JP2008006903A - 伸縮軸の内軸およびこれの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮軸の内軸の深い軌道溝を安価に形成する。
【解決手段】本伸縮軸１は、互いに嵌め合わされた内軸２８および筒状の外軸２９の軌道溝３１，３２間に転動体としてのボール３０を介在させている。本製造方法では、内軸素材３４の外周３４ｃの平坦部３４ｅに軌道溝３１を形成するための軌道溝形成工程を含む。軌道溝形成工程は、曲率半径Ｒ１の第１の溝３５ｍを塑性変形により形成する第１の工程と、第１の工程で形成された第１の溝３５ｍから曲率半径Ｒ２の第２の溝３７ｍを塑性変形により形成する第２の工程とを含む。第２の溝３７ｍの曲率半径Ｒ２が、第１の溝３５ｍの曲率半径Ｒ１よりも小さくされている。内軸２８の軌道溝３１の肩部３１ｕは高いので、内軸２８に大きなトルクが作用したときに、ボール３０が肩部３１ｕに乗り上げることが抑制される。
【選択図】図５

Description

この発明は、自動車のステアリング装置に用いられている伸縮軸の内軸およびこれの製造方法に関する。

伸縮軸は、内軸と、軸方向に相対移動可能に内軸に嵌合された筒状の外軸と、内軸および外軸の間に介在する多数のボールとを有している。ボールは、内軸の外周に形成された軌道溝と、外軸の内周に形成された軌道溝との間に転動自在に介在している。軌道溝は、断面凹曲面形状に形成されている。
内軸の製造方法としては、軸状の素材の外周に、軌道溝を切削加工により形成することが考えられている。

また、軌道溝の製造方法に関連する先行技術として、等速自在継手において、ボールが転動する軌道溝を有するカップ状のマウスを、冷間加工および熱間鍛造により形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−９８４５０号公報

上述の内軸の製造方法では、軌道溝を切削加工により形成していたので、製造コストが高くなる傾向にあった。また、製造コストの上昇を抑制するために、軌道溝は浅く形成されていた。
しかし、軌道溝が浅いと、伸縮軸が受けるトルクが大きくなったときに、ボールが軌道溝の肩部に乗り上げ易くなる。ボールが肩部に乗り上げると、ボールと肩部との接触面圧が高くなり、ボールに圧痕や摩耗が発生する問題がある。

この問題を解消するために、軌道溝を深くすることが考えられる。しかし、深い軌道溝を得るには、軌道溝を仕上げるための切削加工による素材の除去量（加工代）が大きくなってしまう。その結果、加工コストが高くなる。
また、ステアリング装置では、伸縮軸を軽量化するために、内軸を小径化することが要請されている。しかし、内軸が小径になるほどに、ボールは肩部に乗り上げ易い。

そこで、この発明の目的は、深い軌道溝を安価に形成できる伸縮軸の内軸の製造方法およびこの製造方法により製造された内軸を提供することである。

本発明の製造方法は、互いに嵌め合わされた内軸および筒状の外軸の軌道溝間に転動体を介在させたステアリング用伸縮軸のための内軸を製造する方法であって、内軸素材の外周の平坦部に軌道溝を形成するための軌道溝形成工程を含み、軌道溝形成工程は、曲率半径Ｒ１の第１の溝を塑性変形により形成する第１の工程と、第１の工程で形成された第１の溝から曲率半径Ｒ２の第２の溝を塑性変形により形成する第２の工程とを含み、第２の溝の曲率半径Ｒ２が、第１の溝の曲率半径Ｒ１よりも小さくされ、第２の溝の肩部は、第１の溝の肩部を膨出させて形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、軌道溝を塑性加工により安価に形成できる。また、第１および第２の工程へと工程を追うごとに、形成された溝の曲率半径を段階的に小さくすることを通じて、溝形状を段階的に深くできるので、深い軌道溝を無理なく形成できる結果、製造コストの低減に寄与する。しかも、本製造方法を適用することにより、内軸の軌道溝の肩部を高くできる。その結果、この内軸を含む伸縮軸が大きなトルクを受けるときに、ボールが肩部に乗り上げ難くなるので、ボールに圧痕等の傷みが生じることが防止される。

また、本発明において、上記軌道溝形成工程は、第２の溝から軌道溝を研磨により仕上げる第３の工程を含み、第３の工程において、軌道溝の肩部の研磨量が、軌道溝の溝底の研磨量よりも小さくされている場合がある。この場合、軌道溝研磨用の砥石の部分であって軌道溝の肩部を研磨する部分が摩耗し易いという傾向が抑制される。従って、砥石ひとつあたりの内軸の製造数を多くでき、内軸の製造コストを抑制することができる。

また、本発明の内軸は、上述の本発明の製造方法により製造された内軸であって、軌道溝の肩部の断面の曲率半径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。これにより、大トルクがかかったときにボールが軌道の肩部に乗り上げることを確実に防止できる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、伸縮軸が自動車のステアリング装置のインターミディエイトシャフト（中間軸ともいう。）に適用される場合に則して説明するが、これに限らず、例えば、後述するようにステアリングシャフトに適用してもよい。
図１は、本発明の一実施形態の製造方法が適用される伸縮軸を有するステアリング装置の模式図である。図１を参照して、ステアリング装置１は、操向輪２を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４からの操舵トルクにより操向輪２を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構５と、ステアリングシャフト４および操舵機構５の間に設けられてこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸６とを有している。

ステアリングシャフト４は、ステアリングコラム７の内部を挿通して、ステアリングコラム７により回転自在に支持されている。ステアリングコラム７はブラケット８を介して車体９に支持されている。ステアリングシャフト４の一方の端部４ａにステアリングホイール３が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂに中間軸６が連結されている。

中間軸６は、伸縮軸としての連結軸１０と、中間軸６の一方の端部に設けられた自在継手１１と、中間軸６の他方の端部に設けられた自在継手１２とを有している。
操舵機構５は、入力軸としてのピニオン軸１３と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向である。）に延びる転舵軸としてのラックバー１４と、ピニオン軸１３およびラックバー１４を支持するラックハウジング１５とを有している。ピニオン軸１３のピニオン歯と、ラックバー１４のラック歯とが互いに噛み合っている。

ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４等を介して操舵機構５に伝達される。これにより操向輪２を操舵することができる。
ステアリング装置１は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルクセンサ１６と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１７と、操舵補助用の電動モータ１８と、減速機１９とを有している。

ステアリングコラム７は、コラムチューブ２０と、ハウジング２１とを有している。ハウジング２１が、減速機１９およびトルクセンサ１６を収容して支持し且つ電動モータ１８を支持している。
ステアリングシャフト４は、入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４とを有している。ステアリングシャフト４の軸方向下部が、入力軸２２と、出力軸２３とに分割されている。入力軸２２および出力軸２３は、トーションバー２４を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸２２は、ステアリングシャフト４の軸方向上部としての連結軸２５を介して、ステアリングホイール３に連なっている。出力軸２３は、中間軸６等を介して、ピニオン軸１３に連なっている。入力軸２２に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー２４が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸２２および出力軸２３が相対回転する。

トルクセンサ１６は、ステアリングシャフト４のトーションバー２４に関連して設けられ、トーションバー２４を介する入力軸２２および出力軸２３間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出する。トルク検出結果は、ＥＣＵ１７に与えられる。
ＥＣＵ１７は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路（図示せず）を介して電動モータ１８を制御する。

減速機１９は、減速機構としてのウォームギヤ機構を有している。このウォームギヤ機構は、駆動ギヤとしてのウォーム軸２６と、従動ギヤとしてのウォームホイール２７とを有している。ウォーム軸２６は、電動モータ１８により駆動される。ウォーム軸２６は、ウォームホイール２７に噛み合っている。ウォームホイール２７は、出力軸２３に一体回転できるように互いに固定されている。

ステアリングホイール３が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１６により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１８が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１９を介してピニオン軸１３に伝達され、ステアリングホイール３の動きとともに操舵機構５に伝わり、操向輪２が操舵される。具体的には、電動モータ１８の出力回転は、伝動装置としての減速機１９を介してピニオン軸１３に伝達され、その間、減速機１９により減速される。ピニオン軸１３に伝達された回転はラックバー１４の直線運動に変換されて、操舵が補助される。

中間軸６は、ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂとピニオン軸１３とを互いに連結している。中間軸６は、操向輪２を操舵するためにステアリングホイール３に加えられる操舵トルクと、電動モータ１８による操舵補助力とを、ステアリングシャフト４から操舵機構５のピニオン軸１３へ伝達する働きをする。
図２は、図１のステアリング装置１の要部の正面図であり、主に中間軸６を図示している。

中間軸６の伸縮軸１０は、互いに嵌合された内軸２８および筒状の外軸２９を有している。外軸２９の端部２９ｂが、自在継手１１を介して、ステアリングシャフト４の端部４ｂに連結されている。内軸２８の端部２８ｂが、自在継手１２を介して操舵機構５のピニオン軸１３に連結されている。
内軸２８および外軸２９は、互いに同心に配置され、外軸２９の一端２９ａと内軸２８の一端２８ａとは、トルク伝達可能に互いに嵌合され、且つボール３０（一部のみ図示）を介して内軸２８の軸方向Ｓ１に所定量相対移動できるようにされている。

図３は、図２の III− III断面の断面図である。
伸縮軸１０は、内軸２８の外周面２８ｃに形成された複数の軌道溝３１と、外軸２９の内周面２９ｄに形成された複数の軌道溝３２と、各対の軌道溝３１，３２間にそれぞれ介在する転動体としての複数のボール３０とを有している。
軌道溝３１，３２は、互いに同数で設けられて、互いに対をなして、互いに対向する位置に配置されている。複数対の軌道溝３１，３２は、互いに周方向Ｔ１に均等に所定間隔を離隔して配置されている。本実施形態では、２対の軌道溝３１，３２が設けられている。複数のボール３０は、各対の軌道溝３１，３２ごとに、保持器３３により保持されて、軸方向Ｓ１に並んで列をなしている。各ボール３０は、対応する軌道溝３１，３２に４点接触している。ボール３０は、軌道溝３１，３２に負隙間嵌合されている。このとき、軌道溝３２が形成された外軸２９の部分が、径方向外方に弾性的に変位するようになっている。このように、外軸２９が弾性的に撓むことにより、ボール３０に予圧が付与されている。

内軸２８と外軸２９とが軸方向Ｓ１に相対移動するときには、ボール３０は、上述の各軌道溝３１，３２に沿って案内されつつ、軌道溝３１，３２を転動し、各軌道溝３１，３２に対して軸方向Ｓ１にそれぞれ相対移動する。
外軸２９の軌道溝３２は、凹条からなり、外軸２９の内周面２９ｄに一体に形成されていて外軸２９の軸方向に沿って所定長さで真直に延びている。軌道溝３２は、断面凹湾曲形状の樋形状面により形成されている。

内軸２８は、内部が詰まった中実軸であり、断面略矩形に形成されている。内軸２８の外周面２８ｃは、軸方向に延びる４つの平坦部２８ｅを有している。各平坦部２８ｅは、断面の矩形の対応する辺を形成している。断面の矩形の角を挟んで隣接する２つの平坦部２８ｅは、互いにアール面としての凸湾曲面２８ｆを介して互いに接続されている。互いに対向する対をなす平坦部２８ｅ、本実施形態では、２つの平坦部２８ｅに、軌道溝３１がそれぞれ形成されている。

軌道溝３１は、凹条からなり、内軸２８の外周面２８ｃに一体に形成されていて内軸２８の軸方向Ｓ１に沿って所定長さで真直に延びている。軌道溝３１は、断面凹湾曲形状の樋形状面により形成されている。
図４は、図３の要部としてのIV部の拡大図である。
外軸２９の各軌道溝３２は、凹湾曲面をなす軌道としての一対の受け部３２ｓと、一対の凸湾曲面をなす肩部３２ｕと、一対の受け部３２ｓの間に設けられた凹湾曲面をなす接続部３２ｔとを有している。一対の受け部３２ｓは、断面円弧形状に形成されていて、径方向Ｕ１，Ｕ２に対して同じ角度で、互いに逆向きに傾斜していて、横断面において周方向Ｔ１について互いに離隔し且つ互いに対向して配置されている。一対の受け部３２ｓは、ボール３０が接触して転動する転動面を形成し、径方向外方Ｕ１および周方向両側へのボール３０の相対移動を規制しつつ、ボール３０の転動を案内する。

内軸２８の各軌道溝３１は、軌道としての一対の受け部３１ｓと、一対の肩部３１ｕと、一対の受け部３１ｓの間に設けられた接続部３１ｔとを有している。
一対の受け部３１ｓは、曲率半径Ｒａの断面円弧形状の凹湾曲面に形成されていて、径方向Ｕ１，Ｕ２に対して同じ角度で、互いに逆向きに傾斜していて、横断面において周方向Ｔ１について互いに離隔し且つ互いに対向して配置されている。一対の受け部３１ｓは、ボール３０が接触して転動する転動面を形成し、径方向内方Ｕ２および周方向両側へのボール３０の相対移動を規制しつつ、ボール３０の転動を案内する。

接続部３１ｔは、一対の受け部３１ｓ同士を滑らかに連続してつなぎ、断面円弧形状の凹湾曲面により形成されている。
肩部３１ｕは、内軸２８の外周面２８ｃの平坦部２８ｅと、受け部３１ｓとを接続している。肩部３１ｕは、受け部３１ｓに隣接して径方向外側に配置され、アール面としての凸湾曲面に形成されている。凸湾曲面は、曲率半径Ｒｂの断面円弧形状をなし、軸方向に延びている。受け部３１ｓと、肩部３１ｕとは、滑らかに連続して接続されている。肩部３１ｕの断面の曲率半径Ｒｂの値は、１ｍｍ以下の所定値が好ましく、例えば０．５ｍｍとされている。

図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃおよび図５Ｄは、本実施形態の製造方法の工程順に内軸２８の断面および関連する部材を図示した模式図である。
製造方法は、内軸素材３４を得る素材形成工程（図５Ａ参照）と、内軸素材３４に軌道溝３１を形成する軌道溝形成工程（図５Ｂ，図５Ｃ，図５Ｄ参照）とを含んでいる。
内軸素材３４は、金属製、例えば鋼製の断面略矩形の長尺の棒状部材であり、塑性加工により形成されてなる。内軸素材３４の外周３４ｃは、長手方向に延びる４つの平坦部３４ｅと、隣接する平坦部３４ｅ同士を互いに接続する角のアール面としての凸湾曲面３４ｆとを有している。

軌道溝形成工程は、内軸素材３４の外周３４ｃの平坦部３４ｅに軌道溝３１を形成する。軌道溝形成工程は、予備形状形成工程としての第１の工程（図５Ａ，図５Ｂ参照）と、これの後に行われる荒加工工程としての第２の工程（図５Ｂ，図５Ｃ参照）と、これの後に行われる仕上げ工程としての第３の工程（図５Ｃ，図５Ｄ参照）とを含んでいる。
図５Ａ，図５Ｂを参照して、第１の工程では、内軸素材３４から半製品としての第１の中間体３５を得る。第１の工程では、所定形状の内軸素材３４の平坦部３４ｅから、曲率半径Ｒ１の第１の溝３５ｍを塑性変形により形成する。第１の工程では、第１の金型３６を用いる。

図１２Ａは、第１の金型３６の断面図であり、図１２Ｂの１２Ａ断面を示し、被加工材としての内軸素材３４も図示されている。図１２Ｂは第１の金型３６の平面図である。
第１の金型３６は、筒形状をなしていて、筒形状の軸線を挟んで対称形状に形成されている。第１の金型３６は、凹部を有している。第１の金型３６は、凹部の内面に、被加工材に接してこれを塑性変形させる成形面３６ａを有している。凹部は、第１の金型３６の筒形状の軸線がのびる方向（軸方向ともいう。）についての一方の側に開放された開口を有している。この開口から被加工材を押し込むことにより、成形面３６ａにより、被加工材を塑性加工としての押し出し加工することができる。成形面３６ａの入口となる開口の周縁には、凹部内に被加工材を案内するためのガイド部が形成されている。このガイド部は、外側に向けて拡径された形状、いわゆるラッパ形状をなしている。ガイド部は、軸方向に対して傾斜した傾斜面、例えば凸湾曲面により形成されている。

図６は、第１の工程での、第１の中間体３５と第１の金型３６との拡大断面図である。成形面３６ａは、平面状の第１の成形部３６ｅと、第１の成形部３６ｅから幅ＷＫ１および突出量ＨＫ１で突出した凸条からなる第２の成形部３６ｍとを有している。第２の成形部３６ｍは、曲率半径ＲＫ１の断面円弧形状の凸湾曲面３６ｓと、曲率半径ＲＫ１１の断面円弧形状の凹湾曲面３６ｕとを有している。凹湾曲面３６ｕは、第１の成形部３６ｅと、第２の成形部３６ｍの凸湾曲面３６ｓとを互いに接続している。

例えば、プレス装置に第１の金型３６を装着し、第１の金型３６の凹部内に被加工材としての内軸素材３４を押し込み、第１の金型３６の凹部内で内軸素材３４を圧縮する。これにより、内軸素材３４を塑性変形させて、第１の中間体３５を得る。
第１の中間体３５は、断面略矩形の長尺の棒状部材である。第１の中間体３５は、長手方向に延びる４つの平坦部３５ｅと、このうちの２つの平坦部３５ｅに配置された２つの第１の溝３５ｍと、隣接する平坦部３５ｅ同士を互いに接続する角のアール面としての凸湾曲面３５ｆとを有している。第１の中間体３５の各寸法は、第１の金型３６の対応する各寸法に等しく形成されてなる。

第１の溝３５ｍは、平坦部３５ｅから深さＨ１および幅Ｗ１（周方向Ｔ１についての寸法に相当する。）で形成されている。第１の溝３５ｍは、曲率半径Ｒ１の断面円弧形状をなす凹湾曲面３５ｓと、肩のアール面としての凸湾曲面３５ｕとを有している。肩の凸湾曲面３５ｕは、曲率半径Ｒ３の断面円弧形状に形成されていて、第１の溝３５ｍの凹湾曲面３５ｓと、平坦部３５ｅとの間に形成され、これらを互いに接続している。

第１の工程では、第１の金型３６の成形面３６ａの第１の成形部３６ｅが、内軸素材３４の平坦部３４ｅから、第１の中間体３５の平坦部３５ｅを成形する。第２の成形部３６ｍは、内軸素材３４の平坦部３４ｅから、第１の中間体３５の第１の溝３５ｍを成形する。第２の成形部３６ｍの凸湾曲面３６ｓは、内軸素材３４の平坦部３４ｅから、第１の中間体３５の第１の溝３５ｍの凹湾曲面３５ｓを形成する。第２の成形部３６ｍの凹湾曲面３６ｕは、内軸素材３４の平坦部３４ｅから、第１の中間体３５の第１の溝３５ｍの肩の凸湾曲面３５ｕを形成する。

図５Ｂ，図５Ｃを参照して、第２の工程では、第１の工程で形成された第１の溝３５ｍから、曲率半径Ｒ２の第２の溝３７ｍを塑性変形により形成する。第１の中間体３５を塑性加工し、これにより、半製品としての第２の中間体３７を得る。第２の工程では、第２の金型３８を用いる。第２の金型３８は、押し出し加工により塑性変形させるために、第１の金型３６と同様の構造を有し、筒形状をなして、凹部を有している。第２の金型３８は、筒形状の軸線を挟んだ対称形状に形成されている。第２の金型３８は、凹部内に、被加工材に接してこれを塑性変形させる成形面３８ａを有している。

図７は、第２の工程での、第２の中間体３７と第２の金型３８との拡大断面図であり、第１の中間体３５の輪郭線（第１および第２の中間体の中心軸線同士を一致するようにして重ねて図示している。）を一点鎖線で図示している。
成形面３８ａは、平面状の第１の成形部３８ｅと、第１の成形部３８ｅから幅ＷＫ２および突出量ＨＫ２で突出した凸条からなる第２の成形部３８ｍとを有している。第２の成形部３８ｍは、曲率半径ＲＫ２の断面円弧形状の凸湾曲面３８ｓと、曲率半径ＲＫ２２の断面円弧形状の凹湾曲面３８ｕとを有している。凹湾曲面３８ｕは、第１の成形部３８ｅと、第２の成形部３８ｍの凸湾曲面３８ｓとを互いに接続している。

例えば、プレス装置に第２の金型３８を装着し、第２の金型３８の凹部内に被加工材としての第１の中間体３５を押し込み、これを圧縮する。これにより、第１の中間体３５を塑性変形させて、第２の中間体３７を得る。
第２の中間体３７は、内軸２８の形状に近似した形状に形成され、仕上げの加工代が残されている。第２の中間体３７は、断面略矩形の長尺の棒状部材である。第２の中間体３７は、長手方向に延びる４つの平坦部３７ｅと、このうちの２つの平坦部３７ｅに配置された２つの第２の溝３７ｍと、隣接する平坦部３７ｅ同士を互いに接続する角のアール面としての凸湾曲面３７ｆとを有している。第２の中間体３７の各寸法は、第２の金型３８の対応する各寸法に等しく形成されてなる。

第２の溝３７ｍは、平坦部３７ｅから深さＨ２および幅Ｗ２（周方向Ｔ１についての寸法に相当する。）で形成されている。第２の溝３７ｍは、第１の溝３５ｍよりも幅が狭く（Ｗ２＜Ｗ１）て且つ深く（Ｈ２＞Ｈ１）されている。
第２の溝３７ｍは、曲率半径Ｒ２の断面円弧形状をなす凹湾曲面３７ｓと、肩のアール面としての凸湾曲面３７ｕとを有している。第２の溝３７ｍの凹湾曲面３７ｓの曲率半径Ｒ２は、第１の溝３５ｍの凹湾曲面３５ｓの曲率半径Ｒ１よりも小さく（Ｒ２＜Ｒ１）されている。

肩の凸湾曲面３７ｕは、曲率半径Ｒ４の断面円弧形状に形成されていて、第２の溝３７ｍの凹湾曲面３７ｓと、平坦部３７ｅとの間に形成され、これらを互いに接続している。また、第２の中間体３７の肩の凸湾曲面３７ｕの曲率半径Ｒ４は、第１の中間体３５の肩の凸湾曲面３５ｕの曲率半径Ｒ３よりも小さくされている。
第２の工程では、第２の金型３８の成形面３８ａの第１の成形部３８ｅが、第１の中間体３５の平坦部３５ｅから、第２の中間体３７の平坦部３７ｅを成形する。第２の成形部３８ｍは、第１の中間体３５の第１の溝３５ｍから、第２の中間体３７の第２の溝３７ｍを成形する。

第２の成形部３８ｍの凸湾曲面３８ｓは、肉の移動を許容しながら、第１の中間体３５の第１の溝３５ｍの凹湾曲面３５ｓから、第２の中間体３７の第２の溝３７ｍの凹湾曲面３７ｓを形成する。
第２の成形部３８ｍの凹湾曲面３８ｕは、第１の溝３５ｍからの余肉を受け入れながら、第１の中間体３５の第１の溝３５ｍの肩の凸湾曲面３５ｕおよびこれに隣接する凹湾曲面３５ｓの隣接部分３５ｒから、第２の中間体３７の第２の溝３７ｍの肩の凸湾曲面３７ｕおよびこれに隣接する凹湾曲面３７ｓの隣接部分３７ｒを形成する。

第２の溝３７ｍの肩部としての凸湾曲面３７ｕおよびこれの近傍部分としての隣接部分３７ｒは、第１の溝３５ｍの肩部としての凸湾曲面３５ｕおよびこれの近傍部分としての隣接部分３５ｒを膨出させて形成されている。これにより、曲率半径の小さな凸湾曲面３７ｕを無理なく形成することができる。
図５Ｃ，図５Ｄを参照して、第３の工程では、第２の工程により得られた第２の溝３７ｍから、軌道溝３１を研磨により仕上げる。第３の工程では、第２の中間体３７を研磨加工し、これにより、内軸２８の最終形状を得る。第３の工程では、研磨工具としての回転体形状の砥石３９を用いる。第２の工程後に熱処理を行う場合でも、第３の工程で熱処理歪みが除去されるので、高精度の軌道溝を得ることができる。

図８は、第３の工程での、内軸と砥石との拡大断面図であり、第２の中間体３７の輪郭線を、内軸２８および第２の中間体３７の中心軸線同士が一致して互いに重なった状態で、一点鎖線で図示している。
砥石３９の外周は、所定の回転中心軸線３９ｅの周りに回転しながら被加工材に接して所定形状に形成する成形面３９ａを有している。成形面３９ａは、軌道溝３１を形成するための部分であって砥石３９の周方向に延びる凸条に形成されている。成形面３９ａは、軌道溝３１の受け部３１ｓを仕上げる断面円弧形状の凸湾曲状の２つの第１の成形部３９ｓと、軌道溝３１の接続部３１ｔを仕上げる断面円弧形状の凸湾曲状の１つの第２の成形部３９ｔと、軌道溝３１の肩部３１ｕを仕上げる断面円弧形状の凹湾曲状の２つの第３の成形部３９ｕとを有している。

例えば、研磨加工装置（図示せず）に砥石３９を装着し、砥石３９により被加工材としての第２の中間体３７の第２の溝３７ｍを研磨加工する。第３の工程では、軌道溝３１の肩部３１ｕの研磨量Ｋ１が、軌道溝３１の溝底としての接続部３１ｔの研磨量Ｋ２よりも小さくされている。
第３の工程では、砥石３９の第１の成形部３９ｓが、第２の中間体３７の第２の溝３７ｍの凹湾曲面３７ｓから、内軸２８の軌道溝３１の受け部３１ｓを成形する。第２の成形部３９ｔが、第２の中間体３７の第２の溝３７ｍの凹湾曲面３７ｓから、内軸２８の軌道溝３１の接続部３１ｔを成形する。第３の成形部３９ｕは、第２の中間体３７の第２の溝３７ｍの肩の凸湾曲面３７ｕから、内軸２８の軌道溝３１の肩部３１ｕを成形する。これにより、肩部３１ｕの曲率半径Ｒｂは、第２の中間体３７の凸湾曲面３７ｕの曲率半径Ｒ４よりも小さく形成される。例えば第２の中間体３７の肩の凸湾曲面３７ｕの曲率半径Ｒ４の値が１ｍｍであったのが、肩部３１ｕの曲率半径Ｒｂの値は０．５ｍｍになる。

このように本実施形態の製造方法は、互いに嵌め合わされた内軸２８および筒状の外軸２９の軌道溝３１，３２間に転動体としてのボール３０を介在させたステアリング用伸縮軸１０のための内軸２８を製造する方法である。本製造方法は、内軸素材３４の外周３４ｃの平坦部３４ｅに軌道溝３１を形成するための軌道溝形成工程を含む。軌道溝形成工程は、曲率半径Ｒ１の第１の溝３５ｍを塑性変形により形成する第１の工程と、第１の工程で形成された第１の溝３５ｍから曲率半径Ｒ２の第２の溝３７ｍを塑性変形により形成する第２の工程とを含む。第２の溝３７ｍの曲率半径Ｒ２が、第１の溝３５ｍの曲率半径Ｒ１よりも小さくされ、第２の溝３７ｍの肩部としての凸湾曲面３７ｕは、第１の溝３５ｍの肩部としての凸湾曲面３５ｕを膨出させて形成されていることを特徴とする。

この実施形態によれば、軌道溝３１を塑性加工により安価に形成できる。また、第１および第２の工程へと工程を追うごとに、形成された第１および第２の溝３５ｍ，３７ｍの曲率半径を段階的に小さくすることを通じて、溝形状を段階的に深くできるので、深い軌道溝３１を無理なく形成できる結果、製造コストの低減に寄与する。しかも、本製造方法を適用することにより、内軸２８の軌道溝３１の肩部３１ｕを高くできる。その結果、この内軸２８を含む伸縮軸１０が大きなトルクを受けるときに、ボール３０が肩部３１ｕに乗り上げ難くなるので、ボール３０に圧痕等の傷みが生じることが防止される。

また、第２の溝３７ｍの曲率半径Ｒ２を第１の溝３５ｍの曲率半径Ｒ１よりも小さく（Ｒ２＜Ｒ１）することにより、第２の溝３７ｍの幅Ｗ２を第１の溝３５ｍの幅Ｗ１よりもも狭くし（Ｗ２＜Ｗ１）、第２の溝３７ｍの深さＨ２を第１の溝３５ｍの深さＨ１よりも深く（Ｈ２＞Ｈ１）にすることが可能となる。また、本実施形態の第２の溝３７ｍは、上述の寸法関係を満たしている。この場合、第２の工程において、第２の溝３７ｍに隣接した第１の溝３５ｍの一部（凸湾曲面３５ｕおよびこれに隣接する部分３５ｒ）が、第２の工程で生じる余肉を受け入れることができる。これに伴い、第２の溝３７ｍの肩部は、第１の溝３５ｍの肩部を膨出させて形成されるようになっている。その結果、余肉が移動し易いので、深い第２の溝３７ｍを無理なく塑性加工のみで形成できる。従って、少ない工程、例えば、第１および第２の工程だけの２工程で、軌道溝３１の最終形状に近い形状としての第２の溝３７ｍを得ることが可能となる。

また、軌道溝形成工程は、第２の溝３７ｍから軌道溝３１を研磨により仕上げる第３の工程を含んでいて、第３の工程において、軌道溝３１の肩部３１ｕの研磨量Ｋ１が、軌道溝３１の溝底としての接続部３１ｔの研磨量Ｋ２よりも小さくされている。ここで、研磨量は、研磨後の面の法線方向についての研磨により除去される部分の寸法である。
この場合、軌道溝研磨用の砥石３９の部分であって軌道溝３１の肩部３１ｕを研磨する部分としての第３の成形部３９ｕが摩耗し易いという傾向が抑制される。従って、ひとつの砥石３９で製造可能な内軸２８の最大製造数を多くでき、内軸２８の製造コストを抑制することができる。

すなわち、本製造方法では、軌道溝３１の加工前の第２の溝３７ｍを深くできるので、軌道溝３１を研磨により仕上げるときに、軌道溝３１の全体を均一な研磨量で研磨せずに済み、肩部３１ｕの研磨量Ｋ１を相対的に小さく、溝底の研磨量Ｋ２を相対的に大きくすることができる。肩部３１ｕの研磨量が小さいので、従来摩耗し易い傾向にあった第３の成形部３９ｕの摩耗量が少なくなる。一方で、軌道底部としての接続部３１ｔを研磨する砥石部分としての第２の成形部３９ｔが、砥石３９のうちで最も摩耗し易くなる。この場合、第２の成形部３９ｔを所要の形状に再生できるようにドレッシングすることになるが、第２の成形部３９ｔの摩耗の方向（砥石の径方向）と、第２の成形部３９ｔをドレッシングするときにこれの表面を削る方向（砥石の径方向）とがほぼ一致するので、ドレッシングするときの削り代は、少なくてすむ。一方、第３の成形部３９ｕが最も摩耗する場合には、第３の成形部３９ｕの摩耗の方向（表面の法線方向であり径方向に対して傾斜する方向）と、第３の成形部３９ｕをドレッシングするときにこれの表面を削る方向（砥石の径方向）とが大きく傾斜しているので、ドレッシングするときの削り代は、大きくなる。従って、第２の成形部３９ｔに最大摩耗量が生じる前者の場合では、１回のドレッシングでの削り代を少なくできるので、ひとつの砥石３９を、より多くの回数でドレッシングして利用することができ、ひいては軌道溝３１の製造数を多くできる。

また、第３の工程で研磨することにより、高精度の軌道溝３１を得ることができる。研磨加工された肩部３１ｕは、表面が滑らかであるので、万一、ボール３０が乗り上げようとしても、ボール３０に圧痕や摩耗等の傷みが生じることを抑制することができる。
また、本実施形態の内軸２８は、上述の本実施形態の製造方法により製造される。軌道溝３１の肩部３１ｕの断面の曲率半径Ｒｂの値が１ｍｍ以下とされているのが、好ましい。これにより、大トルクがかかったときにボール３０が軌道溝３１の肩部３１ｕに乗り上げることを確実に防止できる。

また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図９は、本発明の変形例としての伸縮軸１０の要部の拡大図であり、図４に対応する部分を図示している。また、図１０は、図９に示す内軸２８と砥石３９との上述の第３の工程での拡大断面図であり、第２の中間体３７の輪郭線を、内軸２８および第２の中間体３７の中心軸線同士が一致した状態で、一点鎖線で図示している。

図９を参照して、ボール３０は、軌道溝３１，３２に２点接触してもよい。すなわち、軌道溝３１，３２は、凸湾曲面をなす肩部３１ｕ，３２ｕと、溝底に設けられた軌道としての曲率半径Ｒｄの断面円弧状の凹湾曲面をなす単一の受け部３１ｓ，３２ｓとをそれぞれ有している。上述の製造方法を適用して、同様の効果を得ることができる。
図１０を参照して、砥石３９の成形面３９ａは、軌道溝３１の受け部３１ｓを仕上げる断面円弧形状の凸湾曲状の成形部３９ｓと、軌道溝３１の肩部３１ｕを仕上げる断面円弧形状の凹湾曲状の２つの成形部３９ｕとを有している。第３の工程において、軌道溝３１の肩部３１ｕの研磨量Ｋ１が、軌道溝３１の溝底としての受け部３１ｓの研磨量Ｋ２よりも小さいのが、好ましい。

また、第３の工程での研磨量は、軌道溝３１の肩部３１ｕで小さく、軌道溝３１の溝底で大きくされていたが、同じ場合や逆の場合も考えられる。また、第２の工程で、凸湾曲面３７ｕの曲率半径を、軌道溝３１の肩部３１ｕの曲率半径に等しい値に形成することも考えられ、この場合、第３の工程では、軌道溝３１の肩部３１ｕの研磨を廃止することもできる。さらに、ボール３０が２点接触する場合であって軌道溝３１の精度をそれほど高くしなくてもよい場合には、第３の工程を廃止することも考えられる。また、軌道溝３１，３２は４対でもよい。

図１１は、本発明の変形例としての伸縮軸を含むステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１１を参照して、伸縮軸としては、テレスコピック調節機能を有するステアリング装置１のステアリングシャフト４の少なくとも一部であってもよい。すなわち、ステアリング装置１は、ステアリングホイール３の位置を上下方向Ｚ１に調節できるように、ステアリングコラム７をその長手方向に伸縮自在に構成している。具体的には、ステアリングコラム７のコラムチューブ２０は、長手方向上部に相当するアッパチューブ２０ａと、これに長手方向に相対移動自在に連結された長手方向下部に相当するロアーチューブ２０ｂとを有している。また、ステアリングシャフト４の伸縮軸としての連結軸２５は、軸方向上部に相当する外軸としてのアッパーシャフト２５ａと、軸方向下部に相当する内軸としてのロアーシャフト２５ｂとを有している。アッパーシャフト２５ａおよびロアーシャフト２５ｂは、互いにトルク伝達でき且つ軸方向に相対移動自在に連結されている。また、ブラケット８は、アッパーチューブ２０ａおよびロアーチューブ２０ｂの長手方向の相対移動を、必要に応じて許容しまたは規制するように両チューブ２０ａ，２０ｂを保持している。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の一実施形態の伸縮軸を含むステアリング装置の概略構成の模式図である。 図１のステアリング装置の要部の正面図であり、主に中間軸を図示している。 図２の III− III断面の断面図である。 図３の要部の拡大図である。 図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃおよび図５Ｄは、本実施形態の製造方法の工程順に内軸の断面および関連する部材を図示した模式図である。 第１の工程での第１の中間体と第１の金型との拡大断面図である。 第２の工程での第２の中間体と第２の金型との拡大断面図である。 第３の工程での内軸と砥石との拡大断面図である。 本発明の変形例としての伸縮軸の要部の断面図である。 図９に示す内軸の製造工程の第３の工程での内軸と砥石との拡大断面図である。 本発明の変形例としての伸縮軸を含むステアリング装置の概略構成の模式図である。 図１２Ａは、第１の金型の断面図であり、図１２Ｂの１２Ａ断面を示し、内軸素材も図示されている。図１２Ｂは第１の金型の平面図である。

符号の説明

１０…伸縮軸、２８…内軸、２９…外軸、３０…ボール（転動体）、３１ｕ…（軌道溝の）肩部、３１…（内軸の）軌道溝、３２…（外軸の）軌道溝、３４…内軸素材、３４ｃ…（内軸素材の）外周、３４ｅ…（内軸素材の外周の）平坦部、３５ｍ…第１の溝、３５ｕ…凸湾曲面（第１の溝の肩部）、３７ｍ…第２の溝、３７ｕ…凸湾曲面（第２の溝の肩部）、Ｋ１…（軌道溝の肩部の）研磨量、Ｋ２…（軌道溝の溝底の）研磨量、Ｒ１…（第１の溝の）曲率半径、Ｒ２…（第２の溝の）曲率半径、Ｒｂ…軌道溝の肩部の断面の曲率半径

Claims (3)

1. 互いに嵌め合わされた内軸および筒状の外軸の軌道溝間に転動体を介在させたステアリング用伸縮軸のための内軸を製造する方法であって、
   内軸素材の外周の平坦部に軌道溝を形成するための軌道溝形成工程を含み、
   軌道溝形成工程は、曲率半径Ｒ１の第１の溝を塑性変形により形成する第１の工程と、第１の工程で形成された第１の溝から曲率半径Ｒ２の第２の溝を塑性変形により形成する第２の工程とを含み、
   第２の溝の曲率半径Ｒ２が、第１の溝の曲率半径Ｒ１よりも小さくされ、
   第２の溝の肩部は、第１の溝の肩部を膨出させて形成されていることを特徴とする製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、
   上記軌道溝形成工程は、第２の溝から軌道溝を研磨により仕上げる第３の工程を含み、第３の工程において、軌道溝の肩部の研磨量が、軌道溝の溝底の研磨量よりも小さくされていることを特徴とする製造方法。
3. 請求項１または２の製造方法により製造された内軸であって、軌道溝の肩部の断面の曲率半径が１ｍｍ以下であることを特徴とする内軸。

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