JP4417754B2 - 潤滑剤組成物とそれを用いた減速機ならびにそれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
減速機構としての小歯車と大歯車との噛み合いには適度なバックラッシが必要である。しかし、例えば歯車の正逆回転時や、石畳み等の悪路を走行してタイヤからの反力が入力された際などに、バックラッシに起因して歯打ち音が発生する場合があり、それが車室内に騒音として伝わると運転者に不快感を与えることになる。
本発明の目的は、減速機の騒音を、小歯車と大歯車とを組み合わせた際のバックラッシの大きさに関係なく、また、減速機の構造を複雑化することなく、これまでよりも低減することができる潤滑剤組成物と、それを用いることによって騒音の小さい減速機と、それを用いた電動パワーステアリング装置とを提供することにある。
(1) 脂肪族カルボン酸と低分子量ポリオールとを反応させた脂肪族ポリエステルポリオールAと、芳香族カルボン酸と低分子量ポリオールとを反応させた芳香族ポリエステルポリオールBとを、重量比A/B=5/95〜95/5の割合で配合した、数平均分子量500以上の長鎖ポリオールと、
(2) 前記長鎖ポリオール1モルに対して0.1〜5モルの、1分子中に活性水素基を3以上有する架橋剤と、
(3) ポリイソシアネートとを、
反応させて合成したポリウレタン樹脂の粒子であることを特徴とするものである。
潤滑剤としてグリースを用いる場合は、緩衝材粒子を添加した状態でのちょう度が、NLGI番号で表してNo.2〜No.000であるのが好ましい。
また、本発明の減速機は、小歯車と大歯車とを備え、両歯車の噛み合い部分を含む領域に、上記の潤滑剤組成物を充填したことを特徴とするものである。
さらに、本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータの出力を、上記減速機を介して減速して舵取機構に伝えることを特徴とするものである。
潤滑剤がグリースである場合、緩衝材粒子を添加した潤滑剤組成物のちょう度が、NLGI(National Lubricating Grease Institute)番号で表してNo.2〜No.000であるのが、減速機に使用する上で好ましい。
また、潤滑剤が液状の潤滑油である場合は、その動粘度が5〜200mm2/s(40℃)であるのが、同様に減速機に使用する上で好ましい。
さらに、本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの出力を、上記減速機を介して減速して舵取機構に伝えるものゆえ、車室内での騒音をコスト安価に低減できる点で好ましい。
〈潤滑剤組成物〉
本発明の潤滑剤組成物は、前記のように潤滑剤と、緩衝材粒子とを含むものである。
このうち、緩衝材粒子としては、
(1) 脂肪族カルボン酸と低分子量ポリオールとを反応させた脂肪族ポリエステルポリオールAと、芳香族カルボン酸と低分子量ポリオールとを反応させた芳香族ポリエステルポリオールBとを、重量比A/B=5/95〜95/5の割合で配合した、数平均分子量500以上の長鎖ポリオールと、
(2) 前記長鎖ポリオール1モルに対して0.1〜5モルの、1分子中に活性水素基を3以上有する架橋剤と、
(3) ポリイソシアネートとを、
反応させて合成したポリウレタン樹脂の粒子が用いられる。
脂肪族ポリエステルポリオールは、ポリウレタン樹脂の柔軟性を高める働きをし、芳香族ポリエステルポリオールは、逆にポリウレタン樹脂の剛直性を高める働きをするため、この両者を併用することで、ポリウレタン樹脂の粒子は、前記のように適度な弾性と硬さとを兼ね備えたものとなる。このため、かかるポリウレタン樹脂を使用することで、減速機の騒音をさらに、低減するとともに、電動パワーステアリング装置の操舵トルクの過剰な上昇や、摺動音の発生を、より確実に防止することができる。
前記(3)のポリイソシアネートとしては、1分子中に、少なくとも2個以上のイソシアネート基を有する種々の化合物を使用することができる。ポリイソシアネートの具体例としては、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート;1,6−ヘキサメチレンジイソシネアート、1,12−ドデカンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネート;シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどの脂環式ジイソシアネートなどが挙げられる。
ポリウレタン樹脂の粒子の粒径は、特に限定されないが、平均粒径D1が、50μm<D1≦300μmであるのが好ましい。平均粒径D1が50μm以下では、小歯車と大歯車との噛み合いの衝撃を緩衝して歯打ち音を低減する効果に限界があり、減速機の騒音を大幅に低減することができないおそれがある。また、平均粒径D1が300μmを超える場合には電動パワーステアリング装置の操舵トルクが上昇したり、摺動音を発生したりするおそれがある。
ポリウレタン樹脂の粒子は、種々の方法によって製造できるが、長鎖ポリオールと、架橋剤と、ポリイソシアネートとを、非水系の分散媒中に分散させた状態で反応させる分散重合法によれば、分散媒中に分散した球状を維持しつつ、しかも粒径の揃ったポリウレタン樹脂の粒子を、効率よく製造することができる。
緩衝材粒子の配合割合が20重量部未満では、小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在して衝撃を吸収し、それによって歯打ち音を減少させることで減速機の騒音を低減する効果が不十分になるおそれがある。また、300重量部を超える場合には、電動パワーステアリング装置の操舵トルクが上昇したり、摺動音を発生して却って減速機の騒音が大きくなったりするおそれがある。
上記緩衝材粒子を分散させる潤滑剤としては、液状の潤滑油と半固体状のグリースのいずれを用いても良い。
潤滑油としては合成炭化水素油(例えばポリαオレフィン油)が好ましいが、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や鉱油などを用いることもできる。潤滑油はそれぞれ単独で使用できる他、2種以上を併用しても良い。
また、グリースとしては、緩衝材粒子を添加した潤滑剤組成物としてのちょう度が、NLGI(National Lubricating Grease Institute)番号で表してNo.2〜No.000、特に、No.2〜No.00となるものを用いるのが好ましい。
潤滑基油としては合成炭化水素油(例えばポリαオレフィン油)が好ましいが、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や鉱油などを用いることもできる。潤滑基油の動粘度は5〜200mm2/s(40℃)、特に、20〜100mm2/s(40℃)であるのが好ましい。
さらに、グリースには、やはり必要に応じて固体潤滑剤(二硫化モリブデン、グラファイト、PTFE等)、リン系や硫黄系の極圧添加剤、トリブチルフェノール、メチルフェノール等の酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、油性剤などを添加してもよい。
図1は、本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略断面図である。また図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。
図1を参照して、この例の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール1を取り付けている入力軸としての第1の操舵軸2と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構(図示せず)に連結される出力軸としての第2の操舵軸3とがトーションバー4を介して同軸的に連結されている。
このうちウォームホイール12は、第2の操舵軸3に一体回転可能に結合される環状の芯金12aと、芯金12aの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹脂部材12bとを備えている。芯金12aは、例えば合成樹脂部材12bの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
第1の転がり軸受13の外輪15は、センサハウジング6の下端の筒状突起6b内に設けられた軸受保持孔16に嵌め入れられて保持されている。また外輪15の上端面は環状の段部17に当接しており、センサハウジング6に対する軸方向上方への移動が規制されている。
第2の転がり軸受14の外輪19は、ギヤハウジング7の軸受保持孔20に嵌め入れられて保持されている。また外輪19の下端面は、環状の段部21に当接し、ギヤハウジング7に対する軸方向下方への移動が規制されている。
トーションバー4は、第1および第2の操舵軸2、3を貫通している。トーションバー4の上端4aは、連結ピン25により第1の操舵軸2と一体回転可能に連結され、下端4bは、連結ピン26により第2の操舵軸3と一体回転可能に連結されている。第2の操舵軸3の下端は、図示しない中間軸を介して、前記のようにラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。
第1の操舵軸2の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第3の転がり軸受29を介してセンサハウジング6に回転自在に支持されている。第1の操舵軸2の下部の縮径部30と第2の操舵軸3の上部の孔31とは、第1および第2の操舵軸2、3の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。
第4および第5の転がり軸受34、35の内輪36、37は、ウォーム軸11の対応するくびれ部に嵌合されている。また外輪38、39は、ギヤハウジング7の軸受保持孔40、41にそれぞれ保持されている。
また、ウォーム軸11の一端部11aを支持する第4の転がり軸受34の外輪38は、ギヤハウジング7の段部42に当接して位置決めされている。一方、内輪36は、ウォーム軸11の位置決め段部43に当接することによって他端部11b側への移動が規制されている。
(緩衝材粒子の作製)
実施例1:
脂肪族ポリエステルポリオールAとしては、ブチレングリコール/アジピン酸エステル(数平均分子量Mn=2000、水酸基価56)を用いた。また、芳香族ポリエステルポリオールBとしては、ヘキサメチレングリコール/フタル酸エステル(数平均分子量Mn=1000、水酸基価112)を用いた。
そして、反応液を逐次、分析して、末端イソシアネート基の濃度が5.4%に達した時点で、架橋剤としてのトリメチロールプロパン32g(長鎖ポリオールとしての脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族ポリエステルポリオールの総量1モルあたり、1モルの割合に相当)を加えて、80〜90℃で、さらに3時間、反応させた後、固形分をロ別し、乾燥して、緩衝材粒子としてのポリウレタン樹脂の粒子600gを作製した。
実施例1−1〜1−12:
脂肪族ポリエステルポリオールAと、芳香族ポリエステルポリオールBの割合は、重量比A/B=50/50を維持しつつ、架橋剤としてのトリメチロールプロパンの、長鎖ポリオールとしての脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族ポリエステルポリオールの総量1モルあたりの配合割合が、後述する表1に示すように、0.1モル〜5モルとなるように、各成分の配合量を調整し、かつ末端イソシアネート基の濃度を調整したこと以外は実施例1と同様にして、平均粒径が150μm、粒度分布が40〜300μmである、緩衝材粒子としてのポリウレタン樹脂の粒子600gを作製した。
(潤滑剤組成物の製造と評価)
上記実施例1、1−1〜1−12で作製したポリウレタン樹脂の粒子を、ポリαオレフィン油に石けん系増ちょう剤を添加したグリース100重量部に対して40重量部の配合割合で配合して、潤滑剤組成物としてのグリースを調製した。
(緩衝材粒子の作製)
実施例2:
脂肪族ポリエステルポリオールAおよび芳香族ポリエステルポリオールBとしては、それぞれ、実施例1で使用したのと同じものを用いた。
そして、反応液を逐次、分析して、末端イソシアネート基の濃度が4.6%に達した時点で、架橋剤としてのトリメチロールプロパン53g(長鎖ポリオールとしての脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族ポリエステルポリオールの総量1モルあたり、2.5モルの割合に相当)を加えて、80〜90℃で、さらに3時間、反応させた後、固形分をロ別し、乾燥して、緩衝材粒子としてのポリウレタン樹脂の粒子600gを作製した。
実施例2−1〜2−10:
架橋剤としてのトリメチロールプロパンの、長鎖ポリオールとしての脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族ポリエステルポリオールの総量1モルあたりの配合割合は、2.5モルを維持しつつ、脂肪族ポリエステルポリオールAと、芳香族ポリエステルポリオールBの割合が、後述する表2に示すように、A/B=5/95〜95/5となるように、各成分の配合量を調整し、かつ末端イソシアネート基の濃度を調整したこと以外は実施例2と同様にして、平均粒径が150μm、粒度分布が40〜300μmである、緩衝材粒子としてのポリウレタン樹脂の粒子600gを作製した。
(潤滑剤組成物の製造と評価)
上記実施例2、2−1〜2−10で作製したポリウレタン樹脂の粒子を、ポリαオレフィン油に石けん系増ちょう剤を添加したグリース100重量部に対して40重量部の配合割合で配合して、潤滑剤組成物としてのグリースを調製した。
(緩衝材粒子の作製)
実施例3:
脂肪族ポリエステルポリオールAおよび芳香族ポリエステルポリオールBとしては、それぞれ、実施例1で使用したのと同じものを用いた。
そして、反応液を逐次、分析して、末端イソシアネート基の濃度が3.9%に達した時点で、架橋剤としてのトリメチロールプロパン45g(長鎖ポリオールとしての脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族ポリエステルポリオールの総量1モルあたり、2.0モルの割合に相当)を加えて、80〜90℃で、さらに3時間、反応させた後、固形分をロ別し、乾燥して、緩衝材粒子としてのポリウレタン樹脂の粒子600gを作製した。
(潤滑剤組成物の製造と評価)
上記実施例3で作製したポリウレタン樹脂の粒子を、ポリαオレフィン油に石けん系増ちょう剤を添加したグリース100重量部に対して40重量部の配合割合で配合して、潤滑剤組成物としてのグリースを調製した。
脂肪族ポリエステルポリオールAおよび芳香族ポリエステルポリオールBとしては、それぞれ、実施例1で使用したのと同じものを用いた。
窒素置換した1リットルのフラスコ中に、上記脂肪族ポリエステルポリオール346.5gと、芳香族ポリエステルポリオール115.5gと、分散媒としてのイソオクタン490gと、分散安定剤〔日本ポリウレタン工業(株)製のN−5741〕31gとを仕込んだ。脂肪族ポリエステルポリオールAと、芳香族ポリエステルポリオールBの割合は、重量比A/B=75/25とした。
そして、反応液を逐次、分析して、末端イソシアネート基の濃度が2.6%に達した時点で、架橋剤としてのトリメチロールプロパン31g(長鎖ポリオールとしての脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族ポリエステルポリオールの総量1モルあたり、1.2モルの割合に相当)を加えて、80〜90℃で、さらに3時間、反応させた後、固形分をロ別し、乾燥して、緩衝材粒子としてのポリウレタン樹脂の粒子600gを作製した。
(潤滑剤組成物の製造と評価)
上記実施例4で作製したポリウレタン樹脂の粒子を、ポリαオレフィン油に石けん系増ちょう剤を添加したグリース100重量部に対して40重量部の配合割合で配合して、潤滑剤組成物としてのグリースを調製した。
脂肪族ポリエステルポリオールAおよび芳香族ポリエステルポリオールBとしては、それぞれ、実施例1で使用したのと同じものを用いた。
窒素置換した1リットルのフラスコ中に、上記脂肪族ポリエステルポリオール250gと、芳香族ポリエステルポリオール250gと、分散媒としてのイソオクタン400gと、分散安定剤〔日本ポリウレタン工業(株)製のN−5741〕46gとを仕込んだ。脂肪族ポリエステルポリオールAと、芳香族ポリエステルポリオールBの割合は、重量比A/B=50/50とした。
そして、反応液を逐次、分析して、末端イソシアネート基の濃度が1.5%に達した時点で、鎖延長剤として水20g(長鎖ポリオールとしての脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族ポリエステルポリオールの総量1モルあたり、0.5モルの割合に相当)を加えて、60〜70℃で、さらに3時間、反応させた後、固形分をロ別し、乾燥して、緩衝材粒子としてのポリウレタン樹脂の粒子600gを作製した。
このポリウレタン樹脂の粒子は熱可塑性であって、ゲルパーミェーションクロマトグラムによって測定した数平均分子量Mn=75000であった。また、ガラス転移温度Tg=−42℃であった。そしてこのものは、耐熱性および耐油性を有しないため、グリースを調整した際に、多数の粒子が凝集し、一体化してしまい、グリース中に均一に分散させることができなかった。
M 電動モータ
11 ウォーム軸(小歯車)
12 ウォームホイール(大歯車)
50 減速機
Claims (6)
- 潤滑剤と、緩衝材粒子とを含む潤滑剤組成物において、緩衝材粒子が、
(1) 脂肪族カルボン酸と低分子量ポリオールとを反応させた脂肪族ポリエステルポリオールAと、芳香族カルボン酸と低分子量ポリオールとを反応させた芳香族ポリエステルポリオールBとを、重量比A/B=5/95〜95/5の割合で配合した、数平均分子量500以上の長鎖ポリオールと、
(2) 前記長鎖ポリオール1モルに対して0.1〜5モルの、1分子中に活性水素基を3以上有する架橋剤と、
(3) ポリイソシアネートとを、
反応させて合成したポリウレタン樹脂の粒子であることを特徴とする潤滑剤組成物。 - ポリウレタン樹脂の粒子が、長鎖ポリオールと、架橋剤と、ポリイソシアネートとを、非水系の分散媒中に分散させつつ反応させて製造された球状の粒子である請求項1記載の潤滑剤組成物。
- 潤滑剤がグリースであり、グリースの、緩衝材粒子を添加した状態でのちょう度が、NLGI番号で表してNo.2〜No.000である請求項1記載の潤滑剤組成物。
- 潤滑剤が潤滑油であり、潤滑剤の動粘度が5〜200mm2/s(40℃)である請求項1記載の潤滑剤組成物。
- 小歯車と大歯車とを備え、両歯車の噛み合い部分を含む領域に、請求項1記載の潤滑剤組成物を充填したことを特徴とする減速機。
- 操舵補助用の電動モータの出力を、請求項5記載の減速機を介して減速して舵取機構に伝えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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