(57)【要約】【課題】  ウォームホイールに求められる、寸法安定性、耐摩耗性、及び耐疲労性に優れ、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  操舵補助用の電動モータの回転力を減速して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において、金属製芯管と、外周面にギア歯が形成された樹脂部とを一体に設けてなるウォームホイールを備え、前記樹脂部は、ポリアミド樹脂と、少なくとも２個以上の反応性置換基を有する多官能モノマーとの鎖延長反応により生成されるようにした。【選択図】図２
2005053300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用の電動モータの回転力を減速して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において、
金属製芯管と、外周面にギア歯が形成された樹脂部とを一体に設けてなるウォームホイールを備え、前記樹脂部は、ポリアミド樹脂と、少なくとも２個以上の反応性置換基を有する多官能モノマーとの鎖延長反応により生成されるようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記ポリアミド樹脂は、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６のいずれかであり、前記多官能モノマーは、イソシアヌル酸誘導体である請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記多官能モノマーの配合量は、前記ポリアミド樹脂１００重量部あたり、０．０１乃至１重量部である請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や車両の操舵系に電動モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特にステアリングシャフトに操舵補助力を伝達する減速ギアに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に組みこ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こまれている。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、ウォームとウォームホイール減速機構を使用するのが一般的である。
【０００３】
このような減速機構として、従来の減速ギアの斜視図が、例えば図９に示される。減速ギア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等の不快音が発生するという不具合が生じていた。そこで、ウォームホイール１０２に、金属製の芯管１０３の外周に、樹脂製で外周面にギア歯１０４を形成してなる樹脂部１０５を一体化させたものを使用して、騒音対策を行っている。
【０００４】
上記樹脂部１０５には、例えば、特許文献１に示されるように、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）などのベース樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維などを含有しないモノマーキャストナイロン（ＭＣナイロン）、ポリアミド６、ポリアミド６６等が使用されている。中でも寸法安定性やコストを考慮して、強化材を含有しないＭＣナイロン、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等が主流となっている。
【０００５】
【特許文献１】特公平６−６０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来の樹脂部１０５を形成するポリアミド系樹脂は、水分の吸収性が高く、水分を吸収してギア歯１０４が膨張し、製造初期には存在していた隙間が無くなり、更に膨張してウォーム１０１を圧迫する可能性があった。その結果、ギアの抵抗が大きくなり、ハンドルが重くなり操舵感を低下させていた。
【０００７】
また、長時間の使用により、ギア歯１０４が摩耗すると、ウォーム１０１とウォームホイール１０２との噛合部におけるバックラッシュ（ガタ）が増大し、ウォーム１０１の円滑な作動が妨げられ、異音（打ち歯音）を発生したりするため、操舵感を悪化させる。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑てなされたものであり、ウォームホイールに求められる、寸法安定性、耐摩耗性、及び耐疲労性に優れ、信頼性の高い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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、操舵補助用の電動モータの回転力を減速して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において、金属製芯管と、外周面にギア歯が形成された樹脂部とを一体に設けてなるウォームホイールを備え、前記樹脂部は、ポリアミド樹脂と、少なくとも２個以上の反応性置換基を有する多官能モノマーとの鎖延長反応により生成されるようにしたことにより、達成される。
【００１０】
また、上記目的は、前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６のいずれかであり、前記多官能モノマーは、イソシアヌル酸誘導体であることにより、効果的に達成される。
【００１１】
さらに、上記目的は、前記多官能モノマーの配合量が、前記ポリアミド樹脂１００重量部あたり、０．０１乃至１重量部であることにより、効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、ウォームホイールの樹脂部を、ポリアミド樹脂と、少なくとも２個以上の反応性置換基を有する特定の多官能モノマーとの鎖延長反応により得られる樹脂組成物で形成した。これにより、ウォームホイールは、寸法安定性に優れ、かつ耐久性を著しく向上することができ、信頼性を高めることを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照にしながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速ギアをステアリング系に設けた状態を示し、ステアリングシャフト１には、電動モータ２の駆動力を伝達するウォーム３およびウォームホイール４が設けられ、電動モータ２の回転を減速してステアリングシャフト１に伝えるようになっている。なお、５は、先端にウォーム３を備えた出力軸６を両端で支持する一対の軸受である。
【００１５】
このウォームホイール４は、図２に示すように、中央の環状の金属製芯管７と、該芯管７の外周に一体に設けられた樹脂組成物からなる樹脂部８とから構成される。この樹脂部８の外周面８ａには、円周方向に沿ってギア歯９が形成されている。
【００１６】
また、ウォームホイール４は、以下の手順に従って製造される。すなわち、図３に示すように、金属製芯管７の外周面７ａに、クロスローレット加工が施される。その際、芯管７の外周面７ａには接着剤１０を塗布してもよい。また、芯管７は、図４に示すように、スプルー１１およびディスクゲート１２を備えた金型１３内に配され、射出成形機により樹脂組成物を充填して樹脂部８を形成する。その結果、図５に示すように、芯管７の外周に、接着剤１０を介して樹脂部８が接合された、いわゆるウォームホイールブランク材１４が構成される。また、図６に示すように、樹脂部８の外周面８ａには、切削加工によって所定形状のギア歯９を形成することによって，ウォームホイール４が得られる。
【００１７】
そして、樹脂部８は、コストパフォーマンスの観点から，ベース樹脂として、ポリアミド６、ポリアミド６６、およびポリアミド４６等が好ましい。すなわち、ベース樹脂としては、樹脂単独でも一定以上の性能を示し、ウォームホイール４の相手材であるウォーム３の摩耗に対して有利に作用し、減速ギアとして十分に機能することが望まれる。
【００１８】
そのため、樹脂部８は、成形時や後処理時に、ベース樹脂である樹脂成分に、予め原材料に含有させた少なくとも２個以上の反応性置換基を有する多官能モノマー（以下、特定の多官能モノマーという）によって、ポリアミド分子が鎖延長、すなわち、高分子量化するようになっている。ポリアミドは、アミド基に起因する水素結合のために、高強度で高融点の結晶性高分子材料であり、吸湿性に優れ、機械的強度や耐摩耗性に優れる。このポリアミド分子を高分子量化することで、ポリアミド樹脂組成物からなる樹脂部８は、吸水特性や、耐衝撃性、耐疲労性、および耐摩耗性の点で、従来の射出成形用グレードのポリアミド樹脂に比べて著しく優れる。
【００１９】
また、多官能モノマーは、イソシアヌル酸誘導体を使用し、すなわち、エポキシ基を２個含む１−アリル−３，５−ジグリシジルイソシアヌレートを使用する。このエポキシ基により、ポリアミド分子鎖の末端に存在する官能基（アミノ基）と速やかに反応し、ポリアミド分子の鎖延長を促進させる。ポリアミド樹脂の分子鎖が十分に長い場合には、架橋度が低い場合でも分子鎖間が架橋される確率がほぼ１００％になる。その結果、ポリアミド樹脂組成物は、分子構造を網状に構成し、上記従来の樹脂に比べて、寸法安定性や耐久性、耐水性などの点で優れる。
【００２０】
ここで，イソシアヌル酸誘導体の配合量は、ポリアミド樹脂１００重量部あたり、０．０１〜１重量部であり、好ましくは０．０５〜０．５重量部である。ちなみに、０．０５重量部未満では、絶対量が少なすぎて反応がほとんど進行せず、また、１重量部を越えた場合には、反応進行度があまりに変化しなくなるとともに、未反応物などが残存して、材料全体の物性低下の原因になるため好ましくない。
【００２１】
また、樹脂部８の射出成形（又は押出成形）には、特定の多官能モノマーを含有するペレット状の原材料が使用され、芯管７をコアにしたインサート成形が行われる。その際，ペレット状の原材料は、成形機の加熱部で混練されるため、ある程度ポリアミドと特定の多官能モノマーとの反応が進行するが、成形後に、さらに熱処理が施される。
【００２２】
この熱処理の温度は、ベース樹脂に応じて、各々の熱変形温度より５〜１０℃低い温度であり、熱処理に要する時間は数十分から数時間程度である。なお、熱処理（加熱）環境は、真空環境下、若しくは酸化劣化を防止するための窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下が好適である。また、上記熱処理は、シリコーンオイルなどのオイルや液状パラフィンを熱処理剤として用いて実施してもよい。
【００２３】
従って，ポリアミド樹脂は、エポキシ基を含むイソシアヌル酸誘導体の熱処理により、ポリアミド分子鎖の末端官能基との反応が促進され、熱硬化特性を呈する。また、ポリアミド樹脂の分子量も、従来の樹脂に比べて大きく、耐摩耗性、対疲労性、および耐衝撃性も高くなる。さらに、分子量の向上に伴い、分子量当たりの絡み合い点が向上するが、絡み合い点は、分子鎖の運動を拘束する架橋点と同等の役割を持つため、ポリアミド樹脂成形品の寸法安定性はより一層良好になる。
【００２４】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
（実施例１）
ポリアミド（ＧＦ強化ナイロン６６）樹脂（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６）１００重量部に対して、１−アリル−３，５−ジグリシジルイソシアヌレート（四国化成工業（株）製ＭＡ−ＤＧＩＣ）を０．１重量部配合したものを成形後、２００℃で２時間熱処理して作製した。
（実施例２）
ポリアミド（ＧＦ強化ナイロン６）樹脂（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン１０１５ＧＵ６）１００重量部に対して、１−アリル−３，５−ジグリシジルイソシアヌレート（四国化成工業（株）製ＭＡ−ＤＧＩＣ）を０．１重量部配合したものを成形後、１８０℃で２時間熱処理して作製した。
（実施例３）
ポリアミド（ＧＦ強化ナイロン４６）樹脂（ＤＪＥＰ（株）製スタニールＴＷ２００Ｆ）１００重量部に対して、１−アリル−３，５−ジグリシジルイソシアヌレート（四国化成工業（株）製ＭＡ−ＤＧＩＣ）を０．１重量部配合したものを成形後、２２０℃で２時間熱処理して作製した。
（比較例１）
ポリアミド（ＧＦ強化ナイロン６６）樹脂（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６）のみを成形して作製した。
（比較例２）
ポリアミド（ＧＦ強化ナイロン６）樹脂（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン１０１５ＧＵ６）のみを成形して作製した。
（比較例３）
ポリアミド（ＧＦ強化ナイロン４６）樹脂（ＤＪＥＰ（株）製スタニールＴＷ２００Ｆ）のみを成形して作製した。
【００２５】
上記の各試験体に対して、寸法安定性、耐久性について評価した。各評価方法は以下の通りである。
［寸法安定性の評価］
ウォームホイール４試験体は、金属製芯管７（図３）をコアにし、射出成形機を用いて上記樹脂組成物のインサート成形（図４、５）を行い、その後、図６に示すように、樹脂部８の外周面８ａを切削加工してギア歯９を作製した。ただし、金属製芯管７の外周部７ａの凹凸加工は、深さ０．５ｍｍのローレット加工であり、ウォームホイールの樹脂部の外径は６０ｍｍ、幅は１３ｍｍとした。
【００２６】
各ウォームホイール４試験体を、下記条件（１）または条件（２）の下に放置し、所定時間経過後にギア外径寸法の変化量を測定した。いずれの条件においても、変化量が１００μｍ以下を合格「○」、１００μｍを超えるものを不合格「×」として表１に記載した。なお、ＲＨ（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ）は、水蒸気圧と飽和水蒸気圧の比を％で表す、相対湿度である。
・条件（１）     ：６０℃、９０％ＲＨ、７０時間
・条件（２）     ：８０℃、９０％ＲＨ、３００時間
［耐久性の評価］
寸法安定性の評価に用いたものと同様にウォームホイール４試験体を作製し、実際の自動車減速ギアに組み込み、下記条件にて操舵操作を繰り返し行った。いずれかの条件においても、表記の回数の操舵に耐えることができた減速ギアを合格「○」、耐えることができなかった減速ギアを不合格「×」として、表１に併記した。
・条件（３）     ：３０℃，５０％ＲＨ，１０万回
・条件（４）     ：３０℃，５０％ＲＨ，３０万回
・条件（５）     ：５０℃，９０％ＲＨ，１０万回
・条件（６）     ：５０℃，９０％ＲＨ，２０万回
・条件（７）     ：５０℃，９０％ＲＨ，３０万回
図７及び８は、上記した実施例１乃至３及び比較例１乃至３についての、寸法安定性及び耐久性の評価結果を説明する図である。同図から明らかなように、本発明の実施例は、電動パワーステアリング装置の減速ギアに必要な寸法安定性、耐久性のいずれの項目においても合格した。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速ギアを示す要部断面図である。
【図２】減速ギアを斜め上方から見た斜視図である。
【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、芯管の断面図である。
【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、成形金型の断面図である。
【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ブランク材の斜視図である。
【図６】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７】寸法安定性の評価結果を説明する図である。
【図８】耐久性の評価結果を説明する図である。
【図９】従来の減速ギアの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
２      電動モータ
４      ウォームホイール
７      芯管
８      樹脂部
８ａ    外周面
９      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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【図９】
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