JP7101092B2 - Quenching equipment and quenching method for rack bars - Google Patents
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Description
本発明は、自動車のステアリング装置等に使用されるラックバーの焼入装置及び焼入方法に関する。 The present invention relates to a quenching device and a quenching method for a rack bar used in an automobile steering device or the like.
ラックバーは、軸材の長さの一部区間にラックが形成されているものであり、軽量化のため、中空の軸材からなるものも知られている。ラックバーが加工後に焼入される場合に、ラックが形成されている一部区間の断面形状が非対称であり、且つラック加工時の残留応力が高いため、焼入に起因して曲がりが生じやすく、中空の軸材からなるものはその傾向が著しい。そこで、ラックバーを拘束した状態で焼入する焼入装置及び焼入方法が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
The rack bar has a rack formed in a part of the length of the shaft member, and a rack bar made of a hollow shaft member is also known for weight reduction. When the rack bar is quenched after machining, the cross-sectional shape of a part of the section where the rack is formed is asymmetric and the residual stress during rack machining is high, so bending is likely to occur due to quenching. The tendency is remarkable for those made of hollow shaft material. Therefore, a quenching device and a quenching method for quenching with the rack bar restrained are known (see, for example,
特許文献1に記載された焼入装置は、ラックバーを上下方向及び左右方向から拘束する4つの拘束治具を備える。各拘束治具には、ラックバーに接触する複数の凸部が設けられており、これら凸部の間の凹部には、小穴の冷却液噴射口が形成されている。冷却液噴射口は、ラックバーの長さ方向に並んでいる。加熱されたラックバーが4つの拘束治具によって上下方向及び左右方向から拘束された状態で、これら冷却液噴射口から冷却液が噴射され、ラックバーが焼入される。
The quenching device described in
特許文献2に記載された焼入装置もまた、ラックバーを上下方向及び左右方向から拘束する4つの拘束治具を備えるが、4つの拘束治具のうちラックに接触する拘束治具には、小穴の冷却液噴射口に替えて、ラックの全長に亘って延びる冷却液噴射スリットが形成されている。 The quenching device described in Patent Document 2 also includes four restraint jigs for restraining the rack bar from the vertical direction and the horizontal direction. Among the four restraint jigs, the restraint jig that comes into contact with the rack includes the restraint jig. Instead of the small hole coolant injection port, a coolant injection slit extending over the entire length of the rack is formed.
特許文献1に記載された焼入装置では、歯によって冷却速度に差が生じてラックの歯のピッチが不整になる場合があった。歯のピッチの不整は、ラックとピニオンとの円滑な噛み合いを妨げ、ラックバーを使用した機械装置の性能を低下させる虞がある。特許文献2に記載された焼入装置では、4つの拘束治具のうちラックに接触する拘束治具において、冷却液を噴射するノズルが、小穴からラックの全長に亘って延びるスリットに替えられており、これにより、歯毎の冷却速度を均一化し、歯のピッチの不整が抑制されている。しかしながら、ラックバーを使用した機械装置の性能向上に伴い、ラックバーに対して歯精度の一層の均一化が要請されており、追加の対策が求められる。
In the quenching device described in
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、焼入歪に起因する歯のピッチの不整を抑制し、より高精度なラックバーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to suppress irregularity of tooth pitch due to quenching strain and to provide a more accurate rack bar.
本発明の一態様のラックバーの焼入装置は、中空の軸材の長さの一部区間にラックが形成されたラックバーの焼入装置であって、加熱された前記一部区間を前記一部区間の全長にわたって複数の径方向から拘束する複数の拘束治具を備え、前記複数の拘束治具は、前記一部区間において当該拘束治具と対向する部位に冷却液を噴射する噴射部をそれぞれ有し、前記噴射部は、少なくとも前記ラックの各歯底を通って前記一部区間の外周を周回する複数の環状領域に対し、前記冷却液を一様に噴射する。 The rack bar quenching device according to one aspect of the present invention is a rack bar quenching device in which a rack is formed in a partial section of the length of the hollow shaft member, and the heated partial section is described as described above. A plurality of restraint jigs for restraining from a plurality of radial directions over the entire length of a part of the section are provided, and the plurality of restraint jigs are injection units for injecting coolant to a portion facing the restraint jig in the part of the section. The injection unit uniformly injects the coolant onto a plurality of annular regions that circulate around the outer periphery of the partial section through at least each tooth bottom of the rack.
また、本発明の一態様のラックバーの焼入方法は、中空の軸材の長さの一部区間にラックが形成されたラックバーの少なくとも前記一部区間を加熱し、加熱された前記一部区間を前記一部区間の全長にわたって複数の径方向から拘束し、少なくとも前記ラックの各歯底を通って前記一部区間の外周を周回する複数の環状領域に対し、前記一部区間を拘束している複数の拘束治具から冷却液を一様に噴射する。 Further, in the method for quenching a rack bar according to one aspect of the present invention, at least a part of the rack bar in which a rack is formed in a part of the length of the hollow shaft member is heated and heated. The section is constrained from a plurality of radial directions over the entire length of the section, and the section is constrained to a plurality of annular regions that orbit the outer periphery of the section at least through each tooth bottom of the rack. The coolant is uniformly sprayed from a plurality of restraint jigs.
本発明によれば、焼入歪に起因する歯のピッチの不整を抑制し、より高精度なラックバーを提供できる。 According to the present invention, it is possible to suppress irregularity of tooth pitch due to quenching strain and provide a rack bar with higher accuracy.
図1は、本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの一例を示す。 FIG. 1 shows an example of a rack bar for explaining an embodiment of the present invention.
ラックバー10は、断面円形状の中空の軸材11からなるラックバーであり、軸材11の長さの一部区間にはラック12が形成されている。ラックバー10は、例えば次のようにして製造される。
The
軸材11は、例えばJIS-S45C等の鋼からなる中空の軸材である。図2に示すように、軸材11の長さの一部区間がプレス加工で平坦状に歯底高さ付近まで押し潰され、軸材11の軸方向に延びる平潰し部13が形成される。
The
次に、図3に示すように、平潰し部13を含む軸材11の一部が金型20によって保持される。金型20は上型21と下型22とを備える。上型21と下型22とは、図示しない型締め機構により開閉され、軸材11を上下方向に挟み、軸材11の外周を保持する。上型21にはラック歯型23が取外し可能に装着されており、ラック歯型23は平潰し部13の略平坦な外面に当接した状態で固定される。平潰し部13の外面に接するラック歯型23の成形面24には、ラック12を成形する複数の歯溝が設けられている。
Next, as shown in FIG. 3, a part of the
ラック歯型23が平潰し部13に当接した状態で、芯金25が、軸材11の一方の端部側の開口を通して軸材11に挿入され、押棒26によって平潰し部13の内部に圧入される。そして、圧入された芯金25は、軸材11の他方の端部側の開口から挿入される押棒27によって押し戻され、軸材11から排出される。芯金25が平潰し部13の全長に亘って往復移動される過程で、平潰し部13の材料が芯金25によってしごかれ、ラック歯型23に向けて塑性流動する。芯金25が次第に大きなものに替えられ、芯金25の圧入が繰り返されることにより、平潰し部13の材料がラック歯型23の成形面24の歯溝に次第に食い込み、成形面24の形状が平潰し部13に転写され、平潰し部13にラック12が形成される。
The
ラック12が形成された軸材11は、必要に応じて、歯の成形に伴う曲りの矯正、外周面の研削が施され、そして、ラック12の硬度を高めるために焼入が施される。軸材11の焼入の際の加熱は、例えば高周波誘導加熱によって行うことができるが、高周波誘導加熱に限定されない。また、軸材11の加熱範囲は、ラック12が形成された一部区間(以下、ラック形成区間という)を含む限りにおいて特に限定されず、ラック形成区間だけでもよいし、軸材11の全長でもよい。
The
ここで、焼入によりラックの歯のピッチが不整になる要因として、焼入時の冷却速度がラックの各歯底において不均一となることが挙げられる。すなわち、各歯底が焼入の加熱温度から冷却される際に、熱膨張の分の収縮が発生するが、早く冷却された部分は他の部分に先駆けて収縮する。一方、遅く冷却された部分は、先に冷却されて強度が増した部分によって収縮が制限される。その結果、各歯底のうち冷却が早かった部分では歯のピッチが狭く、冷却が遅かった部分では歯のピッチが広くなる。さらに、ラックバーの焼入は、通常、ラックだけでなく、ラック形成区間の全周を加熱して行なわれる。したがって、各歯底を通ってラック形成区間の外周を周回する環状領域Ai(i=1~n)(図1参照)の冷却速度の不均一もまた、ラックの歯のピッチの不整に影響する。 Here, as a factor that the pitch of the teeth of the rack becomes irregular due to quenching, it is mentioned that the cooling rate at the time of quenching becomes non-uniform at each tooth bottom of the rack. That is, when each tooth bottom is cooled from the heating temperature of quenching, shrinkage due to thermal expansion occurs, but the quickly cooled portion shrinks ahead of the other portions. On the other hand, the slow-cooled portion is limited in shrinkage by the previously cooled and strengthened portion. As a result, the tooth pitch is narrow in the portion of each tooth bottom where cooling is fast, and the tooth pitch is wide in the portion where cooling is slow. Further, quenching of the rack bar is usually performed by heating not only the rack but also the entire circumference of the rack forming section. Therefore, the non-uniform cooling rate of the annular region Ai ( i = 1 to n) (see FIG. 1) that orbits the outer periphery of the rack forming section through each tooth bottom also affects the irregularity of the rack tooth pitch. do.
従来のラックバーの焼入装置では、ラックバーの長さ方向に並ぶ複数の小穴から冷却液が噴射されているが、小穴とラックの歯との対応関係、換言すれば小穴と歯底を通る環状領域Ai(i=1~n)との対応関係が一定にはなっていない。冷却液は、いずれ全ての環状領域Ai(i=1~n)を流れるが、仔細に見ると、各環状領域Ai(i=1~n)に対する冷却液の当たり方が均一ではない。例えば、一部の環状領域では冷却液が直接当たり、一部の環状領域では、他の環状領域に当たった冷却液が回り込む。このような冷却液の当たり方の不均一が焼入時の冷却速度の不均一を招き、ラックの歯のピッチが不均一になると考えられる。そこで、以下に説明するラックバーの焼入装置は、各環状領域Ai(i=1~n)に対して冷却液を一様に噴射し、ラックの歯のピッチの不整を抑制するものである。 In the conventional rack bar quenching device, the coolant is sprayed from a plurality of small holes arranged in the length direction of the rack bar, but the correspondence between the small holes and the teeth of the rack, in other words, the small holes and the tooth bottom pass through. The correspondence with the annular region Ai ( i = 1 to n) is not constant. The coolant will eventually flow through all the annular regions Ai ( i = 1 to n), but when viewed in detail, the way the coolant hits each annular region Ai ( i = 1 to n) is not uniform. For example, in some annular regions, the coolant directly hits, and in some annular regions, the coolant that hits other annular regions wraps around. It is considered that such non-uniformity of the contact of the coolant causes non-uniformity of the cooling rate at the time of quenching, and the pitch of the teeth of the rack becomes non-uniform. Therefore, the rack bar quenching device described below uniformly injects the coolant into each annular region Ai ( i = 1 to n) to suppress the irregularity of the rack tooth pitch. be.
また、ラック形成区間の断面形状が非対称のため、ラックバーは焼入によって曲がりが生じやすい。特に中空の軸材からなるラックバーは、中実の軸材からなるものと違って曲げ力に対する材料内部の拘束力が弱いため、曲がりが発生し易い。したがって、冷却時にラックバーを拘束することが好ましい。以下に説明するラックバーの焼入装置は、このような拘束手段を併せて有し、ラックバーの曲りを抑制するものである。 Further, since the cross-sectional shape of the rack forming section is asymmetric, the rack bar is liable to bend due to quenching. In particular, a rack bar made of a hollow shaft material has a weak binding force inside the material against a bending force unlike a rack bar made of a solid shaft material, so that bending is likely to occur. Therefore, it is preferable to restrain the rack bar during cooling. The rack bar quenching device described below also has such a restraining means and suppresses bending of the rack bar.
図4及び図5は、ラックバー10の焼入装置を示す。
4 and 5 show a quenching device for the
焼入装置100は、ラックバー10のラック形成区間の全長にわたり、ラック形成区間を複数の径方向から拘束する複数の拘束治具を備える。図4に示す例では、ラックバー10の中心軸まわりに90°間隔で配置される4つの拘束治具101~104を備えるが、拘束治具の数は特に限定されず、例えば、3つの拘束治具が、ラックバー10の中心軸まわりに120°間隔で配置されてもよい。
The
拘束治具101は、ラック12を下方に向けて配置されたラックバー10の下方に配置され、ラック12に接触する。以下、拘束治具101を特にラック拘束治具と称する。拘束治具102はラックバー10の上方に配置されており、拘束治具103,104はラックバー10の左右に配置されている。上下方向に対をなすラック拘束治具101及び拘束治具102のうち少なくとも一方の拘束治具は、図示しない油圧シリンダ等の加圧装置に取り付けられている。また、水平方向に対をなす拘束治具103,104のうち少なくとも一方の拘束治具もまた、図示しない油圧シリンダ等の加圧装置に取り付けられている。ラックバー10のラック形成区間は、ラック拘束治具101及び拘束治具102~104によって、上下方向及び水平方向に加圧された状態で拘束される。
The
ラック拘束治具101は、冷却液供給室111を内部に有し、冷却液供給室111に供給される冷却液をラック12に噴射する噴射部112を有する。他の拘束治具102~104もまた、冷却液供給室113を内部にそれぞれ有し、ラックバー10のラック形成区間において各拘束治具と対向する部位に冷却液を噴射する噴射部114をそれぞれ有する。なお、図4に示す例では、ラック形成区間に冷却液を噴射する4つのジャケット105がさらに設けられており、ジャケット105は、4つの拘束治具101~104のうち隣り合う2つの拘束治具の間にそれぞれ配置されている。このように、ラック形成区間の冷却を補助するジャケット105を別途追加することは自由である。
The
図6はラック拘束治具101を示し、図7は拘束治具102を示す。
FIG. 6 shows the
図5及び図6に示すように、ラック拘束治具101は、ラック12と接触する先端面120を有し、先端面120は、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成されている。そして、先端面120は、その全長に亘って平面状に形成されており、ラック12の全ての歯の歯先に接触する。ラック拘束治具101の噴射部112は、先端面120に開口する冷却液噴射スリット121を有する。冷却液噴射スリット121は、先端面120の幅方向中央部をラックバー10の長さ方向に延びており、ラック形成区間以上の長さに形成されている。ラック拘束治具101内部の冷却液供給室111もまた、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成されており、冷却液噴射スリット121は、略全長に亘って冷却液供給室111に連通している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
冷却液噴射スリット121から噴射される冷却液は、カーテン状となり、ラック12の全ての歯と交差しつつ、ラックバー10のラック形成区間に当たる。すなわち、冷却液噴射スリット121から噴射される冷却液がラック12の全ての歯底に直接当たり、全ての歯底が同じ条件で冷却される。冷却液は、各歯底に沿って両側に流れ、各歯底は、全幅に亘って均等に冷却される。したがって、1つの冷却液噴射スリット121が、歯底の幅方向中央部に対向するように設けられていれば足りるが、2つ以上の冷却液噴射スリット121が互いに平行に設けられてもよい。
The cooling liquid sprayed from the cooling liquid injection slit 121 has a curtain shape and hits the rack forming section of the
図5及び図7に示すように、拘束治具102は、ラックバー10のラック12を除くラック形成区間の外周面に接触する先端面130を有し、先端面130は、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成されている。拘束治具102の噴射部114は、先端面130に開口する冷却液噴射スリット131と、複数の凹溝132とを有する。冷却液噴射スリット131は、先端面130の幅方向中央部をラックバー10の長さ方向に延びており、ラック形成区間以上の長さに形成されている。拘束治具102内部の冷却液供給室113もまた、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成されており、冷却液噴射スリット131は、その全長に亘って冷却液供給室113に連通している。複数の凹溝132は、先端面130の長さ方向に間隔をあけて設けられており、冷却液噴射スリット131と交差するように先端面130の幅方向に延びている。
As shown in FIGS. 5 and 7, the
冷却液噴射スリット131から噴射される冷却液は、カーテン状となり、全ての環状領域Ai(i=1~n)と交差しつつ、ラックバー10のラック形成区間に当たる。すなわち、冷却液噴射スリット131から噴射される冷却液が全ての環状領域Ai(i=1~n)に直接当たり、全ての環状領域Ai(i=1~n)が同じ条件で冷却される。冷却液は、各凹溝132に沿って両側に流れ、排出される。好ましくは、複数の凹溝132のピッチは、環状領域Ai(i=1~n)のピッチ、すなわちラック12の歯のピッチと同一であり、各凹溝132は、各環状領域Ai(i=1~n)に沿って配置される。これにより、各環状領域Ai(i=1~n)の冷却条件をさらに均一化できる。
The cooling liquid sprayed from the cooling liquid injection slit 131 has a curtain shape and hits the rack forming section of the
拘束治具103及び拘束治具104それぞれの冷却液供給室113及び噴射部114は、拘束治具102の冷却液供給室113及び噴射部114と同様に構成されている。拘束治具103及び拘束治具104それぞれの冷却液噴射スリット131から噴射された冷却液もまた、全ての環状領域Ai(i=1~n)と交差しつつ、ラック形成区間の全長に亘ってラックバー10に当たり、全ての環状領域Ai(i=1~n)が同じ条件で冷却される。なお、拘束治具102~104それぞれの冷却液噴射スリット131は、1つでもよいし、2つ以上でもよい。
The
このように、冷却液が、ラック拘束治具101及び他の拘束治具102~104から、ラック12の各歯底をとおる環状領域Ai(i=1~n)に対して一様に噴射されることにより、環状領域Ai(i=1~n)の冷却速度が均一化され、ラック12の歯のピッチの不整が抑制される。また、ラック拘束治具101及び他の拘束治具102~104によってラック形成区間が複数の径方向から拘束された状態でラックバー10は焼入されるので、焼入に伴う曲りも抑制される。
In this way, the coolant is uniformly sprayed from the
ここで、環状領域Ai(i=1~n)の冷却速度を均一化するうえで、冷却液噴射スリット121,131から噴射される冷却液の噴射量をスリットの全長に亘って均一化することが肝要である。冷却液の噴射量がスリットの全長に亘って均一化されるために、図5に示した例では、複数の冷却液導入口115が冷却液供給室111,113に設けられており、また、整流板116が冷却液供給室111,113内部に設けられている。
Here, in order to make the cooling rate of the annular region Ai ( i = 1 to n) uniform, the injection amount of the coolant injected from the coolant injection slits 121 and 131 is made uniform over the entire length of the slit. That is essential. In the example shown in FIG. 5, a plurality of
例えばラック拘束治具101において、冷却液供給室111の内部は、整流板116によって2つの空間に仕切られている。冷却液噴射スリット121は、整流板116によって仕切られた2つの空間のうち一方の空間に連通しており、複数の冷却液導入口115は、他方の空間に連通している。整流板116は、例えば多数の小穴が全面に均等に分散して設けられているものであり、冷却液導入口115から導入された冷却液が整流板116を通過する際に、流体抵抗が冷却液に作用する。これにより、冷却液供給室111内部における流速の低下及び圧力の均一化が図られ、冷却液噴射スリット121から噴射される冷却液の噴射量がスリットの全長に亘って均一化される。
For example, in the
なお、冷却液の噴射量をスリットの全長に亘って均一化するための手段は、複数の冷却液導入口115の設置、整流板116の設置に限定されない。例えば、冷却液供給室111,113の内容積がなるべく大きくされてもよく、これにより、冷却液供給室111,113内部における流速の低下及び圧力の均一化が図られる。
The means for equalizing the injection amount of the coolant over the entire length of the slit is not limited to the installation of the plurality of
また、冷却液の噴射量がスリットの全長に亘って均一化されるには、冷却液噴射スリット121,131のスリット幅wが重要である。スリット幅wが過大であると、冷却液の分流が不十分となり、冷却液の噴射量が不均一となる虞がある。冷却液供給室111,113内部においける冷却液の圧力にも関係するが、スリット幅wは、好ましくは0.2mm以上0.5mm以下である。
Further, in order for the injection amount of the coolant to be uniform over the entire length of the slit, the slit widths w of the coolant injection slits 121 and 131 are important. If the slit width w is excessive, the shunting of the coolant becomes insufficient, and the injection amount of the coolant may become non-uniform. The slit width w is preferably 0.2 mm or more and 0.5 mm or less, although it is related to the pressure of the coolant in the
図8は、上述したラック拘束治具101の変形例を示す。
FIG. 8 shows a modified example of the
図8に示すラック拘束治具201と、上述したラック拘束治具101とは、冷却液をラック12に噴射する噴射部の構成において異なる。ラック拘束治具201の噴射部212は、ラック12に接触する先端面220に開口する複数の冷却液噴射口221を有する。先端面220は、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成されており、複数の冷却液噴射口221は、先端面220の長さ方向に一定間隔をあけて、先端面220の全長に亘って設けられている。複数の冷却液噴射口221のピッチは、ラック12の歯のピッチと同一であり、各冷却液噴射口221は、ラック12の各歯底に重なって配置される。各冷却液噴射口221から噴射された冷却液は、ラック12の各歯底に直接当たり、各歯底が同じ条件で冷却される。なお、複数の冷却液噴射口221は、一列に配置されてもよいし、複数列に配置されてもよい。
The
図示は省略するが、上述した拘束治具102~104それぞれの噴射部114においても、冷却液を噴射するノズルは、スリットに替えて、複数の噴射口によって構成され得る。この場合に、複数の噴射口のピッチは、ラック12の歯のピッチと同一とされる。各噴射口から噴射された冷却液は、各環状領域Ai(i=1~n)に直接当たり、各環状領域Ai(i=1~n)が同じ条件で冷却される。
Although not shown, in the
本例でも、冷却液が、ラック12の各歯底をとおる環状領域Ai(i=1~n)に対して一様に噴射される。これにより、環状領域Ai(i=1~n)の冷却速度が均一化され、ラック12の歯のピッチの不整が抑制される。
Also in this example, the coolant is uniformly sprayed onto the annular region Ai ( i = 1 to n) passing through each tooth bottom of the
図9は、ラック12の歯のオーバーピン寸法の評価方法を示し、図10は、ラック12の歯のオーバーピン寸法の評価結果の一例を示す。図10において、一点鎖線は、焼入前の評価結果を示し、実線は、図4及び図5に示した焼入装置100によって焼入した場合の焼入後の評価結果を示し、破線は、従来の焼入装置によって焼入した場合の焼入後の評価結果を示す。
FIG. 9 shows a method of evaluating the overpin size of the teeth of the
焼入したラックバー10のラック形成区間の外径は26mm、内径は17mm、長さは180mmである。このラック形成区間を高周波誘導加熱によって約950℃に加熱し、加熱したラックバー10を焼入装置100及び従来の焼入装置によって焼入した。なお、従来の焼入装置は、図4及び図5に示した焼入装置100において、冷却液を噴射するノズルがスリットによって構成された4つの拘束治具101~104を、冷却液を噴射するノズルが複数の小穴によって構成された4つの拘束治具に替えたものであり、小穴のピッチはラック12の歯のピッチとは異なる。
The outer diameter of the rack-forming section of the hardened
ラック12の歯のピッチの評価は、図9に示すようにロッド(ピン)30を歯と歯の間の溝にはめ込むように置き、ロッド30の外周面の頂部の高さ位置hを測定する、いわゆるオーバーピン測定により行なった。歯と歯の間隔が大きくなるとロッド30は溝に深く嵌り込み、ロッド30の高さ位置h、すなわちオーバーピン寸法は低くなる。
To evaluate the tooth pitch of the
図10に示すように、焼入前において、ラック12の歯のオーバーピン寸法は均一である。焼入装置100によって焼入されたラックバー10では、従来の焼入装置によって焼入されたラックバー10に比べて、ラック12の歯のピッチの不整が抑制されていることがわかる。
As shown in FIG. 10, the overpin size of the teeth of the
図11は、上述したラック拘束治具101の変形例を示す。
FIG. 11 shows a modified example of the
図11に示すラック拘束治具301と、上述したラック拘束治具101とは、ラック12に接触する先端面の構成において異なる。ラック拘束治具301の先端面320は、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成されている。そして、先端面320の長さ方向中央部には凹部322が設けられており、先端面320は、凹部322を除いて平面状に形成されている。なお、ラック拘束治具301の噴射部312は、図6に示したラック拘束治具101の噴射部112と同様に、冷却液噴射スリット321を有するが、図8に示したラック拘束治具201の噴射部212と同様に、ラック12の歯のピッチと同一のピッチで配置される複数の冷却液噴射口を有してもよい。
The
ラック拘束治具301は、凹部322においてラック12の中央部の歯の歯先と非接触である。この場合に、ラック12の中央部の歯がラック拘束治具301と拘束治具102との間で上下方向に加圧されていない状態で、ラックバー10は焼入される。その結果、図12に二点鎖線で示すように、ラック12は、中央部のオーバーピン寸法が相対的に大きい、所謂クラウン状に形成される。なお、図12は、図10と同様のラック12の歯のピッチの評価結果を示し、図12において、一点鎖線は、焼入前の評価結果を示し、実線は、図4及び図5に示した焼入装置100によって焼入した場合の焼入後の評価結果を示している。
The
ここで、クラウン形状のラックの機能について説明する。図13は、車両のステアリング装置の概略構成を示し、図14及び図15は、ラックと噛み合うピニオンの動作を示す。 Here, the function of the crown-shaped rack will be described. 13 shows a schematic configuration of a vehicle steering device, and FIGS. 14 and 15 show the operation of a pinion that meshes with a rack.
図13に示すように、車両のステアリング装置において、ピニオン1は、一対の軸受2,3によって回転可能に支持されており、また、図示しない車両の操舵軸に連結されている。通常、車両の舵角が0°、すなわち直進状態においてピニオン1がラック12の中央部の歯と噛み合うように、ラックバー10はステアリング装置に組み込まれている。ステアリングホイールの操作に応じてピニオン1が回転され、ラック12にてピニオン1と噛み合っているラックバー10は、ピニオン1の回転に伴って軸方向に移動される。
As shown in FIG. 13, in a vehicle steering device, the
ピニオン1の中心軸と一対の軸受2,3の回転軸とが一致している場合には、ピニオン1の回転にかかわらず、ピニオン1の中心軸とラックバー10の中心軸との距離は一定である。しかし、ピニオン1の成形誤差等に起因して、ピニオン1の中心軸と一対の軸受2,3の回転軸とはズレており、図14に示すように、ピニオン1の回転に伴い、ピニオン1の中心軸とラック12の中心軸との距離Dは変化する。ピニオン1とラック12の軸間距離Dは、ステアリングホイールの操作に要する力に影響し、一般に、軸間距離が大きくなると、ステアリングホイールの操作に要する力が大きくなり、応答性が低下する。ラック12がクラウン状に形成されることにより、図15に示すように、舵角0°及びその近傍において軸間距離Dが縮小される。これにより、直進状態からの操舵の応答性が高まる。
When the central axis of the
本例では、冷却液が、ラック拘束治具301及び他の拘束治具102~104から、ラック12の各歯底をとおる環状領域Ai(i=1~n)に対して一様に噴射され、これにより、ラック12の歯のピッチの不整が抑制される。そのうえで、ラック拘束治具301と、ラック12の中央部の歯の歯先とを非接触として、ラック12をクラウン状に形成することにより、ラック12を所望の形状に精度よく形成することができる。
In this example, the coolant is uniformly sprayed from the
なお、ラック12の形状は、ラックバー10が組み込まれるステアリング装置の仕様に応じて変更可能であり、クラウン状に限定されない。ラック12は、例えば両端部のオーバーピン寸法が相対的に大きい逆クラウン状に形成されてもよい。ラック12が逆クラウン状に形成される場合に、凹部322は、ラック拘束治具301の先端面320の長さ方向両端部に設けられる。
The shape of the
図16及び図17は、本発明の実施形態を説明するための、焼入装置の他の例を示す。 16 and 17 show other examples of quenching equipment for explaining embodiments of the present invention.
上述した焼入装置100によれば、ラックバー10は4つの拘束治具によって拘束された状態で焼入されるので、焼入に伴う曲りが抑制されるが、図16及び図17に示す焼入装置400は、焼入に伴う曲りをさらに抑制するものである。この焼入装置400は、上述した焼入装置100と同様に、ラックバー10の中心軸まわりに90°間隔で配置された4つの拘束治具401~404を備え、これら4つの拘束治具401~404によって、ラック形成区間の全長にわたり、ラック形成区間を複数の径方向から拘束する。
According to the
ラック拘束治具401は、ラック12に冷却液を噴射する噴射部412を有する。噴射部412は、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成された冷却液噴射スリット421を有するが、ラック12の歯のピッチと同一のピッチで配置される複数の冷却液噴射口を有してもよい。拘束治具402は、ラックバー10のラック形成区間において拘束治具402と対向する部位に冷却液を噴射する噴射部414を有する。噴射部414は、ラックバー10のラック形成区間以上の長さに形成された冷却液噴射スリット431を有するが、ラック12の歯のピッチと同一のピッチで配置される複数の冷却液噴射口を有してもよい。残る2つの拘束治具403,404は、拘束治具402と同一であるので説明を省略する。
The
焼入装置400は、加圧機構440をさらに備え、加圧機構440は、ラックバー10のラック形成区間の両側又は片側に隣り合う部位を、ラックバー10の長さ方向に対して垂直な方向に押圧する。本例では、ラックバー10は、ラック12を下方に向けて配置され、ラック形成区間の断面形状の非対称に起因する焼入歪は、主としてラックバー10の上下方向の曲りとなって表れる。そこで、加圧機構440は、上下方向に対をなすラック拘束治具401及び拘束治具402の長さ方向両側の端部にそれぞれ設けられた押圧部材441を有する。ラック拘束治具101及び拘束治具102が、油圧シリンダ等の加圧装置によって駆動され、ラック形成区間を上下方向に拘束する際に、ラック拘束治具401及び拘束治具402の押圧部材441は、ラック拘束治具401及び拘束治具402に連動し、被押圧部位Bを上下方向に押圧する。
The quenching device 400 further includes a
加圧機構440の加圧力は、ラック拘束治具101及び拘束治具102の加圧力とは別個に調節可能である。ラック拘束治具401の押圧部材441は、ラック拘束治具401とラック12との接触方向(上下方向)に沿って押圧部材441の位置を調節する位置調節部442を有し、拘束治具402の押圧部材441もまた、拘束治具402とラックバー10のラック形成区間との接触方向(上下方向)に沿って押圧部材441の位置を調節する位置調節部442を有する。位置調節部442は、押圧部材441に形成されたネジ部443と、ロックナット444とによって構成されている。ラック拘束治具401の押圧部材441は、回転されることによってラック拘束治具401に対して進退され、ラック拘束治具401の先端面(ラック12との接触面)420から適宜突出し又は後退して配置される。同様に、拘束治具402の押圧部材441は、回転されることによって拘束治具402に対して進退され、拘束治具402の先端面(ラック形成区間との接触面)430から適宜突出し又は後退して配置される。押圧部材441の突出量が変更されることにより、加圧機構440の加圧力は、ラック拘束治具101及び拘束治具102の加圧力とは別個に調節される。
The pressing force of the
加圧機構440は、ラックバー10に発生する焼入歪みを打ち消すような加圧力をラックバー10に与え、これにより、焼入に伴うラックバー10の曲りを抑制する。例えば、押圧部材441の先端が、完全に真直ぐなラックバー10にちょうど接触する位置に配置され、ラックバー10が押圧部材441に接触する方向に曲がる場合に、加圧機構440は加圧力をラックバー10に作用させる。
The
図18及び図19は、加圧機構440を用いたラックバー10の加圧例を示す。
18 and 19 show an example of pressurizing the
図18は、ラック拘束治具401の両側の押圧部材441によって、上向きの加圧力をラックバー10の両側の被押圧部位Bに作用させた場合を示しており、この場合に、ラックバー10には、図中矢印で示すような撓み力が働くことになる。もちろん、拘束治具402の両側の押圧部材441を使用して加圧力の作用方向を逆にすれば、撓みの向きは逆になる。ラックバー10は一方に湾曲するような変形の傾向があるので、図18に示す態様の加圧が有効である。
FIG. 18 shows a case where an upward pressing force is applied to the pressed portions B on both sides of the
なお、図19に示すように、ラック拘束治具401の片側の押圧部材441によって、上向きの加圧力を一方の被押圧部位Bに作用させ、拘束治具402の片側の押圧部材441によって、下向きの加圧力を他方の被押圧部位Bに作用させることもできる。この場合に、ラックバー10には、図中矢印で示すような撓み力が働く。また、ラック拘束治具401又は拘束治具402の片側の押圧部材441によって、一方の被押圧部位Bにのみ加圧力を作用させることもできる。
As shown in FIG. 19, an upward pressing force is applied to one of the pressed portions B by the pressing
このように、加圧機構440は、ラックバー10の焼入歪みの発生傾向に応じて、加圧の態様及び加圧力を調整できるものである。実際の焼入においては、例えば、加圧の態様及び加圧力の設定を変えて焼入れを繰り返し行ない、試行錯誤的に、製品の曲りが最小になる条件を見出すことができる。また、加圧機構440を使用せずに、ラック拘束治具401及び他の拘束治具402~404によってラックバー10を拘束して試験焼入し、次に試験焼入において発生した曲がりを矯正するように加圧機構440の加圧の態様および加圧力を設定して本焼入をしてもよい。
As described above, the
なお、押圧部材441は、上下方向に対をなすラック拘束治具401及び拘束治具402に替えて又はラック拘束治具401及び拘束治具402に加えて、水平方向に対をなす拘束治具403及び拘束治具404に押圧部材441が設けられてもよい。また、押圧部材441は、ラック拘束治具401及び拘束治具402とは分離して設けられ、独立した加圧装置によって駆動されてもよい。
The pressing
以上、説明したとおり、本明細書に開示されたラックバーの焼入装置は、中空の軸材の長さの一部区間にラックが形成されたラックバーの焼入装置であって、加熱された前記一部区間を前記一部区間の全長にわたって複数の径方向から拘束する複数の拘束治具を備え、前記複数の拘束治具は、前記一部区間において当該拘束治具と対向する部位に冷却液を噴射する噴射部をそれぞれ有し、前記噴射部は、少なくとも前記ラックの各歯底を通って前記一部区間の外周を周回する複数の環状領域に対し、前記冷却液を一様に噴射する。 As described above, the rack bar quenching device disclosed in the present specification is a rack bar quenching device in which a rack is formed in a part of the length of the hollow shaft member, and is heated. A plurality of restraint jigs for restraining the partial section from a plurality of radial directions over the entire length of the partial section are provided, and the plurality of restraint jigs are placed on a portion facing the restraint jig in the partial section. Each has an injection unit for injecting the coolant, and the injection unit uniformly injects the coolant into a plurality of annular regions that circulate around the outer periphery of the partial section at least through each tooth bottom of the rack. Inject.
また、本明細書に開示された焼入装置は、前記噴射部が、前記ラックバーの長さ方向に延びており、且つ前記一部区間以上の長さに形成されている噴射スリットを有する。 Further, the quenching device disclosed in the present specification has an injection slit in which the injection portion extends in the length direction of the rack bar and is formed to have a length equal to or longer than a part of the section.
また、本明細書に開示された焼入装置は、前記噴射部が、前記ラックの歯ピッチと等しい間隔をあけて、前記ラックバーの長さ方向に並ぶ複数の噴射口を有する。 Further, the quenching device disclosed in the present specification has a plurality of injection ports in which the injection portions are arranged in the length direction of the rack bar at intervals equal to the tooth pitch of the rack.
また、本明細書に開示された焼入装置は、前記複数の拘束治具が、前記ラックに接触するラック拘束治具を含み、前記ラック拘束治具における前記ラックとの接触面には、一つ以上の凹部が設けられている。 Further, in the quenching device disclosed in the present specification, the plurality of restraining jigs include a rack restraining jig in contact with the rack, and the contact surface of the rack restraining jig with the rack is one. There are one or more recesses.
また、本明細書に開示された焼入装置は、前記凹部が、前記接触面の長さ方向の中央部に設けられている。 Further, in the quenching apparatus disclosed in the present specification, the recess is provided in the central portion in the length direction of the contact surface.
また、本明細書に開示された焼入装置は、前記軸材において前記一部区間の両側又は片側に隣り合う部位を、前記長さ方向に対して垂直な方向に押圧する加圧機構を備える。 Further, the quenching apparatus disclosed in the present specification includes a pressurizing mechanism for pressing a portion of the shaft material adjacent to both sides or one side of the partial section in a direction perpendicular to the length direction. ..
また、本明細書に開示された焼入装置は、前記加圧機構が、前記複数の拘束治具のうち少なくとも一つの拘束治具に設けられている一つ以上の押圧部材を有し、前記押圧部材は、当該押圧部材が設けられている前記拘束治具と前記一部区間との接触方向に沿って当該押圧部材の位置を調節する位置調節部を有する。 Further, in the quenching device disclosed in the present specification, the pressurizing mechanism has one or more pressing members provided in at least one of the plurality of restraining jigs, and the above-mentioned The pressing member has a position adjusting portion that adjusts the position of the pressing member along the contact direction between the restraining jig provided with the pressing member and the partial section.
また、本明細書に開示されたラックバーの焼入方法は、中空の軸材の長さの一部区間にラックが形成されたラックバーの少なくとも前記一部区間を加熱し、加熱された前記一部区間を前記一部区間の全長にわたって複数の径方向から拘束し、少なくとも前記ラックの各歯底を通って前記一部区間の外周を周回する複数の環状領域に対し、前記一部区間を拘束している複数の拘束治具から冷却液を一様に噴射する。 Further, in the method of quenching the rack bar disclosed in the present specification, at least the partial section of the rack bar in which the rack is formed in a partial section of the length of the hollow shaft member is heated and heated. The partial section is constrained from a plurality of radial directions over the entire length of the partial section, and the partial section is applied to a plurality of annular regions that orbit the outer periphery of the partial section at least through each tooth bottom of the rack. Coolant is uniformly sprayed from a plurality of restraining jigs.
また、本明細書に開示されたラックバーの焼入方法は、前記複数の拘束治具によって拘束された前記一部区間の両側又は片側に隣り合う部位を、前記ラックバーの長さ方向に対して垂直な方向に押圧しつつ焼入する。 Further, in the quenching method of the rack bar disclosed in the present specification, the portions adjacent to both sides or one side of the partial section restrained by the plurality of restraining jigs are arranged with respect to the length direction of the rack bar. Quench while pressing in the vertical direction.
1 ピニオン
2 軸受
3 軸受
10 ラックバー
11 軸材
12 ラック
13 部
20 金型
21 上型
22 下型
23 ラック歯型
24 成形面
25 芯金
26 押棒
27 押棒
30 ロッド
100 焼入装置
101 ラック拘束治具
102 拘束治具
103 拘束治具
104 拘束治具
105 ジャケット
111 冷却液供給室
112 噴射部
113 冷却液供給室
114 噴射部
115 冷却液導入口
116 整流板
120 先端面
121 冷却液噴射スリット
130 先端面
131 冷却液噴射スリット
132 凹溝
201 ラック拘束治具
212 噴射部
220 先端面
221 冷却液噴射口
301 ラック拘束治具
312 噴射部
320 先端面
321 冷却液噴射スリット
322 凹部
400 焼入装置
401 拘束治具
401 ラック拘束治具
402 拘束治具
403 拘束治具
404 拘束治具
412 噴射部
414 噴射部
420 先端面
421 冷却液噴射スリット
430 先端面
431 冷却液噴射スリット
440 加圧機構
441 押圧部材
442 位置調節部
443 ネジ部
444 ロックナット
Ai 環状領域
B 被押圧部位
D 軸間距離
h オーバーピン寸法
w スリット幅
1 Pinion 2 Bearing 3
Claims (7)
加熱された前記一部区間を前記一部区間の全長にわたって複数の径方向から拘束する複数の拘束治具を備え、
前記複数の拘束治具は、前記一部区間において当該拘束治具と対向する部位に冷却液を噴射する噴射部をそれぞれ有し、
前記噴射部は、少なくとも前記ラックの各歯底を通って前記一部区間の外周を周回する複数の環状領域に対し、前記冷却液を一様に噴射し、
前記複数の拘束治具は、前記ラックに接触するラック拘束治具を含み、
前記ラック拘束治具における前記ラックとの接触面には、一つ以上の凹部が設けられており、
前記凹部は、前記ラックバーの長手方向において前記接触面の中央部に設けられており、
前記ラック拘束治具は、前記凹部において前記ラックの中央部の歯の歯先と非接触であり、前記ラックの中央部の歯が、前記ラック拘束治具と、前記複数の拘束治具のうち前記ラック拘束治具と上下方向に対をなす拘束治具と、の間で上下方向に加圧されていない状態で前記ラックバーを焼入する焼入装置。 A rack bar quenching device in which a rack is formed in a part of the length of the hollow shaft material.
A plurality of restraining jigs for restraining the heated partial section from a plurality of radial directions over the entire length of the partial section are provided.
The plurality of restraint jigs each have an injection unit for injecting a coolant to a portion facing the restraint jig in the partial section.
The injection unit uniformly injects the coolant onto a plurality of annular regions that circulate around the outer periphery of the partial section through at least each tooth bottom of the rack.
The plurality of restraint jigs include a rack restraint jig that comes into contact with the rack.
The contact surface of the rack restraining jig with the rack is provided with one or more recesses.
The recess is provided in the center of the contact surface in the longitudinal direction of the rack bar .
The rack restraining jig is in non-contact with the tooth tips of the teeth in the central portion of the rack in the recess, and the teeth in the central portion of the rack are among the rack restraining jig and the plurality of restraining jigs. A quenching device for quenching the rack bar without being pressurized in the vertical direction between the rack restraint jig and the restraint jig paired in the vertical direction .
前記噴射部は、前記ラックバーの長さ方向に延びており、且つ前記一部区間以上の長さに形成されている噴射スリットを有する焼入装置。 The quenching device according to claim 1.
The quenching device having an injection slit extending in the length direction of the rack bar and having a length equal to or longer than a part of the section.
前記噴射部は、前記ラックの歯ピッチと等しい間隔をあけて、前記ラックバーの長さ方向に並ぶ複数の噴射口を有する焼入装置。 The quenching device according to claim 1.
The injection unit is a quenching device having a plurality of injection ports arranged in the length direction of the rack bar at intervals equal to the tooth pitch of the rack.
前記軸材において前記一部区間の両側又は片側に隣り合う部位を、前記長さ方向に対して垂直な方向に押圧する加圧機構を備える焼入装置。 The quenching apparatus according to any one of claims 1 to 3.
A quenching device provided with a pressurizing mechanism for pressing a portion of the shaft material adjacent to both sides or one side of the partial section in a direction perpendicular to the length direction.
前記加圧機構は、前記複数の拘束治具のうち少なくとも一つの拘束治具に設けられている一つ以上の押圧部材を有し、
前記押圧部材は、当該押圧部材が設けられている前記拘束治具と前記一部区間との接触方向に沿って当該押圧部材の位置を調節する位置調節部を有する焼入装置。 The quenching apparatus according to claim 4, wherein the quenching device is used.
The pressurizing mechanism has one or more pressing members provided on at least one of the plurality of restraining jigs.
The pressing member is a quenching device having a position adjusting portion for adjusting the position of the pressing member along the contact direction between the restraining jig provided with the pressing member and the partial section.
加熱された前記一部区間を前記一部区間の全長にわたって複数の径方向から拘束し、
少なくとも前記ラックの各歯底を通って前記一部区間の外周を周回する複数の環状領域に対し、前記一部区間を拘束している複数の拘束治具から冷却液を一様に噴射し、
前記複数の拘束治具は、前記ラックに接触するラック拘束治具を含み、
前記ラック拘束治具における前記ラックとの接触面には、一つ以上の凹部が設けられており、
前記凹部は、前記ラックバーの長手方向において前記接触面の中央部に設けられており、
前記ラック拘束治具は、前記凹部において前記ラックの中央部の歯の歯先と非接触であり、前記ラックの中央部の歯が、前記ラック拘束治具と、前記複数の拘束治具のうち前記ラック拘束治具と上下方向に対をなす拘束治具と、の間で上下方向に加圧されていない状態で前記ラックバーを焼入するラックバーの焼入方法。 At least a part of the rack bar in which the rack is formed in a part of the length of the hollow shaft member is heated.
The heated partial section is constrained from a plurality of radial directions over the entire length of the partial section.
Coolant is uniformly sprayed from a plurality of restraining jigs that constrain the partial section to a plurality of annular regions that circulate around the outer periphery of the partial section at least through each tooth bottom of the rack.
The plurality of restraint jigs include a rack restraint jig that comes into contact with the rack.
The contact surface of the rack restraining jig with the rack is provided with one or more recesses.
The recess is provided in the center of the contact surface in the longitudinal direction of the rack bar .
The rack restraining jig is in non-contact with the tooth tips of the teeth in the central portion of the rack in the recess, and the teeth in the central portion of the rack are among the rack restraining jig and the plurality of restraining jigs. A method for quenching a rack bar by quenching the rack bar in a state where the rack bar is not pressurized in the vertical direction between the rack restraint jig and the restraint jig paired in the vertical direction .
前記複数の拘束治具によって拘束された前記一部区間の両側又は片側に隣り合う部位を、前記ラックバーの長さ方向に対して垂直な方向に押圧しつつ焼入する焼入方法。 The quenching method according to claim 6, wherein the quenching method is used.
A quenching method in which portions adjacent to both sides or one side of a partial section constrained by the plurality of restraining jigs are hardened while being pressed in a direction perpendicular to the length direction of the rack bar.
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