(57)【要約】      （修正有）【課題】車両の操舵機構部に組み込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、耐ヘタリ性が向上しガタ発生が少なく、また、耐摩耗性を向上させた車両ステアリング用伸縮軸を提供する。【解決手段】車両の操舵機構部に組み込み、雄軸２１と雌軸２２を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸２０において、前記雄軸と前記雌軸との間に、架橋処理をした合成樹脂組成物からなる樹脂層２３を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵機構部に組み込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、
前記雄軸と前記雌軸との間に、架橋処理をした合成樹脂組成物からなる樹脂層を設けたことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項２】
前記架橋処理は、放射線によって行われることを特徴とする請求項１記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項３】
前記放射線は、α線、β線、γ線、粒子線、電子線、イオンビームから選ばれるいずれか一種であることを特徴とする請求項２記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項４】
前記合成樹脂組成物は、ポリアミドやポリフェニレンサルファイドに代表されるようなエンジニアリングプラスチック或いはポリエーテルエーテルケトンに代表されるスーパーエンジニアリングプラスチックからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項５】
前記合成樹脂組成物には、トリアリルイソシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートまたはエチレングリコールジメタクリレートのような架橋助剤が含まれることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項６】
前記架橋助剤の配合量が、樹脂１００質量部に対して０．２〜７質量部であることを特徴とする請求項５記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項７】
前記樹脂層を、前記雄軸の外周に設けた樹脂スリーブとしたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項８】
前記樹脂層は、前記雌軸の内周に設けた樹脂皮膜であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵機構部に組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、一般的な自動車の操舵機構部１５を示すものである。この操舵機構部１５は、車体側のメンバ１にアッパブラケット２とロアブラケット３とを介して取付けられたステアリングコラム４と、このステアリングコラム４に回転自在に支持されたステアリングシャフト５と、このステアリングシャフト５の上端に装着されたステアリングホイール６と、ステアリングシャフト５の下端にカルダン軸継手７を介して連結された中間（インターミディエイト）シャフト８と、この中間シャフト８にカルダン軸継手９を介して連結されたピニオンシャフト１０と、ピニオンシャフト１０に連結したステアリングラック軸１１と、このステアリングラック軸１１を支持して車体の別のフレーム１２に弾性体１３を介して固定されたステアリングラック支持部材１４とで構成されている。
【０００３】
中間シャフト８は、雄スプライン軸８ａと雌スプライン軸８ｂとを嵌合した伸縮軸が採用されている（以下、伸縮軸８と称する）。この伸縮軸８には、自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収し、ステアリングホイール６上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。
このような性能は、車体がサブフレーム構造となっていて、操舵機構部１５の上部を固定するメンバ１とステアリングラック支持部材１４が固定されているフレーム１２とが別体となっており、ステアリングラック支持部材１４がゴムなどの弾性体１３を介してフレーム１２に締結固定されている構造の場合に要求される。
【０００４】
また、その他のケースとして、カルダン軸継手９をピニオンシャフト１０に締結する際に、作業者が伸縮軸８を一旦収縮させからピニオンシャフト１０に嵌合させて締結させるために伸縮機能が必要とされる。
さらに、操舵機構部１５の上部にあるステアリングシャフト５も、雄スプライン軸５ａと雌スプライン軸５ｂとを嵌合したものである（以下、伸縮軸５と称する）。この伸縮軸５は、運転者が自動車を運転するのに最適な運転姿勢を確保するためにステアリングホイール６の位置を軸方向に移動し、その位置を調整するテレスコ機能が要求されるため、軸方向に伸縮する機能が要求される。
【０００５】
ここで、伸縮軸５，８には、雄軸スプライン５ａ，８ａ及び雌スプライン軸５ｂ，８ｂの嵌合部におけるガタ音を低減すること、ステアリングホイール６上のガタ感を低減すること、さらには、軸方向摺動時における摺動抵抗を低減することが要求される。
そこで、例えば特許文献１のように、伸縮軸の摺動部に合成樹脂組成物からなる樹脂層を設け、樹脂層を介して雄軸スプラインを雌スプライン軸に対して摺動させる構造が提案されている。このように、樹脂層を設けることにより、樹脂材料が持つ自己潤滑性や柔軟性によって、伸縮軸が滑らかに摺動することができる。
【０００６】
ところが、長期にわたる使用において、樹脂層に塗布されるグリース切れによる摩耗や、樹脂材料の持つ柔軟性に起因してヘタリを引き起こしガタが発生する虞がある。また、特許文献２のように、耐ヘタリ性向上のために充填材を含有させると、長期使用によって摩耗が発生した際、摩擦面に充填材が露出するため、摩擦相手材を損傷させるだけでなく、伸縮軸の摺動が不安定となる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２６３０号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性や耐ヘタリ性を向上させることによりガタの発生を抑制でき、また、摩耗が発生しても摩擦相手材を損傷させるたり、摺動性能が低下することが無い車両ステアリング用伸縮軸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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る車両ステアリング用伸縮軸は、車両の操舵機構部に組み込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、前記雄軸と前記雌軸との間に、架橋処理をした合成樹脂組成物からなる樹脂層を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記架橋処理は、放射線によって行われることを特徴とする。また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記放射線はα線、β線、γ線、粒子線、電子線、イオンビームから選ばれるいずれか一種であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記合成樹脂組成物は、ポリアミドやポリフェニレンサルファイドに代表されるようなエンジニアリングプラスチック或いはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）に代表されるスーパーエンジニアリングプラスチックからなることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記合成樹脂組成物には、トリアリルイソシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートまたはエチレングリコールジメタクリレートのような架橋助剤が含まれることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記架橋助剤の配合量が、樹脂１００質量部に対して０．２〜７質量部であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記樹脂層を、前記雄軸の外周に設けた樹脂スリーブとしたことを特徴とする。
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記樹脂層は、前記雌軸の内周に設けた樹脂皮膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸によれば、ガタの発生を抑制でき、また、摩耗が発生しても摩擦相手材を損傷させるたり、摺動性能が低下することが無い車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図８で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１は本発明に係る第１実施形態の車両ステアリング用伸縮軸（以下、伸縮軸）の分解斜視図であり、図２は第１実施形態の伸縮軸の雄スプライン軸の横断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の伸縮軸２０は、相互にスプライン嵌合した雄スプライン軸（雄軸）２１と雌スプライン軸（雌軸）２２とで構成されている。
図２に示すように、雄スプライン軸２１の外周面には、樹脂スリーブ２３が嵌合されている。樹脂スリーブ２３は、別体で射出成形した後、雄スプライン軸２１に圧入することで固定してよいし、雄スプライン軸２１をコアにしたインサート成形で形成してもよい。
【００１８】
樹脂スリーブ２３の厚さは、１００〜２０００μｍの範囲に設定されているのが好ましい。樹脂スリーブ２３の厚さが１００μｍ未満の場合は、一定以上の強度を確保するのが難しく、使用中に亀裂等の発生するおそれがある。それに対して、樹脂スリーブ２３の厚さが２０００μｍを越える場合には、温度上昇時に雌スプライン軸２２との間の線膨張係数の差が増大してガタが大きくなるおそれがある。
【００１９】
樹脂スリーブ２３の樹脂材料としては、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等のエンジニアリングプラスチック（引張り強度６０ＭＰａ以上、シャルピー衝撃値５０Ｊ／ｍ以上、曲げ弾性率２．４ＧＰａ以上）、ポリエーテルエーテルケトン等のスーパーエンジアリングプラスチック（上記を満たし、ＡＳＴＭ  Ｄ６４８熱変形温度１５０℃以上）等が好適である。ポリアミド樹脂としては、従来と同様で構わず、ポリアミド６、ポリアミド６６（ナイロン６６）、ポリアミド４６（ナイロン４６）、ポリアミド１２（ナイロン１２）、ポリアミド１１（ナイロン１１）、ポリアミド６−１２（ナイロン６−１２）等が挙げられる。
【００２０】
ベース樹脂は、高分子量化することにより、特に高温での剛性が高まることが知られているが、分子量が高まるほど溶融粘度が高くなり成形性が低下する。生産性から樹脂スリーブへの成形方法として射出成形が好ましく、溶融粘度が高くなるのは好ましくない。そのため、出発ベース樹脂としては、数平均分子量が３０，０００以下、特に１０，０００〜２０，０００のものを用いることが好ましい。
【００２１】
ベース樹脂には、補強のために、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を配合することが好ましい。強化材は、ベース樹脂との接着性を高めたり、分散性を高めるために、カップリング剤等による表面処理が施されていてもよい。強化材の配合量は、ベース樹脂の種類や強化材の種類、あるいは樹脂スリーブ形状等によっても異なるが、ガラス繊維では１０〜５０質量％、好ましくは２５〜４０質量％、炭素繊維では１０〜４０質量％、好ましくは１５〜３５質量％の割合とする。但し、架橋度を高めることにより、補強材を非配合とすることもできる。
【００２２】
ベース樹脂には、架橋助剤が添加される。架橋助剤の種類は、ベース樹脂を放射線架橋する際に架橋助剤として働くものであれば制限されるものではないが、取扱い性や架橋性能等を考慮すると、トリアリルイソシアヌレート、トリメチルプロパン、ペンタエリスリトールトリアクリレート、エチレングリコールジメタクリレートが好ましい。架橋助剤の添加量は、樹脂スリーブとしての十分な強度を得るために、ベース樹脂１００質量部に対して０．２〜７質量部、好ましくは０．５〜６質量部とすることが望ましい。架橋助剤が０．２質量部未満では増強効果が不十分であり、７質量部を超えると架橋密度が高すぎて靭性に劣るようになる。
【００２３】
ベース樹脂には、本発明の目的を損なわない範囲で、熱安定剤、固体潤滑剤、潤滑油、着色剤、帯電防止剤、離型剤、流動性改良剤、結晶化促進剤等を適宜添加してもよい。
【００２４】
本発明の伸縮軸用樹脂スリーブ２３を得るには、先ず、ベース樹脂に架橋助剤、強化材及びその他の添加剤を配合してなる樹脂組成物を、好ましくは射出成形機を用いて所定の樹脂スリーブ形状（例えば図１に示した形状）の成形体を得る。
【００２５】
尚、成形用の樹脂組成物を得るには、各成分を別々に溶融混合機に供給してもよく、また各成分をヘンシェルミキサー、リボンブレンダー等の混合機であらかじめ混合してから溶融混合機に供給してもよい。溶融混合機としては、単軸又は二軸押し出し機、混合ロール、加圧ニーダー、ブラベンダーブラストグラフ等の任意の装置が使用できる。
【００２６】
上記で得られた成形体を、次いで、放射線を照射して架橋させる。放射線はベース樹脂を架橋できれば制限はなく、α線、β線、γ線や粒子線、電子線、イオンビーム等を適宜選択できる。この放射線照射は、樹脂の酸化劣化を考慮して無酸素雰囲気中、例えばアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行う。また、真空下で行うことも可能である。このとき、放射線強度及び照射時間により架橋度を調整することができ、また表面のみを架橋することもできる。表面のみを架橋した場合、未架橋部分による弾性や耐衝撃性を維持しつつ、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２７】
また、例えばポリアミド樹脂は、数平均分子量１００，０００前後を境にして剛性に大きな差が出てくる。そこで本発明においても、放射線照射後のベース樹脂の数平均分子量が１００，０００以上、好ましくは３００，０００以上になるように放射線を照射して架橋する。従って、本発明における放射線の照射条件は、照射後のベース樹脂の数平均分子量が１００，０００以上となるように、樹脂組成物の組成や樹脂スリーブ形状（特に大きさ）等に応じて適宜選定される。
【００２８】
放射線架橋では、放射線照射時にフリーラジカルが発生し、フリーラジカルが残存したまま大気（酸素雰囲気）に晒されると、残留フリーラジカルが酸素と結合して材料劣化を起こす。そこで、架橋後の樹脂スリーブに対し、無酸素雰囲気中で熱処理を施す。熱処理条件は、熱による劣化を起こさない範囲であれば制限はないが、５０〜１８０℃で１〜４８時間が適当である。
【００２９】
このようにして得られる樹脂スリーブ２３は、無酸素雰囲気中での熱処理により酸素劣化が抑えられており、優れた剛性や耐久性を有する。
【００３０】
上記の放射線による架橋は、樹脂スリーブ２３全体を一様に架橋してもよいが、樹脂スリーブ２３の補強箇所のみを部分的に架橋してもよい。
部分的に架橋させるには、樹脂スリーブの補強部分以外を金属、セラミックスまたはレジスト等の遮蔽部材でマスクして放射線を照射する方法、あるいは、イオンビームを用いて放射線をスポット的に照射する方法等を採用できる。この場合も、照射強度や照射時間により架橋度や架橋深さを調整することができる。
【００３１】
なお、図１及び図２の第１実施形態では、雄スプライン軸２１の外周面に樹脂スリーブ２３を嵌合した伸縮軸２０について説明したが、図３の第２実施形態で示すように、雌スプライン軸２２の内周面に、合成樹脂組成物からなる樹脂皮膜２４を、樹脂スリーブ２３と同様の厚さ等の条件、ベース樹脂、充填剤で形成することもできる。
【００３２】
この場合であっても、耐摩耗性や耐ヘタリ性を向上させることによりガタの発生を抑制でき、また、摩耗が発生しても摩擦相手材を損傷させるたり、摺動性能が低下することが無い車両ステアリング用伸縮軸を得ることが出来る。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例として、本発明に係る合成樹脂組成物について更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３４】
［実施例、比較例］
（１）円板試験片の製作
実施例の円板試験片は、ポリアミド６６（宇部興産（株）製２０２０Ｂ）のペレットに、架橋助剤としてトリアリルイソシアヌレート（日本化成（株）製「タイク」）を１．０質量％混合して２軸押出し機に投入し、混練温度２８０〜２９０℃で押出し混練を行い、成形用ペレットを作製した。そして、成形用ペレットをインラインスクリュー式射出成形機に投入して、円板（図４参照）に成形した。その後、成形体を電子線照射装置内に置き、真空下で電子線を全体に照射した。電子線の総照射量は、１００ｋＧｙとした。その後、架橋後の成形体を真空中１２０℃で１２時間保持した後、室温まで徐冷した。
比較例の円板試験片は、ポリアミド６６（宇部興産（株）製２０２０Ｂ）のペレットをインラインスクリュー式射出成形機に投入して、実施例と同様の円板に成形した。
【００３５】
（２）摩耗試験
図４に示すように、円板試験片３０上に載置した軸受鋼球３１に、４９Ｎの垂直荷重Ｆを負荷し、鋼球３１を１０ｍｍ／ｓの速度で、摺動距離５ｍｍ（往復１０ｍｍ）で摺動させ摩耗試験を行った。往復摺動回数は５万回で総滑り距離は５００ｍである。使用した鋼球３１は直径３／８インチで、材質はＳＵＪ２（熱処理なし）である。また、鋼球３１と円板試験片３０との間はグリース潤滑している。そして、放射線架橋を行っていないポリアミド６６樹脂円板（比較例）の測定値を１００％として、相対値を求めた。結果を図５に示す。
【００３６】
図５から明らかなように、未照射の試験片の摩耗深さと比較して、照射した試験片は摩耗が抑制されていることが分かる。このことによって、電子線照射による架橋処理によって、樹脂材料の耐摩耗性が向上していることが示された。
【００３７】
（３）圧縮クリープ試験
図６に示すように、厚さ３ｍｍの円板試験片３０を一対の圧縮冶具４１、４１で挟持し、円板試験片３０の厚さ方向に圧縮応力Ｐを負荷し、耐ヘタリ特性の評価を行った。圧縮応力Ｐは４０Ｍｐａ，圧縮時間は３時間である。試験雰囲気温度は１５０℃である。そして、放射線架橋を行っていないポリアミド６６樹脂円板（比較例）の測定値を１００％として、相対値を求めた。結果を図７に示す。なお、図中の圧縮へたり量ε（％）は、以下の式（１）にて算出した値である。
ε＝［（ｔ０−ｔ１）／ｔ０］・１００・・・・（１）
ｔ０：初期厚み
ｔ１：試験後の厚み
【００３８】
図７から明らかなように、未照射の試験片の圧縮ひずみと比較して、照射した試験片は圧縮ひずみが抑制されていることが分かる。このことによって、電子線照射による架橋処理によって、樹脂材料の耐ヘタリ性が向上していることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る第１実施形態の車両ステアリング用伸縮軸の分解斜視図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の雄軸の横断面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の雌軸の横断面図である。
【図４】摩耗試験方法を説明する図である。
【図５】摩耗試験の結果を示すグラフである。
【図６】圧縮クリープ試験方法を説明する図である。
【図７】圧縮クリープ試験の結果を示すグラフである。
【図８】自動車の操舵機構部を概略的に示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…車体側のメンバ、２…アッパブラケット、３…ロアブラケット、４…ステアリングコラム、５…ステアリングシャフト、６…ステアリングホイール、７…カルダン軸継手、９…カルダン軸継手、１０…ピニオンシャフト、１１…ステアリングラック軸１１、１２…車体の別のフレーム、１３…弾性体、１４…ステアリングラック支持部材、１５…操舵機構部、２０…伸縮軸（車両ステアリング用伸縮軸、ステアリングシャフト、中間シャフト）、２１…雄スプライン軸（雄軸）、２２…雌スプライン軸（雌軸）、２３…樹脂スリーブ（樹脂層）、２４…樹脂皮膜（樹脂層）、３０…円板試験片、３１…軸受鋼球、４１…圧縮冶具
【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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