CN102139338A - 中空齿条轴的制造方法以及中空齿条轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供中空齿条轴的制造方法以及中空齿条轴，将在管状的主体部(21)的一部分形成有平面状的平坦部(22)的管状部件(23)，以使平坦部(22)的表面(22a)与齿形(29)抵接的方式夹持保持在形成有与齿条齿(7)呈大致对称的齿形(29)的下模(26)和上模(25)之间。形成有多个凸部(15)的背模(14)以该凸部(15)隔着平坦部(22)与齿形(29)的槽部(29a)对置的方式配置，通过将背模(14)向平坦部(22)按压而形成齿条齿(7)，从而制造齿条轴。

Description

中空齿条轴的制造方法以及中空齿条轴

于2009年12月14日提出申请的日本专利申请2009-282698所公开的内容，包括说明书、附图以及摘要都通过援引而包含于本发明。

技术领域

本发明涉及中空齿条轴的制造方法以及中空齿条轴。

背景技术

以往，在转向装置中，利用齿轮齿条机构将伴随着转向操作的转向轴的旋转变换成齿条轴的往复运动，由此来变更转向轮的转向角、即车辆的行进方向。在这种转向装置中，近年来，为了轻量化等目的，使用将齿条轴形成为中空状的所谓的中空齿条轴。

作为这种中空齿条轴的制造方法，公知有作为素材使用管状的部件，通过使该管状部件塑性变形而形成齿条齿的制造方法。例如，在日本特开昭59-92141号公报中公开了如下的方法：将形成有多个凸部的第一心轴和大致半圆柱状的第二心轴插入管状部件内，并利用形成有与齿条齿大致对称的形状的齿形的模具对该管状部件进行冲压(按压)，由此形成齿条齿进而制造齿条轴。

但是，在上述日本特开昭59-92141号公报所记载的中空齿条轴的制造方法中，如图17所示，通过将形成于模具71的齿形72向处于插入有第一心轴73和第二心轴74的状态的管状部件75按压来形成齿条齿。即，通过将形成齿条齿的槽部的部分朝管状部件75的背面75b侧压入而使形成齿条齿的齿部的部分比槽部高，从而形成齿条齿。因此，管壁从管状部件75的表面75a侧朝背面75b移动，如该图所示，管壁在管状部件75的背面75b侧突出，但在齿条齿的表面75a侧并不突出，难以使齿部的齿高变大。因此，难以利用足够的力相对于齿形72的槽部72a按压作为齿条齿的齿顶的部分，存在无法高精度地形成齿条齿的形状的可能性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够高精度地形成齿条齿的形状的中空齿条轴的制造方法以及中空齿条轴。

本发明的一个方面的中空齿条轴的制造方法，作为素材，使用在管状的主体部的一部分形成有平面状的平坦部的管状部件，在上述平坦部形成齿条齿进而制造中空齿条轴。在形成有与上述齿条齿大致呈对称形状的齿形的模具中，以使上述平坦部的表面与上述齿形抵接的方式，来对上述管状部件进行保持，形成有凸部的背模以该凸部隔着上述平坦部与上述齿形的槽部对置的方式配置，通过将上述背模向上述平坦部按压来形成上述齿条齿。

根据上述结构，通过将在与齿条齿的齿部对置的位置具有凸部的背模向平坦部按压来形成齿条齿。即，通过将平坦部中的形成齿条齿的齿部的部分向管状部件的表面侧挤出而使该部分比齿条齿的槽部高，从而形成齿条齿。因此，管壁从管状部件的背面侧朝表面侧移动，管壁在管状部件的表面侧突出，因此，齿条齿的齿部的齿高容易变大。因此，能够容易地以足够的力朝齿形的槽部按压齿条齿的齿部中的形成齿顶的部分，能够高精度地形成齿条齿的形状。

在上述方面的中空齿条轴的制造方法中，也可以将上述背模固定于上述齿条齿的背面，并使该背模与上述管状部件形成为一体来制造上述中空齿条轴。

根据上述结构，由于将背模一体地固定于管状部件，因此当制造中空齿条轴时并不反复使用同一背模。因此，可以并不像在一般的冲压加工等中反复使用的模具那样进行例如用于提高耐磨性等的表面处理，能够实现背模的制造成本的降低。

在上述方面的中空齿条轴的制造方法中，也可以在用于按压上述背模的按压部件的短边方向两侧端部与上述主体部的内周面之间形成有间隙的状态下，通过将上述背模向上述平坦部按压来形成上述齿条齿，并在上述主体部一体地来形成用于将上述背模固定于上述齿条齿的背面的固定部，上述短边方向是与上述齿条轴的轴向正交且与上述平坦部平行的方向。

根据上述结构，由于在按压部件的短边方向两侧端部与管状部件的内周面之间形成有间隙的状态下将背模向平坦部按压，因此，当形成齿条齿时，管壁也移动至上述间隙，由此，对背模进行敛缝固定的固定部与主体部形成为一体。因此，与例如借助粘接剂等固定背模的情况不同，不用增加部件数量或作业工序就能够将背模固定于齿条齿的背面。

本发明的一个方面的中空齿条轴具备管状的主体部和形成于上述主体部的平面状的平坦部，在上述平坦部形成有齿条齿。上述中空齿条轴具备用于成形上述齿条齿的背模，在上述背模的与上述齿条齿的齿部对置的位置形成有多个凸部，上述背模固定于上述齿条齿的背面。

通过减薄管状部件的平坦部的壁厚，该部件变得容易变形，齿条齿的成型性提高，但是，齿条轴的壁厚变薄，由此，相对于扭转、弯曲等的强度降低。对于该点，根据上述结构，背模固定于齿条齿的背面，由此，该背模作为对齿条轴的强度进行加强的加强部件发挥功能，因此，能够减薄管状部件的壁厚，从而实现齿条齿的成型性的提高，并且能够提高中空齿条轴相对于扭转、弯曲等的强度。

在上述方面中，在上述主体部形成有固定部，该固定部向上述主体部的内周侧突出而对上述背模进行敛缝，上述背模借助上述固定部被固定于上述齿条齿的背面。

根据上述结构，由于利用一体形成于主体部的固定部对背模进行敛缝固定，因此，不用增加部件数量就能够将背模固定于齿条齿的背面。

附图说明

从以下的参照附图对具体实施方式进行的说明能够清楚本发明的上述的和进一步的目的、特征和优点，其中，对相同或相似的要素标注相同或相似的标号。

图1是车辆用转向装置的概要结构图。

图2是示出齿轮齿条机构的局部剖视图。

图3是示出第一实施方式的齿条轴的概要的纵剖视图。

图4是示出第一实施方式的齿条轴的概要的横剖视图。

图5是管状部件的立体图。

图6是示出第一实施方式的形成齿条齿之前的管状部件夹在上模和下模之间的状态的概要的横剖视图。

图7A是示出第一实施方式的齿条齿的形成过程的示意图。

图7B是示出第一实施方式的齿条齿的形成过程的示意图。

图7C是示出第一实施方式的齿条齿的形成过程的示意图。

图8是示出第一实施方式的中空齿条轴的制造方法中的管状部件的管壁的动作的示意剖视图。

图9是示出第一实施方式的形成齿条齿之后的管状部件夹在上模和下模之间的状态的概要的横剖视图。

图10A是示出第二实施方式的齿条齿的形成过程的示意图。

图10B是示出第二实施方式的齿条齿的形成过程的示意图。

图10C是示出第二实施方式的齿条齿的形成过程的示意图。

图11是示出第二实施方式的形成齿条齿之前的管状部件夹在上模和下模之间的状态的概要的横剖视图。

图12是示出第二实施方式的形成齿条齿之后的管状部件夹在上模和下模之间的状态的概要的横剖视图。

图13是示出在形成齿条齿之后将背模取下的工序的示意图。

图14是示出第二实施方式的齿条轴的概要的纵剖视图。

图15是示出其他的心轴的侧视图。

图16是示出利用液压缸将背模向管状部件的平坦部按压的状态的示意图。

图17是示出以往的中空齿条轴的制造方法中的管状部件的管壁的动作的示意剖视图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的第一实施方式进行说明。

如图1所示，在车辆用转向装置中，固定有转向盘2的转向轴3经由齿轮齿条机构4与齿条轴5连结，伴随着转向操作的转向轴3的旋转利用齿轮齿条机构4变换成齿条轴5的往复直线运动。如图2所示，上述齿轮齿条机构4通过使形成于转向轴3的一端的小齿轮齿6与齿条轴5的齿条齿7啮合而构成。借助伴随着该转向轴3的旋转的齿条轴5的往复直线运动，转向轮8的转向角、即车辆的行进方向变更。齿条轴5的齿条齿7形成为齿距和压力角等在其轴向中央部分与两端部分之间连续地变化，构成为方向盘2旋转一周时的齿条轴5的移动量即比行程根据操舵角而变化的所谓的变速齿轮。

下面对本实施方式的齿条轴的结构进行说明。

如图3所示，齿条轴5具备管状的主体部11和形成于该主体部11的平面状的平坦部12，构成为在该平坦部12形成有上述齿条齿7的中空齿条轴。另外，在图3中，为了说明的方便，将齿条齿7的齿部7a的数量省略为4个、将槽部7b的数量省略为5个加以记载。在齿条轴5的齿条齿7内周侧的背面7c固定有大致长方形状的背模14。在该背模14的与齿条齿7的齿部7a对置的位置形成有多个凸部15，该凸部15与齿条齿7的背面7c抵接。凸部15形成为与齿条齿7的齿部7a对应的齿形状。

如图4所示，在齿条轴5的主体部11形成有固定部16，该固定部16朝内周侧突出，且在背模14抵接于齿条齿7的背面7c的状态下对背模14进行敛缝。进而，背模14在抵接于齿条齿7的背面7c的状态下由该固定部16固定。

其次，对使用本实施方式的模锻的齿条轴的制造方法进行说明。

如图5所示，齿条轴5使用在管状的主体部21的一部分形成有平面状的平坦部22的管状部件23作为素材加以制造。如图6和图7A所示，将管状部件23夹在作为模具的上模25和下模26之间，并将背模14向平坦部22按压，由此形成上述齿条齿7，进而制造齿条轴5。管状部件23的主体部21与齿条轴5的主体部11对应，并且，管状部件23的平坦部22与齿条轴5的平坦部12对应。

详细叙述，上模25和下模26分别形成为大致长方体形状。在该上模25的与下模26对置的对置面形成有具有与管状部件23的直径大致相等的直径的半圆形状的保持槽27。在下模26的与上模25对置的对置面形成有具有与管状部件23的直径大致相等的直径的大致半圆形状的保持槽28，并且，在该保持槽28的底部形成有与齿条齿7大致对称的形状的齿形29。即，当使素材塑性变形时存在弹性变形回复，因此齿形29形成为对齿条齿7附加弹性变形回复的形状。这些上模25和下模26以使平坦部22的表面22a与齿形29抵接的方式夹持管状部件23，由此，保持该管状部件23以使该管状部件23不能移动。

如图7A、图7B、图7C所示，大致圆柱状的夹具31从管状部件23的轴向一方侧(图7中的左侧)插入到管状部件23内。并且，背模14在插入有夹具31的状态下插入到该管状部件23内，且该背模14的长度方向一端(图7中的左端)抵接于夹具31，由此，以凸部15隔着平坦部22与齿形29的槽部29a对置的方式配置。在插入背模14之后，大致半圆柱状的夹具32a～32c以与背模14的长度方向另一端抵接的方式从管状部件23的轴向另一端侧(图7中的右侧)插入到管状部件23内。

进而，在管状部件23由上模25和下模26保持，并且背模14隔着平坦部22与齿形29的槽部29a对置的方式配置的状态下，从管状部件23的轴向另一端侧依次插入作为按压部件的心轴33a～33c，由此，将背模14向平坦部22按压而形成齿条齿7。将背模14固定于齿条齿7的背面7c，并使该背模14与管状部件23形成为一体从而制造齿条轴5。

具体地说，如图6所示，心轴33a的与齿条轴5的轴向正交且与平坦部22平行的短边方向(图6中的左右方向)的宽度形成为比背模14的短边方向的宽度短的宽度，在心轴33a的短边方向两侧端部与主体部21的内周面之间形成有间隙。各心轴33b、33c的短边方向的宽度也形成为与心轴33a的短边方向的宽度相同的宽度，在心轴33b、33c的短边方向两侧端部与主体部21的内周面之间形成有间隙。并且，各心轴33a～33c的厚度(图7中的上下方向长度)形成为比该心轴33a～33c插入之前的状态下的背模14的上表面14a与管状部件23的内周面之间的距离稍厚。夹具32a～32c形成为能够将心轴33a～33c插入管状部件23内的厚度，且在心轴33a～33c插入之前依次插入到管状部件23内。并且，当插入心轴33a～33c时，各个夹具31、32a～32c被固定成不能在轴向移动，从而伴随着心轴33a～33c的移动的背模14的移动被限制。上述心轴33a最薄，按照心轴33b、33c的顺序变厚。并且，在各个心轴33a～33c的前端的上表面和下表面分别形成有锥部34a～34c，通过将该锥部34a～34c与背模14抵接，开始将该背模14压下。为了方便，使用3根心轴进行说明，但是，实际上，也可以准备更多数量的心轴，使厚度一点一点地变大。

这样，通过插入厚度比背模14的上表面14a与管状部件23的内周面之间的距离稍厚的心轴33a～33c，将背模14向管状部件23的平坦部22按压，该平坦部22塑性变形而形成齿条齿7进而制造齿条轴5。

如图8所示，通过将背模14向平坦部22按压来形成齿条齿7。即，将平坦部22中的形成齿条齿7的齿部7a的部分朝表面22a侧挤出，由此，该部分变得比齿条齿7中的槽部7b高从而形成齿条齿7。管壁从背面22b侧朝表面22a侧移动，从而管壁向管状部件23的表面侧突出，因此，齿条齿7的齿部7a的齿高容易变大，能够容易地以足够的力将齿条齿7的齿部7a中的齿顶向齿形29的槽部29a按压。

并且，在心轴33a～33c的短边方向两侧端部与主体部21的内周面之间形成有间隙(参照图6)，因此，如图9所示，当形成齿条齿7时，管壁也移动至上述间隙中，由此，对背模14进行敛缝固定的固定部16与主体部21形成为一体。

如上所述，根据本实施方式能够起到以下的效果。

1)将管状部件23以平坦部22的表面22a与齿形29抵接的方式夹持保持在下模26与上模25之间，该管状部件23在管状的主体部21的一部分形成有平面状的平坦部22，该下模26形成有与齿条齿7大致对称的形状的齿形29。进而，将形成有多个凸部15的背模14以该凸部15隔着平坦部22与齿形29的槽部29a对置的方式配置，将背模14向平坦部22按压来形成齿条齿7，进而制造齿条轴5。

根据上述结构，将平坦部22中的形成齿条齿7的齿部7a的部分朝表面22a侧挤出，由此，该部分变得比齿条齿7中的槽部7b高从而形成齿条齿7，因此，管壁从背面22b侧朝表面22a侧移动。因此，管壁在管状部件23的表面22a侧突出，因此，齿条齿7的齿部7a的齿高容易变大，能够容易地以足够的力将齿条齿7的齿部7a中的形成齿顶的部分向齿形29的槽部29a按压，能够高精度地形成齿条齿7的形状。

2)将背模14固定于齿条齿7的背面7c，并使该背模14与管状部件23形成为一体从而制造齿条轴5。根据上述结构，由于将背模14与管状部件23固定成一体，因此，当制造齿条轴5时并不反复使用同一背模14。因此，可以并不像在一般的冲压加工等中反复使用的模具那样进行例如用于提高耐磨性等的表面处理，能够实现背模14的制造成本的降低。

3)在心轴33a～33c的短边方向两侧端部与主体部21的内周面之间形成有间隙的状态下将背模14向平坦部22按压，由此形成齿条齿7，并使用于将背模14固定于齿条齿7的背面7c的固定部16与主体部21形成为一体。根据上述结构，由于在心轴33a～33c的短边方向两侧端部与管状部件23的内周面之间形成有间隙的状态下将背模14向平坦部22按压，因此，当形成齿条齿7时，管壁也移动至上述间隙中，由此，对背模14进行敛缝固定的固定部16与主体部21形成为一体。因此，与例如借助粘接剂等固定背模14的情况不同，不用增加部件数量或作业工序就能够将背模14固定于齿条齿7的背面7c。

4)齿条轴5具备管状的主体部11和形成于主体部11的平面状的平坦部12，且在平坦部12形成有齿条齿7。进而，将在与齿条齿7的齿部7a对置的位置形成有凸部15的背模14固定于齿条齿7的背面7c。

此处，通过减薄管状部件23(平坦部22)的壁厚，该部件变得容易变形，齿条齿7的成型性提高，但是，齿条轴5的壁厚变薄，由此，相对于扭转、弯曲等的强度降低。对于该点，根据上述结构，背模14固定于齿条齿7的背面7c，由此，该背模14作为对齿条轴5的强度进行加强的加强部件发挥功能，因此，能够减薄管状部件23的壁厚，从而实现齿条齿7的成型性的提高，并且能够提高齿条轴5相对于扭转、弯曲等的强度。

5)对背模14进行敛缝固定的固定部16与主体部11形成为一体，因此，与例如借助粘接剂等固定背模14的情况相比较，不用增加部件数量就能够将背模14固定于齿条齿7的背面7c。

以下，根据附图对本发明的第二实施方式进行说明。另外，本实施方式的制造方法与上述第一实施方式的制造方法之间的主要的不同点在于：在形成齿条齿之后将背模取下。因此，为了说明的方便，对与第一实施方式相同的部分标注相同的标号并省略说明。

如图10A、图10B、图10C所示，在背模14形成有延出部41，该延出部41从背模14的长度方向两侧端延伸出来，并突出至管状部件23的外部。另外，该背模14以凸部15隔着平坦部22与齿形29的槽部29a对置的方式相对于上模25和下模26配置固定。

并且，如图11所示，心轴42a形成为填满背模14的上表面14a与主体部21的内周面之间的间隙的形状。各个心轴42b、42c也形成为填满背模14的上表面14a与主体部21的内周面之间的间隙的形状。上述各个心轴42a～42c的厚度形成为比该心轴42a～42c插入之前的状态下的背模14的上表面14a与管状部件23的内周面之间的距离稍厚。上述心轴42a最薄，厚度按照心轴42b、心轴42c的顺序变厚。在各个心轴42a～42c的前端，在上表面和下表面分别形成有锥部43a～43c，该锥部43a～43c与背模14抵接，由此开始将该背模14压下。另外，为了方便，使用3根心轴进行说明，但是，实际上，也可以准备更多数量的心轴，使厚度一点一点地变大。

进而，与上述第一实施方式同样，在管状部件23由上模25和下模26保持，并且背模14以与平坦部22的背面22b抵接的方式配置的状态下，如图10A、图10B、图10C所示，依次插入心轴42a～42c，由此将背模14向平坦部22按压而形成齿条齿7，进而制造齿条轴5。

此处，由于各个心轴42a～42c形成为填满背模14的上表面14a与主体部21的内周面之间的间隙，因此，如图12所示，当形成齿条齿7时，管壁不会朝心轴42c的短边方向两侧移动，不会形成用于固定背模14的固定部16(参照图9)。即，形成为背模14并未固定于齿条齿7的背面7c的状态。在本实施方式中，如图13所示，在形成齿条齿7之后，如空白箭头所示朝上方按压背模14的延出部41，由此将背模14取下，从而制造如图14所示的齿条轴5。

如以上所述，根据本实施方式，能够起到与上述第一实施方式的1的效果同样的效果。

另外，上述各个实施方式能够以适当变更后的以下的实施方式实施。

·在上述第一实施方式中，利用一体形成于主体部11的固定部16对背模14进行敛缝而将背模14固定于齿条齿7的背面7c。但是，并不限于此，也可以并不形成固定部16，而是通过例如使背模14与管状部件23的平坦部22之间夹有粘接剂而将背模14固定于齿条齿7的背面7c。

·在上述各个实施方式中，如图15所示，也可以代替心轴33a～33c、42a～42c使用沿长度方向并列设置有多个能够滚动的滚子51的心轴52。在以这种方式构成的情况下，当将心轴52插入管状部件23内时，各个滚子51滚动，由此能够减小心轴52与背模14之间的滑动阻力。

·在上述各个实施方式中，通过将心轴33a～33c、42a～42c插入管状部件23内而将背模14向平坦部22按压，但是，并不限于此，也可以利用其他的方法将背模14向平坦部22按压。

例如，如图16所示，也可以将液压缸55插入管状部件23内，利用该液压缸55将背模14向平坦部22按压。具体地说，液压缸55具备汽缸壳57和作为按压部件的活塞59，汽缸壳57形成有引导孔56，活塞59经由密封部件58设置在引导孔56内，活塞59借助朝汽缸壳57内供给的液压而移动，由此将背模14向平坦部22按压。

·在上述各个实施方式中，将背模14的凸部15形成为与齿条齿7的齿部7a对应的齿形状，但是，并不限于此，凸部15只要是朝管状部件23的平坦部22侧突出的形状即可，例如也可以是圆弧形状。

·在上述各个实施方式中，将本发明应用于齿距和压力角等在齿条轴5的轴向中央部分与两端部分之间连续地变化的变速齿轮的齿条轴5，但是，并不限于此，也可以将本发明应用于齿距和压力角等恒定的齿条轴。

Claims (5)

1.一种中空齿条轴的制造方法，作为素材，使用在管状的主体部的一部分形成有平面状的平坦部的管状部件，在所述平坦部形成齿条齿进而制造中空齿条轴，所述中空齿条轴的制造方法的特征在于，

在形成有与所述齿条齿大致呈对称形状的齿形的模具中，以使所述平坦部的表面与所述齿形抵接的方式，来对所述管状部件进行保持，形成有凸部的背模以该凸部隔着所述平坦部与所述齿形的槽部对置的方式配置，

通过将所述背模向所述平坦部按压来形成所述齿条齿。

2.根据权利要求1所述的中空齿条轴的制造方法，其特征在于，

将所述背模固定于所述齿条齿的背面，并使该背模与所述管状部件形成为一体来制造所述中空齿条轴。

3.根据权利要求2所述的中空齿条轴的制造方法，其特征在于，

在用于按压所述背模的按压部件的短边方向两侧端部与所述主体部的内周面之间形成有间隙的状态下，通过将所述背模向所述平坦部按压来形成所述齿条齿，并在所述主体部一体地来形成用于将所述背模固定于所述齿条齿的背面的固定部，所述短边方向是与所述齿条轴的轴向正交且与所述平坦部平行的方向。

4.一种中空齿条轴，其特征在于，

所述中空齿条轴具有：

管状的主体部；

形成于所述主体部的平面状的平坦部；

形成于所述平坦部的齿条齿；以及

用于成形所述齿条齿的背模，其中，

在所述背模的与所述齿条齿的齿部对置的位置形成有多个凸部，

所述背模固定于所述齿条齿的背面。

5.根据权利要求4所述的中空齿条轴，其特征在于，

在所述主体部形成有固定部，该固定部向所述主体部的内周侧突出而对所述背模进行敛缝，

所述背模借助所述固定部被固定于所述齿条齿的背面。

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