JP2002274395A - 動力伝達継手及びこれを含む電動式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】例えばコラムアシスト型の電動式動力舵取装置
において、静粛性に優れ且つ強度のある動力伝達継手を
提供すること。 【解決手段】動力伝達継手Ａは同軸上に並ぶモータ軸１
６とウォーム軸１８との間に介在ししてトルクを伝達す
る動力伝達部材３６からなるオルダム継手である。動力
伝達部材３６は例えばポリエステル系熱可塑性エラスト
マを射出成形してなり、ショアー硬さ（Ｄスケール）が
３５〜７０の範囲にあるので打音を抑制できる。動力伝
達部材３６の弾性変形範囲が広いので、大きな衝撃荷重
を受けたときに、軸１６，１８の突条４１，４２が対応
する連結溝３９，４０内で空回りし、衝撃エネルギを吸
収する。高い次元で静粛性と強度を両立させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同軸上に並ぶ駆動
軸と被動軸との間に介在してトルクを伝達する動力伝達
継手及びこれを含む電動式動力舵取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】自動
車用の舵取装置では、操舵輪に連なる第１操舵軸と、こ
の第１操舵軸にトーションバーを介して連結されると共
に舵取機構に連なる第２操舵軸とを備えている。舵取装
置において、第１および第２の操舵軸の回転方向への相
対変位量をトルクセンサにより検出し、このトルクセン
サの検出結果に基づいて電動モータのモータ軸の回転を
動力伝達継手及び減速機構を介して第２操舵軸に伝える
ことにより、操舵輪の回転に応じた舵取機構の動作を電
動モータの回転により補助し、舵取りのための運転者の
労力負担を軽減する電動式動力舵取装置が提供されてい
る。この種の電動式動力舵取装置は、電動モータ、動力
伝達継手及び減速機構等からなる操舵補助ユニットをス
テアリングコラムやラック・ピニオン部に配置するもの
が知られている。前者のものは、コラムアシスト型電動
式動力舵取装置（Ｃ−ＥＰＳ）と呼ばれている。後者の
ものとしては、電動モータのトルクを、車幅方向に沿っ
て延びるラックバーに伝えるＲ−ＥＰＳ（ラックアシス
ト型電動式動力舵取装置）、Ｄ・Ｄ−ＥＰＳ（ダイレク
トドライブ型電動式動力舵取装置）、ラックを駆動する
ピニオンをアシストするＰ−ＥＰＳ（ピニオンアシスト
型電動式動力舵取装置）がある。

【０００３】コラムアシスト型電動式動力舵取装置を例
にとって説明すると、操舵補助ユニットが車室内に配置
されるため、操舵補助ユニットの動作音をできるだけ小
さくすることが好ましいのに対し、動力伝達継手と電動
モータのモータ軸との連結部や、動力伝達継手と減速機
構のギヤ軸との連結部では、打音が生じ易いという問題
がある。一方、上記の動力伝達継手としてオルダム継手
が用いられる場合がある。オルダム継手では、その両端
に形成される各連結孔の動力伝達面に対して、対応する
軸がすべり対偶をなしている。このため、各連結孔と対
応する軸との間に互いの相対的な滑りを許容するための
所定量の隙間が必要となるが、この隙間が原因で打音が
大きくなる傾向にある。

【０００４】そこで、動力伝達継手として合成樹脂を用
い、騒音を低減することが試みられている。ところで、
近年、伝達トルクの大きい車種についても動力舵取装置
の電動化が進んでおり、動力伝達継手として、大きな伝
達トルクに耐え得る高い強度を持つものが求められてい
る。そこで、高強度を達成するために、動力伝達継手に
用いる合成樹脂をガラス繊維で補強したりすることが試
みられているが、このように強度を高くすると、弾性率
や硬度が増加する一方で、打音による騒音が大きくな
り、十分な静粛性が得られない。逆に、静粛性を確保す
るべく柔らかい合成樹脂を用いると、強度が不足する。

【０００５】このような問題は、自動車のコラムアシス
ト型電動式動力舵取装置に用いる動力伝達継手に限ら
ず、一般の駆動系にも存在する。本発明は、上記課題に
鑑みてなされたものであり、静粛性に優れ且つ強度の高
い動力伝達継手及びこれを用いた電動式動力舵取装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記課
題に鑑み、本願発明者は、鋭意研究の結果、同軸上に並
ぶ駆動軸と被動軸との間に介在してトルクを伝達する動
力伝達継手として、高分子の合成樹脂材料を射出成形し
てなる動力伝達部材により構成され、動力伝達部材のシ
ョアー硬さがＤスケールにて３５〜７０であるものを用
いれば、静粛性と強度を両立できるという知見を得た。

【０００７】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
のであり、動作音を例えば５０デシベル以下とすること
が可能となる。一方、ショアー硬さ（Ｄスケール）が３
５〜７０の範囲の合成樹脂であれば、弾性変形の範囲が
広いので、本動力伝達継手が大きな衝撃荷重を受けると
きでも、適度に変形することにより、衝撃エネルギを吸
収することができる。ショアー硬さ（Ｄスケール）が３
５〜７０の範囲の合成樹脂成形品では、特に、伝達トル
クが３〜５Ｎ・ｍである動力伝達継手に適用したとき
に、最も高い次元で静粛性と強度を両立させることがで
きる。ショアー硬さ（Ｄスケール）が３５未満では強度
不足となり、７０を超えると騒音が大きくなる。

【０００８】また、上記高分子の合成樹脂材料には熱可
塑性エラストマが含まれることが好ましい。熱可塑性エ
ラストマとしては、下記の１）〜３）を例示することが
できる。 １）ポリエステル系熱可塑性エラストマ（ＴＰＥＥ：Th
ermoplastic elastmerpolyester）。例えば東レ・デュ
ポン株式会社製の商品名ハイトレル(Hytrel)等の熱可塑
性ポリエーテルエステルエラストマや、東洋紡績株式会
社製のペルプレン等の熱可塑性ポリエステルエラストマ
がある。

【０００９】２）ウレタン系熱可塑性エラストマ（ＴＰ
Ｕ:Thermoplastic elastmer urethane）。例えば大日本
インキ化学工業社製の商品名パンデックス等がある。 ３）オレフィン系熱可塑性エラストマ（ＴＰＯ：Thermo
plastic elastmer olefin ）。例えば三菱モンサント化
成株式会社製の商品名サントプレーン(Santoprene)等が
ある。また、本発明の動力伝達継手は、上記動力伝達部
材の一対の端部に、それぞれ対応する軸を連結するため
の断面矩形の連結溝を設けてオルダム継手を構成する場
合に、特に顕著な効果を発揮することができる。すなわ
ち、オルダム継手では、各連結溝の動力伝達面に対して
対応する軸がすべり対偶をなしているため、各連結溝と
対応する軸との間に互いの相対的な滑りを許容するため
の所定量の隙間が必要となり、この隙間が原因で動作音
が大きくなる傾向にあるが、この動作音を格段に低減す
ることができるからである。しかも、大きな衝撃荷重を
受けたときに、断面矩形の連結溝内で対応する軸が連結
溝を大きく拡げながら少なくとも半回転分、空回りする
ことにより、衝撃を吸収することができる。また、空回
り後、連結溝は元の形に復元できるので、何ら問題が生
じない。

【００１０】さらに、上述の駆動力伝達継手を電動モー
タの駆動力を減速機構を介して操舵軸に伝えて操舵を補
助する電動式動力舵取装置に適用し、上記電動モータの
モータ軸と減速機構のギヤ軸との間を動力伝達継手を介
して連結するようにしても良い。この場合、自動車の室
内の騒音を低減して、ユーザーに不快感を与えない点で
好ましい。また、車輪が縁石に衝突して、動力伝達継手
が衝撃荷重を受けても、動力伝達継手の弾性範囲内での
変形にて衝撃を吸収でき、しかも動力伝達継手が元の形
状に容易に復元できるので、好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明
の一実施の形態の動力伝達継手が適用された電動式動力
舵取装置の構成を示す模式図である。図１を参照して、
電動式動力舵取装置１（以下では、単に舵取装置１とも
いう）は、操舵輪（ステアリングホイール）２に連結し
ている操舵軸（ステアリングシャフト）３と、操舵軸３
の先端部に設けられたピニオンギヤ４と、このピニオン
ギヤ４に噛み合うラックギヤ５を形成して車両の左右方
向に延びるラック軸６とを有している。

【００１２】ラック軸６の両端部にはそれぞれタイロッ
ド７が結合されており、各タイロッド７は対応するナッ
クルアームを介して対応する車輪８に連結されている。
操舵輪２が操作されて操舵軸３が回転されると、この回
転がピニオンギヤ４およびラックギヤ５によって、車両
の左右方向に沿ってのラック軸６の直線運動に変換され
る。これにより、車輪８の転舵が達成される。操舵軸３
は、操舵輪２に連なる筒状の第１操舵軸９と、ピニオン
４に連なる第２操舵軸１０とに分割されており、これら
第１操舵軸９と第２操舵軸１０とはトーションバー１１
を介して同一の軸線上で互いに連結されている。

【００１３】トーションバー１１を介する第１操舵軸９
と第２操舵軸１０の相対回転変位量により操舵トルクを
検出するトルクセンサ１２が設けられており、このトル
クセンサ１２のトルク検出結果は制御部１３に与えられ
る。制御部１３では、トルク検出結果に基づいて、ドラ
イバ１４を介して操舵補助用の電動モータ１５への印加
電圧を制御する。電動モータ１５のモータ軸１６（図２
参照）の回転が、ウォーム機構を含む減速機構１７を介
して第２操舵軸１０に伝達され、操舵が補助される。

【００１４】図２を参照して、減速機構１７は、電動モ
ータ１５のモータ軸１６の端部１６ａに動力伝達継手Ａ
を介して連なるギヤ軸としてのウォーム軸１８の軸長方
向の中間に一体に形成されたウォーム１９と、第２操舵
軸１０に一体回転可能に係合されるウォームホイール２
０とを備えている。ウォーム軸１８は、第２操舵軸１０
の軸芯と交差するように配置されている。ウォーム軸１
８の軸長方向に相対向する第１及び第２の端部２１，２
２は、玉軸受を用いてなる第１及び第２の軸受２３，２
４を介してギヤハウジング２５の第１及び第２の軸受孔
２６，２７に回転可能に支持されている。

【００１５】ウォーム軸１８は、第１及び第２の軸受２
３，２４間の中間の部分に上記ウォーム１９を一体に形
成している。ウォーム軸１８の第１の端部２１は動力伝
達継手Ａを介して上記モータ軸１６の端部１６ａに連結
されている。第２の軸受２４に関連してバックラッシ調
整機構２８が設けられている。バックラッシ調整機構２
８は、付勢部材２９の付勢力を受け部材３０を介して第
２の軸受２４に与え、第２の軸受２４を介してウォーム
軸１８の第２の端部２２をウォームホイール２０側へ付
勢させて、ウォーム１９とウォームホイール２０の間の
バックラッシュをなくす。３０は付勢力調整用のねじで
あり、３１はロックナットである。３３は第２の軸受２
４の偏倚を許容するために第２の軸受孔２７に形成され
た凹部である。

【００１６】３４は第１の軸受２３を介してウォーム軸
１８を軸方向に位置決めするねじである。３５はねじ３
４を止定するロックナットである。次いで、図３を参照
して、動力伝達継手Ａは、高分子の合成樹脂材料を射出
成形してなる動力伝達部材３６により構成されている。
この動力伝達部材３６は軸状をなし、相対向する第１お
よび第２の端部３７，３８には、第１の連結溝３９と、
第２の連結溝４０がそれぞれ形成される。

【００１７】第１の連結溝３９は、駆動軸としてのモー
タ軸１６の端部１６ａに形成された被連結部としての突
条４１に嵌め合わされる。一方、第２の連結溝４０は、
被動軸（ギヤ軸）としてのウォーム軸１８の第２の端部
２１に形成された被連結部としての突条４２に嵌め合わ
される。本動力伝達継手Ａはオルダム継手を構成してお
り、突条４１，４２は、いわゆるすべりこ（スライダ）
として機能する。モータ軸１６の突条４１は断面略矩形
をなし、二面幅を形成する互いに平行な一対の平坦面か
らなる動力伝達面４３，４３を有している。突条４１に
対応する第１の連結溝３９は断面略矩形をなす孔からな
り、突条４１の一対の動力伝達面４３，４３にそれぞれ
係合する互いに平行な一対の平坦な動力伝達面４５，４
５を有している。一対の動力伝達面４５，４５は動力伝
達部材３６の軸線に平行であるとともに、連結溝３９の
断面のなす矩形の一対の長辺にそれぞれ沿っている。連
結溝３９の断面のなす矩形の長辺の長さは、突条４１の
断面のなす矩形の長辺の長さよりも若干長く設定されて
おり、モータ軸１５の端部１６ａと動力伝達継手Ａの第
１の端部３７は、長辺に沿って相対変位できるようにさ
れている。

【００１８】同様に、被動側のウォーム軸１８の突条４
２も断面略矩形をなし、二面幅を形成する互いに平行な
一対の平坦面からなる動力伝達面４４，４４を有してい
る。突条４２に対応する第２の連結溝４０は断面略矩形
をなす孔からなり、突条４２の一対の平坦面４４，４４
にそれぞれ係合する互いに平行な一対の動力伝達面４
６，４６を有している。一対の動力伝達面４６，４６は
動力伝達部材３６の軸線に平行であるとともに、連結溝
４０の断面のなす矩形の一対の長辺にそれぞれ沿ってい
る。連結溝４０の断面のなす矩形の長辺の長さは、突条
４２の断面のなす矩形の長辺の長さよりも若干長く設定
されており、ウォーム軸１８の第１の端部２１と動力伝
達継手Ａの第２の端部３８とは長辺に沿って相対変位で
きるようにされている。

【００１９】また、図３に示すように、連結溝３９の断
面のなす矩形の長辺が延びる方向Ｘ（すなわち動力伝達
面４５，４５が沿う方向）と、連結溝４０の断面のなす
矩形の長辺が延びる方向Ｙ（すなわち動力伝達面４６，
４６が沿う方向）とは、例えば略直交するようにして互
いに交差している。両連結溝３９，４０の底部同士は互
いに連通している。動力伝達部材３６は、ショアー硬さ
（Ｄスケール）が３５〜７０の範囲の合成樹脂成形品に
より形成されている。ショアー硬さ（Ｄスケール）が３
５〜７０の範囲の合成樹脂であれば、弾性変形の範囲が
広いので、動力伝達継手Ａが大きな衝撃荷重を受けると
きでも、適度に変形することにより、衝撃エネルギを吸
収することができる。これにより、動作音を例えば５０
デシベル以下とすることが可能となる。

【００２０】ショアー硬さ（Ｄスケール）が３５〜７０
の範囲の合成樹脂成形品では、特に、伝達トルクが３〜
５Ｎ・ｍである動力伝達継手に適用したときに、最も高
い次元で静粛性と強度を両立させることができる。ショ
アー硬さ（Ｄスケール）が３５未満では強度不足とな
り、７０を超えると騒音が大きくなる。ショアー硬さ
（Ｄスケール）が３５〜７０の範囲の合成樹脂成形品を
形成するための高分子の合成樹脂材料としてには、熱可
塑性エラストマが含まれることが好ましい。熱可塑性エ
ラストマとしては、下記の１）〜３）を例示することが
できる。

【００２１】１）ポリエステル系熱可塑性エラストマ
（ＴＰＥＥ：Thermoplastic elastmerpolyester）。例
えば東レ・デュポン株式会社製の商品名ハイトレル(Hyt
rel)等の熱可塑性ポリエーテルエステルエラストマや、
東洋紡績株式会社製のペルプレン等の熱可塑性ポリエス
テルエラストマがある。 ２）ウレタン系熱可塑性エラストマ（ＴＰＵ:Thermopla
stic elastmer urethane）。例えば大日本インキ化学工
業社製の商品名パンデックス等がある。

【００２２】３）オレフィン系熱可塑性エラストマ（Ｔ
ＰＯ：Thermoplastic elastmer olefin ）。例えば三菱
モンサント化成株式会社製の商品名サントプレーン(San
toprene)等がある。特に、本動力伝達継手Ａがオルダム
継手を構成しているので、特に顕著な効果を発揮するこ
とができる。すなわち、オルダム継手では、各連結溝３
９，４０の動力伝達面４５，４６に対して対応する軸１
６，１８がすべり対偶をなしているため、各連結溝３
９，４０と対応する軸１６，１８との間に互いの相対的
な滑りを許容するための所定量の隙間が必要となり、こ
の隙間が原因で動作音が大きくなる傾向にあるが、この
動作音を格段に低減することができるからである。

【００２３】しかも、動力伝達部材３６が大きな衝撃荷
重を受けたときに、図４（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示
すように、例えば断面矩形の連結溝３９内で対応する軸
１６の突条４１が連結溝３９を大きく拡げながら少なく
とも半回転分、空回りすることにより、衝撃を吸収する
ことができる。また、空回り後、図４（ｃ）に示すよう
に、連結溝３９は元の形に復元できるので、何ら問題が
生じることもない。さらに、本実施の形態のように、本
動力伝達継手Ａをコラムアシスト型の電動式動力舵取装
置に適用し、上記電動モータ１５のモータ軸１６と減速
機構１７のウォーム軸１８との間を本動力伝達継手Ａを
介して連結しているので、より顕著な効果を発揮するこ
とができる。

【００２４】というのは、コラムアシスト型の電動式動
力舵取装置では、電動モータ１５、動力伝達継手Ａ及び
減速機構１７を含む操舵補助ユニットが自動車の車室内
に配置される関係上、特に静粛性が要求されるが、上記
の打音の防止により、自動車の室内の騒音を格段に低減
して、ユーザーに不快感を与えなくすることができるか
らである。そして、車輪が縁石に衝突して、動力伝達継
手Ａが衝撃荷重を受けても、動力伝達部材３６の弾性範
囲内での変形にて衝撃を吸収でき、しかも動力伝達部材
３６が元の形状に容易に復元できるので、好ましい。

【００２５】なお、上記の実施の形態では、本発明をコ
ラムアシスト型の電動式動力舵取装置に適用したが、こ
れに限らず、本発明をＲ−ＥＰＳ、Ｄ・Ｄ−ＥＰＳ、Ｐ
−ＥＰＳ等の電動式動力舵取装置に適用しても良く、ま
た、他の公知の駆動系に適用しても良い。その他、本発
明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

【００２６】

【実施例１〜４】図２の電動式動力舵取装置の操舵補助
ユニットに関して、下記の実施例１，２，３及び４の動
力伝達継手にトルクを伝達させて、そのときの騒音の音
圧レベルを測定したところ、図５に示す結果を得た。図
５において、横軸は図６に示すような動力伝達面４３，
４５間のトータルの隙間量Ｓであり、縦軸は騒音の音圧
レベル（ｄＢ：デシベル）である。各実施例の材質とショアー硬さ 各実施例の材質としては、前述したポリエステル系熱可
塑性エラストマである、東レ・デュポン株式会社製の商
品名ハイトレル(Hytrel)の種々のグレードのものを用い
た。

【００２７】各実施例のショアー硬さ（Ｄスケール）
は、デューロメータ（ショア硬さ計：Shore-type durom
eter：ＪＩＳ Ｋ ６２５３−１９９７／ＩＳＯ ７６
１９）を用いて測定したものである。 実施例１：ショアー硬さ（Ｄスケール）が３５ 実施例２：ショアー硬さ（Ｄスケール）が５５ 実施例３：ショアー硬さ（Ｄスケール）が６５ 実施例４：ショアー硬さ（Ｄスケール）が７０ また、各実施例１〜４において、隙間量Ｓを０〜０．３
５ｍｍの間で種々設定してテストした。試験条件 ０±１８０°三角波を用い、回転数２．４ｒｐｍ、加振
１５Ｈｚとし、±５Ｎ・ｍのトルクを伝達して、ウォー
ムの上方１００ｍｍの位置に設置した集音マイクにより
騒音レベルを測定した。考察 図５に示す結果から、下記の考察が得られる。 １）ショアー硬さが同じでも、隙間量Ｓが大きいと騒音
が大きくなる。 ２）隙間量Ｓが同じでも、ショアー硬さが高いと騒音が
大きくなる。 ３）一般的な設計寸法の交差で実現される隙間量Ｓが０
〜０．２５ｍｍの範囲で、騒音レベル５０ｄＢを達成す
るためには、ショアー硬さ（Ｄスケール）が３５〜７０
の範囲の合成樹脂成形品の使用が可能である。 ４）隙間量Ｓが０〜０．３０ｍｍ以下で、騒音レベル５
０ｄＢを達成するためには、ショアー硬さ（Ｄスケー
ル）が３５〜６５の範囲の合成樹脂成形品の使用が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る動力伝達継手
を含む電動式動力舵取装置の概略構成を示す模式図であ
る。

【図２】図１の電動式動力舵取装置の電動モータ、動力
伝達継手及び減速機構の断面図である。

【図３】図１の動力伝達継手とこれに対応する軸の分解
斜視図である。

【図４】（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は大入力時に連結さ
れる軸が動力伝達継手の連結溝内で空回りする状態を順
次に示す概略断面図である。ただし、断面を示すハッチ
ングの図示を省略してある。

【図５】各実施例の隙間量と騒音の関係を示すグラフで
あり、横軸に隙間量を、縦軸に騒音レベルを示してい
る。

【図６】連結される軸と連結溝との間の隙間の量を説明
するための動力伝達継手の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 電動式動力舵取装置 ３ 操舵軸 ９ 第１操舵軸 １０ 第２操舵軸 １１ トーションバー １５ 電動モータ １６ モータ軸（駆動軸） １７ 減速機構 １８ ウォーム軸（ギヤ軸） １９ ウォーム ２０ ウォームホイール Ａ 動力伝達継手 ３６ 動力伝達部材 ３９ 第１の連結溝 ４０ 第２の連結溝 ４１，４２ 突条 ４３，４４ 動力伝達面 ４５，４６ 動力伝達面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同軸上に並ぶ駆動軸と被動軸との間に介在
   してトルクを伝達する動力伝達継手において、高分子の
   合成樹脂材料を射出成形してなる動力伝達部材により構
   成され、動力伝達部材のショアー硬さがＤスケールにて
   ３５〜７０であることを特徴とする動力伝達継手。
2. 【請求項２】請求項１において、上記高分子の合成樹脂
   材料には熱可塑性エラストマが含まれることを特徴とす
   る動力伝達継手。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、上記動力伝達部
   材の一対の端部に、それぞれ対応する軸を連結するため
   の断面矩形の連結溝を設けてオルダム継手を構成するこ
   とを特徴とする動力伝達継手。
4. 【請求項４】電動モータの駆動力を減速機構を介して操
   舵軸に伝えて操舵を補助する電動式動力舵取装置であっ
   て、上記電動モータのモータ軸と減速機構のギヤ軸との
   間が請求項１，２又は３記載の動力伝達継手を介して連
   結されることを特徴とする電動式動力舵取装置。