CN110226050B - 中空转矩传递部件及其制造方法、以及中间轴及汽车用转向装置 - Google Patents

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Abstract

通过液压成形等胀形成形以低成本制造在轴向中间部具有波纹管部的构造。在中空状的原材料(20)的轴向中间部设置径向厚度比其它部分小的薄壁部(21)。对原材料(20)实施液压成形，使薄壁部(21)向径向外方膨胀，从而得到具备波纹管部(12)的中空转矩传递部件。

Description

中空转矩传递部件及其制造方法、以及中间轴及汽车用转向 装置
技术领域
本发明涉及构成汽车用转向装置的中空转矩传递部件及其制造方法。本发明还涉及装入有中空转矩传递部件的中间轴以及装入有该中间轴的汽车用转向装置。
背景技术
汽车用转向装置构成为，将司机操作的方向盘的活动经由转向轴及中间轴等多个轴和结合这些轴的端部彼此的万向接头而向转向齿轮单元传递。当搭载有这种转向装置的汽车发生碰撞事故而产生一次碰撞时，车身的前部溃缩而向后方推转向齿轮单元。在该情况下，无论转向齿轮单元的向后方的位移如何，均需要不会使方向盘向后方位移而朝向司机的身体顶撞。一直以来，提出有在一次碰撞时，使构成转向装置的轴、轭等转矩传递部件收缩、塑性变形，从而吸收冲击载荷，并且阻止方向盘的向后方的位移。
例如，欧州专利申请公开第1344708号公报及日本特开平8-72730号公报中记载有一种轭的构造，其具备能够在一次碰撞时为了防止方向盘的向后方的位移而塑性变形的波纹管部。
另外，德国专利申请公开第2459246号公报中记载有一种转向柱，在轴向中间部具备波纹管部，基于伴随二次碰撞的冲击载荷，使该波纹管部塑性变形，由此能够使总长收缩。转向柱通过调整波纹管部的壁厚，能够调整伴随二次碰撞的冲击载荷的吸收特性。但是，该技术涉及转向柱，未考虑对在车辆行驶中随着操作方向盘而施加扭曲方向的力的轴、轭的应用。另外，施加有冲击载荷的情况下的波纹管部的变形完全限定于其总长收缩的方式。
另一方面，对于转向轴及中间轴，出于吸收由于一次碰撞而产生的冲击载荷的功能以外的目的，还要求在轴向上收缩的伸缩功能。例如，对于转向轴，由于需要根据司机的体格、驾驶姿势调整方向盘的位置，因此要求伸缩功能。另外，对于中间轴，为了使车轮的振动不传递至方向盘、和/或为了在与转向齿轮的齿条轴啮合的小齿轮轴紧固万向接头时，使中间轴暂时收缩然后与小齿轮轴嵌合而紧固，也需要伸缩功能。
由于这种目的，转向轴及中间轴有时具备通过将雄轴和雌轴不能旋转且滑动自如地嵌合而构成的伸缩轴。作为这种伸缩轴的构造，除了使形成于雄轴的外周面的雄花键和形成于雌轴的内周面的雌花键花键卡合的构造，还具有日本特开2007-191149号公报等中记载的如下构造：在形成于雄轴的外周面和雌轴的内周面的至少一对轴向槽之间，经由预紧用的弹性体使滚动体嵌合，由此使雄轴和雌轴结合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：欧洲专利申请公开第1344708号公报
专利文献2：日本特开平8-72730号公报
专利文献3：德国专利申请公开第2459246号公报
专利文献4：日本特开2007-191149号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在为了在具有波纹管部的中空转矩传递部件的轴向两端部可传递转矩地结合固定其它部件而充分确保其径向厚度，并且将该中空转矩传递部件通过液压成形、爆炸成形(气体胀形成形)、橡胶胀形成形等胀形成形而形成的情况下，无法使原材料向径向外方充分膨胀，存在形状精度、尺寸精度不充分、成形所需要的压力过度变大而制造成本增大的可能性。
鉴于这种情况，本发明的目的在于，通过胀形成形以低成本提供在轴向中间部具有波纹管部的中空转矩传递部件。
另外，在将中间轴利用伸缩轴构成的情况下，为了方向盘的位置的调整、车轮的振动的向方向盘的传递阻止、和/或中间轴的向小齿轮轴的紧固而所需要的伸缩功能是足够的，但存在如下问题，随着一次碰撞，中间轴收缩，为了充分吸收冲击，仅伸缩轴的塌陷量是不足的。
本发明的目的还在于，提供中间轴以及具备该中间轴的汽车用转向装置，该中间轴具备伸缩功能，并且具备如下构造：在一次碰撞中，不管是在产生了以车身的前表面整体与其它汽车等碰撞的所谓的全正面碰撞的情况下，还是在车身的前表面中的一部分与其它汽车等碰撞的所谓的偏置碰撞的情况下，不管转向齿轮单元的向后方的位移如何，都不会使方向盘向后方位移而朝向司机的身体顶撞。
用于解决课题的方案
本发明的第一方案涉及汽车用转向装置中的在转矩的传递方向上装在方向盘与转向齿轮单元之间的中空转矩传递部件。本发明的中空转矩传递部件具备一对结合筒部及波纹管部。
上述一对结合筒部可传递转矩地结合于轴、轭、构成轭的结合筒或结合臂等其它部件。
上述波纹管部配置于上述一对结合筒部彼此之间。
若搭载有装入了本发明的中空转矩传递部件的转向装置的汽车发生碰撞事故而对中空转矩传递部件施加冲击载荷，则中空转矩传递部件在上述波纹管部折弯。
特别地，本发明的中空转矩传递部件构成为，上述波纹管部的壁厚比上述一对结合筒部的壁厚小。
本发明的中空转矩传递部件中，优选上述一对结合筒部的内径比上述波纹管部中的内径最小的部分(谷部)的内径小。
本发明的中空转矩传递部件能够应用于构成汽车用转向装置的各种部件、例如构成中间轴的外管。在将本发明的中空转矩传递部件应用于外管的情况下，在上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部能够传递转矩，即不能相对旋转且能够进行轴向上的相对位移地内嵌内轴的轴向另一端部。在该情况下，例如，在上述轴向一侧的结合筒部的内周面设置雌细齿，并在该雌细齿细齿卡合设置于上述内轴的外周面的雄细齿，从而构成中间轴。
本发明的第二方案涉及本发明的中空转矩传递部件的制造方法。本发明的中空转矩传递部件的制造方法中，在中空状的原材料的轴向中间部遍及整周地形成径向厚度比该原材料中的其它部分小的薄壁部，通过胀形成形、例如液压成形，使该薄壁部向径向外方膨胀，从而成形上述波纹管部。
本发明的中空转矩传递部件的制造方法中，例如，使上述薄壁部的内径比上述原材料中的从上述薄壁部在轴向上离开的部分的内径大。为此，例如，对上述原材料的轴向中间部内周面实施切削加工，将上述原材料的轴向中间部内周面向径向外方推压而使其塑性变形，或者实施轧制加工，由此形成上述薄壁部。
代替性地，使上述薄壁部的外径比上述原材料中的从上述薄壁部向轴向一侧离开的部分的外径大，且比上述原材料中的从上述薄壁部向轴向另一侧离开的部分的外径小。为此，例如，对上述原材料的轴向中间部外周面实施切削加工，或者将上述原材料的轴向中间部外周面向径向内方推压而使塑性变形，实施轧制加工，由此形成上述薄壁部。
本发明的中空转矩传递部件的制造方法中，优选在形成上述薄壁部时，在该薄壁部的轴向两端部形成在轴向上越朝向互相分离的方向而壁厚变得越大的一对锥形部。
另外，优选将上述原材料由轴向一侧的小径部和轴向另一侧的大径部构成，且在上述大径部形成上述薄壁部。
优选的是，在由具有轴向一侧的小径部和轴向另一侧的大径部的中空状的原材料制造上述外管那样的、在轴向一侧的结合筒部的内周面设置有雌细齿的中空转矩传递部件的情况下，在通过对上述原材料实施胀形成形、例如液压成形而在该原材料的轴向中间部形成上述波纹管部之后，在上述原材料的小径部的内周面形成雌细齿。
本发明的第三方案涉及汽车用的转向装置中的中间轴，其具备：前端部，其连接于转向齿轮单元的输入轴，或者形成有构成该转向齿轮单元的小齿轮；以及后端部，其经由万向接头连接于转向轴，该转向轴旋转自如地支撑于被支撑于车身的转向柱，且在后端部能够支撑固定方向盘。
本发明的中间轴具备：外管，其配置于轴向一侧，且具备一对结合筒部及配置于该一对结合筒部彼此之间的波纹管部；以及内轴，其具备能够传递转矩且能够进行轴向上的相对位移地内嵌于上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部的轴向另一端部。
或者，本发明的中间轴由塌陷部和伸缩轴部构成，上述塌陷部具备：外管，其配置于轴向一侧，且具备一对结合筒部及配置于该一对结合筒部彼此之间的波纹管部；以及内轴，其具备能够传递转矩且能够进行轴向上的相对位移地内嵌于上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部的轴向另一端部，上述伸缩轴部配置于轴向另一侧，具备雄轴及能够传递转矩且滑动自如地外嵌于该雄轴的雌轴，而且该雄轴及该雌轴的任一个的端部能够传递转矩地连接于上述一对结合筒部中的轴向另一侧的结合筒部或上述内轴的轴向一端部。
本发明的第四方案涉及汽车用转向装置。本发明的汽车用转向装置具备：转向轴，其旋转自如地支撑于被支撑于车身的转向柱，且在后端部能够支撑固定方向盘；以及中间轴，其配置于该转向轴与转向齿轮单元之间，且具备连接于上述转向齿轮单元的输入轴或形成有构成该转向齿轮单元的小齿轮的前端部及相对于上述转向轴经由万向接头连接的后端部。在本发明的汽车用转向装置中，上述中间轴至少具备：外管，其配置于轴向一侧，且具备一对结合筒部及配置于该一对结合筒部彼此之间的波纹管部；以及内轴，其具备能够传递转矩且能够进行轴向上的相对位移地内嵌于上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部的轴向另一端部。
本发明的汽车用转向装置中，优选的是，上述中间轴由塌陷部和伸缩轴部构成，上述塌陷部具备：外管，其配置于轴向一侧，且具备一对结合筒部及配置于该一对结合筒部彼此之间的波纹管部；以及内轴，其具备能够传递转矩且能够进行轴向上的相对位移地内嵌于上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部的轴向另一端部，上述伸缩轴部配置于轴向另一侧，具备雄轴及能够传递转矩且滑动自如地外嵌于该雄轴的雌轴，而且该雄轴及该雌轴的任一个的端部能够传递转矩地连接于上述一对结合筒部中的轴向另一侧的结合筒部或上述内轴的轴向一端部。
发明效果
根据本发明，能够通过液压成形以低成本提供在轴向中间部具有波纹管部的中空转矩传递部件。
另外，通过将本发明的中空转矩传递部件应用于中间轴或构成该中间轴的塌陷部的外管，能够提供如下汽车用转向装置的构造：在一次碰撞中，不管是在发生了以车身的前表面整体与其它汽车等碰撞的所谓的全正面碰撞的情况下，还是在车身的前表面中的一部分与其它汽车等碰撞的所谓的偏置碰撞的情况下，不管转向齿轮单元的向后方的位移如何，都不会使方向盘向后方位移而朝向司机的身体顶撞。
附图说明
图1(A)～图1(E)是按照工序顺序表示本发明的实施方式的第一例的外管的制造工序的一例的剖视图。
图2是表示图1所示的外管的立体图。
图3(A)涉及本发明的实施方式的第一例，是将由外管和内轴构成的中间轴以稳定状态表示的剖视图，图3(B)是将图3(A)所示的中间轴以发生了全正面碰撞的状态表示的剖视图。
图4是将图3(A)所示的中间轴以发生了偏置碰撞的状态表示的侧视图。
图5是表示装入有图3(A)所示的中间轴的汽车用转向装置的一例的概念图。
图6是表示相当于在图1(C)所示的轴向中间部设置有薄壁部的原材料的另两例的剖视图。
图7(A)是本发明的实施方式的第二例的中间轴的侧视图，图7(B)是本发明的实施方式的第二例的中间轴的剖视图。
图8是装入有图7(A)及图7(B)所示的中间轴的汽车用转向装置的一例的侧视图。
图9是装入有图7(A)及图7(B)所示的中间轴的汽车用转向装置的一例的立体图。
图10(A)是将构成本发明的实施方式的第二例的汽车用转向装置的塌陷部以通常时的状态表示的侧视图，图10(B)是通常时的状态下的塌陷部的剖视图。
图11(A)是将构成本发明的实施方式的第二例的汽车用转向装置的塌陷部以发生了全正面碰撞的状态表示的侧视图，图10(B)是该状态下的塌陷部的剖视图。
图12是将构成本发明的实施方式的第二例的汽车用转向装置的塌陷部以发生了偏置碰撞的状态表示的侧视图。
具体实施方式
[实施方式的第一例]
参照图1(A)～图5，对本发明的实施方式的第一例进行说明。本例是在构成中间轴7的外管9及其制造方法中应用了本发明的例子。
如图5所示，汽车的转向装置构成为，将方向盘1的旋转传递至转向齿轮单元2的输入轴3，随着输入轴3的旋转，推拉左右一对拉杆，从而对前车轮赋予转向角。方向盘1支撑固定于转向轴4的后端部。转向轴4以在轴向上插通圆筒状的转向柱5的状态旋转自如地支撑于转向柱5。转向轴4的前端部经由万向接头6连接于中间轴7的后端部。
中间轴7具备配置于后侧的作为中空转矩传递部件的外管9和配置于前侧的相当于其它部件的内轴8，且构成为仅在轴向上施加较大的冲击载荷的情况下，能够将总长收缩。
在内轴8的后半部外周面，遍及轴向地形成有雄细齿10。本例中，中间轴7的内轴8与转向齿轮单元2的输入轴3构成为一体。在该情况下，在内轴8(输入轴3)的前端部形成有小齿轮25，小齿轮25与设置于转向齿轮单元2的齿条轴26的侧面的齿条齿啮合。也能够代替性地采用如下构造：将内轴8与输入轴3形成为分体，内轴8的前端部经由万向接头可传递转矩地连接于输入轴3的后端部。
外管9为中空圆管状，由一对结合筒部11a、11b和配置于一对结合筒部11a、11b彼此之间的波纹管部12构成。
在一对结合筒部11a、11b中的轴向一侧(前侧，图1(A)～图4的左侧)的结合筒部11a的内周面设置有前侧雌细齿13。使前侧雌细齿13和内轴8的雄细齿10中的轴向另一半部(后半部)细齿卡合。另外，本例中，外管9与内轴8的嵌合部通过所谓的椭圆嵌合而构成。即，在构成外管9的轴向一侧的结合筒部11a的轴向一端部、及内轴8的轴向另一端部分别形成有截面形状为椭圆形的塑性变形部14a、14b。此外，图3(A)中，在塑性变形部14a、14b的形成范围分别标注波状线。这种塑性变形部14a、14b成为外管9和内轴8在轴向上相对位移时的阻力。通过这种结构，构成外管9的轴向一侧的结合筒部11a和内轴8的轴向另一端部结合(嵌合)为，能够传递转矩，即不能进行彼此的相对旋转，而且仅在轴向上施加有较大的冲击载荷的情况下，能够进行轴向上的相对位移。本例中，通过使轴向一侧的结合筒部11a的轴向长度比轴向另一侧的结合筒部11b的轴向长度充分(2.5倍～3.5倍左右，优选为3倍左右)长，从而提高中间轴7在轴向上收缩时的冲击吸收能力。
塑性变形部14a、14b例如通过以下的工序形成。首先，将内轴8的轴向另一端部稍微插入外管9的轴向一端部。即，将轴向一侧的结合筒部11a的轴向一端部和内轴8的轴向另一端部卡合。接着，将轴向一侧的结合筒部11a的轴向一端部利用工具从径向外侧压瘪，使轴向一侧的结合筒部11a的轴向一端部内周面及内轴8的轴向另一端部外周面呈截面椭圆形状塑性变形，在该部分形成塑性变形部14a、14b。然后，使外管9和内轴8在轴向上相对位移至中间轴7的总长成为通常的使用状态下的预定的轴向长度。由此，外管9的塑性变形部14a和内轴8的塑性变形部14b在轴向上分离配置。
在一对结合筒部11a、11b中的轴向另一侧(后侧，图1(A)～图4的右侧)的结合筒部11b的内周面设置有后侧雌细齿15。在后侧雌细齿15细齿卡合设于传递轴16的轴向一端部(前端部)外周面设置的雄细齿，从而在轴向另一侧的结合筒部11b可传递转矩地结合固定有传递轴16，该传递轴16结合固定于构成万向接头6的轭。但是，也能够代替细齿卡合或追加性地通过焊接等，将构成外管9的轴向另一侧的结合筒部11b和传递轴16的轴向另一端部可传递转矩地结合。在任意情况下，轴向另一侧的结合筒部11b和传递轴16都结合成在轴向上不相对位移。
此外，本例中，在轴向另一侧的结合筒部11b的内周面设置有后侧雌细齿15，但是，例如，在与在轴向一端部的内周面设置有雌细齿的其它部件连接的情况下，也能够代替该后侧雌细齿15，而在轴向另一侧的结合筒部11b的外周面设置后侧雄细齿。
波纹管部12是通过在偏置碰撞时以折弯的方式塑性变形来吸收伴随碰撞的冲击载荷的部分，具有不会因基于通常时司机操作方向盘1等施加的扭曲方向的载荷而变形的程度的扭曲强度。波纹管部12通过在轴向上交替配置多个作为大径部的山部和作为小径部的谷部而构成。另外，本例中，山部的顶部和谷部的底部的形状分别成为截面圆弧形。
本例的外管9中，轴向另一侧的结合筒部11b的内径(后侧雌细齿15的槽底径)D11b比波纹管部12中的内径最小的部分(谷部)的内径D12小，且比轴向一侧的结合筒部11a的内径(前侧雌细齿13的槽底径)D11a大(D11a＜D11b＜D12)。但是，本发明中，轴向一侧的结合筒部11a的内径D11a只要比波纹管部12中的内径最小的部分(谷部)的内径D12小，也能够采用与轴向另一侧的结合筒部11b的内径D11b相同的结构(D11a＝D11b＜D12)，或者比该内径D11b大的结构(D11b＜D11a＜D12)。
另外，波纹管部12的壁厚t比其它部分(从波纹管部12在轴向上离开的部分)的壁厚T小(t＜T)。具体而言，波纹管部12的壁厚t限制在其它部分的壁厚T的1/5～4/5的范围，优选1/3～2/3的范围，更优选1/3～1/2的范围。
在搭载有具备本例的中间轴7的转向装置的汽车的行驶中，当发生以车身的前表面整体与其它汽车等碰撞的所谓的全正面碰撞时，转向齿轮单元2整体被强力地向后方推。其结果，对内轴8(输入轴3)从前侧向后侧施加轴向的冲击载荷。当对内轴8施加轴向的冲击载荷时，从图3(A)所示的状态到图3(B)所示的状态，内轴8相对于外管9向后方位移，中间轴7吸收冲击载荷，并且缩短总长。由此，防止方向盘1向后方位移而朝向司机的身体顶撞。此外，预先调整波纹管部12的刚性的大小和内轴8与轴向一侧的结合筒部11a的结合强度的大小，以使在发生了这种全正面碰撞的情况下，在波纹管部12在轴向上溃缩以前，能够使内轴8和外管9开始相对位移。
另一方面，在发生车身的前表面中的一部分与其它汽车等(在车身的宽度方向上偏颇地)碰撞的所谓的偏置碰撞，发动机室变形而中间轴7无法在轴向上收缩的情况下，基于伴随碰撞的冲击载荷，如图4所示，外管9在波纹管部12折弯。由此，冲击载荷被吸收，而且折弯的中间轴7收纳于存在于周边零件之间的间隙，可防止向后方位移。因此，即使在偏置碰撞的情况下，也与正面碰撞的情况一样，可防止方向盘1向后方位移而朝向司机的身体顶撞。此外，在发生了这种偏置碰撞的情况下，也有时内轴8和外管9在轴向上不进行相对位移。
参照图1，对构成本例的中间轴7的外管9的制造工序进行说明。
首先，如图1(A)所示，通过将选自机械构造用碳钢(STKM)等的铁类合金、铝合金等的轻合金等的金属制的管件切断成预定的长度，得到圆管状的预备原材料17。
接着，如图1(B)所示，对预备原材料17的轴向一半部实施颈缩加工，从而得到由轴向一侧的小径部18和轴向另一侧的大径部19构成的带肩圆筒状的原材料20。此外，大径部19与小径部18的连结部构成为随着朝向轴向另一侧而外径尺寸变大的锥形状。
接着，如图1(C)所示，对原材料20的大径部19的靠轴向一端的部分的内周面实施切削加工，在该部分设置径向厚度比其它部分(小径部18及大径部19中的从薄壁部21在轴向上离开的部分)小的薄壁部21。在该状态下，薄壁部21的内径比其它部分，即原材料20中的从薄壁部21在轴向上离开的部分的内径大。在薄壁部21的内周面的轴向两端部设置圆锥凹面状的一对倾斜面部22，该一对倾斜面部22在越朝向互相分离的方向而内径越小(径向厚度越小)的方向上倾斜，从而在薄壁部21的轴向两端部设有在轴向上越朝向互相分离的方向而壁厚越大的一对锥形部27。由此，使在薄壁部21的内周面与在轴向上和该薄壁部21相邻的部分的内周面之间不存在朝向轴向的台阶面，即原材料20的内径不会在轴向上急剧地变化，从而在接下来的液压成形时，防止应力集中于薄壁部21的轴向两端部。此外，图示的例子中，使薄壁部21的径向厚度t除了一对锥形部27在轴向上恒定。但是，也能够使薄壁部21的径向厚度在轴向上变化。例如，也能够使薄壁部21中的成为波纹管部12的山部的部分的径向厚度比成为谷部的部分的径向厚度小。或者，也能够仅在原材料20中的成为波纹管部12的山部的部分形成薄壁部21。
进一步地，如图1(D)所示，对原材料20实施液压成形(胀形成形)，得到第一中间原材料23。即，对原材料20的内周面施加液压(水压)，使原材料20的大径部19中的薄壁部21以向径向外方膨胀的方式塑性变形，由此成形波纹管部12，且将大径部19中的与薄壁部21的轴向另一侧相邻的部分设为轴向另一侧的结合筒部11b。利用液压方法成形第一中间原材料23的方法是例如将原材料20安装于具有与通过扩径形成的第一中间原材料23的外表面形状匹配的内表面形状的金属模具内，利用轴向推按工具等堵塞原材料20的轴向两侧开口，并对原材料20内施加高压的液压。通过该液压的载荷，将原材料20中的薄壁部21向径向外方扩径至与上述金属模具的腔室的内表面贴紧，成形第一中间原材料23。因此，第一中间原材料23的轴向长度比原材料20的轴向长度小。
接着，如图1(E)所示，在第一中间原材料23中的轴向一侧的结合筒部11a(小径部18)的内周面，通过拉削加工或旋锻加工等形成前侧雌细齿13，得到第二中间原材料24。在通过拉削加工形成前侧雌细齿13的情况下，在将第一中间原材料23的轴向一端面抵接于基座的台阶部的状态下，将切削工具(拉刀)从第一中间原材料23的轴向另一侧开口插入第一中间原材料23的内径侧，对轴向一侧的结合筒部11a的内周面进行切削。然后，将切削工具从第一中间原材料23的轴向一侧开口抽出。
最后，如图1(F)所示，在第二中间原材料24中的轴向另一侧的结合筒部11b的内周面，通过旋锻加工等形成后侧雌细齿15，得到外管9。此外，在通过旋锻加工形成后侧雌细齿15的情况下，加工后的轴向另一侧的结合筒部11b的内径比加工前的内径小。但是，也能够通过拉削加工形成后侧雌细齿15。在该情况下，将切削工具的前端部从第二中间原材料24的轴向另一侧开口向轴向另一侧的结合筒部11b的内径侧压入，然后使切削工具向轴向另一方位移，并将该切削工具的前端部从轴向另一侧的结合筒部11b的内径侧抽取。在该情况下，在将切削工具的前端部向轴向另一侧的结合筒部11b的内径侧压入时，需要以不会对于波纹管部12施加使该波纹管部12塑性变形程度的较大的力的方式将后侧雌细齿15的构件抑制得较小。
本例中，能够通过液压成形而以低成本得到在轴向中间部具有波纹管部12的外管9。即，在原材料20中的作为应形成波纹管部12的部分的轴向中间部设置径向厚度比其它部分小的薄壁部21，使该薄壁部21向径向外方膨胀，从而形成波纹管部12。因此，即使在为了确保与内轴8、传递轴16的结合强度，并且形成前侧雌细齿13及后侧雌细齿15而充分确保设置于轴向两端部的结合筒部11a、11b的径向厚度的情况下，也能够通过液压成形不会使液压(水压)过度变大地稳定且以低成本量产具有波纹管部12的外管9。与之相对，若想要通过对径向厚度遍及轴向恒定的原材料实施液压成形而在轴向中间部形成具有波纹管部的外管，则无法使原材料向径向外方充分膨胀，且存在形状精度、尺寸精度不足、成形所需要的压力过度变大而使制造成本增大的可能性。
另外，本例中，通过对带肩圆筒状的原材料20实施液压成形而将将外管9整体形成为一体。与之相对，若将波纹管部和用于与其它部件结合的部分分别设为不同的部件而制造，则需要将这些部件通过焊接等结合的工时。本例中，能够省略这种部件的管理、通过焊接等结合的作业的工时，因此，能够相应地降低外管9的制造成本。但是，在将本发明的中空转矩传递部件应用于例如构成万向接头的轭的情况下，也能够在中空转矩传递部件的轴向两端部通过焊接、铆接等结合固定结合筒及结合臂。
本例中，通过对原材料20的大径部19的靠轴向一端的部分的内周面实施切削加工，在该部分设置薄壁部21，通过液压成形使该薄壁部21向径向外方膨胀，由此成形波纹管部12。因此，能够使波纹管部12的壁厚恒定。即，将成为原料的金属制的预备原材料(管件)17以外径为基准制造成圆管状。因此，若对由预备原材料17得到的原材料20的内周面进行切削，则能够高精度地限制薄壁部21的径向厚度，能够使成形后的波纹管部12的壁厚恒定。另外，与切削原材料20的外周面的情况相比，能够使液压成形的成形性良好，并且通过使成形后的波纹管部12的外周面光滑，能够抑制施加有转向转矩的情况下的应力集中，并提高相对于转向转矩的耐久性。
另外，将成为原料的金属制的预备原材料17以外径为基准制作成圆管状。因此，在预备原材料17及原材料20的外径部的径向外侧形成固化层。在形成波纹管部12后，在由于偏置碰撞的发生等而外管9在波纹管部12折弯时，波纹管部12的最大径外侧部(山部的顶部)成为应力集中部。通过切削原材料20的内周面，在波纹管部12的外周面存在(残存)固化层，因此，能够确保波纹管部12的强度，防止波纹管部在最大径外侧部断裂。从该观点来看，切削原材料20的内周面具有优点。
但是，具有波纹管部的外管也能够通过对图6(A)所示的原材料20a、图6(B)所示的原材料20b实施液压成形来制造。图6(A)所示的原材料20a在从轴向一侧的小径部18与轴向另一侧的大径部19的连续部到该轴向另一侧的大径部19的轴向一端部的部分设置有薄壁部21a。该薄壁部21a的外径比轴向一侧的结合筒部11a的外径大，且比轴向另一侧的结合筒部11b的外径小，而且薄壁部21a的径向厚度比一对结合筒部11a、11b的径向厚度小。这种原材料20a在薄壁部21a的轴向另一端部外周面设置有越朝向轴向另一侧而外径越大的倾斜面部22a，且使薄壁部21a的轴向一端部外周面与轴向一侧的结合筒部11a的外周面顺滑地连续。由此，在薄壁部21a的轴向两端部设置在轴向上越朝向相互分离的方向而壁厚越大的一对锥形部27a、27a，在液压成形时，防止应力集中于薄壁部21a的轴向两端部。这种薄壁部21a能够通过例如将原材料20a的外周面切削、向径向内方推使塑性变形而形成。
另一方面，图6(B)所示的原材料20b在大径部19的轴向中间部设置有薄壁部21b。原材料20b中，薄壁部21b的外径比轴向一侧的结合筒部11a的外径大，且比轴向另一侧的结合筒部11b的外径小，而且薄壁部21b的径向厚度比一对结合筒部11a、11b的径向厚度小。另外，在薄壁部21b的轴向两端部设置有在轴向上越朝向互相分离的方向而壁厚变得越大的一对锥形部27b、27b。因此，在薄壁部21b的外周面的轴向两端部形成有在越朝向互相分离的方向而外径变得越大的方向上倾斜的圆锥凸面状的一对倾斜面部22b、22b。通过这种结构，在液压成形时，防止应力集中于薄壁部21a的轴向两端部。该薄壁部21b也能够通过将原材料20b的外周面切削、向径向内方推而使塑性变形来形成。
此外，用于由圆管状的预备原材料17制造外管9的工序只要在形成薄壁部21之后形成波纹管部12，且只要不互相产生矛盾，就能够对该顺序进行调换、或同时实施。例如，也能够在对圆管状的预备原材料17的轴向中间部内周面实施切削加工之后，对该预备原材料17实施颈缩加工而得到带肩圆筒状的原材料20。另外，也能够在轴向另一侧的结合筒部11b的内周面形成后侧雌细齿15之后，在轴向一侧的结合筒部11a的内周面通过旋锻加工形成前侧雌细齿13。
另外，本例中，通过液压成形制造具有波纹管部12的外管9，但作为胀形成形，即使代替性地采用爆炸成形(气体胀形成形)、橡胶胀形成形等方案，也能够与液压成形一样地得到外管9。因此，本发明的中空转矩传递部件的制造方法不受用于形成波纹管部的胀形成形的种类限制。
本例中，在中间轴7中的前侧配置有内轴8，在后侧配置有外管9，但也能够在前侧配置外管9，在后侧配置内轴8。但是，从在偏置碰撞时，增大施加于外管9的波纹管部12的力矩，使该波纹管部12容易变形的观点来看，优选将外管9配置于后侧。
本例中，将外管9与内轴8的嵌合部设为所谓的椭圆嵌合，使外管9和内轴8仅在沿轴向施加有较大的冲击载荷的情况下能够进行轴向上的相对位移，但也能够使外管和内轴嵌合成可通过较轻的力进行轴向上的相对位移。例如，能够对内轴的外周面涂敷合成树脂，再涂布润滑脂，并使该内轴的轴向端部内嵌于外管的轴向一侧的结合筒部。或者，也能够使内轴的轴向端部和外管的轴向一侧的结合筒部经由滚珠、辊等滚动体嵌合。
[实施方式的第二例]
参照图7(A)～图12，对本发明的实施方式的第二例进行说明。本例是将本发明应用于中间轴以及装入有该中间轴的汽车用转向装置的例，上述中间轴具有具备外管及内轴的塌陷部、和具备雄轴及可传递转矩且滑动自如地外嵌于该雄轴的雌轴的伸缩轴部。
本例的汽车用转向装置中，中间轴7a配置于旋转自如地支撑于被车身支撑的转向柱5且在后端部能够支撑固定方向盘1(参照图5)的转向轴4与转向齿轮单元2(参照图5)之间，且连接于转向齿轮单元2的输入轴，或者具备形成有构成转向齿轮单元2的小齿轮25的前端部；以及相对于转向轴4经由万向接头6连接的后端部。
本例中，汽车用转向装置具备用于根据司机的体格、驾驶姿势调节方向盘1的上下位置的倾斜机构、用于调节前后位置的伸缩机构。为了构成倾斜机构，将转向柱5相对于车身支撑为能够进行以沿车身的宽度方向设置的枢轴40为中心的摆动位移。另外，固定于转向柱5的靠后端的部分的位移托架41相对于支撑于车身的支撑托架42支撑为能够进行上下方向及车身的前后方向的位移。另一方面，为了构成伸缩机构，将转向柱5设为使外柱和内柱呈望远镜状伸缩自如地组合的构造，且将转向轴4设为使外轴和内轴通过花键卡合等自如传递转矩且伸缩自如地组合的构造。这种转向柱单元的构造是公知的，因此，在此省略详细的说明。
本例的中间轴7a由塌陷部28和伸缩轴部29构成，该塌陷部28配置于轴向一侧(本例中，车身的前后方向上的前侧)，且具备：具有一对结合筒部11a、11b和配置于一对结合筒部11a、11b彼此之间的波纹管部12的外管9；以及具备可传递转矩且可进行轴向的相对位移地内嵌于一对结合筒部11a、11b中的轴向一侧的结合筒部11a的轴向另一端部的内轴8，该伸缩轴部29配置于轴向另一侧(本例中，车身的前后方向上的后侧)，且具备雄轴30和可传递转矩且滑动自如地外嵌于雄轴30的雌轴31，雌轴31的一端部经由接头32可传递转矩地连接于一对结合筒部11a、11b中的轴向另一侧的结合筒部11b。
本例中，中间轴7a的后端部经由万向接头6及另一中间轴7b可传递转矩地连接于转向轴4的前端部。但是，也能够将中间轴7a的后端部仅经由万向接头6连接于转向轴4的前端部。另外，中间轴7a的前端部经由万向接头6连接于构成转向齿轮单元2的输入轴3。因此，本例中，在构成塌陷部28的内轴8的轴向一端部通过焊接等结合固定有构成万向接头6的轭的结合筒。但是，在内轴8的轴向一端部也能够一体地构成构成万向接头6的轭，或者也能够与实施方式的第一例一样，形成构成转向齿轮单元2的小齿轮25。
构成本例的中间轴7a的塌陷部28具备与实施方式的第一例的中间轴7一样的结构。本例的外管9也在一对结合筒部11a、11b中的轴向一侧的结合筒部11a的内周面设置有前侧雌细齿13。通过使前侧雌细齿13和内轴8的雄细齿10中的轴向另一半部(后半部)细齿卡合，构成塌陷部28。另外，本例中，外管9与内轴8的嵌合部由所谓的椭圆嵌合构成。本例中，通过这种结构，构成外管9的轴向一侧的结合筒部11a和内轴8的轴向另一端部结合(嵌合)成，能够传递转矩即不能进行彼此的相对旋转，且仅在沿轴向施加有较大的冲击载荷的情况下，能够进行轴向上的相对位移。
本例的外管9也在轴向另一侧(后侧)的结合筒部11b的内周面设置有后侧雌细齿15。在后侧雌细齿15细齿卡合有设于用于将塌陷部28连接于伸缩轴部29的接头32的轴向一端部的外周面的雄细齿。但是，也能够替代细齿卡合或追加性地通过焊接等将构成外管9的轴向另一侧的结合筒部11b和接头32的轴向一端部结合。另外，本例中，也能够在外管9的结合筒部11b的外周面设置后侧雄细齿，在接头32的轴向一端部的内周面设置雌细齿，通过细齿卡合而将它们结合。
本例中，波纹管部12也是通过在偏置碰撞时以折弯的方式塑性变形来吸收伴随碰撞的冲击载荷的部分，且具有不会因基于通常时司机操作方向盘1等施加的扭曲方向的载荷而变形的程度的扭曲强度。
对于具备塌陷部28及波纹管部12的外管9的结构、功能、以及制造方法，与实施方式的第一例一样。
本例的中间轴7a除了塌陷部28，特征点在于，具备伸缩轴部29。伸缩轴部29由可传递转矩即不能进行彼此的相对旋转且滑动自如地嵌合的雄轴30和雌轴31构成。本发明中，用于实现伸缩轴部29的功能的结构是任意的，除了花键卡合，可采用公知的方法。
本例中，雄轴30配置于轴向另一侧(后侧，转向轴侧)，在雄轴30的轴向另一端部通过焊接，或一体构成而结合有构成万向接头6的轭的结合臂。另一方面，雌轴31配置于轴向一侧(前侧，转向齿轮侧)，在雌轴31的轴向一端部内嵌固定有结合轴33，该结合轴33可传递转矩，即不能进行彼此的相对旋转地固定于接头32。因此，塌陷部28和伸缩轴部29经由接头32连接成能够传递转矩，即不能进行彼此的相对旋转。
本例中，如图7(B)所示，在雄轴30的外周面延伸形成有在周向上以120度间隔均等配置的三对大致圆弧状的轴向槽34、36。对应地，在雌轴31的内周面也延伸形成有在周向上以120度间隔均等配置的三对大致圆弧状的轴向槽35、37。在雄轴30的各对的一方轴向槽34和与之对应的雌轴31的各对的一方轴向槽35之间，经由预紧用的板簧(省略图示)滚动自如地嵌合有多个滚珠(球状滚动体)38。此外，本例中，上述板簧设置于雄轴30的各对的一方轴向槽34内。因此，在传递转矩时，通过轴向槽34，上述板簧整体不能在周向上移动。
另一方面，在雄轴30的另一方轴向槽36和与之对应的雌轴31的另一方轴向槽37之间滑动自如地嵌合有滚针(滑动体)39。
上述板簧在非传递转矩时将滚珠38和滚针39以相对于雌轴31不晃动的程度预紧，另一方面，在传递转矩时，进行弹性变形，发挥在雄轴30与雌轴31之间在周向上限制滚珠38的作用。
在雄轴30的轴向一端部设置有周向槽。在该周向槽嵌合有限位板，滚针39在轴向上被固定。
在以上那样构成的伸缩轴部29中，在非传递转矩时，对“滚动用”和“滑动用”分别使用滚珠38和滚针39，且利用上述板簧将滚珠38以相对于雌轴31不晃动的程度预紧，因此，可靠地防止雄轴30与雌轴31之间的晃动，而且雄轴30和雌轴31能够以不晃动的稳定的滑动载荷在轴向上滑动。
在传递转矩时，夹设于雄轴30与雌轴31之间的滚针39发挥主要的转矩传递的作用。例如，在从雄轴30输入转矩的情况下，在初期阶段，由于施加有上述板簧的预紧，因此不会晃动，且上述板簧产生相对于转矩的反作用力，并传递转矩。此时，在雄轴30、板簧、滚珠38、以及雌轴31之间的转矩传递载荷与雄轴30、滚针39、以及雌轴31之间的转矩传递载荷均衡的状态下进行整体的转矩传递。
当转矩进一步增大时，由于雄轴30、滚针39、雌轴31之间的旋转方向的间隙相比雄轴30、板簧、滚珠38、雌轴31之间的间隙设定得小，因此，与滚珠38相比，滚针39受到更强的反作用力，滚针39主要将转矩传递至雌轴31。因此，可靠地防止雄轴30与雌轴31的旋转方向晃动，且以高刚性的状态传递转矩。
另外，在转向转矩为预定以下时，上述板簧进行预紧作用而发挥低刚性特性，另一方面，在转向转矩为预定以上时，滚针39在周向上与一对轴向槽36、37卡合，发挥高刚性特性。
即，在转向转矩为预定以下时，上述板簧通过预紧作用缓冲并降低从发动机室传来的噪音、振动，另一方面，在转向转矩上升且成为预定以上时，滚针39在周向上分别与一对轴向槽36、37卡合而能够传递转向转矩，因此，能够得到具有中断的转向感。
因此，就本例的伸缩轴部29而言，转矩传递及滑动机构还兼备缓冲机构，实现空间的有效利用、零件数量削减、以及制造成本的降低，而且具备两级扭曲刚性特性。
在搭载有具备本例的中间轴7a的转向装置的汽车行驶中，若发生以车身的前表面整体与其它汽车等碰撞的所谓的全正面碰撞，相对于内轴8从前侧向后侧施加轴向的冲击载荷，则首先，伸缩轴部29的雌轴31相对于雄轴30在轴向上滑动。进一步地，从图10(A)及图10(B)所示的状态到图11(A)及图11(B)所示的状态，内轴8相对于外管9向后方位移，构成中间轴7a的塌陷部28吸收冲击载荷，并且缩短总长。由此，防止方向盘1向后方位移而朝向司机的身体顶撞。此外，本例中，也预先调整波纹管部12的刚性的大小和内轴8与轴向一侧的结合筒部11a的结合强度的大小，以使在发生了全正面碰撞的情况下，在波纹管部12在轴向上溃缩以前，内轴8和外管9能够开始相对位移。
就本例的中间轴7a而言，不仅伸缩轴部29在轴向上缩小，而且由于较大的冲击载荷，塌陷部28的外管9与内轴8的嵌合部的椭圆嵌合被解除，内轴8相对于外管9在轴向上相对位移，塌陷部28在轴向上缩小，由此，可充分确保中间轴7a的充分的塌陷量。特别地，在本例中，接头32的轴向一端侧一半部制造成圆管状，内轴8进入外管9的轴向另一侧的结合筒部11b及接头32的轴向一端侧一半部的径向内侧，可确保较大的塌陷量。
另一方面，在发生所谓的偏置碰撞，且中间轴7a不能在轴向上收缩那样的情况下，基于伴随碰撞的冲击载荷，如图12所示，外管9在波纹管部12折弯。由此，吸收冲击载荷，而且折弯的中间轴7a收纳于存在于周边部件之间的间隙，可防止向后方位移。因此，本例中，即使在偏置碰撞的情况下，也能够与正面碰撞的情况一样地防止方向盘1向后方位移而朝向司机的身体顶撞。此外，在发生了这种偏置碰撞的情况下，也有时塌陷部28的内轴8和外管9在轴向上不相对位移。
本例中，塌陷部28配置于中间轴7a的轴向一侧(前侧)，且外管9配置于塌陷部28的轴向另一侧(后侧)，波纹管部12配置为位于比轴向一侧的结合筒部11a靠轴向另一侧。即，波纹管部12存在于中间轴7a的轴向中央附近。由此，根据偏置碰撞的状况，即使在波纹管部12的折弯角度较小的情况下，也能够充分确保中间轴7a的退避量。另外，在发生了偏置碰撞时，实际上在伸缩轴部29在轴向上缩小之后产生波纹管部12的折弯。通过伸缩轴部29的轴向的缩小，波纹管部12进一步接近中间轴7a的轴向中央部。因此，通过这种结构，即使在波纹管部12的折弯角度较小的情况下，也能够确保中间轴7a的退避量较大。
此外，中间轴7a的配置不限制于本例的配置，也能够在轴向一侧(车身的前后方向上的前侧)配置伸缩轴部29，在轴向另一侧(车身的前后方向上的后侧)配置塌陷部28。另外，伸缩轴部29中的雄轴30和雌轴31的配置也能够在轴向上颠倒配置。但是，对于塌陷部28，从上述的观点来看，优选波纹管部12配置于中间轴7a的轴向中央附近。因此，在塌陷部28配置于轴向另一侧的情况下，优选将外管9配置于轴向一侧(前侧)，将内轴8配置于轴向另一侧(后侧)。
符号说明
1—方向盘，2—转向齿轮单元，3—输入轴，4—转向轴，5—转向柱，6—万向接头，7、7a、7b—中间轴，8—内轴，9—外管，10—雄细齿，11a、11b—结合筒部，12—波纹管部，13—前侧雌细齿，14a、14b—塑性变形部，15—后侧雌细齿，16—传递轴，17—预备原材料，18—小径部，19—大径部，20、20a、20b—原材料，21、21a、21b—薄壁部，22、22a、22b—倾斜面部，23—第一中间原材料，24—第二中间原材料，25—小齿轮，26—齿条轴，27、27a、27b—锥形部，28—塌陷部，29—伸缩轴部，30—雄轴，31—雌轴，32—接头，33—结合轴，34—轴向槽，35—轴向槽，36—轴向槽，37—轴向槽，38—滚珠(滚动体)，39—滚针，40—枢轴，41—位移托架，42—支撑托架。

Claims (9)

1.一种中空转矩传递部件的制造方法，该中空转矩传递部件具备：一对结合筒部，其能够传递转矩地结合于其它部件；以及波纹管部，其设置于该一对结合筒部彼此之间，上述中空转矩传递部件的制造方法是应用于汽车用转向装置的中间轴或者构成该中间轴的外管的金属制的中空转矩传递部件的制造方法，其特征在于，
准备由轴向一侧的小径部和轴向另一侧的大径部构成的带肩圆筒状的原材料，
通过对上述大径部的靠轴向一侧的部分的内周面实施切削加工，在该原材料的轴向中间部遍及整周地形成相比该原材料中的其它部分径向厚度小且内径大的薄壁部，通过胀形成形使该薄壁部向径向外方膨胀，从而成形上述波纹管部，
在上述薄壁部的轴向两端部设有在轴向上越朝向互相分离的方向而壁厚越大的一对锥形部，使上述薄壁部的径向厚度除了上述一对锥形部在轴向上恒定，
在上述波纹管部的外周面存在固化层，从而能够防止上述波纹管部在最大径外侧部断裂。
2.一种中空转矩传递部件的制造方法，该中空转矩传递部件具备：一对结合筒部，其能够传递转矩地结合于其它部件；以及波纹管部，其设置于该一对结合筒部彼此之间，上述中空转矩传递部件的制造方法是应用于汽车用转向装置的中间轴或者构成该中间轴的外管的金属制的中空转矩传递部件的制造方法，其特征在于，
准备由轴向一侧的小径部和轴向另一侧的大径部构成的带肩圆筒状的原材料，
在上述大径部的靠轴向一侧的部分的遍及整周地形成径向厚度比该原材料中的其它部分小的薄壁部，而且使该薄壁部的外径比上述原材料中的从上述薄壁部向轴向一侧离开的部分的外径大，且比上述原材料中的从上述薄壁部向轴向另一侧离开的部分的外径小，通过胀形成形使上述薄壁部向径向外方膨胀，从而成形上述波纹管部，
在上述薄壁部的轴向两端部设有在轴向上越朝向互相分离的方向而壁厚越大的一对锥形部，使上述薄壁部的径向厚度除了上述一对锥形部在轴向上恒定，
在上述波纹管部的外周面存在固化层，从而能够防止上述波纹管部在最大径外侧部断裂。
3.根据权利要求1或2所述的中空转矩传递部件的制造方法，其特征在于，
在上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部的内周面形成有雌细齿，形成于作为一个上述其它部件的内轴的外周面的雄细齿的轴向一半部细齿卡合于该雌细齿，从而上述中空转矩传递部件能够传递转矩且能够进行轴向上的相对位移地与该内轴结合，并且应用于构成上述中间轴的上述外管的情况下，在形成上述波纹管部之后，在上述原材料的小径部的内周面形成上述雌细齿。
4.根据权利要求2所述的中空转矩传递部件的制造方法，其特征在于，
使上述薄壁部的内径比上述原材料中的从上述薄壁部在轴向上离开的部分的内径大。
5.根据权利要求1或2所述的中空转矩传递部件的制造方法，其特征在于，
上述胀形成形为液压成形。
6.一种中空转矩传递部件，其是应用于汽车用转向装置的中间轴或者构成该中间轴的外管的金属制的中空转矩传递部件，其特征在于，具备：
一对结合筒部，其能够传递转矩地接合于其它部件；以及
波纹管部，其配置于该一对结合筒部彼此之间，
上述波纹管部的径向厚度比上述一对结合筒部的径向厚度小且该径向厚度恒定，
在上述波纹管部的外周面存在固化层，从而能够防止上述波纹管部在最大径外侧部断裂。
7.根据权利要求6所述的中空转矩传递部件，其特征在于，
上述波纹管部的径向厚度处于上述一对结合筒部的径向厚度的1/5～4/5的范围。
8.一种汽车用转向装置的中间轴，其特征在于，具备：
外管，其由权利要求6或7所述的中空转矩传递部件构成；以及
内轴，其具备能够传递转矩且能够进行轴向上的相对位移地内嵌于上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部的轴向另一端部，
在发生了全正面碰撞的情况下，基于冲击载荷，在上述波纹管部在轴向上溃缩以前，能够使上述内轴和上述外管开始相对位移，并且在发生了偏置碰撞的情况下，基于冲击载荷，上述外管能够在上述波纹管部折弯。
9.一种汽车用转向装置的中间轴，其特征在于，其由塌陷部和伸缩轴部构成，
上述塌陷部具备：外管，其由权利要求6或7所述的中空转矩传递部件构成；以及内轴，其具备能够传递转矩且能够进行轴向上的相对位移地内嵌于上述一对结合筒部中的轴向一侧的结合筒部的轴向另一端部，
上述伸缩轴部配置于轴向另一侧，具备雄轴及能够传递转矩且滑动自如地外嵌于该雄轴的雌轴，而且该雄轴及该雌轴的任一个的端部能够传递转矩地连接于上述一对结合筒部中的轴向另一侧的结合筒部或上述内轴的轴向一端部，
在发生了全正面碰撞的情况下，基于冲击载荷，在上述波纹管部在轴向上溃缩以前，能够使上述内轴和上述外管开始相对位移，并且在发生了偏置碰撞的情况下，基于冲击载荷，上述外管能够在上述波纹管部折弯。
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