(57)【要約】【課題】減速歯車機構を収容するギヤボックスが軽量で信頼性が高い電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置は、減速歯車機構３０を収容するハウジング部材３３Ａと、ハウジング部材３３Ａの開口部を覆うカバー部材３３Ｂとが、ボルト３３Ｃ及びナットにより締結され一体化されたギヤボックス３３を備えている。このハウジング部材３３Ａ及びカバー部材３３Ｂは、ボルト３３Ｃが挿通されるボルト穴３７を有する金属製の芯金３６Ａ，３６Ｂをインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものである。この樹脂材料は、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックを含有する材料である。【選択図】図２
2013112312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング軸に入力された操舵トルクに応じて、前記操舵トルクを補助する補助トルクを出力する電動モータと、前記補助トルクを減速して前記ステアリング軸に伝達する減速歯車機構と、を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記減速歯車機構を収容するハウジング部材と、該ハウジング部材の開口部を覆うカバー部材と、を有し、前記ハウジング部材及び前記カバー部材がボルトにより締結され一体化されたギヤボックスを備え、
前記ハウジング部材及び前記カバー部材は、前記ボルトが挿通されるボルト穴を有する金属製の芯金をインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものであり、
前記樹脂材料は、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックを含有する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】
前記発泡プラスチックは、数平均分子量が１５０００以上３００００以下である熱可塑性樹脂と、有機繊維及び無機繊維の少なくとも一方からなる繊維状補強材と、を含有する発泡樹脂組成物であり、
前記熱可塑性樹脂は、ポリアミド６、ポリアミド６６、半芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びポリフェニレンサルファイドのうち少なくとも１種からなり、
前記発泡樹脂組成物に含まれる前記繊維状補強材の割合は２０質量％以上５０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面に、接着剤を含有する接着剤層を備え、前記接着剤層は、前記芯金の表面上に形成された下層と、その上側に積層された上層とを備え、前記下層はフェノール樹脂系接着剤又はカップリング剤を含有し、前記上層はフェノール樹脂系接着剤を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面が粗面化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に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】
本発明は電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、自動車の運転者によってステアリングホイールを介してステアリング軸に操舵トルクが入力された場合に、この操舵トルクを補助する補助トルクとして電動モータの出力を、減速歯車機構を介してステアリング軸に伝達して、運転者の操舵を補助する装置である。
そして、コラム型の電動パワーステアリング装置においては、減速歯車機構を収容するギヤボックス、すなわち、減速歯車機構を収容する略筒状のハウジング部材と、該ハウジング部材にボルト等で取り付けられ該ハウジング部材の開口部を覆うカバー部材とが、アルミニウム合金等の金属材料で構成されている。
【０００３】
一方、近年においては、自動車の省資源化・省エネルギー化や、二酸化炭素排出量低減のための低燃費化が求められているため、自動車の軽量化が図られている。そのため、電動パワーステアリング装置についても、さらなる軽量化が求められ、金属で構成されているギヤボックスの軽量化が検討された。
金属で構成されているギヤボックスの軽量化を図るには、より比重の小さい材料、すなわち樹脂材料で構成すればよいが、単に材料を変更するだけでは、従来品と同等の品質を確保できないおそれがある。特に問題となるのは、樹脂製の構造体に金属製の部品を固定する方法である。
【０００４】
例えば、従来と同様に、ハウジング部材とカバー部材とをボルトで締結したり、ステアリング軸及びウォーム軸を支持する軸受をギヤボックスに直接圧入し固定したりすると、ボルトの軸力あるいは軸受の圧入力によって樹脂材料が劣化するおそれがあった。その結果、ボルトの軸力や軸受の圧入力が徐々に低下するため、最悪の場合にはボルトや軸受がギヤボックスから脱落してしまうおそれがあった。
【０００５】
このような信頼性の問題を改善する技術が、特許文献１に提案されている。特許文献１に開示の電動パワーステアリング装置は、操舵状態検出センサを収容するセンサハウジングと減速歯車機構を収容するギヤハウジングとから構成されるハウジングを全て樹脂材料で構成することにより、軽量化が図られている。このとき、センサハウジングとギヤハウジングは、それぞれレーザーエネルギー透過性を有する樹脂（ポリアミド系樹脂）及びレーザーエネルギー吸収性を有する樹脂（カーボン粉末が添加されたポリアミド系樹脂）で構成されており、組立て後にレーザーを照射して接合面を加熱溶着させることによって一体化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９８２４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２３１３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、レーザー溶着という接合方法は、例えば特許文献２に開示されているような手法を適用しなければ、信頼性の高い接合を実現することは難しいと考えられる。
また、特許文献１に開示の技術では、樹脂製のセンサハウジングとギヤハウジングを成形した後に、当該ハウジングに、ステアリング軸を支持する軸受を圧入し固定しているので、軸受の圧入力によって樹脂材料が劣化し、その圧入力が徐々に低下して、最悪の場合には軸受がハウジングから脱落してしまうおそれがあった。よって、信頼性において改善の余地があった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、減速歯車機構を収容するギヤボックスが軽量で信頼性が高い電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング軸に入力された操舵トルクに応じて、前記操舵トルクを補助する補助トルクを出力する電動モータと、前記補助トルクを減速して前記ステアリング軸に伝達する減速歯車機構と、を備える電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車機構を収容するハウジング部材と、該ハウジング部材の開口部を覆うカバー部材と、を有し、前記ハウジング部材及び前記カバー部材がボルトにより締結され一体化されたギヤボックスを備え、前記ハウジング部材及び前記カバー部材は、前記ボルトが挿通されるボルト穴を有する金属製の芯金をインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものであり、前記樹脂材料は、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックを含有する。
【０００９】
このような電動パワーステアリング装置においては、前記発泡プラスチックは、数平均分子量が１５０００以上３００００以下である熱可塑性樹脂と、有機繊維及び無機繊維の少なくとも一方からなる繊維状補強材と、を含有する発泡樹脂組成物であり、前記熱可塑性樹脂は、ポリアミド６、ポリアミド６６、半芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びポリフェニレンサルファイドのうち少なくとも１種からなり、前記発泡樹脂組成物に含まれる前記繊維状補強材の割合は２０質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。
【００１０】
また、前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面に、接着剤を含有する接着剤層を備え、前記接着剤層は、前記芯金の表面上に形成された下層と、その上側に積層された上層とを備え、前記下層はフェノール樹脂系接着剤又はカップリング剤を含有し、前記上層はフェノール樹脂系接着剤を含有することが好ましい。
さらに、前記ハウジング部材及び前記カバー部材の少なくとも一方は、前記芯金の表面が粗面化されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電動パワーステアリング装置は、ハウジング部材及びカバー部材が、金属製の芯金をインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されており、ボルトにより締結され一体化されている上、前記樹脂材料は、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックを含有しているので、ギヤボックスが軽量で且つ信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】減速歯車機構の構成を示す部分断面図である。
【図３】減速歯車機構の構成を示す部分断面図である。
【図４】ギヤボックスのカバー部材の図である。
【図５】ギヤボックスのハウジング部材の図である。
【図６】変形例の電動パワーステアリング装置が備える減速歯車機構の構成を示す部分断面図である。
【図７】図６の電動パワーステアリング装置が備えるギヤボックスのカバー部材の図である。
【図８】図６の電動パワーステアリング装置が備えるギヤボックスのハウジング部材の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態である、自動車のコラム式電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。また、図２，３は、図１の電動パワーステアリング装置が備える減速歯車機構の構成を示す部分断面図であり、図２は、ステアリング軸に直交する平面で切断した部分断面図であり、図３は、ステアリング軸に平行な平面で切断した部分断面図である。さらに、図４は、ギヤボックスのカバー部材をステアリング軸の軸方向上端部側から見た図であり、図５は、ギヤボックスのハウジング部材をステアリング軸の軸方向上端部側から見た図である。なお、各図における格子状のハッチングは、この部分が樹脂で構成されている部分であることを示している。
【００１４】
図１の電動パワーステアリング装置は、自動車の運転者によってステアリングホイール１０に入力された操舵トルクが伝達されるステアリング軸１１を備えている。このステアリング軸１１は、図示しないトーションバーで連結された上部軸１１ａと下部軸１１ｂとで構成されており、ステアリング軸用ハウジング１２の内部に、軸心を中心に回転自在に支持されている。ステアリング軸用ハウジング１２は、下部を車両の前方に向けて傾斜させた姿勢で、車室内部の所定位置に固定されている。なお、ステアリングホイール１０は、ステアリング軸用ハウジング１２から突出している上部軸１１ａの上端に固定されている。
【００１５】
ステアリング軸１１の回転を左右の転舵輪（図示せず）の運動に変換するラックアンドピニオン機構２０は、軸方向に移動可能なラック２１と、ラック２１の軸心に対して斜めに支持されラック２１の歯に噛み合う歯を備えたピニオン２２と、ラック２１及びピニオン２２を支持する筒状のラック用ハウジング２３と、を備えている。そして、ラックアンドピニオン機構２０は、その長手方向が車両の幅方向に沿うようにして、車両の前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置されている。
【００１６】
ピニオン２２の上端部とステアリング軸１１の下部軸１１ｂの下端部とは、２個の自在継手２５，２６を介して連結されているので、ステアリング軸１１の回転がラックアンドピニオン機構２０によってラック２１の左右方向のスライド運動に変換され、ラック２１の両端部に連結された図示しない転舵輪が転舵される。
ステアリング軸１１の下部軸１１ｂには、前記操舵トルクを補助する補助トルクを下部軸１１ｂに供給する操舵補助機構が連結されている。この操舵補助機構は、下部軸１１ｂに連結された例えばウォームギヤで構成される減速歯車機構３０と、補助トルクを出力し減速歯車機構３０に供給する電動モータ１３と、を備えている。
【００１７】
減速歯車機構３０は、ステアリング軸用ハウジング１２に連続して設けられたギヤボックス３３に収容されている。詳述すると、略筒状のハウジング部材３３Ａの内部に減速歯車機構３０が収容され、ハウジング部材３３Ａの開口部がカバー部材３３Ｂによって覆われている。そして、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂとは、ボルト３３Ｃによって締結され一体化されている。
【００１８】
ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂはいずれも、金属製の芯金３６Ａ，３６Ｂをインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものである。この樹脂材料は、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックを含有する材料である。両芯金３６Ａ，３６Ｂはボルト穴３７を有しているので、両ボルト穴３７にボルト３３Ｃを挿通した上でナットで締め付けるなどすれば、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂとを一体化することができる。
【００１９】
ここで、減速歯車機構３０の構成を、図２，３を参照しながら説明する。減速歯車機構３０は、下部軸１１ｂの外周に嵌合されたウォームホイール３１と、ウォームホイール３１と噛み合うウォーム３２とを備えている。ウォーム３２の両端にはウォーム軸３２ａ，３２ｂが一体的に形成されており、これらウォーム軸３２ａ，３２ｂはそれぞれ、ギヤボックス３３に圧入固定された転がり軸受３４ａ，３４ｂによって回転自在に支持されている。また、ギヤボックス３３には、例えばボルト締結等の手段により電動モータ１３が取り付けられており、この電動モータ１３の駆動軸１３ａとウォーム軸３２ｂとが、例えばスプライン結合又はセレーション結合している。
【００２０】
ウォームホイール３１は下部軸１１ｂと連結しているので、電動モータ１３の回転（補助トルク）が、ウォーム３２及びウォームホイール３１を介して減速されつつ下部軸１１ｂに伝達されることとなる。
運転者によってステアリングホイール１０に操舵トルク（回転力）が入力されると、ステアリング軸１１が回転するが、この操舵トルクはトーションバーにより検出される。そして、検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ１３の出力（操舵を補助する回転力）が制御される。電動モータ１３の出力（補助トルク）は減速歯車機構３０により減速されつつ、ステアリング軸１１の下部軸１１ｂに供給され、前記操舵トルクと合わされる。そして、このステアリング軸１１の回転に伴ってピニオン２２が回転し、このピニオン２２の回転がラックアンドピニオン機構２０によってラック２１の左右方向のスライド運動に変換され、転舵輪が駆動されて自動車が操舵される。
【００２１】
ここで、ギヤボックス３３について、図２〜５を参照しながらさらに詳細に説明する。前述したように、ハウジング部材３３Ａ及びカバー部材３３Ｂはいずれも、金属製の芯金３６Ａ，３６Ｂをインサートとした樹脂材料のインサート成形によって製造されたものであり、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面の一部又は全部が樹脂材料で覆われている。
なお、図２〜５のギヤボックス３３は、電動モータによる補助トルクが比較的小さい、軽自動車又は排気量１５００ｃｃ以下の小型車に搭載する電動パワーステアリング装置に好適なものである。一方、図６〜８のギヤボックス３３は、芯金３６Ａ，３６Ｂが補強のためのアーム４０を備えているので、図２〜５の例と比べて電動モータによる補助トルクが比較的大きい、中・大型車に搭載する電動パワーステアリング装置に好適なものである。図６は、減速歯車機構３０の構成を示す部分断面図であり、ステアリング軸１１に平行な平面で切断した部分断面図である。また、図７は、ギヤボックス３３のカバー部材３３Ｂをステアリング軸１１の軸方向上端部側から見た図であり、図８は、ギヤボックス３３のハウジング部材３３Ａをステアリング軸１１の軸方向上端部側から見た図である。
【００２２】
ギヤボックス３３を構成するハウジング部材３３Ａ及びカバー部材３３Ｂは、芯金３６Ａ，３６Ｂ以外の部分が樹脂材料で構成されているので、全体が金属材料で構成されている従来のギヤボックスと比べて軽量である。しかも、樹脂材料は、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックを含有しているので、非発泡性のプラスチックを使用した場合よりも軽量であり、ギヤボックス３３が大幅に軽量化されている。さらに、ギヤボックス３３を構成するハウジング部材３３Ａ及びカバー部材３３Ｂは、芯金３６Ａ，３６Ｂを備えているので、全体が樹脂材料で構成されている従来のギヤボックスと比べて寸法安定性に優れている。
【００２３】
さらに、ハウジング部材３３Ａの芯金３６Ａとカバー部材３３Ｂの芯金３６Ｂは、ボルト３３Ｃが挿通されるボルト穴３７を有しているので、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂをボルト３３Ｃで固定することができる。よって、両者３３Ａ，３３Ｂの接合強度が高い。また、ボルト３３Ｃの軸力によって樹脂材料が劣化するおそれがない。よって、ボルト３３Ｃの軸力が低下してボルト３３Ｃがギヤボックス３３から脱落してしまうおそれがほとんどなく、信頼性が高い。
【００２４】
なお、インサート成形によって芯金３６Ａ，３６Ｂのボルト穴３７の周辺部分が樹脂材料で覆われてしまう場合は、この部分の樹脂材料の劣化によってボルト３３Ｃの軸力が低下することが懸念される。よって、ボルト穴３７の周辺部分が樹脂材料で覆われないように、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面の出代を十分に確保することが好ましい。また、芯金３６Ａ，３６Ｂのボルト穴３７の周辺部分には、ギヤボックス３３内に封入されているグリース等の潤滑剤が外部に漏出することを防ぐために、Ｏリング等の密封部材を装着する溝を設けてもよい。
【００２５】
さらに、インサート成形法によれば、転がり軸受３４ａ，３４ｂ（あるいは、ステアリング軸１１を挿通するためにインサートされる転がり軸受３５ａ，３５ｂ及び軸受用金属製スリーブ３８や、転がり軸受３４ａ，３４ｂを圧入固定するためにインサートされる金属製スリーブ３９）を、樹脂材料の射出成形と同時に樹脂製の構造体と一体化させることが可能である。すなわち、インサート成形法によれば、射出成形と同時に樹脂部分と金属部品（インサート）との一体化が達成される。よって、樹脂材料の成形後に金属部品を圧入する必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、インサート成形法を用いれば、転がり軸受３４ａ，３４ｂがハウジング部材３３Ａに圧入されることなく固定されるので、圧入力による樹脂材料の劣化が生じるおそれがない。よって、転がり軸受３４ａ，３４ｂがギヤボックス３３から脱落するおそれがほとんどなく、信頼性が高い。なお、スリーブ３８，３９の軸方向幅を、転がり軸受３４ｂ，３５ａの軸方向幅よりも大きくすることが好ましい。
【００２６】
さらに、インサート成形法によれば、全体がアルミ合金で構成されている従来のギヤボックスと比べて、ギヤボックス３３を低コストで製造することができる。全体がアルミ合金で構成されている従来のギヤボックスを製造する際には、アルミ合金の二次加工工程が必要となるが、インサート成形法によれば、この工程が不要となるからである。
インサート成形法を行う際には、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面に、接着剤を含有する接着剤層を予め設けておくことが好ましい。すなわち、表面に接着剤層を被覆した芯金３６Ａ，３６Ｂをインサートとして用いてインサート成形を行うことが好ましい。そうすれば、芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料とが接着剤により強固に接着されるため、ハウジング部材３３Ａとカバー部材３３Ｂの寸法安定性が良好なものとなる。接着剤層を設ける方法は特に限定されるものではないが、接着剤を含有する溶液又は接着剤そのものの塗布や噴霧があげられる。
【００２７】
以下に、芯金３６Ａ，３６Ｂを構成する金属材料、インサート成形法に用いる樹脂材料、及び接着剤について詳細に説明する。
芯金３６Ａ，３６Ｂを構成する金属材料の種類は特に限定されるものではないが、例えば、Ｓ５３Ｃ等の機械構造用炭素鋼、ＳＵＪ２等の軸受鋼、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４１０等のステンレス鋼を使用することができる。ただし、軽量化の観点から、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属が好適である。
【００２８】
なお、芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料との密着性を高めるために、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面を粗面化することが好ましい。表面を粗面化した芯金３６Ａ，３６Ｂを用いれば、芯金３６Ａ，３６Ｂに接着剤層を設けた場合は接着剤による接着力を高めることができるし、接着剤層を設けない場合でも芯金３６Ａ，３６Ｂと樹脂材料との密着性を高めることができる。芯金３６Ａ，３６Ｂの表面を粗面化する方法は特に限定されるものではないが、ショットブラスト法や化学エッチング法が好適である。
【００２９】
次に、接着剤層について説明する。接着剤層は単層でも差し支えないが、複数の接着剤層を積層してなるものでもよい。複数の接着剤層を積層する場合には、芯金３６Ａ，３６Ｂの表面上に形成する下層には、フェノール樹脂を含有するフェノール樹脂系接着剤を用いることが好ましい。また、接着剤の代わりに、プライマーとしてカップリング剤を用いてもよい。そして、下層の上側に積層される上層には、フェノール樹脂を含有するフェノール樹脂系接着剤を用いることが好ましい。
【００３０】
下層に使用する接着剤に含有されるフェノール樹脂は、具体的にはレゾール型フェノール樹脂が好ましく、フェノール類とホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させることによって得られる。
また、下層に使用する接着剤にはエポキシ樹脂を含有させてもよく、具体的にはグリシジル型のものが好ましく、エピクロロヒドリンと活性水素化合物とから得られる。この活性水素化合物としては、フェノール誘導体類，グリコール類，有機酸類，アミン類等があげられるが、接着剤としての保存安定性やコスト面を考慮するとフェノール誘導体が好適である。なお、下層に使用する接着剤の具体例としては、ロードファーイースト社製のＸＰＪ−６０があげられる。
【００３１】
さらに、接着剤の代わりにプライマーとして使用するカップリング剤の種類は、特に限定されるものではないが、シラン系，クロム系，チタン系，アルミネート系のカップリング剤が好ましい。ただし、現在はシラン系カップリング剤が主流である。シラン系カップリング剤は、金属製の芯金３６Ａ，３６Ｂと結合するシラノール基を分子の一端に有し、樹脂材料（又は上層）と結合可能な有機官能基を分子の他端に有している。
【００３２】
本発明においては、各種樹脂材料に対する反応性の高さから、シラン系カップリング剤の中でもアミノシラン系カップリング剤が特に好適である。アミノシラン系力ップリング剤としては、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランが好適である。なお、アミノシラン系力ップリング剤の具体例としては、信越シリコーン株式会社製のＫＢＰ−４０やＫＢＰ−４３があげられる。
【００３３】
下層を形成する際には、イソプロピルアルコール，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケトン等の有機溶剤、又はこれらの混合溶剤に、前記接着剤を０．５〜２０質量％の濃度になるように溶解させた有機溶剤溶液を用いることができる。また、接着剤の代わりにカップリング剤を用いる場合には、０．１〜２．０質量％の濃度になるように、前記カップリング剤を水，アルコール，又は水とアルコールの混合溶剤で希釈して用いることができる。
【００３４】
そして、接着剤の有機溶剤溶液又はカップリング剤の希釈液を、浸漬、噴霧、塗付（刷毛塗り）等の方法により芯金の表面に配して、厚さ０．５〜５μｍの膜状とし、室温下で乾燥した後に、例えば１５０〜２５０℃で５〜３０分間乾燥・硬化させると、下層が芯金に焼き付けられる。
一方、上層に使用する接着剤としては、レゾール型フェノール樹脂を主成分とする接着剤組成物を、５〜４０質量％の固形分濃度で有機溶剤に溶解させた有機溶剤溶液を用いることが好ましい。レゾール型フェノール樹脂を主成分とする接着剤組成物としては、例えば、ロードファーイースト社製のＴＳ１６７７−１３や、東洋化学研究所製のメタロックＮ−１５、メタロックＮ−２３（これらは、若干量のエポキシ樹脂を含有する）があげられる。
【００３５】
そして、この有機溶剤溶液を、浸漬、噴霧、塗付（刷毛塗り）等の方法により芯金の表面に配して、厚さ０．５〜５μｍの膜状とし、室温下で乾燥した後に、例えば１００〜１５０℃で数分〜３０分間乾燥・硬化させると、インサート成形時の高温高圧の溶融樹脂によって流失されない程度の半硬化状態で、上層が芯金に焼き付けられる。そして、インサート成形時の溶融樹脂からの熱、さらには、それに引き続く二次加熱（例えば、１５０℃で２時間の熱処理）によって、上層が完全に硬化する。
【００３６】
次に、樹脂材料について説明する。樹脂材料としては、前述したように、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックを含有する材料が使用される。発泡プラスチックを使用することから、ギヤボックス３３の大幅な軽量化が可能である。気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を有する発泡プラスチックは、マイクロスケールオーダーの気泡を有する発泡体であるため、気泡による樹脂の強度、剛性の低下が引き起こされることはなく、強度部材に適用することが可能である。すなわち、ギヤボックス３３に要求される強度、剛性、及び耐衝撃性等が十分に確保されるとともに、大幅な軽量化が達成される。
【００３７】
なお、発泡プラスチックが有する気泡の気泡径が１μｍ未満であると、軽量化の効果が小さくなるおそれがある。一方、気泡径が５０μｍ超過であると、樹脂材料の機械的特性が不十分となるおそれがある。樹脂材料の強度、剛性の低下を引き起こすことなく大幅な軽量化を達成するには、発泡プラスチックの気泡径は５μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３８】
発泡プラスチックは、例えば、超臨界流体を用いたＭｕＣｅｌｌ成形法によって得ることができる。ＭｕＣｅｌｌ成形法とは、超臨界状態の二酸化炭素や窒素を、射出成形機のシリンダ内の溶融樹脂に拡散させ、その超臨界流体と混ぜ合わされた溶融樹脂を金型内へ充填することで、微細な気泡を有する発泡体を成形するプロセス技術である。ＭｕＣｅｌｌ成形法によれば、気泡径が０．５μｍ以上１００μｍ以下の気泡を有する発泡体を成形することができる。
【００３９】
また、樹脂材料としては、数平均分子量が１５０００以上３００００以下である熱可塑性樹脂と、有機繊維及び無機繊維の少なくとも一方からなる繊維状補強材と、を含有するとともに、気泡径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を複数有する発泡樹脂組成物が好ましい。そして、成形品の耐久信頼性を考慮すると、熱可塑性樹脂の数平均分子量は、１５０００以上３００００以下がより好ましく、２００００以上２８０００以下がさらに好ましい。
【００４０】
熱可塑性樹脂の種類は特に限定されるものではないが、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等が好適である。ポリアミド系樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、半芳香族ポリアミド等があげられる。また、ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等があげられる。これらの熱可塑性樹脂は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００４１】
なお、半芳香族ポリアミド樹脂とは、芳香族モノマーと脂肪族モノマーとを重合させてなるポリアミド樹脂である。例えば、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジアミンとの重合体や、芳香族ジアミンと脂肪族ジカルボン酸との重合体があげられる。半芳香族ポリアミド樹脂は、分子構造中にベンゼン環を有しているため、脂肪族ポリアミド樹脂と比べて耐熱性等の諸物性が優れている。
【００４２】
半芳香族ポリアミド樹脂の種類は特に限定されるものではないが、具体例としては、アジピン酸ユニットにテレフタル酸を一部共重合させた半芳香族ナイロンであるナイロン６Ｔ／６−６、ナイロン６Ｔ／６Ｉ、ナイロン６Ｔ／６Ｉ／６−６、ナイロン６Ｔ／Ｍ−５Ｔ、ナイロン９Ｔがあげられる。
また、繊維状補強材の種類は特に限定されるものではないが、アラミド繊維等の有機繊維や、ガラス繊維，炭素繊維，金属繊維（金属の種類はステンレス，鉄，アルミニウム等があげられる）等の無機繊維が好適である。あるいは、有機繊維と無機繊維を併用してもよい。
【００４３】
発泡樹脂組成物における繊維状補強材の含有量は、１０〜５０質量％が好ましい。１０質量％未満であると、樹脂材料の機械的強度及び寸法安定性が不十分となるおそれがあり、５０質量％超過であると、樹脂材料の靭性や耐冷熱衝撃性が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、発泡樹脂組成物における繊維状補強材の含有量は、２０〜５０質量％とすることがより好ましく、２５〜４５質量％とすることがさらに好ましい。
【００４４】
このような発泡樹脂組成物には、その物性を向上させるために、目的に応じて種々の添加剤を添加してもよい。例えば、熱可塑性樹脂等の樹脂成分の結晶化度を高めるために、結晶核剤を添加してもよい。結晶核剤の種類は特に限定されるものではないが、タルク、シリカ等の無機微粒子や、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等の金属酸化物があげられる。結晶核剤の添加量は、発泡樹脂組成物の０．０１質量％以上５質量％以下が好ましく、０．０３質量％以上３質量％以下がより好ましい。
【００４５】
また、熱可塑性樹脂等の樹脂成分の酸化劣化を抑制する目的で、発泡樹脂組成物に酸化防止剤を配合してもよい。酸化防止剤の種類は特に限定されるものではないが、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ハイドロキノン系酸化防止剤があげられる。
アミン系酸化防止剤としては、２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリンポリマーに代表されるアミン・ケトン系酸化防止剤や、ｐ，ｐ’−ジクミルジフェニルアミンに代表されるジアリルアミン系酸化防止剤や、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミンに代表されるｐ−フェニレンジアミン系酸化防止剤があげられる。
【００４６】
フェノール系酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノールに代表されるモノフェノール系酸化防止剤や、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）に代表されるポリフェノール系酸化防止剤があげられる。
ハイドロキノン系酸化防止剤としては、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノンがあげられる。
【００４７】
さらに、発泡樹脂組成物には、上記のアミン系，フェノール系，及びハイドロキノン系の酸化防止剤と共に、過酸化物分解型酸化防止剤（二次酸化防止剤）を併用してもよい。二次酸化防止剤としては、２−メルカプトベンズイミダゾールのような硫黄系二次酸化防止剤やトリス（ノニル化フェニル）フォスファイトのようなリン系二次酸化防止剤があげられる。
【００４８】
なお、上記のような酸化防止剤の配合量は、熱可塑性樹脂等の樹脂成分に対して０．１質量％以上３．０質量％以下程度が好ましいが、酸化防止剤の種類によっては、ブルームしない範囲あるいは熱可塑性樹脂等の樹脂成分の物性に悪影響を及ぼさない範囲であれば、それ以上の量を配合してもよい。
さらに、発泡樹脂組成物には、光安定剤、帯電防止剤、可塑剤、無機又は有機難燃剤、その他補強材等を、必要に応じて適宜添加してもよい。
【００４９】
〔実施例〕
以下に実施例をあげて、本発明をさらに具体的に説明する。電動パワーステアリング装置のギヤボックスの製造方法について、以下に説明する。
まず、ハウジング部材及びカバー部材のアルミニウム合金製芯金（図４，５に示す形状の芯金）にエアーブラスト等の処理を施して、芯金の表面を粗面化した。次に、粗面化した芯金の表面にフェノール樹脂系接着剤（プライマーでもよい）を塗布した後に、室温下で風乾させ、さらに続けて１５０〜２５０℃の高温で処理して焼付けし完全に硬化させることにより、接着剤層の下層を形成した。
【００５０】
さらに、下層の上に上層用のフェノール樹脂系接着剤を塗布した後に、室温下で風乾させ、さらに続けて熱処理して上層用の接着剤を半硬化状態で焼き付けることにより、接着剤層の上層を形成した。
このようにして得られた芯金と、ステアリング軸を挿通するための金属製スリーブ及びウォーム軸を支持する転がり軸受を圧入固定するための金属製スリーブとを、インサートとして金型内にセットし、超臨界流体供給ユニットを備えた射出成形機を用いて、樹脂材料のインサート成形を行った。
【００５１】
樹脂材料としては、４３質量％のガラス繊維と５７質量％のナイロン６６とからなる樹脂組成物である東洋紡株式会社製のグラマイドＴＹ−１８１ＧＣ（表１においては「樹脂材料Ａ」と記す）、３５質量％のガラス繊維と６５質量％の半芳香族ナイロンとからなる樹脂組成物である三井化学株式会社製のアーレンＡ３３５（表１においては「樹脂材料Ｂ」と記す）、又は、５５質量％のガラス繊維と４５質量％のポリエチレンテレフタレートとからなる樹脂組成物であるデュポン社製のライナイト５５５（表１においては「樹脂材料Ｃ」と記す）を使用した。
【００５２】
【表１】
2013112312.tif 000003
【００５３】
インサート成形により得られたハウジング部材及びカバー部材を、ボルト及びナットにより締結し一体化して、ギヤボックスを完成させた。
表１に示すように、樹脂材料の種類及び気泡径が異なる５種のギヤボックス（実施例１〜３及び比較例１，２）を製造した。そして、これらのギヤボックスについて、落錘衝撃試験、飛石試験、及び熱衝撃試験を行った。
【００５４】
まず、落錘衝撃試験について説明する。２５℃の温度環境下において、ギヤボックスに対して約５０ｇの錘を７５ｃｍの高さから自由落下させ、ギヤボックスの表面に生じる損傷の程度を確認した。
ギヤボックスの表面に付いた圧痕の深さが１５０μｍ以下であった場合は合格と評価して、表１においては○印で示した。また、ギヤボックスの表面に付いた圧痕の深さが１５０μｍ超過であった場合、又は、ひび割れ、クラックが発生した場合は、不合格と評価して、表１においては×印で示した。
【００５５】
表１から分かるように、実施例１〜３のギヤボックスは、気泡径が１０μｍの気泡を有する発泡樹脂組成物で構成されているため、気泡径が８０μｍの気泡を有する発泡樹脂組成物で構成されている比較例１，２と比べて耐衝撃性に優れており、落錘による損傷が小さかった。
次に、飛石試験について説明する。室温（２５℃）の温度環境下において、飛石試験機（グラベロメータ）を用いて、質量５００ｇの飛石（玄武岩砕石６号）を０．４ＭＰａの投射圧でギヤボックスに衝突させた。そして、ギヤボックスに飛石による破損や割れが認められなかった場合は合格と評価して、表１においては○印で示した。また、破損や割れが認められた場合は不合格と評価して、表１においては×印で示した。
【００５６】
表１から分かるように、実施例１〜３のギヤボックスは、気泡径が１０μｍの気泡を有する発泡樹脂組成物で構成されているため、気泡径が８０μｍの気泡を有する発泡樹脂組成物で構成されている比較例１，２と比べて耐衝撃性に優れており、飛石による破損や割れが生じなかった。
次に、繰り返し冷熱衝撃試験について説明する。ギヤボックスを１００℃の高温環境下に３０分間保持した後、−４０℃の低温環境下に３０分間保持した。そして、この温度変化を１サイクルとして１０００サイクル繰り返した後に、クラックの発生状況を確認した。ギヤボックスの樹脂部分にクラックが発生していない場合は、実使用上必要十分な耐久信頼性を有していると判断し、合格と評価して、表１においては○印で示した。また、ギヤボックスの樹脂部分にクラックが発生していた場合は不合格と評価して、表１においては×印で示した。
【００５７】
表１から分かるように、実施例１〜３は、１０００サイクル終了後においてもクラックは全く発生しなかった。これに対して、比較例１，２は、強度特性が十分ではないため、繰返し熱応力によって１０００サイクル終了前にクラックが発生した。
【符号の説明】
【００５８】
１１      ステアリング軸
１３      電動モータ
３０      減速歯車機構
３３      ギヤボックス
３３Ａ    ハウジング部材
３３Ｂ    カバー部材
３３Ｃ    ボルト
３６Ａ，３６Ｂ    芯金
３７      ボルト穴
【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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