JPWO2014192653A1 - 伸縮軸用インナーシャフトおよびその製造方法 - Google Patents

伸縮軸用インナーシャフトおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部１４ｂの外周面に合成樹脂製のコーティング層１９ａを形成するための仕上加工を容易に行うことができる伸縮軸用インナーシャフトの構造およびその製造方法を提供する。インナーシャフト１５ａの外周面に軸方向に伸長する凹溝２２を、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン溝２３のうちの１本の雄スプライン溝２３と軸方向に連続する状態で設ける。凹溝２２のうち、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた部分により、コーティング層１９ａに仕上加工を施すための切削工具と、雄スプライン部１４ｂの周方向に関する凹凸との位相合わせを図る。

Description

本発明は、自動車用ステアリング装置に使用されるステアリング装置用伸縮軸などを構成する、伸縮軸用インナーシャフトに関する。
自動車用ステアリング装置は、図９に示すように、ステアリングホイール１の動きをステアリングギヤ２に伝達するように構成される。具体的には、ステアリングホイール１の動きが、ステアリングシャフト３と、自在継手４ａと、中間シャフト５と、自在継手４ｂとを介して、ステアリングギヤ２の入力軸６に伝達され、ステアリングギヤ２が、タイロッド７を押し引きすることにより、操舵輪に所望の舵角が付与される。なお、このステアリング装置には、電動モータ８により、運転者がステアリングホイール１に加えた力に応じた補助力をステアリングシャフト３に付与する、電動式パワーステアリング装置が組み込まれている。
このステアリング装置は、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１の前後位置を調節するために、ステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３を回転自在に支持したステアリングコラム９とを伸縮させる構造を備える。具体的には、ステアリングシャフト３は、アウターシャフト１０とインナーシャフト１１とを、スプライン係合部により伸縮および回転力の伝達を自在に組み合わせた、いわゆるテレスコピックステアリングシャフトにより構成される。また、ステアリングコラム９は、アウターコラム１２とインナーコラム１３とを伸縮自在に組み合わせて構成される。
また、中間シャフト５も、衝突事故の際にステアリングホイール１が運転者側に突き上げられてしまうことを防止するために、伸縮構造を備える。図１０は、従来の中間シャフトの構造の１例を示している。中間シャフト５は、前端部外周面に雄スプライン部１４が設けられたインナーシャフト１５と、内周面に雄スプライン部１４を挿入自在な雌スプライン部１６が形成された、円管状のアウターシャフト１７とにより構成される。雌スプライン部１６に雄スプライン部１４をスプライン係合させることにより、インナーシャフト１５とアウターシャフト１７とが、伸縮自在に組み合わされる。インナーシャフト１５とアウターシャフト１７の基端部には、それぞれ自在継手４ａ、４ｂを構成する一方のヨーク１８ａ、１８ｂの基端部が溶接固定されている。
中間シャフト５は、通常時には、図１０に示すように、インナーシャフト１５の前端部にある雄スプライン部１４が、アウターシャフト１７の雌スプライン部１６の後端寄り部分に存在する。衝突事故（一次衝突）により、車体の前部が押し潰され、ステアリングギヤ２が後方に押されると、インナーシャフト１５（雄スプライン部１４）がそのままの位置に止まったまま、アウターシャフト１７が後方に変位して、雄スプライン部１４が雌スプライン部１６の奥部に入り込むように、中間シャフト５の全長が縮まる。このような構成により、ステアリングギヤ２の後方への変位に拘らず、ステアリングホイール１が後方に移動して、運転者側に向けて突き上げてしまうことを防止して、一次衝突時における運転者の保護が図られる。なお、二次衝突時に、ステアリングシャフト３がその全長を縮めることにより、ステアリングホイール１に衝突した運転者の保護が図られる。
中間シャフト５およびステアリングシャフト３などのステアリング装置用伸縮軸には、（１）操舵時に、アウターシャフトとインナーシャフトとの係合部に存在するバックラッシュに拘らず、がたつきなくトルクを伝達させる機能、および、（２）伸縮時に、小さな力で伸縮する機能が要求される。このため、特開２０１１−１７３４６４号公報、特開２００５−０４２７６１号公報、特開２０１２−０４０９４９号公報などに記載されているように、インナーシャフトの雄スプライン部の外周面とアウターシャフトの雌スプライン部の内周面とのうちの少なくとも何れか一方に、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が設けられている。
インナーシャフトの雄スプライン部の外周面にコーティング層を設ける場合、雄スプライン部の外周面に合成樹脂製の樹脂コーティングを施して樹脂層を形成した後、余剰部分を削り取って樹脂層の膜厚を均一にすると共に、表面粗さを向上させるための仕上加工が施される。仕上加工を施す際には、雄スプライン部の周方向に関する凹凸と、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具との周方向に関する位相を正確に合わせることが重要になる。雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相のずれが大きくなると、コーティング層の周方向に関する厚さが不均一になってしまう可能性がある。
雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを図るために、図１１に示すように、雄スプライン部１４ａの全長を長くして、雄スプライン部１４ａをアウターシャフト１７の雌スプライン部１６と係合しない部分にまで設けることが考えられる。すなわち、雄スプライン部１４ａの外周面のうち、先端部および中間部（基端寄り部分を除く部分）に樹脂層を形成した後、仕上加工を施す際には、雄スプライン部１４ａのうちで樹脂層により覆われていない基端寄り部分により、雄スプライン部１４ａと切削工具との周方向の位相合わせを図る。これにより、雄スプライン部１４ａのうちの基端寄り部分を除く部分の外周面に、膜厚が均一で、かつ、表面粗さが良好な合成樹脂製のコーティング層１９を形成することができる。ただし、図１１に示した構造では、雄スプライン部１４ａが、雌スプライン部１６と係合しない部分にまで設けられるため、インナーシャフト１５ａの重量を徒に増大させてしまう。
特開２０１１−１７３４６４号公報には、雄スプライン部を構成する雄スプライン歯の先端部に、先端縁に向かうほど雄スプライン歯の歯厚および歯丈が小さくなるテーパ部を設けると共に、このような雄スプライン部を有するインナーシャフトをブローチ内に、周方向に関する相対回転を自在とした状態で押し込んで、樹脂層に仕上加工を施す技術が記載されている。この場合、テーパ部と、ブローチの内周面に形成された凹凸部との係合により、雄スプライン部が案内され、雄スプライン部の周方向に関する凹凸と、ブローチの内周面に形成した凹凸部との周方向に関する位相合わせを行うことができる。ただし、外周面に樹脂層が施された状態のテーパ部を利用して、雄スプライン部とブローチとの周方向に関する位相合わせを行うため、この位相合わせを正確に行えない可能性がある。また、テーパ部は、完成後にアウターシャフトの雌スプライン部と係合しない、本来は不要な部分であるため、テーパ部を設けた分だけ、インナーシャフトの重量を徒に増大させてしまう。
特開２０１１−１７３４６４号公報 特開２００５−４２７６１号公報 特開２０１２−４０９４９号公報
本発明は、上述のような事情に鑑みて、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部の外周面を覆う合成樹脂製のコーティング層を形成するための仕上加工の際に、雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを容易に行うことを可能とする、伸縮軸用インナーシャフトの構造およびその製造方法を提供することを目的としている。
本発明の伸縮軸用インナーシャフトは、その先端部に設けられ、その中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部と、該結合杆部の外周面に設けられた雄スプライン部と、該雄スプライン部の外周面に形成された、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）などの合成樹脂製のコーティング層とを備える。
特に、本発明の伸縮軸用インナーシャフトにおいては、前記雄スプライン部の外周面全体が、軸方向にわたって、前記コーティング層により覆われている。該コーティング層の仕上加工の際に、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具の周方向の位置決め（前記雄スプライン部と該切削工具との周方向に関する位相合わせ）を図るための位置決め手段（位置決め凹部または位置決め凸部）が、少なくともその一部が前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分に位置する状態で、伸縮軸用インナーシャフトの外周面のうち、周方向に関して１箇所以上に設けられている。
好ましくは、前記位置決め手段を、該伸縮軸用インナーシャフトの中心軸と平行で軸方向に伸長する凹溝により構成する。この場合、前記凹溝の少なくとも一部を、前記雄スプライン部と軸方向に隣接する部分に位置させることができる。あるいは、前記凹溝を、前記雄スプライン部を構成し、軸方向に伸長する雄スプライン溝と軸方向に連続した状態で設けることができる。この場合、前記凹溝の軸方向長さが、前記雄スプライン溝の軸方向長さよりも長くなるように、該凹溝を設けることができる。また、前記凹溝の溝底の幅を、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の歯底の幅よりも小さくすることが好ましい。この場合、前記雄スプライン部を、軸方向に伸長する複数の雄スプライン歯および雄スプライン溝が周方向に交互に連続させて構成し、前記凹溝を、該複数の雄スプライン溝のうちの１以上の雄スプライン溝の溝底と、該１以上の雄スプライン溝から軸方向に外れた部分とに連続して形成して、前記コーティング層が、前記凹溝のうち前記雄スプライン溝の溝底に形成された部分を埋めた状態で、前記雄スプライン歯および雄スプライン溝の外形に沿った形状となるようにすることが好ましい。さらに、該伸縮軸用インナーシャフトが、前記基端部にヨークが設けられた、ステアリング装置用の中間シャフトなどのような構造を有する場合、特に、凹溝が周方向に１８０°位相をずらせた２箇所位置に形成されている場合には、前記凹溝が該ヨークと位相を一致するように形成されていることが好ましい。
また、本発明の伸縮式インナーシャフトにおいて、前記位置決め手段の周方向に関する個数（前記凹溝の本数）は、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の総数の２以上の約数とすることが好ましい。
本発明の伸縮軸用インナーシャフトの製造方法は、金属製の素材の先端部に、中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部を形成し、該結合杆部の外周面に雄スプライン部を設ける。そして、該雄スプライン部の外周面にその全体を覆うように合成樹脂の樹脂コーティングを、流動浸漬法、合成樹脂を射出する手段などにより施して、該雄スプライン部の外周面に樹脂層を形成する。その後、該樹脂層に、切削工具を用いた、余剰部分を削り取るためのシェービング加工、ブローチ加工などの切削加工による仕上加工を施して、該雄スプライン部の外周面に合成樹脂製のコーティング層を形成する。
特に、本発明の伸縮軸用インナーシャフトの製造方法においては、前記素材の外周面のうち周方向に関して１箇所以上に、少なくともその一部が前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分に位置するように、位置決め手段（位置決め凹部または位置決め凸部）を形成する。そして、前記仕上加工を施す際に、該位置決め手段により、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具の周方向の位置決め（前記雄スプライン部と該切削工具との周方向に関する位相合わせ）を図る。なお、前記素材を、棒状材料、円柱状材料、および、円筒状材料から選択し、前記雄スプライン部を、前記結合杆部に塑性加工を施すことにより形成することが好ましい。
本発明の伸縮軸用インナーシャフトおよびその製造方法によれば、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部の外周面に合成樹脂製のコーティング層を形成するための仕上加工の際に、雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを容易に行うことができる。すなわち、仕上加工の際に、切削工具の周方向に関する位置決め（雄スプライン部と切削工具との位相合わせ）を、伸縮軸用インナーシャフトの外周面に形成した位置決め手段のうち、樹脂層により覆われていない、雄スプライン部から軸方向に外れた部分に位置する部分を利用して行うことができるため、切削工具の位置決めを容易に行うことが可能である。また、雄スプライン部を、伸縮軸を構成するアウターシャフトの雌スプライン部と係合しない部分には形成する必要がないため、伸縮軸用インナーシャフトの重量が徒に増大してしまうことを防止できる。
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態の第１例を示す要部拡大側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のａ−ａ断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のｂ−ｂ断面図である。 図２は、凹溝の形状の別の２例を示す、図１（Ｃ）と同様の図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明の実施の形態の第２例を示す、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）と同様の図である。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第２例を中間シャフトのインナーシャフトに適用した場合における、凹溝の形成位置の２例を示す側面図である。 図５（Ａ）は、本発明の実施の形態の第３例を示す、図１（Ｂ）と同様の図であり、図５（Ｂ）は、第３例についての図１（Ｃ）と同様の図である。 図６は、本発明の実施の形態の第４例を示す、図１（Ｂ）と同様の図である。 図７（Ａ）は、本発明の実施の形態の第５例を示す要部拡大側面図であり、図７（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第６例を示す要部拡大側面図である。 図８（Ａ）は、本発明の実施の形態の第７例を示す要部拡大側面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のｃ−ｃ断面図である。 図９は、従来のステアリング装置の１例の示す部分切断側面図である。 図１０は、図９のステアリング装置から中間シャフトを取り出して示す部分切断側面図である。 図１１は、インナーシャフトの雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを図るための従来構造の１例を説明するための要部拡大側面図である。
［実施の形態の第１例］
図１（Ａ）〜図２（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第１例を示している。なお、本例の特徴は、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部１４ｂの外周面を覆った合成樹脂製の樹脂層に仕上加工を施す際に、雄スプライン部１４ｂと仕上加工に使用する切削工具との位相合わせを容易に行うための構造およびその製造方法にある。その他の部分の構成および作用は、従来構造と同様である。
本例のインナーシャフト１５ｂの先端部（図１の左端部）は、基端部および中間部よりも外径の大きい結合杆部２０により構成され、結合杆部２０の外周面に雄スプライン部１４ｂが設けられている。雄スプライン部１４ｂは、それぞれがインナーシャフト１５ｂの中心軸に平行で、結合杆部２０の軸方向にわたって伸長する複数の雄スプライン歯２１を、周方向に等ピッチで配置することにより構成される。なお、これらの雄スプライン歯２１の歯厚および歯丈は、軸方向端縁に形成した面取り部を除き、軸方向にわたって一定となっている。また、周方向に隣り合う雄スプライン歯２１同士の間部分には、それぞれ雄スプライン溝２３が設けられている。すなわち、雄スプライン部１４ｂは、軸方向に伸長する複数の雄スプライン歯２１および雄スプライン溝２３が周方向に交互に連続することにより構成されている。雄スプライン部１４ｂの外周面全体には、軸方向にわたって、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などの滑りやすい（摩擦係数の低い）合成樹脂製で、膜厚が１０μｍ〜１０００μｍ程度で一定、かつ、表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１５μｍ程度のコーティング層１９ａが形成されている。コーティング層１９ａは、雄スプライン歯２１および雄スプライン溝２３の外形に沿った形状となっており、雄スプライン歯部２５および雄スプライン溝部２６により構成される。
本例の場合、インナーシャフト１５ｂの外周面のうち、１本の雄スプライン溝２３と周方向に関する位相が一致する部分で、インナーシャフト１５ｂの先端縁から雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた中間部に掛かる範囲にわたって、位置決め手段（位置決め凹部）に相当する、凹溝２２が設けられている。すなわち、凹溝２２は、インナーシャフト１５ｂの中心軸に平行で軸方向に、かつ、雄スプライン溝２３よりも長く伸長する。本例の場合、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すように、凹溝２２の断面形状を台形状としている。ただし、凹溝２２の断面形状は、図２（Ａ）に示すような矩形状、あるいは、図２（Ｂ）に示すような三角形状とすることもできる。なお、何れの断面形状を採用する場合でも、耐破断性を十分に確保する観点から、凹溝２２の溝底の周方向における幅（Ｗ22）は、雄スプライン溝２３の歯底の周方向における幅（Ｗ23）よりも小さくすることが好ましい。本例では、１本の凹溝２２が、１本の雄スプライン溝２３の溝底と、この雄スプライン溝２３から軸方向に外れた部分とに連続して形成されている。なお、コーティング層１９ａが、凹溝２２のうち雄スプライン溝２３の溝底に形成された部分を埋めるため、コーティング層１９ａの雄スプライン歯部２５および雄スプライン溝部２６は、凹溝２２がなかった場合の雄スプライン歯２１および雄スプライン溝２３の外形に沿った形状となっている。
本例のインナーシャフト１５ｂを製造する場合、まず、炭素鋼などの金属製で円柱状の素材の中間部および基端部に切削加工を施して、この素材の先端部を、中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部２０により構成する。なお、金属製の素材としては、伸縮軸の用途などに応じて、円柱状材料のほか、棒状材料、円筒状材料も用いることができる。結合杆部２０の外周面に、冷間鍛造、ホブ加工、転造加工などの塑性加工を用いたスプライン加工を施して、複数（図示の例では１８本）の雄スプライン溝２３および複数の雄スプライン歯２１を形成することにより、雄スプライン部１４ｂを設ける。さらに、インナーシャフト１５ｂの外周面のうち、１本の雄スプライン溝２３と周方向に関する位相が一致する部分で、インナーシャフト１５ｂの先端縁から、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた中間部に掛かる範囲に、軸方向に伸長する凹溝２２を設ける。凹溝２２を、雄スプライン溝２３を形成する際に、冷間鍛造、ホブ加工、転造加工などの塑性加工により同時に形成することが好ましい。ただし、凹溝２２を、雄スプライン部１４ｂを設けた後、切削加工などにより形成することもできる。
何れにしても、インナーシャフト１５ｂの外周面に凹溝２２を設けた後、雄スプライン部１４ｂの外周面に、滑りやすい（摩擦係数の低い）合成樹脂製の樹脂コーティングを、流動浸漬法や合成樹脂を射出する方法などにより、当該部分に樹脂層を形成する。このようにして得られた中間素材を、樹脂層にシェービング加工、ブローチ加工などの切削加工による仕上加工を施すための加工装置のホルダに保持する。この際、切削加工に用いる切削工具の周方向の位置決めに、凹溝２２を利用する、すなわち、凹溝２２をホルダの一部に係合させたり、あるいは、凹溝２２を目視またはセンサにより検知したりすることにより、雄スプライン部１４ｂの周方向に関する凹凸と、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具との周方向の位相合わせを図った上で、この中間素材を加工装置のホルダに保持する。そして、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具を用いて、樹脂層に仕上加工を施して余剰部分を削り取ることにより、雄スプライン部１４ｂの外周面全体に、雄スプライン部２５および雄スプライン部２６により構成されるコーティング層１９ａを形成して、インナーシャフト１５ｂを得る。コーティング層１９ａは、凹溝２２の底面を覆う部分を除いて膜厚が均一であり、かつ、表面粗さが良好である。
本例のインナーシャフト１５ｂによれば、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部１４ｂと、仕上加工のための切削工具との周方向に関する位相合わせを容易に行うことができると共に、雄スプライン部１４ｂの外周面に、膜厚が均一で、かつ、表面粗さが良好な合成樹脂製のコーティング層１９ａを容易に形成することができる。すなわち、雄スプライン部１４ｂの外周面を覆う樹脂層に余剰部分を削り取る仕上加工を施す際に、雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位相合わせを、凹溝２２のうち雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた部分を利用することによって容易に行うことができる。また、本例の場合、凹溝２２を、インナーシャフト１５ｂの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた部分にまで設けている。したがって、雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位相合わせを行うために、雄スプライン部１４ｂを、アウターシャフトの雌スプライン部と係合しない部分にまで形成する必要がない。このため、インナーシャフト１５ｂの重量が徒に増大することを防止することができる。さらに、凹溝２２を形成したことにより、インナーシャフト１５ｂの重量の低減を図ることもできる。
なお、本例において、位置決め手段として、凹溝２２に代えて、伸縮軸用インナーシャフト１５ｂの雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位相合わせを行うための位置決め凸部を、少なくともその一部が雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた部分に位置する状態で、伸縮軸用インナーシャフト１５ｂの外周面に設けることもできる。この場合、位置決め凸部を、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン歯２１と軸方向に連続した状態で設けることができる。
［実施の形態の第２例］
図３（Ａ）〜図４（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、インナーシャフト１５ｃの先端部および中間部の外周面のうち、径方向反対側２箇所位置に凹溝２２を、径方向反対側２箇所位置に存在する雄スプライン溝２３と軸方向に連続する状態で設けている。また、本例の場合、凹溝２２の本数を、雄スプライン溝２３の総数（図示の例では１８個）の２以上の約数である、２本としている。このため、インナーシャフト１５ｃの先端部の形状を、周方向に関して対称にできるため、凹溝２２を加工する際に、曲がりなどの変形が生じることを防止できる。
なお、本例においても、凹溝２２の溝底の周方向における幅（Ｗ22）は、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン溝２３の歯底の周方向における幅（Ｗ23）よりも小さくすることが好ましい（Ｗ22＜Ｗ23）。本例のように２本の凹溝２２を１８０°位相をずらして互いに対向するように配置し、凹溝２２の幅（Ｗ22）を、雄スプライン溝２３の歯底の幅（Ｗ23）よりも小さくすることにより（Ｗ22＜Ｗ23）、伸縮軸が使用により応力を継続的あるいは繰り返し受けて疲労した場合や、伸縮軸に衝撃的に大きなトルクが入力された場合でも、インナーシャフト１５ｃが軸方向に破断することなく、最初に、インナーシャフト１５ｃの内部で、凹溝２２の存在する軸方向範囲内で、２本の凹溝２２の間に径方向に亀裂が発生する。このような亀裂の生じた状態で、伸縮軸を使用するとがたつきなどの異常が発生し、このような伸縮軸を備えたステアリング装置の使用者が異常を容易に感知することができる。また、インナーシャフト１５ｃが軸方向に破断するわけではないため、このような場合でも、伸縮時によるトルク伝達は確実に行われる。
また、本例のインナーシャフト１５ｃをステアリング装置のうちの中間シャフト５に適用する場合、すなわち、インナーシャフト１５ｃの基端部にヨーク１８ａが設けられている場合には、凹溝２２の周方向の形成位置は任意ではあるが、図４（Ａ）に示すように、凹溝２２をヨーク１８ａとの位相を９０°異ならせて形成するよりも、図４（Ｂ）に示すように、凹溝２２をヨーク１８ａの位相と一致するように形成することが好ましい。中間シャフト５にトルクが入力されると、回転方向にトルクが加わるほか、中間シャフト５にはヨーク１８ａの形成方向（図４および図１０の上下方向）に中間シャフト５を揺動湾曲させる方向のモーメントが加わる。図４（Ａ）に示すような凹溝２２の配置では、凹溝２２が上述したトルクとモーメントの両方の影響を受けやすく、インナーシャフト１５ｃに、凹溝２２を基点とする亀裂が生じやすい傾向となる。図４（ｂ）に示すような凹溝２２の配置では、凹溝２２は、上述したモーメントの影響は受けにくく、トルクの影響のみを受けるため、亀裂などに起因する不具合を回避でき、インナーシャフト１５ｃの強度設計が容易となる。したがって、凹溝２２とヨーク１８ａの位相が一致するように凹溝２２を形成することが好ましい。なお、この点は、実施の形態の第１例のように凹溝２２を周方向１箇所に設ける場合にも適用可能である。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例と同様である。
［実施の形態の第３例］
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合、インナーシャフト１５ｄの先端部および中間部の外周面のうち、周方向３箇所位置に、互いに等間隔に、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン溝２３と軸方向にそれぞれ連続する、凹溝２２を設けている。すなわち、本例の場合も、凹溝２２の本数は、雄スプライン溝の総数（１８個）の約数（３本）としている。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第２例と同様である。
［実施の形態の第４例］
図６は、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合、凹溝２２ａを、インナーシャフト１５ｅの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂと軸方向に隣接する部分の周方向３箇所位置に、互いに等間隔に形成している。また、凹溝２２ａを、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン溝２３と周方向に関する位相をずらした（図示の例の場合には、１／４ピッチ分だけずらした）状態で形成している。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第３例と同様である。
［実施の形態の第５例および第６例］
図７（Ａ）は、本発明の実施の形態の第５例を、図７（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第６例を、それぞれ示している。図７（Ａ）に示す第５例の場合、凹溝２２ｂを、インナーシャフト１５ｆの外周面のうち、先端縁から基端寄り部分に掛けての部分に形成している。すなわち、凹溝２２ｂの軸方向長さを、実施の形態の第１例および第２例の凹溝２２よりも長くしている。一方、図７（Ｂ）に示す第６例の場合、凹溝２２ｃを、インナーシャフト１５ｇの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた、中間部から基端部に掛けての部分に形成している。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例〜第３例と同様である。
［実施の形態の第７例］
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例の場合、インナーシャフト１５ｈの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた中間部に、位置決め凹部に相当する、半球面状の凹部２４を設けている。なお、凹部２４の形状に関しては、雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位置決めを図ることができれば、半球面状に限定されることなく任意である。また、凹部２４の周方向に関する個数も、図示の例のように１個でもよく、複数、好ましくは、雄スプライン溝２３（図１参照）の総数の２以上の約数とすることもできる。さらに、図示の例では、凹部２４は軸方向１箇所に設けているが、軸方向に離間した２箇所以上に設けることもできる。本例でも、半球面状の凹部２４に代替して、半球面状の凸部を設けることもできる。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例および第２例と同様である。
本発明は、自動車用ステアリング装置を構成するステアリングシャフトや中間シャフトなどの伸縮軸を構成する伸縮軸用インナーシャフトに広く適用することが可能である。
１ ステアリングホイール
２ ステアリングギヤ
３ ステアリングシャフト
４ａ、４ｂ 自在継手
５ 中間シャフト
６ 入力軸
７ タイロッド
８ 電動モータ
９ ステアリングコラム
１０ アウターシャフト
１１ インナーシャフト
１２ アウターコラム
１３ インナーコラム
１４、１４ａ、１４ｂ 雄スプライン部
１５、１５ａ〜１５ｈ インナーシャフト
１６ 雌スプライン部
１７ アウターシャフト
１８ａ、１８ｂ ヨーク
１９、１９ａ コーティング層
２０ 結合杆部
２１ 雄スプライン歯
２２、２２ａ〜２２ｃ 凹溝
２３ 雄スプライン溝
２４ 凹部
２５ 雄スプライン歯部
２６ 雄スプライン溝部
本発明は、自動車用ステアリング装置に使用されるステアリング装置用伸縮軸などを構成する、伸縮軸用インナーシャフトに関する。
自動車用ステアリング装置は、図９に示すように、ステアリングホイール１の動きをステアリングギヤ２に伝達するように構成される。具体的には、ステアリングホイール１の動きが、ステアリングシャフト３と、自在継手４ａと、中間シャフト５と、自在継手４ｂとを介して、ステアリングギヤ２の入力軸６に伝達され、ステアリングギヤ２が、タイロッド７を押し引きすることにより、操舵輪に所望の舵角が付与される。なお、このステアリング装置には、電動モータ８により、運転者がステアリングホイール１に加えた力に応じた補助力をステアリングシャフト３に付与する、電動式パワーステアリング装置が組み込まれている。
このステアリング装置は、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１の前後位置を調節するために、ステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３を回転自在に支持したステアリングコラム９とを伸縮させる構造を備える。具体的には、ステアリングシャフト３は、アウターシャフト１０とインナーシャフト１１とを、スプライン係合部により伸縮および回転力の伝達を自在に組み合わせた、いわゆるテレスコピックステアリングシャフトにより構成される。また、ステアリングコラム９は、アウターコラム１２とインナーコラム１３とを伸縮自在に組み合わせて構成される。
また、中間シャフト５も、衝突事故の際にステアリングホイール１が運転者側に突き上げられてしまうことを防止するために、伸縮構造を備える。図１０は、従来の中間シャフトの構造の１例を示している。中間シャフト５は、前端部外周面に雄スプライン部１４が設けられたインナーシャフト１５と、内周面に雄スプライン部１４を挿入自在な雌スプライン部１６が形成された、円管状のアウターシャフト１７とにより構成される。雌スプライン部１６に雄スプライン部１４をスプライン係合させることにより、インナーシャフト１５とアウターシャフト１７とが、伸縮自在に組み合わされる。インナーシャフト１５とアウターシャフト１７の基端部には、それぞれ自在継手４ａ、４ｂを構成する一方のヨーク１８ａ、１８ｂの基端部が溶接固定されている。
中間シャフト５は、通常時には、図１０に示すように、インナーシャフト１５の前端部にある雄スプライン部１４が、アウターシャフト１７の雌スプライン部１６の後端寄り部分に存在する。衝突事故（一次衝突）により、車体の前部が押し潰され、ステアリングギヤ２が後方に押されると、インナーシャフト１５（雄スプライン部１４）がそのままの位置に止まったまま、アウターシャフト１７が後方に変位して、雄スプライン部１４が雌スプライン部１６の奥部に入り込むように、中間シャフト５の全長が縮まる。このような構成により、ステアリングギヤ２の後方への変位に拘らず、ステアリングホイール１が後方に移動して、運転者側に向けて突き上げてしまうことを防止して、一次衝突時における運転者の保護が図られる。なお、二次衝突時に、ステアリングシャフト３がその全長を縮めることにより、ステアリングホイール１に衝突した運転者の保護が図られる。
中間シャフト５およびステアリングシャフト３などのステアリング装置用伸縮軸には、（１）操舵時に、アウターシャフトとインナーシャフトとの係合部に存在するバックラッシュに拘らず、がたつきなくトルクを伝達させる機能、および、（２）伸縮時に、小さな力で伸縮する機能が要求される。このため、特開２０１１−１７３４６４号公報、特開２００５−０４２７６１号公報、特開２０１２−０４０９４９号公報などに記載されているように、インナーシャフトの雄スプライン部の外周面とアウターシャフトの雌スプライン部の内周面とのうちの少なくとも何れか一方に、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が設けられている。
インナーシャフトの雄スプライン部の外周面にコーティング層を設ける場合、雄スプライン部の外周面に合成樹脂製の樹脂コーティングを施して樹脂層を形成した後、余剰部分を削り取って樹脂層の膜厚を均一にすると共に、表面粗さを向上させるための仕上加工が施される。仕上加工を施す際には、雄スプライン部の周方向に関する凹凸と、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具との周方向に関する位相を正確に合わせることが重要になる。雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相のずれが大きくなると、コーティング層の周方向に関する厚さが不均一になってしまう可能性がある。
雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを図るために、図１１に示すように、雄スプライン部１４ａの全長を長くして、雄スプライン部１４ａをアウターシャフト１７の雌スプライン部１６と係合しない部分にまで設けることが考えられる。すなわち、雄スプライン部１４ａの外周面のうち、先端部および中間部（基端寄り部分を除く部分）に樹脂層を形成した後、仕上加工を施す際には、雄スプライン部１４ａのうちで樹脂層により覆われていない基端寄り部分により、雄スプライン部１４ａと切削工具との周方向の位相合わせを図る。これにより、雄スプライン部１４ａのうちの基端寄り部分を除く部分の外周面に、膜厚が均一で、かつ、表面粗さが良好な合成樹脂製のコーティング層１９を形成することができる。ただし、図１１に示した構造では、雄スプライン部１４ａが、雌スプライン部１６と係合しない部分にまで設けられるため、インナーシャフト１５ａの重量を徒に増大させてしまう。
特開２０１１−１７３４６４号公報には、雄スプライン部を構成する雄スプライン歯の先端部に、先端縁に向かうほど雄スプライン歯の歯厚および歯丈が小さくなるテーパ部を設けると共に、このような雄スプライン部を有するインナーシャフトをブローチ内に、周方向に関する相対回転を自在とした状態で押し込んで、樹脂層に仕上加工を施す技術が記載されている。この場合、テーパ部と、ブローチの内周面に形成された凹凸部との係合により、雄スプライン部が案内され、雄スプライン部の周方向に関する凹凸と、ブローチの内周面に形成した凹凸部との周方向に関する位相合わせを行うことができる。ただし、外周面に樹脂層が施された状態のテーパ部を利用して、雄スプライン部とブローチとの周方向に関する位相合わせを行うため、この位相合わせを正確に行えない可能性がある。また、テーパ部は、完成後にアウターシャフトの雌スプライン部と係合しない、本来は不要な部分であるため、テーパ部を設けた分だけ、インナーシャフトの重量を徒に増大させてしまう。
特開２０１１−１７３４６４号公報 特開２００５−４２７６１号公報 特開２０１２−４０９４９号公報
本発明は、上述のような事情に鑑みて、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部の外周面を覆う合成樹脂製のコーティング層を形成するための仕上加工の際に、雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを容易に行うことを可能とする、伸縮軸用インナーシャフトの構造およびその製造方法を提供することを目的としている。
本発明の伸縮軸用インナーシャフトは、その先端部に設けられ、その中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部と、該結合杆部の外周面に設けられた雄スプライン部と、該雄スプライン部の外周面に形成された、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）などの合成樹脂製のコーティング層とを備える。
特に、本発明の伸縮軸用インナーシャフトにおいては、前記雄スプライン部の外周面全体が、軸方向にわたって、前記コーティング層により覆われている。該コーティング層の仕上加工の際に、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具の周方向の位置決め（前記雄スプライン部の周方向に関する凹凸と該切削工具との周方向に関する位相合わせ）を図るための位置決め手段が、少なくともその一部が前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分に位置する状態で、伸縮軸用インナーシャフトの外周面のうち、周方向に関して１箇所以上に設けられている。なお、前記仕上加工とは、前記雄スプライン部の外周面に合成樹脂製の樹脂コーティングを施して樹脂層を形成した後で、切削工具を用いて余剰部分を削り取るものである。
前記位置決め手段を、該伸縮軸用インナーシャフトの中心軸と平行で軸方向に伸長する凹溝により構成する。この場合、前記凹溝の少なくとも一部を、前記雄スプライン部と軸方向に隣接する部分に位置させることができる。そして、前記凹溝を、前記雄スプライン部を構成し、軸方向に伸長する雄スプライン溝と軸方向に連続した状態で設ける。この場合、前記凹溝の軸方向長さが、前記雄スプライン溝の軸方向長さよりも長くなるように、該凹溝を設けることができる。また、前記凹溝の溝底の幅を、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の歯底の幅よりも小さくすることが好ましい。この場合、前記雄スプライン部を、軸方向に伸長する複数の雄スプライン歯および雄スプライン溝が周方向に交互に連続させて構成し、前記凹溝を、該複数の雄スプライン溝のうちの１以上の雄スプライン溝の溝底と、該１以上の雄スプライン溝から軸方向に外れた部分とに連続して形成して、前記コーティング層が、前記凹溝のうち前記雄スプライン溝の溝底に形成された部分を埋めた状態で、前記雄スプライン歯および雄スプライン溝の外形に沿った形状となるようにする。さらに、該伸縮軸用インナーシャフトが、前記基端部に１対の腕部を備える二股状のヨークが設けられた、ステアリング装置用の中間シャフトなどのような構造を有する場合、特に、凹溝が周方向に１８０°位相をずらせた２箇所位置に形成されている場合には、前記凹溝が前記腕部と周方向に関する位相を一致するように形成されていることが好ましい。
また、本発明の伸縮式インナーシャフトにおいて、前記位置決め手段の周方向に関する個数（前記凹溝の本数）は、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の総数の２以上の約数とすることが好ましい。
本発明の伸縮軸用インナーシャフトの製造方法は、金属製の素材の先端部に、中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部を形成し、該結合杆部の外周面に雄スプライン部を設ける。そして、該雄スプライン部の外周面にその全体を覆うように合成樹脂の樹脂コーティングを、流動浸漬法、合成樹脂を射出する手段などにより施して、該雄スプライン部の外周面に樹脂層を形成する。その後、該樹脂層に、切削工具を用いた、余剰部分を削り取るためのシェービング加工、ブローチ加工などの切削加工による仕上加工を施して、該雄スプライン部の外周面に合成樹脂製のコーティング層を形成する。
特に、本発明の伸縮軸用インナーシャフトの製造方法においては、前記素材の外周面のうち周方向に関して１箇所以上に、前記雄スプライン部を構成し、軸方向に伸長する雄スプライン溝と軸方向に連続した状態で設けられた軸方向に伸長する凹溝である、位置決め手段を形成する。そして、前記仕上加工を施す際に、該位置決め手段に加工装置のホルダの一部を係合させることで、または、この位置決め手段を目視若しくはセンサにより検知することで、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具の周方向の位置決め（前記雄スプライン部と該切削工具との周方向に関する位相合わせ）を図る。或いは、前記位置決め手段を、前記雄スプライン部を構成する複数の雄スプライン溝のうちの１以上の雄スプライン溝の溝底と、該１以上の雄スプライン溝から軸方向に外れた部分とに連続して形成され、その溝底の幅が、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の歯底の幅よりも小さい、軸方向に伸長する凹溝とすることもできる。この場合には、前記コーティング層を、前記凹溝のうち前記雄スプライン溝の溝底に形成された部分を埋めた状態で、前記雄スプライン歯および雄スプライン溝の外形に沿った形状とする。なお、前記素材を、棒状材料、円柱状材料、および、円筒状材料から選択し、前記雄スプライン部を、前記結合杆部に塑性加工を施すことにより形成することが好ましい。
本発明の伸縮軸用インナーシャフトおよびその製造方法によれば、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部の外周面に合成樹脂製のコーティング層を形成するための仕上加工の際に、雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを容易に行うことができる。すなわち、仕上加工の際に、切削工具の周方向に関する位置決め（雄スプライン部と切削工具との位相合わせ）を、伸縮軸用インナーシャフトの外周面に形成した位置決め手段のうち、樹脂層により覆われていない、雄スプライン部から軸方向に外れた部分に位置する部分を利用して行うことができるため、切削工具の位置決めを容易に行うことが可能である。また、雄スプライン部を、伸縮軸を構成するアウターシャフトの雌スプライン部と係合しない部分には形成する必要がないため、伸縮軸用インナーシャフトの重量が徒に増大してしまうことを防止できる。
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態の第１例を示す要部拡大側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のａ−ａ断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のｂ−ｂ断面図である。 図２は、凹溝の形状の別の２例を示す、図１（Ｃ）と同様の図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明の実施の形態の第２例を示す、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）と同様の図である。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第２例を中間シャフトのインナーシャフトに適用した場合における、凹溝の形成位置の２例を示す側面図である。 図５（Ａ）は、本発明の実施の形態の第３例を示す、図１（Ｂ）と同様の図であり、図５（Ｂ）は、第３例についての図１（Ｃ）と同様の図である。 図６は、本発明の実施の形態の第４例を示す、図１（Ｂ）と同様の図である。 図７（Ａ）は、本発明の実施の形態の第５例を示す要部拡大側面図であり、図７（Ｂ）は、本発明に関連する参考例の第１例を示す要部拡大側面図である。 図８（Ａ）は、本発明に関連する参考例の第２例を示す要部拡大側面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のｃ−ｃ断面図である。 図９は、従来のステアリング装置の１例の示す部分切断側面図である。 図１０は、図９のステアリング装置から中間シャフトを取り出して示す部分切断側面図である。 図１１は、インナーシャフトの雄スプライン部と切削工具との周方向に関する位相合わせを図るための従来構造の１例を説明するための要部拡大側面図である。
［実施の形態の第１例］
図１（Ａ）〜図２（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第１例を示している。なお、本例の特徴は、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部１４ｂの外周面を覆った合成樹脂製の樹脂層に仕上加工を施す際に、雄スプライン部１４ｂと仕上加工に使用する切削工具との位相合わせを容易に行うための構造およびその製造方法にある。その他の部分の構成および作用は、従来構造と同様である。
本例のインナーシャフト１５ｂの先端部（図１の左端部）は、基端部および中間部よりも外径の大きい結合杆部２０により構成され、結合杆部２０の外周面に雄スプライン部１４ｂが設けられている。雄スプライン部１４ｂは、それぞれがインナーシャフト１５ｂの中心軸に平行で、結合杆部２０の軸方向にわたって伸長する複数の雄スプライン歯２１を、周方向に等ピッチで配置することにより構成される。なお、これらの雄スプライン歯２１の歯厚および歯丈は、軸方向端縁に形成した面取り部を除き、軸方向にわたって一定となっている。また、周方向に隣り合う雄スプライン歯２１同士の間部分には、それぞれ雄スプライン溝２３が設けられている。すなわち、雄スプライン部１４ｂは、軸方向に伸長する複数の雄スプライン歯２１および雄スプライン溝２３が周方向に交互に連続することにより構成されている。雄スプライン部１４ｂの外周面全体には、軸方向にわたって、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などの滑りやすい（摩擦係数の低い）合成樹脂製で、膜厚が１０μｍ〜１０００μｍ程度で一定、かつ、表面粗さＲａが０．０５μｍ〜１５μｍ程度のコーティング層１９ａが形成されている。コーティング層１９ａは、雄スプライン歯２１および雄スプライン溝２３の外形に沿った形状となっており、雄スプライン歯部２５および雄スプライン溝部２６により構成される。
本例の場合、インナーシャフト１５ｂの外周面のうち、１本の雄スプライン溝２３と周方向に関する位相が一致する部分で、インナーシャフト１５ｂの先端縁から雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた中間部に掛かる範囲にわたって、位置決め手段（位置決め凹部）に相当する、凹溝２２が設けられている。すなわち、凹溝２２は、インナーシャフト１５ｂの中心軸に平行で軸方向に、かつ、雄スプライン溝２３よりも長く伸長する。本例の場合、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すように、凹溝２２の断面形状を台形状としている。ただし、凹溝２２の断面形状は、図２（Ａ）に示すような矩形状、あるいは、図２（Ｂ）に示すような三角形状とすることもできる。なお、何れの断面形状を採用する場合でも、耐破断性を十分に確保する観点から、凹溝２２の溝底の周方向における幅（Ｗ22）は、雄スプライン溝２３の歯底の周方向における幅（Ｗ23）よりも小さくすることが好ましい。本例では、１本の凹溝２２が、１本の雄スプライン溝２３の溝底と、この雄スプライン溝２３から軸方向に外れた部分とに連続して形成されている。なお、コーティング層１９ａが、凹溝２２のうち雄スプライン溝２３の溝底に形成された部分を埋めるため、コーティング層１９ａの雄スプライン歯部２５および雄スプライン溝部２６は、凹溝２２がなかった場合の雄スプライン歯２１および雄スプライン溝２３の外形に沿った形状となっている。
本例のインナーシャフト１５ｂを製造する場合、まず、炭素鋼などの金属製で円柱状の素材の中間部および基端部に切削加工を施して、この素材の先端部を、中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部２０により構成する。なお、金属製の素材としては、伸縮軸の用途などに応じて、円柱状材料のほか、棒状材料、円筒状材料も用いることができる。結合杆部２０の外周面に、冷間鍛造、ホブ加工、転造加工などの塑性加工を用いたスプライン加工を施して、複数（図示の例では１８本）の雄スプライン溝２３および複数の雄スプライン歯２１を形成することにより、雄スプライン部１４ｂを設ける。さらに、インナーシャフト１５ｂの外周面のうち、１本の雄スプライン溝２３と周方向に関する位相が一致する部分で、インナーシャフト１５ｂの先端縁から、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた中間部に掛かる範囲に、軸方向に伸長する凹溝２２を設ける。凹溝２２を、雄スプライン溝２３を形成する際に、冷間鍛造、ホブ加工、転造加工などの塑性加工により同時に形成することが好ましい。ただし、凹溝２２を、雄スプライン部１４ｂを設けた後、切削加工などにより形成することもできる。
何れにしても、インナーシャフト１５ｂの外周面に凹溝２２を設けた後、雄スプライン部１４ｂの外周面に、滑りやすい（摩擦係数の低い）合成樹脂製の樹脂コーティングを、流動浸漬法や合成樹脂を射出する方法などにより、当該部分に樹脂層を形成する。このようにして得られた中間素材を、樹脂層にシェービング加工、ブローチ加工などの切削加工による仕上加工を施すための加工装置のホルダに保持する。この際、切削加工に用いる切削工具の周方向の位置決めに、凹溝２２を利用する、すなわち、凹溝２２をホルダの一部に係合させたり、あるいは、凹溝２２を目視またはセンサにより検知したりすることにより、雄スプライン部１４ｂの周方向に関する凹凸と、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具との周方向の位相合わせを図った上で、この中間素材を加工装置のホルダに保持する。そして、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具を用いて、樹脂層に仕上加工を施して余剰部分を削り取ることにより、雄スプライン部１４ｂの外周面全体に、雄スプライン部２５および雄スプライン部２６により構成されるコーティング層１９ａを形成して、インナーシャフト１５ｂを得る。コーティング層１９ａは、凹溝２２の底面を覆う部分を除いて膜厚が均一であり、かつ、表面粗さが良好である。
本例のインナーシャフト１５ｂによれば、重量の増大を抑えつつ、雄スプライン部１４ｂと、仕上加工のための切削工具との周方向に関する位相合わせを容易に行うことができると共に、雄スプライン部１４ｂの外周面に、膜厚が均一で、かつ、表面粗さが良好な合成樹脂製のコーティング層１９ａを容易に形成することができる。すなわち、雄スプライン部１４ｂの外周面を覆う樹脂層に余剰部分を削り取る仕上加工を施す際に、雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位相合わせを、凹溝２２のうち雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた部分を利用することによって容易に行うことができる。また、本例の場合、凹溝２２を、インナーシャフト１５ｂの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた部分にまで設けている。したがって、雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位相合わせを行うために、雄スプライン部１４ｂを、アウターシャフトの雌スプライン部と係合しない部分にまで形成する必要がない。このため、インナーシャフト１５ｂの重量が徒に増大することを防止することができる。さらに、凹溝２２を形成したことにより、インナーシャフト１５ｂの重量の低減を図ることもできる。
なお、本例において、位置決め手段として、凹溝２２に代えて、伸縮軸用インナーシャフト１５ｂの雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位相合わせを行うための位置決め凸部を、少なくともその一部が雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた部分に位置する状態で、伸縮軸用インナーシャフト１５ｂの外周面に設けることもできる。この場合、位置決め凸部を、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン歯２１と軸方向に連続した状態で設けることができる。
［実施の形態の第２例］
図３（Ａ）〜図４（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、インナーシャフト１５ｃの先端部および中間部の外周面のうち、径方向反対側２箇所位置に凹溝２２を、径方向反対側２箇所位置に存在する雄スプライン溝２３と軸方向に連続する状態で設けている。また、本例の場合、凹溝２２の本数を、雄スプライン溝２３の総数（図示の例では１８個）の２以上の約数である、２本としている。このため、インナーシャフト１５ｃの先端部の形状を、周方向に関して対称にできるため、凹溝２２を加工する際に、曲がりなどの変形が生じることを防止できる。
なお、本例においても、凹溝２２の溝底の周方向における幅（Ｗ22）は、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン溝２３の歯底の周方向における幅（Ｗ23）よりも小さくすることが好ましい（Ｗ22＜Ｗ23）。本例のように２本の凹溝２２を１８０°位相をずらして互いに対向するように配置し、凹溝２２の幅（Ｗ22）を、雄スプライン溝２３の歯底の幅（Ｗ23）よりも小さくすることにより（Ｗ22＜Ｗ23）、伸縮軸が使用により応力を継続的あるいは繰り返し受けて疲労した場合や、伸縮軸に衝撃的に大きなトルクが入力された場合でも、インナーシャフト１５ｃが軸方向に破断することなく、最初に、インナーシャフト１５ｃの内部で、凹溝２２の存在する軸方向範囲内で、２本の凹溝２２の間に径方向に亀裂が発生する。このような亀裂の生じた状態で、伸縮軸を使用するとがたつきなどの異常が発生し、このような伸縮軸を備えたステアリング装置の使用者が異常を容易に感知することができる。また、インナーシャフト１５ｃが軸方向に破断するわけではないため、このような場合でも、伸縮時によるトルク伝達は確実に行われる。
また、本例のインナーシャフト１５ｃをステアリング装置のうちの中間シャフト５に適用する場合、すなわち、インナーシャフト１５ｃの基端部に１対の腕部２７を備える二股状のヨーク１８ａが設けられている場合には、凹溝２２の周方向の形成位置は任意ではあるが、図４（Ａ）に示すように、凹溝２２を腕部２７との位相を９０°異ならせて形成するよりも、図４（Ｂ）に示すように、凹溝２２を腕部２７の位相と一致するように形成することが好ましい。中間シャフト５にトルクが入力されると、回転方向にトルクが加わるほか、中間シャフト５には腕部２７の形成方向（図４および図１０の上下方向）に中間シャフト５を揺動湾曲させる方向のモーメントが加わる。図４（Ａ）に示すような凹溝２２の配置では、凹溝２２が上述したトルクとモーメントの両方の影響を受けやすく、インナーシャフト１５ｃに、凹溝２２を基点とする亀裂が生じやすい傾向となる。図４（ｂ）に示すような凹溝２２の配置では、凹溝２２は、上述したモーメントの影響は受けにくく、トルクの影響のみを受けるため、亀裂などに起因する不具合を回避でき、インナーシャフト１５ｃの強度設計が容易となる。したがって、凹溝２２と腕部２７の位相が一致するように凹溝２２を形成することが好ましい。なお、この点も、実施の形態の第１例のように凹溝２２を周方向１箇所に設ける場合にも適用可能である。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例と同様である。
［実施の形態の第３例］
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合、インナーシャフト１５ｄの先端部および中間部の外周面のうち、周方向３箇所位置に、互いに等間隔に、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン溝２３と軸方向にそれぞれ連続する、凹溝２２を設けている。すなわち、本例の場合も、凹溝２２の本数は、雄スプライン溝の総数（１８個）の約数（３本）としている。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第２例と同様である。
［実施の形態の第４例］
図６は、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合、凹溝２２ａを、インナーシャフト１５ｅの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂと軸方向に隣接する部分の周方向３箇所位置に、互いに等間隔に形成している。また、凹溝２２ａを、雄スプライン部１４ｂを構成する雄スプライン溝２３と周方向に関する位相をずらした（図示の例の場合には、１／４ピッチ分だけずらした）状態で形成している。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第３例と同様である。
［実施の形態の第５例および参考例の第１例］
図７（Ａ）は、本発明の実施の形態の第５例を、図７（Ｂ）は、本発明に関連する参考例の第１例を、それぞれ示している。図７（Ａ）に示す第５例の場合、凹溝２２ｂを、インナーシャフト１５ｆの外周面のうち、先端縁から基端寄り部分に掛けての部分に形成している。すなわち、凹溝２２ｂの軸方向長さを、実施の形態の第１例および第２例の凹溝２２よりも長くしている。一方、図７（Ｂ）に示す参考例の第１例の場合、凹溝２２ｃを、インナーシャフト１５ｇの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた、中間部から基端部に掛けての部分に形成している。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例〜第３例と同様である。
［参考例の第２例］
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、本発明に関連する参考例の第２例を示している。本参考例の場合、インナーシャフト１５ｈの外周面のうち、雄スプライン部１４ｂから軸方向に外れた中間部に、位置決め凹部に相当する、半球面状の凹部２４を設けている。なお、凹部２４の形状に関しては、雄スプライン部１４ｂと切削工具との周方向に関する位置決めを図ることができれば、半球面状に限定されることなく任意である。また、凹部２４の周方向に関する個数も、図示の例のように１個でもよく、複数、好ましくは、雄スプライン溝２３（図１参照）の総数の２以上の約数とすることもできる。さらに、図示の例では、凹部２４は軸方向１箇所に設けているが、軸方向に離間した２箇所以上に設けることもできる。本参考例でも、半球面状の凹部２４に代替して、半球面状の凸部を設けることもできる。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例および第２例と同様である。
本発明は、自動車用ステアリング装置を構成するステアリングシャフトや中間シャフトなどの伸縮軸を構成する伸縮軸用インナーシャフトに広く適用することが可能である。
１ ステアリングホイール
２ ステアリングギヤ
３ ステアリングシャフト
４ａ、４ｂ 自在継手
５ 中間シャフト
６ 入力軸
７ タイロッド
８ 電動モータ
９ ステアリングコラム
１０ アウターシャフト
１１ インナーシャフト
１２ アウターコラム
１３ インナーコラム
１４、１４ａ、１４ｂ 雄スプライン部
１５、１５ａ〜１５ｈ インナーシャフト
１６ 雌スプライン部
１７ アウターシャフト
１８ａ、１８ｂ ヨーク
１９、１９ａ コーティング層
２０ 結合杆部
２１ 雄スプライン歯
２２、２２ａ〜２２ｃ 凹溝
２３ 雄スプライン溝
２４ 凹部
２５ 雄スプライン歯部
２６ 雄スプライン溝部
伸縮軸用インナーシャフトの製造方法においては、例えば、前記素材の外周面のうち周方向に関して１箇所以上に、前記雄スプライン部を構成し、軸方向に伸長する雄スプライン溝と軸方向に連続した状態で設けられた軸方向に伸長する凹溝である、位置決め手段を形成する。そして、前記仕上加工を施す際に、該位置決め手段に加工装置のホルダの一部を係合させることで、または、この位置決め手段を目視若しくはセンサにより検知することで、シェービングカッター、ブローチなどの切削工具の周方向の位置決め（前記雄スプライン部と該切削工具との周方向に関する位相合わせ）を図る。或いは、本発明の伸縮軸用インナーシャフトの製造方法のように、前記位置決め手段を、前記雄スプライン部を構成する複数の雄スプライン溝のうちの１以上の雄スプライン溝の溝底と、該１以上の雄スプライン溝から軸方向に外れた部分とに連続して形成され、その溝底の幅が、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の歯底の幅よりも小さい、軸方向に伸長する凹溝とすることもできる。この場合には、前記コーティング層を、前記凹溝のうち前記雄スプライン溝の溝底に形成された部分を埋めた状態で、前記雄スプライン歯および雄スプライン溝の外形に沿った形状とする。なお、前記素材を、棒状材料、円柱状材料、および、円筒状材料から選択し、前記雄スプライン部を、前記結合杆部に塑性加工を施すことにより形成することが好ましい。
１ ステアリングホイール
２ ステアリングギヤ
３ ステアリングシャフト
４ａ、４ｂ 自在継手
５ 中間シャフト
６ 入力軸
７ タイロッド
８ 電動モータ
９ ステアリングコラム
１０ アウターシャフト
１１ インナーシャフト
１２ アウターコラム
１３ インナーコラム
１４、１４ａ、１４ｂ 雄スプライン部
１５、１５ａ〜１５ｈ インナーシャフト
１６ 雌スプライン部
１７ アウターシャフト
１８ａ、１８ｂ ヨーク
１９、１９ａ コーティング層
２０ 結合杆部
２１ 雄スプライン歯
２２、２２ａ〜２２ｃ 凹溝
２３ 雄スプライン溝
２４ 凹部
２５ 雄スプライン歯部
２６ 雄スプライン溝部
２７ 腕部

Claims (11)

  1. 先端部に設けられ、中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部と、
    該結合杆部の外周面に設けられた雄スプライン部と、
    該雄スプライン部の外周面にその全体を覆うように形成された合成樹脂製のコーティング層と、
    少なくとも一部が前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分に位置する状態で、外周面のうち周方向に関して１箇所以上に設けられ、前記コーティング層を形成するための切削工具を用いた仕上加工の際に、該切削工具の周方向の位置決めを図るための位置決め手段と、
    を備える、伸縮軸用インナーシャフト。
  2. 前記位置決め手段が、軸方向に伸長する凹溝である、請求項１に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  3. 前記凹溝の少なくとも一部が、前記雄スプライン部と軸方向に隣接する部分に位置している、請求項２に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  4. 前記凹溝が、前記雄スプライン部を構成し、軸方向に伸長する雄スプライン溝と軸方向に連続した状態で設けられている、請求項３に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  5. 前記凹溝の軸方向長さが、前記雄スプライン溝の軸方向長さよりも長くなっている、請求項４に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  6. 前記凹溝の溝底の幅は、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の歯底の幅よりも小さい、請求項２に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  7. 前記雄スプライン部は、軸方向に伸長する複数の雄スプライン歯および雄スプライン溝が周方向に交互に連続することにより構成されており、前記凹溝は該複数の雄スプライン溝のうちの１以上の雄スプライン溝の溝底と、該１以上の雄スプライン溝から軸方向に外れた部分とに連続して形成され、前記コーティング層は、前記凹溝のうち前記雄スプライン溝の溝底に形成された部分を埋めた状態で、前記雄スプライン歯および雄スプライン溝の外形に沿った形状となっている、請求項６に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  8. 前記基端部にヨークが設けられ、前記凹溝が該ヨークと位相を一致するように形成されている、請求項２に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  9. 前記位置決め手段の周方向に関する個数が、前記雄スプライン部を構成する雄スプライン溝の総数の２以上の約数である、請求項１に記載した伸縮軸用インナーシャフト。
  10. 金属製の素材の先端部に、中間部および基端部よりも外径が大きい結合杆部を形成し、
    該結合杆部の外周面に雄スプライン部を形成し、
    該素材の外周面のうち周方向に関して１箇所以上に、少なくともその一部が前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分に位置するように、位置決め手段を形成し、
    該雄スプライン部の外周面にその全体を覆うように合成樹脂の樹脂コーティングを施して樹脂層を形成し、
    前記位置決め手段により、切削工具の周方向の位置決めを行い、
    該切削工具を用いて、前記樹脂層に、余剰部分を削り取る仕上加工を施して、前記雄スプライン部の外周面に合成樹脂製のコーティング層を形成する、
    伸縮軸用インナーシャフトの製造方法。
  11. 前記素材として、棒状材料、円柱状材料、および、円筒状材料のうちの何れかを用い、かつ、前記雄スプライン部を、前記結合杆部に塑性加工を施すことにより形成する、請求項１０に記載の伸縮軸用インナーシャフトの製造方法。
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