JP5509869B2 - ラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
21 ラック
22 ピニオン
31 棒状素材
41 管状素材
Claims (1)
- 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6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ラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法。
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。
条件F)前記ラックの歯が形成されている側の面から前記芯部に向かって前記表層部、前記調質部、前記非焼入れ部がこの順に形成される。
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