JP2007145061A - Steering shaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤに伝達するためのステアリングシャフトに関するものである。 The present invention relates to a steering shaft that is used by being incorporated in a steering device of an automobile and transmits a movement of a steering wheel to a steering gear.
ステアリングシャフトは、操舵トルクを伝達するために、捻り強度が必要である。一方、ステアリングシャフトには、例えば前方からの衝撃を吸収する機能も要求される。ステアリング装置に要求される衝撃吸収機能は、主に二つに大別され、その内の一つは、運転者がステアリング装置に衝突する際の衝撃を吸収する機能であり、例えばエアバックシステムの併用により大幅に改善されている。もう一つは、ボディやエンジンなどが衝突の力で後方に押し下げられ、ステアリングシャフトも同様に押し下げられた結果、ステアリング装置が運転者を突き上げようとする衝撃を吸収する機能である。 The steering shaft needs torsional strength to transmit the steering torque. On the other hand, the steering shaft is also required to have a function of absorbing an impact from the front, for example. The shock absorbing function required for the steering device is mainly divided into two, and one of them is a function for absorbing the shock when the driver collides with the steering device. It is greatly improved by the combined use. The other is a function of absorbing the impact of the steering device pushing up the driver as a result of the body or engine being pushed back by the force of the collision and the steering shaft being pushed down in the same manner.
このようなステアリングシャフト自体に衝撃吸収機能を付与するため、例えば中空のステアリングシャフトの一部を蛇腹状にして、所謂ベローズ部(蛇腹部)を形成するものがある。例えば、下記に挙げる特許文献1にはベローズ部における衝撃吸収機能に関する技術が開示されている。
しかしながら、衝撃吸収のために形成されるベローズ部は、コラプシブル、つまり変形して衝撃を吸収するものであり、一方で、ステアリングホイールの動き(回転トルク)をステアリングギヤに伝達するための十分な耐久性も要求される。具体的に、衝撃吸収のためにはベローズ部全体に対する曲げ荷重を小さくする必要があり、耐久性のためにはベローズ部内に発生する応力を小さくする必要がある。これは、機械強度的には、一見、相反する要求である。前述した特許文献には、ベローズ部の衝撃吸収機能と耐久性の両立に関する記述はない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、衝撃吸収機能と耐久性の両立が可能なステアリングシャフトを提供することを目的とするものである。
However, the bellows part formed to absorb the shock is collapsible, that is, deforms to absorb the shock, and on the other hand, it has sufficient durability to transmit the steering wheel movement (rotational torque) to the steering gear. Sex is also required. Specifically, in order to absorb the impact, it is necessary to reduce the bending load on the entire bellows portion, and in order to have durability, it is necessary to reduce the stress generated in the bellows portion. This is a seemingly contradictory requirement in terms of mechanical strength. In the above-mentioned patent document, there is no description regarding the compatibility between the impact absorbing function and the durability of the bellows part.
The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a steering shaft capable of achieving both an impact absorbing function and durability.
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項1に係るステアリングシャフトは、ステアリングホイールからステアリングギヤまでの操舵力伝達経路中に配設され且つ複数の大径部及び小径部からなる蛇腹部が形成されたステアリングシャフトにおいて、前記蛇腹部両端の根元の曲率半径が、当該蛇腹部の両端を除く谷部の何れの曲率半径よりも大きいことを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a steering shaft according to claim 1 of the present invention is disposed in a steering force transmission path from a steering wheel to a steering gear, and is a bellows portion comprising a plurality of large-diameter portions and small-diameter portions. In the steering shaft in which is formed, the radius of curvature of the roots at both ends of the bellows part is larger than any of the curvature radii of the valleys excluding both ends of the bellows part.
前記蛇腹部両端の根元とは、蛇腹部とそうでない部分の連結部分を示す。通常、蛇腹部の山部(蛇腹部の外側に出っ張っている部分)や谷部(蛇腹部の内側に引っ込んでいる部分)には、応力集中を抑制するために、所謂隅Rを設ける。同様に、蛇腹部とそうでない部分との連結部分にも隅Rを設ける。本発明のうち請求項1に係るステアリングシャフトは、蛇腹部両端の根元に設けた隅Rの曲率半径を、当該蛇腹部の谷部の隅Rの曲率半径よりも大きくすることを特徴としている。
また、本発明のうち請求項2に係るステアリングシャフトは、前記請求項1に係る発明において、前記蛇腹部の谷部外径が蛇腹部両端の外径よりも大きいことを特徴とするものである。
The roots at both ends of the bellows portion indicate a connecting portion between the bellows portion and a portion that is not. Usually, so-called corners R are provided in the bellows peaks (portions protruding outside the bellows portions) and valleys (portions retracted inside the bellows portions) in order to suppress stress concentration. Similarly, a corner R is also provided at the connecting portion between the bellows portion and the other portion. The steering shaft according to claim 1 of the present invention is characterized in that the radius of curvature of the corner R provided at the root of both ends of the bellows portion is larger than the radius of curvature of the corner R of the valley portion of the bellows portion.
According to a second aspect of the present invention, the steering shaft according to the first aspect is characterized in that, in the invention according to the first aspect, an outer diameter of the valley portion of the bellows portion is larger than an outer diameter of both ends of the bellows portion. .
而して、本発明のうち請求項1に係るステアリングシャフトによれば、蛇腹部両端の根元の曲率半径を、当該蛇腹部の両端を除く谷部の何れの曲率半径よりも大きくしたことにより、操舵入力又はその操舵入力に対する反力がより大きく作用する蛇腹部両端の根元の応力を低減することができ、蛇腹部本来の衝撃吸収機能とあわせて、衝撃吸収機能と耐久性とを両立することができる。
また、本発明のうち請求項2に係るステアリングシャフトによれば、蛇腹部の谷部外径を蛇腹部両端の外径よりも大きくしたことにより、蛇腹部両端の根元の応力をより一層低減することができる。
Thus, according to the steering shaft according to claim 1 of the present invention, the radius of curvature at the base of both ends of the bellows part is made larger than any of the curvature radii of the valleys excluding both ends of the bellows part. It is possible to reduce the stress at the base of both ends of the bellows part where the steering input or the reaction force against the steering input acts more, and to combine the shock absorbing function and durability together with the original shock absorbing function of the bellows part. Can do.
In the steering shaft according to claim 2 of the present invention, the root outer diameter of the bellows portion is made larger than the outer diameter of the bellows portion at both ends, thereby further reducing the stress at the root of the bellows portion. be able to.
次に、本発明のステアリングシャフトの一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1aは、本実施形態のベローズ構造及びステアリングシャフトを組付けたコラム式電動ステアリング装置の正常時の状態を示す概略構成図であり、図1bは、その変形時の状態を示す概略構成図である。コラム式電動パワーステアリング装置1では、ステアリングギヤ3でステアリングシャフト4の回転運動を直線運動に変えて、図示しないタイロッドを介して、ステアリングホイール2の操舵力を転舵輪に伝達するように構成されている。ステアリングシャフト4(実際にはステアリングコラム5内で分割されている)は、ステアリングコラム5内に回転自在に支持されており、ステアリングコラム5は、ロア側取付部6とアッパ側取付部7の二カ所で車体側部材に取付けられている。
Next, an embodiment of the steering shaft of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing a normal state of a column type electric steering apparatus in which a bellows structure and a steering shaft of this embodiment are assembled, and FIG. 1B is a schematic configuration diagram showing a state at the time of deformation. is there. The column-type electric power steering apparatus 1 is configured to change the rotational motion of the steering shaft 4 to linear motion by the steering gear 3 and transmit the steering force of the steering wheel 2 to the steered wheels via a tie rod (not shown). Yes. The steering shaft 4 (which is actually divided in the steering column 5) is rotatably supported in the steering column 5, and the steering column 5 includes two lower side mounting portions 6 and an upper side mounting portion 7. It is attached to the vehicle body side member at the place.
このコラム式電動パワーステアリング装置1では、ステアリングシャフト4に操舵補助機構が設けられていて、モータ8の駆動により、減速機構9を介してステアリングシャフト4の操舵補助を行うようになっている。モータ8によってアシストされた出力トルクは、ステアリングシャフト4の下端(図の左側)に設けられた第1の自在継手10を介して中間シャフト11に伝達され、中間シャフト11の下端に設けられた第2の自在継手12を介してステアリングギヤ3に伝達されるようになっている。このとき、中間シャフト11には、モータ8によってアシストされたトルクが伝達されるため、他のステアリング装置よりも大きいトルクがかかる。よって、中間シャフト11には、コラプシブルシャフトとして、自在に伸縮・曲げ特性を決定でき、且つ回転伝達特性の優れている金属製のベローズ管13を用いるのが望ましい。そして、このような構成とすれば、衝突によって図1bの矢印方向に荷重を受けると、ステアリングギヤ3が図の右方に移動するようにして後退し、これに伴ってベローズ管13が変形して衝撃を吸収し、ステアリングコラム5への影響を防止するようになっている。これに対し、モータ8や減速機構9のような重量物を移動させると衝撃吸収機能を不安定にする恐れがあるので、ロア側取付部6は、二次衝突時に離脱しない構造となっている。
In this column type electric power steering apparatus 1, a steering assist mechanism is provided on the steering shaft 4, and the steering assist of the steering shaft 4 is performed via the speed reduction mechanism 9 by driving the motor 8. The output torque assisted by the motor 8 is transmitted to the intermediate shaft 11 via the first
図2は、図1のコラム式電動パワーステアリング装置1のベローズ管13の詳細を示す。ベローズ管13は、例えば厚さが0.1mm〜10mm程度の金属製円筒管を、例えばバルジ加工して形成される。また、本実施形態のベローズ管13は、そのベローズ部16の山部(ベローズ部16の外側に出っ張っている部分)14及び谷部(ベローズ部16の内側に引っ込んでいる部分)15を同じ曲率半径rの円弧断面とし、両者を、ベローズ管13の径方向並びに軸線方向に対して斜めな直線断面(全体形状としては円錐面)で連結した。ベローズ部16のピッチPは10mm一定である。また、本実施形態では、ベローズ部16の谷部15の外径dとベローズ部16の両端に接続された円筒部18の外径Dとを等しく34mmに設定した。
FIG. 2 shows details of the bellows
そして、本実施形態では、ベローズ部16両端の根元17、つまりベローズ部16とその両端の円筒部18との接続部の曲率半径Rを、前述したベローズ部16の谷部15の曲率半径rより大きくしてある。図3は、図2のベローズ管13の比較例として用意したものであり、ベローズ部16両端の根元17の曲率半径rを、谷部15の曲率半径rと同じにしたものである。例えば同図のベローズ管13の右端部がステアリングホイール2側に、左端部がステアリングギヤ3側に連結されている場合を想定(逆でもよい)し、ベローズ管13の右端部に軸直角方向の荷重と軸回りのトルクをかけたときの引張応力を有限要素法によって解析した結果、操舵トルクが入力されるベローズ部16の左端の根元17の応力σ17は、その右隣のベローズ部16の谷部15の応力σ15の1.05倍であった。そのため、図2では、ベローズ部16両端の根元17の曲率半径R(具体的には2.5mm)を、谷部15の曲率半径r(具体的には2.0mm)の1.25倍にしたところ、操舵トルクが入力されるベローズ部16の左端の根元17の応力σ17を、その右隣のベローズ部16の谷部15の応力σ15とほぼ等しくすることができた。これにより、ベローズ管13の耐久性を向上することができ、ベローズ部16本来の衝撃吸収機能とあわせて両立することができた。なお、曲率半径R、rの数値は前記に限らず、R>rであれば、本発明の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
また、操舵トルクに対する応力をベローズ部16の根元17と谷部15とで等しくするためには、操舵トルクが入力されるベローズ部16の左端の根元17(ベローズ部の一方の端部の根元)の曲率半径Rだけを大きくすればよいが、そのようにしたのでは、ベローズ管13の向きを誤って組付けてしまう恐れがある。本実施形態では、ベローズ部16両端の根元17の曲率半径Rを、そろって谷部15の曲率半径rよりも大きくしたことにより、ベローズ管13の向きを誤って組付けることがない。
Further, in order to make the stress with respect to the steering torque equal at the
図4には、本発明のステアリングシャフトに用いられるベローズ管13の他の実施形態を示す。この実施形態では、図2のベローズ管13に対し、ベローズ部16の谷部15の外径dが36mmと大きい。ベローズ部16のピッチP=10mm、ベローズ部16の両端の円筒部18の外径D=34mmは同じである。本実施形態で、ベローズ部16両端の根元の曲率半径Rを、谷部15の曲率半径rと同じにした場合の操舵トルクが入力されるベローズ部16の左端の根元17の応力σ17は、その右隣のベローズ部16の谷部15の応力σ15の1.1倍であった。そこで、本実施形態では、ベローズ部16両端の根元17の曲率半径R(具体的には2.8mm)を、谷部15の曲率半径r(具体的には2.0mm)の1.4倍にしたところ、操舵トルクが入力されるベローズ部16の左端の根元17の応力σ17を、その右隣のベローズ部16の谷部15の応力σ15と等しくすることができた。なお、曲率半径R、rの数値は前記に限らず、R>rであれば、本発明の効果を得ることができる。
FIG. 4 shows another embodiment of the
即ち、図2の実施形態と比較して、ベローズ部16両端の根元の曲率半径Rを、谷部15の曲率半径rと同じにした場合の操舵トルクが入力されるベローズ部16の左端の根元17の応力σ17の、その右隣のベローズ部16の谷部15の応力σ15に対する比率が大きくなったのは、ベローズ部16の谷部15の外径dが大きくなったことにより、当該谷部15の応力σ15が小さくなったためである。従って、ベローズ部16両端の根元17の曲率半径Rを、谷部15の曲率半径rの1.4倍にして、操舵トルクが入力されるベローズ部16の左端の根元17の応力σ17を、その右隣のベローズ部16の谷部15の応力σ15と等しくすれば、当該根元17の応力σ17も、図2の実施形態のものよりも小さくすることができる。これにより、ベローズ管13の耐久性をより一層向上することができ、ベローズ部16本来の衝撃吸収機能とあわせて両立することができた。
That is, as compared with the embodiment of FIG. 2, the base of the left end of the
図5には、本発明のステアリングシャフトに用いられるベローズ管13の更に他の実施形態を示す。この実施形態では、図2のベローズ管13に対し、ベローズ部16両端の円筒部18の外径Dをベローズ部16の山部14の外径に等しくした。また、図6には、本発明のステアリングシャフトに用いられるベローズ管13の更に他の実施形態を示す。この実施形態では、図2のベローズ管13に対し、ベローズ部16両端の円筒部18の外径Dをベローズ部16の山部14の外径よりも大きくした。何れも、円筒部18の外径Dはベローズ部16の谷部15の外径dよりも大きい。そして、これらの実施形態でも、ベローズ部16両端の根元17の曲率半径Rを、ベローズ部16の何れの谷部15の曲率半径rよりも大きくしたことにより、ベローズ管13の耐久性を向上することができ、ベローズ部16本来の衝撃吸収機能とあわせて両立することができた。
FIG. 5 shows still another embodiment of the
なお、全ての実施形態において、ベローズ部のピッチは一定である必要はなく、不等間隔のピッチであってもよい。
また、前記実施形態では、コラム式電動パワーステアリング装置の例についてのみ詳述したが、油圧パワーステアリング装置やアシスト機構のないステアリング装置にも本発明を適用することができる。
In all the embodiments, the pitch of the bellows portion does not need to be constant, and may be a pitch of unequal intervals.
In the above embodiment, only the example of the column type electric power steering apparatus has been described in detail. However, the present invention can be applied to a hydraulic power steering apparatus or a steering apparatus without an assist mechanism.
1はコラム式電動パワーステアリング装置
2はステアリングホイール
3はステアリングギヤ
4はステアリングシャフト
5はステアリングコラム
6はロア側取付部
7はアッパ側取付部
8はモータ
9は減速機構
10は第1の自在継手
11は中間シャフト
12は第2の自在継手
13はベローズ管
14は山部
15は谷部
16はベローズ部(蛇腹部)
17は根元
18は円筒部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 is a column type electric power steering device 2 is a steering wheel 3 is a steering gear 4 is a steering shaft 5 is a steering column 6 is a lower side mounting portion 7 is an upper side mounting portion 8 is a motor 9 is a
17 is the base 18 is the cylindrical part
Claims (2)
Priority Applications (1)
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JP2005338602A JP2007145061A (en) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | Steering shaft |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005338602A JP2007145061A (en) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | Steering shaft |
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ID=38206998
Family Applications (1)
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JP2005338602A Pending JP2007145061A (en) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | Steering shaft |
Country Status (1)
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2005
- 2005-11-24 JP JP2005338602A patent/JP2007145061A/en active Pending
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