技術動向

ステアリングシステムにおけるインタミディエイトシャフトの技術動向
Technical Trends of Intermediate Shafts in Steering Systems
植田博二

H. UEDA

Recently, along with the rapid spread of column type electric power steering (C-EPS) systems for automobiles, demands
for high-performance intermediate shafts have also increased. Here, technical challenges for high-torque transmission
requirements on intermediate shafts in C-EPS systems, together with our current and future approaches, are described.
Key Words: intermediate shaft, main shaft, joint, slide triggering load, torsional rigidity

1．はじめにＣ−ＥＰＳ

電動式パワーステアリング（以下ＥＰＳと称す）マニュアルギヤは，当社が1988年にステアリングコラムに直流モータによるアシスト機能を一体に組み込んだコラ

インタミディエイトシャフト

ムタイプ電動式パワーステアリング（以下Ｃ−Ｅ
ＰＳと称す）
を世界に先駆けて軽四輪車用として商品化し，普通車へと適用が拡大してきた．
欧州においても，パワーステアリングの搭載率の増加に伴ない，小型車を中心として1996年から

図1 Ｃ−ＥＰＳシステム
C-EPS system

Ｃ−ＥＰＳが採用されはじめた．また，米国でも2002年に米国生産車として小型ＳＵＶに当社製
Ｃ−ＥＰＳが搭載され，今後は，中，大型車にお１）いてもＥＰＳの適用が検討されている ．
ジョイント

このようにＣ−ＥＰＳの中型大型車両への搭載が急速に増大する中で，インタミディエイトシャ
フトに対する技術的要求も，従来衝突安全性，操メインシャフト舵安定性が重視されていたが，搭載性に加えてＣ−ＥＰＳの高出力化や快適性に対応した性能が重要となってきた．
本報では，インタミディエイトシャフトの現在

図2 インタミディエイトシャフト
Intermediate shaftの状況と今後の動向について報告する．

2．Ｃ−ＥＰＳシステムにおけるインタミディエイトシャフト

2.2

2.1

ィエイトシャフトが伝達するトルクを模試的に示Ｃ−ＥＰＳシステム

図1にＣ−ＥＰＳシステムの構成を示す．
インタミディエイトシャフトは図2に示すよう

伝達トルク

図3にＣ−ＥＰＳシステムにおいてインタミデす．伝達トルクＴＩは次式で表される２）．
ＴＩ＝ＴＨ＋ＴＡにジョイント部とメインシャフトより構成されている．

ＴＨ；ドライバーがハンドルを操舵する時に発生するトルク（モータ出力トルク×減速ＴＡ；アシストトルク比×減速機効率）

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インタミシャフト負荷トルク，N・m−ステアリングシステムにおけるインタミディエイトシャフトの技術動向−

ＴＨ

ＴＡ

モータ

インタミディエイトシャフト
ＴＩ
マニュアルギヤ100500軽自動車〜普通車車種図3 Ｃ−ＥＰＳシステムの模式図
Schematic diagram of C-EPS systemシステム

油圧式パワーステアリングシステムの場合，操軽自動車

油圧式パワーステアリングシステム

小型車

普通車

Ｃ−ＥＰＳシステム

図4 システム別インタミディエイトシャフトへの負荷トルク
Torque on intermediate shafts of various steering systems

舵アシスト力はステアリングギヤ側にあるためＴＩ＝ＴＨとなり，インタミディエイトシャフトに負荷されるトルクは常用最大で10Ｎ・ｍ前後であった．Ｃ−ＥＰＳシステムでは，図4に示すよう3．インタミディエイトシャフトに高出力化の影響もあって，インタミディエイト3.1シャフトへ伝達されるトルクは，油圧式パワース
テアリングシステムと比較して10倍以上になる場合がある．

種類と特徴

インタミディエイトシャフトは表1に示すように，大別して衝突安全性，操舵安定性などといった機構によって分類される．

表1 インタミディエイトシャフトの種類（代表例）
Types of intermediate shafts (typical examples)
分類
衝撃吸収種類
１）コルゲートチューブ付き

機構付き

中間軸の構造特徴
・車両衝突時の突き上げるエネルギーをコルゲートチューブで吸収する・エネルギー吸収するためのチューブ長が必要であり，軽四車，小型車ではレイアウト上成立し難い

２）樹脂インジェクション付き

・車両衝突時の突き上げるエネルギーを樹脂インジェクション部で吸収する
・高出力下では，インジェクション部にあそび発生の可能性がある

３）かしめタイプ

・車両衝突時の突き上げるエネルギーをかしめ部で収縮吸収する

振動，音 ４）収縮（スプライン）タイプ
吸収機構

・スプライン部を設けて，コラムとステアリン
グギヤ部の相対を吸収する付き

・高出力下では，スプライン部にあそび発生の可能性がある
５）ラバーカップリング付き

・ラバーカップリングにより，音，振動を吸収する
・高出力下では，カップリング部に剛性低下の可能性がある

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−ステアリングシステムにおけるインタミディエイトシャフトの技術動向−

3.2

高伝達トルク下での課題

4.1.1

図4に示すそれぞれのシステムにおいて，Ｃ−新構造メインシャフトの開発（ボールスライド機構＋スプライン構造）

ＥＰＳシステムのように高トルクがインタミディ

これらの課題を考慮して開発したボールスライ

エイトシャフトに負荷される場合，あそびの発生ド機構を図6に示す．スプラインタイプと同様にが懸念される．あそびは，例えば図5に示すよう

高トルク伝達時はスプラインはめあい部で受けるなスリーブとシャフト間のスプライン連結部の摩が，使用頻度の高い低トルク伝達時はばねで支持

耗やへたり，またジョイント部の軸受とクロス間されたボールで受けることから，スプライン部のの摩耗や予圧抜けなどにより発生することが考え

摩耗が少なく，ばねにより常時予圧が加えられてられる．市場におけるあそびの発生は，操舵感のいるために，あそび感を抑制することができる．

低下につながるばかりではなく，異音の発生も伴１）構造

なう場合があるため，重要な課題であり対策が必要である．
連結部あそび発生箇所

ジョイント

スリーブ
ボール
ばね

スプライン 保持器

シャフト

図5 スプラインタイプ
Spline type4．高伝達トルク対応技術
4.1

メインシャフト搭載性，操縦安定性などの点から近年スライド

図6 ボールスライド機構＋スプライン構造
Ball-sliding mechanism + spline structure

タイプのインタミディエイトシャフトの装着が増加傾向にある．このような中で，Ｃ−ＥＰＳシス
テムに組み込まれるメインシャフトは，高出力条件下で，先に示したあそび防止を含め次の特性が必要とされている．

２）
特徴
要求性能に対する機能上の特徴を表2に示す．

表2 ボールスライド機構＋スプライン構造の特徴
Features of ball-slide mechanism + spline structure１）
あそびがない２）
捩り剛性が高い３）
スライド荷重が低い

要求特性
１）あそびがない
２）捩り剛性が高い

３）スライド荷重が低い 低トルク伝達時は，ボールの転がりにより低スライド荷重を維持ためには，スプライン部のすきまを減少させる必要があり，スライド荷重の増加，および長期使用ばねにより常時予圧が与えられているため，一定の剛性を維持

しかし，従来のスプライン構造で「あそびがない」「捩り剛性が高い」という仕様を満足させるばねにより常時予圧が与えられているため，あそび感を抑制

４）
耐久性がある（あそびの増加，剛性低下が小さい）特徴

４）耐久性がある

使用頻度の高い低トルク伝達時はによる特性変化の増加につながる．これは，「スボールで受けるためスプライン部ライド荷重が低い」と「耐久性がある」とは相反の摩耗が少ないするものであった．

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−ステアリングシステムにおけるインタミディエイトシャフトの技術動向−

３）
性能

ヨーク

メインシャフトの性能を表3に示す．

表3 メインシャフト性能
Performance of main shaft
項目
スライド荷重結果
10〜20N（無負荷時）
40〜50N（３N・m負荷時）

ストローク

±７mm
（組付け時25mm）

耐久性

トルク−捩れ角度（Ｔ−θ）特性（捩り剛性）にて耐久前後で実あそびなし

カップ
クロス
針状ころ軸受

Ｔ
１N・m

カップ

Ｂ
（Ａ+Ｂ）
／２="０"
シール

θ
Ａ
−１N・m

4.1.2

図7 ジョイントの部品構成
Composition of universal joint

次世代タイプのメインシャフト

新構造メインシャフトにおいて，従来課題とされていたあそびの発生防止や耐久性の向上につい

4.2.2

ジョイントのあそびジョイント部においても初期および耐久後のあて一定の成果が得られた．しかし，今後，より高そび発生については，3.2項で示したように操舵性能な次世代タイプのメインシャフトの開発にあ感の低下，異音の発生が問題となる．

たっては，下記の項目に留意していきたい．
①高トルク伝達状態での低スライド荷重ジョイント部のあそびが発生する要因として下記の２点が挙げられる．
（図8参照）②高トルク伝達状態での高い捩り剛性③低コスト，軽量

4.2

ジョイント

ニードル

カップ

ジョイントについてもメインシャフトと同様クロスに，下記の特性が求められている．
１）
あそびがない２）
捩り剛性が高い

図8 軸受支持部
Bearing support position３）
揺動トルクが低い
４）
耐久性がある（あそびの増加，剛性低下が小さい）①クロスと針状ころ軸受間のラジアルすきま②クロスとカップ間のアキシアルすきま

4.2.1

ジョイントの構造

ラジアル方向のあそび対策としては，すきまをジョイントは図7に示すように，ヨーク，クロつめることで効果はあるが，揺動トルクを増加さス，シール，針状ころ軸受により構成されていせる方向にあり，規格を満足しない製品が生産さる．

れる可能性があるため，直行率の低下につながる．
また，アキシアル方向のあそびについては，図9に示すように当社を含め各社があそびを抑えるための色々な設計的工夫を凝らしている．しかし，クロス部アキシアル方向に負荷が加わることによるカップの移動，長期使用による介在物の摩耗などにより初期状態を維持して完全にあそびを防止

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Koyo Engineering Journal No.168 (2005)

−ステアリングシステムにおけるインタミディエイトシャフトの技術動向−

２）するまでには至っていない ．
今後の開発にあたって，下記項目に留意して開発を進めていきたい．
①耐久性低下の少ない予圧機構②予圧設定方法③低コスト，軽量樹脂ピン樹脂ピンタイプ

端面接触タイプ

ワッフルタイプ

図9 各種ジョイントのあそび防止構造
Anti-backlash designs of various joints

5．おわりにＣ−ＥＰＳシステムとして，高トルク伝達性と快適性（操舵感）
向上との背反する性質を両立させるには，あそびのないインタミディエイトシャフ
ト性能（高剛性）を確保することが不可欠である．
また，相反の関係にある低スライド荷重，低揺動トルク，高寿命の性能を両立させることが必要となる．
本報で示した，相反する特性を現在の設計条件の中で両立させるには，加工技術，熱処理技術なども含めた見直しが不可欠と考えられる．

参考文献
１）井尻和一郎，筒井高志：Koyo Engineering
Journal, no. 162 (2002) 28.
２）神 藤 宏 明 ， 平 櫛 周 三 ： Koyo Engineering
Journal, no. 161 (2002) 12.

筆者

植田博二*
H. UEDA*

Koyo Engineering Journal No.168 (2005)

ステアリング事業本部

ステアリング開発部

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