JP5060434B2 - スプラインシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置におけるスプラインを介して伸縮するシャフトを構成するものであって、スプラインによる伸縮性を良好にするための樹脂被覆をスプラインに極めて強固に装着することができ、且つ耐久性のあるものにできるスプラインシャフト及びその製造方法に関する。

一般に、自動車のステアリング装置におけるステアリングシャフトは、スプラインを介して伸縮自在な構成となっている。スプライン同士の摺動時における摩擦を減少させるために、その一部分を樹脂材料層によって被覆することが広く知られている。この種の従来技術として、たとえば特許文献１では、伝導軸上にスプラインの歯底円の直径よりも小さな直径の環状溝が少なくとも１個設けられている。そして、伝導軸を射出成形金型の型空所に収容し、その環状溝の位置に溶融した樹脂を流し込み、伝導軸のスプラインが形成された外周部を被覆するものである。この特許文献１では、環状溝の箇所から樹脂を流すことで、スプラインが形成された外周部に、規則正しく且つ均一に樹脂を供給することが可能となる。
特公平２−１９３２５号

しかし、上記特許文献１では、金型から伝導軸を取り出す際に、スプラインを被覆している樹脂部が剥がれる恐れがある。そこで、本発明の目的（技術的課題）は、ステアリング装置におけるスプラインを介して伸縮するシャフトにおいて、軸方向の伸縮性を良好にするための樹脂被覆をスプラインに極めて強固に装着でき、且つ耐久性のあるものにできるスプラインシャフト及びその製造方法に関する。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、軸部の軸方向端部側で且つ周方向に複数の歯形部からなるスプライン部と、該スプライン部の軸方向に直交し且つ周方向に沿って形成され前記スプライン部の歯底部よりも深くなる底面を有する主凹部と、該主凹部の軸方向両側であって該主凹部よりも浅く且つ前記スプライン部の歯底部よりも深く形成された副凹部とからなる伝動軸と、樹脂被覆部とからなり、該樹脂被覆部は、前記スプライン部の各歯形部及び歯底部を樹脂で被覆すると共に、前記主凹部及び副凹部の周方向に充填されてなるスプラインシャフトとしたことにより、上記課題を解決したものである。

請求項２の発明を、前述の構成において、前記スプライン部の歯底円の直径は、前記軸部の直径より大なるスプラインシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、前述の構成において、前記主凹部の周方向に直交する断面形状は略方形状としてなるスプラインシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。請求項４の発明を、前述の構成において、前記副凹部の周方向に直交する断面形状は略方形状としてなるスプラインシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項５の発明を、軸部の軸方向端部側で且つ周方向に複数の歯形部からなるスプライン部と、該スプライン部の軸方向に直交し且つ周方向に沿って形成され前記スプライン部の歯底部よりも深くなる底面を有する主凹部と、該主凹部の軸方向両側であって該主凹部よりも浅く且つ前記スプライン部の歯底部よりも深く形成された副凹部とからなる伝動軸を、前記スプライン部よりも僅かに大きい歯形成形部を有する金型に挿入配置し、前記主凹部の位置は前記金型に設けられた注湯路とを合わせ、該注湯路から前記主凹部に溶融樹脂を注湯しつつ、前記スプライン部及び前記副凹部に溶融樹脂にて樹脂被覆部を形成してなるスプラインシャフトの製造方法としたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、主凹部は、スプライン部の軸方向に直交し且つ周方向に沿って形成され、且つ前記スプライン部の歯底部よりも深くなる底面を有するものであり、副凹部は前記スプライン部の歯底部よりも深く形成されたものであり、且つ前記主凹部よりも浅く形成されたものである。よって、スプライン部に樹脂被覆部が被覆形成された構造は、前記主凹部箇所では、最も体積の大きく且つ強固な環状の樹脂からなる主係止部が形成される。さらに、前記副凹部についてもスプライン部の歯底部よりも深い環状の樹脂からなり、前記主凹部箇所の樹脂被覆よりも体積の小さい副係止部が形成される。

前記主係止部は、樹脂被覆部の軸方向の略中心位置に形成され、樹脂被覆部をスプライン部に対して極めて強固に固定することができるものであり、また前記副係止部は前記主係止部の軸方向の両側に位置して、特に樹脂被覆部の軸方向両側の部分の補強の役目となる。このような構成によって、スプライン部に対する樹脂被覆部の抜け止めとしてより一層強固なものにすることができ、樹脂被覆部の被膜全体の強度をより強化することができる。

特に、スプライン部に樹脂被覆部を金型によって射出成形した場合において、樹脂被覆部の成形が完了し、伝導軸を金型から抜き出す時には、副凹部に形成された樹脂からなる副係止部によってスプライン部から剥がれ難くすることができ、樹脂被覆部の仕上がりを極めて良好なものにできる。また、副凹部は、前記主凹部より浅く形成されているので、副凹部が形成されたにもかかわらずスプラインの剛性及び強度を十分に維持することができ、完成したスプラインシャフトは剛性及び強度に優れたものにできる。

請求項２の発明では、前記スプライン部の歯底円の直径は、前記軸部の直径より大なることを特徴とするスプラインシャフトとしたことにより、前記主凹部及び副凹部の底部箇所であっても、前記軸部の直径と同一又はそれ以上にすることができ、伝動軸の剛性及び強度を良好に維持できる。

請求項３の発明では、前記主凹部の周方向に直交する断面形状は略方形状としたことにより、主凹部の容積を効率的に大きくすることができ、且つ主凹部が方形状であるために、スプライン部に対する食い込み構造がより一層強固なものとなり、樹脂被覆部をスプライン部に対して極めて強固に固定することができる。請求項４の発明では、前記副凹部の周方向に直交する断面形状は略方形状としたことにより、スプライン部に樹脂被覆部を金型にて形成する場合に、溶融樹脂は副凹部に対して均一に充填し易くなり、特に、前記主凹部から離れた位置であっても、主凹部から入り込む溶融樹脂を効率良く副凹部に充填することができる。

請求項５の発明では、前記スプライン部よりも僅かに大きい歯形成形部を有する金型に挿入配置し、前記主凹部の位置は前記金型に設けられた注湯路とを合わせ、該注湯路から前記主凹部に溶融樹脂を注湯しつつ、前記スプライン部及び前記副凹部に溶融樹脂にて樹脂被覆部を形成することにより、前記伝導軸の主凹部は、金型の注湯路の直下に位置することになり、且つ前記主凹部の底面は、スプライン部歯底部より深いので、溶融樹脂は、注湯路からスプライン部の周方向に連続的に樹脂が行き渡る。さらに、前記副凹部も前記スプライン部の歯底部より深く形成されたことで、前記主凹部からスプライン部の軸方向両側に沿って溶融樹脂が連続的に行き渡り、溶融樹脂をスプライン部の周方向及び軸方向の歯形部及び歯底部に対して規則正しく且つ均一に供給させ、樹脂被覆部を良好な仕上がりにすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明において、スプラインシャフトは、ステアリングシャフトを構成する軸部材であり、特に外スプラインが形成されたものであって、内スプラインが形成されたシャフトと共に使用され、軸方向に伸縮するものである。スプラインシャフトは、図１（Ａ），（Ｂ），図３（Ｂ）に示すように、伝動軸Ａと樹脂被覆部５とから構成される。該伝動軸Ａは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、主に軸部１とスプライン部２とから構成される。軸部１は、中空の金属管材であり、軸部１の軸方向端部よりの箇所にスプライン部２が形成される。

スプライン部２は、複数の歯形部２１，２１，…が形成されている〔図２（Ｃ），（Ｄ），図３（Ａ）参照〕。各歯形部２１は、前記軸部１の軸方向に沿って線状に形成されたものである。周方向に隣接する歯形部２１，２１との間は歯底部２２であり、歯底部２２，２２，…を通過する仮想円を歯底円Ｑａと称する〔図１（Ｃ），図２（Ｃ），（Ｄ）参照〕。該歯底円Ｑａの直径Ｄａは、前記軸部１の外周の直径Ｄｏよりも僅かに大きくなっている〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕。すなわち、スプライン部２の歯底部２２が前記軸部１の外周側面よりも直径方向において、さらに外方側に位置するようにして形成されている。具体的には、前記軸部１の外周に太軸領域が形成され、該太軸領域に前記スプライン部２が形成される〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕。

前記スプライン部２には、図１（Ａ），図２（Ｃ），（Ｄ）及び図３（Ａ）等に示すように、周方向に沿って、主凹部３及び副凹部４が形成されている。前記主凹部３は、前記軸部１の周方向に沿って環状溝形状として形成され、前記スプライン部２の軸方向において、略中央箇所に位置している〔図２（Ａ），（Ｂ）及び図３（Ａ）参照〕。また、前記主凹部３は、周方向に直交する断面形状が略方形状に形成されたものである〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕。具体的には、前記主凹部３は、底面３１と、該底面３１の幅方向両側に形成される側面部３２，３２とから構成される。

両側面部３２，３２は、前記スプライン部２の直径方向の外方に向かうに従ってしだいに広がるように形成されたもので、前記主凹部３の断面形状は、略逆台形状となるように形成されたものである。前記主凹部３の底面３１の位置は、前記スプライン部２の歯底部２２の位置に対して同一面、又は深くなるように形成されている。すなわち、前記主凹部３の底面３１を通過する仮想円Ｑｂの直径をＤｂとすると、前記仮想円Ｑｂの直径Ｄｂは、前記歯底円Ｑａの直径Ｄａよりも小さく、Ｄｂ＜Ｄａとなる〔図２（Ｂ），（Ｃ）参照〕。

前記副凹部４は、前記主凹部３と同様に、前記軸部１の周方向に沿って環状溝形状として形成されたものであり、前記スプライン部２の軸方向に沿って、前記主凹部３の軸方向の両側に適宜の間隔をおいて、それぞれ位置して形成されたものである。副凹部４は、周方向に直交する断面形状が略方形状に形成されたものである〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕。さらに、前記副凹部４は、断面略Ｖ字形状に半楕円形状（図４参照）又は略半円形状，半楕円形状，或いは略Ｕ字形状等に形成されることもある。

副凹部４の最深位置４１は、図２（Ｂ）に示すように、前記主凹部３の底面３１よりも浅く形成され、且つ前記スプライン部２の歯底部２２よりも深い位置となるように形成されている。すなわち、前記副凹部４の最深位置４１を通過する仮想円Ｑｃの直径をＤｃとすると、前記仮想円Ｑｃの直径Ｄｃは、前記歯底円Ｑａの直径Ｄａより小さく、前記仮想円Ｑｂの直径Ｄｂよりも大きい。すなわち、Ｄｂ＜Ｄｃ＜Ｄａとなる〔図２（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）参照〕。

樹脂被覆部５は、図５（Ｄ），（Ｅ）に示すように、合成樹脂から後述する金型Ｂを介して成形されるものであって、前記スプライン部２の各歯形部２１，２１，…及び各歯底部２２，２２，…及び歯底部を被覆すると共に、前記主凹部３及び副凹部４の周方向に充填されて形成されたものである。樹脂被覆部５は、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、前記歯形部２１及び歯底部２２に対しては薄い樹脂の被覆層として形成される。樹脂被覆部５は、前記主凹部３に充填された部位は、主係止部５１となり、前記副凹部４に充填された２つの部位は副係止部５２となる。

前記主係止部５１は、主凹部３の断面形状と同一断面形状となり、副係止部５２は前記副凹部４の断面形状と同一断面形状となる。そして前記樹脂被覆部５は、スプライン部２に対して、前記主係止部５１によって強固に固定され、さらにスプライン部２の軸方向両側箇所で、２つの前記副係止部５２，５２が薄い被覆部分を補強すると共に、樹脂被覆部５がスプライン部２から外れにくいようにすることができる。しかも、副凹部４は、前記主凹部３よりも、深さが浅くなっているので、スプライン部２の歯底部２２の形状の減少量を最小限に抑えることができ、伝動軸Ａの剛性及び強度を大きく維持することができ、樹脂被覆部５の強度及び剛性を向上させることができる。

前述したように、スプライン部２に樹脂被覆部５が被覆形成された構造は、前記主凹部箇所では、最も体積の大きく且つ強固な環状の樹脂からなる主係止部５１として形成される。さらに、前記副凹部４についてもスプライン部２の歯底部２２よりも深い環状の樹脂からなり、前記主凹部３の樹脂被覆よりも体積の小さい副係止部５２として形成される。

前記樹脂被覆部５の主係止部５１は、前記樹脂被覆部５の軸方向の略中心位置に形成され、樹脂被覆部５をスプライン部２に対して極めて強固に固定することができるものであり、また前記副凹部４は前記主係止部５１の軸方向の両側に位置して形成され、特に樹脂被覆部５の軸方向両側の部分を補強する役目となる。このような構成によって、スプライン部２に対する樹脂被覆部５の抜け止めとして、より一層強固なものにすることができ、樹脂被覆部５の被膜全体の強度をより強化することができる。

特に、スプライン部２に樹脂被覆部５を後述する金型Ｂによって射出成形された場合において、樹脂被覆部５の成形が完了し、伝導軸Ａを金型Ｂから抜き出す時には、副凹部４に形成された樹脂からなる副係止部５２によってスプライン部２から剥がれ難くすることができ、樹脂被覆部５の仕上がりを極めて良好なものにできる。また、副凹部４は、前記主凹部３より浅く形成されているので、副凹部４が形成されたにもかかわらずスプライン部２の剛性及び強度を十分に維持することができ、スプラインシャフトは剛性及び強度に優れたものにできる。

次に、本発明のスプラインシャフトの製造方法について述べる。前記金型Ｂは、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、樹脂被覆部成形金型６と、押え金型７とから構成される。前記樹脂被覆部成形金型６は、貫通孔状の樹脂被覆部成形部６１と、注湯路６２が形成されている〔図５（Ｂ），（Ｃ）参照〕。前記樹脂被覆部成形部６１は、前記スプライン部２の形状よりも僅かに大きく形成され、該スプライン部２が樹脂被覆部成形部６１に挿入された状態で、スプライン部２の各歯形部２１及び各歯底部２２と、前記樹脂被覆部成形部６１との間に僅かの隙間が形成される〔図５（Ｅ）参照〕。そして、前記注湯路６２は、前記樹脂被覆部成形部６１に連通しており、前記樹脂被覆部成形金型６の外部側に前記注湯路６２の注湯口６２ａが形成され、樹脂被覆部成形部６１側に流出口６２ｂが形成される。

前記押え金型７は、２つの半板７１ａ，７１ａからなる押え板７１を具備したものである。それぞれの半板７１ａには、半円孔部７２ａが形成され、２つの半板７１ａ，７１ａを合わせることで、前記２つの半円孔部７２ａ，７２ａが貫通孔７２として構成される。該貫通孔７２は、前記伝動軸の軸部１が収まり、前記樹脂被覆部成形金型６の樹脂被覆部成形部６１の両側開口部を閉鎖するように構成される（図６，図７参照）。前記押え金型７の２つの半板７１ａ，７１ａの一方にはピン７３が設けられ、他方には該ピン７３が挿入される接続穴７４が形成され、一方の半板７１ａのピン７３が他方の半板７１ａの接続穴７４に挿入されて、両半板７１ａ，７１ａが接続される。

まず、伝動軸Ａのスプライン部２が前記樹脂被覆部成形金型６の樹脂被覆部成形部６１に挿入される〔図５（Ｄ），（Ｅ）参照〕。このときスプライン部２の主凹部３の位置と注湯路６２の流出口６２ｂとの位置が一致するように設定する。また、前記樹脂被覆部成形部６１とスプライン部２との隙間がいずれの位置も均一となるように設置する〔図５（Ｅ），図８（Ａ）参照〕。スプライン部２が樹脂被覆部成形部６１に対して正確に設置することができるように、予め金型Ｂと伝動軸との間に位置合わせができる目印を設けておくことが好ましい。

そして、前記金型Ｂの樹脂被覆部成形金型６の注湯口６２ａから溶融した合成樹脂が注湯される。そして、注湯路６２の流出口６２ｂから溶融樹脂が前記主凹部３に流入し、溶融樹脂が歯形部２１間の隙間を通過して前記副凹部４に流入し、さらに溶融樹脂が樹脂被覆部成形部６１内に充填され、溶融樹脂が硬化することによって、樹脂被覆部５が成形される。次いで、前記樹脂被覆部成形金型６から押え金型７のそれぞれの半板７１ａ，７１ａが分離されることにより、伝動軸Ａが樹脂被覆部成形金型６から引き出される。このとき前記スプライン部２には樹脂被覆部５が成形されたものとなっている〔図８（Ｃ）参照〕。

金型Ｂには、空気抜け部８が設けられている。該空気抜け部８は、前記樹脂被覆部成形金型６又は押え金型７のいずれか一方又は両方に設けられるものであり、金型Ｂにて前記樹脂被覆部５を成形する際に、金型Ｂ内部に空気が溜まらないようにして、前記金型Ｂ内の隅々に溶融樹脂を均一に送り込むことができるようにする役目をなす。空気抜け部８の具体例としては、まず樹脂被覆部成形金型６に設けた場合には、樹脂被覆部成形部６１の開口部の適宜の位置に略溝状として形成されたものである（図６参照）。樹脂被覆部成形金型６の空気抜け部８の一部は樹脂被覆部成形金型６に押え金型７を装着したときに外部に露出するようにしたものであり、図７（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、押え金型７の半板７１ａ，７１ａの半円孔部７２ａ，７２ａの軸方向に沿って略Ｌ字形状の切除部が形成されたものである。また、図７（Ｄ），（Ｅ）に示すように、押え金型７の半板７１ａ，７１ａのいずれか一方の側で且つ幅方向に沿って略Ｌ字形状の切除部が形成されたものである。

（Ａ）は本発明におけるスプラインシャフトの一部断面にした側面図示、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸａ−Ｘａ矢視端面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＸｂ−Ｘｂ矢視端面図、（Ｅ）は（Ｂ）のＸｃ−Ｘｃ矢視端面図である。 （Ａ）は伝動軸の要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のさらに拡大した要部縦断側面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸｄ−Ｘｄ矢視端面図、（Ｄ）は（Ａ）のＸｅ−Ｘｅ矢視端面図である。 （Ａ）はスプライン部の側面図、（Ｂ）はスプライン部に樹脂被覆部を設けた側面図、（Ｃ）は樹脂被覆部の要部拡大縦断側面図である。 本発明における別の形状の副凹部が形成されたスプラインシャフトの要部拡大断面図である。 （Ａ）は金型の縦断側面図、（Ｂ）は樹脂被覆部成形金型と押え金型とを分離した状態の金型の断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸｆ−Ｘｆ矢視端面図、（Ｄ）はスプラインシャフトのスプライン部を金型内に配置した状態の縦断側面図、（Ｅ）は（Ｄ）の要部拡大縦断側面図である。 樹脂被覆部成形金型の斜視図である。 （Ａ）は押え金型の一部切除した正面図、（Ｂ）は押え金型の分離した正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸｇ−Ｘｇ矢視断面図、（Ｄ）は（Ｂ）とは異なる空気抜け部を設けた押え金型の分離した背面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＸｈ−Ｘｈ矢視断面図、（Ｆ）は（Ｅ）の（イ）部拡大図である。 （Ａ）は金型の注湯路から溶融樹脂を注入する状態の樹脂被覆部成形工程図、（Ｂ）は樹脂被覆部が成形された状態の樹脂被覆部成形工程図、（Ｃ）は伝動軸を抜き出す状態図の拡大縦断側面図である。

符号の説明

Ａ…伝動軸、１…軸部、２…スプライン部、２１…歯形部、２２…歯底部、
３…主凹部、３１…底面、４…副凹部、５…樹脂被覆部、Ｂ…金型、６２…注湯路。

Claims (5)

1. 軸部の軸方向端部側で且つ周方向に複数の歯形部からなるスプライン部と、該スプライン部の軸方向に直交し且つ周方向に沿って形成され前記スプライン部の歯底部よりも深くなる底面を有する主凹部と、該主凹部の軸方向両側であって該主凹部よりも浅く且つ前記スプライン部の歯底部よりも深く形成された副凹部とからなる伝動軸と、樹脂被覆部とからなり、該樹脂被覆部は、前記スプライン部の各歯形部及び歯底部を樹脂で被覆すると共に、前記主凹部及び副凹部の周方向に充填されてなることを特徴とするスプラインシャフト。
2. 請求項１において、前記スプライン部の歯底円の直径は、前記軸部の直径より大なることを特徴とするスプラインシャフト。
3. 請求項１又は２において、前記主凹部の周方向に直交する断面形状は略方形状としてなること特徴とするスプラインシャフト。
4. 請求項１，２又は３のいずれか１項の記載において、前記副凹部の周方向に直交する断面形状は略方形状としてなること特徴とするスプラインシャフト。
5. 軸部の軸方向端部側で且つ周方向に複数の歯形部からなるスプライン部と、該スプライン部の軸方向に直交し且つ周方向に沿って形成され前記スプライン部の歯底部よりも深くなる底面を有する主凹部と、該主凹部の軸方向両側であって該主凹部よりも浅く且つ前記スプライン部の歯底部よりも深く形成された副凹部とからなる伝動軸を、前記スプライン部よりも僅かに大きい歯形成形部を有する金型に挿入配置し、前記主凹部の位置は前記金型に設けられた注湯路とを合わせ、該注湯路から前記主凹部に溶融樹脂を注湯しつつ、前記スプライン部及び前記副凹部に溶融樹脂にて樹脂被覆部を形成してなることを特徴とするスプラインシャフトの製造方法。

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