旋转直动变换装置、转向装置的制作方法

本发明涉及旋转直动变换装置、转向装置。

本申请基于2014年11月21日申请的日本专利申请2014-236926号主张优先权，在此援引其内容。

背景技术：

在任意地改变车辆的行进方向的转向装置中使用旋转直动变换装置。

旋转直动变换装置具备形成有小齿轮的小齿轮轴以及形成有与小齿轮啮合的齿条的齿条杆。齿轮齿条装置通过小齿轮与齿条的作用而将小齿轮轴的旋转运动变换为齿条杆的直线运动(直动)。

当使方向盘旋转时，经由转向轴而使小齿轮轴旋转。与小齿轮轴的旋转相应地齿条杆在车辆宽度方向上往复移动，经由连杆构件而改变轮胎(车轮)的朝向(行进方向)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3074339号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

如专利文献1所述，齿条杆的周围被壳体包围，在壳体设置有将齿条杆支承为沿该齿条杆的长度方向相对移动自如的支承部。在专利文献1的机构中，小齿轮轴插入该壳体的内侧，齿条杆的齿条与小齿轮轴的小齿轮啮合。

然而，壳体因发动机室内的发动机热量、排气管热量或者外部环境热量等而热膨胀。若壳体膨胀，则齿条杆与小齿轮轴在彼此分离的方向上位移，齿条与小齿轮的预压量变小。若齿条与小齿轮的预压量变小，则成为产生齿轮间的异响、转向时产生不适感的原因。

本发明的方式的目的在于，提供能够抑制因壳体的热膨胀产生的齿条与小齿轮的预压量的降低的旋转直动变换装置以及转向装置。

用于解决课题的手段

本发明的一方式所涉及的旋转直动变换装置具有：齿条杆，其形成有齿条；壳体，其包围所述齿条杆的周围；小齿轮轴，其插入所述壳体的内侧，且具备与所述齿条啮合的小齿轮；以及支承部，其设置在所述壳体的与所述齿条对置的对置面，将所述齿条杆支承为在所述齿条杆的长度方向上相对移动自如。

本发明的一方式所涉及的转向装置具有：转向轴，其与方向盘连结；连杆构件，其与车轮连结；以及旋转直动变换装置，其将所述转向轴的旋转运动变换为直线运动而使所述连杆构件进行直线运动，作为所述旋转直动变换装置，具有上述的旋转直动变换装置。

发明效果

根据本发明的方式，能够得到可抑制因壳体的热膨胀产生的齿条与小齿轮的预压量降低的旋转直动变换装置以及转向装置。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的转向装置的立体图。

图2是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置的立体图。

图3是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置的分解立体图。

图4是示出本发明的实施方式的小齿轮轴与齿条杆的啮合状态的立体图。

图5是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置的剖视图。

图6是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置的侧视图。

图7a是示出本发明的实施方式的支承块与齿条杆的卡合状态的主视图。

图7b是示出本发明的实施方式的支承块与齿条杆的卡合状态的仰视图。

图8是示出本发明的实施方式的块主体的立体图。

图9a是本发明的实施方式的块主体的主视图。

图9b是本发明的实施方式的块主体的侧视图。

图9c是本发明的实施方式的块主体的仰视图。

图10a是本发明的实施方式的端板的后视图。

图10b是本发明的实施方式的端板的a-a剖视图。

图11a是本发明的实施方式的端板的主视图。

图11b是本发明的实施方式的端板的侧视图。

图12a是用于对本发明的实施方式的齿轮齿条装置的作用进行说明的示意图。

图12b是用于对本发明的实施方式的齿轮齿条装置的作用进行说明的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本发明的实施方式的转向装置1的立体图。

转向装置1是任意地改变车辆的行进方向的装置。转向装置1与作为前轮的一对轮胎t(车轮)连结。

转向装置1具有转向轴3、连杆构件5、以及齿轮齿条装置10(旋转直动变换装置)。

转向轴3是也被称作转向柱的构件。在转向轴3的上端连结有方向盘s。转向轴3的下端与齿轮齿条装置10的小齿轮轴20连结。

连杆构件5具有拉杆6以及转向节臂7。拉杆6的内端与齿轮齿条装置10的齿条杆30连结。拉杆6的外端以能够摆动的方式与转向节臂7的内端连结。转向节臂7的外端与轮胎t连结。

齿轮齿条装置10是将转向轴3的旋转运动变换为直线运动(直动)而使连杆构件5(拉杆6)往复移动的装置。当拉杆6往复移动时，转向节臂7绕垂直轴7p摆动。由此，改变与转向节臂7连结的轮胎t的朝向(行进方向)。

接下来，对齿轮齿条装置10的结构进行说明。

图2是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置10的立体图。图3是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置10的分解立体图。图4是示出本发明的实施方式的小齿轮轴20与齿条杆30的啮合状态的立体图。

如图3所示，齿轮齿条装置10具有小齿轮轴20、齿条杆30、壳体40、以及支承块50(支承部)。

小齿轮轴20与齿条杆30构成齿轮齿条机构(旋转直动变换机构)。另外，齿条杆30与支承块50构成线性引导机构(直动引导机构)。

小齿轮轴20是具有实质上圆柱状的形状的轴构件。小齿轮轴20的第一端部与转向轴3(参照图1)连结。如图4所示，在小齿轮轴20的第二端部形成有小齿轮22。小齿轮22与齿条杆30的齿条32啮合。小齿轮22具有未图示的直齿、斜齿等。需要说明的是，小齿轮22的齿数、尺寸、精度能够任意地设定。

齿条杆30是具有实质上四棱柱状的形状的棒构件。齿条32形成在齿条杆30的外周面中的一个面(以下，称作齿条杆30的正面30s1)。齿条32与小齿轮轴20的小齿轮22啮合。

齿条32以能够与小齿轮22啮合为条件，齿数、尺寸、精度能够任意地设定。

如图3所示，壳体40是具有实质上圆筒状的形状的筒构件。壳体40包围齿条杆30的周围。壳体40具有：主体部41，其与齿条杆30的外周对置且具有筒状的形状；以及轴插入部42，其使小齿轮轴20插入主体部41的内侧且具有筒状的形状。轴插入部42以相对于主体部41倾斜交叉的方式设置。另外，轴插入部42的内部与主体部41的内部连通。在轴插入部42收容有多个将小齿轮轴20支承为旋转自如的轴承42a(参照后述的图5)。

如图3所示，主体部41具有与将齿条杆30与支承块50一并收容的块收容部43。块收容部43设置在轴插入部42与主体部41交叉的部分。如后述的图6所示，块收容部43具有在侧视观察时具有实质上矩形的形状的壁面。返回图3，在块收容部43形成有供固定支承块50的螺栓70插入的孔部44。另外，主体部41具有以与块收容部43邻接的方式设置的盖收容部45。在盖收容部45收容有覆盖收容支承块50的块收容部43的盖构件71。

盖构件71是具有圆环状的形状的板构件。盖构件71的内径设定为齿条杆30能够通过且支承块50无法通过的大小。在盖构件71形成有孔部71a。盖构件71通过插入孔部71a的未图示的螺栓而固定于盖收容部45。孔部71a配置在比支承块50靠外侧的位置。孔部71a具有使插入孔部71a的未图示的螺栓从齿条杆30的长度方向与盖收容部45螺合的结构。

支承块50将齿条杆30支承为在长度方向上相对移动自如。在齿条杆30的侧面30s3沿着长度方向形成有滚动体滚行面33。支承块50经由在滚动体滚行面33上滚行的未图示的滚珠(滚动体)将齿条杆30支承为在长度方向上相对移动自如。支承块50具有块主体51以及安装于块主体51的端面51s的端板52。

接下来，对支承块50的结构进行说明。

图5是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置10的剖视图。图6是示出本发明的实施方式的齿轮齿条装置10的侧视图。需要说明的是，在图5以及图6中，为了提高可视性而未图示盖构件71。

图7a是示出本发明的实施方式的支承块50与齿条杆30的卡合状态的主视图。图7b是示出本发明的实施方式的支承块50与齿条杆30的卡合状态的仰视图。图8是示出本发明的实施方式的块主体51的立体图。图9a是本发明的实施方式的块主体51的主视图。图9b是本发明的实施方式的块主体51的侧视图。图9c是本发明的实施方式的块主体51的仰视图。图10a是本发明的实施方式的端板52的后视图。图10b是本发明的实施方式的端板52的a-a剖视图。图11a是本发明的实施方式的端板52的主视图。图11b是本发明的实施方式的端板52的侧视图。

如图8所示，在块主体51形成有与滚动体滚行面33对置且形成负载滚动体滚行路l1的负载滚动体滚行面53、以及以与负载滚动体滚行路l1平行的方式设置的滚动体返回通路l2。另外，如图10a所示，在端板52形成有将负载滚动体滚行路l1与滚动体返回通路l2连接的方向转换路l3。

负载滚动体滚行路l1与滚动体返回通路l2是彼此平行地延伸的直线部分。

另外，方向转换路l3是将负载滚动体滚行路l1的端部与滚动体返回通路l2的端部连接的半圆弧曲线部分。这样，负载滚动体滚行路l1与滚动体返回通路l2通过方向转换路l3连接而成的滚珠的无限循环路形成为无端口的长圆环状的形状或者无端口的椭圆环状的形状。在本实施方式中，在齿条杆30的侧面30s3分别以对置的方式形成有两个无限循环路。如图9b所示，两个负载滚动体滚行路l1与两个滚动体返回通路l2设置于块主体51。另外，如图10a所示，两个方向转换路l3设置于端板52。

如图8以及图9b所示，在块主体51的端面51s形成有螺纹孔51a。螺纹孔51a是用于将端板52安装于端面51s的孔。另外，如图10a所示，在端板52形成有与螺纹孔51a对置的孔部52a。在孔部52a中插通有螺栓73(参照图7b)。通过插通孔部52a的螺栓73与螺纹孔51a螺合，从而端板52安装于块主体51。

如图11b所示，在端板52形成有卡合突起52b。卡合突起52b与块主体51的螺纹孔51a的边缘卡合，相对于块主体51对端板52进行定位。卡合突起52b贯通在端板52形成的孔部52a。另外，如图11a所示，在端板52形成有螺栓73的座52c。座52c以不使螺栓73的头部从端板52的表面突出的深度形成。

如图6所示，支承块50固定于壳体40的主体部41。主体部41的块收容部43具有在侧视观察时具有实质上矩形的形状的壁面。支承块50固定于该壁面中的与齿条32对置的对置面41s1。支承块50与对置面41s1接触。另一方面，支承块50构成为同不与齿条32对置的壳体40的非对置面41s2不接触。支承销72从下方支承支承块50。支承销72也可以在通过螺栓70将支承块50固定后取下。

如图5所示，支承块50具有在壳体40的对置面41s1设置的多个安装部54。在多个安装部54分别形成有螺纹孔54a。螺纹孔54a与孔部44对置，该孔部44从壳体40的外侧向内侧以与对置面41s1垂直地贯通的方式而形成。在螺纹孔54a中螺合有螺栓70。通过插通孔部44的螺栓70与螺纹孔54a螺合，从而支承块50固定于壳体40。

如图7a以及图7b所示，在多个安装部54之间形成有开口部56。如图5所示，小齿轮22配置在多个安装部54之间。小齿轮22具有经由开口部56与齿条32啮合的结构。小齿轮22在图5所示的主视观察时以相对于齿条杆30倾斜规定角度的方式与齿条杆30啮合。支承小齿轮轴20的轴承42a也与小齿轮轴20对应地倾斜。

在与支承小齿轮轴20的下端部的轴承42a接近的安装部54(图5中纸面左侧的安装部54)形成有切口部54b。切口部54b是用于避免与倾斜的轴承42a干涉的部分(参照图8)。小齿轮22在图6所示的侧视观察时也以相对于齿条杆30倾斜的方式与齿条杆30啮合。需要说明的是，齿条32相对于齿条杆30的正面30s1倾斜。另一方面，齿条32与小齿轮22平行地啮合。多个安装部54形成为在侧视观察时跨越倾斜地配置的齿条32的拱状(鞍状)。

如图6所示，支承块50具有保持部55，该保持部55保持齿条杆30的未形成有齿条32的面。本实施方式的保持部55构成为，保持齿条杆30的正面30s1以外的面、即侧面30s3(保持面)以及背面30s2(保持面)。保持部55与多个安装部54一体地形成。如图7a所示，保持部55将多个安装部54之间连接。保持部55具有保持经由在无限循环路中滚行的滚珠而保持齿条杆30的侧面30s3的结构。

另外，如图6所示，保持部55具有与齿条杆30的背面30s2钩挂的一对卡止部55a。一对卡止部55a在齿条杆30的背面30s2侧相互接近。卡止部55a的分离尺寸比齿条杆30的宽度(从第一侧面30s3到第二侧面30s3的尺寸)小。这样，保持部55具有通过绕至齿条杆30的背面30s2侧的一对卡止部55a来保持齿条杆30的背面30s2的结构。

接下来，参照图12a、图12b对上述结构的齿轮齿条装置10的作用进行说明。

图12a、12b是用于对本发明的实施方式的齿轮齿条装置10的作用进行说明的示意图。图12a示出本实施方式的齿轮齿条装置10的侧视图。图12b示出比较例的齿轮齿条装置10a的侧视图。

如图12b所示，比较例的齿轮齿条装置10a具有支承块50a，该支承块50a固定在不与齿条32对置的壳体40的非对置面41s2。支承块50a具有从齿条杆30的背面30s2侧保持齿条杆30的结构。齿轮齿条装置10a具有通过调整螺栓70a相对于支承块50a的拧入量来调整齿条32与小齿轮22的预压量的结构。

上述结构的齿轮齿条装置10a的壳体40具有包围齿条杆30的周围的筒状的形状。当齿轮齿条装置10a的壳体40受到发动机热量、排气管热量或者外部环境热量等时，如图12b所示的箭头那样沿径向热膨胀。小齿轮轴20以使小齿轮22与齿条32啮合的方式插入与齿条32对置的壳体40的对置面41s1。小齿轮轴20在壳体40的外部经由未图示的轴承而固定，不会受到壳体40的热膨胀的影响而位移。

另一方面，支承块50a固定在不与齿条32对置的壳体40的非对置面41s2。因此，支承块50a因壳体40的热膨胀而向图12b的纸面右侧(用实心箭头示出)位移。于是，由于壳体40的热膨胀，支承块50以相对于被固定的小齿轮轴20分离的方式位移。若产生这种位移，则齿条32与小齿轮22的相对位置分离，预压量降低。若齿条32与小齿轮22的预压量降低，则产生晃动，成为产生齿轮间的异响、转向时产生不适感的原因。

另一方面，如图12a所示，本实施方式的齿轮齿条装置10具有支承块50，该支承块50固定在与齿条32对置的壳体40的对置面41s1。根据该结构，支承块50因壳体40的热膨胀而向图12a的纸面左侧(用实心箭头示出)位移。即，由于不会如上述那样小齿轮轴20受到壳体40的热膨胀的影响而位移，因此固定在壳体40的对置面41s1的支承块50不会如固定在壳体40的非对置面41s2的支承块50a那样以相对于小齿轮轴20分离的方式位移，反而以相对于小齿轮轴20接近的方式位移。而且，支承块50支承齿条杆30，齿条杆30不会相对于小齿轮轴20分离。因此，能够抑制齿条32与小齿轮22的预压量的降低。

另外，在本实施方式中，如图5所示，支承块50具有固定在壳体40的对置面41s1的多个安装部54，小齿轮22配置在多个安装部54之间。根据该结构，多个安装部54配置在小齿轮22的两侧，因此容易通过螺栓70的紧固而左右均衡地施加预压，能够抑制齿条32与小齿轮22的预压的不均。另外，根据该结构，小齿轮22的位置与支承块50的位置重叠。因此，即使支承块50因壳体40的热膨胀的影响而位移，也会如图12a所示成为支承块50被按压于小齿轮22的状态，因此能够抑制齿条32与小齿轮22的预压量的降低。

另外，在本实施方式中，支承块50具有保持部55，该保持部55保持齿条杆30的未形成有齿条32的面，保持部55与多个安装部54一体地形成。根据该结构，未形成有齿条32的齿条杆30的侧面30s3被保持部55保持，因此能够抑制齿条杆30的宽度方向(图6所示的纸面上下方向)上的移动(位移)。另外，保持部55具有与齿条杆30的背面30s2钩挂的一对卡止部55a，齿条杆30的背面30s2被保持部55保持，因此能够抑制齿条杆30相对于小齿轮22分离的方向(图6所示的纸面右方向)上的移动(位移)。保持部55与多个安装部54一体地形成，因此能够抑制齿条杆30向预压量减少的方向的移动(位移)，并且使由多个安装部54的紧固产生的预压作用于齿条杆30。

并且，在本实施方式中，齿条杆30在长度方向上具有滚动体滚行面33，支承块50具有：与滚动体滚行面33对置且形成负载滚动体滚行路l1的负载滚动体滚行面53、以与负载滚动体滚行路l1平行的方式设置的滚动体返回通路l2、以及将负载滚动体滚行路l1与滚动体返回通路l2之间进行连接的方向转换路l3，并且具有多个滚珠，该多个滚珠在由负载滚动体滚行路l1、滚动体返回通路l2、以及方向转换路l3形成的无限循环路中循环。根据该结构，在齿条杆30与支承块50之间夹设有多个滚珠，因此能够减少使齿条杆30相对于支承块50沿长度方向移动时的阻力，能够实现顺畅的转向操作。

如以上说明那样，根据上述的本实施方式，通过采用如下结构，能够得到可抑制因壳体40的热膨胀产生的齿条32与小齿轮22的预压量的降低的齿轮齿条装置10以及转向装置1，该结构为具有：齿条杆30，其形成有齿条32；壳体40，其包围齿条杆30的周围；小齿轮轴20，其插入壳体40的内侧，且具备与齿条32啮合的小齿轮22；以及支承块50，其设置在与齿条32对置的壳体40的对置面41sl，将齿条杆30支承为在齿条杆30的长度方向上相对移动自如。

以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。在上述实施方式中示出的各构成构件的各种形状、组合等仅是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够根据设计要求等加以各种变更。

例如，在上述实施方式中，对在齿条杆30与支承块50之间夹设有多个滚珠的结构进行了说明，但不限于此。也可以代替滚珠而使用滚柱。

另外，例如，也可以为不使用滚珠、滚柱等滚动体而使齿条杆与支承块滑动(滑动支承)的情况。

另外，例如，在上述实施方式中，对齿条杆30形成为实质上四棱柱形的情况进行了说明，但不限于此。例如，也可以为圆柱形、圆筒形、多棱柱形等。也可以代替支承块50，而使用允许齿条杆30的左右方向上的移动的径向轴承(轴颈轴承)。

对利用一个支承块50支承齿条杆30的情况进行了说明，但不限于此。也可以配置多个支承块50。

另外，也可以代替支承块50，使用多个轴承等来支承齿条杆30。

另外，例如，在上述实施方式中，对支承块50保持齿条杆30的侧面30s3与背面30s2的情况进行了说明，但不限于此。也可以为支承块50仅保持齿条杆30的侧面30s3的情况，还可以为仅保持背面30s2的情况。

另外，例如，在上述实施方式中，对设置一对安装部54的情况进行了说明，但不限于此。也可以设置一个安装部54。或者，也可以设置两个以上的安装部54。

另外，例如，在上述实施方式中，对孔部44是圆孔的情况进行了说明，但不限于此。例如，也可以将孔部44设为沿与齿条杆30正交的方向延伸的长孔，或者形成为直径比螺栓70的直径大的圆孔。根据该结构，能够使支承块50的固定位置沿图6所示的纸面上下方向移动，从而调整齿条32与小齿轮22的预压量。即，齿条32倾斜地形成。因此，当使支承块50的固定位置向图6所示的纸面上方向移动时，能够增加齿条32与小齿轮22的预压量。另一方面，当使支承块50的固定位置向图6所示的纸面下方向移动时，能够降低齿条32与小齿轮22的预压量。

另外，例如，在上述实施方式中，对齿轮齿条装置10应用于车辆a的转向装置1的情况进行了说明，但不限于此。例如，也能够应用于船舶、航空器等转向装置。

附图标记说明

1…转向装置，3…转向轴，5…连杆构件，10…齿轮齿条装置(旋转直动变换装置)，20…小齿轮轴，22…小齿轮，30…齿条杆，30s2…背面(保持面)，30s3…侧面(保持面)，32…齿条，33…滚动体滚行面，40…壳体，41s1…对置面，41s2…非对置面，50…支承块(支承部)，53…负载滚动体滚行面，54…安装部，55…保持部，l1…负载滚动体滚行路，l2…滚动体返回通路，l3…方向转换路，t…轮胎。