WO2016104010A1 - グリース組成物およびスプライン伸縮軸 - Google Patents

グリース組成物およびスプライン伸縮軸 Download PDF

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shaft
grease composition
spline
base oil
inner shaft
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一徳 三宅
中田　竜二
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株式会社ジェイテクト
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Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a grease composition used for a spline telescopic shaft and a spline telescopic shaft provided with the grease composition.
  • Patent Document 1 discloses a grease used for a telescopic shaft incorporated in a steering shaft of a vehicle.
  • the telescopic shaft includes a male shaft and a female shaft that are spline-fitted with each other.
  • the grease is sealed between the male shaft and the female shaft.
  • Patent Document 2 discloses a lubricant composition used for vehicle splines and the like.
  • a gap is generated between the male shaft and the female shaft, and a load required when the spline telescopic shaft is expanded and contracted due to friction between the male shaft and the female shaft may increase. is there.
  • a means for reducing the load at the time of expansion and contraction while filling the gap between the male shaft and the female shaft it is common to provide a resin layer between the male shaft and the female shaft.
  • the spline telescopic shaft has been required to have a performance that can withstand use in a harsh environment such as in the engine room of a vehicle, that is, in an environment where the temperature changes between ⁇ 40 to 140 ° C.
  • a first aspect of the present invention includes an inner shaft (15) and an outer shaft (16) that are spline-fitted with each other, and expands and contracts by relative movement of the inner shaft and the outer shaft in the axial direction (X).
  • a grease composition (23) used for the shaft (4) comprising a base oil having a viscosity index of 190 or less and a kinematic viscosity at 40 ° C. of 200 mm 2 / s or more, and zinc stearate. Including a composition.
  • a second aspect of the present invention includes the grease composition according to the first aspect, wherein the zinc stearate is contained in an amount of 1 to 15% by mass.
  • a third aspect of the present invention includes the grease composition according to the first or second aspect, wherein the base oil is composed of a synthetic hydrocarbon.
  • a fourth aspect of the present invention includes an inner shaft (15) and an outer shaft (16) that are spline-fitted with each other, a resin layer (22) formed on at least one of the inner shaft and the outer shaft, A grease composition according to any one of the first to third aspects provided between the inner shaft and the outer shaft, wherein the inner shaft and the outer shaft move in the axial direction (X). Includes a spline telescopic shaft (4) that expands and contracts.
  • the resin layer includes the fourth spline telescopic shaft made of a polyamide-based resin.
  • the numbers in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.
  • the grease composition is used for a spline telescopic shaft including an inner shaft and an outer shaft that are spline-fitted with each other. Since this grease composition includes a base oil having a kinematic viscosity of 200 mm 2 / s or higher at 40 ° C., it has an appropriate viscosity in a high temperature environment. Since the resin layer expands in a high temperature environment, there is no gap between the inner shaft and the outer shaft, or even if it is small. Therefore, even when the inner shaft and the outer shaft rotate relative to each other, since the impact due to the contact between the inner shaft and the outer shaft is small, the fitting portion does not matter regardless of the viscosity of the grease composition.
  • the hitting sound (rattle sound) at the level is not a practical problem even if it is generated.
  • the resin layer expands in a high-temperature environment, the gap between the inner shaft and the outer shaft is clogged, and the outer shaft is pressed from the inside in the radial direction. Even if it is done, the frictional force between the inner shaft and the outer shaft can be reduced well. Thereby, the sliding load in a high temperature environment can also be reduced.
  • the viscosity index of the base oil is 190 or less under a low temperature environment
  • the kinematic viscosity of the base oil that is 200 mm 2 / s or more at 40 ° C. can be made relatively high. Therefore, even if the resin layer contracts in a low temperature environment and a large gap is generated between the inner shaft and the outer shaft, and the backlash of the fitting portion between the inner shaft and the outer shaft increases, the large amount The gap is filled with a relatively high viscosity grease composition.
  • the grease composition contains 1 to 15% by mass of zinc stearate. Therefore, since the base oil is contained in the grease composition at a ratio of 85% by mass or more, the viscosity of the grease composition can be easily designed based on the viscosity of the base oil.
  • the base oil may be composed of a synthetic hydrocarbon.
  • the resin layer is made of polyamide-based resin, the degree of expansion and contraction of the resin layer due to temperature change is reduced. Therefore, the generation of rattle noise can be further suppressed, and the sliding load can be further reduced.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a steering apparatus 1 including an intermediate shaft 4 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the intermediate shaft 4.
  • FIG. 3 is a sectional view of the intermediate shaft 4 taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the intermediate shaft 4 taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5A is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 4 and shows a state in a high temperature environment.
  • FIG. 5B is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 4 and shows a state in a low temperature environment.
  • FIG. 5A is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 4 and shows a state in a high temperature environment.
  • FIG. 5B is an enlarged view of a portion surrounded by
  • FIG. 6 is a table showing experimental results of measuring the rattle noise of the intermediate shaft 4 using three types of base oils having different kinematic viscosities.
  • FIG. 7 is a table showing experimental results of measuring changes in rattle noise due to temperature differences using the intermediate shaft 4 containing the grease composition 23.
  • FIG. 8 is a table showing experimental results obtained by measuring the friction coefficient between the inner shaft 15 and the outer shaft 16 using the grease compositions 23 having different zinc stearate contents.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a steering apparatus 1 including an intermediate shaft 4 according to an embodiment of the present invention.
  • the front side of the paper surface is the front side of the vehicle body
  • the back side of the paper surface is the rear side of the vehicle body
  • the upper side of the paper surface is the upper side of the vehicle body
  • the lower side of the paper surface is the lower side of the vehicle body.
  • the steering device 1 is, for example, a pinion type electric power steering device.
  • the steering device 1 includes a steering shaft 3 to which a steering member 2 such as a steering wheel is connected at one end, an intermediate shaft 4 as a spline telescopic shaft, a pinion shaft 5, and a rack bar 6.
  • the other end of the steering shaft 3 is connected to one end of the intermediate shaft 4 via a universal joint 7.
  • the other end of the intermediate shaft 4 is connected to one end of the pinion shaft 5 via a universal joint 8.
  • a pinion 5 ⁇ / b> A is provided on the outer peripheral surface of the other end of the pinion shaft 5.
  • a rack 6 ⁇ / b> A that meshes with the pinion 5 ⁇ / b> A is formed at one location on the outer peripheral surface of the rack bar 6.
  • the pinion 5A and the rack 6A constitute a rack and pinion type steering mechanism 10 by meshing with each other.
  • the rack bar 6 is accommodated in a substantially cylindrical housing 11 fixed to the vehicle body.
  • the housing 11 constitutes a gear box that houses the pinion 5A and the rack 6A.
  • Both end portions of the rack bar 6 protrude to both sides of the housing 11, and tie rods 13 are coupled to the respective end portions via joints 12.
  • Each tie rod 13 is connected to a corresponding steered wheel 14 via a corresponding knuckle arm (not shown).
  • the intermediate shaft 4 extends substantially vertically above and below the vehicle body.
  • the direction in which the intermediate shaft 4 extends is referred to as an axial direction X.
  • the upper side of the axial direction X will be called the upper side X1
  • the lower side of the axial direction X will be called the lower side X2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the intermediate shaft 4. In FIG. 2, the intermediate shaft 4 is illustrated such that the upper side X1 coincides with the right side of the paper surface (landscape format) and the lower side X2 coincides with the left side of the paper surface (landscape format).
  • the intermediate shaft 4 includes an inner shaft 15 that is, for example, a lower shaft, and an outer shaft 16 that is, for example, an upper shaft.
  • the outer shaft 16 In the outer shaft 16, at least the lower end portion 16B is a sleeve (tubular shape).
  • a yoke 17 of the universal joint 7 is connected to the upper end portion 16 ⁇ / b> A of the outer shaft 16.
  • An upper end portion 15 ⁇ / b> A of the inner shaft 15 is inserted into the lower end portion 16 ⁇ / b> B of the outer shaft 16.
  • a yoke 18 of the universal joint 8 is connected to the lower end portion 15B of the inner shaft 15.
  • FIG. 3 is a sectional view of the intermediate shaft 4 taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the intermediate shaft 4 taken along the line IV-IV in FIG.
  • a male spline 20 extending in the axial direction X is provided at least on the outer periphery of the upper end portion 15A.
  • a female spline 21 extending in the axial direction X is provided on the inner periphery of the outer shaft 16.
  • each of the male spline 20 and the female spline 21 extends in a streak shape along the axial direction X, and a plurality of teeth arranged at equal intervals along the circumferential direction C of the intermediate shaft 4. It is constituted by.
  • the number of teeth of the male spline 20 and the female spline 21 is, for example, 16 to 20, respectively.
  • the male spline 20 and the female spline 21 each have 18 teeth.
  • the inner shaft 15 and the outer shaft 16 are spline-fitted with each other. Therefore, the inner shaft 15 and the outer shaft 16 can rotate integrally in the circumferential direction C. Further, the inner shaft 15 and the outer shaft 16 can move relative to each other in the axial direction X. Thereby, the intermediate shaft 4 expands and contracts in the axial direction X.
  • a portion where the inner shaft 15 and the outer shaft 16 are spline-fitted is referred to as a fitting portion 24.
  • a resin layer 22 is formed on the outer peripheral surface 15 ⁇ / b> C of the inner shaft 15 including the surface of the male spline 20.
  • the resin layer 22 is formed so as to cover the entire outer peripheral surface 15C of the inner shaft 15 by a method such as a powder flow dipping method.
  • the resin layer 22 it is preferable to use a resin layer made of a polyamide-based resin having excellent sliding characteristics and workability and having a relatively small linear expansion coefficient.
  • polyamide resin examples include polyamide 11 (PA11), polyamide 12 (PA12), polyamide 610 (PA610), polyamide 66 (PA66), polyamide 612 (PA612), and polyamide polyphenylene sulfide (PPS).
  • resin which comprises the resin layer 22 resin other than a polyamide-type resin can also be used.
  • resin other than the polyamide resin examples include polyether ether ketone (PEEK), amorphous polyarylate (PAR), polysulfone (PS), polyether sulfone (PES), polyimide, polyetherimide (PEI), and liquid crystal. Examples thereof include a polymer (LCP) and a fluororesin.
  • other engineering plastics or super engineering plastics that can withstand use in the engine room E can be used.
  • a grease composition 23 is provided between the resin layer 22 and the female spline 21 in the fitting portion 24 of the intermediate shaft 4.
  • the grease composition 23 includes a base oil and zinc stearate.
  • the kinematic viscosity of the base oil of the grease composition 23 is 200 mm 2 / s to 400 mm 2 / s at 40 ° C.
  • the kinematic viscosity at 40 ° C. of the base oil is preferably 250 mm 2 / s to 350 mm 2 / s.
  • the viscosity index of the base oil is 50 to 190.
  • the viscosity index of the base oil is preferably 70 to 190.
  • the base oil is preferably a synthetic hydrocarbon oil composed of a synthetic hydrocarbon that satisfies these conditions.
  • the synthetic hydrocarbon oil examples include poly ⁇ -olefin oil (PAO).
  • PAO poly ⁇ -olefin oil
  • synthetic oil such as silicone oil, fluorine oil, ester oil or ether oil, mineral oil, or the like can be used as the base oil. These may be used alone as a base oil, or a combination of a plurality of types may be used as a base oil.
  • the kinematic viscosity of the base oil increases as the temperature decreases. The lower the temperature, the higher the kinematic viscosity of the base oil and the higher the viscosity of the base oil. Conversely, the higher the temperature, the lower the kinematic viscosity of the base oil and the lower the viscosity of the base oil.
  • the base oil having a smaller viscosity index has a higher kinematic viscosity at a low temperature than the base oil having a large viscosity index.
  • Zinc stearate is contained in the grease composition 23 in a proportion of 1 to 15% by mass. Zinc stearate is preferably contained in the grease composition 23 in a proportion of 3 to 8% by mass. If the ratio is within this range, the grease composition 23 contains the base oil in a ratio of 85% by mass or more, and therefore the viscosity of the grease composition 23 should be easily designed based on the viscosity of the base oil. Can do.
  • the grease composition 23 may include metal soap other than zinc stearate together with zinc stearate.
  • the metal soap other than zinc stearate examples include, for example, one or two kinds of higher fatty acids having 16 or more carbon atoms such as palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid or linolenic acid, and calcium, magnesium or zinc. And salts with metals such as zinc stearate (excluding zinc stearate). Further, the grease composition 23 may include a thickener, a thickener, and other additives, if necessary.
  • a urea compound is preferable, that is, a urea-based thickener.
  • a urea thickener for example, various urea thickeners such as diurea, triurea and tetraurea can be used.
  • the thickener include various known thickeners such as a soap thickener, an organic thickener, and an inorganic thickener, in addition to the urea thickener.
  • a soap-type thickener for example, a soap-type thickener such as an aluminum soap, a calcium soap, a lithium soap, a sodium soap, or a mixed soap-type thickener such as a lithium-calcium soap or a sodium-calcium soap.
  • Complex type thickeners such as aluminum complex, calcium complex, lithium complex and sodium complex.
  • Examples of the organic thickener include polytetrafluoroethylene (PTFE) and sodium terephthalate.
  • examples of the inorganic thickener include organic bentonite, graphite and silica gel.
  • ethylene oligomer is preferable.
  • examples of the thickener other than the ethylene oligomer include at least one of polyisoprene such as cis-1,4-polyisoprene and polyester polyol.
  • FIG. 5A is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 4 and shows a state in a high temperature environment (a temperature around the base oil, that is, an environment in which the ambient temperature is high).
  • FIG. 5B is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 4 and shows a state in a low temperature environment (in an environment where the ambient temperature is low).
  • the intermediate shaft 4 provided with the grease composition 23 is accommodated in the engine room E as described above, it can withstand use in a harsh environment where the ambient temperature changes between ⁇ 40 to 140 ° C. Performance is required.
  • the grease composition 23 includes a base oil having a kinematic viscosity of 200 mm 2 / s or higher at 40 ° C., the grease composition 23 has an appropriate viscosity in a high temperature environment. As shown in FIG. 5A, since the resin layer 22 expands in a high temperature environment, there is no gap S (see FIG. 5B) between the inner shaft 15 and the outer shaft 16, or even if it is very small.
  • the grease composition 23 includes zinc stearate, the resin layer 22 expands in a high temperature environment, and the gap S between the inner shaft 15 and the outer shaft 16 is clogged. Even if it is pressed from the inside in the radial direction, the frictional force between the inner shaft 15 and the outer shaft 16 can be reduced well. Thereby, the sliding load in a high temperature environment can also be reduced. Further, since the frictional force can be reduced, it is possible to suppress the occurrence of a stick-slip phenomenon in which the portions where the resin layer 22 and the outer shaft 16 are in contact with each other repeatedly slide and adhere.
  • the viscosity index of the base oil is 190 or less in a low temperature environment
  • the kinematic viscosity of the base oil which is 200 mm 2 / s at 40 ° C. can be made relatively high. Therefore, as shown in FIG. 5B, the resin layer 22 contracts in a low temperature environment, and a large gap S is generated between the inner shaft 15 and the outer shaft 16, and the fitting between the inner shaft 15 and the outer shaft 16 is performed. Even if the backlash amount of the joint portion 24 increases, the large gap S is filled with the grease composition 23 having a relatively high viscosity.
  • the resin layer 22 formed on the inner shaft 15 is a polyamide-based resin
  • the degree of expansion and contraction of the resin layer 22 due to a change in temperature is reduced. Therefore, the generation of rattle noise can be further suppressed, and the sliding load can be further reduced.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made within the scope of the claims.
  • the resin layer 22 is formed on the outer peripheral surface 15C of the inner shaft 15, but the resin layer 22 is formed on the inner peripheral surface 16C of the outer shaft 16 including the surface of the female spline 21. May be. Further, the resin layer 22 may be formed on both the outer peripheral surface 15C and the inner peripheral surface 16C. In short, the resin layer 22 only needs to be formed on at least one of the outer peripheral surface 15C and the inner peripheral surface 16C.
  • the intermediate shaft 4 may not be configured to be completely accommodated in the engine room E, and may be configured to be partially accommodated in the engine room E.
  • the grease composition 23 is used for the intermediate shaft 4, but can be used for any spline telescopic shaft such as the steering shaft 3.
  • the grease composition 23 can also be used for, for example, a reduction gear of an electric motor other than the spline telescopic shaft.
  • Rattle sound measurement was performed to measure the rattle sound caused by the contact between the inner shaft 15 and the outer shaft 16 in the intermediate shaft 4.
  • the rattle sound measurement was performed by relatively rotating the inner shaft 15 and the outer shaft 16 of the intermediate shaft 4 under the condition that the input wave was 15 Hz and the half amplitude of the excitation torque was ⁇ 5 Nm. In the following, two experimental results of the rattle sound measurement are shown.
  • FIG. 6 is a table showing experimental results of measuring the rattle noise of the intermediate shaft 4 using three types of base oils having different kinematic viscosities.
  • a grease composition 23 having three types of base oils (250 mm 2 / s, 200 mm 2 / s and 180 mm 2 / s) having different kinematic viscosities at 40 ° C. Rattle sound measurement was performed.
  • a base oil having a viscosity index of 160 to 170 was used.
  • the atmospheric temperature in this experiment was room temperature (23 degreeC).
  • the determination is OK, and when the rattle sound is 58 dB or more, the determination is NG.
  • FIG. 7 is a table showing experimental results of measuring changes in rattle noise due to temperature differences using the intermediate shaft 4 containing the grease composition 23.
  • a grease composition 23 including a base oil having a viscosity index of 160 to 170 was used.
  • the kinematic viscosity of the base oil at 100 ° C. is 10 mm 2 / s
  • the kinematic viscosity of the base oil at 23 ° C. is 250 mm 2 / s
  • the base oil at ⁇ 40 ° C. The kinematic viscosity is 20000 mm 2 / s.
  • FIG. 8 shows the measurement of the dynamic friction coefficient between the inner shaft 15 and the outer shaft 16 by using the grease composition 23 having different zinc stearate contents (ratio of mass percent of zinc stearate to the grease composition 23). It is the table
  • the friction coefficient was measured using a Bowden friction and wear tester.
  • the dynamic friction coefficient was 0.057.
  • the dynamic friction coefficient was 0.05.
  • the dynamic friction coefficient was 0.04.
  • the dynamic friction coefficient was about 0.37 to 0.39.

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Abstract

　グリース組成物は、互いにスプライン嵌合する内軸および外軸を含み、前記内軸および前記外軸の軸方向への相対移動によって伸縮するスプライン伸縮軸に用いられる。このグリース組成物は、粘度指数が１９０以下であり、４０℃における動粘度が２００ｍｍ2／ｓ以上である基油と、ステアリン酸亜鉛とを備える。

Description

グリース組成物およびスプライン伸縮軸
　この発明の一態様は、スプライン伸縮軸に用いられるグリース組成物、および当該グリース組成物を備えるスプライン伸縮軸に関する。
　下記特許文献１は、車両のステアリングシャフトに組み込まれる伸縮軸に用いられるグリースを開示している。伸縮軸は、互いにスプライン嵌合する雄軸および雌軸を含んでいる。グリースは、雄軸と雌軸との間に封入されている。また、下記特許文献２は、車両のスプライン等に用いられる潤滑剤組成物を開示している。
日本国特開２００６－３００２６０号公報 国際公開ＷＯ２００７／１１６６４２号パンフレット
　特許文献１のスプライン伸縮軸では、雄軸と雌軸との間に隙間が発生することや、雄軸と雌軸との摩擦によってスプライン伸縮軸を伸縮させる際に必要な荷重が大きくなることがある。雄軸と雌軸との間の隙間を埋めつつ伸縮時の荷重を低減する手段としては、雄軸と雌軸との間に樹脂層を設けることが一般的である。
　近年、スプライン伸縮軸には、車両のエンジンルーム内のような過酷な環境、すなわち－４０～１４０℃の間で温度が変化する環境での使用に耐え得る性能が求められている。
　このような過酷な環境でスプライン伸縮軸を使用する際、スプライン伸縮軸の温度が低温（例えば、室温以下）になると、樹脂層が収縮することによって雄軸と雌軸との間に大きな隙間ができやすい。そのため、雄軸と雌軸との間の嵌合部のガタ量が大きくなり、これらが相対回転して接触する際に異音（ラトル音）が発生するおそれがある。
　一方、同様の環境でスプライン伸縮軸の温度が高温になると、樹脂層が膨張することによって雄軸と雌軸との間の隙間が詰まり、雄軸と雌軸とを相対移動させる際の荷重（摺動荷重）が増加するおそれがある。
　このような過酷な環境で使用されるスプライン伸縮軸に、特許文献１に開示されたグリースや特許文献２に開示された潤滑剤組成物を用いたとしても、ラトル音の発生を抑制しつつ摺動荷重を低減することは困難である。
　この発明の一態様は、かかる背景のもとでなされたものであり、ラトル音の発生を抑制しつつ摺動荷重を低減できるグリース組成物、および当該グリース組成物を備えるスプライン伸縮軸を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、互いにスプライン嵌合する内軸（１５）および外軸（１６）を含み、前記内軸および前記外軸の軸方向（Ｘ）への相対移動によって伸縮するスプライン伸縮軸（４）に用いられるグリース組成物（２３）であって、粘度指数が１９０以下であり、４０℃における動粘度が２００ｍｍ2／ｓ以上である基油と、ステアリン酸亜鉛とを備える、グリース組成物を含む。
　本発明の第２の態様は、前記ステアリン酸亜鉛を１～１５質量％の割合で含有している、上記第１の態様のグリース組成物を含む。
　本発明の第３の態様は、前記基油は、合成炭化水素からなる、上記第１又は第２の態様のグリース組成物を含む。
　本発明の第４の態様は、互いにスプライン嵌合する内軸（１５）および外軸（１６）と、前記内軸および前記外軸のうちの少なくとも一方に形成された樹脂層（２２）と、前記内軸と前記外軸との間に設けられた上記第１～第３のいずれかの態様のグリース組成物とを含み、前記内軸および前記外軸の軸方向（Ｘ）への相対移動によって伸縮するスプライン伸縮軸（４）を含む。
　本発明の第５の態様は、前記樹脂層は、ポリアミド系樹脂からなる、上記第４のスプライン伸縮軸を含む。
　なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
　上記第１および第４の態様によれば、グリース組成物は、互いにスプライン嵌合する内軸および外軸を含むスプライン伸縮軸に用いられている。
　このグリース組成物は、動粘度が４０℃において２００ｍｍ2／ｓ以上の基油を備えているため、高温環境下において適度な粘性を有する。高温環境下では樹脂層が膨張するため、内軸と外軸との間には隙間がないか、あっても微小である。したがって、内軸と外軸とが相対回転する場合でも、内軸と外軸との間の嵌合部において両者の接触による衝撃が小さいため、グリース組成物の粘性に関わらず、当該嵌合部における打音（ラトル音）は発生しても実用上問題とならないレベルであると考えられる。さらに、グリース組成物は、ステアリン酸亜鉛を備えているため、高温環境下で樹脂層が膨張し、内軸と外軸との間の隙間が詰まったり、さらに外軸が径方向の内側から圧迫されたりしても、内軸と外軸との間の摩擦力を良好に低減することができる。これにより、高温環境下における摺動荷重を低減することもできる。
　一方、低温環境下では、基油の粘度指数が１９０以下であるため、４０℃において２００ｍｍ2／ｓ以上である基油の動粘度を比較的高くすることができる。したがって、低温環境下において樹脂層が収縮して内軸と外軸との間に大きな隙間が発生し、内軸と外軸との間の嵌合部のガタ量が大きくなっても、当該大きな隙間が比較的に高粘度なグリース組成物で埋められる。このような高粘度のグリース組成物が緩衝材として機能するので、低温環境下で内軸と外軸とが相対回転する場合でも、内軸と外軸との接触によるラトル音の発生を抑制することができる。なお、基油の粘性は、摺動荷重の増大には影響しない程度である。
　上記第２の態様によれば、グリース組成物は、ステアリン酸亜鉛を１～１５質量％の割合で含有している。そのため、グリース組成物には、基油が８５質量％以上の割合で含有されているので、グリース組成物の粘性を基油の粘度に基づいて容易に設計することができる。
　上記第３の態様のように、基油は、合成炭化水素からなっていてもよい。
　上記第５の態様によれば、樹脂層は、ポリアミド系樹脂からなるため、温度の変化による樹脂層の膨張および収縮の度合いが低減される。したがって、ラトル音の発生を一層抑制でき、摺動荷重を一層低減できる。
図１は、本発明の一実施形態におけるインターミディエイトシャフト４を備えるステアリング装置１の概略正面図である。 図２は、インターミディエイトシャフト４の要部の断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿うインターミディエイトシャフト４の断面図である。 図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿うインターミディエイトシャフト４の断面図である。 図５Ａは、図４の二点鎖線で囲った部分の拡大図であり、高温環境下での状態を示した図である。 図５Ｂは、図４の二点鎖線で囲った部分の拡大図であり、低温環境下での状態を示した図である。 図６は、動粘度が異なる３種類の基油を用いてインターミディエイトシャフト４のラトル音を測定した実験結果を示した表である。 図７は、グリース組成物２３を含むインターミディエイトシャフト４を用いて温度の違いによるラトル音の変化を測定した実験結果を示した表である。 図８は、ステアリン酸亜鉛の含有率が異なるグリース組成物２３を用いて、内軸１５および外軸１６の間の摩擦係数を測定した実験結果を示した表である。
　以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態におけるインターミディエイトシャフト４を備えるステアリング装置１の概略正面図である。
　紙面の手前側が車体の前側であり、紙面の奥側が車体の後側であり、紙面の上側が車体の上側であり、紙面の下側が車体の下側である。
　ステアリング装置１は、例えば、ピニオンタイプの電動パワーステアリング装置である。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が一端に連結されたステアリングシャフト３と、スプライン伸縮軸としてのインターミディエイトシャフト４と、ピニオン軸５と、ラックバー６とを備えている。
　ステアリングシャフト３の他端は、自在継手７を介してインターミディエイトシャフト４の一端に連結されている。また、インターミディエイトシャフト４の他端は、自在継手８を介してピニオン軸５の一端に連結されている。
　ピニオン軸５の他端の外周面には、ピニオン５Ａが設けられている。ラックバー６の外周面の周上１箇所には、ピニオン５Ａと噛み合うラック６Ａが形成されている。ピニオン５Ａおよびラック６Ａは、互いに噛み合うことでラックアンドピニオン式の転舵機構１０を構成している。
　ラックバー６は、車体に固定される略円筒体のハウジング１１に収容されている。ハウジング１１は、ピニオン５Ａおよびラック６Ａを収容するギヤボックスを構成している。ラックバー６の両端部は、ハウジング１１の両側へ突出し、各端部にはそれぞれ継手１２を介してタイロッド１３が結合されている。各タイロッド１３は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１４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、この回転がインターミディエイトシャフト４を介してピニオン軸５に伝達され、ピニオン５Ａおよびラック６Ａによって、車体の幅方向に沿ったラックバー６の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１４の転舵が達成される。
　インターミディエイトシャフト４、ピニオン軸５、ラックバー６、自在継手７、自在継手８およびハウジング１１は、車体の一部によって区画されるエンジンルームＥ内に収容されている。エンジンルームＥ内では、－４０～１４０℃の間で温度が変化することが想定されている。
　インターミディエイトシャフト４は、車体の略上下に延びている。以下では、インターミディエイトシャフト４が延びる方向を軸方向Ｘとする。軸方向Ｘの上側を上側Ｘ１と呼ぶことにし、軸方向Ｘの下側を下側Ｘ２と呼ぶことにする。
　図２は、インターミディエイトシャフト４の要部の断面図である。図２では、上側Ｘ１が紙面（横長書式）の右側と一致し、下側Ｘ２が紙面（横長書式）の左側と一致するようにインターミディエイトシャフト４を図示している。
　インターミディエイトシャフト４は、例えばロアーシャフトである内軸１５と、例えばアッパーシャフトである外軸１６とを含んでいる。外軸１６では、少なくとも下端部１６Ｂがスリーブ（筒状）である。
　外軸１６の上端部１６Ａには、自在継手７のヨーク１７が連結されている。外軸１６の下端部１６Ｂには、内軸１５の上端部１５Ａが挿通されている。内軸１５の下端部１５Ｂには、自在継手８のヨーク１８が連結されている。
　図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿うインターミディエイトシャフト４の断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿うインターミディエイトシャフト４の断面図である。
　図２および図３に示すように、内軸１５では、少なくとも上端部１５Ａの外周には、軸方向Ｘに延びる雄スプライン２０が設けられている。図２および図４に示すように、外軸１６の内周には、軸方向Ｘに延びる雌スプライン２１が設けられている。
　図２および図４に示すように、雄スプライン２０および雌スプライン２１のそれぞれは、軸方向Ｘに沿って筋状に延び、インターミディエイトシャフト４の周方向Ｃに沿って等間隔に並ぶ複数の歯によって構成されている。
　雄スプライン２０および雌スプライン２１の歯数は、例えば、それぞれ１６個～２０個である。本実施形態では、雄スプライン２０および雌スプライン２１の歯数は、それぞれ１８個である。
　雄スプライン２０と雌スプライン２１とが互いに噛み合うことによって、内軸１５と外軸１６とが互いにスプライン嵌合している。そのため、内軸１５および外軸１６は、周方向Ｃに一体回転可能である。また、内軸１５および外軸１６は、軸方向Ｘに相対移動することができる。これにより、インターミディエイトシャフト４は、軸方向Ｘに伸縮する。インターミディエイトシャフト４において、内軸１５と外軸１６とがスプライン嵌合している部分を嵌合部２４と呼ぶことにする。
　図３に示すように、雄スプライン２０の表面を含む内軸１５の外周面１５Ｃには、樹脂層２２が形成されている。樹脂層２２は、例えば、粉体流動浸漬法等の手法によって、内軸１５の外周面１５Ｃの全体を覆うように形成される。樹脂層２２としては、摺動特性および加工性に優れ、且つ線膨張率が比較的小さいポリアミド系樹脂からなる樹脂層を用いることが好ましい。
　ポリアミド系樹脂としては、例えば、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）、ポリアミド６１０（ＰＡ６１０）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド６１２（ＰＡ６１２）およびポリアミドポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が挙げられる。
　また、樹脂層２２を構成する樹脂としては、ポリアミド系樹脂以外の樹脂を用いることもできる。ポリアミド系樹脂以外の樹脂としては、例えば、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（ＰＳ）、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）およびフッ素樹脂等が挙げられる。また、樹脂層２２を構成する樹脂としては、エンジンルームＥでの使用に耐え得るその他のエンジニアリングプラスチックまたはスーパーエンジニアリングプラスチックを使用することもできる。
　図４に示すように、インターミディエイトシャフト４の嵌合部２４において、樹脂層２２と雌スプライン２１との間には、グリース組成物２３が設けられている。グリース組成物２３は、基油と、ステアリン酸亜鉛とを備える。
　グリース組成物２３の基油の動粘度は、４０℃において２００ｍｍ2／ｓ～４００ｍｍ2／ｓである。基油の４０℃における動粘度は、２５０ｍｍ2／ｓ～３５０ｍｍ2／ｓであることが好ましい。また、基油の粘度指数は、５０～１９０である。基油の粘度指数は、７０～１９０であることが好ましい。基油は、これらの条件を満たす合成炭化水素からなる合成炭化水素油であることが好ましい。
　合成炭化水素油としては、例えば、ポリα－オレフィン油（ＰＡＯ）等が挙げられる。また、基油としては、合成炭化水素油以外にも、例えば、シリコーン油、フッ素油、エステル油またはエーテル油等の合成油や鉱油等を用いることができる。これらを単独で基油として用いてもよいし、複数種を適宜組み合わせたものを基油として用いてもよい。
　基油の動粘度は、温度の低下に伴い上昇する。温度が低ければ低い程、基油の動粘度が高くなり、基油の粘度も高くなる。逆に、温度が高ければ高い程、基油の動粘度が低くなり、基油の粘度も低くなる。４０℃における動粘度の値が等しい場合、粘度指数が小さい基油の方が、粘度指数が大きい基油よりも、低温における動粘度が高い。
　ステアリン酸亜鉛は、１～１５質量％の割合でグリース組成物２３に含有されている。ステアリン酸亜鉛は、３～８質量％の割合でグリース組成物２３に含有されていることが好ましい。この範囲の割合であれば、グリース組成物２３には、基油が８５質量％以上の割合で含有されているので、グリース組成物２３の粘性を基油の粘度に基づいて容易に設計することができる。グリース組成物２３は、ステアリン酸亜鉛とともにステアリン酸亜鉛以外の金属せっけんを備えていてもよい。
　ステアリン酸亜鉛以外の金属せっけんとしては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸またはリノレイン酸等の、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、マグネシウムまたは亜鉛等の金属との塩（ステアリン酸亜鉛を除く）が挙げられる。
　また、グリース組成物２３は、必要であれば、増ちょう剤、増粘剤およびその他の添加剤を備えていてもよい。
　増ちょう剤としては、例えば、ウレア化合物からなるもの、すなわちウレア系増ちょう剤が好ましい。ウレア系増ちょう剤としては、例えば、ジウレア系、トリウレア系またはテトラウレア系等の種々のウレア系増ちょう剤が使用できる。
　増ちょう剤としては、ウレア系増ちょう剤以外にも、例えば、石けん系増ちょう剤、有機系増ちょう剤および無機系増ちょう剤等の、公知の種々の増ちょう剤が挙げられる。このうち、石けん系増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、カルシウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん等の金属石けん型増ちょう剤、リチウム－カルシウム石けん、ナトリウム－カルシウム石けん等の混合石けん型増ちょう剤、アルミニウムコンプレックス、カルシウムコンプレックス、リチウムコンプレックス、ナトリウムコンプレックス等のコンプレックス型増ちょう剤等が挙げられる。
　また、有機系増ちょう剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびナトリウムテレフタラート等が挙げられる。また、無機系増ちょう剤としては、例えば、有機ベントナイト、グラファイトおよびシリカゲル等が挙げられる。
　増粘剤としては、エチレンオリゴマーが好ましい。エチレンオリゴマー以外の増粘剤としては、例えば、シス－１，４－ポリイソプレン等のポリイソプレンおよびポリエステルポリオールのうちの少なくとも１種が挙げられる。
　その他の添加剤としては、例えば、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤および油性剤等が挙げられる。防錆剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール化合物およびカルシウムスルホネート系防錆剤等のうちの少なくとも１種が挙げられる。
　図５Ａは、図４の二点鎖線で囲った部分の拡大図であり、高温環境下（基油の周囲の温度、すなわち雰囲気温度が高温な環境下）での状態を示した図である。図５Ｂは、図４の二点鎖線で囲った部分の拡大図であり、低温環境下（雰囲気温度が低温な環境下）での状態を示した図である。
　グリース組成物２３を備えたインターミディエイトシャフト４は、前述したようにエンジンルームＥ内に収容されているため、－４０～１４０℃の間で雰囲気温度が変化する過酷な環境での使用に耐え得る性能が求められている。
　グリース組成物２３は、動粘度が４０℃において２００ｍｍ2／ｓ以上の基油を備えているため、高温環境下において適度な粘性を有する。図５Ａに示すように、高温環境下では樹脂層２２が膨張するため、内軸１５と外軸１６との間には隙間Ｓ（図５Ｂ参照）がないか、あっても微小である。したがって、内軸１５と外軸１６とが相対回転する場合でも、内軸１５と外軸１６との間の嵌合部２４において両者の接触による衝撃が小さいため、グリース組成物２３の粘性に関わらず、嵌合部２４における打音（ラトル音）は発生しても実用上問題とならないレベルであると考えられる。さらに、グリース組成物２３は、ステアリン酸亜鉛を備えているため、高温環境下で樹脂層２２が膨張し、内軸１５と外軸１６との間の隙間Ｓが詰まったり、さらに外軸１６が径方向の内側から圧迫されたりしても、内軸１５と外軸１６との間の摩擦力を良好に低減することができる。これにより、高温環境下における摺動荷重を低減することもできる。また、摩擦力を低減できることにより、樹脂層２２と外軸１６とが互いに接触する部分同士が、滑りと密着とを繰り返すスティックスリップ現象の発生も抑制できる。
　一方、低温環境下では、基油の粘度指数が１９０以下であるため、４０℃において２００ｍｍ2／ｓである基油の動粘度を比較的高くすることができる。したがって、図５Ｂに示すように、低温環境下において樹脂層２２が収縮して内軸１５と外軸１６との間に大きな隙間Ｓが発生し、内軸１５と外軸１６との間の嵌合部２４のガタ量が大きくなっても、当該大きな隙間Ｓが比較的に高粘度なグリース組成物２３で埋められる。このような高粘度のグリース組成物２３が緩衝材として機能するので、低温環境下で内軸１５と外軸１６とが周方向Ｃに相対回転する場合でも、内軸１５と外軸１６との接触によるラトル音の発生を低温においても抑制することができる。
　また、内軸１５に形成された樹脂層２２がポリアミド系樹脂であれば、温度の変化による樹脂層２２の膨張および収縮の度合いが低減される。したがって、ラトル音の発生を一層抑制でき、摺動荷重を一層低減できる。
　この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
　例えば、本実施形態では、樹脂層２２は、内軸１５の外周面１５Ｃに形成されているとしたが、樹脂層２２は、雌スプライン２１の表面を含む外軸１６の内周面１６Ｃに形成されていてもよい。また、樹脂層２２は、外周面１５Ｃおよび内周面１６Ｃの両方に形成されていてもよい。要は、樹脂層２２は、外周面１５Ｃおよび内周面１６Ｃのうちの少なくとも一方に形成されていればよい。
　また、インターミディエイトシャフト４は、エンジンルームＥ内に完全に収容される構成でなくてもよく、一部がエンジンルームＥ内に収容される構成であってもよい。
　前述の実施形態では、グリース組成物２３は、インターミディエイトシャフト４に用いたが、ステアリングシャフト３等のあらゆるスプライン伸縮軸に用いることができる。また、グリース組成物２３は、スプライン伸縮軸以外の、例えば、電動モータのリダクションギヤ等に用いることもできる。
　（ラトル音測定）
　インターミディエイトシャフト４において内軸１５と外軸１６との接触によるラトル音を測定するラトル音測定を行った。ラトル音測定は、入力波が１５Ｈｚであって加振トルクの片振幅が±５Ｎｍである条件下で、インターミディエイトシャフト４の内軸１５および外軸１６を相対回転させることによって行った。以下では、ラトル音測定を行った２つの実験結果を示す。
　図６は、動粘度が異なる３種類の基油を用いてインターミディエイトシャフト４のラトル音を測定した実験結果を示した表である。
　図６を参照して、まず１つ目の実験として、４０℃における動粘度が異なる３種類（２５０ｍｍ2／ｓ、２００ｍｍ2／ｓおよび１８０ｍｍ2／ｓ）の基油を備えるグリース組成物２３を用いてラトル音測定を行った。この実験では、粘度指数が１６０～１７０である基油を用いた。また、この実験における雰囲気温度は、室温（２３℃）であった。また、この実験では、ラトル音が５８ｄＢよりも小さい場合、性能上問題がないため、判定をＯＫとし、ラトル音が５８ｄＢ以上である場合、判定をＮＧとした。
　基油の動粘度が２５０ｍｍ2／ｓである場合、発生したラトル音は５３ｄＢであったので判定をＯＫとした。基油の動粘度が２００ｍｍ2／ｓである場合、発生したラトル音は５７ｄＢであったので判定をＯＫとした。基油の動粘度が１８０ｍｍ2／ｓである場合、発生したラトル音は５８ｄＢであったので判定をＮＧとした。
　図７は、グリース組成物２３を含むインターミディエイトシャフト４を用いて温度の違いによるラトル音の変化を測定した実験結果を示した表である。
　図７を参照して、次に２つ目の実験として、異なる３種類の雰囲気温度（１００℃、２３℃および－４０℃）においてラトル音測定を行った。この実験では、粘度指数が１６０～１７０である基油を備えるグリース組成物２３を用いた。このようなグリース組成物２３では、１００℃における基油の動粘度は、１０ｍｍ2／ｓであり、２３℃における基油の動粘度は、２５０ｍｍ2／ｓであり、－４０℃における基油の動粘度は、２００００ｍｍ2／ｓである。
　雰囲気温度を１００℃にしてラトル音測定を行ったところ、ラトル音は、発生しなかった。また、雰囲気温度を２３℃にしてラトル音測定を行ったところ、ラトル音は発生したが、５７ｄＢであった。また、雰囲気温度を－４０℃にしてラトル音測定を行ったところ、ラトル音は発生したが、５７ｄＢであった。このように、いずれの温度においても、ラトル音が発生しないか、あるいはラトル音が発生してもインターミディエイトシャフト４の性能上問題がない程度であった。
　（摩擦係数測定）
　図８は、ステアリン酸亜鉛の含有率（グリース組成物２３に対するステアリン酸亜鉛の質量％の割合）が異なるグリース組成物２３を用いて、内軸１５および外軸１６の間の動摩擦係数を測定した実験結果を示した表である。
　図８を参照して、摩擦係数測定は、バウデン式摩擦摩耗試験機を用いて行った。摩擦係数測定では、面圧が２０ＭＰａであり、摺速が１．８ｍｍ／ｓであり、雰囲気温度が２３℃であり、測定回数が２回（ｎ＝２）である条件下で、内軸１５と外軸１６との軸方向Ｘにおける摺動を２０往復させた後、内軸１５と外軸１６との間の動摩擦係数を測定した。
　ステアリン酸亜鉛の含有率が０％である場合、動摩擦係数は０．０５７であった。ステアリン酸亜鉛の含有率が１％である場合、動摩擦係数は０．０５であった。ステアリン酸亜鉛の含有率が３％である場合、動摩擦係数は０．０４であった。ステアリン酸亜鉛の含有率が８％または１５％である場合、動摩擦係数は、０．３７～０．３９程度であった。
　このように、ステアリン酸亜鉛の含有率が３％以上の場合、ステアリン酸亜鉛による動摩擦力は、ほぼ一定である。つまり、内軸１５と外軸１６との間の摩擦力をステアリン酸亜鉛が低減する効果は、ステアリン酸亜鉛の含有率が３％を超えるとほぼ飽和するという結果が得られた。
　本出願は、２０１４年１２月２５日出願の日本特許出願（特願２０１４－２６３１００）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　４…インターミディエイトシャフト、１５…内軸、１６…外軸、２２…樹脂層、２３…グリース組成物、Ｘ…軸方向

Claims (5)

  1. 　互いにスプライン嵌合する内軸および外軸を含み、前記内軸および前記外軸の軸方向への相対移動によって伸縮するスプライン伸縮軸に用いられるグリース組成物であって、
    　粘度指数が１９０以下であり、４０℃における動粘度が２００ｍｍ2／ｓ以上である基油と、
    　ステアリン酸亜鉛とを備える、グリース組成物。
  2. 　前記ステアリン酸亜鉛を１～１５質量％の割合で含有している、請求項１記載のグリース組成物。
  3. 　前記基油は、合成炭化水素からなる、請求項１または２に記載のグリース組成物。
  4. 　互いにスプライン嵌合する内軸および外軸と、
    　前記内軸および前記外軸のうちの少なくとも一方に形成された樹脂層と、
    　前記内軸と前記外軸との間に設けられた請求項１～３のいずれか一項に記載のグリース組成物とを含み、
    　前記内軸および前記外軸の軸方向への相対移動によって伸縮するスプライン伸縮軸。
  5. 　前記樹脂層は、ポリアミド系樹脂からなる、請求項４記載のスプライン伸縮軸。
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