JP4000234B2 - Hardening method and apparatus for rack bar - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のステアリング装置などに使用されるラックバーの焼入方法およびこの方法に使用する焼入装置に関し、焼入歪による歯のピッチのばらつきが極めて少ないことを特徴とするものである。またあわせて焼入歪によるラックバーの曲がりの発生を防止できる焼入装置も提供する。
【0002】
【従来の技術】
図3に示すようにラックバー1は棒材の長さの一部にラック部2を有するものであり、最近はこの図に示すように軽量化のため中空にしたものも製造されている。このように中空なものは棒材にラック部を切削加工した後に穴をあけたり、素材にパイプを使用して特殊な塑性加工によりラック部を形成することにより製造される。本発明が対象とするラックバーは中実のもの中空のものいずれも含むものである。ラックバーは加工後に焼入されるのが普通であるが、断面形状が非対称のため焼入によって曲がりが生じやすく、殊に中空なものはその傾向が著しい。したがって焼入は拘束状態で行なうことが多く、一般的に加熱後プレスで加圧拘束した状態で冷却液中に入れるプレスクエンチが行なわれる。
【0003】
また高周波加熱を行なった後の焼入の場合、冷却液を噴射する方法も行なわれている。これは水などの冷却液を導入するジャケットを被焼入材に対向して設け、このジャケットに設けられた複数の小穴から被焼入材に向けて冷却液を噴射するものである。このような焼入方法を前記のようなプレスによる拘束と併用する場合、たとえば特開平7−216456号公報にあるような装置が使用される。
【0004】
図8はこのような冷却液を噴射しつつ行なうラックバーの従来の拘束焼入装置の例を示すラックバーの長さ方向に直角な断面図である。図中3は紙面に垂直に並んだラックの歯の1つを示している。この装置は上型41と下型42とを有し図示しない油圧プレスなどの加圧装置に取り付けられている。金型の内側は通常ラックバーの形状にほぼ一致した先端位置を持つ凸部43を有する。またこれら凸部の間には凹部44を有し、ここに冷却液噴出口45が配置されている。凸部は通常図8の紙面と垂直方向に断続的に配置されているから、隣接する凹部は連通しており、噴射された冷却液は隣接する凹部を経由して金型の外部に排出される。図中46は冷却液供給室であって前記ジャケットの機能を有し、図示しない配管に接続されている。なお上記凸部44はラック部に当たる部分に関しては紙面と垂直方向に連続していてもラックの歯の間から冷却液が排出でき、必ずしも断続的にしなくても良い。しかしいずれにしても冷却液は適宜配置された複数の小穴から噴射される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の図8に示したような装置によりラックバーを拘束焼入したとき、被焼入材の曲がりの歪については拘束力の調節などの手段により防止できたが、焼入によりラックの歯のピッチが不整になるという問題が生じた。すなわち焼入前には隣接する歯と歯の間隔はどの歯同士においても一定の誤差の範囲内であったのに、焼入を行なうとその間隔がばらつくようになるのである。このようなラックの歯の間隔のばらつきはピニオンとの円滑な噛み合いを妨げ、これを使用した機械装置の性能を低下させることになる。本発明は上記のような問題から、ラックの焼入において隣接する歯と歯の間隔が変化することがないものを提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するものであって、少なくともラック部の全長を加熱し、冷却液を噴射して焼入を行なうラックバーの焼入において、ラック部に対する冷却液の噴射は少なくともラック部の長さを有する1以上のスリットよりカーテン状になされ、噴射液がラックのすべての歯と交差しつつラックの長さ方向全体に亘って当たることを特徴とするラックバーの焼入方法である。
【0007】
また、加熱されたラックバーに冷却液を噴射して焼入を行なうラックバーの焼入装置において、1以上の冷却液導入口を有し少なくともラック部の長さを有するジャケットと、前記ジャケットに設けられ少なくともラック部の長さを有しラック部に対向して設けられた1以上の冷却液噴射スリットからなる、ラック部に対する冷却液の噴射装置を有することを特徴とするラックバーの焼入装置である。
【0008】
また上記ラックバーの焼入装置において、前記冷却液噴射スリットの両側に、ラック部の長さを有し一定高さの2以上の凸部が平行してジャケットに設けられ、前記凸部がラック部に接触することにより、前記ラック部に対する冷却液の噴射装置は焼入によるラックバーの曲がりを防止する拘束治具の1つを構成することも特徴とする。
【0009】
またさらに上記ラックバーの焼入装置において、前記冷却液噴射スリットに平行しかつこれの冷却液噴射方向と直角な1以上の整流板がジャケット内を仕切るように設けられ、前記整流板はその面積の一部を占める穴が長さ方向に均等に設けられており、かつ前記冷却液導入口は整流板で仕切られたジャケット内の複数の空間のうち冷却液噴射スリットから最も離れた空間に開口していることも特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明者らは焼入によりラックの歯のピッチが不整になる原因について検討を行なった。その結果、焼入時の冷却速度が各歯の部分において不均一であることが原因であることが判明した。すなわち焼入の加熱温度から冷却していくと熱膨張の分の収縮が発生するが、早く冷却された箇所は他の箇所に先駆けて収縮する。一方、遅く冷却された部分は収縮しようとしても、先に冷却して強度が増した箇所による拘束が大きく、収縮が制限される。その結果、歯と歯の間のうち冷却が早かったものは大きな収縮を受けて歯のピッチが狭く、冷却が遅かったものは歯のピッチが広くなる。この他に焼入歪の発生にはマルテンサイト変態も影響しており、マルテンサイト変態による体積膨張は上記の熱歪を打ち消すように作用する。しかし通常は熱歪の作用の方が相対的に大きく、結局上記のような変形によりラックの歯の間隔の不整が生ずることになる。
【0011】
従来のラックバーの焼入装置は先に述べたように小穴の冷却液噴出口が多数分布しているものが使用されている。これはこのようにすべき積極的な理由があるわけではないが、日常見かけるシャワーやじょうろのノズルがすべてそうなっているように製作が容易なためである。この場合それぞれの噴射口とラックの歯との相対位置はラックのピッチが比較的細かいこともあって一定にはなっていない。このため噴射された冷却液はいずれにしろすべての歯の部分を流れるはというものの、仔細に見るとそれぞれの歯における冷却液の当たり方は一定でない。すなわち噴射液が歯のいずれかの部分、たとえば山や谷の部分に直接当たることもあれば、ある歯においては噴射液が直接には当たらず他の歯に噴射されて回り込んで来た液によって冷却されることもある。このような冷却液のラックの歯への当たり方の不均一が焼入時の冷却の不均一を招き、歪を発生させて歯のピッチが不均一になるものと考えられる。
【0012】
このような状況から本発明者らはラックの歯への冷却液の噴射を各歯に対して均一にする方法について検討を行なった。その結果、ラックの歯の部分に対する冷却液の噴射はラック部の長さを有するスリットによって行なえば、焼入によるラックの歯の間隔の不整は防止できることが判明した。このようなスリットからの冷却液の噴射は1枚のカーテン状になり、ラックのすべての歯と交差しつつラックの長さ方向全体に亘って当たることになる。このようにすることによりラックにおけるどの歯にも冷却液の噴射が直接当たることになり、どの歯においても同じ条件で冷却がなされることになる。
【0013】
この場合スリットは歯の幅の中央部に対向して1つあれば、噴射された冷却液が歯の面に沿って両側に流れることにより充分に均等な冷却がなされる。したがって冷却液が噴射が歯の幅全体に対して直接当たることは必要でなく、通常の場合スリットが1つのラックに対して1つで充分である。しかしながら本発明においてスリットを2つ以上平行して設けることを妨げるものではない。またスリットの長さはラックの歯がある部分においては連続して1つになっている必要があるが、これより延長されてラックの歯が形成されていない両側の平面部分や、さらにはこれに連続する円筒部分にまであっても差し支えない。
【0014】
上記のようなラックバーの焼入方法を実施するための装置としては、ラック部の冷却装置としてラック部の長さ以上の長さを有するジャケットを設け、これの側面に少なくともラック部の長さを有する1以上の冷却液噴射スリットを設ければよい。さらにジャケットには1以上の冷却液導入口を設ける。ジャケットは冷却液供給室であり、水などの冷却液を一時的に貯留ないしは流速を下げることによりスリットの各部における冷却液の圧力をできるだけ均一化する。そして焼入時にはこの装置の冷却液噴射スリットをラックバーのラック部に対向させて適当な距離、たとえば10mm程度離して冷却液を噴射させればよい。なおラックバーの焼入は通常ラックの部分だけでなくこれが形成された個所の円周全体を加熱して行なわれる。この場合上記ジャケットにおいてラック部以外の円周部分と対向する部分の冷却機構については特に限定するものではなく、従来と同様の複数の小穴の冷却液噴射口を設けてもよい。またラック部の反対側の円周部分を冷却するものなどラック部の冷却に関与しないジャケットについては、従来と同様な複数の小穴の冷却液噴射口のもので良いことは当然である。
【0015】
ところで先にも述べたようにラックバーは断面形状が非対称のため焼入によって曲がりが生じやすい。特にパイプ状の中空なラックバーは中実なものと違って曲げ力に対する材料内部からの拘束力が無いため曲がりの発生傾向が著しく、焼入に当たってはプレスで加圧拘束した状態で行なうのが一般的である。このようなことから本発明の装置においても冷却時にラックバーを拘束する機構もあわせて有することが好ましい。したがってこのような拘束手段を有する本発明のラックバーの焼入装置の例について、図にもとづいて以下に説明する。
【0016】
図1は本発明の装置の例を示すラックバーの長さ方向に直角な断面図であり、図2はこれのラックバーの長さ方向に平行な断面図である。図1に示すようにこの装置においては4つの拘束治具11、12、13、14によって上下方向と水平方向とから加圧するようになっているが、本発明において幾つの拘束治具を使用するかは特に限定するものではない。しかし図8に示した上型41、下型42の2つの拘束治具による装置の場合、材料が型にはまり込んで取り出すのが困難になることがあるが、4つの拘束治具を使用したこの装置ではそのような問題がない。上下および左右の拘束治具はそれぞれ少なくとも一方は図示しない油圧シリンダなどの加圧装置により加圧するようになっている。すなわちたとえば下方の拘束治具11は所定の位置に固定しておき、上方の拘束治具12に油圧シリンダを連結すれば上下方向の加圧が行なえる。
【0017】
図1に示された4つの拘束治具11、12、13、14はいずれも内部に冷却液供給室15、16、17、18を有し、冷却液をラックバー1に向けて噴射するようになっている。すなわちこの例における拘束治具はいずれも先に焼入装置の構成として述べたジャケットの機能も具備している。これら4つの拘束治具のうち特に特徴的なのはラック部に接触する下方の拘束治具11である。これには図2のラックバーの長さ方向に平行な断面図にも示されているように、ラック部の長さを有し一定の高さの2つの凸部19が平行して設けられている。この凸部はラックの歯の幅方向両側部に接触して焼入時に材料を拘束する。この2つの凸部19間には冷却液噴射スリット20が設けられており、凸部と同様にラック部の全長に亘っている。また凸部間の凹部には冷却液噴射スリット20の冷却液噴出口21が設けられており、図1に見るようにこれから凸部の高さ位置に至るまではテーパ状に広がった形状になっている。しかしこの部分の形状については噴射された冷却液の広がりを妨げない限り特に限定するものではなく、たとえば冷却液噴出口の周囲を平面に座繰りしてもよい。
【0018】
一方、上記の下方の拘束治具11以外の3つの拘束治具12、13、14については、図2のラックバーの長さ方向に平行な断面図にも上方の拘束治具12について示されているように、凸部22は断続的になっており、これら凸部の間にある凹部23に小穴の冷却液噴出口24が設けられている。そしてこれら凸部が焼入時に接触してラックバーを拘束するが、断続的に配置されているので隣接する凹部23は連通しており、噴射された冷却液は隣接する凹部を経由して拘束治具12、13、14の外部に排出される。ただしこれらのラック部2に接触する以外の拘束治具12、13、14については、本発明においてこのような形態に特に限定するものではない。なお図1にある4つの符号25は冷却液噴射のためのジャケットであって複数の小穴が設けられている一般的な構造のものであり、前記の4つの拘束治具11、12、13、14の間の部分においてラックバー1に冷却液を噴射する。このように本発明においてラック部以外の冷却のために冷却液噴射装置を別途追加することは自由である。
【0019】
また図1および図2の焼入装置において、それぞれの拘束治具11、12、13、14の冷却液供給室15、16、17、18には、図2に見られるように冷却液導入口26が設けられて水などを導入するようになっている。この図においてはそれぞれの冷却液供給室に冷却液導入口26が2箇所設けられているが、これはラックバー長さ方向に並んでいる冷却液噴射口24の位置による流量の相違をなるべく少なくするためである。また特にラック部を冷却する下方の拘束治具11においては冷却液噴射スリット20からの冷却液の噴射量をスリットの長さ全体に亘って均一にすることが、冷却速度を均一にして歯のピッチの不整の発生を少なくするために必要である。これには上記のように2以上の冷却液導入口を設ける他に冷却液供給室の内容積をなるべく大きくして内部の流速を低下させ、圧力分布の均一化を図るといった対策が考えられるが、本発明はこのために特に有効な装置の構成も提供する。
【0020】
すなわち冷却液の噴射量をスリット全長に亘って均一にする手段として、冷却液噴射スリットに平行しかつこれの冷却液噴射方向と直角な整流板をジャケット内を仕切るように設ける。図1および図2に示した本発明装置の例においては冷却液供給室15が本発明の構成で言うところのジャケットの内側の部分に該当するから、図中の符号27がこの整流板である。そして冷却液導入口26は整流板で仕切られた冷却液供給室15内の空間のうち、冷却液噴射スリット20があるのと反対側の空間に開口している。この整流板27はその面積の一部を占める穴が長さ方向に均等に設けられて流体抵抗となるものであり、このように配置することにより冷却液導入口26から入った冷却液は整流板を通過するとき流体抵抗を受け、この作用で冷却液噴射スリット20全長に亘って流速を均一にできる。
【0021】
上記整流板に設ける穴の形態については、整流板の面積の一部を占める穴が長さ方向に均等に設けられておれば特に限定するものではない。図4は整流板の例を示す平面図であるが、これに示したように小穴28が全面に分布したものでもよい。この例においては穴の直径は3mmである。その他の形態として整流板の全長に亘って1つのスリットが形成されているものでもよい。また上記整流板は1枚だけでなく2枚以上を平行してジャケット内に設けてもよく、これにより冷却液噴射スリットの各部分における噴射量をさらに良好に均一化できる。この場合は冷却液導入口はジャケット内の整流板で仕切られた複数の空間のうち冷却液噴射スリットから最も離れた空間に開口しておれば、冷却液は冷却液噴射スリットに至るまでにすべての整流板を通過することになり、流れの均一化の効果を発揮できる。
【0022】
本発明のラックバーの焼入装置は図1ないし図2に示した形態に限定されるものではない。たとえばこの例では冷却液噴射スリット20がラック部の幅中央に1個だけの場合であるが、2個以上平行して設けてもよい。この場合には2個以上ある冷却液噴射スリットの両側に配置されるように、凸部19も3個以上設ければよい。さらにこの凸部自体複数のものを間に冷却液噴射スリットを設けることなく、ただ密接して設けても差し支えないことは当然である。また上記のラック部に接触すべき凸部19は図1および図2の例においてはラック部の全長に亘って切れ目のない連続したものとなっているが、途中で切れ目のある断続的なものでもよい。ただしラック部においては噴射された冷却液はラックの歯の間から排出されるので、円筒部分に接触する凸部22と異なり特に断続的にすべき必要性はない。
【0023】
【実施例】
本発明の方法を適用してラックバーの焼入を行なった。ラックバーは図3に示した形状の中空のもので、寸法はラック部が形成されて断面が欠円になった部分の管の外径が23mm、内径が19mmであって、全長270mmのうち長さ180mmの部分にラックが形成されている。このラックが形成されている長さ部分の全周を高周波によって約950℃に加熱し、これを図1および図2に示す拘束焼入装置で焼入を行なった。冷却液は水であって4つの拘束治具11、12、13、14および4つのジャケット25すべてから噴射を行なった。
【0024】
ラックの歯のピッチの測定は図5に示すようにロッド(ピン)31を歯と歯の間の溝にはめ込むように置き、ロッドの側面の高さ位置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。すなわち歯と歯の間隔が大きくなるとロッド31は溝に深く食い込むことになるからロッドの側面の高さ位置h、すなわちオーバーピン寸法は低くなる。上記の本発明の装置によって焼入したラックバーの各歯間隔ごとのオーバーピン寸法hの測定結果を図6のグラフに示す。同一試料の焼入前の測定結果も合わせて示すが、全体に寸法のばらつきが少なく、ラックの歯の間隔が均一になっていることがわかる。
【0025】
一方、比較例として図1および図2に示した装置において下側の拘束治具11を複数の小穴から冷却水を噴射する従来からのものに変え、その他は前記と同様な条件で焼入を行なった。図7はこの従来の装置で焼入を行なった比較例のオーバーピン寸法hの測定結果を示すグラフであって、かなり大きなばらつきがありラックの歯の間隔が不均一になっていることがわかる。
【0026】
【発明の効果】
本発明のラックバーの焼入方法によれば、ラック部に対する冷却液の噴射を従来の小穴が分布したノズルによるものからラック部の全長に亘るスリット状のノズルによるものにしたので、それぞれの歯ごとの冷却速度の不同が少なくなった。これにより焼入後の歯のピッチのばらつきを小さくすることができる。また本発明の焼入装置においては拘束焼入のための拘束治具において、ラック部に接触する平行な凸部を設けてこの間に上記スリット状の冷却液噴射ノズルを設け、この拘束治具とラックバーの他の面に当てる拘束治具とを組み合わせて拘束焼入を行なうことができる。これによりあわせて焼入によるラックバーの曲がりを防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の例を示すラックバーの長さ方向に直角な断面図
【図2】図1の装置のラックバーの長さ方向に平行な断面図
【図3】中空なラックバーの例を示す図
【図4】整流板の例を示す平面図
【図5】ラックの歯のピッチの測定方法を説明する図
【図6】本発明の装置によって焼入したラックバーのピッチの測定結果を示すグラフ
【図7】従来の装置によって焼入したラックバーのピッチの測定結果を示すグラフ
【図8】ラックバーの従来の拘束焼入装置の例を示すラックバーの長さ方向に直角な断面図
【符号の説明】
1 ラックバー
2 ラック部
3 ラックの歯
11、12、13、14 拘束治具
15、16、17、18 冷却液供給室
19 凸部
20 冷却液噴射スリット
21 冷却液噴出口
22 凸部
23 凹部
24 冷却液噴出口
25 ジャケット
26 冷却液導入口
27 整流板
28 小穴
31 ロッド
41 上型
42 下型
43 凸部
44 凹部
45 冷却液噴出口
46 冷却液供給室
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rack bar quenching method used in a steering device of an automobile and the like, and a quenching device used in this method, characterized in that variation in tooth pitch due to quenching distortion is extremely small. In addition, a quenching device that can prevent the rack bar from being bent due to quenching strain is also provided.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 3, the rack bar 1 has a rack portion 2 in a part of the length of the bar. Recently, a rack bar 1 is made hollow to reduce the weight as shown in FIG. Such a hollow product is manufactured by making a hole after cutting the rack portion in the bar, or by forming the rack portion by special plastic working using a pipe as the material. The rack bar to which the present invention is applied includes both solid and hollow rack bars. The rack bar is usually hardened after processing, but since the cross-sectional shape is asymmetrical, the rack bar is likely to be bent by quenching, and the hollow bar is particularly prone to bend. Therefore, quenching is often performed in a restrained state, and generally, press quenching is performed in which the material is placed in the cooling liquid in a state of being restrained by pressurization after heating.
[0003]
In the case of quenching after high frequency heating, a method of injecting a coolant is also performed. In this case, a jacket for introducing a cooling liquid such as water is provided facing the material to be hardened, and the cooling liquid is sprayed toward the material to be hardened from a plurality of small holes provided in the jacket. When such a quenching method is used in combination with the restraint by the press as described above, for example, an apparatus as disclosed in JP-A-7-216456 is used.
[0004]
FIG. 8 is a cross-sectional view perpendicular to the length direction of the rack bar, showing an example of a conventional constraining quenching apparatus for a rack bar performed while spraying such coolant. In the figure, reference numeral 3 denotes one of the teeth of the rack lined up perpendicular to the paper surface. This device has an upper die 41 and a lower die 42 and is attached to a pressurizing device such as a hydraulic press (not shown). The inner side of the mold usually has a convex portion 43 having a tip position substantially coinciding with the shape of the rack bar. A concave portion 44 is provided between the convex portions, and a coolant jet port 45 is disposed here. Since the convex portions are normally arranged intermittently in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 8, the adjacent concave portions communicate with each other, and the injected cooling liquid is discharged to the outside of the mold through the adjacent concave portions. The In the figure, reference numeral 46 denotes a coolant supply chamber which has the function of the jacket and is connected to a pipe (not shown). The convex portion 44 can be discharged from between the teeth of the rack even if it is continuous in the direction perpendicular to the paper surface with respect to the portion corresponding to the rack portion, and is not necessarily intermittent. However, in any case, the coolant is ejected from a plurality of small holes arranged as appropriate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the rack bar is restrained and hardened by the apparatus shown in FIG. 8 above, the bending distortion of the material to be hardened can be prevented by means such as adjusting the restraining force. The problem was that the pitch was irregular. That is, before quenching, the spacing between adjacent teeth is within a certain error range between teeth, but when quenching, the spacing varies. Such a variation in the spacing between the rack teeth prevents smooth meshing with the pinion, and degrades the performance of the mechanical device using the same. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rack in which the spacing between adjacent teeth does not change during rack hardening.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-described problem, and in quenching of a rack bar in which at least the entire length of the rack portion is heated and quenching is performed by injecting coolant, quenching of the coolant to the rack portion is at least the rack portion. A rack bar quenching method characterized in that it is made into a curtain shape from one or more slits having a length of , and the spray liquid hits the entire length of the rack while crossing all the teeth of the rack. .
[0007]
Further, in a rack bar quenching apparatus for performing quenching by injecting a coolant onto a heated rack bar, a jacket having at least one coolant inlet and having a length of at least a rack portion; provided comprising at least a rack portion one or more coolant injection slits provided to face the perforated rack unit length of the hardenability of the rack bar, characterized in that it comprises an injection device of the cooling liquid relative to the rack section Device.
[0008]
Further, in the rack bar quenching apparatus, two or more convex portions having a length of the rack portion and having a predetermined height are provided on the jacket on both sides of the coolant injection slit, and the convex portions are provided in the rack. By contacting the part, the cooling liquid spraying device for the rack part constitutes one of restraining jigs for preventing the rack bar from being bent by quenching.
[0009]
Furthermore, in the rack bar quenching apparatus, one or more rectifying plates parallel to the cooling liquid injection slit and perpendicular to the cooling liquid injection direction are provided so as to partition the inside of the jacket, and the rectifying plate has an area thereof. And the coolant introduction port is opened in the space farthest from the coolant injection slit among the plurality of spaces in the jacket partitioned by the rectifying plate. It is also characterized by.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventors examined the cause of the rack tooth pitch irregularity due to quenching. As a result, it was found that the cooling rate at the time of quenching was uneven in each tooth portion. That is, when cooling is performed from the heating temperature for quenching, contraction corresponding to thermal expansion occurs, but the part that has been cooled earlier contracts earlier than other parts. On the other hand, even if the portion cooled later is to shrink, the restriction by the portion where the strength is increased by cooling first is large, and the shrinkage is limited. As a result, the tooth between the teeth that has been cooled rapidly undergoes large contraction and the tooth pitch is narrow, and the one that has been cooled slowly has a wide tooth pitch. In addition to this, the occurrence of quenching strain is also affected by the martensitic transformation, and the volume expansion due to the martensitic transformation acts so as to cancel the thermal strain. Usually, however, the effect of thermal strain is relatively large, and as a result, irregularities in the spacing between the rack teeth are caused by the deformation as described above.
[0011]
As described above, a conventional rack bar quenching apparatus is used in which a large number of small hole coolant outlets are distributed. This is not because there is a positive reason to do this, but because it is as easy to make as all the shower and watering nozzles you see every day. In this case, the relative positions of the respective injection ports and the rack teeth are not constant because the rack pitch is relatively fine. For this reason, the sprayed coolant flows in all the tooth portions anyway, but the details of the contact of the coolant in each tooth are not constant. In other words, the spray liquid may directly hit any part of the teeth, for example, the peak or valley, or the liquid sprayed around other teeth instead of being directly applied to some teeth. May be cooled by. It is considered that such non-uniformity of how the cooling liquid hits the teeth of the rack causes non-uniformity of cooling at the time of quenching, causing distortion and non-uniform pitch of the teeth.
[0012]
Under these circumstances, the present inventors have studied a method of making the cooling liquid sprayed to the teeth of the rack uniform for each tooth. As a result, it has been found that if the coolant is sprayed onto the rack teeth by means of a slit having the length of the rack, it is possible to prevent irregularities in the rack teeth due to quenching. The jet of coolant from such a slit is in the form of one curtain, and hits the entire length of the rack while intersecting all the teeth of the rack. By doing so, the cooling liquid spray is directly applied to any tooth in the rack, and any tooth is cooled under the same conditions.
[0013]
In this case, if there is only one slit facing the central portion of the tooth width, the sprayed cooling liquid flows on both sides along the tooth surface, so that sufficiently uniform cooling is achieved. Thus, it is not necessary for the coolant to spray directly against the entire width of the teeth, and usually one slit per rack is sufficient. However, the present invention does not prevent two or more slits from being provided in parallel. In addition, the slit length needs to be continuously one in the portion where the rack teeth are present, but the length of the slit is extended from this, and the flat portion on both sides where the rack teeth are not formed, and further It does not matter even if it continues to the cylindrical part that is continuous.
[0014]
As an apparatus for carrying out the rack bar quenching method as described above, a jacket having a length equal to or greater than the length of the rack portion is provided as a cooling device for the rack portion, and at least the length of the rack portion is provided on the side surface thereof. What is necessary is just to provide the 1 or more coolant injection slit which has. Further, one or more coolant inlets are provided in the jacket. The jacket is a coolant supply chamber, and temporarily stores coolant such as water or lowers the flow velocity so that the coolant pressure in each part of the slit is made as uniform as possible. Then, at the time of quenching, the coolant may be sprayed at an appropriate distance, for example, about 10 mm, with the coolant spray slit of the apparatus facing the rack portion of the rack bar. The rack bar is usually hardened by heating not only the rack part but also the entire circumference of the part where the rack bar is formed. In this case, the cooling mechanism of the jacket facing the circumferential portion other than the rack portion is not particularly limited, and a plurality of small hole coolant injection ports similar to the conventional one may be provided. Of course, a jacket that does not participate in cooling of the rack portion, such as a portion that cools the circumferential portion on the opposite side of the rack portion, may be one having a plurality of small hole coolant injection ports as in the prior art.
[0015]
By the way, as described above, the rack bar has an asymmetric cross-sectional shape, so that it is likely to be bent by quenching. In particular, pipe-like hollow rack bars, unlike solid ones, have a tendency to bend because there is no restraining force from the inside of the material against bending force, and quenching should be performed in a state where pressure is restrained by a press. It is common. For this reason, the apparatus of the present invention preferably also has a mechanism for restraining the rack bar during cooling. Accordingly, an example of the rack bar quenching apparatus of the present invention having such restraining means will be described below with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the length direction of a rack bar showing an example of the apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view parallel to the length direction of the rack bar. As shown in FIG. 1, in this apparatus, four restraining jigs 11, 12, 13, and 14 are used for pressurization from the vertical direction and the horizontal direction, but in the present invention, several restraining jigs are used. There is no particular limitation. However, in the case of the apparatus using the two restraining jigs of the upper mold 41 and the lower mold 42 shown in FIG. 8, it may be difficult to take out the material because it gets stuck in the mold, but four restraining jigs were used. This device does not have such a problem. At least one of the upper and lower and left and right restraining jigs is pressurized by a pressurizing device such as a hydraulic cylinder (not shown). That is, for example, if the lower restraining jig 11 is fixed at a predetermined position and a hydraulic cylinder is connected to the upper restraining jig 12, pressurization in the vertical direction can be performed.
[0017]
Each of the four restraining jigs 11, 12, 13, and 14 shown in FIG. 1 has coolant supply chambers 15, 16, 17, and 18 inside, and jets the coolant toward the rack bar 1. It has become. That is, all of the restraining jigs in this example also have the jacket function described above as the configuration of the quenching apparatus. Among these four restraining jigs, a particularly characteristic one is the lower restraining jig 11 that contacts the rack portion. As shown in a cross-sectional view parallel to the length direction of the rack bar in FIG. 2, two convex portions 19 having the length of the rack portion and a constant height are provided in parallel. ing. The convex portions come into contact with both sides in the width direction of the rack teeth and restrain the material during quenching. A coolant injection slit 20 is provided between the two convex portions 19 and extends over the entire length of the rack portion in the same manner as the convex portions. In addition, a coolant jet 21 of the coolant jet slit 20 is provided in the recess between the protrusions, and as shown in FIG. ing. However, the shape of this portion is not particularly limited as long as the spread of the injected cooling liquid is not hindered. For example, the periphery of the cooling liquid outlet may be set on a flat surface.
[0018]
On the other hand, the three restraining jigs 12, 13, and 14 other than the lower restraining jig 11 are also shown in the sectional view parallel to the length direction of the rack bar in FIG. As shown, the convex portions 22 are intermittent, and a small hole coolant outlet 24 is provided in the concave portion 23 between the convex portions. These convex portions come into contact with each other at the time of quenching and restrain the rack bar. However, since the convex portions are intermittently arranged, the adjacent concave portions 23 communicate with each other, and the injected coolant is constrained via the adjacent concave portions. It is discharged to the outside of the jigs 12, 13, and 14. However, the restraining jigs 12, 13, 14 other than contacting the rack portion 2 are not particularly limited to such a form in the present invention. In addition, the four code | symbols 25 in FIG. 1 are the jackets for coolant injection, and are the general structures where a plurality of small holes are provided, and the four restraining jigs 11, 12, 13, The coolant is sprayed onto the rack bar 1 at a portion between 14. Thus, in the present invention, it is free to separately add a coolant injection device for cooling other than the rack portion.
[0019]
In the quenching apparatus of FIGS. 1 and 2, the coolant supply chambers 15, 16, 17, and 18 of the respective restraining jigs 11, 12, 13, and 14 have coolant inlets as shown in FIG. 26 is provided to introduce water or the like. In this figure, two coolant inlets 26 are provided in each coolant supply chamber, but this reduces the difference in flow rate as much as possible depending on the position of the coolant injection ports 24 aligned in the rack bar length direction. It is to do. In particular, in the lower restraining jig 11 that cools the rack portion, it is possible to make the cooling liquid injection amount from the cooling liquid injection slit 20 uniform over the entire length of the slit so that the cooling speed is uniform and the teeth are This is necessary to reduce the occurrence of pitch irregularities. For this purpose, in addition to providing two or more cooling liquid inlets as described above, a countermeasure may be considered in which the internal volume of the cooling liquid supply chamber is increased as much as possible to reduce the internal flow rate and to make the pressure distribution uniform. The present invention also provides a particularly effective apparatus configuration for this purpose.
[0020]
That is, as a means for making the spray amount of the coolant uniform over the entire length of the slit, a rectifying plate parallel to the coolant spray slit and perpendicular to the coolant spray direction is provided so as to partition the inside of the jacket. In the example of the apparatus of the present invention shown in FIG. 1 and FIG. 2, the coolant supply chamber 15 corresponds to the inner part of the jacket in the configuration of the present invention. . The coolant introduction port 26 opens in a space on the opposite side of the space in the coolant supply chamber 15 partitioned by the rectifying plate from the coolant injection slit 20. The rectifying plate 27 has holes that occupy a part of its area in the length direction to provide fluid resistance, and by arranging in this way, the coolant entering from the coolant inlet 26 is rectified. A fluid resistance is received when passing through the plate, and the flow velocity can be made uniform over the entire length of the coolant injection slit 20 by this action.
[0021]
The form of the holes provided in the current plate is not particularly limited as long as the holes that occupy a part of the area of the current plate are provided uniformly in the length direction. FIG. 4 is a plan view showing an example of the current plate, but as shown, the small holes 28 may be distributed over the entire surface. In this example, the hole diameter is 3 mm. As another form, one slit may be formed over the entire length of the current plate. Further, not only one but also two or more rectifying plates may be provided in the jacket in parallel, so that the injection amount at each portion of the coolant injection slit can be made even more uniform. In this case, if the coolant introduction port is opened in the space farthest from the coolant injection slit among the plurality of spaces partitioned by the rectifying plate in the jacket, all of the coolant will reach the coolant injection slit. It will pass through the current plate, and the effect of making the flow uniform can be exhibited.
[0022]
The rack bar quenching apparatus of the present invention is not limited to the form shown in FIGS. For example, in this example, only one coolant injection slit 20 is provided at the center of the width of the rack portion, but two or more coolant injection slits 20 may be provided in parallel. In this case, three or more convex portions 19 may be provided so as to be arranged on both sides of two or more coolant injection slits. Furthermore, it is a matter of course that a plurality of protrusions themselves may be provided close together without providing a cooling liquid injection slit therebetween. Further, in the example shown in FIGS. 1 and 2, the convex portion 19 to be in contact with the rack portion is continuous and continuous throughout the entire length of the rack portion. But you can. However, since the sprayed coolant is discharged from between the teeth of the rack at the rack portion, there is no need to be intermittently different from the convex portion 22 that contacts the cylindrical portion.
[0023]
【Example】
The rack bar was quenched by applying the method of the present invention. The rack bar has a hollow shape as shown in FIG. 3, and the dimensions are 23 mm and 19 mm in the outer diameter of the tube where the rack portion is formed and the cross section is cut out. A rack is formed in a portion having a length of 180 mm. The entire circumference of the length portion where the rack was formed was heated to about 950 ° C. by high frequency, and this was quenched by the constrained quenching apparatus shown in FIGS. The coolant was water, and spraying was performed from all four restraining jigs 11, 12, 13, 14 and four jackets 25.
[0024]
As shown in FIG. 5, the rack tooth pitch is measured by placing a rod (pin) 31 so as to fit in the groove between the teeth and measuring the height position h of the side surface of the rod by so-called overpin measurement. I did it. That is, as the distance between the teeth increases, the rod 31 bites deeply into the groove, so that the height position h of the side surface of the rod, that is, the overpin size is reduced. The measurement result of the overpin dimension h for each tooth interval of the rack bar hardened by the apparatus of the present invention is shown in the graph of FIG. Although the measurement results before quenching of the same sample are also shown, it can be seen that there is little variation in dimensions throughout and the spacing between the rack teeth is uniform.
[0025]
On the other hand, in the apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2 as a comparative example, the lower restraining jig 11 is changed to a conventional one in which cooling water is injected from a plurality of small holes, and the others are quenched under the same conditions as described above. I did it. FIG. 7 is a graph showing the measurement result of the overpin dimension h of the comparative example quenched with this conventional apparatus, and it can be seen that there is a considerable variation and the rack tooth spacing is uneven. .
[0026]
【The invention's effect】
According to the quenching method of the rack bar of the present invention, the injection of the cooling liquid to the rack part is changed from the conventional nozzle having a small hole distribution to the slit-like nozzle extending over the entire length of the rack part. The difference in the cooling rate of each was reduced. Thereby, the dispersion | variation in the pitch of the tooth after hardening can be made small. Further, in the quenching apparatus of the present invention, in the restraining jig for restraint quenching, a parallel convex portion that contacts the rack portion is provided, and the slit-shaped cooling liquid injection nozzle is provided therebetween. Restraint quenching can be performed in combination with a restraining jig applied to the other surface of the rack bar. This can also prevent the rack bar from being bent due to quenching.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view perpendicular to the length direction of a rack bar showing an example of the apparatus of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view parallel to the length direction of the rack bar of the apparatus of FIG. Fig. 4 is a plan view showing an example of a current plate. Fig. 5 is a diagram for explaining a method for measuring the pitch of rack teeth. Fig. 6 is a pitch of a rack bar quenched by the apparatus of the present invention. FIG. 7 is a graph showing the measurement result of the pitch of the rack bar hardened by the conventional apparatus. FIG. 8 is a longitudinal direction of the rack bar showing an example of the conventional restraint hardening apparatus for the rack bar. Sectional view perpendicular to [Description of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rack bar 2 Rack part 3 Rack teeth 11, 12, 13, 14 Restraint jigs 15, 16, 17, 18 Coolant supply chamber 19 Convex part 20 Coolant jet slit 21 Coolant jet outlet 22 Convex part 23 Concave part 24 Coolant outlet 25 Jacket 26 Coolant inlet 27 Current plate 28 Small hole 31 Rod 41 Upper die 42 Lower die 43 Convex portion 44 Concavity 45 Coolant outlet 46 Coolant supply chamber

Claims (4)

少なくともラック部の全長を加熱し、冷却液を噴射して焼入を行なうラックバーの焼入において、ラック部に対する冷却液の噴射は少なくともラック部の長さを有する1以上のスリットよりカーテン状になされ、噴射液がラックのすべての歯と交差しつつラックの長さ方向全体に亘って当たることを特徴とするラックバーの焼入方法。In quenching a rack bar that heats at least the entire length of the rack portion and performs quenching by spraying a coolant, the coolant is sprayed onto the rack portion in a curtain shape from at least one slit having the length of the rack portion. A rack bar quenching method, characterized in that the spray liquid hits the entire length of the rack while intersecting all the teeth of the rack. 加熱されたラックバーに冷却液を噴射して焼入を行なうラックバーの焼入装置において、1以上の冷却液導入口を有し少なくともラック部の長さを有するジャケットと、前記ジャケットに設けられ少なくともラック部の長さを有しラック部に対向して設けられた1以上の冷却液噴射スリットからなる、ラック部に対する冷却液の噴射装置を有することを特徴とするラックバーの焼入装置。In a quenching apparatus for a rack bar that performs quenching by spraying a coolant onto a heated rack bar, a jacket having at least one coolant inlet and having a length of at least a rack portion is provided on the jacket. at least the length of the rack portion possess opposite the rack unit consisting of one or more cooling fluid injection slits provided by, quenching apparatus of the rack bar, characterized in that it comprises an injection device of the cooling liquid relative to the rack portion. 前記冷却液噴射スリットの両側に、ラック部の長さを有し一定高さの2以上の凸部が平行してジャケットに設けられ、前記凸部がラック部に接触することにより、前記ラック部に対する冷却液の噴射装置は焼入によるラックバーの曲がりを防止する拘束治具の1つを構成することを特徴とする請求項2に記載のラックバーの焼入装置。  Two or more convex portions having a length of the rack portion and having a certain height are provided on the jacket on both sides of the cooling liquid ejection slit, and the convex portion contacts the rack portion, thereby the rack portion. 3. The rack bar hardening apparatus according to claim 2, wherein the cooling liquid spraying device constitutes one of restraining jigs for preventing bending of the rack bar due to quenching. 前記冷却液噴射スリットに平行しかつこれの冷却液噴射方向と直角な1以上の整流板がジャケット内を仕切るように設けられ、前記整流板はその面積の一部を占める穴が長さ方向に均等に設けられており、かつ前記冷却液導入口は整流板で仕切られたジャケット内の複数の空間のうち冷却液噴射スリットから最も離れた空間に開口していることを特徴とする請求項2または3に記載のラックバーの焼入装置。  One or more rectifying plates parallel to the cooling liquid injection slit and perpendicular to the cooling liquid injection direction are provided so as to partition the inside of the jacket, and the rectifying plate has a hole that occupies a part of its area in the length direction. 3. The cooling liquid introduction port is provided evenly, and the cooling liquid introduction port opens in a space farthest from the cooling liquid injection slit among a plurality of spaces in a jacket partitioned by a rectifying plate. Or the rack bar quenching apparatus according to 3.
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