WO2015015952A1

WO2015015952A1 - 自在継手用ヨーク付トルク伝達軸及びその製造方法

Info

Publication number: WO2015015952A1
Application number: PCT/JP2014/066579
Authority: WO
Inventors: 祥史黒川
Original assignee: 日本精工株式会社
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2015-02-05
Also published as: CN105473882B; JPWO2015015952A1; CN105473882A; US20160153499A1; EP3001060A4; EP3001060A1; EP3001060B1; US9915291B2; JP6354761B2

Abstract

　完成後の杆部（１９）の外径Ｄ_１９と一致する外径Ｄ_２１を有し、軸方向他端部に二股のヨーク（９）の基端部を固設した杆状素子（２１）の軸方向片端部に、この軸方向片端部外周面を径方向に変形させる塑性加工を施す事により、この軸方向片端部外周面に、溝底径ｄ_１１が、杆部（１９）の外径よりも小さく、歯先径Ｄ_１１がこの杆部（１９）の外径よりも大きな雄スプライン部（１１ａ）を形成する。

Description

自在継手用ヨーク付トルク伝達軸及びその製造方法

　本発明は、例えば自動車用ステアリング装置を構成して、ステアリングシャフトの回転をステアリングギヤユニットの入力軸に伝達する為の中間シャフトを構成する、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸及びその製造方法に関する。

　自動車のステアリング装置として従来から、例えば図１１に示す様なステアリング装置が使用されている。このステアリング装置は、運転者が操作するステアリングホイール１の回転運動を、ステアリングギヤユニット２で直線運動に変換する事により、図示しない左右の操舵輪に対して所望の舵角を付与可能な構成を有する。この様な構成を実現する為に具体的には、ステアリングホイール１を、ステアリングシャフト３の後端部に固定している。これと共に、このステアリングシャフト３の前端部を、１対の自在継手４ａ、４ｂ、及び中間シャフト５を介して、ステアリングギヤユニット２の入力軸６の基端部に接続している。更に、このステアリングギヤユニット２を構成し、この入力軸６の中間部に設けたピニオン歯と噛合したラック歯を有するラック軸の両端部に、それぞれが左右の操舵輪に対して連結される、１対のタイロッド７、７の基端部を、球面継手を介して接続している。

　上述の様に構成するステアリング装置の場合、運転者がステアリングホイール１を操作すると、このステアリングホイール１の回転が、ステアリングシャフト３と、両自在継手４ａ、４ｂ及び中間シャフト５とを介して、ピニオン軸６に伝達される。この結果、ラック軸が軸方向（車体の幅方向）に変位し、これに伴って、両タイロッド７、７が押し引きされる事により、左右の操舵輪に所望の舵角が付与される。

　ところで、上述の様なステアリング装置を構成する中間シャフト５には、両自在継手４ａ、４ｂ同士の間でトルクを伝達する機能に加えて、次の（１）（２）のうちの一方又は双方の理由により、全長を伸縮する機能が求められる。
　ステアリングホイール１の前後位置調節を円滑に行なわせる為。
　ステアリングホイール１の前後位置調節に伴って、両自在継手４ａ、４ｂ同士の間隔が変動する場合がある為、この様な場合には、前後位置調節を円滑に行なわせる為に、中間シャフト５の全長を円滑に（軽い力で）伸縮可能にする必要がある。
（２）　衝突事故時に運転者の身体を保護する為。
　衝突事故の際には、自動車が他の自動車等に衝突する一次衝突に伴って、ステアリングギヤユニット２が後方に強く押される。この様なステアリングユニット２の動きがそのままステアリングシャフト３に伝達されると、ステアリングシャフト３の後端部に支持固定したステアリングホイール１が運転者の身体に向け勢い良く変位し（突き上げられ）、運転者の保護を難しくする。そこで、中間シャフト５の全長を、一次衝突に伴う衝撃荷重により縮める様に構成して、この一次衝突に伴うステアリングギヤユニット２の動きが、そのままステアリングシャフト３に伝達されない様にする。尚、この機能を果すべく、中間シャフト５を伸縮させる為に要する荷重は、或る程度大きくても良い。

　ステアリング装置を構成する中間シャフト５には、上述の様に、トルクを伝達する機能に加えて、全長を伸縮する機能を要求されるが、この様な機能を併せ持った中間シャフト５は、従来から広く実施されている（例えば、特許文献１、２参照）。図１２～１３は、従来から広く実施されている中間シャフト５の１例を示している。この中間シャフト５は、円杆状若しくは円管状である１対のトルク伝達軸８ａ、８ｂを備える。トルク伝達軸８ａ、８ｂの軸方向外端部（基端部であり、互いに反対側の端部）には、それぞれ自在継手４ａ、４ｂを構成する為のヨーク９、９の基端部をそれぞれ結合固定している。自在継手４ａ、４ｂはそれぞれ、ヨーク９、９の先端部に、十字軸１０を介して別のヨーク９ａ、９ｂを結合して、それぞれのヨーク９、９ａ、９ｂの中心軸同士が傾斜した状態でも、各ヨーク９、９ａ、９ｂ同士の間でトルクの伝達を可能にしている。

　又、中間シャフト５を構成する両トルク伝達軸８ａ、８ｂのうち、円杆状のトルク伝達軸８ａの先端部（図１２の左端部）を中間部よりも大径とし、この大径部分の外周面に雄スプライン歯を形成する事で、トルク伝達軸８ａの先端部外周面に雄スプライン部１１を設けている。従来構造の場合には、雄スプライン部１１の溝底径ｄ_１１を、トルク伝達軸８ａの中間部の外径Ｄ_８ａよりも大きく（ｄ_１１＞Ｄ_８ａ）する事で、大径部分に雄スプライン歯を、切削加工の一種であるブローチ加工により形成可能としている。これに対して円管状のトルク伝達軸８ｂの内周面には雌スプライン歯を、トルク伝達軸８ｂの内周面のほぼ全長に亙り形成して、トルク伝達軸８ｂの内周面のほぼ全体を、雌スプライン部１８としている。

　円杆状のトルク伝達軸８ａと円管状のトルク伝達軸８ｂとは、図１２に示す様に円杆状のトルク伝達軸８ａの先端部外周面に形成した雄スプライン部１１を、円管状のトルク伝達軸８ｂの内周面に設けた雌スプライン部１８にスプライン係合させる事で、全長を伸縮可能な中間シャフト５を得られる。この場合に、両スプライン部１１、１８の軸方向変位が軽い力で行われる様にすれば、前記（１）及び（２）に対応した機能を得られ、同じく或る程度大きな力で行われる様にすれば、前記（２）に対応した機能のみを得られる（中間シャフト５の収縮に伴い、衝突事故に基づいてこの中間シャフト５の前端部から入力された衝撃エネルギを吸収できる）。

　上述の様な、両端部にそれぞれ自在継手４ａ、４ｂを設けた中間シャフト５の構成各部材のうち、円杆状のトルク伝達軸８ａとヨーク９とを一体に造り、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸を得れば、トルク伝達軸８ａとヨーク９とを溶接等により結合固定する手間が不要になると共に、結合部の強度を向上させられる為、中間シャフト５の低コスト化及び強度向上の面から有利になる。図１４は、この様な事情に対応して、円杆状のトルク伝達軸８ａとヨーク９とを一体に造る、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の製造方法の従来例を示している。

　この従来の製造方法では、先ず、中炭素鋼等の金属製で中空又は中実の素材に、鍛造加工等の塑性加工を施す事により、図１４（Ａ）に示す様な第一中間素材１２を得る。この第一中間素材１２は、軸方向片半部（軸方向他端部を除く部分で、図１４の左側部分を言う）を、外径Ｄ_１３がほぼ全長に亙り一定である第一素杆部１３とし、第一素杆部１３の軸方向他端部（図１４の右端部）にヨーク９の基端部を固設して、第一素杆部１３とヨーク９とを一体に形成している。第一素杆部１３の外径Ｄ_１３は、図１２～１３に示した、完成後の円杆状のトルク伝達軸８ａの中間部（雄スプライン部１１及びヨーク９から軸方向に外れた部分）の外径Ｄ_８ａよりも大きく、雄スプライン部１１の歯先円直径（外接円直径）Ｄ_１１とほぼ同じ（Ｄ_１１≒Ｄ_１３＞Ｄ_８ａ）としている。この様な第一素杆部１３の軸方向他端寄り部分（第一中間素材１２の軸方向中間部）に旋削等の削り加工を施す事により、図１４（Ｂ）に示す様な第二中間素材１４を得る。第二中間素材１４は、軸方向片半部に設けた第二素杆部１５のうちの軸方向他端寄り部分（第二中間素材１４の軸方向中間部）の外径Ｄ_１５を、完成後の円杆状のトルク伝達軸８ａの中間部の外径Ｄ_８ａ（Ｄ_１５≒Ｄ_８ａ）とほぼ同じとすると共に、軸方向片端部に軸方向他端寄り部分よりも外径が大きい大径部１６を設けている。次に、大径部１６の外周面に雄スプライン歯を形成し、当該部分の外周面に雄スプライン部１１を設ける事で、円杆状のトルク伝達軸８ａとヨーク９とを一体とした、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７を造る。

　上述の様な自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７によれば、図１２に示した従来構造の様に、トルク伝達軸８ａとヨーク９とを溶接等により結合固定する手間が不要になり、且つ、結合部の強度を向上させられる為、中間シャフト５の低コスト化及び強度向上の面から有利になる。但し、第一素杆部１３の軸方向他端寄り部分に旋削等の削り加工を施す手間が必要になり、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７の製造コストが嵩むだけでなく、雄スプライン部１１の溝底径ｄ_１１が必要以上に大きくなり、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７を含む、中間シャフト５全体の軽量化を図り難い。

日本国特開２００１－１８２７３６号公報日本国特開２０１２－１１７５６０号公報

　本発明は、上述の様な事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、製造コストを低く抑える事ができ、しかも、軽量化を図り易い、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸及びその製造方法を提供することにある。

　本発明の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸は、円杆状（中空又は中実丸棒状）で、軸方向片端部外周面に雄スプライン部を設けた杆部と、該杆部の軸方向他端部に固設され、十字軸式自在継手を構成する十字軸の端部を枢支する１対の腕部を備えるヨークとを備え、前記雄スプライン部の溝底径が、前記杆部のうちで前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分の外径よりも小さい。

　また、前記雄スプライン部の表面には、低摩擦材製のコーティング層が設けられてもよい。

　また、前記コーティング層のうち、前記雄スプライン部の溝底部分に形成された溝底層の径方向に関する厚さ寸法を、前記雄スプライン部の歯先部分に形成された歯先層の径方向に関する厚さ寸法よりも大きくしてもよい。

　さらに、前記雄スプライン部のスプライン溝の断面形状が部分円弧状に形成されてもよい。

　この様な自在継手用ヨーク付トルク伝達軸と、少なくとも軸方向他端部を円管状とし、該軸方向他端部の内周面に、前記雄スプライン部とスプライン係合する雌スプライン部を有する他のトルク伝達軸と、を有して、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸と他のトルク伝達軸との間でのトルク伝達が可能で、且つ、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸が他のトルク伝達軸に対する軸方向の相対変位が可能な伸縮軸を構成する。また、前記伸縮軸は、前記杆部のうちで前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分の外径が、前記他のトルク伝達軸の雌スプライン部の内接円の直径より小さくてもよい。

　さらに、本発明の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の製造方法によれば、上述の様な自在継手用ヨーク付トルク伝達軸を造るのに、軸方向他端部に前記ヨークを固設しており、軸方向片半部の外径が、完成後の前記杆部の軸方向他端寄り部分（前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分）の外径と一致する杆状素子を用い、該杆状素子の軸方向片端部外周面に、該軸方向片端部外周面を径方向に変形させる塑性加工を施す事で、該軸方向片端部外周面に、溝底径が前記杆部の軸方向他端寄り部分の外径よりも小さく、歯先径が前記杆部の軸方向他端寄り部分の外径よりも大きな前記雄スプライン部を形成する。

　また、前記塑性加工が、前記雄スプライン部の外面形状に見合う形状の加工面を有する金型を、前記杆状素子の軸方向片端部外周面に押し付ける事により行う鍛造加工であってもよい。

　尚、本明細書及び特許請求の範囲に記載した文言「スプライン」は、円周方向に関する歯及び溝のピッチが粗い、一般的なスプラインだけでなく、円周方向に関する歯のピッチが細かい、セレーションと呼ばれるものも含む。

　上述の様に構成する本発明の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸及びその製造方法によれば、製造コストを低く抑える事ができ、且つ、軽量化を図り易くできる。
　即ち、本発明の場合には、杆状素子の軸方向片端部外周面に雄スプライン部を形成する為に、軸方向片端部の円周方向複数箇所を径方向内方に押し潰してそれぞれが軸方向に亙る複数本のスプライン溝部を形成すると同時に、これら各スプライン溝部から押し出された余肉を、円周方向に隣り合うスプライン溝部同士の間部分で、径方向外方に向け隆起させる（盛り上げる）。これにより、これら各間部分に、それぞれが軸方向に亙る複数本のスプライン歯を形成する。従って、円管状とした他のトルク伝達軸の内周面に形成した雌スプライン部を構成するスプライン歯の先端部と、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の杆部の外周面との干渉を防止する為に、前記杆状素子のうちで、杆部となるべき部分に旋削等の削り加工を施す必要がない。この為、前記自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の製造コストを低く抑えられる。又、前記雄スプライン部を塑性加工により造る為、この塑性加工に伴う金属材料の緻密化と加工硬化とにより、雄スプライン部を構成するスプライン歯の硬さが十分に高くなり、雄スプライン部の歯先円直径を特に大きくしなくても（雄スプライン部を構成するスプライン歯の高さを或る程度低く抑えても）雄スプライン部と他のトルク伝達軸の内周面に形成した雌スプライン部とのスプライン係合の強度を十分に確保できる（自在継手用ヨーク付トルク伝達軸が伝達できるトルクの容量を確保できる）。従って、前記雄、雌両スプライン部同士のスプライン係合部のピッチ円直径、延いては、前記自在継手用ヨーク付トルク伝達軸のうちでスプライン係合部を設けた部分の外径（溝底径及び歯先円直径）を必要以上に大きくする必要がなくなり、前記自在継手用ヨーク付トルク伝達軸、延いては、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸を組み込んだ中間シャフトの如き伸縮軸の軽量化を図り易くなる。

本発明の第１実施形態を示す、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の側面図である。（Ａ）は、図１の左方から見た、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸単体を示す端面図、（Ｂ）は、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸と、円管状の他のトルク伝達軸とを組み合わせた状態で示す断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸を造る為、杆部の軸方向片端部に雄スプライン部を設ける状態を工程順に示す部分側面図、（Ｃ）は、雄スプライン部を、他のトルク伝達軸の雌スプライン部と組み合わせた状態を示す部分断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸全体を、図３（Ａ）（Ｂ）と同じ状態で示す側面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、雄スプライン部に低摩擦材製のコーティング層を設けた構造の２例を示す、図１のＶ－Ｖ線に沿った拡大断面図である。前記雄、雌両スプライン部を構成するスプライン歯と、スプライン係合部のピッチ円直径との関係を示す、図２（Ｂ）のＶＩ部に相当する拡大断面図である。雄スプライン部を構成するスプライン歯の別形状を示す、図６と同様の図である。本発明の第２実施形態を示す、図２（Ｂ）と同様の図である。本発明の第２実施形態を示す、図６と同様の図である。雄スプライン部の一種である雄セレーションの断面形状を示す、図１の拡大Ｖ－Ｖ断面図に相当する図である。本発明の対象となる自在継手用ヨーク付トルク伝達軸を備えた中間シャフトを組み込んだ自動車用ステアリング装置の１例を示す部分切断側面図である。同じく中間シャフトを取り出して示す切断側面図である。（Ａ）は、円杆状のトルク伝達軸を図１２の左方から見た状態を、この円杆状のトルク伝達軸単体の状態で示す端面図、（Ｂ）は、円管状の他のトルク伝達軸と組み合わせた状態で示す断面図である。（Ａ）～（Ｃ）は、従来の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸を、製造工程順に示す側面図である。

　［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態に就いて、図１～７により説明する。図１は、本実施形態の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａの、完成後の状態を示している。自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａは、断面円形の杆部１９の軸方向片端部（図１の左端部）の外周面に雄スプライン部１１ａを設けると共に、杆部１９の軸方向他端部（図１の右端部）に、十字軸式自在継手４ａを構成する十字軸１０（図１２参照）に設けた４箇所の端部のうち、径方向反対側２箇所の端部をそれぞれ枢支する為の１対の腕部２０、２０を有するヨーク９の基端部を固設している。特に、本実施形態の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａの場合には、雄スプライン部１１ａの溝底径ｄ_１１を、杆部１９の軸方向他端寄り部分（杆部１９のうちで雄スプライン部１１ａから軸方向に外れた部分）の外径Ｄ_１９よりも小さい（ｄ_１１＜Ｄ_１９）としている。この様な自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａは、図２（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示す様に、円管状の他のトルク伝達軸８ｂの内周面に設けた雌スプライン部１８に、雄スプライン部１１ａをスプライン係合させる。これにより、他のトルク伝達軸８ｂとの間でのトルク伝達が可能で、且つ、軸方向寸法の伸縮が可能な中間シャフト５（図１１～１３参照）を構成する。

　上述の様な自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａは、図３（Ａ）、図（Ｂ）、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す様に、金属製で中空又は中実の杆状の素材に、原則として塑性加工のみを施す事により造る。即ち、切削加工及び研磨加工は、仕上の為に行う事はあっても、形状及び寸法を変更する程の切削加工及び研磨加工は、端部の面取り等を除き、原則として行わない。本実施形態の場合、上述の様な自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａを造る為、先ず、図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示す様な杆状素子２１を、例えば炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製の素材に、プレス加工や鍛造加工等の塑性加工を施す事により造る。杆状素子２１は、軸方向他端部にヨーク９の基端部を固設すると共に、軸方向片半部（軸方向他端部を除く部分）の外径Ｄ_２１を、完成後の杆部１９の外径Ｄ_１９と一致（Ｄ_２１＝Ｄ_１９）させている。この様な杆状素子２１を造る為の塑性加工は、杆状素子２１の外径Ｄ_２１を、軸方向片半部に関して、図１４（Ａ）に示した従来の第一中間素材１２の第一素杆部１３の外径Ｄ_１３よりも細く、図１４（Ｃ）に示した完成後のトルク伝達軸８ａの中間部の外径Ｄ_８ａとほぼ同じ（Ｄ_１３＞Ｄ_２１≒Ｄ_８ａ）にした点以外、第一中間素材１２を造る場合と同様である。又、杆状素子２１を造る為の塑性加工の実施方法自体は、従来から知られている方法を適用できるので、詳しい図示並びに説明は省略する。

　上述の様な杆状素子２１を造ったならば、次いで、杆状素子２１の軸方向片端部外周面に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す様に、この軸方向片端部外周面を径方向に変形させる塑性加工を施して、この軸方向片端部外周面に雄スプライン部１１ａを形成する。雄スプライン部１１ａは、前述した様に、溝底径ｄ_１１が杆部１９の外径Ｄ_１９よりも小さく（ｄ_１１＜Ｄ_１９）、歯先径Ｄ_１１が杆部１９の外径Ｄ_１９よりも大きい（ｄ_１１＜Ｄ_１９＜Ｄ_１１）。又、溝底径ｄ_１１及び杆部１９の外径Ｄ_１９は、円管状である他のトルク伝達軸８ｂの内周面に形成した雌スプライン部１８の歯先円（内接円）の直径Ｄ_１８｛図３（Ｃ）参照｝よりも小さい（ｄ_１１＜Ｄ_１９＜Ｄ_１８）。従って、後述する様に、雄スプライン部１１ａと雌スプライン部１８とをスプライン係合させた状態で、雌スプライン部１８を構成する各スプライン歯２２ａ、２２ａの歯先と、雄スプライン部１１ａの溝底や杆部１９の外周面とが干渉する事はない。

　尚、雄スプライン部１１ａを形成する為の塑性加工では、杆状素子２１の軸方向片端部外周面の円周方向複数箇所を径方向内方に押し潰して、それぞれが軸方向に伸長する複数本のスプライン溝部２３、２３を形成する。これと同時に、これら各スプライン溝部２３、２３から押し出された余肉（金属材料）を、円周方向に隣り合うこれら各スプライン溝部２３、２３同士の間部分に移動させ、これら各間部分を径方向外方に向け隆起（膨出）させて、それぞれが軸方向に長い土手状である、複数本のスプライン歯２２、２２を形成する。この為、塑性加工としては、円周方向の一部を径方向内方に凹ませてそれぞれが軸方向に長いスプライン溝部２３、２３とすると共に、円周方向に隣り合うスプライン溝部２３、２３同士の間を径方向外方に隆起させて、それぞれが軸方向に長いスプライン歯２２、２２に加工できるものであれば良く、例えばプレス加工、鍛造加工、ローリング加工等が採用可能である。

　この様な塑性加工のうち、鍛造加工、特に冷間鍛造加工が、優れた寸法精度及び形状精度を得られ、しかも高強度の雄スプライン部１１ａを得られる面から最も好ましい。鍛造加工により、杆状素子２１の軸方向片端部外周面を雄スプライン部１１ａに加工する場合には、雄スプライン部１１ａの外面形状に見合う（凹凸が逆でその他の基本形状が一致する）内面形状を有する、金型の一種であるダイス内で杆状素子２１の軸方向片端部を軸方向に強く押圧し、杆状素子２１の軸方向片端部外周面の円周方向の複数箇所を、軸方向に亙り径方向内方に押圧して（実際には径方向外方に膨らむのを抑え付けて）各スプライン溝部２３、２３を形成すると共に、円周方向に隣り合うこれら各スプライン溝部２３、２３同士の間部分を、土手状に径方向外方に隆起（膨出）させて、この軸方向片端部の外面形状をダイスの内面形状に一致させる。

　上述の様にして軸方向片端部外周面に雄スプライン部１１ａを、軸方向他端部にヨーク９を、それぞれ一体に設けた自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａは、図３（Ｃ）及び図２（Ｂ）に示す様に、雄スプライン部１１ａを、円管状である他のトルク伝達軸８ｂの内周面に形成した雌スプライン部１８にスプライン係合させる事により、他のトルク伝達軸８ｂとの間でのトルク伝達が可能で、且つ、軸方向寸法の伸縮を可能な、図１１～１２に示す様な中間シャフト５とする。この状態で、雄スプライン部１１ａを構成する各スプライン歯２２、２２の歯先は、図６に示す様に、ピッチ円Ｐよりも径方向外方に存在し、雌スプライン部１８を構成する各スプライン歯２２ａ、２２ａの歯先は、ピッチ円Ｐよりも径方向内方に存在する。要するに、これら各スプライン歯２２、２２ａは、このピッチ円Ｐを径方向両側から挟んだ状態で存在する。従って、両スプライン部１１ａ、１８同士の噛合部（スプライン係合部）の剛性を高くして、中間シャフト５により、大きなトルクを安定して伝達し易くできる。尚、雄スプライン部１１ａを構成する各スプライン歯２２、２２同士の間に存在するスプライン溝部２３、２３の断面形状を、図７に示す様に部分円弧状にすれば、これら各スプライン溝部２３、２３を挟む状態で設けられるスプライン歯２２、２２の剛性を高くできる。この結果、中間シャフト５により、大きなトルクをより安定して伝達し易くできる。

　尚、雄スプライン部１１ａと雌スプライン部１８とのスプライン係合状態（軸方向に関する係合強度）は、中間シャフト５に要求される性能に応じて適切に規制される。中間シャフト５を、例えばステアリングホイールの前後位置調節を円滑に行なわれる様にすべく、スプライン部の軸方向変位が軽い力で行われる様にする為には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す様に、雄スプライン部１１ａの表面に、雌スプライン部１８とのスプライン係合部の、軸方向に関する摩擦抵抗を低減する為の、低摩擦材製のコーティング層２４ａ、２４ｂを設ける事もできる。この様なコーティング層２４ａ、２４ｂを構成する為の低摩擦材としては、必要とする耐熱性、耐摩耗性を有する各種物質を利用できるが、例えばポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）等の合成樹脂に加え、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を使用する事もできる。

　コーティング層２４ａ、２４ｂのうち、図５（Ａ）に示したコーティング層２４ａは、各スプライン溝部２３、２３の底部に対応する部分を厚くしている。従って、雄スプライン部１１ａと雌スプライン部１８とをスプライン係合させた状態では、雌スプライン部１８とコーティング層２４ａとが、全面に亙り、当接若しくは近接対向する。これに対して、図５（Ｂ）に示したコーティング層２４ｂは、各スプライン溝部２３、２３の底部に対応する部分を含めて、全体を薄くしている。従って、雄スプライン部１１ａと雌スプライン部１８とをスプライン係合させた状態では、雌スプライン部１８の歯先部とコーティング層２４ｂとの間に隙間が存在する状態となる。この隙間には、雄スプライン部１１ａと雌スプライン部１８とのスプライン係合部を潤滑する為のグリースを溜めておく事ができ、このグリースによるスプライン係合部の潤滑状態を長期間に亙り良好に保つ面から有利になる。

　前述した構成を有し、上述の様にして造る本実施形態の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａによれば、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａの製造コストを低く抑える事ができ、しかも、この様な自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａの軽量化も図り易い。
　即ち、本実施形態の製造方法の場合には、杆状素子２１の軸方向片端部外周面に雄スプライン部１１ａを形成するのに、この軸方向片端部外周面の円周方向複数個所を径方向内方に押し潰してそれぞれが軸方向に亙る複数本のスプライン溝部２３ａ、２３ａを形成すると同時に、これら各スプライン溝部２３ａ、２３ａから押し出された余肉を、円周方向に隣り合うスプライン溝部２３ａ、２３ａ同士の間部分で、径方向外方に向け隆起させ、それぞれが軸方向に亙る複数本のスプライン歯２２、２２を形成する。従って、円管状とした他のトルク伝達軸８ｂの内周面に形成した雌スプライン部１８を構成するスプライン歯２２ａ、２２ａの先端部と、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａの杆部１９の外周面との干渉を防止する為に、杆部１９となるべき素杆部である杆状素子２１の中間部乃至基端部に旋削等の削り加工を施す必要がない。この為、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａの製造コストを低く抑えられる。

　又、雄スプライン部１１ａを塑性加工により造る為、塑性加工に伴う金属材料の緻密化と加工硬化とにより、雄スプライン部１１ａを構成する各スプライン歯２２、２２の硬さや靱性が特に低下する事なく十分に高くなり、雄スプライン部１１ａの歯先円直径を特に大きくしなくても（雄スプライン部１１ａを構成する各スプライン歯２２、２２の高さを或る程度低く抑えても）雄スプライン部１１ａと他のトルク伝達軸８ｂの内周面に形成した雌スプライン部１８とのスプライン係合の強度を十分に確保できて、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａを含んで構成する中間シャフト５が伝達できるトルクの容量を確保できる。この為、雄、雌両スプライン部１１ａ、１８同士のスプライン係合部のピッチ円直径、延いては、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａのうちでスプライン係合部を設けた部分の外径（溝底径ｄ_１１及び歯先円直径Ｄ_１１）を必要以上に大きくする必要がなくなり、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａ、延いては自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａを含んで構成する中間シャフト５の軽量化を図り易くなる。

　［第２実施形態］
　本発明の第２実施形態に就いて、図８～９により説明する。図８は、本実施形態の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ｂを、トルク伝達軸８ｂと組み合わせて中間シャフト５とした状態を示している。尚、本実施形態の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ｂの特徴は、雄スプライン部１１ａの表面に設けた低摩擦材製のコーティング層２４ｃの構造を工夫した点にある。その他の部分の構造及び製造方法は、前述した第１実施形態の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ａと同様であるので、以下、コーティング層２４ｃの構造を中心に説明する。

　本実施形態の場合、コーティング層２４ｃを、雄スプライン部１１ａの全長且つ全周に亙り形成している。コーティング層２４ｃのうち、雄スプライン部１１ａの溝底部分に形成された溝底層２５、２５の径方向（溝底面に直交する方向）に関する厚さ寸法Ｗ_２５が、雄スプライン部１１ａの歯先部分に形成された歯先層２６、２６の径方向（歯先に直交する方向）に関する厚さ寸法Ｗ_２６よりも大きい（Ｗ_２５＞Ｗ_２６）。具体的には、各溝底層２５、２５の厚さ寸法Ｗ_２５を、各歯先層２６、２６の厚さ寸法Ｗ_２６の、２～３倍程としている｛Ｗ_２５＝（２～３）Ｗ_２６｝。尚、コーティング層２４ｃのうち、雄スプライン部１１ａの各スプライン歯の円周方向側面に形成された側面層２７の、円周方向側面に直交する方向の厚さ寸法Ｗ_２７は、各歯先層２６、２６の厚さ寸法Ｗ_２６と等しい（Ｗ_２７＝Ｗ_２６）。

　又、各溝底層２５、２５の外径寸法Ｄ_２５は、杆部１９の外径寸法Ｄ_１９よりも大きい（Ｄ_２５＞Ｄ_１９）。又、図８～９に示す様に中間シャフト５とした状態で、各溝底層２５、２５の外周面と、トルク伝達軸８ｂを構成する雌スプライン部１８の雌スプライン歯の歯先面との間、及び、各歯先層２６、２６の外周面と、雌スプライン部１８の溝底面との間には、グリースを留めておく為の隙間が形成されている。即ち、各溝底層２５、２５の外径寸法Ｄ_２５は、雌スプライン部１８の歯先円（内接円）の直径Ｄ_１８ａよりも小さい（Ｄ_２５＜Ｄ_１８ａ）。更に、各歯先層２６、２６の外径寸法Ｄ_２６は、雌スプライン部１８の溝底円の直径Ｄ_１８ｂよりも小さい（Ｄ_２４ｂ＜Ｄ_１８ｂ）。

　本実施形態の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ｂのうち、コーティング層２４ｃを除く部分は、第１実施形態の場合と同様の製造方法により造られている。この様な本発明の製造方法により造られた自在継手用ヨーク付トルク伝達軸１７ｂの場合、特徴的な製造工程に起因して、雄スプライン部１１ａの溝底径ｄ_１１が、杆部１９の外径Ｄ_１９よりも小さく（ｄ_１１＜Ｄ_１９）、歯先径Ｄ_１１が杆部１９の外径Ｄ_１９よりも大きくなる（ｄ_１１＜Ｄ_１９＜Ｄ_１１）。従って、コーティング層２４ｃを設けていない状態では、例えば、図２に示す様に、雄スプライン部１１ａの溝底面と、雌スプライン部１８の歯先面との間の空間（隙間）が大きくなる。この空間は、その内側にグリースを留めておくために、ある程度の大きさを確保するのが好ましい。ところが、この空間が大き過ぎると、この空間に存在するグリースによる制振効果（ダンピング効果）が小さくなってしまい、中間シャフト５が軸方向に伸縮する際の振動が、ステアリングホイールまで伝わり、運転者が違和感を感じる可能性がある。

　一方、本実施形態の場合、コーティング層２４ｃの各溝底層２５、２５と各歯先層２６、２６との厚さの関係を、上述の様に規制している。この為、これら各溝底層２５、２５により、空間を小さくして、適切な大きさに規制する事ができる。この結果、この空間に充填されたグリースによる制振効果（ダンピング効果）を向上させる事ができる。その他の部分の構造及び作用・効果は、第１実施形態と同様である。

　なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
　例えば、本発明の雄スプライン部を形成する為の塑性加工としては、杆状素子の軸方向片端部のうちの円周方向の一部を径方向内方に凹ませて、それぞれが軸方向に亙るスプライン溝部とすると共に、円周方向に隣り合うスプライン溝部同士の間を径方向外方に隆起（膨出）させて、それぞれが軸方向に亙るスプライン歯に加工できるものであれば良く、例えばプレス加工、鍛造加工、ローリング加工等が採用可能である。このうちのプレス加工による場合には、それぞれが径方向に変位（遠近動）する複数の金型同士の間で前記杆状素子の軸方向片端部を径方向から圧縮し、これら各金型の加工面である内周面に形成した凹凸形状を前記杆状素子の軸方向片端部の外周面に転写して、前記雄スプライン部を形成する。
　又、鍛造加工による場合には、この雄スプライン部の外面形状に見合う（凹凸が逆でその他の基本形状が一致する）内面形状を有する、金型の一種であるダイス内で前記杆状素子の軸方向片端部を軸方向に強く押圧する。これにより、この杆状素子の軸方向片端部を径方向外方に膨出させて、この軸方向片端部の外面形状を前記ダイスの内面形状に一致させる。
　更に、ローリング加工による場合には、互いに対向する側面にそれぞれ前記雄スプライン部の外面形状に見合う形状の歯を形成した、それぞれが金型である１対のラック状の押型同士の間に前記杆状素子の軸方向片端部を強く挟持した状態で、これら両押型同士を、それぞれの歯を並べた方向に往復変位させる。これにより、これら両押型に形成した歯の形状を、前記杆状素子の軸方向他端部の外周面に転写して、前記雄スプライン部を形成する。

　なお、本発明は、２０１３年７月３０日出願の日本特許出願（特願２０１３－１５７５１８）及び２０１４年３月１３日出願の日本特許出願（特願２０１４－０５０２３０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　以上の説明は、本発明を、自動車用のステアリング装置を構成して、ステアリングシャフトの回転をステアリングギヤユニットの入力軸に伝達する為の中間シャフトを対象として行ったが、本発明は、端部に十字軸式自在継手を、中間部にスプライン係合部を、それぞれ設けた、各種トルク伝達軸に適用できる。又、伝達すべきトルクが特に大きくない場合には、円杆状のトルク伝達軸と円管状のトルク伝達軸との係合部を、図１０に示す様な、ピッチの細かいセレーションにより造る事もできる。

　　１　　ステアリングホイール
　　２　　ステアリングギヤユニット
　　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
　　８ａ、８ｂ　トルク伝達軸
　　９、９ａ、９ｂ　ヨーク
　１０　　十字軸
　１１、１１ａ　　雄スプライン部
　１２　　第一中間素材
　１３　　第一素杆部
　１４　　第二中間素材
　１５　　第二素杆部
　１６　　大径部
　１７ａ、１７ｂ　　自在継手用ヨーク付トルク伝達軸
　１８　　雌スプライン部
　１９　　杆部
　２０　　腕部
　２１　　杆状素子
　２２、２２ａ　　スプライン歯
　２３、２３ａ　　スプライン溝部
　２４ａ、２４ｂ　　コーティング層
　２５　　溝底層
　２６　　歯先層
　２７　　側面層

Claims

　円杆状で、軸方向片端部外周面に雄スプライン部を設けた杆部と、該杆部の軸方向他端部に固設され、十字軸式自在継手を構成する十字軸の端部を枢支する１対の腕部を備えるヨークとを備える自在継手用ヨーク付トルク伝達軸に於いて、
　前記雄スプライン部の溝底径が、前記杆部のうちで前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分の外径よりも小さい、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸。
　前記雄スプライン部の表面には、低摩擦材製のコーティング層が設けられている、請求項１に記載の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸。
　前記コーティング層のうち、前記雄スプライン部の溝底部分に形成された溝底層の径方向に関する厚さ寸法が、前記雄スプライン部の歯先部分に形成された歯先層の径方向に関する厚さ寸法よりも大きい、請求項２に記載の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸。
　前記雄スプライン部のスプライン溝の断面形状が部分円弧状に形成される、請求項１に記載の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸。
　請求項１～４のいずれか１項に記載の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸と、
　少なくとも軸方向他端部を円管状とし、該軸方向他端部の内周面に、前記雄スプライン部とスプライン係合する雌スプライン部を有する他のトルク伝達軸と、
を有し、前記杆部のうちで前記雄スプライン部から軸方向に外れた部分の外径が、前記他のトルク伝達軸の雌スプライン部の内接円の直径より小さい、伸縮軸。
　円杆状で、軸方向片端部外周面に雄スプライン部を設けた杆部と、該杆部の軸方向他端部に固設され、十字軸式自在継手を構成する十字軸の端部を枢支する１対の腕部を備えるヨークとを備える自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の製造方法であって、
　軸方向他端部に前記ヨークを固設しており、軸方向片半部の外径が、完成後の前記杆部の軸方向他端寄り部分の外径と一致する杆状素子を用い、該杆状素子の軸方向片端部外周面に、該軸方向片端部外周面を径方向に変形させる塑性加工を施す事で、該軸方向片端部外周面に、溝底径が前記杆部の軸方向他端寄り部分の外径よりも小さく、歯先径が前記杆部の軸方向他端寄り部分の外径よりも大きな前記雄スプライン部を形成する、自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の製造方法。
　前記塑性加工が、前記雄スプライン部の外面形状に見合う形状の加工面を有する金型を、前記杆状素子の軸方向片端部外周面に押し付ける事により行う鍛造加工である、請求項６に記載の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の製造方法。
　前記雄スプライン部のスプライン溝の断面形状が部分円弧状に形成される、請求項６に記載の自在継手用ヨーク付トルク伝達軸の製造方法。