JP2004338481A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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ように構成し、前記減速歯車機構の従動歯車の外周面に、樹脂製ギア歯を有する電動パワーステアリング装置を前提とする。そして、少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に介在するグリースの基油が、ポリα―オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものから構成する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
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ア歯が形成された樹脂部を一体に形成した従動歯車を備え、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。
【0002】
【従来の技術】
自動車に組み込まれる電動パワーステアリング装置には、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減速機構が組み込まれている。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3に示されるような、ウォーム11と、ウォーム11に噛み合う駆動歯車(駆動軸)に相当するウォームホイール12とから構成される電動パワーステアリング装置用減速ギア(以下、単に減速ギアともいう。)が使用されるのが一般的である。
【0003】
このような減速ギアでは、ウォームホイール12とウォーム11の両方を金属製にすると、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を生じていた。そこで、ウォームホイール12に、金属製の芯管21の外周に、樹脂製で外周面にギア歯22を形成してなる樹脂部23を一体化させたものを使用して騒音対策を行っている。
【0004】
上記樹脂部23には、例えば、特公平6−60674号公報に示されるように、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などの強化剤を含有しないMCナイロン(モノマーキャストナイロン)、ガラス繊維を含有したポリアミド6、ポリアミド66等が使用されている。中でも、寸法安定性やコストを考慮して、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。
【0005】
また、減速ギアのウォーム11は、図2に示すように、一対の玉軸受等の転がり軸受14,14で支持されて電動モータ8と連結しており、ハウジングの一対の転がり軸受14,14の間の空間には、通常、ウォーム11とウォームホイール12との両ギア歯間の潤滑のためにグリースが充填されている。さらに、転がり軸受14に予圧をかけるとともに、タイヤ側からの微小なキックバック入力が入ってきたときに、ウォーム11を軸方向に動かして電動モータ8が回転しないようにし、ハンドル側にキックバックのみの情報を伝えるために、図示されるように、転がり軸受14のウォーム11側にゴム製のダンパー15を取り付けているものが知られており、使用されるゴムとしては圧縮永久歪が小さいエチレンアクリルゴムに代表されるアクリルゴムが一般である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のグリースは、鉱油やポリα−オレフィン油を基油とするものが一般的である。しかし、鉱油やポリα−オレフィン油は、金属への濡れ性は良いものの、極性の大きいポリアミド樹脂への濡れ性は悪いという性質があり、そのため金属製のウォーム11の歯部分と、ウォームホイール12の樹脂部22に形成された歯部分との間の潤滑状態は必ずしも十分とは言えない状況にある。
【0007】
その結果、電動パワーステアリング装置には、長期間の運転の間に一時的な油切れが発生し、徐々にウォームホイール12のギア歯22の摩耗が進行してウォーム11とウォームホイール12との噛み合い部におけるバックラッシュ(ガタ)が大きくなる。それによって、ウォーム11の円滑な作動が妨げられ、操舵感が悪化したり、異音(歯打ち音)が発生することもあった。更には、ウォームホイール12のギア歯22が変形したり、場合によっては破損して装置全体として機能しなくなることもあった。
【0008】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ポリアミド樹脂への濡れ性を改善したグリースを用いることで、耐久性に優れ、高信頼性の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。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、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ように構成し、前記減速歯車機構の従動歯車の外周面に、樹脂製ギア歯を有する電動パワーステアリング装置において、少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に介在するグリースの基油が、ポリα―オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものからなることにより、達成される。
【0010】
また、上記目的は、前記グリースの基油を、ポリα−オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものから構成し、前記アルキルジフェニルエーテル油の混入量を、基油全量に対して5〜80重量%にしたことにより、効果的に達成される。
【0011】
また、上記目的は、前記樹脂製ギア歯を構成する樹脂成分を、ポリアミド樹脂から構成することにより、効果的に達成される。
【0012】
さらに、上記目的は、前記従動歯車と駆動歯車は、円筒ウォームギア、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により、効果的に達成される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0014】
本発明において、電動パワーステアリング装置自体の構成には制限がなく、例えば図1に示す電動パワーステアリング装置を例示することができる。図示される電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフト1は、2つのユニバーサルジョイント2,2を介してステアリングギア部3に連結されている。このステアリングギア部3では、ピニオン軸4とラック軸5との噛合により、ステアリングシャフト1の回転運動をタイロッド6の直線往復運動に変換するようになっている。
【0015】
また、ステアリングシャフト1は、ステアリングコラム7によって回転自在に支持されていて、該ステアリングコラム7には、電動モータ8によってステアリングシャフト1の操舵補助を行う操舵補助装置9が配されている。この操舵補助装置9は、図2に示すように、電動モータ8の駆動軸10に取り付けられたウォーム11と、該ウォーム11に噛合するウォームホイール12とからなる減速機構13を備えている。なお、14は、駆動軸10を支持する玉軸受であり、15は、ゴム製ダンパーである。
【0016】
すなわち、減速機構13は、図3に示すように、金属製芯管21の外周端面にギア歯22を形成した樹脂部23を一体化したウォームホイール12と、金属製のウォーム11とから構成される。なお、ウォームホイール12において、金属製芯管21と樹脂部23とを接着剤24により接着してもよく、接着剤24として例えばシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、またはトリアジンチオール化合物を用いることができる。
【0017】
また、樹脂部23を形成するベース樹脂は、耐久性を考慮すると、ポリアミド6、ポリアミド66およびポリアミド46等のポリアミド樹脂で構成するのが最も好ましい。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、ウォームホイール12の相手材である金属製のウォーム11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。
【0018】
なお、より過酷な使用条件で使用されると、ギア歯22が破損や摩耗することも想定されるため、信頼性を高めるために、強化材を配合することが好ましい。
【0019】
補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ等が好ましく、上記に挙げたポリアミド樹脂との接着性を考慮してシランカップリング剤で表面処理したものが更に好ましい。また、これらの補強材は、複数種を組み合わせて使用することができる。
【0020】
また、衝撃強度を考慮すると、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維状物を配合することが好ましく、更にウォーム11の損傷を考慮すると、ウィスカ状物を繊維状物と組み合わせて配合することが好ましい。混合使用する場合の混合比は、繊維状物及びウィスカ状物の種類により異なり、衝撃強度やウォーム11の損傷等を考慮して適宜選択される。これらの補強材は、全体の5〜40重量%、特に10〜30重量%の割合で配合することが好ましい。補強材の配合量が5重量%未満の場合には、機械的強度の改善が少なく好ましくない。一方、補強材の配合量が40重量%を超える場合には、ウォーム11を損傷し易くなり、ウォーム11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。
【0021】
そして、樹脂製のウォームホイール12の歯部分と金属製のウォーム11の歯部分との間には、グリースが充填され、両者間の噛合部の潤滑状態を良好に保つようになっている。
【0022】
このグリースは、増ちょう剤と基油とを主成分とした構成である。基油は、樹脂に対する濡れ性の改善を目的とし、ポリα−オレフィンとアルキルジフェニルエーテルを混合したものである。一方、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石鹸、Liコンプレックス石鹸、Ba石鹸、Baコンプレックス石鹸等である。この中で、ポリアミドに構造が類似のウレア結合を有するウレア化合物が、ポリアミド樹脂への吸着性に優れ、特に好ましい。
【0023】
ここで、アルキルジフェニルエーテルは、そのアルキル基の炭素数は、合計で8〜20が好ましく、12〜14のものが特に好適である。炭素数が8未満であると、低粘度であり、耐熱性も低く好ましくない。一方、炭素数が20を超えると、粘度が高すぎるとともに、製造コストの上昇を招いて実用性が低下する。また、アルキルジフェニルエーテル油の混入量は、基油全量に対して5〜80重量%の範囲が好ましく、更に好ましくは10〜60重量%の範囲である。
【0024】
また、添加量が5重量%未満の範囲にある場合、濡れ性の改善効果が十分に得られないとともに、添加量が80重量%を超える範囲にある場合、濡れ性の改善に大きな効果が得られなく、単にコストの上昇を招くだけであって好ましくない。
【0025】
さらに、このグリースには、濡れ性の改善に悪影響を及ぼさない範囲で、添加剤を加えることも可能である。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等の極圧添加剤等である。
【0026】
【実施例】
以下に、実施例およ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。
【0027】
(実施例1〜3、比較例1)
〔試験グリースの調製〕
表1に配合にて試験グリースを調製した。なお、何れの試験グリースも、ちょう度がNo.2になるように調製した。
【0028】
【表1】
基油1:アルキルジフェニルエーテル((株)松村石油研究所製モレスコアイルーブLB−100及びLB−10の混合品)
基油2:ポリα−オレフィン油(モービル・ケミカル・プロダクツ・インターナショナル・インク製「Mobil SHF82」)
酸化防止剤:4,4´−ジオクチルジフェニルアミン(精工化学(株)製ノンフレックスOD−RH)
防錆剤: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SC45N(鉱油含有量54%))
〔ウォームホイール試験体の作製〕
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、PA66GF30%からなる成形材料を充填して、外径60mm、幅13mmのウォームホイールブランク材とした後、樹脂部の外周を切削加工して、ギア歯を形成してウォームホイール試験体を製作した。
【0029】
〔耐久性の評価〕
実施例1〜3と比較例のグリースを図1に示す電動パワーステアリング装置の内部空間(実際は、ウォームホイールの樹脂部の外周面表面、ウォーム表面には満遍なく塗布)に充填して、耐久性を評価した。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、ウォームホイールの摩耗が初期に対して40μm以下を合格とした。1万回ごとに摩耗は測定した。その結果は、表2に示される。
【0030】
【表2】
ポリα−オレフィンとアルキルジフェニルエーテルの混合油を基油としたグリースを用いた実施例1〜3は、10万回操舵後も摩耗が少なく、問題なく作動した。
【0031】
これに対して、ポリα−オレフィン油単独を基油として使用したグリースを用いた場合の比較例では、徐々に摩耗が進行し、2万回で摩耗量が40μmをオーバーした。
【0032】
なお、上記実施例では、円筒ウォームギアであるウォームホイールについて説明したが、ウィームホイールとして、平歯車、はすば歯車、かさ歯車、ハイポイドギアなどを用いた場合でも上記実施例と同様の作用および効果を得ることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、ポリα−オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油を混合したものを基油としたグリースを、減速歯車機構を構成する従動歯車と駆動歯車との間、すなわち金属製ウォームの歯部分と、樹脂製ウォームホイールのギア歯との間に充填することで、ポリアミド樹脂への付着性、歯車間での潤滑性が向上し、より長寿命で高信頼性の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動パワーステアリング装置のステアリングコラム系を示す概略構成図である。
【図2】電動モータの減速機構を示す一部切欠断面図である。
【図3】減速ギアの一例(円筒ウォームギア)を示す斜視図である。
【図4】減速ギアの他の例(平歯車)を示す斜視図である。
【図5】減速ギアの更に他の例(はすば歯車)を示す斜視図である。
【図6】減速ギアの更に他の例(かさ歯車)を示す斜視図である。
【図7】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。
【符号の説明】
8 電動モータ
11 ウォーム
12 ウォームホイール
21 芯管
22 ギア歯
23 樹脂部
Claims (4)
- 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ように構成し、前記減速歯車機構の従動歯車の外周面に、樹脂製ギア歯を有する電動パワーステアリング装置において、
少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に介在するグリースの基油が、ポリα―オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記グリースの基油を、ポリα−オレフィン油とアルキルジフェニルエーテル油とを混合したものから構成し、前記アルキルジフェニルエーテル油の混入量を、基油全量に対して5〜80重量%にした請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記樹脂製ギア歯を構成する樹脂成分は、ポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項2記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記従動歯車と駆動歯車は、円筒ウォームギア、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ないし3のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
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JP2003135752A JP2004338481A (ja) | 2003-05-14 | 2003-05-14 | 電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003135752A JP2004338481A (ja) | 2003-05-14 | 2003-05-14 | 電動パワーステアリング装置 |
Publications (2)
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JP2004338481A true JP2004338481A (ja) | 2004-12-02 |
JP2004338481A5 JP2004338481A5 (ja) | 2006-01-26 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003135752A Pending JP2004338481A (ja) | 2003-05-14 | 2003-05-14 | 電動パワーステアリング装置 |
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Country | Link |
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-
2003
- 2003-05-14 JP JP2003135752A patent/JP2004338481A/ja active Pending
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