CN110650883B - 转向装置用轴、转向装置用轴的制造方法以及电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明的转向装置用轴包括第1部分、第2部分、以及第3部分，该第3部分是与第1部分和第2部分设置成一体且将第1部分与第2部分沿第1方向连结的轴，第3部分的外径比第2部分的在与第1方向交叉的第2方向上的长度小，且在沿第1方向的方向上该外径相同，第3部分的硬度比第2部分的硬度大，且在沿第1方向的方向上该硬度相同。

Description

转向装置用轴、转向装置用轴的制造方法以及电动动力转向 装置

技术领域

本发明涉及转向装置用轴、转向装置用轴的制造方法以及电动动力转向装置。

背景技术

汽车等的转向装置包括用于从方向盘输入的转向扭矩传递到车轮侧的转向轴和中间轴等。在专利文献1中记载有用于电动动力转向装置的转向柱管轴的中间轴。

专利文献1的转向柱管轴包括上轴、中间轴、输入轴和输出轴。各结构部件通过花键连接或压入而连接。转向柱管轴的中间轴具有倾斜状的缩径部，在被输入基准扭矩以上的大小的扭矩时，能够使整个缩径部塑性变形来获得冲击能量吸收量。

专利文献1：日本特开2015-85805号公报

发明内容

在专利文献1中，构成转向柱管轴的部件个数较多，用于将各部件彼此连接的工序也多。因此，制造成本可能会增大。另外，在各部件彼此的连接处，扭矩传递的可靠性可能会降低。

本发明的目的在于提供一种转向装置用轴、转向装置用轴的制造方法以及电动动力转向装置，其能够减少部件的个数，并且能够提高扭矩传递的可靠性。

本发明的一个方案的转向装置用轴包括：第1部分；第2部分；以及第3部分，其是与上述第1部分和上述第2部分设置成一体且将上述第1部分与上述第2部分沿第1方向连结的轴，上述第3部分的外径比上述第2部分的在与上述第1方向交叉的第2方向上的长度小，且在沿上述第1方向的方向上该外径相同，上述第3部分的硬度比上述第2部分的硬度大，且在沿上述第1方向的方向上该硬度相同。

根据上述结构，第1部分、第2部分和第3部分设置成一体，因而能够减少部件个数。各部件彼此结合的工序得以减少，能够实现制造成本的降低以及扭矩传递的可靠性的提高。此外，第3部分的外径和硬度均在沿第1方向的方向上相同。所以，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，第3部分被扭转而产生塑性变形，可由第3部分吸收冲击能量。由此，能够良好地吸收冲击能量。

本发明的一个方案的转向装置用轴中，由上述第3部分与上述第2部分形成出台阶部，上述台阶部附近的上述第3部分的硬度比上述台阶部附近的上述第2部分的硬度大。根据上述结构，在应力集中的台阶部的附近的、第3部分的硬度较大。所以，即使在被输入基准扭矩以上的扭矩时，也能够抑制早期发生断裂。

本发明的一个方案的转向装置用轴中，上述第2部分包括：与输出轴连接的止动部；以及设置于上述止动部与上述第3部分之间，且具有比上述第3部分大的外径的大径部，上述第3部分的硬度比上述大径部的硬度大。根据上述结构，可容易地使大径部的外径比连接于输出轴的止动部大，能够使第2部分的大径部的外径比第3部分的外径大。

本发明的一个方案的转向装置用轴中，上述第3部分包括：设置于上述第1部分侧的小径部；以及将上述小径部与上述第2部分连结，且具有比上述第2部分小的外径的中径部，上述小径部的外径比上述中径部的外径小，且在沿轴向的方向上该外径相同，上述小径部的硬度比上述第2部分的硬度大，且在轴向的方向上该硬度相同。根据上述结构，第3部分包括小径部和中径部，在被输入扭矩时，小径部容易产生塑性变形。因此，能够抑制应力集中于第3部分与第2部分之间的台阶部。

本发明的一个方案的转向装置用轴中，上述第2部分包括：与输出轴连接的止动部：以及设置于上述止动部与上述第3部分之间，且具有比上述第3部分大的外径的大径部，上述小径部的硬度比上述大径部的硬度大。根据上述结构，可容易地使大径部的外径比连接于输出轴的止动部大，能够使第2部分的大径部的外径比第3部分的小径部的外径大。

本发明的一个方案的转向装置用轴中，上述第1部分和上述第2部分是以上述第1方向为长度方向的轴，上述第1部分与安装在方向盘侧的输入轴连接。根据上述结构，能够减少用于将输入轴的扭矩传递到输出轴的部件的个数。即使在从输入轴施加有基准扭矩以上的大小的扭矩时，第3部分也被扭转而产生塑性变形，可由第3部分吸收冲击能量。

本发明的一个方案的转向装置用轴中，上述第2部分是与产生输出扭矩的输出轴或者小齿轮轴连接的轴叉，上述第1部分是设置有花键槽的花键轴部，上述第3部分是与上述轴叉和上述花键轴部设置成一体且将上述轴叉与上述花键轴部连结的轴部。

根据上述结构，可将转向装置用轴应用于中间轴的上轴。由于轴叉、花键轴部和轴部设置成一体，因此，例如能够省去通过焊接等来结合轴叉与轴部的工序，可降低制造成本。此外，轴部的外径和硬度均在沿轴向的方向上相同。因此，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，轴部被扭转而产生塑性变形，可由轴部吸收冲击能量。

本发明的一个方案的转向装置用轴的制造方法包括：通过对材料沿径向进行缩径加工，形成第1坯料部以及其直径比上述第1坯料部小的第2坯料部，并在上述第2坯料部上形成加工硬化层的工序；以及通过锻压将上述材料的上述第1坯料部和上述第2坯料部沿轴向压入模具，从而一体地形成花键轴部、大径部和中间轴部的工序，上述花键轴部设置有花键槽，上述大径部形成在与上述花键轴部相反侧的端部，上述中间轴部设置在上述花键轴部与上述大径部之间，具有比上述大径部小的外径，且具有在沿轴向的方向上相同的外径，其中，通过对上述中间轴部进行切削加工来形成小径部，进而通过对上述大径部的端部进行切削加工，从而在上述小径部与上述大径部之间形成中径部。

根据上述方法，对材料进行锻压加工而形成为与转向装置用轴的形状接近的形状，因而能够缩短切削加工的时间来降低制造成本。此外，通过缩径加工和锻压加工，在中间轴部形成加工硬化层。由此可形成为，中间轴部的硬度比大径部的硬度大且在轴向上相同。

本发明的一个方案的转向装置用轴的制造方法中，包括：对上述大径部与上述中间轴部之间的台阶部，保留上述加工硬化层地沿轴向进行切削的工序。根据上述方法，由于对中间轴部与大径部之间的台阶部进行切削，因此能够形成具有沿轴向相同的硬度的第3部分。从而能够良好地吸收冲击能量。

本发明的一个方案的电动动力转向装置包括：上述转向装置用轴；输出轴，其与上述第2部分连接，且安装有基于从电动机输入的扭矩进行旋转的减速装置；以及扭杆，其将上述输出轴与上述转向装置用轴连结。

根据上述结构，电动动力转向装置的部件的个数得以减少，从而能够降低制造成本。此外，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，第3部分也被扭转而产生塑性变形，从而由第3部分吸收冲击能量。因此能够良好地吸收冲击能量。

根据本发明，能够减少部件的个数，并且能够提高扭矩传递的可靠性。

附图说明

图1是表示第1实施方式涉及的包括转向轴的电动动力转向装置的一个示例的结构图。

图2是示意性地表示第1实施方式涉及的包括转向轴的电动动力转向装置的说明图。

图3是第1实施方式涉及的转向轴的侧视截面图。

图4是第1实施方式涉及的扭矩传感器轴的侧视图。

图5是用于说明扭矩传感器轴的制造工序的说明图。

图6是用于说明大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。

图7是第2实施方式涉及的扭矩传感器轴的侧视图。

图8是用于说明第2实施方式涉及的扭矩传感器轴的制造工序中的、大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。

图9是表示实施例涉及的扭矩传感器轴的、输入扭矩与扭转角度的关系的曲线图。

图10是用于说明比较例涉及的扭矩传感器轴的、大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。

图11是第3实施方式涉及的中间轴的示意截面图。

图12是沿轴向观察中间轴的轴叉时的侧视图。

图13是用于说明第3实施方式涉及的上轴的制造工序中的、大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。

具体实施方式

对用于实施本发明的方式(实施方式)，参照附图详细地进行说明。本发明不限于以下的实施方式所记载的内容。此外，以下所记载的结构要素包括本领域的技术人员容易想到的结构要素以及实质上相同的结构要素。此外，以下所记载的结构要素也可以适当地组合。

第1实施方式

图1是表示第1实施方式涉及的包括转向轴的电动动力转向装置的一个示例的结构图。图2是示意性地表示第1实施方式涉及的包括转向轴的电动动力转向装置的说明图。参照图1和图2对电动动力转向装置的概要进行说明。

按照传递驾驶者(操作者)所施加的力的顺序，电动动力转向装置100具备方向盘21、转向轴22、扭矩传感器24、电动辅助装置25、万向节26、中间轴27、万向节28、转向传动机构29和转向横拉杆30。电动动力转向装置100采用柱辅助方式。即，电动辅助装置25的至少一部分支承于后述的转向柱41，并对转向轴22赋予辅助力。

如图1所述，转向轴22包括输入轴22A、输出轴22B和扭矩传感器轴23。输入轴22A的一侧的端部与方向盘21连接，另一侧的端部与扭矩传感器轴23连接。扭矩传感器轴23配置于输入轴22A与输出轴22B之间。扭矩传感器轴23经由扭矩传感器24与输出轴22B的一侧的端部连接。转向轴22基于施加到方向盘21的转向操作力而旋转。

扭矩传感器24检测转向轴22的转向扭矩T。扭矩传感器24与ECU10连接，将检测出的转向扭矩T的信息输出到ECU10。

电动辅助装置25具有电动机31和减速装置32。电动机31是产生用于辅助驾驶者的转向操作的辅助转向扭矩的电动机。电动机31可以是无刷电动机，也可以是具有电刷和换向器的电动机。电动机31与减速装置32连接，将辅助转向扭矩输出到减速装置32。减速装置32与输出轴22B连接。减速装置32基于从电动机31输入的辅助转向扭矩而旋转，将扭矩传递给输出轴22B。

中间轴27包括上轴27A和下轴27B。上轴27A经由万向节26与输出轴22B连接。而下轴27B经由万向节28与转向传动机构29的小齿轮轴29A连接。上轴27A与下轴27B花键连接，能够传递输出轴22B的扭矩，并且能够在平行于中心轴的方向上进行相对移动。基于上轴27A与下轴27B在轴向上的相对移动，中间轴27进行伸缩。

转向传动机构29包括齿轮齿条机构，具有小齿轮轴(输入轴)29A、小齿轮29B和齿条29C。小齿轮轴29A的一侧的端部与中间轴27连接，另一侧的端部与小齿轮29B连接。齿条29C与小齿轮29B啮合。转向轴22的旋转运动经由中间轴27传递到转向传动机构29。该旋转运动通过齿条29C转换成直线运动。转向横拉杆30与齿条29C连接。

搭载电动动力转向装置100的车辆(未图示)具备图1所示的ECU(ElectronicControl Unit)10、车速传感器12、电源装置13和点火开关14等。车辆所具备的ECU10对电动动力转向装置100进行控制。电源装置13例如是车载电池装置，与ECU10连接。在点火开关14变成接通状态后，电源装置13对ECU10提供电力。

车速传感器12检测车辆的行驶速度。车速传感器12与ECU10连接。车速传感器12将检测出的车速信号V输出到ECU10。

ECU10从扭矩传感器24获取转向扭矩T，并从车速传感器12获取车辆的车速信号V。ECU10基于转向扭矩T和车速信号V，计算辅助指令的辅助转向指令值。ECU10基于计算出的辅助转向指令值，向电动机31输出控制信号X。此外，ECU10从电动机31获取感应电压的信息或转子的旋转信息作为动作信息Y。

输入到方向盘21的驾驶者的转向操作力经由输入轴22A传递至电动辅助装置25的减速装置32。此时，ECU10从扭矩传感器24获取被输入到输入轴22A的转向扭矩T。ECU10从车速传感器12获取车速信号V。然后，ECU10输出控制信号X来控制电动机31的动作。电动机31所生成的辅助转向扭矩传递到减速装置32。于是，减速装置32将辅助转向扭矩提供给输出轴22B。输出轴22B输出在方向盘21的转向扭矩上附加从电动机31传递的辅助转向扭矩后的扭矩。这样，驾驶者对方向盘21的转向操作得到电动动力转向装置100的辅助。

接下来，参照图3对转向轴22的结构进行说明。图3是第1实施方式涉及的转向轴的侧视截面图。这里，在图3中，在沿着转向轴22的中心轴AX的方向中，将朝向中间轴27(参照图1)的方向设为X1方向，将朝向方向盘21(参照图1)的方向设为X2方向。

电动动力转向装置100包括：转向轴22；作为筒状部件的转向柱41；与转向柱41相比，配置于X1方向侧的壳体45；以及扭杆22C。转向柱41通过夹紧机构固定于车身安装支架48，并通过车身安装支架48安装于车身。

转向轴22的至少一部分配置于转向柱41的内侧。在本实施方式中，扭矩传感器轴23的一部分和输入轴22A配置于转向柱41的内侧。扭矩传感器轴23的X1方向侧的部分和输出轴22B从转向柱41延伸至X1方向侧。在转向柱41的内周面设置有轴承40A。轴承40A将输入轴22A支承为能够旋转。轴承40A可以采用能够支承径向负荷和轴向负荷的滚动轴承。

扭矩传感器轴23具有第1轴部23A、第2轴部23B和第3轴部23C。第1轴部23A的外周设置有外花键43。外花键43与设置于输入轴22A的内周的内花键42啮合，将施加于输入轴22A的扭矩传递到第1轴部23A。而且，第1轴部23A相对于输入轴22A，沿轴向能够进行相对移动。第2轴部23B与输出轴22B啮合。

第3轴部23C与第1轴部23A及第2轴部23B同轴地在沿中心轴AX的方向上延伸，并将第1轴部23A与第2轴部23B连结。第3轴部23C具有比第2轴部23B小的外径。根据该结构，施加于输入轴22A的扭矩经由扭矩传感器轴23传递到输出轴22B。这里，扭矩传感器轴23对应于本发明的“转向装置用轴”的一个具体示例。

扭杆22C将输出轴22B与扭矩传感器轴23连结。根据输入到扭矩传感器轴23的转向扭矩的大小，在扭杆22C上发生扭力矩。由此，输出轴22B以在旋转方向上相对于扭矩传感器轴23产生位移的状态进行旋转。扭矩传感器24基于扭矩传感器轴23与输出轴22B之间的相对旋转位移量来检测转向扭矩。

与转向柱41相比，壳体45靠X1方向侧，配置于输出轴22B和第2轴部23B的外周。壳体45由导热性高的材料形成。壳体45例如由铝、铝合金、镁、以及镁合金中的至少一种形成。壳体45例如通过压铸成型来制造。

壳体45包括第1壳体45A、第2壳体45B和第3壳体45C。从X2方向侧向X1方向，按第1壳体45A、第2壳体45B、第3壳体45C的顺序配置。第1壳体45A是筒状部件。第1壳体45A的内侧配置有第3轴部23C。第1壳体45A的X2方向的端部与转向柱41重叠地配置，通过固定部件46B、46C固定于转向柱41。而且，第1壳体45A通过固定部件46A，固定于第2壳体45B及第3壳体45C。另外，第1壳体45A也可以与转向柱41设置成一体。还可以将第1壳体45A、第2壳体45B与第3壳体45C设置成一体。

第2壳体45B设置于第3轴部23C和输出轴22B的外周。在由第1壳体45A与第2壳体45B所围成的内部空间，配置有上述的扭矩传感器24。第3壳体45C设置于输出轴22B的外周。在由第2壳体45B与第3壳体45C所围成的内部空间，配置有上述的减速装置32的蜗轮32A。蜗轮32A通过蜗杆(未图示)与电动机31(参照图1)的输出轴连接，将电动机31的辅助转向扭矩传递给输出轴22B。

在第2壳体45B的内周面，设置有轴承40B，在第3壳体45C的内周面，设置有轴承40C。轴承40B和轴承40C将输出轴22B保持为能够旋转。壳体45也可以在第3壳体45C上连接有倾斜机构(未图示)等而能够以倾斜轴BX为中心旋转。由此可以改变转向轴22的中心轴AX的角度，并且通过夹紧机构能够调整方向盘21的上下方向上的位置。

接下来，参照图4对扭矩传感器轴23的结构进行说明。图4是第1实施方式涉及的扭矩传感器轴的侧视图。如图4所示，扭矩传感器轴23包括第1轴部23A、第2轴部23B和第3轴部23C。

如上所述，第1轴部23A设有与输入轴22A啮合的外花键43。第2轴部23B配置于输出轴22B侧。第2轴部23B具有大径部53、传感器止动部54和圆筒部55。圆筒部55通过轴承与输出轴22B的第2圆筒部22Bb(参照图3)嵌合。由此能够确保输出轴22B与第2轴部23B的同心性。

在传感器止动部54的外周面，沿周向形成有多个凹凸。输出轴22B设置有第1圆筒部22Ba，其与第2圆筒部22Bb相比靠X2方向侧(参照图3)。在第1圆筒部22Ba的内周面，沿周向形成有多个凹凸。传感器止动部54的凹凸与第1圆筒部22Ba的凹凸在周向上留有空隙地卡合。如图3所示，输出轴22B与扭矩传感器轴23通过扭杆22C结合。在有较大的扭矩输入到扭矩传感器轴23时，传感器止动部54的凹凸与第1圆筒部22Ba的凹凸抵接，由此能够传递大扭矩。大径部53具有比传感器止动部54及圆筒部55大的外径。

第3轴部23C设置于第1轴部23A与第2轴部23B之间，将第1轴部23A与第2轴部23B连结。在本实施方式中，第1轴部23A、第2轴部23B与第3轴部23C设置成一体，第2轴部23B与输出轴22B连接。也就是说，第2轴部23B兼备以往与扭矩传感器轴23分开设置且与输出轴啮合的输入轴的功能。因此，构成扭矩传感器轴23的部件的个数得以减少。此外，用于将各部件彼此结合的工序也减少，从而能够实现制造成本的降低以及扭矩传递的可靠性的提高。

第3轴部23C呈直圆柱状，具有在沿轴向的方向上相同的外径D3。此外，第3轴部23C的外径D3比第2轴部23B的大径部53的外径D2小。而且，第3轴部23C的外径D3比第1轴部23A的外径D1小。这里，将第1轴部23A的外径D1设为使外花键43的齿顶沿圆周方向连接所得的圆的外径。将第2轴部23B的大径部53的外径D2设为在第2轴部23B与第3轴部23C之间的台阶部52附近的、大径部53的外径。

在第3轴部23C，在轴向和周向的大致整个区域，具有通过后述的缩径加工和锻压加工形成的加工硬化层51。另一方面，第2轴部23B不具有加工硬化层51。或者，即使第2轴部23B具有加工硬化层51，第2轴部23B的加工硬化层51的硬度也比第3轴部23C的硬度小。从第3轴部23C与第1轴部23A的边界附近至第3轴部23C与第2轴部23B的边界附近，第3轴部23C的硬度在沿轴向的方向上是相同的，比第2轴部23B的硬度大。在第2轴部23B与第3轴部23C之间的台阶部52附近，第3轴部23C的硬度比第2轴部23B的硬度大。该硬度表示对各轴部的外周面进行测量所得的值，是通过维氏硬度试验或洛氏硬度试验等的方法测量出的值。另外，在本说明书中，“相同的外径”和“相同的硬度”是指外径及硬度在轴向上的任何位置都呈现相同的值的情形，但也可以包含例如在制造工艺上的误差等。

如上所述，第3轴部23C的外径和硬度在沿轴向的方向上是相同的。因此，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，第3轴部23C也被扭转而产生塑性变形，从而吸收冲击能量，能够良好地吸收冲击能量。此外，在应力集中的台阶部52附近，第3轴部23C的硬度比第2轴部23B的硬度大。因此，即使在被输入基准扭矩以上的扭矩时，也能够抑制早期发生断裂。

如以上说明，本实施方式的扭矩传感器轴23具有第1轴部23A(第1部分)、第2轴部23B(第2部分)和第3轴部23C(第3部分)。第1轴部23A与在方向盘21侧安装的输入轴22A连接。第2轴部23B与产生输出扭矩的输出轴22B连接。第3轴部23C与第1轴部23A和第2轴部23B设置成一体，将第1轴部23A与第2轴部23B沿轴向(第1方向)连结。第3轴部23C的外径比第2轴部23B的外径(与第1方向交叉的第2方向的长度)小，而且在沿轴向的方向上相同。此外，第3轴部23C的硬度比第2轴部23B的硬度大，而且在沿轴向的方向上相同。

根据上述结构，第1轴部23A、第2轴部23B和第3轴部23C设置成一体，第2轴部23B与输出轴22B连接。由此，部件的个数得以减少。而且，由于将各部件彼此结合的工序也减少，因此能够实现制造成本的降低以及扭矩传递的可靠性的提高。进而，第3轴部23C的外径和硬度均在沿轴向的方向上相同。因此，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，第3轴部23C也被扭转而产生塑性变形。由此可由第3轴部23C吸收冲击能量。从而能够良好地吸收冲击能量，可提高扭矩传递的可靠性。

在本实施方式的扭矩传感器轴23中，由第3轴部23C与第2轴部23B形成出台阶部52。台阶部52附近的第3轴部23C的硬度比台阶部52附近的第2轴部23B的硬度大。根据上述结构，由于在应力集中的台阶部52附近的第3轴部23C的硬度较大，所以即使在被输入基准扭矩以上的扭矩时，也能够抑制早期发生断裂。

在本实施方式的扭矩传感器轴23中，第2轴部23B包括传感器止动部54和大径部53。传感器止动部54与输出轴22B连接。大径部53设置于传感器止动部54与第3轴部23C之间，且具有比第3轴部23C大的外径。第3轴部23C的硬度比大径部53的硬度大。根据上述结构，能够容易地使大径部53的外径比连接于输出轴22B的传感器止动部54大，并且能够使第2轴部23B的外径比第3轴部23C的外径大。即使在输出轴22B的直径有所变更时，也仅变更传感器止动部54即可，可抑制大径部53的外径D2的变更。

本实施方式的电动动力转向装置100具备扭矩传感器轴23、输出轴22B和扭杆22C。输出轴22B与第2轴部23B连接，且安装有基于从电动机31输入的扭矩进行旋转的减速装置32。扭杆22C将输出轴22B与扭矩传感器轴23连结。根据上述结构，电动动力转向装置100的部件个数得以减少，因而能够降低制造成本。此外，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，第3轴部23C也被扭转而产生塑性变形，从而吸收冲击能量，能够良好地吸收冲击能量。因此，能够提高扭矩传递的可靠性。

制造方法

图5是用于说明扭矩传感器轴的制造工序的说明图。图6是用于说明大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。如图5所示，首先，准备坯料(材料轴)200(步骤ST1)。坯料200例如是呈圆棒形状的金属材料。接着，对坯料200进行缩径加工(步骤ST2)。由此形成包括第1坯料部201以及外径比第1坯料部201小的第2坯料部202的坯料200A。第2坯料部202的直径相对于缩径加工前的坯料200的直径，减小了20％以上30％以下左右。由此在第2坯料部202形成加工硬化层51。第1坯料部201是待形成第2轴部23B的部分，第2坯料部202是待形成第1轴部23A和第3轴部23C的部分。坯料200A相对于缩径加工前的坯料200，直径缩小，轴向长度变长。

接着，对坯料200A进行锻压加工(步骤ST3)。将模具210A沿X2方向压套到坯料200A的第1坯料部201上来进行锻压加工。然后，将模具210B沿X1方向压套到第2坯料部202上来进行锻压加工。另外，第1坯料部201的锻压加工和第2坯料部202的锻压加工可以在同一工序中同时进行。

通过锻压加工，形成出锻件200B，其形状接近于扭矩传感器轴23的形状(步骤ST4)。锻件200B具有大径部201A、止动部201B、中间轴部202B和花键轴部202A。大径部201A是待形成第2轴部23B的大径部53的部分。止动部201B是待形成第2轴部23B的传感器止动部54和圆筒部55的部分。中间轴部202B是待形成第3轴部23C的部分。花键轴部202A是待形成第1轴部23A的部分。此外，在花键轴部202A的X2方向的端部还形成有作为机械加工用的基准轴的凹部208。

在中间轴部202B，通过上述的缩径加工和锻压加工，形成有加工硬化层51。另一方面，大径部201A是锻压加工时的径向上的变形较少的部分，没有形成加工硬化层51。或者，即使在大径部201A形成有加工硬化层，该加工硬化层的硬度也会比加工硬化层51小。

然后，对锻件200B进行切削加工(步骤ST5)。另外，步骤ST5中，用双点划线表示切削加工后的外径形状。相对于中间轴部202B的外径，切削厚度t1，使其为第1切削部204A的形状。进行切削加工的厚度t1相对于切削加工前的中间轴部202B的直径在10％以上20％以下左右。由此，相对于切削加工后的中间轴部202B的直径，留有60％以上70％以下左右的加工硬化层51。中间轴部202B与大径部201A之间的台阶部203沿X1方向被切削长度t2，成为第2切削部204B的形状。也就是说，通过切削，中间轴部202B的轴向长度变长了所切削的长度t2，而大径部201A的轴向长度至少变短了所切削的长度t2。

如图6所示，锻件200B的加工硬化层51形成至与中间轴部202B和大径部201A之间的台阶部203相比靠X1方向侧的区域。另外，在图6中，用双点划线表示锻压加工后的锻件200B，并用实线表示切削加工后的第2轴部23B和第3轴部23C。此外，在图6中，附加斜线来表示形成加工硬化层51的区域。通过将台阶部203沿X1方向切削长度t2，从而形成为：在扭矩传感器轴23的第3轴部23C形成有加工硬化层51而在大径部53不留有加工硬化层51。由此，在第2轴部23B与第3轴部23C之间的台阶部52附近，在第3轴部23C形成有加工硬化层51。

如图5的步骤ST5所示，大径部201A和止动部201B经切削加工而成为第3切削部204C、第4切削部204D、第5切削部204E的形状。止动部201B被加工成圆筒部55和传感器止动部54，大径部201A被加工成大径部53的形状。大径部53包括：与传感器止动部54相接的第1部分53a；直径比第1部分53a大的第2部分53b；以及将第2部分53b与第3轴部23C连结的第3部分53c。这样，制造出扭矩传感器轴23(步骤ST6)。

如以上说明，本实施方式的扭矩传感器轴23的制造方法包括：通过锻压将坯料200沿轴向压入到模具210A、210B，一体地形成花键轴部202A、大径部201A和中间轴部202B的工序。花键轴部202A设有花键槽。大径部201A形成在与花键轴部202A相反侧的端部。中间轴部202B设置在花键轴部202A与大径部201A之间，其具有比大径部201A小的外径，且具有在沿轴向的方向上相同的外径。

由此，由于坯料200经锻压加工而形成为接近扭矩传感器轴23的形状的形状，因而能够缩短切削加工的时间来降低制造成本。此外，通过对坯料200进行缩径加工和锻压加工，在中间轴部202B形成有加工硬化层51。由此可形成为，中间轴部202B的硬度比大径部201A的硬度大且在轴向上相同。

本实施方式的扭矩传感器轴23的制造方法包括：对大径部201A与中间轴部202B之间的台阶部203，沿轴向进行切削的工序。根据该工序，由于对中间轴部202B与大径部201A之间的台阶部203进行切削，因此能够形成具有沿轴向相同的硬度的第3轴部23C。因此能够良好地吸收冲击能量。

第2实施方式

图7是第2实施方式涉及的扭矩传感器轴的侧视图。本实施方式的扭矩传感器轴63包括第1轴部63A、第2轴部63B和第3轴部63C。第1轴部63A和第2轴部63B的结构与第1实施方式相同。第2轴部63B具有大径部53、传感器止动部54和圆筒部55。圆筒部55通过轴承与输出轴22B的第2圆筒部22Bb(图3参照)嵌合。传感器止动部54与第1圆筒部22Ba(参照图3)的内周面卡合。大径部53具有比传感器止动部54及圆筒部55大的外径。在本实施方式中，第3轴部63C包括小径部63Ca和中径部63Cb。

如图7所示，小径部63Ca与第1轴部63A连接。中径部63Cb将小径部63Ca与第2轴部63B连结。中径部63Cb的外径D6比小径部63Ca的外径D5大，且比大径部53的外径D7小。小径部63Ca的外径D5比中径部63Cb的外径D6小，且比第1轴部63A的外径D4小。小径部63Ca的轴向长度比中径部63Cb长。小径部63Ca形成有加工硬化层71，小径部63Ca的硬度比大径部53的硬度大，且从小径部63Ca与第1轴部63A的边界附近到小径部63Ca与中径部63Cb的边界附近，在沿轴向的方向上相同。

由于在本实施方式中，小径部63Ca的外径比大径部53及中径部63Cb小，因此容易产生塑性变形。由此，在扭矩传感器轴63被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，第3轴部63C的小径部63Ca被扭转而产生塑性变形，作为吸收冲击能量的冲击能量吸收部发挥功能。因此，能够抑制应力集中于第2轴部63B与第3轴部63C之间的台阶部72，从而抑制早期发生断裂。

图8是用于说明第2实施方式涉及的扭矩传感器轴的制造工序中的、大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。在图8中，用双点划线表示锻压加工后的锻件200B的外径，用实线表示切削加工后的第2轴部63B和第3轴部63C。此外，在图8中，附加斜线来表示形成有加工硬化层71的区域。扭矩传感器轴63的制造方法与图5的步骤ST1至步骤ST4所示的工序同样，在通过锻压加工形成与扭矩传感器轴63的形状接近的形状的锻件200B后，进行切削加工。如图8所示，加工硬化层71形成于中间轴部202B，并形成至与中间轴部202B和大径部201A之间的台阶部203相比靠X1方向的区域。在图8中，附加斜线来表示形成有加工硬化层71的区域。对中间轴部202B进行切削加工形成小径部63Ca。并且还对大径部201A的X2方向侧的端部进行切削加工，由此在小径部63Ca与大径部53之间形成中径部63Cb。中径部63Cb的靠X2方向的部分可以含有加工硬化层71。

根据上述工序，中径部63Cb中在第2轴部63B与第3轴部63C之间的台阶部72附近处，不会留下加工硬化层71。加工硬化层71在轴向上形成于整个小径部63Ca，小径部63Ca具有在轴向上相同的硬度。此外，小径部63Ca的外径比第2轴部63B及中径部63Cb的外径小，且在轴向上相同。因此，小径部63Ca与第2轴部63B和中径部63Cb相比，容易产生塑性变形。因此，小径部63Ca作为吸收冲击能量的冲击能量吸收部发挥功能，能够提高扭矩传递的可靠性。

如以上说明，本实施方式的扭矩传感器轴63包括第1轴部63A、第2轴部63B和第3轴部63C。第3轴部63C包括小径部63Ca和中径部63Cb。小径部63Ca设置在第1轴部63A侧。中径部63Cb将小径部63Ca与第2轴部63B连结，且具有比第2轴部63B小的外径。小径部63Ca的外径比中径部63Cb的外径小，且在沿轴向的方向上相同。此外，小径部63Ca的硬度比第2轴部63B的大径部53的硬度大，且在沿轴向的方向上相同。

实施例

图9是表示实施例涉及的扭矩传感器轴的、输入扭矩与扭转角度的关系的曲线图。图9所示的线L1表示实施例1涉及的扭矩传感器轴，线L2表示实施例2涉及的扭矩传感器轴。线L3表示比较例涉及的扭矩传感器轴。一点划线Ref表示输入至扭矩传感器轴的基准扭矩。基准扭矩例如为400(N×m)。

实施例1的扭矩传感器轴的结构与第1实施方式涉及的扭矩传感器轴23相同。在本实施例中，第2轴部23B的大径部53的维氏硬度(Hv)在140以上180以下，例如为160，第3轴部23C的维氏硬度(Hv)在220以上260以下，例如为240。其中，硬度是通过维氏硬度试验(JIS Z2244)对各部的表面进行测量得到的。另外，硬度的测量不限于维氏硬度试验，也可以采用洛氏硬度试验(JIS Z 2245)等其它方法。

实施例2的扭矩传感器轴的结构与第2实施方式涉及的扭矩传感器轴63相同。在本实施例中，第2轴部63B的大径部53的维氏硬度(Hv)在140以上180以下，例如为160；第3轴部63C的中径部63Cb的维氏硬度(Hv)在180以上220以下，例如为200；第3轴部63C的小径部63Ca的维氏硬度(Hv)在220以上260以下，例如为240。

图10是用于说明比较例涉及的扭矩传感器轴的、大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。在图10中，用双点划线表示锻压加工后的锻件200B的外径，用实线表示切削加工后的第2轴部223B和第3轴部223C。此外，在图10中，附加斜线来表示形成有加工硬化层251的区域。比较例的扭矩传感器轴223在第2轴部223B与第3轴部223C之间的台阶部252附近不具有加工硬化层251。第3轴部223C的具有加工硬化层251的部分的外径与不具有加工硬化层251的部分223X的外径相等。比较例的扭矩传感器轴223在对锻件200B进行切削加工时，从中间轴部202B与大径部201A之间的台阶部203起沿X1方向切削了长度t3。该切削加工的长度t3相对于图6所示的长度t2，例如是两倍左右。

在比较例中，第2轴部223B的大径部253的维氏硬度(Hv)在140以上180以下，例如为160；第3轴部223C的形成有加工硬化层251的部分的维氏硬度(Hv)在220以上260以下，例如为240。此外，在第3轴部223C中没有形成加工硬化层251的部分223X的维氏硬度(Hv)在180以上220以下，例如为200。

如图9所示，比较例的扭矩传感器轴223在台阶部252附近没有形成加工硬化层251，因此在被输入基准扭矩以上的扭矩时，应力集中于台阶部252，在第3轴部223C产生塑性变形而扭曲之前，早期发生断裂。

相对于此，实施例1的扭矩传感器轴23在台阶部52附近形成有加工硬化层51，因此即使在被输入大于比较例的输入扭矩时也不发生断裂，第3轴部23C能塑性变形至较大的扭转角度。由此表明，能够良好地吸收冲击能量，能够提高扭矩传递的可靠性。

实施例2的扭矩传感器轴63由于小径部63Ca的外径较小，因此最大扭矩比实施例1及比较例小。但是由于小径部63Ca容易产生塑性变形，能塑性变形至比实施例1及比较例大的扭转角度。由此表明，实施例2的扭矩传感器轴63也能够良好地吸收冲击能量，能够提高扭矩传递的可靠性。

第3实施方式

图11是第3实施方式涉及的中间轴的示意截面图。图12是沿轴向观察中间轴的轴叉时的侧视图。本实施方式的中间轴27包括上轴27A和下轴27B。上轴27A通过万向节26与输出轴22B(参照图1)连接。另一方面，下轴27B通过万向节28与转向传动机构29的小齿轮轴29A(参照图1)连接。这里，上轴27A对应于本发明的“转向装置用轴”的一个具体示例。

如图11所示，上轴27A包括轴叉125、轴部132和花键轴部133。轴叉125、轴部132与花键轴部133形成为一体。轴叉125通过万向节26与输出轴22B连接。万向节26包括万向节叉136和十字轴138。轴叉125包括2个臂部125a、125b和基部125c。基部125c与臂部125a、125b连接。臂部125a、125b在与轴向平行的方向上延伸，且在与轴向交叉的方向上相对地设置。如图12所示，基部125c大致呈矩形形状，在基部125c的相对的2边中的一侧的边设置有臂部125a，另一侧的边设置有臂部125b。

花键轴部133的外周上设置有外花键135，与下轴27B的外管130啮合。轴部132配置于轴叉125与花键轴部133之间，将轴叉125与花键轴部133连结。轴部132连接于基部125c的连接有臂部125a、125b的面的相反侧。

下轴27B具有外管130和轴叉121。轴叉121通过万向节28与小齿轮轴29A连接。万向节28包括万向节叉137和十字轴139。万向节28的结构不限于此。外管130是中空筒状部件，与轴叉121连接。外管130的内周设置有内花键131，花键轴部133的外花键135与外管130的内花键131啮合。

根据上述结构，由于上轴27A与下轴27B花键连接，中间轴27能够传递输出轴22B的扭矩，而且在与轴向平行的方向上能够进行相对移动。基于上轴27A与下轴27B在轴向上的相对移动，中间轴27进行伸缩。

本实施方式的上轴27A，由于轴叉125、花键轴部133与轴部132形成为一体，因此可以省去例如通过焊接等来接合轴叉125与轴部132的工序，能够降低制造成本。

轴部132的外径比与轴向(第1方向)交叉的方向(第2方向)上的轴叉125的长度小，而且在沿轴向的方向上相同。轴部132的外径比基部125c的至少一边的长度小。具体而言，轴部132的外径比图12所示的基部125c的设置有臂部125a、125b的2边之间的间隔小。而且，轴部132的硬度比轴叉125的硬度大，且从轴部132与花键轴部133的边界附近至轴部132与轴叉125的边界附近，在沿轴向的方向上相同。因此，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，轴部132被扭转而产生塑性变形，从而由轴部132吸收冲击能量。由此，上轴27A能够良好地吸收冲击能量。

此外，由轴部132与轴叉125形成出台阶部152，轴部132的直至台阶部152附近的位置(例如一点划线A所示的位置)为止形成有加工硬化层151。因此，在台阶部152附近的轴部132的硬度比在台阶部152附近的轴叉125的硬度大。根据上述的结构，由于在应力集中的台阶部152附近，轴部132的硬度较大，所以即使在被输入基准扭矩以上的扭矩时，也能够抑制早期发生断裂。

在本实施方式提出的是上轴27A与输出轴22B(参照图1)连接、下轴27B与转向传动机构29的小齿轮轴29A(参照图1)连接的结构，但不限于此。也可以是上轴27A与小齿轮轴29A连接、下轴27B与输出轴22B连接的结构。

图13是用于说明第3实施方式涉及的上轴的制造工序中的、大径部与中间轴部之间的台阶部的切削加工的示意截面图。上轴27A与扭矩传感器轴23的制造方法同样，在通过锻压加工形成与上轴27A的形状接近的形状的锻件400B后，进行切削加工。如图13所示，中间轴部402B形成有加工硬化层151，而且形成至与中间轴部402B和大径部401A之间的台阶部403相比靠X2方向的区域。在图13中，附加斜线来表示形成有加工硬化层151的区域。

对中间轴部402B进行切削加工来形成轴部132。进而，对大径部401A进行切削加工，将台阶部403沿X2方向切削长度t4。由此，在轴叉125的基部125c与轴部132之间的台阶部152附近，轴部132形成有加工硬化层151。而在台阶部152附近的轴叉125上不留下加工硬化层151。此外，对于轴叉125的臂部125a、125b，也同样地在锻压加工时使锻件400B的大径部401A的形状接近于臂部125a、125b的形状，由此能够缩短切削加工所需时间。

根据上述工序，轴部132的外径形成为：与在与轴向交叉的方向上的轴叉125的大小相比较小，且在沿轴向的方向上相同。而且，轴部132的硬度形成为：比轴叉125大，且在沿轴向的方向上相同。因此，即使在被施加基准扭矩以上的大小的扭矩时，轴部132也被扭转而产生塑性变形。由此，可由轴部132吸收冲击能量。因此，上轴27A能够良好地吸收冲击能量，扭矩传递的可靠性得以提高。

以上说明的扭矩传感器轴23和上轴27A的结构可以适当变更。扭矩传感器轴23和上轴27A的结构只不过是一个示例，可以适当变更各轴部的外径和长度等。也可以适当变更上轴27A的轴叉125的形状等。

符号说明

10 ECU

21 方向盘

22 转向轴

22A 输入轴

22B 输出轴

22C 扭杆

23、63、223 扭矩传感器轴

23A、63A 第1轴部

23B、63B 第2轴部

23C、63C 第3轴部

27 中间轴

27A 上轴

27B 下轴

29 转向传动机构

51、71、151、251 加工硬化层

52、72、152、252 台阶部

53 大径部

54 传感器止动部

55 圆筒部

63Ca 小径部

63Cb 中径部

100 电动动力转向装置

125 轴叉

132 轴部

200、200A 坯料

200B、400B 锻件

201A、401A 大径部

201B 止动部

202B、402B 中间轴部

203、403 台阶部

Claims (7)

1.一种转向装置用轴，其特征在于，包括：

第1部分；

第2部分；以及

第3部分，其是与所述第1部分和所述第2部分设置成一体且将所述第1部分与所述第2部分沿轴向连结的轴，

所述第3部分的外径比所述第2部分的在与所述轴向直交的径向上的长度小，

所述第3部分的硬度比所述第2部分的硬度大，

所述第3部分包括：设置于所述第1部分侧的小径部；以及将所述小径部与所述第2部分连结，且具有比所述第2部分小的外径的中径部，

所述小径部的外径比所述中径部的外径小，且在沿所述轴向的方向上所述小径部的外径相同，

所述第2部分包括：与输出轴连接的止动部；以及设置于所述止动部与所述第3部分之间，且具有比所述第3部分大的外径的大径部，

所述第3部分的所述小径部的硬度比所述第2部分的所述大径部的硬度以及所述第3部分的所述中径部的硬度大，且在沿所述轴向的方向上所述第3部分的所述小径部的硬度相同。

2.根据权利要求1所述的转向装置用轴，其特征在于：

由所述第3部分与所述第2部分形成出台阶部，

所述台阶部附近的所述第3部分的硬度比所述台阶部附近的所述第2部分的硬度大。

3.根据权利要求1所述的转向装置用轴，其特征在于：

所述第1部分和所述第2部分是以所述轴向为长度方向的轴，

所述第1部分与安装在方向盘侧的输入轴连接。

4.根据权利要求1所述的转向装置用轴，其特征在于：

所述第2部分是与产生输出扭矩的输出轴或者小齿轮轴连接的轴叉，

所述第1部分是设置有花键槽的花键轴部，

所述第3部分是与所述轴叉和所述花键轴部设置成一体且将所述轴叉与所述花键轴部连结的轴部。

5. 一种转向装置用轴的制造方法，其特征在于，包括：

通过对材料沿径向进行缩径加工，形成第1坯料部以及其直径比所述第1坯料部小的第2坯料部，并在所述第2坯料部上形成加工硬化层的工序；以及

通过锻压将所述材料的所述第1坯料部和所述第2坯料部沿轴向压入模具，从而一体地形成花键轴部、大径部和中间轴部的工序，所述花键轴部设置有花键槽，所述大径部形成在与所述花键轴部相反侧的端部，所述中间轴部设置在所述花键轴部与所述大径部之间，具有比所述大径部小的外径，且具有在沿轴向的方向上相同的外径，其中

通过对所述中间轴部进行切削加工来形成小径部，进而通过对所述大径部的轴向上的一端部进行切削加工，从而在所述小径部与所述大径部之间形成中径部。

6.根据权利要求5所述的转向装置用轴的制造方法，其特征在于，还包括：

对所述大径部与所述中间轴部之间的台阶部，保留所述加工硬化层地沿轴向进行切削的工序。

7.一种电动动力转向装置，其特征在于，包括：

权利要求1至4中任一项所述的转向装置用轴；

输出轴，其与所述第2部分连接，且安装有基于从电动机输入的扭矩进行旋转的减速装置；以及

扭杆，其将所述输出轴与所述转向装置用轴连结。

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