しかしながら、特許文献2に記載されたトルク伝達用継手では、上記のガタ音を抑制することができても、ゴム材を設けることによって、雄スプライン軸と雌スプライン軸との間での摺動抵抗が増加するという問題があった。
更に、特許文献2に記載されたトルク伝達用継手では、雌スプライン軸とゴム材との接触面積が大きく、雄スプライン軸を捩じ回した際の初期剛性が高くなる。その結果、電動モータへの通電開始に伴って出力軸からウォーム軸に、急激に大きなトルクが伝達され、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与えてしまうという問題があった。より具体的には、ステアリングホイールの操作が開始された直後に、突然、ステアリングホイールの操作に要する力が急減し、運転者に違和感を与えてしまうという問題があった。
そこで、本発明は、歯打ち音と呼ばれる不快な異音を抑制しつつ、雄スプライン軸と雌スプライン軸との間での摺動抵抗の低減を可能にするとともに、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を従来よりも低減することによってシャフトに対して急激に大きな動力が伝達されることを抑制し、運転者に与える違和感の軽減を可能とするシャフト用構造体、雄型部材、及び、雌型部材を提供することを目的とする。
(1)本発明のシャフト用構造体は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、雄型部材を、軸方向に摺動可能に雌型部材に挿入して構成されるシャフト用構造体であって、複数の雄歯部と複数の雄歯底部とが外周部に形成された雄型部材と、複数の雌歯部と複数の雌歯底部とが内周部に形成され、前記雄型部材が挿入される雌型部材と、前記雄型部材の前記外周部表面を覆うように、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材と、を備え、前記雌型部材に前記雄型部材が挿入された初期状態において、前記繊維部材と、前記雌型部材の内周部のうち前記雌歯部の先端部及び/又は前記雌歯底部において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第1の隙間を有しているとともに、前記雌歯部の両側部が、対向する前記繊維部材と当接していることを特徴とする。
上記(1)の構成によれば、雄型部材の外周部表面を覆うように、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材が設けられるので、雄型部材と雌型部材との間から生じる歯打ち音を抑制しつつ、雄型部材と雌型部材との間での摺動抵抗を低減することができる。更に、雄型部材が雌型部材に挿入された初期状態において、繊維部材と、雌型部材の内周部のうち雌歯部の先端部及び/又は雌歯底部において繊維部材と対向する部位とに囲まれた第1の隙間を設けることによって、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って変形した繊維部材の逃げ道を確保できる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を従来よりも低減でき、シャフトに対して急激に大きな動力が伝達されることを抑制できる。これにより、運転者に従来のような違和感を与えてしまうことを防止できる。また、上記初期状態において、雌歯部の両側部が、対向する繊維部材と当接しているので、雄型部材の周方向への捩じ回しを開始した際において、雌歯部の両側部と繊維部材との間のガタツキを抑制できる。
ところで、上記(1)の構成によれば、雄型部材が雌型部材に挿入された状態において雄型部材が捩じ回されると、その力が雌型部材へ伝達されて、第1の隙間の領域が小さくなるように繊維部材が変形する。このとき、繊維部材が圧力を受けた状態で雌型部材の内周面と強く擦れることとなる。しかも、雄型部材が捩じ回される方向は、一方向でなく左右方向に、しかもかなりの頻度でその方向を変えながら捩じ回され続けられ、その都度、繊維部材が雌型部材の内周面との間で繰り返し強く擦れることとなる。したがって、雄型部材の外周部表面を覆うものが通常の未処理の布であれば、すぐさま摩耗して、トルク伝達に支障をきたすおそれがある。この点、本発明のようにゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材を雄型部材の外周部表面を覆うことで、かかるゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材の摩耗が抑制され、シャフト用構造体の寿命の延長を図ることが可能となる。
(2)上記(1)のシャフト用構造体においては、前記雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って前記繊維部材が変形することによって、前記繊維部材と、前記雌型部材の内周部のうち前記雌歯底部と前記雌歯部の先端部との間において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第2の隙間を形成可能であって、前記第2の隙間が形成される側と反対側にある前記雌歯部の他方の側部が、前記繊維部材の変形完了後に、前記繊維部材を介して前記雄歯部によって押圧されることが好ましい。
上記(2)の構成によれば、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴う繊維部材の変形によって、繊維部材と、雌型部材の内周部のうち雌歯底部と雌歯部の先端部との間において維部材と対向する部位とに囲まれた第2の隙間を形成可能であるので、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を緩やかに立ち上げつつ、周方向への雌型部材の回転を開始させることができる。加えて、繊維部材の変形完了後に、第2の隙間が形成される側と反対側にある雌歯部の他方の側部が、繊維部材を介して雄歯部によって押圧されることで、繊維部材の変形が完了した段階から、雄型部材を捩じ回した際の剛性を急峻に立ち上げつつ、雌型部材を周方向に向けて本格的に回転させることができる。これにより、雄型部材を捩じ回した際の剛性を段階的に立ち上げることができる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を効率よく低減することができる。
(3)本発明のシャフト用構造体は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、雄型部材を、軸方向に摺動可能に雌型部材に挿入して構成されるシャフト用構造体であって、複数の雄歯部と複数の雄歯底部とが外周部に形成された雄型部材と、複数の雌歯部と複数の雌歯底部とが内周部に形成され、前記雄型部材が挿入される雌型部材と、前記雌型部材の前記内周部表面を覆うように、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材と、を備え、前記雌型部材に前記雄型部材が挿入された初期状態において、前記繊維部材と、前記雄歯部の先端部及び/又は前記雄歯底部において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第1の隙間を有しているとともに、前記雄歯部の両側部が、対向する前記繊維部材と当接していることを特徴とする。
上記(3)の構成によれば、雌型部材の内周部表面を覆うように、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材が設けられるので、雄型部材と雌型部材との間から生じる歯打ち音を抑制しつつ、雄型部材と雌型部材との間での摺動抵抗を低減することができる。更に、雌型部材に雄型部材が挿入された初期状態において、繊維部材と、雄歯部の先端部及び/又は雄歯底部において繊維部材と対向する部位とに囲まれた第1の隙間を設けることによって、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って変形した繊維部材の逃げ道を確保できる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を従来よりも低減でき、シャフトに対して急激に大きな動力が伝達されることを抑制できる。これにより、運転者に従来のような違和感を与えてしまうことを防止できる。また、上記初期状態において、雄歯部の両側部が、対向する繊維部材と当接しているので、雄型部材の周方向への捩じ回しを開始した際において、雄歯部の両側部と繊維部材との間のガタツキを抑制できる。
ところで、上記(3)の構成によれば、雄型部材が雌型部材に挿入された状態において雄型部材が捩じ回されると、その力が雌型部材へ伝達されて、第1の隙間の領域が小さくなるように繊維部材が変形する。このとき、繊維部材が圧力を受けた状態で雄型部材の外周面と強く擦れることとなる。しかも、雄型部材が捩じ回される方向は、一方向でなく左右方向に、しかもかなりの頻度でその方向を変えながら捩じ回され続けられ、その都度、繊維部材が雄型部材の外周面との間で繰り返し強く擦れることとなる。したがって、雌型部材の内周部表面を覆うものが通常の未処理の布であれば、すぐさま摩耗して、トルク伝達に支障をきたすおそれがある。この点、本発明のようにゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材を雌型部材の内周部表面を覆うことで、かかるゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材の摩耗が抑制され、シャフト用構造体の寿命の延長を図ることが可能となる。
(4)上記(3)のシャフト用構造体においては、前記雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って前記繊維部材が変形することによって、前記繊維部材と、前記雄型部材の外周部のうち前記雄歯底部と前記雄歯部の先端部との間において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第2の隙間を形成可能であって、前記繊維部材の変形完了後に、前記第2の隙間が形成される側と反対側にある前記雄歯部の他方の側部によって、前記繊維部材を介して前記雌歯部が押圧されることが好ましい。
上記(4)の構成によれば、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴う繊維部材の変形によって、繊維部材と、雄型部材の外周部のうち雄歯底部と雄歯部の先端部との間において繊維部材と対向する部位とに囲まれた第2の隙間を形成可能であるので、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を緩やかに立ち上げつつ、周方向への雌型部材の回転を開始させることができる。加えて、繊維部材の変形完了後に、第2の隙間が形成される側と反対側にある雄歯部の他方の側部によって、繊維部材を介して雌歯部が押圧されることで、繊維部材の変形が完了した段階から、雄型部材を捩じ回した際の剛性を急峻に立ち上げつつ、雌型部材を周方向に向けて本格的に回転させることができる。これにより、雄型部材を捩じ回した際の剛性を段階的に立ち上げることができる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を効率よく低減することができる。
(5)本発明の雄型部材は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、複数の雌歯部と複数の雌歯底部とが内周部に形成された雌型部材に摺動可能に挿入して構成されるシャフト用構造体に用いられる雄型部材であって、外周部に形成された複数の雄歯部と、外周部に形成された複数の雄歯底部と、前記複数の雄歯部及び前記複数の雄歯底部の外周部表面を覆うように、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材と、を備え、前記雌型部材に挿入された初期状態において、前記繊維部材と、前記雌型部材の内周部のうち前記雌歯部の先端部及び/又は前記雌歯底部において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第1の隙間が形成されるとともに、前記雌歯部の両側部が、対向する前記繊維部材と当接することを特徴とする。
ところで、上記(5)の構成によれば、雄型部材が雌型部材に挿入された状態において雄型部材が捩じ回されると、その力が雌型部材へ伝達されて、第1の隙間の領域が小さくなるように繊維部材が変形する。このとき、繊維部材が圧力を受けた状態で雌型部材の内周面と強く擦れることとなる。しかも、雄型部材が捩じ回される方向は、一方向でなく左右方向に、しかもかなりの頻度でその方向を変えながら捩じ回され続けられ、その都度、繊維部材が雌型部材の内周面との間で繰り返し強く擦れることとなる。したがって、雄型部材の外周部表面を覆うものが通常の未処理の布であれば、すぐさま摩耗して、トルク伝達に支障をきたすおそれがある。この点、本発明のようにゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材を雄型部材の外周部表面を覆うことで、かかるゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材の摩耗が抑制され、シャフト用構造体の寿命の延長を図ることが可能となる。
上記(5)の構成によれば、雌型部材に挿入された際に、雌型部材との間にゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材が設けられるので、雄型部材と雌型部材との間から生じる歯打ち音を抑制しつつ、雄型部材と雌型部材との間での摺動抵抗を低減することができる。更に、雌型部材に挿入された初期状態において、繊維部材と、雌型部材の内周部のうち雌歯部の先端部及び/又は雌歯底部において繊維部材と対向する部位とに囲まれた第1の隙間を設けることによって、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って変形した繊維部材の逃げ道を確保できる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を従来よりも低減でき、シャフトに対して急激に大きな動力が伝達されることを抑制できる。これにより、運転者に従来のような違和感を与えてしまうことを防止できる。また、上記初期状態において、雌歯部の両側部が、対向する繊維部材と当接するので、雄型部材の周方向への捩じ回しを開始した際において、雌歯部の一方の側部と繊維部材との間のガタツキを抑制できる。
(6)上記(5)の雄型部材においては、前記雌型部材に挿入された初期状態から、前記雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って前記繊維部材が変形することによって、前記繊維部材と、前記雌型部材の内周部のうち前記雌歯底部と前記雌歯部の先端部との間において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第2の隙間を形成可能であって、前記第2の隙間が形成される側と反対側にある前記雌歯部の他方の側部が、前記繊維部材の変形完了後に、前記繊維部材を介して前記雄歯部によって押圧されることが好ましい。
上記(6)の構成によれば、雌型部材に挿入された初期状態から、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴う繊維部材の変形によって、繊維部材と、雌型部材の内周部のうち雌歯底部と雌歯部の先端部との間において繊維部材と対向する部位とに囲まれた第2の隙間を形成可能であるので、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を緩やかに立ち上げつつ、周方向への雌型部材の回転を開始させることができる。加えて、繊維部材の変形完了後に、第2の隙間が形成される側と反対側にある雌歯部の他方の側部が、繊維部材を介して雄歯部によって押圧されることで、繊維部材の変形が完了した段階から、雄型部材を捩じ回した際の剛性を急峻に立ち上げつつ、雌型部材を周方向に向けて本格的に回転させることができる。これにより、雄型部材を捩じ回した際の剛性を段階的に立ち上げることができる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を効率よく低減することができる。
(7)本発明の雌型部材は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、複数の雄歯部と、複数の雄歯底部とが外周部に形成された雄型部材が摺動可能に挿入されて構成されるシャフト用構造体に用いられる雌型部材であって、内周部に形成された複数の雌歯部と、内周部に形成された複数の雌歯底部と、前記複数の雌歯部及び前記複数の雌歯底部の内周部表面を覆うように、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材と、を備え、前記雄型部材が挿入された初期状態において、前記繊維部材と、前記雄歯部の先端部及び/又は前記雄歯底部において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第1の隙間が形成されるとともに、前記雄歯部の両側部が、対向する前記繊維部材と当接することを特徴とする。
ところで、上記(7)の構成によれば、雄型部材が雌型部材に挿入された状態において雄型部材が捩じ回されると、その力が雌型部材へ伝達されて、第1の隙間の領域が小さくなるように繊維部材が変形する。このとき、繊維部材が圧力を受けた状態で雄型部材の外周面と強く擦れることとなる。しかも、雄型部材が捩じ回される方向は、一方向でなく左右方向に、しかもかなりの頻度でその方向を変えながら捩じ回され続けられ、その都度、繊維部材が雄型部材の外周面との間で繰り返し強く擦れることとなる。したがって、雌型部材の内周部表面を覆うものが通常の未処理の布であれば、すぐさま摩耗して、トルク伝達に支障をきたすおそれがある。この点、本発明のようにゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材を雌型部材の内周部表面を覆うことで、かかるゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材の摩耗が抑制され、シャフト用構造体の寿命の延長を図ることが可能となる。
上記(7)の構成によれば、雄型部材が雌型部材に挿入された際に、雄型部材との間にゴム又は樹脂を含浸させた繊維部材が設けられるので、雌型部材と雄型部材との間から生じる歯打ち音を抑制しつつ、雌型部材と雄型部材との間での摺動抵抗を低減することができる。更に、雄型部材が挿入された初期状態において、繊維部材と、雄歯部の先端部及び/又は雄歯底部において繊維部材と対向する部位とに囲まれた第1の隙間を設けることによって、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って変形した繊維部材の逃げ道を確保できる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を従来よりも低減でき、シャフトに対して急激に大きな動力が伝達されることを抑制できる。これにより、運転者に従来のような違和感を与えてしまうことを防止できる。また、上記初期状態において、雄歯部の両側部が、対向する繊維部材と当接するので、雄型部材の周方向への捩じ回しを開始した際において、雄歯部の一方の側部と繊維部材との間のガタツキを抑制できる。
(8)上記(7)の雌型部材においては、前記雄型部材が挿入された初期状態から、前記雄型部材の周方向への捩じ回しに伴って前記繊維部材が変形することによって、前記繊維部材と、前記雄型部材の外周部のうち前記雄歯底部と前記雄歯部の先端部との間において前記繊維部材と対向する部位と、に囲まれた第2の隙間を形成可能であって、前記繊維部材の変形完了後に、前記第2の隙間が形成される側と反対側にある前記雄歯部の他方の側部によって、前記繊維部材を介して前記雌歯部が押圧されることが好ましい。
上記(8)の構成によれば、雄型部材が雌型部材に挿入された初期状態から、雄型部材の周方向への捩じ回しに伴う繊維部材の変形によって、繊維部材と、雄型部材の外周部のうち雄歯底部と雄歯部の先端部との間において繊維部材と対向する部位とに囲まれた第2の隙間を形成可能であるので、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を緩やかに立ち上げつつ、周方向への雌型部材の回転を開始させることができる。加えて、繊維部材の変形完了後に、第2の隙間が形成される側と反対側にある雄歯部の他方の側部によって、繊維部材を介して雌歯部が押圧されることで、繊維部材の変形が完了した段階から、雄型部材を捩じ回した際の剛性を急峻に立ち上げつつ、雌型部材を周方向に向けて本格的に回転させることができる。これにより、雄型部材を捩じ回した際の剛性を段階的に立ち上げることができる。その結果、雄型部材を捩じ回した際の初期剛性を効率よく低減することができる。
[第1の実施形態]
以下、図1〜図5を参照しつつ、本発明の第1の実施形態に係るシャフト用構造体(スプライン)、このシャフト用構造体を構成する雄型部材(雄スプライン軸)及び雌型部材(雌スプライン軸)について説明する。
(電動パワーステアリング装置の全体構成)
ここでは、電動パワーステアリング装置の動作説明を兼ねて、各部の構成を説明する。図1に示すように、電動パワーステアリング装置(EPS)1は、操舵部材としてのステアリングホイール2に連結しているステアリングシャフト(シャフト)3と、ステアリングシャフト3の先端部に設けられたピニオンギヤ4及びこのピニオンギヤ4に噛み合うラックギヤ5を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸6とを有している。
ラック軸6の両端部にはそれぞれタイロッド7が結合されており、各タイロッド7は対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する車輪8に連結されている。ステアリングホイール2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転がピニオンギヤ4およびラックギヤ5によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸6の直線運動に変換される。これにより、車輪8の転舵が達成される。
ステアリングシャフト3は、ステアリングホイール2に連なる入力軸9と、ピニオンギヤ4に連なる出力軸10とに分割されており、これら入、出力軸9,10はトーションバー11を介して同一の軸線上で互いに連結されている。また、トーションバー11を介する入、出力軸9,10間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ12が設けられており、このトルクセンサ12のトルク検出結果は制御部13に与えられる。制御部13では、トルク検出結果及び車速検出結果等に基づいて、ドライバ14を介して操舵補助用の電動モータ15への印加電圧を制御する。そして、電動モータ15の回転軸(図示せず)の回転が、減速機構17を介して減速される。減速機構17の出力回転は変換機構18を介してラック軸6の軸方向移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置1はいわゆるラックアシストタイプである。
(シャフト用構造体の構成)
本実施形態に係るシャフト用構造体20は、例えば、上記のステアリングシャフト3に適用されている。なお、以下において、ステアリングシャフト3を単にシャフト3と略記することがある。
本発明に係るシャフト用構造体20は、動力を伝達可能なシャフト3に組み付けられ、該動力を伝達可能な雄型部材及び雌型部材を軸方向に摺動可能に挿入して構成されるものであって、図2に示すように、金属製の雄型部材21、金属製の雌型部材22、及び、ゴム等で含浸処理されて雄型部材21の外周部21c表面を覆うように設けられた繊維部材23を有する。
雄型部材21は、図4(a)に示すように、略円柱状の基軸部21aと、該基軸部21aの一端部から凸状に延びる凸状部21bとを有する。この凸状部21bの外周部21cには、凸状部21bの周方向に沿って所定の隙間を隔てて隣り合う例えば6つの雄歯部21dと、各雄歯部21dの間に形成された例えば6つの雄歯底部21eと、が形成されている。
雌型部材22は、図4(b)に示すように、略円筒状に形成されており、繊維部材23(図4(c)参照)が外周部21cに覆われた雄型部材21を挿入可能な内周部22aを有する。雌型部材22の内周部22aには、雄型部材21の凸状部21bに形成されている雄歯部21dと同数(本実施形態では6つ)の雌歯部22bが、雌型部材22の周方向に所定の隙間を隔てて形成されている。更に、雌型部材22の内周部22aには、隣り合う各雌歯部22bの間において、雄歯底部21eと同数(本実施形態では6つ)の雌歯底部22cが形成されている。なお、この雌歯底部22cは、軸方向断面が略U字形状となるように形成されている。
繊維部材23は、アラミド繊維、ナイロン、ウレタン、木綿、絹、麻、アセテート、レーヨン、フッ素を含む繊維、及び、ポリエステル等によって形成可能であって、ゴム又は樹脂で含浸処理されている。繊維の形状は、例えば短繊維形状又は長繊維形状であってもよく、またシート状の布であってもよい。
ゴム又は樹脂により繊維を含浸処理することで、繊維の間にゴム材又は樹脂材が入り込み、繊維同士を接着させてまとめあげ、繊維部材23のように部材(シート体)として機能させることが可能となる。また、繊維にゴム等が含浸することにより、繊維同士の擦れによる摩耗が低減されると共に、さらには繊維部材23と雌型部材22との間で発生する繊維部材23表面の摩耗性のアップを図ることが可能となる。
なお、ゴムは、繊維を含浸処理できるものであればよい。このゴムとしては、例えば、ウレタンゴム、ニトリルゴム(NBR)、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロヒドリンゴム、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム等を単独で、又はこれらのゴムを各種変性処理したものを使用することができる。これらのゴムは、単独で使用することができるほか、複数種のゴムをブレンドして用いることもできる。また、ゴムには、加硫剤のほか、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、及び、着色剤等の従来からゴムの配合剤として使用していたものを適量配合することができる。これら以外に、繊維部材23の潤滑性を向上させるために、グラファイト、シリコンオイル、フッ素パウダー、又は二硫化モリブデン等の固体潤滑剤がゴムに含まれていてもよい。さらに、上記ゴムの代わりに、又は上記ゴムとともに、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、PET樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、AS樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、アルキド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性樹脂、又は熱硬化樹脂を用いることもできる。
上記のゴム又は樹脂による繊維への含浸処理は、ゴム又は樹脂を溶剤等で溶解し液状とした後、所定の繊維(短繊維、長繊維又は布)をディッピング処理する方法が好適に使用される。実際の使用に際しては、繊維をシート状に形成した布を使用することができる。この布のゴム又は樹脂の含浸処理の方法も上記と同様な方法で行われる。
布を構成するものとしては、繊維を不規則にからめた不織布、規則的に成形した織布、及び、編布(ニット)等が挙げられる。これらの布は、繊維(短繊維又は長繊維)のみから構成されたものと比べ、シート状であることから、ゴム等による含浸処理を行い易く(ハンドリングが容易)、さらに後述するシャフト用構造体の表面にも接着し易いといった特徴を有する。なお、上記織布の織り方については、平織、朱子織、及び綾織等が用いられる。
また、上記の布には、ある程度の伸縮性があるものがよい。布を雄歯部21d及び雄歯底部21eの形状に沿った形へ成型する場合、又は雄型部材21の外周部21c表面に接着する場合、いずれも表面が凹凸形状になっていることから、布に伸縮性があることで、布表面が凹凸形状に追従して馴染みやすく、出来上がった繊維部材23の表面にシワ等が発生しにくく、表面が均一に仕上がるといった利点がある。その結果、雄型部材21の雌型部材22への挿入を滑らかなものとすることができる。さらに、雌型部材22と繊維部材23との間で発生する摺動抵抗を低減することができる。特に、布の伸縮性を示す方向は、少なくとも円筒状の繊維部材23の周方向と一致するように繊維部材23を製造することで、上記のシワ等の発生をより一層抑えることが可能となる。
含浸処理された繊維部材23は、図4(c)に示すように、雄型部材21の外周部21c(図4(a)参照)と略同形状の内周部23aと、雌型部材22の内周部22a(図4(b)参照)に挿入可能な外周部23bとを有している。本実施形態では、図5に示すように、雄型部材21の外周部21cに、含浸処理された繊維部材23が接着されている。ここで使用される接着剤は、アクリル樹脂系接着剤、オレフィン系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、エチレン−酢酸ビニル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、塩化ビニル樹脂系接着剤、クロロプレンゴム系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、シリコン系接着剤、スチレン−ブタジエンゴム系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、ホットメルト接着剤、フェノール樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤、及びレゾルシノール系接着剤等があり、接着剤を加熱融解した状態にして流動性を付与した上で塗布し冷却することにより硬化・接着する方法、及び、接着剤を加熱することで硬化・接着させる方法等がある。
本実施形態において、含浸処理された繊維部材23は、雄型部材21の外周部21cの全周にわたって覆われており、例えば図2に示すように、繊維部材23が接着された雄型部材21は、雌型部材22の端部から軸方向に突き出た先端部分を有している。雄型部材21の先端部分には、シャフト用構造体20の使用状況に応じて適宜加工が施される。
図3(a)は、図2に示すA−A線の矢視断面を拡大した図である。本実施形態のシャフト用構造体20は、図3(a)に示すように、雌型部材22に雄型部材21が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S1を有している。この第1の隙間S1は、繊維部材23と、雌型部材22の内周部22aのうち雌歯部22bの先端部T1において繊維部材23と対向する部位と、に囲まれた隙間である。第1の隙間S1は、雌型部材22の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。更に、シャフト用構造体20では、図3(a)に示すように、上記初期状態において、雌歯部22bの側部22dが、対向する繊維部材23と当接している。なお、図2では、第1の隙間S1が示されていないように見えるが、これは便宜上のものであって実際には第1の隙間S1が存在する。
図3(b)は、上記初期状態(第1の実施形態では図3(a)に示される状態)から雄型部材21を周方向(図3(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ捩じ回した状態の一例を示す図であって、雄型部材21を周方向(図3(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ所定角度(本実施形態では5[°])だけ捩じ回した状態を示している。なお、ここでの所定角度[°]は、シャフト用構造体20の使用状況に応じて適宜変更できる。図3(b)に示すように、本実施形態のシャフト用構造体20では、雄型部材21の周方向(図3(b)中の白抜きで示す矢印方向)への捩じ回しに伴って、繊維部材23を変形させることによって、雌型部材22を周方向(図3(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。
また、本実施形態のシャフト用構造体20は、図3(b)に示す状態において、閉曲線状の第2の隙間S2を形成可能に構成されている。この第2の隙間S2は、繊維部材23と、雌型部材22の内周部22aのうち雌歯底部22cと雌歯部22bの先端部T1との間において繊維部材23と対向する部位と、に囲まれた隙間である。雌歯底部22cと雌歯部22bの先端部T1との間について、より詳しくは、雌歯底部22cの途中部分H1から雌歯部22bの側部22e及び先端部T1に亘って繊維部材23と対向する部位である。第2の隙間S2は、雌型部材22の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。そしてさらに、雄型部材21が周方向(図3(b)中の白抜きで示す矢印方向)に捩じ回されると、繊維部材23が変形するとともに、雌歯部22bにおいて第2の隙間S2が形成される側と反対側にある側部22dが、繊維部材23を介して雄歯部21dによって押圧される。この押圧によって、雌型部材22を周方向(図3(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。このようにして、雄型部材21に追従して雌型部材22が回転し、ピニオンギヤ4(図1参照)が回転することとなる。
ここで、シャフト用構造体20の製法の一例としては、金属材料(図示せず)から図4(a),(b)にそれぞれ示された形状を有する雄型部材21及び雌型部材22を切り出す工程、繊維部材23をゴム等で含浸処理する工程、雄型部材21の外周部21cに含浸処理された繊維部材23を設ける工程、を順次行うことによる製法を挙げることができる。
また、繊維部材23の製法としては、以下のような製法を適宜選択することができる。例えば、図4(c)の繊維部材23を成型する場合、まず内周部23a及び外周部23bをそれぞれ成型することができる内型及び外型を用意する。当然のことながら、内型の外周面及び外型の内周面には、それぞれ、内周部23a及び外周部23bに沿った凹凸形状を備えている。そして、この2つの型の間にゴム又は樹脂で含浸処理された繊維(短繊維又は長繊維、又は布(シート状))を充填したのち、内型及び外型から充填された繊維に圧力及び温度を与え、その後、型から繊維を取り外し、内周部23a及び外周部23bが成型された繊維部材23を得ることができる。
また、繊維部材23の製法としては、内型と外型との間に充填する布を、内型の外形に沿う様な円筒形に仕上げ、その布を内型の外形に沿わせた状態で内型に被せ、その後、上記と同様に圧力及び温度を与え、繊維部材23を成型する方法もある。この場合、布が伸縮性を保有することで、一層、内型及び外型の凹凸形状に沿って繊維部材23の成型が可能となる。その結果、繊維部材23の内周部23a又は外周部23bにシワ等が発生することなく、表面均一な状態の成型品を製造することができる。このような表面均一な繊維部材23が雄型部材21の外周部21cに設けられることで、軸方向の摺動抵抗を一層低減することが可能となる。尚、布の伸縮性を示す方向が、少なくとも円筒状の繊維部材23の周方向と一致するように布を円筒形に仕上げることで、より一層上記のシワ等の発生を抑えることができる。
また、図5に示すように、雄型部材21の外周部21cに、含浸処理された繊維部材23が接着されている場合の製造方法は、上記製造方法の内型をそのまま雄型部材21に置き換え、さらに雄型部材21の金属表面に接着剤を塗ったあと、この雄型部材21と外型との間にゴム又は樹脂で含浸処理された繊維(短繊維又は長繊維、又は布(シート状))を充填したのち、外型から圧力及び温度を与え、その後、外型を取り外し、雄型部材21の外周部21cに繊維部材23が接着された図5の部材を得る。また、上記製造方法と同様に布を雄型部材21の外形に沿う様な円筒形に仕上げ、その布を雄型部材21の外径に沿わせた状態で被せてから、圧力を与え、図5の部材を得てもよい。この場合、布が伸縮性を有することで、雄型部材21の外周部21cに接着された繊維部材23の表面にシワ等が発生しづらく、表面均一な状態の雄型部材21を製造することができることから、シャフト用構造体20の雄型部材21と雌型部材22との間での摺動抵抗を一層低減することが可能となる。尚、布の伸縮性を示す方向が、少なくとも雄型部材21の周方向と一致するように布を円筒形に仕上げることで、より一層上記のシワ等の発生が抑えられることは上述した通りである。
次に、実施例により本発明を具体的に説明する。ここでは、JIS(日本工業規格)に規定されている材料試験によって本実施形態に係る繊維部材23(図2参照)の緩衝部材としての有用性を検討した結果について説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。より具体的に、本発明者は、ニトリルゴムからなるゴム材料単体(硬度:70)と、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料との比較により、ピコ摩耗試験(JIS.K 6264−2)、及び、ヘイドン式の摩擦係数測定試験(JIS.K 7125)を行った。
下記の表1,2は、各試験結果を示している。表1は、上記ピコ摩耗試験の結果である。表2は、上記摩擦係数測定試験の結果である。ここで、表1,2中の「ゴム含浸」とは、本実施形態に係る繊維部材23を構成する材料であって、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料を意味している。「ゴム単独」とは、本実施形態に係る繊維部材23を構成する材料の比較対象であって、ニトリルゴムからなるゴム材料単体を意味している。
表1を見ると、ニトリルゴムからなるゴム材料単体の摩耗量[mg]は、9.9[mg]であったのに対して、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料の摩耗量[mg]は、2.2[mg]であった。すなわち、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料では、比較対象であるゴム材料単体と比べて、摩耗量[mg]を約1/5に低減できることが分かった。
表2を見ると、ニトリルゴムからなるゴム材料単体の摩擦係数は、1.48であったのに対して、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料の摩擦係数は、0.54であった。すなわち、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料では、比較対象であるゴム材料単体と比べて、摩擦係数を約1/3に低減できることが分かった。
上記の結果から、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料が緩衝部材として優れていることが分かった。より具体的には、ゴム材料単体を用いた繊維部材を雄型部材21の外周部21cに形成すると、雄型部材21と雌型部材22との間から発生する歯打ち音を抑制できても、摺動抵抗が大きくなる(摩擦係数が大きくなる)ことが分かった。また、ナイロン66をニトリルゴムで含浸処理した繊維材料を用いた繊維部材23を雄型部材21の外周部21cに形成すると、摺動抵抗を下げることができる(ゴム材料単体を用いた繊維部材を雄型部材21の外周部21cに形成した場合よりも摩擦係数が小さくなる)とともに、耐久性も向上する(ゴム材料単体を用いた繊維部材を雄型部材21の外周部21cに形成した場合よりも摩耗量を少なくできる)ことが分かった。
(本発明の第1の実施形態に係るシャフト用構造体の特徴)
上記構成によれば、雄型部材21の外周部21cに、ゴム等を含浸させた繊維部材23を設けることで、雄型部材21の外周部21cと雌型部材22の内周部22aとの間から発生する歯打ち音といった不快音の抑制、及び、雄型部材21と雌型部材22との間での摺動抵抗の低減といった、互いにトレードオフの関係にある両課題を同時に解決することができる。また、雄型部材21と雌型部材22との間での摺動性が向上することによって、雄型部材21の外周部21cと雌型部材22の内周部22aとの間に潤滑油を供給する必要がなくなり、潤滑油補給等の手間を省くことができる。さらに、繊維部材23をゴム又は樹脂で含浸処理したことで、繊維部材23と雌型部材22の内周部22aとの間で発生する繊維部材23表面の摩耗性を向上させることができる。
また、上記構成に示すように、雄型部材21が雌型部材22に挿入された初期状態において、繊維部材23と、雌型部材22の内周部22aのうち雌歯部22bの先端部T1において繊維部材23と対向する部位とに囲まれた第1の隙間S1を設けることによって、雄型部材21の周方向への捩じ回しに伴って変形した繊維部材23の逃げ道を確保できる。その結果、雄型部材21を捩じ回した際の初期剛性を従来よりも低減でき、シャフト3に対して急激に大きな動力が伝達されることを抑制できる。これにより、運転者に従来のような違和感(ステアリングホイール2の操作が開始された直後に、突然、ステアリングホイール2の操作に要する力が急減するという違和感)を与えてしまうことを防止できる。また、上記初期状態において、雌歯部22bの側部22dが、対向する繊維部材23と当接しているので、雄型部材21の周方向への捩じ回しを開始した際において、雌歯部22bの側部22dと繊維部材23との間のガタツキを抑制できる。
ところで、雄型部材21が雌型部材22に挿入された状態において雄型部材21が捩じ回されると、その力が雌型部材22へ伝達されて、第1の隙間S1の領域が小さくなるように繊維部材23が変形する。このとき、繊維部材23が圧力を受けた状態で雌型部材22の内周面と強く擦れることとなる。しかも、雄型部材22が捩じ回される方向は、一方向でなく左右方向に、しかもかなりの頻度でその方向を変えながら捩じ回され続けられ、その都度、繊維部材23が雌型部材22の内周面との間で繰り返し強く擦れることとなる。したがって、雄型部材21の外周部21c表面を覆うものが通常の未処理の布であれば、すぐさま摩耗して、トルク伝達に支障をきたすおそれがある。この点、第1の実施形態では、ゴム等を含浸させた繊維部材23を雄型部材21の外周部21cの表面を覆うことで、かかるゴム等を含浸させた繊維部材23の摩耗が抑制され、シャフト用構造体20の寿命の延長を図ることが可能となる。
また、上記構成に示すように、雄型部材21の周方向への捩じ回しに伴う繊維部材23の変形によって、繊維部材23と、雌型部材22の内周部22aのうち雌歯底部22cの途中部分H1から雌歯部22bの側部22e及び先端部T1に亘って繊維部材23と対向する部位とに囲まれた第2の隙間S2を形成可能であるので、雄型部材21を捩じ回した際の初期剛性を緩やかに立ち上げつつ、周方向への雌型部材22の回転を開始させることができる。加えて、繊維部材23の変形完了後に、雌歯部22bにおいて第2の隙間S2が形成される側と反対側にある側部22dが、繊維部材23を介して雄歯部21dによって押圧されることで、繊維部材23の変形が完了した段階から、雄型部材21を捩じ回した際の剛性を急峻に立ち上げつつ、雌型部材22を周方向に向けて本格的に回転させることができる。これにより、雄型部材21を捩じ回した際の剛性を段階的に立ち上げることができる。その結果、雄型部材21を捩じ回した際の初期剛性を効率よく低減することができる。
[第2の実施の形態]
次に、図6〜図10を参照しつつ、本発明の第2の実施形態に係るシャフト用構造体(スプライン)、このシャフト用構造体を構成する雄型部材(雄スプライン軸)及び雌型部材(雌スプライン軸)について説明する。なお、第1実施の形態の部位1〜15,17,18と、本実施の形態の部位101〜115,117,118とは、順に同様のものであるので、詳細な説明を省略することがある。
(電動パワーステアリング装置の全体構成)
図6に示すように、電動パワーステアリング装置(EPS)101は、操舵部材としてのステアリングホイール102に連結しているステアリングシャフト(シャフト)103と、ステアリングシャフト103の先端部に設けられたピニオンギヤ104及びこのピニオンギヤ104に噛み合うラックギヤ105を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸106とを有している。
(シャフト用構造体の構成)
本実施形態に係るシャフト用構造体は、例えば、上記のステアリングシャフト103に適用されている。なお、以下において、ステアリングシャフト103を単にシャフト103と略記することがある。
本発明に係るシャフト用構造体120は、動力を伝達可能なシャフト103に組み付けられ、該動力を伝達可能な雄型部材及び雌型部材を軸方向に摺動可能に挿入して構成されるものであって、図7に示すように、金属製の雄型部材121、金属製の雌型部材122、及び、ゴム等で含浸処理されて雌型部材122の内周部122a表面を覆うように設けられた繊維部材123を有する。
雄型部材121は、図9(a)に示すように、略円柱状の基軸部121aと、該基軸部121aの一端部から凸状に延びる凸状部121bとを有する。この凸状部121bの外周部121cには、凸状部121bの周方向に沿って所定の隙間を隔てて隣り合う例えば6つの雄歯部121dと、各雄歯部121dの間に形成された例えば6つの雄歯底部121eと、が形成されている。凸状部121bの外周部121cは、繊維部材123(図9(c)参照)で内周部122aが覆われた雌型部材122へ挿入可能に構成されている。
雌型部材122は、図9(b)に示すように、略円筒状に形成されている。雌型部材122の内周部122aには、雄型部材121の凸状部121bに形成されている雄歯部121dと同数(本実施形態では6つ)の雌歯部122bが、雌型部材122の周方向に所定の隙間を隔てて形成されている。更に、雌型部材122の内周部122aには、隣り合う各雌歯部122bの間において、雄歯底部121eと同数(本実施形態では6つ)の雌歯底部122cが形成されている。なお、この雌歯底部122cは、軸方向断面が略U字形状となるように形成されている。
繊維部材123は、第1の実施形態の繊維部材23と同様の材料を用いて形成可能であって、ゴム又は樹脂で含浸処理されている。繊維の形状は、例えば短繊維形状又は長繊維形状であってもよく、またシート状の布であってもよい。
ゴム又は樹脂により繊維を含浸処理することで、繊維の間にゴム材又は樹脂材が入り込み、繊維同士を接着させてまとめあげ、繊維部材123のように部材(シート体)として機能させることが可能となる。また、繊維にゴム等が含浸することにより、繊維同士の擦れによる摩耗が低減されると共に、さらには繊維部材123と雄型部材121との間で発生する繊維部材123表面の摩耗性のアップを図ることが可能となる。
なお、ゴムは、繊維を含浸処理できるものであればよく、第1の実施形態で例示したものを使用することができる。これらのゴムは、第1の実施形態と同様に、単独で使用することができるほか、複数種のゴムをブレンドして用いることもできる。また、ゴムには、第1の実施形態で例示した配合剤を適量配合することができる。これら以外に、繊維部材123の潤滑性を向上させるために、グラファイト、シリコンオイル、フッ素パウダー、又は二硫化モリブデン等の固体潤滑剤がゴムに含まれていてもよい。さらに、上記ゴムの代わりに、又は上記ゴムとともに、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、PET樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、AS樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、アルキド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性樹脂、又は熱硬化樹脂を用いることもできる。
上記のゴム又は樹脂による繊維への含浸処理は、第1の実施形態と同様に、ゴム又は樹脂を溶剤等で溶解し液状とした後、所定の繊維(短繊維、長繊維又は布)をディッピング処理する方法が好適に使用される。実際の使用に際しては、繊維をシート状に形成した布を使用することができる。この布のゴム又は樹脂の含浸処理の方法も上記と同様な方法で行われる。
また、上記の布には、第1の実施形態と同様に、ある程度の伸縮性があるものがよい。布を雌歯部122b及び雌歯底部122cの形状に沿った形へ成型する場合、又は雌型部材122の内周部122a表面に接着する場合、いずれも表面が凹凸形状になっていることから、布に伸縮性があることで、布表面が凹凸形状に追従して馴染みやすく、出来上がった繊維部材123の表面にシワ等が発生しにくく、表面が均一に仕上がるといった利点がある。その結果、雄型部材121の雌型部材122への挿入を滑らかなものとすることができる。さらに、雄型部材121と繊維部材123との間で発生する摺動抵抗を低減することができる。特に、布の伸縮性を示す方向は、少なくとも円筒状の繊維部材123の周方向と一致するように繊維部材123を製造することで、上記のシワ等の発生をより一層抑えることが可能となる。
含浸処理された繊維部材123は、図9(c)に示すように、雄型部材121の外周部121c(図9(a)参照)を挿入可能な内周部123aと、雌型部材122の内周部122a(図9(b)参照)と略同形状の外周部123bとを有している。本実施形態では、図10に示すように、雌型部材122の内周部122aに、含浸処理された繊維部材123が接着されている。ここで使用される接着剤は、第1の実施形態で例示したものを使用することができる。
本実施形態において、含浸処理された繊維部材123は、雌型部材122の内周部122aの全周にわたって覆われており、例えば図7に示すように、雄型部材121は、雌型部材122の端部から軸方向に突き出た先端部分を有している。雄型部材121の先端部分には、シャフト用構造体120の使用状況に応じて適宜加工が施される。
図8(a)は、図7に示すB−B線の矢視断面を拡大した図である。本実施形態のシャフト用構造体120は、図8(a)に示すように、雌型部材122に雄型部材121が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S11を有している。この第1の隙間S11は、繊維部材123と、雄歯底部121eにおいて繊維部材123と対向する部位と、に囲まれた隙間である。第1の隙間S11は、雌型部材122の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。更に、シャフト用構造体120では、図8(a)に示すように、上記初期状態において、雄歯部121dの側部121fが、対向する繊維部材123と当接している。なお、図7では、第1の隙間S11が示されていないように見えるが、これは便宜上のものであって、実際には存在する。
図8(b)は、上記初期状態(第2の実施形態では図8(a)に示される状態)から雄型部材121を周方向(図8(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ捩じ回した状態の一例を示す図であって、雄型部材121を周方向(図8(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ所定角度(本実施形態では5[°])だけ捩じ回した状態を示している。なお、ここでの所定角度[°]は、シャフト用構造体120の使用状況に応じて適宜変更できる。図8(b)に示すように、本実施形態のシャフト用構造体120では、雄型部材121の周方向(図8(b)中の白抜きで示す矢印方向)への捩じ回しに伴って、繊維部材123を変形させることによって、雌型部材122を周方向(図8(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。
また、本実施形態のシャフト用構造体120は、図8(b)に示す状態において、閉曲線状の第2の隙間S12を形成可能に構成されている。この第2の隙間S12は、繊維部材123と、雄型部材121の外周部121cのうち雄歯底部121eと雄歯部121dの先端部T11との間において繊維部材123と対向する部位と、に囲まれた隙間である。雄歯底部121eと雄歯部121dの先端部T11との間について、より詳しくは、雄歯底部121eの途中部分H11から雄歯部121dの側部121g及び先端部T11に亘って繊維部材123と対向する部位である。第2の隙間S12は、雌型部材122の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。そしてさらに、雄型部材121が周方向(図8(b)中の白抜きで示す矢印方向)に捩じ回されると、繊維部材123が変形するとともに、雄歯部121dにおいて第2の隙間S12が形成される側と反対側にある側部121fによって、繊維部材123を介して雌歯部122bが押圧される。この押圧によって、雌型部材122を周方向(図8(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。このようにして、雄型部材121に追従して雌型部材122が回転し、ピニオンギヤ104(図6参照)が回転することとなる。
ここで、シャフト用構造体120の製法の一例としては、金属材料(図示せず)から図9(a),(b)にそれぞれ示された形状を有する雄型部材121及び雌型部材122を切り出す工程、繊維部材123をゴム等で含浸処理する工程、雌型部材122の内周部122aに含浸処理された繊維部材123を設ける工程、を順次行うことによる製法を挙げることができる。
また、繊維部材123の製法としては、以下のような製法を適宜選択することができる。例えば、図9(c)の繊維部材123を成型する場合、まず内周部123a及び外周部123bをそれぞれ成型することができる内型及び外型を用意する。当然のことながら、内型の外周面及び外型の内周面には、それぞれ、内周部123a及び外周部123bに沿った凹凸形状を備えている。そして、この2つの型の間にゴム又は樹脂で含浸処理された繊維(短繊維又は長繊維、又は布(シート状))を充填したのち、内型及び外型から充填された繊維に圧力及び温度を与え、その後、型から繊維を取り外し、内周部123a及び外周部123bが成型された繊維部材123を得ることができる。
また、繊維部材123の製法としては、内型と外型との間に充填する布を、内型の外形に沿う様な円筒形に仕上げ、その布を内型の外形に沿わせた状態で内型に被せ、その後、上記と同様に圧力及び温度を与え、繊維部材123を成型する方法もある。この場合、布が伸縮性を保有することで、一層、内型及び外型の凹凸形状に沿って繊維部材123の成型が可能となる。その結果、繊維部材123の内周部123a又は外周部123bにシワ等が発生することなく、表面均一な状態の成型品を製造することができる。このような表面均一な繊維部材123が雌型部材122の内周部122aに設けられることで、軸方向の摺動抵抗を一層低減することが可能となる。尚、布の伸縮性を示す方向が、少なくとも円筒状の繊維部材123の周方向と一致するように布を円筒形に仕上げることで、より一層上記のシワ等の発生を抑えることができる。
また、図10に示すように、雌型部材122の内周部122aに、含浸処理された繊維部材123が接着されている場合の製造方法は、上記製造方法の内型をそのまま雌型部材122に置き換え、さらに雌型部材122の金属表面に接着剤を塗ったあと、この雌型部材122と外型との間にゴム又は樹脂で含浸処理された繊維(短繊維又は長繊維、又は布(シート状))を充填したのち、外型から圧力及び温度を与え、その後、外型を取り外し、雌型部材122の内周部122aに繊維部材123が接着された図10の部材を得る。また、上記製造方法と同様に布を雌型部材122の内形に沿う様な円筒形に仕上げ、その布を雄型部材21の内径に沿わせた状態で被せてから、圧力を与え、図10の部材を得てもよい。この場合、布が伸縮性を有することで、雌型部材122の内周部122aに接着された繊維部材123の表面にシワ等が発生しづらく、表面均一な状態の雌型部材122を製造することができることから、シャフト用構造体120の雄型部材121と雌型部材122との間での摺動抵抗を一層低減することが可能となる。尚、布の伸縮性を示す方向が、少なくとも雌型部材122の周方向と一致するように布を円筒形に仕上げることで、より一層上記のシワ等の発生が抑えられることは上述した通りである。
(本発明の第2の実施形態に係るシャフト用構造体の特徴)
上記構成によれば、雌型部材122の内周部122aに、ゴム等を含浸させた繊維部材123を設けることで、雄型部材121の外周部21cと雌型部材122の内周部122aとの間から発生する歯打ち音といった不快音の抑制、及び、雄型部材121と雌型部材122との間での摺動抵抗の低減といった、互いにトレードオフの関係にある両課題を同時に解決することができる。また、雄型部材121と雌型部材122との間での摺動性が向上することによって、雄型部材121の外周部121cと雌型部材122の内周部122aとの間に潤滑油を供給する必要がなくなり、潤滑油補給等の手間を省くことができる。さらに、繊維部材123をゴム又は樹脂で含浸処理したことで、繊維部材123と雄型部材121の外周部121cとの間で発生する繊維部材123表面の摩耗性を向上させることができる。
また、上記構成に示すように、雌型部材122に雄型部材121が挿入された初期状態において、繊維部材123と、雄歯底部121eにおいて繊維部材123と対向する部位とに囲まれた第1の隙間S11を設けることによって、雄型部材121の周方向への捩じ回しに伴って変形した繊維部材123の逃げ道を確保できる。その結果、雄型部材121を捩じ回した際の初期剛性を従来よりも低減でき、シャフト103に対して急激に大きな動力が伝達されることを抑制できる。これにより、運転者に従来のような違和感(ステアリングホイール102の操作が開始された直後に、突然、ステアリングホイール102の操作に要する力が急減するという違和感)を与えてしまうことを防止できる。また、上記初期状態において、雄歯部121dの側部121fが、対向する繊維部材123と当接しているので、雄型部材121の周方向への捩じ回しを開始した際において、雄歯部121dの側部121fと繊維部材123との間のガタツキを抑制できる。
ところで、雄型部材121が雌型部材122に挿入された状態において雄型部材122が捩じ回されると、その力が雌型部材122へ伝達されて、第1の隙間S11の領域が小さくなるように繊維部材123が変形する。このとき、繊維部材123が圧力を受けた状態で雄型部材121の外周部121cと強く擦れることとなる。しかも、雄型部材121が捩じ回される方向は、一方向でなく左右方向に、しかもかなりの頻度でその方向を変えながら捩じ回され続けられ、その都度、繊維部材123が雄型部材122の外周面との間で繰り返し強く擦れることとなる。したがって、雌型部材122の内周部122a表面を覆うものが通常の未処理の布であれば、すぐさま摩耗して、トルク伝達に支障をきたすおそれがある。この点、第2の実施形態では、ゴム等を含浸させた繊維部材123を雌型部材122の内周部122a表面を覆うことで、かかるゴム等を含浸させた繊維部材123の摩耗が抑制され、シャフト用構造体120の寿命の延長を図ることが可能となる。
また、上記構成に示すように、雄型部材121の周方向への捩じ回しに伴う繊維部材123の変形によって、繊維部材123と、雄型部材121の外周部121cのうち雄歯底部121eの途中部分H11から雄歯部121dの側部121g及び先端部T11に亘って繊維部材123と対向する部位とに囲まれた第2の隙間S12を形成可能であるので、雄型部材121を捩じ回した際の初期剛性を緩やかに立ち上げつつ、周方向への雌型部材122の回転を開始させることができる。加えて、繊維部材123の変形完了後に、雄歯部121dにおいて第2の隙間S2が形成される側と反対側にある側部121fによって、繊維部材123を介して雌歯部122bが押圧されることで、繊維部材123の変形が完了した段階から、雄型部材121を捩じ回した際の剛性を急峻に立ち上げつつ、雌型部材122を周方向に向けて本格的に回転させることができる。これにより、雄型部材121を捩じ回した際の剛性を段階的に立ち上げることができる。その結果、雄型部材121を捩じ回した際の初期剛性を効率よく低減することができる。
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、上記各実施形態では、本実施形態に係るシャフト用構造体を車両用のステアリングシャフト3,103に適用する例について述べたが、本発明はこれに限定されず、各種産業機械で用いられるシャフトに適用できる。
また、上記各実施形態では、繊維部材23,123をゴム等で含浸処理する例について述べたが、本発明はこれに限定されず、ゴム等で含浸処理することができるとともに金属面との間での摺動抵抗が低い繊維であれば良く、また繊維をシート状に形成した布でもよい。例えば、ゴム等で含浸処理された帆布、ベルベット、デニム、織布、編布を採用することができる。また、縦横一方に伸縮する、又は縦横両方に伸縮する繊維を採用してもよい。
なお、上記第1実施形態では、シャフト用構造体20が、雌型部材22に雄型部材21が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S1を有する例について述べたが(図3(a)参照)、本発明はこれに限定されない。図11は、本発明の第1の実施形態に係るシャフト用構造体の変形例を示す図であって、(a)が、雌型部材に雄型部材を挿入した初期状態を示す図である。(b)が、初期状態から雄型部材を周方向へ捩じ回した状態の一例を示す図である。本変形例に係るシャフト用構造体220は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、該動力を伝達可能な雄型部材及び雌型部材を軸方向に摺動可能に挿入して構成されるものであって、図11に示すように、金属製の雄型部材221、金属製の雌型部材222、及び、ゴム等で含浸処理されて雄型部材221の外周部表面を覆うように設けられた繊維部材223を有する。なお、第1実施形態の部位21,22と、本変形例の部位221,222(図示していない部位がある)とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。シャフト用構造体220は、図11(a)に示すように、雌型部材222に雄型部材221が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S21を有している。この第1の隙間S21は、繊維部材223と、雌型部材222の内周部222aのうち雌歯底部222cにおいて繊維部材223と対向する部位と、に囲まれた隙間である。第1の隙間S21は、雌型部材222の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。更に、シャフト用構造体220では、図11(a)に示すように、上記初期状態において、雌歯部222bの側部222dが、対向する繊維部材223と当接している。
図11(b)は、上記初期状態(本変形例では図11(a)に示される状態)から雄型部材221を周方向(図11(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ捩じ回した状態の一例を示す図であって、雄型部材221を周方向(図11(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ所定角度(本実施形態では5[°])だけ捩じ回した状態を示している。なお、ここでの所定角度[°]は、シャフト用構造体220の使用状況に応じて適宜変更できる。図11(b)に示すように、シャフト用構造体220では、雄型部材221の周方向(図11(b)中の白抜きで示す矢印方向)への捩じ回しに伴って、繊維部材223を変形させることによって、雌型部材222を周方向(図11(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。
また、シャフト用構造体220は、図11(b)に示す状態において、閉曲線状の第2の隙間S22を形成可能に構成されている。この第2の隙間S22は、繊維部材223と、雌型部材222の内周部222aのうち雌歯底部222cと雌歯部222bの先端部T21との間において繊維部材23と対向する部位と、に囲まれた隙間である。雌歯底部222cと雌歯部222bの先端部T21との間について、より詳しくは、雌歯底部222cの途中部分H21から雌歯部222bの側部222e及び先端部T21に亘って繊維部材223と対向する部位である。第2の隙間S22は、雌型部材222の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。そしてさらに、雄型部材221が周方向(図11(b)中の白抜きで示す矢印方向)に捩じ回されると、繊維部材223が変形するとともに、雌歯部222bにおいて第2の隙間S22が形成される側と反対側にある側部222dが、繊維部材223を介して雄歯部221dによって押圧される。この押圧によって、雌型部材222を周方向(図11(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。このようにして、雄型部材221に追従して雌型部材222が回転し、ピニオンギヤ(不図示)が回転することとなる。本変形例に係るシャフト用構造体220においても、上記第1実施形態に係るシャフト用構造体20と同様の効果を得ることができる。
図12は、本発明の第1の実施形態に係るシャフト用構造体の別の変形例を示す図であって、(a)が、雌型部材に雄型部材を挿入した初期状態を示す図である。(b)が、初期状態から雄型部材を周方向へ捩じ回した状態の一例を示す図である。本変形例に係るシャフト用構造体320は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、該動力を伝達可能な雄型部材及び雌型部材を軸方向に摺動可能に挿入して構成されるものであって、図12に示すように、金属製の雄型部材321、金属製の雌型部材322、及び、ゴム等で含浸処理されて雄型部材321の外周部表面を覆うように設けられた繊維部材323を有する。なお、第1実施形態の部位21,22と、本変形例の部位321,322(図示していない部位がある)とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。シャフト用構造体320は、図12(a)に示すように、雌型部材322に雄型部材321が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S31(S31a,S31b)を有している。第1の隙間S31は、雌型部材322の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。第1の隙間S31のうち隙間S31aは、繊維部材323と、雌型部材322の内周部322aのうち雌歯部322bの先端部T31において繊維部材323と対向する部位と、に囲まれた隙間である。第1の隙間S31のうち隙間S31bは、繊維部材323と、雌型部材322の内周部322aのうち雌歯底部322cにおいて繊維部材323と対向する部位と、に囲まれた隙間である。更に、シャフト用構造体320では、図12(a)に示すように、上記初期状態において、雌歯部322bの側部322dが、対向する繊維部材323と当接している。
図12(b)は、上記初期状態(本変形例では図12(a)に示される状態)から雄型部材321を周方向(図12(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ捩じ回した状態の一例を示す図であって、雄型部材321を周方向(図12(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ所定角度(本実施形態では5[°])だけ捩じ回した状態を示している。なお、ここでの所定角度[°]は、シャフト用構造体320の使用状況に応じて適宜変更できる。図12(b)に示すように、シャフト用構造体320では、雄型部材321の周方向(図12(b)中の白抜きで示す矢印方向)への捩じ回しに伴って、繊維部材323を変形させることによって、雌型部材322を周方向(図12(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。
また、シャフト用構造体320は、図12(b)に示す状態において、閉曲線状の第2の隙間S32を形成可能に構成されている。この第2の隙間S32は、繊維部材323と、雌型部材322の内周部322aのうち雌歯底部322cと雌歯部322bの先端部T31との間において繊維部材323と対向する部位と、に囲まれた隙間である。雌歯底部322cと雌歯部322bの先端部T31との間について、より詳しくは、雌歯底部322cの途中部分H31から雌歯部322bの側部322e及び先端部T31に亘って繊維部材323と対向する部位である。第2の隙間S32は、雌型部材322の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。そしてさらに、雄型部材321が周方向(図12(b)中の白抜きで示す矢印方向)に捩じ回されると、繊維部材323が変形するとともに、雌歯部322bにおいて第2の隙間S32が形成される側と反対側にある側部322dが、繊維部材323を介して雄歯部321dによって押圧される。この押圧によって、雌型部材322を周方向(図12(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。このようにして、雄型部材321に追従して雌型部材322が回転し、ピニオンギヤ(不図示)が回転することとなる。本変形例に係るシャフト用構造体320においても、上記第1実施形態に係るシャフト用構造体20と同様の効果を得ることができる。
なお、上記第2実施形態では、シャフト用構造体120が、雌型部材122に雄型部材121が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S11を有する例について述べたが(図8(a)参照)、本発明はこれに限定されない。図13は、本発明の第2の実施形態に係るシャフト用構造体の変形例を示す図であって、(a)が、雌型部材に雄型部材を挿入した初期状態を示す図である。(b)が、初期状態から雄型部材を周方向へ捩じ回した状態の一例を示す図である。本変形例に係るシャフト用構造体420は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、該動力を伝達可能な雄型部材及び雌型部材を軸方向に摺動可能に挿入して構成されるものであって、図13に示すように、金属製の雄型部材421、金属製の雌型部材422、及び、ゴム等で含浸処理されて雌型部材422の内周部表面を覆うように設けられた繊維部材423を有する。なお、第2実施形態の部位122,123と、本変形例の部位422,423(図示していない部位がある)とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。シャフト用構造体420は、図13(a)に示すように、雌型部材422に雄型部材421が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S41を有している。この第1の隙間S41は、繊維部材423と、雄歯部421dの先端部T41において繊維部材423と対向する部位と、に囲まれた隙間である。第1の隙間S41は、雌型部材422の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。更に、シャフト用構造体420では、図13(a)に示すように、上記初期状態において、雄歯部421dの側部421fが、対向する繊維部材123と当接している。
図13(b)は、上記初期状態(本変形例では図13(a)に示される状態)から雄型部材421を周方向(図13(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ捩じ回した状態の一例を示す図であって、雄型部材421を周方向(図13(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ所定角度(本実施形態では5[°])だけ捩じ回した状態を示している。なお、ここでの所定角度[°]は、シャフト用構造体420の使用状況に応じて適宜変更できる。図13(b)に示すように、シャフト用構造体420では、雄型部材421の周方向(図13(b)中の白抜きで示す矢印方向)への捩じ回しに伴って、繊維部材423を変形させることによって、雌型部材422を周方向(図13(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。
また、シャフト用構造体420は、図13(b)に示す状態において、閉曲線状の第2の隙間S42を形成可能に構成されている。この第2の隙間S42は、繊維部材423と、雄型部材421の外周部421cのうち雄歯底部421eと雄歯部421dの先端部T41との間において繊維部材423と対向する部位と、に囲まれた隙間である。雄歯底部421eと雄歯部421dの先端部T41との間について、より詳しくは、雄歯底部421eの途中部分H41から雄歯部421dの側部421g及び先端部T41に亘って繊維部材423と対向する部位である。第2の隙間S42は、雌型部材422の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。そしてさらに、雄型部材421が周方向(図13(b)中の白抜きで示す矢印方向)に捩じ回されると、繊維部材423が変形するとともに、雄歯部421dにおいて第2の隙間S42が形成される側と反対側にある側部421fによって、繊維部材423を介して雌歯部422bが押圧される。この押圧によって、雌型部材422を周方向(図13(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。このようにして、雄型部材421に追従して雌型部材422が回転し、ピニオンギヤ(不図示)が回転することとなる。本変形例に係るシャフト用構造体420においても、上記第2実施形態に係るシャフト用構造体120と同様の効果を得ることができる。
図14は、本発明の第2の実施形態に係るシャフト用構造体の別の変形例を示す図であって、(a)が、雌型部材に雄型部材を挿入した初期状態を示す図である。(b)が、初期状態から雄型部材を周方向へ捩じ回した状態の一例を示す図である。本変形例に係るシャフト用構造体520は、動力を伝達可能なシャフトに組み付けられ、該動力を伝達可能な雄型部材及び雌型部材を軸方向に摺動可能に挿入して構成されるものであって、図14に示すように、金属製の雄型部材521、金属製の雌型部材522、及び、ゴム等で含浸処理されて雌型部材522の内周部表面を覆うように設けられた繊維部材523を有する。なお、第2実施形態の部位122,123と、本変形例の部位522,523(図示していない部位がある)とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。シャフト用構造体520は、図14(a)に示すように、雌型部材522に雄型部材521が挿入された初期状態において、閉曲線状の第1の隙間S51(S51a,S51b)を有している。第1の隙間S51は、雌型部材522の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。第1の隙間S51のうち隙間S51aは、繊維部材523と、雄歯底部421eにおいて繊維部材523と対向する部位と、に囲まれた隙間である。第1の隙間S51のうち隙間S51bは、繊維部材523と、雄歯部521dの先端部T51において繊維部材523と対向する部位と、に囲まれた隙間である。更に、シャフト用構造体520では、図14(a)に示すように、上記初期状態において、雄歯部521dの側部521fが、対向する繊維部材523と当接している。
図14(b)は、上記初期状態(本変形例では図14(a)に示される状態)から雄型部材521を周方向(図14(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ捩じ回した状態の一例を示す図であって、雄型部材521を周方向(図14(b)中の白抜きで示す矢印方向)へ所定角度(本実施形態では5[°])だけ捩じ回した状態を示している。なお、ここでの所定角度[°]は、シャフト用構造体520の使用状況に応じて適宜変更できる。図14(b)に示すように、シャフト用構造体520では、雄型部材521の周方向(図14(b)中の白抜きで示す矢印方向)への捩じ回しに伴って、繊維部材523を変形させることによって、雌型部材522を周方向(図14(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。
また、シャフト用構造体520は、図14(b)に示す状態において、閉曲線状の第2の隙間S52を形成可能に構成されている。この第2の隙間S52は、繊維部材523と、雄型部材521の外周部521cのうち雄歯底部521eと雄歯部521dの先端部T51との間において繊維部材523と対向する部位と、に囲まれた隙間である。雄歯底部521eと雄歯部521dの先端部T51との間について、より詳しくは、雄歯底部521eの途中部分H51から雄歯部521dの側部521g及び先端部T51に亘って繊維部材523と対向する部位である。第2の隙間S52は、雌型部材522の軸方向に沿って全長に亘って形成されている。そしてさらに、雄型部材521が周方向(図14(b)中の白抜きで示す矢印方向)に捩じ回されると、繊維部材523が変形するとともに、雄歯部521dにおいて第2の隙間S52が形成される側と反対側にある側部521fによって、繊維部材523を介して雌歯部522bが押圧される。この押圧によって、雌型部材522を周方向(図14(b)中の白抜きで示す矢印方向)に回転させることができる。このようにして、雄型部材521に追従して雌型部材522が回転し、ピニオンギヤ(不図示)が回転することとなる。本変形例に係るシャフト用構造体520においても、上記第2実施形態に係るシャフト用構造体120と同様の効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態及び各変形例では、第1及び第2の隙間を、雌型部材の軸方向に沿って全長に亘って形成する例について述べた。しかし、本発明の作用効果を奏することができる範囲内であれば、第1及び第2隙間を、雌型部材の軸方向に沿って必ずしも全長に亘って形成しなくとも、雌型部材の軸方向に沿う一部分に形成するものであってもよい。
また、上記各実施形態及び各変形例におけるシャフト用構造体は、雄型部材21,121を雌型部材22,122に内挿させた上で用いられるものであるから、雄型部材21,121を雌型部材22,122にスムーズに内挿できるように、雌型部材22,122に内挿される側の雄型部材21,121の端部、及び/又は、雄型部材21,121が内挿される側の雌型部材22,122の端部に、テーパ部が形成されていることが好ましい。雌型部材22,122に内挿される側の雄型部材21,121の端部にテーパ部が形成される場合には、この雄型部材21,121の端部に、僅かに先細りとなるテーパ部が形成される。また、雄型部材21,121が内挿される側の雌型部材22,122の端部にテーパ部が形成される場合には、この雌型部材22,122の端部に、僅かにラッパ形状となるテーパ部が形成される。
また、上記各実施形態び各変形例では、第1及び第2の隙間を、閉曲線状に形成する例について述べた。しかし、本発明の作用効果を奏することができる範囲内であれば、第1及び第2の隙間を、必ずしも閉曲線状に形成する必要はなく、どのような形状に形成してもよい。
また、上記各実施形態び各変形例では、初期状態から雄型部材を周方向に沿って時計回りに捩じ回す例について述べた。しかし、本発明の作用効果を奏することができる範囲内であれば、雄型部材を、必ずしも時計回りに捩じ回す必要はなく、反時計回りに捩じ回してもよい。
また、ゴムを含浸させた繊維部材を、雄型部材の外周部に接着させる手法としては、例えば、図15において、本発明の第1の実施形態に係るシャフト用構造体20の変形例に係るシャフト用構造体620に示すように、ゴムを含浸させた繊維部材623aと、雄型部材621の外周部621cとの間に、繊維部材623aと一体化されたゴム層623bを設け、このゴム層623bと雄型部材621の外周部621cとを接着剤によって接着させるようにしてもよい。これにより、金属面(雄型部材621の外周部621cの面)と繊維部材623aとの接着強度を向上することができる。同様に、本発明の第2の実施形態に係るシャフト用構造体120の変形例に係るシャフト用構造体においても、ゴムを含浸させた繊維部材を、雄雌型部材の内周部に接着させる手法としては、例えば、ゴムを含浸させた繊維部材と、雌型部材の内周部との間に、繊維部材と一体化されたゴム層を設け、このゴム層と雌型部材の内周部とを接着剤によって接着させるようにしてもよい。これにより、金属面(雌型部材の内周部の面)と繊維部材との接着強度を向上することができる。