特許 6603604 接続部材、及び操舵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6603604

(24)【登録日】2019年10月18日

(45)【発行日】2019年11月6日

(54)【発明の名称】接続部材、及び操舵装置

(51)【国際特許分類】

   F16D 3/68 20060101AFI20191028BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20191028BHJP

   F16D 3/12 20060101ALI20191028BHJP

【ＦＩ】

   F16D3/68

   B62D5/04

   F16D3/12 A

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-60660(P2016-60660)

(22)【出願日】2016年3月24日

(65)【公開番号】特開2017-172730(P2017-172730A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2018年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000146010

【氏名又は名称】株式会社ショーワ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】関川 新介

【審査官】 岡本 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−００２９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１９９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７４３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２２７３５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ ３／６８

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｆ１６Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

出力軸に接続された第１係合部材と入力軸に接続された第２係合部材との間に介在することによって前記第１係合部材と前記第２係合部材とをトルク伝達可能に接続する接続部材であって、
樹脂成分及びゴム成分を含有する表層部材料で構成された表層部と、
樹脂成分及びゴム成分を含有する内層部材料で構成され、前記表層部よりも硬い内層部と、
を有していることを特徴とする接続部材。

【請求項2】

前記表層部と前記内層部とは、一体に接合されている請求項１に記載の接続部材。

【請求項3】

前記第１係合部材は、回転方向に沿って繰り返し設けられた複数の第１歯を有しており、
前記第２係合部材は、回転方向に沿って繰り返し設けられた複数の第２歯を有しており、
前記接続部材は、前記複数の第１歯及び前記複数の第２歯の双方に組み付く複数の第３歯を有している、請求項１又は２に記載の接続部材。

【請求項4】

前記表層部材料及び前記内層部材料は、同一の樹脂成分、及び同一のゴム成分を含有しており、
前記表層部材料と前記内層部材料とでは、前記樹脂成分及び前記ゴム成分の配合比が異なっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の接続部材。

【請求項5】

前記樹脂成分が熱可塑性樹脂であり、
前記ゴム成分が非ジエン系ゴムである、請求項４に記載の接続部材。

【請求項6】

前記表層部材料及び前記内層部材料は、前記樹脂成分に、架橋した前記ゴム成分が分散した構造を有する複合材料である請求項４又は５に記載の接続部材。

【請求項7】

操舵装置であって、
運転者が操舵操作する操舵部材と、前記操舵操作に応じて車輪を転舵する転舵部と
を備え、
前記転舵部は、
転舵力を発生するモータ、
転舵力を伝達する伝達部、
前記モータの出力軸に接続された第１係合部材、
前記伝達部の入力軸に接続された第２係合部材、及び、
前記第１係合部材と前記第２係合部材との間に介在することによって前記第１係合部材と前記第２係合部材とをトルク伝達可能に接続する接続部材であって、樹脂成分及びゴム成分を含有する表層部材料で構成された表層部と、樹脂成分及びゴム成分を含有する内層部材料で構成され、前記表層部よりも硬い内層部と、を有している接続部材
を備えていることを特徴とする操舵装置。

【請求項8】

ステアバイワイヤ方式の操舵装置であって、
運転者が操舵操作する操舵部材と、前記操舵操作に応じて車輪を転舵する転舵部と
を備え、
前記転舵部は、
転舵力を発生するモータ、
転舵力を伝達する伝達部、
前記モータの出力軸に接続された第１係合部材、
前記伝達部の入力軸に接続された第２係合部材、及び、
前記第１係合部材と前記第２係合部材との間に介在することによって前記第１係合部材と前記第２係合部材とをトルク伝達可能に接続する接続部材であって、樹脂成分及びゴム成分を含有する表層部材料で構成された表層部と、樹脂成分及びゴム成分を含有する内層部材料で構成され、前記表層部よりも硬い内層部と、を有している接続部材
を備えていることを特徴とする操舵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接続部材、及び操舵装置に関する。

【背景技術】

【0002】

操舵装置においては、転舵力を発生するモータと転舵力を伝達する伝達部との間に接続部材を介在させることにより、モータ及び伝達部をトルク伝達可能に接続するものが存在する。

【0003】

このようにモータと伝達部との間に介在される接続部材は、多種多様に存在し、例えば特許文献１〜３にも開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１４８９９０号公報

【特許文献2】特開２００９−１０８８９２号公報

【特許文献3】特開２０１１−２０７４５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、接続部材が硬いと、歯打ち音（打音）が発生する場合がある。一方で、接続部材が柔らかいと、運転者の操舵操作に応じた操舵力の伝達に遅れが生じる場合がある。

【0006】

本発明は、歯打ち音の発生及び操舵力の伝達の遅れを抑制する接続部材、及び、そのような接続部材を備える操舵装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

かかる目的のもと、本発明に係る接続部材は、出力軸に接続された第１係合部材と入力軸に接続された第２係合部材との間に介在することによって前記第１係合部材と前記 第２係合部材とをトルク伝達可能に接続する接続部材であって、樹脂成分及びゴム成分を含有する表層部材料で構成された表層部と、樹脂成分及びゴム成分を含有する内層部材料で構成され、前記表層部よりも硬い内層部と、を有しているものである。

【0008】

また、本発明に係る操舵装置は、運転者が操舵操作する操舵部材と、前記操舵操作に応じて車輪を転舵する転舵部とを備え、前記転舵部は、転舵力を発生するモータ、転舵力を伝達する伝達部、前記モータの出力軸に接続された第１係合部材、前記伝達部の入力軸に接続された第２係合部材、及び、前記第１係合部材と前記第２係合部材との間に介在することによって前記第１係合部材と前記第２係合部材とをトルク伝達可能に接続する接続部材であって、樹脂成分及びゴム成分を含有する表層部材料で構成された表層部と、樹脂成分及びゴム成分を含有する内層部材料で構成され、前記表層部よりも硬い内層部と、を有している接続部材を備えるものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、歯打ち音の発生及び操舵力の伝達に遅れを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係る転舵力発生部周辺の構成の一例を示す斜視図である。

【図3】図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る転舵力発生部周辺の構成の一例を示す分解斜視図である。

【図5】本発明の実施形態に係る接続部材の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態に係る操舵装置について、図１〜４を参照して説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である。図１に示すように、操舵装置１は、運転者による操舵操作を受け付ける操舵部１０、操舵部１０が受け付けた操舵操作に応じて車輪４００を転舵する転舵部２０、及び制御部５００を備えている。

【0013】

なお、以下に説明する操舵装置１では、（１）操舵部１０と転舵部２０との間のトルク伝達経路を機械的に接続又は遮断することが可能であり、（２）トルク伝達経路が遮断された状態において、操舵部１０が受け付けた操舵操作に応じて車輪４００の転舵角を電気的に制御するステアバイワイヤ方式を採用している。

【0014】

（操舵部１０）
図１に示すように、操舵部１０は、操舵部材１０２、ステアリングシャフト１０４、トルクセンサ１２、第１の自在継手１０６、及び中間シャフト１０８を備えており、操舵部材１０２、ステアリングシャフト１０４、及び中間シャフト１０８は、互いにトルク伝達可能に接続されている。ここで、「トルク伝達可能に接続」とは、一方の部材の回転に伴い他方の部材の回転が生じるように接続されていることを指し、例えば、一方の部材と他方の部材とが一体的に成形されている場合、一方の部材に対して他方の部材が直接的又は間接的に固定されている場合、及び、一方の部材と他方の部材とが継手部材等を介して連動するよう接続されている場合を少なくとも含む。

【0015】

本実施形態においては、ステアリングシャフト１０４の上端は、操舵部材１０２に固定され、操舵部材１０２と一体的に回転する。また、ステアリングシャフト１０４の下端と、中間シャフト１０８の上端とは、第１の自在継手１０６を介して互いに連動するように接続されている。

【0016】

なお、「上端」とは、運転者の操舵操作に応じた操舵力の伝達経路において上流側の端部（すなわち、入力側の端部）のことを指し、「下端」とは、操舵力の伝達経路において下流側の端部（すなわち、出力側の端部）のことを指す（以下同様）。

【0017】

ステアリングシャフト１０４は、操舵力の伝達経路における上流側に位置する上部ステアリングシャフトと操舵力の伝達経路における下流側に位置する下部ステアリングシャフトとを含む。上部ステアリングシャフト、及び下部ステアリングシャフトはトルク伝達可能かつ弾性的に接続されている。上部ステアリングシャフトと下部ステアリングシャフトとの間に生じる捩れは、トルクセンサ１２によって検出される。

【0018】

運転者が操舵部材１０２を介した操舵操作を行うと、上部ステアリングシャフトと下部ステアリングシャフトとの間に、操舵操作のトルクの大きさに応じた捩れ角が生じる。トルクセンサ１２は、この捩れ角を検出し、検出結果を示すトルクセンサ信号ＳＬ１２を制御部５００に供給する。なお、操舵部１０は、操舵部材１０２の操舵角を検出するための操舵角センサを備え、検出した操舵角又は操舵角速度を示す信号を制御部５００に供給する構成としてもよい。

【0019】

また、操舵部材１０２の例として、図１に示すように、円環状のステアリングホイールを例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、運転者による操舵操作を受け付けることができるものであれば他の形状や機構を有するものであってもよい。

【0020】

（転舵部２０）
転舵部２０は、操舵部１０が受け付けた運転者の操舵操作に応じて、車輪４００を転舵させるための構成である。

【0021】

図１に示すように、転舵部２０は、第２の自在継手２０２、ピニオンシャフト２０４、ピニオンギヤ２０６、ラックバー２０８、タイロッド２１０、ナックルアーム２１２、及び転舵力発生部２２０を備えている。中間シャフト１０８、ピニオンシャフト２０４、及びピニオンギヤ２０６は、互いにトルク伝達可能に接続されている。

【0022】

本実施形態では、ピニオンギヤ２０６は、ピニオンシャフト２０４の下端に固定され、ピニオンシャフト２０４と一体的に回転する。中間シャフト１０８の下端とピニオンシャフト２０４の上端とは、第２の自在継手２０２を介して互いに連動するように接続されている。

【0023】

ラックバー２０８は、ピニオンギヤ２０６の回転に応じて車輪４００を転舵させるための構成であり、ラックバー２０８には、ピニオンギヤ２０６と噛み合うラック歯が形成されている。

【0024】

上記のように構成された操舵装置１では、運転者が操舵部材１０２を介した操舵操作を行うと、ピニオンギヤ２０６が回転し、ラックバー２０８の軸方向に沿って、ラックバー２０８が変位する。これにより、ラックバー２０８の両端に設けられたタイロッド２１０、及び、タイロッド２１０に連結されたナックルアーム２１２を介して、車輪４００が転舵される。

【0025】

なお、図１に示す例では、ピニオンシャフト２０４とラックバー２０８との間の操舵力の伝達をピニオンギヤ２０６及びラック歯によって行うラックアシスト式を採用する構成を例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、ピニオンシャフト２０４とラックバー２０８との間の操舵力を伝達できるものであれば他の構成であってもよい。

【0026】

他の構成としては、ラックバー２０８において、ピニオンギヤ２０６と噛み合うラック歯とは別の位置に、アシストピニオンギヤと噛み合うアシストラックが形成されたＤＰＡ−ＥＰＳ（デュアルピニオンアシストシステム）を採用する構成であってもよい。また、ステアリングシャフトをモータの駆動力でアシストするコラムアシスト式を採用する構成であってもよい。

【0027】

（転舵力発生部）
図２は、本実施形態に係る転舵力発生部周辺の構成の一例を示す斜視図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図であり、図４は、転舵力発生部周辺の構成の一例を示す分解斜視図である。

【0028】

図２〜図４に示すように、転舵力発生部２２０は、モータ３００、伝達部３２０、第１のハウジング４０１、第２のハウジング４０２、第３のハウジング４０３、第４のハウジング４０４、接続部材６００、第１係合部材６０１、及び第２係合部材６０２等を備えて構成されている。伝達部３２０は、図３に示すように、駆動プーリ３０３、従動プーリ３０４、ベルト３０５、変換機構３０６等を備えて構成され、転舵力を伝達する。

【0029】

ベルト３０５は、駆動プーリ３０３と従動プーリ３０４とに巻き掛けられており、駆動プーリ３０３から従動プーリ３０４にトルクを伝達可能となっている。

【0030】

従動プーリ３０４は、ナット５０１に固定されている。したがって、駆動プーリ３０３から従動プーリ３０４に伝達されたトルクは、ナット５０１に伝達される。

【0031】

変換機構３０６は、従動プーリ３０４の回転運動をラックバー２０８の軸方向の直線運動に変換するための構成である。図３に例示した変換機構３０６では、螺旋溝３０８が形成された内周面を有するナットであって、モータ３００が発生させるトルクによって回転駆動されるナット５０１と、ラックバー２０８の外周面に形成され、ナット５０１の螺旋溝３０８と同じピッチを有する螺旋溝３０９と、ナット５０１の螺旋溝及びラックバー２０８の螺旋溝によって挟持された複数の転動用ボール（不図示）とによって構成される所謂ボールねじ機構が採用されている。

【0032】

ただし、変換機構３０６の具体的構成は上記の例に限定されるものではなく、従動プーリ３０４の回転運動をラックバー２０８の軸方向の直線運動に変換するものであれば他の構成であってもよい。

【0033】

接続部材６００は、出力軸に接続された第１係合部材６０１と入力軸に接続された第２係合部材６０２との間に介在することによって、第１係合部材６０１と第２係合部材６０２とをトルク伝達可能に接続する部材である。接続部材６００の構成については、後程詳述する。

【0034】

なお、本明細書において、モータ本体３０１には、出力軸を回転させるための構成、それらの構成を収容するためのケース３１０（図２参照）、及び後述する制御部５００が含まれる。

【0035】

（制御部５００）
制御部５００は、運転者による操舵操作に応じて、転舵力発生部２２０のモータ３００が発生させるトルクを制御するための構成を少なくとも有している。図２に示す例では、制御部５００は、モータ３００の出力軸側に配置されており、モータ本体３０１に含まれる。

【0036】

制御部５００は、トルクセンサ１２から供給されるトルクセンサ信号ＳＬ１２を参照して、転舵力発生部２２０が発生させる転舵力を制御するための転舵力制御信号ＳＬ２２０を生成し、転舵力発生部２２０に供給する。制御部５００は、操舵部材１０２の操舵角を示す信号、及び車速センサからの車速信号等を更に参照して、転舵力制御信号ＳＬ２２０を生成する構成としてもよい。

【0037】

また、制御部５００は、エンジンを制御するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）、及び、出力軸の回転角を検出するためのレゾルバセンサー等を備えていてもよい。

【0038】

なお、制御部５００がモータ３００の出力側と反対側に配置される構成としてもよい。

【0039】

（ハウジング）
第１のハウジング４０１は、図３に示すように、ラックバー２０８の一部、変換機構３０６の一部、及び従動プーリ３０４を収容する。

【0040】

第２のハウジング４０２は、図３に示すように、第１のハウジング４０１に対して固定されており、駆動プーリ３０３を収容する。

【0041】

第３のハウジング４０３は、第１のハウジング４０１に対して固定されており、ラックバー２０８の他の一部を収容する。第４のハウジング４０４は、モータ本体３０１とは反対側の駆動プーリ３０３の端部を覆うようにして、第２のハウジング４０２に取り付けられるものである。

【0042】

なお、第１のハウジング４０１、第２のハウジング４０２、及び第３のハウジング４０３の少なくとも一部は、一体的に形成されたものであってもよい。

【0043】

（接続部材）
次に、本発明の実施形態に係る接続部材６００について詳細に説明する。

【0044】

モータ３００は、モータ本体３０１及び出力軸（不図示）を有しており、出力軸には、出力軸と一体回転可能に第１係合部材６０１が接続されている。また、駆動プーリ３０３は、モータ３００と対向する側の端に入力軸（伝達部の入力軸）（不図示）を有しており、入力軸には入力軸と一体回転可能に第２係合部材６０２が接続されている。

【0045】

接続部材６００は、第１係合部材６０１と第２係合部材６０２との間には接続部材６００が介在しており、接続部材６００は、第１係合部材６０１と第２係合部材６０２とをトルク伝達可能に接続する。これにより、駆動プーリ３０３が有する入力軸は、モータ３００が有する出力軸と一体的に回転する。

【0046】

図４に示されるように、接続部材６００は、回転方向に沿って繰り返し設けられた複数の歯（第３歯）を備えている。また、第１係合部材６０１は、回転方向に沿って繰り返し設けられた複数の歯であって、接続部材６００に備わる歯に組み付く複数の歯（第１歯）を備えており、第１係合部材６０１の歯は、接続部材６００の歯に、接続部材６００の一方側の面から組付く。また、第２係合部材６０２は、回転方向に沿って繰り返し設けられた複数の歯であって、接続部材６００に備わる歯に組み付く複数の歯（第２歯）を備えており、第２係合部材６０２の歯は、接続部材６００の歯に、第２係合部材６０２の他方側の面から組付く。第１係合部材６０１の各々の歯、及び第２係合部材６０２の各々の歯は、接続部材６００の各々の歯に対して互い違いに組付く。

【0047】

接続部材６００は、第１係合部材６０１と第２係合部材６０２との間に挟まれ、モータ３００のトルクを確実に駆動プーリ３０３に伝達すると共に、急激なトルク変動を緩和する。さらに接続部材６００は、第１係合部材６０１、第２係合部材６０２、及び接続部材６００間における歯打ち音の発生を防止する。

【0048】

図５に、本発明の実施形態に係る接続部材の正面図を示す。図５に示すように、接続部材６００は、表層部６０３と、内層部６０４とを有している。

【0049】

本実施形態において、内層部６０４は表層部６０３と比較して硬く形成されている。換言すれば、内層部６０４の方が表層部６０３よりも剛性が大きく、表層部６０３の方が内層部６０４よりも弾性が大きい。

【0050】

表層部６０３を構成する表層部材料、及び内層部６０４を構成する内層部材料は、同一の樹脂成分、及び同一のゴム成分を含有しているとよい。

【0051】

表層部６０３及び内層部６０４それぞれに含まれる樹脂成分としては、例えば、熱可塑性樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、オレフィン系、スチレン系、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、シリコン系、アミド系及びカーボネート系の熱可塑性樹脂を挙げることができる。中でも、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等が好ましく、ポリプロピレンが特に好ましい。

【0052】

表層部６０３及び内層部６０４それぞれに含まれるゴム成分としては、例えば、非ジエン系ゴム等を挙げることができる。非ジエン系ゴムとしては、例えば、ブチルゴム（Ｂ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）等を挙げることができる。好ましい非ジエン系ゴムとしては、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）を挙げることができる。

【0053】

そして、表層部材料と内層部材料との、樹脂成分及びゴム成分の配合比を異ならせることにより、表層部６０３と内層部６０４との硬さを異ならせるとよい。例えば、表層部材料における樹脂成分に対するゴム成分の配合比を、内層部材料における樹脂成分に対するゴム成分の配合比よりも大きくすることができる。表層部材料と内層部材料とが同一の成分を含有していると、内層部６０４から表層部６０３が剥がれにくい。さらに、表層部材料及び内層部材料は、樹脂成分に、架橋したゴム成分が分散した構造を有する複合材料（ＴＰＶ）であってよい。

【0054】

表層部６０３と内層部６０４とは、例えば２色成形により一体に接合されているとよい。すなわち、接続部材６００は、金型内で、まず、内層部６０４を成形した後、同じ金型内で、表層部６０３を成形することにより製造することができる。

【0055】

このように、本実施形態に係る接続部材６００は、各々硬さの異なる表層部６０３と内層部６０４とを有しているので、モータ３００と伝達部３２０とをトルク伝達可能に接続するのに適した硬さを有している。接続部材６００は、比較的硬い内層部６０４を有しているので、運転者の操舵操作に応じた操舵力の伝達に遅れが生じることがない。また特に、本実施形態のようにステアバイワイヤ方式を採用している場合において、モータ３００の回転位置と、ラックストロークとに差が生じることがない。一方、接続部材６００は、比較的硬くない表層部６０３を有しているので、ラックバー２０８の微小な振幅を吸収することができ、ラックバーを搭載する操舵装置が振動しない。さらに、第１係合部材６０１の歯又は第２係合部材６０２の歯と接続部材６００の歯との接触による歯打ち（打音）が抑制される。

【0056】

なお、本実施形態に係る操舵装置においてはステアバイワイヤ方式を採用しているが、本発明にかかる操舵装置は、モータでアシスト力を発揮させる電動パワーステアリングシステムを採用してもよい。また、本発明に係る接続部材には、モータの出力を伝達対象の機構に対して伝達することのできる構成であれば、例えばモータの出力をウォームギヤに対して伝達する構成に適用する等、どのような部位に設けられたものも含まれる。

【0057】

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0058】

１ 操舵装置
２０８ ラックバー
３００ モータ
３０１ モータ本体
３０３ 駆動プーリ
３０４ 従動プーリ
３０５ ベルト
３２０ 伝達部
４０１ 第１のハウジング
４０２ 第２のハウジング
６００ 接続部材
６０１ 第１係合部材
６０２ 第２係合部材
６０３ 表層部
６０４ 内層部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】