CN104816753A - 制造杆状构件的方法以及杆状构件 - Google Patents

Abstract

一种制造杆状构件(22)的方法，杆状构件(22)包括管(10)和金属构件(17、18)，该方法包括：形成芯构件的步骤，芯构件包括芯轴以及具有经过表面粗糙化的外周面(16A)的金属环(16)；绕外周面(16A)缠绕玻璃纤维(50)的步骤；绕芯构件缠绕碳纤维预浸料坯(26)的步骤；通过对碳纤维预浸料坯(26)进行烘烤和固化来形成外部地配合并固定到外周面(16A)的管(10)的步骤；将芯轴从管(10)拉出的步骤；以及将金属构件(17、18)与金属环(16)螺纹接合在一起的步骤。

Description

制造杆状构件的方法以及杆状构件

技术领域

本发明涉及一种制造包括在例如车辆的转向装置中的杆状构件的方法以及该杆状构件。

背景技术

日本专利申请公报No.7-91433中的传动轴是通过将具有与由纤维增强塑料(FRP)制成的本体筒的内径大致相等的外径的金属薄壁环安装在该本体筒的端部的内侧上并且将具有比该薄壁环的内径更大的外径的金属接头压配合到该薄壁环的内侧中来制造的。在压配合时，设置在该薄壁环的外周面上的硬质颗粒钻入由FRP制成的本体筒的内面中。

应用FRP的示例包括如在日本专利申请公报No.5-193097中描述的凹版印刷辊——在凹版印刷辊中由FRP制成的圆筒形本体经由粘合层内部地配合至由金属制成的圆筒形本体的内部——的辊体以及如在日本专利申请公报No.2012-153314中描述的通过绕芯缠绕预浸料坯并层压从而形成由碳纤维增强塑料制成的外壳而获得的齿条。

发明内容

在JP 7-91433A的传动轴中，存在由FRP制成的本体筒会与由金属制成的金属薄壁环分离的可能性。在JP 5-193097A和JP2012-153314A的每一者中，同样存在由FRP制成的构件与由金属制成的构件会由于这些构件之间的不充分的连接而彼此分开的可能性。本发明提供一种制造杆状构件——该杆状构件构造成防止由碳纤维增强塑料制成的管在该管与由金属制成的构件连接在一起以构成杆状构件时与由金属制成的该构件分离——的方法并且还提供该杆状构件。

本发明的第一方面是一种制造杆状构件的方法，该杆状构件包括由碳纤维增强树脂制成的管以及紧固至管的轴向方向上的端部的金属构件。该制造方法包括：通过将具有经过表面粗糙化处理的外周面的金属环外部地配合至沿轴向方向延伸的由金属制成的芯轴来形成芯构件，芯构件包括芯轴以及金属环；绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维；通过绕芯构件的外周面缠绕用树脂浸渍碳纤维而获得的预浸料片使玻璃纤维介于预浸料片与金属环的外周面之间；通过对缠绕在芯构件的外周面的预浸料片进行烘烤和固化来形成管，在该管中，该端部外部地配合并固定至金属环的外周面；仅将芯构件中的芯轴拉出管；以及将金属构件与金属环的内周面螺纹接合在一起。

根据本发明的第一方面，杆状构件包括由碳纤维增强树脂制成的管以及紧固至管的轴向方向上的端部的金属构件。另外，为制造杆状构件而形成的芯构件包括金属环以及沿轴向方向延伸的由金属制成的芯轴，金属环的外周面经过表面粗糙化处理并且金属环外部地配合至芯轴。当制造杆状构件时，首先，绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维。绕芯构件的外周面缠绕通过用树脂浸渍碳纤维而获得的预浸料片，之后预浸料片通过烘烤而被固化以形成管。在该管中，轴向方向上的端部外部地配合并固定至金属环的外周面。仅将芯构件中的芯轴拉出管，并且将金属构件与金属环螺纹接合在一起。因此，完成了杆状构件。

在对预浸料片进行烘烤和固化后，金属环内部地配合至管的端部。在这种状态下，从预浸料片渗出的树脂进入金属环的经过表面粗糙化处理(凹凸加工)的外周面的凹部并固化在该凹部中。因此，由于管的端部与金属环的外周面处于紧密接触，因此管不太可能与金属环分离。此外，绕金属环的外周面缠绕的玻璃纤维也介于预浸料片与金属环的外周面之间。因此，在玻璃纤维进入金属环的外周面的凹部的状态下该玻璃纤维被固定并且在烘烤固化后被卡在金属环的外周面的凸部上。由此，管在玻璃纤维处于管与金属环之间的情况下更难以与金属环分离。因此，可以防止管与金属环——金属环为由金属制成的构件——分离。

在以上方面中，绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维的过程可以包括绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维的织物的过程。

根据以上方法，随着绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维的过程而绕金属环缠绕玻璃纤维的织物。因此，金属环的外周面的凸部进入织物的间隙使得织物中的玻璃纤维进入金属环的外周面的凹部并通过烘烤固化而固定至金属环的外周面。因此金属环和管更加刚性地固定在一起，该管因而变得更难以与金属环分离。

在以上第一方面中，绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维的过程可以包括绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维的非织物的过程。

根据以上方法，随着绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维的过程而绕金属环的外周面缠绕玻璃纤维的非织物。在非织物中的玻璃纤维沿各个方向定向的状态下该玻璃纤维一旦进入金属环的外周面的凹部就被固定。玻璃纤维从各个方向卡在金属环的外周面的凸部上以有效地起到阻挡的作用。管因此变得更难以与金属环分离。

以上第一方面还可以包括在绕芯构件的外周面缠绕玻璃纤维和预浸料片中的每一者时露出金属环的一部分以使得该部分从完成后的管沿轴向方向突出到外侧。

根据以上方法，当绕芯构件的外周面缠绕玻璃纤维和预浸料片中的每一者时，露出金属环的一部分以使得该部分从完成后的管沿轴向方向突出至外侧。因此，当管迎着金属构件弯曲时，金属构件与金属环接触而不与管接触。由此可以防止该管的端部中的每个端部与金属构件中的对应一个金属构件接触。因此，可以防止管由于与金属构件接触而被损坏。

以上第一方面还可以包括在金属环的内周面上形成要被螺纹接合至设置在金属构件上的外螺纹部的内螺纹部。

根据以上方法，当金属构件与金属环的内周面螺纹接合在一起时，设置在金属构件上的外螺纹部螺纹接合至形成在金属环的内周面上的内螺纹部。在金属环的内周面上形成内螺纹部的过程可以在将金属环外部地配合至芯轴之前执行或在将芯轴拉出管之后执行。

本发明的第二方面为通过根据第一方面的制造方法制造的杆状构件。该杆状构件可以构成包括在齿条小齿轮式转向装置中的齿条杆。

在以上方面的杆状构件中，可以防止管与金属环——金属环为由金属制成的构件——分离。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1为包括根据本发明的一个实施方式的杆状构件的转向装置的示意性正视图；

图2为示出了制造杆状构件的步骤的示意性截面图；

图3为示意性示出了图2中所示步骤的下一个步骤的视图；

图4为示出了玻璃纤维的织物的视图；

图5为示意性示出了图3中所示步骤的下一个步骤的视图；

图6为示意性示出了图5中所示步骤的下一个步骤的视图；

图7为示意性示出了图6中所示步骤的下一个步骤的视图；

图8为由图7中的虚线包围的部分的放大视图；以及

图9为通过对图8应用第一改型而获得的视图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细描述本发明的实施方式。图1为包括根据本发明的一个实施方式的杆状构件22的转向装置1的示意性正视图。如图1所示，转向装置1主要包括转向构件2、转向轴3、中间轴5、小齿轮轴7、齿条杆8以及壳体9。

例如，可以使用方向盘作为转向构件2。转向轴3的一端连接至转向构件2。转向轴3的另一端与中间轴5的一端经由万向接头4连接在一起。中间轴5的另一端与小齿轮轴7的一端经由万向接头6也连接在一起。小齿轮14与小齿轮轴7的另一端的外周面一体地设置。齿条杆8为沿车辆宽度方向(图1中的左右方向)延伸的大致柱状构件。齿条杆8延伸所沿着的方向将称为轴向方向X。轴向方向X与车辆宽度方向一致。相对于图1中的转向装置1的位置，轴向方向X上的左侧将由附图标记“X1”指示，轴向方向X上的右侧将由附图标记“X2”指示。

与小齿轮14啮合的齿条15形成在齿条杆8的外周面的周向方向上的一个位置处。小齿轮轴7的小齿轮14与齿条杆8的齿条15彼此啮合以构成齿条小齿轮式转向机构A。齿条杆8容置在壳体9中。壳体9为固定至车身的大致圆筒形本体。齿条杆8的相反的两个端部分别突出至壳体9的相反的两个侧部，拉杆12分别经由接头11联接至齿条杆8的相反的两个端部。拉杆12中的每个拉杆均经由转向节臂(未示出)中的对应一个转向节臂连接至转向轮13中的对应一个转向轮。

当转向构件2被操作以使转向轴3旋转时，转向轴3的旋转通过小齿轮14和齿条15转变成齿条杆8沿着轴向方向X的直线运动。由此，转向轮13被转向。齿条杆8主要包括管10、金属环16以及两个金属构件，即均具有柱形形状的第一金属构件17和第二金属构件18。由于第一金属构件17和第二金属构件18构成齿条杆8，因而第一金属构件17和第二金属构件18需要具有高到足以承受齿条杆8所经受的载荷的强度和刚度。因此，使用诸如S45C之类的碳钢作为第一金属构件17和第二金属构件18的材料。第二金属构件18具有齿条15。齿条15通过对具有柱形形状的第二金属构件18进行切割来形成。

管10由碳纤维增强塑料(所谓的CFRP)制成并且为沿轴向方向X延伸的大致圆筒形构件。在齿条杆8中，管10例如相对于齿条15布置在左侧X1上并且沿轴向方向X位于第一金属构件17与第二金属构件18之间。金属环16为沿轴向方向X延伸的由金属制成的环形构件。金属环16中的一个金属环布置在管10的在左侧X1上的端部10A处，而金属环16中的另一个金属环布置在管10的在右侧X2上的端部10B处(即，总共有两个金属环16)。这两个金属环16分别配合在(内部地配合至)端部10A和端部10B中(即，金属环16中的一个金属环配合在端部10A中，而金属环16中的另一个金属环配合在端部10B中)。换句话说，管10的端部10A和端部10B分别外部地配合至金属环16的外周面16A上。管10的内周面10C在端部10A和端部10B中的每一者处的直径增大至与金属环16的外周面16A中的每个外周面的直径大致相等的值。金属环16的内周面16B中的每个内周面的直径与管10的内周面10C在端部10A与端部10B之间的区域中的直径大致相等。

第一金属构件17为齿条杆8的在左侧X1上的端部并且邻接左侧X1上的接头11。第一金属构件17从齿条杆8的左侧X1邻接管10的端部10A。小直径部21与第一金属构件17的在右侧X2上的端部一体地形成。小直径部21为沿轴向方向X朝向右侧X2延伸的柱状部。小直径部21的直径小于第一金属构件17(第一金属构件17的除了小直径部21以外的部分)的直径。

第二金属构件18经过诸如渗碳淬火或高频淬火之类的淬火处理以防止齿条15的磨损。第二金属构件18从齿条杆8的右侧X2邻接管10的端部10B。与上述小直径部21类似的小直径部21与第二金属构件18的在左侧X1上的端部一体地形成。第二金属构件18的小直径部21为沿轴向方向X朝向左侧X1延伸的柱状构件。应指出的是，第一金属构件17的小直径部21和第二金属构件18的小直径部21可以具有不同尺寸(轴向方向X上的直径或长度)。第一金属构件17和第二金属构件18分别在小直径部21处紧固至管10的在轴向方向X上的端部10A和端部10B，然而这些细节将随后描述。处于紧固状态的管10、第一金属构件17以及第二金属构件18作为整体构成沿轴向方向X延伸的杆状构件22。杆状构件22构成齿条杆8。

作为环境措施，已经存在对于汽车部件的轻量化的要求。同时，齿条杆8占了转向装置1的总重量的较大部分。由于本实施方式中的齿条杆8是部分地由CFRP制成的管10形成的，因此，该齿条杆8比整个齿条杆由诸如钢之类的金属制成的情况下的齿条杆更轻。此外，CFRP具有极佳的强度和刚度。因此，可以在保持所需强度和刚度的同时显著地减轻转向装置1的重量。

接下来，将描述制造如上所述的杆状构件22的方法。图2为示出了制造杆状构件22的步骤的示意性截面图。图2中的构件的位置与图1中的构件的位置一致(同样适用于之后描述的图3以及图5至图9)。如图2中所示，在制造杆状构件22的初始阶段中制备芯构件23。芯构件23为形成圆筒形管10所需要的构件。芯构件23包括芯轴24和上述金属环16。芯轴24由金属制成并且为沿轴向方向X延伸的柱状构件。金属环16的外周面16A预先经过表面粗糙化处理。因此，该外周面16A具有大量的凹凸部27。表面粗糙化处理的示例包括金刚石滚花、键槽加工、花键加工、喷砂、用酸进行蚀刻以及激光蚀刻。考虑到加工成本，优选地采用金刚石滚花。

在图2所示的制备步骤中，芯构件23是通过将金属环16外部地配合至芯轴24的在轴向方向X上的相反的两个端部上而形成的。芯构件23的外周面23A包括金属环16的外周面16A和芯轴24的外周面24A的从金属环16突出的一部分。图3为示意性示出图2中所示步骤的下一个步骤的视图。图4为示出玻璃纤维50的织物51的视图。

随后，如图3所示，绕金属环16中的每个金属环的外周面16A缠绕玻璃纤维50(更具体地为之后描述的玻璃纤维预浸料坯54)。如图4所示，玻璃纤维50形成本实施方式中的织物51。织物51是通过将沿规定方向直线状延伸的玻璃纤维50的束52和沿与该束52交叉(这里为垂直)的方向延伸的玻璃纤维50的束53以平纹编织的方式编织在一起而形成的。在图4中，所述束52沿绘制图4的纸张的上下方向延伸，而所述束53沿绘制图4的纸张的左右方向延伸从而垂直于所述束52。对织物51进行编织的方法不限于平纹编织，而是可以应用诸如斜纹编织、缎纹编织和多轴向编织之类的常见编织方法。

再次参照图3，织物51用树脂28浸渍从而形成片形式的玻璃纤维预浸料坯54。可以使用诸如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂和不饱和聚酯树脂之类的热固性树脂作为树脂28。由于齿条杆8被用在车辆的发动机室中，因此，期望树脂28的固化温度等于或高于发动机室中预期的上限温度(例如，130℃或更高)。

在图3所示的步骤中，通过例如片缠绕方法绕金属环16中的每个金属环的外周面16A缠绕玻璃纤维预浸料坯54。在缠绕状态下，玻璃纤维预浸料坯54与外周面16A中的每个外周面的凹凸部27处于紧密接触并且整体上呈大致圆筒形形状。图5为示意性示出图3中所示步骤的下一个步骤的视图。

参照图5，使用碳纤维预浸料坯26作为预浸料片——该预浸料片为上述管10的材料。碳纤维预浸料坯26为例如通过用树脂28浸渍单向(uni-direction)设置的大量碳纤维而获得的片的形式。可以将由“Torayca”(注册商标)T300或“Torayca”(注册商标)T700表示的各种类型的碳纤维用于碳纤维预浸料坯26。可以用玻璃纤维或芳纶纤维来部分地替代用于碳纤维预浸料坯26的碳纤维25。

在图5所示的步骤中，例如通过片缠绕方法绕芯构件23的外周面23A缠绕碳纤维预浸料坯26一次或两次或更多次。在缠绕状态下，碳纤维预浸料坯26延伸越过芯轴24、金属环16以及玻璃纤维预浸料坯54。此外，由于碳纤维预浸料坯26以与芯轴24的外周面24A和玻璃纤维预浸料坯54紧密接触的方式围绕芯构件23，因此，碳纤维预浸料坯26整体上呈大致圆筒形形状。当碳纤维预浸料坯26处于缠绕状态时，玻璃纤维50的织物51介于碳纤维预浸料坯26与金属环16中的每个金属环的外周面16A之间并且在碳纤维预浸料坯26的径向向内位置处布置在外周面16A上(即，纤维51形成最内层)。

此外，处于缠绕状态的碳纤维预浸料坯26的在轴向方向X上的相反两个端部的直径比碳纤维预浸料坯26的除了在轴向方向X上的相反两个端部以外的部分的直径大了与金属环16和玻璃纤维预浸料坯54的厚度对应的量。另一方面，碳纤维预浸料坯26在除了碳纤维预浸料坯26的在轴向方向X上的相反两个端部以外的部分中的内径基本等于金属环16中的每个金属环的内径。

碳纤维预浸料坯26的在轴向方向X上的相反两个端部可以延伸至玻璃纤维预浸料坯52的在轴向方向X上的外侧上的位置。在这种情况下，碳纤维预浸料坯26在沿轴向方向X的相反两个端部处与金属环16的外周面16A处于紧密接触。随后，通过烘烤来固化绕芯构件23的外周面23A缠绕的碳纤维预浸料坯26和玻璃纤维预浸料坯54。通过烘烤固化，碳纤维预浸料坯26的形状固定为在碳纤维预浸料坯26绕芯构件23的外周面23A缠绕时形成的大致圆筒形形状。另一方面，玻璃纤维预浸料坯54中的每个玻璃纤维预浸料坯的形状固定为大致圆筒形形状，该大致圆筒形形状具有与金属环16中的每个金属环的外周面16A的凹凸部27相符的内周面。此后，碳纤维预浸料坯26在室温下被冷却以变为管10。即，管10是通过对缠绕在外周面23A的碳纤维预浸料坯26进行烘烤固化而形成的。在这种状态下，管10在端部10A、10B处外部地配合(更具体地，如之后描述的，外部地配合并固定)至金属环16的外周面16A上。

主要以碳纤维25延伸的方向相对于轴向方向X倾斜的缠绕方法(所谓的螺旋缠绕)绕芯构件23的外周面23A缠绕碳纤维预浸料坯26。因此，管10内的碳纤维25沿相对于轴向方向X倾斜的规定方向延伸，以使得管10具有相对于轴向方向X的高强度。随后，仅将芯构件23中的芯轴24拉出管10。此时，芯轴24可以通过冷却而收缩以被平顺地拉出。在这种情况下，减小了将芯轴24拉出管10所需要的力。

在芯轴24被拉出管10后，金属环16中的每个金属环16保持为内部地配合至管10的端部10A和端部10B中的对应一个端部。还优选的是，使金属环16沿轴向方向X部分地(例如，在轴向方向X上约2mm的端部)突出到管10的端部10A和端部10B的外侧。为此，当绕芯构件23的外周面23A缠绕玻璃纤维预浸料坯54和碳纤维预浸料坯26中的每一者时，金属环16中的每个金属环的一部分可以露出以沿轴向方向X突出到完成后的管10的外侧。换句话说，当绕芯构件23的外周面23A缠绕玻璃纤维预浸料坯54和碳纤维预浸料坯26中的每一者时，不绕金属环16中的每个金属环的该部分缠绕玻璃纤维预浸料坯54和碳纤维预浸料坯26。

图6为示意性示出图5中所示步骤的下一个步骤的视图。参照图6，随后在金属环16中的每个金属环的内周面16B上形成内螺纹部19。内螺纹部19形成在内周面16B的整个区域上。在不同于本实施方式的、未使用金属环16的比较示例的情况下，管10与第一金属构件17和第二金属构件18通过使用诸如螺纹接合、螺旋插入紧固以及花键压配合之类的连接方法连接在一起。因此，在比较示例的情况下，需要在管10的内周面10C上执行螺纹加工或花键加工。在比较示例的情况下，当通过螺旋缠绕而绕芯构件23缠绕碳纤维预浸料坯26时，存在碳纤维预浸料坯26内的碳纤维25在螺纹加工或花键加工时被切断的可能性。当碳纤维25被切断时，管10与第一金属构件17以及第二金属构件18之间的连接强度显著地降低。因此，当向管10施加载荷时，管10与第一金属构件17以及第二金属构件18之间的连接部充当破裂源。为了防止比较示例中碳纤维25被切断，需要通过使碳纤维25沿芯构件23的周向方向延伸的缠绕方法(所谓的环向缠绕)绕芯构件23将碳纤维预浸料坯26至少缠绕在最内层(最靠近芯构件23)。

另一方面，在本实施方式中，由于使用了其中形成有内螺纹部19的金属环16，因而不需要对管10执行螺纹加工或花键加工。因此，可以仅通过螺旋缠绕(或者以较高比例的螺旋缠绕)来形成管10。即，在本实施方式中，可以仅通过一种类型的缠绕方法来形成管10。因此，相比于比较示例，可以相应地减少碳纤维预浸料坯26(相对于芯构件23)的缠绕数目并增加轴向方向X上的强度。即，可以通过使用金属环16来实现管10的成本降低、轻量化和强度提高。齿条杆8的重量在轻量化方面减轻了45％。

图7示意性地示出图6中所示步骤的下一个步骤的视图。参照图7，在第一金属构件17的小直径部21的外周面上设置有外螺纹部20。在左侧X1上的金属环16的内螺纹部19螺纹接合到第一金属构件17的外螺纹部20。因此，第一金属构件17与金属环16的内周面16B螺纹接合并经由金属环16紧固至管10的端部10A。

另一方面，在第二金属构件18的小直径部21的外周面上也设置有外螺纹部20。在右侧X2上的金属环16的内螺纹部19螺纹接合至第二金属构件18的外螺纹部20。因此，第二金属构件18与金属环16的内周面16B螺纹接合并经由金属环16紧固至管10的端部10B。管10因此在轴向方向X上的两个端部10A、10B处紧固至第一金属构件17和第二金属构件18，从而完成杆状构件22的制造。

在完成后的杆状构件22中，金属环16中的每个金属环的一部分如上所述从管10沿轴向方向X突出至外侧。因此，当管10迎着第一金属构件17和第二金属构件18弯曲时，第一金属构件17和第二金属构件18与金属环16接触而不与管10接触。由此，可以防止管10的端部10A、10B中的每一者与第一金属构件17和第二金属构件18中的对应一个金属构件接触。因此，可以防止管10由于与第一金属构件17和第二金属构件18接触而被损坏。

图8为由图7中的虚线包围的部分的放大图。参照图8，在完成后的杆状构件22中，从碳纤维预浸料坯26和玻璃纤维预浸料坯54渗出的树脂28介于管10的内周面10C与金属环16的外周面16A之间。树脂28进入形成在外周面16A上的凹凸部27的相应凹部29并且在上述绕芯构件23缠绕碳纤维预浸料坯26的步骤以及随后的烘烤固化步骤中固化在相应凹部29中(参见图5)。因此，由于管10的端部10A、10B与金属环16的外周面16A处于紧密接触，因此管10几乎不能被拉出金属环16。由于玻璃纤维预浸料坯54也介于碳纤维预浸料坯26与外周面16A之间，因此，严格地讲，碳纤维25不与凹凸部27的凸部35接触。

另外，第一金属构件17和第二金属构件18与金属环16螺纹接合在一起。由此，与第一金属构件17和第二金属构件18压配合到金属环16中的情况不同，管10(严格地讲，端部10A、10B)与第一金属构件17和第二金属构件18中的每一者可以在不对金属环16施加不必要的力的情况下紧固在一起。即，金属环16的外周面16A未咬合到管10中，并且因此管10内的碳纤维25不会像压配合情况那样被切断。因此，管10与第一金属构件17和第二金属构件18之间的连接部分的强度没有由于碳纤维25的切断而降低。

当使用金属环16时，如上所述，管10内的碳纤维25未被切断。然而，当通过上述片缠绕方法绕芯构件23的外周面23A直接缠绕碳纤维预浸料坯26时，难以沿着金属环16的凹凸部27放置碳纤维预浸料坯26。因此，金属环16与管10之间的连接部的强度在杆状构件22中是最弱的。因此，管10可能根据施加至杆状构件22的应力而与金属环16分离。

然而，在本实施方式中，在玻璃纤维50进入金属环16中的每个金属环的外周面16A的凹部29的状态下该玻璃纤维50被固定并且在烘烤固化后被卡在金属环16中的每个金属环的外周面16A的凸部35上。由此，管10在玻璃纤维50处于管10与金属环16之间的情况下更加难以与金属环16分离。如上所述，管10的端部10A、10B在管10内的碳纤维25未被切断的状态下外部地配合并固定至对应金属环16的外周面16A(防止与对应金属环16的外周面16A分离)。处于这种状态下的金属环16定位成相对于管10的端部10A、10B沿管10的轴向方向X或周向方向不移位。

因此，可以防止管10与金属环16——金属环16为由金属制成的构件——分离。此外，如上所述，本实施方式的玻璃纤维50形成织物51。在图8中，织物51布置成使得玻璃纤维50的束52(参见图4)与金属环16的外周面16A的周向方向C对准。这里，束52和束53中的每一者在轴向方向X或周向方向C(参见图4)上的厚度L1小于凹凸部27的凸部35之间的节距P(也小于凹部29之间的节距)。另外，束52和束53中的每一者在外周面16A的径向方向上的厚度L2小于凸部35的高度H(凹部29的深度)。因此，束52和束53可以进入凹部29。

因此，金属环16中的每个金属环的外周面16A的凸部35进入织物51的间隙58中以使得织物51中的玻璃纤维50进入金属环16中的每个金属环的外周面16A的凹部29并且通过烘烤固化而被固定至金属环16中的每个金属环的外周面16A。因此，金属环16和管10更刚性地固定在一起，管10变得更难以与金属环16分离。

这里，期望间隙58中的每个间隙在周向方向C和轴向方向X上的宽度W(相邻的束52之间的间隔，以及相邻的束53之间的间隔)大于凸部35之间的节距P。当间隙58足够宽松使得间隙58中的每个间隙的宽度W大于节距P时，凹凸部27的凸部35在绕金属环16中的每个金属环的外周面16A缠绕玻璃纤维预浸料坯54的步骤中容易地进入相应的间隙58中。因此，束52和束53更容易地进入凹凸部27的凹部29中。管10因此变得更难以与金属环16分离。

接下来，描述本发明的第一改型。图9为通过对图8应用第一改型而获得的视图。与上述构件类似的构件在图9中用相同的附图标记指示，但省略对其的描述。参照图9，在第一改型中，绕金属环16的外周面16A缠绕玻璃纤维50的步骤包括绕该外周面16A缠绕玻璃纤维50的非织物55的步骤。例如，优选地使用短切毡作为非织物55。第一改型中的玻璃纤维50具有约0.5mm至20mm的棒状形状并且分散在非织物55中。除了棒状玻璃纤维50以外，非织物55还包括截面形状不同的玻璃纤维50和平面形状的玻璃鳞片57。

通过在绕金属环16中的每个金属环的外周面16A缠绕非织物55后绕芯构件23的外周面23A缠绕碳纤维预浸料坯26，使非织物55介于金属环16中的每个金属环的外周面16A与碳纤维预浸料坯26之间。此后，碳纤维预浸料坯26通过烘烤而固化从而形成管10。因此，非织物55通过从碳纤维预浸料坯26渗出的树脂28而被固定在碳纤维预浸料坯26与金属环16中的每个金属环之间。

因此，在非织物55中的玻璃纤维50和玻璃鳞片57沿各个方向定向的状态下该玻璃纤维50和该玻璃鳞片57一旦进入金属环16中的每个金属环的外周面16A的凹部29就被固定。玻璃纤维50和玻璃鳞片57从各个方向卡在金属环16中的每个金属环的外周面16A的凸部35上以有效地起到阻挡的作用。管10因此变得更难以与金属环16分离。

本发明不限于上述实施方式，而是可以在权利要求的范围内进行各种改变。例如，在本实施方式中，在金属环16的内周面16B上设置要被螺纹接合至设置在第一金属构件17和第二金属构件18上的外螺纹部20的内螺纹部19的步骤在芯轴24被拉出管10之后执行。然而，该步骤也可以在金属环16外部地配合至芯轴24之前执行。

另外，绕金属环16中的每个金属环的外周面16A缠绕玻璃纤维50的步骤可以包括绕外周面16A缠绕其中分散着具有约0.5mm至20mm的棒状形状的玻璃纤维50的SMC(片状模制料)片材或可冲压成型片材的步骤。玻璃纤维50还可以用碳纤维、芳纶纤维或其他有机纤维代替。

另外，绕金属环16中的每个金属环的外周面16A缠绕玻璃纤维50的步骤可以包括绕外周面16A缠绕未用树脂26浸渍的织物51的步骤。在这种情况下，该织物51通过从碳纤维预浸料坯26渗出的树脂28固定至外周面16A。另外，浸渍碳纤维预浸料坯26所用的树脂28的热固性树脂类型和浸渍玻璃纤维预浸料坯54所用的树脂28的热固性树脂类型可以彼此不同。

另外，前述实施方式的杆状构件22具有其中金属构件(第一金属构件17和第二金属构件18)紧固至管10的两个端部(端部10A、10B两者)的构型，杆状构件22还可以具有其中金属构件紧固至所述两个端部中的仅一个端部的构型。另外，尽管前述实施方式的杆状构件22为齿条杆8，但也可以采用除了齿条杆8以外的杆状构件(例如，各种轴、棒、管状部件)。

Claims (7)

1.一种制造杆状构件(22)的方法，所述杆状构件(22)包括由碳纤维增强树脂制成的管(10)和紧固至所述管的在所述管的轴向方向上的端部(10A、10B)的金属构件(16、17)，所述方法的特征在于包括：

通过将具有经过表面粗造化处理的外周面(16A)的金属环(16)外部地配合至沿所述轴向方向延伸的由金属制成的芯轴(24)上来形成芯构件(23)的步骤，所述芯构件(23)包括所述芯轴(24)和所述金属环(16)；

绕所述金属环的所述外周面缠绕玻璃纤维(50)的步骤；

通过绕所述芯构件的外周面缠绕用树脂浸渍碳纤维(25)获得的预浸料片(26)而使所述玻璃纤维介于所述预浸料片(26)与所述金属环的所述外周面之间的步骤；

通过对缠绕在所述芯构件的所述外周面的所述预浸料片进行烘烤和固化来形成所述管的步骤，在所述管中，所述端部外部地配合并固定至所述金属环的所述外周面；

仅将所述芯构件中的所述芯轴拉出所述管的步骤；以及

将所述金属构件与所述金属环的内周面(16B)螺纹接合在一起的步骤。

2.根据权利要求1所述的制造杆状构件的方法，其中，所述绕所述金属环的所述外周面缠绕所述玻璃纤维的步骤包括绕所述金属环的所述外周面缠绕所述玻璃纤维的织物(51)的步骤。

3.根据权利要求1所述的制造杆状构件的方法，其中，所述绕所述金属环的所述外周面缠绕所述玻璃纤维的步骤包括绕所述金属环的所述外周面缠绕所述玻璃纤维的非织物(55)的步骤。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的制造杆状构件的方法，还包括在绕所述芯构件的所述外周面缠绕所述玻璃纤维和所述预浸料片中的每一者时露出所述金属环的一部分以使得所述部分从完成后的所述管沿所述轴向方向突出到外侧的步骤。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造杆状构件的方法，还包括在所述金属环的所述内周面上形成要被螺纹接合至设置在所述金属构件上的外螺纹部(20)的内螺纹部(19)的步骤。

6.一种杆状构件，所述杆状构件是通过根据权利要求1至5中的任一项所述的制造杆状构件的方法制造的。

7.根据权利要求6所述的杆状构件，其中，所述杆状构件构成包括在齿条小齿轮式转向装置中的齿条杆。