(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と雌軸２２の軸方向に延びるトルク伝達溝２７，２８を雄軸２１の外周面及び雌軸２２の内周面に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２９の外周面及び／またはトルク伝達溝２７，２８の溝面に固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜３０を７５％以上の面積率で形成し、トルク伝達溝２７，２８とトルク伝達ピン２９の摺動部のスライド抵抗を低減するようにした。【選択図】図３
2007001531.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固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜を７５％以上の面積率で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】
請求項１記載の車両のステアリング用伸縮軸において、前記固体潤滑被膜の膜厚を０．１μｍ以上８．０μｍ以下と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３】
請求項１または２記載の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０．１〜５．０μｍの深さを有する微細なディンプル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４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の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の中心線平均粗さを０．１〜１．６μｍＲａの範囲内と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５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の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固体潤滑剤粉末をショットピーニングすることにより前記固体潤滑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。
【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５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の少ない車両では、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、請求項１の発明は、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固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜を７５％以上の面積率で形成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載の車両のステアリング用伸縮軸において、前記固体潤滑被膜の膜厚を０．１μｍ以上８．０μｍ以下としたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２記載の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０．１〜５．０μｍの深さを有する微細なディンプルを形成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項記載の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の中心線平均粗さを０．１〜１．６μｍＲａの範囲内としたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項記載の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固体潤滑剤粉末をショットピーニングすることにより前記固体潤滑被膜を形成したことを特徴とする。
【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によれば、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固体潤滑被膜が形成されていないものと比べ、トルク伝達ピンとトルク伝達溝との摺動部のスライド抵抗を低減することができる。また、固体潤滑被膜の面積率が７５％未満のものと比べ、トルク伝達ピンの耐焼付性を高めることができる。したがって、トルク伝達ピンを介して雄軸から雌軸または雌軸から雄軸に回転トルクを伝達する際にトルク伝達ピンとトルク伝達溝との摺動部のスライド抵抗を低減することができる。
【０００９】
請求項２の発明に係る車両のステアリング用伸縮軸によれば、良好な潤滑性を保ちながら十分な強度の固体潤滑被膜が得られるとともに、固体潤滑被膜摩耗粉の噛み込みを抑制して摺動部のスライド抵抗を低減することができる。
請求項３の発明に係る車両のステアリング用伸縮軸によれば、固体潤滑被膜と母材との付着強度がアンカー効果により向上し、摺動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。
【００１０】
請求項４の発明に係る車両のステアリング用伸縮軸によれば、摺動部のスライド抵抗をより一層低減できると共にトルク伝達ピンの耐久性を損なうことがない。
請求項５の発明に係る車両のステアリング用伸縮軸によれば、母材と強固に密着した固体潤滑被膜が形成されるため、固体潤滑剤による潤滑が長期にわたって行われ、グリース潤滑を併用しても、摺動部のスライド抵抗をより一層低減できると共にトルク伝達ピンの耐久性を損なうことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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３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、雄軸２１の軸方向に延びる三つのトルク伝達溝２７が雄軸２１の周方向に１２０度の間隔で形成されている。
【００１２】
一方、雌軸２２は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、雌軸２２の軸方向に延びる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、これら両ボール転動溝２３，２４間には、雄軸２１と雌軸２２の軸方向における摺動抵抗を低減するために、複数個のボール２５が転動自在に介装されている。
【００１３】
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、これら両トルク伝達溝２７，２８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が組み込まれている。
【００１４】
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、固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜３０（図３参照）が７５％以上の面積率で形成されている。
ここで、トルク伝達ピン２９の外周面に固体潤滑被膜３０を７５％以上の面積率で形成した理由について説明する。
【００１５】
本発明者らは、トルク伝達溝２７，２８とトルク伝達ピン２９との摺動部に発生するスライド抵抗を低減するために、次のような実験を行った。先ず、固体潤滑被膜が形成される前のトルク伝達ピン外周面の平均粗さを測定した。次に、ＪＩＳＲ６００１に規定の平均粒径が４５μｍのスズ粉末（または平均粒径３μｍの二硫化モリブデン粉末）をショットピーニング装置によりトルク伝達ピン（ピン重量：１〜６ｋｇ）の外周面に噴射し、固体潤滑被膜をトルク伝達ピンの外周面に形成した。そして、固体潤滑被膜の面積率および平均膜厚を測定した後、トルク伝達ピンの焼付耐久性試験と摺動抵抗試験を行った。その結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
2007001531.tif 000003
【００１７】
なお、ショットピーニングは噴射圧力：１９．６〜８８．２Ｎ／ｃｍ２、噴射時間：１０〜２０ｍｉｎの条件で行った。また、固体潤滑被膜の面積率は固体潤滑被膜が形成されたトルク伝達ピンの外周面をＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）により観察（倍率×２０００，３０視野）し、トルク伝達ピン外周面の２００μｍ四方を１０００倍に拡大した際に、固体潤滑被膜形成前の元素特性Ｘ線強度が１０倍以上の強度を有する領域に固体潤滑被膜が形成されていると仮定し、その結果を画像解析して固体潤滑被膜の面積率の平均値を求めた。
【００１８】
固体潤滑被膜の平均膜厚は、固体潤滑被膜を保護するために、先ず、熱硬化性樹脂であるポリアミドイミドをピロリドンに溶解した化合物でトルク伝達ピンの表面を被覆した後、１７５℃の雰囲気温度でトルク伝達ピンを２時間放置し、その表面層を硬化させた。次に、トルク伝達ピンを切断してエポキシ樹脂中に埋め込み、その切断面をバフ研磨で鏡面仕上げした後、鏡面仕上げされた切断面に凹凸をつける目的で３％ピクラール溶液中にトルク伝達ピンを５秒間浸漬した。その後、トルク伝達ピンの切断面にナノオーダーのクロム被覆層をスパッタにより形成し、その表面を電子顕微鏡で観察（倍率×５０００，３０視野）した。
【００１９】
電子顕微鏡観察では、固体潤滑剤の種類により二次電子線像と反射電子線像を使い分け、固体潤滑被膜の膜厚を明瞭に確認することに努めた。さらに詳細に説明すると、各々の１視野について横方向に被覆面が横断されるように確認し、そして縦方向に６分割を行い、この５点の平均値を求め、それを１視野当たりの膜厚とし、さらに３０視野において平均膜厚とした。
【００２０】
トルク伝達ピンの焼付耐久性試験は、ブロックオンリング試験法（回転リングにブロックを所定の荷重で押し付け、所定の速度で回転リングを回転させる試験法）で行った。また、摺動抵抗試験はジョイント角度を３０°に固定してステアリング機構に回転トルクを入力し、トルク伝達ピンを雄軸及び雌軸の軸方向にスライドさせるのに必要な力を測定した。
【００２１】
また、表１に示す試料No．１〜２５のうちNo．６〜１０，１３〜１５，２１，２２，２４，２５の試料については、トルク伝達ピンの外周面に微細なディンプルを０．２〜６μｍの深さで形成した後、固体潤滑被膜をトルク伝達ピンの外周面に形成した。なお、ディンプルはショットピーニング装置により形成され、ショット材としては、ＪＩＳＲ６００１に規定の平均粒径が４５μｍの鋼球、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ガラスビーズ等を用いることができる。
【００２２】
ディンプルの深さについては、トルク伝達ピンの外周面に形成されたディンプルを三次元日接触表面形状測定機により観察（倍率×５０００，３０視野）し、得られた画像を断面プロファイルに変換した。そして、Ｘ方向断面及びＹ方向断面の５ヶ所をそれぞれ測定し、その結果を平均値として求めた。
表１に示す試験結果から明らかなように、トルク伝達ピンの外周面に固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜を形成することにより、トルク伝達ピンの外周面に固体潤滑被膜が形成されていないもの（例えば試料No．１６，１８）と比較して、トルク伝達溝とトルク伝達ピンとの摺動部のスライド抵抗が低減されていることがわかる。
【００２３】
さらに、トルク伝達ピンの外周面に対する固体潤滑被膜の面積率を７５％以上に設定することにより、面積率が７５％未満のもの（例えば試料No．１９，２０，２１，２２）と比較して、トルク伝達ピンの焼付耐久性すなわち耐久性が向上することがわかる。
したがって、表１に示した実施例のように、トルク伝達ピンの外周面に固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜を７５％以上の面積率で形成することにより、トルク伝達ピンを介して
雄軸から雌軸または雌軸から雄軸に回転トルクを伝達する際にトルク伝達ピンとトルク伝達溝との摺動部のスライド抵抗を低減できると共にトルク伝達ピンの耐久性を高めることができる。
【００２４】
また、固体潤滑被膜の平均膜厚を０．１μｍ以上８．０μｍ以下に設定することにより、平均膜厚が８．０μｍを上回るもの（例えば試料No．２３，２４）と比較して、トルク伝達ピンとトルク伝達溝との摺動部のスライド抵抗を低減できると共にトルク伝達ピンの耐久性を向上させることができる。
また、トルク伝達ピンの外周面に０．１〜５．０μｍの深さを有する微細なディンプルを形成することにより、トルク伝達ピンの外周面にディンプルを持たないもの（例えば試料No．１７）と比較して、トルク伝達ピンの耐久性を向上させることができる。さらに、ディンプルの深さが５．０μｍを上回るもの（例えば試料No．２５）と比較して、トルク伝達ピンとトルク伝達溝との摺動部のスライド抵抗を低減することができる。
【００２５】
また、固体潤滑被膜をショットピーニングにより形成することにより、固体潤滑被膜をスプレー塗布により形成したもの（例えば試料No．１７）と比較して、トルク伝達ピンの耐久性を向上させることができる。
なお、表１に示した実施例では固体潤滑剤のショット後に微小硬度計を用いて硬さ試験を行った。その結果、固体潤滑被膜により覆われた母材の表面から２〜１５μｍの深さの硬さが勾配を持ち、勾配の最高位の硬さが処理前の母材硬さと比べて５〜２０％程度増大することが確認された。
【００２６】
上述した実施の形態では固体潤滑剤からなる固体潤滑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４に示すように、固体潤滑被膜３０をトルク伝達溝２７，２８の溝面に形成してもよいし、あるいは固体潤滑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ハイブリッド式伸縮軸に本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば樹脂コーティングタイプや隙間調整タイプの伸縮軸についても本発明を適用することができる。
【００２７】
また、表１に示した実施例では固体潤滑剤としてスズや二硫化モリブデンを用いた場合を例示したが、例えばポリエチレン、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、金属石鹸、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＢＮ、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、スズ合金、銅合金、純鉄、純銅、純クロムなどを固体潤滑剤として用いてもよい。
【００２８】
また、表１に示した実施例ではディンプルの形成をショットピーニングにより行ったが、ディンプルの形成をバレル法にて行ってもよく、さらにバレル法とショットピーニング法の両方を用いてディンプルを形成してもよい。バレルに関しては、種々のメディアや添加剤を配合して、表面に大きな凹凸をつける粗加工とプラトー部の粗さを整える仕上げ加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一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】本発明の他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５】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】
【００３０】
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  固体潤滑被膜
【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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