(57)【要約】【課題】  ガラス繊維を含有するポリアミド樹脂組成物を成形してなる電動パワーステアリング装置用ギヤにおいて、耐摩耗性を向上すること。【解決手段】  電動パワーステアリング装置用ギヤにおいて、数平均分子量が22000〜40000の範囲にあるポリアミド６６を30〜90重量％、そして平均繊維径が9.1μm以上であるガラス繊維を10〜70重量％含むポリアミド樹脂組成物により成形されてなるもの。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
数平均分子量が22000〜40000の範囲にあるポリアミド６６を30〜90重量％、及び平均繊維径が9.1μm以上であるガラス繊維を10〜70重量％含むポリアミド樹脂組成物により成形されてなることを特徴とする電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【請求項２】
前記ポリアミド樹脂組成物のポリアミド６６の数平均分子量が23000〜40000の範囲にある請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【請求項３】
前記ポリアミド樹脂組成物のガラス繊維の平均繊維径が9.5〜13μmである請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【請求項４】
前記ポリアミド樹脂組成物のポリアミド６６の含有量が45〜85重量％である請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【請求項５】
前記ポリアミド樹脂組成物のガラス繊維の含有量が15〜55重量％である請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【請求項６】
前記ポリアミド樹脂組成物のガラス繊維がウレタン樹脂及び／又はアクリル樹脂を主成分とする集束剤を用いて集束されてなる請求項１〜５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【請求項７】
前記ギヤがウォームホイールである請求項１〜６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【請求項８】
前記ウォームホイールのリムを前記ポリアミド樹脂組成物により成形してなる請求項７に記載の電動パワーステアリング装置用ギヤ。
【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用ギヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動パワーステアリング装置は、操舵力をアシストするために、モータの駆動力をステアリング軸に伝える伝動系に、モータの駆動力を減速してステアリング軸に伝えるウォームホイールが用いられている。
【０００３】
従来、パワーステアリング装置等の高負荷伝動系に用いられるウォームホイールとしては、ボスとアームをインサート金具により構成して強度を確保し、歯を備えるリムを樹脂により構成して噛合い音の静粛を図ることが考えられている。
【０００４】
そして、樹脂の中でも、ポリアミド樹脂はエンジニアリングプラスチックとして優れた特性を示すことから、自動車部品、機械部品、電気電子部品に広く利用されている。ポリアミド樹脂は特に機械的特性や耐摩擦磨耗特性に優れているため、ギヤ、カム、軸受などの摺動部品の成形材料としても広く利用されている。
【０００５】
近年、各種機械や部品の機械的特性や耐摩擦磨耗特性等の更なる高性能化の要求が高まっているため、ポリアミド樹脂に各種充填材を配合することにより、ポリアミド樹脂の性能を高める改良がなされている。この様な充填材としては、潤滑剤としてのテトラフルオロエチレン樹脂粒子や強化材としてのガラス繊維が挙げられる。
【０００６】
特許文献１には、ＭＸＤ６ナイロン、ナイロン６６に代表される熱可塑性樹脂に、平均繊維径が6〜8μm程度の小径のガラス繊維などの補強繊維を15〜30重量％配合した樹脂組成物の記載がある。この樹脂配合物は、特に内面平滑性に優れた中空管の製造に適している旨の記載がある。
【０００７】
特許文献２には、ポリアミド樹脂混合物を用いて成形した電動パワーステアリング装置用減速ギヤが記載されている。この文献にはガラス繊維の配合の記載は無いが、実施例ではポリアミド６６として数平均分子量が20000の市販のポリアミド樹脂（宇部興産（株）製のＵＢＥナイロン２０２０Ｕ）が用いられている。
【０００８】
特許文献３には、数平均分子量が24000〜40000の範囲にあるポリアミド６６にアクリル樹脂、エポキシ樹脂若しくはウレタン樹脂を主成分とする集束剤を用いて集束されている平均繊維径が4〜8μmの範囲にあり、平均繊維長が50〜500μmの範囲にあるガラス繊維を15〜50質量％配合した樹脂組成物の記載がある。この文献の実施例には平均繊維径6.5μmのガラス繊維が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平8-41246号公報
【特許文献２】特開2003-83423号公報
【特許文献３】ＷＯ06／054774号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１〜３の従来技術では、ポリアミド６６の分子量が高いことにより組成物の粘度が高く、更にガラス繊維の繊維径が細いため、樹脂組成物の成形中にガラス繊維が粉砕し、成形品中における想定したガラス繊維の繊維長が得られない場合があり、例えばウォームホイールの連続的使用により、磨耗が進行し、ウォームホイールとウォームギヤ間のバックラッシュの増大、騒音が発生することがある。
また、電動パワーステアリング装置の安定した操舵感も得られなくなることがある。
【００１１】
本発明の課題は、ガラス繊維を含有するポリアミド樹脂組成物を成形してなる電動パワーステアリング装置用ギヤにおいて、耐摩耗性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、数平均分子量が22000〜40000の範囲にあるポリアミド６６を30〜90重量％、及び平均繊維径が9.1〜13.0μmの範囲にあるガラス繊維を10〜70重量％含むポリアミド樹脂組成物により成形してなる電動パワーステアリング装置用ギヤである。
【００１３】
更に、本発明の好ましい態様は、ポリアミド樹脂組成物を以下の如くに構成したものである。
【００１４】
(1)ポリアミド６６の数平均分子量が23000〜40000の範囲にある。
(2)ガラス繊維の平均繊維径が9.5〜13.0μmの範囲にある。
(3)ポリアミド６６の含有量が45〜85重量％の範囲にある。
(4)ガラス繊維の含有量が15〜55重量％の範囲にある。
(5)ガラス繊維がアクリル樹脂及び／又はウレタン樹脂を主成分とする集束剤を用いて集束される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電動パワーステアリング装置用ギヤによれば、特定繊維径のガラス繊維及び特定分子量のポリアミド６６を特定量含有するポリアミド樹脂組成物で成形されることにより、耐磨耗性を向上することができ、特に、ウォームホイールの連続的使用による磨耗を抑制し、ウォーホイールとウォームギヤ間のバックラッシュと騒音を抑制することができる。また、電動パワーステアリング装置の安定した操舵感も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は電動パワーステアリング装置を示す全体図である。
【図２】図２は図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図３はウォームホイールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図４】図４は本発明品と従来品の耐久性能を比較して示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態は、本発明の電動パワーステアリング装置用ギヤを電動パワーステアリング装置１０のステアリングアシストに用いられるウォームホイール４０に適用したものである。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、ステアリングホイールが接続されるコラムハウジング１１をギヤボックス１２に結合し、ギヤボックス１２のラック１３の中間部に連結ボルト１４Ａ、１４Ｂを介して左右のタイロッド１５Ａ、１５Ｂを連結し、運転者によるステアリングホイールの操舵力をコラムハウジング１１側のモータ１６によりアシストするものである。
【００１９】
コラムハウジング１１は、図２に示す如く、ステアリングホイールが接続されるステアリング軸を入力軸２１と出力軸２２に分割し、入力軸２１と出力軸２２をそれらの内部でトーションバー２３により連結し、入力軸２１と出力軸２２をベアリング２４、ベアリング２５Ａ、２５Ｂでハウジング２６に支持している。また、コラムハウジング１１は、トルクセンサ２０を構成する２個の検出コイル２７Ａ、２７Ｂを入力軸２１、出力軸２２に係合している円筒状のコア２８を囲むように、ハウジング２６に設けている。コア２８は、出力軸２２のガイドピン２９に係合する縦溝３０を備えて軸方向にのみ移動可能とされるとともに、入力軸２１のスライダピン３１に係合するスパイラル溝３２を備える。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクが入力軸２１に付与され、トーションバー２３の弾性ねじり変形により、入力軸２１と出力軸２２の間に回転方向の相対変位を生ずると、この入力軸２１と出力軸２２の回転方向の変位がコア２８を軸方向に変位させるものとなり、このコア２８の変位による検出コイル２７Ａ、２７Ｂの周辺の磁気的変化に起因する検出コイル２７Ａ、２７Ｂのインダクタンスが変化する。即ち、コア２８が入力軸２１側へ移動すると、コア２８が近づく方の検出コイル２７Ａのインダクタンスが増加し、コア２８が遠ざかる方の検出コイル２７Ｂのインダクタンスは減少し、このインダクタンスの変化により操舵トルクを検出できる。
【００２０】
また、出力軸２２は反トルクセンサ２０側の外周部をピニオン３３とし、このピニオン３３に、前述したギヤボックス１２のラック１３を噛合わせている。このとき、ハウジング２６にはキャップ３４が螺着され、キャップ３４にスプリング３５を介してバックアップされるラックガイド３６がラック１３を背面支持している。
【００２１】
また、コラムハウジング１１は、ハウジング２６に前述のモータ１６を支持するとともに、モータ１６に接続されるクラッチ、ウォームギヤ３８を支持し、このウォームギヤ３８に噛合うウォームホイール４０を前述の出力軸２２の中間部に固定してある。
【００２２】
即ち、電動パワーステアリング装置１０にあっては、車速センサ（不図示）や上述のトルクセンサ２０の検出結果を得たコントロールユニット（不図示）により、所定のアシスト力マップから、モータ１６の駆動電流を決定し、車速と操舵トルクに応じた適切なアシスト力となるモータ１６の駆動力を出力軸２２に付与する。尚、モータ１６とウォームギヤ３８との間に設けられるクラッチは、アシスト不要時（高速時）にアシスト力を遮断する。
【００２３】
しかるに、コラムハウジング１１において、モータ１６の駆動力を出力軸２２に伝えるウォームホイール４０は、図３に示す如く、ボス４１と、ボス４１から放射状に延びる複数本のアーム４２と、それらのアーム４２の先端に接続される円環状のリム４３とを有し、リム４３の外周面に歯４４を形成している。このとき、ウォームホイール４０は、ボス４１とアーム４２とリム４３をインサート金具４５により構成して強度を確保し、歯４４が形成されるリム４３を樹脂により構成してウォームギヤ３８との噛合い音の静粛を図っている。
【００２４】
また、インサート金具４５を構成する金属としては、焼結金属や鋼等を用いることができる。
【００２５】
しかるに、本実施形態では、ウォームホイール４０のリム４３を本発明のポリアミド樹脂組成物により成形した。
【００２６】
本発明のポリアミド樹脂組成物に用いられるポリアミド樹脂は、数平均分子量が22000〜40000の範囲にあるポリアミド６６を含み、電動パワーステアリング装置用ギヤの成形性や耐摩耗性の観点から、好ましくは、23000〜40000の範囲にあるポリアミド６６を含む。数平均分子量22000未満のポリアミド６６を用いた場合、電動パワーステアリング装置用ギヤの耐摩耗性が十分ではなく、好ましくない。一方、数平均分子量40000超過のポリアミド６６を用いた場合、電動パワーステアリング装置用ギヤの成形ができないことがあり、好ましくない。ポリアミド６６は、一般的に知られているポリアミド樹脂であり、通常はヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との重縮合により製造する。本発明で使用する数平均分子量が22000〜40000の範囲にある比較的高分子量のポリアミド６６は、製造条件の調整（例えば重合反応時の圧力を下げたり、重縮合物を更に固相重合する工程を加える。）により製造することができ、市場において容易に入手することができる。
【００２７】
ポリアミド樹脂の数平均分子量の測定方法は、ポリアミド樹脂を特定の溶媒で溶かした際の溶液の粘度から求める粘度法、ポリアミド樹脂の末端基濃度より末端基定量法、ＧＰＣを用いたクロマトグラフィー法（ＧＰＣ法）があり、この中でも、粘度法や末端基定量法が好ましい。粘度法は、ＪＩＳ  Ｋ  ６９２０に準拠して96％の硫酸中、ポリアミド濃度1％、温度25℃の条件下で相対粘度を測定し、測定した相対粘度から数平均分子量を求めることができる。また、末端基定量法は、ポリアミド樹脂1ｇ当たりの末端基濃度（μｅｑ／ｇ）（ｅｑは当量）を滴定法により測定し、測定した末端基濃度より数平均分子量を求めることができる。尚、滴定法とは、ポリアミド樹脂をフェノール／メタノール混合溶液に溶解させ、0.05Ｎの塩酸で滴定し測定することである。
【００２８】
本発明のポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド６６を30〜90重量％含み、電動パワーステアリング装置用ギヤの成形性や耐摩耗性の観点から、45〜85重量％含むことが好ましい。ポリアミド６６の含有量が30重量％未満の場合、電動パワーステアリング装置用ギヤの成形ができない場合があり、90重量％超過の場合、電動パワーステアリング装置用ギヤの耐摩耗性が十分ではない。
【００２９】
尚、樹脂成分としては、本発明のポリアミド樹脂組成物の特性を損なわない範囲で、他の熱可塑性樹脂を併用することもできる。併用可能な熱可塑性樹脂の例としてはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂などの汎用樹脂、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２などの脂肪族ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、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、ポリフェニレンサルファイドなどの高耐熱性樹脂を挙げることができる。これらの熱可塑性樹脂は、無水マレイン酸或いはギリシジル基含有モノマーなどの変性剤で変性して使用することが好ましい。特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体などの官能基を持たない樹脂は変性して用いることが好ましい。
【００３０】
本発明のポリアミド樹脂組成物に含まれるガラス繊維は、平均繊維径が9.1μm以上であり、好ましくは、9.１〜13.0μmであり、より好ましくは9.5〜13.0μmであり、さらに好ましくは9.5〜11.5μmである。更にガラス繊維はアクリル樹脂及び又はウレタン樹脂を主成分とする公知の集束剤により集束されているものを使用することが好ましい。また、ガラス繊維は有機シラン化合物、イソシアネート化合物、有機チタネート化合物、或いはエポキシ化合物などのカップリング剤で処理されたものを使用するほうが成形物の機械的特性が向上し好ましい。
【００３１】
ガラス繊維の平均繊維径は、ＪＩＳ  Ｒ３４２０  Ａに準拠した測定方法により測定することができる。具体的には、ガラス繊維と屈折率が異なる液体、例えばベンジルアルコール中などに置いたガラス繊維２５本の輪郭を顕微鏡で観察し、それぞれの直径を測定し、その平均値を平均繊維長として算出する。
【００３２】
本発明で用いられるガラス繊維は、平均径が9.1μm以上のガラス繊維であれば、市販されているガラス繊維のいずれも使用可能である。
【００３３】
本発明のポリアミド樹脂組成物に含まれるガラス繊維の量は、10〜70重量％であり、好ましくは15〜55重量％であり、より好ましくは20〜40重量％である。ガラス繊維の量が、10重量％未満の場合、電動パワーステアリング装置用ギヤの耐摩耗性が十分ではなく、70重量％超過の場合、電動パワーステアリング装置用ギヤの成形ができない場合がある。
【００３４】
本発明のポリアミド樹脂組成物は、必要により、耐熱剤、耐侯剤、結晶核形成剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、着色剤など公知のポリアミド樹脂への添加剤を含んでも良い。
【００３５】
本発明のポリアミド樹脂組成物は、所定範囲の数平均分子量を有するポリアミド６６と所定範囲の平均繊維径を持つガラス繊維を所定範囲の比率にて、一軸或いは二軸混練押出機、などの公知の溶融混練機を用い、公知の方法によって溶融混練することにより製造することができる。この溶融混練時や成形前に、必要により、前記の各種の添加剤が添加できる。
【００３６】
本発明のポリアミド樹脂組成物は、押出し成形法、ブロー成形法、射出成形法などの公知の成形方法を用いて、ウォームホイール等のギヤに成形される。
【００３７】
ウォームホイールの単体作動耐久において、本発明品は従来品に比し、図４で示すように作動耐久回数5000から摩耗量(バックラッシュ量)の顕著な効果を示した。
【００３８】
従来の材料「分子量20,000繊維径Φ13μ」と本発明の材料「分子量26,000繊維径Φ10.5μ」のそれぞれの材料で成形したウォームホィールを鉄性のウォームギヤとを噛み合わせる。ウォームホィールには一定の負荷を与えて、ウォームギヤを右3回転、左3回転と交互に回転させる。以上の内容で耐久試験（回転数に対する歯の摩耗量）を実施したものである。
【００３９】
その結果、5000回転までは摩耗量は同じだが、5000回転以降に摩耗量の差が出始め、30000回転では６倍の差となった。
【００４０】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の電動パワーステアリング装置用ギヤによれば、特定繊維径のガラス繊維を特定量含有するポリアミド樹脂組成物により成形されたことにより、耐磨耗性を向上することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  電動パワーステアリング装置
４０  ウォームホイール（ギヤ）
４３  リム
【図１】
2013155788.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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