JP2011148403A - Method for manufacturing rack-and-pinion type steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等に用いられるラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a rack and pinion type steering device used in an automobile or the like.
乗用車においては、ステアリング軸の回転を左右の転舵輪の運動に変換する機構として、高剛性且つ軽量であることから、ラックアンドピニオン機構が主に用いられている。そして、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックは、中炭素鋼材(例えば日本工業規格JIS G4051に規定されたS35〜S55Cに相当する鋼材)で構成され、通常は以下のようにして製造される。すなわち、中炭素鋼材を圧延して得た棒状素材に焼入れ,焼戻しを施した後に、ピニオンの歯と噛み合う歯を切削加工により形成し、この歯に高周波焼入れ処理を施す。このようにラックは切削加工により成形されるため、製造に多くの手間や時間を要し高コストであるという難点があった。 In passenger cars, a rack and pinion mechanism is mainly used as a mechanism for converting the rotation of the steering shaft into the motion of the left and right steered wheels because of its high rigidity and light weight. The rack of the rack-and-pinion type steering device is made of a medium carbon steel material (for example, a steel material corresponding to S35 to S55C defined in Japanese Industrial Standard JIS G4051), and is usually manufactured as follows. That is, after quenching and tempering a rod-shaped material obtained by rolling a medium carbon steel material, teeth that mesh with the teeth of the pinion are formed by cutting, and induction hardening is performed on the teeth. As described above, since the rack is formed by cutting, there is a problem in that the manufacturing requires a lot of labor and time and is expensive.
そこで、ラックを冷間鍛造等の塑性加工により成形する方法がある(特許文献1を参照)。塑性加工によれば、切削加工に比べて製造に多くの手間や時間を必要としないため、製造コストが低減される。また、近年においては、棒状素材に代えてパイプのような管状素材を素材として用いて、ラックを塑性加工により成形することが提案されている。ラックを管状素材から製造することにより、自動車の軽量化が達成される。 Therefore, there is a method of forming the rack by plastic working such as cold forging (see Patent Document 1). According to the plastic working, the manufacturing cost is reduced because much labor and time are not required for the manufacturing as compared with the cutting. In recent years, it has been proposed to form a rack by plastic working using a tubular material such as a pipe instead of a rod-shaped material. By manufacturing the rack from a tubular material, the weight of the automobile can be reduced.
近年においては自動車の使用条件は厳しくなっており、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に求められる性能も年々高くなってきている。例えば、自動車が縁石等に乗り上げることにより衝撃や応力が入力された場合でも、破損が生じないような優れた耐衝撃性及び静的強度をラックが有していることが要求されている。
しかしながら、冷間鍛造の後に高周波焼入れが施されて製造されたラックは、非焼入れ部である芯部が冷間鍛造により加工硬化しているため、耐衝撃性が不十分である場合があった。そのため、自動車が縁石等に乗り上げることにより衝撃や応力がラックに入力されると、脆性的破壊が生じて破損するおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、使用時に衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくいラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造する方法を提供することを課題とする。
In recent years, the usage conditions of automobiles have become stricter, and the performance required for rack and pinion type steering devices has been increasing year by year. For example, the rack is required to have excellent impact resistance and static strength so that no damage occurs even when an impact or stress is input by an automobile riding on a curb or the like.
However, racks manufactured by induction hardening after cold forging have a case where the core portion, which is a non-quenched portion, is work-hardened by cold forging, so that the impact resistance may be insufficient. . For this reason, when an impact or stress is input to the rack when the automobile rides on a curb or the like, there is a possibility that a brittle fracture occurs and breaks.
Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a rack-and-pinion type steering device that solves the problems of the prior art as described above and that is unlikely to cause damage to the rack even when an impact or stress is input during use. Let it be an issue.
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法は、運転者の操舵により回転するステアリング軸と、前記ステアリング軸に連結され前記ステアリング軸の回転に伴って回転するピニオンと、前記ピニオンに噛み合うとともに車輪に連結されるラックと、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造するに際して、以下の5つの条件を満たすようにして前記ラックを製造することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, a manufacturing method of a rack and pinion type steering apparatus according to the present invention includes a steering shaft that is rotated by a driver's steering, a pinion that is connected to the steering shaft and rotates as the steering shaft rotates, and the pinion In manufacturing a rack and pinion type steering apparatus including a rack that meshes with and is connected to a wheel, the rack is manufactured so as to satisfy the following five conditions.
条件A)軟化焼鈍しが施された鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、誘導加熱によって調質処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材が球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
Condition A) A steel material subjected to soft annealing is formed into a predetermined shape by cold forging, then subjected to a tempering treatment by induction heating, and further subjected to induction hardening to manufacture the rack.
Condition B) By the soft annealing, the material before the cold forging has a structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite.
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV200以上300以下である調質部が、前記非焼入れ部の外層部分に形成される。
条件E)前記調質部の深さ方向の長さは2mm以上10mm以下である。
Condition C) By the induction hardening, a hardened and hardened surface layer part is formed on the surface, and a non-quenched part not hardened is formed in the core part.
Condition D) By the tempering treatment, a tempered part having a tempered structure and a hardness of HV200 or more and 300 or less is formed in the outer layer part of the non-quenched part.
Condition E) The length of the tempered portion in the depth direction is 2 mm or more and 10 mm or less.
前記鋼は、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C〜S55C及びSAE規格に規定された1035〜1055のうちの1種であることが好ましく、0.35質量%以上0.55質量%以下の炭素を含有していることが好ましい。
ラックの芯部(非焼入れ部)は冷間鍛造により加工硬化して靱性が不十分であるが、冷間鍛造の後の誘導加熱による調質処理により、調質組織を有し且つ適度な硬さの調質部が非焼入れ部の外層部分に形成されるため、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法により得られたラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックは、優れた耐衝撃性及び静的強度を有している。ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックには大きな衝撃や応力が入力される場合があるが、ラックの耐衝撃性及び静的強度(特に曲げ強度)が優れているため、大きな衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくい。
The steel is preferably one of S35C to S55C defined in Japanese Industrial Standard JIS G4051 and 1035 to 1055 defined in SAE Standard, and is 0.35 mass% or more and 0.55 mass% or less. It preferably contains carbon.
The rack core (non-quenched part) is work hardened by cold forging and its toughness is insufficient, but it has a tempered structure and an appropriate hardness by tempering treatment by induction heating after cold forging. Since the tempered portion is formed in the outer layer portion of the non-quenched portion, the rack of the rack and pinion type steering device obtained by the method of manufacturing a rack and pinion type steering device according to the present invention has excellent impact resistance. And has static strength. Large shocks and stresses may be input to the rack of a rack and pinion type steering device, but large shocks and stresses are input because the rack has excellent impact resistance and static strength (especially bending strength). However, the rack is not easily damaged.
ここで、前記各条件について説明する。
〔条件Bについて〕
素材を冷間鍛造でラックの形状に成形するにあたっては、十分な塑性加工性が必要であるので、まず素材に軟化焼鈍しを施す必要がある。軟化焼鈍しが不十分であると、冷間鍛造の際に変形抵抗が大きくなったり、割れが発生するおそれがあるが、その原因としては、組織においてパーライトが発生したり、炭化物の球状化が不十分であることが考えられる。よって、冷間鍛造に供する素材の組織を、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする必要がある。
Here, each said condition is demonstrated.
[Condition B]
In forming a material into a rack shape by cold forging, sufficient plastic workability is required. Therefore, it is necessary to first soften and anneal the material. If soft annealing is insufficient, deformation resistance may increase during cold forging, and cracking may occur, but the cause of this is pearlite in the structure or carbide spheroidization. It may be insufficient. Therefore, it is necessary to make the structure of the material used for cold forging have a structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite.
〔条件Dについて〕
調質部の硬さがHV200未満であると、調質組織が不適で非焼入れ部の靱性が不十分となるため、ラックの耐衝撃性及び静的強度が不十分となる。その結果、ラックに大きな衝撃や応力が入力された場合に、ラックに損傷が生じるおそれがある。一方、調質部の硬さがHV300超過であると、硬すぎるため非焼入れ部の靱性が不十分となる。よって、ラックに大きな衝撃や応力が入力された場合に、ラックに損傷が生じるおそれがある。
[Condition D]
If the hardness of the tempered part is less than HV200, the tempered structure is unsuitable and the toughness of the non-quenched part becomes insufficient, so that the impact resistance and static strength of the rack are insufficient. As a result, the rack may be damaged when a large impact or stress is input to the rack. On the other hand, if the hardness of the tempered portion is over HV300, the toughness of the non-quenched portion becomes insufficient because it is too hard. Therefore, the rack may be damaged when a large impact or stress is input to the rack.
〔条件Eについて〕
調質部の深さ方向の長さが2mm未満であると、曲げ応力等の負荷により発生したクラックが容易に調質部を貫通してクラックが伝播するため、ラックに大きな衝撃や応力が入力された場合に、ラックに損傷が生じるおそれがある。一方、調質部の深さ方向の長さが10mm超過となるような調質処理を施すと、ラック全体の熱処理変形が問題となるおそれがある。
〔鋼中の炭素の含有量について〕
炭素の含有量が0.35質量%未満であると、ラックに形成されている歯の表面硬さが不十分となるおそれがある。一方、0.55質量%超過であると、鋼の加工性が不十分となるおそれがある。
[Condition E]
If the length of the tempered part in the depth direction is less than 2 mm, cracks generated by loads such as bending stress easily penetrate the tempered part and propagate through the tempered part. If this happens, the rack may be damaged. On the other hand, if the tempering treatment is performed such that the length of the tempered portion in the depth direction exceeds 10 mm, the heat treatment deformation of the entire rack may become a problem.
[About the carbon content in steel]
If the carbon content is less than 0.35% by mass, the surface hardness of the teeth formed on the rack may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 0.55 mass%, the workability of steel may be insufficient.
本発明のラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法によれば、使用時に衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくいラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a rack and pinion type steering apparatus of the present invention, it is possible to manufacture a rack and pinion type steering apparatus that is unlikely to cause damage to the rack even when an impact or stress is input during use.
本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法により製造されたラックアンドピニオン式ステアリング装置の構造を説明する図である。
ステアリングホイール10が上端部に固定されたステアリング軸11が、ステアリング軸用ハウジング12の内部に、軸心を中心に回転自在に支承されている。また、ステアリング軸用ハウジング12は、下部を車両の前方に向けて傾斜させた姿勢で、車室内部の所定位置に固定されている。
An embodiment of a method for manufacturing a rack and pinion type steering device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining the structure of a rack and pinion type steering device manufactured by the method for manufacturing a rack and pinion type steering device according to the present invention.
A steering shaft 11 having a
ステアリング軸11の回転を左右の転舵輪15,15の運動に変換するラックアンドピニオン機構は、軸方向に移動可能なラック21と、ラック21の軸心に対して斜めに支承されラック21の歯に噛み合う歯を備えたピニオン22と、ラック21及びピニオン22を支承する筒状のラック用ハウジング23と、で構成されている。そして、ラックアンドピニオン機構は、その長手方向が車両の幅方向に沿うようにして、車両の前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置されている。
The rack and pinion mechanism that converts the rotation of the steering shaft 11 into the movement of the left and right steered
また、ピニオン22の上端部とステアリング軸11の下端部とは、2個の自在継手25,26を介して連結されている。さらに、ラック21の両端部には、転舵輪15,15が連結されている。
運転者によってステアリングホイール10に操舵トルク(回転力)が加えられると、ステアリング軸11が回転し、このステアリング軸11の回転に伴ってピニオン22が回転する。そして、このピニオン22の回転がラックアンドピニオン機構によってラック21の左右方向のスライド運動に変換され、転舵輪15,15が駆動されて自動車が操舵される。
Further, the upper end portion of the
When a steering torque (rotational force) is applied to the
なお、本実施形態のラックアンドピニオン式ステアリング装置には、いわゆるパワーステアリング機構を設けてもよい。すなわち、前記操舵トルクは、ステアリング軸11に取り付けられた図示しないトーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ13の出力(操舵を補助する回転力)が制御される。電動モータ13の出力は、ステアリング軸11の中間部分に供給され(ピニオン22に供給されるようにしてもよい)、前記操舵トルクと合わされて、ラックアンドピニオン機構によって転舵輪15,15を駆動する運動に変換される。
The rack and pinion type steering device of the present embodiment may be provided with a so-called power steering mechanism. That is, the steering torque is detected by a torsion bar (not shown) attached to the steering shaft 11, and the output of the electric motor 13 (rotational force assisting steering) is controlled based on the detected steering torque. The output of the
このラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ラック21は鋼で構成されている。鋼の種類は特に限定されるものではないが、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C〜S55C及びSAE規格に規定された1035〜1055のうちの1種であり、0.35質量%以上0.55質量%以下の炭素を含有する鋼を用いることが好ましい。
In this rack and pinion type steering device, the
例えば、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C,S38C,S40C,S43C,S45C,S48C,S50C,S53C,S55Cや、SAE規格(Society of Automotive Engineers )に規定された1035,1037,1038,1039,1040,1042,1043,1044,1045,1046,1049,1050,1053,1055が好ましい。 For example, S35C, S38C, S40C, S43C, S45C, S48C, S50C, S53C, S55C defined in Japanese Industrial Standard JIS G4051, and 1035, 1037, 1038, 1039, defined in SAE Standard (Society of Automotive Engineers) 1040, 1042, 1043, 1044, 1045, 1046, 1049, 1050, 1053, 1055 are preferable.
そして、ラック21は、上記のような鋼からなる棒状素材又は管状素材(以降は素材と記すこともある)に軟化焼鈍しを施した後に、冷間鍛造によりラック形状に成形し、さらに調質処理,高周波焼入れ,及び焼戻しを該順序で施すことにより製造されている。
調質処理は、誘導加熱で焼入れ及び焼戻しすることにより行う。そして、この調質処理によって、調質組織を有する調質部が形成される。調質処理後の高周波焼入れによって、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成され、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成されるが、この調質部は非焼入れ部の外層部分に形成される。
The
The tempering treatment is performed by quenching and tempering by induction heating. And the tempering part which has a tempered structure is formed by this tempering process. By induction hardening after tempering treatment, a hardened and hardened surface layer part is formed on the surface, and a non-quenched part that has not been quenched is formed in the core part, but this tempered part is a non-quenched part It is formed in the outer layer portion.
以下に、ラック21の製造方法について、さらに詳細に説明する。まず、鋼で構成された棒状素材又は管状素材に、軟化焼鈍しを施す。軟化焼鈍しの条件の一例を示す。素材をA1変態点以上の740〜860℃で0.1h以上保持した後に、20〜70℃/hの冷却速度で680〜720℃に降温して該温度で1〜5h保持する。続いて、10〜100℃/hの冷却速度で620〜680℃に降温し、さらに10〜150℃/hの冷却速度で500〜560℃に降温する。
Below, the manufacturing method of the
上記のような軟化焼鈍しにより、素材のビッカース硬さは、例えばHV200以下となる。よって、素材は十分な塑性加工性を有しているので、この後の冷間鍛造を問題なく行うことができる。また、上記のような軟化焼鈍しにより、冷間鍛造に供する素材の組織を球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織としている。よって、この後の冷間鍛造において、変形抵抗が大きくなったり割れが発生することが抑制される。 By the softening annealing as described above, the Vickers hardness of the material becomes, for example, HV200 or less. Therefore, since the raw material has sufficient plastic workability, the subsequent cold forging can be performed without any problem. Moreover, the structure | tissue of the raw material used for cold forging by the softening annealing as mentioned above is made into the structure | tissue containing spherical cementite, acicular cementite, and a ferrite. Therefore, in the subsequent cold forging, it is possible to suppress deformation resistance from increasing or cracking.
次に、軟化焼鈍しを施した素材に、図2,3のように冷間鍛造を施し、所定の形状に成形する。まず、断面円形の中実棒状素材を冷間鍛造により成形した例について、図2を参照しながら説明する。
まず、断面円弧状の溝32aが形成されたダイス32の上に中実棒状素材31を載置する。この溝32aの曲率半径は中実棒状素材31の半径よりも大として、この溝32a内に中実棒状素材31を配する(図2の(a)を参照)。そして、中実棒状素材31に上方からパンチ33を押し当て、パンチ33を下方に押圧することにより、中実棒状素材31を溝32a内に密着させ変形させる。パンチ33の中実棒状素材31との接触面は平面状であるため、中実棒状素材31に平面部31aが形成される(図2の(b)を参照)。これにより、中実棒状素材31は平面部31aと円筒面部31bとを有するような形状となる。なお、パンチ33の中実棒状素材31との接触面は平面状に限らず、テーパを有していてもよい。
Next, the material subjected to soft annealing is subjected to cold forging as shown in FIGS. 2 and 3 and formed into a predetermined shape. First, an example in which a solid bar material having a circular cross section is formed by cold forging will be described with reference to FIG.
First, the solid bar-shaped
次に、前述の溝32aよりも深い溝34aが形成されたダイス34を用意し、円筒面部31bを下方(溝34aの底側)に向けて中実棒状素材31を該溝34a内に配する。この時、この溝34aの幅は、中実棒状素材31の直径よりも僅かに小さく設計されているので、中実棒状素材31は溝34a内に完全には収容されない(図2の(c)を参照)。そして、歯溝35aを有するパンチ35を中実棒状素材31の平面部31aに押し当て、パンチ35を下方に押圧すると、中実棒状素材31がダイス34の溝34a内に押し込められる。その際には、中実棒状素材31の両側(ダイス34の溝34aの側壁に接触する部分)がしごかれて変形し、互いに平行な平面となるとともに、歯溝35aに対応する歯31cが中実棒状素材31の平面部31aに形成される(図2の(d)を参照)。そして、中実棒状素材31の両側のしごかれた分の肉が歯31cに供給され、歯31cの形状がより大きくなる。
Next, a die 34 having a
次に、断面略矩形の溝36aが形成されたダイス36と、断面円弧状の溝37aが形成されたパンチ37と、を用意する。ダイス36に形成された溝36aの底面には、中実棒状素材31の平面部31aに形成された歯31cに対応する歯溝36bが形成されている。一方、パンチ37に形成された溝37aは、中実棒状素材31の円筒面部31bに対応する形状となっている。
Next, a die 36 in which a
ダイス36に形成された溝36a内に中実棒状素材31を配すると、溝36aの幅が中実棒状素材31の直径よりも僅かに小さいために中実棒状素材31は溝36a内に完全には収容されないが(図2の(e)を参照)、中実棒状素材31に上方からパンチ37を押し当て下方に押圧すると、中実棒状素材31がダイス36の溝36a内に押し込められ、中実棒状素材31の形状が整えられる。中実棒状素材31の両側(ダイス36の溝36aの側壁に接触する部分)は平面となっているので、中実棒状素材31をダイス36の溝36a内に押し込めた際に余肉が生じない(図2の(f)を参照)。
When the solid rod-shaped
次に、断面円形の管状素材41を冷間鍛造により成形した例について、図3を参照しながら説明する。なお、図3においては、図2と同一又は相当する部分には、図2と同一の符号を付してある。成形方法は中実棒状素材31と全く同様であるので、詳細な説明は省略するが、管状素材41を冷間鍛造により成形する際には、その中空孔42に、該中空孔42の直径とほぼ同径の別部材43を入れておくとよい。最初に変形させた段階(図3の(b)を参照)で、中空孔42内に別部材43が充填され、管状素材41と別部材43とが一体化される。
Next, an example in which a
次に、上記のようにしてラックの形状に成形された素材のうち歯が形成されている側の面に、誘導加熱によって調質処理を施す。調質処理の条件は特に限定されるものではないが、例えば、800℃以上900℃以下の焼入れを施した後に、600℃以上720℃以下の焼戻しを施すというものがあげられる。このような調質処理により、素材の表面から所定深さ位置までの部分に熱処理が施され、該部分に、調質組織(トルースタイト又はソルバイト)を有し且つ硬さがHV200以上300以下である調質部が形成される。 Next, a tempering treatment is performed by induction heating on the surface of the material formed in the shape of the rack as described above where the teeth are formed. The condition of the tempering treatment is not particularly limited. For example, after tempering at 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, tempering at 600 ° C. or higher and 720 ° C. or lower is performed. By such a tempering treatment, a heat treatment is performed on a portion from the surface of the material to a predetermined depth position, the portion has a tempered structure (truthite or sorbite), and the hardness is HV200 or more and 300 or less. A tempered part is formed.
さらに、調質処理を施した素材のうち歯が形成されている側の面及びその反対側の面に高周波焼入れを施すと、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成され、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。高周波焼入れの条件は特に限定されるものではないが、例えば、出力電流220〜270A、周波数100kHz、加熱時間3〜5秒、冷却時間10〜15秒のような条件があげられる。 Furthermore, when induction hardening is performed on the surface where the teeth are formed and the opposite surface of the tempered material, a hardened and hardened surface layer portion is formed on the surface, and quenching is performed. A non-quenched part that is not applied is formed in the core part. The conditions for induction hardening are not particularly limited, and examples include conditions such as an output current of 220 to 270 A, a frequency of 100 kHz, a heating time of 3 to 5 seconds, and a cooling time of 10 to 15 seconds.
この高周波焼入れにより、素材の表面に形成されていた調質部のうち表面側部分には焼入れが施され、焼入れにより調質組織は変性するので、調質部の表面側部分は前記表層部となる。一方、前記調質部のうち内側部分には焼入れは施されず調質組織や硬さは維持されるので、調質部の内側部分は非焼入れ部となる。よって、非焼入れ部の外層部分に調質部が形成されている構造となる(図4を参照)。この調質部の深さ方向の長さDcは、2mm以上10mm以下とされている。 By this induction quenching, the surface side portion of the tempered portion formed on the surface of the material is quenched, and the tempered structure is denatured by quenching, so the surface side portion of the tempered portion is the surface layer portion. Become. On the other hand, the inner part of the tempered part is not quenched and the tempered structure and hardness are maintained, so the inner part of the tempered part is a non-quenched part. Therefore, the tempered portion is formed in the outer layer portion of the non-quenched portion (see FIG. 4). The length Dc in the depth direction of the tempered portion is 2 mm or more and 10 mm or less.
そして、最後に焼戻しを施したら、研削仕上げや超仕上げを施して、ラック21を完成した。調質処理の後に高周波焼入れ及び焼戻しが施されるが、調質部のうち前記内側部分については、前記組織及びビッカース硬さは高周波焼入れ及び焼戻しの前の状態が維持される。
このようにして製造されたラック21を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラック21が優れた耐衝撃性及び静的強度を有しているので、使用時に大きな衝撃や応力が入力されてもラック21に損傷が生じにくい。
Finally, after tempering, the
In the rack and pinion type steering apparatus including the
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。日本工業規格JISに規定のS35C,S45C,又はS55Cで構成された直径26.5mmの丸棒素材に、前述の例と同様の条件の軟化焼鈍しを施した。そして、この軟化焼鈍しにより、素材の組織を球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織とした。
このような素材に、図2に示したような冷間鍛造を施して、ラックの形状に成形した。そして、素材のうち歯が形成されている側の面に、調質処理を施した。なお、調質処理は以下のようにして行った。まず、リング状コイルに素材を挿通し、誘導加熱により800℃以上900℃以下に加熱した後に、水溶液を用いて冷却することにより焼入れを施し、次に、誘導加熱により600℃以上720℃以下の焼戻しを施した。
〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Soft round annealing under the same conditions as in the above example was performed on a 26.5 mm diameter round bar material made of S35C, S45C, or S55C defined in Japanese Industrial Standards JIS. And the structure | tissue of the raw material was made into the structure | tissue containing spherical cementite, acicular cementite, and a ferrite by this softening annealing.
Such a material was cold forged as shown in FIG. 2 and formed into a rack shape. And the tempering process was given to the surface in which the tooth | gear is formed among raw materials. The tempering treatment was performed as follows. First, a material is inserted into a ring-shaped coil, heated to 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower by induction heating, and then quenched by cooling with an aqueous solution. Tempered.
次に、素材のうち歯が形成されている側の面及びその反対側の面に高周波焼入れを施した。この高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。その結果、図4に示すように、非焼入れ部の外層部分に、調質組織を有する調質部が形成されている構造となる。高周波焼入れの条件は、以下の通りである。 Next, induction hardening was performed on the surface of the material on which the teeth are formed and on the opposite surface. By this induction quenching, a hardened and hardened surface layer portion is formed on the surface, and a non-quenched portion not quenched is formed in the core portion. As a result, as shown in FIG. 4, a tempered portion having a tempered structure is formed in the outer layer portion of the non-quenched portion. The conditions of induction hardening are as follows.
焼入れ方法:通電加熱法
出力電流 :250A
周波数 :100kHz
加熱時間 :4.5秒
冷却時間 :10秒
冷媒 :ソリュブル油と水の混合溶媒
最後に焼戻しを行って、ラックを完成した。
Quenching method: Current heating method Output current: 250A
Frequency: 100kHz
Heating time: 4.5 seconds Cooling time: 10 seconds Refrigerant: Soluble oil and water mixed solvent Finally, tempering was performed to complete the rack.
調質部の深さ方向の長さと、調質部のビッカース硬さHVとを、表1〜6に示す。調質部の深さ方向の長さは、歯と歯の間の谷部でラックを切断して切断面を鏡面仕上げし、5%ナイタルで腐食した後に金属顕微鏡で観察することにより測定した。また、調質部のビッカース硬さHVは、歯と歯の間の谷部でラックを切断して切断面に調質部を露出させて測定した。測定箇所は、調質部の深さ方向中央部とした。なお、これらの測定は高周波焼入れ後に行った。 Tables 1 to 6 show the length in the depth direction of the tempered portion and the Vickers hardness HV of the tempered portion. The length of the tempered portion in the depth direction was measured by cutting a rack at a valley between teeth and mirror-finishing the cut surface, corroding with 5% nital, and observing with a metal microscope. Further, the Vickers hardness HV of the tempered portion was measured by cutting the rack at the valley between the teeth and exposing the tempered portion to the cut surface. The measurement location was the central portion in the depth direction of the tempered portion. These measurements were performed after induction hardening.
このようにして得られたラックに曲げ応力を負荷し、脆性破壊が生じるか否かを試験した。すなわち、ラックをラックアンドピニオン式ステアリング装置に組み込んで、ステアリングホイールを回転させてラックをフルストロークまで移動させ、ラックの支持部材から最も離れたラックの端部に曲げ荷重を負荷した。
結果を表1〜6に示す。なお、表1〜6においては、表層部で発生した亀裂が内部にまで進展しラックが破断した場合は×印で示し、亀裂が途中で止まり破断に至らなかった場合は○印で示してある。
表1〜6からわかるように、実施例のラックは、調質部の深さ方向の長さが2mm以上10mm以下で、且つ、調質部のビッカース硬さHVが200以上300以下であるため、優れた耐衝撃性及び静的強度を有していて破断に至らなかった。
The rack thus obtained was loaded with bending stress to test whether brittle fracture occurred. That is, the rack was incorporated into a rack and pinion type steering device, the steering wheel was rotated to move the rack to the full stroke, and a bending load was applied to the end of the rack farthest from the rack support member.
The results are shown in Tables 1-6. In Tables 1 to 6, when the crack generated in the surface layer part extends to the inside and the rack breaks, it is indicated by x, and when the crack stops midway and does not break, it is indicated by ○. .
As can be seen from Tables 1 to 6, in the rack of the example, the length in the depth direction of the tempered part is 2 mm or more and 10 mm or less, and the Vickers hardness HV of the tempered part is 200 or more and 300 or less. It had excellent impact resistance and static strength and did not break.
11 ステアリング軸
21 ラック
22 ピニオン
31 棒状素材
41 管状素材
Claims (2)
条件A)軟化焼鈍しが施された鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、誘導加熱によって調質処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材が球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV200以上300以下である調質部が、前記非焼入れ部の外層部分に形成される。
条件E)前記調質部の深さ方向の長さは2mm以上10mm以下である。 A rack-and-pinion type steering comprising: a steering shaft that is rotated by a driver's steering; a pinion that is coupled to the steering shaft and that rotates as the steering shaft rotates; and a rack that meshes with the pinion and is coupled to a wheel. A manufacturing method of a rack and pinion type steering device, wherein the rack is manufactured so as to satisfy the following five conditions when manufacturing the device.
Condition A) A steel material subjected to soft annealing is formed into a predetermined shape by cold forging, then subjected to a tempering treatment by induction heating, and further subjected to induction hardening to manufacture the rack.
Condition B) By the soft annealing, the material before the cold forging has a structure containing spherical cementite, acicular cementite, and ferrite.
Condition C) By the induction hardening, a hardened and hardened surface layer part is formed on the surface, and a non-quenched part not hardened is formed in the core part.
Condition D) By the tempering treatment, a tempered part having a tempered structure and a hardness of HV200 or more and 300 or less is formed in the outer layer part of the non-quenched part.
Condition E) The length of the tempered portion in the depth direction is 2 mm or more and 10 mm or less.
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