JP4479870B2

JP4479870B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP4479870B2
Application number: JP2000330199A
Authority: JP
Inventors: 貴則黒川; 大和新井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: JP2002130430A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を減速ギヤ機構を介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽自動車や小型自動車においては、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を例えばウォームとウォームホイールとから構成される減速ギヤ機構を介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置が用いられ、そのウォームホイールを合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化が図られている。
【０００３】
近年、環境問題に対処するために車両の低燃費化が要望されていることから、普通自動車に用いられる電動パワーステアリング装置においても、そのウォームホイールを合成樹脂材製とすることが要望されている。そうすると、その電動アクチュエータは軽自動車に比べて高出力になるので、減速ギヤ機構の周囲温度が高くなり、そのウォームホイールの熱膨張や吸湿による膨潤を抑制して寸法安定性を向上し、且つ、強度を向上する必要がある。
【０００４】
そこで、そのウォームホイールを構成する合成樹脂材に、グラスファイバーやアラミド繊維等の強化繊維を添加することで寸法安定性を向上する従来技術がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、強化繊維を添加した合成樹脂材から型成形したウォームホイールは、機械加工により歯の仕上げを行う必要があることから、その機械加工された歯面において強化繊維が露出する。そうすると、その歯面における合成樹脂材と強化繊維との境界からクラックが発生して疲労強度が低下するという問題がある。また、十分な歯元強度を得ることもできなかった。さらに、ウォームホイールに噛み合うウォームの歯面を損耗させるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのできる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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、駆動ギヤと、この駆動ギヤに噛み合う従動ギヤとを有する減速ギヤ機構を介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、その従動ギヤは、合成樹脂材製の母材中にアパタイト粒子が分散されているナノコンポジットにより成形されていることを特徴とする。
上記構成によれば、合成樹脂材を母材とするナノコンポジットから従動ギヤを成形することで、軽量化および低騒音化を図ることができる。また、ナノコンポジットはナノメートル単位のアパタイト粒子により寸法安定性が向上されていることから、従来の強化繊維により寸法安定性を向上する場合に比べて、合成樹脂材との境界からのクラック発生がなく、疲労強度低下を防止できる。そのナノコンポジットにおける分散粒子がアパタイト粒子であることにより、その母材中に均一に分散させ易くなる。例えば、その母材をナイロン６（ＰＡ６）にするとケイ酸塩粒子でも均一に分散させることができるが、その母材をナイロン６よりも耐熱性に優れるナイロン６６（ＰＡ６６）にすると重合前原料に添加してもケイ酸塩粒子の均一分散性が低下する。これに対して、その母材としてナイロン６６を用いた場合でも、アパタイト粒子であれば均一に分散させることができる。
そのアパタイト粒子の粒径は、合成樹脂材製の母材中に均等分散させる上で約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ程度が好ましい。
そのアパタイトの種類は特に限定されず、例えばフッ素アパタイト、塩素アパタイト、水酸アパタイト等の何れであってもよく、合成樹脂材製の母材中に均等分散させることができるナノメートルサイズの粒子形態であればよい。
【０００８】
前記合成樹脂材はナイロン６６であるのが好ましい。これにより従動ギヤの母材としてナイロン６等を用いるのに比べて耐熱性を向上できる。例えば、ナノコンポジットにより成形されている従動ギヤの母材をナイロン６にした場合の耐熱温度は１００℃程度であるが、その母材をナイロン６６とすることで耐熱温度を１２０℃程度にできる。
【０００９】
前記アパタイト粒子は前記ナイロン６６の重合前原料に添加されるのが好ましい。これにより、重合された後の溶融状態の合成樹脂材にアパタイト粒子を混合するのに比べて、アパタイト粒子を母材中に均一に分散させることができる。
【００１０】
その従動ギヤの相対粘度は１００以上、３００以下とされているのが好ましい。そのウォームホイールの蟻酸法による相対粘度を１００以上とすることでウォームホイールの歯元強度を向上でき、その相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。
これは以下の知見に基づくものである。
金属材製ギヤに適用される一般的な理論計算式によれば、ギヤの歯元強度はギヤ材料の引っ張り強度、曲げ強度に相関する。しかし、合成樹脂材製ウォームホイールの場合、歯元強度は材料の引っ張り強度、曲げ強度に相関しない。事実、引っ張り強度や曲げ強度を向上するために合成樹脂材に強化繊維を充填した場合、充填しなかった場合よりも歯元強度は低下した。これは、合成樹脂材製ウォームホイールの歯元強度は、合成樹脂材の弾性に基づく歯に作用する面圧の緩和と、合成樹脂材の強度のバランスとによって定まるためである。そして、その合成樹脂材の粘度を増加させることにより歯元強度を向上できることを新たに見出して本発明をなすに至った。すなわち、合成樹脂材製ウォームホイールの相対粘度を本発明では従来よりも大きな１００以上の値とすることでウォームホイールの歯元強度を増大させ、これにより疲労強度、バックラッシ増加特性も向上させた。また、本発明では合成樹脂材製ウォームホイールの相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。
【００１１】
その合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材であるのが好ましい。
高粘度ナイロンにおいては、材料自身の引っ張り強度や曲げ強度等の初期強度は、通常粘度の合成樹脂材とかわりないが、高粘度ナイロン製従動ギヤでは歯元強度が高くなり、粘度が高くなっても吸水や熱劣化に関する性能が低下することはない。また、ナイロン系合成樹脂材は相対粘度が高くても成形性に優れると共に長寿命化を図れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両用電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２の操作により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させる。そのラック５の動きがタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介して車輪６に伝達されることで舵角が変化する。
【００１３】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じて駆動されるモータ（電動アクチュエータ）８と、そのモータ８により駆動される駆動シャフト５０の外周に設けられる金属製ウォーム（駆動ギヤ）９と、そのウォーム９に噛み合うと共にステアリングシャフト３に取り付けられるウォームホイール（従動ギヤ）１０とが設けられている。そのウォーム９とウォームホイール１０とにより減速ギヤ機構が構成されている。そのモータ８の回転を、その減速ギヤ機構を介してステアリングシャフト３から車輪６に伝達することで操舵補助力を付与できる。図２に示すように、ハウジング２１に取り付けられるモータ８により駆動される駆動シャフト５０は、そのハウジング２１により軸受６２、６３を介して支持される。
【００１４】
そのステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００１５】
その第２シャフト３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０によりブッシュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、ハウジング２１により軸受２６、２７を介して支持される。その第３シャフト３ｃの外周に嵌め合わされる金属製スリーブ１１の外周に、上記ウォームホイール１０が一体化されている。
【００１６】
そのトルクセンサ７は、第２シャフト３ｂに固定される磁性材製の第１検出リング３６と、第３シャフト３ｃに固定される磁性材製の第２検出リング３７と、両検出リング３６、３７の対向間を覆う検出コイル３３とを有する。第１検出リング３６の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３６ａと、第２検出リング３７の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３７ａとの対向面積が、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの操舵トルクに応じた弾性的な相対回転に応じて変化し、その変化に対応して検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その検出コイル３３の出力に基づき操舵トルクが検出できる。このトルクセンサ７は公知の構成のものを用いることができる。その検出された操舵トルクに対応した信号に応じて上記モータ８が駆動され、このモータ８の回転はウォーム９、ウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に伝達される。
【００１７】
そのウォームホイール１０は、合成樹脂材製の母材中にナノメートルオーダーのアパタイト粒子を分散させることで構成される複合材であるナノコンポジットにより、射出成形工程を経て成形されている。その合成樹脂材はナイロン６６とされている。そのアパタイト粒子は、そのナイロン６６の重合前原料に添加されることで、そのナイロン６６中に分散されている。そのウォームホイール１０におけるアパタイト粒子の添加割合は、熱変形を十分に抑制し、１重量％以上とするのが好ましく、また、ウォームホイール１０の成形性を確保するために５重量％以下とするのが好ましい。そのウォームホイール１０の線膨張係数は４×１０^-5〜８×１０^-5ｃｍ／（ｃｍ・℃）とするのが好ましい。そのウォームホイールの相対粘度（ＶＲ）は蟻酸法により測定した値が１００以上、３００以下とされている。
【００１８】
そのウォームホイール１０の相対粘度が大きくなると、原料となるナノコンポジットペレットの粘度も大きくなる。そうすると、そのペレットを溶融した溶液の粘度が大きくなるので、その溶液を成形型のキャビティ内に射出してウォームホイール１０を成形する際の成形性が低下する。そのため本実施形態では、図３に示すように、ウォームホイール１０の成形型９０のゲート９０ａはフィルムゲートとされている。これにより、その相対粘度が大きくても、キャビティ９０ｂ内に材料を均一に充填できるようにしている。なお、材料をキャビティ９０ｂ内に均一に充填するためにゲート９０ａの肉厚ｔは２．５ｍｍ以上とするのが好ましく、ランナー９０ｃの長さＬは短い程に好ましいが金型剛性を確保する必要があることから４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とするのが好ましく、そのランナー９０ｃの入口径Ｄ１は材料の流動抵抗低減のために４ｍｍ以上とすると共に材料射出ノズルの径（通常３ｍｍ）との段差による抵抗低減のために６ｍｍ以下とするのが好ましく、そのランナー９０ｃの出口径Ｄ２は材料の流動抵抗低減のために１３ｍｍ以上として最大径はゲート９０ａの直径に等しくしてもよい。本実施形態では、その成形型９０に上記スリーブ１１を挿入した状態で射出成形を行うことでウォームホイール１０をスリーブ１１に一体化し、その成形後にゲート９０ａやランナー９０ｃに充填された材料の除去やウォームホイール１０の歯の仕上げ等を機械加工により行っている。
【００１９】
上記構成によれば、合成樹脂材を母材とするナノコンポジットからウォームホイール１０を成形することで、軽量化および低騒音化を図ることができる。また、ナノコンポジットはナノメートル単位のアパタイト粒子により寸法安定性が向上されていることから、従来の強化繊維により寸法安定性を向上する場合に比べて、合成樹脂材との境界からのクラック発生がなく、疲労強度低下を防止できる。そのナノコンポジットにおける分散粒子がアパタイト粒子であることにより、母材として耐熱性に優れるナイロン６６を用いた場合でも、その母材中に均一に分散させることができる。これによりウォームホイール１０の寸法安定性、耐熱性、強度を向上できる。そのウォームホイールの相対粘度を１００以上とすることでウォームホイールの歯元強度、疲労強度、バックラッシ増加特性を向上でき、その相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。また、高粘度ナイロンを母材とするナノコンポジットから成形されるウォームホイールは歯元強度が高く、粘度が高くなっても吸水や熱劣化に関する性能が低下することはない。
【００２０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、減速ギヤ機構をウォームとウォームホイール以外の種類のギヤにより構成してもよい。
【００２１】
【実施例】
ナノコンポジット製のウォームホイールの耐久試験と強度試験と耐熱試験とを行い、また、寸法安定性を評価した。
その耐久試験と強度試験においては、ナイロン６６を母材として粒径１０ｎｍ〜２００ｎｍのアパタイト（Ｃａ₁₀（ＰＯ₄ ） ₆（ＯＨ）₂ ）を３重量％添加したナノコンポジットから射出成形し、相対粘度を６０としたウォームホイールを実施例ａ、相対粘度を１８０としたウォームホイールを実施例ｂとした。
その耐熱試験においては、ナイロン６６を母材として粒径１０ｎｍ〜２００ｎｍのアパタイトを３重量％添加したナノコンポジットから射出成形し、相対粘度を１８０としたものを実施例ｃ、ナイロン６を母材として粒径１０ｎｍ〜２００ｎｍの珪酸塩を３重量％添加したナノコンポジットから射出成形し、相対粘度を６０としたものを比較例ｄとした。
その耐久試験は、車輪側から一定の負荷を作用させた状態で、ステアリングホイールを一定回転角度で往復回転させ、そのウォームホイールの歯が破損した時の往復回転サイクルを測定した。その結果、実施例ａでは１５０００サイクルであり、実施例ｂでは９００００サイクルであった。
その強度試験は、ウォームホイールをロックした状態でウォームにトルクを付加し、そのウォームホイールの歯が破損した時のウォームに付加したトルクをウォームホイールの最大伝達トルクとして測定した。その結果、実施例ａでは１１Ｎ・ｍであり、実施例ｂでは３０Ｎ・ｍであった。
その耐熱試験は、試験温度雰囲気下に所定時間放置した試験片の強度低下を評価し、製品として使用可能な必要強度と使用時間を維持し得る最高温度を求めた。その結果、実施例ｃでは使用可能温度が１２０℃であり、比較例ｄでは使用可能温度が１００℃であった。
また、ナイロン６６を母材として粒径１０ｎｍ〜２００ｎｍのアパタイト（Ｃａ₁₀（ＰＯ₄ ） ₆（ＯＨ）₂ ）を３重量％添加したナノコンポジットから射出成形したウォームホイールの成形収縮率は約１．５％、大気平衡吸水率は約２．０％であったのに対して、アパタイトを添加しなかったウォームホイールの成形収縮率は約１．９％、大気平衡吸水率は約２．５％であった。
上記実施例から本発明によればウォームホイールの強度向上、長寿命化、耐熱性向上、寸法安定性向上を図れることを確認できる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を伝達するウォームホイールを、合成樹脂材に微細なアパタイト粒子を分散させたナノコンポジットから成形することで、そのウォームホイールの寸法安定性、耐熱性、強度を向上して長寿命化を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の実施形態のウォームホイールの成形型の構成説明図
【符号の説明】
６車輪
８モータ
９ウォーム（駆動ギヤ）
１０ウォームホイール（従動ギヤ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device that transmits the rotation of an electric actuator for generating a steering assist force to wheels via a reduction gear mechanism.
[0002]
[Prior art]
In mini vehicles and small vehicles, an electric power steering device that transmits the rotation of an electric actuator for generating a steering assist force to wheels via a reduction gear mechanism composed of, for example, a worm and a worm wheel is used. By using a synthetic resin material, weight reduction and noise reduction are achieved.
[0003]
In recent years, there has been a demand for lower fuel consumption of vehicles in order to deal with environmental problems. Therefore, in electric power steering devices used in ordinary automobiles, the worm wheel is required to be made of a synthetic resin material. . Then, since the electric actuator has a higher output than the mini vehicle, the ambient temperature of the reduction gear mechanism is increased, the worm wheel is prevented from swelling due to thermal expansion and moisture absorption, and dimensional stability is improved. It is necessary to improve the strength.
[0004]
Therefore, there is a conventional technique for improving the dimensional stability by adding reinforcing fibers such as glass fibers and aramid fibers to the synthetic resin material constituting the worm wheel.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since a worm wheel molded from a synthetic resin material to which reinforcing fibers are added needs to finish teeth by machining, the reinforcing fibers are exposed on the machined tooth surface. If it does so, there exists a problem that a crack generate | occur | produces from the boundary of the synthetic resin material and reinforced fiber in the tooth surface, and fatigue strength falls. In addition, sufficient tooth root strength could not be obtained. Further, there is a problem that the tooth surface of the worm meshing with the worm wheel is worn.
[0006]
An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that can solve the above-described problems.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an electric power steering device that transmits the rotation of an electric actuator for generating a steering assist force to a wheel via a reduction gear mechanism having a drive gear and a driven gear meshing with the drive gear. It is formed by a nanocomposite in which apatite particles are dispersed in a base material made of a synthetic resin material.
According to the said structure, weight reduction and noise reduction can be achieved by shape | molding a driven gear from the nanocomposite which makes a synthetic resin material a base material. In addition, since nanocomposites have improved dimensional stability due to nanometer-scale apatite particles, cracks are generated from the boundary with synthetic resin materials compared to the case where dimensional stability is improved by conventional reinforcing fibers. In addition, a decrease in fatigue strength can be prevented. When the dispersed particles in the nanocomposite are apatite particles, it becomes easy to uniformly disperse in the base material. For example, if the base material is nylon 6 (PA6), even silicate particles can be uniformly dispersed. However, if the base material is nylon 66 (PA66), which has better heat resistance than nylon 6, it can be used as a raw material before polymerization. Even if it adds, the uniform dispersibility of a silicate particle falls. On the other hand, even when nylon 66 is used as the base material, the apatite particles can be uniformly dispersed.
The particle size of the apatite particles is preferably about 10 nm to about 200 nm for uniform dispersion in a base material made of a synthetic resin material.
The type of the apatite is not particularly limited, and may be any of fluorine apatite, chlorapatite, hydroxyapatite, and the like, and a nanometer-sized particle form that can be uniformly dispersed in a base material made of a synthetic resin material If it is.
[0008]
The synthetic resin material is preferably nylon 66. As a result, the heat resistance can be improved as compared to using nylon 6 or the like as the base material of the driven gear. For example, the heat resistant temperature when the base material of the driven gear formed of nanocomposite is nylon 6 is about 100 ° C., but the heat resistant temperature can be made about 120 ° C. by using nylon 66 as the base material.
[0009]
The apatite particles are preferably added to the pre-polymerization raw material of the nylon 66. Thereby, compared with mixing apatite particles with the synthetic resin material in the molten state after polymerization, the apatite particles can be uniformly dispersed in the base material.
[0010]
The relative viscosity of the driven gear is preferably 100 or more and 300 or less. By setting the relative viscosity of the worm wheel by the formic acid method to 100 or more, the tooth root strength of the worm wheel can be improved, and by setting the relative viscosity to 300 or less, moldability can be secured.
This is based on the following findings.
According to a general theoretical calculation formula applied to a metal gear, the gear root strength correlates with the tensile strength and bending strength of the gear material. However, in the case of a synthetic resin worm wheel, the tooth root strength does not correlate with the tensile strength and bending strength of the material. In fact, when the synthetic resin material was filled with reinforcing fibers in order to improve the tensile strength and bending strength, the tooth root strength was lower than when the reinforcing fiber was not filled. This is because the tooth root strength of the worm wheel made of synthetic resin material is determined by the relaxation of the surface pressure acting on the teeth based on the elasticity of the synthetic resin material and the balance of the strength of the synthetic resin material. And it discovered newly that tooth root intensity | strength could be improved by increasing the viscosity of the synthetic resin material, and came to make this invention. That is, in the present invention, the relative viscosity of the worm wheel made of synthetic resin is set to a value of 100 or greater, which is larger than the conventional one, thereby increasing the tooth root strength of the worm wheel, thereby improving the fatigue strength and the backlash increasing characteristics. In the present invention, moldability can be secured by setting the relative viscosity of the synthetic resin worm wheel to 300 or less.
[0011]
The synthetic resin material is preferably a nylon synthetic resin material.
In high-viscosity nylon, the initial strength of the material itself, such as tensile strength and bending strength, does not change from that of a synthetic resin material with normal viscosity, but in high-viscosity nylon driven gears, the tooth root strength increases and the viscosity increases. However, the performance related to water absorption and thermal degradation does not decrease. In addition, the nylon synthetic resin material is excellent in moldability even when the relative viscosity is high, and can extend the life.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 transmits the steering torque generated by the operation of the steering wheel 2 to the pinion 4 by the steering shaft 3, thereby moving the rack 5 meshed with the pinion 4. As shown in FIG. The movement of the rack 5 is transmitted to the wheel 6 via a tie rod, a knuckle arm or the like (not shown), so that the rudder angle changes.
[0013]
In order to apply a steering assist force according to the steering torque transmitted by the steering shaft 3, a torque sensor 7 for detecting the steering torque and a motor (electric actuator) 8 driven according to the detected steering torque. And a metal worm (drive gear) 9 provided on the outer periphery of the drive shaft 50 driven by the motor 8 and a worm wheel (driven gear) 10 that meshes with the worm 9 and is attached to the steering shaft 3. ing. The worm 9 and the worm wheel 10 constitute a reduction gear mechanism. A steering assist force can be applied by transmitting the rotation of the motor 8 from the steering shaft 3 to the wheels 6 through the reduction gear mechanism. As shown in FIG. 2, the drive shaft 50 driven by the motor 8 attached to the housing 21 is supported by the housing 21 via bearings 62 and 63.
[0014]
The steering shaft 3 includes a first shaft 3a connected to the steering wheel 2, a cylindrical second shaft 3b connected to the first shaft 3a by a pin 22, and a bush 25 on the outer periphery of the second shaft 3b. And a cylindrical third shaft 3c fitted so as to be rotatable relative to each other. A torsion bar 23 is inserted as an elastic member along the center of each shaft 3a, 3b, 3c. One end of the torsion bar 23 is connected to the first shaft 3 a and the second shaft 3 b by the pin 22, and the other end is connected to the third shaft 3 c by a pin 24. Thus, the second shaft 3b and the third shaft 3c are elastically rotatable relative to the steering torque.
[0015]
The second shaft 3 b is supported via a bush 31 by a steering column 30 press-fitted into the housing 21. The third shaft 3 c is supported by the housing 21 via bearings 26 and 27. The worm wheel 10 is integrated with the outer periphery of the metal sleeve 11 fitted to the outer periphery of the third shaft 3c.
[0016]
The torque sensor 7 includes a first detection ring 36 made of magnetic material fixed to the second shaft 3b, a second detection ring 37 made of magnetic material fixed to the third shaft 3c, and both detection rings 36, 37. And a detection coil 33 that covers the gap between the two. The opposing area of the plurality of teeth 36a provided on the end surface of the first detection ring 36 along the circumferential direction and the plurality of teeth 37a provided on the end surface of the second detection ring 37 along the circumferential direction is the second shaft 3b. Since the magnetic resistance to the magnetic flux generated by the detection coil 33 changes in response to the elastic relative rotation corresponding to the steering torque of the third shaft 3c, the output of the detection coil 33 Based on this, the steering torque can be detected. This torque sensor 7 can be of a known configuration. The motor 8 is driven according to a signal corresponding to the detected steering torque, and the rotation of the motor 8 is transmitted to the steering shaft 3 via the worm 9 and the worm wheel 10.
[0017]
The worm wheel 10 is molded through an injection molding process by a nanocomposite which is a composite material formed by dispersing nanometer order apatite particles in a base material made of a synthetic resin material. The synthetic resin material is nylon 66. The apatite particles are dispersed in the nylon 66 by being added to the raw material before polymerization of the nylon 66. The addition ratio of the apatite particles in the worm wheel 10 is preferably 1% by weight or more, sufficiently suppressing thermal deformation, and is 5% by weight or less in order to ensure the moldability of the worm wheel 10. Is preferred. The linear expansion coefficient of the worm wheel 10 is preferably 4 × 10 ⁻⁵ to 8 × 10 ⁻⁵ cm / (cm · ° C.). The relative viscosity (VR) of the worm wheel is 100 or more and 300 or less as measured by the formic acid method.
[0018]
When the relative viscosity of the worm wheel 10 is increased, the viscosity of the nanocomposite pellet as a raw material is also increased. Then, since the viscosity of the solution in which the pellets are melted is increased, the moldability when the worm wheel 10 is molded by injecting the solution into the cavity of the mold is lowered. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the gate 90a of the mold 90 of the worm wheel 10 is a film gate. Thereby, even if the relative viscosity is large, the material can be uniformly filled in the cavity 90b. In order to uniformly fill the cavity 90b with the material, the thickness t of the gate 90a is preferably 2.5 mm or more, and the length L of the runner 90c is preferably as short as possible, but it is necessary to ensure mold rigidity. In order to reduce the flow resistance of the material, the inlet diameter D1 of the runner 90c is preferably 4 mm or more, and the resistance is reduced by a step with the diameter of the material injection nozzle (usually 3 mm). Therefore, the outlet diameter D2 of the runner 90c is preferably 13 mm or more so as to reduce the flow resistance of the material, and the maximum diameter may be equal to the diameter of the gate 90a. In the present embodiment, the worm wheel 10 is integrated with the sleeve 11 by performing injection molding with the sleeve 11 inserted into the mold 90, and the material filled in the gate 90a and the runner 90c after the molding is removed. The finishing of the teeth of the worm wheel 10 is performed by machining.
[0019]
According to the said structure, weight reduction and noise reduction can be achieved by shape | molding the worm wheel 10 from the nanocomposite which makes a synthetic resin material a base material. In addition, since nanocomposites have improved dimensional stability due to nanometer-scale apatite particles, cracks are generated from the boundary with synthetic resin materials compared to the case where dimensional stability is improved by conventional reinforcing fibers. In addition, a decrease in fatigue strength can be prevented. Since the dispersed particles in the nanocomposite are apatite particles, even when nylon 66 having excellent heat resistance is used as a base material, it can be uniformly dispersed in the base material. Thereby, the dimensional stability, heat resistance, and strength of the worm wheel 10 can be improved. By setting the relative viscosity of the worm wheel to 100 or more, the tooth root strength, fatigue strength, and backlash increasing characteristics of the worm wheel can be improved, and by making the relative viscosity 300 or less, moldability can be secured. In addition, a worm wheel formed from a nanocomposite based on high-viscosity nylon has high tooth root strength, and even if the viscosity increases, performance related to water absorption and thermal deterioration does not decrease.
[0020]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, reduction gear mechanism may be constituted by a worm and a worm wheel non-gear type.
[0021]
【Example】
The durability test, strength test and heat resistance test of the nanocomposite worm wheel were performed, and the dimensional stability was evaluated.
In the durability test and strength test, a nylon 66 was used as a base material and injection molding was performed from a nanocomposite containing 3% by weight of apatite (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) having a particle size of ₁₀ nm to 200 nm, and the relative viscosity was measured. Example a was a worm wheel with a 60, and Example b was a worm wheel with a relative viscosity of 180.
In the heat resistance test, nylon 66 was used as a base material, and injection molding was performed from a nanocomposite containing 3% by weight of apatite having a particle size of 10 nm to 200 nm. Comparative Example d was prepared by injection molding from a nanocomposite containing 3% by weight of silicate having a particle size of 10 nm to 200 nm and having a relative viscosity of 60.
In the durability test, the steering wheel was reciprocated at a constant rotation angle with a constant load applied from the wheel side, and the reciprocating rotation cycle when the teeth of the worm wheel were damaged was measured. As a result, it was 15000 cycles in Example a and 90000 cycles in Example b.
In the strength test, torque was applied to the worm while the worm wheel was locked, and the torque applied to the worm when the teeth of the worm wheel were damaged was measured as the maximum transmission torque of the worm wheel. As a result, it was 11 N · m in Example a and 30 N · m in Example b.
In the heat resistance test, the decrease in strength of the test piece that was left in the test temperature atmosphere for a predetermined time was evaluated, and the maximum temperature that could maintain the necessary strength and use time that could be used as a product was determined. As a result, in Example c, the usable temperature was 120 ° C., and in Comparative Example d, the usable temperature was 100 ° C.
The molding shrinkage of a worm wheel injection molded from a nanocomposite containing 3% by weight of apatite (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) having a particle size of ₁₀ nm to 200 nm with nylon 66 as a base material is about 1. 5%, atmospheric equilibrium water absorption was about 2.0%, while worm wheel without apatite had a molding shrinkage of about 1.9%, and atmospheric equilibrium water absorption was about 2.5%. Met.
From the above examples, according to the present invention, it can be confirmed that the strength of the worm wheel, the life extension, the heat resistance improvement, and the dimensional stability improvement can be achieved.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the worm wheel that transmits the rotation of the electric actuator for generating the steering assist force is molded from a nanocomposite in which fine apatite particles are dispersed in a synthetic resin material, so that the dimensional stability of the worm wheel, It is possible to provide an electric power steering device capable of improving heat resistance and strength and extending the life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. Explanation of symbols]
6 Wheel 8 Motor 9 Worm (drive gear)
10 Worm wheel (driven gear)

Claims

操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、駆動ギヤと、この駆動ギヤに噛み合う従動ギヤとを有する減速ギヤ機構を介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、
その従動ギヤは、合成樹脂材製の母材中にアパタイト粒子が分散されているナノコンポジットにより成形され、
前記合成樹脂材はナイロン６６であり、
前記アパタイト粒子は前記ナイロン６６の重合前原料に添加され、
前記アパタイト粒子の粒径は１０ｎｍ〜２００ｎｍとされ、
その従動ギヤの相対粘度は１００以上、３００以下とされていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。In the electric power steering device that transmits the rotation of the electric actuator for generating the steering assist force to the wheels via a reduction gear mechanism having a drive gear and a driven gear meshing with the drive gear,
The driven gear is formed by a nanocomposite in which apatite particles are dispersed in a base material made of a synthetic resin material ,
The synthetic resin material is nylon 66,
The apatite particles are added to the pre-polymerization raw material of the nylon 66,
The apatite particles have a particle size of 10 nm to 200 nm,
The electric power steering apparatus characterized in that the relative viscosity of the driven gear is 100 or more and 300 or less .