JP6512129B2 - 伸縮自在シャフト - Google Patents

Description

この発明に係る伸縮自在シャフトは、例えば自動車の操舵装置を構成する中間シャフトとして使用される。

自動車のステアリング装置として従来から、図６に記載する様な構造のものが知られている。該ステアリング装置は、ステアリングホイール１が、ステアリングシャフト２の後端部に固定されている。又、これと共に、該ステアリングシャフト２の前端部が、１対の自在継手３ａ、３ｂ及び中間シャフト４を介して、ステアリングギヤユニット５を構成する入力軸６の基端部に接続されている。更に、前記ステアリングギヤユニット５に内蔵されラックアンドピニオン機構により左右１対のタイロッド７、７を押し引きして、左右１対の操舵輪に、前記ステアリングホイール１の操作量に応じた舵角を付与する様に構成されている。

この様なステアリング装置に組み込まれる前記中間シャフト４は、例えば、走行時に自動車から入力される振動が、前記ステアリングホイール１に伝わる事を防止する（吸収する）為、或いは、前記中間シャフト４を、全長を縮めた状態で車体に組み込む為に、伸縮式のものが使用されている。

図７は、特許文献１に記載された伸縮式の中間シャフト４の構造を示している。この中間シャフト４は、軸方向一端部（前端部であって、図７の左端部。組み付け状態でアウタチューブ１０側の端部）の外周面に雄スプライン部８が形成されたインナシャフト９と、内周面にこの雄スプライン部８とスプライン係合可能な雌スプライン部１２が形成された円管状のアウタチューブ１０とから成る。そして、前記雄スプライン部８と前記雌スプライン部１２とをスプライン係合する事で、前記インナシャフト９と前記アウタチューブ１０とを、伸縮自在に組み合わせている。

又、図７に示す構造の場合、前記インナシャフト９を、後側（前後方向とは、車体の前後方向を言う。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）に配置すると共に、前記アウタチューブ１０を前側に配置している。又、前記インナシャフト９の軸方向他端部には、前記両自在継手３ａ、３ｂのうちの後側に配置された自在継手３ａを構成する第一のヨーク１１が外嵌固定（圧入）されている。一方、前記アウタチューブ１０の軸方向一端部には、前記両自在継手３ａ、３ｂのうちの前側に配置された自在継手３ｂを構成する第二のヨーク１３が外嵌固定（圧入）されている。
尚、前記インナシャフト９と前記第一のヨーク１１との結合、或いは、前記アウタチューブ１０と前記第二のヨーク１３との結合は、溶接により行う事もできる。又、後述する実施の形態の構造の様に、インナシャフトを前側に、アウタチューブを後側に配置する構造を採用する事もできる。

上述の様な構成を有する中間シャフト４の様に、前記インナシャフト９と前記アウタチューブ１０とをトルク伝達可能、且つ、軸方向の伸縮（摺動）可能に組み合わせた伸縮軸は、回転方向のがたつきが小さく、且つ、伸縮時の摺動抵抗が小さい事が要求される。この為に、従来から、前記インナシャフト９の雄スプライン部８の外周面に、ポリアミド樹脂等の摩擦係数が低い合成樹脂製のコーティング層を設けると共に、前記雄スプライン部８と前記雌スプライン部１２とを締め代を持たせた状態で係合させる事が行われている。但し、この様な構造の場合、前記インナシャフト９のうち、前記コーティング層を設けた部分の径方向に関する剛性が高いと、前記締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）の変動が敏感になってしまい、前記アウタチューブ１０に対する前記インナシャフト９の摺動を、安定させる事が難しくなる可能性がある。この様な問題は、前記がたつきを十分に抑える為に前記締め代を大きくするほど顕著になる。

又、図８は、特許文献２に記載された中間シャフト４ａの構造を示している。この中間シャフト４ａの場合、中空状のインナシャフト９ａの内周面に、軸方向一端側から順に、大径孔部１４、中径孔部１５、小径孔部１６を形成している。そして、前記インナシャフト９ａのうちの前記大径孔部１４に相当する部分を、径方向に関する厚さ寸法が薄い薄肉部１７とし、同じく前記中径孔部１５に相当する部分を、径方向に関する厚さ寸法がこの薄肉部１７よりも大きい中肉部１８とし、同じく前記小径孔部１６に相当する部分を、径方向に関する厚さ寸法がこの中肉部１８よりも大きい厚肉部１９としている。この様にして、前記インナシャフト９ａのうちの雄スプライン部８ａが形成された部分の径方向に関する剛性を低くしている。この様な特許文献２に記載された発明によれば、アウタチューブ１０ａに対する前記インナシャフト９ａの摺動抵抗（摺動荷重）の変動が敏感になる事を防止して、前記アウタチューブ１０ａに対する前記インナシャフト９ａの摺動を、安定させる事が可能である。但し、特許文献２に記載された発明の場合、前記中肉部１８（中径孔部１５）の軸方向他端縁（図８の右端縁）の軸方向に関する位置が、前記雄スプライン部８ａの軸方向一端縁と、この雄スプライン部８ａよりも軸方向他方側に存在する小径軸部２０との間に存在する連続部２１よりも軸方向他方側に位置している。この様な連続部２１と前記小径軸部２０のとの境界部分部は、他の部分と比べて応力が集中し易い部分であり、剛性確保の面から改良の余地がある。

特開２０１５−２１５９６号公報 特開２０１５−１８０８３７号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、インナシャフトの雄スプライン部とアウタチューブの雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを小さく抑えられる構造を採用した場合にも、前記インナシャフトと前記アウタチューブとを安定して摺動させる事ができ、更に、インナシャフトの雄スプライン部と小径軸部との間に存在する連続部の剛性を確保する事ができる構造を実現するものである。

本発明の伸縮自在シャフトは、インナシャフトと、アウタチューブと、コーティング層とを備えている。
このうちのインナシャフトは、軸方向一端部の外周面に形成された雄スプライン部と、該雄スプライン部よりも軸方向他方側部分に設けられ、外径寸法が、該雄スプライン部の外接円の直径よりも小さい小径軸部とを有する中空状の部材である。
前記アウタチューブは、内周面に雌スプライン部が形成されている。
前記コーティング層は、前記雄スプライン部の外周面を覆う状態で設けられている。
そして、前記雄スプライン部と前記雌スプライン部とを、前記コーティング層を介してスプライン係合させる事により、前記インナシャフトと前記アウタチューブとが、トルク伝達可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わされている。

特に、本発明の伸縮自在シャフトは、前記インナシャフトのうちの前記雄スプライン部が形成された部分が、軸方向一端部に設けられた薄肉部と、該薄肉部よりも軸方向他方側に設けられ、内径寸法が該薄肉部の内径寸法よりも小さい厚肉部とを有している。
又、前記インナシャフトの内周面は、前記薄肉部の内周面に形成された大径孔部と、該大径孔部よりも軸方向他方側に形成された中径孔部と、該中径孔部よりも軸方向他方側に形成された小径孔部とを有している。
そして、前記中径孔部と前記小径孔部との間に存在する連続段部が、前記雄スプライン部と前記小径軸部との間に存在する連続部の外周面よりも軸方向一方側に位置する事により、前記雄スプライン部の内周面の軸方向他端部に、全周に亙り径方向内方に張り出した内向張出部が形成されている。

上述の様な本発明の伸縮自在シャフトを実施する場合には、追加的に、請求項２に記載した発明の様に、使用時に於ける前記インナシャフトと前記アウタチューブとの伸縮ストロークの範囲で、前記雄スプライン部のうちの前記厚肉部の外周面に形成された部分の少なくとも一部と、前記アウタチューブの雌スプライン部とが、常にスプライン係合している構成を採用できる。

上述の様な本発明の伸縮自在シャフトを実施する場合には、追加的に、請求項３に記載した発明の様に、前記厚肉部のうちで前記内向張出部が形成されていない部分の断面積と、前記小径軸部のうちで前記小径孔部と同じ内径寸法を有する大径部の断面積とを同じにした構成を採用できる。
上述の様な本発明の伸縮自在シャフトを実施する場合には、追加的に、請求項４に記載した発明の様に、ヨーク部が、前記インナシャフトの軸方向他端部に設けられた外向鍔部により、該インナシャフトに結合固定されている構成を採用できる。

上述した様な構成を有する本発明の伸縮自在シャフトの場合、インナシャフトの雄スプライン部の外周面を覆う状態でコーティング層を設けている。又、これと共に、中空状のインナシャフトのうち、雄スプライン部に相当する部分に、軸方向一方側から順に薄肉部と厚肉部とを設けている。この為、前記インナシャフトの雄スプライン部が形成された部分全体の径方向に関する剛性を中実のインナシャフトの場合よりも小さくする事ができる。特に、前記インナシャフトの雄スプライン部が形成された部分のうちの前記薄肉部に相当する部分の径方向に関する剛性を、同じく厚肉部に相当する部分の径方向に関する剛性よりも低くする事ができる。従って、前記インナシャフトの雄スプライン部とアウタチューブの雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、この係合部に締め代を持たせた場合でも、この締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）の変動を鈍感にでき、前記インナシャフトの、前記アウタチューブに対する摺動を安定させる事ができる。

又、本発明の場合、中径孔部と小径孔部との間に存在する連続段部を、前記雄スプライン部と前記小径軸部との間に存在する連続部の外周面よりも軸方向一方側に位置させる事により、前記雄スプライン部の内周面の軸方向他端部に、全周に亙り径方向内方に張り出した内向張出部を形成している。この為、前記インナシャフトのうちのこの連続部と前記小径軸部との境界部分の様に、応力が集中し易い部分の径方向に関する厚さ寸法を確保して、当該部分の剛性を確保する事ができる。この結果、前記インナシャフトの耐久性の向上を図れる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、両端部に十軸式自在継手を装着した中間シャフトを示す、部分切断側面図。 同じく、ヨーク部を固定する前のインナシャフトを示す断面図。 同じく、インナシャフトの一部斜視図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。 本発明の実施の形態の第３例を示す、図１と同様の図。 従来から知られているステアリング装置の１例を示す部分切断側面図。 中間シャフトを取り出して示す部分切断側面図。 従来構造の中間シャフトの別例の構造を示す、スプライン係合部に関する一部断面図。

［実施の形態の第１例］
本発明の実施の形態の第１例に就いて、図１〜３を参照しつつ説明する。尚、本例は、本発明を、ステアリング装置を構成する中間シャフトに適用したものである。但し、本発明は、この様な中間シャフト以外にも、各種用途で使用される伸縮自在シャフトの構造に適用する事ができる。又、本例の中間シャフト４ｂを組み込んだステアリング装置の構造は、図６に示したステアリング装置と同様の構造を有している。但し、本例の中間シャフト４ｂは、図６に示したステアリング装置の構造に限らず、従来から知られている各種構造のステアリング装置に組み込む事ができる。以下、ステアリング装置の構造を簡単に説明した後、本例の中間シャフト４ｂの構造に就いて説明する。

本例の中間シャフト４ｂを組み込んだステアリング装置は、ステアリングホイール１（図６参照）が、ステアリングシャフト２の後端部に固定されている。又、これと共に、このステアリングシャフト２の前端部が、１対の自在継手３ｃ、３ｄ及び前記中間シャフト４ｂを介して、ステアリングギヤユニット５を構成する入力軸６の基端部に接続されている。更に、このステアリングギヤユニット５に内蔵したラックアンドピニオン機構により左右１対のタイロッド７、７を押し引きして、左右１対の操舵輪に、前記ステアリングホイール１の操作量に応じた舵角を付与する様に構成されている。

前記中間シャフト４ｂは、特許請求の範囲に記載したインナシャフトの１例に相当するインナシャフト９ｂの軸方向一端部（図１の右端部であって、組み付け状態に於いて、アウタチューブ１０ｂ側となる端部）と、同じくアウタチューブの１例に相当するアウタチューブ１０ｂの軸方向他端部（図１の左端部であって、組み付け状態に於いて、前記インナシャフト９ｂ側となる端部）とをスプライン係合させる事により、トルク伝達可能、且つ全長を伸縮可能に組み合わせている。以下、前記中間シャフト４ｂの具体的な構造に就いて説明する。

前記アウタチューブ１０ｂは、軸方向他方側から順に、小径筒部２２と、連続部２３と、大径筒部２４と、ヨーク部２５とを備えている。
このうちの小径筒部２２は円筒状であり、前記アウタチューブ１０ｂのうちの軸方向他端部から軸方向中間部にかけての部分に設けられている。この様な小径筒部２２の外周面は、軸方向の全長に亙り外径寸法が変化しない円筒面状である。又、この小径筒部２２の内周面には、円周方向に関して交互に形成された軸方向に長い、複数ずつの凹部と凸部とから成る雌スプライン部２６が、全長に亙り形成されている。本例の場合、前記小径筒部２２の厚さ寸法を、軸方向全長に亙り同じとしている。

前記連続部２３は、外径寸法及び内径寸法が軸方向一方側（図１の右側）に向かうほど大きくなる部分円錐筒状であり、軸方向他端縁が、前記小径筒部２２の軸方向一端縁に連続している。
前記大径筒部２４は円筒状であり、軸方向他端縁が、前記連続部２３の軸方向一端縁に連続している。この様な大径筒部２４の内径寸法及び外径寸法は、前記小径筒部２２の内径寸法及び外径寸法よりも大きい。

前記ヨーク部２５は、前記自在継手３ｃを構成するものであり、前記大径筒部２４の軸方向一端縁のうちで、この大径筒部２４に関する直径方向反対側となる２箇所位置から軸方向一方側に延出する状態で設けられた１対の腕部２７、２７から成る。この様な両腕部２７、２７の軸方向一端寄り部分には、互いの中心軸が同軸となる状態で１対の円孔２８、２８が形成されている。尚、図１に示す組み立て状態に於いて、これら１対の円孔２８、２８の内側には、それぞれ有底円筒状の軸受カップ２９、２９が内嵌固定されている。これと共に、これら各軸受カップ２９、２９の内側に、それぞれ複数本のニードル３０、３０を介して、十字軸３１を構成する４本の軸部３２、３２のうちの１対の軸部３２、３２の端部が回動自在に支持されている。

尚、前記十字軸３１を構成する４本の軸部３２、３２のうち、前記ヨーク部２５の両円孔２８、２８内に支持された軸部３２、３２以外の１対の軸部３２（一方の軸部３２は図示省略）の端部は、前記ステアリングシャフト２の前端部に支持固定されたヨーク３３を構成する１対の腕部３４（片方の腕部３４は図示省略）に形成された円孔（図示省略）の内側に、軸受カップ及びニードル（図示省略）を介して回動自在に支持されている。
本例の場合、前記ヨーク部２５を、前記アウタチューブ１０ｂに一体に設ける構造を採用しているが、アウタチューブとヨーク部とを別体に設けて溶接或は嵌合等により結合固定する構造を採用する事もできる。

前記インナシャフト９ｂは、中空状であって、軸方向一方側（図１、２の右側）から順に、スプライン形成部３５と、連続部２１ａと、小径軸部２０ａと、ヨーク部３６とを備えている。
このうちのスプライン形成部３５は、前記インナシャフト９ｂのうちの軸方向中間部から軸方向一端寄り部分にかけての部分に設けられている。この様なスプライン形成部３５の外周面には、円周方向に関して交互に形成された軸方向に長い、複数ずつの凹部３７、３７と凸部３８、３８とから成る雄スプライン部８ｂが、全長に亙り形成されている。

又、前記スプライン形成部３５の内周面のうち、軸方向中間部から軸方向一端部にかけての部分には、大径孔部４２が形成されている。この様な大径孔部４２の内径は、軸方向の全長に亙り一定である。
又、前記スプライン形成部３５の内周面のうち、軸方向中間部から軸方向他端部にかけての部分には、内径寸法が、前記大径孔部４２の内径寸法よりも小さい中径孔部４３が形成されている。この中径孔部４３の内径寸法は、軸方向の全長に亙り一定である。
又、前記スプライン形成部３５の内周面の軸方向他端部（前記中径孔部４３よりも軸方向他方側に位置する部分）には、内径寸法が、この中径孔部４３の内径寸法よりも小さい小径孔部１６ａが形成されている。

又、前記大径孔部４２の軸方向他端縁と前記中径孔部４３の軸方向一端縁とは、第一の連続段部４４により連続している。
又、前記中径孔部４３の軸方向他端縁と、前記小径孔部１６ａの軸方向一端縁とは、特許請求の範囲に記載した連続段部に相当する第二の連続段部６９により連続している。本例の場合、この第二の連続段部６９が、前記連続部２１ａの外周面よりも軸方向一方側に位置している。又、前記第一の連続段部４４及び前記第二の連続段部６９は、径方向外方に向かうほど軸方向一方に向かう方向に傾斜した状態で形成されている。尚、第一の連続段部又は第二の連続段部を、前記インナシャフト９ｂの中心軸に直交する仮想平面上に設ける事もできる。又、前記第一の連続段部４４及び前記第二の連続段部６９を、部分球面状に形成する事もできる。別の言い方をすれば、具体的には、前記第一の連続段部４４及び前記第二の連続段部６９の、前記インナシャフト９ｂの中心軸を含む仮想平面に関する断面形状を、円弧状とする。この様な構成を採用する場合には、前記第一の連続段部４４及び前記第二の連続段部６９の前記仮想平面に関する断面形状の曲率半径Ｒを、０．２ｍｍ以上（好ましくは、０．５ｍｍ以上）とする。この様な構成を採用すれば、前記第一の連続段部４４及び前記第二の連続段部６９に、応力集中が発生する事を防止できる。

又、前記スプライン形成部３５のうち、前記大径孔部４２に相当する部分を薄肉部４５としている。一方、前記スプライン形成部３５のうち、前記中径孔部４３及び前記小径孔部１６ａに相当する部分を、径方向に関する厚さ寸法が、前記薄肉部４５の径方向に関する厚さ寸法よりも大きい厚肉部４６としている。本例の場合、この厚肉部４６（前記スプライン形成部３５）の軸方向他端部の内周面に、この厚肉部４６の軸方向中間部よりも全周に亙り径方向内方に張り出した内向張出部７０が形成されている。この様にして前記厚肉部４６のうちのこの内向張出部７０が形成された部分の径方向の厚さ寸法を、この厚肉部４６のうちの他の部分（この内向張出部７０が形成されていない部分）の径方向厚さ寸法よりも大きくしている。

又、前記薄肉部４５の、前記インナシャフト９ｂの中心軸に直交する仮想平面に関する断面積は、前記厚肉部４６のこの仮想平面に関する断面積よりも小さい。
又、本例の場合、前記薄肉部４５の軸方向他端縁は、前記スプライン形成部３５（前記雄スプライン部８ｂ）の軸方向に関する長さ寸法をＬ_３５とした場合に、このスプライン形成部３５（前記雄スプライン部８ｂ）の軸方向一端縁から、（０．６〜０．９）・Ｌ_３５となる位置に配置する。

又、前記厚肉部４６のうちの前記内向張出部７０が形成された部分の前記仮想平面に関する断面積は、前記厚肉部４６のうちの他の部分（この内向張出部７０が形成されていない部分）の前記仮想平面に関する断面積よりも大きい。

前記連続部２１ａは、前記インナシャフト９ｂのうちの前記スプライン形成部３５の軸方向他方側に隣接した部分に形成されている。この様な連続部２１ａの外周面には、円周方向に関して交互に形成された、複数ずつの凹部３９、３９と、前記インナシャフト９ｂの中心軸を含む仮想平面に関する断面形状が直角三角形状の凸部４０、４０とから成る不完全スプライン部４１が形成されている。この様な不完全スプライン部４１を構成する各凸部４０、４０の外周面は、軸方向他方に向かうほど外径寸法が小さくなる方向に傾斜している。又、前記不完全スプライン部４１の各凸部４０、４０の外周面の軸方向一端縁は、前記雄スプライン部８ｂを構成する各凸部４０、４０の外周面の軸方向他端縁に連続している。一方、前記不完全スプライン部４１の各凸部４０、４０の外周面の軸方向他端縁は、前記小径軸部２０ａの外周面の軸方向一端縁に連続している。尚、本例の場合、前記雄スプライン部８ｂの凹部３７、３７の外接円の直径と、前記不完全スプライン部４１の凹部３９、３９の外接円の直径とが等しい。

又、前記連続部２１ａの内周面は、軸方向に関して内径寸法が変化しない円筒面状に形成されている。この様な連続部２１ａの内周面の内径寸法は、前記小径孔部１６ａの内径寸法と等しい。又、この連続部２１ａの内周面の軸方向一端縁は、この小径孔部１６ａの軸方向他端縁に連続している。一方、前記連続部２１ａの内周面の軸方向他端縁は、前記小径軸部２０ａの内周面の軸方向一端縁に連続している。

前記小径軸部２０ａは、前記インナシャフト９ｂのうち、前記連続部２１ａの軸方向他方側に隣接した位置から、軸方向他端部にかけての部分に設けられている。この様な小径軸部２０ａは、大径部４７と、小径部４８と、段部４９と、外向鍔部（かしめ部）５０とを有している。

このうちの大径部４７は、前記小径軸部２０ａのうちの軸方向一端部から軸方向他端寄り部分にかけての部分に形成されている。この様な大径部４７の外周面は、軸方向に関して外径が変化しない円筒面状に形成されている。又、前記大径部４７の内周面は、内径寸法が軸方向の全長に亙り一定であり、この内径寸法は、前記連続部２１ａの内周面及び前記小径孔部１６ａの内径寸法と等しい。この様な大径部４７の内周面の軸方向一端縁は、前記連続部２１ａの軸方向他端縁に連続している。又、本例の場合、前記大径部４７の、前記インナシャフト９ｂの中心軸に直交する仮想平面に関する断面積を、前記厚肉部４６のうちの前記内向張出部７０が形成されていない部分の前記仮想平面に関する断面積と実質的に（製造上不可避な寸法公差を除いて）等しくしている。又、前記大径部４７の前記仮想平面に関する断面積を、前記厚肉部４６のうちの前記内向張出部７０が形成された部分の前記仮想平面に関する断面積よりも小さくしている。

前記小径部４８は、小径軸部２０ａのうちの軸方向他端寄り部分に形成されている。この様な小径部４８の外周面には、円周方向に凹部と凸部とを交互に配置して成る凹凸部である雄セレーション５１が形成されている。この雄セレーション５１を構成する凸部の外接円の直径寸法は、前記大径部４７の外径寸法よりも小さい。

前記段部４９は、前記大径部４７の外周面の軸方向他端縁と、前記小径部４８の外周面の軸方向一端縁とを連続した状態で形成されている。この様な段部４９は、前記インナシャフト９ｂの中心軸に直交する仮想平面上に存在している。

前記外向鍔部５０は、前記小径軸部２０ａのうちの軸方向他端部に、全周に亙り前記小径部４８の外周面よりも径方向外方に突出した状態で形成されている。この様な外向鍔部５０は、図２に示す状態の前記インナシャフト９ｂ（この外向鍔部５０を形成する前の状態のインナシャフト９ｂ）の軸方向他端部を、例えば、ローリングかしめにより全周に亙りかしめ拡げる事により形成する。尚、図２に示す状態（この外向鍔部５０を形成する前の状態）の前記インナシャフト９ｂの軸方向他端部には、当外部分の軸方向一方側に隣接した部分よりも径方向の肉厚が薄い第二の薄肉部６８が形成されている。この様にして、前記外向鍔部５０を形成する前の状態のインナシャフト９ｂの軸方向他端部の剛性を低くして、前記外向鍔部５０を形成し易くしている。

前記ヨーク部３６は、前記小径軸部２０ａの軸方向他端部に結合固定されている。尚、本例の場合、前記ヨーク部３６と、十字軸５２と、前記入力軸６の基端部に支持固定されたヨーク５３とにより、前記両自在継手３ｃ、３ｄのうちの、前側（図１の左側）に配置された自在継手３ｄを構成している。

この様なヨーク部３６は、筒状の基部５４と、この基部５４の外周面のうち、この基部５４の中心軸に関して反対となる２箇所位置から軸方向他方側に延出した状態で設けられた１対の腕部５５、５５とから成る。
このうちの基部５４は、中央部に中心孔５６が形成されている。この中心孔５６の内周面には、円周方向に凹部と凸部とを交互に配置して成る凹凸部である雌セレーション５７が形成されている。この様な基部５４は、前記中心孔５６の内側に前記小径部４８を挿通すると共に、前記雌セレーション５７と前記雄セレーション５１とをセレーション係合させた状態で、前記段部４９と前記外向鍔部５０との間で挟持されている。

又、前記両腕部５５、５５のうち、軸方向に関して前記基部５４と反対側端部寄り部分には、互いの中心軸が同軸となる状態で１対の円孔５８、５８が形成されている。
又、図１に示す組み立て状態に於いて、前記１対の腕部５５、５５の１対の円孔５８、５８のそれぞれの内側には、それぞれ有底円筒状の軸受カップ５９、５９が内嵌固定されている。これと共に、これら両軸受カップ５９、５９の内側に、それぞれ複数本のニードル６０、６０を介して、前記十字軸５２を構成する４本の軸部６１、６１のうちの１対の軸部６１、６１の端部が回動自在に支持されている。

尚、前記十字軸５２を構成する４本の軸部６１、６１のうち、前記ヨーク部３６の両円孔５８、５８内に支持された軸部６１、６１以外の１対の軸部６１（一方の軸部６１は図示省略）の端部は、ヨーク６２を構成する１対の腕部６３（一方の腕部６３は図示省略）に形成された円孔（図示省略）の内側に、軸受カップ（図示省略）及びニードル（図示省略）を介して回動自在に支持されている。

又、前記インナシャフト９ｂを構成する雄スプライン部８ｂの外周面には、滑りやすい（摩擦係数の低い）合成樹脂製のコーティング層６４が設けられている。具体的には、本例の場合、このコーティング層６４は、前記インナシャフト９ｂの外周面のうち、前記スプライン形成部３５の軸方向一端縁から前記小径軸部２０ａの軸方向一端寄り部分（前記連続部２１ａの軸方向他端縁よりも軸方向他方側に位置する部分であって、図１に直線Ｘで示す位置）にかけての部分に設けられている。

以下、前記インナシャフト９ｂの製造方法に就いて簡単に説明する。
先ず、第１工程に於いて、炭素鋼（例えば、Ｓ１０Ｃ〜Ｓ４５Ｃ）等の鉄系合金、或いは、アルミニウム系合金、マグネシウム合金等の軽合金から成る、中空円管状の素材（図示省略）の軸方向中間部から軸方向一端部にかけての部分（前記スプライン形成部３５に相当する部分）を、当該部分を拡径して第一中間素材とする。尚、この様に拡径する作業は、例えば、前記素材の軸方向中間部から軸方向一端部にかけての部分の内側に、マンドレルを挿入し、このマンドレルにより前記素材の内周面を扱く様にして行う。この様な拡径作業の際には、前記素材のうち、拡径される部分の外径側に、円筒面状の内周面を有する外型を配置して行う事もできる。

次いで、第２工程に於いて、前記第一中間素材のうちの拡径された部分の外周面に切削加工を施す事により、当該部分の外径寸法を転造下径（プレス下径）に加工する。この様にして第二中間素材を得る。

次いで、第３工程に於いて、前記第二中間素材のうちの転造下径（プレス下径）に加工された部分に、転造又はプレス成形を施す事により円周方向に凹部と凸部とを交互に配置して成る凹凸部である前記雄スプライン部８ｂを形成する。この様にして第三中間素材を得る。尚、上述の様にして前記雄スプライン部８ｂを形成する際には、前記第二中間素材のうちの転造下径（プレス下径）に加工された部分の内径側に、サポート軸を挿入した状態で行う。又、上述の工程では、前記雄スプライン部８ｂと共に、前記不完全スプライン部４１も形成される。

次いで、第４工程に於いて、前記第三中間素材の外周面の軸方向他端部に、例えば、切削加工、転造加工、又はプレス成型を施す事により、前記小径部４８（雄セレーション５１）と、前記段部４９とを形成する。この様にして第四中間素材を得る。

次いで、第５工程に於いて、前記第四中間素材のうちの、軸方向一端部から軸方向中間部（前記連続部２１ａに相当する部分よりも軸方向他方側に位置する部分）に、例えば、流動浸漬法、静電塗装法等により粗コーティング層を形成する。そして、この粗コーティング層に、シェービング加工を施す事により前記コーティング層６４を形成する。この様にして第五中間素材を得る。

次いで、第６工程に於いて、この第五中間素材のうちの前記雄スプライン部８ｂに相当する部分の内周面の軸方向一端部から軸方向中間部にかけての部分に切削加工を施す事により、前記大径孔部４２（前記薄肉部４５）を形成する。一方、前記第五中間素材のうちの前記雄スプライン部８ｂに相当する部分の内周面の軸方向中間部から軸方向他端部にかけての部分は、そのまま前記中径孔部４３とする。

最後に、第７工程に於いて、前記第六中間素材（図２に示す、前記ヨーク部３６が固定される前の状態のインナシャフト９ｂ）の軸方向他端部に前記ヨーク部３６を固定して、前記インナシャフト９ｂとする。尚、前記第六中間素材にこのヨーク部３６を結合固定する作業は、この第六中間素材の軸方向他端部を全周に亙り、ローリングかしめによりかしめ拡げる事により行う。
尚、上述の各工程は、矛盾が生じない範囲で、適宜入れ替えて実施する事が可能である。

以上の様な構成を有するインナシャフト９ｂは、前記雄スプライン部８ｂを全長に亙り、前記アウタチューブ１０ｂの雌スプライン部２６に、前記コーティング層６４を介してスプライン係合させる事により、前記アウタチューブ１０ｂに組み付けられている。この様に組み付けられた状態で、前記雄スプライン部８ｂと前記雌スプライン部２６との係合部には、所定量の締め代が設けられている。この様にして、前記インナシャフト９ｂと前記アウタチューブ１０ｂとは、トルクの伝達を可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わされている。

又、本例の場合、使用時に於ける、前記インナシャフト９ｂと前記アウタチューブ１０ｂとの伸縮ストロークの範囲内で、前記雄スプライン部８ｂのうちの前記厚肉部４６（中径孔部４３）に相当する部分を、常に、前記雌スプライン部２６とスプライン係合する様に規制している。

以上の様な構成を有する本例の中間シャフト４ｂによれば、前記インナシャフト９ｂの雄スプライン部８ｂと、前記アウタチューブ１０ｂの雌スプライン部２６との係合部の回転方向のがたつきを小さく抑えられる構造を採用した場合にも、前記インナシャフト９ｂと前記アウタチューブ１０ｂとの摺動抵抗を小さく抑える事ができる。
即ち、本例の場合、前記インナシャフト９ｂを中空状にすると共に、前記雄スプライン部８ｂが形成された部分に、軸方向一方側から順に前記薄肉部４５と前記厚肉部４６とを設けている。この為、中実のインナシャフトの場合と比べて、前記雄スプライン部８ｂが形成された部分の径方向に関する剛性を低くする事ができる。特に、本例の場合、前記雄スプライン部８ｂが形成された部分のうちの前記薄肉部４５が形成された部分の径方向の剛性を、同じく厚肉部４６が形成された部分と比べて適度に小さくできる。従って、前記雄スプライン部８ｂと前記雌スプライン部２６との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、この係合部に締め代を持たせた場合でも、この締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）の変動を鈍感にでき、前記インナシャフト９ｂの、前記アウタチューブ１０ｂに対する摺動を安定させる事ができる。

又、上述の様に前記雄スプライン部８ｂの径方向の剛性を適度に小さくする事ができる為、この雄スプライン部８ｂと前記雌スプライン部２６との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、この係合部に締め代を持たせた構造を採用した場合でも、この締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）を小さくする事ができる。又、この摺動抵抗（摺動荷重）の変動が鈍感になり、前記インナシャフト９ｂの、前記アウタチューブ１０ｂに対する摺動を安定させる事ができる。更に、前記インナシャフト９ｂの誤差を許容できる範囲（寸法公差）を大きく確保した場合でも、この寸法公差の影響で、前記摺動抵抗が徒に大きくなる事を防止できる。従って、前記インナシャフト９ｂ及び前記アウタチューブ１０ｂの、製造コストの低減を図れる。

又、本例の場合、前記第二の連続段部６９を前記連続部２１ａ外周面よりも軸方向一方側に位置させる事により、前記厚肉部４６（前記スプライン形成部３５）の軸方向他端部の内周面に、この厚肉部４６の軸方向一端部よりも全周に亙り径方向内方に張り出した内向張出部７０を形成している。この様にして、前記連続部２１ａの径方向に関する厚さ寸法を大きく確保する事により、この記連続部２１ａと前記小径軸部２０ａとの境界部分の様に、応力が集中し易い部分の剛性を確保して、前記インナシャフト９ｂの耐久性の向上を図れる。

更に、本例の場合、使用時に於ける、前記インナシャフト９ｂと前記アウタチューブ１０ｂとの伸縮ストロークの範囲内で、前記雄スプライン部８ｂのうちの前記中径孔部４３（厚肉部４６）に相当する部分を、常に、前記雌スプライン部２６とスプライン係合する様に規制している。この為、前記インナシャフト９ｂと前記アウタチューブ１０ｂとの間のトルク伝達を、このインナシャフト９ｂの雄スプライン部８ｂが形成された部分のうち、径方向に関する剛性が比較的高い前記中径孔部４３（厚肉部４６）に相当する部分で行う事ができる。この結果、摺動性を向上しつつ、前記インナシャフト９ｂの耐久性の向上も図れる。

［実施の形態の第２例］
本発明の実施の形態の第２例に就いて、図４を参照しつつ説明する。
本例の中間シャフト４ｃを構成するアウタチューブ１０ｃは、小径筒部２２ａと、連続部２３と、大径筒部２４と、ヨーク部２５とを備えている。
このうちの小径筒部２２ａは段付円筒状であり、前記アウタチューブ１０ｃのうちの軸方向他端部から軸方向中間部にかけての部分に設けられている。具体的には、前記小径筒部２２ａは、軸方向一方側半部に設けられた大径部６５と、軸方向他方側半部に設けられ、外径寸法がこの大径部６５の外径寸法よりも小さい小径部６６と、この大径部６５の外周面の軸方向他端縁とこの小径部６６の外周面の軸方向一端縁とを連続する段部６７とから成る。又、前記小径筒部２２ａの内周面には、全長に亙り雌スプライン部２６が形成されている。尚、前記連続部２３、前記大径筒部２４、及び前記ヨーク部２５の構造は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。又、インナシャフト９ｂの構造も、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。

以上の様な構成を有する本例の場合も、前記インナシャフト９ｂの雄スプライン部８ｂと、前記アウタチューブ１０ｃの雌スプライン部２６とを、コーティング層６４を介してスプライン係合させる事により、前記インナシャフト９ｂと前記アウタチューブ１０ｃとを、トルクの伝達を可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わせている。尚、この様に組み付けられた状態で、前記雄スプライン部８ｂと前記雌スプライン部２６との係合部には、所定量の締め代が設けられている。

又、本例の場合、使用時に於ける、前記インナシャフト９ｂと前記アウタチューブ１０ｃとの伸縮ストロークの範囲内で、前記アウタチューブ１０ｃの雌スプライン部２６のうちの前記大径部６５に相当する部分が、常に、前記雄スプライン部８ｂとスプライン係合する様に規制している。その他の構造、及び作用・効果は前述した実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第３例］
本発明の実施の形態の第３例に就いて、図５を参照しつつ説明する。
本例の中間シャフト４ｄを構成するアウタチューブ１０ｄは、小径筒部２２ｂと、連続部２３と、大径筒部２４と、ヨーク部２５とを備えている。
このうちの小径筒部２２ｂは段付円筒状であり、前記アウタチューブ１０ｄのうちの、軸方向他端部から軸方向中間部にかけての部分に設けられている。具体的には、前記小径筒部２２ｂは、軸方向他端寄り部分から軸方向一端部にかけての部分に設けられた大径部６５ａと、軸方向他端部に設けられ、外径寸法がこの大径部６５ａの外径寸法よりも小さい小径部６６ａと、この大径部６５ａの外周面の軸方向他端縁とこの小径部６６ａの外周面の軸方向一端縁とを連続する段部６７ａとから成る。即ち、本例の場合、前記段部６７ａの軸方向に関する位置を、前述した実施の形態の第２例の段部６７よりも軸方向他方側に位置させている。又、前記小径筒部２２ｂの内周面には、全長に亙り雌スプライン部２６が形成されている。尚、前記連続部２３、前記大径筒部２４、及び前記ヨーク部２５の構造は、前述した実施の形態の第１例及び第２例の場合と同様である。

又、本例の場合、インナシャフト９ｃを構成するスプライン形成部３５ａの内周面に形成した、大径孔部４２ａの軸方向他端縁と、中径孔部４３ａの軸方向一端縁とを連続する連続段部４４ａの軸方向位置を、前述した実施の形態の第１例及び第２例の場合よりも軸方向一方側に位置させている。別の言い方をすれば、本例の場合、前記大径孔部４２ａの軸方向に関する長さ寸法を、前述した実施の形態の第１例及び第２例の場合よりも短くすると共に、前記中径孔部４３ａの軸方向に関する長さ寸法を、前述した実施の形態の第１例及び第２例の場合よりも長くしている。

以上の様な構成を有する本例の場合も、前記インナシャフト９ｃの雄スプライン部８ｂと、前記アウタチューブ１０ｄの雌スプライン部２６とを、コーティング層６４を介してスプライン係合させる事により、前記インナシャフト９ｃと前記アウタチューブ１０ｄとを、トルクの伝達を可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わせている。尚、この様に組み付けられた状態で、前記雄スプライン部８ｂと前記雌スプライン部２６との係合部には、所定量の締め代が設けられている。

又、本例の場合、使用時に於ける、前記インナシャフト９ｃと前記アウタチューブ１０ｄとの伸縮ストロークの範囲内で、前記アウタチューブ１０ｄの雌スプライン部２６のうちの前記大径部６５ａに相当する部分の少なくとも一部と、前記インナシャフト９ｃの雄スプライン部８ｂのうちの厚肉部４６ａ（中径孔部４３ａ）に相当する部分の少なくとも一部とが、常にスプライン係合する様に規制している。その他の構造、及び作用・効果は前述した実施の形態の第１例及び第２例と同様である。

前述した実施の形態の各例では、本発明を、ステアリング装置を構成する中間シャフトを構成するインナシャフトに適用した例に就いて説明した。但し、本発明は、この様なインナシャフト以外にも、各種用途で使用される伸縮自在シャフトの構造に適用する事ができる。
又、前述した実施の形態の第１例で説明した伸縮自在シャフト用インナシャフトの製造方法を構成する各工程は、矛盾が生じない範囲で、順番を入れ替える事が可能である。又、これら各工程は、可能な範囲で同時に行う事もできる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 自在継手
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 中間シャフト
５ ステアリングギヤユニット
６ 入力軸
７ タイロッド
８、８ａ、８ｂ 雄スプライン部
９、９ａ、９ｂ、９ｃ インナシャフト
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ アウタチューブ
１１ 第一のヨーク
１２ 雌スプライン部
１３ 第二のヨーク
１４ 大径孔部
１５ 中径孔部
１６、１６ａ 小径孔部
１７ 薄肉部
１８ 中肉部
１９、１９ａ 厚肉部
２０、２０ａ 小径軸部
２１、２１ａ 連続部
２２、２２ａ、２２ｂ 小径筒部
２３ 連続部
２４ 大径筒部
２５ ヨーク部
２６ 雌スプライン部
２７ 腕部
２８ 円孔
２９ 軸受カップ
３０ ニードル
３１ 十字軸
３２ 軸部
３３ ヨーク
３４ 腕部
３５、３５ａ スプライン形成部
３６ ヨーク部
３７ 凹部
３８ 凸部
３９ 凹部
４０ 凸部
４１ 不完全スプライン部
４２、４２ａ 大径孔部
４３、４３ａ 中径孔部
４４、４４ａ 第一の連続段部
４５ 薄肉部
４６、４６ａ 厚肉部
４７ 大径部
４８ 小径部
４９、４９ａ 段部
５０ 外向鍔部
５１ 雄セレーション
５２ 十字軸
５３ ヨーク
５４ 基部
５５ 腕部
５６ 中心孔
５７ 雌セレーション
５８ 円孔
５９ 軸受カップ
６０ ニードル
６１ 軸部
６２ ヨーク
６３ 腕部
６４ コーティング層
６５、６５ａ 大径部
６６、６６ａ 小径部
６７、６７ａ 段部
６８ 第二の薄肉部
６９ 第二の連続段部
７０ 内向張出部

Claims (4)

1. 軸方向一端部の外周面に形成された雄スプライン部と、該雄スプライン部よりも軸方向他方側部分に設けられ、外径寸法が、該雄スプライン部の外接円の直径よりも小さい小径軸部とを有する中空状のインナシャフトと、
   内周面に雌スプライン部が形成されたアウタチューブと、
   前記雄スプライン部の外周面を覆う状態で設けられたコーティング層とを備えており、
   前記雄スプライン部と前記雌スプライン部とを、前記コーティング層を介してスプライン係合させる事により、前記インナシャフトと前記アウタチューブとがトルク伝達可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わされている伸縮自在シャフトであって、
   前記インナシャフトのうちの前記雄スプライン部が形成された部分が、軸方向一端部に設けられた薄肉部と、該薄肉部よりも軸方向他方側に設けられ、径方向に関する厚さ寸法が該薄肉部よりも大きい厚肉部とを有しており、
   前記インナシャフトの内周面は、前記薄肉部の内周面に形成された大径孔部と、該大径孔部よりも軸方向他方側に形成された中径孔部と、該中径孔部よりも軸方向他方側に形成された小径孔部とを有しており、
   前記中径孔部と前記小径孔部との間に存在する連続段部が、前記雄スプライン部と前記小径軸部との間に存在する連続部の外周面よりも軸方向一方側に位置する事により、前記雄スプライン部の内周面の軸方向他端部に、全周に亙り径方向内方に張り出した内向張出部が形成されている、
   伸縮自在シャフト。
2. 使用時に於ける前記インナシャフトと前記アウタチューブとの伸縮ストロークの範囲で、前記雄スプライン部のうちの前記厚肉部の外周面に形成された部分の少なくとも一部と、前記アウタチューブの雌スプライン部とが、常にスプライン係合している、請求項１に記載した伸縮自在シャフト。
3. 前記厚肉部のうちで前記内向張出部が形成されていない部分の断面積と、前記小径軸部のうちで前記小径孔部と同じ内径寸法を有する大径部の断面積とが同じである、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した伸縮自在シャフト。
4. ヨーク部が、前記インナシャフトの軸方向他端部に設けられた外向鍔部により、該インナシャフトに結合固定されている、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した伸縮自在シャフト。
   

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