(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック棒を案内するとともにラックとピニオンとの間に予圧を付与するサポートヨークを備えたラックピニオン式ステアリング装置において、
前記ラックと摺接する前記サポートヨークの摺接部は、直鎖型ポリフェニレンスルフィド及び、直鎖型ポリフェニレンスルフィドとポリアミドイミドとのアロイのいずれか一方、並びに強化材及び充填剤の少なくとも一方を含んでなり、前記直鎖型ポリフェニレンスルフィドは、数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌであり、前記強化材は１０〜３０重量％炭素繊維であり、前記充填剤は１０〜３５重量％ＰＴＦＥであることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックピニオン式ステアリング装置におけるサポートヨークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マニュアルステアリングにおけるサポートヨークの摺接部として樹脂製シートが使用されており、その材料としては、炭素繊維強化含油ポリアセタール（ＰＯＭ）が使用できる。サポートヨークは、この樹脂製シートを介してラック棒に押し付けられ、ラック棒を案内するとともに、ラックとピニオンとの間に予圧を付与する。この樹脂製シートは、耐久試験での使用も含めて、高面圧（計算上サポートヨーク軸に加わる最大面圧１３．２ＭＰａ）、高温（通常１３５℃、最大１５０℃）で使用される。また、ラック棒の最大速度は低速（０．１１５ｍ／秒）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、炭素繊維強化含油ポリアセタールの連続使用温度は９０℃であるので、連続的に使用する耐久試験においては、樹脂製シートが溶融する場合がある。また、実際の使用において溶融には至らなくても高面圧下であるため変形を生じる場合があり、このような場合には、摩耗が加速されて、異常摩耗の状態となる。このような状態では、車輪からラック棒に伝わる振動や衝撃荷重により、サポートヨークとラック棒との間でいわゆる歯打ち音が発生して、運転手に不快感を与える。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、サポートヨークの摺接部の耐熱性、耐摩耗性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ラック棒を案内するとともにラックとピニオンとの間に予圧を付与するサポートヨークを備えたラックピニオン式ステアリング装置において、前記ラックと摺接する前記サポートヨークの摺接部は、直鎖型ポリフェニレンスルフィド及び、直鎖型ポリフェニレンスルフィドとポリアミドイミドとのアロイのいずれか一方、並びに強化材及び充填剤の少なくとも一方を含んでなり、前記直鎖型ポリフェニレンスルフィドは、数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌであり、前記強化材は１０〜３０重量％炭素繊維であり、前記充填剤は１０〜３５重量％ＰＴＦＥであることを特徴とするものである（請求項１）。
上記のようなラックピニオン式ステアリング装置の摺接部においては、直鎖型ポリフェニレンスルフィド又はこれとポリアミドイミドとのアロイが有する耐熱性及び耐摩耗性により、ラック棒との摩擦に対する耐熱性及び耐摩耗性が向上する。
【０００６】
そして、強化材又は充填剤の耐摩耗性により、摺接部の耐摩耗性がさらに向上する。さらに、上記ラックピニオン式ステアリング装置において、直鎖型ポリフェニレンスルフィドは、数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌであるので、直鎖型ポリフェニレンスルフィドの靱性及び耐摩耗性がさらに向上するとともに、その成形性を良好に確保することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図２は、ラックピニオン式ステアリング装置の断面図である。図において、ハウジング１内に軸受２，３及びオイルシール４を介して、ピニオン軸５が回転自在に支持されている。ピニオン軸５に形成されたピニオン６には、紙面に垂直な方向に伸びるラック棒７の側面に形成されたラック８が、かみあっている。ハウジング１と一体に形成され、図の左方に突出した円筒部９の端部には、キャップ１０がねじ込まれ、ロックナット１１により固定されている。
【０００８】
上記キャップ１０とラック棒７との間には、サポートヨーク１２が設けられている。サポートヨーク１２は、図の左右方向に若干の範囲で移動可能となるように、円筒部９に保持されており、かつ、圧縮コイルばね１３によって右方向に付勢されている。サポートヨーク１２に形成された凹部１２ａ，１２ｂ及び孔１２ｃには、サポートヨーク１２の「摺接部」としてのサポートヨークシート１４が取り付けられている。従って、サポートヨーク１２は、サポートヨークシート１４を介して、ラック棒７に押し付けられる。このようにして、ラック棒７はサポートヨーク１２により案内され、ラック８とピニオン６との間には所定の予圧が付与される。
【０００９】
図１の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、上記サポートヨークシート１４の背面図及び側面図である。サポートヨークシート１４は、合成樹脂の一体成型品であり、ラック棒７と摺接するシート部１４ａと、シート部１４ａを支える基部１４ｂと、基部１４ｂの背面側に突設されたスリット付き円筒状のボス１４ｃと、ラック７が左右に摺動した際にサポートヨークシート１４がサポートヨーク１２に対してずれるのを防止するためのリブ１４ｄとを有している。シート部１４ａ及びリブ１４ｄは、上記凹部１２ａに装着され、基部１４ｂは、上記凹部１２ｂに装着される。また、ボス１４ｃは、上記孔１２ｃに圧入される。
なお、本実施形態において上記ラック棒７及びサポートヨークシート１４は、ラック棒７のツイスト（回転）を制限するためにＹ型としているが、本発明は、これらの丸型のものにも適用できる。
【００１０】
上記サポートヨークシート１４は、ラック棒７と摺接するため、耐摩耗性、耐熱性、高温における寸法安定性、耐グリース性を有した材料が適する。具体的には、以下の基材、強化材及び充填剤を用いることができる。
まず、基材としては、直鎖型ポリフェニレンスルフィド（以下、直鎖型ＰＰＳという。）又は、直鎖型ＰＰＳとポリアミドイミドのアロイを用いることができる。ベースレジンとしての前記直鎖型ＰＰＳは、数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌ、重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌのものが好適である。これにより、直鎖型ＰＰＳの硬くて脆いという欠点を解消することができる。このため、例えばラック棒７がうねりながら摺動することに起因して、サポートヨークシート１４に応力集中が発生した場合でも、その良好な靱性により割れが生じるのを回避することができる。また、前記各分子量が多ければ多いほど耐摩耗性が向上する反面、成形時の流動性が低下して成形が困難となるが、数平均分子量及び重量平均分子量として前記の値を選択すれば、耐摩耗性と成形性の双方を良好に確保することができる。
【００１１】
また、強化材としては炭素繊維を用いることができる。この炭素繊維の充填割合は１０〜３０重量％であるのが好ましい。この充填割合が１０重量％未満であるとクリープ特性及び寸法安定性が低下し、３０重量％を超えると相手材に対する攻撃性が増加する。
さらに、充填剤としてはＰＴＦＥを用いることができる。このＰＴＦＥの充填割合は１０〜３５重量％であるのが好ましい。この充填割合が１０重量％未満であると耐摩耗性が低下し、３５重量％を超えるとクリープ特性が低下する。また、他の充填材としては、炭素系粉末３〜１０重量％、又は潤滑剤（オレフィン系などのポリマー成分に鉱油、エステル油・シリコン油などの油分を含浸させたもの）５〜２５重量％を用いることができる。
【００１２】
上記基材、強化材及び充填剤の組み合わせは、下記５つのパターンのうちいずれかとする。
パターン１：直鎖型ＰＰＳ＋炭素系粉末３〜１０％＋ＰＴＦＥ１０〜３５％
パターン２：直鎖型ＰＰＳ＋炭素繊維１０〜３０％＋潤滑剤５〜２５％
パターン３：直鎖型ＰＰＳ＋炭素繊維１０〜３０％＋ＰＴＦＥ１０〜３５％
パターン４：直鎖型ＰＰＳ＋ポリアミドイミド５０％
パターン５：直鎖型ＰＰＳ＋ポリアミドイミド２０〜４５％＋炭素繊維１０〜３０％
【００１３】
以上の５パターンのいずれかの組成によるサポートヨークシート１４の耐熱性を調べたところ、連続使用温度が１８０℃（従来は９０℃）に上昇した。この結果、耐久試験において溶融の発生はなくなった。また、摩擦摩耗特性が向上し、摩耗による歯打ち音は発生しなくなった。
上記パターン１，３，４及び５の組成からなるそれぞれのテストピースＰＰＳ１，ＰＰＳ３，ＰＰＳ４及びＰＰＳ５と、従来品との摩擦摩耗試験の結果を以下の表１の上段に示す。但し、試験条件は、面圧１３５ｋｇｆ／ｃｍ２、周速０.１１５ｍ／秒、試験時間２時間、相手材（ラック棒７の代わり）Ｓ４５Ｃ（焼き入れ、バフ研磨処理品）とする。なお、各テストピースに用いた直鎖型ＰＰＳは、数平均分子量が７５００ｇ／ｍｏｌ、重量平均分子量が３２０００ｇ／ｍｏｌである。
【００１４】
【表１】
0003673913.tif 000002
【００１５】
上記表１において、摩耗量の比較により明らかなように、従来品に比べてテストピースＰＰＳ１，ＰＰＳ３，ＰＰＳ４及びＰＰＳ５の摩耗量が減少した。特に、テストピースＰＰＳ３，ＰＰＳ４及びＰＰＳ５の摩耗量は非常に少ないことがわかる。
また、表１の下段は、ポリアミド樹脂を主成分とした５種類の比較例についての、摩耗量を示している。表に示す数値より明らかなように、比較例１〜５の摩耗量は、ＰＰＳを含む本発明の実施形態より大きく劣っていることがわかる。
【００１６】
数平均分子量７５００ｇ／ｍｏｌ（重量平均分子量３２０００ｇ／ｍｏｌ）、９０００ｇ／ｍｏｌ（重量平均分子量３８０００ｇ／ｍｏｌ）、及び１１０００ｇ／ｍｏｌ（重量平均分子量５１０００ｇ／ｍｏｌ）の直鎖型ＰＰＳをそれぞれ用いて上記パターン３のテストピースを作製し、これらについてグリースを用いて前記と同じ条件で摩擦摩耗試験を行うとともに、静摩擦係数及び動摩擦係数を測定した。その結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】
0003673913.tif 000003
【００１８】
表２より、分子量が増加するほど静摩擦係数及び動摩擦係数が低減することが分かる。また、摩耗量については、数平均分子量が９０００ｇ／ｍｏｌのものが最も少ないことが分かる。さらに、数平均分子量が１１０００ｇ／ｍｏｌのものは、成形性に劣ることが確認された。
【００１９】
なお、上記実施形態において、サポートヨークシート１４は、サポートヨーク１２とは別体であり、組立時に取り付けられるものであるが、サポートヨークシート１４の材質で、サポートヨーク１２を含む全体を成形してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のラックピニオン式ステアリング装置によれば、直鎖型ポリフェニレンスルフィド又はこれとポリアミドイミドとのアロイが有する耐熱性及び耐摩耗性により、ラック棒との摩擦に対する耐熱性及び耐摩耗性が向上するので、サポートヨークの摺接部の耐熱性及び耐摩耗性が向上する。
【００２１】
そして、強化材又は充填剤の耐摩耗性により、摺接部の耐摩耗性がさらに向上する。さらに、直鎖型ポリフェニレンスルフィドの数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌであるので、直鎖型ポリフェニレンスルフィドの靱性及び耐摩耗性がさらに向上するとともに、その成形性を良好に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるラックピニオン式ステアリング装置におけるサポートヨークシートの背面図及び側面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるラックピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
６    ピニオン
７    ラック棒
８    ラック
１２    サポートヨーク
１４    サポートヨークシート（摺接部）
【図１】
0003673913.tif 000004
【図２】
0003673913.tif 000005