(57)【要約】【課題】トルク伝達部と摺接する部分に圧痕が発生することを防止して、圧痕による摺動抵抗の増加や摩擦等による損傷を効果的に防止するステアリング用伸縮軸を提供する。【解決手段】雄軸１１と雌軸１２をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、前記雄軸１１の外周面に形成したトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃの最表面にリチウム・鉄複合酸化物層３０を設け、このリチウム・鉄複合酸化物層３０の直下に、表面改質拡散元素としての窒素元素が雄軸１１の母材中の他の元素と結合した表面改質層３２を設けた熱処理を施すことで、トルク伝達部１４の摺接による圧痕の発生を防止するようにした。【選択図】図４
2007308057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、
前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成した軸方向溝の間に、予圧用の弾性体を介して前記両軸の軸方向相対移動の際に転動する転動体を介装し、
前記弾性体を配置した位置と異なる円周方向位置に、前記雄軸及び前記雌軸の間で軸方向の相対移動を可能とし、且つ回転方向の移動を規制するトルク伝達部を設け、
前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面の少なくとも一方に、最表面にリチウム・鉄複合酸化物層を設け、このリチウム・鉄複合酸化物層の直下に、表面改質拡散元素としての窒素元素が前記雄軸及び前記雌軸の少なくとも一方の母材中の他の元素と結合した表面改質層を設けた熱処理を施すことで、前記トルク伝達部の摺接による圧痕の発生を防止するようにしたことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項２】
前記弾性体は、伝達される操舵トルクが所定未満の時に、予圧作用を行って低剛性特性を発揮し、前記トルク伝達部は、前記操舵トルクが所定以上の時に、高剛性特性を発揮して２段階の捩り剛性特性が得られる構成としていることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項３】
前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成したセレーション及びスプラインの何れか一方で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項４】
前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成した軸方向溝の間に配置した円柱体で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項５】
前記熱処理は、少なくとも前記トルク伝達部に摺接する部分の硬さをＨＶ４００以上とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項６】
前記雄軸とユニバーサルジョイントに用いられるヨークとを溶接で結合したヨーク組立体に、前記熱処理を施したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項７】
前記雌軸とユニバーサルジョイントに用いられるヨークとを溶接で結合したヨーク組立体に、前記熱処理を施したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両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、車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の操舵機構部の伸縮軸には、自動車が走行する際に発生する軸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性能が要求される。さらに、運転者が自動車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方向に移動し、その位置を調整する機能が要求される。これらの何れの場合にも、伸縮軸は、ガタ音を低減すること、ステアリングホイール上のガタ感を低減すること、及び軸方向の摺動動作時における摺動抵抗を低減することが要求される。
【０００３】
このようなことから、特許文献１では、雄軸の外周面と雌軸の内周面に形成した複数組の軸方向溝の間に、複数組のトルク伝達部材としてのニードルローラでなる円柱体が嵌合されている。これにより、ステアリングホイールから伝達される操舵トルクが小さい場合には、雄軸と雌軸との間のガタ付きを防止することができ、雄軸と雌軸とは、その回転方向のガタ付きを防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。さらに、ニードルローラの回転方向（周方向）のガタ付きを防止するため、プラスチック製の保持器形状のものが設けてある。したがって、プラスチック部材でニードルローラの回転方向の位置を調整し、またプラスチックの弾性変形により、雄軸と雌軸の精度誤差を吸収することができる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０７８８４３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、雄軸の外周面と雌軸の内周面に形成した複数組の軸方向溝の間に、複数組のトルク伝達部材としてのニードルローラでなる円柱体が嵌合されているので、この円柱体が軸方向溝の軌道面に摺接して圧痕を生じさせる虞があり、生じた圧痕による摺動抵抗の増加や摩擦等による軌道面の損傷が発生するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、トルク伝達部の摺接による圧痕の発生を防止して、圧痕による摺動抵抗の増加や摩擦等による損傷を効果的に防止することができる車両ステアリング用伸縮軸を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る車両ステアリング用伸縮軸は、車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成した軸方向溝の間に、予圧用の弾性体を介して前記両軸の軸方向相対移動の際に転動する転動体を介装し、前記弾性体を配置した位置と異なる円周方向位置に、前記雄軸及び前記雌軸の間で軸方向の相対移動を可能とし、且つ回転方向の移動を規制するトルク伝達部を設け、前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面の少なくとも一方に、最表面にリチウム・鉄複合酸化物層を設け、このリチウム・鉄複合酸化物層の直下に、表面改質拡散元素としての窒素元素が前記雄軸及び前記雌軸の少なくとも一方の母材中の他の元素と結合した表面改質層を設けた熱処理を施すことで、前記トルク伝達部の摺接による圧痕の発生を防止するようにしたことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸である。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記弾性体は、伝達される操舵トルクが所定未満の時に、予圧作用を行って低剛性特性を発揮し、前記トルク伝達部は、前記操舵トルクが所定以上の時に、高剛性特性を発揮して２段階の捩り剛性特性が得られる構成としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成したセレーション及びスプラインの何れか一方で構成されている。
【０００７】
また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成した軸方向溝の間に配置した円柱体で構成されている。
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記熱処理は少なくとも前記トルク伝達部に摺接する部分の硬さをＨＶ４００以上とする。
【０００８】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記雄軸とユニバーサルジョイントに用いられるヨークとを溶接で結合したヨーク組立体に、前記熱処理を施した。
さらに、請求項７記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記雌軸とユニバーサルジョイントに用いられるヨークとを溶接で結合したヨーク組立体に、前記熱処理を施した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、雄軸の外周面及び雌軸の内周面の少なくとも一方に、軸方向溝の最表面にリチウム・鉄複合酸化物層を設け、このリチウム・鉄複合酸化物層の直下に、表面改質拡散元素としての窒素元素が雄軸の外周面及び雌軸の内周面の少なくとも一方の母材中の他の元素と結合した表面改質層を設けた熱処理を施すことで、雄軸の外周面及び雌軸の内周面の少なくとも一方は、表面硬化が増大するとともに、耐食性を向上させながら機械的強度が増大する。これにより、トルク伝達部の摺接による圧痕の発生を防止し、圧痕による摺動抵抗の増加や摩擦等によるトルク伝達部の損傷を効果的に防止することができると共に、弾性体により回転方向のガタ付きを防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（車両用ステアリングシャフトの全体構成）
図１は、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸を自動車の操舵機構部に適用した場合の一実施形態を示す側面図である。
図１の操舵機構部は、車体側のメンバ１００にアッパブラケット１０１とロアブラケット１０２とを介して取付けられたアッパステアリングシャフト部１２０（ステアリングコラム１０３と、ステアリングコラム１０３に回転自在に保持されたステアリングシャフト１０４を含む）と、ステアリングシャフト１０４の上端に装着されたステアリングホイール１０５と、ステアリングシャフト１０４の下端にユニバーサルジョイント１０６を介して連結されたロアステアリングシャフト部１０７と、ロアステアリングシャフト部１０７に操舵軸継手１０８を介して連結されたピニオンシャフト１０９と、ピニオンシャフト１０９に連結したステアリングラック軸１１２と、このステアリングラック軸１１２を支持して車体の別のフレーム１１０に弾性体１１１を介して固定されたステアリングラック支持部材１１３とで構成されている。
【００１１】
ここで、アッパステアリングシャフト部１２０とロアステアリングシャフト部１０７が本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸（以後、単に伸縮軸と称す）を用いている。ロアステアリングシャフト部１０７は、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなロアステアリングシャフト部１０７には自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収し、ステアリングホイール１０５上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。
【００１２】
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、操舵機構上部を固定するメンバ１００とステアリングラック支持部材１１３が固定されているフレーム１１０が別体となっておりステアリングラック支持部材１１３がゴムなどの弾性体１１１を介してフレーム１１０に締結固定されている構造の場合に要求される。
また、その他のケースとして操舵軸継手１０８をピニオンシャフト１０９に締結する際に作業者が、伸縮軸を一旦縮めてからピニオンシャフト１０９に嵌合させて締結させるため伸縮機能が必要とされる場合がある。
【００１３】
さらに、操舵機構の上部にあるアッパステアリングシャフト部１２０も雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなアッパステアリングシャフト部１２０には、運転者が自動車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１０５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。前述の全ての場合において、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１０５上のガタ感を低減することと、軸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。
【００１４】
（第１実施の形態）
図２は、本発明に係る第１実施形態のカルダン軸継手付き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に示した車両ステアリング用伸縮軸の拡大図である。図４は、図３のＡ−Ａ線拡大断面図である。
図２に示すように、車両ステアリング用伸縮軸（以後、単に伸縮軸と称す）１０（図１のロアステアリングシャフト部１０７）は、相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した雄軸１１と雌軸１２とからなる。
【００１５】
雄軸１１は、ステアリングホイール側のカルダン軸継手５０（図１のユニバーサルジョイント１０６）のヨーク５１と溶接で結合されており、Ｓ２５Ｃなどの機械構造用炭素鋼を材料とする雌軸１２は、ステアリングギヤ側のカルダン軸継手５３（図１の操舵軸継手１０８）のヨーク５４と溶接で結合されている。図２の符号５２，５５は、雄軸１１側、雌軸１２側の溶接部を示している。
雄軸１１の外周面及び雌軸１２の内周面間には、図４に示すように、周方向に１２０度間隔で等配分して設けられた予圧部１３と、この予圧部１３間の円周方向中央部に同様に周方向に１２０度間隔で等配分して設けられたトルク伝達部１４とが設けられている。
【００１６】
予圧部１３は、雄軸１１の外周面に、周方向に１２０度間隔で等配分した断面を略逆台形状とした３つの転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃが延在して形成されている。これに対応して雌軸１２の内周面にも、周方向に１２０度間隔で等配分した断面をゴシックアーク形状とした前記転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃと対をなす転動体軸方向溝１６ａ〜１６ｃが軸方向に延在して形成されている。ここで、雄軸１１の転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃは、外周面から径方向内方に行くに従って順次幅狭となる逆ハの字状のテーパー側面部１５ｄと、これらテーパー側面部１５ｄの内周側を連接する底面部１５ｅとで逆台形状に形成されている。
そして、雄軸１１の転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃ内に、板バネ１７ａ〜１７ｃが介装され、これら板バネ１７ａ〜１７ｃと雌軸１２の転動体用軸方向溝１６ａ〜１６ｃ間に複数のボールを直列に連接させたボール列１８ａ〜１８ｃが介挿されている。
【００１７】
板バネ１７ａ〜１７ｃは、図３に示すように、雄軸１１の転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃの後端部に形成されて外方に突出する段部２０と、雄軸１１の先端部に配置した環状の弾性体１９ｂとの間に挟まれた状態で保持されている。すなわち、弾性体１９ｂが、雄軸１１の先端部に形成した縮径部の外周に配置された後、雄軸１１の縮径部に形成した外周溝内に、金属製の環状ストッパプレート１９ａが、かしめ状態で固定される。この環状ストッパプレート１９ａに押圧された弾性体１９ｂが、板バネ１７ａ〜１７ｃの一端に当接しながら段部２０側に向けて弾性的に付勢し、板バネ１７ａ〜１７ｃの軸方向移動を規制して保持する。
【００１８】
ここで、板バネ１７ａ〜１７ｃの夫々は、図４及び図５に示すように、ボール列１８ａ〜１８ｃのボールに２点で接触するボール側接触部１７ｄと、このボール側接触部１７ｄに対して略周方向に所定間隔をおいて離間していると共に雄軸１の軸方向溝１５ａ〜１５ｃのテーパー側面部１５ｄに接触する溝面側接触部１７ｅと、ボール側接触部１７ｄと溝面側接触部１７ｅとを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部１７ｆと、軸方向溝１５ａ〜１５ｃの底面部１５ｅに接触する底部１７ｇとを有している。付勢部１７ｆは、略Ｕ字形状で略円弧状に折れ曲がりした折曲形状を有し、この折曲形状の付勢部１７ｆによって、ボール側接触部１７ｄと溝面側接触部１７ｅと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。
【００１９】
トルク伝達部１４は、雄軸１１の転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃ間の円周方向中央部に夫々形成された軸方向に延在する断面円弧状のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃと、雌軸１２の転動体用軸方向溝１６ａ〜１６ｃ間の円周方向中央部に形成夫々形成されたトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃと対をなすトルク伝達用軸方向溝２２ａ〜２２ｃとを有する。
【００２０】
そして、雄軸１１の軸方向溝２１ａ〜２１ｃと雌軸１２の軸方向溝２２ａ〜２２ｃとの間に、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが雌軸１２に対して摺動自在に嵌合されている。これらニードルローラ２３ａ〜２３ｃも、雄軸１１の転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃの後端部に形成された段部２０と、雄軸１１の先端部に配置した環状の弾性体１９ｂとの間に挟まれた状態で保持されている。
そして、雄軸１１と前述したカルダン軸継手５０のヨーク５１とを溶接で結合してヨーク組立体とし、このヨーク組立体を後述する熱処理によって少なくともニードルローラ２３ａ〜２３ｃと接触するトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃの摺接面の硬度がＨＶ４００以上となるように硬化されているとともに、耐食性が向上されている。
【００２１】
本実施形態の熱処理は、図６に示すように、被熱処理材である雄軸１１の最表面にリチウム・鉄複合酸化物層３０が形成されており、リチウム・鉄複合酸化物層３０と雄軸１１の表面との間に軟窒化層３２が形成されている。そして、軟窒化層３２の表面は多孔質状態で形成され、この多孔質状態の孔内にリチウム・鉄複合酸化物が混合されるので、リチウム・鉄複合酸化物層３０と軟窒化層３２との間には、リチウム・鉄複合酸化物及び軟窒化層３２の混合層３４が形成される。
【００２２】
雄軸１１は、Ｓ２５Ｃなどの機械構造用炭素鋼を材料とすることが望ましい。
雄軸１１の表面に、塩浴窒化方法によってリチウム・鉄複合酸化物層３０及び軟窒化層３２を形成する。すなわち、カチオン成分としてＬｉ+、Ｎａ+およびＫ+を、アニオン成分としてＣＮＯ-とＣＯ3-を含む窒化塩浴に雄軸１１を浸漬し、その表面に軟窒化層３２を形成する。この際、窒化塩浴に水酸化アルカリ、結合水、自由水および湿潤空気からなる群から選択された酸化力強化物質を添加して窒化塩浴の酸化力を強化し、雄軸１１の表面に軟窒化層３２が形成されると同時に、その最表面にリチウム・鉄複合酸化物層３０を形成する。
【００２３】
リチウム・鉄複合酸化物層３０の付着量は、リチウム原子として１０〜１，５００ｍｇ／ｍ2が望ましい。
そして、軟窒化層３２は多孔質な構造をしており、軟窒化層３２の上層の多孔質な箇所にリチウム・鉄複合酸化物が混在して混合層３４が形成される。これにより、最表面のリチウム・鉄複合酸化物層３０が除去された場合でも、上層にリチウム・鉄複合酸化物が混在した混合層３４が残存するので耐食性が保持される。
【００２４】
このように、雄軸１１に熱処理を施すことで、最表面にリチウム・鉄複合酸化物層３０が形成され、リチウム・鉄複合酸化物層３０と雄軸１１の表面との間に軟窒化層３２が形成されるとともに、リチウム・鉄複合酸化物層３０と軟窒化層３２との間に、リチウム・鉄複合酸化物層３０及び軟窒化層３２の混合層３４が形成されるので、表面硬度がＨＶ４００以上となり、耐食性が向上する。
ここで、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃは、ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼を材料として形成されており、このニードルローラ２３ａ〜２３ｃの表面硬度は、トルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃの表面硬度より大きく設定されている。
【００２５】
雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃの表面硬度をＨＶ４００以上とすることにより、雄軸１１及び雌軸１２を相対移動させる際に、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃを摺動する場合に、圧痕が発生することを防止することができ、圧痕の生成によって、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃの摺動抵抗が増加したり、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが圧痕による摩擦等によって損傷されたりすることを防止することができる。因に、雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃの表面硬度をＨＶ４００未満とすると、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが摺接した時に、長期の使用によってトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃに圧痕が発生することになり、発生した圧痕によってニードルローラ２３ａ〜２３ｃの摺動抵抗が増加すると共に、圧痕による摩擦等によってニードルローラ２３ａ〜２３ｃが損傷することになり、雄軸１１及び雌軸１２間で摺動抵抗が不安定になってしまう。
ここで、請求項の弾性体が板バネ１７ａ〜１７ｃに対応し、請求項の転動体がボール列１８ａ〜１８ｃに対応し、請求項のトルク伝達部がニードルローラ２３ａ〜２３ｃに対応し、請求項の表面改質層が軟窒化層３２に対応する。
【００２６】
次に、第１実施形態の動作を説明する。
上記構成を有する伸縮軸１０では、前述したステアリングホイール１０５に運転者から操舵トルクが付与されていない操舵トルク非伝達時や所定値以下のトルク伝達時には、板バネ１７ａ〜１７ｃによってボール列１８ａ〜１８ｃをガタ付きのない程度に予圧しているため、雄軸１１と雌軸１２との間のガタ付きを防止することができると共に、雄軸１１と雌軸１２とは、ガタ付きのない安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。このとき、図４に示すように、雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃ及び雌軸１２のトルク伝達用軸方向溝２２ａ〜２２ｃとニードルローラ２３ａ〜２３ｃとの間に隙間があり、雄軸１１と雌軸１２とはトルクが入力されていないときに周方向に微少相対回転可能とされている。そして、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃは雄軸１１にストッパプレート１９ａ，弾性体１９ｂ及び段部２０によって軸方向に固定されているので、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃ又は雌軸１２のトルク伝達用軸方向溝２２ａ〜２２ｃ或いは両者の一部に摺接しながら摺動する。
【００２７】
一方、ステアリングホイール１０５に運転者から所定値以上の操舵トルクが付与された操舵トルク伝達時には、図４に示すように、雄軸１１と雌軸１２の間に介装されているニードルローラ２３ａ〜２３ｃがトルク伝達の役割を果たす。例えば、雄軸１１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ１７ａ〜１７ｃによってボール列１８ａ〜１８ｃに予圧が与えられているので、ガタ付きを防止する。
【００２８】
さらにトルクが増大していくと、トルク伝達部１４のニードルローラ２３ａ〜２３ｃが雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃと雌軸１２のトルク伝達用軸方向溝２２ａ〜２２ｃの側面に強く接触し、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃの方がボール列１８ａ〜１８ｃより反力を強く受け、トルク伝達部１４が主にトルクを伝達する。そのため、雄軸１１と雌軸１２との回転方向ガタを防止すると共に、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。このとき、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃとトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃ及び２２ａ〜２２ｃとは主に軸方向に連続に接触して荷重を受けるので、点接触で荷重を受けるボール列１８ａ〜１８ｃよりも接触圧を低く抑えることができる利点がある。
【００２９】
また、操舵トルクが所定未満の時には、板バネ１７ａ〜１７ｃは、予圧作用により、エンジンルームから伝わってくる不快な音や振動を緩衝して低減することができる。
したがって、本実施形態の伸縮軸１０は、トルク伝達、摺動機構が緩衝機構も兼ねることから、スペースの有効利用、部品点数削減、及び製造コストの低減を図りつつ、二段階の捩じり剛性特性を備えた伸縮軸１０を提供することができる。
【００３０】
また、雄軸１１に熱処理を施すことで、最表面にリチウム・鉄複合酸化物層３０が形成され、リチウム・鉄複合酸化物層３０と雄軸１１の表面との間に軟窒化層３２が形成されるとともに、リチウム・鉄複合酸化物層３０と軟窒化層３２との間に、リチウム・鉄複合酸化物及び軟窒化の混合層３４が形成され、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが摺接する雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃの表面硬度がＨＶ４００以上となり、耐食性が向上するので、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが摺接する際に、雄軸１１と雌軸１２との傾きが異なって、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃのスティックスリップによってトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃに圧痕が発生することを防止し、圧痕の発生によるニードルローラ２３ａ〜２３ｃの摺動抵抗の増加や圧痕の摩擦によるニードルローラ２３ａ〜２３ｃの損傷を防止することができる。
【００３１】
しかも、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃの表面硬度を、トルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃの表面硬度より大きく設定しているので、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃの摩耗による耐久性を向上させることができる。
ここで、カルダン軸継手５３のヨーク５４と雄軸１１とを結合する前に、雄軸１１のみを熱処理することが考えられるが、この場合には、ヨーク５４との溶接位置を覆うマスキング等の作業が必要となり、高コスト及び量産の面で問題がある。それに対して、本実施形態では、雄軸１１とカルダン軸継手５０のヨーク５１とを溶接で結合したヨーク組立体に熱処理を行うことでマスキング等の作業が不要になるとともに、雄軸１１と同時にヨーク５１にも熱処理が行なわれるので、コストを低減し、量産を可能とすることができる。しかも、雄軸１１とヨーク５１とを溶接で結合したヨーク組立体に熱処理を行なうと、図２で示した溶接部５２の溶接時の残留応力を除去することができ、さらには溶接部５２付近の母材組織が均一となるので、溶接部５２の機械的強度の低下を防止することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、雄軸１１の転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃに板バネ１７ａ〜１７ｃを配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、雌軸１２の転動体用軸方向溝１６ａ〜１６ｃに板バネ１７ａ〜１７ｃを配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ボール列１８ａ〜１８ｃ及びニードルローラ２３ａ〜２３ｃを雄軸１１の転動体用軸方向溝１５ａ〜１５ｃ及びトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃに保持する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ボール列１８ａ〜１８ｃ及びニードルローラ２３ａ〜２３ｃを雌軸１２の転動体用軸方向溝１６ａ〜１６ｃ及びトルク伝達用軸方向溝２２ａ〜２２ｃ内に保持するようにしてもよい。
【００３３】
ニードルローラ２３ａ〜２３ｃを雌軸１２のトルク伝達用軸方向溝２２ａ〜２２ｃに保持する場合には、ニードルローラ２３ａ〜２３ｃが摺接する雌軸１２に、最表面に複合酸化物層３０が形成され、複合酸化物層３０と雄軸１１の表面との間に軟窒化層３２が形成されるとともに、複合酸化物層３０と軟窒化層３２との間に、複合酸化物層３０及び軟窒化層３２の混合層３４が形成される熱処理を行うようにすればよい。この場合には、雌軸１２とヨーク５５とを溶接で結合したヨーク組立体に熱処理を行うようにする。
また、雄軸１１の外周面全体、又は雌軸１２の内周面全体に熱処理を行なってもよく、さらには、雄軸１１及び雌軸１２の双方に熱処理を行ってもよい。
【００３４】
（第２実施形態）
図７は本発明に係る第２実施形態の車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図であり、図８は図７のＢ−Ｂ線上の断面図であり，図９は板バネを示す斜視図である。
この第２実施形態では、前述した第１実施形態のニードルローラ２３ａ〜２３ｃとこれらを収容する雄軸１１のトルク伝達用軸方向溝２１ａ〜２１ｃ及び雌軸１２のトルク伝達用軸方向溝２２ａ〜２２ｃが省略され、これらに代えてトルク伝達部としてのセレーション３５ａ〜３５ｃが形成されていると共に、ボール列１８ａ〜１８ｃと雌軸１２の転動体用軸方向溝１６ａ〜１６ｃ間に介装された板バネ１７ａ〜１７ｃが省略され、これらに代えて雄軸１１の転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃとボール列１８ａ〜１８ｃとの間に板バネ３６ａ〜３６ｃが介装されていることを除いては第１実施の形態と同様の構成を有する。
【００３５】
ここで、雄軸１１は、図７及び図８に示すように、中空パイプ状に形成され、ボール列１８ａ〜１８ｃを収容する転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃが形成されていると共に、これら転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃの隣接する溝間の円周方向中央部に夫々セレーション軸部３８ａ〜３８ｃが形成されている。これらセレーション軸部３８ａ〜３８ｃの夫々は、図８で明らかなように、円周方向に所定距離を保って形成された２条の断面台形状の突条を有する。ここで、転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃの夫々は、外周面から内方に行くに従って順次幅狭となる逆ハの字状のテーパー側面板部３７ｄと、これらテーパー側面板部３７ｄの内周側を連接する底面板部３７ｅとで構成されている。
【００３６】
一方、雌軸１２は、雄軸１１の転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃに対向してこれらと対となるゴシックアーク状の転動体用軸方向溝１６ａ〜１６ｃが形成されていると共に、これら軸方向溝１６ａ〜１６ｃの隣接する溝間の円周方向中央部に夫々セレーション軸部３８ａ〜３８ｃと係合するセレーション溝部３９ａ〜３９ｃとが形成されている。そして、セレーション軸部３８ａ〜３８ｃ及びセレーション溝部３９ａ〜３９ｃでトルク伝達部材となるセレーション３５ａ〜３５ｃが構成されている。ここで、図示しないが、セレーション軸部３８ａ〜３８ｃとセレーション溝部３９ａ〜３９ｃとは両者の円周方向対向面が微小間隙をもって対向されている。
また、ボール列１８ａ〜１８ｃと雄軸１１の転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃとの間に弾性体としての板バネ３６ａ〜３６ｃが介装されている。
【００３７】
板バネ３６ａ〜３６ｃの夫々は、図９に示すように、ボール列１８ａ〜１８ｃのボールに２点で接触するボール側接触部３６ｄと、このボール側接触部３６ｄに対して略周方向に所定間隔をおいて離間していると共に雄軸１１の転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃのテーパー側面板部３７ｄに接触する溝面側接触部３６ｅと、ボール側接触部３６ｄと溝面側接触部３６ｅとを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部３６ｆと、転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃの底面板部３６ｅに接触する底部３６ｇと、底部３６ｇの長手方向一端側から付勢部３６ｆが延在する方向に対して逆側の方向に底部３６ｇに対して略直角に折曲された係合片３６ｈとを有している。ここで、付勢部３６ｆは、略Ｕ字形状で略円弧状に折れ曲がりした折曲形状を有し、この折曲形状の付勢部３６ｆによって、ボール側接触部３６ｄと溝面側接触部３６ｅと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。
【００３８】
図７に示すように、中空パイプ形状の雄軸１１の端部にストッパ４０が嵌合されている。このストッパ４０は、雄軸１１の軸孔に嵌合する凸形状の嵌合部４０ａと、雄軸１１の端面に当接可能な直径を有する鍔部４０ｂとを備えた部材である。
そして、前述した板バネ３６ａ〜３６ｃの夫々は、底部３６ｇの一端から折曲された係合片３６ｈを、雄軸１１の端面とストッパ４０の鍔部４０ｂとの間に挟み込まれた状態で配置されている。このように、ストッパ４０の鍔部４０ｂとの間に係合片３６ｈが挟み込まれている板バネ３６ａ〜３６ｃは、軸方向移動を規制された状態で保持される。
また、前述したカルダン軸継手５３のヨーク５４と溶接で結合した後の雄軸１１に、セレーション溝部３９ａ〜３９ｃと接触するセレーション軸部３８ａ〜３８ｃの摺接面の硬度がＨＶ４００以上となり、しかも耐食性が向上するように熱処理を施す。
【００３９】
本実施形態の熱処理も、図６で示したように、被熱処理材である雄軸１１の最表面にリチウム・鉄複合酸化物層３０が形成されており、このリチウム・鉄複合酸化物層３０と雄軸１１の表面との間に軟窒化層３２が形成されている。そして、軟窒化層３２は表面多孔質状態で形成され、この多孔質状態の孔内にリチウム・鉄複合酸化物が混合されるので、リチウム・鉄複合酸化物層３０と軟窒化層３２との間には、リチウム・鉄複合酸化物及び軟窒化層３２の混合層３４が形成される。
ここで、請求項の弾性体が板バネ３６ａ〜３６ｃに対応し、請求項のトルク伝達部がセレーション３５ａ〜３５ｃに対応する。
【００４０】
本実施形態も、セレーション軸部３８ａ〜３８ｃに熱処理が施されて表面硬度がＨＶ４００以上となり、耐食性が向上するので、雄軸１１及び雌軸１２との相対移動時に、雄軸１１と雌軸１２との傾きが異なって、セレーション軸部３８ａ〜３８ｃとセレーション溝部３９ａ〜３９ｃとの間にスティックスリップが生じることにより圧痕が発生されることを防止することができ、圧痕の発生によるセレーション３５ａ〜３５ｃでの摺動抵抗の増加や圧痕による摩擦等によってセレーション軸部３８ａ〜３８ｃ又はセレーション溝部３９ａ〜３９ｃの損傷を防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態は、雄軸１１とヨーク５１とを溶接で結合したヨーク組立体に熱処理を行うことで、マスキング等の作業が不要になるとともに、雄軸１１と同時にヨーク５１にも熱処理が行なわれるので、コストを低減し、量産を可能とすることができる。
一方、板バネ３６ａ〜３６ｃは、そのボール側接触部３６ｄが付勢部３６ｆ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。
【００４２】
また、ボール列１８ａ〜１８ｃ以外に、セレーション軸部３８ａ〜３８ｃ及びセレーション溝部３９ａ〜３９ｃで構成されるセレーション３５ａ〜３５ｃを備えているので、操舵トルク伝達時には、セレーション軸部３８ａ〜３８ｃとセレーション溝部３９ａ〜３９ｃとが、板バネ３６ａ〜３６ｃに過大な負荷（応力）がかかるより先に接触し、セレーション３５ａ〜３５ｃが主としてトルクを伝達することになるため、ボール列１８ａ〜１８ｃ及び板バネ３６ａ〜３６ｃには、過大な負荷（応力）がかかることがない。
【００４３】
このように、板バネ３６ａ〜３６ｃは、撓み量を十分に確保することができると共に、ボール列１８ａ〜１８ｃのボール及び板バネ３６ａ〜３６ｃには、過大な負荷（応力）が係ることがないことから、操舵トルク伝達時に、ボール列１８ａ〜１８ｃと板バネ３６ａ〜３６ｃ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、永久変形により「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。
【００４４】
また、本実施形態では、雄軸１１の転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃは、テーパー側面板部３７ｄ及び底面板部３６ｅの双方が平面で構成されている。転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃの中心線は、雄軸１１の中心点に向かっており、テーパー側面板部３７ｄは転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃの中心から左右対象のくさび形状をなしている。くさびの角度（接触角）は、転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃの中心に対して、４０〜７０度が好ましい。これにより、転動体用軸方向溝３７ａ〜３７ｃのくさび面に板バネ３６ａ〜３６ｃがしっかり固定されるので、操舵トルクが付加された際に、板バネ３６ａ〜３６ｃ全体が横滑りを起こし難いことから、伝達トルクの低下を招くことがなく、また、ヒステリシスが過大に発生することを防止することができる。
【００４５】
なお、本実施形態においては、板バネ３６ａ〜３６ｃを雄軸１１側に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、雌軸１２側に設けることもできる。
また、本実施形態においては、セレーション溝部３９ａ〜３９ｃと接触する雄軸１１のセレーション軸部３８ａ〜３８ｃの摺接面の硬度がＨＶ４００以上となり、しかも耐食性が向上するように熱処理を施す場合について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくともセレーション軸部３８ａ〜３８ｃ又はセレーション溝部３９ａ〜３９ｃのみ若しくはこれらの周辺部に部分的に熱処理を施すようにしてもよく、さらにはボール列１８ａ〜１８ｃが転接する雌軸１２の転動体軸方向溝１６ａ〜１６ｃのみ又はその転動体用軸方向溝１６ａ〜１６ｃを含む周辺部に部分的に熱処理を施すようにしてもよい。また、雄軸１１の外周面全体、又は雌軸１２の内周面全体に熱処理を行なってもよく、雄軸１１及び雌軸１２の双方に熱処理を行ってもよい。
【００４６】
さらに、本実施形態においては、トルク伝達部材としてセレーション部３５ａ〜３５ｃを適用した場合につい説明したが、これに限定されるものではなく、セレーション部３５ａ〜３５ｃに代えてスプライン溝部とスプライン軸部とで構成されるスプライン部を設けるようにしても良い。
さらにまた、本実施形態においては、ボール列１８ａ〜１８ｃで構成される転動体とセレーション部３５ａ〜３５ｃで構成されるトルク伝達部材が夫々３組ずつ設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、転動体及びトルク伝達部材数は任意の組数設けることができる。
【００４７】
なおさらに、本実施形態においては、転動体としてボール列１８ａ〜１８ｃを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、雄軸１１及び雌軸１２の軸方向に転動する複数のコロを配置したコロ列を適用することもできる。
さらに、第１実施形態及び第２実施形態で示した車両ステアリング用伸縮軸は、図１で示した自動車の操舵機構部に適用するものではなく、例えば図１０に示すように、ステアリングコラム１０３にモータを組み込んだパワーアシスト機構１２１を備えたパワーステアリング装置に適用しても、同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施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概略的側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るカルダン軸継手付き車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。
【図３】図２に示した車両ステアリング用伸縮軸の要部拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態で使用する板バネを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態において熱処理を施した雄軸の表面近傍の組織を模式的に示した図である。
【図７】本発明の第２実施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８】図７のＢ−Ｂ線に沿った横断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態で使用する板バネを示す斜視図である。
【図１０】図１と異なる本発明の実施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を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…伸縮軸、１１…雄軸、１２…雌軸、１３…予圧部、１４…トルク伝達部、１５ａ〜１５ｃ…転動体用軸方向溝、１６ａ〜１６ｃ…転動体用軸方向溝、１７ａ〜１７ｃ…板バネ、１８ａ〜１８ｃ…ボール列、２１ａ〜２１ｃ…トルク伝達用軸方向溝、２２ａ〜２２ｃ…トルク伝達用軸方向溝、２３ａ〜２３ｃ…ニードルローラ、３０…リチウム・鉄複合酸化物層、３２…軟窒化層、３４…混合層、３５ａ〜３５ｃ…セレーション、３６ａ〜３６ｃ…板バネ、３７ａ〜３７ｃ…転動体用軸方向溝、３８ａ〜３８ｃ…セレーション軸部、３９ａ〜３９ｃ…セレーション溝部、５０…カルダン軸継手、５１…ヨーク、５３…カルダン軸継手、５４…ヨーク、１００…メンバ、１０１…アッパブラケット、１０２…ロアブラケット、１０３…ステアリングコラム、１０４…ステアリングシャフト、１０５…ステアリングホイール、１０６…ユニバーサルジョイント、１０７…ロアステアリングシャフト部、１０８…操舵軸継手、１０９…ピニオンシャフト、１１０…フレーム、１１１…弾性体、１１２…ステアリングラック軸、１１３…ステアリングラック支持部、１２０…アッパステアリングシャフト部
【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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