(57)【要約】【課題】特にウォームホイールの樹脂部の耐熱性や耐摩耗性、寸法安定性を改善し、耐久性に優れる電動パワーステアリング用減速ギアを提供する。【解決手段】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、ポリアミド樹脂とポリプロピレン樹脂との混合物をベース樹脂とする樹脂組成物からなり、その外周面にギヤ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。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ポリアミド樹脂とポリプロピレン樹脂との混合物をベース樹脂とする樹脂組成物からなり、その外周面にギヤ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。
【請求項２】
前記ベース樹脂が、ポリプロピレン樹脂を５〜２０重量％の割合で含有す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。
【請求項３】
前記樹脂組成物が、強化繊維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。
【発明の詳細な説明】
【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。この樹脂部３は、従来、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等のポリアミド樹脂、あるいはこれらにガラス繊維等の強化繊維を配合した樹脂組成物の成形体が主流となっている。
【０００４】
ところで、パワーステリング装置では、動力の円滑な伝達のために、ウォームホイール１１及びウォーム１２の両ギア歯は高精度に切削加工されており、更に搭載後もその形状を維持しなければならないが、近年では車両の大型化に伴ってモータからの必要出力も大きくなってきており、ウォームホイールの樹脂部３にかかる力も大きくなってきている。そこで、例えば特開２０００−２４７２４５号公報では、ポリアミド樹脂に高密度ポリエチレン樹脂を配合して樹脂部の耐摩耗性を向上させている。
【０００５】
また、電動パワーステリング装置は当初、軽自動車に搭載され、搭載場所も車室内であったため、減速ギアは８０℃程度の耐熱性を有していれば十分であった。しかし、現在では排気量１０００ｃｃ以上の普通自動車にも多く搭載されており、車両スペースの問題から搭載場所もエンジンルーム内へと移ってきている。そのため、減速ギアには、車室内搭載時の８０℃から、１２０℃を超えるような高温にも十分に耐え得る耐熱性が要求されるようになってきている。しかし、上記に挙げたポリアミド樹脂からなる樹脂部、並びにポリアミド樹脂に高密度ポリエチレンを配合した樹脂部は、このような要求に十分に対応できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、特にウォームホイールの樹脂部の耐熱性や耐摩耗性、寸法安定性を改善し、耐久性に優れ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、ポリアミド樹脂とポリプロピレン樹脂との混合物をベース樹脂とする樹脂組成物からなり、その外周面にギヤ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３を形成するベース樹脂を、ポリアミド樹脂と、ポリプロピレン樹脂との混合樹脂とする。尚、ポリアミド樹脂としては、従来と同様に、ポリアミド６、ポリアミド６６及びポリアミド４６等から適宜選択される。また、ポリプロピレン樹脂としては、ポリアミド樹脂との相溶性が高まることから、マレイン酸変性を行ったポリプロピレン樹脂が好適である。
【００１１】
通常、金属製のウォーム１２と、ウォームホイール１１の樹脂部３のギア歯１０との間には、摺動性や樹脂の摩耗を防止する目的でグリースが塗布され、回転作動している。しかし、高温下に晒されると、グリースの粘度が低下して流動性を増すようになり、ウォーム１２とウォームホイール１１との間の潤滑が乏しくなる可能性が高まる。ウォーム１２とウォームホイール１１との間の潤滑が十分でなくなると、先ず、ウォームホイール１１の刃先材料である樹脂が摩耗してギア歯１０の強度が低下し、電動パワーステアリング装置の減速寿命を短くしてしまうおそれがある。しかし、ポリプロピレン樹脂は、その分子構造がパラフィン類似の構造を有しており、グリース中の潤滑油との親和性が高いため、このポリプロピレン樹脂を配合することにより潤滑油のギア歯表面への濡れ性が向上して摩耗が抑制され、寿命向上効果が図れる。
【００１２】
また、ポリプロピレン樹脂は高密度ポリエチレン樹脂等を比べて高い融点を有する。具体的には、高密度ポリエチレン樹脂の融点は約１３０℃であり、１２４℃付近で軟化し始めるのに対し、ポリプロピレン樹脂の融点は約１６０℃である。従って、１２０℃付近にもなるエンジンルーム内では、ウォーム１２との接触による自己発熱も考慮すると、高密度ポリエチレン樹脂を配合した樹脂部３では形状変化や強度低下に不安があるが、ポリプロピレン樹脂を配合した樹脂部３ではそのような不安もない。
【００１３】
更に、ポリプリピレン樹脂は高密度ポリエチレン樹脂と比べて曲げ疲労性に優れているため、ウォーム１２との繰り返し接触に対してギア歯１０の破損を大幅に抑制する
【００１４】
加えて、ポリプロピレン樹脂は、吸水率が小さいため、樹脂部３の吸水・吸湿による寸法変化も抑えることができ、ウォーム１２とウォームホール１１の間のギア歯の初期設定隙間をより長期にわたり維持することができるようになる。
【００１５】
ポリプロピレン樹脂が備えるこのような特性を十分に発現するために、ポリプロピレン樹脂は、ベース樹脂の５重量％以上を占めることが好ましい。但し、ポリプロピレン樹脂の配合割合が２０重量％を超えると、樹脂部３の機械的強度が低下するようになり、好ましくない。即ち、ベース樹脂は、ポリプロピレン樹脂５〜２０重量％、ポリアミド樹脂８０〜９５重量％とすることが好ましい。
【００１６】
これらベース樹脂は、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。
【００１７】
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、上記に挙げたベース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。
【００１８】
これらの補強材は、樹脂部全体の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。
【００１９】
更に、ベース樹脂には、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するために、ヨウ化物系熱安定化剤やアミン系酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加することが好ましい。
【００２０】
ウォームホイール１１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ベース樹脂もしくは補強材を配合した樹脂組成物を充填して樹脂部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を形成することにより、ウォームホイール１１が得られる（図５）。
【００２１】
【実施例】
以下に実施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。
【００２２】
［ウォームホイール試験材の作製］
無水マレイン酸グラフト変性ポリプロピレン樹脂と、ポリアミド６６樹脂とを表１に示す如く配合を変え、更に一定量のヨウ化銅熱安定剤を配合し、ヘンシェルミキサー（三井三池製作所（株）製）で予備した後、２軸押出し機（（株）池貝製「ＰＣＭ−３０」）を用いて混練し、樹脂ペレットを得た。得られた樹脂ペレットを用いて、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（住友重機械工業（株）製「ＳＧ７５Ｍ」）を用いて外径６０ｍｍ、幅１３ｍｍのウォームホイールブランク材を作製し、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。
【００２３】
そして、各ウォームホイール試験体について、下記に示す（１）耐久性試験を行い樹脂部ギア歯の摩耗を評価し、また（２）形状変化試験により樹脂部ギア歯の吸水による寸法変化を評価した。
【００２４】
（１）耐久性試験
各ウォームホイール試験体のギア歯に、定量の鉱油を基油とするグリースを塗布し、１２０℃下で一定のトルクをかけ、ウォームの正転・逆転を繰り返し、その繰り返し数とウォームホイール試験体のギア歯の摩耗の関係を調べた。即ち、ウォームを固定してウォームホイール試験体を正転・逆転させたときの隙間（＝バックラッシ）を角度として捉え、この角度の増大によってウォームホイール試験体のギア歯の摩耗量の増大、及びウォームとの噛合い隙間の増大を捉えた。表１に、ウォームホイール試験体の正転・逆転の繰り返しを５万回行ったときのバックラッシ増加量の測定結果を併記するとともに、図６にグラフ化して示す。尚、図６において、横軸はポリプロピレンの配合量（重量％）であり、縦軸はバックラッシの増加量（°）である。
【００２５】
図６から、ポリプロピレン樹脂の配合量が多くなるのに従ってバックラッシの増加量が低下し、特にポリプロピレン樹脂の配合量が５重量％以上の範囲でバックラッシの増加が抑えられていることがわかる。
【００２６】
（２）形状変化試験
各ウォームホイール試験体を、６０℃、相対湿度９５％の条件下に７０時間放置し、ギア外径寸法の変化量を測定した。結果を表１に併記するとともに、図７にグラフ化して示す。尚、図７において、横軸はポリプロピレンの配合量（重量％）であり、縦軸は外径寸法の変化量（μｍ）である。
【００２７】
図７から、ポリプロピレン樹脂の配合量が多くなるのに従って外径寸法変化量も減少し、特にポリプロピレン樹脂の配合量が５重量％以上の範囲で外径寸法変化量が少なく、２０重量％を超えると寸法変化量の減少が停止することがわかる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【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ポリアミド樹脂とポリプロピレン樹脂との混合物をベース樹脂とした樹脂組成物で形成したことにより、樹脂の耐摩耗性、寸法安定性及び耐熱性が改善され、耐久性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。
【図６】実施例で得られた、ポリプロピレン樹脂の配合量とバックラッシ増加量との関係を示すグラフである。
【図７】実施例で得られた、ポリプロピレン樹脂の配合量と外径寸法変化量との関係を示すグラフである。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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