转向柱装置的制作方法

专利名称：转向柱装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转向柱装置，该转向柱装置对倾斜方向以及伸缩方向的至少一方可调整支撑转向轴。

背景技术：
转向柱装置是车辆上的重要安全保障部件，为了确保乘客安全，对如何控制冲撞时发生的转向柱动作是极其重要的。通常，转向柱装置本身设有冲撞能量吸收机构，同时安装在方向盘内的气囊支撑构件也承担着重要的作用。
另一方面，为使驾驶员的驾驶姿势最为合适，一般的转向柱装置按照驾驶员的身体或驾驶姿势调整方向盘的倾斜角度，就会调整方向盘的轴线方向位置。因而，对于转向柱装置来说，应该很容易调整支柱主体(即方向盘)的位置和姿势、并且冲撞时必须确保规定位置和姿势这种相反的功能。为了并存这样相反的两种功能，对现有转向柱装置想了各种办法，但都是通过增加对客户操作性的要求等来求得进一步提高。
此处，日本专利文献1中公开了一种使多片摩擦板重叠，利用其间产生的摩擦力能够保持支柱主体的转向柱装置。
日本专利文献1特开平10-35511号公报 日本专利文献2德国专利第10212263号说明书 日本专利文献3美国专利公开第2005/0016315A1号说明书 不过，在重叠多片摩擦板的机构中，不仅结构复杂，而且在进行倾斜、伸缩调整时还存在多片摩擦板相互摩擦产生的振动容易传递给操作者，造成操作手感恶化的问题。还有，因增加零件数量而有增加组装工序的问题。
另一方面，日本专利文献2中公开了一种在进行倾斜、伸缩调整时，使彼此啮合的齿轮脱离并加以调整以后，通过使齿轮彼此啮合，就能够可靠地保持支柱主体位置的转向柱装置。可是，如日本专利文献2所示的那样啮合齿轮以保持支柱主体位置的机构情况，在调整后使啮合齿轮时，因齿轮的齿顶彼此抵接，恐怕会发生原来的啮合不良。日本专利文献2中，为抑制此问题也进行了尝试，可不能断言就是充分的。
进而，日本专利文献3中公开了一种在进行可倾斜、伸缩调整后，再加弹性力而能够使可移动地保持的一侧齿轮顺利地与另一侧齿轮卡合，借助于此种结构能够保持支柱主体位置的转向柱装置。可是，这种结构中为了给一侧齿轮加弹性力，所以存在必须使用大型复杂结构的问题。
另外，在齿轮啮合式的转向柱装置中，当冲撞时对转向轴施加力时，为提高可与此力抗衡的保持力，可以考虑增加啮合的齿数。可是，若增加啮合的齿数，则存在容易产生调整位置后的啮合不良，又要需要仅仅给此部分设置空间的这种问题。


发明内容
本发明就是鉴于这样的现有技术问题点而作出的发明，其目的在于提供一种既轻又小型却能够提高保持力、操作手感也优良的转向柱装置。
根据本发明的第一方面，提供一种转向装置，在对倾斜方向和伸缩方向的至少一方可调整位置地支撑转向轴的转向柱装置中， 具有固定在车身一侧的第一齿； 旋转自如地支撑转向轴的支柱主体；和 与所述支柱主体整体地移动的第二齿， 所述第一齿与所述第二齿相互啮合，使所述支柱主体对所述车身定位， 所述第一齿与所述第二齿相互脱离，使所述支柱主体对所述车身成为可调整位置的状态， 在所述第一齿与第二齿从即将相互啮合之前到相互啮合结束的期间，以所述第二齿对所述第一齿的接近方向分别与齿线方向形成的角度设为大于0度且不足90度地接近并啮合所述第一齿与第二齿。
根据本发明的第二方面，第一方面的转向装置是， 所述第一齿与所述第二齿的一方设置在对向的一对第一倾斜面上， 所述第一齿与所述第二齿的另一方也可形成在分别与所述一对第一倾斜面对向的一对第二倾斜面上。
根据本发明的第三方面，第二方面的转向装置是， 在所述第一、二齿互相脱离了的状态下，互相偏移地配置在所述一对第一倾斜面之间所定义的第一倾斜面中心面和在所述一对第二倾斜面之间所定义的第二倾斜面中心面， 在所述第一齿啮合在所述第一齿之前，具有驱动所述第一倾斜面中心面和所述第二倾斜面中心面靠近的驱动单元。
根据本发明的第四方面，第一～三之中任一项方面的转向装置是， 通过旋转移动连接到所述第一齿与所述第二齿之中一方齿的操作杆，也可以使随着所述操作杆移动而有圆弧状轨迹的所述一方的齿啮合在所述第一齿和所述第二齿之中另一方的齿。
根据本发明的第五方面，第一～三之中任一项方面的转向装置是， 所述第一齿与所述第二齿之中至少一方的齿也可以形成越向顶端其齿的剖面面积越小。
根据本发明的第六方面，第一方面的转向装置是， 还具有固定在车身一侧托架和可摆动地安装在所述托架上且与所述支柱主体一起倾斜移动的操作杆， 所述第一齿可设置在固定于车身一侧的所述托架上，所述第二齿也可设置在与所述支柱主体一起倾斜移动的所述操作杆上。
根据本发明的第七方面，第一方面的转向装置是， 具有可摆动地支撑在固定于车身一侧的托架上的操作杆， 随着所述操作杆的转动，允许所述支柱主体相对所述操作杆进行伸缩移动， 所述第一齿可设置在支撑在所述车身一侧的操作杆上，所述第二齿也可设置在所述伸缩移动的支柱主体上。
根据本发明的第八方面，第二方面的转向装置是， 所述一对第一倾斜面可具有规定角度并面对面形成楔形，所述一对第二倾斜面也可具有规定角度并面对面形成楔形。
根据本发明的第九方面，第一方面的转向装置是， 所述第一齿和所述第二齿在对所述转向轴施加力的场合，齿线可向啮合系数增大的方向倾斜。
根据本发明的第十方面，第九方面的转向装置是， 定义所述第一齿与所述第二齿之间的摩擦角为μ，所述第一齿与所述第二齿轮的半顶角为α，所述第一齿的齿面与第二齿的齿面对啮合面形成的角度为β，所述第一齿与所述第二齿的齿线方向与所述力的方向形成的角度为γ时，应满足以下条件式来配置齿面。
μ＞tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)(条件式) 此处，所谓“啮合面”就是第一齿与第二齿啮合之后，为增加其啮合系数而移动一方的齿时，沿着其一方齿的长轴使形成的轨迹面。
根据本发明的第十一方面，提供一种转向装置是，在对倾斜方向和伸缩方向的至少一方可调整位置地支撑转向轴的转向柱装置中， 具有固定在车身一侧的第一齿； 旋转自如地支撑转向轴的支柱主体；和 与所述支柱主体整体地移动的第二齿， 所述第一齿与所述第二齿相互啮合，使所述支柱主体对所述车身定位，所述第一齿与所述第二齿相互脱离，使所述支柱主体对所述车身可进行位置调整的状态， 在所述第一齿和所述第二齿对所述转向轴施加力的场合，齿线向啮合系数增大的方向倾斜。
根据本发发明的第十二方面，第十一方面的转向装置是， 所述第一齿与所述第二齿的一方设置在对向的一对第一倾斜面上， 所述第一齿与所述第二齿的另一方也可形成在分别与所述一对第一倾斜面对向的一对第二倾斜面上。
根据本发明的第十三方面，第十一方面的转向装置是， 所述一对第一倾斜面可具有规定角度并面对面形成楔形， 所述一对第二倾斜面也可具有规定角度并面对面形成楔形。
根据本发明的第十四方面，第十一方面的转向装置是， 定义所述第一齿与所述第二齿之间的摩擦角为μ，所述第一齿与所述第二齿的半顶角为α，所述第一齿的齿面与第二齿的齿面相对啮合面所形成的角度为β，所述第一齿与所述第二齿的齿线方向与所述力的方向所成角度为γ时，应满足以下条件式来配置齿面。
μ＞tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)(条件式) 使有多个线状齿的齿轮形状构件啮合时，通常应考虑以下两个例子。就第一例来说，沿着对齿线的法线方向使齿彼此面对面，然后通过使其平行移动加以啮合。就第二例来说，面对面的齿彼此沿齿线的切线方向平行移动加以啮合。无论是哪一个例子的情况，因啮合的齿轮齿顶、或者齿线顶端相互接触，发生啮合不良的可能性较高。在这里，所谓“齿线的法线方向”，就是指相对含有相同齿轮构件中多个齿线的虚拟面而从该齿线上延伸的法线。
因此，若采用本发明的转向柱装置，由于所述第一齿与所述第二齿对于各自的齿线可沿着法线方向及切线方向(包括平行切线的方向)之外的方向使其接近并啮合，因此能够抑制所述第一齿与所述第二齿的啮合不良。因而，能够避免因使用多片摩擦板时造成操作手感恶化，进而可在所述第一齿与所述第二齿啮合之后，发挥较大的保持力。尤其较好的是，从所述第一齿与所述第二齿最初发生啮合时开始，一边使两者沿齿线方向滑动一边提高啮合系数，从而能进行顺利的啮合。而且，在本说明书中，所谓“伸缩方向”是指转向轴的轴线方向，所谓“倾斜方向”是指与其交叉的方向(特别是指上下方向)。
进而，若所述第一齿及第二齿形成在相对的圆锥面的两表面，通过在两面上的齿彼此的啮合，能够发挥更牢靠的保持力。
进而，若具有驱动单元，使得脱离状态下，所述第一齿的圆锥面中心面和所述第二齿的圆锥面中心面分离，而在啮合时，该驱动单元驱动所述第一齿的圆锥面中心面和所述第二齿的圆锥面中心面接近，就能够实现更圆滑的啮合。
若通过旋转移动连接到所述第一齿及所述第二齿其中一方齿的操作杆，就会使与所述操作杆一起作圆弧状移动的所述一方齿与所述第一齿及所述第二齿之中的另一方齿卡合，能够用简单结构来实现可靠的作动。
若所述第一齿及第二齿之中至少一方的齿越向顶端齿的剖面积越小，使其容易与所述第二齿相啮合是较好的。
若采用本发明的转向柱装置，所述第一齿与所述第二齿由于在冲撞时对所述转向轴施加力的场合，齿线向啮合系数增大的方向倾斜，因此对所述转向轴所施加的冲击力越来越大，更提高了啮合系数还能够提高保持力。还有，由于即使将齿数降到很少也能够确保支撑力，因此也具有既轻又小型，可确保良好的操作手感的这种优点。
进而，若所述第一齿与所述第二齿的一方形成在面对面的圆锥面上，另一方形成在背对背的圆锥面上，就能够提高冲撞时的啮合系数。
进而，通过不超过摩擦角θ，按照三维的一定关系式来设定齿面角度α、β、γ、θ，而能够防止减少齿线方向的啮合长度和降低啮合系数，进而即使有过大的载荷作用时也取得啮合的齿不会脱离的这种效果。



图1为本实施方式的转向柱装置立体图。
图2为改变例的转向柱装置立体图。
图3为处于啮合状态的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的立体图。
图4为处于脱离状态的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的剖视图。
图5(a)～图5(e)为从脱离状态到啮合状态的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的剖视图。
图6为表示倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9关系的立体图。
图7为表示本实施方式的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的改变例的立体图。
图8为表示本实施方式的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的改变例的剖视图。
图9为表示本实施方式的倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9的改变例，与图6相同的剖视图。
图10为表示伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8的制造方法的流程图。
图11(a)～图11(g)为按制造工序顺序表示伸缩用齿轮构件8的加工状态的图。
图12(a)～图12(e)为按制造工序顺序表示伸缩用齿轮座6的加工状态的图。
图13为表示进行加工伸缩用齿轮构件8的冲模图，图13(a)为其顶视图，图13(b)为其侧视图。
图14为改变例的转向柱装置立体图。
图15为改变例的转向柱装置立体图。
图16为改变例的转向柱装置的支柱主体的立体图。
图17(a)～图17(c)为另一实施方式的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的剖视图。
图18为伸缩用齿轮座6的一个齿6a的立体图。
图19A为表示在第二实施例中正常时的伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8的图。
图19B为图19A的XIXB向视图。
图19C为图19A的XIXC向视图。
图20A为表示在第二实施例中冲撞时的伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8的图。
图20B为图20A的XXB向视图。
图20C为图20A的XXC向视图。
图21为表示用于说明第三实施例的现有转向装置图 图22为表示用于说明第三实施例的现有齿轮机构图。
图23A为第三实施例中将齿面的倾斜角设为β、齿线的倾斜角设为0度场合的齿轮构件侧视图。
图23B为从图23A的左方向观察图23A的齿轮构件主视图。
图23C为图23A的主要部分放大图。
图23D为图23B的主要部分放大图。
图23E为图23C的XXIIIE向视图。
图24为表示在图23C的齿线倾斜角倾斜γ度时的齿轮构件。
图25为用于说明第四实施例而用一组齿面来表示构成齿轮啮合情况的比较图。
图26为表示第四实施例的齿轮构件立体图。

具体实施例方式 以下，边参考附图边说明本发明实施方式的可倾斜、伸缩式的转向装置。
(第一实施例) 图1、2为本发明第一实施例的转向柱装置立体图，图1表示锁定状态，图2表示解除状态。
圆筒状的支柱主体1通过托架2、3安装在未图示的车身上。连接未图示的方向盘与转向机构的转向轴S被插入支柱主体1内，并用未图示的轴承予以转动自如地支撑。
在支柱主体1的侧部固定着板状的伸缩用齿轮座6，另一方面，在托架2上固定有板状的倾斜用齿轮座7。伸缩用齿轮座6具有与位于支柱主体1的伸缩方向调整幅度相对应的长度。另外，倾斜用齿轮座7具有与位于支柱主体1的倾斜方向的调整幅度相对应的高度。支柱主体1上成形了伸缩式滑动用的长孔。
操作杆5安装在穿过托架2上所设置的倾斜方向长孔(未图示)与支柱主体1上所设置的伸缩方向长孔(未图示)的可转动的轴5a上。在操作杆5上，对应伸缩用齿轮座6而固定地安装伸缩用齿轮构件8，并对应倾斜用齿轮座7而整体地形成倾斜用齿轮构件9。
凸轮式旋转泄油机构10设置在操作杆5的根底。凸轮式旋转泄油机构10通过操作操作杆5，利用凸轮效应以发生锁定，而具有定位可倾斜、伸缩的作用。另外，由于凸轮式旋转泄油机构10具有操作杆5的锁档功能，也可控制齿轮座与齿轮构件的齿轮啮合系数，使操作感恰到好处。
把操作杆5转动到图1所示位置时，伸缩用齿轮构件8一边圆弧状移动一边对伸缩用齿轮座6啮合，而且倾斜用齿轮构件9也与倾斜用齿轮座7啮合。与相反，把操作杆5转到图2所示位置时，伸缩用齿轮构件8一边圆弧状移动一边脱离伸缩用齿轮座6，而且倾斜用齿轮构件9也脱离倾斜用齿轮座7。
图3为处于啮合状态的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的立体图，伸缩用齿轮构件8处于对车身定位的状态。图4为处于脱离状态的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的剖视图。伸缩用齿轮座6在越向下方越变狭窄的圆锥面两外表面上具有多个齿(第一齿)6a，伸缩用齿轮构件8在越向上方越变宽阔的圆锥面两内表面上具有相同齿距的多个齿(第二齿)8a。
本实施方式中，将在伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8上的锥面锥角κ设为9°，不过锥角只要是0°以上的锐角就可。另外，用曲率半径R2成形伸缩用齿轮座6齿6a的端部(图中下端)轮廓，用曲率半径R3成形与其相对的伸缩用齿轮构件8齿8a的端部(图中上端)轮廓，因此锥面容易彼此嵌合。本实施方式中，用圆弧成形齿6a、8a的端部轮廓，不过该曲率半径可是任意的，也未必是必要的。另外，不用圆弧而用直线成形轮廓也可。此时，理想的是用任意曲率半径的圆弧来连接齿线与直线。
另外，较好的是伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的齿线成形为以操作杆5的锁定转动轴为中心的半径R(图1)圆弧形状。由于伸缩用齿轮构件8被固定在操作杆5上，所以其齿8a的移动轴迹为圆弧。因此通过以相同半径R的圆弧状形成伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的齿线，提高了齿6a、8a彼此啮合时的操作手感。
图5为从脱离状态到啮合状态的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的剖视图。参考图5说明有关伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的啮合动作。首先，在脱离状态下，面对面的伸缩用齿轮座6的齿6a与伸缩用齿轮构件8的齿8a成了齿线方向倾斜的状态。(图5(a)) 由此开始，若使伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8相对地接近，存在中心错位的情况下，一方表面的齿6a与齿8a的齿顶彼此(图5(b)的C点)抵接，不过由于对各自齿线沿着法线方向及切线方向之外的方向接近并啮合，即使在C点相抵接之后，伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8也能够沿箭头方向(图5(b))继续相对移动，由于一边滑动一边互相啮合下去，在该滑动当中能够容易啮合齿6a、8a(图5(c)的D点)。即，伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8在从即将互相啮合之前到互相啮合结束之期间(图5(a)至图5(e))，伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的接近方向相对于各自齿线方向所成的角度设为大于0度且不足90度。这样一来使两构件相对接近以实现啮合。
若啮合一方表面的齿6a、8a，那些就是导轨，也很容易啮合另一方表面的齿6a、8a(图5(d)、(e))。这样一来，本实施方式齿6a、8a的啮合与现有齿轮的啮合相比较，其齿顶彼此互相抵接而降低了移动被阻止的可能性，且具有提高操作杆5的操作手感的这种效果。
上述第一实施例的场合，由于通过转动操作杆5，使安装在其上而成为一体的伸缩用齿轮构件8与伸缩用齿轮座6啮合，通过把给予操作杆5的力直接传递到伸缩用齿轮构件8，就能够完成可靠的啮合。另外，由于操作杆5的转动量依旧是伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的啮合量，因此虽是简单结构却也能够可靠地实现对支柱主体1的固定。
以上陈述了有关伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的啮合动作，不过倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9的啮合动作也基本相同。
图6为表示倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9关系的立体图，为容易说明，倾斜用齿轮座7用截断成一半的状态表示。倾斜用齿轮座7在图中越向左方越变狭窄的圆锥面两内表面上具有多个齿(第一齿)7a，倾斜用齿轮构件9在越向右方越变宽阔的圆锥面两外表面上具有使用相同齿距的多个齿(第二齿)9a。进一步实施方式中，倾斜用齿轮构件9相对于倾斜用齿轮座7齿7a的顶端形状的排列，使齿9a齿线的顶端形状与具有γ＝5度倾斜角度的形状一致。
啮合时，倾斜用齿轮构件9的齿9a在开始与倾斜用齿轮座7的齿7a啮合之际，从图6的A点开始啮合。即，齿7a、9a的啮合从一个齿开始，进而通过要与其相邻的齿依次啮合，从而可降低啮合不良的发生率。
上述第一实施例中，设倾斜角度γ＝5度，不过由于齿轮的啮合开始是从一个齿啮合就可，并不限定其角度与形状。这样结构同样也能适用于伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8。进而，在本实施方式中，只在支柱主体1的一侧设置伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8，以及倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9，不过若在支柱主体1的两侧具有相同结构，也会使锁定持久力加倍，从而也能够增加对称性，实现作动更加稳定化。
图7为表示上述第一实施方式的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的改变例的立体图。在图7的改变例中，伸缩用齿轮座6的齿6a与伸缩用齿轮构件8的齿8a不是圆弧状而是成线状，提高了成形容易性。这种结构也同样地适用于倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9。
图8为表示上述第一实施方式的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的改变例的剖视图。在图8的改变例中，不用圆弧或直线成形伸缩用齿轮座6的齿6a与伸缩用齿轮构件8的齿8a的端部轮廓(点E、F)而成形为简单的形状，因此提高了成形的容易性。这种结构也同样地适用于倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9。
图9为表示上述第一实施方式的倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9的改变例的与图6相同的剖视图。在图9的改变例中，使倾斜用齿轮构件9的齿9a齿线的顶端形状与倾斜用齿轮座7齿7a的顶端形状排列平行一致(即倾斜γ＝0度)。这种结构也同样地适用于伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8。
图10为表示使用冲压成形的方法进行的伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8的制造方法流程图。图11为按制造工序的顺序表示使用滚压成形的方法进行的伸缩用齿轮构件8的加工状态图。图12为按制造工序的顺序表示伸缩用齿轮座6的加工状态图。图13为表示进行加工伸缩用齿轮构件8的冲模图，图13(a)为其顶视图，图13(b)为其侧视图。
图13(a)上，第一冲模D1具有圆筒状，其中央处沿圆周方向形成连续的突起D1a，其两侧沿圆周方向形成并排的齿D1b。另一方面，第二冲模D2具有圆筒形状，其中央处沿圆周方向形成连续的突起D2a，不过其两侧成了圆周面。如图13(b)所示，通过将板件B插入沿相反方向转动的冲模D1、D2之间对该板件B进行规定的加工。
若说明本实施方式的伸缩用齿轮构件8的制造方法，首先，就在图11的工序S101，切断长板件决定坯料长度，形成毛坯B(顶视图参考图11(a))。在接着的工序S102，通过将板件B插入图13所示的冲模D1、D2之间使其中心挪动，以滚压成形出齿8及槽8c、8d(顶视图参考图11(b)、侧视图参考图11(c))。
进而，在工序S103，弯曲板件B没有形成齿8a的端部侧(顶视图参考图11(d)、侧视图参考图11(e))，之后，通过弯曲成以槽8c、8d为中心大致呈“U”字形状，获得伸缩用齿轮构件8(顶视图参考图11(f)、侧视图参考图11(g))。
另一方面，为加工伸缩用齿轮座6，使用了两个第一冲模D1。若说明本实施方式的伸缩用齿轮座6的制造方法，首先，就在图11的工序S101，切断长板件决定坯料长度，形成毛坯B(顶视图参考图12(a))。在接着工序S102，通过将板件B插入图13所示的冲模D1、D2之间使其对准中心，以滚压成形出齿6a及槽6c、6c(顶视图参考图12(b)、侧视图参考图12(c))。
进而，在工序S103，通过切断板件B上相对的槽6c、6c，获得伸缩用齿轮座6(顶视图参考图12(d)、侧视图参考图12(e))。这种场合，利用再次加工形成2个伸缩用齿轮座6。而且，即使对倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9也同样适用。
而且，在上述例子中，用板金冲压法成形齿轮座或齿轮构件，不过也可利用压粉体成形、注塑成形、压铸及触变等铸造的方法，塑性加工、或者切削成形等，适应于任意的成形方法。又，虽用操作杆5同时移动齿轮构件8、9，但也可用一个个操作杆各自地移动。进而，就楔型齿轮构件的成形方法来说，有一种在用压铸法铸造支柱体主体、或者倾斜托架(固定在车身一侧)之际，整体成形齿轮的方法。
图14为改变例的转向柱装置立体图。本改变例中，伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8只在单面上分别形成齿6a、8a并加以啮合，倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9只在单面上分别形成齿7a、9a并加以啮合。只装配伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8、倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9的两者之一，也能够仅在单面上形成齿。
伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8、倾斜用齿轮座7和支柱主体1与操作杆5为不同体，不过也可各自整体形成。有关上述的实施方式共同的齿形方面，设模数为0.5，不过模数或大或小都没问题。另外，在模数减小到极其之小的时候，齿面形状接近平板的平面性质状态，即使是作为平面性质状态由于可获得由摩擦带来的保持位置效果，因此本发明的转向柱装置起到保持功能的作用。
图15为改变例的转向柱装置立体图。本改变例中，使伸缩用齿轮座6与支柱主体整体化，即齿6a形成在支柱主体1的两侧表面。另一方面，伸缩用齿轮构件8具有一端螺栓固定在操作杆5上的具备半圆筒内圆周面的板状，齿8a固定在与齿6a对应的内圆周面的位置。若操作杆5从图15所示位置逆时针转动，则伸缩齿轮构件8包进支柱主体1的下半部，因此齿6a、8a彼此啮合。
图16为表示改变例的转向装置的支柱主体立体图。本改变例中，用板金冲压法成形支柱主体1。为确保成形容易性、轻型化而从平板开始进行冲切、磨圆再加以弯曲成形支柱主体1。本改变例中，伸缩用齿轮座6与支柱主体1的一侧边缘1b成为整体，即，由于在板金冲压之前，在平板的侧边缘1b形成了齿6a，因而容易制造。
操作杆5可沿着轴线方向伸长的长孔1a在可移动轴5a的周围驱动，会使其一部分所形成的齿(未图示)与齿6a相啮合。伸缩用齿轮座6也可以设置在支柱主体1的另一侧边缘1c，或设置在两侧边缘上，都可确保高保持力。而且，与形成伸缩用齿轮座6的侧边缘1b或1c无关，通过支柱主体1的两端被包进内侧的样子，就能够形成可转动自如地支撑转向轴4的轴承(未图示)的保持部1d、1d，因此能够提供一种低成本的转向柱装置。
图17为另一实施方式的伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的剖视图。在本实施方式中，伸缩用齿轮座6所连接的操作杆5被固定在轴5a上，就会整体转动。转动凸轮5b安装在轴5a上，另一方面，固定凸轮5c安装在未图示的支柱主体上，跟随轴5a的转动，转动凸轮5b相对于固定凸轮5c进行转动。而且，在图17中，假定轴5a受预压而向右方向施加作用力。用转动凸轮5b与固定凸轮5c构成了驱动单元。
假设伸缩用齿轮座6两侧锥面的中心面(沿纸面垂直延伸)为PL6、伸缩用齿轮构件8两侧锥面的中心面(沿纸面垂直延伸)为PL8，在如图17(a)所示的脱离状态下，中心面PL6、PL8偏离轴5a的轴线方向。
在此，如图17(b)所示，若转动操作杆5，则与轴5a一起转动的转动凸轮5b的凸轮部开始越过固定凸轮5c的凸轮部，轴5a向图中的左方移动。若进一步转动操作杆5，则转动凸轮5b的凸轮部完全地越过固定凸轮5c的凸轮部，轴5a向图17(c)所示的位置移动。在这种状态下，中心面PL6、PL8变成互相重叠的位置。另外，通过进一步转动操作杆5，则伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8彼此啮合(参考图5)。
根据本实施方式，在两构件6、8脱离的状态下，伸缩用齿轮座6两侧锥面的中心面PL6与伸缩用齿轮构件8两侧锥面的中心面PL8已偏离，则通过转动操过杆5，从伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8开始啮合至结束啮合的期间，依靠凸轮驱动，驱使中心面PL6、PL7靠近。借助于此种结构能够实现伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的平滑啮合。以上，叙述了有关伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8，不过也同样适用于倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9。
图18为伸缩用齿轮座6的一个齿6a的立体图。垂直于纵向的剖面为三角形状(优选为等腰三角形，可并不限于此)的齿6a有尖细形状，更具体地说，齿的截面积在齿线的顶端部分变小(即，齿高H和齿宽W至少一方减小)，从而平滑地形成从齿的截面积没有变小的部分至齿的截面积变小的部分、及顶端尖细的尖部。齿6a由于具有这样的尖细形状，因此能够顺利地与伸缩用齿轮构件8的齿8a啮合。伸缩用齿轮构件8的齿8a也可以形成同样的尖细形状。另外，这种结构也可同样适用于倾斜用齿轮座7与倾斜用齿轮构件9。
(第二实施例) 接着，用图19、20说明本发明的第二实施例。第二实施例的这种可倾斜、伸缩式的转向装置，其特征在于齿线倾斜，以便借助冲撞时负载的力来增加啮合系数η。对与上述实施方式相同的第二实施方式构件加上同一标号，并省略其详细的说明。
图19表示正常时伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8的图，图20表示正常时伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8的图。
各自的图19A、图20A为从车身方向侧面观察齿轮座6与齿轮构件8的图，图19B、图20B分别为图19A、图20A的XIXB、XXB向视图，图19C、图20C分别为图19A、图20A的XIXC、XXC向视图。
在本实施方式中，相对于转向轴1(图1)轴线，设齿6a、8a的齿线角度γ＝85度，并倾斜靠近垂直轴线方向的方向盘(未图示)一侧。此处，设正常时的齿6a、8a的啮合系数为η′(参考图19(c))。设此时的保持力为F2。
考虑到例如车辆发生二次冲撞，驾驶员与方向盘冲撞的场合。在这种场合下，伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8受到沿转向轴1的轴线方向相对移动的力Fc(参考图20(a))。然而，根据本实施方式，由于齿6a、8a以齿线角度γ＝85度倾斜，因此力Fc被分解为沿齿6a、8a的齿线方向的分力Fx和与其垂直方向的分力Fy。
如图20A、20B所示，由于分力Fx为将伸缩用齿轮座6向伸缩用齿轮构件8挤压的力，因此伸缩用齿轮座6被挤进伸缩用齿轮构件8内。进而，由于齿6a、8a形成在伸缩用齿轮座6及伸缩用齿轮构件8的锥面上，齿6a、8a彼此互相挤压。此时，其啮合系数η″大于正常时的啮合系数η′。所以，冲撞时的保持力F3高于正常时的保持力F2。由于分力Fx与力Fc的大小成比例增大，因此适应冲撞力的强度也能够提高保持力。即，根据本实施方式，即使将齿数降低到很小却也能够确保保持力，因此虽然是既轻又小型化，但还能够确保有良好的操作手感。而且，只要设定γ在90度以下就可以。即，只要齿线相对冲撞力方向设有角度就行。对于倾斜用齿轮座7及倾斜用齿轮构件9同样也可以与齿线具有角度。
另外，伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的齿线为直线，不过较好的是形成以操作杆5为中心的曲率半径R(图1)的圆弧状。伸缩用齿轮构件8由于被固定在操作杆5，因此其齿8a的移动轴迹为圆弧状。而且，在提取出形成伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8的圆弧状齿线的微小因素时，只要齿线的倾角在0～90度的范围内，就会随着冲撞时的受力而增加啮合系数。另外，由于齿线为圆弧状，在齿6a、8a彼此啮合之际，提高了操作手感。
(第三实施例) 与上述第二实施例相同，在车辆冲撞时过大的力作用于支柱时，齿轮恐怕有松弛的危险。一旦发生齿轮松弛，齿轮的啮合系数就降低又损坏了齿轮，齿轮啮合本身有可能脱离。为了阻止上述齿轮的松弛，也考虑到在转向装置中或者使用刚性高的零件或者使用阻止齿轮松弛特别的机构，不过从既增加成本又使结构复杂化的角度来看是不希望的。
因此为解决上述问题，如下面详细说明的那样确定齿轮的形状与尺寸，则可解除因作用于齿轮齿面的摩擦力而引起齿轮松弛的这个问题。另外，根据本发明的第三实施例，能够提供一种简单、便宜的转向装置。
为了与本发明下述的第三实施例相比较，图21、22示出现有转向装置的齿轮结构方面，在特开平9-221043号公报上所公开的齿轮结构。
若采用图21所示现有的齿轮结构，车辆冲撞时就给支柱101、操作杆轴103、操作杆104、和安装在操作杆10上的齿轮105负载沿箭头方向移动的冲撞力。对于这种冲撞力，通过啮合安装在托架102的齿轮106与齿轮105，就能够控制这些构件101、103、104、105的移动。可是，如图22所示作用了过大冲撞力F1的场合，因摩擦面而使冲撞力分解产生的分力Fa大于齿轮面上所产生的摩擦力Fb。其结果是，操作杆104与齿轮105一起脱离齿轮106，所以操作杆的锁定状态被释放。就是说，齿轮啮合本体脱离，变得无法维持锁定状态。
为了防止释放上述锁定机构，只要设定摩擦力Fb大于冲撞力的分力Fa就行。例如，参考图22，可以考虑设齿轮顶角α小于齿面彼此的摩擦角μ。此处，分力Fa用顶角α表示为Fa＝F1sinα，另一方面，摩擦角Fb用顶角α、摩擦角μ表示为Fb＝F1cosα·tanμ。
若设定摩擦力Fb大于分力Fa(Fb＞Fa)，则得到以下公式。
F1cosα·tanμ＞F1sinα tanμ＞tanα 因而，导出μ＞α的关系式。
可是，齿轮半顶角一般地设为25度或30度，但若设齿的顶角小于该角度，则齿根厚度减小，齿的强度也难以充分保证，另外齿的加工性难度突升。因而设定上述齿轮顶角小于摩擦角的方法不是现实性的解决方法。
因此，为防止释放上述的锁定机构，如以下详细说明的那样，作为本发明第三实施例，提出一种使整个齿面距齿的啮合方向倾斜β度角，进而使齿线方向对冲撞力的作用方向倾斜γ度的方案。
以下，用图23A～图24说明本发明的第三实施例。本发明的第三实施例为一种使整体齿面倾斜β度角、齿线方向与冲撞力方向构成的角度为γ的结构。其他与上述第一、第二实施例相同的第三实施例构件都加上同一标号，省略其详细说明。
如图23A～23E所示，在以下说明中，定义各个齿的半顶角为α，齿的齿面对啮合方向的倾斜角为β，齿线方向与冲撞力方向构成的角度为γ。
首先，使用表示齿线的倾斜角为γ的实施例的图23A～23E说明第三实施例。图23A为从车身轴方向观察齿轮构件、齿轮座的图。图23B为从图23A的侧面观察的图。图23C为图23A的主要部分放大图，图23D为图23B的主要部分放大图。另外，图23E为图23C的XXIII E向视图。
如图23A所示，实施例3的齿轮座与齿轮构件的整体齿面相对啮合面以β度倾斜。此处，所谓“啮合面”就是指齿轮座与齿轮啮合之后，在移动齿轮构件以增加其啮合系数时，沿齿轮构件长轴形成轨迹的面。
如图23A、图23B所示，以平行啮合面且横切过齿线的一部分面定义面P。如以下详述，通过出现在该面P线段上所发生的摩擦力维持齿线的啮合。
在该面P横切齿时所形成的三角形中，将相当于齿的顶点作为a1、相当于齿线谷底的两个点分别作为b1、b2。另外，通过线段b1-b2且和面P垂直的面与齿线的顶点相交的点作为a2。进而，与通过点a2的面P的法线上面P的交点为b。
此处，半顶角α为如图23所示角度b1·c·b2的1/2角度，用图23C所出现的角度b·a1·a2表示齿面的倾斜角β。
另外，用线段a1-b1与冲撞方向构成的角定义角度θ。就是说，角度θ可以说是摩擦力起作用的方向与冲撞力方向构成的角度。这种角度θ为后述定义齿轮难脱程度的参数。
通过点b线段a1-a2的法线与线段a1-a2相交的点定义为点c。进而，为了说明下述内容使用以下表示点a1与b所定义的边为边A，点b1与点b所定义的边为边B，点b与点c所定义的边为边c。
如图23D观察所得，角度α用tanα＝B/C、角度β用sinβ＝C/A表示。因而，得到B＝C·tanα、A＝C/sinβ。另外，因为角度θ为tanθ＝A/B，若用α、β表示θ，则得到以下公式。
tanθ＝(C/sinβ)/(C·tanα)＝1/tanα·sinβ 因此，就是1/tanθ＝tanα·sinβ进行变形，由tan(90°-θ)＝tanα·sinβ，得到关于θ以下的公式。
90°-θ＝tan-1(tanα·sinβ) 此处，假设齿啮合方向的两齿面之间的摩擦角为μ，如果表示齿倾斜角度的90°-θ小于齿面的摩擦角，即使冲撞力起到作用，因齿面间的摩擦力也不会让齿的啮合松弛，而且能够防止啮合系数降低，也能够防止齿与操作杆脱离啮合的状态。即，上述条件用以下公式表示。
μ＞90°-θ 若用上述的关系式的α、β表示θ则得到以下公式。
μ＞90°-θ＝tan-1(tanα·sinβ) 接着，用图24说明齿线与冲撞力方向构成的角度为γ的场合。图24为对应图23D的图。由于图24中的齿线从图23D中的齿线向冲撞时齿的啮合方向倾斜(90°-γ)，因此在摩擦力作用方向的线段a1-b1与冲撞方向构成的角为θ+(90°-γ)。此时，与上述相同 从90°-{θ+(90°-θ)}＝tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)与 μ＞90°-{θ+(90°-θ)}得到以下的条件公式。
μ＞tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)(条件式) 如果设定α、β、γ、μ满足上述条件公式，则齿的啮合不会松弛，而且，能够防止齿与操作杆从啮合状态脱落。
还有，虽然说明了冲撞力在图24、25中从上到下起作用，不过即使在从下到上作用冲撞力的场合(即，对齿轮偏离的方向作用冲撞力的场合)，上述的条件公式也适用。
*第三实施例的应用例 以下说明上述本发明第三实施例的具体例，表1表示在第三实施例中能够维持齿啮合与无法维持齿啮合的α、β、γ的例子。
[表1] 如果设定表1中可维持齿啮合例的数值满足上述的条件式，即使冲撞力作用下也可维持齿的啮合，使操作杆维持在固定状态。在tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)成为负值时，冲撞时齿向啮入方向倾斜。进而，tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)为负值，其绝对值大于摩擦角时，表示冲撞时齿滑向啮合的方向。还有，即使在倾斜角γ因冲撞力而向齿偏离的方向倾斜的场合，在满足条件式的情况下，由于齿面彼此摩擦也能够保持齿的啮合，并能够防止齿的啮合系数的降低。
根据第三实施例，如第二实施例中说过的那样，使齿线方向倾斜γ度且增加车辆冲撞时的啮合系数η而构成难以脱落，进而通过规定整个齿面的倾斜角度β度，提供一种更难脱离构成的转向装置。
这样，通过按照处于三维情况下的给定关系式来设定齿面角度α、β、γ、θ，以至θ不超过摩擦角，就能够防止齿线方向的啮合长度减少和啮合系数降低，因此即使作用了过大负载的时候，也起到啮合的齿不会脱落的效果。
(第四实施例) 用图25、26说明本发明的第四实施例。
如图25所示，通过一组齿轮A与齿轮B的齿面构成齿轮啮合的场合，齿轮A与齿轮B沿冲撞力方向、或者啮合方向的法线方向容易发生相对位移。即，降低齿轮的啮合系数而最终发生齿轮啮合脱落。为防止此种现象，且为不使齿轮A与齿轮B发生相对位移，需要提高转向装置各构件的刚性。可是，若按照这样的要求是基本不可能的。
因此，如本发明实施例4的图26所示，若使两组齿轮具有规定角度地相对而形成楔形的样子配置齿轮，则在齿轮A与齿轮B的两个面上，使沿着冲撞力方向与啮合方向的法线方向作用的力互相抵消。因而，能够防止齿轮A与齿轮B沿冲撞力方向与啮合方向的法线方向的齿轮A、B之间相对位移。
如上述的第三、第四实施例说过的一样，通过按照处于三维情况下的给定关系式来设定齿面角度α、β、γ、θ以致θ不超过摩擦角，从而能够防止减少齿线方向的啮合长度和降低啮合系数，进而即使有过大的载荷作用之际也取得啮合的齿不会脱离的这种效果。
以上，参考实施方式详细说明了本发明，但是不应解释为本发明限定于上述实施方式，当然可以在不影响其主旨的范围内进行适当变形、改进。例如，齿轮组与齿轮构件有相反结构、形状也可，其装配也是任意的。另外，从上述第一实施例至第四实施例加以组合构成转向装置也可。
另外，虽然参考特定的实施方式详细地说明了本发明，但是在不脱离本发明的构思与范围内，可施加各种各样的变更和修改，对于本领域技术人员是显而易见的。
本申请基于2005年5月6日提出的日本专利申请(特愿2005-134974)、2005年5月17日提出的日本专利申请(特愿2005-143434)、2006年3月16日提出的日本专利申请(特愿2006-72616)，在这里取其内容以供参考。
若采用本发明的转向柱装置，由于所述第一齿与所述第二齿相对于各自齿线都会沿着除法线方向与切线方向(包括平行切线的方向)以外的方向接近并啮合，因此能够控制所述第一齿与所述第二齿的啮合不良。因而，不仅能够避免因使用多片摩擦板时造成操作手感恶化，更可在所述第一齿与所述第二齿啮合之后，发挥较大的保持力。尤其是，从所述第一齿与所述第二齿最初发生啮合时开始，边使两者沿齿线方向滑动边提高其啮合系数，从而能进行顺利的啮合。
权利要求
1.一种对倾斜方向与伸缩方向的至少一方可调整位置地支撑转向轴的转向柱装置，其特征是具有
固定在车身一侧的第一齿；
旋转自如地支撑转向轴的支柱主体；和
与所述支柱主体整体地移动的第二齿，
所述第一齿与所述第二齿相互啮合，使所述支柱主体对所述车身定位，
所述第一齿与所述第二齿相互脱离，使所述支柱主体对所述车身成为可调整位置的状态，
在所述第一齿与第二齿从即将相互啮合之前到相互啮合结束的期间，以所述第二齿对所述第一齿的接近方向相对于各自齿线方向构成的角度设定为大于0度且不足90度地接近并啮合所述第一齿与第二齿。
2.如权利要求1所记载的转向柱装置，其特征是，
所述第一齿与所述第二齿的一方设置在对向的一对第一倾斜面上，
所述第一齿与所述第二齿的另一方形成在分别与所述一对第一倾斜面对向的一对第二倾斜面上。
3.如权利要求2所记载的转向柱装置，其特征是，
在所述第一、二齿互相脱离了的状态下，互相偏移地配置在所述一对第一倾斜面之间所定义的第一倾斜面中心面和在所述一对第二倾斜面之间所定义的第二倾斜面中心面，
在所述第一齿啮合在所述第一齿之前，具有驱动所述第一倾斜面中心面和所述第二倾斜面中心面靠近的驱动单元。
4.如权利要求1～3之中任一项所记载的转向柱装置，其特征是，
通过旋转移动连接到所述第一齿与所述第二齿之中一方齿的操作杆，使与所述操作杆一起移动具有圆弧状轨迹的所述一方齿与所述第一齿和所述第二齿之中的另一方齿啮合。
5.如权利要求1～3之中任一项所记载的转向柱装置，其特征是，
所述第一齿和所述第二齿之中的至少一方齿形成了越向顶端其齿的剖面面积越小。
6.如权利要求1所记载的转向装置，其特征是，
还具有固定在车身一侧的托架；和
所述操作杆可摆动地安装在所述托架上且与所述支柱主体一起倾斜移动，
所述第一齿设置在固定于车身一侧的所述托架上，
所述第二齿设置在与所述支柱主体一起倾斜移动的所述操作杆上。
7.如权利要求1所记载的转向装置，其特征是，
具有可摆动地支撑在固定于车身一侧托架上的操作杆，
随着所述操作杆的转动，允许所述支柱主体相对所述操作杆进行伸缩移动，
所述第一齿设置在支撑在所述车身一侧的操作杆上，
所述第二齿设置在所述伸缩移动的支柱主体上。
8.如权利要求2所记载的转向装置，其特征是，
所述一对第一倾斜面具有规定角度并面对面形成楔形，
所述一对第二倾斜面具有规定角度并面对面形成楔形。
9.如权利要求1所记载的转向装置，其特征是，
所述第一齿与所述第二齿在对所述转向轴施加力的场合，齿线向啮合系数增大的方向倾斜。
10.如权利要求9所记载的转向装置，其特征是，
定义所述第一齿与所述第二齿之间的摩擦角为μ、
所述第一齿与所述第二齿轮的半顶角为α、
所述第一齿的齿面与第二齿的齿面相对啮合面构成的角度为β、以及
所述第一齿与所述第二齿的齿线方向与所述力的方向构成的角度为γ时，要满足以下条件式来配置齿面。
μ＞tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)(条件式)
11.一种对倾斜方向与伸缩方向的至少一方可调整位置地支撑转向轴的转向柱装置，其特征是具有
固定在车身一侧的第一齿；
旋转自如地支撑转向轴的支柱主体；和
与所述支柱主体整体地移动的第二齿，
所述第一齿与所述第二齿相互啮合，使所述支柱主体对所述车身定位，
所述第一齿与所述第二齿相互脱离，使所述支柱主体对所述车身成为可调整位置的状态，
所述第一齿与所述第二齿在对所述转向轴施加力的场合，齿线向啮合系数增大的方向倾斜。
12.如权利要求11所记载的转向柱装置，其特征是
所述第一齿与所述第二齿的一方设置在对向的一对第一倾斜面上，
所述第一齿与所述第二齿的另一方形成在分别与所述一对第一倾斜面对向的一对第二倾斜面上。
13.如权利要求11所记载的转向装置，其特征是
所述一对的第一倾斜面具有规定角度并面对面形成楔形，
所述一对的第二倾斜面具有规定角度并面对面形成楔形。
14.如权利要求11所记载的转向装置，其特征是
定义所述第一齿与所述第二齿之间的摩擦角为μ、
所述第一齿与所述第二齿的半顶角为α、
所述第一齿的齿面与第二齿的齿面相对啮合面所形成的角度为β、以及
所述第一齿与所述第二齿的齿线方向与所述力的方向所成角度为γ时，要满足以下条件式来配置齿面。
μ＞tan-1(tanα·sinβ)-(90°-γ)(条件式)
全文摘要
若使伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8相对接近，在偏离中心的场合，即使一方面的齿(第一齿)6a与齿(第二齿)8a的齿顶彼此(图5(b)的C点)抵接，由于以相对各自齿线方向构成的角度设定为大于0度且不足90度地使其接近并啮合，能够从这种状态使伸缩用齿轮座6与伸缩用齿轮构件8沿箭头方向(图5(b))继续相对移动，滑动式地进行啮合，在滑动当中能够容易地啮合齿6a、8a(图5(c)的D点)。
文档编号B62D1/18GK101171165SQ200680015499
公开日2008年4月30日 申请日期2006年5月1日 优先权日2005年5月6日
发明者岡田伸治, 柴崎弘 申请人:日本精工株式会社