JP2008168890A - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両の操舵機構部に組み込み、雄軸21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おいて、雄軸21の外周に、充填剤を5〜50wt%で含有する合成樹脂組成物からなる樹脂層23を設けた。
【選択図】図2
Description
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が固定されているフレーム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に締結固定されている構造の場合に要求される。
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。
そこで、例えば特許文献1のように、伸縮軸5,8の雄スプライン軸5a,8aに対して、ナイロン膜をコーティングし、さらに摺動部にグリースを塗布し、金属騒音、金属打音等を吸収または緩和すると共に摺動抵抗の低減と回転方向ガタの低減とを行ってきた。この場合、ナイロン膜を形成する工程としてはシャフトの洗浄→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→雄スプライン軸との選択嵌合が行われている。最終の切削加工は、既に加工済みの雄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を行う。
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、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場合があった。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記充填剤は、モース硬度が4.5以下のものである。
また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至3の何れか1項記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記充填剤を、チタン酸カリウムウイスカー、酸化亜鉛ウイスカー、塩基性硫酸マグネシウム、セピオライト、炭酸カルシウムウイスカー、ウォラストナイトから選ばれる少なくともーつとした。
また。請求項7記載の発明は、請求項1乃至6の何れか1項記載の車両ステアリング用伸縮軸において、前記樹脂層を、前記雄軸の外周に設けた樹脂スリーブとした。
図1は本発明に係る第1実施形態の車両ステアリング用伸縮軸(以下、伸縮軸)の分解斜視図であり、図2は第1実施形態の伸縮軸の雄スプライン軸の横断面図である。
図2に示すように、雄スプライン軸21の外周面には、樹脂スリーブ23が嵌合されている。樹脂スリーブ23は、別体で射出成形した後、雄スプライン軸21に圧入することで固定してよいし、雄スプライン軸21をコアにしたインサート成形で形成してもよい。
モース硬度が4.5以下の充填剤としては、表1に示すように、モース硬度を示す針状形状のものが使用されている。具体的には、チタン酸カリウムウイスカー、酸化亜鉛ウイスカー(テトラポット状)、塩基性硫酸マグネシウム、セピオライト、炭酸カルシウムウイスカー、ウォラストナイト等である。
また、前述のフッ素樹脂の中で、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体は、樹脂自体の静摩擦係数が0.1以下(対磨き鋼)と低いので、合成樹脂組成物全体の摩擦係数もその分低い。そのため、本発明の樹脂スリーブに使用される合成樹脂組成物のベース樹脂に使用した場合には、摺動性が向上する。そして、上述した合成樹脂組成物には、さらに、酸化防止剤・熱安定剤等の各種添加剤や、耐衝撃性を改善するために、エチレンプロピレン非共役ジエンゴム(EPDM)、微粒子状のアクリルゴム、微粒子状のアクリロニトリルブタジエンゴム等のゴム状物質を含有させる配合としてもよい。
接着に用いられるシランカップリング剤は、その化学構造の一端に加水分解性基であるアルコキシ基を有しており、このアルコキシ基が加水分解して水酸基に変化し、この水酸基が金属表面の水酸基と脱水縮合を起こすことにより、金属との間で高い結合力を持つ共有結合を形成する。また、他端には有機官能基を有しており、この有機官能基がポリアミド樹脂の分子構造中のアミド結合と結合する。そして、これらの結合により、芯管と樹脂部とが強固に結合される。
また、接着力の増加を含めて、樹脂スリーブ23と雄スプライン軸21の密着性の向上と雄スプライン軸21の境界部の滑り抜け防止を目的にして、雄スプライン軸21の表面には、予めエアーブラスト加工等を施しておいてもよい。エアーブラスト後の雄スプライン軸21の表面の粗さとしては、Ra1.0〜2.0程度が適当である。
したがって、本実施形態によると、合成樹脂組成物全量に対して5〜50wt%の充填剤を含有した樹脂スリーブ23が雄スプライン軸21に嵌合されているので、耐クリープ性に優れた伸縮軸20を得ることができる。
また、合成樹脂組成物のベース樹脂として、吸水率が0.1wt%以下の低吸水樹脂を用いているので、高温多湿環境であっても、摺動安定性が向上した伸縮軸20を得ることができる。
なお、図1及び図2の第1実施形態では、雄スプライン軸21の外周面に樹脂スリーブ23を嵌合した伸縮軸20について説明したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、図3の第2実施形態で示すように、雌スプライン軸22の内周面に、モース硬度が4.5以下の充填剤を5〜50wt%含有する合成樹脂組成物からなる樹脂皮膜24を、樹脂スリーブ23と同様の厚さ等の条件、ベース樹脂、充填剤で形成する場合であっても、耐クリープ性に優れ、高温多湿環境であっても摺動安定性が向上し、低コストの伸縮軸20を製造することができる。
図4は第3実施形態の伸縮軸の横断面図であり、図5は雄シャフトに樹脂スリーブを取付け、雌シャフトを外嵌する前の状態を示す斜視図である。
図4に示すように、本実施形態の伸縮軸30は、雄シャフト31、雌シャフト32及び雄シャフト31の外周に嵌合されている環状の樹脂スリーブ33とで構成されている。
雌シャフト32は中空筒形状であり、その内周には、雄シャフト31の軸方向凸条34と同一位相位置に、軸直角断面が略コ字形状の軸方向溝35が4個形成されている。
樹脂スリーブ33は中空筒形状であり、雄シャフト31の軸方向凸条34と雌シャフト32の軸方向溝35との間の隙間を埋めるように、雄シャフト31の外周に外嵌されている。この樹脂スリーブ33の外周には、軸方向に所定間隔をあけた位置で周方向に連続する環状凹部36が複数形成されており、この環状凹部36に潤滑剤が溜まるようにしている。
なお、雌シャフト32の軸方向溝35に、モース硬度が4.5以下の充填剤を5〜50wt%含有する合成樹脂組成物からなる樹脂皮膜を、樹脂スリーブ33と同様の厚さ等の条件、ベース樹脂、充填剤で形成する場合であっても、耐クリープ性に優れ、高温多湿環境であっても摺動安定性が向上し、低コストの伸縮軸30を製造することができる。
第4実施形態の伸縮軸40は、雄シャフト41と、雌シャフト42と、雌シャフト42に固定した樹脂スリーブ44とで構成されている。
雄シャフト41は中実柱形状であり、その外周には、軸心から放射状に突出し、120度間隔をあけて軸方向凸条45が3個形成されている。
また、雄シャフト41の軸方向凸条45の外周には、軸方向溝46の内周に当接することで雄シャフト41及び雌シャフト42の回転を不能とし、雌シャフト42を軸方向に摺動させる機能を併せて持っている樹脂スリーブ44が固定されている。
なお、雄スプライン軸21は外径20mm、長さ140mmのものを使用し、この雄スプライン軸21の樹脂スリーブ23(長さ50mm)を嵌合する部分の表面粗さをエアーブラストでRa1.0〜1.5に粗い面としている。
また、実施例2の樹脂スリーブ23は、合成樹脂組成物の充填剤を、四フッ化エチレン−エチレン共重合体合成樹脂組成物(チタン酸カリウムウイスカー表面処理品を25wt%含有した例えば大塚化学製ティスモ ポチコンFT24)としたことが実施例1と異なる。
(摺動安定性の評価)
実施例1〜実施例6及び比較例1、2の摺動安定性の評価は、各雄スプライン軸試験体(実施例1〜5及び比較例)の表面にグリース塗布してから雌スプライン軸22に圧入し、50℃、50%RHの環境下(以下、条件Iと称する)、或いは、60℃、90
%RHの環境下(以下、条件IIと称する)で放置し、所定時間経過後(70h、300h、500h)に摺動荷重を測定し、初期に対して20wt%を超えて向上したものを不合格「×」とし、それ以下のものを合格「○」とした。
摺動安定性を確認した各雄スプライン軸試験体(実施例1〜6及び比較例1、2)を、30℃、50%RHの環境下(以下、条件IIIと称する)、50℃、90%RHの環境下(以下、条件IVと称する)、80℃、50%RHの環境下(以下、条件Vと称する)、80℃、90%RHの環境下(以下、条件VI称する)で10万回の摺動を行い、初期の騒音レペルに対して、2dB以上を越えて騒音レベルが向上したものを不合格「×」、騒音レベルの向上が2dB以下のものを合格「○」とした。
また、ナイロン系のベース樹脂を用いても、接着層を設けることで、充填剤を含有する分吸水寸法変化が小さい実施例1〜実施例6は、充填剤を含有しないナイロン系樹脂を用いている比較例1、2に比べて、多湿環境で優位差が見られる。そして、低摩擦係数を有するフッ素樹脂をベース樹脂とした実施例2が最も低い摺動荷重で作動し、摺動性に優れていることが確認された。
Claims (8)
- 車両の操舵機構部に組み込み、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おいて、
前記雄軸と前記雌軸との間に、充填剤を5〜50wt%で含有する合成樹脂組成物からなる樹脂層を設けたことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。 - 前記充填剤は、モース硬度が4.5以下のものであることを特徴とする請求項1記載の車両ステアリング用伸縮軸。
- 前記樹脂層の厚さは、100〜2000μmの範囲に設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載の車両ステアリング用伸縮軸。
- 前記充填剤を、チタン酸カリウムウイスカー、酸化亜鉛ウイスカー、塩基性硫酸マグネシウム、セピオライト、炭酸カルシウムウイスカー、ウォラストナイトから選ばれる少なくともーつとしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の車両ステアリング用伸縮軸。
- 前記充填剤を含有させるベース樹脂を、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド12、ポリアミド11、変性ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミドMXD6等のポリアミド樹脂、ポリビニリデンフルオライド、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体等のフッ素樹脂等からなる耐熱性を有する合成樹脂とした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。
- 前記充填剤を含有させるベース樹脂を、23℃の温度環境下で24時間放置した後の吸水率が0.1wt%以下の樹脂を使用することを特徴とする請求項5記載の車両ステアリング用伸縮軸。
- 前記樹脂層は、前記雄軸の外周に設けた樹脂スリーブであることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載の車両ステアリング用伸縮軸。
- 前記樹脂層は、前記雌軸の内周に設けた樹脂皮膜であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載の車両ステアリング用伸縮軸。
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