(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータによる補助出力を、減速歯車機構を介して車両のステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置であって、
前記減速歯車機構の従動歯車が、金属製芯管の外周に、ポリアミド樹脂組成物からなり外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体に設けてなり、かつ、
少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に、鉱油、ポリα−オレフィン油、アルキルポリフェニルエーテルから選ばれる少なくとも１種を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とし、分子構造中に水酸基を有するエステル及び脂肪酸との部分けん化エステルから選ばれるエステル系化合物を含むグリースを介在させ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】
エステル系化合物が、ソルビタンモノオレエートであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
エステル系化合物が、モンタン酸エステル部分けん化ワックスであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記従動歯車及び駆動歯車が、円筒ウォームギア、はすば歯車、平歯車、かさ歯車またはハイポイドギアであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記エステル系化合物の配合量がグリース全量の１〜２０重量％であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記基油の動粘度が４０〜２２０ｍｍ２／ｓ（４０℃）であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータによる補助出力を、減速歯車機構を介して車両のステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置に関し、特に金属製芯金の外周に、樹脂組成物からなり外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体に形成した従動歯車を備え、グリース潤滑される電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に組み込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込まれている。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、図３に示されるような、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とから構成される電動パワーステアリング装置用減速ギア２０（以下、単に「減速ギア」ともいう）が使用されるのが一般的である。ここで、ウォーム１２は図２に示す電動モータ１００の回転軸に連結しており、駆動歯車に相当し、一方ウォームホイール１１は従動歯車に相当する。
【０００３】
このような減速ギア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、ハンドル操作時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するという不具合を生じていた。そこで、ウォームホイール１１に、金属製の芯管１の外周に、樹脂製で外周面にギア歯１０を形成してなる樹脂部３を、接着剤８を用いるなどして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３には、例えば、特公平６−６０６７４号公報に記載されているように、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）等のベース樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を配合した材料の他、強化材を含有しないＭＣ（モノマーキャスト）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】
また、減速ギア２０のウォーム１２は、図２に示すように、一対の玉軸受等の転がり軸受１１０で支持されて電動モータ１００と連結しており、ハウジング１２０の一対の転がり軸受１１０の間の空間には、通常、ウォーム１２とウォームホイール１１との両ギア歯間の潤滑のためにグリースが充填されている。更に、転がり軸受１１０に予圧をかけるとともに、タイヤ側からの微小なキックバック入力が入ってきたときに、ウォーム１２を軸方向に動かして電動モータ１００が回転しないようにし、ハンドル側にキックバックのみの情報を伝えるために、図示されるように、転がり軸受１１０のウォーム側にゴム製のダンパー１３０を取り付けているものも知られており、使用されるゴムとしては圧縮永久歪が小さいエチレンアクリルゴムに代表されるアクリルゴムが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のグリースは、鉱油やポリα−オレフィン油を基油とするものが一般的である。しかし、鉱油やポリα−オレフィン油は、金属への濡れ性は良いものの、極性の大きいポリアミド樹脂への濡れ性は悪いという性質があり、そのため金属製のウォーム１２のギア歯と、ウォームホイール１１の樹脂部３に形成されたギア歯１０との間の潤滑状態は必ずしも十分とは言えない状況にある。
【０００７】
その結果、電動パワーステアリング装置には、長期間の運転の間に一時的な油切れが発生し、徐々にウォームホイール１１のギア歯１０の摩耗が進行してウォーム１２とウォームホイール１１との噛み合い部におけるバックラッシュ（ガタ）が大きくなる。それによって、ウォーム１２の円滑な作動が妨げられ、操舵感が悪化したり、異音（歯打ち音）が発生することもあった。更には、ウォームホイール１１のギア歯１０が変形したり、場合によっては破損して装置全体として機能しなくなることもあった。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ポリアミド樹脂への濡れ性を改善したグリースを用いることで、耐久性に優れ、高信頼性の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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記も目的は、本発明の、電動モータによる補助出力を、減速歯車機構を介して車両のステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車機構の従動歯車が、金属製芯管の外周に、樹脂成分としてポリアミド樹脂を含む樹脂組成物からなり外周面にギア歯が形成された樹脂部を一体に設けてなり、かつ、  少なくとも前記従動歯車と駆動歯車との間に、鉱油、ポリα−オレフィン油、アルキルポリフェニルエーテルから選ばれる少なくとも１種を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とし、分子構造中に水酸基を有するエステル及び脂肪酸との部分けん化エステルから選ばれるエステル系化合物を含むグリースを介在させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置により達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
本発明において、電装パワーステアリング装置自体の構成には制限がなく、例えば図１に示す電動パワーステアリング装置を例示することができる。図示される電動パワーステアリング装置において、ステアリングコラム５０の出力軸６０側には、図２及び図３に示したような減速ギア２０をハウジング１２０に収容して構成されるギアボックスが配設されている。
【００１２】
また、ステアリングコラム５０は中空になっており、ステアリングシャフト７０が挿通され、ハウジング１２０に収納された転がり軸受９０、９１により回転自在に支承されている。また、ステアリングシャフト７０は中空軸であり、トーションバー８０を収容している。そして、ステアリングシャフト７０の外周面には、ウォームホイール１１が設けてあり、このウォームホイール１１にウォーム１２が噛合してある。また、これらウォームホイール１１とウォーム１２とからなる減速ギア２０には、図２に示したように、電動モータ１００が連結されている。
【００１３】
減速ギア２０は、図３に示したように、金属製の芯管１の外周に、ポリアミド樹脂組成物からなり、その外周端面にギア歯１０を形成した樹脂部３を一体化したウォームホイール１１と、金属製のウォーム１２とから構成される。尚、ウォームホイール１１において、金属製芯管１と樹脂部３とを接着剤８により接着してもよく、接着剤８として例えばシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤またはトリアジンチオール化合物を用いることができる。
【００１４】
樹脂部３を形成するポリアミド樹脂としては、吸水性や耐疲労性の観点から、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１２、ポリアミド１１、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６Ｉ６Ｔ、変性ポリアミド６Ｔ等が好適に挙げられるが、中でもポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６が耐疲労性に優れ好ましい。
【００１５】
これらポリアミド樹脂は、樹脂単独でも一定以上の耐久性を示し、ウォームホイール１１の相手材である金属製のウォーム１２の摩耗に対して有利に働き、減速ギアとして十分に機能する。しかしながら、より過酷な使用条件で使用されると、ギア歯１０が破損や摩耗することも想定されるため、信頼性をより高めるために、強化材を配合することが好ましい。
【００１６】
補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等が好ましく、上記に挙げたポリアミド樹脂との接着性を考慮してシランカプッリング剤で表面処理したものが更に好ましい。また、これらの補強材は複数種を組み合わせて使用することができる。衝撃強度を考慮すると、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維状物を配合することが好ましく、更にウォ−ム１２の損傷を考慮するとウィスカー状物を繊維状物と組み合わせて配合することが好ましい。混合使用する場合の混合比は、繊維状物及びウィスカー状物の種類により異なり、衝撃強度やウォーム１２の損傷等を考慮して適宜選択される。これらの補強材は、全体の５〜４０重量％、特に１０〜３０重量％の割合で配合することが好ましい。補強材の配合量が５重量％未満の場合には、機械的強度の改善が少なく好ましくない。補強材の配合量が４０重量％を超える場合には、ウォーム１２を損傷し易くなり、ウォーム１２の摩耗が促進されて減速ギアとしての耐久性が不足する可能性があり好ましくない。
【００１７】
更に、ポリアミド樹脂組成物には、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するために、ヨウ化物系熱安定化剤やアミン系酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加されていてもよい。
【００１８】
上記の如く概略構成される電動パワーステアリング装置では更に、従来と同様に、ハウジング１２０の一対の転がり軸受１１０の間の空間に、ウォーム１２とウォームホイール１１との両ギア歯間の潤滑のためのグリースが充填される（図２参照）。本発明では、このグリースとして、鉱油、ポリα−オレフィン油、アルキルポリフェニルエーテルから選ばれる少なくとも１種を基油とし、これに増ちょう剤及びエステル系化合物を配合したものを用いる。
【００１９】
鉱油、ポリα−オレフィン油、アルキルポリフェニルエーテルには制限がなく、従来よりグリースの基油として用いられているものを使用することができる。また、これらは必要に応じて混合してもよい。尚、基油の動粘度は、４０〜２２０ｍｍ2／ｓ（４０℃）が適当である。
【００２０】
増ちょう剤には、ポリアミドに構造が類似し、ウォームホイール１１の樹脂部３であるポリアミド樹脂への吸着性に優れることからウレア化合物を用いる。また、増ちょう剤の配合量も上記基油とともにグリースを形成し得る限り制限されるものではないが、グリース全量の１０〜２０重量％が適当である。
【００２１】
エステル系化合物は、グリースのポリアミド樹脂への濡れ性を改善するために配合される成分であり、ポリアミド樹脂のアミド結合への相互作用が強く、濡れ性改善に特に有用であることから分子構造中に水酸基を有するエステル、脂肪酸との部分けんエステルを用いる。脂肪酸との部分けん化エステルとしては、モンタン酸エステル部分けん化ワックス等を挙げることができる。
【００２２】
また、分子構造中に水酸基を有するエステルとしては、ステアリン酸モノグリセリド、オレイン酸モノグリセリド、ベヘニン酸モノグリセリド、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート等の脂肪酸と多価アルコールとの部分エステル、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド等のヒドロキシ脂肪酸エステルを挙げることができる。
【００２４】
また、上記エステル系化合物は、それぞれ単独で、もしくは混合してグリース全量に対して１〜２０重量％、好ましくは２〜１０重量％となるように配合される。配合量が１重量％未満では、濡れ性の改善効果が十分に得られない。一方、２０重量％を超えて配合しても濡れ性の更なる改善効果は見込めず、更に図２に示したようにゴム製のダンパー１３０を備える電動パワーステアリング装置では、ゴムの膨潤が起こりやすくなるなど、他部品に悪影響を及ぼすことも想定される。
【００２５】
グリースは上記の如く構成されるが、エステル系化合物による濡れ性の改善効果に悪影響を及ぼさない範囲で、他の添加剤を添加することもできる。例えば、アミン系やフェノール系等の酸化防止剤、カルシウムスルホネート等の防錆剤、ジチオカルバミン酸モリブデン等の極圧添加剤等を添加することができる。
【００２６】
尚、本発明の電動パワーステアリング装置では、減速ギア２０として、上記したウォームホイール１１及びウォーム１２以外にも、図４に示す平歯車、図５に示すはすば歯車、図６に示すかさ歯車、図７に示すハイポイドギア等が可能であり、何れもウォームホイール１１を、金属製芯管１の外周に、ポリアミド樹脂組成物からなり、その外周面にギヤ歯１０が形成された樹脂部３を、接着剤８を用いるなどして一体化して構成する。
【００２７】
【実施例】
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。
【００２８】
（実施例１〜４、比較例１）
〔試験グリースの調製〕
１００℃における動粘度が８ｍｍ2／ｓのポリα−オレフィン油を基油とし、増ちょう剤としてジウレア化合物を１３重量％の割合となるように配合したベースグリースに、表１に示すエステル系化合物、酸化防止剤及び防錆剤を添加し、試験グリースを調製した。尚、何れの試験グリースも、ちょう度がＮＬＧＩ  Ｎｏ．２となるように調製した。
【００２９】
【表１】
0004352667.tif 000002
【００３０】
・エステル系化合物Ｉ：モンタン酸エステル部分けん化ワックス（ＢＡＳＦジャパン（株）製「Ｌｕｗａｘ  ＯＰ」）
・エステル系化合物II：ペンタエリスリトールテトラオレエート（ヘンケル白水（株）製「ＥＭＥＲＹ２８９８」）
・エステル系化合物III：ジ−２−エチルヘキシルセバケート（大八化学工業（株）製ＤＯＳ）
・エステル系化合物IV：ソルビタンモノオレエート（花王（株）製「レオドールＳＰ−０１０」）
・酸化防止剤：４，４´−ジオクチルジフェニルアミン（精工化学（株）製「ノンフレックスＯＤ−ＲＨ」）
・防錆剤：中性カルシウムスルホネート（（株）松村石油研究所製「モレスコアンバーＳＣ４５Ｎ（鉱油含有量５４％）」）
【００３１】
〔ウォームホイール試験体の作製〕
クロスローレット加工を施し、脱脂した外径４５ｍｍ、幅１３ｍｍのＳ４５Ｃ製の芯管を、スプルー及びディスクゲートを装着した金型に配置し、ガラス繊維を３０重量％含有するポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」、銅系添加剤含有）を射出成形して外径６０ｍｍ、幅１３ｍｍのウォームホイールブランク材とし、次いで樹脂部の外周を切削加工してギア歯を形成して図３に示すウォームホイール試験体を作製した。
【００３２】
〔耐久性の評価〕
作製したウォームホイール試験体を実際の電動パワーステアリング装置の減速ギアに組み込み、更に上記で調製した試験グリースをウォームホイールのギア歯表面及びウォームのギア歯表面に満遍なく塗布し、雰囲気温度８０℃に維持して操舵を行い、１万回毎にギア歯の摩耗量を測定した。試験前に比べて摩耗量が４０μｍ以下を合格とした。結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0004352667.tif 000003
【００３４】
表２に示すように、エステル系化合物を含有しない比較例１の試験グリースでは、２万回操舵で摩耗量が４０μｍを超えており、耐久性が十分ではない。これに対し、エステル系化合物を含有する実施例１〜４の試験グリースでは、１０万回操舵後も摩耗量４０μｍ以下であり、耐久性の向上に効果があることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鉱油、ポリα−オレフィン油、アルキルポリフェニルエーテルから選ばれる少なくとも１種を基油とし、これに増ちょう剤及びエステル系化合物を配合したグリースを用いることにより、ウォームホイールのポリアミド樹脂製のギア歯へのグリースの濡れ性が高まり、歯車間の潤滑性が向上して、より耐久性に優れる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パワーステアリング装置の一例を示す一部断面構成図である。
【図２】図１のＡＡ断面図であり、電動モータと減速ギアとの連結部周辺を示す概略構成図である。
【図３】減速ギアの一例（円筒ウォームギア）を示す斜視図である。
【図４】減速ギアの他の例（平歯車）を示す斜視図である。
【図５】減速ギアの更に他の例（はすば歯車）を示す斜視図である。
【図６】減速ギアの更に他の例（かさ歯車）を示す斜視図である。
【図７】減速ギアの更に他の例（ハイボイドギア）を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  芯管
３  樹脂部
４  スプルー
５  ディスクゲート
８  接着層
１０  ギア歯
１１  ウォームホイール
１２  ウォーム
２０  減速ギア
５０  ステリングコラム
７０  ステアリングシャフト
８０  トーションバー
９０  軸受
９１  軸受
１００  電動モータ
１１０  転がり軸受
１２０  ハウジング
１３０  ダンパー
【図１】
0004352667.tif 000004
【図２】
0004352667.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004352667.tif 000008
【図６】
0004352667.tif 000009
【図７】
0004352667.tif 000010