专利名称：车辆用转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆用转向装置。
背景技术：
车辆用转向装置具有与方向盘的操作连动地在轴向移动的转向轴、和覆盖该转向轴的筒状的外壳。在转向轴的端部经由接头以及转向横拉杆(tie rod)等连结有车轮。转向轴的端部、接头、以及转向横拉杆等从外壳突出，并被波纹管覆盖。在日本特开2008-137473号公报所公开的转向装置用齿条中，固定于转向轴的端部的台阶状的齿条端与设置于外壳的限位器接触，由此限制转向轴的移动量。在叉车等货物装卸车中，转向横拉杆角(俯视时转向轴与转向横拉杆所成的角度)比通常的汽车大，所以波纹管的伸缩不能跟随转向横拉杆的移动，无法安装波纹管。因此，碎石等异物可能进入齿条端与限位器之间。因此，考虑在转向轴上的配置于外壳内的部分设置台阶部，并使该台阶部与外壳的限位器接触，由此限制转向轴的移动量。然而，若转向轴上存在台阶部，则在弯曲载荷施加到转向轴时，可能在台阶部产生应力集中，并在台阶部产生很大应力。
发明内容
本发明提供一种车辆用转向装置，采用在转向轴设置有台阶部的结构，并且能够防止应力集中。根据本发明的一实施例，其特征在于，在车辆用转向装置中，具备:伴随着转向部件的操作而沿轴向移动的转向轴；以及与转向轴接触来限制转向轴沿轴向的移动量的限位器，转向轴具有:第一外周面、直径比第一外周面大且与第一外周面同轴的第二外周面、以及将第一外周面与第二外周面连接的台阶部，台阶部具有:接触部，其相对于限位器在轴向对置；第一角部，其将第一外周面与接触部的内端连接，且剖面为凹弯曲状；以及第二角部，其在转向轴的周向上与第一角部不同的位置、且在车辆的前后方向上相对于转向轴的中心轴线的前侧以及后侧的至少一侧的位置，将第一外周面与第二外周面连接，该第二角部的曲率半径比第一角部的曲率半径大，且该第二角部剖面为凹弯曲状。通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的其它特征、构件、过程、步骤、特性及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素。
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的车辆用转向装置的简要结构的示意图。图2是驱动转向轴的机构的简要剖视图。图3A、图3B是表示转向轴的移动受到限制的状态的车辆用转向装置的要部的剖视图。图4是转向轴的台阶部及其周边部分的主视图。
图5是转向轴的台阶部及其周边部分的俯视图。图6是图5的A-A剖视图。图7是图4的B-B剖视图。图8是用于对施加于转向轴的径向负载进行说明的示意图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的车辆用转向装置I的简要结构的示意图。车辆用转向装置I例如是方向盘2与转向机构100没有机械地连结的线控转向(steer-by-wire)式的车辆用转向装置。车辆用转向装置I具备:连结有作为转向部件的方向盘2的转向轴9、与方向盘2的操作连动地使转向轮3转向的转向机构100、以及作为根据方向盘2的操作来控制转向机构100的控制装置的EQJ (Electronic ControlUnit:电子控制单元)19。并且，车辆用转向装置I具有:对方向盘2施加反作用力的反作用力促动器10、和使方向盘2复位到前进位置(转向原点位置)的弹性部件11。转向轴9被支承为相对于车体能够旋转。转向轴9的一端部与方向盘2连结，转向轴9的另一端部与弹性部件11连结。反作用力促动器10与转向轴9的中间部连结。反作用力促动器10具有马达，该马达具有与转向轴9连结的转子。弹性部件11包含盘簧。若操作方向盘2，则对转向轴9施加使方向盘2复位到前进位置的力(弹性部件11的复原力)。转向机构100包括:在车辆的左右方向XO延伸的转向轴6、收纳转向轴6的筒状的转向外壳5、以及驱动转向轴6的转向促动器4。在本实施方式中，以使车辆的左右方向XO与转向轴6的轴向Xl为相同方向的方式将转向机构100安装于车体。转向轴6被转向外壳5支承。转向外壳5固定于车体侧。转向轴6相对于转向外壳5而能够沿左右方向XO移动。转向轴6的各端部经由转向横拉杆7以及转向节臂8而与转向轮3连结。如后所述，转向促动器4具有电动马达。利用后述的运动转换机构将转向促动器4的旋转转换为转向轴6沿轴向Xl的运动。左右的转向轮3伴随着转向轴6的轴向移动而转向。车辆用转向装置I还具有:检测方向盘2的转向角Θ h的转向角传感器12、检测施加于方向盘2的转向扭矩T的扭矩传感器13、以及检测转向轮3的转向角Sw (轮胎角)的转向角传感器14。上述传感器12 14与E⑶19连接。除了上述传感器12 14之外，还有检测车速V的车速传感器15、作为检测车体的上下加速度Gz的恶劣路面状态检测传感器的上下加速度传感器16、检测车辆的横向加速度Gy的横向加速度传感器17、以及检测车辆的横摆率Y的横摆率传感器18也与E⑶19连接。各传感器12 18的检测值被输入到E⑶19。E⑶19根据各传感器12 18的检测值控制车辆用转向装置I。具体而言，E⑶19根据转向角传感器12所检测出的转向角Θ h以及车速传感器15所检测出的车速V而设定目标转向角，并根据该目标转向角与转向角传感器14所检测出的转向角Sw的偏差，经由第一驱动电路20A来对转向促动器4进行控制(转向控制)。由此，转向轮3根据方向盘2的转向角9h而转向。另外，E⑶19根据传感器组12 18所输出的检测信号，经由第二驱动电路20B来对反作用力促动器10进行控制(反作用力控制)。由此，反作用力促动器10的反作用力传递到操作方向盘2的驾驶员。图2是对转向轴6进行驱动的机构的简要剖视图。轴向Xl上的转向轴6的中间部被插入到筒状的转向外壳5内。在转向外壳5的内周5a与转向轴6之间配置有:构成转向促动器4的第一电动马达21及第ニ电动马达22、和作为将上述电动马达21、22的输出旋转转换为转向轴6沿轴向的移动的运动转换机构的滚珠丝杠机构23。第一电动马达21以及第ニ电动马达22在转向外壳5内沿转向轴6的轴向Xl并列地配置。第一电动马达21具备在转向外壳5的内周5a固定的第一定子24，第二电动马达22具备在转向外壳5的内周5a固定的第二定子25。第一电动马达21以及第二电动马达22具有将转向轴6的周围包围的共同的转子26。转子26具有:将转向轴6的周围包围的筒状的转子铁芯27、和以能够与转子铁芯27的外周27a—体旋转的方式嵌合的第一永久磁铁28以及第二永久磁铁29。第一永久磁铁28以及第二永久磁铁29在轴向Xl并列配置。第一永久磁铁28与第一定子24对置，第ニ永久磁铁29与第二定子25对置。转向外壳5具有第一端部51以及第二端部52。转子铁芯27的第一端部271被在转向外壳5的第一端部51支承的第一轴承30支承为能够旋转。另外，转子铁芯27的第ニ端部272被在转向外壳5的第二端部52支承的第二轴承31支承为能够旋转。第一轴承30以及第ニ轴承31的各外圈相对于转向外壳5的轴向移动受到限制。另外，第一轴承30以及第ニ轴承31的各内圈相对于转子铁芯27的轴向移动受到限制。由此，转子铁芯27相对于转向外壳5的轴向移动受到限制。另外，在转向外壳5内配置有检测转子26的旋转角的旋转角传感器42。旋转角传感器42例如是解析器。旋转角传感器42具有:在转向外壳5的内周5a固定的传感器定子43、和在转子26的外周(转子铁芯27的外周27a)以能够一体旋转的方式连结的传感器转子44。滚珠丝杠机构23包括:在转向轴6的轴向Xl的中间部形成的滚珠丝杠32、将滚珠丝杠32的周围包围的滚珠螺母33、以及多个滚珠34。上述滚珠34夹装在形成于滚珠螺母33的内周的螺旋状的螺纹槽35 (内螺纹槽)与形成于滚珠丝杠32的外周的螺旋状的螺纹槽36 (外螺纹槽)之间。滚珠螺母33在转子铁芯27的内周27b以能够一体旋转的方式嵌合。滚珠螺母33与形成于转子铁芯27的内周27b的凹部27c嵌合。由此，滚珠螺母33相对于转子铁芯27的轴向移动受到限制。如上所述，转子铁芯27相对于转向外壳5的轴向移动经由第一轴承30以及第ニ轴承31受到限制。因此，滚珠螺母33相对于转向外壳5的轴向移动受到限制。这样，滚珠螺母33被转子26支承。转子26经由第一轴承30以及第ニ轴承31而被支承于转向外壳5。滚珠丝杠32经由多个滚珠34而被支承于滚珠螺母33。因此，滚珠丝杠32经由滚珠螺母33等而被支承于转向外壳5。滚珠丝杠32形成于转向轴6。因此，转向轴6经由滚珠螺母33等而被支承于转向外壳5。转向轴6相对于转向外壳5的绕其中心轴线的旋转受到限制。使第一外壳37与第二外壳38组合而构成转向外壳5。具体而言，将设置于第一外壳37的第一环状凸缘39与设置于第二外壳38的第二环状凸缘40对接。使用螺钉41将上述第一环状凸缘39以及第ニ环状凸缘40紧固，由此第一外壳37以及第ニ外壳38相互结合。通过基于螺钉41的紧固，从第一外壳37以及第ニ外壳38对第一轴承30以及第二轴承31施加预压。
在转向轴6的滚珠丝杠32的外周面的最大外径部与转子26的内周27b之间设置有径向间隙SI。因此，伴随着转向轴6的轴向Xl的移动，滚珠丝杠32能够在转子铁芯27内顺畅地移动。在转向外壳5的第一端部51安装有将转向外壳5与转向轴6之间密封的第一密封件49。在转向外壳5的第二端部52安装有将转向外壳5与转向轴与6之间密封的第二密封件50。在转向轴6的轴向XI，在第一密封件49以及第二密封件50之间被划分的转向外壳5的内部5b是密闭的。第一密封件49允许转向外壳5与转向轴6沿轴向Xl的相对移动，并且将转向外壳5的内部5b密闭。同样地，第二密封件50允许转向外壳5与转向轴6沿轴向Xl的相对移动，并且将转向外壳5的内部5b密闭。若驱动转向促动器4，则转子26与滚珠螺母33 —体旋转。该旋转被滚珠丝杠机构23转换为直线移动。即，如上所述，滚珠螺母33朝轴向Xl的移动受到限制，转向轴6绕中心轴线的旋转受到限制。其结果是，若滚珠螺母33旋转，则转向轴6沿轴向Xl直线移动。由此，左右的转向轮3 (參照图1)转向。车辆用转向装置I具备对转向轴6的轴向移动量进行限制的限位器构造。该限位器构造包括在转向轴6设置的第一阶梯轴45以及第二阶梯轴46。并且，限位器构造还包括在转向外壳5设置的第一限位器47以及第二限位器48。參照图2，对限位器构造进行说明。转向轴6具有在滚珠丝杠32的左右两侧配置的第一阶梯轴45以及第二阶梯轴46。第一阶梯轴45与滚珠丝杠32的第一端部321邻接，第二阶梯轴46与滚珠丝杠32的第二端部322邻接。第一阶梯轴45、第二阶梯轴46、以及滚珠丝杠32同轴，且由单ー的材料一体形成。第一阶梯轴45具有:直径相对小的第一外周面61、直径相对大的第二外周面62、以及环状的台阶部63。第一外周面61与第二外周面62同轴，且在轴向Xl空开间隔地配置。台阶部63将第一外周面61与第二外周面62连接。第一外周面61和第二外周面62从轴向Xl外侧以此顺序在转向轴6的轴向Xl排列。第一外周面61以及第二外周面62是圆筒面且沿轴向Xl延伸。第一外周面61从形成于转向外壳5的第一端部51的插通孔51a插通,第二外周面62与滚珠丝杠32邻接。第二外周面62的直径D2比第一外周面61的直径Dl大，例如，该直径D2与滚珠丝杠32的外径大致相等。第二阶梯轴46与第一阶梯轴45同样地构成。即，第二阶梯轴46具有使第一阶梯轴45在左右方向(车辆的左右方向X0)反转的形状。因此，第二阶梯轴46具有第一外周面61、第二外周面62、以及台阶部63。第二阶梯轴46的第一外周面61从形成于转向外壳5的第二端部52的插通孔52a插通。第一阶梯轴45的台阶部63配置于转向外壳5的内部5b，在车辆的左右方向XO配置于比第一限位器47更靠近内側。同样地，第二阶梯轴46的台阶部63配置于转向外壳5的内部5b，在车辆的左右方向XO配置于比第二限位器48更靠近内側。另外，第一限位器47在车辆的左右方向XO配置于比第一密封件49更靠近内側。同样地，第二限位器48在车辆的左右方向XO配置于比第二密封件50更靠近内側。因此，各阶梯轴45、46以及各限位器47、48配置于被第一密封件49以及第二密封件50密封了的转向外壳5的内部5b。图3A以及图3B是表示转向轴6的移动受到限制的状态的车辆用转向装置I的要部的剖视图。如图3A所示，转向外壳5的第一端部51具有供第一限位器47的外周面嵌合的嵌合面53、和在轴向Xl承受第一限位器47的承受部55。第一阶梯轴45的台阶部63具有:在轴向Xl与第一限位器47对置的ー对接触部64、与各接触部64的径向内侧相连且剖面为凹弯曲状的ー对第一角部65、以及剖面为凹弯曲状的ー对第二角部66。第一角部65和第二角部66在转向轴6的周向Cl交替配置。在转向轴6朝轴向Xl的ー侧(例如，图3A中的左側)移动时，第一阶梯轴45的台阶部63的接触部64与作为第一限位器47的接触面的端面47b接触。由此，转向轴6在轴向Xl的移动量受到限制。接触部64以及端面47b是相对于轴向Xl正交的面。如图3B所示，转向外壳5的第二端部52具有:供第二限位器48的外周面嵌合的嵌合面54、和在轴向Xl承受第二限位器48的承受部56。第二阶梯轴46的台阶部63与第一阶梯轴45的台阶部63同样地构成。即，第二阶梯轴46的台阶部63具有使第一阶梯轴45的台阶部63左右反转的形状。因此，第二阶梯轴46的台阶部63具有:在轴向Xl与第ニ限位器48对置的ー对接触部64、ー对第一角部65、以及ー对第二角部66。在转向轴6朝轴向Xl的另ー侧(例如，图3B中的右側)移动时，第二阶梯轴46的台阶部63的接触部64与作为第二限位器48的接触面的端面48b接触。由此，转向轴6在轴向Xl的移动量受到限制。接触部64以及端面48b是相对于轴向Xl正交的面。图4是转向轴6的第一阶梯轴45的台阶部63及其周边部分的主视图。图5是转向轴6的第一阶梯轴45的台阶部63及其周边部分的俯视图。图6是沿图5的A-A线的剖视图。图7是沿图4的B-B线的剖视图。对第一阶梯轴45进行说明。第二阶梯轴46具有与第一阶梯轴45左右对称的关系。如图4所示，接触部64在车辆的上下方向Zl配置于比转向轴6的中心轴线6c更靠近上侧的位置以及更靠近下侧的位置。同样地，第一角部65在车辆的上下方向Zl配置于比转向轴6的中心轴线6c更靠近上侧的位置以及更靠近下侧的位置。如图6所示，第一角部65将第一外周面61与接触部64的内端64a连接。第一角部65在含有轴向Xl的剖面中是曲率半径Rl相对较小的剖面凹弯曲状。第一角部65与第一外周面61相比朝转向轴6的中心轴线6c侧凹陷。另外，如图5所示，第二角部66在车辆的前后方向Yl配置于比转向轴6的中心轴线6c更靠近前侧以及更靠近后侧的位置。第二角部66将第一外周面61与第二外周面62连接。如图7所示，第二角部66在含有转向轴6的轴向Xl的剖面中是曲率半径R2相对较大的剖面凹弯曲状。第二角部66的曲率半径R2比第一角部65的曲率半径Rl大。这样，第一角部65在车辆的上下方向Zl配置于比转向轴6的中心轴线6c更靠近上侧的位置以及更靠近下侧的位置，第二角部66在车辆的前后方向Yl配置于比转向轴6的中心轴线6c更靠近前侧以及更靠近后侧的位置。因此，第二角部66在转向轴6的周向Cl配置在与第一角部65不同的位置。因此，台阶部63构成了形状在转向轴6的周向Cl不固定的异形限位器。图8是用于说明对转向轴6施加的径向负载的示意图。以下，參照图2和图8。
转向促动器4的驱动カ(旋转力)被滚珠丝杠机构23转换为转向轴6沿轴向Xl的直线方向的力。其结果是，转向轴6沿轴向Xl直线运动。该转向轴6的直线运动传递到从转向轴6的两端突出地设置的转向横拉杆7，并引起转向节臂8的转动。此时，转向轴6受到来自转向横拉杆7的反作用力。例如在图8中，在转向轴6朝左移动的情况下，左侧的转向横拉杆7被转向轴6推压，右侧的转向横拉杆7被转向轴6拉拽。因此，朝向右斜后方向的反作用力从左侧的转向横拉杆7作用于转向轴6，朝向右斜前方向的反作用力从右侧的转向横拉杆7作用于转向轴6。在本实施方式中，将转向横拉杆角D3(參照图8)设定为较大的值，例如30度以上。因此，如在图8中箭头Fl所示，转向轴6从转向横拉杆7受到的反作用力包含比较大的径向分量(以下，称为径向分量F1)。转向横拉杆7的延伸方向大致恒定而与转向角无关。因此，径向负载的方向确定。即，径向负载的方向朝前或者朝后。径向负载作为弯曲载荷而作用于转向轴6，并在台阶部63的前侧部分以及后侧部分产生弯曲应力。曲率半径比第一角部65大的第二角部66设置于上述前侧部分以及后侧部分。如上所述，在本实施方式中，使设置于转向轴6的各台阶部63的接触部64与对应的限位器47、48接触，由此能够限制转向轴6的移动量。如上所述，若转向轴6转向，则径向负载作用于转向轴6。该径向负载的方向确定,伴随着径向负载而产生应力的台阶部63的部位也确定。在包含这样的部位的范围配置有曲率半径相对较大的第二角部66。因此，能够防止转向轴6上的应カ集中，并能够减小转向轴6的应力。而且能够提高转向轴6的耐老化性。另外，在本实施方式中，第二角部66与转向轴6的中心轴线6c相比设置在前侧和后侧。即，第二角部66设置于转向轴6的前侧部分以及后侧部分这两个部分。因此，即使在朝前以及朝后的任意的径向负载作用于转向轴6的情况下，也能够减小产生于第二角部66的应カ。另外，在本实施方式中，第一角部65比第一外周面61更朝转向轴6的中心轴线6c侧凹陷。由此，与第一角部比第一外周面更朝外侧突出的结构相比较，能够扩大接触部64的面积。因此，能够在接触部64与第一限位器47接触时，减小产生于接触部64的应力，并能够减小转向轴6的应力。而且，能够抑制车辆用转向装置I的大型化。另外，在本实施方式中，台阶部63以及限位器47、48配置于被第一密封件49以及第二密封件50密闭了的转向外壳5的内部5b。因此，能够防止异物进入台阶部63与限位器47、48之间。由此，能够防止异物进入转向轴6的接触部64与限位器47、48之间。因此，在转向横拉杆角大且未装备波纹管的车辆用转向装置中，例如在叉车等货物装卸车所装备的车辆用转向装置中，能够提高转向轴6的耐老化性。另外，在本实施方式中，第一阶梯轴45的台阶部63在车辆的左右方向XO与第一限位器47相比配置于内側。同样地，第二阶梯轴46的台阶部63在车辆的左右方向XO与第二限位器48相比配置于内側。因此，与在车辆的左右方向X0，台阶部与限位器相比配置于外侧的结构相比较，能够使从转向轴6的轴端到各台阶部63的距离增加。由此，能够更可靠地防止异物进入各台阶部63与第一限位器47及第ニ限位器48之间。此外，本发明的实施方式的说明如上所述，但该发明不限定于上述的实施方式的内容，在权利要求记载的范围内可以进行各种变更。例如，在上述的实施方式中，第二角部66被设置于隔着转向轴6的中心轴线6c的前侧以及后侧的两侧，但也可以仅设置于比中心轴线6c更靠近前侧以及后侧的任ー侧。另外，在上述的实施方式中，第一角部65由单ー的曲率半径Rl的弯曲面形成，但也可以由具有多个曲率半径的弯曲面形成。同样地，第二角部66也可以由具有多个曲率半径的弯曲面形成。在第一角部65以及第二角部66的至少一方具有多个曲率半径的情况下，可以比较各自的最小的曲率半径来确定其大小关系。例如，在第一角部以及第ニ角部分别具有多个曲率半径的情况下，第二角部的最小的曲率半径可以比第一角部的最小的曲率半径大。另外，本实施方式应用于转向轴6被与转向部件的操作对应的电信号驱动的线控转向式的转向装置，但也可以应用于转向轴6与转向部件机械地连结的转向装置。
权利要求
1.一种车辆用转向装置，其特征在于， 具备:伴随着转向部件的操作而沿轴向移动的转向轴；以及与所述转向轴接触来限制所述转向轴沿所述轴向的移动量的限位器， 所述转向轴具有:第一外周面、直径比所述第一外周面大且与所述第一外周面同轴的第二外周面、以及将所述第一外周面与所述第二外周面连接的台阶部， 所述台阶部具有: 接触部，其相对于所述限位器在所述轴向对置； 第一角部，其将所述第一外周面与所述接触部的内端连接，且剖面为凹弯曲状；以及 第二角部，其在所述转向轴的周向上与所述第一角部不同的位置、且在车辆的前后方向上相对于所述转向轴的中心轴线的前侧以及后侧的至少一侧的位置，将所述第一外周面与所述第二外周面连接，该第二角部的曲率半径比所述第一角部的曲率半径大，且该第二角部剖面为凹弯曲状。
2.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于， 所述第二角部与所述转向轴的中心轴线相比设置于前侧和后侧。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用转向装置，其特征在于， 所述第一角部与所述第一外周面相比朝所述转向轴的中心轴线侧凹陷。
4.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于， 还包括:将所述转向轴的周围包围的筒状的转向外壳；以及 密封件，该密封件配置于所述轴向上的所述转向外壳的各端部与所述转向轴之间，并将所述转向外壳的内部密闭， 所述限位器以及所述台阶部配置于被所述密封件密闭了的所述转向外壳的所述内部。
5.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于， 所述台阶部在所述车辆的左右方向上与所述限位器相比配置于内侧。
全文摘要
车辆用转向装置具有转向轴(6)、以及限制转向轴(6)沿轴向(X1)的移动量的限位器(47、48)。转向轴(6)具有第一外周面(61)和第二外周面(62)、以及环状的台阶部(63)。台阶部(63)包括接触部(64)，其相对于限位器(47、48)在轴向(X1)对置；第一角部(65)，其将第一外周面(61)与接触部(64)的内端连接且剖面为凹弯曲状；以及第二角部(66)，其在与转向轴(6)的中心轴线相比前侧或者后侧的位置将第一外周面(61)与第二外周面(62)连接，曲率半径比第一角部(65)大且剖面为凹弯曲状。
文档编号B62D103/00GK103112489SQ20121045770
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月14日 优先权日2011年11月16日
发明者山中亨介 申请人:株式会社捷太格特