電動パワーステアリング装置
【課題】 樹脂製ギア歯の摩耗を抑えて長寿命化を図り、更には減速歯車機構及びラック・ピニオン式運動変換機構の摩擦損失を低減して装置全体をコンパクトに維持したままで高出力化を図る。
【解決手段】 減速歯車機構の従動歯車が、金属製芯管の外周に、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設けてなり、駆動歯車が金属製で、ギア歯の歯面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下であり、かつ、少なくとも従動歯車と駆動歯車との間に、ポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油と、添加剤として特定の油性剤と特定の無極性固体潤滑剤とを含むグリース組成物を介在させた電動パワーステアリング装置。
【解決手段】 減速歯車機構の従動歯車が、金属製芯管の外周に、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設けてなり、駆動歯車が金属製で、ギア歯の歯面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下であり、かつ、少なくとも従動歯車と駆動歯車との間に、ポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油と、添加剤として特定の油性剤と特定の無極性固体潤滑剤とを含むグリース組成物を介在させた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と、ラック・ピニオン式運動変換機構とを兼ね備えた電動パワーステアリング装置の高出力化に関する。
【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は、例えば図１及び図２に示すように構成される。図示されるように、中空のステアリングコラム５０に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。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が収容されている。また、出力軸６０側において、ステアリングシャフト７０の外周面にウォームホイール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。これらウォームホイール１１とウォーム１２とで構成される減速歯車機構は、電動モータに連結し、ハウジング１２０に収納される。ここで、ウォーム１２は電動モータ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】
また、ウォーム１２は、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、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。
【０００４】
上記減速歯車機構では、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、図３に示すように、ウォーム１２を金属製として、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を用いて一体化させたものを使用して騒音対策を行っている。
【０００５】
上記樹脂部３には、例えば、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。
【０００６】
また、減速歯車機構では、ウォームホイール１１のギア歯１０の歯面及びウォーム１２の歯面にグリースを塗布して摩耗を抑えることが行なわれており、本出願人も先に、樹脂の摩耗を抑えることを目的として、ポリオレフィンワックスを配合したグリース組成物を提案している（特許文献１参照）。しかし、近年、電動パワーステアリング装置では、大型車への適用、あるいは車内の居住空間確保を目的とした装置小型化に対応するために、ウォーム１２とウォームホイール１１との接触面圧の増大が避けられなくなってきており、更なる摩耗低減が要求されている。それと同時に、入力動力の摩擦損失を抑える要求も高まってきている。
【０００７】
更に、ラック・ピニオン式運動変換機構（図示せず）を備える電動パワーステアリング装置では、グリース潤滑されるのが一般的であるが、装置の小型化や高効率化のために、このラック・ピニオン式運動変換機構用の潤滑グリースにも同様に入力動力の摩擦損失を抑える要求が高まってきている。
【特許文献１】特開平９−１９４８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような状況に艦みてなされたものであり、樹脂製のウォームホイールを備え、更にはラック・ピニオン式運動変換機構を兼備する電動パワーステアリング装置において、ウォームホイールの樹脂製ギア歯の摩耗を抑えて長寿命化を図り、更には減速歯車機構及びラック・ピニオン式運動変換機構の摩擦損失を低減して装置全体をコンパクトに維持したままで高出力化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は下記に示す電動パワーステアリング装置を提供する。
（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、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、
駆動歯車が金属製で、ギア歯の従動歯車のギア歯との摺動面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下であり、かつ、
少なくとも前記従動歯車と前記駆動歯車との間に、ポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油と、添加剤として（ａ）モンタン酸の誘導体のワックス、脂肪酸アマイドワックス、エステルワックス、ケトンワックス、酸化ポリオレフィンワックスから選ばれる少なくとも１種と（ｂ）ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリビニルフルオライド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１種とを含むグリース組成物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。
（２）前記（ａ）成分及び前記（ｂ）成分の含有量の和がグリース全量に対して８質量％以下であり、かつ、前記（ａ）成分の含有量がグリース全量に対して１．４〜３．５質量％で、前記（ｂ）成分の含有量が前記（ａ）成分の含有量と同量以上で、かつ、グリース全量に対して３質量％以上であることを特徴とする上記（１）記載の電動パワーステアリング装置。
（３）前記駆動歯車がパルソナイト処理が施され、かつ、前記従動歯車の樹脂部がポリアミド樹脂に直径５〜９μｍのガラス繊維を樹脂全量に対して２５〜３５質量％含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の電動パワーステアリング装置。
（４）前記グリース組成物の増ちょう剤がリチウム石けん、バリウム複合石けん、化学式（Ｉ）または化学式（II）で表されるジウレア化合物から選ばれる少なくとも１種であり、かつ、基油動粘度が４０℃において３０〜１５０ｍｍ2／ｓであることを特徴とする上記（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。
【００１０】
【化２】
【００１１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数が８〜１６の直鎖状のアルキル基であり、同一でも異なっていても良い。）
（５）ラック・ピニオン式運動変換機構を含み、かつ、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓで、かつ、鉱油及びポリαオレフィン油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油、増ちょう剤としてリチウム石けん、摩擦低減剤としてモリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートから選ばれる少なくとも１種をグリース全量に対して０．５〜６．５質量％の割合で含むグリース組成物で潤滑されていることを特徴とする上記（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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウォームホイールのギア歯の摩耗が少なく長寿命であり、更に減速歯車機構及びラック・ピニオン式運動変換機構の摩擦損失が少なくコンパクトで、高出力の電動パワーステアリング装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
本発明において、電動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及び図２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。また、減速歯車機構は、図３に示すように、樹脂部３を備えるウォームホイール１１と金属製のウォーム１２とから構成される。
【００１５】
ウォーム１２は、例えばＳ４５Ｃ材やＳＵＪ２材等の金属製であり、高い動力伝達効率を確保するために、ギア歯のウォームホイール１１のギア歯１０との摺動面（以下、「歯面」ともいう）が算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下、好ましくは０．１２μｍ以下となるように加工されている。本発明では、後述されるように、（ａ）成分及び（ｂ）成分を添加して摩耗低減を図るが、算術平均粗さＲａが０．１５μmを越えると、これら成分による摩耗低減効果よりも、ウォーム１２の歯面の凹凸の引掛りによる摩擦力の増大が顕在化してくる。
【００１６】
また、ウォームホイール１１の樹脂部３に含有されるガラス繊維による損傷を抑えるために、ウォーム１２は熱処理や窒化処理等を施して表面硬度を高めることが好ましく、パルソナイト処理が施されていることが特に好ましい。
【００１７】
ウォームホイール１１は、樹脂部３を備えること以外に制限はないが、好ましい実施形態を説明すると、樹脂部３は、ＭＣナイロン、あるいはポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６にガラス繊維を含有させたポリアミド樹脂組成物から形成されることが好ましい。ポリアミド樹脂の分子量は、ガラス繊維を含有した状態で射出成形できる範囲、具体的には数平均分子量で１３０００〜２８０００であり、耐疲労性や成形性を考慮すると、数平均分子量で１８０００〜２６０００がより好ましい。数平均分子量が１３０００未満では分子量が低すぎて耐疲労性が悪く、実用性が低い。一方、数平均分子量が２８０００を越えると、後述する含有量でガラス繊維を含有させると、溶融粘度が高すぎて精度良く樹脂部３を成形するのが困難になり、好ましくない。
【００１８】
ポリアミド樹脂組成物において、ガラス繊維は直径５〜１３μｍのものが好ましく、その含有量は該樹脂組成物全量の１０〜４０質量％が好ましい。樹脂部３の耐摩耗性や寸法安定性を考慮すると、直径５〜９μｍのガラス繊維を２５〜３５質量％含有することが特に好ましい。これは、ガラス繊維が樹脂部３の全体に細かく均一に分散していることが、樹脂部３の耐摩耗性や寸法安定性を高度に維持する上で不可欠であることに由来する。直径５μｍ未満のガラス繊維を使用すると、樹脂部３の耐衝撃性等の機械的強度が低下する傾向があるとともに、製造コストが高くなり実用性が低くなる。一方、ガラス繊維の直径が９μｍを越えると、耐摩耗性に劣るようになり、特に直径１３μｍを越えると顕著となる。また、直径５〜９μｍのガラス繊維を使用することは、これよりも太いガラス繊維を使用した場合と比べて、同一の含有量でもより多数本のガラス繊維が樹脂中に分散することになり、樹脂部３の耐荷重性が増してより高面圧での使用に耐え得るようになる。ガラス繊維の含有量が２５質量％未満であると、樹脂部３の機械的強度及び吸水による寸法変化の抑制効果が少なくなり、特に１０質量％未満で顕著となる。一方、ガラス繊維の含有量が３５質量％を越えると、ウォーム１２を損傷しやすくなり、ウォーム１２の摩耗が促進されて減速歯車機構２０としての耐久性が不足するおそれがあり、特に４０質量％を越えると顕著になる。
【００１９】
尚、ガラス繊維の繊維長は１００〜９００μｍが好ましく、３００〜６００μｍが特に好ましい。繊維長が１００μｍ未満では短すぎて補強効果及び吸水による寸法変化の抑制効果が少なく、９００μｍを越えると補強効果及び吸水による寸法変化の抑制効果は高まるものの、樹脂部３を成形する際に破断したり、配向性の低下による成形精度の悪化が想定されるようになり、何れも好ましくない。
【００２０】
また、ガラス繊維の一部を、炭素繊維等の繊維状物や、チタン酸カリウムウィスカー等のウィスカー状物等の他の補強材に代えてもよく、着色剤等を添加してもよい。
【００２１】
更に、ＭＣナイロンや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してもよい。
【００２２】
樹脂部３を形成するには、上記のＭＣナイロンまたはポリアミド樹脂組成物の溶融物を、芯管１を配置した金型に充填して硬化させればよい。そして、切削加工により、樹脂部３の外周面にギア歯１０を形成してウォームホイール１１が得られる。
【００２３】
芯管１と樹脂部３とをより強固に接合する目的で、更にはポリアミド樹脂は吸水性が高いことから、吸水による寸法変化を更に抑制する目的で、接着層８を設けることも好ましい。接着層８を形成するには、例えば芯管外周面にシランカップリング剤を塗布してから樹脂部３を加熱圧入し、その後高周波加熱を行なう方法が挙げられる。シランカップリングは、分子構造の一端に加水分解性基であるアルコキシ基を有しており、このアルコキシ基が加水分解して水酸基に変化し、この水酸基が金属表面の水酸基と脱水縮合を起こして強固な結合力を有する共有結合を形成する。また、他端には有機官能基を有しており、この有機官能基がポリアミド樹脂の分子構造中のアミド結合と結合する。そして、これらの結合により、芯金１と樹脂部３とが強固に接合する。尚、シランカップリング剤の有機官能基としてはアミド基との反応性からアミノ基、エポキシ基が好適であり、このような有機官能基を有するシランカップリング剤としてはγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。特に、有機官能基としてエポキシ基を持つものは、アミド結合との反応性が高く、より好ましい。
【００２４】
また、高周波加熱を行なうと、強固な接着層８が形成されるとともに、芯管外周面と接触する樹脂部３の内周面（界面）のみが溶融し、圧入によって発生した残留応力の除去を併せて行なうことができる。尚、高周波加熱時の芯管温度を２００〜４５０℃とすることにより、接着力がより高まる。また、加熱雰囲気は大気中でもよいが、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行なうと樹脂部３の酸化劣化が抑制され、好ましい。
【００２５】
尚、減速歯車機構としては、図３に示す構成の他にも、例えば図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る。そして、上記と同様に、それぞれの駆動歯車は金属製で、好ましくはパルソナイト処理が施され、更に歯面が算術平均粗さＲａ０．１５μｍに加工され、従動歯車は芯管１に接着層８を介して同様の樹脂組成物からなる樹脂部３が一体化され、更に樹脂部３の外周にギア歯１０が形成される。
【００２６】
上記の如く構成されるウォームホイール１１とウォーム１２の両ギア間に、潤滑のためのグリース組成物を介在させる。グリース組成物の基油は、樹脂部３を形成するＭＣナイロンやポリアミド樹脂、更にはダンパー１３０を形成するゴム材料に対する化学的作用を考慮して、極性の低いポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する。鉱油は、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を適宜組み合わせて精製したものが好ましい。併用可能な潤滑油には制限がないが、例えば、鉱油やポリαオレフィン油は無極性でポリアミド樹脂に対する濡れ性が低いため、これを改善するために極性のある潤滑油を用いることができる。
【００２７】
また、基油は、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓであることが好ましい。動粘度が３０ｍｍ2／ｓ（４０℃）未満では、油膜形成能力に劣り、ウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０の耐久性が低下するおそれがある。一方、動粘度が１５０ｍｍ2／ｓ（４０℃）を越えると、低温特性が悪化し、低温環境下で粘度上昇や固化が起こり減速歯車機構の動力伝達効率が低下するおそれがある。
【００２８】
増ちょう剤としては、リチウム石けんやリチウム複合石けん等に代表される金属石けん系増ちょう剤、ジウレア等に代表される無機系増ちょう剤、ポリテトラフルオロエチレン等に代表される有機系増ちょう剤が挙げられるが、低摩擦という観点からはリチウム石けん、バリウム複合石けん、化学式（Ｉ）または化学式（II）で表されるジウレア化合物が好ましい。
【００２９】
【化３】
【００３０】
尚、化学式（Ｉ）または化学式（II）において、Ｒ１、Ｒ２は炭素数が８〜１６の直鎖状のアルキル基であり、同一でも異なっていても良い。
【００３１】
また、グリース組成物には、必須添加剤として（ａ）モンタン酸の誘導体のワックス、脂肪酸アマイドワックス、エステルワックス、ケトンワックス、酸化ポリオレフィンワックスから選ばれる少なくとも１種と、（ｂ）ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリビニルフルオライド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１種とが併用して添加される。（ｂ）成分の中では、ポリテトラフルオロエチレン及びポリエチレンが好ましい。
【００３２】
（ｂ）成分は無極性の固体潤滑剤であり、これをグリースに混合することによりウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０と、金属製のウォーム１２のギア歯との摺動面における発熱が抑えられ、樹脂製ギア歯１０の耐久寿命を延長する効果が得られる。このような効果を得るためには、（ｂ）成分をグリース全量の３質量％以上添加することが好ましい。但し、（ｂ）成分は増ちょう作用を有するため、添加量が多すぎると低温環境下においてグリースを硬化させて摺動性を悪化させるきらいがあり、例えば−４０℃下で動力伝達効率が大きく低下することから、上限を８質量％とすることが好ましい。
【００３３】
また、（ｂ）成分は摺動表面と何らかの強い結合力で結び付いているわけではないため、高荷重下や高速で摺動した場合にはその摩擦低減能を発揮しにくい。電動パワーステアリング装置の減速歯車機構では、ギア歯が複雑な形状を持ち、かつ、自動車の運転状態によって様々な条件で駆動されるため、しばしばスティックスリップと呼ばれる、瞬時に摩擦抵抗が上昇する現象が起こり、結果として摺動面の摩擦抵抗が激しく上下する。このスティックスリップの発生機構は定かではないが、ウォーム１２の金属製ギア歯とウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０との摺動面の一部もしくは全域において、両ギア歯が断続的に直接接触することが原因と考えられている。
【００３４】
（ａ）成分である油性剤は、このスティックスリップの発生を抑制する作用を有する。油性剤は摺動部の金属表面に吸着することで単分子〜数分子の層状の薄膜を形成して金属表面の表面張力を減少させ、金属の油に対する濡れ性を増大させ、油膜の破断確率を減少させる。そのため、仮に（ｂ）成分の耐荷重能を超える潤滑条件下において潤滑油膜が破断した場合においても、ウォーム１２の金属製ギア歯とウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０との間に、この（ａ）成分による薄膜によって２面間の直接接触が防止されて摩擦抵抗の上昇が抑えられる。
【００３５】
また、減速歯車機構２０の周辺にはゴム製のダンパー１３０をはじめ、各種の樹脂・ゴム材が使用されている。そのため、油性剤として従来から使用されているものの中でも、アルコールや脂肪酸誘導体は樹脂・ゴム材の物性に影響を与えることが多い。これに対して、上記に挙げた（ａ）成分は高分子構造上の一部に極性基が存在するので、樹脂・ゴム材への影響が少ない。また、（ａ）成分は、（ｂ）成分ほどではないが小さい表面張力を持ち、固体潤滑剤としての機能（摺動面において低摩擦でへき開する）も有するので好ましい。
【００３６】
更に、図８に模式的に示すように、ウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０とウォーム１２の金属製ギア歯との摺動面では、（ａ）成分と（ｂ）成分とがせん断されるが、それらの存在比率によって摩擦の程度が変化してくる。従って、（ａ）成分の添加量としてはスティックスリップを抑制するのに十分な量であるのと同時に、（ｂ）成分の低摩擦能を阻害しない量とすべきであり、本発明ではグリース全量に対して１．４〜３．５質量％とすることが好ましい。
【００３７】
上記の理由から、本発明では、（ａ）成分及び（ｂ）成分は、その合計量でグリース全量に対して８質量％以下であり、かつ、（ａ）成分の含有量がグリース全量に対して１．４〜３．５質量％で、（ｂ）成分の含有量が（ａ）成分の含有量と同量以上で、かつ、グリース全量に対して３質量％以上となるように添加することが好ましい。
【００３８】
また、グリース組成物には、必要に応じて他の添加剤を添加してもよい。例えば、何れも公知の酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤等を適用添加することができる。
【００３９】
また、本発明の電動パワーステアリング装置は、ラック・ピニオン式運動変換機構を具備していてもよい。ラック・ピニオン式運動変換機構の構成、構造には制限がないが、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓで、鉱油及びポリαオレフィン油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油、増ちょう剤としてリチウム石けん、摩擦低減剤としてモリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートから選ばれる少なくとも１種をグリース全量に対して０．５〜６．５質量％の割合で含むグリース組成物で潤滑される。
【００４０】
鉱油は、上記と同様の精製鉱油が好ましい。基油の動粘度が３０ｍｍ2／ｓ（４０℃）未満では、油膜形成能力に劣り耐久性が低下するおそれがあり、１５０ｍｍ2／ｓ（４０℃）を越えると、低温特性が悪化して低温環境下で粘度上昇や固化が起こり動力伝達効率が低下するおそれがある。リチウム石けんは、低摩擦という観点から好ましい増ちょう剤であり、モリブデンジチオカーバイドやモリブデンジチオフォスフェートとの併用により、低摩擦が更に向上する。従って、モリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートの含有量がグリース全量の０．５質量％未満では、低摩擦の向上に十分に寄与しない。また、６．５質量％を越えて添加しても、増分に見合う効果の向上が得られず、不経済となるばかりでなく、環境によっては腐食を引き起こす可能性がある。
【００４１】
また、グリース組成物には、必要に応じて他の添加剤を添加してもよい。例えば、何れも公知の酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤等を適用添加することができる。
【００４２】
本発明の電動パワーステアリング装置は上記のように構成されるが、減速歯車機構におけるウォーム１２の歯面の表面粗さを算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下とし、更に摩擦低減効果の高いグリース組成物で潤滑することにより、後述する実施例にも示すように、低摩耗で長寿命となるとともに、８５％を超える動力伝達効率が得られ、装置のコンパクト化を維持しつつ高出力となる。
【実施例】
【００４３】
以下に試験例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００４４】
（試験−１：算術平均粗さの検証）
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質量％含有するポリアミド６を射出成形して外径６０ｍｍ、幅１３ｍｍのウォームホイールプランク材とし、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を作製した。また、ウォームとして、Ｓ４５Ｃ材製で、パルソナイト処理を施し、更に歯面の算術平均粗さＲａが異なるものを用意した。尚、算術平均粗さＲａは、歯面の摺動部分の値であり、摺動方向に沿って測定した。
【００４５】
また、４０℃における基油動粘度が６０ｍｍ2／ｓのポリαオレフィン油を基油とし、化学式（Ｉ）で示されるジウレア化合物（炭素数８と１８のアミンを重量比で１：１で混合し、イソシアネートと反応させたもの）を増ちょう剤とするベースグリースに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加量を変えて添加して試験グリースを調製した。尚、何れの試験グリースも、混和ちょう度２８０に統一した。
【００４６】
そして、上記のウォームホイール及びウォームを実際の電動パワーステアリング装置の減速歯車機構に組み込み、更に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５０ｍｉｎ-1の回転速度で操舵を行い、入力動力に対する出力動力を測定し、減速歯車機構における動力伝達効率を求めた。
【００４７】
結果を図９にグラフ化して示すが、ＰＴＦＥの添加量は３質量％以上が好ましいと判断できる。また、ウォームの歯面の算術平均粗さＲａは０．１５μｍ以下であると、効率８５％以上を実現でき好ましいと判断できる。歯面の算術平均粗さＲａが０．１２μｍ以下であると効率９０％以上を達成でき、より好ましい。
【００４８】
（試験−２：（ｂ）成分の種類の検証）
試験−１と同一のベースグリースに、ＰＴＦＥ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭ）をそれぞれ３質量％の割合で添加し、試験グリースを調製した。混和ちょう度も２８０で統一した。また、ウォームには、パルソナイト処理を施したＳ４５Ｃ材製で、歯面の算術平均粗さＲａ０．１２μｍのギア歯のものを用意した。そして、同様にして動力伝達効率を求めた。
【００４９】
結果を図１０にグラフ化して示すが、（ｂ）成分としてはポリエチレン、ＰＴＦＥが特に好ましく、両者はほぼ同等の性能を有することがわかる。
【００５０】
（試験−３：（ａ）成分及び（ｂ）成分の添加量の検証）
試験−１と同一のベースグリースに、ポリエチレンと、モンタン酸部分ケン化エステルワックス（クラリアント社製「リコワックス ＯＰ」）とを、合計は７質量％一定とし、その混合比率を変えて添加して試験グリースを調製した。また、ウォームには、パルソナイト処理を施したＳ４５Ｃ材製で、算術平均粗さＲａ０．１２μｍのギア歯のものを用意した。そして、同様にして動力伝達効率を求めた。結果を図１１にグラフ化して示す。
【００５１】
また、ステアリングの入力軸を左右３６０度ずつ交互に回転させ続け、継続的に入力軸の作動トルクを測定し、異常な変動が認められた場合にスティックスリップが発生したと判断し、それまでの摺動回数を求めた。結果を図１２にグラフ化して示すが、横軸にはモンタン酸部分ケン化エステルワックスの添加量をとり、縦軸にはモンタン酸部分ケン化エステルワックス無添加（即ち、ポリエチレン１００％）の場合に対する相対値（摺動回数比）を示した。
【００５２】
図１１及び図１２から、スティックスリップが発生せずに、動力伝達効率を高くするには、（ａ）成分をグリース全量に対して１．４〜３．５質量％含有し、かつ、（ｂ）成分を（ａ）成分と同量以上とすればよいことがわかる。
【００５３】
（試験−４：基油組成の検証）
ポリオールエステル油（３０ｍｍ2／ｓ＠４０℃）とポリαオレフィン油（３０ｍｍ2／ｓ＠４０℃）とを、両者の混合比を変えて混合し、そこへ上記ジウレアを配合して試験グリースを調製した。そして、試験グリースにエチレンアクリルゴム製の円筒板（直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を浸漬し、１００℃の恒温槽内に１００時間放置した。その後、円筒板を取り出し、厚さの寸法変化を測定した。
【００５４】
結果を図１３にグラフ化して示すが、ポリαオレフィン油が基油全量に対して８０質量％以上であれば、寸法変化率は０．３％以下であり、ほぼ無視できる程度であるといえる。
【００５５】
（試験−５：ラック・ピニオン式運動変換機構用グリースの検証）
ジウレア−鉱油系グリースまたはリチウム石けん−鉱油系グリースについて、図１４に示す構造のラック・ピニオン機構を利用して入力動力及び出力動力を測定し、動力伝達効率を測定した。尚、混和ちょう度は共に２５０とし、基油動粘度は４０℃において６５ｍｍ2／ｓであるものを採用した。結果を図１５に示すが、リチウム石けん−鉱油系グリースの方が動力伝達効率上有利であることがわかる。
【００５６】
そこで、上記のリチウム石けん−鉱油系グリースに、添加剤としてモリブデンジチオカーバイド（ＭｏＤＴＣ）またはモリブデンジチオフォスフェート（ＭｏＤＴＰ）をグリース全量に対して３質量％添加し、同様の測定を行なった。結果を同じく図１５に示すが、これら２種の添加剤が動力伝達効率の向上に有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】電動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、電動モータと減速機構との連結部周辺を示す概略構成図である。
【図３】ウォームホイール及びウォームの一例を示す斜視図である。
【図４】減速歯車機構の他の例（平歯車）を示す斜視図である。
【図５】減速歯車機構の更に他の例（はすば歯車）を示す斜視図である。
【図６】減速歯車機構の更に他の例（かさ歯車）を示す斜視図である。
【図７】減速歯車機構の更に他の例（ハイボイドギア）を示す斜視図である。
【図８】ウォームホイールとウォームとの摺動面における（ａ）成分及び（ｂ）成分の状態を説明するための模式図である。
【図９】試験−１で得られた結果を示すグラフである。
【図１０】試験−２で得られた結果を示すグラフである
【図１１】試験−３で得られた結果を示すグラフである。
【図１２】試験−３で得られた結果を示すグラフである。
【図１３】試験−４で得られた結果を示すグラフである。
【図１４】試験−５で用いたラック・ピニオン式運動変換機構を示す部分拡大図である。
【図１５】試験−５で得られた結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 芯管
３ 樹脂部
８ 接着剤
１０ ギア歯
１１ ウォームホイール
１２ ウォーム
１３ 歯部
１４ 凹部
１５ 潤滑剤含有ポリマー
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
【技術分野】
【０００１】
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と、ラック・ピニオン式運動変換機構とを兼ね備えた電動パワーステアリング装置の高出力化に関する。
【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は、例えば図１及び図２に示すように構成される。図示されるように、中空のステアリングコラム５０に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。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が収容されている。また、出力軸６０側において、ステアリングシャフト７０の外周面にウォームホイール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。これらウォームホイール１１とウォーム１２とで構成される減速歯車機構は、電動モータに連結し、ハウジング１２０に収納される。ここで、ウォーム１２は電動モータ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】
また、ウォーム１２は、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、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。
【０００４】
上記減速歯車機構では、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、図３に示すように、ウォーム１２を金属製として、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を用いて一体化させたものを使用して騒音対策を行っている。
【０００５】
上記樹脂部３には、例えば、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。
【０００６】
また、減速歯車機構では、ウォームホイール１１のギア歯１０の歯面及びウォーム１２の歯面にグリースを塗布して摩耗を抑えることが行なわれており、本出願人も先に、樹脂の摩耗を抑えることを目的として、ポリオレフィンワックスを配合したグリース組成物を提案している（特許文献１参照）。しかし、近年、電動パワーステアリング装置では、大型車への適用、あるいは車内の居住空間確保を目的とした装置小型化に対応するために、ウォーム１２とウォームホイール１１との接触面圧の増大が避けられなくなってきており、更なる摩耗低減が要求されている。それと同時に、入力動力の摩擦損失を抑える要求も高まってきている。
【０００７】
更に、ラック・ピニオン式運動変換機構（図示せず）を備える電動パワーステアリング装置では、グリース潤滑されるのが一般的であるが、装置の小型化や高効率化のために、このラック・ピニオン式運動変換機構用の潤滑グリースにも同様に入力動力の摩擦損失を抑える要求が高まってきている。
【特許文献１】特開平９−１９４８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような状況に艦みてなされたものであり、樹脂製のウォームホイールを備え、更にはラック・ピニオン式運動変換機構を兼備する電動パワーステアリング装置において、ウォームホイールの樹脂製ギア歯の摩耗を抑えて長寿命化を図り、更には減速歯車機構及びラック・ピニオン式運動変換機構の摩擦損失を低減して装置全体をコンパクトに維持したままで高出力化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は下記に示す電動パワーステアリング装置を提供する。
（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、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、
駆動歯車が金属製で、ギア歯の従動歯車のギア歯との摺動面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下であり、かつ、
少なくとも前記従動歯車と前記駆動歯車との間に、ポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油と、添加剤として（ａ）モンタン酸の誘導体のワックス、脂肪酸アマイドワックス、エステルワックス、ケトンワックス、酸化ポリオレフィンワックスから選ばれる少なくとも１種と（ｂ）ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリビニルフルオライド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１種とを含むグリース組成物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。
（２）前記（ａ）成分及び前記（ｂ）成分の含有量の和がグリース全量に対して８質量％以下であり、かつ、前記（ａ）成分の含有量がグリース全量に対して１．４〜３．５質量％で、前記（ｂ）成分の含有量が前記（ａ）成分の含有量と同量以上で、かつ、グリース全量に対して３質量％以上であることを特徴とする上記（１）記載の電動パワーステアリング装置。
（３）前記駆動歯車がパルソナイト処理が施され、かつ、前記従動歯車の樹脂部がポリアミド樹脂に直径５〜９μｍのガラス繊維を樹脂全量に対して２５〜３５質量％含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の電動パワーステアリング装置。
（４）前記グリース組成物の増ちょう剤がリチウム石けん、バリウム複合石けん、化学式（Ｉ）または化学式（II）で表されるジウレア化合物から選ばれる少なくとも１種であり、かつ、基油動粘度が４０℃において３０〜１５０ｍｍ2／ｓであることを特徴とする上記（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。
【００１０】
【化２】
【００１１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数が８〜１６の直鎖状のアルキル基であり、同一でも異なっていても良い。）
（５）ラック・ピニオン式運動変換機構を含み、かつ、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓで、かつ、鉱油及びポリαオレフィン油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油、増ちょう剤としてリチウム石けん、摩擦低減剤としてモリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートから選ばれる少なくとも１種をグリース全量に対して０．５〜６．５質量％の割合で含むグリース組成物で潤滑されていることを特徴とする上記（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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウォームホイールのギア歯の摩耗が少なく長寿命であり、更に減速歯車機構及びラック・ピニオン式運動変換機構の摩擦損失が少なくコンパクトで、高出力の電動パワーステアリング装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
本発明において、電動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及び図２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。また、減速歯車機構は、図３に示すように、樹脂部３を備えるウォームホイール１１と金属製のウォーム１２とから構成される。
【００１５】
ウォーム１２は、例えばＳ４５Ｃ材やＳＵＪ２材等の金属製であり、高い動力伝達効率を確保するために、ギア歯のウォームホイール１１のギア歯１０との摺動面（以下、「歯面」ともいう）が算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下、好ましくは０．１２μｍ以下となるように加工されている。本発明では、後述されるように、（ａ）成分及び（ｂ）成分を添加して摩耗低減を図るが、算術平均粗さＲａが０．１５μmを越えると、これら成分による摩耗低減効果よりも、ウォーム１２の歯面の凹凸の引掛りによる摩擦力の増大が顕在化してくる。
【００１６】
また、ウォームホイール１１の樹脂部３に含有されるガラス繊維による損傷を抑えるために、ウォーム１２は熱処理や窒化処理等を施して表面硬度を高めることが好ましく、パルソナイト処理が施されていることが特に好ましい。
【００１７】
ウォームホイール１１は、樹脂部３を備えること以外に制限はないが、好ましい実施形態を説明すると、樹脂部３は、ＭＣナイロン、あるいはポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６にガラス繊維を含有させたポリアミド樹脂組成物から形成されることが好ましい。ポリアミド樹脂の分子量は、ガラス繊維を含有した状態で射出成形できる範囲、具体的には数平均分子量で１３０００〜２８０００であり、耐疲労性や成形性を考慮すると、数平均分子量で１８０００〜２６０００がより好ましい。数平均分子量が１３０００未満では分子量が低すぎて耐疲労性が悪く、実用性が低い。一方、数平均分子量が２８０００を越えると、後述する含有量でガラス繊維を含有させると、溶融粘度が高すぎて精度良く樹脂部３を成形するのが困難になり、好ましくない。
【００１８】
ポリアミド樹脂組成物において、ガラス繊維は直径５〜１３μｍのものが好ましく、その含有量は該樹脂組成物全量の１０〜４０質量％が好ましい。樹脂部３の耐摩耗性や寸法安定性を考慮すると、直径５〜９μｍのガラス繊維を２５〜３５質量％含有することが特に好ましい。これは、ガラス繊維が樹脂部３の全体に細かく均一に分散していることが、樹脂部３の耐摩耗性や寸法安定性を高度に維持する上で不可欠であることに由来する。直径５μｍ未満のガラス繊維を使用すると、樹脂部３の耐衝撃性等の機械的強度が低下する傾向があるとともに、製造コストが高くなり実用性が低くなる。一方、ガラス繊維の直径が９μｍを越えると、耐摩耗性に劣るようになり、特に直径１３μｍを越えると顕著となる。また、直径５〜９μｍのガラス繊維を使用することは、これよりも太いガラス繊維を使用した場合と比べて、同一の含有量でもより多数本のガラス繊維が樹脂中に分散することになり、樹脂部３の耐荷重性が増してより高面圧での使用に耐え得るようになる。ガラス繊維の含有量が２５質量％未満であると、樹脂部３の機械的強度及び吸水による寸法変化の抑制効果が少なくなり、特に１０質量％未満で顕著となる。一方、ガラス繊維の含有量が３５質量％を越えると、ウォーム１２を損傷しやすくなり、ウォーム１２の摩耗が促進されて減速歯車機構２０としての耐久性が不足するおそれがあり、特に４０質量％を越えると顕著になる。
【００１９】
尚、ガラス繊維の繊維長は１００〜９００μｍが好ましく、３００〜６００μｍが特に好ましい。繊維長が１００μｍ未満では短すぎて補強効果及び吸水による寸法変化の抑制効果が少なく、９００μｍを越えると補強効果及び吸水による寸法変化の抑制効果は高まるものの、樹脂部３を成形する際に破断したり、配向性の低下による成形精度の悪化が想定されるようになり、何れも好ましくない。
【００２０】
また、ガラス繊維の一部を、炭素繊維等の繊維状物や、チタン酸カリウムウィスカー等のウィスカー状物等の他の補強材に代えてもよく、着色剤等を添加してもよい。
【００２１】
更に、ＭＣナイロンや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してもよい。
【００２２】
樹脂部３を形成するには、上記のＭＣナイロンまたはポリアミド樹脂組成物の溶融物を、芯管１を配置した金型に充填して硬化させればよい。そして、切削加工により、樹脂部３の外周面にギア歯１０を形成してウォームホイール１１が得られる。
【００２３】
芯管１と樹脂部３とをより強固に接合する目的で、更にはポリアミド樹脂は吸水性が高いことから、吸水による寸法変化を更に抑制する目的で、接着層８を設けることも好ましい。接着層８を形成するには、例えば芯管外周面にシランカップリング剤を塗布してから樹脂部３を加熱圧入し、その後高周波加熱を行なう方法が挙げられる。シランカップリングは、分子構造の一端に加水分解性基であるアルコキシ基を有しており、このアルコキシ基が加水分解して水酸基に変化し、この水酸基が金属表面の水酸基と脱水縮合を起こして強固な結合力を有する共有結合を形成する。また、他端には有機官能基を有しており、この有機官能基がポリアミド樹脂の分子構造中のアミド結合と結合する。そして、これらの結合により、芯金１と樹脂部３とが強固に接合する。尚、シランカップリング剤の有機官能基としてはアミド基との反応性からアミノ基、エポキシ基が好適であり、このような有機官能基を有するシランカップリング剤としてはγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。特に、有機官能基としてエポキシ基を持つものは、アミド結合との反応性が高く、より好ましい。
【００２４】
また、高周波加熱を行なうと、強固な接着層８が形成されるとともに、芯管外周面と接触する樹脂部３の内周面（界面）のみが溶融し、圧入によって発生した残留応力の除去を併せて行なうことができる。尚、高周波加熱時の芯管温度を２００〜４５０℃とすることにより、接着力がより高まる。また、加熱雰囲気は大気中でもよいが、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行なうと樹脂部３の酸化劣化が抑制され、好ましい。
【００２５】
尚、減速歯車機構としては、図３に示す構成の他にも、例えば図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る。そして、上記と同様に、それぞれの駆動歯車は金属製で、好ましくはパルソナイト処理が施され、更に歯面が算術平均粗さＲａ０．１５μｍに加工され、従動歯車は芯管１に接着層８を介して同様の樹脂組成物からなる樹脂部３が一体化され、更に樹脂部３の外周にギア歯１０が形成される。
【００２６】
上記の如く構成されるウォームホイール１１とウォーム１２の両ギア間に、潤滑のためのグリース組成物を介在させる。グリース組成物の基油は、樹脂部３を形成するＭＣナイロンやポリアミド樹脂、更にはダンパー１３０を形成するゴム材料に対する化学的作用を考慮して、極性の低いポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する。鉱油は、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を適宜組み合わせて精製したものが好ましい。併用可能な潤滑油には制限がないが、例えば、鉱油やポリαオレフィン油は無極性でポリアミド樹脂に対する濡れ性が低いため、これを改善するために極性のある潤滑油を用いることができる。
【００２７】
また、基油は、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓであることが好ましい。動粘度が３０ｍｍ2／ｓ（４０℃）未満では、油膜形成能力に劣り、ウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０の耐久性が低下するおそれがある。一方、動粘度が１５０ｍｍ2／ｓ（４０℃）を越えると、低温特性が悪化し、低温環境下で粘度上昇や固化が起こり減速歯車機構の動力伝達効率が低下するおそれがある。
【００２８】
増ちょう剤としては、リチウム石けんやリチウム複合石けん等に代表される金属石けん系増ちょう剤、ジウレア等に代表される無機系増ちょう剤、ポリテトラフルオロエチレン等に代表される有機系増ちょう剤が挙げられるが、低摩擦という観点からはリチウム石けん、バリウム複合石けん、化学式（Ｉ）または化学式（II）で表されるジウレア化合物が好ましい。
【００２９】
【化３】
【００３０】
尚、化学式（Ｉ）または化学式（II）において、Ｒ１、Ｒ２は炭素数が８〜１６の直鎖状のアルキル基であり、同一でも異なっていても良い。
【００３１】
また、グリース組成物には、必須添加剤として（ａ）モンタン酸の誘導体のワックス、脂肪酸アマイドワックス、エステルワックス、ケトンワックス、酸化ポリオレフィンワックスから選ばれる少なくとも１種と、（ｂ）ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリビニルフルオライド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１種とが併用して添加される。（ｂ）成分の中では、ポリテトラフルオロエチレン及びポリエチレンが好ましい。
【００３２】
（ｂ）成分は無極性の固体潤滑剤であり、これをグリースに混合することによりウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０と、金属製のウォーム１２のギア歯との摺動面における発熱が抑えられ、樹脂製ギア歯１０の耐久寿命を延長する効果が得られる。このような効果を得るためには、（ｂ）成分をグリース全量の３質量％以上添加することが好ましい。但し、（ｂ）成分は増ちょう作用を有するため、添加量が多すぎると低温環境下においてグリースを硬化させて摺動性を悪化させるきらいがあり、例えば−４０℃下で動力伝達効率が大きく低下することから、上限を８質量％とすることが好ましい。
【００３３】
また、（ｂ）成分は摺動表面と何らかの強い結合力で結び付いているわけではないため、高荷重下や高速で摺動した場合にはその摩擦低減能を発揮しにくい。電動パワーステアリング装置の減速歯車機構では、ギア歯が複雑な形状を持ち、かつ、自動車の運転状態によって様々な条件で駆動されるため、しばしばスティックスリップと呼ばれる、瞬時に摩擦抵抗が上昇する現象が起こり、結果として摺動面の摩擦抵抗が激しく上下する。このスティックスリップの発生機構は定かではないが、ウォーム１２の金属製ギア歯とウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０との摺動面の一部もしくは全域において、両ギア歯が断続的に直接接触することが原因と考えられている。
【００３４】
（ａ）成分である油性剤は、このスティックスリップの発生を抑制する作用を有する。油性剤は摺動部の金属表面に吸着することで単分子〜数分子の層状の薄膜を形成して金属表面の表面張力を減少させ、金属の油に対する濡れ性を増大させ、油膜の破断確率を減少させる。そのため、仮に（ｂ）成分の耐荷重能を超える潤滑条件下において潤滑油膜が破断した場合においても、ウォーム１２の金属製ギア歯とウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０との間に、この（ａ）成分による薄膜によって２面間の直接接触が防止されて摩擦抵抗の上昇が抑えられる。
【００３５】
また、減速歯車機構２０の周辺にはゴム製のダンパー１３０をはじめ、各種の樹脂・ゴム材が使用されている。そのため、油性剤として従来から使用されているものの中でも、アルコールや脂肪酸誘導体は樹脂・ゴム材の物性に影響を与えることが多い。これに対して、上記に挙げた（ａ）成分は高分子構造上の一部に極性基が存在するので、樹脂・ゴム材への影響が少ない。また、（ａ）成分は、（ｂ）成分ほどではないが小さい表面張力を持ち、固体潤滑剤としての機能（摺動面において低摩擦でへき開する）も有するので好ましい。
【００３６】
更に、図８に模式的に示すように、ウォームホイール１１の樹脂製ギア歯１０とウォーム１２の金属製ギア歯との摺動面では、（ａ）成分と（ｂ）成分とがせん断されるが、それらの存在比率によって摩擦の程度が変化してくる。従って、（ａ）成分の添加量としてはスティックスリップを抑制するのに十分な量であるのと同時に、（ｂ）成分の低摩擦能を阻害しない量とすべきであり、本発明ではグリース全量に対して１．４〜３．５質量％とすることが好ましい。
【００３７】
上記の理由から、本発明では、（ａ）成分及び（ｂ）成分は、その合計量でグリース全量に対して８質量％以下であり、かつ、（ａ）成分の含有量がグリース全量に対して１．４〜３．５質量％で、（ｂ）成分の含有量が（ａ）成分の含有量と同量以上で、かつ、グリース全量に対して３質量％以上となるように添加することが好ましい。
【００３８】
また、グリース組成物には、必要に応じて他の添加剤を添加してもよい。例えば、何れも公知の酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤等を適用添加することができる。
【００３９】
また、本発明の電動パワーステアリング装置は、ラック・ピニオン式運動変換機構を具備していてもよい。ラック・ピニオン式運動変換機構の構成、構造には制限がないが、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓで、鉱油及びポリαオレフィン油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油、増ちょう剤としてリチウム石けん、摩擦低減剤としてモリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートから選ばれる少なくとも１種をグリース全量に対して０．５〜６．５質量％の割合で含むグリース組成物で潤滑される。
【００４０】
鉱油は、上記と同様の精製鉱油が好ましい。基油の動粘度が３０ｍｍ2／ｓ（４０℃）未満では、油膜形成能力に劣り耐久性が低下するおそれがあり、１５０ｍｍ2／ｓ（４０℃）を越えると、低温特性が悪化して低温環境下で粘度上昇や固化が起こり動力伝達効率が低下するおそれがある。リチウム石けんは、低摩擦という観点から好ましい増ちょう剤であり、モリブデンジチオカーバイドやモリブデンジチオフォスフェートとの併用により、低摩擦が更に向上する。従って、モリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートの含有量がグリース全量の０．５質量％未満では、低摩擦の向上に十分に寄与しない。また、６．５質量％を越えて添加しても、増分に見合う効果の向上が得られず、不経済となるばかりでなく、環境によっては腐食を引き起こす可能性がある。
【００４１】
また、グリース組成物には、必要に応じて他の添加剤を添加してもよい。例えば、何れも公知の酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤等を適用添加することができる。
【００４２】
本発明の電動パワーステアリング装置は上記のように構成されるが、減速歯車機構におけるウォーム１２の歯面の表面粗さを算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下とし、更に摩擦低減効果の高いグリース組成物で潤滑することにより、後述する実施例にも示すように、低摩耗で長寿命となるとともに、８５％を超える動力伝達効率が得られ、装置のコンパクト化を維持しつつ高出力となる。
【実施例】
【００４３】
以下に試験例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００４４】
（試験−１：算術平均粗さの検証）
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質量％含有するポリアミド６を射出成形して外径６０ｍｍ、幅１３ｍｍのウォームホイールプランク材とし、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を作製した。また、ウォームとして、Ｓ４５Ｃ材製で、パルソナイト処理を施し、更に歯面の算術平均粗さＲａが異なるものを用意した。尚、算術平均粗さＲａは、歯面の摺動部分の値であり、摺動方向に沿って測定した。
【００４５】
また、４０℃における基油動粘度が６０ｍｍ2／ｓのポリαオレフィン油を基油とし、化学式（Ｉ）で示されるジウレア化合物（炭素数８と１８のアミンを重量比で１：１で混合し、イソシアネートと反応させたもの）を増ちょう剤とするベースグリースに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加量を変えて添加して試験グリースを調製した。尚、何れの試験グリースも、混和ちょう度２８０に統一した。
【００４６】
そして、上記のウォームホイール及びウォームを実際の電動パワーステアリング装置の減速歯車機構に組み込み、更に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５０ｍｉｎ-1の回転速度で操舵を行い、入力動力に対する出力動力を測定し、減速歯車機構における動力伝達効率を求めた。
【００４７】
結果を図９にグラフ化して示すが、ＰＴＦＥの添加量は３質量％以上が好ましいと判断できる。また、ウォームの歯面の算術平均粗さＲａは０．１５μｍ以下であると、効率８５％以上を実現でき好ましいと判断できる。歯面の算術平均粗さＲａが０．１２μｍ以下であると効率９０％以上を達成でき、より好ましい。
【００４８】
（試験−２：（ｂ）成分の種類の検証）
試験−１と同一のベースグリースに、ＰＴＦＥ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭ）をそれぞれ３質量％の割合で添加し、試験グリースを調製した。混和ちょう度も２８０で統一した。また、ウォームには、パルソナイト処理を施したＳ４５Ｃ材製で、歯面の算術平均粗さＲａ０．１２μｍのギア歯のものを用意した。そして、同様にして動力伝達効率を求めた。
【００４９】
結果を図１０にグラフ化して示すが、（ｂ）成分としてはポリエチレン、ＰＴＦＥが特に好ましく、両者はほぼ同等の性能を有することがわかる。
【００５０】
（試験−３：（ａ）成分及び（ｂ）成分の添加量の検証）
試験−１と同一のベースグリースに、ポリエチレンと、モンタン酸部分ケン化エステルワックス（クラリアント社製「リコワックス ＯＰ」）とを、合計は７質量％一定とし、その混合比率を変えて添加して試験グリースを調製した。また、ウォームには、パルソナイト処理を施したＳ４５Ｃ材製で、算術平均粗さＲａ０．１２μｍのギア歯のものを用意した。そして、同様にして動力伝達効率を求めた。結果を図１１にグラフ化して示す。
【００５１】
また、ステアリングの入力軸を左右３６０度ずつ交互に回転させ続け、継続的に入力軸の作動トルクを測定し、異常な変動が認められた場合にスティックスリップが発生したと判断し、それまでの摺動回数を求めた。結果を図１２にグラフ化して示すが、横軸にはモンタン酸部分ケン化エステルワックスの添加量をとり、縦軸にはモンタン酸部分ケン化エステルワックス無添加（即ち、ポリエチレン１００％）の場合に対する相対値（摺動回数比）を示した。
【００５２】
図１１及び図１２から、スティックスリップが発生せずに、動力伝達効率を高くするには、（ａ）成分をグリース全量に対して１．４〜３．５質量％含有し、かつ、（ｂ）成分を（ａ）成分と同量以上とすればよいことがわかる。
【００５３】
（試験−４：基油組成の検証）
ポリオールエステル油（３０ｍｍ2／ｓ＠４０℃）とポリαオレフィン油（３０ｍｍ2／ｓ＠４０℃）とを、両者の混合比を変えて混合し、そこへ上記ジウレアを配合して試験グリースを調製した。そして、試験グリースにエチレンアクリルゴム製の円筒板（直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を浸漬し、１００℃の恒温槽内に１００時間放置した。その後、円筒板を取り出し、厚さの寸法変化を測定した。
【００５４】
結果を図１３にグラフ化して示すが、ポリαオレフィン油が基油全量に対して８０質量％以上であれば、寸法変化率は０．３％以下であり、ほぼ無視できる程度であるといえる。
【００５５】
（試験−５：ラック・ピニオン式運動変換機構用グリースの検証）
ジウレア−鉱油系グリースまたはリチウム石けん−鉱油系グリースについて、図１４に示す構造のラック・ピニオン機構を利用して入力動力及び出力動力を測定し、動力伝達効率を測定した。尚、混和ちょう度は共に２５０とし、基油動粘度は４０℃において６５ｍｍ2／ｓであるものを採用した。結果を図１５に示すが、リチウム石けん−鉱油系グリースの方が動力伝達効率上有利であることがわかる。
【００５６】
そこで、上記のリチウム石けん−鉱油系グリースに、添加剤としてモリブデンジチオカーバイド（ＭｏＤＴＣ）またはモリブデンジチオフォスフェート（ＭｏＤＴＰ）をグリース全量に対して３質量％添加し、同様の測定を行なった。結果を同じく図１５に示すが、これら２種の添加剤が動力伝達効率の向上に有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】電動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、電動モータと減速機構との連結部周辺を示す概略構成図である。
【図３】ウォームホイール及びウォームの一例を示す斜視図である。
【図４】減速歯車機構の他の例（平歯車）を示す斜視図である。
【図５】減速歯車機構の更に他の例（はすば歯車）を示す斜視図である。
【図６】減速歯車機構の更に他の例（かさ歯車）を示す斜視図である。
【図７】減速歯車機構の更に他の例（ハイボイドギア）を示す斜視図である。
【図８】ウォームホイールとウォームとの摺動面における（ａ）成分及び（ｂ）成分の状態を説明するための模式図である。
【図９】試験−１で得られた結果を示すグラフである。
【図１０】試験−２で得られた結果を示すグラフである
【図１１】試験−３で得られた結果を示すグラフである。
【図１２】試験−３で得られた結果を示すグラフである。
【図１３】試験−４で得られた結果を示すグラフである。
【図１４】試験−５で用いたラック・ピニオン式運動変換機構を示す部分拡大図である。
【図１５】試験−５で得られた結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 芯管
３ 樹脂部
８ 接着剤
１０ ギア歯
１１ ウォームホイール
１２ ウォーム
１３ 歯部
１４ 凹部
１５ 潤滑剤含有ポリマー
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
【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、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、
駆動歯車が金属製で、ギア歯の従動歯車のギア歯との摺動面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下であり、かつ、
少なくとも前記従動歯車と前記駆動歯車との間に、ポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油と、添加剤として（ａ）モンタン酸の誘導体のワックス、脂肪酸アマイドワックス、エステルワックス、ケトンワックス、酸化ポリオレフィンワックスから選ばれる少なくとも１種と（ｂ）ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリビニルフルオライド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１種とを含むグリース組成物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】
前記（ａ）成分及び前記（ｂ）成分の含有量の和がグリース全量に対して８質量％以下であり、かつ、前記（ａ）成分の含有量がグリース全量に対して１．４〜３．５質量％で、前記（ｂ）成分の含有量が前記（ａ）成分の含有量と同量以上で、かつ、グリース全量に対して３質量％以上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】
前記駆動歯車がパルソナイト処理が施され、かつ、前記従動歯車の樹脂部がポリアミド樹脂に直径５〜９μｍのガラス繊維を樹脂全量に対して２５〜３５質量％含有することを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記グリース組成物の増ちょう剤がリチウム石けん、バリウム複合石けん、化学式（Ｉ）または化学式（II）で表されるジウレア化合物から選ばれる少なくとも１種であり、かつ、基油動粘度が４０℃において３０〜１５０ｍｍ2／ｓ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。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数が８〜１６の直鎖状のアルキル基であり、同一でも異なっていても良い。）
【請求項５】
ラック・ピニオン式運動変換機構を含み、かつ、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓで、かつ、鉱油及びポリαオレフィン油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油、増ちょう剤としてリチウム石けん、摩擦低減剤としてモリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートから選ばれる少なくとも１種をグリース全量に対して０．５〜６．５質量％の割合で含むグリース組成物で潤滑されてい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、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、
駆動歯車が金属製で、ギア歯の従動歯車のギア歯との摺動面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１５μｍ以下であり、かつ、
少なくとも前記従動歯車と前記駆動歯車との間に、ポリαオレフィン油及び鉱油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油と、添加剤として（ａ）モンタン酸の誘導体のワックス、脂肪酸アマイドワックス、エステルワックス、ケトンワックス、酸化ポリオレフィンワックスから選ばれる少なくとも１種と（ｂ）ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂、ポリビニルフルオライド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１種とを含むグリース組成物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】
前記（ａ）成分及び前記（ｂ）成分の含有量の和がグリース全量に対して８質量％以下であり、かつ、前記（ａ）成分の含有量がグリース全量に対して１．４〜３．５質量％で、前記（ｂ）成分の含有量が前記（ａ）成分の含有量と同量以上で、かつ、グリース全量に対して３質量％以上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】
前記駆動歯車がパルソナイト処理が施され、かつ、前記従動歯車の樹脂部がポリアミド樹脂に直径５〜９μｍのガラス繊維を樹脂全量に対して２５〜３５質量％含有することを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記グリース組成物の増ちょう剤がリチウム石けん、バリウム複合石けん、化学式（Ｉ）または化学式（II）で表されるジウレア化合物から選ばれる少なくとも１種であり、かつ、基油動粘度が４０℃において３０〜１５０ｍｍ2／ｓ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。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数が８〜１６の直鎖状のアルキル基であり、同一でも異なっていても良い。）
【請求項５】
ラック・ピニオン式運動変換機構を含み、かつ、４０℃における動粘度が３０〜１５０ｍｍ2／ｓで、かつ、鉱油及びポリαオレフィン油から選ばれる少なくとも１種を８０質量％以上の割合で含有する基油、増ちょう剤としてリチウム石けん、摩擦低減剤としてモリブデンジチオカーバイド及びモリブデンジチオフォスフェートから選ばれる少なくとも１種をグリース全量に対して０．５〜６．５質量％の割合で含むグリース組成物で潤滑されてい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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−４４３０６（Ｐ２００６−４４３０６Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２４１５９（Ｐ２００４−２２４１５９）
【出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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