空心齿条杆及制造空心齿条杆的方法.pdf

提供一种空心齿条杆(10)以及制造空心齿条杆的方法。空心齿条杆(10)包括具有均匀壁厚的空心空管部和齿条齿部。齿条齿部包括：齿；具有平坦表面(35)和沿空管部的中心轴的方向与齿并排布置的平坦部(33)；以及设置在平坦部(33)的相对于垂直中心轴的方向的端部且布置得比平坦部低的倾斜部(34)。倾斜部(34)投影在垂直于中心轴且平行于平坦部的表面的直线上的长度(t1)大于零、且等于或小于空管部的壁厚(t)。

权利要求书
1.  一种空心齿条杆，包括：
具有均匀壁厚的空心空管部；以及
齿条齿部，该齿条齿部包括：齿；平坦部，该平坦部具有平坦表 面，并且在沿所述空管部的中心轴的方向上与所述齿并排布置；以及 倾斜部，该倾斜部设置在所述平坦部的相对于垂直所述中心轴的方向 的端部，并且该倾斜部布置成比所述平坦部低；
其中，所述倾斜部投影在直线上的长度大于零并且等于或小于所 述空管部的壁厚，该直线垂直于所述中心轴并且平行于所述平坦部的 表面。

2.  如权利要求1所述的空心齿条杆，其中，由平面和所述倾斜部 的表面形成的角度在沿着所述中心轴的范围内一致，并且在该范围内 设置有所述齿，所述平面从所述平坦部的所述表面延伸并且平行于所 述平坦部的所述表面。

3.  如权利要求1所述的空心齿条杆，其中，由平面和所述倾斜部 的表面形成的角度从设置有所述齿的范围的两侧沿着所述中心轴朝着 该范围的中间减小，并且该角度在该范围的中间为零，所述平面从所 述平坦部的所述表面延伸并且平行于所述平坦部的所述表面。

4.  一种制造空心齿条杆的方法，包括：
在空心空管件的齿条形成部上形成平坦部和倾斜部，以形成齿条 形成预备部，所述齿条形成部具有均匀壁厚，所述平坦部具有平坦表 面，以及所述倾斜部设置在所述平坦部的相对于垂直所述空管件的中 心轴的方向的端部，并且布置成比所述平坦部低；
使齿形成模具与所述齿条形成预备部进行接触；以及
从所述齿条形成预备部的内侧朝着所述齿形成模具使所述齿条形 成预备部塑性变形；
其中，所述倾斜部投影在直线上的长度大于零并且等于或小于所 述空管件的壁厚，该直线垂直于所述中心轴且平行于所述平坦部的表 面。

5.  根据权利要求4所述的制造空心齿条杆的方法，其中，通过使 平坦部形成模具按压所述齿条形成部，来形成所述齿条形成预备部。

说明书空心齿条杆及制造空心齿条杆的方法
技术领域
本发明涉及一种具有齿条齿部的空心齿条杆，以及制造空心齿条 杆的方法。
背景技术
齿条杆，例如用于车辆转向装置的齿条杆，由空心金属管形成。 例如，使钢管的形成齿条齿部的部分变平以具有平坦的外表面。然后， 将具有与要形成的齿条齿相应的轮廓的阴模按压在所述变平部分，以 及将心轴插入钢管中。
通过将心轴插入到所述钢管，所述变平部分被从内侧向外推动， 且塑性地变形。在所述阴模按压所述变平部分的情况下，形成与所述 阴模的轮廓一致的齿。
为了防止当通过使用所述心轴的塑性加工形成齿条齿时产生毛 边，钢管上要形成齿条齿部的部分可形成为具有平坦的外表面的平坦 部，以及在所述平坦部各侧的倾斜部(参见，例如，JP2002-178095A)。
在将阴模按压在所述管件的同时，当通过从管件的内侧的塑性加 工来形成齿条齿时，齿条齿形成为在齿条齿的宽度方向从它们的中心 部分突出。齿条齿的宽度方向为与齿条齿并排布置的方向相交的方向。
齿条齿的宽度与心轴插入到管件中的次数成比例地增加。因此， 调整心轴插入到管件中的次数，从而使齿条齿具有所需的宽度。
如前所述，齿条齿形成为在齿条齿的宽度方向从它们的中心部分 突出，且心轴多次插入所述管件直到齿条齿具有所需宽度，这需要一 定量的次数。
进一步地，由于齿条齿形成为在齿条齿的宽度方向从它们的中心 部分突出，负载重复施加到使得与齿条齿的中心部分接触的所述模的 一个部分，这可能缩短所述模的寿命。
发明内容
本发明的目的为提供一种空心齿条杆以及制造空心齿条杆的方 法，根据本发明能够有效制造空心齿条杆，同时抑制模具的寿命的缩 短。
根据本发明的一个方面，提供一种空心齿条杆。所述空心齿条杆 包括具有均匀壁厚的空心空管部；以及齿条齿部，该齿条齿部包括： 齿；平坦部，该平坦部具有平坦表面，并且在沿所述空管部的中心轴 的方向上与所述齿并排布置；以及倾斜部，该倾斜部设置在所述平坦 部的相对于垂直所述中心轴的方向的端部，并且该倾斜部布置成比所 述平坦部低；其中，所述倾斜部投影在一直线上的长度大于零并且等 于或小于所述空管部的壁厚，该直线垂直于所述中心轴并且平行于所 述平坦部的表面。
根据本发明的另一方面，提供一种制造空心齿条杆的方法。所述 方法包括在空心空管件的齿条形成部上形成平坦部和倾斜部，以形成 齿条形成预备部，所述齿条形成部具有均匀壁厚，所述平坦部具有平 坦表面，以及所述倾斜部设置在所述平坦部的相对于垂直所述空管件 的中心轴的方向的端部，并且布置成比所述平坦部低；使齿形成模具 与所述齿条形成预备部进行接触；以及从所述齿条形成预备部的内侧 朝着所述齿形成模具使所述齿条形成预备部塑性变形；其中，所述倾 斜部投影在一直线上的长度大于零并且等于或小于所述空管件的壁 厚，该直线垂直于所述中心轴且平行于所述平坦部的表面。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的齿条杆的透视图。
图2是沿图1的线II-II截取的齿条杆的截面图。
图3是用于形成齿条杆的钢管的透视图。
图4是由所述钢管形成的初级模制件的透视图。
图5是沿钢管的中心轴截取的截面图，示出所述钢管放置在初级 制模装置中的状态。
图6是沿垂直于所述初级模制件的中心轴的平面截取的截面图， 示出利用初级制模装置形成初级模制件的状态。
图7是所述初级模制件的侧视图。
图8是沿齿条杆的中心轴截取的截面图，且示出齿条杆放置在齿 形成装置中的状态。
图9是沿图8中的线IX-IX截取的齿条杆和齿形成装置的截面图。
图10是根据本发明的第二实施例的用于形成齿条杆的初级模制 件的侧视图。
图11是沿图10中的线XI-XI截取的初级模制件的截面图。
图12是沿图中10的线XII-XII截取的初级模制件的截面图。
图13是在齿条形成预备部的沿中心轴的一端沿垂直于中心轴的 平面截取的截面图，且示出制造初级模制件的状态。
图14是在齿条形成预备部的沿中心轴的中间部沿垂直于中心轴 的平面截取的截面图，且示出制造初级模制件的状态。
具体实施方式
参考图1-9描述本发明的根据第一实施例的空心齿条杆以及制造 空心齿条杆的方法。图1是齿条杆10的透视图，空心齿条杆的例子。 齿条杆10用于，例如，车辆的转向装置。
如图1所示，齿条杆10包括空管部20和齿条齿部30。空管部20 为齿条杆10除齿条齿部30之外的部分。空管部20具有空心形状，且 空管部20沿中心轴X方向的两端是开口的。图1中，示出了齿条杆 10的一个端部11，且省略了其另一端部。然而，另一端也是开口的， 与图1示出的一端相同。
在沿垂直于中心轴X的平面截取的空管部20的横截面中，空管部 20的外边缘具有圆形形状，且空管部20的内边缘具有与外边缘的圆形 形状同轴的圆形形状。中心轴X为通过外边缘的圆形形状的中心以及 内边缘的圆形形状的中心的直线。空管部20在垂直于中心轴X的方向 的壁厚t在任何位置均相同。也就是说，空管部20具有均匀壁厚。所 述壁厚定义为在所述外边缘和所述内边缘之间，且为沿垂直于中心轴X 且从中心轴X延伸的直线的长度。
齿条齿部30包括凹口31和形成在凹口31上的齿32。凹口31沿 中心轴X延伸。凹口31包括平坦部33和倾斜部34。齿32形成为从 平坦部33向外突出。
图2为沿图1的线II-II截取的齿条杆10的截面图。也即，图2 示出了在平坦部33沿垂直于中心轴X截取的齿条杆10的横截面。图 2示出了虚圆200。虚圆200为由空管部20的外边缘在沿垂直于中心 轴X的平面截取的横截面上形成的圆。将虚圆200与在凹口31处截取 的齿条杆10的横截面的外边缘共同的部分图示为与齿条杆10的横截 面的外边缘重叠。
平坦部33在沿中心轴X的任意位置可具有如图2所示的形状。如 图2所示，平坦部33的表面35是水平表面，且是在沿垂直于中心轴X 的平面截取的横截面上形成虚圆200的一部分弦的平坦表面。
倾斜部34相对于垂直于中心轴X的方向分别形成在平坦部33的 两端。倾斜部34相对于平坦部33的表面35向下倾斜。倾斜部34的 每个表面36为与平坦部33的表面35的相应端连续的平坦表面，平行 于中心轴X，在沿垂直于中心轴X的平面截取的横截面上形成虚圆200 的一部分弦，且相对于表面35倾斜。
接下来，更详细地描述表面35、36。从表面35延伸且与之平行 的平面VP与倾斜部34的表面36形成的角度α，在齿32形成的范围 内一致。换句话说，角度α在沿中心轴X布置在一端的齿32和布置在 另一端的齿32之间的范围内一致。
倾斜部34的表面36垂直投射到虚直线VL上的长度用t1表示。 虚直线VL垂直于中心轴X，且平行于平坦部33的表面35。长度t1 等于或小于所述壁厚t。
齿32形成在平坦部33上。每个齿32具有从平坦部33的表面35 突出的轮廓。齿32沿与第一方向A相交的第二方向B延伸。第一方向 A垂直于中心轴X，且平行于平坦部33的表面35。连接齿条齿部30 的凹口31与空管部20的连接部21平滑地形成。
接下来，描述制造齿条杆10的方法的例子。图3是钢管40的透 视图，用于形成齿条杆10的空管件的例子。齿条杆10由钢管40形成。 在图3中示出忽略了其纵向的中心部的钢管40。
如图3所示，钢管40为壁厚为t的筒状体。也即，钢管具有中空 的形状。钢管40包括在其上形成齿条齿部的齿条形成部41。在形成齿 条齿部之前，齿条形成部41具有与钢管40的其他部分相同的形状。 换句话说，齿条形成部41为形成齿条齿部30的区域。
因此，在沿垂直于中心轴X的第一方向A截取的横截面中，钢管 40在齿条形成部41的范围内的任意位置具有壁厚t。
为了形成齿条杆10，首先，由钢管40形成初级模制件50。图4 为初级模制件50的透视图。如图4所示，初级铸模件50利用初级制 模装置51通过使钢管40成形而获得。下面具体描述初级模制件50。
图5、6为截面图，示出了其中利用初级制模装置51将初级模制 件50从钢管40制出的状态。图5为沿钢管40的中心轴X截取的截面 图，示出了钢管40放置在初级制模装置51中的状态。如图5所示， 初级制模装置51包括下部支撑分离模具52，上部支撑分离模具53和 冲头54。下部支撑分离模具52适于支撑钢管40的下部。上部支撑分 离模具53适于支撑钢管40的上部。
图6为沿垂直于初级模制件50的中心轴X的方向截取的截面图， 示出了利用初级制模装置51形成初级模制件50的状态。图6示出了 初级模制件50固定在初级制模装置51中的状态。
如图5、6所示，通孔55形成在与齿条形成部41相对应的上部支 撑分离模具53的一部分上。通孔55穿透上部支撑分离模具53。冲头 54能够插入到通孔55。通孔55具有与钢管40的齿条形成部41相同 的尺寸。
通过将冲头54插入到通孔55，且将冲头54按压钢管40的齿条 形成部41，如图6所示，齿条形成部凹进成形成齿条形成预备部56， 如图4所示。
钢管40设置在初级制模装置51中，从而使齿条形成部41与通孔 55相对。因此，当冲头54插入到通孔55时，冲头54按压齿条形成部 41。图6示出了在齿条形成预备部56截取的初级模制件50的横截面。
如图4和6所示，初级模制件50的齿条形成预备部56包括平坦 部60和倾斜部61。平坦部60与上述齿条杆10的平坦部33相同。区 别是齿32从齿条杆10的平坦部33的表面35突出，但齿32尚未形成 在初级模制件50的平坦部60上。初级模制件50的倾斜部61与齿条 杆10的倾斜部34相同。因此，图2示出的由齿条杆10的齿条齿部30 的外周边缘定义的形状与图6示出的由初级模制件50的齿条形成预备 部56的外周边缘定义的形状相同。
齿32利用齿形成装置70形成在初级模制件50上，从而形成齿条 杆10。换句话说，初级模制件50的平坦部60的一部分和倾斜部61形 成作为齿条杆10的平坦部33和倾斜部34。
图7为初级模制件50的侧视图。图7示出了从垂直于初级模制件 50的中心轴X且平行于平坦部60的表面62的方向看的初级模制件50。 图4中的部分F4为显示初级模制件50的平坦部60的一部分的俯视图。 如图4和7所示，倾斜部61形成在平坦部60的两端。
图8为沿齿条杆10的中心轴X截取且垂直于平坦部33的表面35 的截面图，示出了齿条杆10放置在齿形成装置70中的状态。图9为 表示齿条杆10和齿形成装置70沿图8中的线IX-IX截取的截面图。图 9示出了齿条杆10的齿条齿部30和接近齿条齿部30的齿形成装置70 的一个部分。
如图8和9所示，齿形成装置70包括下部支撑分离模具71，上 部支撑分离模具72以及齿形成模具73。下部支撑分离模具71和上部 支撑分离模具72可与初级制模装置51的下部支撑分离模具52和上部 支撑分离模具53相同。
齿形成模具73具有与将要形成的齿的轮廓相应的形状。如图8和 9所示，通过上部支撑分离模具72的通孔74，使齿形成模具73与齿 条形成预备部56的平坦部60的表面62相接触。将初级模制件50设 置在齿形成装置70中，使得齿条形成预备部56在齿形成模具73的插 入方向上与通孔74相对。在这种状态下，通过将心轴75插入初级模 制件50中，初级模制件50从初级模制件50的内侧塑性地变形。
齿形成模具73具有与要形成的齿32相应的凹进构造。齿形成模 具73的远端73a与平坦部60的表面62接触，且具有平行于表面62 的形状。图9示出了与齿32相应的齿形成模具73的凹部。
通过使齿条形成预备部56从初级模制件50的齿条形成预备部56 的内侧向齿形成模具73塑性地变形，其上形成齿32的齿条形成预备 部56的平坦部60的区域突出。这样，形成齿32。多种类型的心轴75 插入到初级模制件，直到获得对于齿32所需的齿的高度和齿的宽度。
如上所述，利用初级制模装置51从钢管40形成初级模制件50， 而后利用齿形成装置70从初级模制件50形成齿条杆10。这样，能够 有效地形成齿32，且也能够防止齿形成模具73的寿命缩短。
如图2和6所示，在齿条形成预备部56和齿条齿部30中，倾斜 部34、61投射到垂直于中心轴X且平行于平坦部33、60的表面35、 62的虚直线上的长度t1等于或小于钢管40的壁厚t。因此，初级模制 件50的平坦部60的壁厚t3比钢管40的壁厚t厚，也即t3>t。壁厚 t3为沿垂直于平坦部60的表面62的方向上的长度。这一点将具体描 述。
初级制模装置51的下部支撑分离模具52设置有用于支撑钢管40 的凹口52a，且凹口52a具有与钢管40的表面的弧形形状相符的弧形 形状。上部支撑分离模具53的除通孔55以外的区域具有与钢管40的 表面的弧形形状相符的弧形形状。冲头54与齿条形成部41接触的部 分具有与初级模制件50的平坦部60和倾斜部61相对应的形状。
当钢管40的齿条形成部41被冲头54按压且因此形成平坦部60 和倾斜部61时，与钢管的其它部分相比，平坦部60和倾斜部61的壁 厚增加凹进的量。进一步地，由于倾斜部61同时形成，平坦部60沿 第一方向A从倾斜部61侧被推向钢管的中心。因此，初级模制件50 的齿条形成预备部56的壁厚t3变得比钢管40的壁厚t更厚。
进一步地，因为倾斜部61的投射到垂直于中心轴X且平行于平坦 部60的表面62的直线的长度t1等于或小于钢管40的壁厚t，所以平 坦部60在第一方向A的长度L1小于初级模制件50的内侧通孔90在 第一方向上从其一端到另一端的长度L2。因此，通孔90在第一方向A 的长度L2等于钢管40的内侧通孔的直径L3。另外，即使当L2变得 短于L3时，也能够抑制L2的减少量。
当倾斜部61在第一方向A的长度t1，即，倾斜部61的投射到平 行于平坦部60的表面62的直线上的长度t1长于钢管40的壁厚t时， 根据倾斜部61的形成，初级模制件50的通孔90在第一方向A的长度 L2短于钢管40的内侧通孔的直径L3，且L2的相对于L3的减少量增 加。
当初级模制件50的通孔90在第一方向A的长度L2相对于钢管 40的内侧通孔的直径L3的减少量增加时，需要减小用于塑性加工的心 轴的尺寸。即，由于通孔90的尺寸减小，插入到通孔90中的心轴75 的尺寸因此需要减小。
由于心轴75的尺寸减小，平坦部60的推出量减小。由于推出量 减小，需要增加插入心轴75的次数。因为这个原因，为获得所需的齿 高度和齿宽度的塑性加工的次数增加，且因此难以有效形成齿32。
相比之下，根据本实施例，t1≤t。因此，在塑性加工之前的初级 模制件50的平坦部60的壁厚t3能够比钢管40的壁厚t1更厚，且能 够防止初级模制件50的通孔90的尺寸减小。进一步地，能够增加平 坦部60在第一方向A的长度。
通过增加平坦部60的壁厚，能够增加单次塑性加工所获得的齿的 推出量。进一步地，通过增加平坦部60在第一方向A的长度，能够在 单次塑性加工中在宽度方向上也获得足够的推出量。另外，由于能够 防止初级模制件50的通孔90的尺寸减小，能够使用更大的心轴75。
因此，能够利用减少次数的塑性加工形成齿32。由于能够减少塑 性加工的次数，所以能够使作用在齿形成模具73上的负载可以做得小。 因此，能够防止模的寿命缩短。
如图1所示，初级模制件50的倾斜部61保留为齿条杆10的倾斜 部34，如上所述。
接下来，参考图10-14描述根据本发明的第二实施例的空心齿条 杆和制造空心齿条杆的方法。此处，与第一实施例的具有相同功能的 结构使用与第一实施例的相同的参考数字表示，且省略对其的描述。 第二实施例与第一实施例不同在于：当形成初级模制件50时代替冲头 54采用冲头80，以及初级模制件50具有不同形状。将具体描述所述 不同。
图10是第二实施例的初级模制件50侧视图。图11为沿10中的 线XI-XI截取的初级模制件的截面图。图11示出了在齿条形成预备部 56的一端P1沿垂直于中心轴X的平面截取的齿条形成预备部56的横 截面。图12是沿图10中的线XII-XII截取的初级模制件的截面图。图 12示出在齿条形成预备部56沿中心轴X的中间部P3沿垂直于中心轴 X的平面截取的齿条形成预备部56的横截面。
如图11所示，齿条形成预备部56构成为，使得平坦部60和倾斜 部61设置在齿条形成预备部56的一端P1处，如第一实施例的图6。 如图11所示的齿条形成预备部56，换句话说，平坦部60和倾斜部61 具有与第一实施例的齿条形成预备部56相同的形状。
如图12所示，齿条形成预备部56具有在齿条形成预备部56的中 间部不设置倾斜部61而仅设置平坦部60的形状。如图11所示，齿条 形成预备部56构成为，倾斜部61的角度α沿齿条形成预备部56的中 心轴X从一端P1向中间部P1逐渐减小，且倾斜部61及虚平面VP形 成的角度α在中间部P3变为零。因此，齿条形成预备部56具有仅平 坦部60设置在齿条形成预备部56沿中心轴X的中间部P3的形状。
齿条形成预备部56的另一端的形状与图11中相同。进一步地， 齿条形成预备部56构成为，倾斜部61的角度α沿中心轴X从其另一 端P2向中间部P3减小。具体地，沿中心轴X从一端P1向中间部P3 所产生的齿条形成预备部56的形状的改变(即倾斜部61的角度α的 改变)与从另一端P2向中间部P3所产生的形状改变(即倾斜部61的 角度α的改变)相同。结果，角度α沿中心轴X从其中设置有齿32的 范围的两侧向该范围的中间部减小，且在该范围的中间部为零。
在第二实施例的用于制造初级模制件50的初级制模装置51中， 代替冲头54使用冲头80。图13和14为示出了形成初级模制件50的 状态的截面图。
图13为在沿中心轴X的一端沿垂直于中心轴X的方向截取的截 面图，示出了制造初级模制件50的状态。如图13所示，冲头80相应 于齿条形成预备部56的两端P1、P2之间的区域和在中间部P3之前的 部分的区域具有与倾斜部61相对应的形状。冲头80的与齿条形成预 备部56的另一端P2相对的区域具有与图13中的相同的形状。图14 是在沿中心轴X的中间部P3沿垂直于中心轴X的方向截取的初级模 制件50的截面图。
除第一实施例的效果外，根据本实施例，也能够进一步防止齿形 成模具73寿命缩短。将具体描述这一点。
当通过将心轴75插入初级模制件50中塑性加工齿条形成预备部 56时，存在齿32易于在早期阶段沿齿条形成预备部56的中心轴X形 成在中间部P3的倾向。
因此，当齿条形成预备部56的沿中心轴X的中间部P3处的倾斜 部变得比齿条形成预备部56的沿中心轴X的两端处的倾斜部小，且齿 条形成预备部56的倾斜部61的表面63和平坦部60的表面62之间的 角度α从两端P1、P2向中间部P3减小时，如在第二实施例中，能够 从齿条形成预备部56的沿中心轴X的两端P1、P2向中间部P3延迟齿 32的形成。
通过这个构造，抵消了齿32在齿条形成预备部56的沿中心轴X 的中间部P3的早期形成，且因此在沿中心轴X的所有位置以大致统一 的方式形成齿32。换句话说，倾斜部61的表面63和平坦部60的表面 62之间的角度α从两端P1，P2向中间部P3的改变构造为，使得齿条 形成预备部56的齿32的生成速度在沿中心轴X的所有位置成为统一 的。
当齿条形成预备部56的沿中心轴X的中间部P3处的齿32在早 期阶段形成时，仍然需要通过将心轴75插入到初级模制件50中而使 齿条形成预备部56塑性变形，直到齿32形成在沿中心轴X的两端P1、 P2。这样，施加负载到齿形成模具73的与齿32相对的区域上，齿32 形成在齿条形成预备部56的沿中心轴X的中间部P3处。
然而，根据第二实施例，齿32在齿条形成预备部56的沿中心轴 X的所有位置以大致统一的方式生成，如上所述。因此，能够减少在 齿形成模具73上的负载。
在上述实施例中，齿条杆10为空心齿条杆的例子。齿32为空心 齿条杆的齿的例子。平坦部32为空心齿条杆的平坦部的例子。倾斜部 34为空心齿条杆的倾斜部的例子。钢管40为空管件的例子。例如，齿 条杆10可以是由其他金属制成的管件形成。齿条形成部41是空管件 的齿条形成部的例子。齿条形成预备部56是齿条形成预备部的例子。 齿形成模具73是齿形成模具的例子。冲头54、80是平坦部形成模的 例子。
本发明不限于上述实施例，并且在不偏离本发明如权利要求所定 义的范围的情况下，可以做各种改变和修改以实现本发明。
工业实用性
发明的一个或多个实施例提供了一种空心齿条杆和制造空心齿条 杆的方法，根据本发明能够有效制造空心齿条杆，同时抑制模具的寿 命的缩短。
本申请基于2012年10月15日提交的日本专利申请 No.2012-227998，其全部内容并入此处作为参考。