轉向裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種轉向裝置（1），其具備與轉向軸（102）連結而傳遞轉向操作扭矩的小齒輪齒（2a）、傳遞與轉向操作扭矩對應的輔助扭矩的小齒輪齒（4a）、在第一嚙合部（31）與小齒輪齒（2a）嚙合并且在第二嚙合部（32）與小齒輪齒（4a）嚙合的齒條軸（3）、收納齒條軸（3）的筒狀的齒條外殼（30）、以及在齒條外殼（30）的內部對齒條軸（3）進行支承的齒條襯套（5），齒條襯套（5）在第一嚙合部（31）與第二嚙合部（32）之間支承齒條軸（3）。
【專利說明】轉向裝置
【技術領域】
[0001]本申請主張于2013年2月6日提出的日本專利申請第2013-021481號的優先權，并在此引用包括說明書、附圖以及說明書摘要在內的全部內容。
[0002]本發明涉及轉向裝置。
【背景技術】
[0003]以往，作為具備齒輪齒條機構的轉向裝置，公知有電動式的動力轉向裝置，其基于電動機的輸出而產生與由方向盤的旋轉操作所產生的轉向操作扭矩對應的輔助扭矩，由此輔助駕駛者的方向盤的操作。例如，參照日本特開2008-87535號公報、日本特開2001-173756 號公報。
[0004]日本特開2008-87535號公報所記載的轉向裝置在轉向柱上設置有由電動馬達以及減速器構成的輔助機構。由方向盤的旋轉操作所產生的轉向操作扭矩、以及由輔助機構所產生的輔助扭矩傳遞至齒輪齒條機構的小齒輪軸，使嚙合于小齒輪軸的齒條軸在車輛的車寬度方向進退移動。齒條軸收納于筒狀的齒條外殼，并利用配置于齒條外殼的兩端部的齒條襯套來支承。
[0005]日本特開2001-173756號公報所記載的轉向裝置構成為,在齒條外殼的外側設置有由電動馬達以及減速器構成的輔助機構，齒條軸與傳遞轉向操作扭矩的轉向小齒輪、以及傳遞輔助機構的輔助扭矩的輔助小齒輪都嚙合。
[0006]在日本特開2008-87535號公報所記載的轉向裝置中，由于在齒條外殼的兩端部分別配置齒條襯套，所以相對于一臺轉向裝置需要兩個齒條襯套，并且在制造時還需要用于組裝這兩個齒條襯套的工時。
【發明內容】
[0007]本
【發明者】對齒條襯套的個數削減進行研究，在齒條軸與傳遞轉向操作扭矩的第一齒輪以及傳遞輔助扭矩的第二齒輪都嚙合的結構的轉向裝置中，通過使齒條襯套的配置位置最佳化，得到即使一個齒條襯套也能夠穩定地支承齒條軸的見解，最終形成本發明。
[0008]本發明的目的之一在于提供一種在齒條軸與傳遞轉向操作扭矩的第一齒輪以及傳遞輔助扭矩的第二齒輪都嚙合的齒輪齒條式的轉向裝置中，能夠穩定地支承齒條軸，并且與在齒條外殼的兩端部支承齒條軸的情況相比較能夠削減支承部件的個數的轉向裝置。
[0009]作為本發明的一個方式的轉向裝置具有:第一齒輪，其與轉向軸連結而傳遞轉向操作扭矩；第二齒輪，其傳遞與上述轉向操作扭矩對應的輔助扭矩；齒條軸，其在第一嚙合部與上述第一齒輪嚙合，并且在第二嚙合部與上述第二齒輪嚙合；筒狀的齒條外殼，其收納上述齒條軸；以及支承部件，其在上述齒條外殼的內部支承上述齒條軸。上述支承部件在上述第一嚙合部與上述第二嚙合部之間支承上述齒條軸。
[0010]在上述方式的轉向裝置中，上述齒條軸也可以形成有上述第一嚙合部的斜齒以及上述第二嚙合部的斜齒，以使由經由上述第一齒輪傳遞的轉向操作扭矩所產生的負載的徑向分力、與由經由上述第二齒輪傳遞的輔助扭矩所產生的負載的徑向分力在同一方向作用。
[0011 ] 在上述方式的轉向裝置中，上述支承部件也可以在比上述第一嚙合部更靠近上述第二嚙合部的位置支承上述齒條軸的方式構成。
[0012]根據上述方式的轉向裝置，能夠穩定地支承齒條軸，并且與在齒條外殼的兩端部支承齒條軸的情況相比較，能夠削減支承部件的個數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]根據以下參照附圖對實施方式進行詳細說明，本發明的上述以及更多的特點和優點會變得更加清楚，其中對相同的元素標注相同的附圖標記，其中，
[0014]圖1是示意地表示本發明的實施方式的轉向裝置的結構圖。
[0015]圖2是對齒條外殼的局部進行剖切并與其周邊部一同進行表示的結構圖。
[0016]圖3是表示第一嚙合部的第一小齒輪軸與齒條軸之間的嚙合部的結構的圖2的A-A線首I]視圖。
[0017]圖4是表示第二嚙合部的第二小齒輪軸與齒條軸之間的嚙合部的結構的圖2的B-B線剖視圖。
[0018]圖5是表示齒條襯套的立體圖。
[0019]圖6A表不齒條襯套收納于齒條外殼的狀態,是利用相對于齒條軸的軸向正交的剖面對齒條外殼進行切斷的剖視圖。
[0020]圖6B表示齒條襯套收納于齒條外殼的狀態，是圖6A的C-C線剖視圖。
[0021]圖7是利用矢量表示第一小齒輪軸以及第二小齒輪軸向齒條軸傳遞的力的說明圖。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1?圖7對本發明的實施方式進行說明。
[0023]圖1是示意地表示本發明的實施方式的轉向裝置的結構的示意結構圖。
[0024]該轉向裝置I具備:轉向軸102，其在一端固定有供駕駛者進行旋轉操作的方向盤101 ;中間軸103，其經由第一萬向接頭111與轉向軸102連結；第一小齒輪軸2，其經由第二萬向接頭112與中間軸103連結；以及齒條軸3，其與第一小齒輪軸2嚙合。第一以及第二萬向接頭111、112例如由萬向接頭構成。
[0025]轉向裝置I具備:轉向操作扭矩傳感器121，其檢測轉向軸102的轉向操作扭矩；控制裝置122，其與通過轉向操作扭矩傳感器121檢測出的轉向操作扭矩對應地輸出馬達電流；電動機123，其利用從控制裝置122輸出的馬達電流產生扭矩；減速機構13，其對電動機123的旋轉軸123a的旋轉進行減速；以及第二小齒輪軸4，其將減速機構13的輸出扭矩作為與轉向操作扭矩對應的輔助扭矩傳遞至齒條軸3。減速機構13由固定于電動機123的旋轉軸123a的蝸桿131、以及與蝸桿131嚙合的蝸輪132構成。第二小齒輪軸4以與蝸輪132 —體旋轉的方式固定。
[0026]在齒條軸3的兩端部經由球接頭113連結有左右轉向橫拉桿141。左右轉向橫拉桿141與左右轉向輪151連結。若齒條軸3在車寬度方向(車輛的左右方向)進退移動，則左右轉向橫拉桿141相對于齒條軸3擺動，由此對左右轉向輪151轉向操作。
[0027]在第一小齒輪軸2的一端部的外周面形成有小齒輪齒2a。該小齒輪齒2a是與轉向軸102連結而將轉向操作扭矩傳遞至齒條軸3的本發明的第一齒輪的一個例子。在第二小齒輪軸4的一端部的外周面形成有小齒輪齒4a。該小齒輪齒4a是將與轉向操作扭矩對應的輔助扭矩傳遞至齒條軸3的本發明的第二齒輪的一個例子。
[0028]第一小齒輪軸2的小齒輪齒2a在第一B齒合部31與齒條軸3的齒條齒3a哨合。第二小齒輪軸4的小齒輪齒4a在第二嚙合部32與齒條軸3的齒條齒3a嚙合。齒條齒3a作為齒線相對于齒條軸3的軸向以及徑向傾斜的斜齒(螺旋齒)而形成。第一小齒輪軸2以及第二小齒輪軸4與齒條齒3a的傾斜對應而相對于齒條軸3傾斜地嚙合。第一嚙合部31以及第二嚙合部32的齒條齒3a的傾斜的方向是相同的方向。因為齒條齒3a是斜齒,所以能夠順利地進行扭矩傳遞，并且能夠提高嚙合強度。
[0029]在第一嚙合部31與第二嚙合部32之間的位置，利用作為支承部件的齒條襯套5支承齒條軸3。齒條襯套5在比第一嚙合部31更靠近第二嚙合部32的位置支承齒條軸3。對齒條襯套5的詳細情況進行后述。
[0030]圖2是對將齒條軸3收納為可軸向移動的筒狀的齒條外殼30的局部進行剖切并與其周邊部一同進行表示的結構圖。
[0031]在齒條外殼30的內部且齒條軸3的外周側配置有齒條襯套5。齒條襯套5夾設在齒條外殼30的內周面與齒條軸3的外周面之間。另外，齒條襯套5，其與齒條外殼30的相對移動被限制，并且內周面相對于齒條軸3滑動。
[0032]在齒條外殼30的兩端部設置有具有折皺構造且可伸縮的護罩33。該護罩33收納球接頭113以及轉向橫拉桿141的一部分。
[0033]在齒條外殼30形成有沿著第一小齒輪軸2向外側延伸的第一筒狀突起部301，在該筒狀突起部301的外周上安裝有覆蓋第一小齒輪軸2的一部分的罩部件34。在第一小齒輪軸2的從罩部件34露出的一端形成有用于與第二萬向接頭112連結的細齒花鍵2b。在齒條外殼30的第一嚙合部31以及第二嚙合部32 (圖1所示的)的附近形成有朝向圖3的里側突出的第二筒狀突起部302以及第三筒狀突起部303。并且，在齒條外殼30形成有減速機構收納部304，其對構成減速機構13的蝸桿131以及蝸輪132進行收納。
[0034]圖3是表示第一小齒輪軸2與齒條軸3之間的嚙合部的周邊的結構的圖2的A-A線剖視圖。
[0035]利用配置于齒條外殼30的內部的滾針軸承21以及球軸承22,在夾住小齒輪齒2a的兩個位置支承第一小齒輪軸2。滾針軸承21配置于齒條外殼30的底部,球軸承22配置于第一筒狀突起部301的內部。第一筒狀突起部301的開口，利用形成有供第一小齒輪軸2穿過的插入孔23a的蓋部件23來封堵。
[0036]在第二筒狀突起部302的內部，將圓筒狀的導向部件24收納為可進退移動。在導向部件24的外周面上安裝有兩個O型環241，它們夾設于導向部件24的外周面與第二筒狀突起部302的內周面之間。第二筒狀突起部302的開口，利用導向按壓部件25來閉塞。導向按壓部件25限制導向部件24朝向第二筒狀突起部302的外側移動。
[0037]在導向部件24的一側端部設置有具有與齒條軸3的外周面相適合的內周面的凹狀的導向面24a。在導向部件24的另一側端部設置有向導向按壓部件25側開口的彈簧收納孔24b。另外，在導向部件24設置有向導向面24a以及彈簧收納孔24b開口的階梯狀的安裝孔24c。
[0038]在導向部件24的安裝孔24c配置有推壓部件26，其將齒條軸3的齒條齒3a向第一小齒輪軸2的小齒輪齒2a推壓。在彈簧收納孔24b配置有壓縮彈簧27。使齒條齒3a與小齒輪齒2a嚙合的方向的、由壓縮彈簧27所產生的推壓力，經由導向部件24而賦予推壓部件26。
[0039]圖4是表示第二小齒輪軸4與齒條軸3之間的嚙合部的周邊的結構的圖2的B-B線剖視圖。
[0040]蝸桿131以及蝸輪132收納于齒條外殼30的減速機構收納部304。固定于蝸輪132的第二小齒輪軸4的小齒輪齒4a的兩側,利用滾針軸承41以及球軸承42來支承。
[0041]利用與第一嚙合部31的齒條軸3相同的結構，向第二小齒輪軸4推壓第二嚙合部32的齒條軸3。即，設置有具有與齒條軸3的外周面相適合的內周面的凹狀的導向面44a、彈簧收納孔44b以及安裝孔44c的圓筒狀的導向部件44，可進退移動地收納于第三筒狀突起部303的內部，第三筒狀突起部303的開口利用導向按壓部件45來封堵。
[0042]在導向部件44的安裝孔44c配置有推壓部件46，推壓部件46接受來自收納于彈簧收納孔44b的壓縮彈簧47的推壓力而將齒條軸3的齒條齒3a向第二小齒輪軸4的小齒輪齒4a推壓。
[0043]圖5是表示齒條襯套5的立體圖。齒條襯套5由具有彈性的樹脂構成，并形成為圓筒狀。
[0044]齒條襯套5 —體地具有彼此外徑不同的小徑部51、大徑部52以及中間部50。小徑部51的外徑形成為比中間部50的外徑小，大徑部52的外徑形成為比中間部50的外徑大。小徑部51形成于齒條襯套5的軸向的一側的端部，大徑部52以在其與小徑部51之間夾設有中間部50的方式形成于軸向的另一側的端部。在中間部50沿其外周面嵌合有兩個O型環500。
[0045]在齒條襯套5形成有多條(在本實施方式中為六條)從大徑部52側的軸向端面52a沿軸向延伸至中間部50的小徑部51側的端部的第一狹縫5a、以及多條(在本實施方式中為六條)從小徑部51側的軸向端面51a沿軸向延伸至中間部50的大徑部52側的端部的第二狹縫5b。
[0046]第一狹縫5a以及第二狹縫5b沿齒條襯套5的周向交替地等間隔地形成。由于形成有第一狹縫5a以及第二狹縫5b，從而齒條襯套5能夠在徑向伸縮。
[0047]在本實施方式中，大徑部52被六條第一狹縫5a分割為第一?第六圓弧片521?526。在各個圓弧片521?526的內周面上形成有與第二狹縫5b形成為連續的凹槽52b。第一?第六圓弧片521?526中的經由齒條襯套5的中心軸而相對的第一圓弧片521以及第四圓弧片524，其內徑形成為比其他的圓弧片522、523、525、526的內徑小。另外，在第一圓弧片521的外周上設置有向齒條襯套5的徑向外側突出的凸臺部521a。
[0048]圖6A、圖6B表不齒條襯套5收納于齒條外殼30的狀態，圖6A是利用相對于齒條軸3的軸向正交的剖面對齒條外殼30進行剖切的剖視圖，圖6B是圖6A的C-C線剖視圖。在齒條外殼30的內部，齒條襯套5的軸向移動以及旋轉被限制。
[0049]在齒條外殼30形成有從內周面30a朝向徑向的外側凹陷的環狀的第一凹部305、以及在第一凹部305的底面的周向的一個位置朝向徑向的外側進一步凹陷的第二凹部306。
[0050]在第一凹部305嵌合有齒條襯套5的大徑部52。由此，限制齒條襯套5相對于齒條外殼30軸向移動。在第二凹部306嵌合有齒條襯套5的第一圓弧片521的凸臺部521a。由此，限制齒條襯套5相對于齒條外殼30旋轉。換句話說，通過使凸臺部521a嵌合于齒條外殼30的第二凹部306，來止轉齒條襯套5。
[0051]如圖6A所不,齒條軸3由于其外周面3b與齒條襯套5的第一圓弧片521的內周面521b以及第四圓弧片524的內周面524b接觸，而被齒條襯套5支承。齒條軸3的齒條齒3a與第二圓弧片522以及第三圓弧片523對置。第一圓弧片521以及第四圓弧片524，對齒條軸3的外周面3b的齒條齒3a的齒線方向(圖6A的上下方向)的兩端部進行支承。
[0052]齒條襯套5利用嵌合于中間部50的周槽50a的兩個O型環500的彈性，將第一圓弧片521的內周面521b以及第四圓弧片524的內周面524b彈性地推壓于齒條軸3的外周面3b。由此，齒條襯套5彈性地支承齒條軸3。
[0053]在組裝齒條襯套5時，在將齒條軸3插入齒條外殼30之前，使第一狹縫5a以及第二狹縫5b的寬度變窄而使齒條襯套5以縮徑的狀態從齒條外殼30的一側的端部插入齒條外殼30內，并將其壓入移動至圖6所示的規定的位置。若齒條襯套5移動至該位置，則齒條襯套5由于齒條襯套5本身的彈性而擴徑，從而大徑部52嵌合于第一凹部305，并且凸臺部521a嵌合于第二凹部306。
[0054]圖7是利用矢量表示第一小齒輪軸2以及第二小齒輪軸4向齒條軸3傳遞的力的說明圖。以下，以將齒條軸3的軸向(長度方向)配置為水平，圖7的上側處于垂直方向的上方，圖7的下側處于垂直方向的下方的情況進行說明。齒條軸3的軸向是圖7的左右方向。
[0055]齒條齒3a在第一哨合部31以及第二哨合部32相對于齒條軸3的軸向向相同的方向傾斜，第一小齒輪軸2以及第二小齒輪軸4也相對于齒條軸3的軸向向相同的方向傾斜。齒條軸3由于轉向操作扭矩而從第一小齒輪軸2的小齒輪齒2a接受的第一負載LI，與第一小齒輪軸2的傾斜對應地，以相對于齒條軸3的軸向具有傾斜角Θ的方式作用于齒條軸3。齒條軸3由于輔助扭矩而從第二小齒輪軸4的小齒輪齒4a接受的第二負載L2，與第二小齒輪軸4的傾斜對應地，以相對于齒條軸3的軸向具有傾斜角φ的方式作用于齒條軸3。
[0056]在本實施方式中，第一小齒輪軸2以及第二小齒輪軸4相對于齒條軸3的傾斜的
角度相同，傾斜角Θ與傾斜角φ相等，所以第一負載LI以及第二負載L2成為方向相同的
矢量負載。換句話說，齒條軸3以由經由第一小齒輪軸2的小齒輪齒2a傳遞的轉向操作扭矩所產生的第一負載L1、與由經由第二小齒輪軸4的小齒輪齒4a傳遞的輔助扭矩所產生的第二負載L2在同一方向作用的方式,形成有第一哨合部31以及第二哨合部32的齒條齒
3a ο
[0057]齒條齒3a的形成面上的沿齒條軸3的軸向的第一負載LI的軸向分力Llh以及第二負載L2的軸向分力L2h成為使齒條軸3在軸向移動的移動力。軸向分力Llh的大小為LlXcos Θ，軸向分力L2h的大小為L2><COSCp。
[0058]沿齒條軸3的徑向的第一負載LI的徑向分力Llv以及第二負載L2的徑向分力L2v成為使齒條軸3在徑向移動的移動力。由于第一哨合部31的齒條齒3a的傾斜方向與第二哨合部32的齒條齒3a的傾斜方向相同,所以徑向分力Llv以及徑向分力L2v在同一方向作用。徑向分力Llv的大小為LlXsin Θ，且徑向分力L2v的大小為L2xsill(p。在圖
7所示的例子中，徑向分力Llv以及徑向分力L2v均以使齒條軸3向上方移動的方式作用。
[0059]齒條襯套5接受徑向分力Llv以及徑向分力L2v，與此相對，使齒條軸3受到反作用力負載R。由此，徑向分力Llv以及徑向分力L2與由齒條襯套5所產生的反作用力負載R平衡，從而通過第一嚙合部31、第二嚙合部32、以及與齒條襯套5的接觸部這三點的支承而穩定地支承齒條軸3。另外,在向相反方向對方向盤101進行轉向操作,從而第一負載LI以及第二負載L2在與圖7所示的情況相反的方向產生的情況下，也同樣通過三點支承而穩定地支承齒條軸3。
[0060]由于第二小齒輪軸4的輔助扭矩比第一小齒輪軸2的轉向操作扭矩大，所以在本實施方式中，齒條襯套5在比第一嚙合部31更靠近第二嚙合部32的位置支承齒條軸3。由此，由于齒條軸3在受到比較大的徑向分力L2v的第二嚙合部32附近的位置被齒條襯套5支承，所以與齒條襯套5配置于第一嚙合部31附近的情況相比較，更加穩定地支承。
[0061]更優選為，例如也可以在轉向操作扭矩與輔助扭矩之比為a:b的情況下，使齒條襯套5在距第一嚙合部31的距離Dl與距第二嚙合部32的距離D2之比(D1:D2)等于b:a的位置支承齒條軸3。由此，更加穩定地支承齒條軸3。
[0062]以上，基于上述的實施方式對本發明的轉向裝置進行了說明，但本發明并不局限于上述的實施方式，在不脫離其主旨的范圍內能夠在各種方式中實施。
[0063]例如，在上述實施方式中，對第一嚙合部31的齒條齒3a的傾斜角與第二嚙合部32的齒條齒3a的傾斜角相同的情況進行了說明，但并不局限于此，各個傾斜角也可以不同。在該情況下，只要第一嚙合部31的齒條齒3a的傾斜方向與第二嚙合部32的齒條齒3a的傾斜方向相同，便能夠得到與上述實施方式同樣的作用以及效果。
[0064]另外，在上述實施方式中，在齒條軸3的第一嚙合部31與第二嚙合部32之間連續地形成有齒條齒3a，但在第一嚙合部31與第二嚙合部32之間也可以存在未形成有齒條齒3a的區域。
[0065]另外，在上述實施方式中，將檢測轉向操作扭矩的轉向操作扭矩傳感器121設置于轉向軸102的外周上，但并不局限于此，也可以在第一小齒輪軸2上檢測轉向操作扭矩，并與該轉向操作扭矩對應地控制馬達電流。
【權利要求】
1.一種轉向裝置，其特征在于，具備: 第一齒輪，其與轉向軸連結而傳遞轉向操作扭矩； 第二齒輪，其傳遞與所述轉向操作扭矩對應的大小的輔助扭矩； 齒條軸，其在第一哨合部與所述第一齒輪哨合，并且在第二哨合部與所述第二齒輪哨入.1=I , 筒狀的齒條外殼，其收納所述齒條軸；以及 支承部件，其在所述齒條外殼的內部支承所述齒條軸； 所述支承部件在所述第一嚙合部與所述第二嚙合部之間支承所述齒條軸。
2.根據權利要求1所述的轉向裝置，其特征在于， 所述齒條軸形成有所述第一嚙合部的斜齒以及所述第二嚙合部的斜齒，以使由經由所述第一齒輪傳遞的轉向操作扭矩所產生的負載的徑向分力、與由經由所述第二齒輪傳遞的輔助扭矩所產生的負載的徑向分力在同一方向作用。
3.根據權利要求1或2所述的轉向裝置，其特征在于， 所述支承部件在比所述第一嚙合部更靠近所述第二嚙合部的位置支承所述齒條軸。
【文檔編號】B62D5/04GK103963831SQ201410041115
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2013年2月6日
【發明者】中山陽平 申請人:株式會社捷太格特