JP2017534501A - ステアリング・サポート・ヨーク - Google Patents

Abstract

サポート・ヨークを形成する方法が、材料を提供することと、前記材料を成形して粗い形状を形成することであって、成形が前記材料の融解温度未満の温度で行なわれるように、成形することと、前記粗い形状を熱処理することとを含む。１つの実施形態では、熱処理は溶体化と時効処理を含むことができる。１つの実施形態では、前記方法は機械加工を含むことができる。１つの実施形態では、前記サポート・ヨークはラック・アンド・ピニオン・アセンブリの中で使用することができる。１つの実施形態では、前記サポート・ヨークはステアリング・ヨークになりえる。
【選択図】 図１

Description

本開示は、サポート・ヨークに関し、より詳細には、鍛造サポート・ヨークに関する。

通常、車両は、動きをステアリングホイールから路上の車輪に変換するためラック・アンド・ピニオンギア・アセンブリを使用する。これらのシステムでは、ステアリングホイールは、ラック軸上の歯とかみ合う歯車歯を含むピニオンギアに結合される。ピニオンギアが回転するとき、動きは、前輪連接棒に接続されるラック軸の直線運動に変換される。その後、前輪連接棒は回転車輪を回転させて、その結果車両を回転させる。ピニオンとラック軸の間の適切なすきまを保証するために、ステアリング・サポート・ヨーク・アセンブリを使用して、ピニオンギアへラックを押し付ける付勢力を提供することができる。サポート・ヨークはまた、「サポート・ヨーク・アセンブリ」、「サポート・ヨーク・スリッパ」または「パック」と呼ぶことができる。ピニオンギアが回転する場合、ラック軸（通常鋼）はサポート・ヨークに沿って摺動する。軸とサポート・ヨークの間の摩擦はサポート・ヨークの接触面に低摩擦ベアリングを使用することにより最小化することができる。これらのステアリング・システムは、機械式、油圧式または電気式であってもよい。

改善されたサポート・ヨークおよびそれを形成する方法が必要とされている。

実施形態は実施例によって示され、添付図の中で制限されない。

図１は、１つの実施形態に従って標準的なステアリング・アセンブリの斜視図を含む。 図２は、１つの実施形態に従ってラック・アンド・ピニオン・ステアリング・システムの一部の断面図を含む。 図３は、ダイキャスト・サポート・ヨークの中で見られるような微細構造のＳＥＭ画像を含む。 図４は、１つの実施形態に従って鍛造サポート・ヨークの中で見られるような微細構造のＳＥＭ画像を含む。 図５は、１つの実施形態に従って鍛造サポート・ヨークの斜視図を含む。 図６は、１つの実施形態に従ってサポート・ヨークを形成する方法のステップの配置を示すフローチャートを含む。 図７は、ダイキャスト・サポート・ヨークおよび冷間鍛造サポート・ヨークの相対的剛性のグラフ上での比較を含む。

当業者であれば、図面の要素は、簡潔かつ明瞭にするために図示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解するであろう。例えば、図面の要素のいくつかの寸法は、本発明の実施形態の理解を向上させるのを助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。

図と組み合わせた以下の説明は、本明細書で開示された教示の理解を支援するために提供される。以下の論考は、本発明の教示の具体的な実施および実施形態に焦点を合わせている。これは本発明の教示を説明し易くするためのものであり、本発明の教示の範囲または適用可能性を限定すると解釈されるべきではない。しかしながら、他の実施形態を、本出願で開示されるような教示に基づいて使用することができる。

用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含をカバーすることが意図される。例えば、列挙された特徴を含む、方法、物品、もしくは装置は、それらの特徴のみに必ずしも限定されず、明示的に列挙されていない他の特徴、またはかかる方法、物品、もしくは装置に固有の他の特徴を包含してもよい。さらに、それとは反対と明らかに述べられない限り、「または（ｏｒ）」は、「包括的な（ｏｒ）」を意味し、「排他的な（ｏｒ）」を意味しない。例えば、条件ＡまたはＢ、は下記のうちのいずれか１つによって満たされる。Ａが真（または存在）であり、かつＢが偽（または存在しない）である、Ａが偽（または存在しない）であり、かつＢが真（または存在）である、およびＡとＢの両方が真である（または存在する）。

また、「１つの（ａまたはａｎ）」の使用は、本明細書に記載される要素および構成要素を記述するために利用される。これは、便宜上および本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行なわれるにすぎない。この記述は、明らかにそうではないことを意味していない限り、１つ、少なくとも１つまたは単数を包含するものとして読まれるべきであり、あるいは複数を包含し、または逆も同様である。例えば、単一の項目が本明細書に記載される場合、２つ以上の項目が単一の項目の代わりに使用されてもよい。同様に、２つ以上の項目が本明細書に記載される場合、単一の項目で当該２つ以上の項目を置き換えてもよい。

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。材料、方法、および実施例は一例にすぎず、限定的であるとは意図されない。本明細書に記載されない範囲で、特定の材料および加工行為に関する多くの詳細は従来的であり、サポート・ヨーク技術における教本および他の資料中に見出され得る。

本出願に記述された１つまたは複数の実施形態に従ってサポート・ヨークを形成する方法は、材料を提供し、材料を成形して粗い形状を形成することを通常含むことができる。ここで材料の成形は、材料の融解温度未満の温度で行なわれる。その方法は、粗い形状を機械加工してサポート・ヨークを形成することをさらに含むことができる。１つの実施形態では、材料の成形は鍛造によって行なうことができる。より特定の実施形態では、材料の成形は冷間鍛造によって行なうことができる。例えば、成形はプレス（油圧プレス）によって行なうことができる。

ここで、図を参照して、図１は、ステアリング・アセンブリ２の分解組立図を含む。アセンブリは、ラック軸（図１に図示せず）上の歯とかみ合ったヘリカル・ピニオンギア４を含む。サポート・ヨーク・アセンブリ６はピニオン・ハウジング８へ挿入され、付勢力を提供し、その結果ラック軸がピニオンギア４との適切なすきまを維持するようにする。具体的には、サポート・ヨーク・アセンブリ６は、ラック軸とピニオンギア４の間に付勢力を供給するサポート・ヨーク１０を含むことができる。システムは、グリース、例えばリチウムグリースで潤滑されてもよい。

図２は、図１のステアリング・アセンブリ２の一部の断面図を含む。ピニオンギア４は、サポート・ヨーク１０の助けによって機械的接触を維持するラック軸１２とかみ合う。サポート・ヨーク１０はばね１４によってピニオンギア４に対して付勢される。ばね１４はキャップ１６によって圧縮され保持される。キャップ１６は、例えば、ねじ係合によって、ハウジング２０に固定することができる。Ｏリング１８は、サポート・ヨーク１０に外接するチャネル内に据え付けることができる。Ｏリング１８はまたハウジング２０の内側表面を外接する溝に据え付けられてもよい。オペレータが車両のステアリングホイールを回す場合、ピニオンギア４は回転し、それにより、ラック軸１２を図２に構成されるように紙面の中へと入る、もしくは紙面から出てくる、いずれかの方向に摺動させる。ラック軸１２は、ギヤと軸をかみ合ったままにする付勢力を維持する静止したサポート・ヨーク１０に対して摺動する。より強い付勢力は、騒音の小さいステアリング機構を達成するのに役立ち得る。しかし、さらに強い力をばね１４によって与えると、サポート・ヨーク１０とラック軸１２の間に大きな摩擦および結果として損耗が生じる。

既存のサポート・ヨークは、通常、金属合金ダイキャストまたは射出成形したプラスチックから作られる。これらのサポート・ヨークが使用時の繰り返しの負荷および熱サイクル問題および過度の溶融に関連する材料損失を被ることが判明している。例えば、サポート・ヨークをダイキャストすることにより、サポート・ヨーク本体内に様々な空隙、収縮巣、微細構造、ブローホール、ピンホール、または酸化物をもたらすことがある。さらに、ダイキャスト中、ショットスリーブに注がれた溶融金属の初期層は、最初に凝固し、割れて小さくなったものがフレークとして残りの溶融金属に分布する可能性がある。これらのフレークはコールドフレークと呼ぶことがある。これらのコールドフレークは、その機械的性質を減じる可能性のある不均質なサポート・ヨーク本体微細構造を形成することができる。とりわけ、微細構造がそれほど均一でなくなるので、例えば、さらに多くのコールドフレーク、ブローホール、ピンホール、空隙または酸化物の包含によって、サポート・ヨークの機械的強度は減少し得る。図３は、切断線に沿って見た加圧ダイキャスト・サポート・ヨークの微細構造のＳＥＭ画像を示す。少なくとも３つの形態相が存在する状態で、多数の孔が見える。第１相は、金属間化合物Ａｌ_３（Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ）などの、アルミニウム、鉄およびシリコンを豊富に含む白い粒または粒子を含んでもよい。第２相は、非常に低い重量パーセントの亜鉛、銅およびケイ素を含むアルミニウムを豊富に含む灰色の粒を含んでもよい。第３相は、アルミニウム、シリコン、銅および亜鉛を豊富に含む、細かく分布した小さな粒を含んでもよい。金属間化合物は材料に強さを与えることができるが、アルミニウムがその合金元素（銅、亜鉛およびシリコン）と無関係に比較的柔らかいので、アルミニウムを豊富に含む領域の存在は材料の全体強度を減じることがある。さらに、金属間化合物は、変形荷重条件で亀裂発生部位として作用することによって、材料を脆化させる可能性がある。

これらの機械的な弱点を最小化、または除去するのに、鍛造サポート・ヨークを使用できることが、判明している。具体的には、鍛造はより均質な微細構造（図４）、および、同様のダイキャスト・サポート・ヨークと比較して、より高い強度を持つサポート・ヨークを形成することができる。より具体的には、鍛造は、サポート・ヨーク材料の樹枝状組織を壊すことができる。これにより、サポート・ヨークの等方性がより高くなる可能性がある。さらに、鍛造により、微細構造が塑性変形するようになる可能性がある。そのような塑性変形は、サポート・ヨーク材料の中で析出物のより精細な分配に結びつく、より強く析出する核形成部位を与えることができる。さらに、鍛造サポート・ヨークの微細構造の中にあるＡｌＭｇＳｉの析出物は、サポート・ヨークの機械的性質（例えば硬度、圧縮強度）を増加させることができる。

従来のダイキャストおよび射出成形される設計と比較して、鍛造サポート・ヨークに関連したより高い強度は、製造時間と費用の相対的な増加が必要となる。鍛造は、オペレータの時間の増加、リソースおよび機械加工の増加を要求するマルチステップおよびマルチ機械加工プロセスを必要とする。鍛造工程間で、鍛造サポート・ヨークは、機械間で移動され、可動式ラックまたは組立てラインおよび生産現場の追加面積を必要とする。精密なサポート・ヨークを鍛造するのに必要な精密機械および金型は、通常は高価であり、操作および維持に費用がかかる。さらに、原料のインゴットは、材料が溶融状態にされないであろうため、提供された状態で十分な機械的性質を有していなければならない。

図５は、本出願に記載の１つの実施形態に従ってサポート・ヨーク１００の斜視図を含む。サポート・ヨーク１００は通常サイドウォール１０２およびアーチ形上部表面１０４を含む。サイドウォール１０２およびアーチ形上部表面１０４は隣接してもよい。さらに、サイドウォール１０２およびアーチ形上部表面１０４は単一であってもよく、例えば、一体構造によって形成されてもよい。

１つの実施形態では、サイドウォール１０２は、サポート・ヨーク１００内の内部空洞を画定してもよい。内部空洞は、サイドウォール１０２の内径を規定することができる。内径は、２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内であってもよい。例えば２５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲内、またはさらに３０ｍｍ〜３１ｍｍの範囲内とすることができる。サイドウォール１０２の外径は、２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内であってもよい。例えば２５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲内、またはさらに３０ｍｍ〜３１ｍｍの範囲内である。特定の実施形態では、サイドウォール１０４は一定の厚さを有することができる。

ばね１４（図２）は、サポート・ヨークの内部空洞へ少なくとも部分的に挿入され、アーチ形上部表面の下に配置されたばね取付台に対して付勢することができる。ばね１４によって与えられる付勢力は、ラック軸１２の中にサポート・ヨーク１００のアーチ形上部表面１０４を押すことができ、それによって、ラック軸１２とピニオンギア４の間の適切なすきまが維持される。

１つの実施形態では、サポート・ヨーク１００は、少なくとも１２５のビッカース・ピラミッド番号（ビッカース硬さ）を有することができる。例えば少なくとも１２６、少なくとも１２７、少なくとも１２８、少なくとも１２９、またはさらに少なくとも１３０である。別の実施形態ではビッカース硬さは、１５０以下、例えば１４５以下、またはさらに１４０以下であり得る。ダイキャスト・サポート・ヨークが１２５未満のビッカース硬さを示すことが分かった。したがって、ダイキャスト・サポート・ヨークは、ステアリング・アセンブリ中で遭遇するような荷重条件にさらされるとより容易に変形する。

特定の実施形態では、サポート・ヨーク１００のアーチ形上部表面１０４は低摩擦材料を含むことができる。低摩擦材料は、例えば、フッ素重合体などの重合体を含むことができる。低摩擦材料は、例えば機械的接着またはホットメルト接着剤を用いたラミネート加工によってアーチ形上部表面１０４に付着されてもよい。フッ素重合体は例えばＰＴＦＥであってもよい。低摩擦材料は、グラファイト、ガラス、芳香族ポリエステル（ＥＫＯＮＯＬ（登録商標））、青銅、亜鉛、窒化ホウ素、炭素および／またはポリイミドのような１つまたは複数の充填材を含むことができる。１つの実施形態はグラファイト充填剤およびポリエステル充てん剤の両方を含む。ＰＴＦＥのような重合体中のこれらの充填剤のそれぞれの濃度は、１重量％より大きく、５重量％より大きく、１０重量％より大きく、２０重量％より大きくまたは２５重量％より大きくてもよい。アーチ形上部表面１０４と低摩擦材料との間または低摩擦材料に埋め込まれた銅メッシュのような追加の層を使用することもできる。そのような材料には、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｉｎｃ．から入手可能なＮＯＲＧＬＩＤＥ（登録商標）製品ラインが含まれる。ＮＯＲＧＬＩＤＥ製品の適切な例はＮＯＲＧＬＩＤＥ ＰＲＯ、Ｍ、ＳＭ、ＴおよびＳＭＴＬを含む。低摩擦材料の厚さは、アーチ形上部表面１０４にわたって変わってもよいし、または一定であってもよい。低摩擦材料は、３０μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍまたは２５０μｍと等しいかそれより大きい平均厚みを有してもよい。より厚い低摩擦材料はサポート・ヨーク１００の寿命にわたってより一貫した軸受荷重を提供することが示されている。

さらなる実施形態では、上部のアーチ形の表面１０４または低摩擦材料が、表面のいくつかの部分が他の部分より高いようにテクスチャ加工することができる。テクスチャリングは複数の山および谷を含んでもよい。山は、隣接した谷に対し１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍまたは２００μｍと等しい高さかそれより高くすることができる。表面のテクスチャリングはグリースを保持する多数の貯留部を提供することができる。テクスチャはパターン化されていても不揃いであってもよく、表面全体にわたって一貫していてもよい。１つの実施形態では、銅メッシュのようにスクリーン上にフッ化炭素層を堆積させることによって、パターン化されたテクスチャ加工された表面を形成してもよい。組み立てられるとき、鋼鉄製ラック軸の滑らかな表面は、接触面にわたって多数の高い点すなわち山でサポート・ヨークと接触してもよい。サポート・ヨークとラック軸の間の力がアーチ形領域の大部分によって生まれるように、接触点は表面にわたって分配されてもよい。例えば、接触点は、アーチ形表面領域の５０％超、７０％超、８０％超または９０％超で見出すことができてもよい。この力は、アーチ形領域の中央および縁部分の間に実質的に均等に分配されてもよい。したがって、円筒状のラック軸に対してサポート・ヨークによって加えられる圧力は、ベアリング表面の幅および長さにわたって実質的に等価であってもよい。

図６は、本出願に記述された１つまたは複数の実施形態に従ってサポート・ヨーク１００を形成する方法の例示的な流れ図を含む。その方法は、通常、材料を提供する第１ステップ２００、材料を成形する第２ステップ２０２、材料を熱処理する第３ステップ２０４、および材料を機械加工する第４ステップ２０６を含むことができる。当業者は、開示全体を読んだ後には、この４ステップの各々が任意の数のサブステップまたは追加ステップを含むことができると理解するだろう。さらに、当業者は、この４ステップが異なる順に行なわれてもよいと理解するだろう。しかしながら、異なる順序の使用により、サポート・ヨーク１００の強度および有効性を低下させることがあることが判明している。

方法の第１ステップ２００は、材料を提供することを含む。材料は、通常、アルミニウムまたはアルミニウム含有材料を含むことができる。特定の実施形態では、材料はアルミニウム合金を含むことができる。別の実施形態では、材料は少なくとも９５重量％アルミニウムを含むことができる。例えば少なくとも９５．５重量％アルミニウム、少なくとも９６重量％アルミニウム、少なくとも９６．５％重量％アルミニウム、少なくとも９７重量％アルミニウム、少なくとも９７．５重量％アルミニウムまたはさらに少なくとも９８重量％アルミニウムである。さらに特定の実施形態では、材料は、少なくとも９５．８重量％以上のアルミニウムおよび９８．６重量％以下のアルミニウムを有する材料を含むことができる。材料は、さらにシリコン、マグネシウム、クロム、銅、鉄、マンガン、錫、亜鉛またはそれら組み合わせを含むことができる。材料は、０．４重量％〜０．８重量％の範囲のシリコンを含むことができる。材料は、０．８重量％〜１．２重量％の範囲のマグネシウムを含むことができる。材料は、０．０４重量％〜０．３５重量％の範囲のクロムを含むことができる。材料は、０．１５重量％〜０．４重量％の範囲の銅を含むことができる。材料は０．７重量％以下の鉄を含むことができる。材料は０．１５重量％以下のマンガンを含むことができる。材料は０．１５重量％以下のスズを含むことができる。材料は０．２５重量％以下の亜鉛を含むことができる。

１つの実施形態では、材料は、１２５ＭＰａ以下の最大引張り強さを有することができる。例えば１２０ＭＰａ以下、１１５ＭＰａ以下、またはさらに１１０ＭＰａ以下である。さらなる実施形態では、材料は、５０ＭＰａ以上の最大引張り強さを有することができる。例えば７５ＭＰａ以上、またはさらに１００ＭＰａ以上である。別の実施形態では、材料は、８０ＭＰａ以下の最大降伏強度を有することができる。例えば７０ＭＰａ以下、６０ＭＰａ以下、５０ＭＰａ以下、またはさらに４０ＭＰａ以下である。さらなる実施形態では、材料は、１０ＭＰａ以上の最大降伏強度を有することができる。例えば２０ＭＰａ以上、またはさらに３０ＭＰａ以上である。さらに別の実施形態では、材料は、１０％〜５０％の範囲の破断伸びを有することができる。例えば、１５％〜４０％の範囲、２０％〜３５％の範囲、またはさらには２５％〜３０％の範囲である。

さらに特定の実施形態では、材料はアルミニウム６０６１合金から形成することができる。

第１ステップ２００において提供されるように、材料はインゴットの形状であり得る。材料に操作を加え、鍛造のためのより小さなブランク材を形成することができる。特定の実施形態では、より小さなブランク材は、少なくとも１５グラムである。例えば、少なくとも２０グラム、少なくとも２５グラムまたはさらに少なくとも３０グラムである。別の実施形態では、より小さなブランク材は、５０グラム以下であってもよい。例えば４５グラム以下、４０グラム以下、またはさらに３５グラム以下である。さらに、より小さなブランク材は１５グラム〜５０グラムの範囲内とすることができる。例えば、２０グラム〜４５グラムの範囲内、２５グラム〜４０グラムの範囲内、またはさらに３０グラム〜３５グラムの範囲内である。さらに特定の実施形態では、より小さなブランク材の標準偏差は、５グラム以下とすることができる。例えば４グラム以下、３グラム以下、２グラム以下、またはさらに１グラム以下である。より詳細には、標準偏差は、０．５グラム未満であってもよい。例えば、０．２５グラム未満、０．１グラム未満、またはさらに０．０５グラム未満である。

方法の第２ステップ２０２は、材料を形成して粗い形状を形成することを含む。粗い形状は環状サイドウォールおよびアーチ形上部表面を有することができ、一般に上述されたサポート・ヨーク１００に類似する。１つの実施形態では、第２ステップ２０２は、材料の融解温度未満の温度で行なうことができる。例えば、アルミニウム６０６１合金に対し、成形は５５０℃未満の温度で行なうことができる。例えば、５００℃未満、４５０℃未満、４００℃未満、３５０℃未満、３００℃未満、２５０℃未満、２００℃未満、１５０℃未満、１００℃未満、５０℃未満、またはさらに０℃未満である。材料の融点より下の温度で成形することには、ダイキャスト、加圧ダイキャスト、射出成形または溶融材料を利用する他の同様の方法の使用を明示的に除外するという意図がある。

特定の実施形態では、第２ステップ２０２は、例えば鍛造により圧縮力を加えることによって行なうことができる。より詳細には、第２ステップ２０２は冷間鍛造によって行なうことができる。上述したように、これは単相微細構造をもたらし、材料の強度を高めることができる。冷間鍛造は、室温または室温付近で行なうことができる。

１つの実施形態では、方法の第２ステップ２０２は、材料を成形ツールに挿入し、成形ツールを係合させて材料を粗い形状に成形し、成形ツールから粗い形状を取り外すことを含むことができる。特定の実施形態では、成形ツールは、例えば油圧プレス、空気圧プレスまたは機械プレスなどの、プレスとすることができる。成形ツールは、形ができていない材料を成形するのに少なくとも１００トンの力を提供することができる。例えば少なくとも１１５トンの力、少なくとも１３０トンの力、少なくとも１４５トンの力、少なくとも１５０トンの力、少なくとも２００トンの力、またはさらに少なくとも２５０トンの力である。別の実施形態では、成形ツールは５００トン以下の力を提供することができる。

特定の実施形態では、油圧プレスは材料を粗い形状に成形するために利用されてもよい。なおさらに特定の実施形態では、油圧プレスは、１０ＭＰａ〜１５ＭＰａの範囲のシリンダ圧力（例えば約１２ＭＰａ）、１ＭＰａ〜５ＭＰａの範囲のエジェクタ圧力（例えば約２ＭＰａ）、２秒〜３０秒の範囲のサイクルタイム（例えば約１８秒）、１２０ｍｍ〜１７５ｍｍの範囲のカットオフ（例えば約１５０ｍｍ）、５００ｍｍ〜７００ｍｍの範囲のスロー（例えば約６００ｍｍ）、６００ｍｍ〜８００ｍｍの範囲の端部カットオフ（例えば約７２０ｍｍ）、および２５℃〜７５℃範囲の油温（例えば約５０℃）、を有してもよい。

本出願に記述された１つまたは複数の実施形態に従って、第２ステップ２０２は、成形ツールを交換するまでに少なくとも５０，０００個の粗い形状を形成するために繰り返すよう適合させることができる。例えば、少なくとも５５，０００の個粗い形状、少なくとも６０，０００個の粗い形状、少なくとも６５，０００個の粗い形状、少なくとも７０，０００個の粗い形状、または少なくとも７５，０００個の粗い形状である。成形ツールの交換には、成形ツールに含まれる１つまたは複数のダイまたは圧縮力を形成する際に使用される成形ツールの他の設備の交換を含むことができる。１つの実施形態では、第２ステップ２０２は成形ツールを交換するまでに１，０００，０００個以下の粗い形状を繰り返し形成するのに適合させることができる。

方法の第３ステップ２０４は、粗い形状の熱処理を含む。１つの実施形態では、第３ステップ２０４は析出硬化によって行なうことができる。別の実施形態では、第３ステップ２０４は粗い形状を溶体化、時効処理することにより行なうことができる。より詳細には、溶体化は、４５０℃〜６００℃の範囲の温度、例えば５００℃〜５５０℃の範囲の温度で影響され得る。特定の実施形態では、溶体化は約５３０℃で影響される場合がある。より詳細には、溶体化は、２００分〜３００分の範囲の時間で行なうことができる。例えば２３０分〜２５０分の範囲、またはさらに２３５分〜２４５分の範囲の時間である。特定の実施形態では、溶体化は約２４０分間行なうことができる。溶体化後、粗い形状は、１５０℃〜２００℃の範囲の温度で時効処理することができる。例えば１６０℃〜１９０℃の範囲、またはさらに１７０℃〜１８０℃の範囲の温度である。特定の実施形態では、時効処理は約１７５℃で行なうことができる。１７５℃で、最適な材料強度が達成されることは注目される。１つの実施形態では、時効処理は、４００分〜５５０分の範囲の時間、例えば４５０分〜５００分の範囲の時間実施することができる。特定の実施形態では、時効処理は約４８０分間行なうことができる。

第３ステップ２０４は粗い形状を急冷することをさらに含むことができる。特定の実施形態では、急冷は溶体化後、および時効処理以前に行なうことができる。さらに特定の実施形態では、急冷は溶体化の直後とすることができる。そのような方法で、粗い形状は、溶体化後３０分以内で急冷することができる。例えば溶体化後１５分以内、溶体化後５分以内、または溶体化後１分以内である。

１つの実施形態では、急冷は液体を有する容器の中に粗い形状を少なくとも部分的に沈めることにより行なうことができる。より詳細には、急冷は液体を有する容器の中に粗い形状を完全に沈めることにより行なうことができる。１つの実施形態では、液体は水を含むことができる。１つの実施形態では、液体はほぼ室温とすることができる。しかしながら、急冷は、室温で、または室温より高い温度の範囲とすることができる。特定の実施形態では、急冷は、少なくとも１分間持続させることができる。例えば少なくとも２分間、少なくとも３分間、少なくとも４分間、またはさらに少なくとも５分間である。さらなる実施形態では、急冷は、５０分以下の時間、持続させることができる。例えば４０分以下、３０分以下、２０分以下、１０分以下、またはさらには６分以下である。特定の実施形態では、急冷の持続時間は約５分である。

１つの実施形態では、第３ステップ２０４は室温で、または室温の近くで粗い形状を冷却することをさらに含むことができる。さらに特定の実施形態では、溶体化が完了した後に冷却することができる。特に、粗い形状は溶体化オーブンから取り外し、ゆっくりと室温まで低下させることができる。１つまたは複数の実施形態に従って、粗い形状が冷却されるのに少なくとも１０分間かかることがある。例えば少なくとも２０分間、さらには少なくとも３０分間である。冷却の終了時には、粗い形状は室温または室温に近い温度となることがある。そのようなときに、第４ステップ２０６に移ることは適切であり得る。

１つの実施形態では、粗い形状は、少なくとも２７５ＭＰａの最大引張り強さを有することができる。例えば少なくとも２８０ＭＰａ、少なくとも２８５ＭＰａ、少なくとも２９０ＭＰａ、少なくとも２９５ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａまたはさらに少なくとも３０５ＭＰａである。別の実施形態では、粗い形状は、４００ＭＰａ以下の最大引張り強さを有することができる。例えば３７５ＭＰａ以下、３５０ＭＰａ以下、３４０ＭＰａ以下、３３０ＭＰａ以下、３２５ＭＰａ以下、３２０ＭＰａ以下またはさらに３１５ＭＰａ以下である。さらに別の実施形態では、粗い形状は、少なくとも２４５ＭＰａの最大降伏強度を有することができる。例えば少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも２５５ＭＰａ、少なくとも２６０ＭＰａ、２６５ＭＰａまたはさらに少なくとも２７０ＭＰａである。さらに１つの実施形態では、粗い形状は、３００ＭＰａ以下の最大引張り強さを有することができる。例えば２９５ＭＰａ以下、２９０ＭＰａ以下、２８５ＭＰａ以下、またはさらに２８０ＭＰａ以下である。別の実施形態では、粗い形状は、少なくとも５％の破断伸びを有することができる。例えば少なくとも６％、少なくとも７％、少なくとも８％、少なくとも９％、少なくとも１０％、少なくとも１１％またはさらに少なくとも１２％である。さらに別の実施形態では、粗い形状は、２０％以下の破断伸びを有することができる。例えば１９％以下、１８％以下、またはさらに１７％以下である。特定の実施形態では、粗い形状は、１０％〜２０％の範囲、例えば１２％〜１８％の範囲の破断伸びを有することができる。

方法の第４ステップ２０６は、粗い形状を機械加工してサポート・ヨーク１００を形成することを含む。機械加工は、例えば、粉砕、研削、艶出し、研磨、サンドブラスト、アブレーション、またはそれらの任意の組み合わせを粗い形状に行なうことを含むことができる。特定の実施形態では、少なくとも１つの周辺チャネルをサポート・ヨーク・サイドウォール１０２に形成することができる。Ｏリングは周辺チャネル内に配置することができる。Ｏリングは、ハウジング２０（図２）内でサポート・ヨーク１００を調節し、アセンブリの性能を向上させることができる。

第４のステップ２０６の実行の後に、サポート・ヨーク１００は、４ｍｍの測定長さを有するＭｉｔｕｔｏｙｏ表面粗さ測定機モデルＳＪ−２１０によって測定し、０．６ミクロン以下の表面粗さＲ_ａを有することができる。本出願で使用されるように、「表面粗さ」は測定する長さの内の測定断面の山および谷の平均高さを示す。さらなる実施形態では、Ｒ_ａは、０．５５ミクロン以下とすることができる。例えば０．５３ミクロン以下、０．５１ミクロン以下、０．４９ミクロン以下、０．４８ミクロン以下、０．４７ミクロン以下、またはさらに０．４６ミクロン以下である。さらなる実施形態では、Ｒ_ａは少なくとも０．３５とすることができる。ダイキャスト・サポート・ヨークは、通常少なくとも０．６５ミクロンの表面粗さを示し、特に、０．８５ミクロンと０．９０ミクロンの間の表面粗さを有する。表面粗さＲ_ａを小さくすることにより、サポート・ヨーク１００の摺動特性を高めることができ、それによって、静止摩擦および摩擦抵抗がより小さい、滑らかな体験を提供する。

図７は、上に記述された１つの実施形態に従ってダイキャスト・サポート・ヨーク、熱処理していない鍛造サポート・ヨークおよび熱処理した鍛造サポート・ヨークの相対的な強度を比較するグラフを含む。サポート・ヨークの各々は、同じ、または実質的に同じ構成、サイズ、および空間配置を有する。図示されたように、熱処理していない鍛造サポート・ヨーク（線３００によって表す）は、同様のダイキャスト・サポート・ヨーク（線３０２によって表す）よりも剛性が小さい。そのため、ラック・ピニオン・アセンブリ内でのサポート・ヨークの長期間の繰り返し使用ができないので、当業者は、鍛造サポート・ヨークの使用を回避してきた。それと反対に、ダイキャスト・サポート・ヨーク３０２と比較して、熱処理した鍛造サポート・ヨーク（線３０４によって表わされる）は、高い剛性を有する。そのため、熱処理した鍛造サポート・ヨーク３０４は、荷重条件の範囲にわたってダイキャスト・サポート・ヨーク３０２より強い。

多くの異なる態様および実施形態が可能である。それらの態様と実施形態のうちのいくつかが下記に述べられる。この明細書を読んだ後に、当業者は、それらの態様と実施形態が例証となり本発明の範囲を制限しないことを理解するだろう。実施形態は、下にリストされるような項目のうちのいずれか１つまたは複数に従ってもよい。

項目１． 材料を提供することと、
前記材料を成形して粗い形状を形成することであって、前記成形は前記材料の融解温度未満の温度で行なわれるように、成形することと、
前記粗い形状を熱処理することと
を含む、サポート・ヨークを形成する方法。

項目２． 前記成形方法が、前記粗い形状を成形するのに使用される成形ツールを交換するまでに、少なくとも５５，０００個の粗い形状、少なくとも６０，０００個の粗い形状、少なくとも６５，０００個の粗い形状、少なくとも７０，０００個の粗い形状、またはさらに少なくとも７５，０００個の粗い形状などの、少なくとも５０，０００個の粗い形状を形成するように繰り返されるようになされた、項目１に記載の方法。

項目３． 前記成形方法が圧縮力を加えることによって行なわれる、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目４． 前記成形方法が鍛造によって行なわれる、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目５． 前記成形方法が冷間鍛造によって行なわれる、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目６． 前記成形の方法が、さらに、
前記材料を成形ツールに挿入することと、
前記成形ツールを係合して前記材料を粗い形状に成形することと、
前記成形ツールから前記粗い形状を取り外すことと
を含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目７． 前記成形ツールは、前記未成形材料を成形するために、少なくとも１１５トンの力、少なくとも１３０トンの力の力、少なくとも１４５トンの力、少なくとも１５０トンの力、少なくとも２００トンの力、またはさらに少なくとも２５０トンの力などの、少なくとも１００トンの力を提供するようになされた、項目６に記載の方法。

項目８． 前記成形ツールがプレスを含む、項目６および７のいずれか１項に記載の方法。

項目９． 前記方法が、さらに、
前記粗い形状を機械加工してサポート・ヨークを形成すること
を含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目１０． 前記機械加工の方法が、さらに、粉砕、研削、艶出し、研磨、サンドブラスト、アブレーション、またはそれらの組み合わせ、を含む、項目９に記載の方法。

項目１１． 前記熱処理の方法が析出硬化によって行なわれる、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目１２． 前記熱処理の方法が、
前記サポート・ヨークを溶体化することと、
前記サポート・ヨークを時効処理すること
を含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目１３． 前記溶体化が４５０℃〜６００℃の範囲の中で影響される、項目１２に記載の方法。

項目１４． 前記溶体化が、５３０℃で影響を受ける、項目１２および１３のいずれか１項に記載の方法。

項目１５． 前記溶体化が、２００分〜３００分の範囲で行なわれる、項目１２から１４のいずれか１項に記載の方法。

項目１６． 前記溶体化が、２３０分〜２５０分の範囲で行なわれる、項目１２から１５のいずれか１項に記載の方法。

項目１７． 前記溶体化が、約２４０分間行なわれる、項目１２から１６のいずれか１項に記載の方法。

項目１８． 前記時効処理が、１５０℃〜２００℃の範囲で影響を受ける、項目１２から１７のいずれか１項に記載の方法。

項目１９． 前記時効処理が、約１７５℃で影響を受ける、項目１２から１８のいずれか１項に記載の方法。

項目２０． 前記時効処理が、４００分および５５０分の範囲で行なわれる、項目１２から１９のいずれか１項に記載の方法。

項目２１． 前記時効処理が約４８０分間実施される、項目１２から２０のいずれか１項に記載の方法。

項目２２． 前記熱処理の方法が、さらに、
溶体化後に前記サポート・ヨークを急冷すること
を含む、項目１２から２１のいずれか１項に記載の方法。

項目２３． 前記急冷が１分〜５０分の範囲で行なわれる、項目２２に記載の方法。

項目２４． 前記急冷が約５分間行なわれる、項目２２および２３のいずれか１項に記載の方法。

項目２５． 前記急冷が、流体中に前記サポート・ヨークを少なくとも部分的に沈めることにより行なわれる、項目２２から２４のいずれか１項に記載の方法。

項目２６． 前記急冷が、流体中に前記サポート・ヨークを完全に沈めることにより行なわれる、項目２２から２５のいずれか１項に記載の方法。

項目２７． 前記急冷が、水中に前記サポート・ヨークを少なくとも部分的に沈めることにより行なわれる、項目２２から２６のいずれか１項に記載の方法。

項目２８． さらに、前記サポート・ヨークを１０℃および１００℃の範囲の温度に冷却すること、
を含む、前述の項目のいずれか１項の方法。

項目２９． さらに、前記サポート・ヨークを約２２℃の温度に冷却することを含む、前述の項目のいずれか１項の方法。

項目３０． 前記材料が、少なくとも部分的にアルミニウムを含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３１． 前記材料が、少なくとも９５．５重量％アルミニウム、少なくとも９６重量％アルミニウム、少なくとも９６．５重量％アルミニウム、少なくとも９７重量％アルミニウム、少なくとも９７．５重量％アルミニウム、またはさらには少なくとも９８重量％アルミニウムなどの、少なくとも９５重量％アルミニウムを含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３２． 前記材料が、少なくとも９５．８重量％アルミニウムを含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３３． 前記材料がアルミニウム合金を含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３４． 前記材料がマグネシウムを含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３５． 前記材料が、少なくとも０．８重量％マグネシウムを含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３６． 前記材料がアルミニウム６０６１合金を含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３７．前記サポート・ヨークが単相形態を含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３８． 前記サポート・ヨークが、ダイキャスト法によって形成されたステアリング・サポート・ヨークと比較して、より均一の形態を有する、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目３９． 前記サポート・ヨークが、０．５５ミクロン以下、０．５３ミクロン以下、０．５１ミクロン以下、０．４９ミクロン以下、０．４８ミクロン以下、０．４７ミクロン以下、またはさらに０．４６ミクロン以下などの、０．６ミクロン以下の算術平均粗さＲ_ａを有する、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目４０． 前記サポート・ヨークが、少なくとも１２６、少なくとも１２７、少なくとも１２８、少なくとも１２９、またはさらに少なくとも１３０などの、少なくとも１２５のビッカース硬さを有する、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目４１． 前記サポート・ヨークが、１４５以下、またはさらには１４０以下などの、１５０以下のビッカース硬さを有する、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目４２． 前記サポート・ヨークが、サイドウォールとアーチ形上部表面を画定する本体を有する、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目４３．前記アーチ形上部表面が、前記サイドウォールに隣接している、項目４２に記載の方法。

項目４４． 前記サイドウォールが、前記サポート・ヨークの内部空洞を画定する、項目４２および４３のいずれか１項に記載の方法。

項目４５．前記サイドウォールの外径が、２５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲内、またはさらには約３０ｍｍ〜３１ｍｍの範囲内などの、２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内にある、項目４２から４４のいずれか１項に記載の方法。

項目４６． 前記サイドウォールの内径が、１５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内、またはさらには約１７ｍｍ〜１８ｍｍの範囲内などの、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内にある、項目４２から４４のいずれか１項に記載の方法。

項目４７． 前記サポート・ヨークが、単一の構造を有する、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目４８． 前記サイドウォールが、一定厚さを定義する、項目４２から４７のいずれか１項に記載の方法。

項目４９． 前記成形が、熱処理前に行われる、前述の項目のいずれか１項に記載の方法。

項目５０． サイドウォールとアーチ形上部表面を画定する本体であって、前記本体が、単相形態を有する材料を含むようにしてなる、本体を含む、ステアリング・サポート・ヨーク。

項目５１． 前記材料がアルミニウム６０６１合金を含む、項目５０に記載のステアリング・サポート・ヨーク。

項目５２． 前記本体が、少なくとも１２７、または少なくとも１３０などの、少なくとも１２５のビッカース硬さを有する、項目５０および５１のいずれか１項に記載のステアリング・サポート・ヨーク。

項目５３． 車両のラック・アンド・ピニオン・ステアリング・ギア・アセンブリに使用するのに適したサポート・ヨーク本体を生産する方法であって、
特定の形状と寸法の材料を提供するステップと、
前記材料を鍛造して形状を形成するステップと、
前記形状を機械加工してサポート・ヨーク本体を形成するステップと、
前記サポート・ヨーク本体を熱処理するステップと
を含む、方法。

項目５４． 前記サポート・ヨーク本体の前記熱処理が、
前記サポート・ヨーク本体を溶体化するステップと、
水中で前記サポート・ヨーク本体を急冷するステップと、
前記サポート・ヨーク本体を時効処理するステップと、
室温中で前記サポート・ヨーク本体を冷却するステップと
を含む、項目５３に記載の方法。

項目５５． 前述の項目のいずれか１項に従ってサポート・ヨークを形成することと、
前記サポート・ヨークをラック・アンド・ピニオン・アセンブリに備え付けることと
を含む、ステアリング・サポート・ヨーク・アセンブリを組み立てる方法。

項目５６． 前記ラック・アンド・ピニオン・アセンブリが車両のステアリング・アセンブリ中のサブコンポーネントである、項目５５に記載の方法。

項目５７． ラックと、
ピニオンと、
項目１から５４のいずれか１項に従うサポート・ヨークであって、前記サポート・ヨークは、前記ラックに前記ピニオンを付勢する、サポート・ヨークと
を含む、ラック・アンド・ピニオン・アセンブリ。

項目５８． 前記サポート・ヨークがステアリング・ヨークを含む、前述の項目のいずれか１項に記載の方法、ステアリング・ヨーク、またはラック・アンド・ピニオン・アセンブリ。

前述の特徴のすべてが必要なわけではなく、特定の特徴の一部は必要ではないかもしれない、また、１つ以上の特徴が前述されたものに加えて提供されてもよいことに注意されたい。なおさらに、特徴が説明されている順序は必ずしも特徴が備え付けられる順序ではない。

別々の実施形態の状況において、明確にするために本明細書に記載されている特定の複数の特徴は、１つの実施形態の中で組み合わせて提供することもできる。逆に、簡潔にするため１つの実施形態の状況において説明した種々の特徴も、別々に提供したり、任意の副次的な組み合わせで提供したりすることができる。

利点、他の長所、および問題に対する解決法を、特定の態様に関して本明細書において前述のとおり説明してきた。しかし、これらの利益、利点、問題の解決法、ならびに、何らかの利益、利点、または解決法を発生させたり、より顕著にしたりすることがある、あらゆる特徴が、特許請求の範囲のいずれかまたはすべての重要な、必要な、または本質的な特徴として解釈されるものではない。

本明細書および本明細書に記載の実施形態の説明は、種々の実施形態の構造の一般的な理解を与えることを意図している。本明細書および説明は、本明細書に記載の構造物または方法を使用する装置およびシステムの構成要素および特徴をすべて網羅的および包括的に記載する役割を果たすことを意図するものではない。単一の実施形態の中で別の実施形態を組み合わせて行ってもよいし、逆に、簡略のため単一の実施形態の文脈に記載した様々な特徴を、別々に行ってもあるいは任意の副次的な組み合わせで行ってもよい。さらに、数値を範囲で記載する場合は、その範囲内のありとあらゆる数値が含まれる。本明細書を読んで初めて、多くの他の実施形態が当業者に明らかになるかもしれない。本開示の範囲から逸脱しない範囲で構造の置換、論理の置き換えまたは任意の変更を行なえるように、他の実施形態を使用してもよく、本開示から他の実施形態を得てもよい。したがって、本開示は、限定的なものではなく例示的なものと見なすべきである。

Claims (15)

1. 材料を提供することと、
   前記材料を成形して粗い形状を形成することであって、前記成形は前記材料の融解温度未満の温度で行なわれるように、成形することと、
   前記粗い形状を熱処理することと
   を含む、サポート・ヨークを形成する方法。
2. 前記成形の方法が冷間鍛造によって行なわれる、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法がさらに前記粗い形状を機械加工してサポート・ヨークを形成することを含む、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記熱処理方法が、析出硬化によって行なわれる、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記熱処理方法が、
   前記サポート・ヨークを溶体化することと、
   前記サポート・ヨーク時効処理することと
   によって行なわれる、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記材料が、少なくとも部分的にアルミニウムを含む、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記サポート・ヨークが単相形態を含む、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記サポート・ヨークが、ダイキャスト法によって形成されたステアリング・サポート・ヨークと比較して、より均一の形態を有する、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記サポート・ヨークが０．６ミクロン以下の算術平均粗さＲ_ａを有する、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記サポート・ヨークが、サイドウォールとアーチ形上部表面を画定する本体を有する、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
11. 車両のラック・アンド・ピニオン・ステアリング・ギア・アセンブリに使用するのに適したサポート・ヨーク本体を生産する方法であって、
    特定の形状と寸法の材料を提供するステップと、
    前記材料を鍛造して形状を形成するステップと、
    前記形状を機械加工してサポート・ヨーク本体を形成するステップと、
    前記サポート・ヨーク本体を熱処理するステップと
    を含む方法。
12. 前記サポート・ヨーク本体の前記熱処理が、
    前記サポート・ヨーク本体を溶体化するステップと、
    水中で前記サポート・ヨーク本体を急冷するステップと、
    前記サポート・ヨーク本体を時効処理するステップと、
    室温中で前記サポート・ヨーク本体を冷却するステップと
    を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記サポート・ヨークがステアリング・ヨークを含む、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
14. サイドウォールとアーチ形上部表面を画定し、単相形態を有する材料を含む本体を含む、ステアリング・サポート・ヨーク。
15. 前記材料がアルミニウム６０６１合金を含む、請求項１４に記載のステアリング・サポート・ヨーク。