(57)【要約】【課題】雄軸と雌軸との歯打ち音を抑制することを前提としつつ、雄軸と雌軸とが軸方向へ相対摺動する際の摺動抵抗を低減し、さらに雄軸と雌軸との間の介在物の耐摩耗性を向上させた伸縮軸を提供する。【解決手段】互いに軸回転方向に係合するスプライン歯４，５をそれぞれ有し、軸方向に相対摺動可能とされた雌軸２と、この雌軸２に嵌め込まれた雄軸３と、を備えるものを前提とし、雄スプライン歯５の表面を覆う複数の層７を備えている。その複数の層７は、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層９と、繊維層９の表面を覆い、雌スプライン歯４に対して摺接するゴム又は樹脂からなる表面層１０と、を有する。表面層１０を構成するゴム又は樹脂は、撥水性または／および撥油性を有するものである。【選択図】図１
2015021511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに軸回転方向に係合する係合歯をそれぞれ有し、軸方向に相対摺動可能とされた雌軸と、この雌軸に嵌め込まれた雄軸と、を備える伸縮軸において、
前記雄軸の係合歯の表面を覆う複数の層を備え、
前記複数の層は、
ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層と、
前記繊維層の表面を覆い、前記雌軸内の係合歯に対して摺接するゴム又は樹脂からなる表面層と、
を有することを特徴とする伸縮軸。
【請求項２】
互いに軸回転方向に係合する係合歯をそれぞれ有し、軸方向に相対摺動可能とされた雌軸と、この雌軸に嵌め込まれた雄軸と、を備える伸縮軸において、
前記雌軸の係合歯の表面を覆う複数の層を備え、
前記複数の層は、
ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層と、
前記繊維層の表面を覆い、前記雄軸の係合歯に対して摺接するゴム又は樹脂からなる表面層と、
を有することを特徴とする伸縮軸。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の伸縮軸において、
前記表面層を構成するゴム又は樹脂は、撥水性または／および撥油性を有するものであることを特徴とする伸縮軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雌軸と、この雌軸内に嵌め込まれた雄軸とが互いに軸回転方向に係合する係合歯をそれぞれ有し、軸方向に相対摺動可能とされた伸縮軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の伸縮軸として、例えば特許文献１には、スプラインの表面に厚さ０．２５ｍｍ程度の合成樹脂からなる樹脂被膜を設け、当該樹脂被膜にアニール処理を施すことで膜厚の均一化を図った伸縮軸が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２、３には、雄スプラインと雌スプラインとの隙間にゴム等を介在させた伸縮軸が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２０２５０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０８８９２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２２６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された伸縮軸では、アニール処理を施しても実際には、樹脂被膜を均一にすることは難しく、樹脂被膜の薄い部分では歯打ち音が発生する可能性がある。
【０００６】
また、上記特許文献１〜３に開示された伸縮軸は、雄軸と雌軸との隙間に樹脂又はゴムを介在させているため、軸方向への相対摺動抵抗が増加する。
【０００７】
また、上記特許文献１〜３に開示された伸縮軸の雄軸と雌軸との隙間に介在された樹脂又はゴムが、雄軸と雌軸の軸方向への相対摺動の繰り返しによって容易に摩耗してしまうことが懸念される。
【０００８】
そこで、本発明は、雄軸と雌軸との歯打ち音を抑制することを前提としつつ、雄軸と雌軸とが軸方向へ相対摺動する際の摺動抵抗を低減し、さらに雄軸と雌軸との間の介在物の耐摩耗性を向上させた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】
（１）本発明の伸縮軸は、互いに軸回転方向に係合する係合歯をそれぞれ有し、軸方向に相対摺動可能とされた雌軸と、この雌軸に嵌め込まれた雄軸と、を備えるものを前提とし、前記雄軸の係合歯の表面を覆う複数の層を備えている。その複数の層は、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層と、前記繊維層の表面を覆い、前記雌軸内の係合歯に対して摺接するゴム又は樹脂からなる表面層と、を有することを特徴としている。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、雄軸の係合歯の表面が複数の層で覆われていることにより、雌軸の係合歯と雄軸の係合歯との歯打ち音が抑制される。また、複数の層のうち、最も雌軸の係合歯側の層に、表面層が形成されており、その直下の層に摺動抵抗の低い繊維層が形成されているため、雌軸と雄軸の軸方向への相対摺動抵抗が低減される。また、繊維層が表面層で覆われているため、雌軸の係合歯との接触によって、繊維層内の繊維が切断されてしまう可能性が低くなり、繊維層の耐久性・耐摩耗性を向上させることができる。
【００１１】
（２）本発明の伸縮軸は、互いに軸回転方向に係合する係合歯をそれぞれ有し、軸方向に相対摺動可能とされた雌軸と、この雌軸に嵌め込まれた雄軸と、を備えるものを前提とし、前記雌軸の係合歯の表面を覆う複数の層を備えている。その複数の層は、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層と、前記繊維層の表面を覆い、前記雄軸の係合歯に対して摺接するゴム又は樹脂からなる表面層と、を有することを特徴としている。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、雌軸の係合歯の表面が複数の層で覆われていることにより、雌軸の係合歯と雄軸の係合歯との歯打ち音が抑制される。また、複数の層のうち、最も雄軸の係合歯側の層に、表面層が形成されており、その直下の層に摺動抵抗の低い繊維層が形成されているため、雌軸と雄軸の軸方向への相対摺動抵抗が低減される。また、繊維層が表面層で覆われているため、雄軸の係合歯との接触によって、繊維層内の繊維が切断されてしまう可能性が低くなり、繊維層の耐久性・耐摩耗性を向上させることができる。
【００１３】
（３）本発明の伸縮軸は、（１）又は（２）の構成を備えるものを前提として、前記表面層を構成するゴム又は樹脂が、撥水性または／および撥油性を有するものであることを特徴としている。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、表面層が撥水性又は／及び撥油性を有するものであるため、繊維層への油、グリス、水、埃等の侵入が防止され、繊維層の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る伸縮軸の横断面図およびその部分拡大図を示すものである。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る伸縮軸の横断面図およびその部分拡大図を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る伸縮軸について図面を参照しつつ説明する。図１に例示する伸縮軸１は、例えば、自動車のステアリングシャフトもしくは中間シャフトとして使用されるものであり、互いに軸回転方向に係合する係合歯をそれぞれ有し、軸方向には相対摺動可能とされた雌軸２と雄軸３とで主に構成されている。本実施形態では、上記係合歯として、雌軸２の内周面に形成された雌スプライン歯４と、雄軸３の外周面に形成された雄スプライン歯５とを例示する。
【００１７】
雌軸２は、例えば金属等の剛体製の中空軸材からなり、その嵌合穴６の周縁に雌スプライン歯４を有している。一方、雄軸３は、例えば金属等の剛体製の中実軸材からなり、その外周に上記雌スプライン歯４に対応して形成された雄スプライン歯５を有しており、雌軸２の嵌合穴６に軸方向に相対摺動可能に嵌め込まれる。なお、雌軸２と雄軸３との間には、後述する被覆層７を設けるための隙間が回転方向および径方向に確保されている。
【００１８】
雄軸３の雄スプライン歯５の表面には、３つの層からなる被覆層７が全周に亘って形成されている。被覆層７のうち、最も雄軸３に近い層として、ゴム又は樹脂からなる基層８が雄軸３の雄スプライン歯５の表面を覆っており、その基層８の表面を、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層９が覆っており、さらに、その繊維層９の表面を、ゴム又は樹脂からなる表面層１０が覆っている。なお、基層８は雄軸３の表面に固着されており、繊維層９は基層８の表面に固着されており、表面層１０は繊維層９の表面に固着されている。これらの３つの層８〜１０からなる被覆層７の肉厚は、例えば、雄スプライン歯５の歯面５ａと雌スプライン歯４の歯面４ａとの隙間サイズと同程度とすることができる。但し、表面層１０は、後述する理由から他の層８，９よりも格段に薄くなっている。
【００１９】
なお、雄スプライン歯５の歯先部５ｂに積層された被覆層７ａと雌スプライン歯４同士の谷間２ａとの間には、半径方向の隙間が設けられていてもよい。また、雌スプライン歯４の歯先部４ｂと、雄スプライン歯５同士の谷間３ａに積層された被覆層７ｂとの間にも半径方向の隙間が設けられていてもよい。これらの隙間は両方設けられていてもよいし、片方のみ設けられていてもよい。
【００２０】
基層８は、例えば、ウレタンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロヒドリンゴム、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム等を単独で、又はこれらのゴムを各種変性処理したものやアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＰＥＴ樹脂、及び、フッ素樹脂等を使用することができる。
【００２１】
繊維層９は、アラミド繊維、ナイロン、ウレタン、木綿、絹、麻、アセテート、レーヨン、フッ素を含む繊維、及び、ポリエステル等によって形成可能であって、ゴム又は樹脂で含浸処理されている。繊維の形状は、例えば短繊維形状や長繊維形状であってもよい。
【００２２】
ゴム又は樹脂により繊維を含浸処理することで、繊維の間にゴム材又は樹脂材が入り込み、繊維同士を接着させてまとめあげ、繊維層９として機能させることが可能となる。また、繊維にゴム等が含浸されることにより、繊維同士の擦れによる摩耗が低減されると共に、さらには繊維層９の耐摩耗性の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
なお、ゴムは、繊維を含浸処理できるものであればよい。このゴムとしては、例えば、ウレタンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロヒドリンゴム、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム等を単独で、又はこれらのゴムを各種変性処理したものを使用することができる。これらのゴムは、単独で使用することができるほか、複数種のゴムをブレンドして用いることもできる。また、ゴムには、加硫剤のほか、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、及び、着色剤等の従来からゴムの配合剤として使用していたものを適量配合することができる。さらに、上記ゴムの代わりに、又は上記ゴムとともに、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＰＥＴ樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、アルキド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性樹脂、又は熱硬化樹脂を用いることもできる。
【００２４】
上記のゴム又は樹脂による繊維への含浸処理は、ゴム又は樹脂を溶剤等で溶解し液状とした後、所定の繊維（短繊維、長繊維や布）をディッピング処理する方法が好適に使用される。繊維層９の前駆体として、繊維をシート状に形成した布を使用することができる。この布のゴム又は樹脂の含浸処理の方法も上記と同様な方法で行われる。
【００２５】
布を構成するものとしては、繊維を不規則にからめた不織布や、規則的に成形した織布や編布（ニット）等が挙げられる。これらの布は、シート状であることから、ゴム等による含浸処理を行い易く（ハンドリングが容易）、さらに基層８や表面層１０にも接着し易いといった特徴を有する。なお、上記織布の織り方については、平織、朱子織、及び綾織等が用いられる。
【００２６】
また、上記の布は、ある程度の伸縮性があるものがよい。布を雄スプライン歯５の形状に沿った形へ成型する場合、布に伸縮性があることで、布表面が雄スプライン歯５の形状に追従して馴染みやすく、出来上がった繊維層９の表面にシワ等が発生しにくく、表面が均一に仕上がるといった利点がある。その結果、雄軸３と雌軸２との間で発生する軸方向の摺動抵抗を更に低減することができる。特に、布の伸縮性を示す方向は、少なくとも略円筒状の繊維層９の周方向と一致するように繊維層９を製造することで、上記シワ等の発生をより一層抑えることが可能となる。
【００２７】
表面層１０は、繊維層９への水、グリス、油、埃等の侵入を防止するために、撥水性又は撥油性を備えたものである。撥水性又は／及び撥油性の機能を発現させるために、シリコン樹脂、ＰＴＦＥ、ウレタン樹脂及びアクリルシリコーン樹脂やこれらの微粒子のうち少なくとも１つを含むゴム又は樹脂で形成されていてもよいし、シリコン樹脂、ＰＴＦＥ、ウレタン樹脂又はアクリルシリコーン樹脂そのもので形成されていてもよい。なお、シリコン樹脂、ＰＴＦＥ、ウレタン樹脂及びアクリルシリコーン樹脂やこれらの微粒子のうち少なくとも１つを含むゴム又は樹脂としては、例えばニトリルブタジエンゴム等が考えられる。撥水性又は／及び撥油性を発現させるために、ゴム又は樹脂中に加える樹脂の割合は、例えばゴム又は樹脂１００に対し、５ｗｔ％以上５０ｗｔ％未満、好ましくは１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％である。撥水性や撥油性を発現させる成分が少ないと撥水性や撥油性の効果が少なく、逆に撥水性や撥油性を発現する成分が多いと繊維層９との接着が悪くなり、使用中に表面層１０が繊維層９から剥離してしまう虞がある。
【００２８】
また、表面層１０は、繊維層９に含まれる繊維が雌スプライン歯４（特に、雌スプライン歯４のエッジ部）に直接当たって切断されてしまうことを防止する役割も果たしている。また、表面層１０としては、摩擦抵抗の小さい繊維層９の特性を生かすために、一定の強度および耐久性を確保することを前提に、できるだけ薄いものを採用することが望ましい。
【００２９】
（第１の実施形態に係る伸縮軸の作用効果）
上記構成によれば、雄スプライン歯５の表面に形成された被覆層７の最も雌スプライン歯４側の層に、薄い表面層１０が形成されており、その直下の層に摺動抵抗の低い繊維層９が形成されていることにより、雌軸２と雄軸３の軸方向への相対摺動抵抗が低減され、この伸縮軸１の伸縮を円滑に行わせることができる。また、表面層１０は、撥水性又は／及び撥油性を有するため、繊維層９への油、グリス、水、埃等の侵入が防止され、繊維層９の劣化を抑制することができる。また、繊維層９が表面層１０で覆われているため、雌スプライン歯４との接触によって、繊維層９内の繊維が切断されてしまう可能性が低くなり、繊維層９の耐久性・耐摩耗性が向上する。
【００３０】
また、雌スプライン歯４と雄スプライン歯５との隙間に、繊維層９等を含む被覆層７が介在しているため、歯打ち音が抑制されるとともに、雌軸２と雄軸３との軸回転方向および径方向に関するがたつきが抑えられ、更には、スプライン歯４，５における応力集中も抑えられる。また、被覆層７が、ゴム又は樹脂からなる基層８、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層９、並びに、ゴム又は樹脂からなる表面層１０で構成されていることから、ねじり初期剛性を低くでき、この伸縮軸１の組立作業を容易に行うことが可能となる。
【００３１】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施の形態に係る伸縮軸について図面を参照しつつ説明する。図２に例示する伸縮軸１１も、例えば自動車のステアリングシャフトもしくは中間シャフトとして使用されるものであり、互いに軸回転方向に係合する係合歯をそれぞれ有し、軸方向には相対摺動可能とされた雌軸１２と雄軸１３とで主に構成されている。本実施形態でも、上記係合歯として、雌軸１２の内周面に形成された雌スプライン歯１４と、雄軸１３の外周面に形成された雄スプライン歯１５とを例示する。
【００３２】
雌軸１２は、第１の実施形態のものと同様に、例えば金属等の剛体製の中空軸材からなり、その嵌合穴１６の周縁に雌スプライン歯１４を有している。一方、雄軸１３も、第１の実施形態のものと同様に、例えば金属等の剛体製の中実軸材からなり、その外周に上記雌スプライン歯１４に対応して形成された雄スプライン歯１５を有しており、雌軸１２の嵌合穴１６に軸方向に相対摺動可能に嵌め込まれる。なお、雌軸１２と雄軸１３との間には、後述する被覆層１７を設けるための隙間が回転方向および径方向に確保されている。
【００３３】
雌軸１２の雌スプライン歯１４の表面には、３つの層からなる被覆層１７が全周に亘って形成されている。被覆層１７のうち、最も雌軸１２に近い層として、ゴム又は樹脂からなる基層１８が雌軸１２の雌スプライン歯１４の表面を覆っており、その基層１８の表面を、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層１９が覆っており、さらに、その繊維層１９の表面を、ゴム又は樹脂からなる表面層２０が覆っている。なお、基層１８は雌軸１２の表面に固着されており、繊維層１９は基層１８の表面に固着されており、表面層２０は繊維層１９の表面に固着されている。これらの３つの層１８〜２０からなる被覆層１７の肉厚は、例えば、雄スプライン歯１５の歯面１５ａと雌スプライン歯１４の歯面１４ａとの隙間サイズと同程度とすることができる。但し、表面層２０は、第１の実施形態における表面層１０と同様の理由から他の層１８，１９よりも格段に薄くなっている。
【００３４】
なお、雌スプライン歯１４の歯先部１４ｂに積層された被覆層１７ａと雄スプライン歯１５同士の谷間１３ａとの間には、半径方向の隙間が設けられていてもよい。また、雄スプライン歯１５の歯先部１５ｂと、雌スプライン歯１４同士の谷間１２ａに積層された被覆層１７ｂとの間にも半径方向の隙間が設けられていてもよい。これらの隙間は両方設けられていてもよいし、片方のみ設けられていてもよい。
【００３５】
上記基層１８、繊維層１９および表面層２０については、それぞれ、第１の実施形態で説明した基層８、繊維層９および表面層１０と同様のものであり、それらの製法も同様である。
【００３６】
（第２の実施形態に係る伸縮軸の作用効果）
上記構成によれば、雌スプライン歯１４の表面に形成された被覆層１７の最も雄スプライン歯１５側の層に、薄い表面層２０が形成されており、その直下の層に摺動抵抗の低い繊維層１９が形成されていることにより、雌軸１２と雄軸１３の軸方向への相対摺動抵抗が低減され、この伸縮軸１１の伸縮を円滑に行わせることができる。また、表面層２０は、撥水性又は／及び撥油性を有するため、繊維層１９への油、グリス、水、埃等の侵入が防止され、繊維層１９の劣化を抑制することができる。また、繊維層１９が表面層２０で覆われているため、雄スプライン歯１５との接触によって、繊維層１９内の繊維が切断されてしまう可能性が低くなり、繊維層１９の耐久性・耐摩耗性が向上する。
【００３７】
また、雌スプライン歯１４と雄スプライン歯１５との隙間に、繊維層１９等を含む被覆層１７が介在しているため、歯打ち音が抑制されるとともに、雌軸１２と雄軸１３との軸回転方向および径方向に関するがたつきが抑えられ、更には、スプライン歯１４，１５における応力集中も抑えられる。また、被覆層１７が、ゴム又は樹脂からなる基層１８、ゴム又は樹脂を含浸させた繊維からなる繊維層１９、並びに、ゴム又は樹脂からなる表面層２０で構成されていることから、ねじり初期剛性を低くでき、この伸縮軸１１の組立作業を容易に行うことが可能となる。
【００３８】
以上、本発明の第１および第２の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、「繊維層９，１９」の繊維をゴム等で含浸処理する例について述べたが、本発明はこれに限定されず、繊維をシート状に形成した布を用いて繊維層９，１９を形成しても良い。例えば、ゴム等で含浸処理された帆布、ベルベット、デニム、織布、編布を採用することができる。また、縦横一方に伸縮する、または縦横両方に伸縮する繊維を採用しても良い。
【００４０】
また、既述した効果（例えば、繊維層９，１９の耐久性・耐摩耗性の向上、歯打ち音の抑制、軸回転方向および径方向のがたつき抑制、スプライン歯における応力集中の抑制、ねじり初期剛性の低下等）を奏することができれば、必ずしも、被覆層７，１７が雄軸３や雌軸１２に固着（接着等）されている必要はない。
【符号の説明】
【００４１】
１，１１    伸縮軸
２，１２    雌軸
３，１３    雄軸
４，１４    雌スプライン歯（係合歯）
５，１５    雄スプライン歯（係合歯）
７，１７    被覆層（複数の層）
９，１９    繊維層
１０，２０  表面層
【図１】
2015021511.tif 000003
【図２】
2015021511.tif 000004