专利名称：电动转向装置以及其中使用的树脂齿轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动转向装置，特别涉及在构成动力辅助部的齿轮减速机构中使用树脂齿轮的电动转向装置以及其中使用的适于传递动力的树脂齿轮。
背景技术：
在车辆的电动转向装置中，为了在电动马达中使用较高转速、低扭矩的部件，将齿轮减速机构设置在电动马达和转向轴之间。作为齿轮减速机构，虽然已知还可使用平齿轮以外的其它齿轮，但是，从获得一组大减速比等理由出发，一般采用由蜗轮和蜗杆构成的众所周知的蜗杆齿轮减速机构的装置。
这种蜗杆齿轮减速机构(以下，仅称为减速机构)由与电动马达的转动轴相连的作为驱动齿轮的蜗杆以及与所述蜗杆啮合的蜗轮构成。
在这种减速机构中，若以金属制成蜗杆和蜗轮，则存在当操纵方向盘时会发生打齿声音或振动声音等不悦耳声音的不良情况，因此，作为其对策，以往，在以金属制成蜗杆的情况下，作为蜗轮，可以采用设有合成树脂制成的齿部的蜗轮，即在金属制成的轮毂骨架的外周部一体形成由合成树脂材料形成的坯料圆板，通过切削以外的其它手段在所述坯料圆板的圆周部一体形成树脂齿部，以此方式来抑制打齿声音或振动声音等不悦耳声音的产生。
作为上述树脂齿轮的树脂部的材料，考虑耐疲劳性、尺寸稳定性以及制造成本，使用了不含加强材料的MC(单体铸件)尼龙(登记商标)，混合有玻璃纤维等纤维加强材料的聚酰胺6，聚酰胺66，聚酰胺46等。通常市场上销售的聚酰胺6，聚酰胺66，聚酰胺46等含有直径10μm或者13μm左右的玻璃纤维(参见特公平6-60674号公报)。
在电动转向装置中使用的蜗杆减速机构中，虽然通过2个滚珠轴承支承蜗杆，但是，在这两个滚珠轴承之间的空间中，为了在金属材料制成的蜗杆和作为树脂齿轮的蜗轮的齿之间实现润滑，应填充润滑油。一般来说，基础油使用的润滑油是矿物油或考虑了耐热性的聚α-烯烃油。
在对预先设置在蜗杆两端的滚珠轴承施加预压力的同时，在从轮胎侧输入微小逆转时，为了使蜗杆沿轴向移动以便不会在马达上作用转动力，应安装橡胶制成的缓冲器，以便将逆转的信息仅传递至方向盘。作为通常的橡胶材料，最常规采用的是以压缩永久变形较小的乙烯丙烯酸脂橡胶为代表的丙烯酸脂橡胶。
但是，最近，电动转向装置为了用于轻型汽车至装有排量为1000cc至1500cc的发动机的汽车，要实现电动转向装置的高输出化，与此相伴，作为树脂齿轮部的接触表面压力P与圆周速度V的积的PV值变大。
因此，并不能说以往使用的以聚α-烯烃油为基础油的润滑油在从动齿轮(蜗轮)和驱动齿轮(蜗杆)之间的润滑状态非常良好。另外，也不能说MC(单体铸件)尼龙(登记商标)或通常市场上销售的含有直径10μm或13μm左右的玻璃纤维的聚酰胺树脂在高PV值下的耐磨性是足够的。
结果，电动转向装置在高PV值下、长时间的运转会导致产生暂时的油膜中断，从而齿轮齿面的磨损会逐渐增加，以致存在从动齿轮(蜗轮)和驱动齿轮(蜗杆)的啮合部间隙增大的可能性。因此，可以预料会出现操纵感觉恶化或会产生噪音(打齿声)，另外，在齿轮变形的情况下会破损，以致整个电动转向装置可能不能工作。
另外，虽然上述聚酰胺系树脂具有优良的耐疲劳性，但是，其吸水性高，在吸收水分后，蜗轮中齿轮的齿部分会膨胀，从而在制造初期存在于蜗杆和蜗轮之间的间隙消失，进而在膨胀后可能会压迫蜗杆。
这样，若蜗轮膨胀，则蜗杆和蜗轮之间的摩擦阻力会加大，从而方向盘操纵沉重，或因齿轮部的压迫或摩擦阻力的增大会造成齿轮部磨损或破损，以致发生电动转向装置不能工作的不良情况。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供在构成动力辅助部的齿轮减速机构中使用了适于动力传递的树脂齿轮的电动转向装置，其能够防止齿轮部磨损或破损，并且，在从动齿轮(蜗轮)和驱动齿轮(蜗杆)之间，适用含有在高温工作时能发挥有效润滑效果的石蜡的润滑油，并且，通过由作为加强材料含有比以往细的玻璃纤维的聚酰胺系树脂构成树脂部来抑制因吸水产生的尺寸变化，从而齿轮部不会磨损或破损，并且本发明还提供了在电动转向装置中使用的树脂齿轮。
涉及本发明的电动转向装置使用了由作为树脂齿轮的从动齿轮和与其啮合的驱动齿轮构成的减速齿轮机构。树脂齿轮在金属制成的毂的外周，一体构成了在外周面形成有齿轮齿的树脂部，所述树脂部由树脂组成物构成，所述树脂组成物以含有10～50重量％的直径5～9μm的玻璃纤维的聚酰胺树脂作为基本树脂。
另外，在所述金属制成的轮毂和所述树脂部之间，也可以设置由在一个末端具有环氧基或氨基中任意一种的硅烷结合剂构成的粘着层。所述玻璃纤维可以使用直径为6～8μm的材料。另外，其纤维长度可以为100～900μm。
另外，所述树脂部由树脂组成物构成，所述树脂组成物将所述玻璃纤维的一部分被碳纤维置换的聚酰胺树脂作为基体树脂。
另外，在齿轮啮合面之间的所述润滑油中，以主要成分从矿物油、聚α-烯烃油、烷基聚苯撑醚中选择至少一种的材料作为基础油，并含有3～10重量％的增稠剂以及熔点或软化点为70～130℃的石蜡。
所述树脂齿轮可以用于蜗轮，平斜交齿轮，正齿轮，伞齿轮以及双曲齿轮中的任意一种。
图1为说明本发明的电动转向装置的结构的正面图。
图2为局部剖面图，其显示了图1所示的电动转向装置中蜗杆齿轮减速机构的结构。
图3为透视图，其显示了蜗杆齿轮减速机构中蜗杆和蜗轮的结构。
图4为显示正齿轮外观的透视图。
图5为显示斜交齿轮的透视图。
图6为显示伞齿轮的透视图。
图7为显示双曲线齿轮的透视图。
图8说明了在润滑油中混合的添加剂的种类和混合量。
图9说明了第1试验中的磨损试验结果。
图10说明了第1试验中的耐久性试验结果。
图11说明了第2试验中的尺寸稳定性和耐久性试验结果。
图12说明了第2试验中的磨损试验结果。
具体实施例方式
下面，对本发明的实施例进行说明。
图1为说明本发明的柱式电动转向装置10的结构的正面图，其在减速机构中使用了本发明的适于动力传递的树脂齿轮。在图1中，11为舵轮轴，12为舵轮轴壳，13为电动马达，20为齿条·齿轮式运动转换机构。
舵轮轴11未在图1中示出，其由上部舵轮轴11a和下部舵轮轴11b构成，舵轮轴11绕轴心可自由转动地支承在舵轮轴壳12的内部，舵轮轴壳12以下部向前方倾斜的状态固定在车室内部的规定位置处。另外，在上部舵轮轴11a的上端固定了图中未示出的舵轮。
另外，上部舵轮轴11a和下部舵轮轴11b由图中未示出的扭力杆结合，通过扭力杆检测从舵轮经上部舵轮轴11a传递至下部舵轮轴11b的操纵扭矩，并根据检测出的操纵扭矩控制电动马达13的输出。
齿条·齿轮式运动转换机构20以纵向作为车辆的左右方向，大致水平设置在车辆前部的发动机舱室内，并由沿轴向可自由移动的齿条轴21，小齿轮轴22以及支承齿条轴21和小齿轮轴22的筒状齿条轴壳体23构成，其中，所述小齿轮轴22相对于齿条轴21的轴心被倾斜支承并具有小齿轮，所述小齿轮设有与齿条轴21的齿部啮合的齿部。
小齿轮轴22和下部舵轮轴11b的下部由2个万向接头25以及26连接。另外，在下部舵轮轴11b的中间部分设有后面所述的蜗杆齿轮减速机构30，以便从电动马达13对下部舵轮轴11b供给操纵辅助力。
图2为显示上述电动转向装置10中蜗杆齿轮减速机构30的结构的局部剖面图，31为蜗轮，32为与蜗轮31啮合的蜗杆，33为齿轮箱。蜗杆32在其两端一体形成蜗杆轴32a，32b，蜗杆轴32a，32b分别通过安装在齿轮箱33上的滚珠轴承34a，34b可自由转动地支承。另外，蜗杆轴32b与电动马达13的驱动轴13a以花键形或细齿形式结合。
蜗轮31的轮毂，即骨架42与下部舵轮轴11b结合，经蜗杆32、蜗轮31，将电动马达13的转动传递至下部舵轮轴11b。
图3为显示本发明实施例的蜗杆齿轮减速机构30中蜗轮31和蜗杆32的结构的透视图，蜗轮31在金属材料的轮毂，即骨架42的外周面进行实施适当横向滚花加工等的加工，在其加工面上由以聚酰胺树脂作为基本树脂的树脂组成物构成，其中，聚酰胺树脂含有10～50重量％的直径5～9μm的玻璃纤维，并在其外周端面上形成与树脂部43一体结构的齿轮齿44。
另一方面，蜗杆32由与现有的蜗杆相同的金属制成。也可以在所述蜗杆32中，根据需要实施热处理或渗氮处理等以提高表面硬度，以便提高对蜗轮31中所含的玻璃纤维的耐磨损性。另外，若考虑了通过由与蜗轮31的滑动所产生的滑动声音，则表面光洁度Ra为0.02～0.2μm，最好为0.02～0.06μm的范围时，能够降低滑动声音。由于表面光洁度Ra不足0.02μm，难以加工并会提高成本，因此，不具实用性。作为实现表面光洁度Ra＝0.02～0.06μm的方法，可采用研磨处理后，进行滚磨处理的方法。
蜗轮31的树脂部43最好以耐疲劳性优良的聚酰胺6，聚酰胺66，聚酰胺46作为基本树脂。聚酰胺树脂的分子量应在含有玻璃纤维的状态下能够注射模塑成型的范围内，具体来说，数平均分子量为13000～28000，更理想的是，若考虑耐疲劳性和成形性，则数平均分子量为18000～26000。
在数平均分子量不足13000的情况下，分子量较低会导致耐疲劳性不良，从而实用性降低。与此相反，在数分子量超过28000的情况下，若玻璃纤维的实用含量为15重量％～35重量％，则熔融粘度较高，从而难以以精度良好的注射成形制造树脂齿轮，故不理想。
在这些基本树脂中，可以组合其它的聚酰胺树脂，或改善对于由一般在蜗杆和蜗轮中之间使用的低极性基础油形成的润滑油基础油的浸润性的酸酐变性的聚烯烃树脂等树脂，也可以组合改善耐冲击性的乙烯非共轭二烯橡胶(EPDM)等橡胶状物质。
这些基本树脂即使采用单独树脂，也显示一定以上的耐久性，对于由与作为蜗轮31相配合部件的金属制成的蜗杆32的磨损而言是有利的，从而作为减速齿轮能够充分发挥其功能。但是，由于可以预想在过于恶劣的使用条件下使用时，齿轮齿44会磨损或破损，因此，为了提高可靠性，最好配合加强材料。
作为加强材料，使用直径范围为5～9μm，优选6～8μm的玻璃纤维，考虑与作为基本树脂的聚酰胺树脂的粘着性，在一个末端利用具有环氧基或氨基的硅烷结合剂进行表面处理。
与玻璃纤维表面结合的硅烷结合剂中，存在于一个末端的环氧基或氨基等的官能基作用于聚酰胺树脂的氨基结合，从而能够提高玻璃纤维的强化效果，同时，还具有抑止因吸水所产生的尺寸变化的效果。
总之，虽然在聚酰胺树脂中以相同的重量含量含有玻璃纤维，与现有直径为10～13μm的材料相比，可以使用更细直径5～9μm的材料，从而会增加作用于氨基结合的玻璃纤维的根数，因此，除了提高拉伸强度等机械强度、弯曲疲劳强度等耐疲劳性以外，还能够增大抑止因吸水所导致的尺寸变化的效果。
但是，若使用直径不足5μm的玻璃纤维，则存在耐冲击强度等机械强度降低的倾向，同时，会提高制造成本并降低实用性，从而是不理想的。
另外，玻璃纤维的纤维长度的范围为100～900μm，优选300～600μm。在纤维长度不足100μm的情况下，过短会减小加强效果以及抑止因吸水引起的尺寸变化的效果，故是不理想的。另外，在纤维长度超过900μm的情况下，虽然会提高加强效果以及抑止尺寸变化的效果，但是，应想到由于树脂部成形工艺会造成纤维破损，或因取向性降低会导致成形精度恶化，因此，难以进行外径部具有齿形的树脂部的成形，故是不理想的。
玻璃纤维的含量为树脂整体的10～50重量％，15～35重量％更为理想。在玻璃纤维的配合比率不足10重量％的情况下，机械强度以及抑止因吸水引起的尺寸变化的效果会降低，故不理想。而在玻璃纤维的配合比率超过50重量％的情况下，蜗杆32易于损坏，从而存在蜗杆32的磨损加速且减速齿轮的耐久性不足的可能性，故不理想。
以上说明的纤维直径5～9μm的玻璃纤维虽然能够抑止因吸水引起的尺寸变化，但是与现有直径为10～13μm的玻璃纤维相比，在相同的配合量下会增加实际的玻璃纤维根数。因此，正因为玻璃纤维根数增加，因此能够承对由实现齿轮的紧凑所产生的高表面压力的使用条件。
另外，可以将作为加强材料的玻璃纤维的一部分更换为碳素纤维等纤维状材料或钛酸钾单晶纤维等单晶状物，另外，也可以添加着色剂等。
另外，作为添加剂，在树脂中，为了防止成形时以及使用时热量引起的恶化，最好分别单独添加或者结合使用碘化物热稳定剂或胺类偏氧化剂。
另外，为了进一步抑止由作为基本树脂的聚酰胺树脂的吸水引起的尺寸变化，若在骨架外周部和树脂部内周部之间设置粘着层，则更为有效。在形成粘着层时，作为一个例子，可采用的方法为在骨架外周部上涂布硅烷结合剂，之后，加热压入树脂部，之后进行高频加热。
若进行高频加热，则在形成牢固的粘着层的同时，还要进行仅熔化与骨架外周部邻接的树脂内周部(界面)，同时进行除去由压入产生的残余应力。高频加热时骨架部分的温度若采用200～450℃，则粘着力较强。虽然加热保护气体也可以上是在大气中，但是，若在氩气等惰性气体保护气体中进行，则能够抑止树脂等的氧化恶化，从而是理想的。
用于粘着的有机硅烷偶合剂在其化学结构的一端具有作为加水分解性基的烷氧基，该烷氧基加水分解以变为氢氧基，所述氢氧基与金属表面的氢氧基引起脱水缩合，从而形成金属间具有高结合力的共有结合。另外，在另一端具有有机官能基，该有机官能基与聚酰胺树脂的分子结构中酰氨结合相结合。并且，通过它们的结合，能够牢固结合骨架42和树脂部43。
另外，作为有机官能基，适于使用氨基、环氧基，作为具有这些有机官能基的有机硅烷偶合剂，可以使用γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷、β(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(硝酸氨基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、脲基丙基三乙氧硅烷等。特别是，作为机官能基，具有环氧基的材料能够提高与酰氨结合的反应性，从而更为理想。
为了使粘着层与骨架42的外周部更牢固地结合，可以在骨架42的外周部增加表面氢氧基，因此，若实施由氧化等离子体等进行的表面处理，则更为理想。
另外，包含增加粘附力，以提高骨架42与树脂部43紧密接合性以及防止与骨架42的边界部滑脱为目的，也可以在骨架42的外周面预先实施喷丸止与骨架42的边界部滑脱为目的，也可以在骨架42的外周面预先实施喷丸或滚花加工等，特别是最好进行滚花加工。滚花加工的V字状的槽的深度为0.2～0.8mm，特别优选0.3～0.7mm。
下面，对良好保持树脂制成的蜗轮的齿部分以及金属制成的蜗杆的齿部分的润滑状态的润滑油进行说明。
在本发明中使用的润滑油以增稠剂和基础油为主要成分，另外还添加了熔点或软化点为70～130℃的石蜡，石蜡用于良好地保持高表面压力下的树脂制成的蜗轮与蜗杆的润滑。基础油可从矿物油，聚α-烯烃油、烷基聚苯基中选择至少一种，增稠剂可以采用由于胺和异氰酸脂构成的尿素化合物、Li皂、Li络合物皂、Ba皂、Ba络合物皂等。在这些增稠剂中，在聚酰胺中具有结构类似的尿素结合的尿素化合物在对聚酰胺树脂的吸附性上是特别良好的。
熔点或软化点为70～130℃的石蜡在常温下为固体并且以微粒状态分散，若树脂制成的蜗轮与蜗杆接触以使温度上升，则在其啮合部分会产生高粘度的液体。这种高粘度的液体与因温度上升而出现低粘度化的基础油相溶以提高液体本身(基础油+石蜡的相溶物)的粘度，从而能够从整体上防止液体从啮合部分排出，同时，即使在不相溶时残留一部分的状态下仍残留在啮合部分，因此，即使在高表面压力下仍能维持良好的润滑状态。
作为这些石蜡的具体例子，可以使用地蜡酸酯石蜡、地蜡酸酯部分皂化石蜡等酯系石蜡、聚乙烯石蜡等烃系石蜡、氨基脂、月桂基氨基、二十二碳氨基等脂肪酸脂等。其中，最好使用上面说明的对基础油的相溶性较高的烃系石蜡。这些石蜡的添加量在润滑油组成中为3～10重量％，最好为4～8重量％。在添加量不足3重量％的情况下，工作时由液体自身相溶产生的粘度上升不充分，从而不能充分进行润滑状态的改善，故不理想。若添加量超过10重量％，则会降低润滑油的粘度，同时，相溶时的粘度上升过高，齿轮工作时的扭矩会上升，结果，工作性恶化，故不理想。
另外，在基础油中，为了改善向聚酰胺树脂的浸润性，也可以添加二元酸酯油、多元醇酯油、芳香族酯油等。具体来说，二元酸酯油可采用己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异丁酯(DIBA)、二苄基胺(DBA)、壬二酸二辛酯(DOZ)、癸二酸二丁酯(DBS)、癸二酸二辛酯(DOS)等。
多元醇酯油可采用诱导C4～C18烷基锁的季戊四醇油、二季戊四醇油、三季戊四醇油、新戊基型2，3-丁二醇油、三丙烷醇油等。
芳香族酯油可以采用三辛基三苯三酸(TOTM)，三癸基三苯三酸、四辛基焦苯三酸等。
这些酯油系基础油可分别单独使用或混合以便相对于润滑油组成物整个量添加量范围为1～20重量％，2～10重量％更为理想。可以想象在添加量不足1％的情况下，不能充分获得浸润性的改善效果，而添加量超过20重量％，则不能获得大大改善浸润性的效果，同时，通过增加酯化合物的绝对量，会对允许蜗杆轴向位移的橡胶制成的阻尼器等其它部件带来膨胀等不良影响。
另外，在所述润滑油中，为了提高氧化稳定剂或防锈性等，也可以添加其它添加剂。例如，可以采用胺系或酚系防氧化剂、Ca磺酸等防锈剂、MoDTC等极压添加剂等。
上面，虽然在本发明的实施例中，作为电动转向装置中齿轮减速机构的例子，显示了蜗杆齿轮减速机构，以在该处使用的齿轮，将作为树脂齿轮的蜗轮为例，说明了所述树脂齿轮的材料或使用的润滑油等，但是，树脂齿轮不应局限于蜗轮，其可产生各种变形。例如作为齿轮形状，可以采用图4所示的正齿轮，图5所示的斜交齿轮，图6所示的伞齿轮，图7所示的双曲线齿轮等。
下面，对蜗轮的尺寸稳定性、耐久性、耐摩擦性试验及评价结果进行说明。
A.第1试验和评价结果在第1试验中，进行了关于蜗轮的多个实施例以及比较例、耐久性以及耐磨损性的试验和评价。本发明不应受到以下说明的实施例以及比较例的任何限制。
a.树脂齿轮部
(1)结构1骨架实施了槽深度0.5mm的滚花加工的外径65mm、宽度16mm的钢(材料标号S45C)树脂聚酰胺6(含有30重量％的直径6μm的玻璃纤维(GF)，含有宇部興产(株)制UBE尼龙)(登记商标)，碘化铜系热稳定剂)，直径6μm的玻璃纤维为平均直径为大概6μm的玻璃纤维，其含有直径5～7μm的玻璃纤维。
树脂部成形使骨架作为芯部并插入成形成形时树脂外径形状具有残留了切削带的螺旋形状，内径64mm，外径83mm，宽度15.5mm成形后，进一步切削加工出树脂部的齿，最终以蜗轮形状进行精加工。
(2)结构2在树脂中混合的玻璃纤维(GF)使用了直径8μm的材料，其它与实施例1相同。此处，直径8μm的玻璃纤维为平均直径大概8μm的玻璃纤维，其含有直径7～9μm的玻璃纤维。
(3)结构3骨架实施了槽深度0.5mm的滚花加工的外径65mm、宽度16mm的钢(材料标号S45C)。在脱脂后，以形成粘着层为目的，浸入作为具有环氧基的硅烷结合剂的γ-缩水甘油二甲丙基三甲氧基硅烷(日本ユニカ-(株)制[A-187]的10重量％甲醇溶液中、在大气中进行干燥以便在骨架表面形成硅烷结合剂的覆膜。
树脂聚酰胺6(含有30重量％的直径6μm的玻璃纤维(GF)，含有宇部興产(株)制UBE尼龙)(登记商标)，碘化铜系热稳定剂)树脂部成形与骨架分体成形成形时树脂外径形状具有残留了切削带的螺旋形状，内径64mm，外径83mm，宽度15.5mm高频波熔着以温度140℃、20分钟对进行吸水处理的树脂部进行加热，在使树脂部膨胀之后，压入骨架。之后，在氩气中进行高频加热直至骨架温度上升至350℃，以熔着(接合)树脂部，并将其投入水中急速冷却。之后，在树脂部切削加工出齿，最终精加工出蜗轮。
虽然与结构1大致相同，但是，作为在树脂中混合的玻璃纤维(GF)，使用了直径10μm的材料。此处，直径10μm的玻璃纤维为平均直径大概10μm的玻璃纤维，其含有直径9～11μm的玻璃纤维。
(5)结构5(比较例2)虽然与结构1大致相同，但是，作为在树脂中混合的玻璃纤维(GF)，使用了直径13μm的材料。此处，直径13μm的玻璃纤维为平均直径大概13μm的玻璃纤维，其含有直径12～14μm的玻璃纤维。
b.润滑油的调制图8说明了在润滑油中混合的添加剂的种类和混合量，在润滑油中，在以多α-烯烃油(在100℃时8mm2/s)为基础，以脂肪族双脲化合物作为增稠剂的基本润滑油(增稠剂量13重量％)中混合了图8所示的各种添加剂(石蜡、防氧化剂、防锈剂)，以调制标注号码No.2的组成A，组成B，组成C3种润滑油。
石蜡聚乙烯石蜡(三井化学(株)社制三井高级石蜡320P(分子量3000，软化点114℃))防氧化剂4，4’-二辛基二苯胺(C6H5)2NH(精工化学(株)社制非PD-RH)防锈剂中性钙磺酸盐((株)松村石油研究所制モレコアンバ-SC45N(石油含量54％))。
c.试验装置中的树脂齿轮和润滑油的组合在试验装置中，通过以下所述的组合设定上述树脂齿轮的结构1～结构5，以及上述润滑油的组成A，组成B，组成C。
(实施例1)树脂齿轮结构1润滑油A(实施例2)树脂齿轮结构2润滑油A(实施例3)树脂齿轮结构3润滑油A(比较例1)树脂齿轮结构4润滑油A(比较例2)树脂齿轮结构5润滑油A(比较例3)树脂齿轮结构1润滑油B(比较例4)树脂齿轮结构1润滑油C
(比较例5)树脂齿轮结构5润滑油B。
d.关于耐磨性的试验方法和评价结果为了模拟实际电动转向装置中的蜗杆(金属材料)和蜗轮(树脂齿轮)的润滑状态，以与在实施例1，2和比较例1～5中使用的树脂材料相同的材料制作板状试验片，使该试验片与以120度间隔设置3个直径为6.35mm的钢球(SUJ2)的盘式试验装置的转动钢球(球顶点的接触部圆周速度1m/秒)接触，评价其耐磨损性。设定至保护气体温度80℃且在试验片和球之间带有润滑油(组成A，组成B，组成C)的状态下，由2Kg连续增加0.5kg的载荷，在各个载荷下连续转动8小时并观察试验片的磨损状态。在图9中显示了磨损试验结果。
从图9中可以看到，作为加强材料，在采用加入了比现有细的玻璃纤维的树脂齿轮和含有规定量石蜡的润滑油的组合时，即使在高载荷、在实际高表面压力下使用时，也不会产生磨损，因此能够提高耐磨性。
e.关于耐久性的试验方法和评价结果在耐久性的试验中，将上述实施例1～实施例3以及比较例1～5装入实际电动转向装置中，并填充润滑油(在蜗轮的树脂部分的外周面以及蜗杆表面未完全涂布润滑油)，在环境条件1下，将保护气体温度设定为80℃，将相对湿度设定为30％，在环境条件2下，将保护气体温度设定为80℃，将相对湿度设定为70％，进行10万次运行，蜗轮的磨损值从初始值至40μm以下为合格。另外，每进行1万次运行，测定磨损量。通过由吸水产生的尺寸变化，减少树脂齿轮和蜗杆之间的间隔，将工作性(工作扭矩)增加大于20％定为不合格。在图10中显示了耐久性试验结果。
在环境条件1下，图9中显示的磨损不发生的最大载荷的倾向以及磨损量超过基准的耐久次数的倾向大致一致。在吸水尺寸变化影响大的环境条件2下，仅组合了由高频波融着产生的粘着的实施例3能够承受10万次运行，故判定为合格，虽然在实施例1以及2中，磨损量未超过基准，但是，因由于吸水产生的尺寸变化导致工作性不良，故判定为不合格。
B.第2试验和评价结果在第2试验中，对于以下所示的蜗轮的多个实施例以及比较例而言，作出了关于尺寸稳定性、耐久性以及耐磨损性的试验的评价。本发明不应受到以下说明的实施例以及比较例的任何限制。
a.实施例以及比较例的结构(实施例11)骨架实施了槽深度0.5mm的滚花加工的外径65mm、宽度16mm的钢(材料标号S45C)树脂在聚酰胺6中，含有30重量％的直径6μm的玻璃纤维(GF)，含有宇部興产(株)制UBE尼龙(登记商标)，碘化铜系热稳定剂)，直径6μm的玻璃纤维为平均直径为大概6μm的玻璃纤维，其含有直径5～7μm的玻璃纤维。
树脂部成形将骨架作为芯部并插入成形成形时树脂外径形状具有残留了切削带的螺旋形状，内径64mm，外径83mm，宽度15.5mm成形后，进一步切削加工树脂部的齿，最终以蜗轮形状进行精加工。
(实施例12)在树脂中混合的玻璃纤维(GF)使用了直径7μm的材料，其它与实施例11相同。此处，直径7μm的玻璃纤维为平均直径大概7μm的玻璃纤维，其含有直径6～8μm的玻璃纤维。
(实施例13)骨架实施了槽深度0.5mm的滚花加工的外径65mm、宽度16mm的钢(材料标号S45C)。在脱脂后，以形成粘着层为目的，浸入作为具有环氧基的硅烷结合剂的缩水甘油二甲丙基三甲氧基硅烷(日本ユニカ-(株)制[A-187]的10重量％甲醇溶液，在大气中进行干燥以便在心轴表面形成硅烷结合剂的覆膜。
树脂在聚酰胺6中，含有30重量％的直径6μm的玻璃纤维(GF)，含有宇部興产(株)制UBE尼龙)(登记商标)，碘化铜系热稳定剂直径6μm的玻璃纤维为平均直径大概6μm的玻璃纤维，其含有直径5～7μm的玻璃纤维。
树脂部成形与骨架分体成形成形时树脂外径形状具有残留了切削带的螺旋形状，内径64mm，外径83mm，宽度15.5mm高频波熔着以温度140℃、20分钟对进行吸水处理的树脂部进行加热，在使树脂部膨胀之后，压入骨架。之后，在氩气中进行高频加热直至骨架温度上升至350℃，以在骨架中熔着(接合)树脂部，并将其投入水中急速冷却。之后，在树脂部切削加工出齿，最终精加工出蜗轮。
(比较例1)虽然与结构11大致相同，但是，作为在树脂中混合的玻璃纤维(GF)，使用了直径10μm的材料。此处，直径10μm的玻璃纤维为平均直径大概10μm的玻璃纤维，其含有直径9～11μm的玻璃纤维。
(比较例12)虽然与结构11大致相同，但是，作为在树脂中混合的玻璃纤维(GF)，使用了直径13μm的材料。此处，直径13μm的玻璃纤维为平均直径大概13μm的玻璃纤维，其含有直径12～14μm的玻璃纤维。
b.关于尺寸稳定性、耐久性以及耐磨性的试验和评价结果图11显示了尺寸稳定性和耐久性的试验结果，图12显示了耐磨性试验结果。首先，说明试验的方法。
b-1.尺寸稳定性的试验尺寸稳定性的试验对于上述实施例11～13以及比较例11以及12，放置在以下的环境条件A以及B下，测定经过70小时、300小时以及500小时后的齿轮外径尺寸的变化量。在试验结果中，在任意条件下，变化量小于40μm为合格并由“O”表示，超过40μm为不合格并由“X”表示。
条件A温度60℃，相对湿度90％条件B温度80℃，相对湿度90％b-2.耐久性的试验在耐久性的试验中，将上述实施例11～实施例13以及比较例11和12的蜗轮装入实际电动转向装置中，在以下的环境条件C，D，E，F下，重复进行运行操作。试验结果在任意条件下，将能够承受10万次运行操作的齿轮定为合格并由“O”表示，将不能承受10万次运行操作的齿轮定为不合格并由“X”表示。
条件C温度30℃，相对湿度50％条件D温度50℃，相对湿度90％。
条件E温度80℃，相对湿度50％条件F温度80℃，相对湿度90％。
由图11所示的尺寸稳定性和耐久性的试验结果可知，通过混合在树脂中的玻璃纤维(GF)使用直径6～7μm的材料，能够确保抑止由树脂吸水产生的尺寸变化。与此相伴，即使在高温高湿度的恶劣条件下，仍能获得优良的耐久性。
b-3.耐磨损性的试验耐久性的试验以与上述实施例11和12以及比较例11和12的蜗轮的树脂材料相同的材料形成板状试验片，使所述试验片和设有SUJ制成的球(以120度间隔设置3个，使试验片转动，球顶点的接触部圆周速度1m/秒)的盘式试验装置进行试验。
以150～200Mpa的范围设定接触承载Pmax，将保护气体温度设定至80℃，在润滑油处于试验片和球之间的状态下(基础油聚α-烯烃油，增稠剂脂肪族双脲)的状态下转动8小时，观察试验片的磨损状态。
由图12所示的磨损试验结果可知，通过在树脂中混合的玻璃纤维(GF)使用直径6～7μm的材料，即使在接触承载较高的状态下仍能使用，并且不会产生磨损，耐磨性优良。
在以上说明的实施例11～实施例13中，虽然玻璃纤维(GF)使用了直径6～7μm的材料，但是，即使采用直径5～9μm的玻璃纤维，仍能获得大致同样的结果，并且，尺寸稳定性、耐久性以及耐磨性均优良。
不言而喻，在由以上描述的实施例说明的电动转向装置的齿轮减速机构中使用的树脂齿轮不仅适用于电动转向装置的齿轮减速机构，而且不应拘泥于用途，通常也适用于齿轮机构中。
本发明的电动转向装置以及在其中使用的树脂齿轮在用于车辆用的电动转向装置中时，能够形成可抑止打齿声音或振动等不悦耳声音产生的耐久性优良的高可靠性的电动转向装置，除此之外，所述树脂齿轮还能适用于电动转向装置以外的齿轮机构。
权利要求
1.电动转向装置，其通过减速齿轮机构，将由电动马达产生的辅助动力传递至车辆的转向机构，其特征在于所述减速齿轮机构由从动齿轮和与所述从动齿轮啮合的主动齿轮构成，其中，从动齿轮为树脂一体形成在金属制成的骨架外侧的外周面上形成了齿轮齿的树脂齿轮，至少在所述从动齿轮和主动齿轮之间设置润滑油，所述树脂齿轮的树脂部由以聚酰胺树脂作为基本树脂的树脂组成物构成，其中，所述聚酰胺树脂含有10～50重量％的直径5～9μm的玻璃纤维，在所述润滑油中，基础油以由矿物油、聚α-烯烃油、烷基聚苯基中选择至少一种作为主要成分，并含有3～10重量％的增稠剂以及熔点或软化点为70～130℃的石蜡。
2.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于在所述树脂齿轮的金属制成的骨架和所述树脂部之间，设有由在一个末端具有环氧基或氨基中任意一种的硅烷结合剂构成的粘着层。
3.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于在所述树脂齿轮的树脂部中所含的玻璃纤维的直径为6～8μm。
4.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于在所述树脂齿轮的树脂部中所含的玻璃纤维的纤维长度为100～900μm。
5.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于所述树脂齿轮的树脂部由树脂组成物构成，所述树脂组成物将所述玻璃纤维的一部分被碳纤维置换的聚酰胺树脂作为基体树脂。
6.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于所述从动齿轮和驱动齿轮为蜗轮，平斜交齿轮，齿轮，伞齿轮以及双曲线齿轮。
7.树脂齿轮，其适用于动力传递，其特征在于所述树脂齿轮在金属制成的骨架外侧一体形成了在外周面形成有齿轮齿的树脂部，所述树脂部由以聚酰胺树脂作为基本树脂的树脂组成物构成，其中，所述聚酰胺树脂含有10～50重量％的直径5～9μm的玻璃纤维。
8.根据权利要求7所述的树脂齿轮，其特征在于在所述树脂齿轮的金属制成的骨架和所述树脂部之间，设有由在一个末端具有环氧基或氨基中任意一种的硅烷结合剂构成的粘着层。
9.根据权利要求7所述的树脂齿轮，其特征在于在所述树脂齿轮的树脂部中所含的玻璃纤维的直径为6～8μm。
10.根据权利要求7所述的树脂齿轮，其特征在于在所述树脂部中所含的玻璃纤维的纤维长度为100～900μm。
11.根据权利要求7所述的树脂齿轮，其特征在于所述树脂部由树脂组成物构成，所述树脂组成物将所述玻璃纤维的一部分被碳纤维置换的聚酰胺树脂作为基体树脂。
12.根据权利要求7所述的树脂齿轮，其特征在于所述树脂齿轮为蜗轮，平斜交齿轮，正齿轮，伞齿轮以及双曲线齿轮。
全文摘要
在减速齿轮机构中使用了树脂齿轮的电动转向装置以及用于其中的树脂齿轮。减速齿轮机构由从动齿轮31和与所述从动齿轮啮合的主动齿轮32构成，其中，从动齿轮为树脂一体形成在金属制成的骨架42外侧的外周面上形成有齿轮齿44的树脂齿轮。树脂齿轮的树脂部43由以聚酰胺树脂作为基本树脂的树脂组成物构成，其中，所述聚酰胺树脂含有10～50重量％的直径5～9μm的玻璃纤维，因此其耐磨性、耐久性以及尺寸稳定性均优良。另外，位于齿轮的啮合面之间的润滑油在以由矿物油、聚α－烯烃油、烷基聚苯基中选择至少一种作为主要成分的基础油中，含有3～10重量％的增稠剂以及熔点或软化点为70～130℃的石蜡。
文档编号C10M169/04GK1761597SQ20048000719
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月18日 优先权日2003年3月19日
发明者矢部俊一, 村上豪, 高城敏己 申请人:日本精工株式会社