(57)【要約】【課題】ステアリングシャフトの一部に蛇腹状のベローズ部を形成して、衝撃吸収機能を付加する場合に、衝撃吸収機能と耐久性の両立を図る。【解決手段】ベローズ管１３のベローズ部１６の軸方向中央部のピッチＰＣより両端のピッチＰＲ、ＰＬを大きくすることにより、ベローズ部１６両端の応力を低減して耐久性を向上し、ベローズ部１６本来の衝撃吸収機能とあわせて両立する。また、ベローズ部１６のピッチを、軸方向中央部から両端にかけて次第に大きくすることにより、ベローズ部１６に発生する応力をほぼ一定とし、ベローズ部１６全長にわたって耐久性を向上する。【選択図】      図２
2007145062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記蛇腹部のうち、軸方向中央部の蛇腹のピッチよりも両端のピッチの方が大きいことを特徴とするステアリングシャフト。
【請求項２】
前記蛇腹のピッチは、軸方向中央部から両端にかけて次第に大きいことを特徴とする請求項１に記載のステアリングシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開平９−１５０７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、前記蛇腹部のうち、軸方向中央部の蛇腹のピッチよりも両端のピッチの方が大きいことを特徴とするものである。
【０００６】
前記蛇腹のピッチとは、蛇腹部の隣合う山部（蛇腹部の外側に出っ張っている部分）間の距離、或いは隣合う谷部（蛇腹部の内側に引っ込んでいる部分）間の距離を示す。本発明のうち請求項１に係るステアリングシャフトは、蛇腹部の軸方向中央部の蛇腹のピッチより両端の方が大きい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、前記蛇腹のピッチは、軸方向中央部から両端にかけて次第に大きいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
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、蛇腹部のうち、軸方向中央部の蛇腹のピッチよりも両端のピッチを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、蛇腹のピッチを、軸方向中央部から両端にかけて次第に大きくしたことにより、蛇腹部全体に応力を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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の山部１４の外径Ｄは４４ｍｍとし、ベローズ部１６の谷部１５の外径ｄと当該ベローズ部１６の両端に接続された円筒部１８の外径とを等しく３４ｍｍに設定した。
【００１１】
そして、本実施形態では、ベローズ部１６のうち、軸方向中央部の蛇腹のピッチＰＣよりも両端のピッチＰＬ、ＰＲを大きくし且つ軸方向中央部から両端にかけて次第に大きくした。具体的には、中央部のピッチＰＣを１０ｍｍ、その両隣のピッチＰＣＲ、ＰＣＬを１０．４ｍｍ、両端のピッチＰＲ、ＰＬを１０．８ｍｍとした。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のピッチＰを１０ｍｍ一定にした。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し、ベローズ管１３の右端部に軸直角方向の荷重と軸直角方向のモーメント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、ベローズ部１６の左端の谷部１５の応力σＬ、その右隣の谷部１５の応力σＣＬ、中央部の谷部１５の応力σＣとの比は、１．１０：１．０５：１．００であった。一方、図２では、ベローズ部１６の中央部のピッチＰＣを１０ｍｍ、その両隣のピッチＰＣＲ、ＰＣＬを１０．４ｍｍ、両端のピッチＰＲ、ＰＬを１０．８ｍｍとしたため、ベローズ部１６の左端の谷部１５の応力σＬ、その右隣の谷部１５の応力σＣＬ、中央部の谷部１５の応力σＣとの比は、１．００：１．００：１．００であった。これにより、ベローズ管１３の耐久性を軸方向全長にわたって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。
【００１２】
また、本実施形態では、ベローズ部１６の中央部のピッチＰＣを１０ｍｍ、その両隣のピッチＰＣＲ、ＰＣＬを１０．４ｍｍ、両端のピッチＰＲ、ＰＬを１０．８ｍｍとしたため、ピッチの大きい蛇腹の山部１４及び谷部１５の隅Ｒを大きくすることができ、これによりより一層の応力低減が可能となる。
なお、図２に示すように、ベローズ管１３の一方の端部を支持し、他方の端部にのみ軸直角荷重及びモーメントが作用する場合には、支持側の蛇腹のピッチ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両端の蛇腹のピッチを中央部より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。
【００１３】
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の軸方向中央部のピッチＰＣだけが小さく、その両側のピッチＰＣＲ、ＰＣＬ、両端のピッチＰＲ、ＰＬを等しく、大きくした。この実施形態によれば、図２の実施形態のように軸方向全長にわたって耐久性を向上することはできないが、少なくともベローズ部１６両端の応力を低減することができるので、耐久性も向上する。
なお、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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のベローズ構造及びステアリングシャフトを用いたコラム式電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は正常時、（ｂ）は衝突時の状態を示すものである。
【図２】図１のコラム式電動パワーステアリング装置に用いられたベローズ管の一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】図２のベローズ管の比較例を示す縦断面図である。
【図４】図１のコラム式電動パワーステアリング装置に用いられたベローズ管の他の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
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）
１８は円筒部
【図１】
2007145062.tif 000003
【図２】
2007145062.tif 000004
【図３】
2007145062.tif 000005
【図４】
2007145062.tif 000006