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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum
Wärmebehandeln
einer Zahnstange, die für
eine Fahrzeuglenkvorrichtung zum Lenken eines gelenkten Rades eines
Fahrzeugs verwendbar ist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Eine
bekannte Fahrzeuglenkvorrichtung ist mit einem sogenannten Zahnstangengetriebe-Lenkungsmechanismus
versehen, der eine Zahnstange besitzt. Der Zahnstangengetriebe-Lenkungsmechanismus
ist mit einem Paar von Spurhebeln für entsprechende rechte und
linke gelenkte Fahrzeugräder über einen
Lenkstangenmechanismus so verbunden, dass er die gelenkten Räder lenkt.
Insbesondere wenn der Lenkungsmechanismus mit der Zahnstange für eine elektrisch
angetriebene Lenkvorrichtung verwendet wird, ist die Zahnstange
einstückig
mit einem Zahnstangenzahnabschnitt, der sich mit einem Zahnradzahnabschnitt
im Eingriff befindet, der an einem Ende einer mit einem Lenkrad
verbundenen Lenkwelle vorgesehen ist, einem Kugelumlaufspindelabschnitt
für die
elektrische angetriebene Lenkvorrichtung und einem Schubführungsendabschnitt versehen.
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Gemäß dem Lenkungsmechanismus
mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird eine Oberflächenhärtungs-Wärmebehandlung, wie beispielsweise
eine Abschreckbehandlung, so auf die Zahnstange angewendet, dass
die Oberflächenhärte sichergestellt
ist, die für
vorbestimmte Abschnitte von ihr erforderlich sind.
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Genauer
gesagt wird auf den Zahnstangenzahnabschnitt eine Widerstandsabschreckbehandlung
so ausgeführt,
dass die Oberflächenhärte des Zahnabschnitts
sichergestellt ist. Auf die Rückseite des
Zahnstangenzahnabschnitts, an der keine Zähne vorgesehen sind, wird keine
Oberflächenhärtungs-Wärmebehandlung
angewendet. Auf den Kugelumlaufspindelabschnitt wird eine Induktionsabschreckbehandlung
so angewendet, dass die Oberflächenhärte eines
gesamten Oberflächenbereichs von
ihm sichergestellt ist. Der Schubführungsendabschnitt, für den die
Oberflächenhärtungs-Wärmebehandlung
nicht erforderlich ist, bleibt unbearbeitet. Daher kann jeder Abschnitt
der bekannten Zahnstange sicher mit der jeweils erforderlichen Oberflächenhärte versehen
werden.
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Allerdings
sind gemäß der vorstehend
beschriebenen Zahnstange und dem Verfahren des Wärmebehandelns der Zahnstange
entsprechende von den entsprechenden Abschnitten unabhängige Abschreckvorrichtungen
und Verfahren erforderlich, so dass die jeweilige erforderliche
Oberflächenhärte sichergestellt
ist.
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Wenn
auf die Zähne
des Zahnstangenzahnabschnitts die Abschreckbehandlung angewendet wird,
kann der Zahnstangenzahnabschnitt unerwünschter Weise verdrillt oder
verformt werden. In diesem Fall kann eine besondere Aufmerksamkeit, besondere
Maßgabe
oder besondere Qualitätskontrolle
erforderlich sein, um die Verdrillung oder Verformung des Zahnstangenzahnabschnitts
zu verhindern.
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Das
Dokument JP 11-21619 offenbart ein Gerät zum Abschrecken eines stangenförmigen Elements.
Das Abschreckgerät
wirkt auf ein stangenförmiges
Element ein, das durch das Gerät
läuft.
Eine Induktionswärmespule
des Dokuments JP 11-21619 deckt einen Teil (in etwa die Hälfte) des
Durchmessers der Stange ab. Die Behandlung der gesamten Umfangsfläche der
Stange wird durch Drehen der Stange in dem elektromagnetischen Feld
erzielt, das durch die Spule erzeugt wird. Das in dem Dokument
JP 11-21619 gezeigte stangenförmige Element
ist eine Kugelumlaufspindel, welche über die gesamte Fläche des
stangenförmigen
Elements wärmebehandelt
werden soll.
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Des
weiteren zeigt das Dokument JP 2002-15442 eine Zahnstange, die zwei
verschiedene Zahnstangenabschnitte besitzt. Die Zahnstange soll abschreckbehandelt
werden. In diesem Fall wird die Zahnstange mit den zwei Zahnstangenabschnitten durch
eine einzelne Behandlung jedes Zahnstangenabschnitts wärmebehandelt,
und ein späterer
oder anschließender
Bearbeitungsvorgang auf einen Zahnstangenabschnitt wird unter Bezugnahme
auf den anderen Zahnstangenabschnitt vorgesehen, um Positionsungenauigkeiten
der Zahnstangenabschnitte infolge der Wärmebehandlung zu beseitigen.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende Problem ist es, ein Abschreckbehandlungsverfahren
für eine
Zahnstange vorzusehen, das mit einer einfachen Ausrüstung zu
akkurateren Zahnstangen führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst; vorteilhafte
Abwandlungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren
zum Wärmebehandeln
einer Zahnstange den Schritt des kontinuierlichen Durchleitens einer
Zahnstange, die mit einem Zahnstangenzahnabschnitt und einem Kugelumlaufspindelabschnitt
versehen ist, durch eine Abschreckeinrichtung, und den Schritt des
sequentiellen Anwendens einer Abschreckbehandlung auf jede Umfangsfläche des
Zahnstangenzahnabschnitts des Kugelumlaufspindelabschnitts. Die
Abschreckbehandlung wird gleichzeitig auf jeden gesamten Umfangsflächenabschnitt
des Zahnstangenzahnabschnitts und des Kugelumlaufspindelabschnitts
angewendet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verfahren
des Wärmebehandelns
einer Zahnstange des weiteren den Schritt des kontinuierlichen Durchleitens
der Zahnstange und den Schritt des sequentiellen Anwendens einer
Anlassbehandlung auf den Zahnstangenzahnabschnitt und den Kugelumlaufspindelabschnitt.
Es ist vorzuziehen, dass die Anlassbehandlung unter Verwendung der
Abschreckeinrichtung durchgeführt wird.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Abschreckbedingungen für das Abschrecken des Zahnstangenzahnabschnitts
und die Abschreckbedingungen für das
Abschrecken des Kugelumlaufspindelabschnitts basierend auf den für den Zahnstangenzahnabschnitt
und den Kugelumlaufspindelabschnitt erforderlichen Oberflächenhärten und
Abschrecktiefen jeweils unabhängig
bestimmt werden. Die Abschreckbedingungen schließen eine Durchführgeschwindigkeit
und eine Erwärmungstemperatur
mit ein.
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Das
Verfahren des Wärmebehandelns
einer Zahnstange kann auf eine Zahnstange angewendet werden, die
mit Spurhebeln für
linke und rechte gelenkte Fahrzeugräder wirkverbunden ist. Der
Zahnstangenzahnabschnitt der Zahnstange befindet sich im Eingriff
mit einem Zahnradzahnabschnitt, der an einem Ende einer mit einem
Fahrzeuglenkrad verbundenen Lenkwelle vorgesehen ist. Der Kugelumlaufspindelabschnitt
der Zahnstange wird für
eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung verwendet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorangehenden und zusätzliche
Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen deutlich, in denen:
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1(A) eine Draufsicht auf einen Gesamtaufbau einer
Zahnstange gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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1(B) eine Vorderansicht ist, die den Gesamtaufbau
der in der 1(A) veranschaulichten Zahnstange
zeigt;
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2 eine
Querschnittsansicht ist, die den Aufbau einer Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
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3 eine
Blockdarstellung ist, die schematisch einen Gesamtaufbau einer Wärmebehandlung gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4(A) und 4(B) die
Bedingungen der Wärmebehandlung
erklären,
die auf jeden Abschnitt der Zahnstange 10 angewendet wird;
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5(A) und 5(B) eine
Oberflächenhärte im Verhältnis zu
einer Abschrecktiefe eines Schubführungsendabschnitts der Zahnstange
veranschaulichen, auf die die Wärmebehandlung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet wurde;
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6(A) und 6(B) eine
Oberflächenhärte im Verhältnis zu
einer Abschrecktiefe einer Kugelumlaufspindel der Zahnstange veranschaulichen, auf
die die Wärmebehandlung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet wurde;
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7(A) und 7(B) eine
Oberflächenhärte im Verhältnis zu
einer Abschrecktiefe eines Zwischenabschnitts der Zahnstange veranschaulichen, auf
den die Wärmebehandlung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet wurde; und
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8(A) bis 8(C) eine
Oberflächenhärte im Verhältnis zu
einer Abschrecktiefe eines Zahnstangenzahnabschnitts der Zahnstange
veranschaulichen, auf den die Wärmebehandlung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen im Detail beschrieben.
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Wie
dies in den 1(A) und 1(B) zu sehen
ist, ist die Zahnstange 10 Teil eines Lenkungsmechanismus,
der für
eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung verwendbar ist, und
ist mit einem Schubführungsendabschnitt 12,
der einen Durchmesser von etwa 24 mm besitzt, einem Kugelumlaufspindelabschnitt 14 für die elektrisch
angetriebene Lenkvorrichtung, einem Zahnstangenzahnabschnitt 16,
der sich mit einem Zahnradzahnabschnitt im Eingriff befindet, der
an einem Ende einer mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) verbundenen
Lenkwelle (nicht gezeigt) vorgesehen ist, und einem Zwischenabschnitt 18 versehen,
der zwischen dem Kugelumlaufspindelabschnitt 14 und dem
Zahnstangenzahnabschnitt 16 angeordnet ist. Beide Enden
der Zahnstange 10 sind mit Spurstangen (nicht gezeigt)
verbunden, die jeweils mit linken und rechten gelenkten Fahrzeugrädern über Spurhebel
(nicht gezeigt) verbunden sind.
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Im
Folgenden ist eine Vorrichtung zum Anwenden des Wärmebehandlungsvorgangs
auf die Zahnstange 20 erklärt. Eine in dem Dokument JP 11-21619
offenbarte Vorrichtung kann als eine Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet
werden. Wie dies in 2 veranschaulicht ist, dient
eine Wärmebehandlungsvorrichtung
(eine Abschreckeinrichtung, eine Abschreckbehandlungsvorrichtung) 20 dem
Anwenden einer Wärmebehandlung
wie zum Beispiel einer Abschreckbehandlung und einer Hochfrequenzabschreckbehandlung
auf die Zahnstange 10 als ein Bearbeitungsvorgang. Die
Zahnstange ist durch einen nicht gezeigten Mechanismus gestützt, der
die Zahnstange 10 in ihrer Längsrichtung so bewegt, dass
die Zahnstange 10 in der Längsrichtung entlang ihrer Rotation
in der Wärmebehandlungsvorrichtung 20 bewegt
wird.
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Die
Wärmebehandlungsvorrichtung 20 ist mit
einer Hochfrequenzinduktionswärmespule 22 zum
Anwenden einer Hochfrequenzinduktionswärmebehandlung auf die Oberfläche der
Zahnstange 10, einem Gaseinspritzzylinder 24,
der die Hochfrequenzinduktionswärmespule 22 umringt,
und einem Kühlfluideinspritzzylinder 26 versehen,
der unterhalb des Gaseinspritzzylinders 24 angeordnet ist.
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Die
Hochfrequenzinduktionswärmespule 22 ist
so angeordnet, dass sie die Umfangsfläche der Zahnstange 10 umgibt.
In diesem Fall kann die Umfangsfläche der Zahnstange 10 den
gesamten Außendurchmesser
der Zahnstange 10 bezeichnen. Die Hochfrequenzinduktionswärmespule 22 wird
mit einem eine Hochfrequenzwelle besitzenden elektrischen Strom
von einer Hochfrequenzenergiequelle 28 so versorgt, dass
die Oberfläche
der Zahnstange 10 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird.
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Der
Gaseinspritzzylinder 24 ist mit einer großen Anzahl
an Gaseinspritzbohrungen 30 in seiner Innenumfangsfläche versehen
und ist des weiteren mit einer Gaseinlassleitung 32 verbunden.
Der Gaseinspritzzylinder 24 wird mit einem Gas wie beispielsweise
einem Inertgas, einem reduzierenden Naturgas oder desgleichen von
der Gaseinlassleitung 32 versorgt. Das Gas wird von den
Gaseinspritzbohrungen 30 mit einer vorbestimmten Druckhöhe und einer
vorbestimmten Gasmenge eingespritzt und an die Oberfläche der
Zahnstange 10 gesprüht.
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Eine
gasgefüllte
Kammer 36 ist durch ein Gehäuse 34 an der Oberseite
des Gaseinspritzzylinders 24 vorgesehen. Die gefüllte Kammer 36 ist
mit einer Gasablaufleitung 38 verbunden. Die Gasablaufleitung 38 ist
mit einem Abgasmengeneinspritzventil 40 und einem Solenoidventil 42 verbunden,
die in Reihe angeordnet sind.
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Der
Kühlfluideinspritzzylinder 26 ist
mit einer großen
Anzahl von Kühlfluideinspritzbohrungen 44 in seiner
Innenumfangsfläche
versehen und ist des weiteren mit einer Kühlfluideinlassleitung 46 verbunden. Das
zu dem Kühlfluideinspritzzylinder 26 zugeführte Kühlfluid
wird von den Kühlfluideinspritzbohrungen 44 mit
einer vorbestimmten Druckhöhe
und einer vorbestimmten Fluidmenge eingespritzt und an die Oberfläche der
Zahnstange 10 gesprüht.
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Im
Folgenden ist das Vorgehen für
das Anwenden der Wärmebehandlung
auf die Zahnstange 10 durch die Wärmebehandlungsvorrichtung 20 mit dem
vorstehend beschriebenen Aufbau im Detail erklärt. Wie dies in der 3 veranschaulicht
ist, ist die Wärmebehandlung
in die zwei Vorgänge
des Abschreckens und des Anlassens geteilt.
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Die
Zahnstange 10 wird durch eine einzige Einheit der Wärmebehandlungsvorrichtung 20 durchgeführt und
auf die gesamte Umfangsfläche
von jedem Schubführungsendabschnitt 12,
der Kugelumlaufspindel 14, dem Zwischenabschnitt 18 und
dem Zahnstangenzahnabschnitt 16 wird die Wärmebehandlung
sequentiell angewendet. Genauer gesagt wird, wie dies in der 2 zu
sehen ist, die Zahnstange 10 in einer in der Figur nach
unten zeigenden Richtung entlang ihrer Drehung in der Wärmebehandlungsvorrichtung 20 bewegt.
Die Zahnstange 10 wird mit dem Gas bei der vorbestimmten
Druckhöhe und
der vorbestimmten Gasmenge, die von den Gaseinspritzbohrungen 30 des
Gaseinspritzzylinders 24 eingespritzt wird, besprüht. Die
Oberfläche
der Zahnstange 10 wird dann durch die Hochfrequenzinduktionswärmespule 22 auf
eine vorbestimmte Temperatur erwärmt.
Nachdem die Zahnstange 10 aufgewärmt wurde, wird sie dann mit
dem Kühlfluid
bei der vorbestimmten Druckhöhe
und mit der vorbestimmten Fluidmenge von dem Kühlfluideinspritzbohrungen 44 des
Kühlfluideinspritzzylinders 26 besprüht. Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Abschreckbehandlung, die
einer der Vorgänge
der Wärmebehandlung
ist, vorzugsweise ausgeführt.
Die Zahnstange 10 kann dann kontinuierlich in einer entgegengesetzten
Richtung zu der Richtung für
die Abschreckbehandlung so durchgeleitet werden, dass die Anlassbehandlung
sequentiell durchgeführt
wird.
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Wie
dies in den 4(A) und 4(B) erklärt ist,
sind die Bedingungen der Abschreck- und Anlassvorgänge beschrieben,
die auf die entsprechenden Abschnitte der Zahnstange 10 angewendet werden,
wie beispielsweise die Abgabeleistung für das Ausführen der Hochfrequenzinduktionswärmebehandlung,
die Durchführgeschwindigkeit
der Zahnstange 10 und desgleichen.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Wärmebehandlung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Zahnstange 10 kontinuierlich
durchgeleitet und auf die gesamte Umfangsfläche jedes Abstands der Zahnstange 10 wird die
Induktionsabschreckbehandlung durch die Wärmebehandlungsvorrichtung (die
Abschreckbehandlungsvorrichtung) 20 angewendet. Die Zahnstange 10,
auf die bereits die Abschreckbehandlung angewendet wurde, kann kontinuierlich
in einer entgegensetzten Richtung zu der Richtung für die Abschreckbehandlung
durchgeleitet werden und es kann die Anlassbehandlung auf sie angewendet
werden. Daher können die
entsprechenden Abschnitte der Zahnstange 10 sicher mit
der jeweils erforderlichen Oberflächenhärte versehen werden. In diesem
Fall ist die Durchführgeschwindigkeit
der Zahnstange 10 und die Erwärmungstemperatur jedes ihrer
Abschnitte unabhängig
gemäß den erforderlichen
Oberflächenhärten und
Abschrecktiefen für
jeden ihrer Abschnitte bestimmt. Daher kann ein einziger Vorgang
für die Abschreckbehandlung
die erforderlichen Oberflächenhärten und
Abschrecktiefen für
jeden Abschnitt der Zahnstange 10 erfüllen.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Zahnstange 10 in der
entgegengesetzten Richtung zu der Richtung für die Abschreckbehandlung so
durchgeleitet, dass die Anlassbehandlung angewendet wird. Alternativ
dazu kann die Zahnstange 10 in derselben aufeinanderfolgenden
Reihenfolge wie der Reihenfolge für die Abschreckbehandlung so
durchgeleitet werden, dass die Anlassbehandlung angewendet wird.
Des weiteren wird auf die Zahnstange, die eine relativ große Menge
an Kohlenstoff enthält,
notwendiger Weise die Temperaturbehandlung so angewendet, dass sie
sicher mit der erforderlichen Oberflächenhärte versehen wird. In diesem
Fall kann verhindert werden, dass die Zahnstange 10 deformiert
wird und abweicht. Währenddessen
wird auf die Zahnstange, die eine relativ geringe Menge an Kohlenstoff
enthält, nicht
notwendiger Weise die Anlassbehandlung angewendet. Falls die Anlassbehandlung
nicht notwendiger Weise auf diese Art von Zahnstange angewendet
wird, kann die erforderliche Oberflächenhärte jedes Abschnitts nicht
erfüllt
werden.
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Wie
dies in den 5 bis 8 erklärt ist, kann
die erforderliche Oberflächenhärte im Verhältnis zu
der Abschrecktiefe jedes Abschnitts der Zahnstange 10 durch die
vorstehend beschriebene Wärmebehandlung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung befriedigt werden.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, kann auf die gesamte Umfangsfläche des
Schubführungsendabschnitts 12,
des Kugelumlaufspindelabschnitts 14, des Zwischenabschnitts 18 und
des Zahnstangenzahnabschnitts 16 sequentiell die Induktionsabschreckbehandlung
durch die einzige Einheit der Wärmebehandlungsvorrichtung 20 angewendet
werden. Mit anderen Worten kann die Abschreckbehandlung für jeden
Abschnitt der Zahnstange 10 durch den einen Vorgang durchgeführt werden.
Daher kann jeder Abschnitt sicher mit der bevorzugten Oberflächenhärte versehen
werden, ohne dass mehrere Härtevorrichtungen
oder mehrere Vorgänge
vorzubereiten sind, wodurch eine große Verbesserung der Produktivität der Zahnstange 10 ermöglicht wird.
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Zudem
kann effektiv verhindert werden, dass die Zahnstange 10 verdrillt
oder verformt wird, nachdem die Abschreckbehandlung auf sie angewendet wird.
Daher ist keine besondere Umsicht oder Qualitätskontrollen nötig, wodurch
die Produktivität
der Zahnstange 10 weit verbessert werden kann.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die Zahnstange 10 zudem mit
einer höheren
Bearbeitungsgenauigkeit hergestellt werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Zahnstange 10 einstückig mit
dem Schubführungsendabschnitt 12,
dem Kugelumlaufspindelabschnitt 14, dem Zwischenabschnitt 18 und
dem Zahnstangenzahnabschnitt 16 versehen. Alternativ dazu
kann die zuvor beschriebene Abschreckbehandlung auf eine Zahnstange 10 anwendbar
sein, die nicht mit dem Schubführungsendabschnitt 12 versehen
ist. In diesem Fall kann auf jede gesamte Umfangsfläche des
Zahnstangenzahnsabschnitts 16 und der Kugelumlaufspindel 14 die
Abschreckbehandlung durch die einzige Einheit der Abschreckvorrichtung
sukzessive und sequentiell angewendet werden.
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Die
Prinzipien, die bevorzugten Ausführungsbeispiele
und die Betriebsweisen der vorliegenden Erfindung sind in der vorangehenden
Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben. Allerdings ist die
Erfindung, die geschützt
werden soll, nicht auf die hier offenbarten speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt.