(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール側に取り付けられる入力シャフトと連結される第１シャフト部と、
出力トルクを発生する出力シャフトと連結される第２シャフト部と、
前記第１シャフト部及び前記第２シャフト部と一体に設けられ、前記第１シャフト部と前記第２シャフト部とを連結する第３シャフト部とを有し、
前記第３シャフト部の外径は、前記第２シャフト部の外径よりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であり、
前記第３シャフト部の硬さは、前記第２シャフト部の硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であるステアリング装置用シャフト。
【請求項２】
前記第３シャフト部と前記第２シャフト部とで段差部が形成されており、
前記段差部の近傍における前記第３シャフト部の硬さは、前記段差部の近傍における前記第２シャフト部の硬さの硬さよりも大きい請求項１に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項３】
前記第２シャフト部は、前記出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記ストッパ部と前記第３シャフト部との間に設けられ、前記第３シャフト部よりも大きな外径を有する大径部とを含み、
前記第３シャフト部の硬さは、前記大径部の硬さよりも大きい請求項１又は請求項２に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項４】
ステアリングホイール側に取り付けられる入力シャフトと連結される第１シャフト部と、
出力トルクを発生する出力シャフトと連結される第２シャフト部と、
前記第１シャフト部及び前記第２シャフト部と一体に設けられ、前記第１シャフト部と前記第２シャフト部とを連結する第３シャフト部とを有し、
前記第３シャフト部は、前記第１シャフト部側に設けられた小径部と、前記小径部と前記第２シャフト部とを連結し、前記第２シャフト部よりも小さい外径を有する中径部と、を含み、
前記小径部の外径は、前記中径部の外径よりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であり、
前記小径部の硬さは、前記第２シャフト部の硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であるステアリング装置用シャフト。
【請求項５】
前記第２シャフト部は、前記出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記ストッパ部と前記第３シャフト部との間に設けられ、前記第３シャフト部よりも大きな外径を有する大径部とを含み、
前記小径部の硬さは、前記大径部の硬さよりも大きい請求項４に記載のステアリング装置用シャフト。
【請求項６】
出力トルクを発生する出力シャフト又はピニオンシャフトに接続されるヨークと、
前記ヨークに対し軸方向の反対側に配置されるスプライン軸部と、
前記ヨーク及び前記スプライン軸部と一体に設けられ、前記ヨークと前記スプライン軸部とを連結するシャフト部とを有し、
前記シャフト部の外径は、軸方向と交差する方向の前記ヨークの大きさよりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であり、
前記シャフト部の硬さは、前記ヨークの硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であるステアリング装置用シャフト。
【請求項７】
素材を径方向に絞り加工を行うことにより、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分とを形成し、前記第２部分に加工硬化層を形成する工程と、
前記素材の前記第１部分及び前記第２部分を軸方向に型にプレスで押し込むことにより、スプライン溝が設けられたスプライン軸部と、前記スプライン軸部と反対側の端部に形成された大径部と、前記スプライン軸部と前記大径部との間に設けられ、前記大径部よりも小さい外径を有し、軸方向に沿った方向に一定の外径を有する中間軸部と、を一体に形成する工程と、を有するステアリングシャフト装置用シャフトの製造方法。
【請求項８】
前記大径部と前記中間軸部との段差部を、前記加工硬化層を残しつつ軸方向に切削する工程を含む請求項７に記載のステアリングシャフト装置用シャフトの製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項５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、
前記第２シャフト部と連結され、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、電動パワーステアリング装置のステアリングコラムシャフトに用いられる中間シャフトについて記載されている。
【０００３】
特許文献１のステアリングコラムシャフトは、アッパーシャフト、中間シャフト、インプットシャフト及びアウトプットシャフトを含み、各構成部材は、スプライン結合や圧入により接続されている。ステアリングコラムシャフトの中間シャフトは、テーパ状の縮径部を有しており、基準トルク以上の大きさのトルクが入力されたときに縮径部の全域を塑性変形させて衝撃エネルギ吸収量を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、ステアリングコラムシャフトを構成する部材点数が多く、各部材同士を接続するための工程が多くなるため、製造コストが増大する可能性がある。また、各部材同士の接続箇所でのトルク伝達の信頼性が低下する場合もある。
【０００６】
本発明は、部材の数を低減するとともに、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は、ステアリングホイール側に取り付けられる入力シャフトと連結される第１シャフト部と、出力トルクを発生する出力シャフトと連結される第２シャフト部と、前記第１シャフト部及び前記第２シャフト部と一体に設けられ、前記第１シャフト部と前記第２シャフト部とを連結する第３シャフト部とを有し、前記第３シャフト部の外径は、前記第２シャフト部の外径よりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であり、前記第３シャフト部の硬さは、前記第２シャフト部の硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定である。
【０００８】
これによれば、第１シャフト部、第２シャフト部及び第３シャフト部が一体に設けられ、第２シャフト部が出力シャフトに接続されているため、部材の数が低減される。各部材同士の結合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。さらに、第３シャフト部の外径及び硬さが、軸方向に沿った方向において一定である。このため、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シャフト部は捩じりにより塑性変形するため、第３シャフト部により衝撃エネルギが吸収される。したがって良好な衝撃エネルギ吸収が可能である。
【０００９】
本発明の一態様に係るステアリング装置用シャフトにおいて、前記第３シャフト部と前記第２シャフト部とで段差部が形成されており、前記段差部の近傍における前記第３シャフト部の硬さは、前記段差部の近傍における前記第２シャフト部の硬さよりも大きい。これによれば、応力が集中する段差部の近傍において第３シャフト部の硬さが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。
【００１０】
本発明の一態様に係るステアリング装置用シャフトにおいて、前記第２シャフト部は、前記出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記ストッパ部と前記第３シャフト部との間に設けられ、前記第３シャフト部よりも大きな外径を有する大径部とを含み、前記第３シャフト部の硬さは、前記大径部の硬さよりも大きい。これによれば、出力シャフトと連結されるストッパ部よりも、大径部の外径を大きくすることが容易であり、第２シャフト部の大径部の外径を第３シャフト部の外径よりも大きくすることができる。
【００１１】
本発明の一態様に係るステアリング装置用シャフトは、ステアリングホイール側に取り付けられる入力シャフトと連結される第１シャフト部と、出力トルクを発生する出力シャフトと連結される第２シャフト部と、前記第１シャフト部及び前記第２シャフト部と一体に設けられ、前記第１シャフト部と前記第２シャフト部とを連結する第３シャフト部とを有し、前記第３シャフト部は、前記第１シャフト部側に設けられた小径部と、前記小径部と前記第２シャフト部とを連結し、前記第２シャフト部よりも小さい外径を有する中径部と、を含み、前記小径部の外径は、前記中径部の外径よりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であり、前記小径部の硬さは、前記第２シャフト部の硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定である。
【００１２】
このような態様であっても、第１シャフト部、第２シャフト部及び第３シャフト部が一体に設けられ、第２シャフト部が出力シャフトに接続されているため、部材の数が低減される。第３シャフト部は、小径部と中径部とを含むため、トルクが入力された場合、小径部が塑性変形しやすくなっており、第３シャフト部と第２シャフト部との段差部における応力集中が抑制される。したがって、良好な衝撃エネルギ吸収が可能であり信頼性の向上を図ることができる。
【００１３】
前記第２シャフト部は、前記出力シャフトと連結されるストッパ部と、前記ストッパ部と前記第３シャフト部との間に設けられ、前記第３シャフト部よりも大きな外径を有する大径部とを含み、前記小径部の硬さは、前記大径部の硬さよりも大きい。これによれば、出力シャフトと連結されるストッパ部よりも、大径部の外径を大きくすることが容易であり、第２シャフト部の大径部の外径を第３シャフト部の小径部の外径よりも大きくすることができる。
【００１４】
本発明の一態様に係るステアリング装置用シャフトは、出力トルクを発生する出力シャフト又はピニオンシャフトに接続されるヨークと、前記ヨークに対し軸方向の反対側に配置されるスプライン軸部と、前記ヨーク及び前記スプライン軸部と一体に設けられ、前記ヨークと前記スプライン軸部とを連結するシャフト部とを有し、前記シャフト部の外径は、軸方向と交差する方向の前記ヨークの大きさよりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であり、前記シャフト部の硬さは、前記ヨークの硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定である。
【００１５】
これによれば、ステアリング装置用シャフトはインターミディエイトシャフトのアッパーシャフトに適用可能である。ヨーク、スプライン軸部及びシャフト部が一体に設けられているため、例えばヨークとシャフト部とを溶接等により結合する工程を省くことができ、製造コストを低減できる。また、シャフト部の外径及び硬さが、軸方向に沿った方向において一定である。このため、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、シャフト部は捩じりにより塑性変形するため、シャフト部により衝撃エネルギが吸収される。したがって、良好な衝撃エネルギ吸収が可能である。
【００１６】
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、素材を径方向に絞り加工を行うことにより、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分とを形成し、前記第２部分に加工硬化層を形成する工程と、前記素材の前記第１部分及び前記第２部分を軸方向に型にプレスで押し込むことにより、スプライン溝が設けられたスプライン軸部と、前記スプライン軸部と反対側の端部に形成された大径部と、前記スプライン軸部と前記大径部との間に設けられ、前記大径部よりも小さい外径を有し、軸方向に沿った方向に一定の外径を有する中間軸部と、を一体に形成する工程と、を有する。
【００１７】
これによれば、素材がステアリング装置用シャフトの形状に近い形状にプレス加工されるため、切削加工の時間を短縮して製造コストを低減できる。また、絞り加工及びプレス加工により、中間軸部に加工硬化層が形成され、中間軸部の硬さは大径部の硬さよりも大きくなり、かつ軸方向に一定に形成される。
【００１８】
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において、前記大径部と前記中間軸部との段差部を、前記加工硬化層を残しつつ軸方向に切削する工程を含む。これによれば、中間軸部と大径部との段差部が切削されるため、軸方向に沿って一定の硬さを有する第３シャフト部が形成される。このため、良好な衝撃エネルギ吸収が可能である。
【００１９】
本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、上記のステアリング装置用シャフトと、前記第２シャフト部と連結され、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。
【００２０】
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製造コストを低減することができる。また、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シャフト部は捩じりにより塑性変形するため、第３シャフト部により衝撃エネルギが吸収される。したがって良好な衝撃エネルギ吸収が可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、部材の数を低減するとともに、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】
【００２２】
【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側断面図である。
【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側面図である。
【図５】図５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６】図６は、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係るトルクセンサシャフトの側面図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係るトルクセンサシャフトの製造工程において、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。
【図９】図９は、実施例に係るトルクセンサシャフトの、入力トルクとねじれ角度との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、比較例に係るトルクセンサシャフトの、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態に係るインターミディエイトシャフトの模式断面図である。
【図１２】図１２は、インターミディエイトシャフトのヨークを軸方向から見たときの側面図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係るアッパーシャフトの製造工程において、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（第１の実施形態）
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１に示すように、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。
【００２７】
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、ＥＣＵ１０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。
【００２８】
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。減速装置３２は出力シャフト２２Ｂに接続される。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。
【００２９】
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。アッパーシャフト２７Ａとロアシャフト２７Ｂとが軸方向に相対移動することで、インターミディエイトシャフト２７が伸縮する。
【００３０】
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。
【００３１】
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ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０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。
【００３２】
車速センサ１２は、車両の走行速度を検出する。車速センサ１２は、ＥＣＵ１０に接続される。車速センサ１２により検出された車速信号Ｖは、ＥＣＵ１０に出力される。
【００３３】
ＥＣＵ１０は、トルクセンサ２４から操舵トルクＴを取得し、車速センサ１２から車両の車速信号Ｖを取得する。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、算出された補助操舵指令値に基づいて、電動モータ３１に制御信号Ｘを出力する。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。
【００３４】
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、制御信号Ｘを出力して電動モータ３１の動作を制御する。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。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側断面図である。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、筒状の部材であるステアリングコラム４１と、ステアリングコラム４１よりもＸ１方向側に配置されたハウジング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、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。
【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、外周に雄スプライン４３が設けられている。雄スプライン４３は入力シャフト２２Ａの内周に設けられた雌スプライン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と重なって配置され、固定部材４６Ｂ、４６Ｃを介して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３シャフト部２３Ｃ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側面図である。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。
【００４６】
第１シャフト部２３Ａは、上述のように入力シャフト２２Ａと噛み合う雄スプライン４３が設けられている。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、センサストッパ部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】
センサストッパ部５４の外周面には、周方向に沿って複数の凹凸が形成されている。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。センサストッパ部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、センサストッパ部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、センサストッパ部５４及び円筒部５５よりも大きい外径を有する。
【００４８】
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、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、雄スプライン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。一方、第２シャフト部２３Ｂは、加工硬化層５１が設けられていない。又は、第２シャフト部２３Ｂに加工硬化層５１が設けられている場合であっても、第２シャフト部２３Ｂの加工硬化層５１の硬さは第３シャフト部２３Ｃの硬さよりも小さい。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。第２シャフト部２３Ｂと第３シャフト部２３Ｃとの段差部５２の近傍において、第３シャフト部２３Ｃの硬さは、第２シャフト部２３Ｂの硬さよりも大きくなっている。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、「一定の外径」及び「一定の硬さ」とは、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】
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は、ステアリングホイール２１側に取り付けられる入力シャフト２２Ａと噛み合う第１シャフト部２３Ａと、出力トルクを発生する出力シャフト２２Ｂと噛み合う第２シャフト部２３Ｂと、第１シャフト部２３Ａ及び第２シャフト部２３Ｂと一体に設けられ、第１シャフト部２３Ａと第２シャフト部２３Ｂとを連結する第３シャフト部２３Ｃとを有する。第３シャフト部２３Ｃの外径は、第２シャフト部２３Ｂの外径よりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定である。また、第３シャフト部２３Ｃの硬さは、第２シャフト部２３Ｂの硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定である。
【００５３】
これによれば、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、第２シャフト部２３Ｂが出力シャフト２２Ｂに接続されているため、部材の数が低減される。また、各部材同士の結合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。さらに、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。このため、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するため、第３シャフト部２３Ｃにより衝撃エネルギが吸収される。したがって、良好な衝撃エネルギ吸収が可能であり、トルク伝達の信頼性の向上が可能である。
【００５４】
本実施形態のトルクセンサシャフト２３において、第３シャフト部２３Ｃと第２シャフト部２３Ｂとで段差部５２が形成されており、段差部５２の近傍における第３シャフト部２３Ｃの硬さは、段差部５２の近傍における第２シャフト部２３Ｂの硬さよりも大きい。これによれば、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。
【００５５】
本実施形態のトルクセンサシャフト２３において、第２シャフト部２３Ｂは、出力シャフト２２Ｂと連結されるセンサストッパ部５４と、センサストッパ部５４と第３シャフト部２３Ｃとの間に設けられ、第３シャフト部２３Ｃよりも大きな外径を有する大径部５３とを含む。第３シャフト部２３Ｃの硬さは、大径部５３の硬さよりも大きい。これによれば、出力シャフト２２Ｂと連結されるセンサストッパ部５４よりも、大径部５３の外径を大きくすることが容易であり、第２シャフト部２３Ｂの外径を第３シャフト部２３Ｃの外径よりも大きくすることができる。出力シャフト２２Ｂの径が変更された場合であっても、センサストッパ部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。
【００５６】
本実施形態の電動パワーステアリング装置１００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、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の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。したがって、トルク伝達の信頼性の向上が可能である。
【００５７】
（製造方法）
図５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６は、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。まず、図５（Ａ）に示すように、ブランク（素材軸）２００を用意する。ブランク２００は、例えば丸棒形状の金属素材である。次に、ブランク２００の絞り加工を行う（図５（Ｂ））。これにより、第１ブランク部２０１と、第１ブランク部２０１よりも小さい外径の第２ブランク部２０２とを含むブランク２００Ａが形成される。第２ブランク部２０２の径は、絞り加工前のブランク２００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２０２は加工硬化層５１が形成される。第１ブランク部２０１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２０２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２００Ａは、絞り加工前のブランク２００に対して、径が小さく絞られ、軸方向の長さが長くなっている。
【００５８】
次に、ブランク２００Ａのプレス加工を行う（図５（Ｃ））。金型２１０Ａを、Ｘ２方向に沿ってブランク２００Ａの第１ブランク部２０１に押し込み、プレス加工を行う。その後、金型２１０Ｂを、Ｘ１方向に沿って第２ブランク部２０２に押し込み、プレス加工を行う。なお、第１ブランク部２０１のプレス加工と、第２ブランク部２０２のプレス加工とは、同じ工程で同時に行ってもよい。
【００５９】
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２００Ｂが形成される（図５（Ｄ））。鍛造品２００Ｂは、大径部２０１Ａ、ストッパ部２０１Ｂ、中間軸部２０２Ｂ及びスプライン軸部２０２Ａを有する。大径部２０１Ａ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２０１Ｂは、第２シャフト部２３Ｂのセンサストッパ部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２０２Ｂは、第３シャフト部２３Ｃが形成される予定の部分である。スプライン軸部２０２Ａは、第１シャフト部２３Ａが形成される予定の部分である。なお、スプライン軸部２０２ＡのＸ２方向の端部には、機械加工用の基準軸となる凹部２０８が形成される。
【００６０】
中間軸部２０２Ｂ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。一方、大径部２０１Ａは、プレス加工による径方向の変形が少ない部分であり、加工硬化層５１は形成されない。若しくは、大径部２０１Ａに加工硬化層が形成された場合であっても、この加工硬化層の硬さは、加工硬化層５１に比べて小さい。
【００６１】
次に鍛造品２００Ｂの切削加工を行う（図５（Ｅ））。図５（Ｅ）は、切削加工後の外径形状を二点鎖線で示している。中間軸部２０２Ｂの外径に対して厚さｔ１だけ切削して、第１切削部２０４Ａ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２０２Ｂ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２０２Ｂの径に対し６０％以上、７０％以下程度残ることとなる。中間軸部２０２Ｂと大径部２０１Ａとの段差部２０３は、Ｘ１方向に長さｔ２だけ切削され、第２切削部２０４Ｂの形状となる。つまり、切削により中間軸部２０２Ｂの軸方向の長さは、切削した長さｔ２の分長くなり、大径部２０１Ａの軸方向の長さは、少なくとも切削した長さｔ２の分短くなる。
【００６２】
図６に示すように、鍛造品２００Ｂの加工硬化層５１は、中間軸部２０２Ｂと大径部２０１Ａとの段差部２０３よりもＸ１方向側の領域まで形成されている。なお、図６では、プレス加工後の鍛造品２００Ｂを二点鎖線で示し、切削加工後の第２シャフト部２３Ｂ及び第３シャフト部２３Ｃを実線で示す。また、図６では、加工硬化層５１が形成される領域に斜線を付して示す。段差部２０３を長さｔ２だけＸ１方向に切削することにより、トルクセンサシャフト２３の第３シャフト部２３Ｃに加工硬化層５１が形成され、大径部５３に加工硬化層５１が残らないように形成される。これにより、第２シャフト部２３Ｂと第３シャフト部２３Ｃとの段差部５２の近傍において、第３シャフト部２３Ｃに加工硬化層５１が形成される。
【００６３】
図５（Ｅ）に示すように、大径部２０１Ａ及びストッパ部２０１Ｂは、第３切削部２０４Ｃ、第４切削部２０４Ｄ、第５切削部２０４Ｅの形状に切削加工される。ストッパ部２０１Ｂは、円筒部５５及びセンサストッパ部５４に加工され、大径部２０１Ａは、大径部５３の形状に加工される。大径部５３は、センサストッパ部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。このようにして、図５（Ｆ）に示すトルクセンサシャフト２３が製造される。
【００６４】
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、ブランク２００を軸方向に金型２１０Ａ、２１０Ｂにプレスで押し込むことにより、スプライン溝が設けられたスプライン軸部２０２Ａと、スプライン軸部２０２Ａと反対側の端部に形成された大径部２０１Ａと、スプライン軸部２０２Ａと大径部２０１Ａとの間に設けられ、大径部２０１Ａよりも小さい外径を有し、軸方向に沿った方向に一定の外径を有する中間軸部２０２Ｂと、を一体に形成する工程を有する。
【００６５】
これによれば、ブランク２００がトルクセンサシャフト２３の形状に近い形状にプレス加工されるため、切削加工の時間を短縮して製造コストを低減できる。また、ブランク２００を絞り加工及びプレス加工することにより、中間軸部２０２Ｂに加工硬化層５１が形成される。これにより、中間軸部２０２Ｂの硬さは、大径部２０１Ａの硬さよりも大きくなり、かつ軸方向に一定に形成される。
【００６６】
本実施形態のトルクセンサシャフト２３の製造方法は、大径部２０１Ａと中間軸部２０２Ｂとの段差部２０３を、軸方向に切削する工程を含む。これによれば、中間軸部２０２Ｂと大径部２０１Ａとの段差部２０３が切削されるため、軸方向に沿って一定の硬さを有する第３シャフト部２３Ｃが形成される。このため、良好な衝撃エネルギ吸収が可能である。
【００６７】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係るトルクセンサシャフトの側面図である。本実施形態のトルクセンサシャフト６３は、第１シャフト部６３Ａと、第２シャフト部６３Ｂと、第３シャフト部６３Ｃとを含む。第１シャフト部６３Ａ及び第２シャフト部６３Ｂの構成は、第１の実施形態と同様である。第２シャフト部６３Ｂは、大径部５３、センサストッパ部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る。センサストッパ部５４は、第１円筒部２２Ｂａ（図３参照）の内周面と係合する。大径部５３は、センサストッパ部５４及び円筒部５５よりも大きい外径を有する。本実施形態では、第３シャフト部６３Ｃは、小径部６３Ｃａと中径部６３Ｃｂとを有する。
【００６８】
図７に示すように、小径部６３Ｃａは第１シャフト部６３Ａに接続されている。中径部６３Ｃｂは、小径部６３Ｃａと第２シャフト部６３Ｂとを連結する。中径部６３Ｃｂの外径Ｄ６は、小径部６３Ｃａの外径Ｄ５よりも大きく、且つ、大径部５３の外径Ｄ７よりも小さい。小径部６３Ｃａの外径Ｄ５は、中径部６３Ｃｂの外径Ｄ６よりも小さく、第１シャフト部６３Ａの外径Ｄ４よりも小さい。小径部６３Ｃａの軸方向の長さは、中径部６３Ｃｂよりも長い。小径部６３Ｃａは加工硬化層７１が形成されており、小径部６３Ｃａの硬さは、大径部５３の硬さよりも大きく、且つ、小径部６３Ｃａと第１シャフト部６３Ａとの境界の近傍から、小径部６３Ｃａ中径部６３Ｃｂ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る。
【００６９】
本実施形態において、小径部６３Ｃａは、外径が大径部５３及び中径部６３Ｃｂよりも小さいため、塑性変形し易くなっている。したがって、トルクセンサシャフト６３に基準トルク以上の大きさのトルクが付加された場合、第３シャフト部６３Ｃの小径部６３Ｃａが捩じりにより塑性変形して、衝撃エネルギを吸収する衝撃エネルギ吸収部として機能する。このため、第２シャフト部６３Ｂと第３シャフト部６３Ｃとの段差部７２への応力の集中が抑制され、早期の破断が抑制される。
【００７０】
図８は、第２の実施形態に係るトルクセンサシャフトの製造工程において、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。図８は、プレス加工後の鍛造品２００Ｂの外径を二点鎖線で示し、切削加工後の第２シャフト部６３Ｂ及び第３シャフト部６３Ｃを実線で示している。また、図８は、加工硬化層７１が形成される領域に斜線を付して示す。トルクセンサシャフト６３の製造方法は、図５（Ａ）から図５（Ｄ）に示す工程と同様に、プレス加工により、鍛造品２００Ｂをトルクセンサシャフト６３の形状に近い形状に形成したのち、切削加工を行う。図８に示すように、加工硬化層７１は、中間軸部２０２Ｂに形成され、さらに、中間軸部２０２Ｂと大径部２０１Ａとの段差部２０３よりもＸ１方向の領域まで形成されている。図８では、加工硬化層７１が形成される領域に斜線を付して示す。中間軸部２０２Ｂを切削加工して小径部６３Ｃａを形成する。さらに、大径部２０１ＡのＸ２方向側の端部を切削加工することにより、小径部６３Ｃａと大径部５３との間に中径部６３Ｃｂを形成する。中径部６３ＣｂのＸ２方向の部分は、加工硬化層７１を含んでいてもよい。
【００７１】
このような工程により、第２シャフト部６３Ｂと第３シャフト部６３Ｃとの段差部７２の近傍の中径部６３Ｃｂには、加工硬化層７１は残らない。加工硬化層７１は、小径部６３Ｃａの軸方向における全領域に形成され、小径部６３Ｃａは軸方向において一定の硬さを有する。また、小径部６３Ｃａの外径は、第２シャフト部６３Ｂ及び中径部６３Ｃｂの外径よりも小さく、且つ軸方向において一定となっている。このため、小径部６３Ｃａは、第２シャフト部６３Ｂ及び中径部６３Ｃｂよりも塑性変形しやすくなる。したがって、小径部６３Ｃａが衝撃エネルギを吸収する衝撃エネルギ吸収部として機能し、トルク伝達の信頼性の向上が可能である。
【００７２】
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６３は、ステアリングホイール２１側に取り付けられる入力シャフト２２Ａと噛み合う第１シャフト部６３Ａと、出力トルクを発生する出力シャフト２２Ｂと噛み合う第２シャフト部６３Ｂと、第１シャフト部６３Ａ及び第２シャフト部６３Ｂと一体に設けられ、第１シャフト部６３Ａと第２シャフト部６３Ｂとを連結する第３シャフト部６３Ｃとを有する。第３シャフト部６３Ｃは、第１シャフト部６３Ａ側に設けられた小径部６３Ｃａと、小径部６３Ｃａと第２シャフト部６３Ｂとを連結し、第２シャフト部６３Ｂよりも小さい外径を有する中径部６３Ｃｂと、を含み、小径部６３Ｃａの外径は、中径部６３Ｃｂの外径よりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定であり、小径部６３Ｃａの硬さは、第２シャフト部６３Ｂの大径部５３の硬さよりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定である。
【００７３】
（実施例）
図９は、実施例に係るトルクセンサシャフトの、入力トルクとねじれ角度との関係を示すグラフである。図９に示す線Ｌ１は実施例１に係るトルクセンサシャフトを示し、線Ｌ２は実施例２に係るトルクセンサシャフトを示す。線Ｌ３は比較例に係るトルクセンサシャフトを示す。一点鎖線Ｒｅｆは、トルクセンサシャフトに入力される基準トルクを示す。基準トルクは、例えば４００（Ｎ×ｍ）である。
【００７４】
実施例１のトルクセンサシャフトは、第１の実施形態に係るトルクセンサシャフト２３と同様の構成である。本実施例において、第２シャフト部２３Ｂの大径部５３のビッカース硬さ（Ｈｖ）は、１４０以上、１８０以下、例えば１６０であり、第３シャフト部２３Ｃのビッカース硬さ（Ｈｖ）は、２２０以上、２６０以下、例えば２４０である。なお、硬さは、各部の表面をビッカース硬さ試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４）により測定した。なお、硬さの測定は、ビッカース硬さ試験に限られず、ロックウェル硬さ試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４５）等、他の方法であってもよい。
【００７５】
実施例２のトルクセンサシャフトは、第２の実施形態に係るトルクセンサシャフト６３と同様の構成である。本実施例において、第２シャフト部６３Ｂの大径部５３のビッカース硬さ（Ｈｖ）は、１４０以上、１８０以下、例えば１６０であり、第３シャフト部６３Ｃの中径部６３Ｃｂのビッカース硬さ（Ｈｖ）は、１８０以上、２２０以下、例えば２００であり、第３シャフト部６３Ｃの小径部６３Ｃａのビッカース硬さ（Ｈｖ）は、２２０以上、２６０以下、例えば２４０である。
【００７６】
図１０は、比較例に係るトルクセンサシャフトの、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。図１０は、プレス加工後の鍛造品２００Ｂの外径を二点鎖線で示し、切削加工後の第２シャフト部２２３Ｂ及び第３シャフト部２２３Ｃを実線で示している。また、図１０は、加工硬化層２５１が形成される領域に斜線を付して示す。比較例のトルクセンサシャフト２２３は、第２シャフト部２２３Ｂと第３シャフト部２２３Ｃの段差部２５２の近傍に加工硬化層２５１が設けられていない。第３シャフト部２２３Ｃの加工硬化層２５１が設けられている部分の外径は、加工硬化層２５１が設けられていない部分２２３Ｘの外径と等しい。比較例のトルクセンサシャフト２２３は、鍛造品２００Ｂの切削加工において、中間軸部２０２Ｂと大径部２０１Ａとの段差部２０３からＸ１方向に長さｔ３だけ切削されている。この切削加工の長さｔ３は、図６に示す長さｔ２に対して例えば２倍程度である。
【００７７】
比較例において第２シャフト部２２３Ｂの大径部２５３のビッカース硬さ（Ｈｖ）は、１４０以上、１８０以下、例えば１６０であり、第３シャフト部２２３Ｃの加工硬化層２５１が形成された部分のビッカース硬さ（Ｈｖ）は、２２０以上、２６０以下、例えば２４０である。また、第３シャフト部２２３Ｃの加工硬化層２５１が形成されていない部分２２３Ｘのビッカース硬さ（Ｈｖ）は、１８０以上、２２０以下、例えば２００である。
【００７８】
図９に示すように比較例のトルクセンサシャフト２２３は、段差部２５２の近傍に加工硬化層２５１が形成されていないため、基準トルク以上のトルクが入力されると、段差部２５２に応力が集中して、第３シャフト部２２３Ｃが塑性変形してねじれる前に早期に破断する。
【００７９】
これに対し、実施例１のトルクセンサシャフト２３は、段差部５２の近傍に加工硬化層５１が形成されているので、比較例よりも大きな入力トルクが入力された場合でも破断せず、第３シャフト部２３Ｃは大きいねじれ角度まで塑性変形する。したがって、良好な衝撃エネルギ吸収が可能であり、トルク伝達の信頼性の向上が可能であることが示された。
【００８０】
実施例２のトルクセンサシャフト６３は、小径部６３Ｃａの外径が小さいので、実施例１及び比較例よりも最大トルクが小さい。しかし、小径部６３Ｃａが塑性変形しやすくなっているので、実施例１及び比較例よりも大きいねじれ角度まで塑性変形する。したがって、実施例２のトルクセンサシャフト６３においても、良好な衝撃エネルギ吸収が可能であり、トルク伝達の信頼性の向上が可能であることが示された。
【００８１】
（第３の実施形態）
図１１は、第３実施形態に係るインターミディエイトシャフトの模式断面図である。図１２は、インターミディエイトシャフトのヨークを軸方向から見たときの側面図である。本実施形態の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（図１参照）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（図１参照）に接続される。ここで、アッパーシャフト２７Ａ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。
【００８２】
図１１に示すように、アッパーシャフト２７Ａは、ヨーク１２５と、シャフト部１３２と、スプライン軸部１３３とを有する。ヨーク１２５と、シャフト部１３２と、スプライン軸部１３３とは、一体に形成されている。ヨーク１２５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。ユニバーサルジョイント２６は、ジョイントヨーク１３６とスパインダ１３８とを含む。ヨーク１２５は、２つのアーム部１２５ａ、１２５ｂと、基部１２５ｃとを含む。基部１２５ｃにアーム部１２５ａ、１２５ｂが接続される。アーム部１２５ａ、１２５ｂは、軸方向に平行な方向に延在するとともに、軸方向に交差する方向に対向して設けられる。図１２に示すように、基部１２５ｃは略矩形状であり、基部１２５ｃの対向する２辺のうち、一方の辺にアーム部１２５ａが設けられ、他方の辺にアーム部１２５ｂが設けられる。
【００８３】
スプライン軸部１３３は、外周に雄スプライン１３５が設けられており、ロアシャフト２７Ｂのアウターチューブ１３０と噛み合う。シャフト部１３２は、ヨーク１２５とスプライン軸部１３３との間に配置され、ヨーク１２５とスプライン軸部１３３とを連結する。シャフト部１３２は、基部１２５ｃのアーム部１２５ａ、１２５ｂが接続された面と反対側に接続される。
【００８４】
ロアシャフト２７Ｂは、アウターチューブ１３０とヨーク１２１とを有する。ヨーク１２１はユニバーサルジョイント２８を介して、ピニオンシャフト２９Ａに接続される。ユニバーサルジョイント２８は、ジョイントヨーク１３７とスパインダ１３９とを含む。ユニバーサルジョイント２８の構成はこれに限定されない。アウターチューブ１３０は、中空の筒状の部材であり、ヨーク１２１に接続される。アウターチューブ１３０の内周に雌スプライン１３１が設けられており、スプライン軸部１３３の雄スプライン１３５とアウターチューブ１３０の雌スプライン１３１とが噛み合う。
【００８５】
このような構成により、アッパーシャフト２７Ａとロアシャフト２７Ｂとがスプライン結合されているので、インターミディエイトシャフト２７は、出力シャフト２２Ｂのトルクを伝達するとともに、軸方向と平行な方向に相対移動可能になっている。アッパーシャフト２７Ａとロアシャフト２７Ｂとが軸方向に相対移動することで、インターミディエイトシャフト２７が伸縮する。
【００８６】
本実施形態のアッパーシャフト２７Ａは、ヨーク１２５、スプライン軸部１３３及びシャフト部１３２が一体に設けられているため、例えば溶接等によりヨーク１２５とシャフト部１３２とを結合する工程を省くことができ、製造コストを低減できる。
【００８７】
シャフト部１３２の外径は、軸方向と交差する方向におけるヨーク１２５の大きさよりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定である。シャフト部１３２の外径は、基部１２５ｃの少なくとも１辺の長さよりも小さい。具体的には、シャフト部１３２の外径は、図１２に示す基部１２５ｃのアーム部１２５ａ、１２５ｂが設けられた２つの辺同士の間隔よりも小さい。さらに、シャフト部１３２の硬さは、ヨーク１２５の硬さよりも大きく、且つ、シャフト部１３２とスプライン軸部１３３との境界の近傍から、シャフト部１３２とヨーク１２５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る。このため、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、シャフト部１３２は捩じりにより塑性変形するため、シャフト部１３２により衝撃エネルギが吸収される。したがって、アッパーシャフト２７Ａは良好な衝撃エネルギ吸収が可能である。
【００８８】
また、シャフト部１３２とヨーク１２５とで段差部１５２が形成されており、シャフト部１３２は、段差部１５２の近傍の位置（例えば一点鎖線Ａで示す位置）まで加工硬化層１５１が形成されている。このため、段差部１５２の近傍におけるシャフト部１３２の硬さは、段差部１５２の近傍におけるヨーク１２５の硬さよりも大きい。このような構成により、応力が集中する段差部１５２の近傍においてシャフト部１３２の硬さが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。
【００８９】
本実施形態では、アッパーシャフト２７Ａが、出力シャフト２２Ｂ（図１参照）に接続され、ロアシャフト２７Ｂが、ステアリングギア機構２９のピニオンシャフト２９Ａ（図１参照）に接続される構成を示したが、これに限定されない。アッパーシャフト２７Ａがピニオンシャフト２９Ａに接続され、ロアシャフト２７Ｂが出力シャフト２２Ｂに接続される構成であってもよい。
【００９０】
図１３は、第３実施形態に係るアッパーシャフトの製造工程において、大径部と中間軸部との段差部の切削加工を説明するための模式断面図である。アッパーシャフト２７Ａは、トルクセンサシャフト２３の製造方法と同様に、プレス加工により鍛造品４００Ｂをアッパーシャフト２７Ａの形状に近い形状に形成したのち、切削加工を行う。図１３に示すように、加工硬化層１５１は、中間軸部４０２Ｂに形成され、さらに、中間軸部４０２Ｂと大径部４０１Ａとの段差部４０３よりもＸ２方向の領域まで形成されている。図１３では、加工硬化層１５１が形成される領域に斜線を付して示す。
【００９１】
中間軸部４０２Ｂを切削加工してシャフト部１３２を形成する。さらに、大径部４０１Ａを切削加工し、段差部４０３は、Ｘ２方向に長さｔ４だけ切削される。これにより、ヨーク１２５の基部１２５ｃと、シャフト部１３２との段差部１５２の近傍において、シャフト部１３２に加工硬化層１５１が形成される。また、段差部１５２の近傍のヨーク１２５には、加工硬化層１５１は残らない。なお、ヨーク１２５のアーム部１２５ａ、１２５ｂについても、プレス加工の際に鍛造品４００Ｂの大径部４０１Ａをアーム部１２５ａ、１２５ｂの形状に近い形状にすることで、切削加工に係る時間を短縮することができる。
【００９２】
このような工程により、シャフト部１３２の外径は、軸方向と交差する方向におけるヨーク１２５の大きさよりも小さく、且つ、軸方向に沿った方向において一定に形成される。また、シャフト部１３２の硬さは、ヨーク１２５よりも大きく、且つ、軸方向に沿った方向において一定に形成される。このため、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、シャフト部１３２は捩じりにより塑性変形するため、シャフト部１３２により衝撃エネルギが吸収される。したがって、アッパーシャフト２７Ａは良好な衝撃エネルギ吸収が可能であり、トルク伝達の信頼性が向上する。
【００９３】
以上説明したトルクセンサシャフト２３及びアッパーシャフト２７Ａの構成は適宜変更してもよい。トルクセンサシャフト２３及びアッパーシャフト２７Ａ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。アッパーシャフト２７Ａのヨーク１２５の形状等も適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１０  ＥＣＵ
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、６３、２２３  トルクセンサシャフト
２３Ａ、６３Ａ  第１シャフト部
２３Ｂ、６３Ｂ  第２シャフト部
２３Ｃ、６３Ｃ  第３シャフト部
２４  トルクセンサ
２５  電動アシスト装置
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
３１  電動モータ
３２  減速装置
４１  ステアリングコラム
４５  ハウジング
４８  車体取付ブラケット
５１、７１、１５１、２５１  加工硬化層
５２、７２、１５２、２５２  段差部
５３  大径部
５４  センサストッパ部
５５  円筒部
６３Ｃａ  小径部
６３Ｃｂ  中径部
１００  電動パワーステアリング装置
１２５  ヨーク
１３０  アウターチューブ
１３２  シャフト部
２００、２００Ａ  ブランク
２００Ｂ、４００Ｂ  鍛造品
２０１Ａ、４０１Ａ  大径部
２０１Ｂ  ストッパ部
２０２Ｂ、４０２Ｂ  中間軸部
２０３、４０３  段差部
【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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