JP2015151110A - Steering shaft and steering device - Google Patents

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一希 大田
Kazuki Ota
一希 大田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering shaft which has high strength and rigidity in an axial direction, and to provide a steering device.SOLUTION: A rack shaft 1A includes: a rack shaft body 10; an intermediate layer 21; and a first CFRP layer 30. The rack shaft body 10 is a rod-like component and extends in a longitudinal direction. The rack shaft body 10 is made of metal and formed by, for example, carbon steel (S45C etc.) or aluminium alloy. However, the rack shaft body 10 may be made of resin or fiber reinforced plastic. In the structure, for example, the resin is injected into the cylindrical first CFRP layer 30 to form the rack shaft body 10.

Description

本発明は、転舵軸及び操舵装置に関する。   The present invention relates to a steered shaft and a steering device.

燃費や走行性能等の向上のため、自動車用部品の軽量化が要求されている。そこで、自動車用部品であるラック軸（転舵軸）を、部分的にＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic、繊維強化プラスチック）製とする技術が知られている（特許文献１、２参照）。   In order to improve fuel consumption and running performance, automobile parts are required to be lighter. Therefore, a technique is known in which a rack shaft (steering shaft), which is a part for automobiles, is partially made of FRP (Fiber Reinforced Plastic) (see Patent Documents 1 and 2).

特開２００９−２９２１８０号公報JP 2009-292180 A 特開２０１２−１５３３１４号公報JP 2012-153314 A

ところで、ラック軸には、主に軸方向（車幅方向、左右方向）に引張又は圧縮の荷重が作用するので、ラック軸の軸方向における強度、剛性は高いことが好ましい。   By the way, since a tensile or compressive load acts mainly on the rack shaft in the axial direction (vehicle width direction, left-right direction), it is preferable that strength and rigidity in the axial direction of the rack shaft are high.

そこで、本発明は、軸方向における強度、剛性の高い転舵軸及び操舵装置を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the turning axis | shaft and steering device with high intensity | strength and rigidity in an axial direction.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、軸方向に移動することで車輪を転舵する転舵軸であって、軸方向に沿って連続して延びる第１強化繊維を有する第１ＦＲＰ層を備えることを特徴とする転舵軸である。   As means for solving the above-mentioned problems, the present invention is a steered shaft that steers a wheel by moving in the axial direction, and has a first reinforcing fiber that continuously extends along the axial direction. A steered shaft characterized by comprising a layer.

このような構成によれば、第１ＦＲＰ層の第１強化繊維が軸方向に沿って連続して延びているので、第１ＦＲＰ層（転舵軸）の軸方向における強度、剛性が高くなる。これにより、第１ＦＲＰ層（転舵軸）に軸方向において圧縮又は引張の荷重が作用しても、第１ＦＲＰ層（転舵軸）が変形し難くなる。また、同一の目標強度、剛性とする場合において、強化繊維が軸方向に沿って延びていない構成に対して、第１ＦＲＰ層の体積及び質量を小さくできる。したがって、転舵軸を小型化し、軽量化できる。   According to such a configuration, since the first reinforcing fibers of the first FRP layer continuously extend along the axial direction, the strength and rigidity in the axial direction of the first FRP layer (steering shaft) are increased. Thereby, even if a compression or tensile load acts on the first FRP layer (steering shaft) in the axial direction, the first FRP layer (steering shaft) is difficult to deform. Moreover, when setting it as the same target intensity | strength and rigidity, the volume and mass of a 1st FRP layer can be made small with respect to the structure where the reinforced fiber does not extend along an axial direction. Therefore, the turning shaft can be reduced in size and weight.

ここで、軸方向は転舵軸の長手方向と一致する。第１強化繊維が軸方向に沿って延びるとは、第１強化繊維の長手方向と軸方向とのなす角度が、概ね±５°以下であり、より好ましくは±１°以下であることを意味する。連続するとは、第１ＦＲＰ層の軸方向において、第１強化繊維が途切れることなく概ね全体に延びていることを意味する。   Here, the axial direction coincides with the longitudinal direction of the steered shaft. The fact that the first reinforcing fiber extends along the axial direction means that the angle formed between the longitudinal direction of the first reinforcing fiber and the axial direction is approximately ± 5 ° or less, more preferably ± 1 ° or less. To do. The term “continuous” means that the first reinforcing fiber extends almost entirely without interruption in the axial direction of the first FRP layer.

また、第１ＦＲＰ層は、軸方向に沿って連続して延びる第１強化繊維のみを有することが好ましい。すなわち、第１ＦＲＰ層は、軸方向に対して傾斜して延びる強化繊維を含まないことが好ましい。なぜなら、軸方向に対して傾斜して延びる強化繊維を含むと、第１ＦＲＰ層における第１強化繊維の繊維密度が低下するからである。   Moreover, it is preferable that a 1st FRP layer has only the 1st reinforcement fiber extended continuously along an axial direction. That is, it is preferable that the first FRP layer does not include a reinforcing fiber extending at an angle with respect to the axial direction. This is because the fiber density of the first reinforcing fibers in the first FRP layer is lowered when including reinforcing fibers extending inclined with respect to the axial direction.

また、転舵軸において、前記第１ＦＲＰ層の径方向外側又は径方向内側に、軸方向に対して傾斜した第２強化繊維を有する第２ＦＲＰ層を備えてもよい。   In addition, the steered shaft may include a second FRP layer having second reinforcing fibers inclined with respect to the axial direction on the radially outer side or radially inner side of the first FRP layer.

また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、前記転舵軸を備えることを特徴とする操舵装置である。   In addition, as a means for solving the above-described problems, the present invention is a steering apparatus including the steered shaft.

本発明によれば、軸方向における強度、剛性の高い転舵軸及び操舵装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a steered shaft and a steering device having high strength and rigidity in the axial direction.

第１実施形態に係る操舵装置の構成図である。It is a block diagram of the steering device which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るラック軸の軸方向における断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rack shaft which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るラック軸の輪切り方向における断面図であり、図２のＸ１−Ｘ１線断面に対応している。It is sectional drawing in the ring cutting direction of the rack axis | shaft which concerns on 1st Embodiment, and respond | corresponds to the X1-X1 line cross section of FIG. 第１実施形態に係る第１ＣＦＲＰ層を周方向に展開した図である。It is the figure which expand | deployed the 1st CFRP layer which concerns on 1st Embodiment in the circumferential direction. 第２実施形態に係るラック軸の軸方向における断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rack shaft which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る第２ＣＦＲＰ層を周方向に展開した図である。It is the figure which expand | deployed the 2nd CFRP layer which concerns on 2nd Embodiment in the circumferential direction. 第３実施形態に係るラック軸の輪切り方向における断面図である。It is sectional drawing in the ring cutting direction of the rack axis | shaft which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係るラック軸の軸方向における断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rack shaft which concerns on 4th Embodiment. 第５実施形態に係るラック軸の輪切り方向における断面図である。It is sectional drawing in the ring cutting direction of the rack shaft which concerns on 5th Embodiment. 第６実施形態に係るラック軸の軸方向における断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the rack shaft which concerns on 6th Embodiment. 第６実施形態に係るラック軸の輪切り方向における断面図であり、図１０のＸ２−Ｘ２線断面に対応している。It is sectional drawing in the ring cutting direction of the rack axis | shaft which concerns on 6th Embodiment, and respond | corresponds to the X2-X2 line cross section of FIG.

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
なお、以下の説明において、軸方向は棒状のラック軸１Ａ（転舵軸）の軸方向（長手方向）を意味し、径方向はラック軸１Ａの径方向を意味する。車幅方向外側は車幅方向（左右方向）において車外に近づく側を意味し、車幅方向内側は車幅方向において車両中央に近づく側を意味する。 << First Embodiment >>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the following description, the axial direction means the axial direction (longitudinal direction) of the rod-shaped rack shaft 1A (steering shaft), and the radial direction means the radial direction of the rack shaft 1A. The vehicle width direction outer side means the side approaching the outside of the vehicle in the vehicle width direction (left-right direction), and the vehicle width direction inner side means the side approaching the vehicle center in the vehicle width direction.

≪操舵装置の構成≫
操舵装置１００は、ラックピニオン式の電動パワーステアリング装置であって、電動モータの発生するアシスト力がピニオン軸１０４に入力されるピニオンアシスト型である。ただし、コラムアシスト型、ラックアシスト型でもよい。また、油圧モータでアシスト力を発生させる油圧パワーステアリング装置でもよい。 ≪Configuration of steering device≫
The steering device 100 is a rack and pinion type electric power steering device, and is a pinion assist type in which an assist force generated by an electric motor is input to the pinion shaft 104. However, a column assist type or a rack assist type may be used. Also, a hydraulic power steering device that generates assist force with a hydraulic motor may be used.

操舵装置１００は、運転者が操作するステアリングホイール１０１と、ステアリングホイール１０１と一体で回転するステアリング軸１０２（ステアリングコラム）と、ステアリング軸１０２の下端に連結されたトーションバー１０３と、トーションバー１０３の下端に連結されたピニオン軸１０４と、ラック軸１Ａと、を備えている。   The steering device 100 includes a steering wheel 101 operated by a driver, a steering shaft 102 (steering column) that rotates integrally with the steering wheel 101, a torsion bar 103 coupled to a lower end of the steering shaft 102, and a torsion bar 103 A pinion shaft 104 connected to the lower end and a rack shaft 1A are provided.

ピニオン軸１０４には、ウォームホイール（図示しない）が同軸で固定されている。そして、トーションバー１０３で発生した捩れトルクに応じて、電動モータ（図示しない）からウォームホイール（ピニオン軸１０４）にアシスト力が入力されるようになっている。   A worm wheel (not shown) is coaxially fixed to the pinion shaft 104. An assist force is input from an electric motor (not shown) to the worm wheel (pinion shaft 104) in accordance with the torsional torque generated by the torsion bar 103.

ピニオン軸１０４のピニオン歯１０４ａは、ラック軸１Ａのラック歯１１に噛合している。そして、ピニオン軸１０４が回転すると、ラック軸１Ａが車幅方向において移動し、タイロッド１０５を介して連結された操舵輪１０６（車輪）が転舵されるようになっている。   The pinion teeth 104a of the pinion shaft 104 mesh with the rack teeth 11 of the rack shaft 1A. When the pinion shaft 104 rotates, the rack shaft 1A moves in the vehicle width direction, and the steered wheels 106 (wheels) connected via the tie rod 105 are steered.

そして、ラック軸１Ａには、操舵輪１０６及びタイロッド１０５を介して路面からの荷重、操舵による荷重、モータのアシストによる荷重が入力される。この荷重は、軸方向の引張、圧縮成分又は軸方向に対してある角度を持った方向の引張、圧縮成分を有する。軸方向に対してある角度を持った方向から入力される場合、ラック軸１Ａには曲げ成分の力も加わる。この曲げによる力の外側では軸方向の引張荷重がかかり、内側では軸方向の圧縮荷重がかかる。   A load from the road surface, a load due to steering, and a load due to motor assistance are input to the rack shaft 1A via the steering wheel 106 and the tie rod 105. This load has an axial tensile or compressive component or a tensile or compressive component in a direction having an angle with respect to the axial direction. When the input is performed from a direction having an angle with respect to the axial direction, a bending component force is also applied to the rack shaft 1A. An axial tensile load is applied to the outside of the bending force, and an axial compressive load is applied to the inside.

また、操舵装置１００は、ラック軸１Ａを収容するハウジング１１０を備えている。   In addition, the steering device 100 includes a housing 110 that houses the rack shaft 1A.

≪ラック軸の構成≫
ラック軸１Ａは、ラック軸本体１０と、中間層２１と、第１ＣＦＲＰ層３０と、を備えている。ただし、その他の層を備えてもよい。 ≪Rack shaft configuration≫
The rack shaft 1 </ b> A includes a rack shaft body 10, an intermediate layer 21, and a first CFRP layer 30. However, other layers may be provided.

＜ラック軸本体＞
ラック軸本体１０は、棒状の部品であって、左右方向に延びている。ラック軸本体１０は、金属製であり、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）、アルミニウム合金で形成されている。ただし、ラック軸本体１０は、樹脂製、ＦＲＰ製である構成でもよい。この構成の場合、例えば、円筒状の第１ＣＦＲＰ層３０内部に樹脂を充填することで、ラック軸本体１０を形成できる。 <Rack shaft body>
The rack shaft main body 10 is a rod-shaped component and extends in the left-right direction. The rack shaft main body 10 is made of metal, and is formed of, for example, carbon steel (S45C or the like) or aluminum alloy. However, the rack shaft main body 10 may be made of resin or FRP. In the case of this configuration, for example, the rack shaft body 10 can be formed by filling the cylindrical first CFRP layer 30 with resin.

ラック軸本体１０の右側には、ラック歯１１が形成されている。ラック軸本体１０の左側には、全周方向において径方向内側に凹んでいる凹部１２が形成されている。すなわち、ラック軸本体１０は、左側において小径である内筒部１３を備えている。内筒部１３の中心軸線上には左右方向に延び、左側で外部に開口する中空部１４が形成されている。すなわち、内筒部１３は円筒状であり、周壁の厚さは例えば１〜２ｍｍである。   Rack teeth 11 are formed on the right side of the rack shaft body 10. On the left side of the rack shaft body 10, a recess 12 is formed that is recessed radially inward in the entire circumferential direction. That is, the rack shaft main body 10 includes an inner cylinder portion 13 having a small diameter on the left side. A hollow portion 14 that extends in the left-right direction and opens to the outside on the left side is formed on the central axis of the inner cylinder portion 13. That is, the inner cylinder part 13 is cylindrical shape, and the thickness of a surrounding wall is 1-2 mm, for example.

ただし、内筒部１３が中実である構成でもよい。なお、本実施形態では、右側にラック歯１１が形成され、左側に内筒部１３を備えているが、左右が反転している場合や左右両側にラック歯１１が形成される場合等、第１ＣＦＲＰ層３０が形成される内筒部１３、ラック歯１１の位置関係は限定されない。   However, the structure in which the inner cylinder part 13 is solid may be sufficient. In this embodiment, the rack teeth 11 are formed on the right side and the inner cylinder portion 13 is provided on the left side. However, when the left and right sides are reversed, the rack teeth 11 are formed on both the left and right sides, etc. The positional relationship between the inner cylinder portion 13 and the rack teeth 11 where the 1CFRP layer 30 is formed is not limited.

＜中間層＞
中間層２１は、内筒部１３と第１ＣＦＲＰ層３０との間に設けられるが、必須ではない。中間層２１は、内筒部１３と第１ＣＦＲＰ層３０とを接着する層とすることができる。これにより、内筒部１３と第１ＣＦＲＰ層３０とが周方向及び軸方向においてずれないようになっている。また、中間層２１は、中間層２１を介して隣り合う２つの層の熱膨張係数の差を緩和する機能を有してもよい。中間層２１は、例えば、エポキシ系の接着剤が硬化してなる層等の樹脂層、又は、両面テープ等で形成される。なお、中間層２１は、内筒部１３と後述する第２ＣＦＲＰ層４０との間、又は、第１ＣＦＲＰ層３０と第２ＣＦＲＰ層４０との間に設けてもよい。 <Intermediate layer>
The intermediate layer 21 is provided between the inner cylinder portion 13 and the first CFRP layer 30, but is not essential. The intermediate layer 21 can be a layer that bonds the inner cylinder portion 13 and the first CFRP layer 30 together. Thereby, the inner cylinder part 13 and the 1st CFRP layer 30 do not shift | deviate in the circumferential direction and an axial direction. Further, the intermediate layer 21 may have a function of relaxing the difference in thermal expansion coefficient between two layers adjacent to each other via the intermediate layer 21. The intermediate layer 21 is formed of, for example, a resin layer such as a layer formed by curing an epoxy adhesive, or a double-sided tape. The intermediate layer 21 may be provided between the inner cylinder portion 13 and a second CFRP layer 40 described later, or between the first CFRP layer 30 and the second CFRP layer 40.

＜第１ＣＦＲＰ層＞
第１ＣＦＲＰ層３０は、軽量かつ高強度である炭素繊維強化プラスチック層であり、その厚さは例えば３〜６ｍｍである。第１ＣＦＲＰ層３０は、樹脂製の母体３１（ベース、マトリックス、図４参照）内を、複数の第１強化繊維３２が配列することで構成されている。母体３１を形成する樹脂は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂から選択することができる。 <First CFRP layer>
The first CFRP layer 30 is a lightweight and high-strength carbon fiber reinforced plastic layer, and has a thickness of 3 to 6 mm, for example. The first CFRP layer 30 is configured by arranging a plurality of first reinforcing fibers 32 in a resin base 31 (base, matrix, see FIG. 4). The resin forming the base 31 can be selected from a thermosetting resin such as an epoxy resin or a thermoplastic resin.

＜第１ＣＦＲＰ層−第１強化繊維＞
第１強化繊維３２は、炭素繊維で形成されており、例えば、複数の炭素繊維を撚ってなるストランド状である。第１強化繊維３２は、軸方向（左右方向）に沿って連続して延びている。すなわち、第１強化繊維３２と軸方向とのなす角度は、±５°以下、好ましくは±１°以下である。 <First CFRP layer-first reinforcing fiber>
The 1st reinforcement fiber 32 is formed with the carbon fiber, for example, is the strand shape formed by twisting several carbon fiber. The first reinforcing fibers 32 extend continuously along the axial direction (left-right direction). That is, the angle formed by the first reinforcing fiber 32 and the axial direction is ± 5 ° or less, preferably ± 1 ° or less.

第１強化繊維３２は、第１ＣＦＲＰ層３０に４０〜９０質量％含有されている。   The first reinforcing fibers 32 are contained in the first CFRP layer 30 by 40 to 90% by mass.

このようにして、第１強化繊維３２が軸方向に沿って連続して延びているので、第１ＣＦＲＰ層３０の軸方向における強度、剛性は高くなっている。これにより、第１ＣＦＲＰ層３０（ラック軸１Ａ）に軸方向において圧縮又は引張の荷重が作用しても、第１ＣＦＲＰ層３０（ラック軸１Ａ）が変形し難くなる。また、同一の目標強度、剛性とする場合において、強化繊維が軸方向に沿って延びていない構成に対して、第１ＣＦＲＰ層３０の体積及び質量を小さくできる。したがって、ラック軸１Ａを小型化し、軽量化できる。   Thus, since the 1st reinforcement fiber 32 is continuously extended along the axial direction, the intensity | strength and rigidity in the axial direction of the 1st CFRP layer 30 are high. Thereby, even if a compressive or tensile load acts on the first CFRP layer 30 (rack shaft 1A) in the axial direction, the first CFRP layer 30 (rack shaft 1A) is hardly deformed. Moreover, when setting it as the same target intensity | strength and rigidity, the volume and mass of the 1st CFRP layer 30 can be made small with respect to the structure where the reinforced fiber does not extend along an axial direction. Therefore, the rack shaft 1A can be reduced in size and weight.

≪ラック軸の製造方法≫
シートワインディング方法によるラック軸１Ａの一製造方法を説明する。
硬化前のシート状のプリプレグを準備する。このプリプレグには、一方向に引き揃えられた第１強化繊維３２が含浸されている。 ≪Rack shaft manufacturing method≫
A method for manufacturing the rack shaft 1A by the sheet winding method will be described.
A sheet-like prepreg before curing is prepared. The prepreg is impregnated with first reinforcing fibers 32 aligned in one direction.

内筒部１３の外周面に接着剤を塗布した後、前記第１強化繊維３２の長手方向とラック軸本体１０の軸方向とを一致させながら、プリプレグを内筒部１３に巻き付ける。なお、プリプレグの巻き付け数は、プリプレグの厚さ、第１ＣＦＲＰ層３０の厚さに基づいて適宜に設定すればよい。   After applying an adhesive to the outer peripheral surface of the inner cylinder part 13, the prepreg is wound around the inner cylinder part 13 while making the longitudinal direction of the first reinforcing fibers 32 coincide with the axial direction of the rack shaft body 10. Note that the number of windings of the prepreg may be appropriately set based on the thickness of the prepreg and the thickness of the first CFRP layer 30.

次いで、適宜な加圧装置及び加熱装置を使用して、プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂の種類に対応して圧力・温度を設定し、熱硬化性樹脂を硬化させる。
そうすると、ラック軸１Ａを得る。 Next, using an appropriate pressure device and heating device, the pressure and temperature are set in accordance with the type of thermosetting resin contained in the prepreg, and the thermosetting resin is cured.
Then, the rack shaft 1A is obtained.

このようなプリプレグを芯材である内筒部１３に巻き付けるシートワインディング方法は、安定して製造可能であるため、ラック軸１Ａの品質安定性が高くなる。   Since the sheet winding method in which such a prepreg is wound around the inner cylinder portion 13 that is a core material can be stably manufactured, the quality stability of the rack shaft 1A is increased.

≪変形例１≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。 << Modification 1 >>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, you may change as follows.

前記した実施形態では、第１強化繊維３２が炭素繊維である構成を例示したが、その他に例えば、ガラス繊維やＳｉＣ繊維、アラミド等の有機繊維である構成でもよい。すなわち、ＦＲＰがＧＦＲＰ等である構成でもよい。後記する第２強化繊維４２、４３についても同様である。   In the above-described embodiment, the configuration in which the first reinforcing fibers 32 are carbon fibers is exemplified, but other configurations such as glass fibers, SiC fibers, and aramids may be used. That is, the FRP may be a GFRP or the like. The same applies to the second reinforcing fibers 42 and 43 described later.

≪変形例２≫
前記した実施形態では、ラック軸１Ａが芯材として機能する内筒部１３を備える構成を例示したが、その他に例えば、芯材である内筒部１３を備えない構成でもよい。この構成の場合、軸方向において、第１ＣＦＲＰ層３０の部分において、円筒状の第１ＣＦＲＰ層３０が芯材としても機能することになる。 << Modification 2 >>
In the above-described embodiment, the configuration in which the rack shaft 1 </ b> A includes the inner cylinder portion 13 that functions as a core material is illustrated. However, for example, a configuration that does not include the inner cylinder portion 13 that is a core material may be used. In the case of this configuration, the cylindrical first CFRP layer 30 also functions as a core material in the portion of the first CFRP layer 30 in the axial direction.

≪変形例３≫
前記した実施形態では、シートワインディング方法によるラック軸１Ａの製造方法を例示したが、その他に例えば、プルトルージョン方法を使用してもよい。すなわち、プルトルージョン方法（連続引抜成形方法）によって第１ＣＦＲＰ層３０となる円筒体を形成し、この円筒体にラック軸本体１０を圧入する方法としてもよい。その他、ＲＴＭ成形（Resin Transfer Molding）によって、第１ＣＦＲＰ層３０となる円筒体を形成してもよい。 << Modification 3 >>
In the above-described embodiment, the manufacturing method of the rack shaft 1A by the sheet winding method has been exemplified. However, for example, a pultrusion method may be used. That is, a method may be used in which a cylindrical body that becomes the first CFRP layer 30 is formed by a pultrusion method (continuous pultrusion molding method), and the rack shaft body 10 is press-fitted into the cylindrical body. In addition, a cylindrical body that becomes the first CFRP layer 30 may be formed by RTM molding (Resin Transfer Molding).

≪変形例４≫
前記した実施形態では、操舵装置１００がラックピニオン式であり、転舵軸がラック軸１Ａである構成を例示したが、その他に例えば、操舵装置１００がボールナット式であり、転舵軸がナットの回転によって往復するねじ棒である構成でもよい。 << Modification 4 >>
In the above-described embodiment, the steering device 100 is a rack and pinion type and the turning shaft is the rack shaft 1A. However, for example, the steering device 100 is a ball nut type and the turning shaft is a nut. The structure which is a screw rod reciprocating by rotation of this may be sufficient.

≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態について、図５〜図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。 << Second Embodiment >>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that differences from the first embodiment will be mainly described.

第２実施形態に係るラック軸１Ｂは、ラック軸１Ａの構成に加えて、第１ＣＦＲＰ層３０の径方向外側に積層した第２ＣＦＲＰ層４０を備えている。すなわち、第２ＣＦＲＰ層４０は、第１ＣＦＲＰ層３０の径方向外側に配置されており、ラック軸１Ｂの最外層を構成している。このように、第２ＣＦＲＰ層４０がラック軸１Ｂの最外層を構成することにより、傾斜方向、言い換えると捩り方向におけるラック軸１Ｂの強度、剛性は非常に大きくなる。そのため、ラック軸１Ｂを操舵装置１００に組み付ける際等、ラック軸１Ｂを取扱う際に生じ得る捩り応力によって、ラック軸１Ｂの破損が発生することを抑制できる。   The rack shaft 1B according to the second embodiment includes a second CFRP layer 40 stacked on the radially outer side of the first CFRP layer 30 in addition to the configuration of the rack shaft 1A. That is, the second CFRP layer 40 is disposed on the radially outer side of the first CFRP layer 30 and constitutes the outermost layer of the rack shaft 1B. Thus, when the second CFRP layer 40 constitutes the outermost layer of the rack shaft 1B, the strength and rigidity of the rack shaft 1B in the inclined direction, in other words, the torsional direction, become very large. Therefore, it is possible to prevent the rack shaft 1B from being damaged by a torsional stress that may occur when the rack shaft 1B is handled, such as when the rack shaft 1B is assembled to the steering device 100.

＜第２ＣＦＲＰ層＞
第２ＣＦＲＰ層４０は、第１ＣＦＲＰ層３０と同様に、軽量かつ高強度である炭素繊維強化プラスチック層であり、その厚さは例えば１〜３ｍｍである。すなわち、第２ＣＦＲＰ層４０は、第１ＣＦＲＰ層３０よりも薄くできる。 <Second CFRP layer>
Similar to the first CFRP layer 30, the second CFRP layer 40 is a carbon fiber reinforced plastic layer that is lightweight and high in strength, and has a thickness of, for example, 1 to 3 mm. That is, the second CFRP layer 40 can be made thinner than the first CFRP layer 30.

第２ＣＦＲＰ層４０は、樹脂製の母体４１（ベース、マトリックス）内を、複数の第２強化繊維４２、４３が配列することで構成されている。母体４１を形成する樹脂は、例えば熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂等）である。   The second CFRP layer 40 is configured by arranging a plurality of second reinforcing fibers 42 and 43 in a resin base 41 (base, matrix). The resin forming the base 41 is, for example, a thermosetting resin (epoxy resin or the like).

＜第２ＣＦＲＰ層−第２強化繊維＞
第２強化繊維４２、４３は、炭素繊維で形成されており、例えば、複数の炭素繊維を撚ってなるストランド状である。
第２強化繊維４２は、軸方向（左右方向）に対して傾斜しており、第２強化繊維４２と軸方向とのなす角度θ１は、＋４５°に設計されている。なお、角度θ１は、＋４５°±５°であることが好ましく、さらに、＋４５°±１°であることが好ましい。 <Second CFRP layer-second reinforcing fiber>
The 2nd reinforcement fibers 42 and 43 are formed with carbon fiber, for example, are the strands formed by twisting a plurality of carbon fibers.
The second reinforcing fiber 42 is inclined with respect to the axial direction (left-right direction), and the angle θ1 formed between the second reinforcing fiber 42 and the axial direction is designed to be + 45 °. The angle θ1 is preferably + 45 ° ± 5 °, more preferably + 45 ° ± 1 °.

第２強化繊維４３は、軸方向（左右方向）に対して傾斜しており、第２強化繊維４３と軸方向とのなす角度θ２は、−４５°に設計されている。なお、角度θ２は、−４５°±５°であることが好ましく、さらに、−４５°±１°であることが好ましい。
すなわち、第２強化繊維４２と第２強化繊維４３とは、９０°で交差（クロス）していることが好ましいが、第２強化繊維４２と第２強化繊維４３と交差角度は９０°に限定されず、例えば３０°〜１５０°程度の任意の角度とすることができる。 The second reinforcing fiber 43 is inclined with respect to the axial direction (left-right direction), and the angle θ2 formed by the second reinforcing fiber 43 and the axial direction is designed to be −45 °. The angle θ2 is preferably −45 ° ± 5 °, more preferably −45 ° ± 1 °.
That is, it is preferable that the second reinforcing fiber 42 and the second reinforcing fiber 43 intersect (cross) at 90 °, but the intersecting angle between the second reinforcing fiber 42 and the second reinforcing fiber 43 is limited to 90 °. For example, it may be an arbitrary angle of about 30 ° to 150 °.

第２強化繊維４２、４３は、織物でもよいし、第２強化繊維４２、４３は、周方向において所定間隔で均等に配置されていてもよい。また、第２強化繊維４２、４３が、径方向において多段で配列した構成でもよい。すなわち、第２強化繊維４２、４３の配列状態は、第２強化繊維４２、４３の太さ、第２ＣＦＲＰ層４０の厚さに基づいて、適宜変更自由である。   The second reinforcing fibers 42 and 43 may be woven fabrics, and the second reinforcing fibers 42 and 43 may be evenly arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. The second reinforcing fibers 42 and 43 may be arranged in multiple stages in the radial direction. That is, the arrangement state of the second reinforcing fibers 42 and 43 can be changed as appropriate based on the thickness of the second reinforcing fibers 42 and 43 and the thickness of the second CFRP layer 40.

このようにして、第２強化繊維４２、４３が軸方向に対して傾斜した方向で延びているので、傾斜した方向における第２ＣＦＲＰ層４０の強度、剛性は高くなっている。これにより、例えば、組み付け時等における取り回し時、ラック軸１Ｂに、傾斜した方向、つまり、捩り方向（ひねり方向）において、圧縮又は引張の荷重が作用しても、第２ＣＦＲＰ層４０（ラック軸１Ｂ）が圧縮変形、引張変形せず、破損しないようになっている。   In this way, since the second reinforcing fibers 42 and 43 extend in a direction inclined with respect to the axial direction, the strength and rigidity of the second CFRP layer 40 in the inclined direction are high. Thereby, for example, even when a compression or tensile load is applied to the rack shaft 1B in an inclined direction, that is, a twisting direction (twisting direction) at the time of handling at the time of assembly or the like, the second CFRP layer 40 (rack shaft 1B ) Is neither compressed nor tensile deformed and is not damaged.

＜第２ＣＦＲＰ層の形成方法＞
シートワインディング方法による第２ＣＦＲＰ層４０の一形成方法を説明する。
第２強化繊維４２、第２強化繊維４３が直交して延びるプリプレグを、第１ＣＦＲＰ層３０の上に巻き付ける。この場合において、第２強化繊維４２を軸方向に対して＋４５°、第２強化繊維４３を−４５°で傾斜させる。
次いで、プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂の種類に対応して圧力・温度を設定し、熱硬化性樹脂を硬化させる。 <Method for Forming Second CFRP Layer>
A method for forming the second CFRP layer 40 by the sheet winding method will be described.
A prepreg in which the second reinforcing fiber 42 and the second reinforcing fiber 43 extend orthogonally is wound around the first CFRP layer 30. In this case, the second reinforcing fiber 42 is inclined at + 45 ° with respect to the axial direction, and the second reinforcing fiber 43 is inclined at −45 °.
Next, pressure and temperature are set according to the type of thermosetting resin contained in the prepreg, and the thermosetting resin is cured.

この他、フィラメントワインディング方法によって第２ＣＦＲＰ層４０を形成することもできる。すなわち、第１ＣＦＲＰ層３０の上に、第２強化繊維４２、第２強化繊維４３を傾斜させながら巻き付けた後、熱硬化性樹脂を含浸させ、その後、熱硬化性樹脂を硬化させる方法でもよい。   In addition, the second CFRP layer 40 can be formed by a filament winding method. That is, the second reinforcing fiber 42 and the second reinforcing fiber 43 may be wound on the first CFRP layer 30 while being inclined, impregnated with a thermosetting resin, and then the thermosetting resin may be cured.

≪第３実施形態≫
本発明の第３実施形態について、図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。 «Third embodiment»
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that differences from the first embodiment will be mainly described.

第３実施形態に係るラック軸１Ｃは、内筒部１３に代えて外筒部１５を備えている。外筒部１５は、ラック軸本体１０に大径の中空部１４が形成された部分である。そして、第３実施形態では、外筒部１５の径方向内側に、中間層２１、第１ＣＦＲＰ層３０が順に積層されている。   The rack shaft 1 </ b> C according to the third embodiment includes an outer cylinder portion 15 instead of the inner cylinder portion 13. The outer cylinder portion 15 is a portion in which a large-diameter hollow portion 14 is formed in the rack shaft main body 10. And in 3rd Embodiment, the intermediate | middle layer 21 and the 1st CFRP layer 30 are laminated | stacked in order on the radial inside of the outer cylinder part 15. As shown in FIG.

すなわち、第３実施形態に係るラック軸１Ｃは、第１ＣＦＲＰ層３０と、筒状の外筒部１５を有するラック軸本体１０とを備え、外筒部１５の径方向内側に第１ＣＦＲＰ層３０を配置するものである。このような構成によれば、外筒部１５によって、捩り方向（傾斜方向）におけるラック軸１Ｃの強度、剛性を確保することができる。なお、第１ＣＦＲＰ層３０の径方向内側又は外側に第２ＣＦＲＰ層４０を備えてもよい。   That is, the rack shaft 1 </ b> C according to the third embodiment includes the first CFRP layer 30 and the rack shaft main body 10 having the cylindrical outer cylinder portion 15. Is to be placed. According to such a configuration, the outer cylinder portion 15 can ensure the strength and rigidity of the rack shaft 1 </ b> C in the twisting direction (inclination direction). The second CFRP layer 40 may be provided inside or outside in the radial direction of the first CFRP layer 30.

≪第４実施形態≫
本発明の第４実施形態について、図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。 << Fourth Embodiment >>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that differences from the first embodiment will be mainly described.

第４実施形態に係るラック軸１Ｄは、軸方向において、中間層２１及び第１ＣＦＲＰ層３０を２段で備えている。すなわち、ラック軸本体１０は、軸方向において、２つの内筒部１３を備えており、各内筒部１３の径方向外側には、中間層２１、第１ＣＦＲＰ層３０が積層されている。すなわち、第４実施形態に係るラック軸１Ｄは、軸方向に複数の第１ＣＦＲＰ層３０を備えるものである。   The rack shaft 1D according to the fourth embodiment includes the intermediate layer 21 and the first CFRP layer 30 in two stages in the axial direction. That is, the rack shaft main body 10 includes two inner cylinder portions 13 in the axial direction, and the intermediate layer 21 and the first CFRP layer 30 are laminated on the radially outer side of each inner cylinder portion 13. That is, the rack shaft 1D according to the fourth embodiment includes a plurality of first CFRP layers 30 in the axial direction.

≪第５実施形態≫
本発明の第５実施形態について、図９を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。 «Fifth embodiment»
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that differences from the first embodiment will be mainly described.

第５実施形態に係るラック軸１Ｅは、４つの中間層２１と、４つの第１ＣＦＲＰ層３０と、を備えている。４つの中間層２１及び４つの第１ＣＦＲＰ層３０は周方向において等間隔で配置されており連続してない。第１ＣＦＲＰ層３０及び中間層２１が積層したものは、軸方向視において、１／４円弧状を呈している。すなわち、第５実施形態に係るラック軸１Ｅは、周方向に分割された第１ＣＦＲＰ層３０を備えるものである。   The rack shaft 1E according to the fifth embodiment includes four intermediate layers 21 and four first CFRP layers 30. The four intermediate layers 21 and the four first CFRP layers 30 are arranged at equal intervals in the circumferential direction and are not continuous. The layered structure of the first CFRP layer 30 and the intermediate layer 21 has a ¼ arc shape when viewed in the axial direction. That is, the rack shaft 1E according to the fifth embodiment includes the first CFRP layer 30 divided in the circumferential direction.

≪第６実施形態≫
本発明の第６実施形態について、図１０〜図１１を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。 << Sixth Embodiment >>
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that differences from the first embodiment will be mainly described.

第６実施形態に係るラック軸１Ｆは、ラック歯１１と反対側に中間層２１及び第１ＣＦＲＰ層３０を備えている。すなわち、ラック軸本体１０は、ラック歯１１の反対側が凹み、軸方向視で１／２円弧状の凹部１２が形成されており、１／２円弧状の内筒部１３が形成されている。
なお、内筒部１３の径方向外側には、１／２円弧状の中間層２１、１／２円弧状の第１ＣＦＲＰ層３０が積層されている。 A rack shaft 1F according to the sixth embodiment includes an intermediate layer 21 and a first CFRP layer 30 on the opposite side to the rack teeth 11. That is, the rack shaft main body 10 is recessed on the opposite side of the rack teeth 11, has a ½ arc-shaped recess 12 when viewed in the axial direction, and has a ½ arc-shaped inner cylinder portion 13.
A ½ arc-shaped intermediate layer 21 and a ½ arc-shaped first CFRP layer 30 are laminated on the radially outer side of the inner cylinder portion 13.

すなわち、第６実施形態に係るラック軸１Ｆは、周方向の一部に形成された第１ＣＦＲＰ層３０を備えるものである。また、好ましくは、第６実施形態に係るラック軸１Ｆは、第１ＣＦＲＰ層３０と、ラック歯１１が形成されたラック軸本体１０とを備え、第１ＣＦＲＰ層３０は、ラック軸本体１０におけるラック歯１１の反対側に形成されるものである。   That is, the rack shaft 1F according to the sixth embodiment includes the first CFRP layer 30 formed in a part in the circumferential direction. Preferably, the rack shaft 1F according to the sixth embodiment includes the first CFRP layer 30 and the rack shaft main body 10 on which the rack teeth 11 are formed. The first CFRP layer 30 includes the rack teeth on the rack shaft main body 10. 11 is formed on the opposite side.

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ ラック軸（操舵軸）
１０ ラック軸本体
１１ ラック歯
３０ 第１ＣＦＲＰ層
３２ 第１強化繊維
４０ 第２ＣＦＲＰ層
４２、４３ 第２強化繊維
１００ 操舵装置
１０６ 操舵輪（車輪） 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F Rack shaft (steering shaft)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rack shaft main body 11 Rack tooth | gear 30 1st CFRP layer 32 1st reinforcement fiber 40 2nd CFRP layer 42, 43 2nd reinforcement fiber 100 Steering device 106 Steering wheel (wheel)

Claims (3)

軸方向に移動することで車輪を転舵する転舵軸であって、
軸方向に沿って連続して延びる第１強化繊維を有する第１ＦＲＰ層を備える
ことを特徴とする転舵軸。 A steering shaft that steers the wheels by moving in the axial direction,
A steered shaft comprising a first FRP layer having first reinforcing fibers extending continuously along the axial direction. 前記第１ＦＲＰ層の径方向外側又は径方向内側に、軸方向に対して傾斜した第２強化繊維を有する第２ＦＲＰ層を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の転舵軸。 The steered shaft according to claim 1, further comprising a second FRP layer having second reinforcing fibers inclined with respect to the axial direction on the radially outer side or the radially inner side of the first FRP layer. 請求項１又は請求項２に記載の転舵軸を備える
ことを特徴とする操舵装置。 A steering apparatus comprising the steered shaft according to claim 1.
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