JP2017106565A - 伸縮自在シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】雄軸の雄スプライン部と雌軸の雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを小さく抑えられる構造を採用した場合にも、前記雄軸と前記雌軸とを安定して摺動させる事ができ、更に、部品点数を減らす事が可能な構造を実現する。【解決手段】インナシャフト９ａの外周面のうち、軸方向一端縁から雄スプライン部３７を介して、小径軸部３４の軸方向一端寄り部分にかけての部分にコーティング層５６を設けると共に、軸方向一端がインナシャフト９ａの軸方向一端面に開口し、軸方向他端縁が雄スプライン部３７の軸方向中央位置よりも軸方向他側に位置した中心孔５３を形成する。更に、小径軸部３４の軸方向他端部にヨーク部３５を一体に設ける。【選択図】図１

Description

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

自動車のステアリング装置として従来から、図８に記載する様な構造のものが知られている。該ステアリング装置は、ステアリングホイール１が、ステアリングシャフト２の後端部に固定されている。又、これと共に、該ステアリングシャフト２の前端部が、１対の自在継手３ａ、３ｂ及び中間シャフト４を介して、ステアリングギヤユニット５を構成する入力軸６の基端部に接続されている。更に、前記ステアリングギヤユニット５に内蔵されラックアンドピニオン機構により左右１対のタイロッド７、７を押し引きして、左右１対の操舵輪に、前記ステアリングホイール１の操作量に応じた舵角を付与する様に構成されている。

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

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

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

上述の様な構成を有する中間シャフト４の様に、前記インナシャフト９と前記アウタチューブ１０とをトルク伝達可能、且つ、軸方向の伸縮（摺動）可能に組み合わせた伸縮軸は、回転方向のがたつきが小さく、且つ、伸縮時の摺動抵抗が小さい事が要求される。この為に、従来から、前記インナシャフト９の雄スプライン部８の外周面に、ポリアミド樹脂等の摩擦係数が低い合成樹脂製のコーティング層を設けると共に、前記雄スプライン部８と前記雌スプライン部１２とを締め代を持たせた状態で係合させる事が行われている。但し、この様な構造の場合、前記インナシャフト９のうち、前記コーティング層を設けた部分の径方向に関する剛性が高いと、前記締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）の変動が敏感になってしまい、前記アウタチューブ１０に対する前記インナシャフト９の摺動を、安定させる事が難しくなる可能性がある。この様な問題は、前記がたつきを十分に抑える為に前記締め代を大きくするほど顕著になる。
又、前記中間シャフト４の場合、前記インナシャフト９と前記第一のヨーク１１とを別体に形成している。この為、部品点数が増えて部品管理や組み立て作業が面倒になると言った問題がある。

特開２０１５−２１５９６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、雄軸の雄スプライン部と雌軸の雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを小さく抑えられる構造を採用した場合にも、前記雄軸と前記雌軸とを安定して摺動させる事ができ、更に、部品点数を減らす事が可能な伸縮自在シャフトの構造を実現するものである。

本発明の対象となる伸縮自在シャフトは何れも、雄軸と、コーティング層と、雌軸とを備えている。
このうちの雄軸は、雄スプライン部と、小径軸部と、ヨーク部と、中心孔とを有している。
このうちの雄スプライン部は、前記雄軸の軸方向一端部の外周面に形成されている。
前記小径軸部は、前記雄スプライン部よりも軸方向他方側に形成されており、外径が該雄スプライン部の各凸部の外接円の直径よりも小さい。
前記ヨーク部は、前記小径軸部の軸方向他端部に一体に設けられている。
前記中心孔は、軸方向一端が前記雄軸の軸方向一端面に開口し、軸方向他端縁が前記雄スプライン部の軸方向中央位置よりも軸方向他方側に位置している。
前記コーティング層は、前記雄スプライン部の外周面を覆う状態で設けられている。
前記雌軸は、内周面に雌スプライン部が形成されている。
そして、前記雄スプライン部と前記雌スプライン部とを、前記コーティング層を介してスプライン係合させる事により、前記雄軸と前記雌軸とがトルク伝達可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わされている。

上述の様な本発明の伸縮自在シャフトを実施する場合には、追加的に、請求項２に記載した発明の様に、前記中心孔の軸方向他端縁を、前記雄スプライン部の軸方向他端縁と前記小径軸部の軸方向一端縁との連続部よりも軸方向一方側に位置させた構成を採用できる。

上述の様な本発明の伸縮自在シャフトを実施する場合には、追加的に、請求項３に記載した発明の様に、前記小径軸部の外径を、前記雌スプライン部の内接円の直径よりも小さくした構成を採用できる。この場合に、例えば、前記小径軸部の外径を、前記雄スプライン部の凹部の外接円の直径よりも小さくした構成を採用する事もできる。

上述の様な本発明の伸縮自在シャフトを実施する場合には、追加的に、請求項４に記載した発明の様に、前記小径軸部の軸方向一端縁と、前記スプライン部の各凸部の軸方向他端縁とを、傾斜面を介して滑らかに連続させた構成を採用できる。

上述した様な構成を有する本発明の伸縮自在シャフトの場合、雄軸の雄スプライン部の外周面を覆う状態でコーティング層を設けている。又、これと共に、軸方向一端が前記雄軸の軸方向一端面に開口し、軸方向他端縁の軸方向に関する位置が、前記雄スプライン部の軸方向中央位置よりも軸方向他方側に位置した状態で中心孔を形成している。この為、前記雄軸の雄スプライン部が形成された部分のうち少なくとも軸方向一方側半部の径方向の剛性を適度に小さくできる。従って、前記雄軸の雄スプライン部と雌軸の雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、該係合部に締め代を持たせた場合でも、該締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）の変動を鈍感にでき、前記雄軸の、前記雌軸に対する摺動を安定させる事ができる。

又、上述の様に、前記雄スプライン部と前記雌スプライン部との締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）の変動を鈍感にできる為、前記雄軸の寸法誤差を許容できる範囲（寸法公差）を大きくする事ができ、製造コストの低減を図れる。
又、前記雄軸のうちの前記雄スプライン部が形成された部分の剛性を適度に小さくできる為、前記雄スプライン部と前記雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを防止すべく、該係合部の締め代を大きくした場合でも、該係合部の摺動抵抗を小さく抑える事ができる。
又、前記中心孔を形成している分だけ、前記雄軸の軽量化を図る事ができる。
更に、本発明の伸縮自在シャフトの場合、前記雄軸の軸方向他端部に、ヨーク部を一体に設けている。この為、前述した従来構造の様に、インナシャフトとヨークとを別体に設けた構造と比べて、部品点数を減らす事ができる。この結果、部品管理及び組み立て作業の効率化を図る事ができる。

本発明の実施の形態の１例を示す、両端部に十軸式自在継手を装着した中間シャフトを示す、部分切断側面図。 同じく、インナシャフトのうち、図１のＸ部に相当する部分を示す拡大図。 同じく、インナシャフトの斜視図。 同じく、インナシャフトの製造工程のうちの、第１〜４工程を説明する為の断面図。 同じく、インナシャフトの製造工程にうちの、第５〜８工程を説明する為の断面図。 同じく、インナシャフトの製造工程のうちの第７、８工程の具体例を説明する為の図。 同じく、図６のＡ−Ａ断面図（Ａ）と、同じくＢ−Ｂ断面図（Ｂ）と、Ｃ−Ｃ断面図（Ｃ）。 従来から知られているステアリング装置の１例を示す部分切断側面図。 中間シャフトを取り出して示す部分切断側面図。

［実施の形態の１例］
本発明の実施の形態の１例に就いて、図１〜７により説明する。尚、本例は、本発明を、ステアリング装置を構成する中間シャフトに適用したものである。但し、本発明は、この様な中間シャフト以外にも、各種用途で使用される伸縮自在シャフトの構造に適用する事ができる。又、本例の中間シャフトを組み込んだステアリング装置の構造は、図８に示したステアリング装置と同様の構造を有している。但し、本例の中間シャフトは、図８に示したステアリング装置の構造に限らず、従来から知られている各種ステアリング装置の構造に適用する事ができる。以下、本発明を組み込んだステアリング装置の構造を簡単に説明した後、本例の中間シャフト４ａの構造、及び該中間シャフト４ａの製造方法に就いて説明する。

本例の中間シャフト４ａを組み込んだステアリング装置は、ステアリングホイール１（図８参照）が、ステアリングシャフト２の後端部に固定されている。又、これと共に、該ステアリングシャフト２の前端部が、１対の自在継手３ｃ、３ｄ及び前記中間シャフト４ａを介して、ステアリングギヤユニット５を構成する入力軸６の基端部に接続されている。更に、該ステアリングギヤユニット５に内蔵したラックアンドピニオン機構により左右１対のタイロッド７、７を押し引きして、左右１対の操舵輪に、前記ステアリングホイール１の操作量に応じた舵角を付与する様に構成されている。

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

前記アウタチューブ１０ａは、軸方向他方側から順に、小径筒部１８と、連続部１９と、大径筒部２０と、ヨーク部２１とを備えている。
このうちの小径筒部１８は円筒状であり、前記アウタチューブ１０ａのうちの、軸方向他端部から軸方向中央部にかけての部分に設けられている。この様な小径筒部１８の外周面は、軸方向の全長に亙り外径寸法が変化しない円筒面状である。又、該小径筒部１８の内周面には、円周方向に関して交互に形成された軸方向に長い、複数ずつの凹部と凸部とから成る雌スプライン部２２が、全長に亙り形成されている。

前記連続部１９は、外径寸法及び内径寸法が軸方向一方側（図１の右側）に向かうほど大きくなる部分円錐筒状であり、軸方向他端縁が、前記小径筒部１８の軸方向一端縁に連続している。
前記大径筒部２０は円筒状であり、軸方向他端縁が、前記連続部１９の軸方向一端縁に連続している。この様な大径筒部２０の内径寸法及び外径寸法は、前記小径筒部１８の内径寸法及び外径寸法よりも大きい。

前記ヨーク部２１は、前記自在継手３ｃを構成するものであり、前記大径筒部２０の軸方向一端縁のうちで、該大径筒部２０に関する直径方向反対側となる２箇所位置から軸方向一方側に延出する状態で設けられた１対の腕部２３、２３から成る。この様な両腕部２３、２３の軸方向一端寄り部分には、互いの中心軸が同軸となる状態で１対の円孔２４、２４が形成されている。尚、図１に示す組み立て状態に於いて、該両円孔２４、２４の内側には、それぞれ有底円筒状の軸受カップ２５、２５が内嵌固定されている。これと共に、該両軸受カップ２５、２５の内側に、それぞれ複数本のニードル２６、２６を介して、十字軸２７を構成する４本の軸部２８、２８のうちの１対の軸部２８、２８の端部が回動自在に支持されている。

尚、前記十字軸２７を構成する４本の軸部２８、２８のうち、前記ヨーク部２１の両円孔２４、２４内に支持された軸部２８、２８以外の１対の軸部２８（一方の軸部２８は図示省略）の端部は、前記ステアリングシャフト２の前端部に支持固定されたヨーク２９を構成する１対の腕部３０（一方の腕部３０は図示省略）に形成された円孔（図示省略）の内側に、軸受カップ及びニードル（図示省略）を介して回動自在に支持されている。
本例の場合、前記ヨーク部２１を、前記アウタチューブ１０ａに一体に設ける構造を採用しているが、アウタチューブとヨーク部とを別体に設けて溶接或は嵌合等により結合固定する構造を採用する事もできる。

前記インナシャフト９ａは、軸方向一方側（図１〜３の右側）から順に、予備軸部３１、スプライン形成部３２と、連続部３３と、小径軸部３４と、ヨーク部３５とを備えている。
このうちの予備軸部３１は、前記インナシャフト９ａの軸方向一端部に設けられている。この様な予備軸部３１の外周面は、軸方向一端縁に形成された面取り部を除いて、軸方向の全長に亙り変化しない円筒面状に形成されている。

前記スプライン形成部３２は、前記インナシャフト９ａの軸方向中間部から軸方向一端寄り部分にかけての部分（軸方向中間部のうちの軸方向一方側部分）に形成されている。この様なスプライン形成部３２の軸方向一端縁は、前記予備軸部３１の軸方向他端縁（図１の左端縁）に連続している。又、前記スプライン形成部３２の外周面には、円周方向に関して交互に形成された軸方向に長い、複数ずつの凹部（図示省略）と凸部３６とから成る雄スプライン部３７が、全長に亙り形成されている。

前記連続部３３は、前記インナシャフト９ａのうち、前記スプライン形成部３２の軸方向他方側に隣接した部分に形成されている。この様な連続部３３の外周面には、円周方向に関して交互に形成された、複数ずつの凹部（図示省略）と、前記インナシャフト９ａの中心軸を含む仮想平面に関する断面形状が直角三角形状の凸部３８とから成る不完全スプライン部３９が形成されている。この様な不完全スプライン部３９を構成する各凸部３８の外周面は、軸方向他方に向かうほど外径寸法が小さくなる方向に傾斜している。又、前記不完全スプライン部３９の各凸部３８の外周面の軸方向一端縁は、前記雄スプライン部３７を構成する各凸部３６の外周面の軸方向他端縁に連続している。一方、前記不完全スプライン部３９の各凸部３８の外周面の軸方向他端縁は、前記小径軸部３４の外周面の軸方向一端縁に連続している。本例の場合、前記不完全スプライン部３９の各凸部３８の外周面を、特許請求の範囲に記載した傾斜面としている。尚、本例の場合、前記雄スプライン部３７の凹部の外接円の直径と、前記不完全スプライン部３９の凹部の外接円の直径とが等しい。

前記小径軸部３４は、前記インナシャフト９ａのうち、前記連続部３３の軸方向他方側に隣接した位置から、軸方向他端寄り部分にかけて形成されている。この様な小径軸部３４の軸方向一端縁は、前記連続部３３の軸方向他端縁に連続している。そして、前記小径軸部３４の外径寸法は、前記雄スプライン部３７を構成する凹部及び凸部の外接円の直径、及び、前記不完全スプライン部３９を構成する凹部及び凸部の外接円の直径よりも小さい。

前記ヨーク部３５は、前記小径軸部３４の軸方向他端部に、該小径軸部３４と一体に設けられている。尚、本例の場合、前記ヨーク部３５と、十字軸４０と、前記入力軸６の基端部に支持固定されたヨーク４１とにより、前記両自在継手３ｃ、３ｄのうちの、前側（図１の左側）に配置された自在継手３ｄを構成している。

この様なヨーク部３５は、略矩形状の基部４２と、該基部４２の外周面のうち、該基部４２の長手方向反対側（図３の上下方向）となる２箇所位置から軸方向他方側に延出した状態で設けられた１対の腕部４３、４３とから成る。
このうちの基部４２は、軸方向片側面の中央部が前記小径軸部３４の軸方向他端面に連続した状態で設けられている。

又、前記両腕部４３、４３のうち、軸方向に関して前記基部４２と反対側端部寄り部分には、互いの中心軸が同軸となる状態で１対の円孔４４、４４が形成されている。又、前記両腕部４３、４３の、互いに対向した両側面の短手方向（図４、５の上下方向）両端部には、それぞれ１対の第一の逃げ凹部４５、４５が形成されている。この様な両第一の逃げ凹部４５、４５は、ジョイント角度を大きく確保する為のものである。又、前記両腕部４３、４３の、互いに対向した両側面の先端部（前記基部４２と反対側の端部であって、図４、５の左端部）には第二の逃げ凹部４６が形成されている。この様な第二の逃げ凹部４６は、前記十字軸４０を、前記両円孔４４、４４に組み付ける為のものである。

又、図１に示す組み立て状態に於いて、前記両腕部４３、４３の両円孔４４、４４の内側には、それぞれ有底円筒状の軸受カップ４７、４７が内嵌固定されている。これと共に、これら両軸受カップ４７、４７の内側に、それぞれ複数本のニードル４８、４８を介して、前記十字軸４０を構成する４本の軸部４９、４９のうちの１対の軸部４９、４９の端部が回動自在に支持されている。

尚、前記十字軸４０を構成する４本の軸部４９、４９のうち、前記ヨーク部３５の両円孔４４、４４内に支持された軸部４９、４９以外の１対の軸部４９（一方の軸部４９は図示省略）の端部は、前記ヨーク５０を構成する１対の腕部５１（一方の腕部５１は図示省略）に形成された円孔（図示省略）の内側に、軸受カップ（図示省略）及びニードル（図示省略）を介して回動自在に支持されている。

又、本例の場合、前記インナシャフト９ａの軸方向一端縁から、前記雄スプライン部３７の軸方向他端縁よりも軸方向一方側となる位置にかけて、軸方向一端が前記インナシャフト９ａ（予備軸部３１）の軸方向一端面に開口した中心孔５２が形成されている。
具体的には、前記中心孔５２は、円筒面部５３と、円錐面部５４とから成る。
このうちの円筒面部５３は、全長に亙り内径寸法が変化しない円筒面状であり、軸方向に関して、前記インナシャフト９ａ（前記予備軸部３１）の軸方向一端縁から前記スプライン形成部３２の軸方向他端寄り部分にかけての部分に形成されている。即ち、前記円筒面部５３の軸方向他端縁（該円筒面部５３と前記円錐面部５４との境界）は、前記連続部３３の軸方向一端縁（前記雄スプライン部３７と該連続部３３との境界であって、図２に直線Ｘで示す位置）よりも軸方向一方側に位置している。尚、後述する本例の製造方法により前記中心孔５２を形成する場合には、前記円錐面部５４は完全な円錐状に形成されない場合もある。具体的には、前記円錐面部５４の径方向外端寄り部分が、後述するマンドレル６５の軸方向他側面の外端寄り部分の形状に沿う様な球面状に形成される場合がある。別の言い方をすれば、中心孔が、円筒面部と、円錐面部と、該円筒面部と該円錐面部とを連続する球面部とにより構成される場合がある。

又、前記円錐面部５４は、軸方向一端縁が、前記円筒面部５３の軸方向他端縁に連続した状態で形成されている。この様な円錐面部５４は、内径寸法が、軸方向他方側に向かうほど小さくなる状態で形成されている。又、本例の場合、前記円錐面部５４の軸方向他端縁も、前記連続部３３の軸方向一端縁（前記雄スプライン部３７と該連続部３３との境界であって、図２に直線Ｘで示す位置）よりも軸方向一方側に位置している。具体的には、前記円錐面部５４の軸方向他端縁は、前記スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の軸方向に関する長さ寸法をＬ_３２とした場合に、該スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の軸方向一端縁から、（０．５〜１．０）・Ｌ_３２となる位置に配置する。好ましくは、前記円錐面部５４の軸方向他端縁を、前記スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の軸方向一端縁から、（０．７〜０．９）・Ｌ_３２となる位置に配置する。
尚、本例の場合、前記インナシャフト９ａのうち、前記中心孔５２及び前記ヨーク部３５の基部４２の軸方向他側面の中央部に形成された基準孔５５以外の部分は、中実状に形成されている。

又、前記インナシャフト９ａを構成する雄スプライン部３７の外周面には、滑りやすい（摩擦係数の低い）合成樹脂製のコーティング層５６が設けられている。具体的には、本例の場合、該コーティング層５６は、前記インナシャフト９ａの外周面のうち、前記予備軸部３１の軸方向一端縁から前記小径軸部３４の軸方向一端寄り部分（前記連続部３３の軸方向他端縁よりも軸方向他方側に位置する部分であって、図２に直線Ｙで示す位置）にかけての部分に設けられている。

以上の様な構成を有するインナシャフト９ａは、前記雄スプライン部３７を全長に亙り、前記アウタチューブ１０ａの雌スプライン部２２に前記コーティング層５６を介してスプライン係合させる事により、前記アウタチューブ１０ａに組み付けられている。この様に組み付けられた状態で、前記雄スプライン部３７と前記雌スプライン部２２との係合部には、所定量の締め代が設けられている。

次に、本例の中間シャフト４ａを構成するインナシャフト９ａの製造方法に就いて、図４〜７を参照しつつ説明する。
先ず、第１工程に於いて、炭素鋼（例えば、Ｓ１０Ｃ〜Ｓ４５Ｃ）等の鉄系合金、或いは、アルミニウム系合金、マグネシウム合金等の軽合金から成る、円杆状（円柱状）の素材（図示省略）に、前方押出し加工、後方押出し加工等の冷間鍛造加工、及び、プレス加工を施して、図４（Ａ）に示す様な第一中間素材５７を造る。

上述の様な第一中間素材５７は、軸方向一端部（図４、５の右端部）から軸方向他端寄り部分にかけて設けられた素軸部５８と、前記第一中間素材５７の軸方向他端部に設けられた素ヨーク部５９とを備えている。
このうちの素軸部５８は、軸方向の全長に亙り外径寸法Ｄ_５８が変化しない中実の円柱状である。この様な素軸部５８は、前記素材のうちの該素軸部５８に相当する部分に、前述した後方押出し加工を施す事により造る。

又、前記素ヨーク部５９は、前記第一中間素材５７の軸方向他端部に前述の前方押出し加工及びプレス加工により形成されたもので、略円板状の基部４２と、１対の素腕部６０（一方の素腕部６０は図示省略）とから成る。該両素腕部６０は、前記基部４２の外周面のうち、該基部４２の直径方向反対側となる２箇所位置から軸方向他方側に延出する状態で設けられている。又、前記両素腕部６０の互いに対向した両側面の短手方向（図４、５の上下方向）端部には、それぞれ１対の第一の逃げ凹部４５、４５が形成されている。又、前記両素腕部６０の、互いに対向した両側面の先端部（前記基部４２と反対側の端部であって、図４、５の左端部）には第二の逃げ凹部４６が形成されている。

又、前記基部４２の軸方向他側面の中央部には、前記基準孔５５が形成されている。この様な基準孔５５は、前記第１工程の後に、孔あけ加工により形成するが、該基準孔５５は省略する事もできる。

次いで、第２工程に於いて、前記第一中間素材５７の軸方向一端面に、孔あけ加工を施す事により、素中心孔（下孔）６１を形成して、図４（Ｂ）に示す様な第二中間素材６２とする。該素中心孔６１は、円筒面部６３と、円錐面部６４とから成る。
このうちの円筒面部６３は、全長に亙り内径寸法が変化せず、軸方向に関して、前記第一中間素材５７の軸方向一端面から所定長さを有する状態で形成されている。
又、前記円錐面部６４は、軸方向一端縁が、前記円筒面部６３の軸方向他端縁に連続した状態で形成されている。この様な円錐面部６４は、内径寸法が、軸方向他方側に向かうほど小さくなる状態で形成されている。

次いで、第３工程に於いて、前記第二中間素材６２の素中心孔６１の内径側に、マンドレル６５を挿入し、該マンドレル６５により前記素中心孔６１の内周面を扱く。すると、該マンドレル６５の軸方向他方側への変位に伴い、該素中心孔６１の内径が拡がり、前記中心孔５２が形成される。
一方、前記マンドレル６５の軸方向他方側への変位に伴い、前記第二中間素材６２の外周面のうち、軸方向に関して前記素中心孔６１と整合する部分の外径が拡がり、拡径部６７が形成される。
この様にして図４（Ｃ）に示す様な第三中間素材６６を造る。

前記拡径部６７の外径寸法Ｄ_６７は、前記第三中間素材６６のうちの該拡径部６７以外の部分の外径寸法Ｄ_５８よりも大きい（Ｄ_６７＞Ｄ_５８）。又、該拡径部６７の軸方向他端部のうち、前記不完全スプライン部３９が形成される部分（該拡径部６７の軸方向他端部）は、軸方向他方側に向かうほど外径寸法が小さくなる傾斜面状に形成されている。又、前記素軸部５８のうちの前記拡径部６７よりも軸方向他方側部分がそのまま、前記インナシャフト９ａの小径軸部３４となる。即ち、本例の場合、前記素軸部５８のうちの前記拡径部６７よりも軸方向他方側部分には、特別な加工を施さずに前記小径軸部３４とする。

前記マンドレル６５は、扱き部６８と、軸部７３とを備えている。
このうちの扱き部６８は、軸方向両側面が部分球面状で、外周面の軸方向中央部が円筒面状の略円板状部材である。
前記軸部７３は、軸方向他端部が前記扱き部６８の軸方向一側面に結合固定されている。
この様なマンドレル６５は、前記扱き部６８を、前記素中心孔６１の軸方向一端開口部に挿入し、該扱き部６８の軸方向他側面の外径側寄り部分と該扱き部６８の外周面とにより、前記素中心孔６１の内周面を扱きながら該扱き部６８が前記素中心孔６１の円筒面部６３の軸方向他端部に位置するまで挿入される。

尚、上述の様な第３工程では、前記素中心孔６１の内周面を、前記扱き部６８により扱く際、該扱き部６８の軸方向他側面が球面状になっている為、前記素中心孔６１の内周面は、該扱き部６８が軸方向他方に変位すると、径方向外方且つ軸方向他方に押圧される。従って、前記扱き部６８が軸方向他方に変位する際、前記第二中間素材６２の外周面のうちの前記扱き部６８よりも軸方向他方側部分も拡径される。特に、前記第３工程に於いて、前記第二中間素材６２の軸方向中間部から軸方向一端部にかけての部分の外径側に、内周面が円筒面状の外型（図示省略）を配置した場合には、該外型の内周面により外径側への変位（流動）が規制された前記素中心孔６１の周囲に存在する部分を構成する金属材料を、軸方向他方側へと流動し易くできる。この為、前記第二中間素材６２の外周面のうちの前記扱き部６８よりも軸方向他方側部分を拡径し易くできる。
この様に、前記扱き部６８が軸方向他方に変位する際、前記第二中間素材６２の外周面のうちの前記扱き部６８よりも軸方向他方側部分も拡径する事により、前記拡径部６７の軸方向に関する長さ寸法をＬ_６７（Ｌ_６７＝Ｌ_３２）とした場合に、前記中心孔５２の円錐面部５４の軸方向他端縁を、前記拡径部６７のうちの前記雄スプライン部３７が形成される部分（該拡径部６７のうち前記予備軸部３１及び前記不完全スプライン部３９が形成される部分を除いた部分）の軸方向一端縁から、（０．５〜１．０）・Ｌ_３２｛好ましくは、（０．７〜０．９）・Ｌ_６７｝となる位置に配置している。

次いで、第４工程に於いて、前記第三中間素材６６の拡径部６７の外周面に切削加工を施す事により、該拡径部６７を、外径寸法が転造下径（プレス下径）である最終拡径部６９として、図４（Ｄ）に示す様な第四中間素材７０とする。尚、前記第三中間素材６６の拡径部６７の外周面に切削加工を施す事なく、次の工程に進める事もできる。

次いで、第５工程に於いて、前記第四中間素材７０の最終拡径部６９の外周面に、転造又はプレス成形を施す事により円周方向に凹部と凸部とを交互に配置して成る凹凸部である前記雄スプライン部３７を形成する。尚、前記最終拡径部６９に転造又はプレス成形を施す際には、該最終拡径部６９の内周面（中心孔５２の内側）に、図示しないサポート軸を挿入した状態で行う。又、前記第５工程では、前記雄スプライン部３７と共に、前記不完全スプライン部３９も形成される。
又、前記雄スプライン部３７を形成した後の前記第四中間素材７０の外周面のうち、前記予備軸部３１に相当する部分に切削加工を施して、外周面の形状（外径）を整える事により前記予備軸部３１を形成する。そして、図５（Ａ）に示す様な第五中間素材７１とする。

次いで、第６工程に於いて、前記素ヨーク部５９を構成する素腕部６０に孔あけ加工を施す事により、前記両円孔４４を形成して、図５（Ｂ）に示す様なインナシャフト９ａとする。尚、第６工程は、前記第１工程の後〜第５工程の前までの何れかの時点で行う事ができる。

次いで、第７工程に於いて、前記インナシャフト９ａの外周面のうち、該インナシャフト９ａ（前記予備軸部３１）の軸方向一端縁から前記雄スプライン部３７よりも軸方向他方側にかけての部分に、粗コーティング層７３を形成する。
該粗コーティング層７３を形成する方法に就いては、図６を参照しつつ説明する。
先ず、図６（Ａ）に示す様に、前記インナシャフト９ａの軸方向一端面｛図６（Ａ）の下端面｝に、例えば磁石製で直方体状の抑え治具７４を、前記中心孔５２の軸方向一端開口部を塞ぐ様に固定する。尚、該抑え治具７４の構造は、該中心孔５２の軸方向一端開口部を塞ぐ事ができる構造であれば、円柱状や多角柱状等の各種構造を採用できる。

次に、上述の様に抑え治具７４が固定された前記インナシャフト９ａを、図６（Ｂ）に示す様な溶融した合成樹脂７５の中に、軸方向一方側から所定の長さだけ浸漬（ディッピング）する事により、図６（Ｃ）に示す様な粗コーティング層７３を形成する。具体的には、本例の場合、前記インナシャフト９ａのうち、前記予備軸部３１の軸方向一端縁から前記雄スプライン部３７よりも軸方向他方側にかけての部分を、前記合成樹脂の中に浸漬して、当該部分に、前記粗コーティング層７３を形成する。
この様にして形成された粗コーティング層７３は、軸方向及び周方向に連続した状態で形成されている。
尚、前記粗コーティング層７３を形成する方法は、例えば、流動浸漬法、静電塗装法等を採用する事ができる。

最後に、前記粗コーティング層７３に、シェービング加工を施す事により前記コーティング層５６を形成する。
この様なシェービング加工は、例えば、前記コーティング層５６のうちの前記雄スプライン部３７を覆う部分の外周面に沿う内周面形状を有する筒状のシェービング用金型（シェービングカッター）の内側に、前記インナシャフト９ａのうちの前記粗コーティング層７３が形成された部分を挿通する事により、該粗コーティング層７３のうちの前記雄スプライン部３７を覆う部分の径方向外端寄り部分を削り取る。
又、前記シェービング加工の際には、前記抑え治具７４を取り外して、前記中心孔５２をセンタ出し（前記シェービングカッターと前記インナシャフト９ａとの中心軸同士を一致させる作業）に利用する事ができる。

以上の様な構成を有する本例の中間シャフト４ａによれば、前記インナシャフト９ａの雄スプライン部３７と、前記アウタチューブ１０ａの雌スプライン部２２との係合部の回転方向のがたつきを小さく抑えられる構造を採用した場合にも、前記インナシャフト９ａと前記アウタチューブ１０ａとの摺動抵抗を小さく抑える事ができる。
即ち、本例の場合、前記インナシャフト９ａに、前記中心孔５２を形成している。
そして、該中心孔５２の軸方向他端縁の位置を、前記スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の軸方向に関する長さ寸法をＬ_３２とした場合に、該スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の軸方向一端縁から、（０．５〜１．０）・Ｌ_３２｛好ましくは、（０．７〜０．９）・Ｌ_３２｝となる位置に配置している。この為、前記スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の径方向に関する剛性を適度に小さくする事ができる。この結果、該雄スプライン部３７と前記アウタチューブ１０ａの雌スプライン部２２との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、該係合部に締め代を持たせた構造を採用した場合でも、該締め代に対する摺動抵抗（摺動荷重）を小さくする事ができる。又、該摺動抵抗（摺動荷重）の変動が鈍感になり、前記インナシャフト９ａの、前記アウタチューブ１０ａに対する摺動を安定させる事ができる。更に、前記インナシャフト９ａの誤差を許容できる範囲（寸法公差）を大きく確保した場合でも、該寸法公差の影響で、前記摺動抵抗が徒に大きくなる事を防止できる。従って、前記インナシャフト９ａ及び前記アウタチューブ１０ａの、製造コストの低減を図れる。

又、本例の場合、前記インナシャフト９ａの軸方向一端部に、前記予備軸部３１を設けている。この為、前述した様な方法により前記インナシャフト９ａに前記粗コーティング層７３を形成する際に、前記予備軸部３１の外周面の全周に亙り、該粗コーティング層７３を連続した状態で形成できる。この為、該粗コーティング層７３を形成した後、前記インナシャフト９ａの軸方向一端面から前記抑え治具７４を取り外す際に、該抑え治具７４に引っ張られて前記粗コーティング層７３の軸方向一端縁がめくれ、前記雄スプライン部３７が露出してしまう事を防止できる。更に、使用時に前記インナシャフト９ａと前記アウタチューブ１０ａとが摺動する際にも、前記コーティング層５６の軸方向一端縁がめくれてしまう事を防止できる。

又、本例の場合、前記中心孔５２の円錐面部５４の軸方向他端縁を、前記スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の軸方向他端縁と同じか、該スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）の軸方向他端縁よりも軸方向一方側に配置している。この為、前記インナシャフト９ａのうちの前記連続部３３と前記小径軸部３４との境界部分の様に、応力が集中し易い部分の剛性を確保する事ができる。この結果、前記インナシャフト９ａの耐久性の向上を図れる。

又、本例の場合、前記インナシャフト９ａとして、前記ヨーク部３５を前記小径軸部３４の軸方向他端部に一体に設けた構造を採用している。この為、部品点数を減らす事ができて、部品管理や組み立て作業が面倒になる事の防止を図れる。

又、本例の製造方法の場合、前記スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）に相当する部分を、前記第３工程の様に、前記第二中間素材６２の素中心孔６１に前記マンドレル６５を挿入して拡径する事により形成している。即ち、前記小径軸部３４に相当する部分と、前記スプライン形成部３２（前記雄スプライン部３７）に相当する部分との様に、外径寸法が異なる部分を、切削加工を施す事なく造る事ができる。この結果、加工コスト及び材料コストの低減を図る事ができる。

又、上述の様に、前記小径軸部３４に相当する部分を切削加工により形成していない為、該小径軸部３４の外周面を、前記第一中間素材５７の素軸部５８の外周面そのものにより構成する事ができる。この様な小径軸部３４ａの外周面は、表面粗さが十分に低く、表面に生じる傷も、破断等に結びつかない軸方向に長い傷となる。これに対し、切削加工により形成する場合には、深さにばらつきがある円周方向の切削痕が生じる可能性があり、該切削痕のうちの深い切削痕は、前記小径軸部３４に曲げ応力等が作用した場合に、応力集中の起点となり易い。研削加工等の仕上げ加工を施す事により、この様な切削痕を消す事はできるが、加工コストが嵩んでしまう。
この様に、本例の場合には、前記小径軸部３４を切削加工を施す事なく形成している為、上述の様な応力集中の起点となるような傷が生じ難く、前記インナシャフト９ａの曲げ剛性を十分に確保する事ができる。この結果、該インナシャフト９ａが破断して、ステアリング装置としての機能を失ってしまう事を防止できる。

前述した実施の形態の各例では、本発明をステアリング装置を構成する中間シャフトに適用した例に就いて説明した。但し、本発明は、この様な中間シャフト以外にも、各種用途で使用される伸縮自在シャフトの構造に適用する事ができる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 自在継手
４、４ａ 中間シャフト
５ ステアリングギヤユニット
６ 入力軸
７ タイロッド
８ 雄スプライン部
９、９ａ インナシャフト
１０、１０ａ アウタチューブ
１１ 第一のヨーク
１２ 雌スプライン部
１３ 第二のヨーク
１４ 十字軸
１５ ヨーク
１６ 十字軸
１７ ヨーク
１８ 小径筒部
１９ 連続部
２０ 大径筒部
２１ ヨーク部
２２ 雌スプライン部
２３ 腕部
２４ 円孔
２５ 軸受カップ
２６ ニードル
２７ 十字軸
２８ 軸部
２９ ヨーク
３０ 腕部
３１ 予備軸部
３２ スプライン形成部
３３ 連続部
３４ 小径軸部
３５ ヨーク部
３６ 凸部
３７ 雄スプライン部
３８ 凸部
３９ 不完全スプライン部
４０ 十字軸
４１ ヨーク
４２ 基部
４３ 腕部
４４ 円孔
４５ 第一の逃げ凹部
４６ 第二の逃げ凹部
４７ 軸受カップ
４８ ニードル
４９ 軸部
５０ ヨーク
５１ 腕部
５２ 中心孔
５３ 円筒面部
５４ 円錐面部
５５ 基準孔
５６ コーティング層
５７ 第一中間素材
５８ 素軸部
５９ 素ヨーク部
６０ 素腕部
６１ 素中心孔
６２ 第二中間素材
６３ 円筒面部
６４ 円錐面部
６５ マンドレル
６６ 第三中間素材
６７ 拡径部
６８ 扱き部
６９ 最終拡径部
７０ 第四中間素材
７１ 第五中間素材
７２ 第六中間素材
７３ 粗コーティング層
７４ 押え治具
７５ 合成樹脂
７６ 軸部

Claims (4)

1. 軸方向一端部の外周面に形成された雄スプライン部と、該雄スプライン部よりも軸方向他方側に形成されており、外径が該雄スプライン部の各凸部の外接円の直径よりも小さい小径軸部と、該小径軸部の軸方向他端部に一体に設けられたヨーク部と、軸方向一端が軸方向一端面に開口し、軸方向他端縁が前記雄スプライン部の軸方向中央位置よりも軸方向他方側に位置している中心孔とを有する雄軸と、
   前記雄スプライン部の外周面を覆う状態で設けられたコーティング層と、
   内周面に雌スプライン部が形成された雌軸とを備えており、
   前記雄スプライン部と前記雌スプライン部とを、前記コーティング層を介してスプライン係合させる事により、前記雄軸と前記雌軸とがトルク伝達可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わされている伸縮自在シャフト。
2. 前記中心孔の軸方向他端縁が、前記雄スプライン部の軸方向他端縁と前記小径軸部の軸方向一端縁との連続部よりも軸方向一方側に位置している、請求項１に記載した伸縮自在シャフト。
3. 前記小径軸部の外径が、前記雌スプライン部の内接円の直径よりも小さい、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した伸縮自在シャフト。
4. 前記小径軸部の軸方向一端縁と、前記スプライン部の各凸部の軸方向他端縁とが、傾斜面を介して滑らかに連続している、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した伸縮自在シャフト。

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