JP5120229B2

JP5120229B2 - 伸縮軸の製造方法、及び、この製造方法によって製造した伸縮軸

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Publication number: JP5120229B2
Application number: JP2008299132A
Authority: JP
Inventors: 祥史黒川
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Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2013-01-16
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Also published as: JP2010127295A

Description

本発明は伸縮軸、特に、回転トルクを伝達可能で軸方向に相対摺動可能な伸縮軸、例えば、中間シャフトやステアリングシャフト等の伸縮軸の製造方法、及び、この製造方法によって製造した伸縮軸に関する。

ステアリング装置には、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に相対摺動可能に連結されたスプライン軸等の伸縮軸が、中間シャフトやステアリングシャフト等に組み込まれている。すなわち、中間シャフトは、ステアリングギヤのラック軸に噛合うピニオンシャフトに、自在継手を締結する際に、一旦縮めてからピニオンシャフトに嵌合させて締結するためや、車体フレームとの間の相対変位を吸収するために、伸縮機能が必要である。

また、ステアリングシャフトは、ステアリングホイールの操舵力を車輪に伝達すると共に、運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイールの位置を軸方向に調整する必要があるため、伸縮機能が要求される。

近年、燃費向上を目的として、電動モータを駆動して所要の操舵補助力をステアリングギヤに付与する電動パワーステアリング装置が望まれている。このような電動パワーステアリング装置では、中間シャフトよりもステアリングホイール側で操舵補助力を付与するタイプが増大している。

中間シャフトよりもステアリングホイール側で操舵補助力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置では、従来の中間シャフトよりも車輪側で操舵補助力を付与する油圧パワーステアリング装置よりも、中間シャフトに負荷されるトルクが大きくなる。その結果、中間シャフト等の伸縮軸が軸方向に伸縮する時の摺動抵抗が大きくなり、伸縮軸が軸方向に動きにくくなるという問題が生じる。

伸縮軸の摺動抵抗を小さくするために、雄シャフトの外周または雌シャフトの内周に、摺動抵抗の小さな樹脂等を被覆した伸縮軸がある。特許文献１の伸縮軸は、被覆部として、フッ素樹脂の一種のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を使用している。ＰＴＦＥは摺動特性が非常に良好であるが、材料費が高いため、被覆部を全てＰＴＦＥにすると、製造コストが上昇するという問題がある。

また、ＰＴＦＥは、融点が３２７℃であって、樹脂の中では比較的融点が高い。従って、ＰＴＦＥを加熱溶解して雄シャフトまたは雌シャフトに被覆すると、焼き入れした雄シャフトまたは雌シャフトの低温焼き戻し脆性、または、青色脆性が発生する危険領域の温度になり、好ましくない。

特許文献２は伸縮軸ではないが、すべり軸受ブッシュに摺動抵抗の小さな樹脂を使用したものである。すなわち、ラックピニオン式ステアリング装置では、ラックの背面側を支持してラックの曲がりを防止するサポートヨークが設けられているが、このサポートヨークは、すべり軸受ブッシュによって摺動可能に軸支されている。

このすべり軸受ブッシュは、主成分として、比較的安価なＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂に、強化材としてグラスファイバーを３０重量％と、潤滑充填材としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を１０重量％添加している。グラスファイバーは熱膨張率を小さくする効果があり、ＰＴＦＥは摺動特性を良好にする効果がある。

特許文献２のすべり軸受ブッシュは、ＰＢＴの融点が２００〜２３０℃であり、ＰＴＦＥの融点が３２７℃であって、上記した理由から、ＰＴＦＥが溶解する温度まで加熱して成形することができない。

従って、摺動する表面に分散しているＰＴＦＥの粒子を、溶解したＰＢＴが覆ってしまい、摺動する表面にＰＴＦＥが露出しにくいため、高価なＰＴＦＥの添加割合に応じた摺動特性の改善効果を得るのが難しい。また、すべり軸受ブッシュの成形条件によって、ＰＴＦＥの表面への露出割合が変化するため、摺動特性が安定したすべり軸受ブッシュを製造するのが困難である。

特開２００３−５４４２１号公報特開平１０−２１７９８５号公報

本発明は、摺動抵抗を減少させる被覆部を有する伸縮軸であって、摺動抵抗を所定の小さな値に収めるのが容易で、製造コストを抑制することが可能な伸縮軸の製造方法、及び、この製造方法によって製造した伸縮軸を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、非円形の外周形状を有する雄シャフト、上記雄シャフトの外周に軸方向に相対摺動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する非円形の内周形状を有する雌シャフト、上記雄シャフトの非円形の外周と雌シャフトの非円形の内周の少なくともいずれか一方に被覆され、雄シャフトと雌シャフトとの間の摺動抵抗を減少させる被覆部を有する伸縮軸の製造方法であって、主成分となる第１の高分子材料であって、ＰＡ６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６６の中から選ばれたポリアミド樹脂の粉末に、第１の高分子材料に対して非接着性であり、且つこの高分子材料よりも融点が高く摩擦係数の小さい第２の高分子材料であって、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの中から選ばれた粒径が１ミクロンから５０ミクロンのフッ素樹脂の粉末を、添加剤として混合する工程、上記混合した粉末を、上記第１の高分子材料の融点以上で第２の高分子材料の融点未満の温度に加熱して溶解し、上記雄シャフトの非円形の外周と雌シャフトの非円形の内周の少なくともいずれか一方を被覆する被覆部を形成する工程、上記被覆部の表面を切削することにより、上記第１の高分子材料に対して非接着性である第２の高分子材料の粒子の一部を剥がれ落ちさせてこの跡を潤滑油の油溜まりとなる凹部を形成するとともに、摺動特性の良い上記第２の高分子材料を被覆部の表面に露出させる工程を備え、上記凹部の分布密度は、上記第２の高分子材料の添加割合、第２の高分子材料の粒子の直径、又は、第２の高分子材料の非接着性を変化させて調整することを特徴とする伸縮軸の製造方法ある。

第２番目の発明は、第１番目の発明の伸縮軸の製造方法において、上記第２の高分子材料の添加割合は１５重量％以下であることを特徴とする伸縮軸の製造方法である。

第３番目の発明は、第１番目又は第２番目のいずれかの発明の伸縮軸の製造方法によって製造した伸縮軸である。

本発明の伸縮軸の製造方法、及び、この製造方法によって製造した伸縮軸では、主成分となる第１の高分子材料の粉末に、第１の高分子材料よりも融点が高く摩擦係数の小さい第２の高分子材料の粉末を添加剤として混合する工程と、混合した粉末を、第１の高分子材料の融点以上で第２の高分子材料の融点未満の温度に加熱して溶解し、雄シャフトの非円形の外周と雌シャフトの非円形の内周の少なくともいずれか一方を被覆する被覆部を形成する工程と、被覆部の表面を切削して、第２の高分子材料を被覆部の表面に露出させる工程を備えている。

従って、摩擦係数の小さい第２の高分子材料を表面に確実に露出させることができるため、摺動抵抗を所定の小さな値に確実に収めることが可能となる。また、主成分となる第１の高分子材料として安価な樹脂を使用し、比較的高価な第２の高分子材料を添加剤として少量使用するので、製造コストを抑制することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例４を説明する。

図１は本発明の伸縮軸を有するステアリング装置の全体を示し、一部を切断した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。図２は、図１の中間シャフトの一部を切断した拡大側面図である。図３（１）は、図２の中間シャフトのＡ−Ａ拡大断面図、図３（２）は図３（１）の雄中間シャフトだけを取り出して示す拡大断面図である。

図４は図３（１）のＰ部拡大断面図である。図５は図４のＱ部拡大断面図であり、（１）は被覆部の表面を切削する前の状態を示す拡大断面図、（２）は被覆部の表面を切削した後の状態を示す拡大断面図である。

図１に示すように、本発明の実施例の伸縮軸を有するステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、ステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、ステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備える。

ステアリングシャフト１２は、アウターシャフト１２Ａとインナーシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達自在に、かつ軸方向に関して相対変位可能に組み合わせて成る。

すなわち、雄シャフト１２Ｂの車体後方側外周には、複数の雄スプラインが形成され、雌シャフト１２Ａの車体前方側内周には、複数の雌スプラインが、雄スプラインと同一位相位置に形成されて、雄シャフト１２Ｂの雄スプラインと所定の隙間を有して外嵌し、回転トルクを伝達自在に、かつ軸方向に関して相対変位可能に係合している。従って、上記雌シャフト１２Ａと雄シャフト１２Ｂとは、衝突時に、この係合部が相対摺動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄シャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に結合している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、自在継手１５を介して、中間シャフト１６の雄中間シャフト（以下雄シャフトと呼ぶ）１６Ａの後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の雌中間シャフト（以下雌シャフトと呼ぶ）１６Ｂの前端部に、別の自在継手１７を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。

雄中間シャフト１６Ａは、雌中間シャフト１６Ｂに対して、軸方向に相対摺動可能に、かつ、回転トルクを伝達可能に結合している。図示しないピニオンが、この入力軸３１の前端部に形成されている。また、図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定されている。ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出する。この検出信号に応じて、電動モータ２６を駆動し、図示しない減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。

図２に示すように、本発明の実施例１の伸縮軸は、中間シャフト１６の雄シャフト１６Ａと雌シャフト１６Ｂに適用した例を示す。雄シャフト１６Ａの車体前方側（図２の左側下端）が、雌シャフト１６Ｂの車体後方側（図２の右側上端）に内嵌して連結されている。

図２、図３（１）、（２）に示すように、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形された雌シャフト１６Ｂ（雌スプライン筒）は中空筒状に形成されている。雌シャフト１６Ｂの内周には、雌シャフト１６Ｂの軸心から放射状に、回転トルクを伝達するための非円形の内周形状として、１８個の軸方向の溝４１が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔に形成されている。

雄シャフト（雄スプライン軸）１６Ａは、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形され、溝４１に係合して回転トルクを伝達するための非円形の外周形状として、１８個の軸方向の歯５１を有している。歯５１の外周５１１の軸方向の全長には、被覆部６１が被覆され、雌シャフト１６Ｂの軸方向の溝４１の内周４１１との間の摺動抵抗を減少させる。実施例１では、歯５１の外周５１１に被覆部６１が被覆されているが、溝４１の内周４１１に
被覆部６１を被覆してもよい。

＊＊被覆部形成方法（その１）
被覆部６１を雄シャフト１６Ａの歯５１の外周に形成する方法（その１）について、工程順に説明する。

＊（第１工程）
主成分となる第１の高分子材料として、ポリアミド樹脂であるＰＡ１１（ポリアミド１１）の粉末を使用する。添加剤となる第２の高分子材料として、フッ素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）のうちのいずれか一つの高分子材料の粉末を使用する。

摺動特性の改善効果と第２の高分子材料の材料費の上昇を考慮すると、第２の高分子材料の添加割合は１５重量％以下が好ましい。第１の高分子材料の粉末と第２の高分子材料の粉末を適度な大きさの容器に入れ、攪拌して均等になるように混合する。

＊（第２工程）
必要であれば、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１を、ショットブラスト加工によって予め荒らし、外周５１１に被覆した被覆部６１が、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１から剥がれ難いようにしてもよい。また、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１に下地塗料（プライマー）を塗布し、外周５１１に被覆した被覆部６１が、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１から剥がれ難いようにしてもよい。

＊（第３工程）
雄シャフト１６Ａの歯５１を加熱する。加熱温度は、ＰＡ１１の融点（１８７℃）以上で、第２の高分子材料の融点未満（ＰＴＦＥの融点：３２７℃、ＰＦＡの融点：３０２〜３１０℃、ＦＥＰの融点：２５３〜２８２℃）にする。

＊（第４工程）
混合した粉末の中に、加熱した雄シャフト１６Ａの歯５１を挿入し、歯５１の軸方向の全長が粉末の中に埋もれるようにする。雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１近傍のＰＡ１１が溶解し、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰのうちのいずれか一つの第２の高分子材料の粒子を巻き込んで、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１に付着し、図４に示すように、歯５１の外周５１１に被覆部６１が被覆される。

＊（第５工程）
図５（１）に示すように、被覆部６１は、溶解した第１の高分子材料７１の中に、溶解していない多数の第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｈが、ほぼ均一に分散している。しかし、被覆部６１の表面（軸方向の溝４１の内周４１１と接触して摺動する面）６１１側の第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃを、溶解した第１の高分子材料７１が覆ってしまう。

その結果、被覆部６１の表面６１１に、摺動特性の良い第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃが露出しないため、高価な第２の高分子材料の添加割合に応じた摺動特性の改善効果を得られない。本発明の被覆部形成方法（その１）では、図５（１）の二点鎖線８１の位置まで、被覆部６１の表面６１１を切削する。それによって、図５（２）に示すように、第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃを、被覆部６１の切削した表面６１２に確実に露出させる。従って、第２の高分子材料の添加割合に応じた所定の摺動特性を得ることが容易になる。

第１の高分子材料のＰＡ１１、第２の高分子材料のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰは、非接着性である。従って、被覆部６１の切削した表面６１２に露出するはずの第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃの一部が、第１の高分子材料７１から剥がれ落ちる。

図５（２）に示す例では、第２の高分子材料の粒子７２Ｃが剥がれ落ち、切削した表面６１２に微少な凹部７３が形成される。この微少な凹部７３が、被覆部６１の表面に塗布したグリース等の潤滑油の油溜まりとなり、被覆部６１の潤滑性能を長期にわたって良好に維持する効果を発揮する。

油溜まりとなる凹部７３の大きさ、凹部７３の分布密度は、潤滑油の保持性能の大きさに応じて決定するのが望ましい。凹部７３の分布密度は、第２の高分子材料の添加割合、第２の高分子材料の粒子の直径、第２の高分子材料の非接着性を変化させて調整する。第２の高分子材料の非接着性には、第２の高分子材料の粒子の直径と比表面積等が影響する。

凹部７３の大きさは、第２の高分子材料の粒子の直径を変化させて調整する。第２の高分子材料の粒子の直径は１ミクロンから５０ミクロンが望ましい。第２の高分子材料の粒子の直径が大きくなり過ぎると、被覆し難くなるため、第２の高分子材料の粒子の直径は１ミリ以下が望ましい。

＊（第６工程）
雄シャフト１６Ａを雌シャフト１６Ｂに嵌合し、被覆部６１が形成された雄シャフト１６Ａの歯５１を、雌シャフト１６Ｂの軸方向の溝４１に係合させれば、伸縮軸としての中間シャフト１６が完成する。

＊＊被覆部形成方法（その２）
被覆部６１を雄シャフト１６Ａの歯５１の外周に形成する方法（その２）について、工程順に説明する。上記した被覆部形成方法（その１）との主な相違点は、第１の高分子材料の材質が代わり、雄シャフト１６Ａへの被覆部６１の被覆に射出成形機を使用することである。

＊（第１工程）
主成分となる第１の高分子材料として、ポリアミド樹脂であるＰＡ１２（ポリアミド１２）の粉末を使用する。添加剤となる第２の高分子材料として、フッ素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）のうちのいずれか一つの高分子材料の粉末を使用する。

＊（第３工程）
混合した粉末を射出成形機のホッパーに投入し、混合した粉末を射出成形機のヒーターで加熱して溶解する。加熱温度は、ＰＡ１２の融点（１７６℃）以上で、第２の高分子材料の融点未満（ＰＴＦＥの融点：３２７℃、ＰＦＡの融点：３０２〜３１０℃、ＦＥＰの融点：２５３〜２８２℃）にする。

＊（第４工程）
金型に雄シャフト１６Ａの歯５１の軸方向の全長を挿入し、溶解した高分子材料の混合物を、射出成形機のノズルから金型に射出し、図４に示すように、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１に被覆部６１を被覆する。

その結果、被覆部６１の表面６１１に第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃが露出しないため、高価な第２の高分子材料の添加割合に応じた摺動特性の改善効果を得られない。本発明の被覆部形成方法（その２）においても、図５（１）の二点鎖線８１の位置まで、被覆部６１の表面６１１を切削する。それによって、図５（２）に示すように、第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃを、被覆部６１の切削した表面６１２に確実に露出させる。従って、第２の高分子材料の添加割合に応じた所定の摺動特性を得ることが容易になる。

また、被覆部形成方法（その２）においても、第１の高分子材料のＰＡ１２、第２の高分子材料のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰは、非接着性である。従って、被覆部６１の切削した表面６１２に露出するはずの第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃの一部が、第１の高分子材料のＰＡ１１から剥がれ落ちる。

＊＊被覆部形成方法（その３）
被覆部６１を雄シャフト１６Ａの歯５１の外周に形成する方法（その３）について、工程順に説明する。上記した被覆部形成方法（その１）との主な相違点は、第１の高分子材料と第２の高分子材料を混合した粉末を、静電塗装によって雄シャフト１６Ａへ被覆することである。

＊（第３工程）
雄シャフト１６Ａを陽極、塗装ガンを陰極とし、陽極と陰極との間に電圧を加えて、両極間に静電界を作る。第１の高分子材料と第２の高分子材料の混合粉末を塗装ガンで霧化し、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１に、第１の高分子材料の粉末と第２の高分子材料の粉末を混合した粉末を吸着させる。

＊（第４工程）
雄シャフト１６Ａの歯５１の軸方向の全長を加熱する。加熱温度は、ＰＡ１１の融点（１８７℃）以上で、第２の高分子材料の融点未満（ＰＴＦＥの融点：３２７℃、ＰＦＡの融点：３０２〜３１０℃、ＦＥＰの融点：２５３〜２８２℃）にする。

雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１に吸着したＰＡ１１が溶解し、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰのうちのいずれか一つの第２の高分子材料の粒子を巻き込んで、雄シャフト１６Ａの歯５１の外周５１１に溶着し、図４に示すように、歯５１の外周５１１に被覆部６１が形成される。

その結果、被覆部６１の表面６１１に第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃが露出しないため、高価な第２の高分子材料の添加割合に応じた摺動特性の改善効果を得られない。本発明の被覆部形成方法（その３）においても、図５（１）の二点鎖線８１の位置まで、被覆部６１の表面６１１を切削する。それによって、図５（２）に示すように、第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃを、被覆部６１の切削した表面６１２に確実に露出させる。従って、第２の高分子材料の添加割合に応じた所定の摺動特性を得ることが容易になる。

また、被覆部形成方法（その３）においても、第１の高分子材料のＰＡ１１、第２の高分子材料のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰは、非接着性である。従って、被覆部６１の切削した表面６１２に露出するはずの第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃの一部が、第１の高分子材料のＰＡ１１から剥がれ落ちる。

次に本発明の実施例２について説明する。図６は本発明の実施例２の伸縮軸を示す図２のＡ−Ａ拡大断面図相当であり、雄中間シャフトを実線で示し、雌中間シャフトを二点鎖線で示す拡大断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、実施例１の変形例である。実施例１では雄シャフトの軸方向の歯が１８個形成されているが、実施例２は、雄シャフトの軸方向の歯の数を４個にし、雄シャフトの歯の外周に被覆部を形成した例である。

すなわち、図６に示すように、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形された雌シャフト１６Ｂ（雌スプライン筒）は中空筒状に形成されている。雌シャフト１６Ｂの内周には、雌シャフト１６Ｂの軸心から放射状に、回転トルクを伝達するための非円形の内周形状として、４個の軸方向の溝４２が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔に形成されている。

雄シャフト（雄スプライン軸）１６Ａは、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形され、溝４２に係合して回転トルクを伝達するための非円形の外周形状として、４個の軸方向の歯５２を有している。歯５２の外周５２１の軸方向の全長には、被覆部６２が被覆され、雌シャフト１６Ｂの軸方向の溝４２の内周４２１との間の摺動抵抗を減少させる。実施例２で、被覆部６２を雄シャフト１６Ａの歯５２の外周に形成する方法は、上記した実施例１の被覆部形成方法（その１）〜被覆部形成方法（その３）をそのまま適用することができる。

次に本発明の実施例３について説明する。図７は本発明の実施例３の伸縮軸を示す図２のＡ−Ａ拡大断面図相当であり、雌中間シャフトを実線で示し、雄中間シャフトを二点鎖線で示す拡大断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例３は、実施例２の変形例である。実施例２では雄シャフトの外周に被覆部を形成しているが、実施例３は、雌シャフトの内周に被覆部を形成した例である。すなわち、図７に示すように、二点鎖線で示す雄シャフト（雄スプライン軸）１６Ａは、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形され、回転トルクを伝達するための非円形の外周形状として、雄シャフト１６Ａの軸心から放射状に、４個の軸方向の歯５２を有している。

炭素鋼またはアルミニウム合金で成形された雌シャフト１６Ｂ（雌スプライン筒）は中空筒状に形成されている。雌シャフト１６Ｂの内周には、歯５２に係合して回転トルクを伝達するための非円形の内周形状として、４個の軸方向の溝４２が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔に形成されている。溝４２の内周４２１の軸方向の全長には、被覆部６３が被覆され、雄シャフト１６Ａの軸方向の歯５２の外周５２１との間の摺動抵抗を減少させる。

実施例３で、被覆部６３を雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周に形成する方法について説明する。すなわち、実施例３では、上記した実施例１の被覆部形成方法（その１）〜被覆部形成方法（その３）の工程の一部を変更する。変更する工程についてのみ説明すると、上記した被覆部形成方法（その１）で製造する場合には、（第３工程）で、雄シャフトの代わりに、雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１を加熱する。

次に、（第４工程）で、加熱した雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１に、混合した粉末を入れる。その結果、雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１近傍のＰＡ１１が溶解し、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰのうちのいずれか一つの第２の高分子材料の粒子を巻き込んで、雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１に溶着し、溝４２の内周４２１に被覆部６３が形成される。

上記した被覆部形成方法（その２）で製造する場合には、（第４工程）で、金型に雄シャフトの代わりに、雌シャフト１６Ｂを挿入し、溶解した高分子材料の混合物を、射出成形機のノズルから金型に射出すれば、雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１に被覆部６３が形成される。

上記した被覆部形成方法（その３）で製造する場合には、（第３工程）で、雄シャフトの代わりに、雌シャフト１６Ｂを陽極、塗装ガンを陰極とし、陽極と陰極との間に電圧を加えて、両極間に静電界を作る。第１の高分子材料と第２の高分子材料の混合粉末を塗装ガンで霧化し、雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１に混合した粉末を吸着させる。

次に、（第４工程）で、雌シャフト１６Ｂの溝４２の軸方向の全長を加熱すれば、雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１に吸着したＰＡ１１が溶解し、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰのうちのいずれか一つの第２の高分子材料の粒子を巻き込んで、雌シャフト１６Ｂの溝４２の内周４２１に溶着し、溝４２の内周４２１に被覆部６３が形成される。

次に本発明の実施例４について説明する。図８（１）は本発明の実施例４の伸縮軸を示す図２のＡ−Ａ拡大断面図相当であり、雄中間シャフトを実線で示し、雌中間シャフトを二点鎖線で示す拡大断面図である。図８（２）は図８（１）の雄中間シャフトだけを示す斜視図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例４は、実施例２の変形例である。実施例２は、加熱して溶解した高分子材料を、雄シャフトの歯の外周に付着させて被覆部６２を形成した例であるが、実施例４は、予めスリーブ状の被覆部を成形しておき、この予め成形したスリーブ状の被覆部を雄シャフトの歯の外周に外嵌した例である。

すなわち、図８（１）、（２）に示すように、実施例４は、実施例２と全く同一形状の雌シャフト１６Ｂと雄シャフト１６Ａを有している。すなわち、中空筒状の雌シャフト１６Ｂの内周には、４個の軸方向の溝４２が伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔に形成され、雄シャフト１６Ａには、溝４２に係合して回転トルクを伝達するための非円形の外周形状として、４個の軸方向の歯５２が形成されている。

予め独立した部品として成形されたスリーブ状の被覆部６４は、歯５２の外周５２１と溝４２の内周４２１との間の隙間にほぼ合致する形状を有し、雄シャフト１６Ａの軸方向の歯５２の全長とほぼ同じ軸方向の長さを有している。

このスリーブ状の被覆部６４を、雄シャフト１６Ａの軸方向の歯５２の外周５２１に締まりばめ嵌合で外嵌し、雄シャフト１６Ａに対して軸方向に動かないように取り付ける。雄シャフト１６Ａを雌シャフト１６Ｂに嵌合すれば、スリーブ状の被覆部６４が、雌シャフト１６Ｂの軸方向の溝４２の内周４２１との間の摺動抵抗を減少させる。実施例４では、スリーブ状の被覆部６４を、雄シャフト１６Ａの外周５２１に軸方向に動かないように外嵌しているが、雌シャフト１６Ｂの内周４２１に軸方向に動かないように内嵌してもよい。

＊＊被覆部形成方法（その４）
実施例４のスリーブ状の被覆部６４を雄シャフト１６Ａの歯５２の外周に形成する方法（その４）について、工程順に説明する。

＊（第２工程）
混合した粉末を射出成形機のホッパーに投入し、混合した粉末を射出成形機のヒーターで加熱して溶解する。加熱温度は、ＰＡ１２の融点（１７６℃）以上で、第２の高分子材料の融点未満（ＰＴＦＥの融点：３２７℃、ＰＦＡの融点：３０２〜３１０℃、ＦＥＰの融点：２５３〜２８２℃）にする。

＊（第３工程）
溶解した高分子材料の混合物を、射出成形機のノズルから金型に射出し、図８（１）、（２）に示すようなスリーブ状の被覆部６４単体を、予め独立した部品として成形する。

＊（第４工程）
このスリーブ状の被覆部６４を、雄シャフト１６Ａの軸方向の歯５２の外周５２１に締まりばめ嵌合で外嵌し、雄シャフト１６Ａに対して軸方向に動かないように取り付ける。

＊（第５工程）
図５（１）に示すように、実施例４においても実施例２と同様に、スリーブ状の被覆部６４の表面６４１に第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃが露出しないため、高価な第２の高分子材料の添加割合に応じた摺動特性の改善効果を得られない。

従って、図５（１）の二点鎖線８１の位置まで、被覆部６４の表面６４１を切削する。それによって、図５（２）に示すように、第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃを、スリーブ状の被覆部６４の切削した表面６４２に確実に露出させる。従って、第２の高分子材料の添加割合に応じた所定の摺動特性を得ることが容易になる。

また、実施例４においても、第１の高分子材料のＰＡ１２、第２の高分子材料のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰは、非接着性である。従って、スリーブ状の被覆部６４の切削した表面６４２に露出するはずの第２の高分子材料の粒子７２Ａ〜７２Ｃの一部が、第１の高分子材料７１から剥がれ落ちる。

この微少な凹部７３が、被覆部６４の表面に塗布したグリース等の潤滑油の油溜まりとなり、スリーブ状の被覆部６４の潤滑性能を長期にわたって良好に維持する効果を発揮する。

＊（第６工程）
雄シャフト１６Ａを雌シャフト１６Ｂに嵌合し、スリーブ状の被覆部６４が圧入された雄シャフト１６Ａの歯５２を、雌シャフト１６Ｂの軸方向の溝４２に係合させれば、伸縮軸としての中間シャフト１６が完成する。

上記した被覆部形成方法（その４）において、（第４工程）と（第５工程）の順番を入れ換えて製造しても、同様の効果が得られる。

上記実施例では、主成分となる第１の高分子材料として、ＰＡ１１（ポリアミド１１）、ＰＡ１２（ポリアミド１２）を使用しているが、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を使用してもよい。

また、上記実施例では、添加剤として混合する第２の高分子材料として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）を使用しているが、二硫化モリブデン、有機モリブデン、グラファイト、合成硫化ニオブ、フッ化セリウム、メラミンシアヌレート、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、二硫化タングステンを使用してもよい。

上記実施例では、被覆部は、雄シャフトの歯の外周と雌シャフトの溝の内周との間に締め代を与えて介挿される。従って、被覆部の厚さが薄いと、被覆部の半径方向の圧縮弾性率が大きくなる。すると、伸縮軸を伸縮させる時の摺動力を所要の値に設定することが困難になるため、被覆部の厚さは０．１ミリ以上が好ましい。

また、被覆部の厚さが厚いと、伸縮軸の使用中に、被覆部がクリープを起こし、伸縮軸の回転方向のガタが大きくなる。また、被覆部の厚さが厚いと、被覆部の成形時間が長くなり、製造コストが上昇するため、被覆部の厚さは２ミリ以下が好ましい。第２の高分子材料のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰは、非接着性である。従って、第２の高分子材料の添加割合を増やし過ぎると、第１の高分子材料から第２の高分子材料が剥がれ落ち易くなるため、第２の高分子材料の添加割合は１５重量％以下が好ましい。

上記実施例では、雄シャフト１６Ａの歯の外周、または、雌シャフト１６Ｂの溝の内周のいずれか一方に被覆部を形成しているが、雄シャフト１６Ａの歯の外周と雌シャフト１６Ｂの溝の内周の両方に被覆部を形成してもよい。

また、上記実施例では、中間シャフト１６に本発明を適用した例について説明したが、ステアリングシャフト１２等、ステアリング装置を構成する任意の伸縮軸に適用することができる。

本発明の伸縮軸を有するステアリング装置の全体を示し、一部を切断した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。図１の中間シャフトの一部を切断した拡大側面図である。（１）は、図２の中間シャフトのＡ−Ａ拡大断面図、（２）は（１）の雄中間シャフトだけを取り出して示す拡大断面図である。図３（１）のＰ部拡大断面図である。図４のＱ部拡大断面図であり、（１）は被覆部の表面を切削する前の状態を示す拡大断面図、（２）は被覆部の表面を切削した後の状態を示す拡大断面図である。本発明の実施例２の伸縮軸を示す図２のＡ−Ａ拡大断面図相当であり、雄中間シャフトを実線で示し、雌中間シャフトを二点鎖線で示す拡大断面図である。本発明の実施例３の伸縮軸を示す図２のＡ−Ａ拡大断面図相当であり、雌中間シャフトを実線で示し、雄中間シャフトを二点鎖線で示す拡大断面図である。（１）は本発明の実施例４の伸縮軸を示す図２のＡ−Ａ拡大断面図相当であり、雄中間シャフトを実線で示し、雌中間シャフトを二点鎖線で示す拡大断面図である。（２）は（１）の雄中間シャフトだけを示す斜視図である。

符号の説明

１１ステアリングホイール
１２ステアリングシャフト
１２Ａアウターシャフト
１２Ｂインナーシャフト
１３ステアリングコラム
１３Ａアウターコラム
１３Ｂインナーコラム
１４支持ブラケット
１５自在継手
１６中間シャフト
１６Ａ雄中間シャフト（雄シャフト）
１６Ｂ雌中間シャフト（雌シャフト）
１７自在継手
１８車体
２０アシスト装置
２１ギヤハウジング
２３出力軸
２６電動モータ
２６１ケース
３０ステアリングギヤ
３１入力軸
３２タイロッド
４１溝
４１１内周
４２溝
４２１内周
５１歯
５１１外周
５２歯
５２１外周
６１被覆部
６１１表面
６１２切削した表面
６２被覆部
６３被覆部
６４スリーブ状の被覆部
６４１表面
６４２切削した表面
７１第１の高分子材料
７２Ａ〜７２Ｈ第２の高分子材料の粒子
７３凹部
８１二点鎖線

Claims

非円形の外周形状を有する雄シャフト、
上記雄シャフトの外周に軸方向に相対摺動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する非円形の内周形状を有する雌シャフト、
上記雄シャフトの非円形の外周と雌シャフトの非円形の内周の少なくともいずれか一方に被覆され、雄シャフトと雌シャフトとの間の摺動抵抗を減少させる被覆部を有する伸縮軸の製造方法であって、
主成分となる第１の高分子材料であって、ＰＡ６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６６の中から選ばれたポリアミド樹脂の粉末に、第１の高分子材料に対して非接着性であり、且つこの高分子材料よりも融点が高く摩擦係数の小さい第２の高分子材料であって、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの中から選ばれた粒径が１ミクロンから５０ミクロンのフッ素樹脂の粉末を、添加剤として混合する工程、
上記混合した粉末を、上記第１の高分子材料の融点以上で第２の高分子材料の融点未満の温度に加熱して溶解し、上記雄シャフトの非円形の外周と雌シャフトの非円形の内周の少なくともいずれか一方を被覆する被覆部を形成する工程、
上記被覆部の表面を切削することにより、上記第１の高分子材料に対して非接着性である第２の高分子材料の粒子の一部を剥がれ落ちさせてこの跡を潤滑油の油溜まりとなる凹部を形成するとともに、摺動特性の良い上記第２の高分子材料を被覆部の表面に露出させる工程を備え、
上記凹部の分布密度は、上記第２の高分子材料の添加割合、第２の高分子材料の粒子の直径、又は、第２の高分子材料の非接着性を変化させて調整すること
を特徴とする伸縮軸の製造方法。
請求項１に記載された伸縮軸の製造方法において、
上記第２の高分子材料の添加割合は１５重量％以下であること
を特徴とする伸縮軸の製造方法。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された伸縮軸の製造方法によって製造した伸縮軸。