可伸长轴的制作方法

1.本发明涉及一种可伸长轴。


背景技术：

2.日本专利申请公报no.2014
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238173公开了一种集成在车辆转向装置中的可伸长轴。该可伸长轴是通过借助于花键将具有多个外齿的内轴与具有多个内齿的圆筒状的外轴以能够沿轴向滑动并传递扭矩的方式配装而形成的。在内轴的外周面上形成有树脂层。


技术实现要素：

3.当内轴和外轴相对于彼此滑动时，这些滑动的轴的载荷可能导致树脂层朝着内齿的基部侧和稍端侧移动。结果，与外轴的内齿接触的树脂层的接触面积增加，这潜在地导致滑动特性的劣化。
4.本发明允许可伸长轴在树脂层与内齿的接触面积上经受较小的增加，从而使其滑动特性的劣化较少。
5.本发明的一个方面是一种可伸长轴。该可伸长轴包括：内轴，该内轴包括多个外齿；外轴，该外轴包括相对于外齿滑动的多个内齿；以及树脂层，该树脂层覆盖外齿。外齿的压力角与内齿的压力角不同。
6.该构型允许可伸长轴在树脂层与内齿的接触面积上经受较小的增加，从而使其滑动特性的劣化较少。
附图说明
7.以下将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
8.图1是具有中间轴的车辆转向装置的示意性构型图，根据实施方式的可伸长轴适用于该中间轴；
9.图2是示出根据该实施方式的中间轴的局部剖切侧视图；
10.图3是示出根据该实施方式的中间轴的一部分的横截面形状的剖视图；
11.图4是示出根据该实施方式的中间轴的制造方法的流程的流程图；
12.图5是示出根据该实施方式的树脂层的侧面的放大的剖视图；以及
13.图6是示出根据比较例的树脂层的侧面的放大的剖视图。
具体实施方式
14.下面将参照附图具体描述实施方式。下面将要描述的实施方式代表一个全面的或特定的例子。数值、形状、材料、构成要素、布置的位置以及构成要素的连接形式等是示例，并且不意图限制本发明。在以下的实施方式中的构成要素中的在表示主要概念的独立权利要求中没有记载的那些构成要素将作为可选的构成要素进行说明。
15.附图是示意图，所述示意图中一些部分根据需要被放大、省略或按比例调整以示出本发明，并且附图中的形状、位置关系和比例可能与实际的不同。
16.车辆转向装置的概述
17.图1是具有中间轴的车辆转向装置的示意性构型图，该中间轴应用了根据本实施方式的可伸长轴。如图1所示，车辆转向装置1包括：转向轴3，该转向轴3联接至诸如方向盘之类的转向构件2；以及中间轴5，该中间轴5为通过万向节4与转向轴3联接的可伸长轴；小齿轮轴7，该小齿轮轴7通过万向节6与中间轴5联接；以及作为转动轴的齿条轴8，该齿条轴8具有与设置在小齿轮轴7的端部附近的小齿轮7a啮合的齿条8a。
18.包括小齿轮轴7和齿条轴8的齿条
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小齿轮机构构成转动机构a1。齿条轴8由壳体(未示出)支撑，从而可在沿着车辆的左右方向的轴向方向上移动。齿条轴8的每个端部通过相应的拉杆和相应的转向节臂联接至相应的转动轮15。
19.转向轴3通过转向柱20被支撑在车身侧。
20.中间轴的结构
21.图2是示出根据该实施方式的中间轴5的局部剖切侧视图。图3是沿图2的线iii
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iii截取的剖视图，示出根据实施方式的中间轴5的一部分的横截面形状。
22.如图1至图3所示，作为可伸长轴的中间轴5是通过借助于花键将内轴35与圆筒状的外轴36以能够沿轴向方向x1滑动并传递扭矩的方式配装在一起而形成的。在该实施方式中，外轴36联接到作为上轴的万向节4，而内轴35联接到作为下轴的万向节6。但是，本发明不限于该形式；内轴35和外轴36中的任何一者应构成上轴，而另一者应构成下轴。
23.尽管将基于将可伸长轴应用于中间轴5的情况来描述该实施方式，但是本发明的可伸长轴可以替代地应用于转向轴3，并且转向轴3可以实现伸缩调节功能和冲击吸收功能。此外，虽然将基于车辆转向装置1是手动转向装置的情况来描述该实施方式，但是本发明的可伸长轴可以替代地应用于电动或液压动力转向装置。
24.在内轴35的外周面35a上形成有外花键37。在外轴36的内周面36a上形成有内花键38。外花键37和内花键38在沿周向方向配装在一起的状态下能够沿轴向方向滑动，并且在内轴35和外轴36相对于彼此移动的状态下，中间轴5作为整体伸出和缩回。
25.接下来，将详细描述内轴35。内轴35具有轴本体40和树脂层50。轴本体40是沿着轴向方向x1的长型构件。轴本体40由比重较小的金属制成。具体地，轴本体40由铝或铝合金一体地模制而成。轴本体40是圆柱状的本体，在其外周面上形成有外花键37。在轴本体40的一个端部处，在外周面上形成有多个外齿41。外齿41形成外花键37。外齿41绕轴本体40的轴心径向地设置。要设置的外齿41的数目应为在周向方向上至少两个，但从稳定的扭矩传递特性的观点出发，优选为四个或更多的外齿41。
26.每个外齿41沿轴向方向x1延伸。因此，作为沿周向方向在外齿41之间的部分的多个凹槽43也沿着轴向方向x1延伸。每个外齿41呈带稍端面42的渐缩形状。在外齿41中，在基侧的齿厚为第一齿厚t1，而稍端侧的齿厚为第二齿厚t2的情况下，第二齿厚t2相对于第一齿厚t1的比率(第一比率)为t2/t1。外齿41的压力角α是在齿面中的点(例如，节点)处由外齿41的半径线r1和相对于外齿41的齿面的切线l1形成的锐角。
27.树脂层50由诸如聚酰胺树脂之类的树脂材料制成，并且覆盖每个外齿41(或外花键37)的外周面。具体地，树脂层50直接覆盖每个外齿41和凹槽43至基本上均匀的厚度。树
脂层50使外花键37的齿形沿着轴向方向x1具有大致一致的形状。树脂层50的对应于每个外齿41的稍端面42的面将被称为齿稍端面59。树脂层50的与每个齿稍端面59相邻的树脂层50的面将被称为侧面58，树脂层50的对应于每个齿底的面将被称为齿底面57。
28.接下来，将详细描述外轴36。外轴36是圆筒体，并且具有形成在内周面36a上的内花键38。内花键38具有分别与外齿41啮合的多个内齿39。每个内齿39沿轴向方向x1延伸。因此，作为在内齿39中的相邻的成对的内齿39之间的部分的多个齿槽391也沿着轴向方向x1延伸。每个齿槽391中布置有一个外齿41。内齿39呈带稍端面392的渐缩形状。在齿槽391中，在顶侧上的宽度是第一凹槽宽度w1而底侧上的宽度是第二凹槽宽度w2的情况下，第二凹槽宽度w2相对于第一凹槽宽度w1的比率(第二比率)为w2/w1。内齿39的压力角β是由在齿面中的点(例如，节点)处内齿39的半径线r2与相对于内齿39的齿面的切线l2形成的锐角。内齿39的压力角β小于外齿41的压力角α。换言之，外齿41的压力角α大于内齿39的压力角β。因此，第一比率小于第二比率。由于这种关系，内齿39的稍端面392的一个端部与树脂层50的侧面58接触，但是在侧面58与内齿39的侧面393之间存在间隙s，该间隙s的宽度朝着中间轴5的径向外侧逐渐增大。
29.中间轴的制造方法
30.接下来，将描述作为可伸长轴的中间轴5的制造方法。图4是示出根据实施方式的中间轴5的制造方法的流程的流程图。
31.如图4所示，首先，通过在圆形金属棒上形成外齿41来形成轴本体40(齿形成步骤s1)。在齿形成步骤s1中，外齿41例如通过对圆棒进行拉拔、切削等而形成在圆棒的外周面上。
32.然后，在轴本体40上进行树脂注射成型以形成树脂层50(树脂层形成步骤s2)。具体地，在树脂层形成步骤s2中，树脂层50通过注射成型来形成，该注射成型包括将轴本体40容纳在模具中并且将树脂注射到模具中。由此，形成覆盖外齿41和凹槽43的树脂层50。
33.接下来，轴本体40被冷却(冷却步骤s3)。该冷却可以是自然冷却或利用冷却装置进行的冷却。该冷却使树脂层50固化。
34.接下来，将内轴35与在内周面上形成有内花键38的外轴36接合，并执行修整(smoothing)步骤s4。修整步骤s4是使内轴35和外轴36彼此相对滑动从而加热并熔融树脂层50的步骤。通过该相对滑动而产生的摩擦热熔融了树脂层50的一部分。
35.图5是示出根据实施方式的树脂层50的侧面58的放大的剖视图。图5示出了图3的圆c1内的放大图。在图5中，用虚线表示修整处理前的侧面58的形状。如图5所示，在树脂层50的侧面58与内齿39的侧面393之间留有间隙s，使得通过修整步骤s4而熔融的树脂层50的一部分向间隙s移动而鼓出，从而形成鼓出部51。鼓出部51可以部分地与内齿39的侧面393接触。
36.这里，图6是示出根据比较例的树脂层50a的侧面58a的放大的剖视图。同样在图6中，用虚线表示修整处理前的侧面58a的形状。比较例与实施方式的不同之处在于，内齿39的压力角β和外齿41的压力角α基本相等。因此，在比较例中，第一比率和第二比率基本相等，因此与实施方式相比无间隙s或存在极小间隙s。为此，当在比较例中进行了修整步骤s4时，树脂层50a的熔融部分朝向齿稍端面59和齿底面57移动，并在两个部位鼓出，从而形成鼓出部51a、51b。鼓出部51a、51b分别与内齿39的稍端面392和侧面393接触。
37.这样，在比较例中，在两个部位形成有鼓出部51a、51b，但在本实施方式中，由于鼓出部51优选地在树脂层50的侧面58与内齿39的侧面393之间的间隙s中形成，因此可以避免鼓出部51a、51b的形成。因此，使不利于扭矩传递的树脂层50所经受的与内齿39的稍端面392和侧面393(齿面)的接触面积的增加较小。
38.如上所述，中间轴5的制造包括使内轴35和外轴36彼此相对滑动并由此加热和熔融树脂层50的修整步骤s4，该修整步骤s4致使树脂层50与内齿39的接触面积的增加较小。因此，可以更可靠地抑制经受修整步骤s4的中间轴5的滑动特性的劣化。同样，在未经受修整步骤s4的中间轴5中，当内轴35和外轴36在正常使用期间相对于彼此滑动时，树脂层50的一部分熔融。在这种情况下，树脂层50的熔融部分也仅在间隙s中鼓出，使得树脂层50与内齿39的接触面积的增加较小。如此，也可以抑制没有经受修整步骤s4的中间轴5的滑动特性的劣化。
39.这里，由于铝或铝合金是轻质的，所以将铝或铝合金用于轴本体40可以减轻中间轴5(可伸长轴)的重量。另一方面，铝或铝合金具有相对较低的熔点。因此，当将铝或铝合金用于轴本体40并且通过流化床涂覆来施加树脂层时，轴本体40的强度由于在流化床涂覆期间产生的热量的影响而趋于变低。但是，根据以上说明的可伸长轴及其制造方法，由于树脂层50是通过注射模制而形成的，因此能够避免即使是铝或铝合金制成的轴本体40的强度降低。
40.优点
41.如上所述，外齿41的第二齿厚t2相对于第一齿厚t1的比率(第一比率)小于齿槽391的第二凹槽宽度w2相对于第一凹槽宽度w1的比率(第二比率)，使得可以在树脂层50的侧面58与内齿39的侧面之间留有间隙s。树脂层50的在内轴35与外轴36相对于彼此滑动时熔融的部分朝向间隙s移动并鼓出。因此，与比较例中的树脂层50在两个部位鼓出的情况相比，不利于扭矩传递的树脂层50所经受的与内齿39的接触面积的增加较小。如果接触面积的增加较小，则在内轴35和外轴36彼此相对滑动时发生的摩擦较小，因此可以抑制滑动特性的劣化。
42.由于外齿41的压力角α大于内齿39的压力角β，因此可以通过仅调节压力角α、β来可靠地建立第一比率低于第二比率的关系。与在内齿39的压力角β大于外齿41的压力角α的情况相比，在如实施方式中外齿41的压力角α大于内齿39的压力角β的情况下，能够缩短从旋转中心到啮合位置的距离，这又能够减小作用在啮合位置上的扭矩。因此，树脂层50向内齿39的稍端面392鼓出的程度较小。
43.其他
44.虽然以上基于实施方式描述了根据本发明的可伸长轴及其制造方法，但是本发明不限于上述实施方式。
45.例如，在本实施方式中，通过将外齿41的压力角α设定为比内齿39的压力角β大来建立第一比率低于第二比率的关系。然而，外齿41和内齿39可以具有使第一比率低于第二比率的任何形状。
46.在以上实施方式中，已经图示了外齿41的压力角α大于内齿39的压力角β的情况。然而，即使在外齿41的压力角α小于内齿39的压力角β的情况下，树脂层50所经受的与内齿39的接触面积的增加也稍小。这意味着外齿41的压力角α至少应与内齿39的压力角β不同。
47.在以上实施方式中，已经图示了轴本体40由铝制成的情况。然而，轴本体40可以由其他金属制成。在这种情况下，树脂层50可以通过流化床涂覆形成。
48.另外，由本领域技术人员想到的对本实施方式进行了各种变更得到的实施方式以及通过任意组合在本发明的要旨的范围内的实施方式和变形例中的构成要素和功能而建立的实施方式均包括在本发明中。
49.本发明适用于外轴具有树脂层的可伸长轴。