JP4250902B2

JP4250902B2 - 電動パワーステアリング装置用減速ギア

Info

Publication number: JP4250902B2
Application number: JP2002080863A
Authority: JP
Inventors: 俊一矢部; 史雄植木; 敏己高城
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP2003083423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助出力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギアに関する。
【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１に示されるような、電動モータ（図示せず）の回転軸に連結するウォーム１２と、ウォーム１２に噛み合うウォームホイール１１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２０（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２０では、ウォームホイール１１とウォーム１２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１１に、金属製の芯管１の外周に、樹脂製で外周面にギア歯１０を形成してなる樹脂部３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３には、例えば特公平６−６０６７４号公報に記載されているような、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）等のベース樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を配合した材料の他、強化材を含有しないＭＣ（モノマーキャスト）ナイロン、ポリアミド６、ポリアミド６６等の材料が提案されている。しかし、耐疲労性、寸法安定性、コスト等を考慮して、補強材を含有しない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等が現在では主流になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のポリアミド系材料は、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１１のギア歯１０が膨潤し、初期にウォーム１２との間に存在していた隙間が無くなったり、更に膨潤するとウォーム１２を圧迫する可能性もある。それによって、ギアの抵抗が重くなって、結果としてハンドルが重くなったり、また圧迫によってギア部が摩耗や損傷を起こし、装置全体として機能しなくなることも想定される。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ウォームホイールに求められる、特に寸法安定性に優れることで、高信頼性を備える電動パワーステアリング用減速ギアを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の、操舵補助出力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギアにおいて、金属製芯管の外周に、少なくとも樹脂成分がポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６から選ばれる高吸水性ポリアミド樹脂を該樹脂成分１００重量％に対し６０〜９０重量％、ポリアミド１２、ポリアミド１１、ポリアミド６１２、ポリアミド６１０、芳香族ポリアミド、変性ポリアミド１２から選ばれる低吸水性ポリアミド樹脂を該樹脂成分１００重量％に対し１０〜４０重量％の比率で混合してなる相溶樹脂組成物からなり、その外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体化してなるウォームホイール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用減速ギアにより達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
【０００９】
本発明の減速ギアは、金属製の芯管の外周に、樹脂製でその外周端面にギア歯を形成した樹脂部を一体化したウォームホイールを備える。このような構成自体は、図１に示したような、芯管１と樹脂部３とを一体化した従来のウォームホイール１１と同様である。また、ウォーム１２には制限はなく、従来と同様に金属製とすることができる。
【００１０】
但し、樹脂部の樹脂成分を、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）から選ばれる高吸水性ポリアミド樹脂と、ポリアミド１２（ＰＡ１２）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、ポリアミド６１２（ＰＡ６１２）、ポリアミド６１０（ＰＡ６１０）、芳香族ポリアミド、変性ポリアミド１２から選ばれる低吸水性ポリアミド樹脂との相溶樹脂組成物から形成する。芳香族ポリアミドとしては、例えば変性ポリアミド６Ｔ（変性ＰＡ６Ｔ）、ポリアミドＭＸＤ６（ＰＡＭＸＤ６），ポリアミド６Ｉ６Ｔ（ＰＡ６Ｉ６Ｔ）等を挙げることができる。また、変性ポリアミド１２（変性ＰＡ１２）としては、例えばＰＡ１２の構造中に芳香族環や脂肪族環を導入し、非晶性にしたもの等と挙げることができる。
【００１１】
上記に挙げた各ポリアミドの２０℃または２３℃における飽和吸水率を表１に示す、尚、２０℃の吸水率と２３℃の吸水率とで実質的な差は無いとみなし、この飽和吸水率が７重量％を越えるものを高吸水性ポリアミド樹脂に分類し、飽和吸水率が７重量％未満のものを低吸水性ポリアミド樹脂に分類する。
【００１２】
【表１】

【００１３】
本発明では、高吸水性ポリアミド樹脂と、低吸水性ポリアミド樹脂とを混合し、高吸水性ポリアミド樹脂の利点である耐熱性や機械的強度等を維持しつつ、低吸水性ポリアミド樹脂により樹脂全体としての吸水性を下げ、ギアとしての寸法変化を抑制する。そのため、耐熱性、機械的強度、低吸水性をバランス良く満足するために、樹脂成分を１００重量％としたときに高吸水性ポリアミド樹脂を６０〜９０重量％、低吸水性ポリアミド樹脂を１０〜４０重量％の比率で混合する。低吸水性ポリアミド樹脂が１０重量％未満では、吸水性の低下が不十分となり寸法変化が大きくなる。また、高吸水性ポリアミド樹脂が６０重量％未満になると、組み合わせる低吸水性ポリアミド樹脂によっては耐熱性や機械的強度が実用レベルに達しないおそれがある。耐熱性を重視する場合、低吸水性ポリアミド樹脂として、変性ＰＡ１２、変性ＰＡ６Ｔ、ＰＡＭＸＤ６、ＰＡ６Ｉ６Ｔを選択することにより、低吸水性と耐熱性とを両立することができる。中でも、変性ＰＡ１２は非晶性であることから高吸水性ポリアミド樹脂との相溶性が高く、耐熱性や低吸水性に加えて、機械的強度も高まり、特に好ましい。
【００１４】
上記の相溶樹脂は、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１１の相手材である金属製のウォーム１２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１０が破損や摩耗することも想定されるため、信頼性をより高めるために、強化材を配合することが好ましい。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ー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等が好ましく、相溶樹脂との接着性を考慮してシランカプッ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。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−ム１２の損傷を考慮するとウィスカー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ー状物の種類により異なり、衝撃強度やウォーム１２の損傷等を考慮して適宜選択される。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。補強材の配合量が４０重量％を超える場合には、ウォーム１２を損傷し易くなり、ウォーム１２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。
【００１５】
ウォームホイールを製造する方法は制限されるものではなく、例えば図２〜図５に示す工程に従うことができる。即ち、金属製の芯金１の外周面１ａにクロスローレット加工を施し、溶剤で脱脂した後（図２）、この芯管１をスプルー４及びディスクゲート５を装着した金型に配置し、射出成形機により上記の相溶樹脂を充填して樹脂部３を成形する（図３）。次いで、スプルー４とディスクゲート５を切除して、芯管１の外周に樹脂部３が一体化されたウォームホイールブランク材７を得る（図４）。そして、ウォームホイールブランク材７の樹脂部３の外周面３ａに、切削加工により所定形状のギア歯１０を形成してウォームホイール１１が得られる（図５）。
【００１６】
尚、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するために、相溶樹脂には、ヨウ化銅とヨウ化カリウムとの混合物からなる熱安定剤、あるいはアミン系酸化防止剤を単独あるいは併用して適量添加することが好ましい。これにより、熱的安定性が向上する。
【００１７】
【実施例】
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。
【００１８】
（実施例１〜３、比較例１〜２）
［ウォームホイール試験体の作製］
表２に示す如く高吸水性ポリアミド樹脂、低吸水性ポリアミド樹脂及び強化材を配合して樹脂組成物を調製した。そして、図２〜図５に従ってウォームホイール試験体を作製した。即ち、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樹脂組成物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、次いで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作製した。
【００１９】
【表２】

【００２０】
［寸法安定性の評価］
各試験体を、下記条件Ｉまたは条件IIの下に放置し、所定時間経過後にギア外径寸法の変化量を測定した。何れの条件においても、変化量が４０μｍ以下を合格「○」、４０μｍを超えるものを不合格「×」として表３に示す。
・条件Ｉ：６０℃、９０％ＲＨ、７０時間
・条件II：８０℃、９０％ＲＨ、３００時間
【００２１】
［耐久性の評価］
各試験体を実際の自動車減速ギアに組み込み、下記条件Ｉまたは条件IIにて操舵操作を繰り返し行った。何れの条件においても、１０万回の操舵に耐えることができた減速ギアを合格「○」、１０万回の操舵に耐えることができなかった減速ギアを不合格「×」として表３に示す。
・条件Ｉ：３０℃、５０％ＲＨ
・条件II：５０℃、９０％ＲＨ
【００２２】
【表３】

【００２３】
表３に示すように、低吸水性ポリアミド樹脂を含まない比較例１の試験体は、、温度、湿度が過酷になると寸法安定性が悪くなり、それに伴って耐久性も低下している。また、低吸水性ポリアミド樹脂と高吸水性ポリアミド樹脂とが同量で、樹脂比率が前述した所定の比率を超えている比較例２の試験体は、吸水性には問題がなく寸法安定が良好であるのの、機械的強度が十分ではなく耐久性が不足している。これに対して本発明に従う実施例１〜３の各試験体は、過酷な条件下でも寸法安定性が高く、耐久性も優れている。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウォームホイールの樹脂部を、高吸水性ポリアミド樹脂と低吸水性ポリアミド樹脂との相溶樹脂で形成したことにより、耐熱性、機械的強度及び寸法安定性に総合的に優れる電動パワーステアリング用減速ギアが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明並びに従来の減速ギアの一例を示す斜視図である。
【図２】ウォームホイールの製造方法を説明するための図であり、芯管の断面図である。
【図３】ウォームホイールの製造方法を説明するための図であり、成形金型の断面図である。
【図４】ウォームホイールの製造方法を説明するための図であり、得られたウォームホイールブランク材の斜視図である。
【図５】ウォームホイールの製造方法を説明するための図であり、得られたウォームホイールの斜視図である。
【符号の説明】
１芯管
３樹脂部
４スプルー
５ディスクゲート
１０ギア歯
１１ウォームホイール
１２ウォーム
２０減速ギア

Claims

操舵補助出力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギアにおいて、金属製芯管の外周に、少なくとも樹脂成分がポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６から選ばれる高吸水性ポリアミド樹脂を該樹脂成分１００重量％に対し６０〜９０重量％、ポリアミド１２、ポリアミド１１、ポリアミド６１２、ポリアミド６１０、芳香族ポリアミド、変性ポリアミド１２から選ばれる低吸水性ポリアミド樹脂を該樹脂成分１００重量％に対し１０〜４０重量％の比率で混合してなる相溶樹脂組成物からなり、その外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体化してなるウォームホイール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用減速ギア。
低吸水性ポリアミド樹脂が変性ポリアミド１２であることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置用減速ギア。
前記相溶樹脂組成物は更に、ヨウ化銅とヨウ化カリウムとの混合物からなる熱安定剤、アミン系酸化防止剤の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置用減速ギア。
前記相溶樹脂組成物は更に、補強材を該相溶樹脂組成物全量の５〜４０重量％含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置用減速ギア。