(57)【要約】【課題】長期に異音発生を抑制できる安価なスプライン伸縮軸を提供すること。【解決手段】中間軸５（スプライン伸縮軸）が、雌スプライン４１と第１軸方向溝４２とを有する筒状の外軸４０と、雄スプライン５１と第２軸方向溝５２とを有する内軸５０とを備える。両軸４０，５０の互いに対向する軸方向溝４２，５２間に、弾性を有する樹脂棒７０が介在する。両スプライン４１，５１の少なくとも一方が、第１樹脂被膜６１で被覆され、両軸方向溝４２，５２の少なくとも一方が、第２樹脂被膜６２で被覆されている。樹脂棒７０を介して両軸４０，５０間に小トルクを伝達するときに、樹脂棒７０とともに第２樹脂被膜６２が弾性変形し、樹脂棒６０に生ずる応力を抑制する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に雌スプラインおよび第１軸方向溝を有する筒状の外軸と、
外周に前記雌スプラインに噛み合う雄スプラインと前記第１軸方向溝に対向する第２軸方向溝とを有する内軸と、
前記雌スプラインおよび前記雄スプラインの少なくとも一方に設けられた第１樹脂被膜と、
前記第１軸方向溝および前記第２軸方向溝の少なくとも一方に設けられた第２樹脂被膜と、
前記第１軸方向溝と前記第２軸方向溝との間に介在した弾性を有する棒と、を備え、
前記棒の少なくとも表面が、樹脂で形成されているスプライン伸縮軸。
【請求項２】
請求項１において、前記棒は、中空であるスプライン伸縮軸。
【請求項３】
請求項１において、前記棒の断面が、Ｕ字状であるスプライン伸縮軸。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項において、前記棒は、金属からなる棒本体と、前記棒本体の表面に設けられた第３樹脂被膜と、を含むスプライン伸縮軸。
【請求項５】
請求項１から３の何れか１項において、前記棒は、樹脂棒からなるスプライン伸縮軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプライン伸縮軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機械に用いられるスプライン伸縮軸では、内軸と外軸を軸方向に摺動させる関係上、内外（雌雄）のスプライン間に周方向（回転方向）の隙間を設ける必要がある。しかしながら、その隙間に起因して、歯打ち音による異音が発生するという問題がある。
特許文献１では、内外のスプラインに樹脂被膜を施す技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３８５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、内外のスプライン間の隙間の管理を厳密にする必要があり、製造コストが高くなる。
また、長期に使用して樹脂被膜が摩耗すると、内外のスプライン間の周方向の隙間が増大し、異音（歯打ち音）が発生するおそれがある。
そこで、本願発明者は、両軸の軸方向溝間に跨がる樹脂棒（弾性体）を設けて、両軸の回転方向のガタを除去することを考えた。しかしながら、樹脂棒（弾性体）が鉄（外軸）と鉄（内軸）とで直接挟持されるので、寸法公差が厳しい場合、樹脂棒の応力が増大し、長期に使用すると樹脂棒の機能低下によりガタが発生するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、長期に低騒音を実現することができるスプライン伸縮軸を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、内周（４０ａ）に雌スプライン（４１）および第１軸方向溝（４２）を有する筒状の外軸（４０）と、外周（５０ａ）に前記雌スプラインに噛み合う雄スプライン（５１）と前記第１軸方向溝に対向する第２軸方向溝（５２）とを有する内軸（５０）と、前記雌スプラインおよび前記雄スプラインの少なくとも一方に設けられた第１樹脂被膜（６１）と、前記第１軸方向溝および前記第２軸方向溝の少なくとも一方に設けられた第２樹脂被膜（６２）と、前記第１軸方向溝と前記第２軸方向溝との間に介在した弾性を有する棒（７０；７０Ａ；８０；８０Ａ；８０Ｂ）と、を備え、前記棒の少なくとも表面が、樹脂で形成されているスプライン伸縮軸（５）を提供する。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記棒は、中空であってもよい。
また、請求項３のように、前記棒の断面が、Ｕ字状であってもよい。
【０００８】
また、請求項４のように、前記棒は、金属からなる棒本体（８１；８１Ａ；８１Ｂ）と、前記棒本体の表面に設けられた第３樹脂被膜（８２；８２Ａ；８２Ｂ）と、を含んでいてもよい。
また、請求項５のように、前記棒は、樹脂棒（７０；７０Ａ）からなっていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明では、両軸方向溝の少なくとも一方に第２樹脂被膜が施され、両軸方向溝間に介在する棒の少なくとも表面が樹脂で形成されている。したがって、トルク伝達時に、棒の少なくとも表面の樹脂と少なくとも一方の軸方向溝に設けられた第２樹脂被膜とがともに弾性変形することができるので、ガタ除去のために公差を厳しくしても棒に生ずる応力を小さく抑制することができる。したがって、長期に使用しても棒が安定した弾性機能を発揮でき、長期に低騒音を実現することができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、棒を中空とすることで、棒の圧縮弾性係数を容易に低くすることができるので、棒に生ずる応力を容易に緩和することができる。
請求項３の発明によれば、棒の断面をＵ字状とすることで、棒の圧縮弾性係数を容易に低くすることができるので、棒に生ずる応力を容易に緩和することができる。
請求項４の発明によれば、金属からなる棒本体の表面に第３樹脂被膜を設けるので、必要な棒の強度を確保しつつ、棒に負荷される応力を緩和することができる。
【００１１】
請求項５の発明によれば、棒として樹脂棒を用いることで、棒の弾性係数を低く抑制して、棒に生ずる応力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態のスプライン伸縮軸が中間軸に適用された車両用操舵装置の概略構成図である。
【図２】スプライン伸縮軸としての中間軸の一部破断側面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿って切断した中間軸の断面図である。
【図４】中間軸の要部の拡大断面図である。
【図５】５Ａ〜５Ｄは、内軸の製造工程を順次に示す工程図である。５Ａは、雄スプラインが形成された内軸の製造用中間体の概略断面図である。５Ｂは、雄スプラインに第１樹脂被膜が被覆された製造用中間体の概略断面図である。５Ｃは、第２軸方向溝が形成された製造用中間体の概略断面図である。５Ｄは、第２軸方向溝に第２樹脂被膜が被覆されて完成した内軸の概略断面図である。
【図６】６Ａ，６Ｂおよび６Ｃは、内軸の別の製造工程を順次に示す工程図である。６Ａが図５の５Ａに相当し、６Ｃが図５の５Ｄに相当する。６Ｂは、雄スプラインが形成された樹脂被覆前の内軸の製造用中間体に、第２軸方向溝を形成した状態を示している。
【図７】本発明の別の実施形態のスプライン伸縮軸の拡大断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態のスプライン伸縮軸の拡大断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態のスプライン伸縮軸の拡大断面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態のスプライン伸縮軸の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のスプライン伸縮軸が適用された中間軸を有する車両用操舵装置の概略構成図である。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結された操舵軸３と、操舵軸３に自在継手４を介して連結されたスプライン伸縮軸としての中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有する転舵軸としてのラック軸８とを備えている。
【００１４】
ピニオン軸７およびラック軸８を含むラックアンドピニオン機構によって、転舵機構Ａ１が構成されている。ラック軸８は、車体側部材９に固定されたハウジング１０によって、車両の左右方向に沿う軸方向（紙面とは直交する方向）に移動可能に、支持されている。ラック軸８の各端部は、図示していないが、対応するタイロッドおよび対応するナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。
【００１５】
操舵軸３は、同軸上に連結された第１操舵軸１１と第２操舵軸１２とを備えている。第１操舵軸１１は、スプライン結合を用いて、同伴回転可能に且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合されたアッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４を有している。アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４の何れか一方が内軸を構成し、他方が筒状の外軸を構成している。
【００１６】
また、第２操舵軸１２は、ロアーシャフト１４と同伴回転可能に連結された入力軸１５と、自在継手４を介して中間軸５に連結された出力軸１６と、入力軸１５および出力軸１６を相対回転可能に連結するトーションバー１７とを有している。
操舵軸３は、車体側部材１８，１９に固定されたステアリングコラム２０によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。
【００１７】
ステアリングコラム２０は、軸方向に相対移動可能に嵌め合わされた筒状のアッパージャケット２１および筒状のロアージャケット２２と、ロアージャケット２２の軸方向下端に連結されたハウジング２３とを備えている。ハウジング２３内には、操舵補助用の電動モータ２４の動力を減速して出力軸１６に伝達する減速機構２５が収容されている。
減速機構２５は、電動モータ２４の回転軸（図示せず）と同行回転可能に連結された駆動ギヤ２６と、駆動ギヤ２６に噛み合い出力軸１６と同伴回転する被動ギヤ２７とを有している。駆動ギヤ２６は例えばウォーム軸からなり、従動ギヤ２７は例えばウォームホイールからなる。
【００１８】
ステアリングコラム２０は、車両後方側のアッパーブラケット２８および車両前方側のロアーブラケット２９を介して車体側部材１８，１９に固定されている。アッパーブラケット２８は、図示しないコラムブラケットを介してステアリングコラム２０のアッパージャケット２１に固定可能とされている。アッパーブラケット２８は、車体側部材１８から下方に突出する固定ボルト（スタッドボルト）３０と、当該固定ボルト３０に螺合するナット３１と、アッパーブラケット２８に離脱可能に保持されたカプセル３２とを用いて、車体側部材１８に固定されている。
【００１９】
ロアーブラケット２９は、ステアリングコラム２０のハウジング２３に固定されている。また、ロアーブラケット２９は、車体側部材１９から突出する固定ボルト（スタッドボルト）３３と当該固定ボルト３３に螺合するナット３４とを用いて、車体側部材１９に固定されている。
図１および図２を参照して、スプライン伸縮軸としての中間軸５は、筒状の外軸４０と内軸５０とを軸方向Ｘ１に沿って摺動可能に且つトルク伝達可能にスプライン嵌合させて形成されている。外軸４０および内軸５０の何れか一方がアッパーシャフトを構成し、他方がロアーシャフトを構成する。
【００２０】
本実施形態では、外軸４０がアッパーシャフトとして自在継手４に連結されており、内軸５０がロアーシャフトとして自在継手６に連結されている。外軸４０と内軸５０との間には、グリース等の潤滑剤が介在していてもよい。これにより、外軸４０および内軸５０が軸方向Ｘ１に相対移動するときの摺動抵抗を低減することができる。
本実施形態では、スプライン伸縮軸を中間軸５に適用した場合に則して説明するが、本発明のスプライン伸縮軸を第１操舵軸１１に適用し、第１操舵軸１１にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるようにしてもよい。また、本実施形態では、車両用操舵装置１が電動パワーステアリング装置である場合に則して説明するが、本発明のスプライン伸縮軸をマニュアルステアリングの車両用操舵装置に適用するようにしてもよい。
【００２１】
図２および図２のIII−III線に沿う断面図である図３に示すように、外軸４０と内軸５０とはスプライン嵌合している。すなわち、外軸４０は、その内周４０ａに、複数の雌スプライン４１（外軸４０と一体のキー溝状をなす溝条に相当）を有している。内軸５０は、その外周５０ａに、対応する雌スプライン４１にそれぞれ噛み合う複数の雄スプライン５１（内軸５０と一体のキー状をなす凸条に相当）を有している。
【００２２】
拡大図である図４に示すように、雌スプライン４１と雄スプライン５１の少なくとも一方には、第１樹脂被膜６１が設けられている。具体的には、第１樹脂被膜６１は、雌スプライン４１（溝条）の回転方向に対向する一対の内壁面、および雄スプライン５１（凸条）の回転方向に対向する一対の外壁面の少なくとも一方に形成されていればよい。本実施形態では、内軸５０の雄スプライン５１（凸条）の一対の外壁面および頂部に第１樹脂被膜６１が設けられた例に則して説明する。
【００２３】
図２および図３に示すように、外軸４０の内周４０ａには、軸方向Ｘ１に延びる第１軸方向溝４２が形成されている。内軸５０の外周５０ａには、第１軸方向溝４２に対向して軸方向Ｘ１に延びる第２軸方向溝５２が形成されている。互いに対をなす第１軸方向溝４２と第２軸方向溝５２とは、少なくとも一対（本実施形態では２対）設けられている。
図４に示すように、第１軸方向溝４２および第２軸方向溝５２の少なくとも一方（本実施形態では、第２軸方向溝５２）に、第２樹脂被膜６２が設けられている。
【００２４】
また、図３および図４に示すように、互いに対向する第１軸方向溝４２と第２軸方向溝５２との間に、軸方向Ｘ１に延びる棒としての中実の断面丸形（例えば円形）の樹脂棒７０が介在している。樹脂棒７０の材料としては、例えば、ポリアミド、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
スプライン伸縮軸としての中間軸５にトルクが負荷されていないときに、樹脂棒７０が、回転方向Ｚ１に関して弾性圧縮されない状態で両軸方向溝４２，５２に接していてもよいし、また、中間軸５にトルクが負荷されていないときに、樹脂棒７０が、回転方向Ｚ１に関して弾性圧縮されて両軸方向溝４２，５２から予圧（初期荷重）を付与されていてもよい。
【００２５】
中間軸５にトルクが負荷されていないときには、図４に示すように、両スプライン４１，５１の歯間には、回転方向Ｚ１に関して、所定量の隙間Ｓ１が設けられている。
スプライン伸縮軸としての中間軸５が、小トルク（所定値以下のトルク）を伝達するときには、樹脂棒７０を介して、両軸４０，５０間にトルクが伝達される。また、中間軸５が、大トルク（所定値を超えるトルク）を伝達するときは、図示していないが、雌スプライン４１と雄スプライン５１とが回転方向Ｚ１に係合し、両スプライン４１，５１を介して、両軸４０，５０間にトルクが伝達される。
【００２６】
本実施形態の内軸５０を製造する場合、まず、図５Ａに示すような製造用中間体５００の外周に形成された雄スプライン５１に、図５Ｂに示すように第１樹脂被膜６１を形成する。次いで、図５Ｃに示すように、製造用中間体５００の外周に、第２軸方向溝５２を形成する。具体的には、少なくとも１つの雄スプライン５１を削って形成された欠歯領域に第２軸方向溝５２を形成する。次いで、図５Ｄに示すように、第２軸方向溝５２に第２樹脂被膜６２を形成し、内軸５が完成する。
【００２７】
また、図５Ａに相当する図６Ａの状態から、図６Ａの製造用中間体５００に対して樹脂被覆する前に、図６Ｂに示すように、少なくとも１つの雄スプライン５１とその底を削って第２軸方向溝５２を形成し、その後、図５Ｄに相当する図６Ｃに示すように、雄スプライン５１および第２軸方向溝５２に対応する樹脂被膜６１，６２を形成して内軸５を完成してもよい。
【００２８】
また、図示していないが、図６Ａの状態を経ずに、図６Ｂの製造用中間体５００を形成した後、図６Ｃに示す内軸５を完成してもよい。
本実施形態によれば、第１軸方向溝４２および第２軸方向溝５２の少なくとも一方に第２樹脂被膜６２が施され、両軸方向溝４２，５２間に樹脂棒７０が介在している。したがって、スプライン伸縮軸としての中間軸５が小トルク（所定値以下のトルク）を伝達するときに、樹脂棒７０とともに、少なくとも一方の軸方向溝（本実施形態では第２軸方向溝５２）に設けられた第２樹脂被膜６２が弾性変形する。したがって、ガタ除去のために公差を厳しくしても棒としての樹脂棒６０の応力を小さく抑制することができる。したがって、長期に使用しても樹脂棒７０が安定した弾性機能を発揮でき，長期に低騒音を実現することができる。
【００２９】
なお、図４の中実の樹脂棒７０に代えて、図７の実施形態に示すような中空の樹脂棒７０Ａを用いてもよい。中空の樹脂棒７０Ａは、図７に示すように、筒状であってもよいし、断面Ｕ字状であってもよい。本実施形態によれば、樹脂棒７０Ａを中空とすることで、樹脂棒７０Ａの圧縮弾性係数を容易に低くすることができるので、樹脂棒７０Ａに生ずる応力を容易に緩和することができる。
【００３０】
次いで、図８は本発明の別の実施形態のスプライン伸縮軸としての中間軸５の断面図である。図８を参照して、本実施形態が図４の実施形態と異なるのは、樹脂棒７０に代えて、樹脂で被覆された金属製の棒８０を用いている点である。具体的には、棒８０は、金属（例えば鉄）製の棒本体８１と、棒本体８１の外周に設けられた第３樹脂被膜８２とを備えている。
【００３１】
本実施形態においても、スプライン伸縮軸としての中間軸５が小トルク（所定値以下のトルク）を伝達するときに、棒８０とともに、少なくとも一方の軸方向溝（本実施形態では第２軸方向溝５２）に設けられた第２樹脂被膜６２が弾性変形する。したがって、ガタ除去のために公差を厳しくしても棒８０の応力を小さく抑制することができる。したがって、長期に使用しても棒７０が安定した弾性機能を発揮でき，長期に低騒音を実現することができる。また、棒本体８１が金属製なので、棒８０として必要な強度を確保することができる。
【００３２】
図８の棒８０に代えて、図９の実施形態に示すように、金属製（例えば鉄製）の中空（具体的には筒状）の棒本体８１Ａと、棒本体８１Ａの表面に設けられた第２樹脂被膜８２Ａとを有する中空の棒８０Ａを用いてもよい。本実施形態によれば、棒８０Ａを中空とすることで、棒８０Ａの圧縮弾性係数を容易に低くすることができるので、棒８０Ａに生ずる応力を容易に緩和することができる。
【００３３】
また、図８の棒８０に代えて、図１０の実施形態に示すように、断面Ｕ字状をなす中空の棒８０Ｂを用いてもよい。棒８０Ｂは、断面Ｕ字状をなす中空の金属製の棒本体８１Ｂと、棒本体８１Ｂの外周に設けられた第２樹脂被膜８２Ｂとを備えている。この場合、棒８０Ｂの断面をＵ字状とすることで、棒８０Ｂの圧縮弾性係数を容易に低くすることができるので、棒８０Ｂに生ずる応力を容易に緩和することができる。
【００３４】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、各前記実施形態では、第１樹脂被膜６１を、雄スプライン５１に設けたが、第１樹脂被膜を、雌スプライン４１のみに設けてもよいし、雌スプライン４１および雄スプライン５１の双方に設けてもよい（図示せず）。
また、各前記実施形態では、第２樹脂被膜６２を、第２軸方向溝５２に設けたが、第２樹脂被膜を、第１軸方向溝４２のみに設けてもよいし、第１軸方向溝４２および第２軸方向溝５２の双方に設けてもよい（図示せず）。
【００３５】
また、図７〜図１０の各実施形態において、第３樹脂被膜８２；８２Ａ；８２Ｂの材料としては、例えば、ポリアミド、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…車両用操舵装置、３…操舵軸、５…中間軸（スプライン伸縮軸）、４０…外軸、４０ａ…内周、４１…雌スプライン、４２…第１軸方向溝、５０…内軸、５０ａ…外周、５１…雄スプライン、５２…第２軸方向溝、６１…第１樹脂被膜、６２…第２樹脂被膜、７０；７０Ａ…樹脂棒、８０；８０Ａ；８０Ｂ…棒、８１；８１Ａ；８１Ｂ…棒本体、８２；８２Ａ；８２Ｂ…第３樹脂被膜、Ｘ１…軸方向、Ｚ１…回転方向
【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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