(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック軸を案内するとともにラックとピニオンとの間に与圧を付与するサポートヨークを備えたラックピニオン式ステアリング装置において、
前記ラックと摺接する前記サポートヨークの摺動部が、直鎖型ポリフェニレンスルフィドと、ポリテトラフルオロエチレンと、ウィスカーとを含む摺動部材で構成されており、
前記摺動部材が、最大面圧１３．２ＭＰａで、通常１３５℃、最大１５０℃の温度で且つ周速０．１１５ｍ／秒で使用されるものであって、
前記直鎖型ポリフェニレンスルフィドの数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、且つ重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌであり、
前記ポリテトラフルオロエチレンを２０〜４０重量％、ウィスカーを５〜３０重量％含むことを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項２】
前記摺動部材が、さらに炭素系粉末を５〜１０重量％含む請求項１記載のラックピニオン式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ラックピニオン式ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラックピニオン式ステアリング装置においては、そのサポートヨークの摺動部材として樹脂製シートやメタルシートが使用されており、樹脂製シートの材料としては、例えば炭素繊維強化含油ポリアセタール（ＰＯＭ）が使用され、メタルシートの材料としては例えば鋼板の表面に銅板を積層したものが使用されている。サポートヨークは、これら摺動部材を介してラック軸に押し付けた状態で、ラック軸の移動を案内するとともに、ピニオンとラック軸のラックとの間に予圧を付与する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記摺動部材は、高面圧（計算上サポートヨーク軸に加わる最大面圧１３．２ＭＰａ）、高温（通常１３５℃、最大１５０℃）、及び低速域（０．１１５ｍ／秒）で使用されており、長期使用により潤滑切れが生じると、限界ＰＶ値不足のために異常摩耗が生じたり、摺動面が異常に昇温して変形したりする虞れがあり、このような異常摩耗や変形が生じると、車輪からラック軸に伝わる振動や衝撃荷重により、サポートヨークとラック軸との間でいわゆる歯打ち音が発生して、運転手に不快感を与えることがある。
【０００４】
前記のような従来の問題点に鑑み、この発明は、無潤滑状態であっても優れた耐熱性及び摩擦摩耗特性を発揮することができる摺動部材を用いたラックピニオン式ステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明のラックピニオン式ステアリング装置は、ラック軸を案内するとともにラックとピニオンとの間に与圧を付与するサポートヨークを備えたラックピニオン式ステアリング装置において、
前記ラックと摺接する前記サポートヨークの摺動部が、直鎖型ポリフェニレンスルフィドと、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という）と、ウィスカーとを含む摺動部材で構成されており、
前記摺動部材が、最大面圧１３．２ＭＰａで、通常１３５℃、最大１５０℃の温度で且つ周速０．１１５ｍ／秒で使用されるものであって、
前記直鎖型ポリフェニレンスルフィドの数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、且つ重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌであり、
前記ＰＴＦＥを２０〜４０重量％、ウィスカーを５〜３０重量％含むことを特徴としている（請求項１）。
【０００６】
このような構成のラックピニオン式ステアリング装置によれば、直鎖型ポリフェニレンスルフィドによって耐熱性、耐油・耐グリース性及び寸法安定性を確保し、ＰＴＦＥによって摩擦摩耗特性を向上させ、ウィスカーによって耐クリープ特性、高剛性、高耐衝撃性、耐熱変形性及び耐摩耗性を向上させることができ、これによりラックに摺接する摺動部材の限界ＰＶ値を高めることができる。なお、本願にいう「摩擦摩耗特性」とは、耐摩耗性の他、低い相手攻撃性、低い摩擦係数、摺動面の温度上昇抑制等の摩擦摩耗に関する特性をいう。
【０００７】
前記ラックピニオン式ステアリング装置の摺動部材には、ＰＴＦＥが２０〜４０重量％、ウィスカーが５〜３０重量％添加されているが、ＰＴＦＥが２０重量％未満であると摩擦摩耗特性が低下し、４０重量％を超えると機械的強度及び耐摩耗性が低下する。また、ウィスカーが５重量％未満であると耐クリープ特性、高剛性、高耐衝撃性、耐熱変形性が低下し、３０重量％を超えると機械的強度及び摩擦摩耗特性が低下する。
【０００８】
前記ラックピニオン式ステアリング装置の摺動部材の直鎖型ポリフェニレンスルフィドは、数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、且つ重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌである。
これにより、直鎖型ポリフェニレンスルフィドの靭性及び耐摩耗性がさらに向上するとともに、その成形性を良好に確保することができる。
【０００９】
前記ラックピニオン式ステアリング装置の摺動部材は、さらに炭素系粉末を５〜１０重量％含んでいるのが好ましい（請求項２）。炭素系粉末が５重量％未満であると摩擦摩耗特性が低下し、１０重量％を超えると機械的強度が低下する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は、ラックピニオン式ステアリング装置の断面図である。このステアリング装置は、ハウジング１内に軸受２，３を介してピニオン軸５が回転自在に支持されており、前記ハウジング１の上部開口とピニオン軸５との間には、オイルシール４を介在してある。ピニオン軸５に形成されたピニオン６には、紙面に垂直な方向に伸びるラック軸７の側面に形成されたラック８が噛み合っている。また、ハウジング１と一体に形成され、図の右方に突出した円筒部９の端部には、ヨークプラグ１０がねじ込まれており、このヨークプラグ１０はロックナット１１により固定されている。
【００１１】
前記ヨークプラグ１０とラック軸７との間には、サポートヨーク１２が設けられている。サポートヨーク１２は、図の左右方向に若干の範囲で移動可能となるように、円筒部９に保持されており、かつ、圧縮コイルばね１３によって左方向に付勢されている。サポートヨーク１２に形成された凹部１２ａ，１２ｂ及び孔１２ｃには、サポートヨーク１２の摺接部を構成する摺動部材１４が取り付けられている。したがって、サポートヨーク１２は、摺動部材１４を介して、ラック軸７に押し付けられる。このようにして、ラック軸７はサポートヨーク１２により案内され、ラック８とピニオン６との間には所定の予圧が付与される。
【００１２】
図１の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、前記摺動部材１４の背面図及び側面図である。摺動部材１４は、合成樹脂の一体成形品であり、ラック軸７と摺接するシート部１４ａと、シート部１４ａを支える基部１４ｂと、基部１４ｂの背面側に突設されたスリット付き円筒状のボス１４ｃと、ラック７が左右に摺動した際に摺動部材１４がサポートヨーク１２に対してずれるのを防止するためのリブ１４ｄとを有している。シート部１４ａ及びリブ１４ｄは、前記凹部１２ａに装着され、基部１４ｂは、前記凹部１２ｂに装着される。また、ボス１４ｃは、前記孔１２ｃに圧入される。
なお、本実施形態において前記ラック軸７及び摺動部材１４は、ラック軸７のツイスト（回転）を制限するためにＹ型としているが、この発明は、これ以外の丸型のものにも適用できる。
【００１３】
前記摺動部材１４は、ラック軸７と摺接するため、耐摩耗性、耐熱性、高温における寸法安定性、耐油・耐グリース性を有した材料が適する。具体的には、以下の基材及び充填剤を用いることができる。
まず、基材としては、直鎖型ポリフェニレンスルフィド（以下「直鎖型ＰＰＳ」という）を用いることができる。ベースレジンとしての前記直鎖型ＰＰＳは、数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌ、重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌのものが好適である。これにより、直鎖型ＰＰＳの硬くて脆いという欠点を解消することができる。このため、例えばラック軸７がうねりながら摺動することに起因して、摺動部材１４に応力集中が発生した場合でも、その良好な靱性により割れが生じるのを回避することができる。また、前記各分子量が多ければ多いほど耐摩耗性が向上する反面、成形時の流動性が低下して成形が困難となるが、数平均分子量及び重量平均分子量として前記の値を選択すれば、耐摩耗性と成形性の双方を良好に確保することができる。
【００１４】
充填材としてはＰＴＦＥを用いることができる。このＰＴＦＥの充填割合は２０〜４０重量％であるのが好ましい。この充填割合が２０重量％未満であると摩擦摩耗特性が低下し、４０重量％を超えるとクリープ特性及び耐摩耗性が低下する。また、他の充填材としては、ウィスカー５〜３０重量％を用いることができ、また必要により炭素系粉末５〜１０重量％を用いることができる。
【００１５】
すなわち、前記基材及び充填剤の組み合わせとしては、下記２つのパターンが考えられる。
パターン１：直鎖型ＰＰＳ＋炭素系粉末５〜１０重量％＋ＰＴＦＥ２０〜４０重量％＋ウィスカー５〜３０重量％
パターン２：直鎖型ＰＰＳ＋ＰＴＦＥ２０〜４０重量％＋ウィスカー５〜３０重量％
【００１６】
前記パターン１及び２の組成からなるそれぞれのテストピースＰＰＳ１，ＰＰＳ２と、直鎖型ＰＰＳ＋炭素系粉末３〜１０％＋ＰＴＦＥ１０〜３５％（比較例１）と、従来のメタルシート（鋼板と銅との積層品：比較例２）について、比摩耗量、動摩擦係数及び限界ＰＶ値をそれぞれ調べた。但し、試験条件は、面圧１３．２ＭＰａ、周速０．１１５ｍ／秒、試験時間２時間、相手材（ラック棒７の代わり）Ｓ４５Ｃ（焼き入れ、バフ研磨処理品）、無潤滑とした。なお、各テストピースに用いた直鎖型ＰＰＳは、数平均分子量が７５００ｇ／ｍｏｌ、重量平均分子量が３２０００ｇ／ｍｏｌである。
【００１７】
【表１】
0003965883.tif 000002
【００１８】
表１より、比較例１，２に比べてテストピースＰＰＳ１及びＰＰＳ２の比摩耗量及び動摩擦係数が小さく、限界ＰＶ値が大きいことが分かる。
次に、数平均分子量７５００ｇ／ｍｏｌ（重量平均分子量３２０００ｇ／ｍｏｌ）、９０００ｇ／ｍｏｌ（重量平均分子量３８０００ｇ／ｍｏｌ）、及び１１０００ｇ／ｍｏｌ（重量平均分子量５１０００ｇ／ｍｏｌ）の直鎖型ＰＰＳをそれぞれ用いて前記パターン２のテストピースを作製し、これらについて前記と同じ条件で摩擦摩耗試験を行ったところ、分子量の増加による耐摩耗性の向上が認められた。また、分子量を増加すれば材料の流動性が悪くなり、成形が困難となるが、数平均分子量が９０００ｇ／ｍｏｌ程度であれば何ら問題なく成形できることが確認された。
【００１９】
なお、前記実施形態において、摺動部材１４は、サポートヨーク１２とは別体であり、組立時に取り付けられるものであるが、摺動部材１４の材質で、サポートヨーク１２を含む全体を成形してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のラックピニオン式ステアリング装置によれば、サポートヨークの摺接部の限界ＰＶ値を高めることができるので、無潤滑状態であっても優れた耐熱性、摩擦摩耗特性を発揮することができる。
特に、このラックピニオン式ステアリング装置の摺接部材にＰＴＦＥが２０〜４０重量％、ウィスカーが５〜３０重量％含まれていることにより、機械的強度や耐クリープ特性を確保しつつ、より良好な摩擦摩耗特性を発揮することができる。
また、このラックピニオン式ステアリング装置の摺接部材の数平均分子量が９０００±１０００ｇ／ｍｏｌであり、且つ重量平均分子量が３８０００±４２００ｇ／ｍｏｌであることにより、直鎖型ポリフェニレンスルフィドの靭性及び耐摩耗性がさらに向上するとともに、その成形性を良好に確保することができる。
【００２１】
請求項２記載のラックピニオン式ステアリング装置によれば、摺動部材がさらに炭素系粉末を５〜１０重量％含んでいるので、機械的強度を確保しつつ、さらに良好な耐摩耗性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態によるラックピニオン式ステアリング装置における摺動部材の背面図及び側面図である。
【図２】この発明の一実施形態によるラックピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
６    ピニオン
７    ラック軸
８    ラック
１２    サポートヨーク
１４    摺動部材（摺接部）
【図１】
0003965883.tif 000003
【図２】
0003965883.tif 000004