WO2004083015A1

WO2004083015A1 - 電動パワーステアリング装置及びそれに使用する樹脂歯車

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Publication number: WO2004083015A1
Application number: PCT/JP2004/003629
Authority: WO
Inventors: Toshikazu Yabe; Takeshi Murakami; Toshimi Takajo
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2004-09-30
Also published as: US7360468B2; DE602004028350D1; CN1761597A; CN100425492C; EP1609694A4; JP4182978B2; US20060175123A1; JPWO2004083015A1; EP1609694B1; EP1609694A1

Abstract

減速歯車機構に樹脂歯車を使用した電動パワーステアリンダ装置と、それに使用する樹脂歯車である。減速歯車機構は金属製芯金42の外側に外周面にギア歯44が形成された樹脂部43が一体に構成された樹脂歯車である従動歯車31と、この従動歯車に噛合する駆動歯車32とから構成される。樹脂歯車の樹脂部43は直径5～9μmの範囲のガラス繊維を10～50重量%含有するポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなり、耐摩耗性、耐久性、及び寸法安定性に優れている。また、歯車の噛合面に介在するグリースは、鉱油、ポリα-オレフィン油、アルキルポリフェニルエーテルから選ばれる少なくとも一種を主成分とする基油に、増ちょう剤及び融点あるいは軟化点が70～130℃の範囲にあるワックスを3～10重量%の範囲で含む組成である。

Description

明細書電動パワーステアリング装置及びそれに使用する樹脂歯車技術分野

この発明は、電動パワーステアリング装置、特に樹脂歯車をパワーアシスト部を構成する歯車減速機構に使用した電動パワーステアリング装置、及ぴそれに使用する動力伝達に適した樹脂歯車に関する。背景技術

車両用の電動パワーステアリング装置では、電動モータに比較的高回転、低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に歯車減速機構が組み込まれている。歯車減速機構としては、平歯車その他の歯車を使用した歯車減速機構も知られているが、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、ウォームとウォームホイールとから構成される周知のウォーム歯車減速機構を使用するものが一般的である。

このようなウォーム歯車減速機構（以下、単に減速ギアという）では、電動モータの回転軸に連結される駆動歯車であるウォームと、このウォームに嚙み合うウォームホイールから構成されている。

このような減速ギアでは、ウォームとウォームホイールの両方を金属製にすると、ハンドル操作時に齒打ち音や振動音等の不快音が発生するという不都合があるので、この対策として、従来は、ウォームを金属製とした場合は、ウォームホィールとして、金属製のハプ、即ち芯金の外周部に合成樹脂材からなるブランク円板を一体に形成し、このプランク円板の円周部に切削その他の手段で歯を形成して樹脂製の歯部が一体形成された合成樹脂製の歯部を備えたウォームホイールを使用し、歯打ち音や振動音等の不快音の発生を抑えていた。

上記した樹脂ギアの樹脂部の材料としては、耐疲労性、寸法安定性や製造コストを考慮して、捕強材を含有しない M C (モノマーキャスト）ナイロン（登録商標）、ガラス繊維等の繊維捕強材を配合したポリアミド 6、ポリアミド 6 6、ポリアミド 4 6などが使用されている。通常市販されているポリアミド 6、ポリアミド 6 6、ポリアミド 4 6などには直径 1 0 μ m或いは 1 3 μ m程度のガラス繊維が含有されている（特公平 6— 6 0 6 7 4号公報参照）。

また、電動パワーステアリング装置で使用されるウォーム減速機構では、 2個の玉軸受でウォームが支承されているが、この 2個の玉軸受の間の空間には、金属製のウォームと樹脂ギアであるウォームホイールの歯との間の潤滑用にダリー. スが充填されている。一般的には、基油として、鉱油や、耐熱性を考慮したポリ <¾ーォレフィン油を使用したグリースが使用される。

また、ウォームの両端に配置される玉軸受に予圧を掛けると共に、タイヤ側から微小なキックバックが入力されたときにウォームを軸方向に移動させてモータに回転力が作用しないようにし、ステアリングホイールにのみキックバックの情報を伝達するようにするゴム製のダンパーが取付けられているものがある。通常ゴム材としては、圧縮永久歪みが小さいエチレンァクリルゴムに代表されるァクリルゴムが最も一般的に用いられている。

しかしながら、最近は電動パワーステアリング装置が、軽自動車から排気量 1 0 0 0 c c乃至 1 5 0 0 c cクラスのエンジンを搭載した自動車にまで使用されるようになり、電動パワーステアリング装置が高出力化され、それに伴って樹脂ギア部の接触面圧 pと周速度 Vとの積である p v値が大きくなってきている。これに伴い、従来使用されてきたポリ α—ォレフィン油を基油とするグリースでは、従動歯車（ウォームホイール）と駆動歯車（ウォーム）との間の潤滑状態が十分に良好であるとは言えなくなつてきた。また、 M C (モノマーキャスト）ナイロン（登録商標）や、通常市販されている直径 1 0 a πι或いは 1 3 μ m程度のガラス繊維が含有されているポリアミド樹脂では、髙 P V値での耐摩耗性が十分とは言えなかった。

この結果、高 P V値での長期間の電動パワーステアリング装置の運転によって一時的な油膜切れが発生し、徐々に歯車の歯面の摩耗が進行して、 ·従動歯車（ゥオームホイール）と駆動歯車（ウォーム）との嚙合部におけるパックラッシュが増大する可能性があった。それにより、操舵感覚が悪化したり、異音（歯打ち音）が発生することが予想され、また歯車の変形、場合によっては破損して電動パワーステアリング装置全体が機能しなくなるおそれもあった。

また、上記したポリァミド系榭脂は、耐疲労性に優れるものの、吸水性が高く、水分を吸収してウォームホイールのギアの歯部分が膨張し、製造初期にはウォームとウォームホイールとの間に存在していた隙間が無くなったり、更に膨張してウォームを圧迫する可能性があった。

このようにウォームホイールが膨張すると、ウォームとウォームホイールとの間の摩擦抵抗が大きくなってハンドル操作が重くなったり、ギア部の圧迫や摩擦抵抗の増大によりギア部が摩耗或いは破損して、電動パワーステアリング装置が機能しなくなってしまうという不都合が発生する。

この発明は、上記課題を解決することを目的とするもので、ギア部が摩耗或いは破損を防止し、且つ、従動歯車（ウォームホイール）と駆動歯車（ウォーム）との間に、高温作動時に有効な潤滑効果を発揮するヮックスを含有するグリースを使用し、また、繊維捕強材として従来よりも細いガラス繊維を含有するポリアミド系樹脂で樹脂部を構成することで吸水による寸法変化を抑制し、ギア部が摩耗或いは破損するおそれのない、動力伝達に適した樹脂歯車をパワーアシスト部を構成する歯車減速機構に使用した電動パワーステアリング装置と、それに使用する樹脂歯車を提供するものである。発明の開示

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、樹脂歯車である従動歯車とこれに嚙合する駆動歯車からなる歯車減速機構を使用する。樹脂歯車は、金属製ハブの外周に、外周面にギア歯が形成された樹脂部が一体に構成されており、前記樹脂部は、直径 5 μ m〜 9 μ, mの範囲のガラス繊維を 1 0〜 5 0重量％含有するポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物から構成されている。

そして、前記金属製ハブと前記樹脂部との間に、片末端にエポキシ基或いはァミノ基のいずれかを有するシラン力ップリング剤からなる接着層を設けてもよい。前記ガラス繊維は、直径 6 μ π！〜 8 mの範囲のものを使用してもよい。また、その繊維長は Ι Ο Ο μ π！〜 9 0 0 μ mの範囲のものを使用する。

そして、前記樹脂部は、前記ガラス繊維の一部が炭素繊維で置換された、ポリアミド樹脂をベース樹脂とする榭脂組成物から構成するとよレ、。

さらに、歯車の嚙合面に介在するグリースは、鉱油、ポリォレフィン油、アルキルポリフヱニルエーテルから選ばれる少なくとも一種を主成分とするものを基油とし、増ちよう剤及び融点あるいは軟化点が 7 0〜 1 3 0 °Cの範囲にあるワックスを 3〜 1 0重量。 /₀の範囲で含む組成のものを使用するとよい。

そして、前記樹脂歯車は、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ボイドギアのいずれにも適用することができる。図面の簡単な説明第 1図は、この発明の電動パワーステアリング装置の構成を説明する正面図。第 2図は、第 1図に示す電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構の構成を説明する部分断面図。

第 3図は、ウォーム歯車減速機構のウォームとウォームホイールの構成を示す斜視図。

第 4図は、平歯車の外観を示す斜視図。

第 5図は、はすば歯車の外観を示す斜視図。

第 6図は、かさ歯車の外観を示す斜視図。

第 7図は、ハイポイドギアの外観を示す斜視図。

第 8図は、グリースに配合する添加剤の種類と配合量を説明する図。

第 9図は、第 1の試験における摩耗試験結果を説明する図。

第 1 0図は、第 1の試験における耐久性試験結果を説明する図。

第 1 1図は、第 2の試験における寸法安定性と耐久性試験結果を説明する図。第 1 2図は、第 2の試験における摩耗試験結果を説明する図。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態について説明する。

[電動パワーステアリング装置の構成]

第 1図は、この発明に係るコラム式の電動パワーステアリング装置 1 0の構成を説明する正面図で、この発明による動力伝達に適した樹脂歯車を減速機構に使用したものである。第 1図において、 1 1は舵輪軸、 1 2は舵輸軸ハウジング、 1 3は電動モータ、 2 0はラック ■ ピニオン式運動変換機構を示す。

舵輪軸 1 1は、第 1図では図示されていないが、上部舵輪軸 1 1 aと下部舵輪軸 1 1 bとから構成され、舵輪軸 1 1は舵輪軸ハウジング 1 ·2の内部に軸心回りに回転自在に支承されており、舵輪軸ハウジング 1 2は、車室内部の所定位置に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 1 1 aの上端には、図示されていない舵輪が固定されている。

さらに、上部舵輪軸 1 1 a と下部舵輪軸 1 1 b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 1 1 aを経て下部舵輪軸 1 1 bに伝達される操舵トルクが、トーシヨンバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ 1 3の出力が制御される。

ラック ' ピニオン式運動変換機構 2 0は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のェンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸 2 1と、ラック軸 2 1の軸心に対して斜めに支承されてラック軸 2 1の歯部に嚙合する歯部を備えたピニオンを含むピニオン軸 2 2、及ぴラック軸 2 1 とピニォン軸 2 2を支承する筒状のラック軸ケース 2 3とから構成される。

ピニオン軸 2 2と下部舵輪軸 l i bの下部とは、 2個の自在継手 2 5及ぴ 2 6 で連結されている。また、下部舵輪軸 1 1 bの中間部分には後述するウォーム歯車減速機構 3 0が配置され、電動モータ 1 3から下部舵輪軸 1 1 bに対して操舵捕助力が供給されるように構成されている。

第 2図は、上記した電動パワーステアリング装置 1 0のウォーム歯車減速機構 3 0の構成を示す部分断面図で、 3 1はウォームホイール、 3 2はウォームホイール 3 1に嚙合するウォーム、 3 3はギアケースである。ウォーム 3 2はその両端にウォーム軸 3 2 a、 3 2 bがー体に形成されており、ウォーム軸 3 2 a、 3 2 bはそれぞれギアケース 3 3に装着された玉軸受 3 4 a、 3 4 bにより回転自在に支承されている。また、ウォーム軸 3 2 bは、電動モータ 1 3の駆動軸 1 3 aにスプライン、或いはセレーシヨン結合している。

ウォームホイール 3 1のハブ、即ち芯金 4 2は下部舵輪軸 1 1 bに結合し、電動モータ 1 3の回転はウォーム 3 2、ウォームホイール 3 1を経て下部舵輪軸 1 1 bに伝達される。

第 3図は、この発明の実施の形態のウォーム歯車減速機構 3 0のウォームホイール 3 1及びウォーム 3 2の構成を示す斜視図で、ウォームホイール 3 1は、金属製のハブ、即ち芯金 4 2の外周面に、適宜クロスローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に直径 5〜 9 mの範囲のガラス繊維を 1 0〜 5 0重量 %含有するポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなり、その外周端面にギア歯 4 4を形成し榭脂部 4 3を一体形成して構成されている。

一方、ウォーム 3 2は従来のウォームと同じく金属製のものとする。このゥォーム 3 2は、必要に応じて熱処理ゃ窒化処理等を実施して表面硬度を高め、ゥォームホイール 3 1に含まれるガラス繊維に対する耐摩耗性を向上させてもよい。また、ウォームホイール 3 1 との摺動によって発生する摺動音を考慮すると、表面粗さ R a力 0. 0 2〜0. 2 i m より好ましくは 0 · 0 2〜0. 0 6 μ πιの範囲にすると摺動音の低減が達成できる。表面粗さ R aが 0. 0 2 μ ηι未満は加ェが困難でコストを高めるので実用的でない。表面粗さ R a = 0. 0 2〜0. 0 6 μ mを達成する方法としては、研磨処理後、バレル処理を行う方法が実用的である。

[ウォームホイールの材料]

ウォームホイール 3 1の樹脂部 4 3は、耐疲労性に優れるポリアミド 6、ポリアミド 6 6、ポリアミド 4 6をベース樹脂とすることが好ましい。ポリアミド榭脂の分子量は、ガラス繊維含有状態で射出成形できる範囲、具体的には数平均分子量で 1 3 0 0 0〜 2 8 0 0 0、より好ましくは、耐疲労性、成形性を考慮すると、数平均分子量で 1 8 0 0 0〜 2 6 0 0 0の範囲である。

数平均分子量が 1 3 0 0 0未満の場合は分子量が低すぎて耐疲労性が悪く、実用性が低い。それに対して数平均分子量が 2 8 0 0 0を越える場合は、ガラス繊維の実用的な含有量 1 5〜3 5重量％を含ませると、溶融粘度が高くなりすぎ、樹脂歯車を精度良く射出成形で製造することが難しくなり、好ましくない。また、これらのベース樹脂に、他のポリアミド榭脂や、ウォームとウォームホィールとの間に一般的に使用される低極性基油からなるグリース基油への濡れ性を改善する酸無水物で変性されたポリオレフイン樹脂などの樹脂を組み合わせたり、耐衝擊性を改善するエチレンプロピレン非共役ジェンゴム（E P D M) 等のゴム状物質を組み合わせてもよい。

これらのベース樹脂は、樹脂単独でも一定以上の耐久性を示し、ウォームホイ一/レ 3 1の相手材である金属製のウォーム 3 2の摩耗に対して有利に働き、減速ギアとして十分に機能する。しかしながら、より過酷な使用条件で使用されるとギア歯 4 4が摩耗したり破損することも予想されるので、信頼性を高めるために補強材を配合することが好ましい。

補強材としては、直径が 5〜 9 μ mの範囲、より好ましくは 6〜 8 mの範囲に入るガラス繊維を使用するものとし、ベース榭脂であるポリアミド樹脂との接着性を考慮して、片端末にエポキシ基やアミノ基などを有するシランカツプリング剤で表面処理するものとする。

ガラス繊維の表面に結合されたシラン力ップリング剤は、片端末に存在するェポキシ基ゃァミノ基などの官能基がポリアミド樹脂のアミド結合に作用し、ガラス繊維の補強効果を向上させると共に、吸水による寸法変化を抑制する効果もある。

つまり、ポリアミド樹脂中に同じ重量含有率でガラス繊維を含有させた場合、従来の直径 1 0〜1 3 μ πιのものよりも、より細い直径 5〜 9 μ mのものを使用する方が、アミド結合に作用するガラス繊維の本数が増加し、それにより、引張強度などの機械的強度、曲げ疲労強度などの耐疲労性が向上するほか、吸水による寸法変化を抑制する効果が大きくなる。

但し、直径が 5 m未満のガラス繊維を使用すると、耐衝擊強度などの機械的強度.が低下する傾向があると共に、製造コストが高くなって実用性が低くなり、好ましくない。

また、ガラス繊維の繊維長は、 1 0 0〜 9 0 0 mの範囲、より好ましくは 3 0 0〜 6 0 0 mの範囲である。繊維長が 1 0 0 μ m未満の場合は、短かすぎて補強効果及び吸水による寸法変化の抑制効果が少なく、好ましくない。また、繊維長が 9 0 0 μ πιを越える場合は、補強効果及び寸法変化の抑制効果が向上するものの、樹脂部成形工程での繊維の破損や、配向性の低下による成形精度の悪化が想定されるようになり、外径部に歯形状を有する樹脂部の成形が困難になり、好ましくない。

ガラス繊維の含有量は、榭脂全体の 1 0〜 5 0重量％、より好ましくは 1 5〜 3 5重量％である。ガラス繊維の配合比率が 1 0重量％未満の場合には、機械的強度及び吸水による寸法変化の抑制効果が少なく、好ましくない。また、ガラス繊維の配合比率が 5 0重量％を越える場合は、ウォーム 3 2を損傷し易くなり、ウォーム 3 2の摩耗が促進されて減速ギアとしての耐久性が不足する可能性があり、好ましくない。

以上説明した繊維径 5〜 9 mのガラス繊維は、吸水による寸法変化を抑制するほか、従来の繊維径 1 0〜 1 3 _μ mのガラス繊維に比べて、同じ配合量（重量 % ) で実質のガラス繊維の本数が増加する。そのため、ガラス繊維の本数が増加した分だけ荷重を受けることが可能になり、高面圧で使用しても樹脂歯部分に摩耗が発生しにくくなる。それによつて、ギアのコンパクト化による高面圧使用条件にも対応が可能となる。なお、補強材としてのガラス繊維の一部を炭素繊維などの繊維状物、或いはチタン酸力リゥムゥイスカーなどのウイスカー状物に置き換えてもよく、また着色剤などを加えてもよい。 '

更に、添加剤として樹脂に、成形時及ぴ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ゃァミン系酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加することが好ましい。

また、ベース樹脂であるポリアミド樹脂の吸水による寸法変化をさらに抑制するために、芯金外周部と樹脂部内周部との間に接着層を設けるとさらに効果的である。接着層を形成するには、一例として、芯金外周部にシランカップリング剤を塗布してから樹脂部を加熱圧入し、その後高周波加熱を行う方法がある。

高周波加熱を行うと、強固な接着層が形成されると同時に、芯金外周部に隣接する樹脂部内周部（界面）のみが溶融し、圧入によって発生した残留応力の除去を併せて行うこともできる。高周波加熱時の芯金部分の温度は、 2 0 0〜4 5 0 °Cで行うと接着力が強固になる。加熱雰囲気は大気中でもよいが、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うと樹脂等の酸化劣化が抑制され、好適である。接着に使用されるシランカツプリング剤は、その化学構造の一端に加水分解性基であるアルコキシ基を有しており、このアルコキシ基が加水分解して水酸基に変化し、この水酸基が金属表面の水酸基と脱水縮合を起こすことにより、金属との間で高い結合力を持つ共有結合を形成する。また、他端には有機官能基を有しており、この有機官能基がポリアミド樹脂の分子構造中のァミド結合と結合する。そして、これらの結合により芯金 4 2と樹脂部 4 3とが強固に結合される。

なお、有機官能基としては、アミノ基、エポキシ基が好適であり、このような有機官能基を有するシラン力ップリング剤としては、 γ—グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、 β ( 3、 4一エポキシシクロへキシル）ェチルトリメトキシシラン、 γ —ァミノ口ピルトリエトキシシラン、 N— / S — (アミノエチル）一ァミノプロピルトリエトキシシラン、 γ —ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。特に、有機官能基としてエポキシ基をもつものは、アミド結合との反応性が高く、より好ましい。

接着層を芯金 4 2の外周部とより強固に結合させるためには、芯金 4 2の外周面に表面水酸基を増やすのがよいが、このためには酸素プラズマ等による表面処理を施すと、更に好適である。

また、接着力の増加を含めて、芯金 4 2と樹脂部 4 3との密着性の向上と芯金 4 2との境界部の滑り抜け防止を目的にして、芯金 4 2の外周面には、予めショットブラストやローレツト加工等を施しておいてもよく、特にローレット加工が好ましい。ローレット加工の V字状の溝の深さは 0 . 2〜0 . 8 m m、特に 0 . 3〜0 . 7 m mが適当である。

[グリース]

次に、榭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グリースについて説明する。

本発明に使用されるグリースは、增ちょう剤と基油とを主成分とし、更に高面圧下の樹脂製ウォームホイールとウォームとの潤滑を良好に維持する融点あるいは軟化点が 7 0〜 1 3 0 °Cの範囲にあるワックスを添加した構成である。基油は、鉱油、ポリ α—ォレフィン油、アルキルポリフエニルエーテルから選ばれる少なくとも一つであり、增ちょう剤は、ァミンとィソシァネートからなるゥレア化合物、 L i石けん、 L i コンプレックス石けん、 B a石けん、 B aコンプレックス石けん等である。これらの増ちよう剤の中でポリアミドに構造が類似のウレァ結合を有するゥレア化合物が、ポリアミド榭脂への吸着性に優れ特に好ましい。融点あるいは軟化点が 7 0〜 1 3 0 °Cの範囲にあるヮックスは、常温では固体で微粒子の状態で分散しており、樹脂製ウォームホイールとウォームとが摺接して温度が上昇すると、その嚙合部分で高粘度の液体となる。この高粘度の液体は、温度上昇により低粘度化する基油に相溶して液体自体（基油 +ヮックスの相溶物）の粘度を上昇させて全体として嚙合部分から液体の排出を防止すると共に、相溶しないで一部残つた状態でも嚙合部分に残存し、高面圧下でも良好な潤滑状態を維持する。

これらのワックスの具体例としては、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ヮックス等のエステル系ヮッタス、ポリエチレンヮックス等の炭化水素系ワックス、ステア口アミド、ラウリルアミド、ベヘンアミド等の脂肪酸アミド等を使用することができ、この中では上記説明した基油への相溶性が高い炭化水素系ワックスが最も好ましい。これらのワックスの添加量は、グリース組成中に 3〜 1 0重量。 /₀、より好ましくは 4〜 8重量％である。添加量が 3 重量％未満の場合、作動時の液体自体の相溶による粘度上昇が十分といえず、潤滑状態の改善が十分に行われず、好ましくない。添加量が 1 0重量％を越えると、グリースのちよう度が低下すると共に、相溶時の粘度上昇が高過ぎて、ギアの作動時のトルクが上昇し、結果として作動性が悪くなり好ましくない。

また、基油には、ポリアミド榭脂への濡れ性を改善させるために、ジエステル油、ポリオールエステル油、芳香族エステル油等を添加してもよい。具体的にはジエステル油としては、ジォクチルアジペート（D O A )、ジイソプチルアジぺート（D I B A )、ジブチルアジペート（D B A )、ジォクチルァゼレート（D 〇 Z )、ジブチルセバケート（D B S；)、ジォクチルセバケート（D O S ) 等を挙げることができる。

ポリオールエステル油としては、 C 4 〜C 18のアルキル鎖が誘導されたペンタエリスリトーノレエステノレ油、ジペンタエリスリト一 /レエステル油、トリペンタエリスリトールエステル油、ネオペンチル型ジォーノレエステル油、トリメチロールプロパンエステル油等を挙げることができる。

また、芳香族エステル油としては、トリオタチルトリメリテート（T〇T M)、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルビロメリテート等を挙げることができる。

これらのエステル系基油は、それぞれ単独で、あるいは混合してグリース組成物全量に対して 1〜2 0重量％の範囲、更に好ましくは 2〜1 0重量％の範囲で添加される。添加量が 1重量％未満では濡れ性の改善効果が十分に得られず、一方 2 0重量％を越える量を添加しても濡れ性の改善に大きな効果が得られなくなると共に、エステル化合物の絶対量が増えることで、ウォームの軸方向移動を許容するゴム製のダンパーなど他の部品に膨潤等の悪影響を及ぼすことも想定される。

更に、このグリースには、酸化安定剤や防鲭性等を向上させるために他の添加物を加えることもできる。例えば、アミン系ゃフエノール系の酸化防止剤、 C a スルホネート等の防鲭剤、 M o D T C等の極圧添加剤などである。

以上、本発明の実施の形態では、電動パワーステアリング装置の歯車減速機構としてウォーム歯車減速機構を例示し、またそこに使用される歯車として樹脂歯車であるウォームホイールを例として、その樹脂歯車の材料や使用するグリースなどを説明したが、樹脂歯車はウォームホイールに限られるものではなく、種々の変更が可能である。例えば歯車形状として、第 4図に示す平歯車、第 5図に示すはすば歯車、第 6図に示すかさ歯車、第 7図に示すハイポイドギア等が可能である。 [ウォームホイールの寸法安定性、耐久性、耐摩耗性試験と評価結果] 次に、ウォームホイールの寸法安定性、耐久性、耐摩耗性試験と評価結果について説明する。

A. 第 1の試験と評価結果

第 1の試験では、ウォームホイールの複数の実施例及び比較例について、耐久性、及ぴ耐摩耗性についての試験を行い、評価した。なお、本発明は、以下説明する実施例及び比較例により何等制されるものではない。

a . 樹脂ギア部

( 1) 構成 1

芯金：溝の深さ 0. 5 mmのローレット加工を施した外径 6 5mm、幅 1 6 m mのスチール鋼（材料記号 S 4 5 C)

樹脂：ポリアミド 6 (直径 6 /i mのガラス繊維（GF) を 3 0重量％含有、宇部興産（株）製 U B Eナイロン（登録商標）、ヨウ化鲖系熱安定剤含有）、直径 6 μπιのガラス繊維とは、平均直径が概ね 6 μ mのガラス繊維のことであり、直径で 5〜 7 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。

樹脂部成形：芯金をコアにしてィンサート成形

成形時樹脂部外径形状：切削代を残したはすば形状を有し、内径 6 4mm, 外径 8 3 mm、巾虽 1 5. 5 mm

成形後、樹脂部の歯を更に切削加工し、最終的にウォームホイール形状に仕上げた。

( 2) 構成 2

榭脂に混合するガラス繊維（GF) として直径 8 /z mのものを使用、その他は実施例 1と同じ。ここで、直径 8 mのガラス繊維とは、平均直径が概ね 8 μ πι のガラス繊維のことで、直径で 7〜 9 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。 (3) 構成 3

芯金：溝の深さ 0 · 5 mmの口一レツト加工を施した外径 6 5 mm, 幅 1 6 m mのスチール鋼（材料記号 S 45 C)。脱脂してから、接着層形成を目的として、エポキシ基を有するシラン力ップリング剤である γ—グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（日本ュニカー（株）製 ΓΑ— 1 8 7 J の 1 0重量⁰ /₀メタノール溶液に浸漬後、大気中で乾燥して芯金表面にシランカツプリング剤の被膜を形成した。

榭脂：ポリアミド 6 (直径 6 μιηのガラス繊維（GF) を 3 0重量％含有、宇部興産（株）製 U BEナイロン（登録商標）、ヨウ化銅系熱安定剤含有）

榭脂部成形：芯金と別体に成形

成形時樹脂部外径形状：切削代を残したはすば形状を有し、内径 64mm、外径 8 3mm、幅 1 5. 5 mm

高周波融着：吸水処理を行なった樹脂部を、温度 140°Cで 20分加熱し、樹脂部を膨張させてから芯金に圧入した。その後、芯金温度が 3 50 °Cに上昇するまでアルゴンガス中で高周波加熱して芯金に榭脂部を融着（接着）し、水中に入れて急冷した。その後、樹脂部に歯を切削加工し、最終的にウォームホイールに仕上げた。

(4) 構成 4 (比較例 1)

構成 1と殆ど同じであるが、樹脂に混合するガラス繊維（GF) として直径 1 O ^mのものを使用。ここで、直径 1 0 μ mのガラス繊維とは、平均直径が概ね 1 0 μ mのガラス繊維のことであり、直径で 9〜 1 1 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。

(5) 構成 5 (比較例 2)

構成 1と殆ど同じであるが、樹脂に混合するガラス繊維（GF) として直径 1 3 μ πιのものを使用。ここで、直径 1 3 μ mのガラス繊維とは、平均直径が概ね 1 3 mのガラス繊維のことであり、直径で 1 2〜 1 4 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。

b . グリースの調製

第 8図は、グリースに配合する添加剤の種類と配合量を説明する図で、グリースにはポリ α—ォレフィン油（1 0 0°Cで 8mm 2 /s) を基油とし、脂肪族ジゥレア化合物を増ちよう剤とするベースグリース（増ちよう剤量： 1 3重量⁰ /₀) に第 8図に示す各種添加剤（ワックス、酸化防止剤、防鲭剤）を配合して、ちょう度番号 N o . 2の、組成 A、組成 B、組成 Cの 3種類のグリースを調製した。ワックス：ポリエチレンワックス (三井化学（株）社製三井ハイワックス 3 2 0 P (分子量 3 0 0 0、軟化点 1 1 4 °C) ) +

酸化防止剤： 4， Α' ージォクチルジフニニルァミン（精ェ化学（株）社製ノンフレックス OD— RH)

防鲭剤：中性カルシウムスルホネート（（株）松村石油研究所製モレスコアンバー S C 4 5 N (鉱油含有量 54%) )。

c . 試験装置における樹脂ギア及びグリースの組み合わせ

試験装置には、上記した樹脂ギアの構成 1〜構成 5と、上記したグリースの組成 Α、組成 Β、組成 Cを、以下に示す組み合わせにより設定した。

(実施例 1) 樹脂ギア：構成 1 グリ —ス：組成 A

(実施例 2) 樹脂ギア：構成 2 ダリース：組成 A

(実施例 3 ) 樹脂ギア：構成 3 ダリ —ス：組成 A

(比較例 1 ) 樹脂ギア：構成 4 グリ —ス：組成 A

(比較例 2) 樹脂ギア：構成 5 ダリース：組成 A.

(比較例 3) 樹脂ギア：：構成 1 グリース：組成 B (比較例 4 ) 樹脂ギア：構成 1 グリース：組成 C

(比較例 5 ) 樹脂ギア：構成 5 グリース：組成 B。

d . 耐摩耗性についての試験方法と評価結果

実際の電動パワーステアリング装置におけるウォーム（金属製）とウォームホィール（榭脂ギア）との潤滑状態をシユミレートするため、実施例 1、 2と比較例 1〜 5で使用した樹脂材料と同じ材料で板状試験片を作成し、この試験片を、直径 6 . 3 5 m mの鋼製ポール（ S U J 2 ) を、 1 2 0度間隔で 3個配したボールオンディスク試験装置の回転する鋼製ボール（ボール頂点の接触部周速 1 m/ 秒）に接触させ、耐摩耗性を評価した。雰囲気温度 8 0 °Cに設定し、試験片とボールとの間にグリース（組成 A、組成 B、組成 C ) を介在させた状態で、荷重を 2 k gから 0 . 5 k gづっ増加させながら、各荷重の下で 8時間連続回転させて試験片の摩耗状態を観察した。摩耗試験結果を第 9図に示す。

第 9図から明らかなように、補強材として従来よりも細いガラス繊維を混入した樹脂ギアと、ワックスが規定量含有されたグリースとの組み合わせたとき、高荷重で実質高面圧で使用しても摩耗の発生が認められず、耐摩耗性が向上したことが分かる。

e . 耐久性についての試験方法と評価結果

耐久性の試験は、上記実施例 1乃至 3と比較例 1〜 5を実際の電動パワーステァリング装置に組み込みグリースを充填し（ウォームホイールの樹脂部分の外周面、及びウォームの表面にグリースを万遍なく塗布）、環境条件 1では雰囲気温度を 8 0 °C、相対湿度を 3 0 %に設定し、環境条件 2では雰囲気温度を 8 0 °C、相対湿度を 7 0 %に設定し、 1 0万回の操舵を行い、ウォームホイールの摩耗量が初期値から 4 0 μ m以下を合格とした。なお、摩耗量は 1万回の操舵ごとに測定した。また、吸水による寸法変化により、樹脂ギアとウォームとの間の間隔が減少し、作動性（作動トルク）が 2 0 %以上増加したものを不合格とした。耐久性試験結果を第 1 0図に示す。

環境条件 1では、第 9図に示す摩耗が発生しない最大荷重の傾向と、摩耗量が基準を越える耐久回数の傾向とがほぼ一致している。吸水寸法変化の影響が大きくなる環境条件 2では、高周波融着による接着を組み合わせた実施例 3のみが 1 0万回の操舵に耐えて合格と判定され、実施例 1及ぴ 2では摩耗量は基準を越えなかつたが、吸水による寸法変化により作動性が悪化して不合格と判定された。

B. 第 2の試験と評価結果

第 2の試験では、以下に示すウォームホイールの複数の実施例及び比較例について、寸法安定性、耐久性及び耐摩耗性についての試験を行い評価した。なお、本発明は、以下の実施例及び比較例により何等制限されるものではない。

a . 実施例及び比較例の構成

(実施例 1 1 )

芯金：溝の深さ 0. 5 mmのローレット加工を施した外径 6 5mni、幅 1 6 m mのスチール鋼（材料記号 S 4 5 C) '

榭脂：ポリアミド 6に、直径 6 mのガラス繊維（GF) を 3 0重量％含有、宇部興産（株）製 U B Eナイロン（登録商標）、ヨウ化鲖系熱安定剤含有）直径 6 μ ιηのガラス繊維とは、平均直径が概ね 6 mのガラス繊維のことであり、直径で 5〜 7 mの範囲のガラス繊維が含まれる。

樹脂部成形：芯金をコアにしてィンサート成形

成形時樹脂部外径形状：切削代を残したはすば形状を有し、内径 6 4mm, 外径 8 3 mm、幅 1 5. 5 mm

成形後、樹脂部の *を更に切削加工し、最終的にウォームホイール形状に仕上げた。

(実施例 1 2)

榭脂に混合するガラス繊維（G F) として直径 7 mのものを使用、その他は実施例 1 1 と同じ。ここで、直径 7 μ mのガラス繊維とは、平均直径が概ね 7 μ mのガラス繊維のことで、直径で 6〜 8 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。

(実施例 1 3 )

芯金：溝の深さ 0. 5 mmのローレツト加工を施した外径 6 5 mm, 幅 1 6 m mのスチール鋼（材料記号 S 4 5 C)。脱脂してから、接着層形成を目的として、エポキシ基を有するシラン力ップリング剤である γ—ダリシドキシプロピルトリメトキシシラン（日本ュニカー（株）製「Α— 1 8 7」の 1 0重量⁰ /₀メタノール溶液に浸漬後、大気中で乾燥して芯金表面にシランカツプリング剤の被膜を形成した。

樹脂：ポリアミド 6に、直径 6 mのガラス繊維（GF) を 3 0重量％含有、宇部興産（株）製 U B Eナイロン（登録商標）、ヨウ化銅系熱安定剤含有）直径 6 μ mのガラス繊維とは、平均直径が概ね 6 μ mのガラス繊維のことであり、直径で 5〜 7 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。

樹脂部成形：芯金と別体に成形 '

成形時樹脂部外径形状：切削代を残したはすば形状を有し、内径 6 4mm、外径 8 3mm、幅 1 5. 5 mm

高周波融着：吸水処理を行なった樹脂部を、温度 1 4 0°Cで 2 0分加熱し、榭脂部を膨張させてから芯金に圧入した。その後、芯金温度が 3 5 0°Cに上昇するまでアルゴンガス中で高周波加熱して芯金に樹脂部を融着（接着）し、水中に入れて急冷した。その後、樹脂部に歯を切削加工し、最終的にウォームホイールに仕上げた。 (比較例 1 1 )

実施例 1 1と殆ど同じであるが、樹脂に混合するガラス繊維（G F ) として直径 1 0 μ mのものを使用。ここで、直径 1 0 μ mのガラス繊維とは、平均直径が概ね 1 0 μ mのガラス繊維のことであり、直径で 9〜 1 1 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。

(比較例 1 2 )

実施例 1 1と殆ど同じであるが、樹脂に混合するガラス繊維（G F ) として直径 1 3 μ mのものを使用。ここで、直径 1 3 μ mのガラス繊維とは、平均直径が概ね 1 3 μ mのガラス繊維のことであり、直径で 1 2〜 1 4 μ mの範囲のガラス繊維が含まれる。

b . 寸法安定性、耐久性、及ぴ耐摩耗性についての試験と評価結果

第 1 1図は寸法安定性と耐久性の試験結果を示す図、第 1 2図は摩耗試験結果を示す図である。まず、試験の方法を説明する。

b - 1 . 寸法安定性の試験

寸法安定性の試験は、上記実施例 1 1乃至 1 3、並びに比較例 1 1及ぴ 1 2について、以下の環境条件 A及ぴ Bの下に放置し、 7 0時間、 3 0 0時間及ぴ 5 0 0時間経過後のギアの外径寸法の変化量を測定した。試験結果は、いずれの条件においても変化量が 4 0 μ m以下を合格として「0」で表示、 4 0 μ πιを越えるものを不合格として「X」で表示した。

条件 Α ：温度 6 0 °C、相対湿度 9 0 %

条件 B ：温度 8 0 °C、相対湿度 9 0 %

b - 2 . 耐久性の試験

耐久性の試験は、上記実施例 1 1乃至 1 3、並びに比較例 1 1及び 1 2のゥォームホイールを実際の電動パワーステアリング装置に組み込み、以下の環境条件 C、 D、 E、 Fの下で操舵操作を繰り返して耐久性を試験した。試験結果は、いずれの条件においても 1 0万回の操舵操作に耐えることができたギアを合格として「0」で表示し、 1 0万回の操舵操作に耐えられなかったギアを不合格として「X」で表示した。

条件 C ：温度 30 °C、相対湿度 50 %

条件 D ：温度 50 °C、相対湿度 90 %

条件 E ：温度 80 °C、相対湿度 50 %

条件 F ：温度 80 °C、相対湿度 90 %

第 1 1図に示す寸法安定性と耐久性の試験結果から明らかなように、樹脂に混合するガラス繊維（GF) として直径 6〜7 μπιのものを使用することにより、樹脂の吸水による寸法変化が抑制されることが確認された。また、それに併せて、高温度高湿度の過酷な環境の下でも、耐久性に優れていることが分かった。

b - 3. 耐摩耗性の試験

耐摩耗性の試験は、上記実施例 1 1及び 1 2、並びに比較例 1 1及ぴ 1 2のゥオームホイールの樹脂材料と同じ榭脂材料で板状の試験片を形成し、この試験片と SU J製ポール（1 20° 等角度で 3個配置、試験片を回転、ポール部頂点の接触部周囲速度 1 m/秒）を使用したボール · オン ·ディスク試験により行った。接触面圧 P ma を 1 5 0〜 200メガ 'パスカル（MP a ) の範囲で設定、雰囲気温度を 80°Cとして、試験片とボールとのグリース（基油：ポリ α—ォレイン油、増ちよう剤：脂肪族ゥレア）を介在させた状態で 8時間回転させ、試験片の摩耗状態を観察した。

第 1 2図に示す摩耗試験結果から明らかなように、樹脂に混合するガラス繊維 (GF) として直径 6〜 7 μ mのものを使用することにより、接触面圧が高い状態で使用しても、摩耗が発生せず、耐摩耗性に優れていることが分かった。以上説明した実施例 1 1乃至 1 3では、ガラス繊維（G F ) として直径 6〜 7 μ mのものを使用したが、直径 5〜 9 μ mのガラス繊維を使用しても略同様の結果が得られ、寸法安定性、耐久性、及び耐摩耗性に優れていることが確認された。したがって、この癸明では、樹脂歯車を形成する樹脂に混合するガラス繊維（G F ) として直径 5〜 9 mのものを最適の寸法とする。

以上説明した実施の形態で説明した電動パワーステアリング装置の歯車減速機構に使用した樹脂歯車は、電動パワーステアリング装置の歯車減速機構ばかりでなく、用途にかかわりなく歯車機構一般に適用できることは言うまでもない。産業上の利用可能性

この発明の電動パワーステアリング装置及ぴそれに使用する樹脂歯車は、車両用の電動パワーステアリング装置に使用するとき、歯打ち音や振動等の不快音の発生を抑えた耐久性に優れた信頼性の高い電動パワーステアリング装置を構成することができるほか、その樹脂歯車は電動パワーステアリング装置以外の歯車機構一般にも適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 - 電動モータによる補助動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、

前記減速歯車機構は、金属製芯金の外側に外周面にギア歯が形成された樹脂部がー体に構成された榭脂歯車である従動歯車と、この従動歯車に嚙合する駆動歯車とから構成され、少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間にグリースが介在している減速歯車機構であって、

前記樹脂歯車の樹脂部は、直径 5〜9 mの範囲のガラス繊維を 1 0〜5 0重量％含有するポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなり、

前記グリースは、基油が鉱油、ポリ o;—ォレフイン油、アルキルポリフエニルエーテルから選ばれる少なくとも一種を主成分とする基油とし、増ちよう剤及び融点あるいは軟化点が 7 0〜 1 3 0 °Cの範囲にあるヮックスを 3〜 1 0重量⁰ /₀の範囲で含む組成としたこと

を特徴とする電動パワーステアリング装置。

2 . 前記榭脂歯車の金属製芯金と前記榭脂部との間に、片末端にエポキシ基あるいはァミノ基のいずれかを有するシラン力ップリング剤からなる接着層を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電動パワーステアリング装置。

3 . 前記樹脂歯車の樹脂部に含有されるガラス繊維の直径は、直径 6 μ π！〜 8 β χηの範囲であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の電動パワーステアリング装置。

4 . 前記樹脂歯車の樹脂部に含有されるガラス繊維の繊維長は、 1 0 0 ！〜 9 0 0 mの範囲であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の電動パワーステアリング装置。

5 . 前記樹脂歯車の樹脂部は、前記ガラス繊維の一部が炭素繊維で置換されたポリアミド榭脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなること

を特徴とする請求の範囲第 1項に記載の電動パワーステアリング装置。

6 . 前記従動歯車及ぴ駆動歯車は、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ボイドギアであることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の電動パワーステアリング装置。

7 . 動力伝達に適した樹脂歯車であって、

前記樹脂歯車は、金属製芯金の外側に外周面にギア歯が形成された樹脂部が一体に構成されており、

前記樹脂部は、直径 5〜 9 ； u mの範囲のガラス繊維を 1 0〜 5 0重量％含有するポリアミド樹脂をベース樹脂とする榭脂組成物からなること

を特徴とする樹脂歯車。

8 . 前記金属製芯金と前記樹脂部との間に、片末端にエポキシ基あるいはアミノ基のいずれかを有するシラン力ップリング剤からなる接着層を設けたことを特徴とする請求の範囲第 7項記載の榭脂歯車。

9 . 前記樹脂部に含有されるガラス繊維の直径は、直径 6 μ n！〜 8 μ mの範囲であることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の樹脂歯車。

1 0 . 前記樹脂部に含有されるガラス繊維の繊維長は、 1 0 0 μ π！〜 9 0 0 mの範囲であることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の樹脂歯車。

1 1 . 前記樹脂部は、前記ガラス繊維の一部が炭素繊維で置換されたポリアミド樹脂をベース榭脂とする樹脂組成物からなること

を特徵とする請求の範囲第 7項に記載の樹脂歯車。 .

1 2 . 前記樹脂歯車は、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ボイドギアであることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の樹脂歯車。