリアミドであるポリアミド6T/6−6、ポリアミド6T/6I、ポリアミド6T/6I/6−6、ポリアミド6T/M−5T、ポリアミド9Tなどを好適に使用することができる。
The base material of the resin composition forming the
樹脂組成物には、補強材として有機繊維が配合される。有機繊維は、金属製のウォーム32を過剰に損傷せず、かつ、高強度であればよく、具体的にはアラミド繊維、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を挙げることができる。
An organic fiber is blended in the resin composition as a reinforcing material. The organic fiber only needs to have a high strength without excessively damaging the
尚、上記有機繊維は、ポリアミド樹脂との密着性を高めて補強効果を向上させるためにポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ビニルエステル樹脂、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1種以上のサイジング剤によって表面処理を施したものを使用することが好ましい。 The organic fiber is selected from a polyurethane resin, a polyester resin, a polyether resin, a vinyl ester resin, an epoxy resin, an acrylic resin, and a bismaleimide resin in order to enhance the adhesion with the polyamide resin and improve the reinforcing effect. It is preferable to use a material that has been surface-treated with at least one sizing agent.
また、有機繊維の充填量は、発明者らが検討を重ねた結果として、樹脂組成物全量の10〜40質量%の範囲内で配合される。その理由としては、10質量%に満たない場合には、十分な補強効果が発現しないため好ましくない。また、40質量%を超えて配合すると樹脂組成物の流動性が低下して成形性が低くなり、射出成形に対応できなくなるためである。好ましい充填量は10〜25質量%である。 Moreover, the filling amount of an organic fiber is mix | blended within the range of 10-40 mass% of the resin composition whole quantity as a result of inventors having repeated examination. As the reason, when it is less than 10% by mass, a sufficient reinforcing effect is not exhibited, which is not preferable. Moreover, when it mixes exceeding 40 mass%, it is because the fluidity | liquidity of a resin composition falls and a moldability becomes low and cannot respond to injection molding. A preferable filling amount is 10 to 25% by mass.
樹脂組成物には、成形サイクルを短縮するために、結晶核剤または結晶化促進剤が添加される。具体的には、タルクやカオリン、クレイ等の無機鉱物、金属酸化物、リン化合物及び高融点ポリアミド等の有機物であり、これらを単独で、または複数種を混合して用いる。これら結晶核剤または結晶化促進剤の添加量は、樹脂組成物全量の2質量%以下である。その理由としては、2質量%を超えて配合した場合はそれ以上の結晶化に関する効果は得られないばかりか、物性の低下が懸念されるためである.好ましくは0.1〜1質量%添加する。 In order to shorten the molding cycle, a crystal nucleating agent or a crystallization accelerator is added to the resin composition. Specifically, inorganic minerals such as talc, kaolin, and clay, metal oxides, phosphorus compounds, and organic substances such as high-melting polyamides are used alone or in combination. The addition amount of these crystal nucleating agents or crystallization accelerators is 2% by mass or less based on the total amount of the resin composition. The reason for this is that when it exceeds 2% by mass, not only a further effect on crystallization can be obtained, but also a decrease in physical properties is a concern. Preferably 0.1-1 mass% is added.
また、樹脂組成物にナノサイズフィラーを添加し、更に耐久信頼性を向上させても良い。具体的には、厚さ約1nmの結晶が積層された層状結晶構造を有するモンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト等のスメクタイトが特に好適である。このスメクタイトの層状結晶を樹脂中に均一分散させることによって、樹脂組成物の強度、弾性率、熱変形温度、寸法安定性等、機械的特性の向上が可能となる。 Further, a nano-size filler may be added to the resin composition to further improve durability reliability. Specifically, smectites such as montmorillonite, hectorite, and saponite having a layered crystal structure in which crystals having a thickness of about 1 nm are stacked are particularly suitable. By uniformly dispersing the smectite layered crystal in the resin, it is possible to improve mechanical properties such as strength, elastic modulus, heat distortion temperature, and dimensional stability of the resin composition.
ナノフィラーは、スメクタイトの層状結晶以外にPOSS(polyhedral oligosilsesquioxane)と呼ばれるナノマテリアルであってもよい。ここで、POSSは有機−無機ハイブリッド材料の一つであり、その分子構造は、中央部にSiとOからなる立方体状骨格を持ち、その頂点に有機置換基が結合した籠型構造である。 The nanofiller may be a nanomaterial called POSS (polyhydrate oligosesquioxane) other than the layered crystal of smectite. Here, POSS is one of organic-inorganic hybrid materials, and its molecular structure is a cage structure having a cubic skeleton composed of Si and O at the center and an organic substituent bonded to the apex thereof.
尚、ナノサイズフィラーの添加量は、樹脂組成物全量の0.1〜30質量%、好ましくは0.5〜15質量%である。添加量が0.1質量%より少量の場合は、有効成分としてのナノサイズフィラーの添加量が少なすぎ、十分な効果を得ることができず好ましくない。また、30質量%を超えてナノサイズフィラーを添加した場合には、樹脂中でナノサイズフィラーが凝集してしまい、均一分散化を実現することが困難となり、ナノサイズフィラー増量の効果が発現せず、好ましくない。 In addition, the addition amount of a nanosize filler is 0.1-30 mass% with respect to the resin composition whole quantity, Preferably it is 0.5-15 mass%. When the addition amount is less than 0.1% by mass, the addition amount of the nano-size filler as an active ingredient is too small, and a sufficient effect cannot be obtained, which is not preferable. In addition, when the nano-size filler exceeds 30% by mass, the nano-size filler aggregates in the resin, making it difficult to achieve uniform dispersion, and the effect of increasing the nano-size filler is manifested. It is not preferable.
更には、添加剤として、成形時、及び使用時の熱による劣化を防止するために、ヨウ化物系熱安定剤や、フェノール系またはアミン系の酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加しても良い。 Furthermore, as additives, in order to prevent deterioration due to heat during molding and use, iodide-based heat stabilizers and phenol-based or amine-based antioxidants are added either alone or in combination. May be.
また、減速ギヤ30には、樹脂製ウォームホイールの歯部分と金属製ウォームの歯部分との潤滑状態を良好に保つためにグリースが使用される。
Further, grease is used for the
本発明に用いられるグリースは、増ちょう剤と基油とを主成分とし、基油は、ポリα−オレフィン油を主成分としたものであり、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石けん、Liコンプレックス石けん、Ba石けん、Baコンプレックス石けん等の中から選択できる。尚、基油は、上記のポリα−オレフィン油の潤滑性を改善するために、ジエステル油や芳香族エステル油を混合したものであってよい。混入量は、基油全体に対して30質量%以下である。 The grease used in the present invention is mainly composed of a thickener and a base oil, the base oil is based on a poly α-olefin oil, and the thickener is a urea compound composed of an amine and an isocyanate. , Li soap, Li complex soap, Ba soap, Ba complex soap and the like. The base oil may be a mixture of diester oil or aromatic ester oil in order to improve the lubricity of the poly α-olefin oil. The mixing amount is 30% by mass or less based on the entire base oil.
また、グリースには、他の添加剤を加えることもできる。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、モンタン酸エステルワックス、モンタン酸エステル部分けん化ワックス、ポリエチレンワックス、オレイン酸等油性向上剤などである。 In addition, other additives can be added to the grease. For example, amine-based and phenol-based antioxidants, rust preventives such as Ca sulfonate, extreme pressure additives such as MoDTC, montanic acid ester wax, montanic acid ester partly saponified wax, polyethylene wax, oleic acid and other oily improvers Etc.
上記グリースは、ちょう度200〜300が好ましく、基油の動粘度は、低温から高温までの流動性を考慮して20〜90mm2/s(40℃)が好ましい。ちょう度が200に満たない場合には、硬すぎて軽快な操舵フィーリングが失われるだけでなく、特に低温下での伝達効率が看過できないレベルにまで低下するため、好ましくない。一方、ちょう度が300を越えるような場合には、油膜破断が生じ易く、油膜破断が生じることでグリースによるギヤの騒音抑制効果が期待できなくなるため、好ましくない。好ましいちょう度は265〜295である。 The grease preferably has a consistency of 200 to 300, and the kinematic viscosity of the base oil is preferably 20 to 90 mm 2 / s (40 ° C.) in consideration of fluidity from a low temperature to a high temperature. If the penetration level is less than 200, not only is it too hard and light steering feeling is lost, but also the transmission efficiency particularly at low temperatures is lowered to a level that cannot be overlooked, which is not preferable. On the other hand, when the consistency exceeds 300, an oil film breakage is likely to occur, and the oil film breakage is not preferable, so that it is not possible to expect a gear noise suppression effect due to grease. A preferred consistency is 265-295.
尚、本発明では減速ギヤ30の種類として、図3に示す他にも平歯車、はすば歯車、かさ歯車、ハイポイドギヤ等が可能であり、何れも金属製の芯管の外周に、外周面にギヤ歯が形成された樹脂部を一体化したものである。
In the present invention, spur gears, helical gears, bevel gears, hypoid gears and the like can be used as the types of the
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。 Examples The present invention will be further described below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereby.
[実施例及び比較例のウォームホイール用樹脂組成物の調製]
表1に示すように、実施例1では、ポリアミド6(宇部興産株式会社の「UBEナイロン」シリーズ:1015B)に、パラ系アラミド繊維((株)帝人「テクノーラ」)を20質量%、タルクを1質量%配合し、混練して樹脂組成物を得た。
[Preparation of Resin Composition for Worm Wheel of Examples and Comparative Examples]
As shown in Table 1, in Example 1, 20% by mass of para-aramid fiber (Teijin “Technola”) and 20% by mass of talc were added to polyamide 6 (“UBE nylon” series of Ube Industries, Ltd .: 1015B). 1% by mass was mixed and kneaded to obtain a resin composition.
また、比較例1、2では、何れも従来のウォームホイール用材料であるガラス繊維強化ポリアミド樹脂(ガラス繊維30質量%強化ポリアミド6:(株)東レのアミラン「CM1011G−30)、ポリアミド6(宇部興産株式会社の「UBEナイロン」シリーズ:1015B)の無垢材にパラ系アラミド繊維((株)帝人「テクノーラ」)を配合した材料を用いた。 In Comparative Examples 1 and 2, glass fiber reinforced polyamide resin (glass fiber reinforced polyamide 6: Toray Amilan “CM1011G-30”), polyamide 6 (Ube), both of which are conventional worm wheel materials, is used. The material which mix | blended the para-aramid fiber (Teijin "Technola") with the solid material of "UBE nylon" series: 1015B) of Kosan Co., Ltd. was used.
[ウォームホイール試験体の作製及び成形性評価]
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実施例及び比較例の各樹脂組成物を充填して、外径60mm、幅13mmのウォームホイールブランク材とし、次いで樹脂部の外周を切削加工してギヤ歯を形成して作製した。
[Preparation of worm wheel specimen and evaluation of formability]
Each of the resin compositions of the example and the comparative example is prepared by placing an S45C core tube having an outer diameter of 45 mm and a width of 13 mm that has been subjected to cross knurling and placed in a mold equipped with a sprue and a disk gate, and using an injection molding machine. The product was filled into a worm wheel blank having an outer diameter of 60 mm and a width of 13 mm, and then the outer periphery of the resin portion was cut to form gear teeth.
また、ウォームホイールブランク材作製の際、ゲートシール時間を計測して成形性の評価を行った。結果を、比較例1のゲートシール時間を基準とし、同等以上の場合を「○」、時間が長くなる場合を「×」とし、表1に記載した。実施例1では結晶核剤であるタルクを添加することにより、比較例2では実現できなかったガラス繊維強化材を含む材料と同等のゲートシール時間を実現している。 In addition, when producing the worm wheel blank material, the gate seal time was measured to evaluate the moldability. The results are shown in Table 1, with the gate seal time of Comparative Example 1 as a reference, “◯” when the time is equal or greater, and “X” when the time is longer. In Example 1, by adding talc, which is a crystal nucleating agent, a gate seal time equivalent to that of a material containing a glass fiber reinforcing material that could not be realized in Comparative Example 2 was realized.
更に、実施例1の配合に基づき、タルク配合量を変えて樹脂組成物を調製し、ウォームホイールブランク材作製におけるゲートシール時間を測定した。結果を図4に示すが、タルクの配合量が2質量%を越えるとゲートシール時間の短縮への寄与が少なくなることがわかる。 Furthermore, based on the formulation of Example 1, the resin composition was prepared by changing the amount of talc, and the gate seal time in the production of the worm wheel blank material was measured. The results are shown in FIG. 4, and it can be seen that when the blending amount of talc exceeds 2% by mass, the contribution to shortening the gate seal time is reduced.
[ウォームへの攻撃性の評価]
ウォームホイールのウォームへの攻撃性を把握することを目的に、実施例及び比較例の樹脂組成物から板状の試験片を作製してボールオンディスク試験を行い、試験終了後の金属製ボールの損傷状態を評価した。即ち、本試験では、板状試験片と金属性ボールとの間にグリースを介在させ、雰囲気温度23℃にて金属ボールを回転させ、所定時間経過後に金属製ボールの表面状態を観察した。
[Evaluation of attack on worms]
For the purpose of grasping the worm wheel's aggressiveness to the worm, a plate-shaped test piece was prepared from the resin compositions of the examples and comparative examples, and a ball-on-disk test was performed. Damage status was evaluated. That is, in this test, grease was interposed between the plate-shaped test piece and the metal ball, the metal ball was rotated at an ambient temperature of 23 ° C., and the surface state of the metal ball was observed after a predetermined time.
その結果、ガラス繊維強化材である比較例1では試験終了後の金属製ボールにガラス繊維による損傷痕が明確に認められたのに対し、アラミド繊維強化材である実施例1及び比較例2では金属製ボールの表面状態は極めて良好であった。このことから、ガラス繊維強化材を用いた従来品と異なり、アラミド繊維を用いることにより、ステアリング操作時にガラス繊維がウォームを攻撃しながら摺動することで生じる不快音の発生を抑制することが実現できることがわかる。 As a result, in Comparative Example 1 which is a glass fiber reinforcing material, damage marks due to glass fibers were clearly recognized in the metal balls after the test was completed, whereas in Example 1 and Comparative Example 2 which were aramid fiber reinforcing materials, The surface condition of the metal balls was extremely good. From this, unlike conventional products using glass fiber reinforcement, the use of aramid fibers can suppress the generation of unpleasant noise caused by glass fibers sliding while attacking the worm during steering operation. I understand that I can do it.
[耐久性の評価]
作製した実施例及び比較例のウォームホイール試験体を、実際の自動車の電動パワーステアリング装置に組み込み耐久性を評価した。試験は、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、破損(歯元クラック等)が認められず、更に摩耗が所定量以下であるものを合格と判定した。
[Evaluation of durability]
The manufactured worm wheel specimens of Examples and Comparative Examples were incorporated in an actual electric power steering apparatus of an automobile and durability was evaluated. In the test, the atmosphere temperature was controlled at 80 ° C., steering was performed 100,000 times, and no breakage (tooth cracks, etc.) was observed, and the wear was determined to be a predetermined amount or less was determined to be acceptable.
その結果、実施例1のウォームホイール試験体は、10万回操舵後もクラック発生は認められず、また、摩耗も少なく、問題なく作動したことから合格と判定された。それに対し、ガラス繊維強化ポリアミド6からなる比較例1のウォームホイール試験体では、過大な摩耗量となり不合格であった。 As a result, the worm wheel specimen of Example 1 was judged to be acceptable because it did not show any cracks even after being steered 100,000 times, and had little wear and operated without problems. On the other hand, the worm wheel specimen of Comparative Example 1 made of glass fiber reinforced polyamide 6 was unacceptable due to excessive wear.
[寸法安定性の評価]
実施例及び比較例のウォームホイール試験体を、80℃、90%RHの環境下に放置し、500時間経過後のギヤ外径寸法の変化量を測定した。結果を表1に示すが、前記条件下で放置後、変化量が40μm以下を合格として「○」で表示し、40μmを超えるものを不合格として「×」で表示した。表1の結果から明らかなように、結晶核剤であるタルクを添加することで、ガラス繊維を30質量%含むポリアミド6と同等の寸法安定性を実現している。
[Evaluation of dimensional stability]
The worm wheel specimens of Examples and Comparative Examples were left in an environment of 80 ° C. and 90% RH, and the amount of change in the outer diameter of the gear after 500 hours was measured. The results are shown in Table 1, and after leaving under the above conditions, the change amount of 40 μm or less was indicated as “◯” as acceptable, and those exceeding 40 μm were indicated as “x” as unacceptable. As is apparent from the results in Table 1, by adding talc as a crystal nucleating agent, dimensional stability equivalent to that of polyamide 6 containing 30% by mass of glass fiber is realized.
30 減速ギヤ
31 ウォームホイール
32 ウォーム
42 芯管
43 樹脂部
44 ギヤ歯
30
Claims (3)
前記減速歯車機構が、ポリアミド樹脂に、有機繊維を樹脂組成物全量の10〜40質量%、結晶核剤又は結晶化促進剤を樹脂組成物全量の2質量%以下配合した樹脂組成物からなる樹脂部を、金属製芯管の外周に一体に設け、前記樹脂部の外周面にギヤ歯を形成して構成されるウォームホイールを有する減速ギヤ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。 In the electric power steering device that transmits the auxiliary output by the electric motor to the steering mechanism of the vehicle via the reduction gear mechanism,
The speed reduction gear mechanism is a resin comprising a resin composition in which organic fiber is blended with polyamide resin in an amount of 10 to 40% by mass of the total resin composition, and a crystal nucleating agent or crystallization accelerator is blended in an amount of 2% by mass or less of the total resin composition. An electric power steering apparatus comprising: a reduction gear having a worm wheel that is integrally provided on an outer periphery of a metal core tube and gear teeth are formed on the outer peripheral surface of the resin portion.
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