CN105984486B - 齿条轴以及转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明的齿条轴具备：通过轴部件的塑性变形形成并具有与小齿轮啮合的多个齿条齿的有效齿条齿列、不具有齿条齿的滚珠丝杠部、形成于有效齿条齿列与滚珠丝杠部之间而不与小齿轮啮合的无效齿条齿、以及从滚珠丝杠部的端部朝向无效齿条齿延伸而覆盖无效齿条齿的至少一部分的突起部。

Description

齿条轴以及转向装置

技术领域

本发明涉及具有齿条齿列的齿条轴以及具备该齿条轴的转向装置。

背景技术

例如，如日本特开2013-6517号公报所示，在对车辆的车轮进行转向操纵的转向装置中，应用具有齿条齿列的齿条轴。例如，如日本特开2014-79769号公报所示，在齿条轴形成有齿条齿形成部、非齿条齿部以及连结部。齿条齿形成部称为形成有齿条齿列的部位。非齿条齿部称为未形成有齿条齿列的部位。连结部称为将齿条齿列形成部与非齿条齿部连结的部位。

齿条轴的齿条齿形成部在塑性加工例如锻造时，轴部件的多余材料向轴线方向退避。因此，形成的齿条齿列中的位于轴线方向端部的齿条齿容易成为缺肉状态。因此，齿条齿难以得到所希望的精度。

未得到这样的精度的齿条齿无法在与小齿轮的啮合中利用。因此，在齿条轴的连结部，在齿条齿列的轴线方向端部的有效的齿条齿(以下，称为有效齿条齿)的旁边，形成有所谓的舍弃齿即无效的齿条齿(以下，称为无效齿条齿)。进一步在无效齿条齿的旁边形成有将非齿条齿部的圆周面与无效齿条齿的齿根连结的突起部。此处，无效齿条齿是指完全没有与齿条齿列啮合的小齿轮的小齿轮齿接触的部分的齿条齿。有效齿条齿是指具有供上述小齿轮齿接触的部分的齿条齿。另外，突起部也具有提高锻造中使用的模具中的冲头从冲模的脱模性的效果。

以往的齿条轴，通过形成有无效齿条齿以及突起部的连结部连结齿条齿形成部与非齿条齿部。因此，齿条轴的轴长的缩短化存在极限。

发明内容

本发明的目的之一在于提供能够实现轴长的缩短化的齿条轴以及具备该齿条轴的动力转向装置。

本发明的一方式的齿条轴的构成上的特征在于具备：有效齿条齿列，其由轴部件的塑性变形形成，并具有与小齿轮啮合的多个齿条齿；非齿条齿部，其不具有上述齿条齿；无效齿条齿，其形成于上述有效齿条齿列与上述非齿条齿部之间，不与上述小齿轮啮合；以及突起部，其从上述非齿条齿部的端部朝向上述无效齿条齿延伸，并覆盖上述无效齿条齿的至少一部分。

附图说明

根据以下参照附图对实施方式进行的详细说明，本发明的上述以及更多的特点和优点会变得更加清楚，其中对相同的元素标注相同的附图标记，其中，

图1是本发明的实施方式涉及的齿条小齿轮式的转向装置的简要结构的示意图。

图2A是从与轴线以及有效齿条齿列的齿向成直角的方向观察齿条轴的齿条齿形成部以及滚珠丝杠部的图。

图2B是图2A的A-A线剖视图，是沿着轴线使突起部以及无效齿条齿的周边成为剖面的图。

图2C是图2A的B-B线剖视图，是沿着与轴线平行的直线使突起部以及无效齿条齿的周边成为剖面的图。

图3A是由图2B所示的点划线的圆所围起的C部的放大图，且是示出突起部、无效齿条齿以及有效齿条齿的重叠范围的图。

图3B是由图2B所示的点划线的圆所围起的C部的别例的放大图，且是示出突起部以及无效齿条齿的重叠范围的图。

图3C是由图2B所示的点划线的圆所围起的C部的其他例子的放大图，且是示出突起部、无效齿条齿以及有效齿条齿的重叠范围的图。

具体实施方式

参照图1对本实施方式的转向装置进行说明。该转向装置1具有转向轴3、中间轴5、小齿轮轴7以及齿条轴13。转向轴3连结于方向盘等转向操纵部件2。中间轴5经由万向接头4连结于转向轴3。小齿轮轴7经由万向接头6连结于中间轴5。齿条轴13是具有与设置于小齿轮轴7的端部附近的小齿轮7A啮合的齿条8a，并沿汽车的左右方向延伸的转舵轴。由小齿轮轴7以及齿条轴13构成作为转向机构的齿轮齿条机构A。

齿条轴13在固定于车体的齿条外壳9内，经由未图示的多个轴承，被支承为能够沿着轴向Z1进行直线往复运动。齿条轴13的两端部朝齿条外壳9的两侧突出，在各端部分别结合有横拉杆10。各横拉杆10经由对应的转向节臂(未图示)与对应的转向轮11连结。若操作转向操纵部件2而使转向轴3旋转，则该旋转通过小齿轮7A以及齿条8a转换为齿条轴13的轴向Z1的直线运动。由此，实现转向轮11的转向。

如图2A所示，齿条轴13具有齿条齿形成部13A、滚珠丝杠部13B等。在齿条齿形成部13A形成有有效齿条齿列131，并且无效齿条齿134以及突起部135分别形成于有效齿条齿列131的轴线方向的两端侧。

如图2A～图2C所示，齿条齿形成部13A具有有效齿条齿列131和无效齿条齿134。通过闭式温锻使轴部件W的一端侧的外周面塑性变形为凹状而形成有效齿条齿列131。无效齿条齿134位于成为凹状的区域的轴线L方向端部，并形成为在伴随着有效齿条齿列131的塑性变形而塑性变形形成的突起部135以及轴线L方向上突起部135的形成范围与有效齿条齿列131邻接。滚珠丝杠部13B具有对轴部件W的另一端侧的外周面进行切削而形成的外螺纹132。

齿条齿形成部13A通过将由钢材构成的实心的轴部件W加热为750℃～790℃并通过模具进行冲压加工而形成。若使用实心的轴部件W，则在实心的轴部件W能够大量地确保塑性变形时退避的轴部件W的材料。由此，能够抑制轴部材W的伸长，从而能够高精度地形成齿条齿形成部13A的有效齿条齿列131的端部的有效齿条齿131a。对于实心的轴部件W而言，相对于因车辆的车轮骑跨台阶等时的冲击而产生的弯曲，与中空的轴部件相比实心的轴部件W刚性更高。实心的轴部件W与中空的轴部件比较能够抑制材料成本、加工成本等的上升。

无效齿条齿134在齿条轴13的轴线L方向上形成于突起部135的形成范围。即，如图2A所示，无效齿条齿134在从与轴部件W的轴线L以及有效齿条齿列131的齿向G呈直角的方向观察的情况下，以无效齿条齿134的中央部分(由图2A的点划线的圆围起的D部)被突起部135覆盖的方式形成。如图3A所示，无效齿条齿134的上述中央部分在从有效齿条齿列131的齿向G的方向观察的情况下，以与突起部135在LI的范围重叠的方式形成。

因此，与以往的齿条轴比较能够使齿条轴13的轴长仅缩短无效齿条齿的部分。齿条轴13的轴长详细将后述，但突起部135从滚珠丝杠部13B朝向有效齿条齿列131倾斜而形成。由此，齿条轴13的轴长能够通过变更该倾斜角度来调整。

形成无效齿条齿134的理由如背景技术中说明的那样，是为了防止有效齿条齿列131中的轴线L方向端部的有效齿条齿131a的形状的缺肉状态。即，存在闭式锻时成为凹状的部分的一部分的多余材料向轴部件W的轴线L方向退避而给有效齿条齿列131的精度带来影响的担忧。因此，将无效齿条齿134的形成区域作为多余材料的退避区域来确保有效齿条齿列131的精度。

突起部135形成于滚珠丝杠部13B与有效齿条齿列131之间。即，如图2A所示，突起部135在从与轴部件W的轴线L以及有效齿条齿列131的齿向G呈直角的方向观察的情况下，成为随着从滚珠丝杠部13B朝向齿条齿形成部13A而末端渐细的形状。突起部135相对于通过有效齿条齿列131的齿向G的中心并且与轴部件W的轴线L平行的直线形成为对称形状(以下，称为平面形状)。如图2B以及图2C所示，突起部135在从与轴部件W的轴线L以及平面形状呈直角的方向观察的情况下，形成为将滚珠丝杠部13B的圆周面13Ba与有效齿条齿131a的侧面131aa(参照图3A)缓和地连接的倾斜的形状(以下，称为侧面形状)。

更具体而言，如图2A所示，突起部135的平面形状形成为近似等腰三角形状。如图2B以及图2C所示，突起部135的侧面形状形成为近似直角三角形状。换言之，突起部135的立体形状成为将近似圆锥形状沿轴线方向切断为两半的形状(近似半圆锥形状)。即，突起部135的立体形状形成为使半圆形状的底面位于滚珠丝杠部13B侧，顶点P位于齿条齿形成部13A侧的近似半圆锥形状。由此，作业者能够容易掌握对轴部件W进行闭式温锻时的轴部件W的材料的流动。因此，能够设计能够高精度地锻造有效齿条齿列131的模具。

突起部135伸到无效齿条齿134与直至同该无效齿条齿134邻接的有效齿条齿131a之间而形成。详细而言，如图3A所示，突起部135以顶点P伸到直至有效齿条齿131a的侧面131aa的方式形成。换句话说，突起部135的形成范围LL从滚珠丝杠部13B与齿条齿形成部13A的边界直至有效齿条齿131a的侧面131aa的中途。

突起部135形成为将滚珠丝杠部13B的圆周面13Ba与有效齿条齿131a的侧面131aa缓和地连接的倾斜的形状。该理由是因为，对在闭式锻时向轴线方向退避的轴部件W的多余材料进行截留，实现冲压的有效利用而防止有效齿条齿131a的形状的缺肉状态。并且，是为了提高闭式锻所使用的模具的冲头从冲模的脱模性。

突起部135的顶点P伸到直至有效齿条齿131a的侧面131aa而形成的理由如以下那样。即，一般，在转向装置1中，小齿轮轴7的齿与有效齿条齿列131中的轴线方向端部的有效齿条齿131a啮合的碰头时加载有较大的负载(图2A所示的状态)。因此，有效齿条齿131a存在损伤的担忧。

但是，如图3A所示，突起部135的形成范围LL包括与无效齿条齿134全体的重叠范围LI以及与有效齿条齿131a的侧面131aa的一部分的重叠范围LV。由此，无效齿条齿134与有效齿条齿131a之间的齿根131b被突起部135填埋。这样能够用突起部135填埋作为有效齿条齿131a的齿根的齿根131b。由此，能够缓和齿根应力而确保碰头时的有效齿条齿131a的强度，因此能够抑制有效齿条齿131a的损伤。

本实施方式的齿条轴13通过轴部件W的塑性变形形成。齿条轴13具备有效齿条齿列131、滚珠丝杠部13B、无效齿条齿134以及突起部135。有效齿条齿列131具有与小齿轮7a啮合的多个齿条齿。滚珠丝杠部13B不具有齿条齿。无效齿条齿134形成于有效齿条齿列131与滚珠丝杠部13B之间，从而不会与小齿轮7a啮合。突起部135从滚珠丝杠部13B的端部朝向无效齿条齿134延伸，覆盖无效齿条齿134的至少一部分。

由此，在齿条轴13且在轴部件W的轴线方向上突起部135的形成范围形成有至少无效齿条齿134的一部分。因此，齿条轴13与以往的齿条轴比较，能够仅缩短由突起部135覆盖的无效齿条齿134的部分的轴长。因此，应用该齿条轴13的转向装置1能够实现小型化。

突起部135也可以伸到无效齿条齿134与直至有效齿条齿列131中的与该无效齿条齿134邻接的有效齿条齿131a之间而形成。特别是，突起部135也可以伸到直至邻接的有效齿条齿131a的侧面131aa而形成。由此，突起部135填埋无效齿条齿134与有效齿条齿131a之间的齿根131b。因此，能够提高该有效齿条齿131a即位于轴线方向端部的有效齿条齿131a的强度。

突起部135也可以设置于有效齿条齿列131的轴线方向两侧。由此，齿条轴13能够实现轴长的进一步的缩短化。轴部件W也可以是实心的部件。在实心的轴部件W能够大量地确保塑性变形时退避的轴部件W的多余材料。因此，能够抑制轴部件W的伸长，从而能够高精度地形成齿条齿形成部13A的有效齿条齿列131的端部的有效齿条齿131a。

从与轴部件W的轴线L以及有效齿条齿列131的齿向G呈直角的方向观察的突起部135的形状也可以是随着从滚珠丝杠部13B朝向有效齿条齿列131而成为末端渐细的形状，且相对于通过有效齿条齿列131的齿向G的中心并且与轴部件W的轴线L平行的直线形成为对称形状。由此，作业者能够容易地掌握对轴部件W进行闭式温锻时的轴部件W的多余材料的流动。由此，能够设计能够高精度地锻造有效齿条齿列131的模具。

无效齿条齿134也可以在从与轴部件W的轴线L以及有效齿条齿列131的齿向G呈直角的方向观察的情况下，相对于通过有效齿条齿列131的齿向G的中心并且与轴部件W的轴线L平行的直线形成于两侧。由此，无效齿条齿134的形成区域成为多余材料的退避区域，因此能够确保有效齿条齿列131的精度。

上述的实施方式中，如图3A所示，突起部135以顶点P伸到直至有效齿条齿131a的侧面131aa的方式形成。然而，如图3B所示，顶点P也可以以伸到无效齿条齿134与直至有效齿条齿131a之间的齿根131b的方式形成。这样的结构中，突起部135也填埋无效齿条齿134与有效齿条齿131a之间的齿根131b的一部分。因此，能够一定程度提高该有效齿条齿131a的强度。

在上述的实施方式中，如图3A所示，突起部135的形成范围LL以包括与无效齿条齿134全体的重叠范围LI的方式形成。然而，如图3C所示，也可以以包括与无效齿条齿134的两侧面134aa的一部分的重叠范围LI的方式形成。该情况下，如图3B所示，也可以顶点P以伸到无效齿条齿134与直至有效齿条齿131a之间的齿根131b的方式形成。

在上述的实施方式的齿条轴13的突起部135中，与有效齿条齿列131邻接的无效齿条齿134至少有一个即可，也可以是两个以上。上述的实施方式的齿条轴13作为非齿条齿部以滚珠丝杠部13B为例进行了说明。然而，齿条轴13是例如单纯的筒状的轴部也能够得到相同的效果。上述的实施方式的齿条轴13对通过作为材料的轴部件W的多余材料不会成为毛刺的模锻(闭式锻)而形成的情况进行了说明。然而，齿条轴13也可以通过轴部件W的多余材料成为毛刺的模锻等形成。上述的实施方式的齿条轴13对电动助力转向装置、液压助力转向装置同样也能够应用。

通过本发明，在齿条轴且轴部件的轴线方向上突起部的形成范围形成有至少无效齿条齿的一部分，因此齿条轴与以往的齿条轴比较，能够缩短被突起部覆盖的无效齿条齿的部分的轴长。因此，应用该齿条轴的转向装置能够实现小型化。

本申请主张于2014年3月17日提出的日本专利申请第2015-053322号的优先权，并在此引用包括说明书、附图以及说明书摘要的全部内容。

Claims (9)

1.一种齿条轴，具备：

有效齿条齿列，其由轴部件的塑性变形形成，并具有与小齿轮啮合的多个齿条齿；

非齿条齿部，其不具有所述齿条齿；

无效齿条齿，其形成于所述有效齿条齿列与所述非齿条齿部之间，不与所述小齿轮啮合；以及

突起部，其从所述非齿条齿部的端部朝向所述无效齿条齿延伸，并覆盖所述无效齿条齿的至少一部分，所述突起部伸到所述无效齿条齿与直至所述有效齿条齿列中的与该无效齿条齿邻接的有效齿条齿之间而形成。

2.根据权利要求1所述的齿条轴，其中，所述突起部伸到直至所述邻接的有效齿条齿的侧面而形成。

3.根据权利要求1或2所述的齿条轴，其特征在于，所述突起部设置于所述有效齿条齿列的轴线方向两侧。

4.根据权利要求1或2所述的齿条轴，其中，所述轴部件是实心的部件。

5.根据权利要求3所述的齿条轴，其中，所述轴部件是实心的部件。

6.根据权利要求1或2所述的齿条轴，其中，从与所述轴部件的轴线以及所述有效齿条齿列的齿向呈直角的方向观察的所述突起部的形状是随着从所述非齿条齿部朝向所述有效齿条齿列而成为末端渐细的形状，且相对于通过所述有效齿条齿列的齿向的中心并且与所述轴部件的轴线平行的直线形成为对称形状。

7.根据权利要求3所述的齿条轴，其中，从与所述轴部件的轴线以及所述有效齿条齿列的齿向呈直角的方向观察到的所述突起部的形状是随着从所述非齿条齿部朝向所述有效齿条齿列而成为末端渐细的形状，且相对于通过所述有效齿条齿列的齿向的中心并且与所述轴部件的轴线平行的直线形成为对称形。

8.根据权利要求6所述的齿条轴，其中，在从与所述轴部件的轴线以及所述有效齿条齿列的齿向呈直角的方向观察的情况下，所述无效齿条齿形成于通过所述有效齿条齿列的齿向的中心且与所述轴部件的轴线平行的直线的两侧。

9.一种转向装置，具备：

外壳；

被所述外壳支承为能够沿轴线方向移动，并与车辆的车轮连接的权利要求1或2的齿条轴；以及

小齿轮轴，其被所述外壳支承为能够绕轴旋转而与所述齿条轴的所述有效齿条齿列啮合，并与所述车辆的转向装置连接。

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