(57)【要約】      （修正有）【課題】作業効率を改善した機械部品の組み付け方法を提供する。【解決手段】ストッパピン角度の最大値Ａ１で定まる隙間の上限値ＣＵ１と、最大摺動抵抗Ｒ１で定まる隙間の下限値ＣＬ１を決定する。シャフトスプライン径ＯＰＤ１と、チューブスプライン径ＢＢＤと、隙間の許容範囲（ＣＵ１−ＣＬ１）とに基づいて、円柱体の外径寸法の公差を定める。平均捩じり剛性ＴＡを求め、平均捩じり剛性ＴＡと捩じり剛性規格で定まる予圧量の下限値ＰＬ１を決定する。摺動抵抗規格による最大摺動抵抗Ｒ１から、最大摺動抵抗Ｒ１で定まる予圧量の上限値ＰＵ１を決定する。シャフトスプライン径ＯＰＤ２と、チューブスプライン径ＢＢＤとから、両スプライン溝と、球状体との隙間を求め、かかる隙間と、予圧量の公差（ＰＵ１−ＰＬ１）とに基づいて、球状体の外径寸法の公差を定める。【選択図】図１０
2007321789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプライン溝を内周に有するスプライン雌軸と、スプライン溝を外周に有するスプライン雄軸と、第１群の両スプライン溝内に配置された第１のキー部品と、第２群の両スプライン溝内に配置された第２のキー部品及び予圧構造とを有する機械部品の組立方法において、
前記スプライン雄軸のスプライン溝寸法、及び前記スプライン雌軸のスプライン溝寸法の測定を行う工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第１群の両スプライン溝と第１のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第１のキー部品の寸法を選択する工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第２群の両スプライン溝と前記第２のキー部品との隙間において前記第２のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向の摺動抵抗の関係に基づいて、前記第２のキー部品の寸法を選択する工程と、
選択された寸法を有する前記第１のキー部品及び前記第２のキー部品と前記予圧構造とを、前記スプライン雄軸と前記スプライン雌軸との間に組み込む工程とからなることを特徴とする機械部品の組立方法。
【請求項２】
前記機械部品は、ステアリング装置に用いられる伸縮軸であることを特徴とする請求項１に記載の機械部品の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品の組立方法に関し、特にスプライン溝、キー部品及び予圧構造を有する伸縮可能なトルク伝達を主目的とした機械部品の組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の操舵機構には伸縮可能なスプライン軸が設けられており、車両が走行する際に発生する軸線方向の変位を吸収し、ステアリングホイール上にその変位や振動を伝えないように機能している。またスプライン軸は、運転者が車両を運転するのに最適なポジションを得るためにステアリングホイールの位置を軸線方向に移動した場合、それを許容するように機能している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１３６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来のスプライン軸の組立方法は、実用上問題となる軸回転方向ガダ量を小さくすること及び摺動抵抗を小さくするという相反する基準を満足させることを目的に、スプライン雌軸及びスプライン雄軸の両スプライン溝より構成される空間より、若干小さな寸法の測定用基準ボールを介装させた時の軸周方向のガタ量を測定し、測定結果から適度な予圧を与えるような寸法のボール径の選択を行った後、測定に使用したボールを取り除き、測定結果から実験等により求められた寸法のボールを組付けることにより、ガタ量及び摺動抵抗を所望する量に調整することが行われてきた。
【０００４】
しかるに、摺動抵抗が所定範囲に定まっていても、軸周方向ガタ量が不適切な場合がある。更に、予圧機構を組み込むことでガタ量を抑えるスプライン軸も開発されているが、かかるスプライン軸の場合、摺動抵抗、スプライン軸の捩じり剛性及びガタの関係を満足させる必要がある。このため、所望する機械特性を得るために、ボール径選択作業と摺動抵抗、スプライン軸の捩じり剛性及びガタ量の測定を複数回繰り返すことが多く作業効率が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、作業効率を改善した機械部品の組み付け方法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】
【０００６】
本発明の機械部品組立方法は、スプライン溝を内周に有するスプライン軸と、スプライン溝を外周に有するスプライン雄軸と、第１群の両スプライン溝内に配置された第１のキー部品と、第２群の両スプライン溝内に配置された第２のキー部品及び予圧構造とを有する機械部品の組立方法において、
前記スプライン雄軸のスプライン溝寸法、及び前記スプライン雌軸のスプライン溝寸法の測定を行う工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第１群の両スプライン溝と第１のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第１のキー部品の寸法を選択する工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第２群の両スプライン溝と前記第２のキー部品との隙間において前記第２のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向の摺動抵抗の関係に基づいて、前記第２のキー部品の寸法を選択する工程と、
選択された寸法を有する前記第１のキー部品及び前記第２のキー部品と前記予圧構造とを、前記スプライン雄軸と前記スプライン雌軸との間に組み込む工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第１群の両スプライン溝と第１のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第１のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、ストッパピン角度と摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。又、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第２群の両スプライン溝と前記第２のキー部品との隙間において前記第２のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向摺動抵抗の関係に基づいて、前記第２のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、所望する軸周方向の捩じり剛性及び伸縮時の軸線方向の摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。以上のように、本組立方法によれば、所望する機械特性を構成するためのキー部品の選択が容易になり、効率的な組立作業を行うことができる。
【０００８】
ここで、「ストッパピン角度」とは、主として円柱体によるトルク伝達が行われる角度をいい、本発明の組立方法により組立てられた機械部品の捩じり剛性測定において、規定トルクまで右回転方向又は左回転方向にトルクを加えた時に得られる回転角度と、トルク測定結果において、規定トルク近傍の傾きとグラフ横軸との交点角度２点の範囲と規定する（図８参照）。一般的に、ストッパピン角度以下の領域では、トルク伝達は球状体及び板ばねのような予圧弾性体を介して行われる。また、「捩じり剛性」とは、本発明の組立方法により組立てられた機械部品に、規定トルクまで右回転方向又は左回転方向加えた時に得られる回転角度と付加トルクの関係を図示した線図における回転角度が０近傍の傾きの平均値（第１のキー部品の捩じり剛性＋第２のキー部品の捩じり剛性）÷２）で定義される（図９参照）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第１群の両スプライン溝と第１のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第１のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、ストッパピン角度と摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。又、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第２群の両スプライン溝と前記第２のキー部品との隙間において前記第２のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向の摺動抵抗の関係に基づいて、前記第２のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、所望する軸周方向の捩じり剛性及び伸縮時の軸線方向の軸線方向の摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。以上のように、本組立方法によれば、所望する機械特性を構成するためのキー部品の選択が容易になり、効率的な組立作業を行うことが出来る。
【００１０】
前記機械部品は、ステアリング装置に用いられる伸縮軸であると好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係るステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を適用した自動車の操舵機構部の側面図である。
【００１２】
図１において、車体ＶＢにアッパブラケット１とロアブラケット２とを介して、ステアリングシャフト上部３が取り付けられている。ステアリングシャフト上部３は、ステアリングコラム３Ａと、ステアリングコラム３Ａに回転自在に保持されたステアリングシャフト３Ｂを含む。ステアリングシャフト３Ｂの上端に、ステアリングホイール５が装着されている。又、ステアリングシャフト３Ｂの下端にユニバーサルジョイント６を介して、ステアリングシャフト下部７が連結されている。
【００１３】
ステアリングシャフト下部７には、操舵軸継手８を介してピニオンシャフト９が連結されており、更にピニオンシャフト９は、ステアリングラック軸１２に連結されている。このステアリングラック軸１２は、車体ＶＢ’に弾性体１１を介して固定されたステアリングラック支持部材１３により支持されている。
【００１４】
ここで、ステアリングシャフト上部３と、ステアリングシャフト下部７が、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸（以後、伸縮軸と略す）を用いている。ステアリングシャフト下部７は、スプライン雄軸（以後、雄軸と略す）とスプライン雌軸（以後、雌軸と略す）とを嵌合したものである。このようなステアリングシャフト下部７には、車両が走行する際に発生する軸線方向の変位を吸収し、ステアリングホイール５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、ステアリングシャフト上部３が固定される車体ＶＢと、ステアリングラック支持部材１３が固定される車体ＶＢ’とが別体となっており、ステアリングラック支持部材１３がゴムなどの弾性体１１を介して車体ＶＢ’に締結固定されているような構造の場合に特に要求される。
【００１５】
また、組付時やメンテナンス時に、操舵軸継手８をピニオンシャフト９に締結する際に作業者が、伸縮軸をいったん縮めてからピニオンシャフト９に嵌合させ締結させるため、伸縮機能が必要とされる場合がある。さらに、操舵機構の上部にあるステアリングシャフト上部３も、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなステアリングシャフト上部３には、運転者が車両を運転するのに最適なポジションを得るためにステアリングホイール５の位置を軸方向に移動し、その位置を調整する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。前述のすべての場合において、伸縮軸には嵌合部のガタ音を低減することと、ステアリングホイール５上のガタ感を低減することと、軸線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。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た断面図である。図４は、弾性体である板バネの斜視図である。
【００１７】
図２に示すように、車両ステアリング用の伸縮軸１１０は、相互に回転不能に且つ軸線方向に摺動自在に嵌合した雄軸１０１と雌軸１０２とからなる。図３に示すように、雄軸１０１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸線方向溝（スプライン溝）１０３が延在して形成してある。これに対応して、雌軸１０２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸線方向溝（スプライン溝）１１５が延在して形成してある。
【００１８】
雄軸１０１のスプライン溝１０３と、雌軸１０２のスプライン溝１０５との間に、両軸１０１，１０２の軸線方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体１０７（第２のキー部品である転動体又はボール）が転動自在に介装してある。なお、雌軸１０２のスプライン溝１０５は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。スプライン溝１０３、１０５が第２群のスプライン溝を構成する。
【００１９】
雄軸１０１のスプライン溝１０３は略台形状の断面を有し、傾斜した一対の平面状側面１０３ａと、これら一対の平面状側面１０３ａの間に平坦に形成した底面１０３ｂとを有している。雄軸１０１のスプライン溝１０３と、球状体１０７との間には、球状体１０７に接触して予圧するための板バネ１０９が介装してある。
【００２０】
図４に示すように、予圧構造を構成する板バネ１０９は、球状体１０７に２点で接触する略円弧形状の球状体側接触部１０９ａと、球状体側接触部１０９ａに対して軸周方向に所定間隔をおいて離間して折り曲げてあると共に雄軸１０１のスプライン溝１０３の平面状側面１０３ａに接触可能である溝面側接触部１０９ｂと、球状体側接触部１０９ａと溝面側接触部１０９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢するように折り曲げられた付勢部１０９ｃと、スプライン溝１０３の平坦な底面１０３ｂに対向した平坦な底面１０９ｄと、を有している。
【００２１】
図３に示すように、この付勢部１０９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部１０９ｃによって、球状体側接触部１０９ａと溝面側接触部１０９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。
【００２２】
なお、付勢部１０９ｃ又は溝面側接触部１０９ｂと、スプライン溝１０３の平面状側面１０３ａとの間には、微小な隙間（Δ１）が設定してある。
【００２３】
また、板バネ１０９の折り曲げの際、溝面側接触部１０９ｂの先端は、図３に示すように、スプライン溝１０３の平面状側面１０３ａに接触しない様に、矢印（Ｇ）方向に折り曲げられている。
【００２４】
折り曲げ部分（付勢部１０９ｃ又は溝面側接触部１０９ｂ）のＲ形状の一番大きい外形部が、スプライン溝１０３の平面状側面１０３ａに一番近くなる様に設定してある。
【００２５】
これは、板バネ１０９の折り曲げ部分（付勢部１０９ｃ又は溝面側接触部１０９ｂ）の厚みをどの箇所も一定にする為である。もし、折り曲げ部分（付勢部１０９ｃ又は溝面側接触部１０９ｂ）の先端が各箇所で不均一に当たると、予圧部分の捩り剛性が安定しないためである。
【００２６】
なお、図３及び図４に示すように、本実施の形態では、球状体１０７に接触する球状体側接触部１０９ａは、球状体１０７の半径より大きい略円弧形状に形成してある。これにより、平面形状よりも球状体１０７との接触面圧を下げることができる。
【００２７】
図３に示すように、雄軸１０１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個のスプライン溝１０４が延在して形成してある。これに対応して、雌軸１０２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個のスプライン溝１０６が延在して形成してある。
【００２８】
雄軸１０１のスプライン溝１０４と、雌軸１０２のスプライン溝１０６との間に、両軸１０１，１０２の軸線方向相対移動の際に滑り摺動する複数の剛体の円柱体１０８（第１のキー部品である摺動体又はニードルローラ）が微小隙間をもって介装してある。なお、これらスプライン溝１０４，１０６は、第１群のスプライン溝であって、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。
【００２９】
なお、円柱体１０８と、雌軸１０２のスプライン溝１０６との間には、微小な隙間（Δ２）が設定してある。但し、雄軸１０１のスプライン溝１０４−円柱体１０８−雌軸１０２のスプライン溝１０６の間は、常に、軸線方向に於いて、どこかで接触していても構わない。
【００３０】
図２において、雄軸１０１の端部には、小径部１０１ａが形成してある。この小径部１０１ａには、円柱体８の軸線方向の移動を規制するストッパープレート１１１が設けてある。このストッパープレート１１１は、軸線方向予圧用弾性体１１２（即ち、皿バネ）と、この軸線方向予圧用弾性体１１２を挟持する１組の平板１１３，１１３（即ち、平座金）とからなる。
【００３１】
本実施の形態では、ストッパープレート１１１は、小径部１０１ａに、平板１１３、軸線方向予圧用弾性体１１２、平板１１３の順に嵌合し、小径部１０１ａに加締めにより堅固に固定してある。これにより、ストッパープレート１１１が軸線方向に固定される。なお、ストッパープレート１１１の固定方法は、加締めに限らず、止め輪、螺合手段、プッシュナット等であってもよい。また、ストッパープレート１１１は、平板１１３を円柱体１０８に当接させて、軸線方向予圧用弾性体１１２により、円柱体１０８を軸線方向に動かないように適度に予圧できるようになっている。
【００３２】
また、本実施の形態では、雌軸１０２の６個のスプライン溝１０５，１０６に、径方向に隙間を介して、雄軸１０１の外周面に６個のスプライン溝１０３，１０４と軸線方向に同軸に形成した６個の略円弧状の突起部１１５が嵌合してある。
【００３３】
従って、球状体１０７，円柱体１０８が何らかの原因によって雄軸１０１から脱落し又は破損した場合等には、雌軸１０２のスプライン溝１０５，１０６に、雄軸１０１の突起部１１５が嵌合し、これにより、雄軸１０１と雌軸１０２とは、トルクを伝達することができ、フェイルセーフ機能の役割を果たすことができる。
【００３４】
また、この際、スプライン溝１０５，１０６と、突起部１１５との間には、隙間が設けてあるため、運転者は、ステアリングホイール５においてガタ付きを感じることができ、ステアリング系の故障等を察知することができる。
【００３５】
さらに、雄軸１０１の突起部１１５は、球状体１０７，円柱体１０８と軸線方向に同軸であることから、球状体１０７，円柱体１０８の軸線方向の移動を規制するストッパーの役割も果たし、球状体１０７，円柱体１０８の抜けの可能性を減少して、フェイルセーフ機能をより一層向上することができる。
【００３６】
また、雄軸１０１の突起部１１５は、球状体１０７，円柱体１０８と軸線方向に同軸であることから、雄軸１０１と雌軸１０２の径方向寸法を小さくして、コンパクト化を図ることができる。
【００３７】
さらに、雄軸１０１のスプライン溝１０３、雌軸１０２のスプライン溝１０５、板バネ１０９、及び球状体１０７の間には、潤滑剤が塗布してあってもよい。また、雄軸１０１のスプライン溝１０４、円柱体１０８、及び雌軸１０２のスプライン溝１０６の間にも、潤滑剤が塗布してあってもよい。
【００３８】
以上のように構成した伸縮軸では、雄軸１０１と雌軸１０２の間に球状体１０７を介装し、板バネ１０９により、球状体１０７を雌軸１０２に対してガタ付きのない程度に予圧してあるため、雄軸１０１と雌軸１０２の間のガタ付きを確実に防止することができると共に、雄軸１０１と雌軸１０２は軸線方向に相対移動する際には、ガタ付きのない安定した摺動荷重で摺動することができる。
【００３９】
次に、本実施の形態にかかる伸縮軸の組立方法について、図面を参照して説明する。図５は、本実施の形態にかかる伸縮軸の組立方法の各工程を示すフローチャートである。図６は、チューブスプライン内径（ＢＢＤ）測定を示す概略断面図である。図７は、シャフトスプライン外径（ＯＰＤ）測定を示す概略断面図である。図８は、予め実験等により得られたストッバピン角度を示す図である。図９は、予め実験等により得られた捩じり剛性を示す図である。図１０は球状体１０７の寸法選択を説明するための図であり、スプライン溝と円柱体間のスキマに対する、ストッパピン角度及び摺動抵抗との関係を示す。図１１は円柱体１０８の寸法選択を説明するための図であり、スプライン溝と球状体により与えられる予圧構造（弾性体）の予圧量と、捩じり剛性及び摺動抵抗との関係を示す。なお、測定に用いるピンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の外径は、チューブとシャフトスプラインの設計値に基づき決定される。
【００４０】
まず、図５のステップＳ１０１で、雄軸１０１のスプライン溝寸法、及び雌軸１０２のスプライン溝寸法の測定を行う。より具体的には、図６に示すように、雄軸１０１の第１群のスプライン溝１０４に、小径円柱状のピンＰ１を当接させたとき、それらの内接円Ｃ１の径をシャフトスプライン径ＯＰＤ１とする。またスプライン溝１０３に、外周が一部平面の大径円柱状のピン２を当接させ、それらの内接円Ｃ２の径をシャフトスプライン径ＯＰＤ２とする。更に、図７に示すように、雌軸１０２のスプライン溝１０５，１０６に、円柱状のピンＰ３を当接させたとき、それらの外接円Ｃ３の径をチューブスプライン径ＢＢＤとする。なお、ＢＢＤ、ＯＰＤ１，ＯＰＤ２は、それぞれチューブ及びシャフトのスプライン溝の寸法となる。
【００４１】
続いて、ステップＳ１０２で、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第１群の両スプライン溝１０４、１０６と円柱体１０８との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、円柱体１０８の寸法を選択する。即ち、両スプライン溝１０４、１０６と円柱体１０８との隙間が小さすぎると摺動抵抗が増大し、円滑なトルク伝達ができなくなる。一方、両スプライン溝１０４、１０６と円柱体１０８との隙間が大きすぎると、ストッパピン角度が増大してしまう。
【００４２】
そこで、図８に示す特性図より、最適なストッパピン角度の最大値Ａ１を定め、図１０に示す関係から、最大値Ａ１で定まる隙間の上限値ＣＵ１を決定する。ここで最大値Ａ１は、図８に示す捩じり剛性特性曲線のＹ１，Ｙ２の２点を結んだ直線Ｌ１がＸ軸に交わったときの交点Ｘ１と、同捩じり剛性特性曲線の−Ｙ１，−Ｙ２の２点を結んだ直線Ｌ２がＸ軸に交わったときの交点Ｘ２との差で表すものとする。一方、摺動抵抗規格による最大摺動抵抗Ｒ１に基づいて、図１０に示す関係から、最大摺動抵抗Ｒ１で定まる隙間の下限値ＣＬ１を決定する。更に、シャフトスプライン径ＯＰＤ１と、チューブスプライン径ＢＢＤと、隙間の許容範囲（ＣＵ１−ＣＬ１）とに基づいて、円柱体１０８の外径寸法の公差を定めることができる。
【００４３】
続いて、スプライン１０３で、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第２群の両スプライン溝１０３，１０５と、球状体１０７との隙間において、球状体１０７の寸法を変化させた時の予圧構造（弾性体である板ばね１０９）に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗との関係に基づいて、球状体１０７の寸法を選択する。即ち、板ばね１０９により与えられる予圧量が小さすぎると、伸縮軸の軸周方向における捩じり剛性が低くなりすぎる。一方、板ばね１０９により与えられる予圧量が大きすぎると、摺動抵抗が増大し、円滑な伸縮ができなくなる。
【００４４】
そこで、図９に示す特性図から、ヒステリシス曲線である捩じり剛性を平均して平均捩じり剛性ＴＡを求め、図１１に示す関係から、平均捩じり剛性ＴＡと捩じり剛性規格で定まる予圧量の下限値ＰＬ１を決定する。一方、摺動抵抗規格による最大摺動抵抗Ｒ１に基づいて、図１１に示す関係から、最大摺動抵抗Ｒ１で定まる予圧量の上限値ＰＵ１を決定する。更に、シャフトスプライン径ＯＰＤ２と、チューブスプライン径ＢＢＤとに基づいて、両スプライン溝１０３，１０５と、球状体１０７との隙間を求め、かかる隙間と、予圧量の公差（ＰＵ１−ＰＬ１）とに基づいて、球状体１０７の外径寸法の公差を定めることができる。
【００４５】
こうして円柱体１０８と球状体１０７の寸法が選定された後、ステップＳ１０４で、選択された寸法を有する円柱体１０８と球状体１０７と板ばね１０９とを、雄軸１０１と雌軸１０２との間に組み込むことで、伸縮軸が完成する。なお、図５の例では、スプライン溝寸法を測定した後に、円柱体１０８と球状体１０７の寸法選定をこの順序で行っているが、球状体１０７の寸法選定を行った後、円柱体１０８の寸法選定を行っても良いし、両者の寸法選定を同時に行っても良い。
【００４６】
かかる伸縮軸のトルク伝達時には、板バネ１０９が弾性変形して球状体１０７を周方向に拘束すると共に、雄軸１０１と雌軸１０２の間に介装した３列の円柱体１０８が主なトルク伝達の役割を果たす。
【００４７】
例えば、雄軸１０１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ１０９の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ１０９がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸１０１・板バネ１０９・球状体１０７・雌軸１０２間の伝達トルクと入力トルクがつりあった状態で全体的なトルク伝達がなされる。
【００４８】
さらにトルクが増大していくと、円柱体１０８を介した雄軸１０１、雌軸１０２の回転方向の隙間がなくなり、以後のトルク増加分を、雄軸１０１、雌軸１０２を介して、円柱体１０８が伝達する。そのため、雄軸１０１と雌軸１０２の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００４９】
以上から、本実施の形態によれば、球状体１０７以外に、円柱体１０８を設けているため、大トルク入力時、負荷量の大部分を円柱体１０８で支持することができる。従って、雌軸１０２のスプライン溝１０５と球状体１０７との接触圧力を低下して、耐久性を向上することができると共に、大トルク負荷時には、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００５０】
このように、本実施の形態によれば、安定した摺動抵抗を実現すると共に、回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００５１】
なお、球状体１０７は、鋼球など剛体のボールが好ましい。また剛体の円柱体１０８は、ニードルローラが好ましい。
【００５２】
円柱体（以後、ニードルローラと記す）８は、線接触でその荷重を受けるため、点接触で荷重を受けるボールよりも接触圧を低く抑えることができるなど、さまざまな効果がある。したがって、全列をボール転がり構造とした場合よりも下記の項目が優れている。
（１）摺動部での減衰能効果が、ボール転がり構造に比べて大きい。よって振動吸収性能が高い。
（２）ニードルローラが雄軸と雌軸に微小に接触していることにより、摺動抵抗変動幅を低く抑えることができ、その変動による振動がステアリングまで伝わらない。
（３）同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、軸線方向の長さを短くできスペースを有効に使うことができる。
（４）同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、熱処理等によって雌軸のスプライン溝表面を硬化させるための追加工程が不要である。
（５）部品点数を少なくすることができる。
（６）組立性をよくすることができる。
（７）組立コストを抑えることができる。
【００５３】
このようにニードルローラは、雄軸１０１と雌軸１０２の間のトルク伝達のためのキーの役割をするとともに、雌軸１０２の内周面とすべり接触する。ニードルローラの使用が従来のスプライン嵌合と比較して、優れている点は下記のとおりである。
（８）ニードルローラは大量生産品であり、非常に低コストである。
（９）ニードルローラは熱処理後、研磨されているので、表面硬度が高く、耐摩耗性に優れている。
（１０）ニードルローラは研磨されているので、表面粗さがきめ細かく摺動時の摩擦係数が低いため、摺動抵抗を低く抑えることができる。
（１１）使用条件に応じて、ニードルローラの長さや配置を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
（１２）使用条件によっては、摺動時の摩擦係数をさらに下げなければならない場合がある、この時ニードルローラだけに表面処理をすればその摺動特性を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
（１３）ニードルローラの外径違い品を安価に数ミクロン単位で製造することができるため、ニードルローラ径を選択することによって雄軸・ニードルローラ・雌軸間の隙間を最小限に抑えることができる。よって軸の捩り方向の剛性を向上させることが容易である。
【００５４】
また、板バネ１０９は、上述したように、球状体１０７に２点で接触する球状体側接触部１０９ａと、球状体側接触部１０９ａに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に、雄軸１０１のスプライン溝１０３の平面状側面１０３ａに接触する溝面側接触部１０９ｂと、球状体側接触部１０９ａと溝面側接触部１０９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部１０９ｃと、スプライン溝１０３の底面１０３ｂに対向した底面１０９ｄと、を左右に対で有している。
【００５５】
この付勢部１０９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部１０９ｃによって、球状体側接触部１０９ａと溝面側接触部１０９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。従って、板バネ１０９は、その球状体側接触部１０９ａが付勢部１０９ｂを介して十分に撓むことができ、撓み量を十分に確保することができる。
【００５６】
従って、板バネ１０９は、球状体１０７に接触する球状体側接触部１０９ａと、スプライン溝１０３に接触する溝面側接触部１０９ｂとの間に、空間が設けてあり、その間が弾性的に連結してある。そのため、セット時に、球状体１０７と板バネ１０９の接触部に発生する応力を緩和することができ、永久変形による板バネ１０９のへたりを防止して、長期にわたって所望の予圧性能を得ることができる。
【００５７】
また、球状体１０７に接触する球状体側接触部１０９ａは、球状体１０７の半径より大きい略円弧状に形成してあると、平面形状よりも球状体１０７との接触面圧を下げることができ、なお好ましい。
【００５８】
さらに、板バネ１０９は、撓み量を十分に確保することができると共に、球状体１０７及び板バネ１０９には、過大な負荷（応力）がかかることがないことから、トルク伝達時に、球状体１０７及び板バネ１０９との接触点に発生する応力を緩和することができ、これにより、高い応力が発生することがなく、永久変形による「へたり」を防止して、長期にわたり予圧性能を維持することができる。
【００５９】
さらに、球状体１０７との接触点は、強固に、バネ性を発揮している部分は、たわみ易くすることで、単一部材でレース面とばね性をもつことを両立させている。また、本実施の形態では、円柱体１０８が主としてトルク伝達を行うので、雄軸１０１、雌軸１０２、板バネ１０９、球状体１０７間に更に過大な応力が発生しない構造となっている。
【００６０】
従って、板バネ１０９での過大な応力発生を防止して、板バネ１０９のへたりを防止し、長期にわたって所望の予圧性能を維持することができ、加えて、寸法精度を厳しく管理する必要がなく、且つ、板バネ１０９とレース部分とを単一素材から形成することができ、その組立容易化を図って製造コストの低減を図ることができる。
【００６１】
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。例えば、本発明が適用される機械部品は、ステアリング装置の伸縮軸に限られない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を適用した自動車の操舵機構部の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。
【図３】図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た断面図である。
【図４】弾性体である板バネの斜視図である。
【図５】本実施の形態にかかる伸縮軸の組立方法の各工程を示すフローチャートである。
【図６】チューブスプライン内径（ＢＢＤ）測定を示す概略断面図である。
【図７】シャフトスプライン外径（ＯＰＤ）測定を示す概略断面図である。
【図８】予め実験等により得られたスプライン軸（伸縮軸）のストッパピン角度を示す図であり、縦軸がストッパピン角度、横軸が回転角度である。
【図９】予め実験等により得られたスプライン軸（伸縮軸）の捩じり剛性を示す図であり、縦軸がストッパピン角度、横軸が回転角度である。
【図１０】球状体１０７の寸法選択を説明するための図である。
【図１１】円柱体１０８の寸法選択を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ アッパブラケット
２ ロアブラケット
３ ステアリングシャフト上部
３Ａ ステアリングコラム
３Ｂ ステアリングシャフト
５ ステアリングホイール
６ ユニバーサルジョイント
７ ステアリングシャフト下部
８ 操舵軸継手
９ ピニオンシャフト
１１ 弾性体
１２ ステアリングラック軸
１３ ステアリングラック支持部材
１０１ 雄軸
１０１ａ 小径部
１０２ 雌軸
１０３ スプライン溝
１０３ａ 平面状側面
１０３ｂ 底面
１０４ スプライン溝
１０５ スプライン溝
１０６ スプライン溝
１０７ 球状体
１０８ 円柱体
１０９ 板バネ
１０９ａ 球状体側接触部
１０９ｂ 付勢部
１０９ｂ 溝面側接触部
１０９ｃ 付勢部
１０９ｄ 底面
１１０ 伸縮軸
１１１ ストッパープレート
１１２ 軸線方向予圧用弾性体
１１３ 平板
１１５ 突起部
ＢＢＤ チューブスプライン径
Ｃ１ 内接円
Ｃ２ 内接円
Ｃ３ 外接円
ＣＬ１ 下限値
ＣＵ１ 上限値
ＯＰＤ１ シャフトスプライン径
ＯＰＤ２ シャフトスプライン径
Ｐ１、Ｐ２ ピン
Ｐ３ ピン
ＰＬ１ 下限値
ＰＵ１ 上限値
Ｒ１ 最大摺動抵抗
ＶＢ 車体
【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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