(57)【要約】【課題】減速機構を構成する樹脂歯車を生分解性のプラスチックで構成し、環境にやさしい電動パワーステアリング装置用の樹脂歯車を提供する。【解決手段】駆動歯車であるウォーム３２は金属製とし、ウォームホイール３１は、芯金４２の外周面に生分解性樹脂の樹脂部４３を一体形成し、その外周にギア歯４４を形成して構成される。樹脂部４３は使用環境を考慮して耐熱性のある融点２００℃以上の樹脂が適当で、ポリビニルアルコール、オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレートサクシネートの他、ポリ乳酸とポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステルとのブロック共重合体などが好適である。これ等の樹脂は、土壌中の微生物により二酸化炭素と水に分解され、不燃物ゴミの削減や燃焼時の二酸化炭素削減等に寄与することができる。【選択図】        図３
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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樹脂歯車において、
前記樹脂歯車は、金属製芯金の外周に生分解性樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなる樹脂部を一体に設け、その樹脂部の外周面にギア歯を形成して構成された樹脂歯車であること
を特徴とする電動パワーステアリング装置用樹脂歯車。
【請求項２】
前記生分解性樹脂が、ポリエチレンテレフタレートサクシネート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樹脂歯車。
【請求項３】
前記生分解性樹脂が、ポリビニルアルコール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樹脂歯車。
【請求項４】
前記樹脂歯車が、円筒ウォーム歯車、はすば歯車、平歯車、かさ歯車またはハイポイドギアのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用樹脂歯車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、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樹脂歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の電動パワーステアリング装置では、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ヤフトとの間に歯車減速機構が組み込まれている。歯車減速機構としては、平歯車その他の歯車を使用した歯車減速機構も知られているが、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、図１０に示すような、図示しない電動モータの回転軸に結合されるウォーム１０１と、ウォーム１０１に噛合するウォームホイール１０２とから構成される周知のウォーム歯車減速機構１００が使用されるのが一般的である。
【０００３】
このようなウォーム歯車減速機構１００では、ウォーム１０１とウォームホイール１０２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都合があるので、この対策として、従来は、ウォームを金属製とした場合は、ウォームホイールとして、金属製のハブ、即ち芯金の外周部に合成樹脂材からなるブランク円板（樹脂部）を一体に形成し、ブランク円板の円周部に切削その他の手段で歯を形成して樹脂製の歯部が一体形成された合成樹脂製の歯部を備えた樹脂歯車であるウォームホイールを使用し、歯打ち音や振動音等の不快音の発生を抑えていた。
【０００４】
上記樹脂材料としては、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繊維補強材を配合した材料のほか、補強材を含有しない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等も使用されている。
【０００５】
寸法安定性やコストを考慮した場合は、繊維補強材を含有しないＭＣナイロンが使用されるほか、繊維補強材として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等が使用される（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平６−６０６７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したポリアミド系材料は、耐熱性、耐疲労性に優れるものの、生分解性は殆どない。このため、電動パワーステアリング装置に使用される樹脂歯車については、自動車の内装部品等で進んでいる不燃物ゴミの削減や燃焼時の二酸化炭素（ＣＯ２  ）削減を目的とした、生分解性プラスチック化に対応していなかった。
【０００８】
この発明は、上記課題を解決することを目的とするもので、電動パワーステアリング装置用の樹脂歯車に使用される樹脂部を、生分解性樹脂で構成することで解決するものであり、これにより上記した樹脂歯車は土壌中に放置されれば微生物により二酸化炭素と水に分解され、環境にやさしい電動パワーステアリング装置用の樹脂歯車を提供することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、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樹脂歯車において、前記樹脂歯車は、金属製芯金の外周に生分解性樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなる樹脂部を一体に設け、その樹脂部の外周面にギア歯を形成して構成された樹脂歯車であることを特徴とする電動パワーステアリング装置用樹脂歯車である。
【００１０】
そして、前記生分解性樹脂は、ポリエチレンテレフタレートサクシネートとすることができる。
【００１１】
また、前記生分解性樹脂は、ポリビニルアルコールとすることができる。
【００１２】
さらに、前記樹脂歯車は、円筒ウォーム歯車、はすば歯車、平歯車、かさ歯車またはハイポイドギアのいずれかである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置１０の構成の一例を説明する正面図で、コラム式の電動パワーステアリング装置である。図１において、１１は舵輪軸、１２は舵輪軸ハウジング、１３は電動モータ、２０はラック・ピニオン式運動変換機構を示す。
【００１５】
舵輪軸１１は、図１では図示されていないが、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとから構成され、舵輪軸１１は舵輪軸ハウジング１２の内部に軸心回りに回転自在に支承されており、舵輪軸ハウジング１２は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。また、上部舵輪軸１１ａの上端には、図示されていない舵輪が固定されている。
【００１６】
さらに、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとは、図示されていないトーションバーにより結合されており、舵輪から上部舵輪軸１１ａを経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される操舵トルクが、トーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１３の出力が制御される。
【００１７】
ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を備えたピニオンを含むピニオン軸２２、及びラック軸２１とピニオン軸２２を支承する筒状のラック軸ケース２３とから構成される。
【００１８】
ピニオン軸２２と下部舵輪軸１１ｂの下部とは、２個の自在継手２５及び２６で連結されている。また、下部舵輪軸１１ｂの中間部分には後述するウォーム歯車減速機構３０が配置され、電動モータ１３から下部舵輪軸１１ｂに対して操舵補助力が供給されるように構成されている。
【００１９】
図２は、上記した電動パワーステアリング装置１０のウォーム歯車減速機構３０の構成を示す部分断面図で、３１はウォームホイール、３２はウォームホイール３１に噛合するウォーム、３３はギアケースである。ウォーム３２はその両端にウォーム軸３２ａ、３２ｂが一体に形成されており、ウォーム軸３２ａ、３２ｂはそれぞれギアケース３３に装着された玉軸受３４ａ、３４ｂにより回転自在に支承されている。また、ウォーム軸３２ｂは、電動モータ１３の駆動軸１３ａにスプライン、或いはセレーション結合している。
【００２０】
ウォームホイール３１のハブ、即ち芯金４２は下部舵輪軸１１ｂに結合し、電動モータ１３の回転はウォーム３２、ウォームホイール３１を経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される。
【００２１】
図３は、この発明の実施の形態のウォーム歯車減速機構３０のウォームホイール３１の構成を示す斜視図で、樹脂歯車であるウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金４２の外周面に、ローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部４３を設けたもので、樹脂部４３の外周面にギア歯４４を形成して構成されている。一方、ウォーム３２は従来のウォームと同じく金属製のものとする。
【００２２】
ウォームホイール３１の樹脂部４３は、生分解性樹脂であれば特に制限はないが、使用環境を考慮すると、ある程度の耐熱性を有することが必要であり、融点が２００℃以上の樹脂が適当である。具体的には、以下に記載するポリビニルアルコール（化学式１、部分けん化型）、ポリビニルアルコールの熱安定性を改良したオキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール（構造例：化学式２、部分けん化型）、ポリエチレンテレフタレートサクシネートの他、ポリ乳酸とポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステルとのブロック共重合体などが好適である。
【００２３】
（化学式１）
［ＣＨ２  ＣＨ（ＯＨ）］ｎ−［ＣＨ２  ＣＨ（ＯＣＯＣＨ３  ）］ｍ
（化学式２）
［ＣＨ２  ＣＨ（ＯＨ）］ｘ−［ＣＨ２  ＣＨ（ＯＣＯＣＨ３  ）］ｙ−
−［ＣＨ２  −ＣＨ｛ＣＨ２  （Ｃ２  Ｈ４  Ｏ）ｎ  Ｈ｝］ｚ
これらのベース樹脂には、より過酷な使用条件での使用時のギア歯の摩耗や破損を想定して、信頼性を高めるために補強材を配合することが好ましい。
【００２４】
補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維などでもよいが、好ましくは、樹脂成分が分解時に土壌等の環境に及ぼす影響が少ない軽質炭酸カルシウム（結晶形：カルサイト、アルゴナイト）、天然含水ケイ酸アルミニウム（カオリン、クレー）、タルク、ベントナイト、繊維状水酸化マグネシウム、ウォラストナイト、セピオライト、カーボンブラック、マイカ、二酸化ケイ素、珪藻土等がよい。
【００２５】
補強材の含有量は、樹脂組成物全体の１０重量％以上５０重量％未満とすることが好ましい。補強材の配合比率が１０重量％未満であると、機械的強度の改善が少なく、樹脂歯車としての実用性が低い。
【００２６】
また、補強材の配合比率が５０重量％を越えるときは、溶融成形時の樹脂組成物の流動性を十分に確保することが困難になり、射出成形等で成形する場合に生産性に影響を及ぼし、好ましくない。
【００２７】
なお、補強材の他に、樹脂の熱劣化等を防止する添加剤を別途添加してもよい。添加剤としては、ベース樹脂の生分解性に影響を及ぼすことなく、環境汚染とならないものがよく、フェノール系酸化防止剤が好ましい。
【００２８】
金属製のハブ、即ち芯金と樹脂部との密着性の向上と芯金境界部の滑り抜けを防止のため、芯金外周面には予めショットブラストやローレット加工を施しておくとよく、特にローレット加工が好ましい。ローレット加工を行う場合のＶ字状の溝の深さは、０．２〜０．８ｍｍ、特に０．３〜０．７ｍｍが適当である。
【００２９】
以上、この発明の実施の形態をウォームホイールに適用した例で説明したが、この発明はこれに限られるものではなく、他の形式の歯車にも適用できることは言うまでもない。例えば、図４に示す平歯車、図５に示すはすば歯車、図６に示すかさ歯車、図７に示すハイポイドギア等へ適用することができる。
【００３０】
次に、ウォームホイール試験体による生分解性の評価、及び耐久性の評価について説明する。
【００３１】
（１）ウォームホイール試験体
実施例１．
芯金：スチール鋼（Ｓ４５Ｃ）の素材で直径６５ｍｍ、幅１６ｍｍに加工、表面に深さ０．５ｍｍのローレット加工を施した。
樹脂部：ポリエチレンテレフタレートサクシネート（ＧＦ４０重量％含有、デュポン社製バイオマックスＷＵＨ、融点２００℃）。
外径部に切削代を残したはすば形状を有し、内径６４ｍｍ、外径８３ｍｍ、幅１５．５ｍｍの大きさの樹脂部を、芯金部をコアにしてインサート成形（射出成形）。その後、歯部を切削加工してウォームホイールに仕上げた。
【００３２】
実施例２．
芯金：実施例１と同じ。
樹脂部：オキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール（ＧＦ３０重量％含有、日本合成化学工業（株）社製エコマティＡＸ、フェノール系酸化防止剤含有、融点２００℃）。樹脂部の加工は実施例１と同じ。
【００３３】
比較例１．
芯金：実施例１と同じ。
樹脂部：ポリアミド６６（ＧＦ３０重量％含有、宇部興産（株）社製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６、Ｃｕ系添加剤含有）。樹脂部の加工は実施例１と同じ。
【００３４】
比較例２．
芯金：実施例１と同じ。
樹脂部：ポリ乳酸（ＧＦ３０重量％含有、（株）島津製作所製ラクティ、融点１４９．５℃）。樹脂部の加工は実施例１と同じ。
【００３５】
（２）生分解性の評価
上記した各ウォームホイール試験体を恒温恒湿槽内で温度６０℃、含水率３０重量％に調整した腐葉土中に埋設し、６箇月後に上記試験体の外観変化と重量変化を調査して評価した。
【００３６】
図８のＡ欄にウォームホイール試験体の生分解性の評価結果を示す。６箇月の放置で、樹脂部が原形を留めていなかったものを「Ｏ」、原形を留めていたものを「Ｘ」で示した。
【００３７】
（３）耐久性の評価
上記した各ウォームホイール試験体を実際の自動車の減速機構に組み込み、雰囲気温度を８０℃に設定して、操舵操作を繰り返し行って耐久性を評価した。
【００３８】
図８のＢ欄にウォームホイール試験体の耐久性の評価結果を示す。１０万回の操舵に耐えることができた試験体を「Ｏ」、１０万回の操舵に耐えられなかった試験体を「Ｘ」で示した。
【００３９】
上記評価結果から明らかなように、実施例１及び実施例２は、生分解性及び耐久性が共に優れているが、比較例１は耐久性には優れているが生分解性に劣り、比較例２は生分解性には優れているが耐久性に劣ることが分かる。
【００４０】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明の係る樹脂歯車は、電動パワーステアリング装置の減速機構に使用される歯車に限られるものではなく、広く一般の機械装置に使用される歯車にも適用できることは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、自動車等に使用される電動パワーステアリング装置の減速機構に使用される樹脂歯車の樹脂部を、生分解性樹脂とすることで解決したもので、樹脂歯車の樹脂部は土壌中に放置されれば微生物により二酸化炭素と水に分解されるから、環境にやさしい電動パワーステアリング装置用の樹脂歯車を提供することができる。
【００４２】
また、これにより、自動車の内装部品等で進んでいる不燃物ゴミの削減や燃焼時の二酸化炭素（ＣＯ２  ）削減等を、電動パワーステアリング装置等に使用される樹脂歯車の分野にまで拡張することができ、環境に配慮した自動車の製造に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の一例を説明する正面図。
【図２】図１に示す電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構の構成を示す部分断面図。
【図３】ウォーム歯車減速機構のウォームホイールの構成を示す斜視図。
【図４】平歯車の構成を示す斜視図。
【図５】はすば歯車の構成を示す斜視図。
【図６】かさ歯車の構成を示す斜視図。
【図７】ハイポイドギアの構成を示す斜視図。
【図８】ウォームホイール試験体の生分解性及び耐久性の評価結果を示す図。
【符号の説明】
１０  電動パワーステアリング装置
１１  舵輪軸
１１ａ  上部舵輪軸
１１ｂ  下部舵輪軸
１２  舵輪軸ハウジング
１３  電動モータ
１３ａ  駆動軸
２０  ラック・ピニオン式運動変換機構
２１  ラック軸
２２  ピニオン軸
２３  ラック軸ケース
２５、２６  自在継手
３０  ウォーム歯車減速機構
３１  ウォームホイール
３２  ウォーム
３２ａ、３２ｂ  ウォーム軸
３３  ギアケース
３４ａ、３４ｂ  玉軸受
４２  ハブ（芯金）
４３  樹脂部
４４  ギア歯
【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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【図８】
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