(57)【要約】【課題】操舵感への影響をより少なくし、かつ回転の際によりスムーズなトルクの伝達が可能な車両のステアリング用伸縮軸を提供する。【解決手段】互いにスプライン嵌合する雄軸２１の外周面及び雌軸２２の内周面にトルク伝達溝２７，２８を雄軸２１及び雌軸２２の軸方向に沿って形成すると共にトルク伝達溝２７，２８に係合するトルク伝達ピン２９を雄軸２１と雌軸２２との間に配置した車両のステアリング用伸縮軸において、トルク伝達ピン２１の外周面及び／またはトルク伝達溝２７，２８の溝面に０．１〜１０μｍの膜厚を有する硬質炭素被膜３０を形成し、トルク伝達溝２７，２８とトルク伝達ピン２９との接触部のスライド抵抗を低減するようにした。【選択図】図３
2007001530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにスプライン嵌合する雄軸と雌軸の軸方向に延びるトルク伝達溝を前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成すると共に前記トルク伝達溝に係合するトルク伝達ピンを前記雄軸と前記雌軸との間に配置した車両のステアリング用伸縮軸において、
前記トルク伝達ピンの外周面及び／または前記トルク伝達溝の溝面に０．１〜１０μｍの膜厚を有する硬質炭素被膜を形成したことを特徴とする車両のステアリング用伸縮軸。
【請求項２】
前記硬質炭素被膜は母材の表面上に金属単体層を有することを特徴とする請求項１記載の車両のステアリング用伸縮軸。
【請求項３】
前記金属単体層はＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属からなることを特徴とする請求項３記載の車両のステアリング用伸縮軸。
【請求項４】
前記硬質炭素被膜は前記金属単体層の表面上にカーボン金属複合層を有することを特徴とする請求項２又は３記載の車両のステアリング用伸縮軸。
【請求項５】
前記カーボン金属複合層はＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属とカーボンとからなることを特徴とする請求項４記載の車両のステアリング用伸縮軸。
【請求項６】
前記硬質炭素被膜は前記カーボン金属複合層の表面上にカーボン単体層を有することを特徴とする請求項４又は５記載の車両の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、自動車等の車両のステアリング用としていられる伸縮軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車のステアリング機構は、図８に示すように、ステアリングホイール１１、ステアリングシャフト１２、ステアリングコラム１３等からなり、ステアリングシャフト１２は、上部ステアリングシャフト部１２１と下部ステアリングシャフト部１２２とから構成されている。
上部ステアリングシャフト部１２１及び下部ステアリングシャフト部１２２は軸方向に伸縮自在な伸縮軸からなり、車両の走行時に発生する軸方向の変位を伸縮軸で吸収することによって、不快な振動がステアリングホイール１１に伝わらないようにしている。
【０００３】
このようなステアリング用伸縮軸としては、従来、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られているが、このステアリング用伸縮軸は互いにスプライン嵌合する雄軸と雌軸との間に組み込まれたボールによって軸方向の摺動抵抗を減少させることができるものの、回転の際にはトルクを伝達することができないという問題がある。
そこで、トルクの伝達を可能とするために、雄軸及び雌軸の軸方向に延びるトルク伝達溝を雄軸の外周面と雌軸の内周面に形成すると共に上記トルク伝達溝に係合するトルク伝達ピンを雄軸と雌軸との間に配置したものが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−５０２９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３０９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２に記載されたステアリング用伸縮軸では、回転の際のトルク伝達及び軸方向の摺動が共に改善されてはいるが、いわゆる高級車や電気自動車など元々エンジン振動が少ない車両では、ステアリングのスライド抵抗や回転ガタが運転者に伝わりやすく、さらなる改善が望まれている。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、操舵感への影響をより少なくし、かつ回転の際によりスムーズなトルクの伝達が可能な車両のステアリング用伸縮軸を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明は、互いにスプライン嵌合する雄軸と雌軸の軸方向に延びるトルク伝達溝を前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成すると共に前記トルク伝達溝に係合するトルク伝達ピンを前記雄軸と前記雌軸との間に配置した車両のステアリング用伸縮軸において、前記トルク伝達ピンの外周面及び／または前記トルク伝達溝の溝面に０．１〜１０μｍの膜厚を有する硬質炭素被膜を形成したことを特徴とする。
【０００６】
ここで、前記硬質炭素被膜は母材の表面上に金属単体層を有することが好ましい。この場合、前記金属単体層はＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属からなることが好ましい。
また、前記硬質炭素被膜は前記金属単体層の表面上にカーボン金属複合層を有することが好ましい。この場合、前記カーボン金属複合層はＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属とカーボンとからなることが好ましい。
【０００７】
また、前記硬質炭素被膜は前記カーボン金属複合層の表面上にカーボン単体層を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明に係る車両のステアリング用伸縮軸では、トルク伝達ピンの外周面及び／またはトルク伝達溝の溝面に０．１〜１０μｍの膜厚を有する硬質炭素被膜を形成したことにより、雄軸及び雌軸に対するトルク伝達ピンの摺動特性が向上するので、トルク伝達溝とトルク伝達ピンとの接触部のスライド抵抗を低減することができる。特に、ＤＬＣ被膜の膜厚を０．１μｍ以上１０μｍ以下に設定したことにより、良好な潤滑性を保ちながらＤＬＣ被膜の内部応力による破壊を防止でき、強度の十分なＤＬＣ被膜を得られるため、トルク伝達溝とトルク伝達ピンとの接触部のスライド抵抗を長期にわたって低く保つことができる。
【０００９】
請求項２〜６の発明に係る車両のステアリング用伸縮軸では、硬質炭素被膜と母材との密着性が強固になると共に金属添加によってＤＬＣ被膜内部の応力を低減できるため、上述した効果に加え、硬質炭素被膜の早期剥離を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る車両のステアリング用伸縮軸を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明に係るステアリング用伸縮軸の一実施形態を示す図である。図１及び図２において符号２０はステアリング用伸縮軸を示し、このステアリング用伸縮軸２０は互いにスプライン嵌合する雄軸２１と雌軸２２とを備えている。
雄軸２１はその径方向断面が円形状をなしており、この雄軸２１の外周面には、三つのボール転動溝２３が雄軸２１の周方向に１２０度の間隔で且つ雄軸２１の軸方向に沿って形成されているとともに、三つのトルク伝達溝２７が雄軸２１の周方向に１２０度の間隔で且つ雄軸２１の軸方向に沿って形成されている。
【００１１】
一方、雌軸２２はその径方向断面が円筒形状をなしており、この雌軸２２の内周面には、断面が円弧形状をなす三つのボール転動溝２４が雌軸２２の周方向に１２０度の間隔で且つ雌軸２２の軸方向に沿って形成されているとともに、三つのトルク伝達溝２８が雌軸２２の周方向に１２０度の間隔で且つ雌軸２２の軸方向に沿って形成されている。
ボール転動溝２３，２４は互いに対向しており、ボール転動溝２３とボール転動溝２４との間には、雄軸２１と雌軸２２との摺動部における摩擦抵抗を軽減するために、複数個のボール２５が転動自在に介装されている。
【００１２】
ボール転動溝２３はその断面がほぼ台形状をなしており、各ボール転動溝２３内には、ボール２５をボール転動溝２４の溝面に押し付けてボール２５のガタツキを防止するガタ防止部材としての板バネ２６が設けられている。
トルク伝達溝２７，２８は、その長手方向と直交する断面が円弧状をなしている。また、トルク伝達溝２７，２８は互いに対向しており、トルク伝達溝２７とトルク伝達溝２８との間には、周方向のトルクを雄軸２１から雌軸２２または雌軸２２から雄軸２１に伝えるために、トルク伝達ピン２９が摺動自在に組み込まれている。
【００１３】
トルク伝達ピン２９はその長手方向と直交する断面が円形状をなしており、このトルク伝達ピン２９の外周面には、０．１〜１０μｍ程度の膜厚を有する硬質炭素被膜（以下「ＤＬＣ被膜」と称す）３０（図３参照）がスパッタリング、プラズマＣＶＤ等の方法により形成されている。
ＤＬＣ被膜３０は母材の表面上に金属単体層Ｍ（図４参照）を有しており、この金属単体層ＭはＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属から構成されている。また、ＤＬＣ被膜３０は金属単体層Ｍの表面上にカーボン金属複合層Ｆを有しており、このカーボン金属複合層ＦはＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属とカーボンとから構成されている。さらに、ＤＬＣ被膜３０はカーボン金属複合層Ｆの表面上にカーボン単体層Ｃを有しており、このカー
ボン単体層Ｃはカーボンのみから構成されている。
【００１４】
上述のように、トルク伝達ピン２９の外周面に０．１〜１０μｍの膜厚を有するＤＬＣ被膜３０を形成すると、ＤＬＣ被膜３０はその摩擦係数が０．２以下と二硫化モリブデンやフッ素樹脂と同様に小さいため、トルク伝達溝２７，２８に対するトルク伝達ピン２９の摺動抵抗が小さくなる。したがって、トルク伝達ピン２９の外周面に０．１〜１０μｍの膜厚を有するＤＬＣ被膜３０を形成することにより、トルク伝達溝２７，２８とトルク伝達ピン２９との接触部のスライド抵抗を低減することができる。特に、ＤＬＣ被膜３０の膜厚を０．１μｍ以上１０μｍ以下とすることにより、良好な潤滑性を保ちながらＤＬＣ被膜の内部応力による破壊を防止でき、十分な強度のＤＬＣ被膜を得られるため、トルク伝達溝２７，２８とトルク伝達ピン２９との接触部のスライド抵抗を長期にわたって低く保つことができる。
【００１５】
また、上述した実施形態のように、ＤＬＣ被膜３０を金属単体層Ｍ、カーボン金属複合層Ｆ及びカーボン単体層Ｃから構成し、これらのうち金属単体層Ｍを母材の表面上に形成することによって、母材とＤＬＣ被膜３０との密着性が向上する。特に、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属から金属単体層Ｍを形成することにより、母材とＤＬＣ被膜３０との密着性がより強固になると共に金属添加によってＤＬＣ被膜内部の応力を低減できるため、ＤＬＣ被膜３０の早期剥離を防止することができる。また、金属添加によってグリースと併用した場合は、グリース中の添加剤が吸着しやすくなり、良好な潤滑特性が得られる結果、スライド抵抗をより効果的に低減することができる。
【００１６】
また、上述した実施形態のように、ＤＬＣ被膜３０のカーボン単体層Ｃと金属単体層Ｍとの間に、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｖのうちの１種類以上の金属とカーボンとからなるカーボン金属複合層Ｆを形成することにより、カーボン単体層Ｃと金属単体層Ｍとの密着性が強固なものとなるので、ＤＬＣ被膜３０の早期剥離を防止でき、これにより、トルク伝達溝２７，２８とトルク伝達ピン２９との接触部のスライダ抵抗を長期にわたって低く保つことができる。
【００１７】
上述した実施の形態ではＤＬＣ被膜をトルク伝達ピンの外周面に形成した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば図５に示すように、ＤＬＣ被膜３０をトルク伝達溝２７，２８の溝面に形成してもよいし、あるいはＤＬＣ被膜をトルク伝達ピンとトルク伝達溝の両方に形成してもよい。
また、上述した実施の形態ではＤＬＣ被膜をカーボン単体層と金属単体層との間にカーボン金属複合層を形成した三層構造としたが、例えば図６に示すように、ＤＬＣ被膜３０を金属単体層Ｍの表面上にカーボン金属複合層Ｆを積層した二層構造としてもよい。
【００１８】
上述した実施の形態ではＤＬＣ被膜を三層もしくは二層構造とした場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、ＤＬＣ被膜３０を金属単体層Ｍとカーボン単体層Ｃとを交互に積層してなる多層構造としてもよい。この場合、カーボン金属複合層Ｆは金属とカーボンの組成を傾斜させて形成してもよい。たとえば、ＤＬＣ被膜３０をスパッタリングで形成する場合には、カーボンと金属を同時にスパッタリングしながらワークをセットしたターンテーブルを回転させ、最初は金属への投入電力を大きくすると共にカーボンへの投入電力を小さくしておき、金属への投入電力を徐々に小さくすると共にカーボンへの投入電力を徐々に大きくすることによって、金属とカーボンの傾斜組成層を形成することができる。
【００１９】
また、カーボン金属複合層ＦをプラズマＣＶＤで形成する場合には、金属の供給源となるハロゲン化金属の流量を減少させながらカーボンの供給源となる例えばメタン、アセチ
レン等の炭化水素ガスの流量を増大させることによって、金属とカーボンの傾斜組成層を形成することができる。
さらに、金属単体層Ｍを形成し、カーボン金属複合層Ｆは金属単体層Ｍとカーボン単体層Ｃをナノメートルオーダーで積層させてＤＬＣ被膜３０を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るステアリング用伸縮軸の軸方向断面図である。
【図２】図１のII―II断面図である。
【図３】図２に示すＡ部の拡大詳細図である。
【図４】図３に示すＤＬＣ被膜の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るステアリング用伸縮軸の要部を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を説明するためのＤＬＣ被膜の断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を説明するためのＤＬＣ被膜の断面図である。
【図８】自動車のステアリング機構の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１１  ステアリングホイール
１２  ステアリングシャフト
１２１  上部ステアリングシャフト部
１２２  下部ステアリングシャフト部
１３  ステアリングコラム
２０  ステアリング用伸縮軸
２１  雄軸
２２  雌軸
２３，２４  ボール転動溝
２５  ボール
２７，２８  トルク伝達溝
２９  トルク伝達ピン
３０  ＤＬＣ被膜（硬質炭素被膜）
Ｍ  金属単体層
Ｆ  カーボン金属複合層
Ｃ  カーボン単体層
【図１】
2007001530.tif 000003
【図２】
2007001530.tif 000004
【図３】
2007001530.tif 000005
【図４】
2007001530.tif 000006
【図５】
2007001530.tif 000007
【図６】
2007001530.tif 000008
【図７】
2007001530.tif 000009
【図８】
2007001530.tif 000010