車両ステアリング用伸縮軸の製造方法
【課題】従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる車両ステアリング用伸縮軸の製造方法を提供する。
【解決手段】車両ステアリング用伸縮軸２０は、回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合する雄スプライン軸２１と雌スプライン軸２２とからなり、雄スプライン軸２１が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、円筒状素材を切削加工して形成される。
【解決手段】車両ステアリング用伸縮軸２０は、回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合する雄スプライン軸２１と雌スプライン軸２２とからなり、雄スプライン軸２１が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、円筒状素材を切削加工して形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両ステアリング用伸縮軸の製造方法に関し、より詳細には、軽量であるにもかかわらず、高摺動性及び高耐クリープ性を合わせ持ち、車両の操舵機構部に用いるのに好適な車両ステアリング用伸縮軸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車の操舵機構部１５は、図６に示すように、車体側のメンバ１に、アッパブラケット２とロアブラケット３とを介して取り付けられるステアリングコラム４と、ステアリングコラム４に回転自在に支持されるステアリングシャフト５と、ステアリングシャフト５の上端に装着されるステアリングホイール６と、ステアリングシャフト５の下段にカルダン軸継手７を介して連結される中間シャフト８と、中間シャフト８にカルダン軸継手９を介して連結されるピニオンシャフト１０に連結されるステアリングラック軸１１と、ステアリングラック軸１１を支持して車体の別のフレーム１２に弾性体１３を介して固定されるステアリングラック支持部材１４と、を備える。
【０００３】
中間シャフト８には、雄スプライン軸８ａと雌スプライン軸８ｂとを嵌合した伸縮軸が採用されている（以下、伸縮軸８と称する）。この伸縮軸８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６上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。
【０００４】
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、操舵機構部１５の上部を固定するメンバ１と、ステアリングラック支持部材１４が固定されるフレーム１２と、が別体となっており、ステアリングラック支持部材１４がゴムなどの弾性体１３を介してフレーム１２に締結固定される構造の場合に要求される。
【０００５】
また、その他のケースとして、カルダン軸継手９をピニオンシャフト１０に締結する際に、作業者が伸縮軸８を一旦収縮させてからピニオンシャフト１０に嵌合させて締結するために伸縮機能が必要とされる。
【０００６】
さらに、操舵機構部１５の上部にあるステアリングシャフト５も、雄スプライン軸５ａと雌スプライン軸５ｂとを嵌合したものである（以下、伸縮軸５と称する）。この伸縮軸５は、運転者が自動車を運転するのに最適な運転姿勢を確保するためにステアリングホイール６の位置を軸方向に移動し、その位置を調整するテレスコ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。
【０００７】
ここで、伸縮軸５，８には、雄スプライン軸５ａ，８ａ及び雌スプライン軸５ｂ，８ｂの嵌合部におけるガタ音の低減、ステアリングホイール６上のガタ感の低減、さらには、軸方向摺動時における摺動抵抗の低減が要求される。
【０００８】
従来の車両ステアリング用伸縮軸としては、雄スプライン軸の表面にポリアミド等のナイロン膜を形成し、さらに摺動部にグリースを塗布して、金属騒音、金属打音等を吸収又は緩和すると共に、摺動抵抗の低減、及び回転方向ガタの低減を図ったものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような雄スプライン軸は、シャフト（軸）洗浄→プライマー塗布→加熱→ナイロン粉末コート→粗切削加工→仕上げ切削加工→雌スプライン軸との選択嵌合の各工程を経て製作される。最終の仕上げ切削加工は、既に加工済みの雌スプライン軸の加工精度に合わせて、ダイスを選択して加工される。
【０００９】
また、モース硬度４．５以下の充填剤を５〜５０重量％含有する合成樹脂組成物からなる樹脂層を、雄スプライン軸と雌スプライン軸との間に設け、耐クリープ性を向上させた車両ステアリング用伸縮軸が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２３８２０号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、地球温暖化に対応するため炭酸ガス排出量の低減要求が強く、各部品の軽量化を進めることによっても自動車の低燃費化が図られている。しかしながら、車両ステアリング用伸縮軸は、摺動する表面部分を除いて鉄系材料が用いられており、必ずしも軽量化に対応したものではなかった。また、上記特許文献１及び２に記載の車両ステアリング用伸縮軸は、雄スプライン軸の表面に樹脂層を形成し、摺動抵抗及び回転方向ガタの低減や、耐クリープ性の向上を図っているが、この樹脂層によっても発生するガタをまったくゼロにすることはできなかった。また、樹脂層に添加する充填剤が、摩擦特性等の摺動性改善にあまりつながらないため、作動性に改善の余地があった。
【００１２】
また、上記特許文献１に記載の車両ステアリング用伸縮軸によると、ナイロン膜が形成された雄スプライン軸を、雌スプライン軸の加工精度に合わせて高精度に仕上げ切削加工する必要があり、加工コストが非常に高くなるという問題点があった。また、膜の材料として、非強化のナイロンを使用しているため、徐々にへたり（クリープ）が発生して、雄スプライン軸と雌スプライン軸との間に微小なガタが発生する可能性があった。
【００１３】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる車両ステアリング用伸縮軸の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）車両の操舵機構部に組み込まれ、回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合する雄スプライン軸と雌スプライン軸とからなる車両ステアリング用伸縮軸の製造方法であって、雄スプライン軸が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、円筒状素材を切削加工して形成されることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
（２）有機繊維は、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする（１）に記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
（３）液状熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂又はビスマレイミド樹脂であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
（４）車両ステアリング用伸縮軸は、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置の伸縮軸として用いられることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法によれば、雄スプライン軸が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、この円筒状素材を切削加工して形成されるため、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる。
【００１６】
また、プリプレグを積層して製造するシートワインディング法（プリプレグの厚さと巻数による）と比較すると、フィラメント径と巻数を調整することによって外径精度を細かくコントロールすることができるので、車両ステアリング用伸縮軸の製作コストを抑制することができる。また、スプライン部等の仕上げを切削加工で行っても、シートワインディング法によるとプリプレグ間で生じる可能性がある層間剥離等が起き難いので、信頼性の高い車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる。
【００１７】
なお、有機繊維としては、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維であることが好ましい。さらに、液状熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂又はビスマレイミド樹脂であることが好ましい。このような車両ステアリング用伸縮軸は、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸の製造方法を適用するのに好適な車両ステアリング用伸縮軸の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、車両ステアリング用伸縮軸２０（以下、単に「伸縮軸２０」と省略する）は、雄スプライン軸２１と雌スプライン軸２２とからなり、互いに回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合し、例えば、車両の操舵機構部に組み込まれて用いられる。なお、操舵機構部の構成については、上記した従来の操舵機構部１５と同様であるので、その説明を省略する。
【００２０】
雌スプライン軸２２は、従来の雌スプライン軸と同様に鉄系材料によって製作されており、図２に示すように、軸方向に雌スプライン部２２ａが形成される。また、雌スプライン軸２２は、適宜の熱処理を施すことにより、雌スプライン部２２ａの表面硬度を上げて、耐摩耗性を向上させる方が好ましい。
【００２１】
雄スプライン軸２１は、図３及び図４に示すように、フィラメントワインディング法によって円筒状素材２３を成形し、その円筒状素材２３の外周面を切削加工することによって、雄スプライン部２１ａが形成される。
【００２２】
本実施形態のフィラメントワインディング法とは、従来用いられていた鉄系材料に代わって、高強度・高弾性率の有機繊維（例えば、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上）のフィラメントを束にしたフィラメント束２４を、液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材２５に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させる製造方法であり、この製造方法によって上記円筒状素材２３が成形される。
【００２３】
そして、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張張比率が５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維としては、表１及び表２に示す繊維を挙げることができる。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
上記表１に示すパラ系アラミド繊維とは、具体的には、ポリパラフェニレンテレフタラミドと、それに第３成分としてジアミンを共重合させて延伸性等を改善したコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミドのことである。また、ＰＢＯ繊維とは、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール（又はポリパラフェニレンベンゾビスオキサザール）繊維のことである。また、ポリアリレート繊維とは、二価フェノールと芳香族ジカルボン酸との重縮合物である全芳香族ポリエステル繊維のことである。そして、上記表１に示す３つの繊維の中では、引張強度がＰＡＮ系炭素繊維の引張強度（２．０〜７．１ＧＰａ程度）のレベルに近いＰＢＯ繊維が最も好適である。
【００２７】
上記表２に示す有機繊維は、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の特性を有するものの、超高分子量ポリエチレン繊維は、融点が１４０℃程度であり、使用時に軟化することが想定されるので適用が困難である。また、ＰＡＮ系炭素繊維は、鉄系材料への傷付性があるので、相手部材である雌スプライン軸２２に熱処理等の硬化処理を行う必要があり、コストアップの要因となる。ただし、炭素繊維部分を表面層に使わずに、芯材近傍部分に用いることにより、雄スプライン軸２１の剛性を向上させることもできる。
【００２８】
これに対して、上記表１に示す３種類の有機繊維は、高強度でありながら、柔軟性を有し、鉄系材料への傷付性がなく、摺動特性にも優れるので、相手材である雌スプライン軸２２に熱処理等の硬化処理を行う必要がなく、低コスト化が可能となる。また、従来の鉄系材料同士の摺動に比べて、滑らかな作動が可能になる。
【００２９】
これらの有機繊維は、液状熱硬化性樹脂との接着性を向上させるために、その繊維表面に、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びビスマレイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つのサイジング剤を処理した方がより好適である。
【００３０】
また、有機繊維の平均直径は、好ましくは６〜２１μｍ、より好ましくは８〜１５μｍである。平均直径が６μｍ未満の場合、繊維径が細すぎて、１本あたりの強度が低いため、安定した製造が困難となり、大幅なコストアップとなるので実用性が低い。また、平均直径が２１μｍを越える場合、１本あたりの強度は増加するものの、繊維が太くなることで、緻密なフィラメントワインディングが困難になり好ましくない。
【００３１】
なお、有機繊維の一部に、強度が低いものの鉄への傷付性がなく、耐熱性に優れる高耐熱性の有機繊維を代わりに含有させてもよい。このような高耐熱性の有機繊維の具体例としては、メタ系アラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリイミド（ＰＩ）繊維等を挙げることができる。
【００３２】
液状熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が好適に用いられる。その他、ビスマレイミド樹脂、ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂等も適用可能である。なお、ポリアミノアミド樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤としても使用可能である。
【００３３】
また、液状熱硬化性樹脂の含有量は、好ましくは２５〜４５重量％、より好ましくは３０〜４０重量％である。含有率が２５重量％未満の場合は、含有率が少なすぎてフィラメント同士の接着接合が難しく、安定した製造が困難となり好ましくない。含有率が４５重量％を越える場合は、成形体状態での柔軟性は向上するものの、有機繊維の絶対量が少な過ぎるため、鉄系材料並の引張強度を達成することが困難となり好ましくない。
【００３４】
フィラメント束２４は、完成した雄スプライン軸２１に求められる一定レベル以上の引張強度と曲げ強度を達成するため、図５に示すように、芯材２５に対して垂直に近い角度８０〜８８°で巻き付けるパラレル巻工程と、芯材２５に対して平行に近い角度１０〜２０°で巻きつけるヘリカル巻工程と、を数巻ずつ交互に行うのがよい。
【００３５】
芯材２５としては、雄スプライン軸２１を軽量化するため、アルミニウム又は表面に酸化被膜（アルマイト）処理を行ったアルミニウム製の丸棒を選定するのが最も好適であるが、強度が不足する場合は、鉄系材料を用いてもよい。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法によれば、雄スプライン軸２１が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束２４を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材２５に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材２３を成形した後、この円筒状素材２３を切削加工して形成されるため、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸２０を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法によれば、フィラメントワインディング法によって円筒状素材２３を成形するため、プリプレグを積層して製造するシートワインディング法（プリプレグの厚さと巻数による）と比較すると、フィラメント径と巻数を調整することによって外径精度を細かくコントロールすることができるので、車両ステアリング用伸縮軸２０の製作コストを抑制することができる。また、スプライン部等の仕上げを切削加工で行っても、シートワインディング法によるとプリプレグ間で生じる可能性がある層間剥離等が起き難いので、信頼性の高い車両ステアリング用伸縮軸２０を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
本発明の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法の作用効果を確認するため、本発明の製造方法により製作された雄スプライン軸（本発明例）と、従来の製造方法により製作された雄スプライン軸（比較例）について、摺動耐久性試験を行い比較した。
【００３９】
（本発明例の製作方法）
アルミニウム製の芯材２５をフィラメントワインディング装置に固定した状態で回転させ、有機繊維フィラメント束２４を樹脂含浸槽に浸潰して液状エポキシ樹脂に含浸させた後、張力を掛けながら樹脂含浸槽を移動してフィラメント束２４を芯材２５に巻き付ける。
【００４０】
また、巻き方は、図５（ａ）に示すヘリカル巻（巻付け角度を芯材２５に対して１５°に設定）で一定厚みになるまで巻き付けた後、図５（ｂ）に示すパラレル巻（巻付け角度を芯材２５に対して８８°に設定）で一定厚みになるまで巻き付ける工程を１サイクルとし、所定のサイクル数を行う。その後、ヘリカル巻で最終外径を超えるまで巻き付けて最表層部分を成形した後、１５０℃で２時間の熱処理を行って液状エポキシ樹脂を硬化させ、端面からはみ出した芯材２５と両端部分を切断して、図４に示す円筒状素材２３を製作した。
【００４１】
（本発明例１の仕様）
（１）有機繊維の種類：ＰＡＮ系炭素繊維（サイジング剤処理済み：東邦テナックス製テナックス（商標登録）・フィラメントＨＴＡ−１２Ｋ）
（２）フィラメント繊維直径：７μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：３．９２ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：２３５ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：１．７％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様（円筒状素材外径φ３０ｍｍ、アルミ芯材外径φ１２ｍｍ）
ヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）厚さ０．５ｍｍ
パラレル巻（角度は、芯材に対して８８°）厚さ０．５ｍｍ
以上を１サイクルとして８サイクル実施後、厚さ１．０ｍｍのヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）を行って最表層部分を形成。
【００４２】
（本発明例２の仕様）
（１）有機繊維の種類：
内側：ＰＡＮ系炭素繊維（サイジング剤処理済み：東邦テナックス製テナックス（商標登録）・フィラメントＨＴＡ−１２Ｋ）
外側：パラ系アラミド繊維（サイジング剤処理されたコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミド：帝人テクノプロダクツ製テクノーラ（商標登録））
（２）フィラメント繊維直径：ＰＡＮ系炭素繊維７μｍ、パラ系アラミド繊維１２μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：ＰＡＮ系炭素繊維３．９２ＧＰａ、パラ系アラミド繊維３．４３ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：ＰＡＮ系炭素繊維２３５ＧＰａ、パラ系アラミド繊維７ ２．５ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：ＰＡＮ系炭素繊維１．７％、パラ系アラミド繊維４．６％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様（円筒状素材外径φ３０ｍｍ、アルミ芯材外径φ１２ｍｍ）
ヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）厚さ０．５ｍｍ
パラレル巻（角度は、芯材に対して８８°）厚さ０．５ｍｍ
以上を１サイクルとしてＰＡＮ系炭素繊維で６サイクル実施後、パラ系アラミド繊維で２サイクル実施、さらにパラ系アラミド繊維で厚さ１．０ｍｍのヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）を行って最表層部分を形成。
【００４３】
（本発明例３の仕様）
（１）有機繊維の種類：サイジング剤処理されたポリアリレート繊維（クラレ製ベクトラン（商標登録）高強力タイプ）
（２）フィラメント繊維直径：１０μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：３．２３ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：７４.６ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：３．８％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様：本発明例１と同じ
【００４４】
（本発明例４の仕様）
（１）有機繊維の種類：サイジング剤処理されたＰＢＯ繊維（東洋紡製ザイロン（商標登録）ＨＭ：高弾性率タイプ）
（２）フィラメント繊維直径：１２４μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：５．８ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：２７０ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：２．５％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様：本発明例１と同じ
【００４５】
（比較例１の仕様）
従来の工程（雄スプライン軸の表面にナイロン膜をコーティングし、摺動部にグリースを塗布する工程：シャフトの洗浄→プライマー塗布→加熱→ナイロン粉末コート→粗切削→仕上げ切削→雄スプライン軸）で、洗浄後にプライマー処理を行った雄スプライン軸の表面に、ナイロン１１（ＰＡ１１：例えば、アルケマ製リルサン（商標登録）ＢＭＮＯＴＬＤ、熱安定剤・ＵＶ安定剤添加グレード）の粉末コーティングを実施して皮膜を形成し、その後、切削加工で膜厚５００μｍに調整した雄スプライン軸を形成した（上記特許文献１参照）。
【００４６】
（比較例２の仕様）
雄スプライン軸をコアにしたインサート成形により、表面部分の樹脂スリーブを形成した。樹脂スリーブを形成する合成樹脂組成物は、直鎖状ＰＰＳ樹脂組成物［チタン酸カリウムウィスカー表面処理品を３０重量％含有する、例えば、ポリプラスチックス製フォートロン（商標登録）３１３０Ａ１］とし、厚さは５００μｍとした（上記特許文献２参照）。
【００４７】
（摺動耐久性の評価）
本試験は、試験体である本発明例１〜４及び比較例１、２の雄スプライン軸の表面にグリースを塗布した後、それぞれを雌スプライン軸に圧入して、下記の環境条件下で行った。
環境条件１：３０℃、５０％ＲＨ
環境条件２：８０℃、５０％ＲＨ
【００４８】
摺動回数は１０万回、３０万回、５０万回で、雄スプライン軸の表面にへたりが発生することで雌スプライン軸との間にガタが生じ、初期の騒音レベルに対して、騒音レベルの増加が２ｄＢ以上のものを不合格「×」、騒音レベルの増加が２ｄＢ以下のものを合格「○」とした。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表３から明らかなように、本発明例１〜４の雄スプライン軸は、いずれの環境条件及び摺動回数でも問題はなく合格であった。これに対して、比較例１、２の雄スプライン軸は、比較例２の環境条件１以外、摺動回数５０万回を達成することができなかった。
【００５１】
従って、本発明の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法により雄スプライン軸を形成することによって、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸を得ることができ、本発明の有効性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸の製造方法により製作される車両ステアリング用伸縮軸を示す斜視図である。
【図２】図１に示す雌スプライン軸の横断面図である。
【図３】図１に示す雄スプライン軸の横断面図である。
【図４】フィラメントワインディング法によって製作された円筒状素材の縦断面図である。
【図５】フィラメントワインディング法におけるフィラメントの巻き方を説明する図であり、（ａ）はヘリカル巻きの概略図、（ｂ）はパラレル巻きの概略図である。
【図６】自動車の操舵機構部の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１５ 操舵機構部
２０ 車両ステアリング用伸縮軸（伸縮軸）
２１ 雄スプライン軸
２１ａ 雄スプライン部
２２ 雌スプライン軸
２２ａ 雌スプライン部
２３ 円筒状素材
２４ フィラメント束
２５ 芯材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両ステアリング用伸縮軸の製造方法に関し、より詳細には、軽量であるにもかかわらず、高摺動性及び高耐クリープ性を合わせ持ち、車両の操舵機構部に用いるのに好適な車両ステアリング用伸縮軸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車の操舵機構部１５は、図６に示すように、車体側のメンバ１に、アッパブラケット２とロアブラケット３とを介して取り付けられるステアリングコラム４と、ステアリングコラム４に回転自在に支持されるステアリングシャフト５と、ステアリングシャフト５の上端に装着されるステアリングホイール６と、ステアリングシャフト５の下段にカルダン軸継手７を介して連結される中間シャフト８と、中間シャフト８にカルダン軸継手９を介して連結されるピニオンシャフト１０に連結されるステアリングラック軸１１と、ステアリングラック軸１１を支持して車体の別のフレーム１２に弾性体１３を介して固定されるステアリングラック支持部材１４と、を備える。
【０００３】
中間シャフト８には、雄スプライン軸８ａと雌スプライン軸８ｂとを嵌合した伸縮軸が採用されている（以下、伸縮軸８と称する）。この伸縮軸８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６上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。
【０００４】
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、操舵機構部１５の上部を固定するメンバ１と、ステアリングラック支持部材１４が固定されるフレーム１２と、が別体となっており、ステアリングラック支持部材１４がゴムなどの弾性体１３を介してフレーム１２に締結固定される構造の場合に要求される。
【０００５】
また、その他のケースとして、カルダン軸継手９をピニオンシャフト１０に締結する際に、作業者が伸縮軸８を一旦収縮させてからピニオンシャフト１０に嵌合させて締結するために伸縮機能が必要とされる。
【０００６】
さらに、操舵機構部１５の上部にあるステアリングシャフト５も、雄スプライン軸５ａと雌スプライン軸５ｂとを嵌合したものである（以下、伸縮軸５と称する）。この伸縮軸５は、運転者が自動車を運転するのに最適な運転姿勢を確保するためにステアリングホイール６の位置を軸方向に移動し、その位置を調整するテレスコ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。
【０００７】
ここで、伸縮軸５，８には、雄スプライン軸５ａ，８ａ及び雌スプライン軸５ｂ，８ｂの嵌合部におけるガタ音の低減、ステアリングホイール６上のガタ感の低減、さらには、軸方向摺動時における摺動抵抗の低減が要求される。
【０００８】
従来の車両ステアリング用伸縮軸としては、雄スプライン軸の表面にポリアミド等のナイロン膜を形成し、さらに摺動部にグリースを塗布して、金属騒音、金属打音等を吸収又は緩和すると共に、摺動抵抗の低減、及び回転方向ガタの低減を図ったものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような雄スプライン軸は、シャフト（軸）洗浄→プライマー塗布→加熱→ナイロン粉末コート→粗切削加工→仕上げ切削加工→雌スプライン軸との選択嵌合の各工程を経て製作される。最終の仕上げ切削加工は、既に加工済みの雌スプライン軸の加工精度に合わせて、ダイスを選択して加工される。
【０００９】
また、モース硬度４．５以下の充填剤を５〜５０重量％含有する合成樹脂組成物からなる樹脂層を、雄スプライン軸と雌スプライン軸との間に設け、耐クリープ性を向上させた車両ステアリング用伸縮軸が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２３８２０号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、地球温暖化に対応するため炭酸ガス排出量の低減要求が強く、各部品の軽量化を進めることによっても自動車の低燃費化が図られている。しかしながら、車両ステアリング用伸縮軸は、摺動する表面部分を除いて鉄系材料が用いられており、必ずしも軽量化に対応したものではなかった。また、上記特許文献１及び２に記載の車両ステアリング用伸縮軸は、雄スプライン軸の表面に樹脂層を形成し、摺動抵抗及び回転方向ガタの低減や、耐クリープ性の向上を図っているが、この樹脂層によっても発生するガタをまったくゼロにすることはできなかった。また、樹脂層に添加する充填剤が、摩擦特性等の摺動性改善にあまりつながらないため、作動性に改善の余地があった。
【００１２】
また、上記特許文献１に記載の車両ステアリング用伸縮軸によると、ナイロン膜が形成された雄スプライン軸を、雌スプライン軸の加工精度に合わせて高精度に仕上げ切削加工する必要があり、加工コストが非常に高くなるという問題点があった。また、膜の材料として、非強化のナイロンを使用しているため、徐々にへたり（クリープ）が発生して、雄スプライン軸と雌スプライン軸との間に微小なガタが発生する可能性があった。
【００１３】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる車両ステアリング用伸縮軸の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）車両の操舵機構部に組み込まれ、回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合する雄スプライン軸と雌スプライン軸とからなる車両ステアリング用伸縮軸の製造方法であって、雄スプライン軸が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、円筒状素材を切削加工して形成されることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
（２）有機繊維は、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする（１）に記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
（３）液状熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂又はビスマレイミド樹脂であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
（４）車両ステアリング用伸縮軸は、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置の伸縮軸として用いられることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法によれば、雄スプライン軸が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、この円筒状素材を切削加工して形成されるため、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる。
【００１６】
また、プリプレグを積層して製造するシートワインディング法（プリプレグの厚さと巻数による）と比較すると、フィラメント径と巻数を調整することによって外径精度を細かくコントロールすることができるので、車両ステアリング用伸縮軸の製作コストを抑制することができる。また、スプライン部等の仕上げを切削加工で行っても、シートワインディング法によるとプリプレグ間で生じる可能性がある層間剥離等が起き難いので、信頼性の高い車両ステアリング用伸縮軸を得ることができる。
【００１７】
なお、有機繊維としては、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維であることが好ましい。さらに、液状熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂又はビスマレイミド樹脂であることが好ましい。このような車両ステアリング用伸縮軸は、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸の製造方法を適用するのに好適な車両ステアリング用伸縮軸の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、車両ステアリング用伸縮軸２０（以下、単に「伸縮軸２０」と省略する）は、雄スプライン軸２１と雌スプライン軸２２とからなり、互いに回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合し、例えば、車両の操舵機構部に組み込まれて用いられる。なお、操舵機構部の構成については、上記した従来の操舵機構部１５と同様であるので、その説明を省略する。
【００２０】
雌スプライン軸２２は、従来の雌スプライン軸と同様に鉄系材料によって製作されており、図２に示すように、軸方向に雌スプライン部２２ａが形成される。また、雌スプライン軸２２は、適宜の熱処理を施すことにより、雌スプライン部２２ａの表面硬度を上げて、耐摩耗性を向上させる方が好ましい。
【００２１】
雄スプライン軸２１は、図３及び図４に示すように、フィラメントワインディング法によって円筒状素材２３を成形し、その円筒状素材２３の外周面を切削加工することによって、雄スプライン部２１ａが形成される。
【００２２】
本実施形態のフィラメントワインディング法とは、従来用いられていた鉄系材料に代わって、高強度・高弾性率の有機繊維（例えば、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上）のフィラメントを束にしたフィラメント束２４を、液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材２５に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させる製造方法であり、この製造方法によって上記円筒状素材２３が成形される。
【００２３】
そして、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張張比率が５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維としては、表１及び表２に示す繊維を挙げることができる。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
上記表１に示すパラ系アラミド繊維とは、具体的には、ポリパラフェニレンテレフタラミドと、それに第３成分としてジアミンを共重合させて延伸性等を改善したコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミドのことである。また、ＰＢＯ繊維とは、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール（又はポリパラフェニレンベンゾビスオキサザール）繊維のことである。また、ポリアリレート繊維とは、二価フェノールと芳香族ジカルボン酸との重縮合物である全芳香族ポリエステル繊維のことである。そして、上記表１に示す３つの繊維の中では、引張強度がＰＡＮ系炭素繊維の引張強度（２．０〜７．１ＧＰａ程度）のレベルに近いＰＢＯ繊維が最も好適である。
【００２７】
上記表２に示す有機繊維は、引張強度が２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の特性を有するものの、超高分子量ポリエチレン繊維は、融点が１４０℃程度であり、使用時に軟化することが想定されるので適用が困難である。また、ＰＡＮ系炭素繊維は、鉄系材料への傷付性があるので、相手部材である雌スプライン軸２２に熱処理等の硬化処理を行う必要があり、コストアップの要因となる。ただし、炭素繊維部分を表面層に使わずに、芯材近傍部分に用いることにより、雄スプライン軸２１の剛性を向上させることもできる。
【００２８】
これに対して、上記表１に示す３種類の有機繊維は、高強度でありながら、柔軟性を有し、鉄系材料への傷付性がなく、摺動特性にも優れるので、相手材である雌スプライン軸２２に熱処理等の硬化処理を行う必要がなく、低コスト化が可能となる。また、従来の鉄系材料同士の摺動に比べて、滑らかな作動が可能になる。
【００２９】
これらの有機繊維は、液状熱硬化性樹脂との接着性を向上させるために、その繊維表面に、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びビスマレイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つのサイジング剤を処理した方がより好適である。
【００３０】
また、有機繊維の平均直径は、好ましくは６〜２１μｍ、より好ましくは８〜１５μｍである。平均直径が６μｍ未満の場合、繊維径が細すぎて、１本あたりの強度が低いため、安定した製造が困難となり、大幅なコストアップとなるので実用性が低い。また、平均直径が２１μｍを越える場合、１本あたりの強度は増加するものの、繊維が太くなることで、緻密なフィラメントワインディングが困難になり好ましくない。
【００３１】
なお、有機繊維の一部に、強度が低いものの鉄への傷付性がなく、耐熱性に優れる高耐熱性の有機繊維を代わりに含有させてもよい。このような高耐熱性の有機繊維の具体例としては、メタ系アラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリイミド（ＰＩ）繊維等を挙げることができる。
【００３２】
液状熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が好適に用いられる。その他、ビスマレイミド樹脂、ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂等も適用可能である。なお、ポリアミノアミド樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤としても使用可能である。
【００３３】
また、液状熱硬化性樹脂の含有量は、好ましくは２５〜４５重量％、より好ましくは３０〜４０重量％である。含有率が２５重量％未満の場合は、含有率が少なすぎてフィラメント同士の接着接合が難しく、安定した製造が困難となり好ましくない。含有率が４５重量％を越える場合は、成形体状態での柔軟性は向上するものの、有機繊維の絶対量が少な過ぎるため、鉄系材料並の引張強度を達成することが困難となり好ましくない。
【００３４】
フィラメント束２４は、完成した雄スプライン軸２１に求められる一定レベル以上の引張強度と曲げ強度を達成するため、図５に示すように、芯材２５に対して垂直に近い角度８０〜８８°で巻き付けるパラレル巻工程と、芯材２５に対して平行に近い角度１０〜２０°で巻きつけるヘリカル巻工程と、を数巻ずつ交互に行うのがよい。
【００３５】
芯材２５としては、雄スプライン軸２１を軽量化するため、アルミニウム又は表面に酸化被膜（アルマイト）処理を行ったアルミニウム製の丸棒を選定するのが最も好適であるが、強度が不足する場合は、鉄系材料を用いてもよい。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法によれば、雄スプライン軸２１が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束２４を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材２５に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材２３を成形した後、この円筒状素材２３を切削加工して形成されるため、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸２０を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法によれば、フィラメントワインディング法によって円筒状素材２３を成形するため、プリプレグを積層して製造するシートワインディング法（プリプレグの厚さと巻数による）と比較すると、フィラメント径と巻数を調整することによって外径精度を細かくコントロールすることができるので、車両ステアリング用伸縮軸２０の製作コストを抑制することができる。また、スプライン部等の仕上げを切削加工で行っても、シートワインディング法によるとプリプレグ間で生じる可能性がある層間剥離等が起き難いので、信頼性の高い車両ステアリング用伸縮軸２０を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
本発明の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法の作用効果を確認するため、本発明の製造方法により製作された雄スプライン軸（本発明例）と、従来の製造方法により製作された雄スプライン軸（比較例）について、摺動耐久性試験を行い比較した。
【００３９】
（本発明例の製作方法）
アルミニウム製の芯材２５をフィラメントワインディング装置に固定した状態で回転させ、有機繊維フィラメント束２４を樹脂含浸槽に浸潰して液状エポキシ樹脂に含浸させた後、張力を掛けながら樹脂含浸槽を移動してフィラメント束２４を芯材２５に巻き付ける。
【００４０】
また、巻き方は、図５（ａ）に示すヘリカル巻（巻付け角度を芯材２５に対して１５°に設定）で一定厚みになるまで巻き付けた後、図５（ｂ）に示すパラレル巻（巻付け角度を芯材２５に対して８８°に設定）で一定厚みになるまで巻き付ける工程を１サイクルとし、所定のサイクル数を行う。その後、ヘリカル巻で最終外径を超えるまで巻き付けて最表層部分を成形した後、１５０℃で２時間の熱処理を行って液状エポキシ樹脂を硬化させ、端面からはみ出した芯材２５と両端部分を切断して、図４に示す円筒状素材２３を製作した。
【００４１】
（本発明例１の仕様）
（１）有機繊維の種類：ＰＡＮ系炭素繊維（サイジング剤処理済み：東邦テナックス製テナックス（商標登録）・フィラメントＨＴＡ−１２Ｋ）
（２）フィラメント繊維直径：７μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：３．９２ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：２３５ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：１．７％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様（円筒状素材外径φ３０ｍｍ、アルミ芯材外径φ１２ｍｍ）
ヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）厚さ０．５ｍｍ
パラレル巻（角度は、芯材に対して８８°）厚さ０．５ｍｍ
以上を１サイクルとして８サイクル実施後、厚さ１．０ｍｍのヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）を行って最表層部分を形成。
【００４２】
（本発明例２の仕様）
（１）有機繊維の種類：
内側：ＰＡＮ系炭素繊維（サイジング剤処理済み：東邦テナックス製テナックス（商標登録）・フィラメントＨＴＡ−１２Ｋ）
外側：パラ系アラミド繊維（サイジング剤処理されたコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミド：帝人テクノプロダクツ製テクノーラ（商標登録））
（２）フィラメント繊維直径：ＰＡＮ系炭素繊維７μｍ、パラ系アラミド繊維１２μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：ＰＡＮ系炭素繊維３．９２ＧＰａ、パラ系アラミド繊維３．４３ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：ＰＡＮ系炭素繊維２３５ＧＰａ、パラ系アラミド繊維７ ２．５ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：ＰＡＮ系炭素繊維１．７％、パラ系アラミド繊維４．６％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様（円筒状素材外径φ３０ｍｍ、アルミ芯材外径φ１２ｍｍ）
ヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）厚さ０．５ｍｍ
パラレル巻（角度は、芯材に対して８８°）厚さ０．５ｍｍ
以上を１サイクルとしてＰＡＮ系炭素繊維で６サイクル実施後、パラ系アラミド繊維で２サイクル実施、さらにパラ系アラミド繊維で厚さ１．０ｍｍのヘリカル巻（角度は、芯材に対して１５°）を行って最表層部分を形成。
【００４３】
（本発明例３の仕様）
（１）有機繊維の種類：サイジング剤処理されたポリアリレート繊維（クラレ製ベクトラン（商標登録）高強力タイプ）
（２）フィラメント繊維直径：１０μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：３．２３ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：７４.６ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：３．８％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様：本発明例１と同じ
【００４４】
（本発明例４の仕様）
（１）有機繊維の種類：サイジング剤処理されたＰＢＯ繊維（東洋紡製ザイロン（商標登録）ＨＭ：高弾性率タイプ）
（２）フィラメント繊維直径：１２４μｍ
（３）フィラメント束数：１２０００本
（４）フィラメント引張強度：５．８ＧＰａ
（５）フィラメント引張弾性率：２７０ＧＰａ
（６）フィラメント伸度：２．５％
（７）液状熱硬化性樹脂含有率：３０重量％（エポキシ樹脂、硬化温度１５０℃）
（８）巻き方の仕様：本発明例１と同じ
【００４５】
（比較例１の仕様）
従来の工程（雄スプライン軸の表面にナイロン膜をコーティングし、摺動部にグリースを塗布する工程：シャフトの洗浄→プライマー塗布→加熱→ナイロン粉末コート→粗切削→仕上げ切削→雄スプライン軸）で、洗浄後にプライマー処理を行った雄スプライン軸の表面に、ナイロン１１（ＰＡ１１：例えば、アルケマ製リルサン（商標登録）ＢＭＮＯＴＬＤ、熱安定剤・ＵＶ安定剤添加グレード）の粉末コーティングを実施して皮膜を形成し、その後、切削加工で膜厚５００μｍに調整した雄スプライン軸を形成した（上記特許文献１参照）。
【００４６】
（比較例２の仕様）
雄スプライン軸をコアにしたインサート成形により、表面部分の樹脂スリーブを形成した。樹脂スリーブを形成する合成樹脂組成物は、直鎖状ＰＰＳ樹脂組成物［チタン酸カリウムウィスカー表面処理品を３０重量％含有する、例えば、ポリプラスチックス製フォートロン（商標登録）３１３０Ａ１］とし、厚さは５００μｍとした（上記特許文献２参照）。
【００４７】
（摺動耐久性の評価）
本試験は、試験体である本発明例１〜４及び比較例１、２の雄スプライン軸の表面にグリースを塗布した後、それぞれを雌スプライン軸に圧入して、下記の環境条件下で行った。
環境条件１：３０℃、５０％ＲＨ
環境条件２：８０℃、５０％ＲＨ
【００４８】
摺動回数は１０万回、３０万回、５０万回で、雄スプライン軸の表面にへたりが発生することで雌スプライン軸との間にガタが生じ、初期の騒音レベルに対して、騒音レベルの増加が２ｄＢ以上のものを不合格「×」、騒音レベルの増加が２ｄＢ以下のものを合格「○」とした。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表３から明らかなように、本発明例１〜４の雄スプライン軸は、いずれの環境条件及び摺動回数でも問題はなく合格であった。これに対して、比較例１、２の雄スプライン軸は、比較例２の環境条件１以外、摺動回数５０万回を達成することができなかった。
【００５１】
従って、本発明の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法により雄スプライン軸を形成することによって、従来の鉄系材料を用いた雄スプライン軸と同等又はそれ以上の強度を有し、大幅に軽量化されるにもかかわらず、優れた耐クリープ性と摺動性を併せ持つ車両ステアリング用伸縮軸を得ることができ、本発明の有効性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸の製造方法により製作される車両ステアリング用伸縮軸を示す斜視図である。
【図２】図１に示す雌スプライン軸の横断面図である。
【図３】図１に示す雄スプライン軸の横断面図である。
【図４】フィラメントワインディング法によって製作された円筒状素材の縦断面図である。
【図５】フィラメントワインディング法におけるフィラメントの巻き方を説明する図であり、（ａ）はヘリカル巻きの概略図、（ｂ）はパラレル巻きの概略図である。
【図６】自動車の操舵機構部の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１５ 操舵機構部
２０ 車両ステアリング用伸縮軸（伸縮軸）
２１ 雄スプライン軸
２１ａ 雄スプライン部
２２ 雌スプライン軸
２２ａ 雌スプライン部
２３ 円筒状素材
２４ フィラメント束
２５ 芯材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵機構部に組み込まれ、回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合する雄スプライン軸と雌スプライン軸とからなる車両ステアリング用伸縮軸の製造方法であって、
前記雄スプライン軸が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、前記円筒状素材を切削加工して形成されることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
【請求項２】
前記有機繊維は、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維から選ばれる少なくとも１つであ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の製造方法。
【請求項３】
前記液状熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂又はビスマレイミド樹脂であ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の製造方法。
【請求項４】
前記車両ステアリング用伸縮軸は、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置の伸縮軸として用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
【請求項１】
車両の操舵機構部に組み込まれ、回転不能且つ軸方向に摺動自在に嵌合する雄スプライン軸と雌スプライン軸とからなる車両ステアリング用伸縮軸の製造方法であって、
前記雄スプライン軸が、引張強度２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率５０ＧＰａ以上の高強度・高弾性率の有機繊維のフィラメントを束にした１本以上のフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながら、回転する芯材に所定の角度で巻き付け、熱で硬化させるフィラメントワインディング法によって円筒状素材を成形した後、前記円筒状素材を切削加工して形成されることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
【請求項２】
前記有機繊維は、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維から選ばれる少なくとも１つであ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の製造方法。
【請求項３】
前記液状熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂又はビスマレイミド樹脂であ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の製造方法。
【請求項４】
前記車両ステアリング用伸縮軸は、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置の伸縮軸として用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両ステアリング用伸縮軸の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−９５１５９（Ｐ２０１０−９５１５９Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６７８４２（Ｐ２００８−２６７８４２）
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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