CN104999239A - 齿条轴以及齿条轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

双小齿轮型的电动助力转向装置所使用的齿条轴具备：形成有手动转向操纵力传递用的第一齿条的空心的第一轴；以及形成有转向操纵辅助力传递用的第二齿条的实心的第二轴，该第二轴与第一轴连结。齿条轴的制造方法包括：在第一轴塑性加工出第一齿条的塑性加工工序；在塑性加工工序后将第二轴相对于第一轴连结的连结工序；以及在连结工序后在第二轴切削加工出第二齿条的切削加工工序。

Description

齿条轴以及齿条轴的制造方法

本申请主张于2014年4月18日提出的日本专利申请2014-086711号的优先权，并在此引用其全部内容。

技术领域

该发明涉及齿条轴以及齿条轴的制造方法。

背景技术

作为电动助力转向装置，具有来自方向盘的转向操纵力和电动马达的转向操纵辅助力经由同一小齿轮传递至转向操纵机构的齿条轴的所谓的单小齿轮型的电动助力转向装置。作为该单小齿轮型的电动助力转向装置，提出有日本特开2012-240563号公报。在日本特开2012-240563号公报中，使形成与小齿轮啮合的齿条的部分为实心轴，使未形成齿条的部分为空心轴。

日本特开2006-103644号公报提出有使用钢管，制造整体形成为空心的齿条轴的方法。

作为电动助力转向装置，具有来自方向盘的转向操纵力和电动马达的转向操纵辅助力经由不同的小齿轮传递至转向操纵机构的齿条轴的所谓的双小齿轮型的电动助力转向装置。在双小齿轮型的电动助力转向装置所使用的齿条轴形成有分别与两个小齿轮啮合的两个齿条。

在双小齿轮型的电动助力转向装置中，在使用整体是实心的齿条轴的情况下，重量变重。另外，在双小齿轮型的电动助力转向装置中，在使用整体是空心的日本特开2006-103644号公报的齿条轴的情况下，难以得到所希望的啮合强度。另外，在将日本特开2012-240563号公报的齿条轴应用于双小齿轮型的电动助力转向装置的情况下，必须有两处形成齿条的实心轴部分和3处沿轴向隔着各实心轴部分配置的空心轴部分。因此，部件数量以及组装工序增大并且制造成本增大。

发明内容

本发明的目的之一，是在双小齿轮型的电动助力转向装置中，提供能够实现确保强度并且减少制造成本的齿条轴以及齿条轴的制造方法。

作为本发明的一个方式的双小齿轮型的电动助力转向装置所使用齿条轴的结构上的特征为，具备：形成有手动转向操纵力传递用的第一齿条的空心的第一轴；以及形成有转向操纵辅助力传递用的第二齿条的实心的第二轴，并该第二轴与上述第一轴连结。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的其它特征、构件、过程、步骤、特性及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中，

图1是表示本发明的本实施方式的电动助力转向装置的概略结构的示意图。

图2是表示在齿条轴的制造工序中圆轴被塑性加工的工序的概略图

图3是表示在齿条轴的制造工序中圆轴被塑性加后的状态的概略图。

图4是表示在齿条轴的制造工序中在形成有第一齿条之前的第一轴设置有齿条形成模具的状态的概略图。

图5是表示在塑性加工工序中在第一轴形成第一齿条的工序的概略图。

图6是表示齿条轴的制造工序中的连结工序的图。

图7是表示连结工序后的第一轴以及第二轴的图。

图8是表示齿条轴的制造工序中的切削加工工序的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。图1是表示本发明的本实施方式的电动助力转向装置1的概略结构的示意图。参照图1，电动助力转向装置1主要具备：连结有方向盘2的转向轴3；中间轴4；扭矩传感器5；ECU(电子控制单元：Electronic Control Unit)6；第一小齿轮轴7；电动马达8；第二小齿轮轴9；以及齿条轴10。第一小齿轮轴7将来自方向盘2的手动转向操纵力传递至齿条轴10。第二小齿轮轴9将来自转向操纵辅助用的电动马达8的转向操纵辅助力传递至齿条轴10。电动助力转向装置1是所谓的双小齿轮型的电动助力转向装置。

方向盘2与第一小齿轮轴7经由转向轴3以及中间轴4机械式连结。转向轴3直线状地延伸。另外，转向轴3包括与方向盘2连结的输入轴11，和与中间轴4连结的输出轴12。输入轴11与输出轴12经由扭杆13在同一轴线上以能够相对旋转的方式连结。当方向盘2被施加手动转向操纵力时，扭杆13扭转。因此，输入轴11以及输出轴12与扭杆13的扭转量对应地相对旋转。

在转向轴3的周围配置有扭矩传感器5。扭矩传感器5基于输入轴11以及输出轴12的相对旋转位移量，检测施加给方向盘2的转向操纵扭矩。通过扭矩传感器5检测到的转向操纵扭矩被输入ECU6。第一小齿轮轴7与中间轴4连结。第一小齿轮轴7与方向盘2的转向操纵连动旋转。在第一小齿轮轴7的前端(图1中下端)连结有第一小齿轮14。

电动马达8与第二小齿轮轴9经由用于将电动马达8的转向操纵辅助力传递至第二小齿轮轴9的减速机构15连结。在第二小齿轮轴9的前端(图1中下端)连结有第二小齿轮16。电动马达8由ECU6控制。ECU6基于通过扭矩传感器5检测到的转向操纵扭矩，控制电动马达8。

齿条轴10沿汽车的左右方向(与前进方向正交的方向)直线状地延伸。对于齿条轴10的轴向赋予附图标记“A”，对于齿条轴10的周方向赋予附图标记“C”。在齿条轴10的各端部经由横拉杆17以及转向节臂(图示略)连结有转向轮18。齿条轴10包括空心的第一轴19和与第一轴19连结的实心的第二轴20。对第一轴19的轴向A中的一侧的端部(图1中左侧的端部)赋予附图标记“19a”。一方，对于第二轴20的轴向A中的另一侧的端部(图1中右侧的端部)赋予附图标记“20a”。第一轴19以及第二轴20的轴向端部19a、20a彼此在齿条轴10的轴向A中的大致中央部相互连结而成为一体。详细来说，第一轴19在端部19a，由于通过与第二轴20的端部20a摩擦压焊等(详细的后述)被接合而形成接合区域21，作为整体构成齿条轴10。

在第一轴19形成有手动转向操纵力传递用的第一齿条22。第一齿条22由沿轴向A排列的条纹状的齿构成。第一齿条22的齿间距P1或者齿相对于轴向A的角度θ1的至少一方由于轴向A的位置而不同，是所谓的可变齿条。因为可变齿条的成形不能使用生产性以及加工性优异的拉削加工等切削加工，所以使用锻造等塑性加工。在本实施方式中，第一齿条22的齿间距P1根据轴向A的位置而不同。具体而言，齿间距P1随着在轴向A上向第一齿条22的中央部而慢慢变小。

在第二轴20形成有转向操纵辅助力传递用的第二齿条23。第二齿条23由沿轴向A排列的条纹状的齿构成。第二齿条23的齿间距P2是恒定的，各齿相对于轴向A的角度θ2是恒定的，是所谓的恒定齿条(constant rack)。恒定齿条通过拉削加工等切削加工形成。

第一齿条22与第一小齿轮14啮合。第二齿条23与第二小齿轮16啮合。通过第一小齿轮14以及第一齿条22构成第一齿条小齿轮机构14，22。来自方向盘2的旋转经由转向轴3以及中间轴4被传递至第一小齿轮轴7。而且，第一小齿轮轴7的旋转经由第一小齿轮14被传递至第一齿条22。由此，来自方向盘2的手动转向操纵力被传递至第一齿条22。另外，通过第一齿条小齿轮机构14、22，第一小齿轮轴7的旋转被变换为齿条轴10的轴向移动。由此，转向轮18被转向。

通过第二小齿轮16以及第二齿条23构成第二齿条小齿轮机构16、23。若电动马达8被旋转驱动，则来自电动马达8的旋转经由减速机构15，被传递至第二小齿轮轴9。而且，第二小齿轮轴9的旋转经由第二小齿轮16被传递至第二齿条23。由此，来自电动马达8的转向操纵辅助力被传递至第二齿条23。通过第二齿条小齿轮机构16、23，第二小齿轮轴9的旋转被变换为齿条轴10的轴向移动。由此，转向轮18转向。此外，因为转向操纵辅助力与手动转向操纵力相比比较大，所以第二轴20与第一轴19相比高负载。

接下来，对这样的双小齿轮型的电动助力转向装置1所使用的齿条轴10的制造方法进行说明。作为齿条轴10的制造工序的初始阶段进行塑性加工工序。在塑性加工工序中，第一齿条22被塑性加工于空心的第一轴19。

图2是表示在齿条轴10的制造工序中圆轴25被塑性加工的工序的概略图。

首先，参照图2，作为用于形成第一轴19的材料的空心的圆轴25通过轧制加工等准备。圆轴25由钢等形成。接下来，将金属模26的平面27从圆轴25的径向的外侧按压在圆轴25的外周面(严格来说，外周面的轴向A以及周方向C中的局部)。平面27与圆轴25的轴向A平行。

图3是表示在齿条轴10的制造工序中圆轴25被塑性加工之后的状态的概略图。参照图3，由于对圆轴25的塑性加工，圆轴25的外周面的轴向A以及周方向C的局部向径向内侧凹陷。由此，形成有在外周面的局部具有平面29的第一轴19。平面29与第一齿条22形成之前的阶段的第一轴19的轴向A平行。伴随着平面29的形成，形成有第一轴19的平面29的部分中的内圆周面向圆轴25的径向的内侧膨胀出，形成平面30。平面30与第一轴19的轴向A平行。对第一轴19的轴向A中的一侧的端面赋予附图标记“19b”。

图4是表示在齿条轴10的制造工序中形成有第一齿条22之前的第一轴19配置于齿条形成模具31的状态的概略图。参照图4，接下来，从第一轴19的平面29除去金属模26，将第一轴19配置于齿条形成模具31。在齿条形成模具31中与平面29对置的部分，形成有齿条形成部32。齿条形成部32设为沿轴向A排列的条纹状。齿条形成部32的齿间距P3或者齿相对于轴向的角度(未图示)的至少一方根据轴向A中的位置而不同。齿间距P3随着向齿条形成部32的轴向A的中央部而变小。

图5是表示在塑性加工工序中第一齿条22在第一轴19形成的工序的概略图。参照图5，将齿条形成模具31设置于第一轴19之后，以使齿条形成模具31的齿条形成部32沿第一轴19的平面30的状态将圆柱状的顶杆35压入第一轴19。

在顶杆35的外周面形成有突起部35a。突起部35a在周方向C上配置于与第一轴19的平面30一致的位置。通过顶杆35沿轴向A往复，平面30被突起部35a挤压。由此，平面29向第一轴19的径向的外侧被堆起。通过使尺寸稍微不同顶杆35沿轴向A往复多次，使平面29按照齿条形成模具31的齿条形成部32慢慢变形。由此，在平面29形成与齿条形成部32一致的第一齿条22。这样形成的第一齿条22的齿间距P1与齿条形成部32的齿间距P3一致。这样，第一齿条22通过塑性加工而形成。

在这样的塑性加工工序之后，进行将第二轴20相对于第一轴19连结的连结工序。图6是表示齿条轴10的制造工序中的连结工序的图。作为连结工序作为考虑摩擦压焊、细齿嵌合或者焊接等方法。这里优选使用轴对准精度高的摩擦压焊。

参照图6，首先，准备第二齿条23形成之前的第二轴20。在第二轴20的轴向A的另一侧的端面20b形成剖面例如为圆形的凹部36。凹部36与第二轴20同轴状。因此，第二轴20的轴向A的端部20a是圆筒状。第二轴20与第一轴19同轴状地排列。而且，以轴向A彼此的端面19b、20b彼此接触的状态对第一轴19以及第二轴20加压。另外，端面19b以及端面20b分别优选是与轴向A垂直的平面。在该情况下，能够均匀地按压第一轴19和第二轴20。

接下来，在对第一轴19以及第二轴20加压的状态下，使第一轴19与第二轴20沿周方向C相对旋转。此时的转速优选为2000rpm左右。而且，由于该相对旋转产生摩擦热(1300℃左右)。第一轴19以及第二轴20由于该摩擦热而接合(焊接)。

这样，作为第一轴19的轴向一端部的端部19a与第二轴20的轴向一端部的20a通过摩擦压焊工序连结，由此将第二轴20相对于第一轴19的连结完成。图7是表示连结工序后的第一轴19以及第二轴20的图。在图6的摩擦压焊工序中，第一轴19的端部19a以及第二轴20的端部20a在由于摩擦热而熔融的状态被相互加压。因此，如图7所示，在摩擦压焊工序后，在经由接合区域21而一体卡合的端部19a以及端部20a形成有向第一轴19的径向(第二轴20的径向)的外侧以及内侧扩大的凸缘部37。

在连结工序之后，进行第二齿条23被切削加工于第二轴20的切削加工工序。图8是表示齿条轴10的制造工序中的切削加工工序的图。参照图8，首先，在切削加工工序中，凸缘部37中向第一轴19的径向外侧伸出的部分被车床等削去。由此，第一轴19的外周面与第二轴20的外周面成为平滑地连接的状态。

接下来，通过对第二轴20的轴向A以及周方向C中的外周面的局部实施用拉床等削去的切削加工，在轴向A形成具有恒定的齿间距P2的第二齿条23。通过以上的制造工序能够制造齿条轴10。这里，在通过锻造形成全长整体空心的齿条轴的比较例中，毛坯(材料)塑性变形为模型形状。因此，因为越要使齿条(齿)形成得比较大，就需要使材料较大地塑性变形，所以齿条轴的生产性以及加工性变差。即，难以形成大的齿。齿彼此啮合的部分的强度亦即啮合强度取决于齿彼此啮合的部分的面积。因此，通过锻造成形的齿彼此难以得到所希望的啮合强度。

另一方面，在齿条轴10的制造所使用的摩擦压焊工序中，仅第一轴19以及第二轴20的轴向端部19a、20a彼此被加热熔融。由此，在第一轴19与第二轴20的接合区域21难以产生歪斜。因此，第一轴19与第二轴20以较高的同轴度被连结。摩擦压焊工序一般难以确保周方向C的精度。在本实施方式中，形成有第一齿条22的第一轴19与形成第二齿条23之前的第二轴20通过摩擦压焊工序连结为一体之后，第二齿条23被切削加工。因此，第一齿条22与第二齿条23的周方向C的定位的精度不受摩擦压焊的影响。因此，第一齿条22与第二齿条23的周方向C的相对位置的精度被提高。

因此，能够提高两齿条22、23的相对位置的精度。另外，在本实施方式中的齿条轴10中，转向操纵辅助力传递用的相对高负载的第二轴20因为实心所以能够确保足够的强度(特别是啮合强度)。另一方面，手动转向操纵力传递用的相对低负载的第一轴19即使是空心也不会强度不足。

因此，作为双小齿轮型的电动助力转向装置1所使用的齿条轴10，能够实现作为整体足够的强度和制造成本的减少。这样，在双小齿轮型的电动助力转向装置1中，能够实现确保齿条轴10的强度并且减少制造成本。

另外，在第二轴20通过切削形成有齿间距P2恒定的第二齿条23。因此，能够根据需要自由地选择第二齿条23的齿间距P2。另外，在第一轴19通过塑型加工形成有作为可变齿条的第一齿条22。因此，能够容易地进行切削难以形成的可变齿条(第一齿条22)的形成。详细来说，在切削加工中，需要在每个齿条轴10切削复杂的形状的第一齿条22。然而，在塑性加工中，只要在齿条形成模具31形成齿条形成部32，就能够使用齿条形成模具31制造大量的齿条轴10。结果是能够实现制造成本的减少。

该发明并不限定于以上说明的实施方式，在权利要求记载的范围内能够进行各种变更。例如，第一齿条22也可以不是可变齿条而是恒定齿条。另外，第二齿条23也可以不是恒定齿条而是可变齿条。

根据本发明，在双小齿轮型的电动助力转向装置中，能够实现确保齿条轴的强度并且减少制造成本。

Claims (6)

1.一种双小齿轮型的电动助力转向装置所使用的齿条轴，其特征在于，具备：

形成有手动转向操纵力传递用的第一齿条的空心的第一轴；以及

形成有转向操纵辅助力传递用的第二齿条的实心的第二轴，并该第二轴与所述第一轴连结。

2.根据权利要求1所述齿条轴，其特征在于，

所述第二齿条的齿间距是恒定的，所述第二齿条通过切削形成。

3.根据权利要求1或者2所述的齿条轴，其特征在于，

所述第一齿条的齿间距或者齿相对于所述齿条轴的轴向的角度的至少一方根据所述齿条轴的轴向位置而不同，所述第一齿条通过塑性加工形成。

4.一种双小齿轮型的电动助力转向装置所使用的齿条轴的制造方法，其特征在于，包括：

在空心的第一轴塑性加工出第一齿条的塑性加工工序；

在所述塑性加工工序后将实心的第二轴相对于所述第一轴连结的连结工序；以及

在所述连结工序后在所述第二轴切削加工出第二齿条的切削加工工序。

5.根据权利要求4所述的齿条轴的制造方法，其特征在于，

所述第一齿条用于传递手动转向操纵力，所述第二齿条用于传递转向操纵辅助力。

6.根据权利要求4或者5所述的齿条轴的制造方法，其特征在于，

在所述连结工序中，所述第一轴的轴向一端部与所述第二轴的轴向一端部通过摩擦压焊而被连结。