JP2003278738A - 伸縮軸及び伸縮軸のコーティング層形成方法 - Google Patents

伸縮軸及び伸縮軸のコーティング層形成方法

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広行 村長
Katsuhiko Ikeda
克彦 池田
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    • F16D2300/10—Surface characteristics; Details related to material surfaces

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作が容易で安価であり、雄軸と雌軸との回
転方向のガタがなく、摺動荷重を低減できる伸縮軸を提
供する。 【解決手段】 この伸縮軸は、外周に歯部９が周方向に
複数個設けられた雄軸２と、内周に歯部９に対応する溝
部１１が周方向に複数個設けられ且つ雄軸２に対して軸
心方向に摺動自在に嵌合する雌軸３とを備え、歯部９と
溝部１１との周方向に相対向する摺動面１５，１９側の
少なくとも一方に、低摩擦係数のコーティング材料から
なる凝縮コーティング層４を形成して、雄軸２と雌軸３
とを凝縮コーティング層４を介してナジミ嵌合させたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のステアリ
ング系に使用されるスプライン軸等の伸縮軸及び伸縮軸
のコーティング層形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車のステアリング系には、外周に軸
心方向のスプライン歯部が周方向に複数個設けられた雄
軸と、この雄軸のスプライン歯部に対応する軸心方向の
スプライン溝部が周方向に複数個設けられ且つ雄軸の外
周に軸心方向に摺動自在に套嵌された雌軸とを備えたス
プライン軸等の伸縮軸を採用したものがある。
【０００３】この種のスプライン軸では、その摺動荷重
（摺動抵抗）と回転方向のガタとは相反する関係にあ
る。つまり、回転方向のガタを詰めると摺動荷重が大き
くなり、逆に摺動荷重を軽くすると回転方向のガタが大
きくなる。従って、摺動荷重と回転方向のガタとの両特
性の両立が困難である。
【０００４】そこで、従来は、雄軸の外周面に摩擦係数
の低減を目的としてナイロンコーティング層を形成した
後、このナイロンコーティング層の摺動面側を雌軸の内
周側の摺動面の内径寸法に合わせて切削したり、或いは
雄軸の外周面に二硫化モリブデン、フッ素樹脂等の摩擦
係数の低減に効果のある素材を、ガタ詰めを目的として
膜厚管理しながらコーティングしてコーティング層を形
成することにより、雄軸と雌軸との回転方向のガタを詰
めて両特性を比較的高レベルで両立させる方法を採って
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の雄軸の外周面に
ナイロンコーティング層を形成した後、そのナイロンコ
ーティング層の摺動面側を切削する方法では、コーティ
ング層の形成後にその摺動面側を切削する切削工程が必
要であるため、その切削が煩わしく非常なコスト高とな
り、しかも単にコーティング層を切削しただけであるた
め、摺動面の耐久性に問題がある。
【０００６】また雄軸の外周面に二硫化モリブデン、フ
ッ素樹脂等を、膜厚管理しながらコーティングする方法
では、その膜厚管理が困難でコストがかかると共に、雌
軸の内周側の摺動面の内径寸法のバラツキによりガタ詰
めも安定せず、しかもコーティング層の表面が柔らかい
ため、耐久性に劣る欠点がある。
【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、製作が容易で安価であり、雄軸と雌軸との回転方向
のガタがなく、摺動荷重も低減できる伸縮軸及び伸縮軸
のコーティング層形成方法を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る伸縮軸は、
外周に歯部が周方向に複数個設けられた雄軸と、内周に
前記歯部に対応する溝部が周方向に複数個設けられ且つ
前記雄軸に対して軸心方向に摺動自在に嵌合する雌軸と
を備えた伸縮軸において、前記歯部と前記溝部との周方
向に相対向する摺動面側の少なくとも一方に、低摩擦係
数のコーティング材料からなる凝縮コーティング層を形
成したものである。
【０００９】また本発明に係る伸縮軸のコーティング層
形成方法は、外周に歯部が周方向に複数個設けられた雄
軸と、内周に前記歯部に対応する溝部が周方向に複数個
設けられ且つ前記雄軸に対して軸心方向に摺動自在に嵌
合する雌軸との内、その少なくとも一方の軸の摺動面側
に凝縮コーティング層を形成するに際し、前記一方の軸
の前記摺動面側に低摩擦係数のコーティング材料をコー
ティングして１次コーティング層を形成し、次に該一方
の軸を、前記雄軸と前記雌軸との周方向に相対向する摺
動面側の最大隙間よりも僅かに大きな間隙に設定された
ゲージに圧入して、該ゲージにより前記１次コーティン
グ層を前記一方の軸側に圧縮して凝縮するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳述する。
【００１１】図面は自動車等のステアリング系に使用す
る自在軸継ぎ手付きのスプライン軸を例示する。図１及
び図２において、1 はスプライン軸で、雄軸２と、この
雄軸２の外周に軸心方向に摺動自在に嵌合された雌軸３
と、雄軸２の外周にコーティングされた凝縮コーティン
グ層４とを備えている。なお、雄軸２及び雌軸３の嵌合
側と反対側の端部には、自在軸継ぎ手５，６のヨーク
７，８が溶接等によって夫々固定されている。
【００１２】雄軸２の外周には、軸心方向のスプライン
歯部９とスプライン溝部１０とが周方向に交互に複数個
形成されている。また雌軸３の内周には、雄軸２のスプ
ライン歯部９とスプライン溝部１０とに対応する軸心方
向のスプライン溝部11とスプライン歯部1 ２とが周方向
に複数個形成されている。
【００１３】なお、雄軸２のスプライン歯部９とスプラ
イン溝部１０は、その軸心方向の略全長にわたって形成
されているが、雄軸２の軸心方向の一部に設けても良
い。また雌軸３のスプライン溝部１１とスプライン歯部
１２は、自在継ぎ手６と反対側の先端部から軸心方向の
中間までの一部に設けられているが、雌軸３の軸心方向
の略全長に設けても良い。
【００１４】凝縮コーティング層４は、図３に示すよう
に雄軸２の外周面の略全面、即ちスプライン歯部９の頂
面１４側からスプライン歯部９の周方向の両側の摺動面
１５側、及びスプライン溝部１０の底面１６側の略全体
にわたって、スプライン歯部９及びスプライン溝部１０
の略全面に形成されており、この凝縮コーティング層４
を介して雄軸２に雌軸３が軸心方向に摺動自在に嵌合さ
れている。
【００１５】凝縮コーティング層４には、低摩擦係数の
コーティング材料、例えば摩擦係数の低減に効果のある
二硫化モリブデン、フッ素樹脂等が使用されている。そ
して、この凝縮コーティング層４は、図５に示すよう
に、雄軸２の外周面に１次コーティング層4aを形成した
後、その１次コーティング層４ａを雄軸２の外周面側へ
と圧縮することにより凝縮されている。
【００１６】この１次コーティング層４ａの圧縮凝縮
は、必要以上の１次コーティング層４ａを除肉して摺動
荷重を低減すること、及び凝縮コーティング層４の耐久
性を向上させることを目的としたものであり、例えば図
４（Ａ）（Ｂ）に示すように雌ゲージ１８を使用して、
１次コーティング層４ａを形成した後の雄軸２をこの雌
ゲージ１８内に圧入することにより行われる。
【００１７】圧縮凝縮後における凝縮コーティング層４
の厚さｔ（図４及び図６参照）は、雄軸２側のスプライ
ン歯部９の摺動面１５と、この摺動面１５と周方向に相
対向する雌軸３側のスプライン溝部１１の摺動面１９と
の計算上の最大隙間ｔ１（図３参照）を基準にして、そ
の最大隙間ｔ１よりも僅かに大きくなっている。
【００１８】従って、圧縮凝縮後におけるコーティング
層４の外径寸法は、雌軸３のスプライン溝部１１の摺動
面１９の内径寸法よりも僅かに大であり、その後に雄軸
２の外周に雌軸３を嵌合して設定摺動荷重となるまで両
者を摺動させることにより、凝縮コーティング層４を介
してナジミ嵌合させるようになっている。
【００１９】なお、圧縮凝縮後における凝縮コーティン
グ層４の厚さｔは、雄軸２側のスプライン歯部９の摺動
面１５と、この摺動面１５と周方向に相対向する雌軸３
側のスプライン溝部１１の摺動面１９との間に介在され
る摺動部分１７が最大隙間ｔ１よりも僅かに大となれば
良く、またその他の部分では雄軸２のスプライン歯部９
の頂面１４側の凝縮コーティング層４と雌軸３のスプラ
イン溝部１１の底面２０との間、雄軸２のスプライン溝
部１０の底面１６側の凝縮コーティング層４と雌軸３の
スプライン歯部１２の頂面２２との間に夫々所定の隙間
ができる程度であれば良い。
【００２０】なお、スプライン軸１の雄軸２と雌軸３
は、回転時にそのスプライン歯部９とスプライン溝部１
１との周方向の摺動面１５，１９側を介して正逆方向に
回転力を伝達し、また軸心方向に相対的に摺動するた
め、雄軸２の外周のコーティング層４の全体の内、少な
くとも摺動面１５，１９間の摺動部分１７が、雄軸２の
スプライン歯部９の摺動面１５側に圧縮し凝縮されてお
れば十分である。
【００２１】このスプライン軸１を製作する場合には、
雄軸２のスプライン歯部９と雌軸３のスプライン溝部１
１との周方向に相対向する摺動面１５，１９側が僅かな
隙間になるように、その雄軸２及び雌軸３を加工する。
そして、次に図５に示すように、雄軸２側のスプライン
歯部９及びスプライン溝部１０を含む外周面の全体に、
二硫化モリブデン、フッ素樹脂等のコーティング材料を
用いて膜厚ｔ２（図４及び図５参照）の１次コーティン
グ層４ａのコーティングを施す。
【００２２】このときの１次コーティング層４ａの膜厚
ｔ２は、凝縮後における凝縮コーティング層４の最小の
厚さｔ以上とすれば良く、厳しい膜厚管理は必要としな
い。なお、１次コーティング層４ａの膜厚は、最も薄い
部分が圧縮凝縮後の摺動部分１７の最小の厚さｔ以上で
あり、その最小厚に若干の除肉厚分を加えた厚さである
ことが望ましい。
【００２３】次に図４（Ａ）に示すように雄軸２を雌ゲ
ージ１８内に圧入して、この雌ゲージ１８により雄軸２
の外周面の１次コーティング層４ａを雄軸２の外周面側
に圧縮して凝縮する。
【００２４】このときに使用する雌ゲージ１８は、図６
に示すように雌軸３と同様に、雄軸２のスプライン歯部
９、スプライン溝部１０に対応する軸心方向のスプライ
ン溝部２３、スプライン歯部２４を周方向に交互に複数
個備え、そのスプライン溝部２３、スプライン歯部２４
の内径寸法が、雄軸２のスプライン歯部９側と雌軸３の
スプライン溝部１１側との計算上の最大隙間ｔ１を基準
にして、雄軸２の外周面と雌ゲージ１８の内周面との隙
間が最大隙間ｔ１より僅かに大きく設定されている。
【００２５】また雌ゲージ１８のスプライン溝部２３及
びスプライン歯部２４の内面には、図４（Ｂ）に示すよ
うにその軸心方向の一端の入り口２５側に外広がり状の
テーパー案内面２６と、このテーパー案内面２６の外端
側の除肉部２９とが形成され、またテーパー案内面２６
から反対側に勾配の小さい傾斜圧縮面２７と、軸心方向
と平行な平行圧縮面２８とが形成されている。平行圧縮
面２８はテーパー案内面２６、傾斜圧縮面２７に比較し
て十分長くなっている。
【００２６】このような構成の雌ゲージ１８の内周に雄
軸２を圧入すると、先ず雌ゲージ１８の除肉部２９が１
次コーティング層４ａの外周側を削り取って必要以上の
肉を除肉する。そして、続いてテーパー案内面２６がそ
の除肉後の１次コーティング層４ａの外周面側に乗り上
がりながら、このテーパー案内面２６及び傾斜圧縮面２
７により１次コーティング層４ａを雄軸２の外周面側へ
と順次圧縮し、その後に平行圧縮面２８で１次コーティ
ング層４ａを安定的に凝縮して、凝縮コーティング層４
を形成する。
【００２７】このように雌ゲージ１８を圧入することに
よって、１次コーティング層４ａの外周側の必要以上の
肉を容易に除肉でき、しかも凝縮前の１次コーティング
層４ａの膜厚を略均一にできるため、凝縮後の凝縮コー
ティング層４の局部的なムラ等の発生を防止できる。
【００２８】また除肉後の１次コーティング層４ａを、
その摺動部分１７の厚さｔが雌軸３のスプライン溝部１
１の摺動面１９の内径寸法よりも僅かに大になる程度ま
で容易に凝縮でき、その後の凝縮コーティング層４の耐
久性を向上させることができる。更に雌ゲージ１８に
は、テーパー案内面２６、傾斜圧縮面２７及び平行圧縮
面２８があるため、圧縮凝縮に際して雄軸２の外周面の
１次コーティング層４ａを傷めるようなこともない。
【００２９】そして、最後に現場合わせ、その他で雄軸
２と雌軸３とを嵌合し、設定摺動荷重となるまで軸心方
向に相対的に摺動させながらナジミ嵌合することによ
り、摺動面１５，１９間の隙間が殆どなく、しかも摺動
抵抗が低く耐久性に優れたスプライン軸１を容易且つ安
価に製作できる。
【００３０】因みに、この実施形態に基づいて製作した
本発明に係るスプライン軸１と、雄軸２の外周面にナイ
ロンコーティングを施した従来のスプライン軸とを比較
したところ、本発明に係るスプライン軸１は従来に比較
して摺動抵抗が約１／２になり、周方向のガタが略０に
なった。また製作コストは従来の１／３にできた。しか
も、本発明に係るスプライン軸１は、従来のナイロンコ
ーティングを施したものでは使用できなかった高温雰囲
気での使用が可能となった。
【００３１】以上、本発明の実施形態について詳述した
が、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、
趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例
えば、実施形態では雄軸２の外周のスプライン歯部９及
びスプライン溝部１０の略全面に１次コーティング層４
ａを施し、その１次コーティング層４ａの略全面を雌ゲ
ージ１８で雄軸２側に圧縮して凝縮するようにようにし
ているが、圧縮凝縮は全１次コーティング層４ａの内、
雄軸２のスプライン歯部９の周方向の摺動面１５に対応
する摺動部分１７のみ、又はこの摺動部分１７から周方
向の一方又は両側にわたる所定範囲についてのみ行うよ
うにしても良い。
【００３２】要するに雄軸２の外周の１次コーティング
層４ａの内、少なくとも回転及び摺動時に雄軸２と雌軸
３とが接触する部分の１次コーティング層４ａを圧縮し
凝縮して凝縮コーティング層４とすれば良い。
【００３３】従って、図３に示すように雌軸３のスプラ
イン溝部１１の底面２０及び／又はスプライン歯部１２
の頂面２２との間に径方向の隙間がある場合には、雄軸
２のスプライン歯部９の頂面１４側及び／又はスプライ
ン溝部１０の底面１６側の１次コーティング層４ａは、
凝縮せずにそのままにして良い。
【００３４】また雄軸２側に凝縮コーティング層４を形
成する場合、その凝縮コーティング層４は雄軸２の外周
面の内、少なくともスプライン歯部９の周方向の両側の
摺動面１５に形成すれば良く、他の部分の１次コーティ
ング層４ａ、凝縮コーティング層４は省略しても良い。
【００３５】更に実施形態では、スプライン軸１を構成
する雄軸２と雌軸３との内、その雄軸２の外周面に凝縮
コーティング層４を形成する場合を例示しているが、雌
軸３の内周面に１次コーティング層４ａを形成し、その
雌軸３内に雄ゲージを圧入して１次コーティング層４ａ
を雌軸３の内周面側に圧縮し凝縮して凝縮コーティング
層４を形成しても良い。
【００３６】この場合にも、雌軸３のスプライン溝部１
１、スプライン歯部１２の内周面の略全面、又は雌軸３
のスプライン溝部１１の摺動面１９に凝縮コーティング
層４を形成しても良いし、雌軸３の内周面の略全面に１
次コーティング層４ａを形成して、その内の雌軸３のス
プライン溝部１１の摺動面１９に対応する部分を凝縮コ
ーティング層４としても良い。
【００３７】また雄軸２の外周面と雌軸３の内周面との
両方に凝縮コーティング層４を設けても良し、雄軸２の
スプライン歯部９にはその摺動面１５の一方に、雌軸３
のスプライン溝部１１にはその摺動面１９の他方に夫々
凝縮コーティング層４を形成しても良い。
【００３８】従って、凝縮コーティング層４は、雄軸２
のスプライン歯部９と雌軸３のスプライン溝部１１との
少なくとも周方向に相対向する摺動面１５，１９が凝縮
コーティング層４を介して接触するように、その両者の
スプライン歯部９とスプライン溝部１１との摺動面１
５，１９の内、少なくとも一方の摺動面１５又は摺動面
１９にあれば十分である。なお、雄軸２側と雌軸３側と
の両方に互いに接触するように凝縮コーティング層４を
形成する場合には、異なるコーティング材料を使用して
も良い。
【００３９】更にスプライン軸１の他、雄軸２の外周に
軸心方向のセレーション歯部とセレーション溝部とを周
方向に複数個形成し、この雄軸２の外周に軸心方向に摺
動自在に嵌合する雌軸３の内周に軸心方向のセレーショ
ン溝部とセレーション歯部とを周方向に複数個形成して
なるセレーション式の伸縮軸の場合にも同様に実施可能
である。
【００４０】従って、雄軸２はスプライン歯部９、セレ
ーション歯部等の歯部を備え、また雌軸３はスプライン
溝部１１、セレーション溝部等の溝部を備えたものであ
れば十分である。また歯部及び／又は溝部は、その伸縮
軸に要求される伸縮範囲に対応して設けておけば好く、
必ずしも軸心方向の略全長にわたって設ける必要はな
い。
【００４１】コーティング材料は二硫化モリブデン、フ
ッ素樹脂等が適当であるが、低摩擦係数の材料であれ
ば、二硫化モリブデン等以外のものを使用することも可
能である。また圧縮凝縮後の凝縮コーティング層４の厚
さｔは、当初から雄軸２と雌軸３との摺動面１５，１９
間の最大隙間ｔ１分に合わせておいても良い。
【００４２】雌ゲージ１８は、入り口２５側の除肉部２
９を省略して、テーパー案内面２５の入り口２５側端の
直径を１次コーティング層４ａの外径よりも大きくし、
１次コーティング層４ａの全てを圧縮し凝縮して凝縮コ
ーティング層４とするように構成しても良い。１次コー
ティング層４ａの膜厚が比較的少なく均一な場合には、
このような雌ゲージ１８を使用しても、圧縮凝縮後の凝
縮コーティング層４の厚さのバラツキを防止できる。
【００４３】
【発明の効果】本発明では、外周に歯部が周方向に複数
個設けられた雄軸と、内周に歯部に対応する溝部が周方
向に複数個設けられ且つ雄軸に対して軸心方向に摺動自
在に嵌合する雌軸とを備えた伸縮軸において、歯部と溝
部との周方向に相対向する摺動面側の少なくとも一方
に、低摩擦係数のコーティング材料からなる凝縮コーテ
ィング層を形成しているので、伸縮軸の製作が容易で安
価であり、しかも雄軸と雌軸との周方向のガタがなく、
摺動荷重も低減できる利点がある。
【００４４】また雄軸の外周面に凝縮コーティング層を
形成しているので、雌軸の内周面に凝縮コーティング層
を形成する場合に比較して容易に製作できる。
【００４５】更に外周に歯部が周方向に複数個設けられ
た雄軸と、内周に歯部に対応する溝部が周方向に複数個
設けられ且つ雄軸に対して軸心方向に摺動自在に嵌合す
る雌軸との内、その少なくとも一方の軸の摺動面側に凝
縮コーティング層を形成するに際し、一方の軸の摺動面
側に低摩擦係数のコーティング材料をコーティングして
１次コーティング層を形成し、次に該一方の軸を、雄軸
と雌軸との周方向に相対向する摺動面側の最大隙間より
も僅かに大きな間隙に設定されたゲージに圧入して、該
ゲージにより１次コーティング層を一方の軸側に圧縮し
て凝縮するので、伸縮軸の製作が容易で安価であり、し
かも雄軸と雌軸との周方向のガタがなく、摺動荷重も低
減できる利点がある。
【００４６】また雄軸の外周面に１次コーティング層を
形成し、次に該雄軸を雌ゲージに圧入して、該雌ゲージ
により１次コーティング層を圧縮して凝縮するので、そ
の後のナジミ嵌合により雄軸と雌軸との周方向のガタを
防止できる。
【００４７】しかも入り口側に形成された外広がり状の
テーパー案内面を有する雌ゲージを使用するため、雄軸
の外周のコーティング層を傷めることなく容易に圧縮し
凝縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すスプライン軸の正面
図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すスプライン軸の拡大
断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すスプライン軸の要部
の拡大断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の一実施形態を示す圧縮凝縮工
程の説明図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す１次コーティング状
態の拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す圧縮凝縮工程の拡大
断面図である。
【符号の説明】
1 スプライン軸 ２ 雄軸 ３ 雌軸 ４ 凝縮コーティング層 ４ａ １次コーティング層 ９，１２ スプライン歯部 １０，１１ スプライン溝部 １５，１９ 摺動面 １８ 雌ゲージ ２６ テーパー案内面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 克彦 大阪府八尾市南植松町２丁目34番地 光洋 機械工業株式会社内 (72)発明者 玉井 慎二 大阪府八尾市南植松町２丁目34番地 光洋 機械工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J033 AA01 AB03 BA08 BA15 BC06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外周に歯部が周方向に複数個設けられた
    雄軸と、内周に前記歯部に対応する溝部が周方向に複数
    個設けられ且つ前記雄軸に対して軸心方向に摺動自在に
    嵌合する雌軸とを備えた伸縮軸において、前記歯部と前
    記溝部との周方向に相対向する摺動面側の少なくとも一
    方に、低摩擦係数のコーティング材料からなる凝縮コー
    ティング層を形成したことを特徴とする伸縮軸。
  2. 【請求項２】 前記雄軸の外周面に前記凝縮コーティン
    グ層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の伸縮
    軸。
  3. 【請求項３】 外周に歯部が周方向に複数個設けられた
    雄軸と、内周に前記歯部に対応する溝部が周方向に複数
    個設けられ且つ前記雄軸に対して軸心方向に摺動自在に
    嵌合する雌軸との内、その少なくとも一方の軸の摺動面
    側に凝縮コーティング層を形成するに際し、前記一方の
    軸の前記摺動面側に低摩擦係数のコーティング材料をコ
    ーティングして１次コーティング層を形成し、次に該一
    方の軸を、前記雄軸と前記雌軸との周方向に相対向する
    摺動面側の最大隙間よりも僅かに大きな間隙に設定され
    たゲージに圧入して、該ゲージにより前記１次コーティ
    ング層を前記一方の軸側に圧縮して凝縮することを特徴
    とする伸縮軸のコーティング層形成方法。
  4. 【請求項４】 前記雄軸の外周面に前記１次コーティン
    グ層を形成し、次に該雄軸を雌ゲージに圧入して、該雌
    ゲージにより前記１次コーティング層を圧縮して凝縮す
    ることを特徴とする請求項３に記載の伸縮軸のコーティ
    ング層形成方法。
  5. 【請求項５】 入り口側に形成された外広がり状のテー
    パー案内面を有する前記雌ゲージを使用することを特徴
    とする請求項４に記載の伸縮軸のコーティング層形成方
    法。
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