WO2015068831A1 - 伸縮軸の製造方法 - Google Patents

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智哉 西田
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株式会社ジェイテクト
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    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/10—Surface characteristics; Details related to material surfaces

Definitions

  • the present invention includes a male shaft that is slidably connected in the axial direction and a cylindrical female shaft, and is used as, for example, an intermediate shaft that transmits a steering force in a steering device for a vehicle. It is related with the manufacturing method.
  • An intermediate shaft of a vehicle steering system is composed of, for example, a telescopic shaft obtained by connecting a male shaft and a cylindrical female shaft so that they can extend and contract in the axial direction by spline engagement (spline fitting) or the like.
  • the outer peripheral surface of the male shaft including the spline or the inner peripheral surface of the female shaft is filled with resin to fill the clearance between the two shafts to reduce rattling noise and to reduce the rattling of the steering wheel during steering operation.
  • a coating layer see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a powder flow immersion method is known. Since the powder flow immersion method does not use an organic solvent, there is an advantage that the load on the environment is small.
  • a powder paint containing a base resin (thermoplastic resin) that becomes the base of the resin coating layer is prepared, and the powder paint is floated by blowing air or the like in a fluid tank. Let it flow.
  • the powder coating material becomes the outer peripheral surface of the male shaft, or the inner peripheral surface of the female shaft (hereinafter referred to as the following).
  • the resin coating layer is formed by being melted and flown, and further cooled and solidified.
  • the base resin that becomes the basis of the powder coating ⁇ resin coating layer polyamide 11, polyamide 12, etc. that can form a resin coating layer that is excellent in fluidity at the time of melting and excellent in sliding properties, etc. are preferably used. Is done.
  • polyamide 610 has a high viscosity at the time of melting and low throwing power after deposition, so that there is a problem that it is not easy to form a continuous resin coating layer because it does not melt and flow smoothly.
  • a heated male shaft or female shaft for example, what is conventionally immersed only once, is repeatedly immersed twice or more in a floating or flowing powder coating.
  • An object of the present invention is to provide a telescopic shaft in which a continuous resin coating layer without a vacuum void is formed on the outer peripheral surface of the male shaft or the inner peripheral surface of the female shaft by a powder flow dipping method using a powder paint. It is to provide a manufacturing method that can be manufactured.
  • a male shaft and a cylindrical female shaft that are slidably connected in the axial direction are provided, and the outer peripheral surface of the male shaft or the inner peripheral surface of the female shaft is resin-coated.
  • a method of manufacturing a telescopic shaft covered with a layer A coating step of forming a resin coating layer by adhering a powder coating to the outer peripheral surface of the male shaft heated in advance or the inner peripheral surface of the female shaft by a fluid immersion method, Before the cooling of the formed resin coating layer is completed, there is provided a method for producing a telescopic shaft including a broaching process for thinning the resin coating layer by broaching and a cooling process for cooling the thinned resin coating layer. Is done.
  • the resin coating layer may be broached at a temperature not lower than the melting point of the base resin contained in the powder coating and not higher than the melting point and not higher than the melting point.
  • a resin coating layer having a thickness of 100 ⁇ m or more and 1.5 mm or less may be formed.
  • FIG. 1 is a schematic view of an example of an electric power steering apparatus incorporating an intermediate shaft as an extension shaft.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the intermediate shaft.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) are diagrams for explaining each step of an example of the production method of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a state in which a resin coating layer is formed in the coating process
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state in which the resin coating layer is broached in the broaching process. is there.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a state in which a resin coating layer is formed in the coating process
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state in which the resin coating layer is broached in the broaching process
  • FIG. 6 is a graph showing an example of a change in the temperature (° C.) of the resin coating layer formed in the coating process over time from immediately after coating.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the elastic modulus (MPa) of the base resin and the broaching load (N) of the resin coating layer.
  • FIG. 8 is a photomicrograph of the cross section of the resin coating layer formed in the comparative example.
  • FIG. 9 is a micrograph of a cross section of the resin coating layer formed in the example.
  • FIG. 1 is a schematic view of an example of an electric power steering apparatus incorporating an intermediate shaft as an extension shaft.
  • an electric power steering apparatus 1 includes a steering shaft 3 coupled to a handle 2 so as to be integrally rotatable, an intermediate shaft 5 coupled to the steering shaft 3 via a universal joint 4, an intermediate A rack bar as a steering shaft having a pinion shaft 7 connected to the shaft 5 via a universal joint 6 and rack teeth 8a meshing with the pinion teeth 7a provided on the pinion shaft 7 and extending in the left-right direction of the automobile 8 is provided.
  • the pinion shaft 7 and the rack bar 8 constitute a steering mechanism 9 composed of a rack and pinion mechanism.
  • the rack bar 8 is supported in a rack housing 10 fixed to the vehicle body so as to be linearly reciprocable via a plurality of bearings (not shown). Both end portions of the rack bar 8 protrude to both sides of the rack housing 10, and tie rods 11 are coupled to the respective end portions.
  • Each tie rod 11 is connected to a corresponding steering wheel 12 via a knuckle arm (not shown).
  • the steering shaft 2 When the steering shaft 2 is rotated by operating the handle 2, the rotation is converted into a linear motion of the rack bar 8 along the left-right direction of the automobile by the pinion teeth 7a and the rack teeth 8a, and the steering wheel 12 is steered. Is achieved.
  • the steering shaft 3 is divided into an input shaft 3a connected to the handle 2 and an output shaft 3b connected to the pinion shaft 7, and both shafts 3a and 3b can be rotated relative to each other on the same axis via a torsion bar 13.
  • the torsion bar 13 is provided with a torque sensor 14 for detecting a steering torque from the relative rotational displacement amount between the shafts 3a and 3b, and the torque detection result of the torque sensor 14 is an ECU (Electric Control Unit: electronic). Control unit) 15.
  • the ECU 15 drives and controls the steering assist electric motor 17 via the drive circuit 16 based on a torque detection result, a vehicle speed detection result given from a vehicle speed sensor (not shown), and the like.
  • the output rotation of the electric motor 17 is decelerated via the speed reducer 18 and transmitted to the pinion shaft 7 and converted into a linear motion of the rack bar 8 to assist steering.
  • the speed reducer 18 includes a small gear 19 as an input shaft that is rotationally driven by the electric motor 17, and a large gear 20 that meshes with the small gear 19 and is coupled to the output shaft 3 b of the steering shaft 3 so as to be integrally rotatable. Yes.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the intermediate shaft. 1 and 2, the intermediate shaft 5 includes a male shaft 21 that is, for example, a lower shaft, and a cylindrical female shaft 22 that is, for example, an upper shaft.
  • the upper end of the female shaft 22 is connected to the yoke 4 a of the universal joint 4, and the lower end of the male shaft 21 is connected to the yoke 6 a of the universal joint 6.
  • the female shaft 22 has a first end portion 23 that is an open end and a second end portion 24 that is a closed end.
  • the second end 24 is connected to the end of the yoke 4a of the universal joint 4 and is closed.
  • the male shaft 21 is inserted into the female shaft 22 from the first end 23 side and is slidably connected in the axial direction X1. Specifically, the male shaft 21 and the female shaft 22 are spline-fitted.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the outer peripheral surface 21a of the male shaft 21 has a male spline 25 parallel to the axial direction X1.
  • the inner peripheral surface 22a of the female shaft 22 has a female spline 26 that is parallel to the axial direction X1 and meshes with the male spline 25.
  • the outer peripheral surface 21 a of the male shaft 21 including the male spline 25 is covered with a resin coating layer 27.
  • a predetermined sliding resistance is provided between the male shaft 21 and the female shaft 22, and a clearance between the shafts 21 and 22 is filled to reduce rattling noise, or steering.
  • the backlash of the handle 2 during operation can be reduced.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams illustrating each step of an example of the manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a state in which a resin coating layer is formed in the coating process
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state in which the resin coating layer is broached in the broaching process. is there.
  • the powder coating used as the base of the resin coating layer 27 is floated and fluidized by blowing air or the like in the fluid tank, and then in the powder coating that is floating and fluidized, The male shaft 21 heated above the melting point of the base resin contained in the powder coating is immersed. Then, the powder coating is applied to the outer peripheral surface 21a of the male shaft 21, and melted and flown to form the resin coating layer 27 (see FIG. 5 (a)).
  • polyamide 612 polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), amorphous polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), polyether sulfone (PES), Various thermoplastic resins that can be used as powder coatings for powder coating, such as engineering plastics such as polyimide, polyetherimide (PEI), liquid crystal polymer (LCP), and fluororesin, and super engineering plastics, can be used. is there.
  • engineering plastics such as polyimide, polyetherimide (PEI), liquid crystal polymer (LCP), and fluororesin, and super engineering plastics
  • the thickness of the resin coating layer 27 in the coating step is not particularly limited, but the thickness t in the tooth gap 25a between the male splines 25 is preferably 100 ⁇ m or more, and preferably 1.5 mm or less.
  • the thickness t of the resin coating layer 27 before broaching formed in the coating process is less than this range, the polyamide 610 or the like has a high viscosity at the time of melting, and the throwing power after coating is low, so that the melt flow is smoothly performed.
  • a powder coating containing a base resin that is not used is used, there is a possibility that the continuous resin coating layer 27 from the tooth gap 25a to the tooth tip 25b of the male spline 25 may not be formed.
  • the thickness of the resin coating layer formed through the broaching process ⁇ the cooling process depends on the shrinkage rate of the resin coating layer 27 due to cooling and the clearance set between the male shaft 21 and the female shaft 22. There is also a possibility that the clearance becomes too small and the clearance cannot be sufficiently filled, and play is likely to occur.
  • the thickness t exceeds the above range, the temperature difference in the thickness direction increases in the thick resin coating layer 27 before broaching, particularly in the resin coating layer 27 in the tooth gap 25a, and the vacuum is increased. There is a risk of voids.
  • the thickness t is suitable for filling the clearance set between the male shaft 21 and the female shaft 22, and the male spline 25 is formed from the tooth groove 25a.
  • the resin coating layer 27 continuous up to the tooth tip 25b can be efficiently formed without generating a vacuum void.
  • the resin coating layer 27 is thinned by broaching. Specifically, for example, referring to FIG. 5B, by passing the male shaft 21 before the cooling of the resin coating layer 27 formed in the previous coating process is completed in the broach 28 prepared in advance. Then, the resin coating layer 27 is thinned by broaching.
  • a plurality of parallel teeth 29 fitted into a tooth groove 25 a between the male splines 25 of the male shaft 21, whose cross-sectional shape is similar to the female spline 26 of the female shaft 22, on the cylindrical inner peripheral surface 28 a.
  • the tooth 29 is formed to have a cross-sectional shape and dimensions that can be separated from the male spline 25 by a clearance corresponding to the thickness of the resin coating layer 27 after broaching and before cooling.
  • the male shaft 21 is passed through the broach 28 in a state where the male shaft 21 and the central axis of the broach 28 are matched and the phase of the tooth groove 25a of the male shaft 21 and the tooth 29 of the broach 28 are matched.
  • the resin coating layer 27 is broached and thinned.
  • the resin coating layer before the cooling is completed can be cooled in the next cooling process in a state where the thickness is sufficiently reduced through the broaching process.
  • the temperature difference in the thickness direction generated in the resin coating layer 27 in the cooling process can be reduced as much as possible to suppress the generation of vacuum voids.
  • the resin coating layer 27 is cooled after being thinned in the broaching process, the cooling time of the resin coating layer 27 and the male shaft 21 covered with the resin coating layer 27 is shortened as compared with the prior art.
  • the broaching process may be performed before the cooling of the resin coating layer 27 formed in the coating process as described above is completed. However, it is preferable to broach the resin coating layer 27 at a temperature which is 30 ° C. lower than the melting point of the base resin contained in the powder paint and lower than the melting point.
  • broaching is preferably performed in the range of 190 ° C. or higher and 220 ° C. or lower.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of a change in the temperature (° C.) of the resin coating layer formed in the coating process over time from immediately after coating.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the elastic modulus (MPa) of the base resin and the broaching load (N) of the resin coating layer.
  • the resin coating layer 27 formed on the outer peripheral surface 21 a of the male shaft 21 in the coating step gradually starts after the time when the male shaft 21 is pulled out of the fluid tank (time 0 minute in FIG. 6). That temperature drops.
  • the temperature of the heated male shaft 21 is not easily lowered, even if broaching is performed after the temperature is lower than the melting point of the base resin by 30 ° C., There is a possibility that the temperature difference in the thickness direction becomes large in the thick resin coating layer 27 before processing and a vacuum void is generated.
  • the elastic modulus (MPa) increases as the temperature of the base resin decreases, and the broaching load (N) of the resin coating layer 27 tends to increase in proportion thereto. Therefore, especially when broaching is performed after the temperature is lower than the melting point of the base resin by 30 ° C., the broaching load (N) is significantly increased and the workability of broaching is reduced.
  • the already hardened resin coating layer 27 may be easily peeled off from the male shaft 21 due to an excessive load.
  • the resin coating layer 27 is preferably broached after solidification has started to some extent in order to improve the workability of broaching.
  • the melting point is lower than the melting point of the base resin, and in particular, the temperature lower than the melting point by 5 ° C.
  • broaching is preferably performed at a temperature of 10 ° C. or lower than the melting point.
  • the thinned resin coating layer 27 is cooled to room temperature together with the male shaft 21, and then combined with the female shaft 22, whereby the intermediate shaft 5 as the telescopic shaft shown in FIGS. Can be manufactured.
  • the resin coating layer 27 may be formed not on the outer peripheral surface 21 a of the male shaft 21 but on the inner peripheral surface 22 a of the female shaft 22. However, it is not necessary to form a coating layer on both.
  • the steering device in which the telescopic shaft is incorporated as the intermediate shaft 5 is not limited to the column-type electric power steering device shown in FIG. 1, but other types of power steering devices and normal steering without a steering assist function. It may be a device.
  • the telescopic shaft may be applied to, for example, a telescopic shaft for securing a shock absorbing stroke in a steering device.
  • Example 1 (Coating process) Using a powder coating containing polyamide 610 (melting point 220 ° C.) as a base resin, the outer peripheral surface 21a including the male spline 25 of the male shaft 21 shown in FIGS. Layer 27 was formed [FIG. 5 (a)].
  • the condition was that the temperature of the male shaft 21 was 250 ° C., and the thickness t of the resin coating layer 27 in the tooth gap 25a between the male splines 25 was 1 mm. (Broaching process) Before the cooling of the resin coating layer 27 is completed, when the temperature is in the range of 190 to 220 ° C., the resin coating layer 27 is broached using the broach 28, so that the resin coating layer 27 has a tooth gap 25 a between the male splines 25. The inner thickness t was reduced to about 300 ⁇ m (FIG. 5B).
  • the resin coating layer 27 after broaching was cooled to room temperature together with the male shaft 21, and the male shaft 21 in which the outer peripheral surface 21 a of the male shaft 21 including the male spline 25 was covered with the resin coating layer 27 was produced.
  • the outer peripheral surface 21a of the male shaft 21 including the male spline 25 is the resin coating layer 27 except that the resin coating layer after the coating process is cooled to room temperature together with the male shaft 21 and then broached.
  • a male shaft 21 coated with was prepared.
  • the resin coating layer formed on the adherend surface in the coating process is broached before the cooling is completed in the subsequent broaching process to sufficiently reduce the thickness, and then cooled in the cooling process. Therefore, compared to the conventional technology that cools with the wall thickness and broachs after the cooling is completed, the temperature difference in the thickness direction generated in the resin coating layer in the cooling process can be reduced as much as possible to suppress the generation of vacuum voids. .
  • the resin coating layer is cooled after being thinned in the broaching process, the cooling time of the resin coating layer and the male shaft or female shaft coated with the resin coating layer is shortened compared to the conventional technology.
  • productivity of the telescopic shaft can be improved.
  • the resin coating layer at a temperature of the melting point of the base resin contained in the powder coating material at a temperature not lower than ⁇ 30 ° C. and not higher than the melting point.
  • a temperature of the melting point of the base resin contained in the powder coating material at a temperature not lower than ⁇ 30 ° C. and not higher than the melting point.
  • the broaching load is greatly increased, the workability of broaching is reduced, or already cured.
  • the resin coating layer may be easily peeled off from the male shaft due to an excessive load.
  • the solidification of the resin coating layer has hardly started at a temperature exceeding the melting point, broaching may not be possible.
  • the thickness of the resin coating layer formed in the coating process before broaching is less than 100 ⁇ m, especially a polyamide 610 or the like, the viscosity at the time of melting is high and the throwing power after coating is low, so that the base resin that does not smoothly melt and flow When using a powder coating containing, a continuous resin coating layer may not be formed.
  • the thickness of the resin coating layer formed through the broaching process ⁇ cooling process becomes too small, the above There is also a risk that the clearance cannot be sufficiently filled and play is likely to occur.
  • the thickness exceeds 1.5 mm, the temperature difference in the thickness direction becomes large in the thick resin coating layer before broaching, which may cause vacuum voids.
  • a telescopic shaft in which a continuous resin coating layer without a vacuum void is formed on the outer peripheral surface of the male shaft or the inner peripheral surface of the female shaft by a powder flow dipping method using powder paint. Can be manufactured.

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Abstract

　製造方法が、軸方向に摺動可能に連結された雄軸、および筒状の雌軸を備え、当該雄軸の外周面、または雌軸の内周面が、樹脂被覆層によって被覆された伸縮軸を提供する。製造方法は、被覆工程、ブローチ加工工程および冷却工程を含む。被覆工程において、流動浸漬法により、あらかじめ加熱した雄軸の外周面、または雌軸の内周面に粉体塗料を付着させて樹脂被覆層が形成される。ブローチ加工工程において、形成した樹脂被覆層の冷却が完了する前に、当該樹脂被覆層がブローチ加工によって薄肉化される。冷却工程において、薄肉化した樹脂被覆層が冷却される。

Description

伸縮軸の製造方法
　本発明は、軸方向に摺動可能に連結された雄軸、および筒状の雌軸を備え、例えば車両用のステアリング装置において、操舵力を伝達するインターミディエートシャフト等として使用される伸縮軸の製造方法に関するものである。
　車輛用のステアリング装置のインターミディエートシャフトは、例えば雄軸と、筒状の雌軸とをスプラインの噛み合い（スプライン嵌合）等によって軸方向に伸縮可能に連結した伸縮軸によって構成される。スプラインを含む雄軸の外周面、または雌軸の内周面は、当該両軸間のクリアランスを埋めてガタ音を低減したり、ステアリング操作時のハンドルのガタを少なくしたりするために、樹脂被覆層で被覆される場合がある（例えば特許文献１、２参照）。
　樹脂被覆層の形成方法の一つとして、粉体流動浸漬法が知られている。粉体流動浸漬法は有機溶剤を使用しないため、環境に対する負荷が小さいという利点がある。
　粉体流動浸漬法では、まず樹脂被覆層のもとになるベース樹脂（熱可塑性樹脂）を含む粉体塗料を用意し、当該粉体塗料を、流動槽内で、空気等を吹き込んで浮遊、流動させた状態とする。
　次いで浮遊、流動している粉体塗料中に、ベース樹脂の融点以上に加熱した雄軸、または雌軸を浸漬すると、粉体塗料が雄軸の外周面、あるいは雌軸の内周面（以下「被着面」と総称する場合がある。）に被着されるとともに溶融流展され、さらに冷却、固化されて樹脂被覆層が形成される。
　粉体塗料→樹脂被覆層のもとになるベース樹脂としては、溶融時の流動性に優れる上、摺動特性等にも優れた樹脂被覆層を形成できるポリアミド１１、ポリアミド１２等が好適に使用される。
日本国特許第５１０４００１号公報 日本国特許第４５６６９０９号公報
　近年、自動車の車室内に配設されていたインターミディエートシャフトを、例えば高温のエンジンルーム内などにも配設できることが求められつつあり、そのために樹脂被覆層を高耐熱化する必要が生じてきている。
　そこで、例えば現状よりも耐熱性に優れる上、摩擦摩耗特性や摺動特性等にも優れたポリアミド６１０などを、ベース樹脂として用いることが検討されている。
　しかしポリアミド６１０は溶融時の粘度が高く、被着後のつきまわり性が低いためスムースに溶融流展されず、連続した樹脂被覆層を形成するのが容易でないという問題がある。
　これを解決するために、例えば浮遊、流動している粉体塗料中に、加熱した雄軸、または雌軸を、例えば従来は１回のみ浸漬していたものを２回以上、繰り返して浸漬する等して粉体塗料の被着量を増加、すなわち粉体塗料を厚づけして、連続した樹脂被覆層を形成することが考えられる。
　しかしその場合には、樹脂被覆層内に真空ボイドが生じやすくなるという問題がある。
　すなわち樹脂被覆層の表面は、形成後、外気と接することで急速に冷却されるのに対し、加熱された雄軸、または雌軸は温度が下がりにくいため、樹脂被覆層の内部は、被着面に近いほど高温の溶融状態が続くことになる。
　そのため樹脂被覆層は、表面から順次、固化と、それに伴う収縮とが進行して、特に肉厚の部分の、被着面の界面付近に局部的に密度の小さい部位を生じ、当該部位の密度が限界を下回ると真空ボイドが発生する。
　厚づけした樹脂被覆層は冷却後、雄軸と雌軸の間のクリアランスに合わせてブローチ加工等して仕上げられるが、内部に真空ボイドが生じていると、それが研磨によって欠陥として露出して、樹脂被覆層の強度等を低下させる原因となる。
　本発明の目的は、雄軸の外周面、または雌軸の内周面に、粉体塗料を用いた粉体流動浸漬法によって、真空ボイドのない連続した樹脂被覆層が形成された伸縮軸を製造できる製造方法を提供することにある。
　本発明の有利な局面によれば、軸方向に摺動可能に連結された雄軸、および筒状の雌軸を備え、当該雄軸の外周面、または雌軸の内周面が、樹脂被覆層によって被覆された伸縮軸の製造方法であって、
　流動浸漬法により、あらかじめ加熱した雄軸の外周面、または雌軸の内周面に粉体塗料を付着させて樹脂被覆層を形成する被覆工程、
　形成した樹脂被覆層の冷却が完了する前に、当該樹脂被覆層をブローチ加工によって薄肉化するブローチ加工工程、および
　薄肉化した樹脂被覆層を冷却する冷却工程、を含む伸縮軸の製造方法が供される。
　ブローチ加工工程では、粉体塗料に含まれるベース樹脂の融点より３０℃低い温度以上、当該融点以下の温度で樹脂被覆層がブローチ加工されてもよい。
　被覆工程では、厚み１００μｍ以上、１．５ｍｍ以下の樹脂被覆層が形成されてもよい。
図１は、伸縮軸としてのインターミディエートシャフトを組み込んだ、電動パワーステアリング装置の一例の概略図である。 図２は、インターミディエートシャフトの要部の断面図である。 図３は、図２のIII－III線に沿う断面図である。 図４は、図２のIV－IV線に沿う断面図である。 図５(a)および図５(b)は、本発明の製造方法の一例の各工程を説明する図である。図５(a)は、被覆工程で樹脂被覆層を形成した状態を示す断面図、図５(b)は、上記樹脂被覆層を、ブローチ加工工程においてブローチ加工している状態を示す断面図である。 図６は、被覆工程において形成した樹脂被覆層の温度（℃）の、被覆直後からの時間経過による変化の一例を示すグラフである。 図７は、ベース樹脂の弾性率（ＭＰａ）と、樹脂被覆層のブローチ加工荷重（Ｎ）との関係の一例を示すグラフである。 図８は、比較例において形成した樹脂被覆層の断面の顕微鏡写真である。 図９は、実施例において形成した樹脂被覆層の断面の顕微鏡写真である。
　図１は、伸縮軸としてのインターミディエートシャフトを組み込んだ、電動パワーステアリング装置の一例の概略図である。
　図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ハンドル２と一体回転可能に連結されたステアリングシャフト３、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結されたインターミディエートシャフト５、インターミディエートシャフト５に自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７、およびピニオンシャフト７に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して、自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８を備えている。
　ピニオンシャフト７およびラックバー８により、ラックアンドピニオン機構からなる操舵機構９が構成されている。
　ラックバー８は、車体に固定されるラックハウジング１０内に、図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はラックハウジング１０の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１１が結合されている。
　各タイロッド１１は、図示しないナックルアームを介して対応する操向輪１２に連結されている。
　ハンドル２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、その回転が、ピニオン歯７ａおよびラック歯８ａによって自動車の左右方向に沿うラックバー８の直線運動に変換されて操向輪１２の転舵が達成される。
　ステアリングシャフト３は、ハンドル２に連なる入力軸３ａと、ピニオンシャフト７に連なる出力軸３ｂとに分割されており、両軸３ａ、３ｂはトーションバー１３を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
　またトーションバー１３には、両軸３ａ、３ｂ間の相対回転変位量から操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１４が設けられており、トルクセンサ１４のトルク検出結果がＥＣＵ（Electric Control Unit：電子制御ユニット）１５に与えられる。
　ＥＣＵ１５では、トルク検出結果や、図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１６を介して操舵補助用の電動モータ１７を駆動制御する。そして電動モータ１７の出力回転が、減速機１８を介して減速されてピニオンシャフト７に伝達され、ラックバー８の直線運動に変換されて操舵が補助される。
　減速機１８は、電動モータ１７により回転駆動される入力軸としての小歯車１９と、小歯車１９に噛み合うとともにステアリングシャフト３の出力軸３ｂに一体回転可能に連結される大歯車２０とを備えている。
　図２は、インターミディエートシャフトの要部の断面図である。
　図１、図２を参照して、インターミディエートシャフト５は、例えばロアーシャフトである雄軸２１と、例えばアッパーシャフトである筒状の雌軸２２とを備えている。
　雌軸２２の上端は、自在継手４のヨーク４ａに連結されており、雄軸２１の下端は、自在継手６のヨーク６ａに連結されている。
　雌軸２２は、開放端である第一端部２３および閉塞端である第二端部２４を有している。第二端部２４は自在継手４のヨーク４ａの端部に連結され、閉塞されている。
　雄軸２１は、第一端部２３側から雌軸２２内に挿入されて、軸方向Ｘ１に摺動可能に連結されている。具体的には、雄軸２１、および雌軸２２がスプライン嵌合されている。
　図３は、図２のIII－III線に沿う断面図である。また図４は、図２のIV－IV線に沿う断面図である。
　図２、図３を参照して、雄軸２１の外周面２１ａは、軸方向Ｘ１に平行な雄スプライン２５を有している。また図２、図４を参照して、雌軸２２の内周面２２ａは、軸方向Ｘ１に平行で、かつ雄スプライン２５と噛み合う雌スプライン２６を有している。
　雄スプライン２５と雌スプライン２６の噛み合い、すなわちスプライン嵌合により、雄軸２１と雌軸２２は、軸方向Ｘ１に相対摺動可能でかつ同伴回転可能とされている。
　図３を参照して、雄スプライン２５を含む雄軸２１の外周面２１ａは、樹脂被覆層２７によって被覆されている。
　かかる樹脂被覆層２７を設けることにより、雄軸２１と雌軸２２の間に所定の摺動抵抗を付与するとともに、当該両軸２１、２２間のクリアランスを埋めてガタ音を低減したり、ステアリング操作時のハンドル２のガタつきを少なくしたりできる。
　上記の、雄スプライン２５を含む雄軸２１の外周面２１ａが樹脂被覆層２７によって被覆された、伸縮軸としてのインターミディエートシャフト５は、先に説明したように被覆工程、ブローチ加工工程、および冷却工程を経る本発明の製造方法によって製造することができる。
　図５(a)及び図５(b)は、本発明の製造方法の一例の各工程を説明する図である。図５(a)は、被覆工程で樹脂被覆層を形成した状態を示す断面図、図５(b)は、上記樹脂被覆層を、ブローチ加工工程においてブローチ加工している状態を示す断面図である。
　まず被覆工程では、樹脂被覆層２７のもとになる粉体塗料を、流動槽内で、空気等を吹き込んで浮遊、流動させた状態とし、次いで浮遊、流動している粉体塗料中に、当該粉体塗料に含まれるベース樹脂の融点以上に加熱した雄軸２１を浸漬する。
　そうすると粉体塗料が雄軸２１の外周面２１ａに被着されるとともに溶融流展されて樹脂被覆層２７が形成される（図５(a)参照）。
　この段階では、図５(a)に示したように粉体塗料を厚づけして、できるだけ連続した樹脂被覆層２７を形成するようにするのが好ましい。これにより、例えばポリアミド６１０等の、溶融時の粘度が高く、被着後のつきまわり性が低いためスムースに溶融流展されないベース樹脂を含む粉体塗料を使用した場合でも、外周面２１ａに、連続した樹脂被覆層２７を形成できる。
　なおベース樹脂としては、上記ポリアミド６１０の他、ポリアミド６１２、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックなどの、粉体塗装用粉体塗料として使用可能な種々の熱可塑性樹脂がいずれも使用可能である。
　特に先に説明したように、例えばエンジンルームでの使用に耐えうる高い耐熱性を有する樹脂被覆層２７を得ることを考慮すると、ベース樹脂としてはポリアミド６１０が好ましい。
　被覆工程での樹脂被覆層２７の厚みは特に限定されないが、雄スプライン２５間の歯溝２５ａ内の厚みｔが１００μｍ以上であるのが好ましく、１．５ｍｍ以下であるのが好ましい。
　被覆工程で形成したブローチ加工前の樹脂被覆層２７の厚みｔがこの範囲未満では、特にポリアミド６１０等の、溶融時の粘度が高く、被着後のつきまわり性が低いためスムースに溶融流展されないベース樹脂を含む粉体塗料を使用した際に、歯溝２５ａ内から雄スプライン２５の歯先２５ｂまで連続した樹脂被覆層２７を形成できないおそれがある。
　また、冷却による樹脂被覆層２７の収縮率や、雄軸２１と雌軸２２の間に設定されるクリアランスなどにもよるが、ブローチ加工工程→冷却工程を経て形成される樹脂被覆層の厚みが小さくなりすぎて、上記クリアランスを十分に埋めることができずにガタを生じやすくなったりするおそれもある。
　一方、厚みｔが上記の範囲を超える場合には、ブローチ加工前の肉厚の樹脂被覆層２７内、特に歯溝２５ａ内の樹脂被覆層２７内で、厚み方向の温度差が大きくなって真空ボイドが発生するおそれがある。
　これに対し、厚みｔを上記の範囲とすることで、雄軸２１と雌軸２２の間に設定されるクリアランスを埋めるのに適した厚みを有し、しかも歯溝２５ａ内から雄スプライン２５の歯先２５ｂまで連続した樹脂被覆層２７を、真空ボイドを生じることなしに、効率よく形成できる。
　次にブローチ加工工程では、形成した樹脂被覆層２７の冷却が完了する前に、当該樹脂被覆層２７をブローチ加工によって薄肉化する。
　具体的には、例えば図５(b)を参照して、あらかじめ用意したブローチ２８内に、先の被覆工程で形成した樹脂被覆層２７の冷却が完了する前の雄軸２１を通過させることにより、樹脂被覆層２７をブローチ加工して薄肉化する。
　ブローチ２８としては、筒状の内周面２８ａに、その断面形状が雌軸２２の雌スプライン２６と類似した、雄軸２１の雄スプライン２５間の歯溝２５ａに嵌り合う平行な複数の歯２９を有するとともに、当該歯２９が、雄スプライン２５との間に、ブローチ加工後でかつ冷却前の樹脂被覆層２７の厚み分のクリアランスを隔てうる断面形状、および寸法に形成されたものを用いる。
　そして、雄軸２１とブローチ２８の中心軸を一致させ、かつ雄軸２１の歯溝２５ａとブローチ２８の歯２９の位相を一致させた状態で、当該ブローチ２８内に雄軸２１を通過させることにより、樹脂被覆層２７がブローチ加工されて薄肉化される。
　本発明によれば、被覆工程で形成後、冷却が完了する前の樹脂被覆層を、かかるブローチ加工工程を経て厚みを十分に減じた状態で、次の冷却工程で冷却できるため、肉厚のまま冷却して冷却完了後にブローチ加工する従来技術に比べて、冷却工程で樹脂被覆層２７内に生じる厚み方向の温度差を極力小さくして、真空ボイドの発生を抑制できる。
　また樹脂被覆層２７を、ブローチ加工工程で薄肉化後に冷却しているため、かかる樹脂被覆層２７、ならびに当該樹脂被覆層２７で被覆された雄軸２１の冷却時間を、従来技術に比べて短縮して、伸縮軸としてのインターミディエートシャフト５の生産性を向上できるという利点もある。
　ブローチ加工を実施するタイミングは、上記のように被覆工程で形成した樹脂被覆層２７の冷却が完了する前であればよい。しかし粉体塗料に含まれるベース樹脂の融点より３０℃低い温度以上、当該融点以下の温度で樹脂被覆層２７をブローチ加工するのが好ましい。
　例えばベース樹脂として、融点２２０℃のポリアミド６１０を使用する場合は、１９０℃以上、２２０℃以下の範囲でブローチ加工するのが好ましい。
　図６は、被覆工程において形成した樹脂被覆層の温度（℃）の、被覆直後からの時間経過による変化の一例を示すグラフである。また図７は、ベース樹脂の弾性率（ＭＰａ）と、樹脂被覆層のブローチ加工荷重（Ｎ）との関係の一例を示すグラフである。
　図６を参照して、被覆工程において雄軸２１の外周面２１ａに形成した樹脂被覆層２７は、当該雄軸２１を流動槽から引き出した時点（図６の０分の時点）以降、徐々にその温度が低下する。
　しかし、先に説明したように加熱された雄軸２１は温度が下がりにくいため、ベース樹脂の融点より３０℃低い温度を下回る温度になったあとでブローチ加工をしても、それまでに、ブローチ加工前の肉厚の樹脂被覆層２７内で厚み方向の温度差が大きくなって真空ボイドが発生するおそれがある。
　また図７を参照して、ベース樹脂の温度が下がるほど弾性率（ＭＰａ）が上昇し、それに比例して樹脂被覆層２７のブローチ加工荷重（Ｎ）が上昇する傾向がある。
　そのため、特にベース樹脂の融点より３０℃低い温度を下回る温度になったあとでブローチ加工をした場合には、ブローチ加工荷重（Ｎ）が大幅に上昇して、ブローチ加工の作業性が低下したり、すでに硬化した樹脂被覆層２７が、過大な荷重によって雄軸２１から剥離しやすくなったりするおそれもある。
　一方、融点を超える温度では樹脂被覆層２７の固化がほとんど始まっていないため、ブローチ加工できないおそれがある。
　樹脂被覆層２７は、ある程度の固化が始まって以降にブローチ加工するのが、ブローチ加工の作業性を向上する上で好ましく、そのためには、ベース樹脂の融点以下、中でも融点より５℃低い温度以下、特に融点より１０℃低い温度以下の温度でブローチ加工をするのが好ましい。
　次いで冷却工程で、薄肉化した樹脂被覆層２７を、雄軸２１ごと常温まで冷却したあと、雌軸２２と組み合わせることにより、図１、図２に示す、伸縮軸としてのインターミディエートシャフト５を製造することができる。
　なお樹脂被覆層２７は、雄軸２１の外周面２１ａではなく、雌軸２２の内周面２２ａに形成してもよい。ただし両方に被覆層を形成する必要はない。
　伸縮軸がインターミディエートシャフト５として組み込まれるステアリング装置は、図１に示すコラム式の電動パワーステアリング装置には限定されず、他の方式のパワーステアリング装置や、操舵補助機能を有しない通常のステアリング装置であってもよい。
　伸縮軸を、例えばステアリング装置において衝撃吸収ストロークを確保するための伸縮可能シャフト等に適用してもよい。
　その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
　以下に、実施例、比較例に基づいて本発明をさらに説明するが、本発明の構成はかかる実施例、比較例に限定されるものではない。
　〈実施例１〉
　（被覆工程）
　ベース樹脂としてポリアミド６１０（融点２２０℃）を含む粉体塗料を用いて、粉体流動浸漬法により、図１～図４に示す雄軸２１の、雄スプライン２５を含む外周面２１ａに、樹脂被覆層２７を形成した〔図５(a)〕。
　条件は、雄軸２１の温度：２５０℃とし、樹脂被覆層２７の、雄スプライン２５間の歯溝２５ａ内の厚みｔは１ｍｍとした。
　（ブローチ加工工程）
　上記樹脂被覆層２７の冷却が完了する前、その温度が１９０～２２０℃の範囲にあるとき、ブローチ２８を用いてブローチ加工して、樹脂被覆層２７を、上記雄スプライン２５間の歯溝２５ａ内の厚みｔが約３００μｍとなるように薄肉化した〔図５(b)〕。
　（冷却工程）
　ブローチ加工後の樹脂被覆層２７を、雄軸２１ごと常温まで冷却して、雄スプライン２５を含む雄軸２１の外周面２１ａが樹脂被覆層２７によって被覆された雄軸２１を作製した。
　〈比較例１〉
　被覆工程後の樹脂被覆層を、雄軸２１ごと常温まで冷却したのち、ブローチ加工したこと以外は実施例１と同様にして、雄スプライン２５を含む雄軸２１の外周面２１ａが樹脂被覆層２７によって被覆された雄軸２１を作製した。
　〈断面観察〉
　実施例１、比較例１で作製した雄軸２１を、樹脂被覆層ごとカットして断面を顕微鏡で観察したところ、比較例１は、図８に示すように樹脂被覆層内に真空ボイドが発生しているのが確認された。これに対し実施例１は、図９に示すように樹脂被覆層内に真空ボイドは見られなかった。
　以上の結果から、被覆工程後、形成した樹脂被覆層の冷却が完了する前にブローチ加工工程を実施する本発明の製造によれば、雄軸の外周面に、粉体流動浸漬法によって、真空ボイドのない連続した樹脂被覆層を形成できることが確認された。
　本発明によれば、被覆工程で被着面に形成した樹脂被覆層を、続くブローチ加工工程において、その冷却が完了する前にブローチ加工して厚みを十分に減じたのち、冷却工程において冷却しているため、肉厚のまま冷却して冷却完了後にブローチ加工する従来技術に比べて、冷却工程において樹脂被覆層内に生じる厚み方向の温度差を極力小さくして、真空ボイドの発生を抑制できる。
　そのため被覆工程において、例えばポリアミド６１０等の、溶融時の粘度が高く、被着後のつきまわり性が低いためスムースに溶融流展されないベース樹脂を含む粉体塗料を厚づけする場合でも、その後のブローチ加工工程、および冷却工程を経ることで、被着面に、所定の厚みを有し、なおかつ真空ボイドのない連続した樹脂被覆層が形成された伸縮軸を製造することが可能となる。
　また樹脂被覆層を、ブローチ加工工程で薄肉化後に冷却しているため、かかる樹脂被覆層、ならびに当該樹脂被覆層で被覆された雄軸または雌軸の冷却時間を、従来技術に比べて短縮して、伸縮軸の生産性を向上できるという利点もある。
　本発明のブローチ加工工程では、粉体塗料に含まれるベース樹脂の融点－３０℃以上、融点以下の温度で樹脂被覆層をブローチ加工するのが好ましい。
　先に説明したように、加熱された雄軸は温度が下がりにくいため、融点－３０℃を下回る温度になったあとでブローチ加工をしても、それまでに、ブローチ加工前の肉厚の樹脂被覆層内で厚み方向の温度差が大きくなって真空ボイドが発生するおそれがある。
　また、温度が下がるほどベース樹脂の弾性率が上昇し、それに比例してブローチ加工におけるブローチ加工荷重が上昇する傾向がある。
　そのため、特にベース樹脂の融点より３０℃低い温度を下回る温度になったあとでブローチ加工をした場合には、ブローチ加工荷重が大幅に上昇して、ブローチ加工の作業性が低下したり、すでに硬化した樹脂被覆層が、過大な荷重によって雄軸から剥離しやすくなったりするおそれもある。
　一方、融点を超える温度では樹脂被覆層の固化がほとんど始まっていないため、ブローチ加工できないおそれがある。
　本発明の被覆工程では、厚み１００μｍ以上、１．５ｍｍ以下の樹脂被覆層を形成するのが好ましい。
　被覆工程で形成したブローチ加工前の樹脂被覆層の厚みが１００μｍ未満では、特にポリアミド６１０等の、溶融時の粘度が高く、被着後のつきまわり性が低いためスムースに溶融流展されないベース樹脂を含む粉体塗料を使用した際に、連続した樹脂被覆層を形成できないおそれがある。
　また、冷却による樹脂被覆層の収縮率や、雄軸と雌軸の間のクリアランスなどにもよるが、ブローチ加工工程→冷却工程を経て形成される樹脂被覆層の厚みが小さくなりすぎて、上記クリアランスを十分に埋めることができずにガタを生じやすくなったりするおそれもある。
　一方、厚みが１．５ｍｍを超える場合には、ブローチ加工前の肉厚の樹脂被覆層内で厚み方向の温度差が大きくなって真空ボイドが発生するおそれがある。
　本発明によれば、雄軸の外周面、または雌軸の内周面に、粉体塗料を用いた粉体流動浸漬法によって、真空ボイドのない連続した樹脂被覆層が形成された伸縮軸を製造できる。
　１：電動パワーステアリング装置
　２：ハンドル
　３：ステアリングシャフト
　３ａ：入力軸
　３ｂ：出力軸
　４：自在継手
　４ａ：ヨーク
　５：インターミディエートシャフト
　６：自在継手
　６ａ：ヨーク
　７：ピニオンシャフト
　７ａ：ピニオン歯
　８：ラックバー
　８ａ：ラック歯
　９：操舵機構
　１０：ラックハウジング
　１１：タイロッド
　１２：操向輪
　１３：トーションバー
　１４：トルクセンサ
　１５：ＥＣＵ
　１６：駆動回路
　１７：電動モータ
　１８：減速機
　１９：小歯車
　２０：大歯車
　２１：雄軸
　２１ａ：外周面
　２２：雌軸
　２２ａ：内周面
　２３：第一端部
　２４：第二端部
　２５：雄スプライン
　２５ａ：歯溝
　２５ｂ：歯先
　２６：雌スプライン
　２７：樹脂被覆層
　２８：ブローチ
　２８ａ：内周面
　２９：歯
　Ｘ１：軸方向

Claims (3)

  1. 　軸方向に摺動可能に連結された雄軸、および筒状の雌軸を備え、当該雄軸の外周面、または雌軸の内周面が、樹脂被覆層によって被覆された伸縮軸の製造方法であって、
    　流動浸漬法により、あらかじめ加熱した雄軸の外周面、または雌軸の内周面に粉体塗料を付着させて樹脂被覆層を形成する被覆工程、
    　形成した樹脂被覆層の冷却が完了する前に、当該樹脂被覆層をブローチ加工によって薄肉化するブローチ加工工程、および
    　薄肉化した樹脂被覆層を冷却する冷却工程、を含む伸縮軸の製造方法。
  2. 　ブローチ加工工程では、粉体塗料に含まれるベース樹脂の融点より３０℃低い温度以上、当該融点以下の温度で樹脂被覆層がブローチ加工される請求項１に記載の伸縮軸の製造方法。
  3. 　被覆工程では、厚み１００μｍ以上、１．５ｍｍ以下の樹脂被覆層が形成される請求項１に記載の伸縮軸の製造方法。
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