(57)【要約】【課題】伸縮自在シャフトのスプライン嵌合の遊びを抑制する。【解決手段】本伸縮自在シャフトとしての中間軸２では、外軸部１３の端部１３ａの嵌合孔１３ｂに、内軸部１４の端部１４ａを挿入し、スプライン嵌合させる。外軸部１３は、外周１７ｄに縮径部１７ｅを設けた中空部材１７の内周１７ｃに雌スプライン１５を形成してなる。雌スプライン１５の加工後のスプリングバックにより、縮径部１７ｅに対応する雌スプライン１５の領域１５ａが残りの領域１５ｂよりも径方向内方へ突出し、両軸部１３，１４の嵌合のがたを格段に少なくすることができる結果、振動や騒音を低減することができ、しかも安価である。内周１９ｃに拡径部１９ｄを設けた中空部材１９に雄スプライン１６を形成してなる内軸部１４１を用いても良い。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雌スプラインを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌スプラインに係合する雄スプラインを軸方向に形成した内軸部を挿入してなる伸縮自在シャフトにおいて、上記外軸部は外周に縮径部を設けた中空部材の内周に雌スプラインを形成してなることを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項２】
雌スプラインを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌スプラインに係合する雄スプラインを軸方向に形成した内軸部を挿入してなる伸縮自在シャフトにおいて、上記内軸部は内周に拡径部を設けた中空部材の外周に雄スプラインを形成してなることを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項３】
雌スプラインを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌スプラインに係合する雄スプラインを軸方向に形成した内軸部を挿入してなる伸縮自在シャフトにおいて、上記外軸部は外周に縮径部を設けた第１の中空部材の内周に雌スプラインを形成してなり、上記内軸部は内周に拡径部を設けた第２の中空部材の外周に雄スプラインを形成してなることを特徴とする伸縮自在シャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置等に用いられる伸縮自在シャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
伸縮自在シャフトとしては、インターミディエイトシャフト、テレスコピック調節可能なステアリングシャフト等があり、中空の外軸部と、これに嵌合される内軸部とを有し、両軸部をスプライン嵌合することにより軸方向に摺動自在としている。この種の伸縮自在シャフトでは、回転時や摺動時の両軸部のがたつきを抑えるために多くの提案がなされている。
【０００３】
例えば、外軸部の雌スプラインの全ての歯の圧力角を、標準的な値と異ならせたものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、外軸部の雌スプラインの一部の歯の歯厚を、他の歯の歯厚と異ならせたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２８０７７８号公報
【特許文献２】
特開平５−１４１４３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１および特許文献２の伸縮自在シャフトでは、スプラインの歯の加工が特殊になるので、加工コストが高い。
また、伸縮自在シャフトにがたつきが生じると、異音や振動が生じる。
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、異音や振動の発生を抑制できて安価な伸縮自在シャフトを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明の伸縮自在シャフトは、雌スプラインを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌スプラインに係合する雄スプラインを軸方向に形成した内軸部を挿入してなる伸縮自在シャフトにおいて、上記外軸部は外周に縮径部を設けた中空部材の内周に雌スプラインを形成してなることを特徴とする。この発明によれば、外周に縮径部が形成された中空部材では、縮径部に対応する薄肉部が形成されている。このような中空部材の内周に工具を通して雌スプラインを加工するときに、工具による加工圧力で上記薄肉部が拡径された状態で雌スプラインが形成され、加工後に、スプリングバックにより薄肉部が元の状態に収縮する。このため、縮径部に対応する雌スプラインの領域は残りの領域よりも径方向内方へ突出するので、両軸部の嵌合のがたを格段に少なくすることができる結果、振動や騒音を低減することができる。また、がたを少なくできる雌スプラインを、通常の加工方法で安価に形成できる。
【０００７】
第２の発明の伸縮自在シャフトは、雌スプラインを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌スプラインに係合する雄スプラインを軸方向に形成した内軸部を挿入してなる伸縮自在シャフトにおいて、上記内軸部は内周に拡径部を設けた中空部材の外周に雄スプラインを形成してなることを特徴とする。この発明によれば、内周に拡径部が形成された中空部材では、拡径部に対応する薄肉部が形成されている。このような中空部材の外周に雄スプラインを加工するときに、工具による加工圧力で薄肉部が縮径された状態で雄スプラインが形成され、加工後に、スプリングバックにより薄肉部が元の状態に拡径する。このため、拡径部に対応する雄スプラインの領域は残りの領域よりも径方向外方へ突出するので、両軸部の嵌合のがたを格段に少なくすることができる結果、振動や騒音を低減することができる。また、がたを少なくできる雄スプラインを、通常の加工方法で安価に形成できる。
【０００８】
第３の発明の伸縮自在シャフトは、雌スプラインを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌スプラインに係合する雄スプラインを軸方向に形成した内軸部を挿入してなる伸縮自在シャフトにおいて、上記外軸部は外周に縮径部を設けた第１の中空部材の内周に雌スプラインを形成してなり、上記内軸部は内周に拡径部を設けた第２の中空部材の外周に雄スプラインを形成してなることを特徴とする。この発明によれば、第１および第２の発明の組合せにより、両軸部の嵌合のがたをより少なくでき、振動や騒音をより低減することができ、しかも、がたを少なくできて安価な伸縮自在シャフトを実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態の伸縮自在シャフトとしての中間軸を説明する。図１は、上述の中間軸を設けた車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、車両用操舵装置１は中間軸２を有する。中間軸２は、インターミディエイトシャフトとも呼ばれて、車輪（図示せず）を操向するためにステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを、一方の端部４ａにステアリングホイール３を連結されるステアリングシャフト４から、車輪を操向するための舵取り機構５へ伝達する。
【００１０】
車両用操舵装置１は、上述の操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、このステアリングシャフト４を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム６とを有する。ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂに、自在継手７、本中間軸２、自在継手８等を介して上述の舵取り機構５の回転軸９が連結される。ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４等を介して舵取り機構５に伝達され、これにより車輪を操向することができる。
【００１１】
ステアリングシャフト４は、一端にステアリングホイール３を連結する外軸部としてのアッパシャフト１０と、内軸部としてのロアシャフト１１とを有する。アッパシャフト１０とロアシャフト１１とは、ステアリングシャフト４の軸方向に沿って互いに相対移動自在に、且つ一体回転するように、スプライン嵌合構造により互いに連結されている。ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール３の位置を調節するために、また、自動車の衝突時の衝撃を吸収するために、伸縮可能な伸縮自在シャフトとして機能する。
【００１２】
車両用操舵装置１では、ステアリングコラム６を位置調節可能に車体１２（一部のみ図示）に支持して、ステアリングホイール３の位置を調節できるようにされている。位置調節に伴いステアリングシャフト４の他方の端部４ｂの位置が変化することがある。また、走行時に舵取り機構５の位置が変化することがある。このような位置の変化を吸収できるように、中間軸２は伸縮自在とされる。
中間軸２は、中空の外軸部１３と、内軸部１４とを有し、外軸部１３の端部１３ａの嵌合孔１３ｂに、内軸部１４の端部１４ａを挿入してなる。両軸部１３，１４の軸線はともに中間軸２の軸線と一致する。両軸部１３，１４の対応する端部１３ａ，１４ａは、中間軸２の軸方向Ｓに相対摺動自在に互いにスプライン嵌合される。両軸部１３，１４は、鋼等の金属部材からなる。
【００１３】
図２および図３を参照する。外軸部１３の端部１３ａの嵌合孔１３ｂの内周１３ｃには、雌スプライン１５がその軸方向Ｓに延びて形成される。雌スプライン１５は、その軸方向Ｓに所定長さで延びる多数のスプライン歯を有する。外軸部１３の端部１３ａの外周１３ｄには、所定の幅を持つ小径の縮径部１３ｅと、この縮径部１３ｅをその軸方向Ｓに挟む一対の太径部１３ｆとを有する。縮径部１３ｅの径方向内方に薄肉部１３ｇが形成される。
【００１４】
内軸部１４は例えば、中空形状に形成される。内軸部１４の端部１４ａの外周１４ｂには、雌スプライン１５と係合する雄スプライン１６がその軸方向Ｓに延びて形成される。雄スプライン１６は、その軸方向Ｓに所定長さで延びる多数のスプライン歯を有する。雌スプライン１５の歯と雄スプライン１６の歯とは互いに噛み合わされる。両スプライン１５，１６の歯が縮径部１３ｅの径方向内方において常に噛み合うように、縮径部１３ｅは配置される。
【００１５】
本実施形態では、図４Ｂ，図４Ｅを参照して、外軸部１３は、外周１７ｄに縮径部１７ｅを設けた製造用中間体としての中空部材１７の内周１７ｃに雌スプライン１５を形成してなる。図４Ａを参照して、例えば、所定長のパイプ材１７ａに、内周１７ｃおよび外周１７ｄを加工し、この外周加工と同時に縮径部１７ｅを加工して、図４Ｂに示す上述の中空部材１７を得る。中空部材１７には、縮径部１７ｅに対応して薄肉部１７ｇが形成される。その後、中空部材１７の内周１７ｃに雌スプライン１５が例えばブローチ加工により形成されて、図４Ｅに示す外軸部１３を得る。図４Ｂおよび図４Ｅを参照して、中空部材１７の内周１７ｃ、外周１７ｄ、縮径部１７ｅおよび薄肉部１７ｇが、外軸部１３の対応する内周１３ｃ、外周１３ｄ、縮径部１３ｅおよび薄肉部１３ｇとなる。次に、外軸部１３に、予め形成された内軸部１４を嵌合して、中間軸２を得る。
【００１６】
このように本実施形態によれば、図４Ｂを参照して、外周１７ｄに縮径部１７ｅが形成された中空部材１７では、縮径部１７ｅに対応する薄肉部１７ｇが形成されている。このような中空部材１７の内周１７ｃに工具１８を通して雌スプライン１５を加工するときに、図４Ｃを参照して、工具１８による加工圧力で上記薄肉部１７ｇが径方向外方Ｒ１へ付勢されて拡径された状態で雌スプライン１５が形成され、加工後に、図４Ｄを参照して、スプリングバックにより薄肉部１７ｇが元の状態に収縮する。このため、軸方向Ｓについて、縮径部１７ｅに対応する雌スプライン１５の領域１５ａは残りの領域１５ｂよりも径方向内方Ｒ２へ突出する。例えば、領域１５ａの内周は、領域１５ｂの内周に比べて数μｍ小さく仕上がる。その結果、図４Ｅに示すように、両軸部１３，１４を組み合わせたときに、両軸部１３，１４のスプライン嵌合のがたを格段に少なくすることができる。従って、振動や騒音を低減することができる。
【００１７】
また、がたを少なくできる雌スプライン１５を、通常の加工方法で安価に形成できる。
また、図４Ｂを参照して、本中間軸２では、外軸部１３の製造用中間体としての中空部材１７に縮径部１７ｅを設けるようにした。これにより、がたつきを防止するための設計変更が僅かで済み、がたつきの防止をコスト上昇なしに実現できる。また、がたつきを防止するための従来のばね部材等を用いずに済ますこともできる。
【００１８】
また、図２を参照して、縮径部１３ｅに対応する薄肉部１３ｇは、中間軸２の径方向Ｒ１，Ｒ２に弾性変形して、内軸部１４を弾力的に付勢でき、吸振作用を発揮し、振動および異音の低減に効果的に寄与する。
本発明の第２の実施形態を説明する。以下では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略して同じ符号を付しておく。また、後述する他の実施形態や変形例についても同様にして説明する。
【００１９】
図５および図６を参照する。第２実施形態の中間軸２０１は、第１実施形態の外軸部１３に代えて外軸部１３１を有し、第１実施形態の内軸部１４に代えて内軸部１４１を有する。
外軸部１３１の端部１３ａは、外周１３ｄを軸方向について断面形状一定とし、外周１３ｄは上述の縮径部１３ｅを省略されている。雌スプライン１５は軸方向Ｓについて同等に形成される。
【００２０】
内軸部１４１は、その内周１４ｃに拡径部１４ｄと、拡径部１４ｄを軸方向に挟む一対の細径部１４ｆを設けられる。拡径部１４ｄに対応して、その径方向外方に、薄肉部１４ｅが形成される。
図７Ｂ，図７Ｅを参照して、内軸部１４１は、内周１９ｃに拡径部１９ｄを設けた製造用中間体としての中空部材１９の外周１９ｂに雄スプライン１６を形成してなる。図７Ａを参照して、例えば、所定長のパイプ材１９ａに、外周１９ｂおよび内周１９ｃを加工し、この内周加工と同時に拡径部１９ｄを加工して、図７Ｂに示す上述の中空部材１９を得る。中空部材１９には、拡径部１９ｄに対応して薄肉部１９ｅが形成される。その後、中空部材１９の外周１９ｂに雄スプライン１６が例えば歯切り切削加工により形成されて、図７Ｅに示す内軸部１４１を得る。図７Ｂ，図７Ｅを参照して、中空部材１９の外周１９ｂ、内周１９ｃ、拡径部１９ｄおよび薄肉部１９ｅが、内軸部１４１の対応する外周１４ｂ、内周１４ｃ、拡径部１４ｄおよび薄肉部１４ｅとなる。次に、予め形成された外軸部１３１に、上述のようにして形成された内軸部１４１を嵌合して、中間軸２０１を得る。
【００２１】
このように本発明の第２実施形態によれば、図７Ｂを参照して、内周１９ｃに拡径部１９ｄが形成された中空部材１９では、拡径部１９ｄに対応する薄肉部１９ｅが形成されている。このような中空部材１９の外周１９ｂに雄スプライン１６を加工するときに、図７Ｃを参照して、工具２０による加工圧力で薄肉部１９ｅが径方向内方Ｒ２へ付勢されて縮径された状態で雄スプライン１６が形成され、加工後に、図７Ｄを参照して、スプリングバックにより薄肉部１９ｅが元の状態に拡径する。このため、軸方向Ｓについて拡径部１９ｄに対応する雄スプライン１６の領域１６ａは、残りの領域１６ｂよりも径方向外方Ｒ１へ突出する。例えば、領域１６ａの外周は、領域１６ｂの外周に比べて数μｍ大きく仕上がる。その結果、両軸部１３１，１４１の嵌合のがたを格段に少なくすることができる結果、振動や騒音を低減することができる。
【００２２】
また、がたを少なくできる雄スプライン１６を、通常の加工方法で安価に形成できる。また、内軸部１４１は、第１の実施形態と同様に僅かの変更で、がたつきの防止をコスト上昇なしに実現できる。
また、図５を参照して、内軸部１４１の拡径部１４ｄに対応する薄肉部１４ｅは、内軸部１４１の径方向Ｒ１，Ｒ２に弾性変形して、外軸部１３１を弾力的に付勢でき、吸振作用を発揮し、振動および異音の低減に効果的に寄与する。
【００２３】
図８を参照する。第３実施形態の中間軸２０２は、第１実施形態の縮径部１３ｅを有する外軸部１３と、第２実施形態の拡径部１４ｄを有する内軸部１４１とを組み合わせてなる。内軸部１４１の拡径部１４ｄと、外軸部１３の縮径部１３ｅとは、軸方向Ｓについての位置をほぼ一致して配置され、両軸部１３，１４１の軸方向Ｓの相対移動を考慮しても、内軸部１４１の拡径部１４ｄと外軸部１３の縮径部１３ｅとの少なくとも一部同士が、径方向から見たときに常に重なりあうように配置される。
【００２４】
第３実施形態によれば、第１および第２実施形態の効果を同様に得られる。特に、第１および第２実施形態の組合せにより、両軸部１３，１４１の嵌合のがたをより少なくでき、振動や騒音をより低減することができる。しかも、がたを少なくできて安価な伸縮自在シャフトとしての中間軸２０２を実現できる。
図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃを参照する。第４実施形態では、第３実施形態において、内軸部１４１に代えて、外周１９ｂの一部に樹脂コーティング膜２１を形成した中空部材１９１の外周１９ｂに雄スプライン１６を形成してなる内軸部１４２を用いる。中空部材１９１は、外周１９ｂに樹脂コーティング膜２１を形成されている点で、中空部材１９と異なる。樹脂コーティング膜２１は、周方向に延びる帯状に形成され、軸方向位置が拡径部１９ｄとほぼ一致する。
【００２５】
スプライン加工時に、樹脂コーティング膜２１を介在させることにより、工具２０から中空部材１９１が受ける加工圧力が高まり、中空部材１９１の薄肉部１９ｅの縮径量が大きくなる。スプライン加工後に、スプリングバックにより薄肉部１９ｅが元の状態に収縮した状態では、樹脂コーティング膜２１および拡径部１４ｄに対応する雄スプライン１６の領域１６ｃは残りの領域１６ｂよりも径方向外方Ｒ１へ突出し、この突出量が、中空部材１９を用いる場合に比べて大きくなる。樹脂コーティング膜２１は、スプライン加工時に除去されてもよいが、スプライン加工後に樹脂コーティング膜２１の一部が残る場合には、残ることになる樹脂コーティング膜２１の一部が、加工時に工具２０と中空部材１９１の表面との間で圧縮され、加工後に元に戻り、径方向外方Ｒ１へ突出する。
【００２６】
本実施の形態では、第３実施形態の効果に加えて、樹脂コーティング膜２１を設けることによるがた取り効果を得られ、両軸部１３，１４２のスプライン嵌合のがたを格段に少なくできる結果、振動や騒音を低減することができる。
また、本発明の各実施形態について、以下の変形例を考えることができる。
例えば、図２に示す内軸部１４は中実形状をなしてもよい。図８を参照して、拡径部１４ｄと縮径部１３ｅとを、軸方向Ｓについて常に互いに離間して配置してもよい。複数の縮径部１３ｅを軸方向Ｓに離間して設けても良い。複数の拡径部１４ｄを軸方向に離間して設けても良い。縮径部１３ｅを軸方向Ｓに開放するように軸端に配置してもよい。拡径部１４ｄを軸方向Ｓに開放するように軸端に配置してもよい。
【００２７】
図９Ｂ、図９Ｃを参照して、内軸部１４２の変形例として、中間部材１９１の拡径部１９ｄを省略したものも考えられる。この場合にも、樹脂コーティング膜２１によるがた取り効果を得ることができる。また、内軸部１４２やその変形例を、第２の実施形態において内軸部１４１に代えて用いても良い。
また、第１、第３および第４の実施形態の外軸部１３に、上述の樹脂コーティング膜２１によるがたどり方法を適用し、図４Ｂを参照して、外軸部１３が、内周１７ｃに樹脂コーティング膜２１（図９Ａ参照）を形成した中空部材１７の内周１７ｃに雌スプライン１５を形成してなる、ようにしてもよい。この場合にも、上述したようにがたどりの効果を得ることができる。樹脂コーティング膜２１は、縮径部１７ｅと軸方向位置を一致させるのが、がた取り効果を得るためには好ましいが、縮径部１７ｅを省略することも考えられる。
【００２８】
雌スプラインの加工方法としては、転造加工、歯切り切削加工、ブローチ加工等を利用できる。雄スプラインの加工方法としては、転造加工、歯切り切削加工等を利用できる。また、樹脂コーティング膜２１を形成する場合のスプラインの加工方法には、歯切り切削加工、ブローチ加工等の切削による形成方法が好ましい。
また、本発明の各実施形態を、図１を参照して、伸縮自在シャフトとしてのステアリングシャフト４に適用し、ステアリングシャフト４を上述の各実施形態の中間軸２，２０１，２０２と同様に構成してもよく、この場合、アッパシャフト１０を内軸部とし、ロアシャフト１１を外軸部としてもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の伸縮自在シャフトとしての中間軸を含む車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の中間軸の要部の断面図である。
【図３】図２に示す中間軸の要部の分解斜視図である。
【図４】図２に示す中間軸の外軸部の加工手順を示す模式図であり、加工順序に従って図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃ，図４Ｄおよび図４Ｅの順に示し、図４Ｃ，図４Ｄはスプラインの形成途中の状態を拡大して示している。
【図５】本発明の第２実施形態の中間軸の要部の断面図である。
【図６】図５に示す中間軸の要部の分解斜視図である。
【図７】図５に示す中間軸の内軸部の加工手順を示す模式図であり、加工順序に従って、図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃ，図７Ｄおよび図７Ｅの順に示し、図７Ｃ，図７Ｄはスプラインの形成途中の状態を拡大して示している。
【図８】本発明の第３実施形態の中間軸の要部の断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態の内軸部の加工手順を示す模式図であり、加工順序に従って、図９Ａ，図９Ｂおよび図９Ｃの順に示す。
【符号の説明】
２，２０１，２０２  中間軸（伸縮自在シャフト）
４  ステアリングシャフト（伸縮自在シャフト）
１０  アッパシャフト（外軸部）
１１  ロアシャフト（内軸部）
１３，１３１  外軸部
１３ｂ  外軸部の嵌合孔
１３ｅ  縮径部
１４，１４１，１４２  内軸部
１４ｄ  拡径部
１５  雌スプライン
１６  雄スプライン
１７，１９，１９１  中空部材
１７ｃ，１９ｃ  中空部材の内周
１７ｄ，１９ｂ  中空部材の外周
１７ｅ  中空部材の縮径部
１９ｄ  中空部材の拡径部
Ｓ  軸方向
【図１】
2004324863.tif 000003
【図２】
2004324863.tif 000004
【図３】
2004324863.tif 000005
【図４】
2004324863.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004324863.tif 000008
【図７】
2004324863.tif 000009
【図８】
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【図９】
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