JP2011038560A - スプライン伸縮軸及びその製造方法並びに車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内軸と外軸の間に長期にわたって精度の良い嵌合を維持することができるスプライン伸縮軸を提供する。
【解決手段】中間軸５は、軸方向に摺動可能に嵌合された内軸３５と筒状の外軸３６とを備える。内軸３５の外スプライン３７と、外軸３６の内スプライン３８とが嵌合している。外スプライン３７の少なくとも歯面３７ａに樹脂被膜３９を設けた。樹脂被膜３９は、外軸３６の内スプライン３８の歯面に対して零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる。使用初期の内外スプライン３７，３８の歯面間の嵌合隙間を略零（例えば１０μｍ以下）とし、歯面間の実接触面積を増加させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スプライン伸縮軸、プライン伸縮軸の製造方法及び車両用操舵装置に関する。

ショットピーニング加工によって、嵌合歯の表面に表面硬化層を設けるとともに、その表面硬化層に多数の微小な凹部を形成し、その凹部がグリース溜まりの機能を果たすようにした車両ステアリング用伸縮軸が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、中空円筒状素材の内周面に油溜まりの元となる周方向の溝を形成する工程と、溝が形成された中空円筒状素材の内周面に塑性加工により雌スプラインを形成する工程からなり、上記塑性加工により形成された内スプラインの歯面の表面に、上記溝の痕跡を残すことにより、この溝を油溜まりとする雌スプライン軸の製造方法が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２００５−１５３６７７号公報 特開２００６−２０７６３９号公報

この種のスプライン伸縮軸では、内軸および外軸の互いの歯面に樹脂被膜が設けられる場合がある。しかしながら、内軸と外軸の寸法精度のばらつきの影響で、両軸間に回転方向のガタが生じていた。そこで、ガタ低減のため、互いの嵌合隙間が適度になるように、内軸と外軸を寸法精度により選別して組み合わせることも行われている（いわゆるマッチング組立）。

しかしながら、使用初期の両軸間にガタが発生していなくても、使用時間が経過すると、両軸間のガタが急激に増大するという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、内軸と外軸の間に長期にわたって精度の良い嵌合を維持することができるスプライン伸縮軸およびスプライン伸縮軸の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、長期にわたって良好な操舵フィーリングを維持することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

本願発明者は、上記課題を解決するにあたり、次の点に着目した。スプラインの歯面に樹脂被膜が設けられていても、使用初期の内軸および外軸の歯面を面粗さレベルで見た場合、両軸のスプラインの歯面間の隙間が大きい領域と隙間が小さい領域とがある。このため、両歯面間の実接触面積が狭い状態で、隙間が小さい領域のみによって両軸のガタが規制されている。したがって、使用初期から比較的短時間の使用でも、上記隙間が小さい領域（実接触面積が狭い領域に相当）の樹脂被膜が早期に摩耗することにより、両歯面間の隙間量が早期に大きい状態に達し、その結果、両軸間のガタが早期に増大する。換言すると、使用初期から短時間で上記ガタが増大するのは、使用初期から両歯面が面粗さレベルでフィットするまで、樹脂被膜が急激に摩耗するからであると考えた。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、上記目的を達成するため、本発明は、軸方向（Ｘ１）に摺動可能に嵌合された内軸（３５）および筒状の外軸（３６）と、上記内軸の外周（３５ａ）に設けられた外スプライン（３７）と、上記外軸の内周（３６ａ）に設けられた内スプライン（３８）と、上記外スプラインおよび上記内スプラインの何れか一方の少なくとも歯面（３７ａ）に設けられ、上記外スプラインおよび上記内スプラインの何れか他方の歯面（３８ａ）に対して零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜（３９；１３９）と、を備えるスプライン伸縮軸を提供する。

本発明では、外スプラインまたは内スプラインの少なくとも歯面に対して、零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜を形成したので、使用初期の内外スプラインの歯面間の嵌合隙間を、面粗さレベル（面粗さレベルとは、スプライン加工したときに歯面に生ずる軸方向の筋状の加工痕による凹凸の大きさのレベルである）において略ゼロ（例えば１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下）にすることができる。すなわち、面粗さレベルにおいて、両歯面間の実接触面積を格段に広くすることができる。その結果、内軸と外軸の精度の良い嵌合状態を実現することができ、長期にわたって両軸間のガタの発生を防止することができる。

上記樹脂被膜は、樹脂層が相手方の軸または工具によって成形された後に加熱なじみ処理が施されてなる場合がある（請求項２）。この場合、加熱なじみ処理時の上記嵌合隙間を精度良く設定することができる。
また、上記外スプラインおよび上記内スプラインの対応する歯面同士の隙間が１０μｍ以下であれば、好ましい（請求項３）。すなわち、加熱なじみ処理を施されてなる樹脂被膜を用いることにより、上記歯面同士の隙間を１０μｍ以下とすることが実質的に可能となる。その結果、内軸と外軸の精度の良い嵌合状態を実現することができる。

また、上記樹脂被膜の表面に、上記軸方向とは交差する方向に延びる溝（５２）が形成されており、上記溝に、上記加熱なじみ処理のときに生じた樹脂の摩耗粉の一部が収容されるようにしてある場合がある（請求項４）。例えば摺動に伴う摩擦熱を用いて樹脂被膜を相手方にフィットさせる加熱なじみ処理では、摩擦熱で軟化した樹脂が摺動方向に延びるようにして上記溝に取り込まれることで、上記軟化した樹脂の不要部分（除去されるべき部分）が効率良く除去される。また、軟化に伴って、樹脂被膜から離脱したころ状の摩耗粉が発生するおそれがある。本発明では、その摩耗粉を溝に取り込むことができるので、樹脂被膜の表面を荒らすことがなく、その結果、樹脂被膜を比較的平滑な状態で相手方にフィットさせることができる。したがって、内外スプラインの歯面間の実質的な接触面積を増加させることができ、その結果、摺動性に優れ且つ耐久性に優れたスプライン伸縮軸を実現することができる。また、上記溝が潤滑剤溜まりとして機能するので、良好な潤滑状態を長期に維持することができる。

また、本発明は、内軸または外軸の製造用中間体のスプラインの少なくとも歯面に形成された樹脂層を、相手方の軸または工具（４６）を用いて加工することにより、成形された表面を有する樹脂被膜を得る工程と、上記相手方の軸に嵌合された上記軸製造用中間体を上記相手方の軸に対して摺動させることにより、上記相手方の軸に接触する、樹脂被膜の表層部を、当該樹脂被膜の樹脂の融点以上の温度に加熱した状態で上記相手方の軸のスプラインの歯面に上記樹脂被膜の表面（３９ａ；１３９ａ）をフィットさせる加熱なじみ工程と、を含むスプライン伸縮軸の製造方法を提供する（請求項５）。

本発明では、例えば外スプラインの少なくとも歯面に樹脂層が形成された内軸の製造用中間体を、相手方の軸としての外軸または工具としての表面ブローチ（工作物の外表面に所要の形状を与えるブローチ）に押し込んで樹脂層を削ることにより、成形された表面を有する樹脂被膜を得る。または、例えば内スプラインの少なくとも歯面に樹脂被膜が形成された外軸の製造用中間体に、相手方の軸としての内軸を押し込んで樹脂層を削るか、または、工具としての内面ブローチ（工作物の内面に所要の形状を与えるブローチ）を用いて樹脂層を削ることにより、成形された表面を有する樹脂被膜を得る。その後、製造用中間体および相手方の軸を相対摺動させることにより、相手方の軸のスプラインの歯面に、面粗さレベルでフィットした表面を有する樹脂被膜を得ることができる。したがって、使用初期の内外スプラインの歯面間の嵌合隙間を、面粗さレベルにおいて略ゼロにすることができる。すなわち、面粗さレベルにおいて、両歯面間の実接触面積を格段に広くすることができる。その結果、内軸と外軸の精度の良い嵌合状態を実現することができ、長期にわたって両軸間のガタの発生を防止することができる。

また、上記加熱なじみ工程では、相手方の軸に対する摺動による摩擦熱で樹脂被膜の表面を加熱して融解させるようにしている場合がある（請求項６）。この場合、樹脂被膜の加熱に樹脂被膜自身が発生する摩擦熱を用いるので、外部の加熱手段が不要となり、製造設備を簡素化することができる。また、樹脂被膜において相手方に対する面圧が高いところほど、高い摩擦熱を発生する。すなわち、軟化が必要な領域ほど高い摩擦熱を得ることができ、相手形状に効果的になじませることができる。

上記スプライン伸縮軸を用いて操舵力を伝達する車両用操舵装置（１）であれば（請求項７）、長期にわたって良好な操舵フィーリングを維持することができ、また、長期にわたって歯打ち音による騒音を低減することができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態のスプライン伸縮軸としての中間軸を有する車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 中間軸の一部破断側面図である。 図２のIII −III 線に沿う断面図である。 （ａ）〜（ｈ）は中間軸の製造工程を順次に示す概略図である。 （ａ）〜（ｅ），（ｉ），（ｊ），（ｆ）〜（ｈ）は、本発明の別の実施の形態の中間軸の製造工程を示す概略図である。 図５（ｊ）の溝が形成された内軸製造用中間体の断面図である。 図６のＢ方向から見た矢視図であり、歯面を示している。 レーザを用いて樹脂被膜に溝加工をする方法の概略図である。 （ａ）〜（ｃ），（ｅ１），（ｅ２），（ｄ），（ｆ）〜（ｈ）は、本発明のさらに別の実施の形態の中間軸の製造工程を示す概略図である。 （ａ）は、図９（ｅ１）のブローチ工程で用いる表面ブローチの内周の輪郭形状と外軸の内スプラインの輪郭形状との関係を示す概略図であり、（ｂ）は、上記表面ブローチにより成形された樹脂被膜の表面の輪郭形状と外軸の内スプラインの輪郭形状との関係を示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ），（ｅ１），（ｅ２），（ｉ），（ｊ），（ｄ），（ｆ）〜（ｈ）は、本発明のさらに別の実施の形態の中間軸の製造工程を示す概略図である。 耐久回数と遊び量の関係を示すグラフ図である。 耐久回数と摩擦係数の関係を示すグラフ図である。

本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のスプライン伸縮軸が適用された中間軸を有する車両用操舵装置の概略構成図である。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結された操舵軸３と、操舵軸３に自在継手４を介して連結されたスプライン伸縮軸としての中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有する転舵軸としてのラック軸８とを備えている。

ピニオン軸７およびラック軸８を含むラックアンドピニオン機構によって、転舵機構Ａ１が構成されている。ラック軸８は、車体側部材９に固定されたハウジング１０によって、車両の左右方向に沿う軸方向（紙面とは直交する方向）に移動可能に、支持されている。ラック軸８の各端部は、図示していないが、対応するタイロッドおよび対応するナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。

操舵軸３は、同軸上に連結された第１操舵軸１１と第２操舵軸１２とを備えている。第１操舵軸１１は、スプライン結合を用いて、同伴回転可能に且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合されたアッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４を有している。アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４の何れか一方が内軸を構成し、他方が筒状の外軸を構成している。

また、第２操舵軸１２は、ロアーシャフト１４と同伴回転可能に連結された入力軸１５と、自在継手４を介して中間軸５に連結された出力軸１６と、入力軸１５および出力軸１６を相対回転可能に連結するトーションバー１７とを有している。
操舵軸３は、車体側部材１８，１９に固定されたステアリングコラム２０によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。

ステアリングコラム２０は、軸方向に相対移動可能に嵌め合わされた筒状のアッパージャケット２１および筒状のロアージャケット２２と、ロアージャケット２２の軸方向下端に連結されたハウジング２３とを備えている。ハウジング２３内には、操舵補助用の電動モータ２４の動力を減速して出力軸１６に伝達する減速機構２５が収容されている。
減速機構２５は、電動モータ２４の回転軸（図示せず）と同行回転可能に連結された駆動ギヤ２６と、駆動ギヤ２６に噛み合い出力軸１６と同伴回転する被動ギヤ２７とを有している。駆動ギヤ２６は例えばウォーム軸からなり、従動ギヤ２７は例えばウォームホイールからなる。

ステアリングコラム２０には、車両後方側のアッパーブラケット２８および車両前方側のロアーブラケット２９を介して車体側部材１８，１９に固定されている。アッパーブラケット２８は、後述するコラムブラケットを介してステアリングコラム２０のアッパージャケット２１に固定可能とされている。アッパーブラケット２８は、車体側部材１８から下方に突出する固定ボルト（スタッドボルト）３０と、当該固定ボルト３０に螺合するナット３１と、アッパーブラケット２８に離脱可能に保持されたカプセル３２とを用いて、車体側部材１８に固定されている。

ロアーブラケット２９は、ステアリングコラム２０のロアージャケット２２に固定されいる。また、ロアーブラケット２９は、車体側部材１９から突出する固定ボルト（スタッドボルト）３３と当該固定ボルト３３に螺合するナット３４とを用いて、車体側部材１９に固定されている。
図１および図２を参照して、スプライン伸縮軸としての中間軸５は、内軸３５と筒状の外軸３６とを軸方向Ｘ１に沿って摺動可能に且つトルク伝達可能にスプライン嵌合させて形成されている。内軸３５および外軸３６の何れか一方がアッパーシャフトを構成し、他方がロアーシャフトを構成する。本実施の形態では、外軸３６がアッパーシャフトとして自在継手４に連結されており、内軸３５がロアーシャフトとして自在継手６に連結されている。

本実施の形態では、スプライン伸縮軸を中間軸５に適用した場合に則して説明するが、本発明のスプライン伸縮軸を第１操舵軸１１に適用し、第１操舵軸１１にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるようにしてもよい。また、本実施の形態では、車両用操舵装置１が電動パワーステアリング装置である場合に則して説明するが、本発明のスプライン伸縮軸をマニュアルステアリングの車両用操舵装置に適用するようにしてもよい。

図２および図３を参照して、内軸３５の外周３５ａに設けられた外スプライン３７と、外軸３６の内周３６ａに設けられた内スプライン３８とが互いに嵌合している。本実施の形態の特徴とするところは、図３に示すように、外スプライン３７の少なくとも歯面３７ａに、外軸３６に対する加熱なじみ処理〔図４（ｆ）参照〕が施された表面３９ａを有する樹脂被膜３９が形成されている点にある。具体的には、内軸３５の芯金３５０の周囲に被覆された樹脂被膜３９の少なくとも一部によって、外スプライン３７の少なくとも歯面３７ａが形成されている。

上記の中間軸５を製造する工程について、概略図である図４に基づいて説明する。
まず、図４（ａ）に示す鍛造工程では、素材を鍛造することにより、外スプライン４０が形成された、内軸製造用中間体４１を得る。
次いで、図４（ｂ）に示す前処理工程では、図４（ａ）の内軸製造用中間体４１の外スプライン４０の少なくとも歯面に、コーティングのための前処理を施す。具体的には、後の図４（ｃ）の被覆工程において樹脂層４４を形成する場合の前段階の処理として、上記歯面を平滑化するため、例えば上記ショットブラスト、プライマー塗布等の下地処理を行う。これにより、図４（ｂ）に示すような、少なくとも歯面に前処理が施された外スプライン４２を有する、内軸製造用中間体４３（内軸３５の芯金３５０に相当）を得る。

次いで、図４（ｃ）に示す被覆工程（コーティング工程）では、図４（ｂ）の内軸製造用中間体４３の外スプライン４２の少なくとも歯面に樹脂層４４を形成し、図４（ｃ）に示すような、樹脂層４４が形成された内軸製造用中間体４５を得る。具体的には、前処理が施された内軸製造用中間体４３を加熱した後、樹脂粉末が流動状態にされた流動浸漬槽内に所定時間浸漬する。これにより、樹脂粉末が内軸製造用中間体４３に付着して熱で溶融することにより、樹脂層４４が形成される。樹脂層４４の外周の断面は、円形または略円形をなしている。上記樹脂層４４を形成する樹脂としては、ポリアミド、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂を用いることができる。樹脂層４４を射出成形するようにしてもよい。

次いで、図４（ｄ）に示すジョイント接合工程では、内軸製造用中間体４５の端部に自在継手４を連結する。
次いで、図４（ｅ）に示すブローチ工程では、相手方の軸としての外軸３６内に、上記樹脂層４４が形成された内軸製造用中間体４５をブローチ加工する。これにより、外軸３６の内スプライン３８の歯面によって、図４（ｆ）に示すように成形された樹脂被膜３９を有する内軸製造用中間体４７を得る。ブローチ工程では、ブローチ加工に際して、図４（ｅ）に示すように、樹脂層４４の余剰部分４４ａが削り取られ、かんな屑のようにして、相手方の軸としての外軸３６外に排出される。

次いで、図４（ｆ）に示す加熱なじみ工程では、相手方の軸としての外軸３６内に挿入された内軸製造用中間体４７を外軸３６に対して、強制的に摺動させることにより、外軸３６の内スプライン３８の歯面にフィットした表面３９ａを有する樹脂被膜３９が被覆された内軸３５が完成する。
上記加熱なじみ工程では、相手方の軸としての外軸３６および内軸製造用中間体４７の強制摺動による摩擦熱を用い、外軸３６に接触する樹脂被膜３９の表層部を、樹脂被膜３９の樹脂の融点以上の温度に加熱し、融解させる。この加熱状態で樹脂の軟化を促進させつつ、外軸３６の内スプライン３８になじませ、その後、冷却する。これにより、樹脂被膜３９の表面３９ａを外軸３６の内スプライン３８の歯面に、面粗さレベルでフィットさせることができる。これにより、内軸３５が完成する。

図４（ｇ）に示すグリース塗布工程では、内軸３５の樹脂被膜３９の表面にグリース４８を塗布する。グリース４８が塗布された内軸３５を外軸３６に組み入れ、図４（ｈ）に示すように、スプライン伸縮軸としての中間軸５が完成する。
本実施の形態のスプライン伸縮軸（中間軸５）の製造方法によれば、外スプライン３７の少なくとも歯面３７ａに樹脂層４４が形成された内軸製造用中間体４５を、相手方の軸としての外軸３６に押し込んで、樹脂被膜３９を有する内軸製造用中間体４７を得、その後、内軸製造用中間体４７を外軸３６に対して強制的に摺動させることにより、外軸３６の内スプライン３８の歯面に、面粗さレベルでフィットした表面３９ａを有する樹脂被膜３９を形成した内軸３５を得ることができる。

すなわち、本実施の形態のスプライン伸縮軸（中間軸５）によれば、外スプライン３７の少なくとも歯面３７ａに、零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜３９を形成したので、使用初期の両スプライン３７，３８の歯面３７ａ，３８ａ間の嵌合隙間を、面粗さレベルにおいて略ゼロ（例えば１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下）にすることができる。すなわち、面粗さレベルにおいて、両歯面３７ａ，３８ａ間の実接触面積を格段に広くすることができる。その結果、内軸３５と外軸３６の精度の良い嵌合状態を実現することができ、長期にわたって内軸３５および外軸３６間のガタの発生を防止することができるので、長期にわたって良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、歯面３７ａ，３８ａ間の歯打ち音による騒音を低減することができる。また、内軸３５および外軸３６間のいわゆるスティックスリップを防止して、静粛性を向上させることができる。

なお、図４（ｆ）の加熱なじみ工程における内軸製造用中間体４７の加熱に、内軸製造用中間体４７と外軸３６との強制摺動による摩擦熱を利用する場合の、内軸製造用中間体４７および外軸３６の摺動条件としては、内軸製造用中間体４７と外軸３６との摺動ストロークを±１０ｍｍ〜±５０ｍｍの範囲とし、摺動周波数を１．５Ｈｚ〜１０Ｈｚとする場合を例示することができる。

摩擦熱を用いることにより、外部の加熱手段が不要となり、製造設備を簡素化することができる。また、樹脂被膜３９の表面３９ａにおいて相手方に対する面圧が高いところほど、高い摩擦熱を発生する。すなわち、軟化が必要な領域ほど高い摩擦熱を得ることができ、相手形状に効果的になじませることができる。
摩擦熱を用いて加熱なじみ処理を行う場合、高効率で加熱なじみ処理を行うために、内軸製造用中間体４７と外軸３６とを長い摺動ストローク（±３０ｍｍ以上）で且つ高速度（２Ｈｚ以上）で摺動させることが好ましい。これは、下記の理由による。すなわち、摺動ストロークを長くすると、伝熱面積が増加するため、発熱量に対する伝熱量が増加するので、外軸の温度上昇を抑えることができる。これにより、伝熱量（放熱量）に対する発熱量の比（発熱量／伝熱量）が低下する。その結果、軟化層の厚みが低下するので、ころ状態の摩耗粉の発生を抑制することができ、安定した歯面形成を行うことができる。

ただし、上記加熱なじみ工程において、摩擦熱による加熱に代えて、外軸３６および内軸製造用中間体４７を、外部のヒータ（図示せず）により加熱するようにしてもよい。外部のヒータで加熱する場合には、外部より印加する温度は樹脂の融点未満とし、内軸製造用中間体４７と外軸３６を強制摺動させて、樹脂被膜３９ａの表層部のみが樹脂の融点以上の温度になるようにする。

上記のように、摩擦熱を用いたり、外部のヒータを用いたりする加熱なじみ工程において、図５に示すように、図５（ｅ）のブローチ工程と、図５（ｆ）の加熱なじみ工程との間に、図５（ｉ）に示す溝形成工程を含むようにしてもよい。図５（ａ）〜（ｅ）の各工程が、それぞれ、図４（ａ）〜（ｅ）の各工程に相当し、図５（ｆ）〜（ｈ）の各工程が、それぞれ、図４（ｆ）〜（ｈ）の各工程に相当する。

図５（ｉ）の溝形成工程では、樹脂被膜３９の表面３９ａに、レーザ照射ユニット５０から軸方向Ｘ１とは交差する方向にレーザ５１（例えばＹＶＯ₄ レーザやＣＯ₂ レーザ）を照射することにより、樹脂の一部を熱分解させて除去する。これにより、図５（ｊ）に示すような連続的ならせん状の溝５２が形成された樹脂被膜１３９を有する内軸製造用中間体１４７を得る。

溝５２は、内軸製造用中間体１４７の断面図である図６、および図６のＢ矢視図（外スプライン歯３７０の歯面３７ａに正対する方向から見た図に相当）である図７に示すように、樹脂被膜１３９の表面１３９ａから所定深さで形成されている。
内軸製造用中間体１４７の各外スプライン歯３７０を横切るように、溝５２が延びている。図７に示すように、各外スプライン歯３７０の歯面３７ａにおいて、らせん状をなす溝５２の一部が、内軸製造用中間体４５の軸方向Ｘ１に一定間隔を隔てて並び、内軸製造用中間体４５の径方向に対して所定角度で傾斜する方向Ｚ１に延びている。

なお、溝５２は連続状に形成されていてもよいし、間欠的に形成されていてもよい。上記溝５２は、上記のようにらせん状をなしていてもよいが、内軸３５の周方向に延びる環状の溝を軸方向Ｘ１に離隔させて複数設けるようにしてもよい（図示せず）。
溝５２の形成は、例えば、図８の実線の位置にあるレーザ照射ユニット５０から内軸製造用中間体４５の軸方向Ｙ１（紙面とは直交する方向）とは直交する照射方向Ｒ１に沿ってレーザ５１を照射し、内軸製造用中間体４５を回転させながら、レーザ５１および内軸製造用中間体４５を軸方向Ｙ１に相対移動させて、外スプライン歯３７０の一方の歯面３７ａに溝５２を形成する。

その後、レーザ照射ユニット５０を照射方向Ｒ１とは直交する方向に平行移動させて図８の二点鎖線の位置に変位させ、そのレーザ照射ユニット５０から、内軸製造用中間体４５の軸方向Ｙ１とは直交する方向である照射方向Ｒ２に沿ってレーザ５１を照射し、内軸製造用中間体４５を回転させながら、レーザ５１および内軸製造用中間体４５を軸方向Ｙ１に相対移動させて、外スプライン歯３７０の他方の歯面３７ａに溝５２を形成する。

図８において、レーザー照射ユニット５０の実線の位置と二点鎖線の位置との関係は、内軸製造用中間体４５の中心軸線Ｃ１を含み且つレーザ５１の照射方向Ｒ１と平行な平面Ｐ１を挟んで対称な位置関係にある。
また、レーザ５１による加工に代えて、ウォータジェットまたは硬質の微粒子を含んだ圧縮エアーによる微細溝加工を用いてもよい。

溝５２を設ける意義は下記である。すなわち、摩擦熱または外部のヒータにより加熱状態にある樹脂被膜１３９を、外軸３６の内スプライン３８の歯面にフィットさせるための図５（ｅ）に示す加熱なじみ工程では、軟化樹脂が外軸３６の歯面と未軟化樹脂との間で剪断抵抗を受け、樹脂被膜１３９の表面１３９ａから消しゴムのカスのようにして離脱したころ状の摩耗粉が発生するおそれがある。これに対して、樹脂被膜１３９の表面１３９ａに溝５２を設けておくことより、上記摩耗粉を溝５２内に取り込むことができる。したがって、摩耗粉の巨大化によって樹脂被膜１３９の表面１３９ａに異常摩耗が生じることがなく、すなわち表面１３９ａを荒らすことがないので、樹脂被膜１３９の表面１３９ａを比較的平滑な状態で相手方にフィットさせることができる。

したがって、外スプライン３７および内スプライン３８の歯面３７ａ，３８ａ間の実質的な接触面積を増加させることができ、その結果、摺動性に優れ且つ耐久性に優れたスプライン伸縮軸としての中間軸５（または第１操舵軸１１）を実現することができる。また、中間軸５の使用時には、溝５２が潤滑剤溜まりとして機能するので、良好な潤滑状態を長期に維持することができる。

溝５２の深さとしては、樹脂被膜１３９の膜厚の５０％以上であること、又は０．１ｍｍ以上であることの少なくとも一方が満たされることが好ましい。溝５２の溝幅（軸方向Ｘ１に関す溝５２の幅）としては、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
また、軸方向Ｘ１に関する溝５２間の間隔は、スプライン歯の歯丈の１〜１０倍であることが好ましい。

図５の実施の形態によれば、図４の実施の形態と同じ作用効果を奏することができる。すなわち、外スプライン３７の少なくとも歯面３７ａに、零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜１３９を形成したので、使用初期の両スプライン３７，３８の歯面３７ａ，３８ａ間の嵌合隙間を、面粗さレベルにおいて略ゼロ（例えば１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下）にすることができる。すなわち、面粗さレベルにおいて、両歯面３７ａ，３８ａ間の実接触面積を格段に広くすることができる。その結果、内軸３５と外軸３６の精度の良い嵌合状態を実現することができ、長期にわたって内軸３５および外軸３６間のガタの発生を防止することができるので、長期にわたって良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、歯面３７ａ，３８ａ間の歯打ち音による騒音を低減することができる。また、内軸３５および外軸３６間のいわゆるスティックスリップを防止して、静粛性を向上させることができる。

特に、摩擦熱を利用した加熱なじみ処理を実施した場合には、製造設備を簡素化することができる。ただし、加熱なじみ処理において、外部のヒータによる加熱を用いてもよい。また、摩擦熱または外部のヒータを利用した加熱なじみ処理が施される前の樹脂被膜１３９に、溝５２を設けるようにしたので、加熱なじみ工程で発生する摩耗粉を溝５２内に取り込むことができ、したがって、樹脂被膜１３９の表面１３９ａをより平滑にすることができる。これにより、内軸３５と外軸３６のより精度の良い嵌合状態を実現することができ、長期にわたって内軸３５および外軸３６間のガタの発生をより確実に防止することができるので、長期にわたって良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、歯面３７ａ，３８ａ間の歯打ち音による騒音を一層低減することができる。また、内軸３５および外軸３６間のいわゆるスティックスリップを確実に防止して、静粛性を向上させることができる。

次いで、図９は本発明のさらに別の実施の形態のスプライン伸縮軸としての中間軸の製造方法を示している。図９の実施の形態が図４の実施の形態と異なるのは、図４の実施の形態では、図４（ｄ）のジョイント接合工程の後の図４（ｅ）のブローチ工程において、樹脂層４４を削って樹脂被膜３９を形成するために、内軸製造用中間体４５を相手方の軸としての外軸３６に押し込んだのに対して、図９の実施の形態では、図９（ｄ）のジョイント接合工程の前の図９（ｅ１）のブローチ工程において、樹脂層４４を削って樹脂被膜３９を形成するために、内軸製造用中間体４５を内軸成形用の環状の表面ブローチ４６（表面ブローチとは、工作物の外表面に所要の形状を与えるブローチであり、一方、工作物の内面に所要の形状を与えるブローチは内面ブローチという。）に押し込むようにした点にある。

図９（ｅ１）のブローチ工程では、表面ブローチ４６の内周の内スプライン４６ａの歯面によって、樹脂層４４の余剰部分４４ａが削り取られ、図９（ｅ２）に示すように、樹脂被膜３９を有する内軸製造用中間体４７が得られる。その内軸製造用中間体４７は、図９（ｄ）のジョイント接合工程を経た後の図９（ｆ）の加熱なじみ工程において、相手方の軸としての外軸３６内に挿入され、加熱なじみ処理が行われる。図９（ｆ）の加熱なじみ工程では、外軸３６および内軸製造用中間体４７を、摩擦熱により加熱してもよいし、また外部のヒータ（図示せず）により加熱するようにしてもよい。

図９の実施の形態では、図４と同じ作用効果を奏することに加えて、図９（ｅ１）のブローチ工程で、専用の表面ブローチ４６を用いるので、樹脂層４４を効率的に削ることができる。
本実施の形態のように表面ブローチ４６を用いて、内軸製造用中間体４５の樹脂層４４を削って樹脂被膜３９を形成する場合は、図１０（ａ）に示す表面ブローチ４６の内周の輪郭形状Ｑ１〔図１０（ｂ）に示す樹脂被膜３９の表面の輪郭形状Ｑ２に一致〕が、外軸３６の内スプライン３８の輪郭形状Ｑ３（歯面３８ａ、大径部３８ｂおよび小径部３８ｃに相当）に対して、下記の関係を持つことが好ましい。

すなわち、図１０（ｂ）を参照して、樹脂被膜３９の輪郭形状Ｑ２（表面ブローチ４６の輪郭形状Ｑ１に一致）において、トルク伝達面としての歯面Ｑ２１は、外軸３６の内スプライン３８の対応する歯面３８ａと負隙間で嵌合可能な（すなわち圧入可能な）寸法で加工されている。
また、内スプライン３８の大径部３８ｂ（歯底に相当）と樹脂被膜３９の表面の輪郭形状Ｑ２の大径部Ｑ２２（内軸３５の外スプライン３７の歯先に相当。表面ブローチ４６の内周の輪郭形状Ｑ１の大径部Ｑ１２に一致）との間に、隙間Ｓ１が設けられるとともに、内スプライン３８の小径部３８ｃ（歯先に相当）と樹脂被膜３９の表面の輪郭形状Ｑ２の小径部Ｑ２３（内軸３５の外スプライン３７の歯底に相当。表面ブローチ４６の内周の輪郭形状Ｑ１の小径部Ｑ１３に一致）との間に、隙間Ｓ２が設けられるような寸法に、上記樹脂被膜３９が加工される。

上記のような形状を持つ表面ブローチ４６で加工された樹脂被膜３９を有する内軸製造用中間体４７を相手方の軸である外軸３６に圧入する工程においては、図１０（ｂ）に示すように、実接触部分はトルク伝達面としての歯面Ｑ２１のみとなり、大径部Ｑ２２および小径部Ｑ２３では非接触状態となるため、内軸製造用中間体４７を圧入する荷重を軽減することができ、したがって、圧入を容易に行うことができる。

また、加熱なじみ工程においても、摺動荷重が軽減されるため、比較的小さな設備能力で加熱なじみ処理の実施が可能となる。ただし、仮に外軸３６の内スプライン３８に対して、大径部Ｑ２２およびＱ２３が負隙間になっていたとしても、十分な能力を有する設備であれば、問題なく加熱なじみ処理を実行することができる。
次いで、図１１は、本発明のさらに別の実施の形態のスプライン伸縮軸としての中間軸の製造方法を示している。図１１の実施の形態が図９の実施の形態と異なるのは、図１１に示すように、図１１（ｅ１）のブローチ工程を経た内軸製造用中間体４７に、図１１（ｉ）の溝形成工程で溝を形成し、図１１（ｊ）に示すように樹脂被膜１３９に溝５２が形成された内軸製造用中間体１４７を得るようにした点にある。

図１１（ａ）〜（ｅ１），（ｅ２）の各工程が、それぞれ、図９（ａ）〜（ｅ１），（ｅ２）の各工程に相当し、図１１（ｄ）〜（ｈ）の各工程が、それぞれ、図９（ｄ）〜（ｈ）の各工程に相当する。また、図１１（ｉ）の溝形成工程が、図５（ｉ）の溝形成工程に相当する。
図１１の実施の形態では、図９の実施の形態と同じ作用効果を奏することに加えて、図５の実施の形態と同じく、加熱なじみ処理の前の樹脂被膜１３９に溝５２に形成するので、加熱なじみ処理工程において、樹脂の摩耗粉を溝５２内に取り込むことができる。したがって、摩耗粉の巨大化によって樹脂被膜１３９の表面１３９ａに異常摩耗が生じることがなく、すなわち表面１３９ａを荒らすことがないので、樹脂被膜１３９の表面１３９ａを比較的平滑な状態で相手方にフィットさせることができる。

なお、上記の各実施の形態では、内軸の外スプラインの少なくとも歯面に、外軸の内スプラインの歯面に対して零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜を形成する例に則して説明したが、これに限らず、外軸の内スプラインの少なくとも歯面に、内軸の外スプラインの歯面に対して零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜を形成するようにして（図示せず）、本発明を実施することができる。その場合、外軸の製造用中間体の内スプラインに形成された樹脂層を削って樹脂被膜を成形するときに、実際の相手方の内軸を用いて上記樹脂層を削るか、または内面ブローチを用いたブローチ加工により、上記樹脂層を削る。その後、樹脂被膜を有する外軸の製造用中間体を、相手方の内軸に嵌合させて、強制摺動による摩擦熱による加熱か、または外部のヒータによる加熱に強制摺動による加熱を組み合わせて、加熱なじみ処理を行うことになる。

また、外軸の製造用中間体の内スプラインに形成された樹脂層を削って樹脂被膜を形成する場合にも、その樹脂被膜においてトルク伝達面としての歯面が相手方の軸としての内軸の外スプラインの歯面に対して負隙間となり、また、内軸の外スプラインの大径部（外スプラインの歯先に相当）と樹脂被膜の大径部（内スプラインの歯底に相当）との間に隙間が設けられるとともに、内軸の外スプラインの小径部（外スプラインの歯底に相当）と樹脂被膜の小径部（内スプラインの歯先に相当）と間に、隙間が設けられることが好ましい。

また、上記の実施の形態では、車両用操舵装置１が、操舵軸３に操舵補助力を付与する、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置である場合に則して説明したが、ピニオン軸７に操舵補助力を付与する、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよいし、ラック軸８に操舵補助力を付与する、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。また、マニュアルステアリングの車両用操舵装置に適用するようにしてもよい。また、本発明のスプライン伸縮軸は、ステアリングコラムのテレスコピック用伸縮軸としても応用可能である。

以下、本発明を実施例、比較例に基づいて説明する。
実施例１および比較例１
上記の図４に示した工程を経て、外スプライン３７の歯面３７ａを含む表面に、加熱なじみ処理が施された膜厚２７０μｍのポリアミドの樹脂被膜１３９を有する内軸３５を設け、対応する外軸３６と組み合わせて実施例１を作成した。冷間鍛造品からなるスリーブの内径にブローチ加工により内スプラインを形成してなる。

また、外スプラインの歯面に、機械加工により膜厚１０μｍに調整されたエポキシ樹脂が被覆された内軸に、対応する外軸を組み合わせて比較例１を作成した。なお、実施例１と比較例１とで、内軸の芯金の材質、形状、寸法は同じであり、外軸の材質、形状、寸法は同じである。
耐久試験
実施例１および比較例１について、下記の試験条件にて、耐久試験を実施し、内軸と外軸の回転方向の遊び量（ガタ）を測定した。また、歯面間の摩擦係数を測定した。

実施例１および比較例１をそれぞれ、実機の車両用操舵装置の中間軸として、取付角３０°で組み込み、据え切り耐久試験を行った。
負荷トルク：±５０Ｎｍ
回転角：±９０°
回転周期：０．９Ｈｚ
スライド量：±０．５ｍｍ
試験温度：室温
その結果、図１２に示すような耐久回数（繰り返し回数）と上記遊び量との関係が得られ、また、図１３に示すような耐久回数と摩擦係数との関係が得られた。これにより、下記のことが判明した。

図１２を参照して、比較例１では、初期のがたが２．８分であり、４万回程度の耐久回数で遊び量が８分まで増大する。これに対して、実施例１では、耐久開始時の遊び量は、０．３分であり、耐久回数を経ても遊び量の増大は非常に緩やかである。しかも、４０万回の耐久回数を経ても、遊び量が２．５分であり、長期にわたってガタの少ない状態が維持されていることが判明した。

また、図１３を参照して、比較例１では、実際のスプライン製品にトルク３０Ｎ・ｍを負荷したときの摺動荷重を測定した結果に基づき摩擦係数を計算している。初期の動摩擦係数および静止摩擦係数は、実施例１の動摩擦係数および静止摩擦係数と比較して、５０％以上大きい。また、比較例１では、４万回程度の耐久回数で動摩擦係数および静止摩擦係数が大きく増大している。

これに対して、実施例１では、耐久回数を経ても動摩擦係数および静止摩擦係数の増大は非常に緩やかである。しかも、４０万回の耐久回数を経ても、動摩擦係数が０．１１、静止摩擦係数が０．０９であり、長期にわたって優れた摺動性を維持されていることが判明した。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…操舵軸、５…中間軸（スプライン伸縮軸）、１１…第１操舵軸、１２…第２操舵軸、１３…アッパーシャフト、１４…ロアーシャフト、２０…ステアリングコラム、３５…内軸、３５ａ…外周、３６…外軸、３７…外スプライン、３７ａ…歯面、３８…内スプライン、３８ａ…歯面、３９，１３９…樹脂被膜、３９ａ，１３９ａ…（樹脂被膜の）表面、４１…製造用中間体、４３…製造用中間体、４４…樹脂層、４５…製造用中間体、４６…表面ブローチ、４７…製造用中間体、Ａ１…転舵機構、Ｘ１…軸方向

Claims (7)

1. 軸方向に摺動可能に嵌合された内軸および筒状の外軸と、
   上記内軸の外周に設けられた外スプラインと、
   上記外軸の内周に設けられた内スプラインと、
   上記外スプラインおよび上記内スプラインの何れか一方の少なくとも歯面に設けられ、上記外スプラインおよび上記内スプラインの何れか他方の歯面に対して零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜と、を備えることを特徴とするスプライン伸縮軸。
2. 請求項１において、上記樹脂被膜は、樹脂層が相手方の軸または工具によって成形された後に加熱なじみ処理が施されてなることを特徴とするスプライン伸縮軸。
3. 請求項１または２において、上記外スプラインおよび上記内スプラインの対応する歯面同士の隙間が１０μｍ以下であることを特徴とするスプライン伸縮軸。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記樹脂被膜の表面に、上記軸方向とは交差する方向に延びる溝が形成されており、上記溝に、上記加熱なじみ処理のときに生じた樹脂の摩耗粉の一部が収容されるようにしてあることを特徴とするスプライン伸縮軸。
5. 内軸または外軸の製造用中間体のスプラインの少なくとも歯面に形成された樹脂層を、相手方の軸または工具を用いて加工することにより、成形された表面を有する樹脂被膜を得る工程と、
   上記相手方の軸に嵌合された上記製造用中間体を上記相手方の軸に対して摺動させることにより、上記相手方の軸に接触する、樹脂被膜の表層部を、当該樹脂被膜の樹脂の融点以上の温度に加熱した状態で上記相手方の軸のスプラインの歯面に上記樹脂被膜の表面をフィットさせる加熱なじみ工程と、を含むことを特徴とするスプライン伸縮軸の製造方法。
6. 請求項５において、上記加熱なじみ工程では、相手方の軸に対する摺動による摩擦熱で樹脂被膜の表面を加熱して融解させるようにしていることを特徴とするスプライン伸縮軸の製造方法。
7. 請求項１から４の何れか１項に記載のスプライン伸縮軸を用いて操舵力を伝達する車両用操舵装置。

Images