DE60037930T2

DE60037930T2 - Zahnstange und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60037930T2
Application number: DE60037930T
Authority: DE
Inventors: Tomomi Toyota-shi Aichi-ken Fujii; Kazuhiro Toyota-shi Aichi-ken Akiyama; Takashi Kasugai-shi Aichi-ken Yamawaki
Original assignee: Neturen Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Neturen Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP3526794B2; KR20010050771A; DE60037930D1; KR100371915B1; JP2001099269A; US6502473B1; EP1088738A2; EP1088738B1; EP1088738A3

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnstange gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Herstellungsverfahren dieser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Eine Zahnstange mit: (1) einem Stangenabschnitt, der gleitbar in eine Öldichtung passt, die an einem Zylinderabschnitt eines Antriebszylinders angebracht ist, und (2) einem Zahnstangenabschnitt, der mit dem Stangenabschnitt durch einen Verbindungsabschnitt ausgebildet ist, und mit dessen Ritzel in Eingriff steht, ist im Stand der Technik gut bekannt. Auch bekannt ist eine Technologie zum Härten des Zahnstangenabschnitts zum Verbessern der Festigkeit des Zahnstangenabschnitts (siehe Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 6-200320 ).
Wenn nicht nur der Zahnstangenabschnitt, sondern auch der Stangenabschnitt gehärtet wird, muss ein Härten unter unterschiedlichen Bedingungen für den Stangenabschnitt und den Zahnstangenabschnitt durchgeführt werden, weil sich diese hinsichtlich Aufbau, Dicke und dergleichen unterscheiden. In diesem Fall kann ein ungehärteter Grenzbereich (ein Härtungsgrenzbereich, der nicht vollständig gehärtet ist, was eine unzureichende Verbesserung der Festigkeit zur Folge hat) zwischen den gehärteten Bereichen des Stangenabschnitts und des Zahnstangenabschnitt ausgebildet werden.
Wenn durch ein Rad eine Biegekraft zu der Zahnstange eingegeben wird, wirkt das Biegemoment auf die Zahnstange. Das Biegemoment hat bei einem Eingriffsabschnitt zwischen der Zahnstange und dem Ritzel bei dem Zahnstangenabschnitt einen Maximalwert und wird weiter weg von dem Eingriffsabschnitt in der axialen Richtung zunehmend kleiner.
Folglich kann die Biegefestigkeit ein Besorgnis sein, wenn der vorstehend erwähnte ungehärtete Grenzbereich (der schwächste Abschnitt der Zahnstange) zu dem Abschnitt gemacht wird, der in die Nähe (beispielsweise des zahnstangenseitigen Endabschnitts eines Verbindungsabschnitts) des Eingriffsabschnitts zwischen dem Ritzel während des Ablaufs einer Verlagerung der Zahnstange in der axialen Richtung wird (d. h., wenn ein Lenkrad gedreht wird).
In der US 5,473,60 ist eine weitere Zahnstange für eine Servolenkeinheit dieser Art offenbart, wobei die Zahnstange aufweist

– einen Stangenabschnitt mit einem ersten Bereich, der einen Gleitabschnitt für einen Antriebszylinder ausbildet, und mit einem zweiten Bereich, der fortlaufend in Verlängerung zu dem ersten Bereich ausgebildet ist und einen Verbindungsabschnitt ausbildet, und
– einen Zahnstangenabschnitt, der mit dem Verbindungsabschnitt verbunden ist, und der Zähne zum Eingreifen mit einem Ritzel aufweist.

Des Weiteren offenbart das Dokument des Stands der Technik JP 63,297,524 eine Zahnstange mit einem Zahnstangenabschnitt und einem Rohrabschnitt. Der Zahnstangenabschnitt wird einer ersten Härtungsbehandlung unter einer ersten Temperatur ausgesetzt, wobei der Rohrabschnitt einer zweiten Härtungsbehandlung unter einer zweiten Temperatur ausgesetzt ist, die unterschiedlich zu der ersten Temperatur ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der vorstehend erwähnten Nachteile ist es eine Aufgabe der Erfindung, das Biegemoment zu reduzieren, das auf den ungehärteten Grenzbereich wirkt, wenn von außerhalb eine Biegekraft eingegeben wird, und die Biegefestigkeit der Zahnstange zu verbessern, um ihre Haltbarkeit beizubehalten.
Diese Aufgabe wird durch eine Zahnstange gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die Zahnstange für eine Servolenkeinheit gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung hat den Stangenabschnitt, der in eine Öldichtung hinein gleitbar ist, die an einem Zylinderabschnitt eines Antriebszylinders angebracht ist, den Verbindungsabschnitt, der an einem Ende des Stangenabschnitts vorgesehen ist, und den Zahnstangenabschnitt, der durch den Verbindungsabschnitt mit dem Stangenabschnitt verbunden ist und der Zähne aufweist, um mit einem Ritzel in Eingriff zu stehen. Die Zahnstange hat auch den ersten gehärteten Bereich, der an zumindest einem Abschnitt des Stangenabschnitts ausgebildet ist, und den zweiten gehärteten Bereich, der fortlaufend an zumindest einem Abschnitt des Zahnstangenabschnitts und des Verbindungsabschnitts ausgebildet ist.
Deshalb wird es möglich, das Biegemoment zu reduzieren, das auf den ungehärteten Grenzbereich wirkt, wenn von außerhalb eine Biegekraft eingegeben wird, und die Biegefestigkeit der Zahnstange zu verbessern, um ihre Haltbarkeit beizubehalten.
Obwohl diese Zusammenfassung nicht alle Merkmale der Erfindung offenbart, sollte verstanden werden, dass jede Kombination der Merkmale, die in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Figur ist eine Teildarstellung, die schematisch Abschnitte einer Servolenkeinheit zeigt, die eine Zahnstange der Erfindung verwendet.
Detaillierte Beschreibung des/der bevorzugten Ausführungsbeispiels/Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Die Figur zeigt eine Zahnstange 10 der Erfindung, die in einer Servolenkeinheit für ein Fahrzeug verwendet wird. Die Zahnstange 10 besteht aus einem hohlen Bauteil (beispielsweise einer runden hohlen Stange) und ein Stangenabschnitt 11 und ein Zahnstangenabschnitt 13 sind über einen Verbindungsabschnitt 12 ausgebildet. In der Zeichnung ist der rechte Abschnitt des Stangenabschnitts 11 weggelassen.
Der Stangenabschnitt 11 ist mit einem im Allgemeinen runden (und hohlen) Querschnitt ausgebildet und ein Kolben 11a ist im Wesentlichen bei dem mittleren Abschnitt des Stangenabschnitts 11 in der axialen Richtung montiert. Der Stangenabschnitt 11 ist mit einer Öldichtung 52 versehen, die an einem Zylinderabschnitt 51 eines Antriebszylinders 50 angebracht ist, um in der axialen Richtung gleitbar zu sein. Eine Bewegung der Öldichtung 52 zu der linken Seite in der Zeichnung wird durch einen Halter 53 begrenzt, der an dem Zylinderabschnitt 51 montiert ist. Ferner, obwohl es in der Figur weggelassen ist, ist der Stangenabschnitt 11 an den Zylinderabschnitt 51 an der rechten Seite der Zeichnung montiert und ist der Stangenabschnitt 11 mit einer Öldichtung befestigt, die durch einen Halter gestützt wird, um in der axialen Richtung gleitbar zu sein.
Der Verbindungsabschnitt 12 mit einer axialen Länge A ist mit einem im Allgemeinen runden Querschnitt ausgebildet und ist fortlaufend von dem Stangenabschnitt 11 ausgebildet (auf der linken Seite eines Öldichtungsgleitbereichs B, der in der Figur gezeigt ist).
Ein Zahnstangenabschnitt 13 mit einer axialen Länge C ist mit einer Vielzahl von Zähnen 13a, die mit einem Ritzel 20 in Eingriff stehen, in der Längsrichtung der Achse ausgebildet. Das Drehen des Ritzels 20 in Reaktion auf das Drehen eines Lenkrads 100 bewirkt, dass sich die Zahnstange 10 in der axialen Richtung bewegt.
Eine axiale Verlagerung (ein Zahnstangenhub von einer neutralen Position: in der Zeichnung durch D gezeigt) der Zahnstange 10 wird durch Zugstangen (nicht gezeigt) an beiden Enden der Zahnstange 10 durch ein Angrenzen an Stoppeinrichtungen (nicht gezeigt) definiert. Wenn sich die Zahnstange 10 zu einem Ende einer axialen Verlagerung bewegt, liegt ein Endabschnitt des Stangenabschnitts 11 (Endabschnitt des Öldichtungsgleitbereichs B) an der Öldichtung 52 an.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind der Stangenabschnitt 11 und der Zahnstangenabschnitt 13 zum Verbessern deren Festigkeit gehärtet. Ein derartiges Härten wird unter verschiedenen Bedingungen für den Stangenabschnitt 11 und den Zahnstangenabschnitt 13 durchgeführt, weil sie sich in ihrer Struktur, Dicke und dergleichen unterscheiden. Auch wird eine Härte nach einem Härten separat für den Stangenabschnitt 11 und den Zahnstangenabschnitt 13 bestimmt.
Für die Stange 11 wird ein Bereich (die axiale Länge, ein Bereich, der in der Zeichnung durch E angezeigt wird), der im Wesentlichen dem Öldichtungsgleitbereich B entspricht, gehärtet. Ein Härtbereich (die axiale Länge, die in der Zeichnung durch F angezeigt wird) für den Zahnstangenabschnitt 13 ist länger als die axiale Länge C des Zahnstangenabschnitts 13 und erstreckt sich zu der Seite des Stangenabschnitts 11 (rechte Seite in der Zeichnung) zu der Mitte des Verbindungsabschnitts 12 hin. Dies führt zu einem ungehärteten Grenzbereich M (der schwächste Abschnitt der Zahnstange) zwischen dem gehärteten Bereich E des Stangenabschnitts 11 und dem gehärteten Bereich F des Zahnstangenabschnitts 13, der kürzer als die axiale Länge A des Verbindungsabschnitts 12 ist, und der zu der Seite des Stangenabschnitts 11 (rechte Seite in der Zeichnung) des Verbindungsabschnitts 12 versetzt ist.
Das Biegemoment wirkt auf die Zahnstange 10, wenn eine Biegekraft (beispielsweise eine Kraft, die durch Fahren über einen Bordstein hervorgerufen wird) durch ein Rad (nicht gezeigt) von außerhalb zu der Zahnstange 10 eingegeben wird. Dieses Biegemoment hat ein Maximum an einem Eingriffsabschnitt zwischen der Zahnstange 11 und dem Ritzel 20 bei dem Zahnstangenabschnitt 13 und wird weiter weg von dem Eingriffsabschnitt in der axialen Richtung zunehmend kleiner.
Bei der Zahnstange 10 der Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, ist der ungehärtete Grenzbereich M kürzer gemacht als die axiale Länge A des Verbindungsabschnitts 12, so dass der Grenzbereich M zu der Seite des Stangenabschnitts (rechte Seite in der Zeichnung) des Verbindungsabschnitts 12 versetzt ist. Folglich wird der ungehärtete Grenzbereich M von dem Eingriffsabschnitt der Zahnstange 10 mit dem Ritzel 20 entfernt gehalten. Dies ermöglicht es, dass das Biegemoment, das auf den ungehärteten Grenzbereich M wirkt, reduziert wird, wenn eine Biegekraft von außerhalb eingegeben wird. Deshalb wird die Biegefestigkeit der Zahnstange 10 verbessert, was es wiederum ermöglicht, dass die Härte beibehalten wird. Ferner, da die Zahnstange 10 mit einem hohlen Bauteil hergestellt ist, kann das Gewicht reduziert werden und die Biegefestigkeit weiter verbessert werden.
Die Erfindung kann auch bei einer massiven Zahnstange angewandt werden. Auch in diesem Fall wird die Biegefestigkeit der Zahnstange 10 verbessert und wird die Haltbarkeit beibehalten.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele oder Aufbauarten beschränkt ist. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung gedacht, verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abzudecken. Außerdem, während die verschiedenen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Aufbauweisen gezeigt sind, die beispielhaft sind, befinden sich andere Kombinationen und Aufbauweisen einschließlich mehrerer, wenigerer Elemente oder nur eines einzelnen Elements ebenfalls innerhalb des Wesens und Anwendungsbereichs der Erfindung.
Eine Zahnstange einer Servolenkeinheit für ein Fahrzeug hat eine verbesserte Biegefestigkeit. Die Zahnstange hat den Stangenabschnitt, der gleitbar in eine Öldichtung passt, die an einem Zylinderabschnitt eines Antriebszylinders angebracht ist, und den Zahnstangenabschnitt, der mit dem Stangenabschnitt durch den Verbindungsabschnitt ausgebildet ist und mit einem Ritzel in Eingriff steht. Ein Härten wird auf den Stangenabschnitt und auf den Zahnstangenabschnitt angewandt, vorzugsweise unter verschiedenen Bedingungen. Das bei dem Zahnstangenabschnitt angewandte Härten wird auch auf zumindest einen Abschnitt des Verbindungsabschnitts angewandt.

Claims

Zahnstange für eine Servolenkeinheit mit einem Stangenabschnitt (11) mit einem ersten Bereich (E), der einen Gleitabschnitt für einen Antriebszylinder (51) ausbildet, und einem zweiten Bereich (A), der fortlaufend in Verlängerung zu dem ersten Bereich (E) ausgebildet ist und einen Verbindungsabschnitt (12) ausbildet, und einem Zahnstangenabschnitt (13), der mit dem Verbindungsabschnitt (12) verbunden ist, und der Zähne zum Eingreifen mit einem Ritzel (20) aufweist, wobei die Zahnstange gekennzeichnet ist durch ein Aufweisen von: einem ersten gehärteten Bereich, der an zumindest dem ersten Bereich (E) des Stangenabschnitts (11) durch eine erste Härtungsbehandlung ausgebildet ist; und einem zweiten gehärteten Bereich (F), der fortlaufend an zumindest einem Abschnitt des Zahnstangenabschnitts (13) und an zumindest einem Abschnitt des zweiten Bereichs (A) des Stangenabschnitts (11) durch eine zweite Härtungsbehandlung ausgebildet ist, die sich von der erste Härtungsbehandlung unterscheidet, was zu einem ungehärteten Grenzbereich (M) zwischen dem ersten gehärteten Bereich (E) und dem zweiten gehärteten Bereich (F) führt, der zu der Stangenabschnittsseite des Verbindungsabschnitts (12) hin versetzt ist.
Zahnstange gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stangenabschnitt (11), der Verbindungsabschnitt (12) und der Zahnstangenabschnitt (13) hohle Querschnitte haben.
Zahnstange gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stangenabschnitt (11), der Verbindungsabschnitt (12) und der Zahnstangenabschnitt (13) fortlaufend ausgebildet sind.
Zahnstange gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des ersten gehärteten Bereichs und die Härte des zweiten gehärteten Bereichs unterschiedlich sind.
Zahnstange gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des ungehärteten Bereichs kleiner als eine Länge des Verbindungsabschnitts (12) ist.
Zahnstange gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stangenabschnitt (11), der Verbindungsabschnitt (12) und der Zahnstangenabschnitt (13) hohle Querschnitte haben.
Zahnstange gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stangenabschnitt (11), der Verbindungsabschnitt (12) und der Zahnstangenabschnitt (13) fortlaufend ausgebildet sind.
Zahnstange gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ferneres Aufweisen von: einer Öldichtung (52), die an dem Antriebszylinder (51) angebracht ist und an dem Stangenabschnitt (11) gleitet, wobei der erste gehärtete Bereich, der an dem Abschnitt des Stangenabschnitts (11) ausgebildet ist, einen Bereich aufweist, bei dem die Öldichtung (52) an dem Stangenabschnitt (11) gleitet.
Verfahren zum Herstellen einer Zahnstange gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Anwenden einer ersten Härtungsbehandlung auf zumindest den ersten Bereich (E) des Stangenabschnitts (11); und Anwenden einer zweiten Härtungsbehandlung auf einen fortlaufenden Bereich, der zumindest einen Abschnitt des Zahnstangenabschnitts (13) und zumindest einen Abschnitt des Verbindungsabschnitts (12) umfasst, wobei sich die zweite Härtungsbehandlung von der ersten Härtungsbehandlung unterscheidet.
Herstellverfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen für die erste Härtungsbehandlung und die zweite Härtungsbehandlung unterschiedlich sind.