CN104791389A - 伸缩轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伸缩轴的制造方法。该伸缩轴能够沿轴向伸缩，其包括中空的外轴、与外轴(3)花键嵌合的内轴以及设置于外轴及内轴的至少一方的花键的树脂覆膜。伸缩轴的制造方法包括将内轴插入外轴的工序和通过使外轴及内轴的任意一方沿轴向往复移动来使其相对于另一方滑动的滑动工序。在滑动工序中，当滑动开始时，令与使一方相对于另一方滑动时的滑动速度相对应的频率比规定值低，当一方相对于另一方的滑动负载降低时，则连续或阶梯性升高频率。

Description

伸缩轴的制造方法

本申请主张于2014年1月21日提出的日本专利申请第2014-008631号的优先权，并在此引用包括说明书、附图和说明书摘要在内的全部内容。

技术领域

本发明涉及伸缩轴的制造方法。

背景技术

日本特开2013-213589号公报以及日本特开2012-102868号公报中所公开的伸缩轴具有公轴(内轴)、母轴(外轴)以及覆盖部。公轴具有非圆形的外周形状。母轴具有非圆形的内周形状。覆盖部形成于公轴的外周，能够降低与母轴的内周之间的滑动阻力。在制造伸缩轴时，以具有过盈量的方式将母轴的内周外嵌于公轴的外周，之后使公轴沿轴向相对于被加工用夹具固定的母轴进行多次往复滑动。覆盖部因此时产生的摩擦热而发生塑性变形，由此上述过盈量变小，从而能够将母轴与公轴之间的滑动阻力设定为规定的值。

对日本特开2013-213589号公报以及日本特开2012-102868号公报的情况而言，在公轴相对于母轴的滑动开始时，覆盖部处于发生塑性变形之前的较厚的状态，因此母轴的内周与公轴的外周的过盈量较大。因该过盈量的影响以及使公轴滑动的设备的移动部位的惯性的影响，在公轴相对于母轴的滑动开始时，公轴的滑动负载较大。

因此，在母轴以及公轴中，为了能够承受滑动负载所带来的负担，需要在各轴的各部位确保规定以上的强度，因此，由于强度确保的原因，在伸缩轴的低成本化以及轻型化的方面产生极限。为了实现伸缩轴的低成本化以及轻型化，虽降低滑动负载即可，但若因此而减小过盈量，则最坏的情况下，母轴与公轴的间隙变为正间隙(positive clearance)，从而无法实现摩擦热所导致的覆盖部的塑性变形以及熔融变形。另一方面，作为降低滑动负载的方法，为了减轻设备的移动部位的惯性的影响，也考虑减轻移动部位的重量。然而，估计为此而进行的设备的改造会存在难以满足设备的耐久强度方面上的需求等的情况。

因此，作为降低滑动负载的方法，难以采用减小过盈量或减轻设备的移动部位的重量的方法。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种制造时使外轴与内轴的一方相对于另一方滑动的伸缩轴的制造方法，该方法能够实现低成本化以及轻型化。

一种伸缩轴的制造方法，该伸缩轴能够沿轴向伸缩，该伸缩轴包括：中空的外轴，其在内周面形成有花键；内轴，其在外周面形成有花键，并与上述外轴花键嵌合；以及树脂覆膜，其设置于上述外轴及内轴的至少一方的花键，所述伸缩轴的制造方法的特征在于，包括如下工序：将上述内轴压入上述外轴的工序；以及通过使上述外轴及内轴的任意一方沿轴向往复移动来使其相对于另一方滑动的滑动工序，在上述滑动工序中，在滑动开始时，将与使上述一方相对于上述另一方滑动时的滑动速度相对应的频率设为比规定值低，当上述一方相对于上述另一方的滑动负载降低时，则连续或阶梯性升高上述频率。

附图说明

根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可了解本发明的上述以及更多的特点和优点，在附图中，对相同的元素标注相同的附图标记。

图1是通过本发明的一个实施方式的制造方法而制造的伸缩轴的局部剖面侧视图。

图2是伸缩轴的要部的剖视图。

图3A是被树脂覆膜覆盖的内轴的简要剖视图。

图3B是外轴的简要剖视图。

图4是在使外轴与内轴滑动的滑动工序中所使用的设备的简图。

图5是示出滑动负载以及频率各自相对于时间的变化的图。

图6是示出变形例所涉及的频率相对于时间的变化的图。

具体实施方式

参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

图1是通过本发明的一个实施方式的制造方法而制造的伸缩轴的局部剖面侧视图。伸缩轴1存在例如以下情况：在转向装置中用作夹装在转向轴(未图示)与齿轮齿条机构的齿轮轴(未图示)之间的中间轴(Intermediate shaft)。另外，伸缩轴1也可以用作吸收冲击时而收缩的转向轴。

伸缩轴1包括连结为同轴状的内轴2和中空的外轴3。内轴2以及外轴3分别是金属制的。内轴2与外轴3能够沿着伸缩轴1的轴向X滑动且以能够传递扭矩的方式花键嵌合。因此，伸缩轴1能够沿轴向X伸缩。

在内轴2的外周面2a形成有多个花键4，在外轴3的内周面3a形成有与花键4交替啮合的多个花键5。花键4是外花键，花键5是内花键。在图1中示意性示出两花键4、5。

在伸缩轴1构成中间轴的情况下，如图1所示，在内轴2的一端一体地安装有万向联轴器6的一方的架(yoke)6a。另外，在外轴3的一端一体地安装有万向联轴器7的一方的架7a。图2是伸缩轴的要部的剖视图。如图2所示，在内轴2的花键4的表面以覆盖该表面的方式设置有树脂覆膜8。树脂覆膜8是伸缩轴1的一部分，使用合成树脂而形成。作为该合成树脂，可以举出聚酰胺、聚甲醛等热塑性树脂、环氧树脂等热固性树脂。树脂覆膜8夹装在内轴2的花键4与外轴3的花键5之间，由此使在花键4与花键5之间产生的间隙最小，从而将内轴2与外轴3的滑动阻力维持在规定值。

在制造这样的伸缩轴1时，首先，分别准备内轴2(参照图3A)和外轴3(参照图3B)。内轴2的花键4的表面被树脂覆膜8覆盖。而且，将内轴2相对于外轴3的内周部分以负的嵌合间隙嵌合。即，将内轴2压入外轴3。然后，将内轴2以及外轴3安装于图4所示的设备9。

对设备9而言，作为一个例子，主要包括基座11、支承框12、曲柄机构13、马达14以及控制装置15。基座11沿水平延伸并固定于地板面10。支承框12固定于基座11。在下文中，使用上述轴向X来进行说明。

支承框12从基座11立起设置，并在支承框12的上端安装有第一安装托架16。在第一安装托架16固定有内轴2的架6a。具体而言，在架6a中，在供万向联轴器6的十字轴(未图示)嵌入的插通孔6b插通有第一安装托架16侧的销16a，从而内轴2的架6a被第一安装托架16在轴向X上定位。

曲柄机构13包括旋转盘18、滑动部件19以及连杆部件20。旋转盘18被从基座11立起设置的支承臂17支承为旋转自由。滑动部件19仅能够在轴向X上滑动移动。连杆部件20连接滑动部件19与旋转盘18的圆周上的1个位置。当固定于基座11的马达14的驱动力经由传递机构(未图示)传递至旋转盘18时，则旋转盘18旋转。旋转盘18的旋转运动通过连杆部件20变换为滑动部件19的沿轴向X的往复运动。

在滑动部件19中，在同连杆部件20连接一侧的相反一侧的端部安装有第二安装托架21。第二安装托架21在轴向X上以与第一安装托架16对置的方式配置。在第二安装托架21固定有外轴3的架7a。具体而言，在架7a中，在供万向联轴器7的十字轴(未图示)嵌入的插通孔7b插通有第二安装托架21侧的销21a，从而外轴3的架7a被连结于第二安装托架21。

在以如上方式将压入外轴3的内轴2与第一安装托架16连结并将外轴3与第二安装托架21连结的状态下驱动马达14，从而使旋转盘18旋转。由此，通过使外轴3与滑动部件19一同沿轴向X往复移动，使得外轴3相对于内轴2强制地滑动。通过这样的滑动工序，内轴2的花键4的树脂覆膜8的表面因滑动产生的摩擦热而溶化，从而成形为与外轴3的花键5的表面形状配合(参照图2)。由此，以使外轴3与内轴2之间的滑动阻力为规定的值的方式成形外轴3与内轴2两者的齿形。

此外，进行滑动工序时，在内轴2以及外轴3之间可以加载扭转力矩，也可以不加载扭转力矩。在设备9中，在第一安装托架16设置有检测滑动负载的负载传感器22。第一安装托架16承受来自相对于内轴2滑动的外轴3的负载(称为外轴3相对于内轴2的滑动负载)。滑动负载相当于内轴2与外轴3之间的滑动阻力。

另外，在设备9设置有位置传感器23。位置传感器23检测滑动部件19在轴向X上的位置。负载传感器22以及位置传感器23的检测信号被传输至控制装置15。控制装置15根据位置传感器23所检测到的位置信息以及将其微分而得到的速度(相当于外轴3相对于内轴2的滑动速度)的信息向马达14输出控制信号，从而使外轴3相对于内轴2按照目标滑动速度(严格来说是后述的频率)滑动。另外，当负载传感器22所检测到的滑动负载降低至目标值时，控制装置15结束滑动工序。

若设滑动工序中的上述滑动负载为F，则滑动负载F可以用如下公式(1)来表达。

F＝m·a＝m·ω²·r＝m·(2·π·f)²·r  …式(1)

这里，m一般情况下是实际移动的外轴3的重量。然而，在该实施方式中，是滑动速度为微低速(例如，0.01m/s)时的滑动负载，是可以通过测量等而预先求得的常量。a是往复移动的外轴3以及滑动部件19的加速度的绝对值，ω是旋转盘18的角速度。r是外轴3的进行1次往复移动的往复移动量的一半的行程(滑动行程)，也是旋转盘18的半径。f是针对旋转盘18进行旋转的频率，也是与使外轴3相对于内轴2滑动时的滑动速度相对应的频率(滑动频率)。π是圆周率。

此外，在设上述滑动速度为v的情况下，频率f与滑动速度v的关系可以用如下公式(2)来表达。

f＝v/(2π·r)  …式(2)

参照图5(a)，在频率f从滑动工序的滑动开始时快速上升至目标频率f1并直至滑动工序结束为止稳定在目标频率f1的情况下，如图5(b)所示，滑动开始时的滑动负载F变得非常高。因此，为了能够承受高的滑动负载F，需要以焊接的方式进行内轴2与架6a的连接以及外轴3与架7a的连接(参照图1)。这样一来，难以实现伸缩轴1的低成本化以及轻型化。

在目前的转向装置中存在如下趋势：为了辅助用户所进行的转向的操舵而通过马达等所产生的操舵辅助力不传递至上述转向轴、中间轴之类的转向侧(上游侧)，而是传递至齿轮齿条机构侧(下游侧)的其他的轴。因此，在通常使用状态下，对未传递有操舵辅助力的伸缩轴1造成的负担变小。但尽管如此，为了能够承受除通常使用状态以外的滑动工序中的滑动负载，无法实现伸缩轴1的低成本化以及轻型化，因此不方便。

若滑动开始时的滑动负载为低的值，则内轴2与架6a的连接以及外轴3与架7a的连接可以通过不伴有焊接的压入、铆接、冲压之类的简易的方法完成。当设滑动开始时的滑动负载F0例如为5(kN)的情况下，若频率f为规定值f0，则规定值f0可以用如下公式(3)来表达。

f0＝(F0/(4·π²·m·r))^1/2  …式(3)

在滑动工序中，如图5(c)所示，滑动开始时(也包括自滑动开始经规定时间的范围)，可以使频率f比上述的规定值f0低。所谓的使频率f低是相当于降低作为使外轴3滑动的设备9的移动部位的滑动部件19的移动加速度a。由此，在滑动开始时，通过使外轴3低速滑动能够减轻滑动部件19的惯性的影响，从而如图5(d)所示，能够使滑动开始时的滑动负载F(F0)的绝对值降低至不足5(kN)这样的较小的值。因此，在外轴3与内轴2中，滑动开始时的滑动负载F(F0)带来的负担变小，因而，能够使在各部位应该确保的最低限度的强度降低与上述相应的量。由此，能够实现伸缩轴1的低成本化以及轻型化。

而且，在滑动开始之后不久，当进行外轴3与内轴2的齿形的形成而使滑动负载F(即上述滑动阻力)减小至目标值时，则如图5(c)所示，频率f升高至目标频率f1，使得外轴3高速滑动。由此，设置于花键4、5(此处是花键4)的树脂覆膜8因滑动工序产生的摩擦热而熔融，从而顺应内轴2以及外轴3的花键4、5的齿形而成形为各花键的齿面形状。由此，能够使内轴2与外轴3之间(彼此的花键间)的滑动阻力为规定的值。这里，在使频率f升高至目标频率f1的情况下，可以如图5(c)所示那样以使频率f呈直线变化的方式连续升高，也可以如图6所示那样使频率f阶段性升高。

此外，作为规定值f0以及目标频率f1的具体值的一个例子，在作为移动的频率的规定值f0为0～3.5(Hz)的情况下，可以设目标频率f1为5～8(Hz)。本发明并不限定于以上说明过的实施方式，在权利要求书的范围内可以进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，仅在内轴2的花键4设置有树脂覆膜8，但也可以仅在外轴3的花键5设置树脂覆膜8，还可以在花键4以及5双方设置树脂覆膜8。重要的是，树脂覆膜8只要设置在内轴2以及外轴3的至少任意一方的花键4、5即可。另外，在上述滑动工序中，通过马达14的驱动力使内轴2滑动。然而，例如，也可以是设备9具备液压缸并通过该液压缸的液压使内轴2滑动的情况。

另外，在滑动工序中，通过使外轴3往复移动来使其相对于内轴2滑动，但也可以通过使内轴2往复移动来使内轴2相对于外轴3滑动。即，在滑动工序中，可以通过使内轴2以及外轴3的任意一方沿轴向X往复移动来使其相对于另一方滑动。

Claims (3)

1.一种伸缩轴的制造方法，该伸缩轴能够沿轴向伸缩，该伸缩轴包括：中空的外轴，其在内周面形成有花键；内轴，其在外周面形成有花键，并与所述外轴花键嵌合；以及树脂覆膜，其设置于所述外轴及内轴的至少一方的花键，

所述伸缩轴的制造方法的特征在于，包括如下工序：

将所述内轴压入所述外轴的工序；以及

通过使所述外轴及所述内轴的任意一方沿轴向往复移动来使其相对于另一方滑动的滑动工序，其中，

在所述滑动工序中，在滑动开始时，令与使所述一方相对于所述另一方滑动时的滑动速度相对应的频率比规定值低，当所述一方相对于所述另一方的滑动负载降低时，则连续或阶梯性升高所述频率。

2.根据权利要求1所述的伸缩轴的制造方法，其特征在于，

当设所述规定值为f0、设所述一方进行1次往复移动的往复移动量的一半的行程为r、设当所述滑动速度为微低速时的所述滑动负载为m、设滑动开始时的所述滑动负载为F0时，能够利用如下公式求得规定值f0，即：

f0＝(F0/(4·π²·m·r))^1/2。

3.根据权利要求1或2所述的伸缩轴的制造方法，其特征在于，

设置于所述花键的树脂覆膜因所述滑动工序产生的摩擦热而熔融，从而成形为所述花键的齿面形状。