(57)【要約】【課題】樹脂部を備えるウォームホイールにおいて、強化繊維の配向を最適化するとともに、ウエルドやボイドの発生を抑えて強度を高め、更には芯管の加工や、制振材料を用いることなく制振性能を高める。【解決手段】電動パワーステアリング装置の減速機構において、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる中間基材をホットプレス成型してなり、外周面にギヤ歯を形成した樹脂部を備えるウォームホイールを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操舵により回転するステアリング軸と、前記操舵を補助する回転力を発生させる電動モータと、前記電動モータに連結されたウォームと、前記ウォームに噛み合うウォームホイールとを備える電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールが、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む中間基材をホットプレス成型し、外周面にギヤ歯を形成した樹脂部を備えることを特徴とする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し、特にそのウォームホイールの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に組み込まれる電動パワーステアリング装置に用いられている減速機構として、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、図１に示すような、電動モータ（図示せず）に連結されたウォーム１２と、ウォーム１２に噛み合うウォームホイール１１とから構成される減速ギヤ２０が使用されるのが一般的である。
【０００３】
このような減速ギヤ２０では、ウォームホイール１１とウォーム１２の両方を金属製にすると、ハンドル操舵時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するため、金属製の芯管１の外側に、樹脂組成物製で外周面にギヤ歯１０を形成した樹脂部３を、接着剤８により一体化させた樹脂部３を備えるウォームホイール１１を用いて騒音対策を行っている。また、このような樹脂部３を備えるウォームホイール１１を用いることで、電動パワーステアリング装置の軽量化を図ることもできる。
【０００４】
樹脂部３は、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維を配合した樹脂組成物を射出成型して製造するのが一般的である。しかし、射出成型すると、樹脂組成物の溶融物の流れに沿って強化繊維が配向するため、要求強度を満足できないことに加え、溶融物が会合してウエルドと呼ばれる強度が劣る部位ができるなどの問題がある。流動解析や強度解析等により金型を工夫し、より高強度のウォームホイール１１を製造することが行われているが、強化繊維の配向を最適化することは難しく、ウエルドの発生を完全に防ぐこともできない。
【０００５】
また、電動パワーステアリング装置では、操舵感向上のために振動や騒音を抑えることも要求されており、芯管にリブを設けて剛性を高めたり（特許文献１参照）、芯管とギヤ部との間に制振・吸振金属材料を介在させる（特許文献２参照）、などの対策が採られている。しかし、これらの対策では芯管の更なる加工や、制振・吸振金属材料が新たに必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５５５２４号公報
【特許文献２】実開平２−１０６９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、樹脂部を備えるウォームホイールにおいて、強化繊維の配向を最適化するとともにウエルドやボイドの発生を抑えて強度を高め、更には芯管の加工や、制振材料を用いることなく制振性能を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、  運転者の操舵により回転するステアリング軸と、前記操舵を補助する回転力を発生させる電動モータと、前記電動モータに連結されたウォームと、前記ウォームに噛み合うウォームホイールとを備える電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールが、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む中間基材をホットプレス成型し、外周面にギヤ歯を形成した樹脂部を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、強化繊維の配向を最適化でき、更にはウエルドやボイドが無く、高強度で、制振性能にも優れるウォームホイールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】減速ギアの一例を示す斜視図である。
【図２】実施例１（ホットプレス成型）で作製した試験片の振動減衰曲線である。
【図３】比較例２（射出成型）で作製した試験片の振動減衰曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
本発明のウォームホイールとして、例えば図１に示したような、樹脂部３の外周面にウォーム１２と噛み合うギヤ歯１０を形成し、芯管１と接着剤８により一体化したウォームホイール１１を例示することができる。そして、本発明では、樹脂部３を、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含有する中間基材を、所定の金型に充填し、ホットプレス成型して製造する。
【００１３】
強化繊維は、従来からウォームホイールの樹脂部３の強化のために使用される繊維でかまわないが、補強効果や制振性能等を考慮すると、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等が好適である。また、繊維径や繊維長も、従来から用いる強化繊維と同等でかまわない。
【００１４】
また、熱可塑性樹脂としては、得られる樹脂部３の耐熱性や強度等を考慮すると、ポリアミドやポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等が好適である。
【００１５】
中間基材としては、強化繊維と熱可塑樹脂性繊維とで形成される不織布が好適であり、例えば、強化繊維及び熱可塑性樹脂繊維をバインダーとともに水に加えて撹拌して水性スラリーを調製し、この水性スラリーを抄製、圧縮脱水、乾燥して製造することができる。この不織布は、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とが分散し合うため、得られるウォームホイール１１は強化繊維がランダムに分散したものとなり、高強度で、制振性も高まる。
【００１６】
また、中間基材として、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを乾式で混合し、これを小さな塊に造粒したペレットでもよい。個々のペレットは、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とが複雑に絡み合っており、得られるウォームホイール１１は強化繊維がランダムに分散したものとなり、高強度で、制振性も高まる。
【００１７】
尚、得られるウォームホイール１１が十分な強度と、制振性能とを備えるために、強化繊維を１０〜６０質量％含有することが好ましく、２０〜５５質量％含有することがより好ましい。強化繊維量が１０質量％未満では強度及び制振性能が不足し、６０質量％を超えると熱可塑性樹脂が少なすぎて、成形不良や、強化繊維が表面に露出してウォーム１２を損傷させる等の不具合が生じる。中間基材における強化繊維量が、そのままウォームホイール１１における強化繊維量になるため、抄製に用いる水性スラリーやペレットの強化繊維量をこの範囲にする。
【００１８】
樹脂部３とするには、円板状のキャビティを有する金型の中央に、外周面に接着剤を塗工した芯管１を配置した状態で、中間基材を充填してホットプレス成型する。尚、芯管１は、樹脂部３との接着性を高めるために、その外周面にローレット加工等を施してもよい。ホットプレス成型では、射出成型のように樹脂組成物の溶融物が会合することがないため、ウエルドが発生することがない。
【００１９】
このホットプレス成型により、芯管１と樹脂部３とが一体化したブランク材が得られ、樹脂部３の外周面にギヤ歯１０を切削加工して形成することにより、本発明のウォームホイール１１が得られる。
【００２０】
尚、本発明においてウォームホイール１１は、図１に示す他にも、何れも図示は省略するが、平歯車やはすば歯車、かさ歯車、ハイポイドギヤ等が可能である。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制
限されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
ポリアミド６６繊維が８０質量％、ガラス繊維が２０質量％となるように、抄製法により不織布を作製した。そして、この不織布を積層して金型に充填し、ホットプレス成型して下記のボールオンディスク用の板状試験片を作製した。
【００２３】
（比較例１）
強化繊維を含有しない市販のポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０Ｕ」）を射出成型して、同様の板状試験片を作製した。
【００２４】
（比較例２）
ポリアミド６６にガラス繊維を３０質量％含有させた市販の樹脂組成物（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」）を射出成型して、同様の板状試験片を作製した。
【００２５】
（比較例３）
ポリアミド６６にパラ系アラミド繊維を２０質量％含有させた樹脂組成物の長繊維強化ペレットを射出成形して、同様の板状試験片を作製した。
【００２６】
＜耐摩耗性評価＞
実施例１、比較例１〜３の板状試験片と、ＳＵＪ２製ボールとを用いてボールオンディスク試験を行い、耐摩耗性を評価した。本試験では、板状試験片とボールとの間にグリース（基油；ポリα−オレフィン油、増ちょう剤：脂肪族ウレア）を介在させ、ボールを１２０°等配で３個配置し、雰囲気２３℃にて８時間回転させ、回転後の板状試験片の表面の摩耗状態及びＳＵＪ２製ボールの接触面の状態を観察した。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、実施例１のホットプレス成型して得た試験片は、比較例２の射出成型して得た試験片に比べて、自身の耐摩耗性に優れることがわかる。即ち、実施例１のホットプレス成型して得た試験片の表面は摩耗発生なしとなり、比較例２の射出成形して得た試験片の表面は摩耗発生ありの結果となった。これは、実施例１では、試験片表面に平行に強化繊維が配された状態にあり、この試験では強化繊維が表面に出にくくなり、摩耗発生なしの結果になったと考えられる。一方、比較例２では、試験片表面にランダムに強化繊維が配された状態にあり、この試験によって強化繊維が表面に出てしまったために摩耗発生ありの結果になったと考えられる。
【００２９】
＜寸法安定性評価＞
溝深さ０．５ｍｍのローレット加工を施した外径６５ｍｍ、幅１６ｍｍのＳ４５Ｃ製の芯管をコアとし、実施例１では不織布を充填してホットプレス成型して内径６４ｍｍ、外径８４ｍｍ、幅１５．５ｍｍのブランク材とし、その外周面にギヤ歯を切削加工してウォームホイールを作製した。また、比較例１〜３では樹脂または樹脂組成部を射出成型し、同様にしてウォームホイールを作製した。
【００３０】
そして、各ウォームホイールを下記の条件Ａまたは条件Ｂにて７０時間放置し、ギヤ外径の放置前からの寸法変化量を求めた。結果を表２に示すが、何れの条件でも寸法変化量が４０μｍ以下を「合格」、４０μｍ超を「不合格」とした。
・条件Ａ：６０℃、９０％ＲＨ
・条件Ｂ：８０℃、９０％ＲＨ
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２に示すように、強化繊維を含有することにより、寸法安定性に優れるようになる。
【００３３】
＜耐久性評価＞
実施例１及び比較例２の各ウォームホイールについて、金属製のウォームと組み合わせて減速ギアを作製し、耐久性を評価した。結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
実施例１及び比較例２ともに同等の寿命を有するが、実施例１ではガラス繊維量が２０質量％であるのに対し、比較例２ではガラス繊維量が３０質量％であり、比較例２と同等の寿命を得るために必要なガラス繊維量が実施例１では少なくてすむ。実施例１のガラス繊維量を比較例２と同量に増量すれば、比較例２よりも長寿命のウォームホイールが得られるため、ホットプレス成型することによる強度の向上を図ることができる。
【００３６】
＜制振性評価＞
実施例１及び比較例２の各ウォームホイールについて、制振減衰試験を行った。実施例１の結果を図２に、比較例２の結果を図３に示すが、実施例１のウォームホイールでは振動負荷後８０秒程度で振動が収まっているのに対し、比較例１のウォームホイールでは振動が収まるのに３５０秒以上要しており、実施例１のウォームホイールは制振性能に優れることがわかる。
【００３７】
このように本発明に従い、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む中間基材を用いてホットプレス成型することにより、射出成型した場合に比べて、より高強度で、制振性能にも優れ、長寿命のウォームホイールを提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  芯管
３  樹脂部
１０  ギヤ歯
１１  ウォームホイール
１２  ウォーム
２０  減速ギヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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