JP2016052870A - インターミディエートシャフト - Google Patents
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Abstract
Description
このうち内軸の外周に設けた外スプラインの外周面、または外軸の内周に設けた内スプラインの内周面には、両スプライン間のクリアランスを埋めてガタ音を低減したりステアリング操作時のハンドルのガタを少なくしたりするため、樹脂被覆層を被覆するのが一般的である(例えば特許文献1等参照)。
またその場合には温度上昇に伴う樹脂の膨張によって樹脂被覆層の接触面圧が高圧化してスライド荷重が増大する傾向にあるため、特に上記高温の条件下でのさらなる低摩擦化も要求されるようになってきている。
しかし、例えばポリアミド樹脂等のベース樹脂のみからなる従来の樹脂被覆層は特に120℃以上の高温領域で摺動特性が大きく低下して摩耗量が大きく増加するため、エンジンルーム内での使用には適していなかった。
内周に前記外スプラインと嵌合される内スプライン(18)が形成され、前記嵌合により前記内軸に対して軸方向に相対的に摺動可能に連結された筒状の外軸(14)、および
前記外スプラインまたは内スプラインの表面(17a)に形成された、ベース樹脂と、互いに異なる融点ピークを有する2種以上の高級脂肪酸金属塩とを含む樹脂被覆層(19)、
を備えるインターミディエートシャフト(5)である(請求項1)。
そのため、例えば融点ピークの低い高級脂肪酸金属塩が雰囲気温度の上昇にともなって相転移し、熱的に摺動面から離脱して潤滑膜を維持できなくなっても、より融点の高い別の高級脂肪酸金属塩が潤滑膜を引き継ぐことにより、幅広い雰囲気温度の範囲に亘って摺動面に潤滑膜を存在させ続けることができ、それに伴ってかかる幅広い雰囲気温度の範囲に亘って良好な摺動特性を維持し続けることができる。
したがって請求項1記載の発明によれば、樹脂被覆層が幅広い雰囲気温度の範囲で長期に亘って良好な摺動特性を維持できるため例えばエンジンルーム内にも配設することが可能なインターミディエートシャフトを提供できる。
図1を参照して、ステアリング装置1はハンドル2、当該ハンドル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、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インターミディエートシャフト5、インターミディエートシャフト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、およびピニオンシャフト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を備えている。
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。
ハンドル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、その回転が自在継手4、インターミディエートシャフト5、および自在継手6を介してピニオンシャフト7に伝達され、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。
図1、図2を参照して、インターミディエートシャフト5は、例えばロアーシャフトである内軸13と、例えばアッパーシャフトである筒状の外軸14とを備えている。
外軸14の上端は自在継手4のヨーク4aに連結されており、内軸13の下端は自在継手6のヨーク6aに連結されている。
図3は、図2のIII−III線に沿う断面図である。また図4は、図2のIV−IV線に沿う断面図である。
図2、図3を参照して、内軸13の外周には軸方向X1に平行な外スプライン17が設けられている。また図2、図4を参照して、外軸14の内周には軸方向X1に平行でかつ外スプライン17と嵌合する内スプライン18が設けられている。
図3を参照して、外スプライン17の表面17aは樹脂被覆層19によって被覆されている。
樹脂被覆層19は、例えば粉体流動浸漬法等の粉体塗装によって形成され、ベース樹脂と、互いに異なる融点ピークを有する2種以上の高級脂肪酸金属塩とを含んでいる。
ベース樹脂としては、高級脂肪酸金属塩とともに樹脂被覆層19を形成でき、なおかつ先述したエンジンルームでの使用に耐えうる高い耐熱性を有する種々のベース樹脂が使用可能である。
かかるベース樹脂としては、例えばポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミドポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、非晶ポリアリレート(PAR)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリイミド、ポリエーテルイミド(PEI)、液晶ポリマー(LCP)、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチック〜スーパーエンジニアリングプラスチック等の1種または互いに相溶性を有する2種以上が挙げられる。
なおポリアミド610は、単体で粉体塗料として使用すると溶融時の粘度が高く被着後のつきまわり性が低いためスムースに溶融流展されにくい傾向があるものの、本発明によれば、流動化剤として機能する高級脂肪酸金属塩を配合することで粉体塗料の溶融時の粘度を低下させて流動性を向上できる。
その上、高級脂肪酸金属塩として互いに異なる融点ピークを有する2種以上を併用することによる先述したメカニズムと、自身の持つ良好な自己潤滑性とによって幅広い雰囲気温度の範囲で長期に亘って良好な摺動特性を維持し続けることができる。
高級脂肪酸金属塩としては、例えばパルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等の、特に炭素数16以上の高級脂肪酸の1種または2種と、カルシウム、マグネシウム、亜鉛等の金属との塩のうち特に80℃以上、140℃以下の範囲に互いに異なる融点ピークを有する2種以上の高級脂肪酸金属塩を併用する。
なお高級脂肪酸の炭素数が16以上であるのが好ましいのは、炭素数が16未満の高級脂肪酸の金属塩では十分な潤滑効果が得られないおそれがあるためである。
上記高級脂肪酸金属塩の具体例としては、例えば式(1):
上記高級脂肪酸金属塩の配合割合は、併用する2種以上の総量がベース樹脂の量(樹脂量)に対して0.05質量%以上、特に0.1質量%以上であるのが好ましく、0.5質量%以下、特に0.3質量%以下であるのが好ましい。
高級脂肪酸金属塩の配合割合がこの範囲未満では、当該高級脂肪酸金属塩を配合することによる、樹脂被覆層の摺動特性を向上する効果が十分に得られないため摩擦係数が高くなったり摩耗量が増加したりするおそれがある。
(樹脂被覆層の形成)
ベース樹脂と2種以上の高級脂肪酸金属塩とを含む樹脂被覆層を形成するには、従来同様に粉体流動浸漬法等の粉体塗装が好適に採用される。
次いで調製した粉体塗料を流動槽内で空気等を吹き込んで浮遊、流動させた状態にし、その中にベース樹脂の融点以上に加熱した内軸13を浸漬する。
そうすると粉体塗料が内軸13の外スプライン17の表面17aに被着されるとともに溶融流展され、その後の冷却に伴って固化されて樹脂被覆層19が形成される。
樹脂被覆層19を形成する前の表面17aにはあらかじめ下地層を形成してもよい。下地層としては、例えばエポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の硬化性樹脂のワニスを塗布し、硬化反応させて形成される層等が挙げられる。
樹脂被覆層19の厚みは、内軸13の外スプライン17と外軸14の内スプライン18との間のクリアランスと略一致する厚みとすればよい。また下地層を形成する場合は、当該下地層と樹脂被覆層19の合計の厚みを、上記クリアランスと略一致する厚みとすればよい。
樹脂被覆層19は、外スプライン17の表面17aではなく内スプライン18の表面18aに形成してもよい。ただし両方に被覆層を形成する必要はない。
上記インターミディエートシャフト5が組み込まれるステアリング装置1は図1に示す通常のステアリング装置には限定されず、例えばコラム式の電動パワーステアリング装置その他、種々の方式のパワーステアリング装置であってもよい。
高級脂肪酸金属塩としては、図5に示差走査熱量分析(DSC)による熱分析結果を示すように94℃付近、116℃付近、および129℃付近にそれぞれ融点ピークを有する3種の異なる高級脂肪酸金属塩の混合物を用いた。
またベース樹脂としてはポリアミド610を用い、上記高級脂肪酸金属塩の混合物を総量で、上記ポリアミド610の樹脂量に対して0.1質量%となるように配合し、混練したのち粉砕して粉体塗料を調製した。
高級脂肪酸金属塩として、図6に示差走査熱量分析(DSC)による熱分析結果を示すように124℃付近、140℃付近、および192℃付近にそれぞれ融点ピークを有する3種の異なる高級脂肪酸金属塩の混合物を同量配合したこと以外は実施例1と同様にして粉体塗料を調製した。
高級脂肪酸金属塩として、実施例1で使用したのと同じ3種の混合物と、実施例2で使用したのと同じ3種の混合物とを質量比1:1で混合したものを同量配合したこと以外は実施例1と同様にして粉体塗料を調製した。
〈比較例1〉
高級脂肪酸金属塩として、図7に示差走査熱量分析(DSC)による熱分析結果を示すように127℃付近に融点ピークを有する1種のみの高級脂肪酸金属塩を同量配合したこと以外は実施例1と同様にして粉体塗料を調製した。
高級脂肪酸金属塩を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にして粉体塗料を調製した。
〈摩擦摩耗試験〉
各実施例、比較例で調製した粉体塗料を成形材料として用いて、樹脂被覆層のモデルとして、日本工業規格JIS K7218−1986「プラスチックのすべり摩耗試験方法」に規定された中空円筒試験片(外径:25.5mm、内径:20mm、高さ:15mm)を作製した。
相手材としては機械構造用炭素鋼鋼材S45C製のディスクを用いた。また試験温度(雰囲気温度)は室温(23℃)、80℃、120℃、および140℃とした。
上記摩擦摩耗試験前後の中空円筒試験片の高さを計測して、その差から上記中空円筒試験片の高さ変化量(μm)を求めた。
(摩擦係数)
上記摩擦摩耗試験を実施する試験装置に組み込んだトルク検出器によるトルクの測定結果から摩擦係数を求めた。
なお試験片の高さ変化量には摩耗による損失分に、当該試験片が摩擦摩耗試験によって高温に曝されたことによるクリープ変形分が加味されるが、いずれにしろ摩擦係数の高さが原因である。
そこで120℃での試験後に試験片および相手材を確認したところ、相手材の表面に試験片のベース樹脂が移着してしまっており、樹脂同士の摺動となって摩擦係数が低下したことが確認された。
なお実施例1〜3、比較例1において室温から摩擦係数が低く、高さ変化量が小さいのは、上述したように試験片が摩擦摩耗試験によって高温に曝されることが原因であると考えられる。
また図11(a)(b)の結果から、1種のみの高級脂肪酸金属塩を配合した比較例1の粉体塗料を用いて作製した試験片は、室温では当該1種のみの高級脂肪酸金属塩による潤滑膜が未だ十分に形成されないため、また140℃では高級脂肪酸金属塩が相転移して潤滑膜を維持できなくなるため、このいずれの試験温度においても摩擦係数が高くなるとともに、高さ変化量が大きくなる傾向があることが判った。
一方、図9(a)(b)の結果から、実施例2の粉体塗料を用いて作製した試験片は、併用した3種の高級脂肪酸金属塩の融点ピークの最低温度が124℃付近と高いため、特に室温および80℃での摩擦係数が僅かに高く、高さ変化量が僅かに大きくなる傾向があることが判った。
Claims (1)
- 外周に外スプラインが形成された内軸、
内周に前記外スプラインと嵌合される内スプラインが形成され、前記嵌合により前記内軸に対して軸方向に相対的に摺動可能に連結された筒状の外軸、および
前記外スプラインまたは内スプラインの表面に形成された、ベース樹脂と、互いに異なる融点ピークを有する2種以上の高級脂肪酸金属塩とを含む樹脂被覆層、
を備えるインターミディエートシャフト。
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