本发明涉及齿条杆和齿条杆的制造方法。
背景技术：
汽车等的一些车辆转向装置具有双齿轮齿条杆，该双齿轮齿条杆在两个位置处具有齿条齿部，一个齿部与转向轴的转向齿轮啮合，并且另一个齿部与辅助机构的辅助齿轮啮合。根据车辆中的转向轴与辅助机构之间的位置关系，可以将双齿轮齿条杆的两个位置处的齿部设计为围绕齿条杆的中心线具有角度差。
根据现有技术的这样的双齿轮齿条杆的制造方法，为了提高两个位置处的齿部之间的角度差的精度，通过将联结部件插置于第一杆部件与第二杆部件之间，而使具有第一齿部的第一杆部件与具有第二齿部的第二杆部件同轴地布置，并且使联结部件绕着中心线旋转，使得第一杆部件的端面与联结部件的端面互相摩擦焊接，并且第二杆部件的端面与联结部件的另一个端面互相摩擦焊接(例如，参见JP2014-234882A)。
在该现有技术中，第一杆部件、第二杆部件和联结部件在它们的端面处通过摩擦焊接而联结，即使联结面积有限，也提供了较高的强度。然而，第一杆部件、第二杆部件和联结部件的材料基本上限于金属材料。例如，通常用作第一杆部件和第二杆部件的材料的诸如JIS-S45C这样的碳钢也用作联结部件的材料。这限制了双齿轮齿条杆的轻量化。
技术实现要素：
本发明的说明性方面提供了在两个位置处具有齿部的齿条杆，该齿条杆的齿部之间的角度差的精度提高，并且能够轻量化。
根据本发明的说明性方面，齿条杆包括：第一杆部件，该第一杆部件包括形成有多个齿条齿的第一齿部；第二杆部件，该第二杆部件包括形成有多个齿条齿的第二齿部；以及联结部件，该联结部件将所述第一杆部件与所述第二杆部件同轴地结合。所述联结部件包括配合到所述第一杆部件的端部上的第一联结部以及配合到所述第二杆部件的端部上的第二联结部。所述第一联结部和所述第二联结部均具有中空筒状。所述第一联结部与所述第二联结部互相同轴地形成。所述联结部件的所述第一联结部的内周面与所述第一杆部件的端部的外周面通过粘合剂互相联结。所述联结部件的所述第二联结部的内周面与所述第二杆部件的端部的外周面通过粘合剂互相联结。
根据本发明的另一个说明性方面，提供了一种齿条杆的制造方法。该方法包括：将粘合剂施加于所述联结部件的所述第一联结部的内周面和所述第一杆部件的端部的外周面中的至少一者，并且将所述第一杆部件的端部配合到所述第一联结部内；将粘合剂施加于所述联结部件的所述第二联结部的内周面和所述第二杆部件的端部的外周面中的至少一者，并且将所述第二杆部件的端部配合到所述第二联结部内；以及在将所述第一齿部和所述第二齿部调整为围绕所述齿条杆的中心线具有给定的角度差的状态下，使所述粘合剂硬化。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的转向装置的实例的前视图。
图2是转向装置的齿条杆的前视图。
图3是齿条杆的截面图。
图4是由图3中的虚线IV包围的部分的放大立体图。
图5是齿条杆的变形例的截面图。
具体实施方式
图1图示出根据本发明的实施例的转向装置1。
转向装置1具有齿条壳体2和齿条杆10，该齿条杆10容纳在齿条壳体2中从而能够在轴向上滑动。
拉杆3通过联结部而结合到齿条杆10的两端部，并且通过齿条杆10的运动，车轮通过拉杆3和该拉杆3所结合到的转向机构而转向。
在齿条壳体2的轴向一端部处，设置有转向齿轮箱4。在转向齿轮箱4内，设置有转向齿轮(未示出)，该转向齿轮形成在结合于转向轴的输入轴5上。在齿条壳体2的轴向另一端部处，设置有辅助齿轮箱6。在辅助齿轮箱6内，设置有由辅助机构的电机7驱动的辅助齿轮(未示出)。
齿条杆10具有第一齿部20和第二齿部21。第一齿部20具有与转向齿轮啮合的多个齿条齿。第二齿部21具有与辅助齿轮啮合的多个齿条齿。
通过方向盘的旋转操作，输入轴5的转向齿轮旋转，使得在第一齿部20处与转向齿轮啮合的齿条杆10在轴向上移动。通过方向盘的旋转操作，根据方向盘等的转向力而被控制的辅助机构的电机7的驱动力通过与第二齿部21啮合的辅助齿轮而传递到齿条杆10，以辅助齿条杆10的移动。
图2和3图示出齿条杆10的结构。
齿条杆10具有：第一杆部件11，该第一杆部件11具有第一齿部20，该第一齿部20的齿条齿与转向齿轮啮合；第二杆部件12，该第二杆部件12具有第二齿部21，该第二齿部21的齿条齿与辅助齿轮啮合；和联结部件13，该联结部件13将第一杆部件11与第二杆部件12互相结合。
第一杆部件11和第二杆部件12由实心杆部件制成，该实心杆部件具有圆形截面，并且由诸如像JIS-S45C的碳钢这样的金属材料制成。例如，第一杆部件11的第一齿部20和第二杆部件12的第二齿部21的齿条齿通过切削和/或锻造形成。第一杆部件11的第一齿部20与第二杆部件12的第二齿部21的齿条齿的齿廓可以是相同或不同的，并且可以设置恒定齿轮比(CGR)和可变齿轮比(VGR)的组合。
联结部件13具有筒状，并且设置在第一杆部件11与第二杆部件12之间，并且与第一杆部件11和第二杆部件12同轴。联结部件13在一端处具有第一联结部23，并且在另一端处具有第二联结部25。第一联结部23配合到第一杆部件11的端部22上，并且第二联结部25配合到第二杆部件12的端部24上。通过设置从联结部件13的相应端面轴向延伸的孔，第一联结部23和第二联结部25分别形成为具有中空筒状。第一联结部23与第二联结部25互相同轴地形成。
第一杆部件11的端部22通过切削等形成为相比于与该端部22相邻的轴部26具有较小的直径。第二杆部件12的端部24通过切削等形成为相比于与该端部24相邻的轴部27具有较小的直径。第一杆部件11、第二杆部件12和联结部件13均具有相同的外径，使得第一杆部件11与联结部件13以及第二杆部件12与联结部件13互相连接而不形成阶部。
第一杆部件11的端部22的外周面与联结部件13的第一联结部23的内周面通过粘合剂互相联结。第二杆部件12的端部24的外周面与联结部件13的第二联结部25的内周面也通过粘合剂互相联结。
多个凹部28可以形成于第一杆部件11的端部22的外周面和联结部件13的第一联结部23的内周面中的至少一者上，并且可以形成于第二杆部件12的端部24的外周面和联结部件13的第二联结部25的内周面中的至少一者上。在图示出的实例中，凹部28分别形成于第一杆部件11的端部22的外周面和第二杆部件12的端部24的外周面上。由于凹部28，使得形成凹部28的表面与粘合剂之间的接触面积增大，并且此外，产生了已经进入凹部28并且硬化的粘合剂的锚定效果，从而提高了联结强度。
凹部28可以通过滚花(knurling)形成为槽状，如图4所示，可以通过造窝(dimpling)形成为点状，或者凹部28不限于通过滚花或造窝形成的可见的粗凹部，而可以是通过诸如喷丸这样的粗化而形成的微细凹部。
如下制造齿条杆10：
首先，制备第一杆部件11、第二杆部件12和联结部件13，所述第一杆部件11具有形成有齿条齿的第一齿部20，所述第二杆部件12具有形成有齿条齿的第二齿部21。然后，将粘合剂施加于第一杆部件11的端部22的外周面和联结部件13的第一联结部23的内周面中的至少一者，并且施加于第二杆部件12的端部24的外周面和联结部件13的第二联结部25的内周面中的至少一者。优选地，至少将粘合剂施加于具有凹部28的表面。
将第一杆部件11的端部22配合到联结部件13的第一联结部23内。将第二杆部件12的端部24配合到联结部件13的第二联结部25内。将第一杆部件11、第二杆部件12和联结部件13彼此同轴地设置。
联结部件13的均具有中空筒状的第一联结部23和第二联结部25互相同轴地形成，使得第一杆部件11与第二杆部件12能够绕着中心线旋转，以将第一杆部件11的第一齿部20与第二杆部件12的第二齿部21调整为围绕旋转轴具有给定的角度差。
然后，在第一杆部件11与第二杆部件12分别被保持为使得它们不能绕着它们的旋转轴旋转的状态下，使介于第一杆部件11的端部22与联结部件13的第一联结部23之间的粘合剂和介于第二杆部件12的端部24与联结部件13的第二联结部25之间的粘合剂硬化，从而使第一杆部件11与第二杆部件12经由联结部件13而互相同轴地结合。
通过以上述方式制造齿条杆10，能够容易地控制第一杆部件11的第一齿部20与第二杆部件12的第二齿部21之间的角度差，并且能够提高该角度差的精度。
由于第一杆部件11与联结部件13以及第二杆部件12与联结部件13在沿轴向延伸的内周面和外周面处联结，所以与它们在端面处联结的情况相比，能够使得联结面积大，使得即使利用粘合剂也能够提供足够的强度。从而，作为在摩擦焊接的情况下基本上限于金属材料的联结部件13的材料，还能够使用通常比用作第一杆部件11和第二杆部件12的材料的诸如像JIS-S45C的碳钢这样的金属材料比重低的非金属材料，使得能够减轻齿条杆10的重量。
作为制成联结部件13的非金属材料，从诸如硬度和韧性这样的机械强度以及比重的角度来看，可以适当地使用纤维强化树脂材料。
作为纤维强化树脂材料中包含的纤维，可以使用诸如玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维这样的各种纤维，并且其中，可以适当地使用碳纤维。碳纤维强化树脂材料的减振特性也是优秀的，能够减缓作用于齿条杆10的各种振动，诸如由于路面凹凸而引起的振动和由于车轮的制动不平衡和旋转不平衡而引起的振动，并且能够通过抑制这些振动经由转向轴和方向盘传递到驾驶员而改善转向感。而且，通过减缓振动，还能够提高车辆静谧性。
作为形成纤维强化树脂材料的基体树脂，可以使用热固性树脂或热塑性树脂或者热固性树脂与热塑性树脂的混合树脂。作为热固性树脂，可以以环氧树脂、不饱和聚酯树脂和酚醛树脂为例，并且作为热塑性树脂，可以以聚丙烯树脂、聚酰氨树脂和聚苯硫醚树脂为例。
作为制成联结部件13的非金属材料，还可以使用纤维强化陶瓷材料。
可以用于联结第一杆部件11的端部22与联结部件13的第一联结部23以及第二杆部件12的端部24与联结部件13的第二联结部25的粘合剂的实例包括：诸如单组分环氧粘合剂这样的热固性粘合剂；诸如双组分环氧粘合剂、双组分丙烯酸粘合剂和聚氨酯粘合剂这样的冷固粘合剂；以及诸如聚烯烃粘合剂这样的热塑性粘合剂。可以根据第一杆部件11、第二杆部件12和联结部件13的材料选择粘合剂。
例如，当第一杆部件11和第二杆部件12的材料是诸如JIS-S45C这样的碳钢并且联结部件13的材料是基体树脂为热固性树脂的碳纤维强化树脂材料时，可以适当地选用热固性粘合剂作为粘合剂。当第一杆部件11和第二杆部件12的材料是诸如JIS-S45C这样的碳钢并且联结部件13的材料是基体树脂包含热塑性树脂的碳纤维强化树脂材料时，可以适当地选用冷固粘合剂作为粘合剂。
当将粘合剂施加于第一杆部件11的端部22的外周面和联结部件13的第一联结部23的内周面中的至少一者并且施加于第二杆部件12的端部24的外周面和联结部件13的第二联结部25的内周面中的至少一者时，优选地，不仅对于热塑性粘合剂而且对于热固性粘合剂和冷固粘合剂，均通过将粘合剂加热到软化温度而降低粘合剂的粘度。以这种方式，能够均匀地施加粘合剂，从而提高第一杆部件11与联结部件13之间的联结强度以及第二杆部件12与联结部件13之间的联结强度。
在粘合剂设置于联结部件13的第一联结部23与第一杆部件11的配合在该第一联结部23中的端部22之间并且/或者粘合剂设置于联结部件13的第二联结部25与第二杆部件12的配合在该第二联结部25中的端部24之间的状态下，通过将粘合剂加热到软化温度以减小粘合剂的粘度也是有效的。以这种方式，能够提高粘合剂的粘合度，从而提高第一杆部件11与联结部件13之间的联结强度以及第二杆部件12与联结部件13之间的联结强度。
例如，可以通过红外线加热、热空气加热等进行处于第一杆部件11和第二杆部件12插入到联结部件13中的状态下的粘合剂的加热。在其它情况下，可以感应加热由诸如碳钢这样的金属材料制成的第一杆部件11的端部22和第二杆部件12的端部，并且通过在端部22、24处产生的热量而加热与端部22、24接触的粘合剂。通过感应加热，能够通过电流量和电流施加时间容易地控制粘合剂的温度。而且，根据感应加热，能够局部和快速地加热端部22、24，能够抑制第一杆部件11的除了端部22之外的部分、第二杆部件12的除了端部24之外的部分、以及配合到端部该22、24的联结部件13的除了第一联结部23和第二联结部25之外的部分的由于热量而引起的恶化和扭曲，并且还能够抑制形成齿条杆10的外表面的联结部件13的第一联结部23和第二联结部25的外层由于热量而引起的恶化和扭曲。
当粘合剂是热固性粘合剂时，将配合在联结部件13中的第一杆部件11的第一齿部20和第二杆部件12的第二齿部21调整为围绕中心线具有给定的角度差，保持第一杆部件11和第二杆部件12，并且然后，将热固性粘合剂加热到硬化温度并且硬化。如上所述，通过使用热固性粘合剂，能够留有余量地进行第一齿部20与第二齿部21之间的角度差的调整以及第一杆部件11与第二杆部件12的固定。
例如，当热固性粘合剂硬化时的加热可以是红外线加热或热空气加热或者可以是感应加热。根据感应加热，如上所述，能够抑制第一杆部件11的除了端部22之外的部分、第二杆部件12的除了端部24之外的部分、以及配合到该端部22、24的联结部件13的除了第一联结部23和第二联结部25之外的部分的由于热量而引起的恶化和扭曲，并且还能够抑制形成齿条杆10的外表面的联结部件13的第一联结部23和第二联结部25的外层的由于热量而引起的恶化和扭曲。
这里，碳纤维强化树脂材料(具体地，包含在碳纤维强化树脂材料中的碳纤维)是具有导电性并且电位比诸如JIS-S45C这样的碳钢高的材料，并且如果由碳纤维强化树脂材料制成的联结部件13与由碳钢制成的第一杆部件11和第二杆部件12直接接触，则能够在第一杆部件11和第二杆部件12上发生电腐蚀；然而，在齿条杆10中，粘合剂介于第一杆部件11的端部22与联结部件13的第一联结部23之间以及第二杆部件12的端部24与联结部件13的第二联结部25之间，并且由于粘合剂，而使第一杆部件11的端部22与联结部件13的第一联结部23以及第二杆部件12的端部24与联结部件13的第二联结部25互相分离，使得能够抑制第一杆部件11和第二杆部件12的电腐蚀。
粘合剂对电腐蚀的抑制适用于联结部件13的材料具有导电性并且电位比第一杆部件11和第二杆部件12的材料高的情况，并且不限于碳钢与碳纤维强化树脂材料的组合。
图5示出齿条杆10的变形例。
在图5所示的实例中，第一杆部件11和第二杆部件12由截面是圆形的管部件制成，并且联结部件13也形成为圆形管状，并且使得联结部件13在齿条杆的轴向上的整个长度上是中空的，从而进一步减轻齿条杆的重量。
虽然在图示出的实例中，第一杆部件11和第二杆部件12是管部件，但是第一杆部件11和第二杆部件12中的一者可以是管部件，并且第一杆部件11和第二杆部件12中的另一者可以是杆部件。此外，联结部件13可以具有柱状，如图2和3所示。
在第一杆部件11和第二杆部件12是管部件的情况下，第一杆部件11的第一齿部20的齿条齿和第二杆部件12的第二齿部21的齿条齿例如如下地形成。
首先，在管部件的要形成齿的部分(在下文中，齿形成部)处预先形成平坦的齿形成面，该部分是管部件的在其长度方向上的一部分。例如，通过利用成型模具而挤压管部件的齿形成部的压制加工，形成齿形成面。
然后，将管部件置于成型模具中，该成型模具包括挤压齿形成面的齿模并且遍及整个周边地包围管部件的齿形成部，并且将金属芯插入到管部件内。管部件的形成齿形成面的厚度部分被插入的金属芯从内侧挤压，并且进入挤压齿形成面的齿模。随着插入的金属芯的厚度逐渐增大并且反复挤压，在管部件上形成对应于齿模的多个齿条齿。
管状的联结部件13的端部处的第一联结部23和第二联结部25具有中空筒状，并且互相同轴地设置。第一联结部23配合到第一杆部件11的端部22，并且第二联结部25配合到第二杆部件12的端部24。
然后，利用粘合剂使第一杆部件11的端部22的外周面与联结部件13的第一联结部23的内周面互相联结，并且利用粘合剂使第二杆部件12的端部24的外周面与联结部件13的第二联结部25的外周面互相联结，并且使第一杆部件11与第二杆部件12经由联结部件13互相同轴地结合。
虽然已经参考特定实施例描述了本发明，但是本发明的范围不限于上述实施例，并且本领域技术人员将要理解的是，能够在不背离由附加的权利要求限定的本发明的范围的情况下对本发明做出各种修改和改进。
本申请基于2015年10月22日提交的日本专利申请No.2015-208324，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。