(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に相対摺動可能に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸および筒状の外軸と、
内軸および外軸の相対位相が所定範囲を超えたときに、両軸を周方向に剛的に連結する剛性連結要素と、
内軸の外周面および外軸の内周面のそれぞれに形成されて互いに対向する少なくとも三対の軸方向溝と、
上記対をなす軸方向溝間にそれぞれ跨り、内軸および外軸の相対位相が上記所定範囲内にあるときに、両軸を周方向に弾性的に連結する複数の弾性連結要素としての長尺の樹脂棒と、を含み、
各上記樹脂棒は、−４０℃〜８５℃のときの弾性率が２０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａの範囲内に設定されており、且つ−４０℃〜８５℃のときの線膨張率が５×１０−５／℃〜１０×１０−５／℃の範囲内に設定されていることを特徴とする車両用伸縮軸。
【請求項２】
請求項１において、各上記樹脂棒は、半芳香族ポリアミドを用いて形成されている車両用伸縮軸。
【請求項３】
請求項１において、各上記樹脂棒は、ポリオキシメチレンを用いて形成されている車両用伸縮軸。
【請求項４】
請求項１，２または３において、各上記樹脂棒は靭性を改質する改質剤を用いて形成されている車両用伸縮軸。
【請求項５】
操舵部材の操舵に応じて回転する車両操舵用伸縮軸として請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用伸縮軸を含む車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用伸縮軸およびこれを備える車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通例、車両には、操舵部材等の回転を伝達するための軸部材が備えられている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開昭６０−２１５１２３号公報
【特許文献２】米国特許第３７５７６０１号明細書
【特許文献３】米国特許第６５５７４３３号明細書
【特許文献４】米国特許第６６２００５０号明細書
【特許文献５】米国特許第５７０９６０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の軸部材には、特許文献２〜５に示されているような伸縮可能な構造を有しているものがある。また、金属製の内軸と筒状の外軸にそれぞれスプライン歯を形成するとともに、内軸のスプライン歯に樹脂コーティングを施し、両軸のスプライン歯を嵌め合わせることにより、伸縮構造を実現したものがある。このような車両用伸縮軸において、温度条件に拘わらず性能を維持でき、許容伝達トルクを更に向上でき、内軸と外軸との連結の剛性感を確保でき、内軸と外軸との間で音が生じることを防止でき、且つ製造コストを低減できるようにすることが要請されている。本発明はこれらの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願発明者は、上記の樹脂コーティングを施した構造では、（ｉ）大きなトルクが作用すると樹脂コーティングが剥離することによりスプライン歯が剛体同士の接触となって異音が生じることから、大トルクをかけられず、しかも（ｉｉ）製造コストが高いという課題に着目した。製造コストが高くなるのは、両軸間の相対摺動を滑らかにするためにスプラインの歯の周方向の隙間（ガタ）を確保し且つガタ音を防止するために隙間を最小限にする必要があることから、樹脂コーティングの膜厚を精度よく設定しなければならないからである。
【０００５】
そこで、本願発明者は、樹脂コーティングを廃止する代わりに、金属製の内軸と外軸との間に樹脂棒を介装し、両軸の相対位相（相対回転量）が少ないときには樹脂棒を介して両軸間でトルク伝達するようにし、両軸の相対位相が大きいときには両軸が直接接触してトルクを伝達する構成を想到した。
しかしながら、両軸と樹脂棒の線膨張率の違いから、温度条件によっては樹脂棒と両軸との隙間が意図しない値になり、隙間が小さくなって摺動荷重が増加したり、隙間が大きくなって両軸間の周方向のガタが大きくなったりするという課題がある。
【０００６】
かかる知見に基づいてなされた本発明は、軸方向（Ｓ）に相対摺動可能に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸（１０）および筒状の外軸（１１）と、内軸および外軸の相対位相が所定範囲を超えたときに、両軸を周方向（Ｃ）に剛的に連結する剛性連結要素（２５）と、内軸の外周面（２６）および外軸の内周面（２８）のそれぞれに形成されて互いに対向する少なくとも三対の軸方向溝（３１，３２，３３，３４，３５，３６）と、上記対をなす軸方向溝間にそれぞれ跨り、内軸および外軸の相対位相が上記所定範囲内にあるときに、両軸を周方向に弾性的に連結する複数の弾性連結要素としての長尺の樹脂棒（４１，４２，４３）と、を含み、各上記樹脂棒は、−４０℃〜８５℃のときの弾性率が２０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａの範囲内に設定されており、且つ−４０℃〜８５℃のときの線膨張率が５×１０−５／℃〜１０×１０−５／℃の範囲内に設定されていることを特徴とする車両用伸縮軸（３）を提供するものである（請求項１）。
【０００７】
本発明によれば、両軸間のトルクが大きくて相対位相が所定の範囲を超えたときには、剛性連結要素が互いに連結するので、各樹脂棒に作用する力が小さくて済む。これにより、各樹脂棒が塑性変形等を生じることなく両軸間で大トルクを伝達することができ、許容伝達トルクを向上できる。また、内軸と外軸との間に緩衝効果を有する樹脂棒が介装されていることにより、両軸間の周方向のガタつき音を防止できる。また、各樹脂棒の熱膨張率が小さいことから、温度変化に起因する各樹脂棒と両軸との間の寸法変化を抑制できる。その結果、樹脂棒が大きく膨張して摺動抵抗が過大になることを防止でき、また、樹脂棒が収縮して両軸間に周方向のガタが生じることを防止できるので、温度条件に拘わらず性能を維持できる。さらに、両軸に、コストのかかるコーティング層を形成する必要がないので、車両用伸縮軸をコスト安価に製造できる。
【０００８】
また、各樹脂棒の弾性率を２０００ＭＰａ以上としていることにより、各樹脂棒が必要な剛性を確保できることから、両軸の相対位相が所定範囲内にあるときに両軸の連結の剛性を高くでき、トルクの伝達遅れを防止できる。また、各樹脂棒の弾性率を３５００ＭＰａ未満としていることにより、各樹脂棒が硬くなりすぎることを防止でき、各樹脂棒が消音部材として十分な消音効果を発揮することができる。
【０００９】
さらに、各樹脂棒の線膨張率を１０×１０−５／℃以下に設定することにより、各樹脂棒の温度変化に伴う寸法変化を十分に小さくできる。これにより、温度条件に拘らず、両軸間の摺動抵抗が不用意に増してしまうことを防止する等の性能を維持できる。また、各樹脂棒の線膨張率を５×１０−５／℃以上に設定することにより、線膨張率が極めて小さいコストの高い材料を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
【００１０】
また、本発明において、各上記樹脂棒は、半芳香族ポリアミドを用いて形成されている場合がある（請求項２）。この場合、各樹脂棒の温度変化に対する寸法変化を少なくすることができ、樹脂棒の直径に関する寸法公差を大きくできる。
また、本発明において、各上記樹脂棒は、ポリオキシメチレンを用いて形成されている場合がある（請求項３）。この場合、温度変化に起因して寸法変化が生じたときでも、内軸および外軸のそれぞれに対する摩擦抵抗の変化を小さくでき、内軸と外軸との摺動抵抗が不用意に変化することを抑制できる。
【００１１】
また、本発明において、各上記樹脂棒は靭性を改質する改質剤を用いて形成されている場合がある（請求項４）。この場合、各樹脂棒の靭性を増すことにより疲労強度を増して各樹脂棒を折れ難くでき、各樹脂棒の耐久性をより増すことができる。
また、本発明は、操舵部材（２）の操舵に応じて回転する車両操舵用伸縮軸として上記の車両用伸縮軸を含む車両用操舵装置（１）を提供するものである（請求項５）。この場合、大きな操舵トルクを伝達できるとともに温度条件に拘らず性能を維持でき、且つコスト安価な車両用操舵装置を実現できる。
【００１２】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施の形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【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にかかる車両操舵用伸縮軸を備える車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。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の位置を、運転者に対して略上下に調節するためのチルト調節機能、および操舵部材２の位置を運転者に対して略前後に調整するためのテレスコ調節機能の双方を備えている。
【００１４】
車両用操舵装置１は、操舵部材２と、操舵部材２に連結されて操舵部材２の操舵に応じて回転する車両操舵用伸縮軸としての操舵軸３とを備えている。
操舵部材２は、操舵軸３の一端部に取り付けられている。操舵軸３は、操舵部材２が取り付けられている一端部が上側（アッパ側）となるように傾けて配置されている。操舵軸３の他端部は、自在継手４、中間軸５および自在継手６を介して舵取り機構７に連結されている。
【００１５】
舵取り機構７は、自在継手６に連なるピニオン軸８と、ピニオン軸８の一端のピニオン８ａに噛み合うラック歯９ａを有するラック軸９とを備えている。操舵部材２を回転操作して操舵軸３を回転したとき、舵取り機構７のピニオン８ａが回転し、この回転運動がラック軸９の長手方向への直線運動に変換される。これにより、ラック軸９に連結された図示しないタイロッドを介してナックルアームを回動させ、転舵輪を操向する。
【００１６】
操舵軸３は、操舵部材２が取り付けられている筒状の外軸１１と、外軸１１の一端部とトルク伝達可能且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合する一端部を有する棒状の内軸１０とを有している。内軸１０の他端部には、自在継手４が連結されている。
操舵軸３は、コラムチューブ１２によって回転自在に支持されている。コラムチューブ１２は、外軸１１を取り囲む外筒１３と、外筒１３と軸方向に相対摺動可能に嵌合されて内軸１０を取り囲む内筒１４とを含んでいる。外筒１３は、軸受１５を介して外軸１１を回転自在に且つ軸方向に同行移動可能に支持している。内筒１４は、軸受１６を介して、内軸１０を回転自在に且つ軸方向に相対移動不能に支持している。
【００１７】
内筒１４には第１のブラケット１７が固定されており、車体１８に固定された第２のブラケット１９に、支軸２０を介して支持されている。内筒１４は、支軸２０回りに揺動可能である。
外筒１３には第３のブラケット２１が固定されており、車体１８に固定された第４のブラケット２２と対向している。第３のブラケット２１は、ロック機構２３によって第４のブラケット２２にロックされる。
【００１８】
ロック機構２３の操作レバー２４を操作することにより、上記ロックを解除することができる。ロックを解除することにより、外筒１３および外軸１１を、対応する内筒１４および内軸１０に対して軸方向に相対移動するテレスコ動作をすることができる。また、ロックを解除することにより、操舵軸３およびコラムチューブ１２を支軸２０回りに揺動させるチルト動作をすることができる。
【００１９】
図２は、操舵軸３の要部の分解斜視図である。図３は、操舵軸３の要部の断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
図２を参照して、操舵軸３の内軸１０および外軸１１は、それぞれ、金属製の高剛性部材である。これら内軸１０および外軸１１には、剛性連結要素としてのセレーション２５が設けられている。セレーション２５は、内軸１０および外軸１１の相対位相（内軸１０の周方向Ｃに関する相対位置）が所定範囲を超えたときに、両軸１０，１１を内軸１０の周方向Ｃに剛的に連結するものである。
【００２０】
セレーション２５は、内軸１０の一端部の外周面２６に設けられた雄セレーション部２７と、外軸１１の一端部の内周面２８に設けられた雌セレーション部２９と、を含んでいる。これらのセレーション部２７，２９は、それぞれ、対応する内軸１０および外軸１１の軸方向と平行に延びている。外軸１１に内軸１０を挿入することにより、これら雄セレーション部２７および雌セレーション部２９が、互いに噛み合わされる。
【００２１】
図３および図４を参照して、内軸１０の外周面２６および外軸１１の内周面２８のそれぞれには、互いに対向する少なくとも三対（本実施の形態において、三対）の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６が形成されている。各軸方向溝３１〜３６は、対応する内軸１０および外軸１１の軸方向と平行に延びている。
外軸１１の一端部の内周面２８には、外軸１１の周方向に沿って等間隔に３つの軸方向溝３２，３４，３６が形成されている。また、内軸１０の一端部の外周面２６には、内軸１０の周方向Ｃに沿って等間隔に３つの軸方向溝３１，３３，３５が形成されている。
【００２２】
外軸１１の軸方向溝３２，３４，３６は、それぞれ、内軸１０の対応する軸方向溝３１，３３，３５に対して、内軸１０の径方向に互いに向き合っている。
外軸１１の各軸方向溝３２，３４，３６は、滑らかに湾曲した円弧面を含んでいる。内軸１０の各軸方向溝３１，３３，３５は、内軸１０の周方向Ｃに対向する一対の壁面３７，３８を有している。これらの壁面３７，３８は、平坦とされている。これらの壁面３７，３８間の間隔（溝幅）は、内軸１０の径方向内方に進むに従い狭くなっている。
【００２３】
図２および図３を参照して、内軸１０と外軸１１との間に、合成樹脂製の樹脂体３９が介装されている。樹脂体３９は、一体成形品であり、複数の弾性連結要素としての長尺の樹脂棒４１，４２，４３と、これらの樹脂棒４１，４２，４３を連結する連結部４４とを含んでいる。
連結部４４は、円板状をなす主体部４５を含んでいる。主体部４５には、挿通孔４６が形成されている。挿通孔４６には、内軸１０の一端面に突設された円柱状の突部４７が挿通している。突部４７には、プッシュナット４８が取り付けられており、このプッシュナット４８と内軸１０の一端面とによって、連結部４４の主体部４５が挟まれて固定されている。
【００２４】
プッシュナット４８は、円板状をなしており、径方向中央部に形成された挿通孔４９の周縁部が隆起している。この挿通孔４９に突部４７が挿通されている。挿通孔４９の周縁部が、突部４７に係止されている。突部４７の先端は内軸１０の径方向に広がっており、先端の大きさは、挿通孔４６よりも小さいことが望ましい。
図２および図４を参照して、各樹脂棒４１，４２，４３は、連結部４４の主体部４５から内軸１０の軸方向Ｓに平行に延びている。これらの樹脂棒４１，４２，４３は、対応する一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６間にそれぞれ跨っている。各樹脂棒４１，４２，４３は、対応する一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６間でシメシロ嵌合（圧入）されており、圧縮されることにより弾性変形している。
【００２５】
各樹脂棒４１，４２，４３には、溝５０が形成されている。溝５０は、当該溝５０が形成されている樹脂棒４１，４２，４３の長手方向Ｌに平行に延びている。また、溝５０は、当該溝５０が形成されている樹脂棒４１，４２，４３を長手方向Ｌに貫通しているが、各樹脂棒４１，４２，４３を貫通していなくてもよい。各樹脂棒４１，４２，４３の溝５０の断面は、内軸１０の径方向外方に向けて開放するＵ字形形状を有している。
【００２６】
図５は、図４の一部拡大図である。図５を参照して、各溝５０（図５において、樹脂棒４１の溝５０のみを図示）の周面は、滑らかに湾曲する円弧状の面を含む底部５１と、底部５１を挟んで互いに略平行に対向する一対の壁部５２，５３とを含んでいる。一対の壁部５２，５３は、内軸１０の径方向と概ね平行に延びている。一対の壁部５２，５３間の間隔Ｍは、内軸１０の径方向に関する何れの箇所においても、略一定とされている。
【００２７】
各樹脂棒４１，４２，４３の外周面は、円弧面５４を含んでいる（図５において、樹脂棒４１のみを図示）。この円弧面５４の周方向の両端は、溝５０の対応する壁部５２，５３にそれぞれ連なっている。
円弧面５４は、対応する一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６にそれぞれ接触することにより、接触部５５，５６，５７，５８を形成している。接触部５５は、対応する壁面３７に線接触している。接触部５６は、対応する壁面３８に線接触している。接触部５７，５８は、対応する軸方向溝３２，３４，３６に線接触している。
【００２８】
各樹脂棒４１，４２，４３は、対応する軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６間に介装されているときの直径Ｇが、外力が作用していない自由状態のときと比べて小さい。自由状態のときの直径Ｇは、例えば、約４〜５．５ｍｍである。
図６に示す断面において、接触部５７，５８は、外軸１０の軸線Ｂを中心とし且つ所定の曲率半径Ｒを有する円Ｄ上に並んでいる。これらの接触部５７，５８は、それぞれ、外軸１１の対応する軸方向溝３２，３４，３６（図６において、軸方向溝３２のみ図示）に対して、所定の接触角αをなして接触している。
【００２９】
接触角αとは、接触部５７（５８）における、円Ｄの接線と、対応する軸方向溝３２,４，３６の接線Ｅとがなす角をいう。
換言すると、接触角αは、接触部５７（５８）において、対応する軸方向溝３２，３４，３６から円弧面５４に作用する力の作用線γ（垂直抗力γ）と、外軸１１の軸線Ｂを含み且つ接触部５７（５８）を通る仮想の平面Ｆとのなす角に相当する。上記接触角αの値は、３０°〜６０°の範囲に設定されることが好ましく、４０°〜５０°の範囲に設定されることがより好ましい。
【００３０】
図４を参照して、トルクが作用したとき、接触部５７，５６または接触部５５，５８からの力の入力により、各樹脂棒４１，４２，４３はＵ型のばねとなる。このとき、Ｕ型の樹脂棒４１，４２，４３の中心は、セレーション２５のインボリュートセレーションのピッチ円上の付近に存在することにより、上記接触部５７，５６または接触部５５，５８で大幅にすべることがない。トルクＴが作用した際には、上記接触部５７，５６または接触部５５，５８の何れか２箇所で接触することとなる。
【００３１】
図２および図３を参照して、内軸１０および外軸１１のそれぞれの軸線Ａ，Ｂは互いに一致している。樹脂棒４１，４２，４３の長手方向Ｌの長さ（以下、単に「長さ」という。）は、互いに等しい。
図７を参照して、各樹脂棒４１，４２，４３の基端部および先端部には、それぞれ、面取り部６３，６４，６５，６６が形成されている。面取り部６３は、各樹脂棒４１，４２，４３の先端部のうち、径方向外側の端部に形成されており、滑らかな傾斜面を構成している。面取り部６４は、各樹脂棒４１，４２，４３の先端部のうち、径方向内側の端部に形成されており、滑らかな傾斜面を構成している。
【００３２】
面取り部６５は、各樹脂棒４１，４２，４３の基端部のうち、径方向外側の端部に形成されており、滑らかな傾斜面を構成している。面取り部６６は、各樹脂棒４１，４２，４３の基端部のうち、径方向内側の端部に形成されており、滑らかな傾斜面を構成している。
図３および図７を参照して、上記の構成により、各樹脂棒４１，４２，４３は、対応する一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６間に挿入されるときや、外軸１１の対応する軸方向溝３２，３４，３６に対して摺動するとき等において、対応する軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６に引っ掛かり難くされている。
【００３３】
各上記面取り部６３〜６６は、例えば、長手方向Ｌに対して所定の傾斜角Ｑを有している。なお、これらの面取り部６３〜６６に代えて、クラウニング部を形成してもよい。このとき、クラウニング部は、例えば、所定の曲率半径を有する湾曲面に形成される。
図３および図４を参照して、上記の構成により、操舵部材の操舵角θが−θ１≦θ≦θ１（θ１は、所定の操舵角であり、例えば、数分程度）のとき、両軸１０，１１の相対位相は、所定の範囲内にある。なお、操舵角θがゼロのときは、操舵中立状態となっている。また、操舵角θは、周方向Ｃの一方に関して正であり、周方向Ｃの他方に関して負である。
【００３４】
このとき、各樹脂棒４１，４２，４３によって、両軸１０，１１が互いに弾性支持されている。すなわち、各樹脂棒４１，４２，４３によって、両軸１０，１１がフローティング支持されている。
このとき、内軸１０の雄セレーション部２７および外軸１１の雌セレーション部２９は、互いに噛み合っていない。各樹脂棒４１，４２，４３が、両軸１０，１１を周方向Ｃに弾性的に連結している。また、各樹脂棒４１，４２，４３が、内軸１０と外軸１１との間で圧縮されて弾性変形する。
【００３５】
これにより、各一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６について、周方向Ｃに関する隙間が、対応する樹脂棒４１，４２，４３によって詰められる。図６を参照して、両軸１０，１１間に作用するトルクＴは、接触部５７，５８における円Ｄの接線方向に作用し、内軸１０と外軸１１の相対回転に抵抗が付与される。
図５を参照して、操舵部材の操舵角θが−θ１≦θ≦θ１のとき、各セレーション部２７，２９間には、内軸１０の周方向Ｃに関して所定の隙間Ｊが設けられている。これにより、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１のとき、雄セレーション部２７と、雌セレーション部２９とは、互いに噛み合わない。
【００３６】
操舵部材の操舵に伴って操舵角θの絶対値が増すに従い、各樹脂棒４１，４２，４３が内軸１０の周方向Ｃに圧縮されて弾性変形する。これに従い、各セレーション部２７，２９間の隙間Ｊが狭まる。
θ＜−θ１となるか、または、θ１＜θとなることにより、両軸１０，１１の相対位相が所定の範囲を超えると、対応するセレーション部２７，２９間の隙間がなくなり、例えば、図８に示すように、雄セレーション部２７と、雌セレーション部２９とが互いに噛み合う。これにより、両軸１０，１１は、セレーション部２７，２９を介して互いにトルク伝達可能となる。
【００３７】
再び図２を参照して、本実施の形態の特徴の１つは、各樹脂棒４１，４２，４３は、−４０℃〜８５℃のときの弾性率としての圧縮弾性率の平均値が２０００ＭＰａ〜３５００ＭＰａの範囲内に設定されており、且つ−４０℃〜８５℃のときの線膨張率の平均値が５×１０−５／℃〜１０×１０−５／℃の範囲内に設定されている点にある。
−４０℃〜８５℃のときの各樹脂棒４１，４２，４３の圧縮弾性率の平均値が２０００ＭＰａ未満であると、各樹脂棒４１，４２，４３が柔らかくなり過ぎる結果、両軸１０，１１の相対位相が所定範囲内にあるときに両軸１０，１１の連結の剛性が低くなり、トルクの伝達遅れが生じて操舵フィーリングに欠けてしまう。また、各樹脂棒４１，４２，４３の圧縮弾性率の平均値が３５００ＭＰａを超えると、各樹脂棒４１，４２，４３が消音部材としての効果を十分に発揮し難い。
【００３８】
−４０℃〜８５℃のときの各樹脂棒４１，４２，４３の線膨張率の平均値を５×１０−５／℃未満にしようとすると、線膨張率の極めて低い樹脂材料を採用する必要があり、材料コストの高騰を通じて製造コストが高くなってしまう。また、各樹脂棒４１，４２，４３の線膨張率の平均値が１０×１０−５／℃より大きいと、各樹脂棒４１，４２，４３の温度変化に伴う当該樹脂棒の径方向の寸法変化が大きくなり、両軸１０，１１間の摺動抵抗が許容範囲を超えて増し易い。
【００３９】
各樹脂棒４１，４２，４３は、例えば、半芳香族ポリアミド、またはポリオキシメチレン（ＰＯＭ）を用いて形成されている。
半芳香族ポリアミドは、芳香環と高級脂肪族鎖とを含む化学構造を有している。この半芳香族ポリアミドとしては、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）が挙げられる。
ＰＡ９Ｔは、ノナンジアミンを使用した半芳香族ポリアミド樹脂であり、融点が約３０６℃である。
【００４０】
上記半芳香族ポリアミドまたはポリオキシメチレンには、靭性を改質する靭性改質剤が添加されていることが好ましい。
靭性改質剤は、各樹脂棒４１，４２，４３の靭性を向上させて繰り返し荷重に対する耐久性を高めるためのものである。靭性改質剤としては、ポリオレフィン、およびエラストマーからなる群より選ばれた少なくとも１種が用いられることが好ましい。
【００４１】
このうちポリオレフィンとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテンおよびエチレン−グリシジルメタクリレート共重合体（ＥＧＭＡ）等が挙げられる。このうち、反応性が良好な反応性ポリオレフィンとしてＥＧＭＡを用いることが好ましい。
エラストマーとしては、天然ゴムの他、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、サントプレーン（登録商標、アドバンストエラストマーシステムズ社製）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等の合成ゴムや、スチレン系、ウレタン系、エステル系、ポリアミド系等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。このうち、ＥＰＤＭを用いることが好ましい。靭性改質剤は、それぞれ、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００４２】
各樹脂棒４１，４２，４３の総質量中に占める靭性改質剤の質量の割合は、１０質量％以下（ゼロを含まず）に設定されるのが好ましく、５質量％〜１０質量％の範囲に設定されるのがより好ましい。エラストマーの添加量が１０質量％を超えると、各樹脂棒４１，４２，４３の弾性率の低下が大きくなり、各樹脂棒４１，４２，４３が柔らかくなり過ぎてしまい、各樹脂棒４１，４２，４３を介した両軸１０，１１の連結の剛性が低くなるからである。各樹脂棒４１，４２，４３を介した両軸１０，１１の連結の剛性が低いと、リニアな操舵フィーリングを得難い。
【００４３】
なお、無機系充填剤を用いると弾性率が上記の範囲を超えてしまうので、本実施の形態では採用していない。
また、上記の靭性改質剤を用いなくてもよい。この場合の各樹脂棒４１，４２，４３の材料として、例えば、ＰＡ９Ｔを用いた、「（株）クラレ製、ジェネスタ（登録商標）、Ｎ１０００Ａ」を挙げることができる。
【００４４】
上記Ｎ１０００Ａは、弾性率が２４００ＭＰａ、−４０℃〜８５℃における線膨張率の平均値は、約６．０×１０−５／℃である。
なお、ポリアミド６６（ＰＡ６６）は、−４０℃〜８５℃における、弾性率の平均値が２８００ＭＰａ、線膨張率の平均値が約９．０×１０−５／℃であることから、ポリアミド６６を用いて各樹脂棒４１，４２，４３を形成してもよい。
【００４５】
また、靭性改質剤を用いた場合の各樹脂棒４１，４２，４３の材料として、例えば、ＰＡ９Ｔを用いた、「（株）クラレ製、ジェネスタ（登録商標）、Ｎ１００１Ａ」を挙げることができる。上記Ｎ１００１Ａは、−４０℃〜８５℃の範囲において、弾性率の平均値が２２００ＭＰａ、線膨張率の平均値が約６．７×１０−５／℃である。
以下では、各樹脂棒４１，４２，４３を、ＰＡ９Ｔで形成した場合と、ＰＯＭで形成した場合のそれぞれについて説明する。
【００４６】
図９は、樹脂棒４１の径方向に関する弾性変形量と、樹脂棒４１と軸方向溝３２との間の摺動荷重の関係を示すグラフ図である。
図９を参照して、グラフの横軸は、樹脂棒４１の自由状態における直径Ｇと、軸方向溝３１，３２間に介装されたときの直径Ｇとの差としての直径差ΔＧを示している。なお、上記軸方向溝３１，３２間に介装されたときの直径Ｇは、操舵中立状態のときの直径である。グラフの縦軸は、樹脂棒４１と外軸１１の軸方向溝３２との間の摺動荷重Ｈである。
【００４７】
グラフの太実線は、ＰＡ９Ｔ製の樹脂棒４１の、室温（２０℃）時における直径差ΔＧと摺動荷重Ｈとの関係を示しており、グラフの太破線は、ＰＡ９Ｔ製の樹脂棒４１の、高温（８０℃）時における直径差ΔＧと摺動荷重Ｈとの関係を示している。
また、グラフの細実線は、ＰＯＭ製の樹脂棒４１の、室温（２０℃）時における直径差ΔＧと摺動荷重Ｈとの関係を示しており、グラフの細破線は、ＰＯＭ製の樹脂棒４１の、高温（８０℃）時における直径差ΔＧと摺動荷重Ｈとの関係を示している。
【００４８】
例えば、直径差ΔＧの設計上の許容値の下限としての許容下限値は、約０．０３ｍｍ、設計上の許容値の上限としての許容上限値は約０．１３ｍｍとされる。
ＰＡ９Ｔを用いて樹脂棒４１を形成した場合、室温時と高温時のそれぞれにおいて、直径差ΔＧが許容下限値付近であるときの摺動荷重Ｈは、３０Ｎ未満と極めて低い。また、直径差ΔＧが許容下限値付近であるときの摺動荷重Ｈが極めて低いことから、直径差ΔＧが許容上限値付近であるときも、摺動荷重Ｈは、６０Ｎ未満の十分に低い値となっている。
【００４９】
ＰＯＭを用いて樹脂棒４１を形成した場合、室温時と高温時のそれぞれにおいて、直径差ΔＧが許容下限値付近であるときの摺動荷重Ｈは、４０Ｎ未満と極めて低い。また、直径差ΔＧの増加に対する摺動荷重Ｈの増加の割合が極めて小さいことから、直径差ΔＧが許容上限値付近であるときも、摺動荷重Ｈは、６０Ｎ未満の十分に低い値となっている。
樹脂棒４２，４３のそれぞれについても、図９を用いて説明した樹脂棒４１の構成および作用と同様の構成および作用を有している。
【００５０】
図１０は、樹脂棒４１の温度と、樹脂棒４１の直径Ｇの変化量の関係を示すグラフ図である。図１０を参照して、グラフの縦軸は、室温（２０℃）時における樹脂棒４１の直径Ｇを基準とした、直径Ｇの変化量である。この変化量が正のときは、樹脂棒４１が室温時に比べて膨張していることを示し、この変化量が負のときは、樹脂棒４１が室温時に比べて収縮していることを示している。
【００５１】
ＰＡ９Ｔを用いて樹脂棒４１を形成した場合、−４０℃（低温時）のときの直径Ｇの変化量と、８５℃（高温時）のときの直径Ｇの変化量との差が０．０４ｍｍと極めて小さく、温度変化に対する直径Ｇの変化量が極めて小さい。
ＰＯＭを用いて樹脂棒４１を形成した場合、−４０℃のときの直径Ｇの変化量と、８５℃のときの直径Ｇの変化量との差が、約０．０６ｍｍと十分に小さく、温度変化に対する直径Ｇの変化量が実用上、十分に小さい。
【００５２】
樹脂棒４２，４３のそれぞれについても、図１０を用いて説明した樹脂棒４１の構成および作用と同様の構成および作用を有している。
図９および図１０を参照して、ＰＡ９Ｔを用いて各樹脂棒４１，４２，４３を形成した場合には、ＰＯＭを用いて各樹脂棒４１，４２，４３を形成した場合と比べて、直径差ΔＧの変化に対する摺動荷重Ｈの変化率が大きくなる傾向にある。
【００５３】
しかしながら、直径差ΔＧが許容下限値にあるときの摺動荷重Ｈが十分に小さいことから、直径差ΔＧの許容下限値と許容上限値との間において、摺動荷重Ｈを十分に小さい値にすることができる。また、温度変化に対する直径Ｇの変化量が十分に小さいことから、温度変化が生じても直径差ΔＧの変動は小さくて済む。したがって、直径差ΔＧの許容上限値と許容下限値との幅を大きく確保しつつ（公差レンジを大きくしつつ）、摺動荷重Ｈを十分に低い値にできる。
【００５４】
また、ＰＯＭを用いて各樹脂棒４１，４２，４３を形成した場合には、ＰＡ９Ｔを用いて各樹脂棒４１，４２，４３を形成した場合と比べて、温度変化に対する直径Ｇの変化量が大きくなる傾向にある。
しかしながら、直径差ΔＧの変化に対する摺動荷重Ｈの変化量が十分に小さいことにより、直径Ｇの変化量が大きくても、摺動荷重Ｈは大きく上昇しない。また、もともと摺動荷重Ｈが小さいので、摺動荷重Ｈを小さい値に維持できる。直径差ΔＧの変化に対する摺動荷重Ｈの変化量が十分に小さいことにより、この摺動荷重Ｈのばらつきを小さくでき、量産性に優れている。
【００５５】
以上の次第で、本実施の形態によれば、両軸１０，１１間のトルクが大きくて相対位相が所定の範囲を超えたときには、セレーション２５が互いに連結するので、各樹脂棒４１，４２，４３に作用する力が小さくて済む。これにより、各樹脂棒４１，４２，４３が塑性変形等を生じることなく両軸１０，１１間で大トルクを伝達することができ、許容伝達トルクを向上できる。また、内軸１０と外軸１１との間に緩衝効果を有する樹脂棒４１，４２，４３が介装されていることにより、両軸１０，１１間の周方向Ｃガタつき音を防止できる。
【００５６】
また、各樹脂棒４１，４２，４３の熱膨張率が小さいことから、温度変化に起因する各樹脂棒４１，４２，４３と両軸１０，１１との間の寸法変化を抑制できる。その結果、各樹脂棒４１，４２，４３が大きく膨張して摺動抵抗が過大になることを防止でき、また、各樹脂棒４１，４２，４３が収縮して両軸１０，１１間に周方向Ｃのガタが生じることを防止できるので、温度条件に拘わらず性能を維持できる。さらに、両軸１０，１１に、コストのかかるコーティング層を形成する必要がないので、操舵軸３をコスト安価に製造できる。
【００５７】
また、各樹脂棒４１，４２，４３の弾性率を２０００ＭＰａ以上としていることにより、各樹脂棒４１，４２，４３が必要な剛性を確保できることから、両軸１０，１１の相対位相が所定範囲内にあるときに両軸１０，１１の連結の剛性を高くでき、トルクの伝達遅れを防止できる。また、各樹脂棒４１，４２，４３の弾性率を３５００ＭＰａ未満としていることにより、各樹脂棒４１，４２，４３が硬くなりすぎることを防止でき、各樹脂棒４１，４２，４３が消音部材として十分な消音効果を発揮することができる。
【００５８】
さらに、各樹脂棒４１，４２，４３の線膨張率を１０×１０−５／℃以下に設定することにより、各樹脂棒４１，４２，４３の温度変化に伴う寸法変化を十分に小さくできる。これにより、温度条件に拘らず、両軸１０，１１間の摺動抵抗が不用意に増してしまうことを防止する等の性能を維持できる。また、各樹脂棒４１，４２，４３の線膨張率を５×１０−５／℃以上に設定することにより、線膨張率が極めて小さいコストの高い材料を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
【００５９】
また、半芳香族ポリアミドを用いて各樹脂棒４１，４２，４３形成した場合には、各樹脂棒４１，４２，４３の温度変化に対する寸法変化を少なくすることができ、樹脂棒４１，４２，４３の直径Ｇに関する寸法公差を大きくできる。
さらに、ＰＯＭを用いて各樹脂棒４１，４２，４３を形成した場合には、温度変化に起因して寸法変化が生じたときでも、内軸１０および外軸１１のそれぞれに対する摩擦抵抗の変化を小さくでき、内軸１０と外軸１１との摺動抵抗が不用意に変化することを抑制できる。
【００６０】
また、各樹脂棒４１，４２，４３の靭性を、靭性改質剤を用いて増すことにより疲労強度を増して各樹脂棒４１，４２，４３を折れ難くでき、各樹脂棒４１，４２，４３の耐久性をより増すことができる。
以上より、大きな操舵トルクを伝達できるとともに温度条件に拘らず操舵軸３の性能を維持でき、且つコスト安価な車両用操舵装置１を実現できる。
【００６１】
また、内軸１０と外軸１１との周方向Ｃの隙間を樹脂棒４１，４２，４３で詰めることができる。これにより、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１であるとき（内軸１０および外軸１１の相対位相が所定の範囲内にあるとき）でも、樹脂棒４１，４２，４３を介した両軸１０，１１の周方向Ｃの連結の剛性を高くできるので、両軸１０，１１間で回転の伝達遅れを生じることなく、両軸１０，１１を同行回転することができる。したがって、内軸１０と外軸１１との周方向Ｃの連結の剛性感を確保でき、良好な操舵フィーリングを達成できる。
【００６２】
また、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１のときでも、樹脂棒４１，４２，４３によって内軸１０と外軸１１とを周方向Ｃに連結することにより、操舵部材２を操舵したときに操舵角θに応じた入力トルクに等しい反作用としての反力トルクを生じさせることができる。その結果、操舵不足または操舵過剰を防止でき、運転者の操舵のふらつきを防止できる。
さらに、両軸１０，１１が各樹脂棒４１，４２，４３を介した弾性連結からセレーション２５を介した剛性連結となる際には、操舵反力がある程度生じているので、伝達トルクの急峻な変化を防止でき、入力トルクに等しい反作用としての反力トルクを滑らかに上昇できる。したがって、運転者に無用なトルク変動を与えず、路面状態・車両挙動等の運転者が必要とする情報のみを伝えることができる。その結果、操舵角θがゼロである操舵中立付近での操舵のふらつきがなくなり、操舵部材２から得られる操舵装置１の安定感を向上できる。
【００６３】
また、操舵部材２を操舵中立状態から急操舵したときには、内軸１０外軸１１の間の各樹脂棒４１，４２，４３が圧縮されつつ、内軸１０の雄セレーション部２７と外軸１１の雌セレーション部２９とが互いに接触することとなる。このとき、各樹脂棒４１，４２，４３が緩衝作用を発揮することとなり、各セレーション部２７，２９の剛的な接触の際に噛み合いによる音が出ることを防止できる。
【００６４】
また、各樹脂棒４１，４２，４３は、溝５０が設けられていることにより、両軸１０，１１との接触面積を少なくでき、その結果、両軸１０，１１の相対摺動時の摺動荷重をより少なくできる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【００６５】
例えば、各樹脂棒４１，４２，４３の断面を有端環状に形成し、各樹脂棒４１，４２，４３の内周面を外周面と同心の環状にしてもよい。
また、各樹脂棒４１，４２，４３において、内軸１０との接触部の一部を廃止して、内軸１０との接触面積をより少なくしてもよい。また、外軸１１との接触部の一部を廃止して、外軸１１との接触面積をより少なくしてもよい。例えば、各樹脂棒４１，４２，４３の長手方向の中間部をくびれさせることにより実現できる。
【００６６】
また、セレーション２５に代えて、スプラインを設けてもよい。この場合、スプラインの雄スプライン部は、内軸１０の外周面２６に形成され、雌スプライン部は、外軸１１の内周面２８に形成される。
さらに、内軸１０と外軸１１の相対向する軸方向溝は、４対以上設けられていてもよい。また、各樹脂棒４１，４２，４３を単品の状態で対応する軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６に圧入してもよい。さらに、連結部４４を外軸１１に連結してもよい。
【００６７】
また、電動モータで操舵軸に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置や、油圧シリンダでラック軸に操舵補助力を付与する油圧パワーステアリング装置等のパワーステアリング装置に、本発明を適用することができる。
この場合、操舵補助力の付与が開始される操舵角θの絶対値は、上記所定の操舵角θ１に相当するように設定される。すなわち、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１である領域は、操舵部材２の操舵にかかわらず操舵補助力が生じない、いわゆる不感帯領域とされる。操舵補助力が付与されない程度の微小な操舵角（不感帯領域）のとき、各樹脂棒のみを介して内軸１０と外軸１１との間でトルクが伝達される。
【００６８】
また、本発明を、操舵部材と舵取り機構との間に配置される中間軸に適用してもよい。さらに、本発明を、ドライブシャフト等の他の車両用伸縮軸に適用してもよい。
【実施例】
【００６９】
実施例１および比較例１
図２に示すのと同様の内軸と外軸とを備え、内軸および外軸の対応する軸方向溝間のそれぞれに、図１１に示すＰＡ９Ｔ製の樹脂棒を圧入して実施例１を作製した。図１１における樹脂棒の直径は、５．５ｍｍである。
また、実施例１の各樹脂棒を廃止し、代わりに内軸の表面に樹脂コーティングを施して両軸を弾性連結するようにした比較例１を作製した。
【００７０】
実施例１および比較例１のそれぞれについて、内軸と外軸との間に約５Ｎ・ｍのトルクを負荷したときの、外軸に対する内軸の回転角とトルクとの関係を測定した。結果を図１２に示す。なお、内軸を回転方向の一方側に回転したときの回転角を正とし、内軸を回転方向の他方側に回転したときの回転角を負とした。
図１２に示されているように、比較例１では、回転角がゼロ付近では相対回転角の変化に対するトルクの変化が少ないが、相対回転角がゼロから所定量遠ざかると、トルクが急峻に立ち上がっている。
【００７１】
一方、実施例１では、回転角の変化に対するトルクの変化が滑らかであり、急峻なトルクの立ち上がりが生じていない。以上より、実施例１は、操舵中立状態から操舵したときのトルクの変動が滑らかであり、自然な操舵フィーリングを実現できることが実証された。
なお、実施例１と比較例１のそれぞれについて、内軸と外軸との間に約１Ｎ・ｍのトルクを負荷したときの、外軸に対する内軸の回転角とトルクとの関係を測定したが、その結果は、図１３に示すものであり、図１２に示されているのと同様の結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる車両操舵用伸縮軸を備える車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】操舵軸の要部の分解斜視図である。
【図３】操舵軸の要部の断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図４の一部拡大図である。
【図６】図５の要部の拡大図である。
【図７】樹脂棒の拡大断面図である。
【図８】内軸および外軸が周方向に剛的に連結した状態を示す要部の断面図である。
【図９】樹脂棒の径方向に関する弾性変形量と、樹脂棒と軸方向溝との間の摺動荷重の関係を示すグラフ図である。
【図１０】樹脂棒の温度と、樹脂棒の直径の変化量の関係を示すグラフ図である。
【図１１】実施例１の樹脂棒の側面図である。
【図１２】実施例１および比較例１における、外軸に対する内軸の回転角とトルクとの関係を示すグラフ図である。
【図１３】実施例１および比較例１における、外軸に対する内軸の回転角とトルクとの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…操舵軸（車両用伸縮軸、車両操舵用伸縮軸）、１０…内軸、１１…外軸、２５…セレーション（剛性連結要素）、２６…（内軸の）外周面、２８…（外軸の）内周面、３１，３２，３３，３４，３５，３６…軸方向溝、４１，４２，４３…樹脂棒、Ｃ…周方向、Ｓ…軸方向。
【図１】
0005035623.tif 000002
【図２】
0005035623.tif 000003
【図３】
0005035623.tif 000004
【図４】
0005035623.tif 000005
【図５】
0005035623.tif 000006
【図６】
0005035623.tif 000007
【図７】
0005035623.tif 000008
【図８】
0005035623.tif 000009
【図９】
0005035623.tif 000010
【図１０】
0005035623.tif 000011
【図１１】
0005035623.tif 000012
【図１２】
0005035623.tif 000013
【図１３】
0005035623.tif 000014