(57)【要約】  入力シャフトと連結されるスプライン軸部と、出力シャフトと連結されるストッパ部と、スプライン軸部とストッパ部とを連結する中間軸部とを含むステアリング装置用シャフトの製造方法であって、鍛造により、柱状の素材の一端から軸方向に凹む穴部を形成する工程と、鍛造により、穴部が形成された素材を型にプレスで押し込むことにより、素材のうちストッパ部を形成する部分を、径方向に絞り加工を行うと同時に、穴部の前記軸方向に沿った長さを長くする工程と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力シャフトと連結されるスプライン軸部と、出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記スプライン軸部と前記ストッパ部とを連結する中間軸部とを含むステアリング装置用シャフトの製造方法であって、
鍛造により、柱状の素材の一端から軸方向に凹む穴部を形成する工程と、
鍛造により、前記穴部が形成された前記素材を型にプレスで押し込むことにより、前記素材のうち前記ストッパ部を形成する部分を、径方向に絞り加工を行うと同時に、前記穴部の前記軸方向に沿った長さを長くする工程と、を含むステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項２】
鍛造により、前記素材を型にプレスで押し込む工程において、前記ストッパ部の外周に、前記軸方向に沿った凹凸を含むスプライン部が形成される請求項１に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項３】
前記穴部にマンドレルを挿入して、前記鍛造を行う請求項１又は請求項２に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項４】
鍛造により、前記穴部の前記軸方向に沿った長さが長くなるとともに、前記穴部の径が小さくなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項５】
鍛造により、前記素材を型にプレスで押し込む工程において、前記ストッパ部と前記中間軸部との間に、絞り加工が行われない大径部が形成され、
前記穴部は、前記ストッパ部と前記大径部に亘って連続して形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項６】
前記穴部は、前記ストッパ部の内部に設けられた第１内壁面と、前記大径部の内部に設けられた第２内壁面とを有し、
前記第２内壁面の内径は、前記第１内壁面の内径よりも大きく形成される請求項５に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項７】
前記第１内壁面の近傍でのメタルフローは、前記ストッパ部の外周近傍のメタルフローよりも密に形成される請求項６に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項８】
入力シャフトと連結されるスプライン軸部と、出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記スプライン軸部及び前記ストッパ部と一体に設けられ、前記スプライン軸部と前記ストッパ部とを連結する中間軸部と、を有し、
前記ストッパ部の端部には、軸方向に凹んで一定の内径を有する穴部が設けられるステアリング装置用シャフト。
【請求項９】
前記ストッパ部と前記中間軸部との間に、前記ストッパ部の外径及び前記中間軸部の外径よりも大きい外形を有する大径部を有し、
前記穴部は、前記ストッパ部の内部に設けられた第１内壁面と、前記大径部の内部に設けられた第２内壁面とを有し、前記第２内壁面の内径は、前記第１内壁面の内径よりも大きい請求項８に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項１０】
前記第１内壁面の近傍でのメタルフローは、前記ストッパ部の外周近傍のメタルフローよりも密である請求項９に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項１１】
前記ストッパ部の外周には、前記軸方向に沿った凹凸を含むスプライン部が設けられる請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のステアリング装置用シャフトと、
前記ストッパ部と連結され、電動モータから入力されるトルクにより回転する減速装置が取り付けられる出力シャフトと、
前記出力シャフトと前記ステアリング装置用シャフトとを連結するトーションバーと、を備える電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング装置用シャフト、ステアリング装置用シャフトの製造方法及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のステアリング装置は、ステアリングホイールから入力された操舵トルクをホイール側に伝達するための、ステアリングシャフトやインターミディエイトシャフト等を含む。特許文献１には、複数のシャフトを圧入嵌合により連結したシャフト部材が記載されている。また、特許文献２には、例えば、電子制御ＡＴ車用ボデーロアバルブなどのスプール穴の加工などで、深穴を加工する技術について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０６５７１５号公報
【特許文献２】特開２００５−３２９４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなステアリングシャフトでは、軽量化を図るため、内部が中空に形成される場合がある。特許文献１では、中空の第１シャフトに、第２シャフトを圧入嵌合している。このため、部品点数が多く、また嵌合工程により製造コストが増える可能性がある。また、複数のシャフト部を用いているためトルク伝達の信頼性を確保するために溶接をする等、製造コストが増大する可能性がある。【０００５】
特許文献２では、ドリルを用いて切削加工により深穴を形成する。このような技術をステアリングシャフトに採用して深穴を形成した場合、切削加工の時間が長くなり製造コストが増大する可能性がある。また、柱状の素材から切削を行う場合には、穴の位置精度が低下し、或いは切削屑による加工不良が発生し、歩留まりが低下する可能性がある。【０００６】
本発明は、軽量化を図るとともに、低コストでトルク伝達の信頼性の向上が可能なステアリング装置用シャフト、ステアリング装置用シャフトの製造方法及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るステアリング装置用シャフトの製造方法は、入力シャフトと連結されるスプライン軸部と、出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記スプライン軸部と前記ストッパ部とを連結する中間軸部とを含むステアリング装置用シャフトの製造方法であって、鍛造により、柱状の素材の一端から軸方向に凹む穴部を形成する工程と、鍛造により、前記穴部が形成された前記素材を型にプレスで押し込むことにより、前記素材のうち前記ストッパ部を形成する部分を、径方向に絞り加工を行うと同時に、前記穴部の前記軸方向に沿った長さを長くする工程と、を含む。【０００８】
これによれば、ストッパ部の穴部が、少なくとも２回の鍛造により深穴に形成される。このため、ステアリング装置用シャフトの軽量化が可能である。また、穴部の加工では切削加工を行う部分を少なくすることができるため、加工時間及び工程を削減し、製造コストを抑制できる。また、また、切削加工による加工不良を抑制して、歩留まりを向上させることができる。さらに、スプライン軸部、中間軸部及びストッパ部を１つの素材から成形することにより、複数の部材を嵌合等により連結する部分がないため、トルク伝達の信頼性を向上させることができる。したがって、ステアリング装置用シャフトの軽量化を図るとともに、低コストでトルク伝達の信頼性の向上が可能である。【０００９】
本発明の望ましい態様として、鍛造により、前記素材を型にプレスで押し込む工程において、前記ストッパ部の外周に、前記軸方向に沿った凹凸を含むスプライン部が形成される。これによれば、ストッパ部の凹凸加工と同時に、穴部を軸方向に沿って延ばす深穴加工を行うことができる。このため、工程を削減しつつ、軽量化を図ることができる。【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記穴部にマンドレルを挿入して、前記鍛造を行う。これによれば、絞り加工等において、穴部に径方向の力が加えられた場合であっても、マンドレルが穴部の内部を支持することにより、穴部が潰れることを抑制できる。【００１１】
本発明の望ましい態様として、鍛造により、前記穴部の前記軸方向に沿った長さが長くなるとともに、前記穴部の径が小さくなる。これによれば、穴部の径が小さくなるとともに、穴部の軸方向に沿った長さをより長くすることができる。【００１２】
本発明の望ましい態様として、鍛造により、前記素材を型にプレスで押し込む工程において、前記ストッパ部と前記中間軸部との間に、絞り加工が行われない大径部が形成され、前記穴部は、前記ストッパ部と前記大径部に亘って連続して形成される。これによれば、ストッパ部と連結される出力シャフトの径が変更された場合であっても、大径部の加工を行う必要がなく、ストッパ部を変更するのみでよい。このためストッパ部の加工時間を削減できる。【００１３】
本発明の望ましい態様として、前記穴部は、前記ストッパ部の内部に設けられた第１内壁面と、前記大径部の内部に設けられた第２内壁面とを有し、前記第２内壁面の内径は、前記第１内壁面の内径よりも大きく形成される。これによれば、鍛造により穴部を形成することにより、１つの穴部に内径の異なる部分を形成することができる。【００１４】
本発明の望ましい態様として、前記第１内壁面の近傍でのメタルフローは、前記ストッパ部の外周近傍のメタルフローよりも密に形成される。これによれば、ステアリング装置用シャフトの強度を向上させることができる。【００１５】
本発明の一態様に係るステアリング装置用シャフトは、入力シャフトと連結されるスプライン軸部と、出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記スプライン軸部及び前記ストッパ部と一体に設けられ、前記スプライン軸部と前記ストッパ部とを連結する中間軸部と、を有し、前記ストッパ部の端部には、軸方向に凹んで一定の内径を有する穴部が設けられる。【００１６】
これによれば、ストッパ部に穴部が設けられているので、ステアリング装置用シャフトの軽量化が可能である。また、穴部は、切削加工を削減して鍛造により形成されるので、加工時間及び工程を削減し、製造コストを抑制できる。また、切削加工による加工不良を抑制して、歩留まりを向上させることができる。さらに、スプライン軸部、中間軸部及びストッパ部が一体に設けられており、複数の部材を嵌合等により連結する部分がないため、トルク伝達の信頼性を向上させることができる。したがって、ステアリング装置用シャフトの軽量化を図るとともに、低コストでトルク伝達の信頼性の向上が可能である。【００１７】
本発明の望ましい態様として、前記ストッパ部と前記中間軸部との間に、前記ストッパ部の外径及び前記中間軸部の外径よりも大きい外形を有する大径部を有し、前記穴部は、前記ストッパ部の内部に設けられた第１内壁面と、前記大径部の内部に設けられた第２内壁面とを有し、前記第２内壁面の内径は、前記第１内壁面の内径よりも大きい。これによれば、鍛造により穴部を形成することにより、１つの穴部に内径の異なる部分を形成することができる。【００１８】
本発明の望ましい態様として、前記第１内壁面の近傍でのメタルフローは、前記ストッパ部の外周近傍のメタルフローよりも密である。これによれば、ステアリング装置用シャフトの強度を向上させることができる。【００１９】
本発明の望ましい態様として、前記ストッパ部の外周には、前記軸方向に沿った凹凸を含むスプライン部が設けられる。これによれば、スプライン部の凹凸と、出力シャフト側の凹凸とが当接して、大トルクが伝達可能となる。【００２０】
本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング装置用シャフトと、前記ストッパ部と連結され、電動モータから入力されるトルクにより回転する減速装置が取り付けられる出力シャフトと、前記出力シャフトと前記ステアリング装置用シャフトとを連結するトーションバーと、を備える。【００２１】
これによれば、電動パワーステアリング装置の部材の数が低減されるので、軽量化を図るとともに、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、軽量化を図るとともに、低コストでトルク伝達の信頼性の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るステアリングシャフトを含む電動パワーステアリング装置の一例を示す構成図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るステアリングシャフトを含む電動パワーステアリング装置を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るステアリングシャフトの断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係るトルクセンサシャフトの正面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ’線に沿う断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係るトルクセンサシャフトの、スプライン軸部側から見たときの側面図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係るトルクセンサシャフトの、ストッパ部側から見たときの側面図である。
【図８】図８は、トルクセンサシャフトの製造工程を説明するための説明図である。
【図９】図９は、図８に示すステップＳＴ３の絞り加工及び深穴加工を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、図８に示すステップＳＴ４の鍛造品の断面図である。
【図１１】図１１は、実施例に係るトルクセンサシャフトの、メタルフローの解析結果を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施例に係るトルクセンサシャフトの断面を示す写真である。
【図１３】図１３は、比較例１に係るトルクセンサシャフトの、メタルフローの解析結果を示す説明図である。
【図１４】図１４は、比較例１に係るトルクセンサシャフトの断面を示す写真である。
【図１５】図１５は、比較例２に係るトルクセンサシャフトの、メタルフローの解析結果を示す説明図である。
【図１６】図１６は、比較例２に係るトルクセンサシャフトの断面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２５】
図１は、第１の実施形態に係るステアリングシャフトを含む電動パワーステアリング装置の一例を示す構成図である。図２は、第１の実施形態に係るステアリングシャフトを含む電動パワーステアリング装置を模式的に示す説明図である。図１及び図２を参照して電動パワーステアリング装置の概要を説明する。
【００２６】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、運転者（操作者）から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール２１と、ステアリングシャフト２２と、トルクセンサ２４と、電動アシスト装置２５と、ユニバーサルジョイント２６と、インターミディエイトシャフト２７と、ユニバーサルジョイント２８と、ステアリングギア機構２９と、タイロッド３０とを備える。電動パワーステアリング装置１００は、電動アシスト装置２５の少なくとも一部が、後述するステアリングコラム４１に支持され、ステアリングシャフト２２にアシスト力が付与されるコラムアシスト方式である。
【００２７】
ステアリングシャフト２２は、入力シャフト２２Ａと、出力シャフト２２Ｂと、入力シャフト２２Ａと出力シャフト２２Ｂとの間に配置されるトルクセンサシャフト２３とを含む。入力シャフト２２Ａの一方の端部がステアリングホイール２１に接続され、他方の端部がトルクセンサシャフト２３に接続される。トルクセンサシャフト２３は、トルクセンサ２４を介して出力シャフト２２Ｂの一方の端部に接続される。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１に付与された操舵力により回転する。
【００２８】
トルクセンサ２４は、ステアリングシャフト２２の操舵トルクＴを検出する。トルクセンサ２４は、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１０に接続され、検出された操舵トルクＴの情報をＥＣＵ１０に出力する。
【００２９】
電動アシスト装置２５は、電動モータ３１と、減速装置３２とを有する。電動モータ３１は、運転者の操舵をアシストするための補助操舵トルクを発生させる電動機である。電動モータ３１は、ブラシレスモータでもよいし、ブラシ及びコンミテータを有するモータでも良い。電動モータ３１は減速装置３２に接続され、補助操舵トルクが減速装置３２に出力される。電動モータ３１から入力される補助操舵トルクにより減速装置３２が回転して、出力シャフト２２Ｂにトルクが伝達される。
【００３０】
インターミディエイトシャフト２７は、アッパーシャフト２７Ａと、ロアシャフト２７Ｂとを含む。アッパーシャフト２７Ａは、ユニバーサルジョイント２６を介して出力シャフト２２Ｂに接続される。一方、ロアシャフト２７Ｂは、ユニバーサルジョイント２８を介してステアリングギア機構２９のピニオンシャフト２９Ａに接続される。アッパーシャフト２７Ａとロアシャフト２７Ｂとは、スプライン結合されているので、出力シャフト２２Ｂのトルクを伝達するとともに、中心軸と平行な方向に相対移動可能になっている。この相対移動により、インターミディエイトシャフト２７が伸縮する。
【００３１】
ステアリングギア機構２９は、ラックアンドピニオン機構を含み、ピニオンシャフト（インプットシャフト）２９Ａと、ピニオン２９Ｂと、ラック２９Ｃとを有する。ピニオンシャフト２９Ａは、一方の端部がインターミディエイトシャフト２７に接続され、他方の端部がピニオン２９Ｂに接続される。ラック２９Ｃは、ピニオン２９Ｂと噛み合う。ステアリングシャフト２２の回転運動は、インターミディエイトシャフト２７を介してステアリングギア機構２９に伝達される。この回転運動は、ラック２９Ｃにより直線運動に変換される。タイロッド３０は、ラック２９Ｃに接続される。
【００３２】
電動パワーステアリング装置１００が搭載される車両（図示しない）は、図１に示すＥＣＵ１０と、車速センサ１２と、電源装置１３と、イグニションスイッチ１４等を備える。電動パワーステアリング装置１００は、車両に備えられたＥＣＵ１０により制御される。電源装置１３は、例えば車載のバッテリ装置であり、ＥＣＵ１０に接続される。イグニションスイッチ１４がオンの状態になると、電源装置１３からＥＣＵ１０に電力が供給される。
【００３３】
ステアリングホイール２１に入力された運転者の操舵力は、入力シャフト２２Ａを介して電動アシスト装置２５の減速装置３２に伝達される。この際、ＥＣＵ１０は、入力シャフト２２Ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ２４から取得する。ＥＣＵ１０は、車速信号Ｖを車速センサ１２から取得する。そして、ＥＣＵ１０は、操舵トルクＴと車速信号Ｖとに基づいて、アシスト指令の補助操舵指令値を算出する。ＥＣＵ１０は、補助操舵指令値に応じた制御信号Ｘを出力して電動モータ３１の動作を制御する。
【００３４】
電動モータ３１が作り出した補助操舵トルクは、減速装置３２に伝達される。また、ＥＣＵ１０は、電動モータ３１から誘起電圧の情報又はロータの回転情報を動作情報Ｙとして取得する。そして減速装置３２は、補助操舵トルクを出力シャフト２２Ｂに与える。出力シャフト２２Ｂは、ステアリングホイール２１の操舵トルクＴに、電動モータ３１から伝達される補助操舵トルクを付与したトルクを出力する。このようにして、運転者のステアリングホイール２１の操舵が電動パワーステアリング装置１００によりアシストされる。
【００３５】
次に図３を参照してステアリングシャフト２２の構成について説明する。図３は、第１の実施形態に係るステアリングシャフトの断面図である。なお図３において、ステアリングシャフト２２の中心軸ＡＸに沿った方向のうち、インターミディエイトシャフト２７（図１参照）に向かう方向をＸ１方向とし、ステアリングホイール２１（図１参照）に向かう方向をＸ２方向とする。
【００３６】
電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングシャフト２２と、ステアリングコラム４１と、ハウジング４５と、トーションバー２２Ｃとを含む。ステアリングコラム４１は、筒状の部材であり、クランプ機構により車体取付ブラケット４８に固定されるとともに、車体取付ブラケット４８を介して車体に取り付けられる。また、ハウジング４５は、ステアリングコラム４１よりもＸ１方向側に配置される。
【００３７】
ステアリングシャフト２２の少なくとも一部は、ステアリングコラム４１の内側に配置される。本実施形態では、入力シャフト２２Ａと、トルクセンサシャフト２３の一部がステアリングコラム４１の内側に配置される。トルクセンサシャフト２３のＸ１方向側の部分と、出力シャフト２２Ｂは、ステアリングコラム４１よりもＸ１方向側に延びている。ステアリングコラム４１の内周面に軸受４０Ａが設けられている。軸受４０Ａは、入力シャフト２２Ａを回転可能に支持している。軸受４０Ａは、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支持可能な転がり軸受を用いることができる。
【００３８】
トルクセンサシャフト２３は、第１シャフト部２３Ａと、第２シャフト部２３Ｂと、第３シャフト部２３Ｃとを有する。第１シャフト部２３Ａは、外周にスプライン溝４３が設けられている。スプライン溝４３は入力シャフト２２Ａの内周に設けられたスプライン溝４２と噛み合あって、入力シャフト２２Ａに付与されたトルクが第１シャフト部２３Ａに伝達される。また、第１シャフト部２３Ａは、入力シャフト２２Ａに対して軸方向に相対移動可能となっている。第２シャフト部２３Ｂは、出力シャフト２２Ｂと噛み合う。
【００３９】
第３シャフト部２３Ｃは、第１シャフト部２３Ａ及び第２シャフト部２３Ｂと同軸に中心軸ＡＸに沿った方向に延びており、第１シャフト部２３Ａと第２シャフト部２３Ｂとを連結している。第３シャフト部２３Ｃは、第２シャフト部２３Ｂよりも小さい外径を有している。このような構成により、入力シャフト２２Ａに付与されたトルクが、トルクセンサシャフト２３を介して出力シャフト２２Ｂに伝達される。ここで、トルクセンサシャフト２３は、本発明における「ステアリング装置用シャフト」の一具体例に対応する。トルクセンサシャフト２３の詳細な構成については後述する。
【００４０】
トーションバー２２Ｃの一端側は、第２シャフト部２３Ｂに設けられた貫通孔Ｈを介して、例えばピン等により第２シャフト部２３Ｂに固定される。トーションバー２２Ｃの他端側は、出力シャフト２２Ｂに固定される。これにより、トーションバー２２Ｃは、出力シャフト２２Ｂとトルクセンサシャフト２３とを連結する。トルクセンサシャフト２３に入力された操舵トルクの大きさに応じてトーションバー２２Ｃにねじりモーメントが発生し、出力シャフト２２Ｂは、トルクセンサシャフト２３に対して相対的に回転方向に変位した状態で回転する。トルクセンサ２４は、トルクセンサシャフト２３と出力シャフト２２Ｂとの間の相対回転変位量に基づいて、操舵トルクを検出する。
【００４１】
ハウジング４５は、ステアリングコラム４１よりもＸ１方向側において、出力シャフト２２Ｂ及び第２シャフト部２３Ｂの外周に配置されている。ハウジング４５は、高熱伝導性を有する材料で形成される。ハウジング４５は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、及びマグネシウム合金の少なくとも一つにより形成される。ハウジング４５は、例えばダイキャスト成型により製造される。
【００４２】
ハウジング４５は、第１ハウジング４５Ａと、第２ハウジング４５Ｂと、第３ハウジング４５Ｃとを含む。Ｘ２方向側からＸ１方向に向かって、第１ハウジング４５Ａ、第２ハウジング４５Ｂ、第３ハウジング４５Ｃの順に配置される。第１ハウジング４５Ａは筒状の部材である。第１ハウジング４５Ａの内側に第３シャフト部２３Ｃが配置される。第１ハウジング４５Ａは、Ｘ２方向の端部がステアリングコラム４１に固定される。また、第１ハウジング４５Ａは、固定部材４６Ａを介して第２ハウジング４５Ｂ及び第３ハウジング４５Ｃと固定される。なお、第１ハウジング４５Ａは、ステアリングコラム４１と一体に設けてもよい。また、第１ハウジング４５Ａ、第２ハウジング４５Ｂ及び第３ハウジング４５Ｃは一体に設けられてもよい。
【００４３】
第２ハウジング４５Ｂは、第２シャフト部２３Ｂ及び出力シャフト２２Ｂの外周に設けられる。第１ハウジング４５Ａと第２ハウジング４５Ｂとで囲まれる内部空間に、上述したトルクセンサ２４が配置される。第３ハウジング４５Ｃは、出力シャフト２２Ｂの外周に設けられる。第２ハウジング４５Ｂと第３ハウジング４５Ｃとで囲まれる内部空間に、上述した減速装置３２のウォームホイール３２Ａが設けられる。ウォームホイール３２Ａは、ウォーム（図示は省略して示す）を介して電動モータ３１（図１参照）の出力軸に接続され、電動モータ３１の補助操舵トルクを出力シャフト２２Ｂに伝達する。
【００４４】
第２ハウジング４５Ｂの内周面に軸受４０Ｂが設けられ、第３ハウジング４５Ｃの内周面に軸受４０Ｃが設けられる。軸受４０Ｂ及び軸受４０Ｃは、出力シャフト２２Ｂを回転可能に保持する。ハウジング４５は、第３ハウジング４５Ｃにチルト機構（図示しない）等が接続され、チルト軸ＢＸを中心に回転可能であってもよい。これにより、ステアリングシャフト２２の中心軸ＡＸの角度を変化させ、ステアリングホイール２１の上下方向の位置をクランプ機構によって調整可能とすることができる。
【００４５】
次に図４から図７を参照してトルクセンサシャフト２３の構成について説明する。図４は、第１の実施形態に係るトルクセンサシャフトの正面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ’線に沿う断面図である。図６は、第１の実施形態に係るトルクセンサシャフトの、スプライン軸部側から見たときの側面図である。図７は、第１の実施形態に係るトルクセンサシャフトの、ストッパ部側から見たときの側面図である。なお、図４に示すＶ−Ｖ’線は、トルクセンサシャフト２３の中心軸に沿った線である。
【００４６】
図４に示すように、トルクセンサシャフト２３は第１シャフト部２３Ａと、第２シャフト部２３Ｂと、第３シャフト部２３Ｃとを有する。本実施形態において、トルクセンサシャフト２３は、機械構造用炭素鋼（例えば、ＪＩＳ規格Ｓ３５Ｃ）である。なお、トルクセンサシャフト２３は、これに限定されず、銅やアルミニウム、真鍮等であっても良い。第１シャフト部２３Ａは、スプライン溝４３が形成されたスプライン軸部である。図６に示すように、第１シャフト部２３Ａの軸方向に沿ってスプライン溝４３が形成される。第２シャフト部２３Ｂは、出力シャフト２２Ｂ側に配置される。第２シャフト部２３Ｂは、大径部５３、ストッパ部５４及び円筒部５５を有する。円筒部５５は出力シャフト２２Ｂの第２円筒部２２Ｂｂ（図３参照）と軸受を介して嵌合されている。これにより、出力シャフト２２Ｂと第２シャフト部２３Ｂとの同心性が確保される。
【００４７】
図７に示すように、ストッパ部５４の外周面には、複数の凹凸を含むスプライン部が形成されている。複数の凹凸は、周方向に沿って交互に配置される。かつ、複数の凹凸は、図４に示すように、それぞれ軸方向に沿って設けられる。出力シャフト２２Ｂは、第２円筒部２２ＢｂよりもＸ２方向側に第１円筒部２２Ｂａ（図３参照）が設けられている。第１円筒部２２Ｂａの内周面には、周方向に沿って複数の凹凸が形成されている。ストッパ部５４の凹凸と第１円筒部２２Ｂａの凹凸とが、周方向に隙間を有して係合する。図３に示すように出力シャフト２２Ｂとトルクセンサシャフト２３とは、トーションバー２２Ｃによって結合されている。トルクセンサシャフト２３に大きなトルクが入力されると、ストッパ部５４の凹凸と第１円筒部２２Ｂａの凹凸とが当接して、大トルクが伝達可能となる。大径部５３は、ストッパ部５４及び円筒部５５よりも大きい外径を有する。
【００４８】
図４に示すように、第３シャフト部２３Ｃは、第１シャフト部２３Ａと第２シャフト部２３Ｂの間に設けられた中間軸部であり、第１シャフト部２３Ａと第２シャフト部２３Ｂとを連結する。本実施形態では、第１シャフト部２３Ａ、第２シャフト部２３Ｂ及び第３シャフト部２３Ｃは一体に設けられており、第２シャフト部２３Ｂが出力シャフト２２Ｂに接続される。すなわち、従来トルクセンサシャフト２３と別体に設けられ、出力シャフト２２Ｂと噛み合うインプットシャフトの機能を、第２シャフト部２３Ｂが兼ねている。したがって、トルクセンサシャフト２３を構成する部材の数が低減される。また、各部材同士を結合するための工程が減少するため、製造コストの低減及びトルク伝達の信頼性の向上を図ることが可能である。
【００４９】
第３シャフト部２３Ｃは、直円柱状であり、軸方向に沿った方向において一定の外径Ｄ３を有する。また、第３シャフト部２３Ｃの外径Ｄ３は、第２シャフト部２３Ｂの大径部５３の外径Ｄ２よりも小さい。また、第３シャフト部２３Ｃの外径Ｄ３は、第１シャフト部２３Ａの外径Ｄ１よりも小さい。ここで、第１シャフト部２３Ａの外径Ｄ１は、スプライン溝４３の山部を円周方向に接続した円の外径とする。第２シャフト部２３Ｂの大径部５３の外径Ｄ２は、第２シャフト部２３Ｂと第３シャフト部２３Ｃとの段差部５２の近傍における大径部５３の外径とする。
【００５０】
第３シャフト部２３Ｃは、後述する絞り加工及びプレス加工により形成された加工硬化層５１が、軸方向及び周方向においてほぼ全域に設けられている。第３シャフト部２３Ｃの硬さは、第３シャフト部２３Ｃと第１シャフト部２３Ａとの境界の近傍から、第３シャフト部２３Ｃと第２シャフト部２３Ｂとの境界の近傍まで、軸方向に沿った方向において一定であり、第２シャフト部２３Ｂの硬さよりも大きい。硬さは、各シャフト部の外周面について測定した値を示し、ビッカース硬さ試験やロックウェル硬さ試験等の方法で測定される値である。なお、本明細書において、「一定の内径」、「一定の外径」及び「一定の硬さ」とは、内径、外径及び硬さが軸方向のいずれの箇所でも等しい値を示す場合に加え、例えば製造プロセス上の誤差等を含んでいてもよい。
【００５１】
このように、第３シャフト部２３Ｃの外径及び硬さが、軸方向に沿った方向において一定であるため、基準トルク以上の大きさのトルクが付加された場合であっても、第３シャフト部２３Ｃは捩じりにより塑性変形して衝撃エネルギを吸収する良好な衝撃エネルギ吸収が可能である。また、応力が集中する段差部５２の近傍において第３シャフト部２３Ｃの硬さが第２シャフト部２３Ｂの硬さよりも大きくなっているので、基準トルク以上のトルクが入力された場合であっても早期の破断を抑制することができる。
【００５２】
図５に示すように、第１シャフト部２３Ａの端部には、第１穴部６１が設けられている。第１穴部６１は、後述するように複数回の冷間鍛造により形成される。図５及び図６に示すように、第１穴部６１は、第１シャフト部２３Ａの端面２３Ａａに開口し、軸方向に凹む。第１穴部６１の内壁面６１ａは、第１シャフト部２３Ａ及び第３シャフト部２３Ｃの軸方向に沿って設けられ、第１穴部６１の底面６１ｂは、第３シャフト部２３Ｃの軸方向の中央部に設けられる。なお、底面６１ｂの位置は、第３シャフト部２３Ｃの軸方向の中央部に限られず、第３シャフト部２３Ｃの一方の端部側、又は他方の端部側に設けられていてもよい。図５に示す例では、第１穴部６１の深さＬ１は、第１シャフト部２３Ａの軸方向の長さよりも長い。また、第１穴部６１は、ほぼ一定の内径Ｄ４を有している。内径Ｄ４は、第１シャフト部２３Ａの外径Ｄ１及び第３シャフト部２３Ｃの外径Ｄ３よりも小さい。第１穴部６１の深さＬ１は、内径Ｄ４の５倍以上である。
【００５３】
これによれば、少なくとも第１シャフト部２３Ａに第１穴部６１が設けられているので、トルクセンサシャフト２３の軽量化が可能である。ここで、第１穴部６１を冷間鍛造ではなく切削加工で形成する方法が知られている。切削加工の場合、第１穴部６１の深さＬ１を大きく形成することが困難である。さらに、切削加工の場合、メタルフローが切れてしまうため、第１穴部６１の深さＬ１を大きくすると強度が低下する可能性がある。
【００５４】
本実施形態では、第１穴部６１は、切削加工を行わず複数回の冷間鍛造により形成されるので、メタルフローの切断が抑制される。このため、第１穴部６１の深さＬ１を大きく形成した場合であっても、強度の低下を抑制できる。さらに冷間鍛造により第１穴部６１を形成するため、加工時間及び工程を削減し、製造コストを抑制でき、また、歩留まりを向上させることができる。
【００５５】
図５に示すように、第２シャフト部２３Ｂの端部には、第２穴部６２が設けられている。第２穴部６２は、後述するように複数回の冷間鍛造と切削加工により形成される。図５及び図７に示すように、第２穴部６２は、第２シャフト部２３Ｂの端面２３Ｂａに開口し、軸方向に凹む。第２穴部６２は、第２シャフト部２３Ｂの軸方向に沿って第１内壁面６２ａ、第２内壁面６２ｂ及び第３内壁面６２ｃが形成されている。第２穴部６２の第１内壁面６２ａは、円筒部５５及びストッパ部５４の内部に設けられる。第１内壁面６２ａの第３シャフト部２３Ｃ側に第２内壁面６２ｂが設けられる。第２内壁面６２ｂは大径部５３の内部に設けられる。第２内壁面６２ｂの内径Ｄ５ｂは、第１内壁面６２ａの内径Ｄ５ａよりも大きい。
【００５６】
第２内壁面６２ｂの第３シャフト部２３Ｃ側に第３内壁面６２ｃ及び底面６２ｄが設けられる。第３内壁面６２ｃ及び底面６２ｄは大径部５３の内部に設けられる。第３内壁面６２ｃの内径Ｄ５ｃは、第１内壁面６２ａの内径Ｄ５ａよりも小さく、かつ、第２内壁面６２ｂの内径Ｄ５ｂよりも小さい。この第３内壁面６２ｃに囲まれた空間内にトーションバー２２Ｃの端部が連結される。
【００５７】
このように、第２シャフト部２３Ｂに第２穴部６２が設けられているので、トルクセンサシャフト２３の軽量化が可能である。また、少なくとも第２穴部６２の第１内壁面６２ａ及び第２内壁面６２ｂは、冷間鍛造により形成される。このため、第２穴部６２の深さＬ２を大きく形成した場合であっても、強度の低下を抑制できる。さらに冷間鍛造により第２穴部６２を形成するため、加工時間及び工程を削減し、製造コストを抑制でき、また、歩留まりを向上させることができる。
【００５８】
また、第１シャフト部２３Ａに第１穴部６１が設けられており、第２シャフト部２３Ｂに第２穴部６２が設けられている。このため、トルクセンサシャフト２３の軽量化に加え、重心や固有振動数を調整することができる。また、第１穴部６１は底面６１ｂを有し、第２穴部６２は底面６２ｄを有する。つまり、第１穴部６１及び第２穴部６２は、止り穴である。このため、第２シャフト部２３Ｂの少なくとも一部、及び第３シャフト部２３Ｃの少なくとも一部が中実となる。これにより、応力が集中する箇所には第１穴部６１及び第２穴部６２を設けずに中実にすることで、強度を確保することができる。仮に、第１穴部６１又は第２穴部６２を貫通穴とする場合、長さが短いブランク９０（図８参照）を用意して、貫通穴を加工した後、絞り加工を行う必要がある。このため、製造コストが増大する可能性がある。
【００５９】
さらに、第１シャフト部２３Ａ、第２シャフト部２３Ｂ及び第３シャフト部２３Ｃが一体に設けられており、複数の部材を嵌合等により連結する部分がないため、より低コストでトルク伝達の信頼性を向上させることができる。したがって、トルクセンサシャフト２３の軽量化を図るとともに、トルク伝達の信頼性の向上が可能である。また。第２シャフト部２３Ｂの大径部５３の外径Ｄ２は第３シャフト部２３Ｃの外径Ｄ３よりも大きい。このため、出力シャフト２２Ｂ（図３参照）の径が変更された場合であっても、ストッパ部５４を変更するのみで、大径部５３の外径Ｄ２の変更を抑制できる。
【００６０】
（製造方法）
図８は、トルクセンサシャフトの製造工程を説明するための説明図である。図９は、図８に示すステップＳＴ３の絞り加工及び深穴加工を説明するための説明図である。図１０は、図８に示すステップＳＴ４の鍛造品の断面図である。なお、図１０は、鍛造品９０Ｂの中心軸に沿った線で切断したときの断面図を示す。
【００６１】
まず、図８に示すように、ブランク（素材軸）９０を用意する（ステップＳＴ１）。ブランク９０は、例えば柱状又は丸棒形状の金属素材である。ブランク９０として、機械構造用炭素鋼（例えば、ＪＩＳ規格Ｓ３５Ｃ）を用いることができる。なお、ブランク９０は、これに限定されず、銅やアルミニウム、真鍮等であっても良い。次に、ブランク９０の穴加工を行う（ステップＳＴ２）。この穴加工では、形成する穴の形状に対応したパンチ型が用いられる。冷間鍛造により、ブランク９０の両端にパンチ型がプレスで押し込まれる。これにより、ブランク９０の一端側に第１穴部６１が形成され、他端側に第２穴部６２が形成される。ここで、ステップＳＴ２での第１穴部６１は、内径Ｄ４ａ、深さＬ１ａに形成される。例えば、第１穴部６１の内径Ｄ４ａは、ブランク９０の外径に対して、４０％以上６０％以下程度である。第１穴部６１の深さＬ１ａは、内径Ｄ４ａの５倍程度以上である。また、第２穴部６２は、内径Ｄ５、深さＬ２ａに形成される。本実施形態では、中実の柱状のブランク９０を用いているため、中空の筒状のブランクを用いる場合に比べコストを低減することができる。
【００６２】
次に、ブランク９０の絞り加工を行う（ステップＳＴ３）。この工程では、冷間鍛造により、ブランク９０のうち、第１穴部６１が形成された側を型にプレスで押し込む。これにより、第１ブランク部９１と、第１ブランク部９１よりも小さい外径の第２ブランク部９２とを含むブランク９０Ａが形成される。同時に第１穴部６１も軸方向に伸ばされて、内径Ｄ４ｂがステップＳＴ２の際の内径Ｄ４ａよりも小さくなり、かつ、深さＬ１ｂがステップＳＴ２の第１穴部６１の深さＬ１ａよりも大きくなる。なお、これに限定されず、内径Ｄ４ｂは、内径Ｄ４ａとほぼ等しい径であってもよい。
【００６３】
具体的には、図９に示すように、パンチ型２１０と、金型２１１Ａと、マンドレル２１１Ｂとを用意する（ステップＳＴ３−１）。パンチ型２１０は、支持部２１０ａと、支持部２１０ａから突出するマンドレル部２１０ｂとを含む。マンドレル部２１０ｂは、ステップＳＴ２で形成された第２穴部６２の内径Ｄ５及び深さＬ２ａに対応した外径及び長さを有する。一方、マンドレル２１１Ｂの外形は、ステップＳＴ２で形成された第１穴部６１の内径Ｄ４ａよりも小さく、軸方向の長さは、第１穴部６１の深さＬ１ａよりも長い。マンドレル部２１０ｂ及びマンドレル２１１Ｂは、丸棒状である。ただし、これに限定されず、マンドレル部２１０ｂ及びマンドレル２１１Ｂは、断面視で多角形状であってもよい。
【００６４】
次に、ブランク９０の他端側にパンチ型２１０を押し込むとともに、第１穴部６１にマンドレル２１１Ｂを入れる（ステップＳＴ３−２）。ブランク９０の第２穴部６２にマンドレル部２１０ｂが入り、支持部２１０ａがブランク９０の他端側を支持する。これにより、第２穴部６２の変形が抑制される。マンドレル２１１Ｂは、第１穴部６１の底面６１ｂに接し、径方向において第１穴部６１と所定の隙間を有する。
【００６５】
そして、ブランク９０を金型２１１Ａに押し込み、絞り加工及び第１穴部６１の伸ばし加工を行う（ステップＳＴ３−３）。このとき、ブランク９０は、マンドレル２１１Ｂが第１穴部６１に挿入された状態で金型２１１Ａに押し込まれる。これにより、第２ブランク部９２の径は、絞り加工前のブランク９０の径に対し、２０％以上３０％以下程度小さくなる。これにより、第２ブランク部９２は加工硬化層５１（図８参照）が形成される。同時に第１穴部６１が軸方向に伸ばされて、第１穴部６１の深さＬ１ｂは、絞り加工前の深さＬ１ａに対し２倍程度になる。ブランク９０のうち、絞り加工が行われた部分が第２ブランク部９２として形成され、絞り加工が行われない部分が第１ブランク部９１として形成される。
【００６６】
なお、第１ブランク部９１は、絞り加工が行われないため、第１ブランク部９１の外径はステップＳＴ２のブランク９０と同程度の外径であり、第２穴部６２の内径Ｄ５及び深さＬ２ａもステップＳＴ２と実質的に等しい大きさである。
【００６７】
そして、ブランク９０Ａからパンチ型２１０、マンドレル２１１Ｂ及び金型２１１Ａを取り外す（ステップＳＴ３−４）。これにより、第１ブランク部９１と第２ブランク部９２とを含むブランク９０Ａが形成される。第１ブランク部９１は、第２シャフト部２３Ｂが形成される予定の部分であり、第２ブランク部９２は、第１シャフト部２３Ａ及び第３シャフト部２３Ｃが形成される予定の部分である。ブランク９０Ａは、全体として絞り加工前のブランク９０に対して、軸方向の長さが長くなっている。
【００６８】
次に、図８に示すように、ブランク９０Ａのプレス加工を行う（ステップＳＴ４）。金型２１２Ａを、Ｘ２方向に沿ってブランク９０Ａの第１ブランク部９１に押し込み、プレス加工を行う。その後、金型２１２Ｂを、Ｘ１方向に沿って第２ブランク部９２に押し込み、プレス加工を行う。ステップＳＴ４に示すプレス加工では、図９に示す工程と同様に、第１穴部６１にマンドレル２１３Ｂが挿入された状態で、第２ブランク部９２のプレス加工が行われる。また、第２穴部６２にマンドレル２１３Ａが挿入された状態で、第１ブランク部９１のプレス加工が行われる。これにより、第１穴部６１及び第２穴部６２が潰れることを抑制できる。なお、第１ブランク部９１のプレス加工と、第２ブランク部９２のプレス加工とは、同じ工程で同時に行ってもよい。なお、第１ブランク部９１のプレス加工と、第２ブランク部９２のプレス加工とは、逆の順で行ってもよい。
【００６９】
このプレス加工により、トルクセンサシャフト２３の形状に近い形状の鍛造品９０Ｂが形成される。図８のステップＳＴ４に示すように、鍛造品９０Ｂは、大径部９１Ａ、ストッパ部９１Ｂ、中間軸部９２Ｂ及びスプライン軸部９２Ａを有する。このプレス加工により、スプライン軸部９２Ａの外周に、軸方向に沿ったスプライン溝が形成される。また、第１穴部６１及び第２穴部６２の伸ばし加工が行われる。また、ストッパ部９１Ｂの外周に、軸方向に沿った凹凸を含むスプライン部が形成される。大径部９１Ａは、絞り加工及び溝加工が行われない部分である。
【００７０】
スプライン軸部９２Ａは、第１シャフト部２３Ａが形成される予定の部分である。大径部９１Ａは、第２シャフト部２３Ｂの大径部５３が形成される予定の部分である。ストッパ部９１Ｂは、第２シャフト部２３Ｂのストッパ部５４及び円筒部５５が形成される予定の部分である。中間軸部９２Ｂは、第３シャフト部２３Ｃが形成される予定の部分である。中間軸部９２Ｂは、上述の絞り加工及びプレス加工により、加工硬化層５１が形成される。
【００７１】
同時に、図１０に示すように、第１穴部６１の内径Ｄ４はステップＳＴ３での内径Ｄ４ｂ（図８参照）よりも小さくなり、深さＬ１は、プレス加工前の深さＬ１ｂ（図８参照）に対しさらに長くなる。第１穴部６１の内径Ｄ４は、マンドレル２１３Ｂの径により規制される。
【００７２】
また、第２穴部６２の軸方向の深さＬ２ｂはプレス加工前の深さＬ２ａ（図８参照）に対し長くなる。第２穴部６２のうちストッパ部９１Ｂと重なる部分は、内径Ｄ５ａがステップＳＴ３での内径Ｄ５（図８参照）よりも小さくなる。第２穴部６２の内径Ｄ５ａは、マンドレル２１３Ａの径により規制される。一方、第２穴部６２のうち大径部９１Ａと重なる部分は、プレス加工による径方向の変形が少ない部分であり、内径Ｄ５ｂは、ステップＳＴ３での内径Ｄ５（図８参照）に対し同じ径であるか、又はわずかに小さくなる。つまり、第２内壁面６２ｂに囲まれた内径Ｄ５ｂは、第１内壁面６２ａに囲まれた内径Ｄ５ａよりも大きく形成される。第１穴部６１の内径Ｄ４は、第２穴部６２の少なくとも一部の内径、すなわち第２内壁面６２ｂに囲まれた内径Ｄ５ｂよりも小さくなる。なお、これに限定されず、第１穴部６１の内径Ｄ４は、第２穴部６２の内径Ｄ５ｂよりも大きく形成されてもよい。
【００７３】
このように、第１穴部６１の深穴加工と、第２穴部６２の深穴加工とを同じ工程で行うことができるため、工程を削減することができる。
【００７４】
次に、図８に示すように、鍛造品９０Ｂの切削加工を行う（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ５では、切削加工後の外形形状を二点鎖線で示している。中間軸部９２Ｂの外径に対して厚さｔ１だけ切削して、第１切削部９４Ａの形状とする。切削加工を行う厚さｔ１は、切削加工前の中間軸部９２Ｂの径に対し、１０％以上２０％以下程度である。これにより、加工硬化層５１は、切削加工後の中間軸部９２Ｂの径に対し６０％以上７０％以下程度残ることとなる。中間軸部９２Ｂと大径部９１Ａとの段差部９３は、Ｘ１方向に切削され、第２切削部９４Ｂの形状となる。つまり、切削により中間軸部９２Ｂの軸方向の長さは、切削した長さの分だけ長くなり、大径部９１Ａの軸方向の長さは、少なくとも切削した長さの分だけ短くなる。大径部９１Ａ及びストッパ部９１Ｂは、第３切削部９４Ｃ、第４切削部９４Ｄ、第５切削部９４Ｅの形状に切削加工される。
【００７５】
さらに、第２穴部６２に切削加工が行われる。これにより、第２内壁面６２ｂよりも軸方向の中間軸部９２Ｂ側（Ｘ２方向側）に、第３内壁面６２ｃに囲まれた凹部が形成される。第３内壁面６２ｃは、大径部９１Ａの内部に形成される。第３内壁面６２ｃの内径Ｄ５ｃは、上述したように、第１内壁面６２ａの内径Ｄ５ａよりも小さく、かつ、第２内壁面６２ｂの内径Ｄ５ｂよりも小さい。
【００７６】
このような切削加工により、トルクセンサシャフト２３が製造される（ステップＳＴ６）。切削加工により、ストッパ部９１Ｂは、円筒部５５及びストッパ部５４に加工され、大径部９１Ａは、大径部５３の形状に加工される。大径部５３は、ストッパ部５４に接する第１部分５３ａと、第１部分５３ａよりも大きい径の第２部分５３ｂと、第２部分５３ｂと第３シャフト部２３Ｃとを連結する第３部分５３ｃとを含む。
【００７７】
以上の工程により、第１穴部６１は、ステップＳＴ２、ステップＳＴ３及びステップＳＴ４に示した、３回の冷間鍛造により形成される。これにより、図５に示すように、第１穴部６１の内径Ｄ４を小さくするとともに、軸方向に沿った深さＬ１を長くすることができる。例えば、第１穴部６１の深さＬ１は、内径Ｄ４の５倍以上の深さに形成される。深さＬ１は、例えば、内径Ｄ４の１２倍以上１３倍以下程度にすることができる。なお、ステップＳＴ３及びステップＳＴ４に示した、第１穴部６１の深穴加工では、加工前後で内径Ｄ４が同じであってもよい。
【００７８】
また、第２穴部６２は、ステップＳＴ２及びステップＳＴ４に示した、２回の冷間鍛造により形成される。これにより、第２穴部６２の内径を小さくするとともに、軸方向に沿った長さを長くする工程が行われる。また、トーションバー２２Ｃが挿入される第３内壁面６２ｃの切削加工の加工時間及び工程を削減し、製造コストを抑制できる。また、切削加工を削減することで、第２穴部６２の全体を切削加工で形成する場合に比べ、第２穴部６２の位置精度が向上し、或いは切削屑による加工不良が低減し、歩留まりを向上させることができる。
【００７９】
また、１つのブランク９０から、第１シャフト部２３Ａ、第２シャフト部２３Ｂ及び第３シャフト部２３Ｃが一体に形成される。これにより、複数の部材を嵌合等により連結する部分がないため、トルクセンサシャフト２３のトルク伝達の信頼性を向上させることができる。また、ブランク９０の両端に、それぞれ第１穴部６１と第２穴部６２とが設けられるため、さらに軽量化を図ることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、冷間鍛造によりトルクセンサシャフト２３を加工する例を示したが、これに限定されない。トルクセンサシャフト２３は、例えば熱間鍛造や温間鍛造等の塑性加工により形成されてもよい。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態のトルクセンサシャフト２３の製造方法は、入力シャフト２２Ａと連結される第１シャフト部２３Ａ（スプライン軸部）と、出力シャフト２２Ｂと連結されるストッパ部５４と、第１シャフト部２３Ａとストッパ部５４とを連結する第３シャフト部２３Ｃ（中間軸部）とを含むトルクセンサシャフト２３の製造方法であって、冷間鍛造により、柱状のブランク９０（素材）の一端から軸方向に凹む第１穴部６１を形成する工程（ステップＳＴ２）と、冷間鍛造により、第２穴部６２が形成されたブランク９０を型にプレスで押し込むことにより、ブランク９０のうちストッパ部５４を形成する部分を、径方向に絞り加工を行うと同時に、第１穴部６１の軸方向に沿った長さを長くする工程（ステップＳＴ４）と、を含む。
【００８２】
これによれば、ストッパ部５４の第２穴部６２が、少なくとも２回の冷間鍛造により深穴に形成される。このため、ステアリング装置用シャフトの軽量化が可能である。また、第２穴部６２の加工では切削加工を行う部分を少なくすることができるため、加工時間及び工程を削減し、製造コストを抑制でき、また、歩留まりを向上させることができる。さらに、スプライン軸部、中間軸部及びストッパ部を１つの素材から同時に成形することにより、複数の部材を嵌合等により連結する部分がない。このため、トルク伝達の信頼性を向上させることができる。したがって、ステアリング装置用シャフトの軽量化を図るとともに、トルク伝達の信頼性の向上が可能である。
【００８３】
また、本実施形態のトルクセンサシャフト２３は、入力シャフト２２Ａと連結される第１シャフト部２３Ａ（スプライン軸部）と、出力シャフト２２Ｂと連結されるストッパ部５４と、第１シャフト部２３Ａ及びストッパ部５４と一体に設けられ、第１シャフト部２３Ａとストッパ部５４とを連結する第３シャフト部２３Ｃ（中間軸部）と、を有し、ストッパ部５４の端部には、冷間鍛造により形成され、軸方向に凹んで一定の内径Ｄ５ａを有する第２穴部６２が設けられる。
【００８４】
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置１００（図１参照）は、トルクセンサシャフト２３と、第２シャフト部２３Ｂと連結され、電動モータ３１から入力されるトルクにより回転する減速装置３２が取り付けられる出力シャフト２２Ｂと、出力シャフト２２Ｂとトルクセンサシャフト２３とを連結するトーションバー２２Ｃとを備える。これによれば、電動パワーステアリング装置１００の部材の数が低減されるので製造コストを低減することができる。また、トルクセンサシャフト２３に第１穴部６１及び第２穴部６２が形成されているため、電動パワーステアリング装置１００の軽量化を図ることができる。
【００８５】
（実施例）
図１１は、実施例に係るトルクセンサシャフトの、メタルフローの解析結果を示す説明図である。図１２は、実施例に係るトルクセンサシャフトの断面を示す写真である。図１３は、比較例１に係るトルクセンサシャフトの、メタルフローの解析結果を示す説明図である。図１４は、比較例１に係るトルクセンサシャフトの断面を示す写真である。図１５は、比較例２に係るトルクセンサシャフトの、メタルフローの解析結果を示す説明図である。図１６は、比較例２に係るトルクセンサシャフトの断面を示す写真である。
【００８６】
図１１は、実施例に係るトルクセンサシャフト２３の、図５に示す領域ＸＩを拡大して示す断面図である。図１３は、比較例１に係るトルクセンサシャフト２２３の、領域ＸＩに対応する箇所の断面図である。図１５は、比較例２に係るトルクセンサシャフト３２３の、領域ＸＩに対応する箇所の断面図である。図１２、図１４、図１５は、それぞれ、領域ＸＩに対応する箇所の断面写真である。
【００８７】
図１１、図１３及び図１５に示すメタルフローＭｆは、鍛造により金属材料が塑性変形したときに生じる金属組織の流れを示す。図１１、図１３及び図１５は、有限要素法等によりＣＡＥ(Computer  Aided  Engineering)解析を行った結果を示す。図１２、図１４、図１５は、各トルクセンサシャフト２３、２２３、３２３について、軸方向に沿って切断し、研磨、エッチング処理等を行った断面を金属顕微鏡で観察した写真である。エッチング液には、５０ｖｏｌ％塩酸水溶液を用いた。また、金属顕微鏡の観察倍率を１０倍として写真撮影を行った。
【００８８】
図１１及び図１２に示すように、実施例に係るトルクセンサシャフト２３において、第１穴部６１の底面６１ｂと重なる位置のメタルフローＭｆは、第１穴部６１の形状に沿って変形する。すなわち、第１穴部６１の底面６１ｂと重なる位置のメタルフローＭｆは、底面６１ｂと内壁面６１ａとで形成される角部と、内壁面６１ａに沿って連続して形成される。底面６１ｂと重ならない位置のメタルフローＭｆは、わずかに変形するものの、内壁面６１ａに沿って、中心軸ＡＸと実質的に平行に形成される。これにより、メタルフローＭｆは、内壁面６１ａの近傍で密集する。内壁面６１ａの近傍でのメタルフローＭｆは、第３シャフト部２３Ｃの外周近傍のメタルフローＭｆよりも密に形成される。
【００８９】
図１３及び図１４に示す、比較例１のトルクセンサシャフト２２３は、図８に示す製造工程のステップＳＴ２において、切削加工により第１穴部２６１が形成されたものである。その後、冷間鍛造により軸絞り加工及び深穴加工が行われて第１穴部２６１が形成される。
【００９０】
図１３及び図１４に示すように、比較例１のトルクセンサシャフト２２３は、切削加工により第１穴部２６１が形成されるため、第１穴部２６１の底面２６１ｂと重なる位置のメタルフローＭｆは、底面２６１ｂで分断される。言い換えると、メタルフローＭｆの端部が底面２６１ｂと接し、内壁面２６１ａに沿って連続して形成されない。メタルフローＭｆは、第１穴部２６１の周辺でわずかに変形するものの、内壁面２６１ａの近傍に密集しない。すなわち、内壁面２６１ａの近傍でのメタルフローＭｆの密集度合いは、第３シャフト部２２３Ｃの外周近傍のメタルフローＭｆの密集度合いと実質的に同じである。
【００９１】
図１５及び図１６に示す、比較例２のトルクセンサシャフト３２３は、冷間鍛造により軸絞り加工を行った後に、切削加工により第１穴部３６１が形成される。つまり、第１穴部３６１は切削加工のみで形成され、冷間鍛造による深穴加工が行われていない。
【００９２】
図１５及び図１６に示すように、比較例２のトルクセンサシャフト３２３は、比較例１と同様に、第１穴部３６１の底面３６１ｂと重なる位置のメタルフローＭｆは、底面３６１ｂで分断される。言い換えると、メタルフローＭｆの端部が底面３６１ｂと接し、内壁面３６１ａに沿って連続して形成されていない。メタルフローＭｆは、第１穴部３６１の周辺で変形が発生せず、内壁面３６１ａの近傍に密集していない。すなわち、内壁面３６１ａの近傍でのメタルフローＭｆの密集度合いは、第３シャフト部３２３Ｃの外周近傍のメタルフローＭｆの密集度合いと実質的に同じである。
【００９３】
以上のように、実施例に係るトルクセンサシャフト２３は、比較例１、２のトルクセンサシャフト２２３、３２３と比較して、メタルフローＭｆが底面６１ｂで分断されることが抑制される。メタルフローＭｆは、内壁面６１ａに沿って変形して連続して形成され、内壁面６１ａの近傍で密集している。これにより、実施例に係るトルクセンサシャフト２３は、第１穴部６１の深さＬ１を大きく形成した場合であっても、強度の低下を抑制できる。
【００９４】
なお、図１１及び図１２では、第１穴部６１が第３シャフト部２３Ｃに形成される例を示している。これに限定されず、底面６１ｂが第１シャフト部２３Ａ（図５参照）に位置していてもよい。この場合も、メタルフローＭｆは、内壁面６１ａに沿って変形して連続して形成され、内壁面６１ａの近傍で密集する。つまり、内壁面６１ａの近傍でのメタルフローＭｆは、第１シャフト部２３Ａの外周近傍のメタルフローＭｆよりも密に形成される。
【００９５】
また、図１１及び図１２では、第１穴部６１の周辺のメタルフローＭｆを示したが、図５に示す第２穴部６２においても、同様である。すなわち、第２穴部６２のうち、少なくとも第１内壁面６２ａは、複数回の冷間鍛造により深穴加工が行われる。このため、メタルフローＭｆは、第１内壁面６２ａの近傍で密集する。第１内壁面６２ａの近傍でのメタルフローＭｆは、ストッパ部５４及び円筒部５５の外周近傍のメタルフローＭｆよりも密に形成される。これにより、第２穴部６２の深さＬ２を大きく形成した場合であっても、強度の低下を抑制できる。
【００９６】
以上説明したトルクセンサシャフト２３の構成は適宜変更してもよい。トルクセンサシャフト２３の構成はあくまで一例であり、各シャフト部の外径、長さ等は適宜変更してもよい。また、第１穴部６１、第２穴部６２の内径や深さは、あくまで例示であり、適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００９７】
２１  ステアリングホイール
２２  ステアリングシャフト
２２Ａ  入力シャフト
２２Ｂ  出力シャフト
２２Ｃ  トーションバー
２３  トルクセンサシャフト
２３Ａ  第１シャフト部
２３Ｂ  第２シャフト部
２３Ｃ  第３シャフト部
２４  トルクセンサ
２６、２８  ユニバーサルジョイント
２７  インターミディエイトシャフト
２７Ａ  アッパーシャフト
２７Ｂ  ロアシャフト
２９  ステアリングギア機構
４２、４３、１３５  スプライン溝
４５  ハウジング
５１  加工硬化層
５３  大径部
５４  ストッパ部
５５  円筒部
６１  第１穴部
６２  第２穴部
６２ａ  第１内壁面
６２ｂ  第２内壁面
６２ｃ  第３内壁面
９０、９０Ａ  ブランク
９０Ｂ  鍛造品
９１Ａ  大径部
９１Ｂ  ストッパ部
９２Ｂ  中間軸部
１００  電動パワーステアリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月4日(2019.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力シャフトと連結されるスプライン軸部と、出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記スプライン軸部と前記ストッパ部とを連結する中間軸部とを含むステアリング装置用シャフトの製造方法であって、
鍛造により、柱状の素材の一端から軸方向に凹む穴部を形成する工程と、
前記穴部にマンドレルを挿入して、鍛造により、前記穴部が形成された前記素材を型にプレスで押し込むことにより、前記素材のうち前記ストッパ部を形成する部分を、径方向に絞り加工を行うと同時に、前記穴部の前記軸方向に沿った長さを長くする工程と、を含むステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項２】
鍛造により、前記素材を型にプレスで押し込む工程において、前記ストッパ部の外周に、前記軸方向に沿った凹凸を含むスプライン部が形成される請求項１に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項３】
鍛造により、前記穴部の前記軸方向に沿った長さが長くなるとともに、前記穴部の径が小さくなる請求項１又は請求項２に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項４】
鍛造により、前記素材を型にプレスで押し込む工程において、前記ストッパ部と前記中間軸部との間に、絞り加工が行われない大径部が形成され、
前記穴部は、前記ストッパ部と前記大径部に亘って連続して形成される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項５】
前記穴部は、前記ストッパ部の内部に設けられた第１内壁面と、前記大径部の内部に設けられた第２内壁面とを有し、
前記第２内壁面の内径は、前記第１内壁面の内径よりも大きく形成される請求項４に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項６】
前記第１内壁面の近傍でのメタルフローは、前記ストッパ部の外周近傍のメタルフローよりも密に形成される請求項５に記載のステアリング装置用シャフトの製造方法。
【請求項７】
入力シャフトと連結されるスプライン軸部と、出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記スプライン軸部及び前記ストッパ部と一体に設けられ、前記スプライン軸部と前記ストッパ部とを連結する中間軸部と、を有し、
前記ストッパ部の端部には、軸方向に凹んで一定の内径を有し、前記軸方向と交差する底面を有する穴部が設けられるステアリング装置用シャフト。
【請求項８】
前記ストッパ部と前記中間軸部との間に、前記ストッパ部の外径及び前記中間軸部の外径よりも大きい外形を有する大径部を有し、
前記穴部は、前記ストッパ部の内部に設けられた第１内壁面と、前記大径部の内部に設けられた第２内壁面とを有し、前記第２内壁面の内径は、前記第１内壁面の内径よりも大きい請求項７に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項９】
前記第１内壁面の近傍でのメタルフローは、前記ストッパ部の外周近傍のメタルフローよりも密である請求項８に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項１０】
前記ストッパ部の外周には、前記軸方向に沿った凹凸を含むスプライン部が設けられる請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のステアリング装置用シャフトと、
前記ストッパ部と連結され、電動モータから入力されるトルクにより回転する減速装置が取り付けられる出力シャフトと、
前記出力シャフトと前記ステアリング装置用シャフトとを連結するトーションバーと、を備える電動パワーステアリング装置。 
【国際調査報告】
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