KR100534383B1 - 래크 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 래크 및 피니언 스티어링의 래크(5)를 제작하기 위한 방법에 관한 것으로 그의 방법은 다음의 공정으로 구성되어 있다 : 래크(5)의 슬러그(둥근막대)는 적어도 치의 영역에서 보통 실린더의 것과는 다른 형상을 가지고 있다. 상기 슬러그(18)의 단면 크기와 형상에서 치영역(7)의 완성래크(5) 윤곽은 래크 와 피니언 스티어링을 결합시켜주는 피스(peaces)들의 치수로 설정되는 치끝원을 상회하여 뻗어 있지 않도록 택해진다. 래크(5)는 슬러그(18)로 부터 텀블 단조에 의하여 성형된다. 텀블 단조의 종료후 래크(5)는 요철단면을 가지게 되는데 치영역(7)의 치외에서 텀블 단조시 텀블링 모멘트를 지지하는데 유용하다.

Description

래크 제작 방법{METHOD FOR PRODUCING A RACK}

본 발명은 차량용 래크 및 피니언(rack-and-pinion) 조향 장치의 래크 제작 방법 및 그 래크 제작 방법에 따라 제작된 래크에 관한 것이다.

이러한 래크 제작 방법은 예컨대 독일 특허 공보 제32 02 254 C2호에 공지되어 있다. 이 래크 제작 방법에 의하면, 상하 금형 사이에 원통형 래크 소재를 위치시켜 텀블링 단조(tumbling forging)에 의하여 래크를 제작한다. 이 래크 제작 방법에 따르면, 모든 공지된 단조 및 프레스 방법의 경우처럼 돌출부가 래크 단면의 확장부로서 형성된다. 이로 인하여 래크의 단면 계수가 더욱 커지기는 하지만, 필요로 하는 구조 공간 또한 커지게 된다. 차량용 래크 및 피니언 조향 장치에 있어서는 항상 구조 공간이 작아야 하고 경량화 되어야 한다는 요건이 따른다.

도 1은 래크 및 피니언 조향 장치의 부분 종단면도이다.도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도이다. 도 3 내지 도 6은 래크 소재의 다양한 단면 형상을 도시한 도면들이다.

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본 발명에서는, 작은 구조 공간과 경량화의 2가지 요건을 충족시킬 수 있는 래크와 그 래크를 제작하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적은 특허청구범위 제1항에 개시되어 있는 래크 제작 방법과 특허청구범위 제7항에 개시되어 있는 래크에 의하여 달성된다. 이러한 래크의 제작 방법은 적어도 치형부 영역에서 원형 실린더와는 다른 형상을 갖는 래크 소재를 선택함으로써 개시된다. 래크 소재 단면의 크기와 형상은, 완성된 래크의 윤곽이 치형부 영역에서 래크 및 피니언 조향 장치의 인접부의 크기에 의해 정해진 이끝원(addendum circle)을 넘어 돌출되지 않도록 선정된다. 이어서, 래크는 텀블 단조(tumble forging) 방식에 따라 래크 소재로부터 가공 변형된다. 텀블 단조 후에, 래크의 치형부 영역의 치형부 외부에는 종방향 요철 윤곽이 구비되며, 이러한 종방향 요철 윤곽은 텀블 단조 중에 텀블 모멘트를 지지하는 역할을 한다. 본 방법의 실용적이면서도 이로운 태양들이 특허청구범위 제2항 내지 제6항에 개시되어 있다. 텀블 단조 중에 텀블 모멘트를 지지하는 역할을 하고, 완성된 래크에서 래크 및 피니언 조향 장치의 스러스트 부재(thrust piece)를 정확하게 안내하고 지지하는 역할을 하는 종방향 윤곽은, 텀블 단조 중에 래크 소재에 가공 가능하다. 이로 인하여 비교적 간단한 외관을 갖는 래크 소재를 사용할 수 있다. 만일 이러한 종방향 윤곽을 텀블 단조 전에 예컨대 성형, 인발 또는 압연 방식에 의하여 래크 소재에 미리 가공할 수 있으면, 래크 소재에서 래크의 치형부 영역만을 텀블 단조 가공하면 된다. 완성된 래크의 형상이 치형부 영역에서 이끝원을 넘어 돌출하지 않아야 한다는 요건은, 래크 소재의 단면에 있어서 적어도 2개의 서로 경사진 경사면 또는 2개의 서로 대칭으로 배치된 수축부가 래크의 치형부 영역에 구비되도록 함으로써 달성될 수 있다. 또한, 경량화를 위해서, 래크 소재는 적어도 래크의 치형부 영역에서 래크의 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 캐비티(cavity)를 구비할 수 있다.본 발명에 따른 래크 제작 방법에 의하면, 변형도가 낮아짐으로써 보다 낮은 연성을 가진 래크 소재를 사용할 수 있다. 이로 인하여 래크 비용을 추가로 절감할 수 있다. 이러한 래크 제작 방법에 따라 제작된 래크는 여타 다른 래크와 같이 치형부 영역과 베어링 및 가이드 영역을 구비한다. 본 발명에 따른 래크 제작 방법에 의하여 제작된 래크는, 치형부 영역에서 래크 및 피니언 조향 장치의 인접부 크기에 의하여 정해진 이끝원을 넘어 돌출하지 않는 형상을 갖는다. 이끝원의 직경은, 래크 및 피니언 조향 장치의 경우에, 예컨대 래크의 베어링 및 가이드 영역에 삽입되어 있는 패킹의 내경에 의하여 부여된다. 래크의 치형부 영역의 요철 형상 종방향 윤곽은, 치형부 반대측의 래크 외주면에 위치된 종방향 홈에 의하여 형성된다.이하에서는 도면들에 도시되어 있는 실시예들을 기초로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.

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이하에서는 본 발명을 유압식 동력을 보조로 사용하는 래크 및 피니언 조향 장치에 대해 설명하고 있지만, 본 발명은 전기를 보조로 사용하는 래크 및 피니언 조향 장치나 또는 보조 동력이 없는 래크 및 피니언 조향 장치에 대해서도 적용 가능하다. 조향 장치 하우징(1) 내에는, 피니언(2)이 2개의 베어링(3, 4)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 피니언(2)의 치형부는, 조향 장치 하우징(1) 내에서 축방향에 따라 이동하도록 안내되는 래크(5)와 맞물린다. 공지된 방식으로, 래크(5)는 스프링 하중식 스러스트 부재(6)에 의하여 피니언(2)의 치형부에 대해 가압된다. 래크(5)는, 치형부 영역(7)과, 적어도 하나의 베어링 및 가이드 영역(8)을 구비한다. 베어링 및 가이드 영역(8)은 도 1의 실시예에서 볼 수 있으며, 상기 베어링 및 가이드 영역은 동시에 서보 모터(9)의 피스톤 로드이다. 서보 모터(9)는 그의 실린더(10) 내에 피스톤(13)에 의해 서로 분리되어 있는 2개의 실린더 공간(11, 12)을 포함한다. 실린더 공간(11, 12)은 래크(5)의 베어링 및 가이드 영역(8)에 대하여 패킹(14, 15)에 의해 밀봉된다. 래크(5)는 치형부 영역의 치형부 반대측에 위치한 외주면에 종방향 홈(16)을 구비한다. 종방향 홈(16)은 스러스트 부재(6)에 성형되어 있는 종방향 돌출부(17)와 맞물린다. 종방향 홈(16)과 종방향 돌출부(17)가 함께 작용함으로써 작동 중에 래크(5)가 기울어지는 현상이 방지된다. 종방향 돌출부를 래크(5)에 마련하고 종방향 홈을 스러스트 부재(6)에 마련하여도 동일한 작용을 달성할 수 있다. 이하에서는 이러한 래크의 제작 방법에 대하여 설명한다. 우선 적어도 래크의 향후 치형부가 될 영역에서 원형 실린더와는 다른 형상을 갖는 래크 소재(18)를 택하는 것이 중요하다. 이러한 래크 소재(18)의 단면에 대한 일련의 실시예들이 도 3 내지 도 6에 확대되어 도시되어 있다. 래크 소재 단면의 크기와 형상은, 완성된 래크의 윤곽이 치형부 영역에서 래크 및 피니언 조향 장치의 인접부의 크기에 의해 정해진 이끝원을 넘어 돌출되지 않도록 선정된다. 예컨대 도 1에 도시된 래크 및 피니언 조향 장치의 래크의 경우에 있어서, 이끝원의 직경은, 래크(5)의 베어링 및 가이드 영역(8)의 실린더 공간(12)을 밀봉하는 패킹(15)의 내경에 의하여 설정된다. 도 3에 도시된 실시예의 경우에, 래크 소재는 래크의 치형부 영역에서 2개의 서로 대면하며 경사진 경사면(19)을 구비한다. 이러한 경사면(19)은 서로 대칭으로 배치된다. 다음 공정에서 래크는 래크 소재(18)로부터 텀블 단조 가공에 의해 변형된다. 텀블 단조 중에 래크 소재(18)를 텀블 모멘트에 대해 지지하기 위하여, 종방향 홈(16) 형태의 오목한 종방향 윤곽이 래크 소재(18)에 마련되어, 텀블 단조를 시작할 때에 래크(5)에 상기 종방향 홈(16)이 형성되도록 한다.이러한 공정은 래크 소재(18)가 이미 도 4에 도시되어 있는 종방향 홈(20)을 구비하고 있을 경우에는 생략할 수 있다. 이러한 종방향 홈(20)은 래크 소재(18)의 형상과는 무관하게 래크 소재의 여타 다른 실시예에서도 포함시킬 수 있다. 도 4 내지 도 6에 따르는 실시예들에서, 래크 소재(18)는, 적어도 래크의 치형부 영역에서 래크 소재의 종방향을 따라 연장되는 적어도 하나의 캐비티(21)를 구비한다. 도 5에는 캐비티(21)가 2개로 분할되어 있으며, 도 6에는 캐비티의 형상이 타원형으로 되어 있다. 도 6에 따른 실시예의 래크 소재(18)는, 양측이 서로 대면하는 경사진 경사면(19) 대신에 2개의 대칭으로 마주 대면하는 수축부(22)를 구비하고 있으며, 단면은 대략 "배" 형상을 하고 있다.래크 소재에는 하나의 종방향 홈(20) 대신에 2개 또는 그 이상의 작은 종방향 홈들이 구비될 수도 있다. 또한, 텀블 단조 중에 2개 또는 그 이상의 종방향 홈들을 가공할 수도 있다. 이미 래크의 설명 부분에서 언급한 바와 같이, 종방향 홈(20)은 볼록한 종방향 형상으로도 래크 소재에 가공 가능하다.

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차량용 조향 장치에 있어서 래크 및 피니언 조향 장치를 소형 경량화하는 데 기여한다.

Claims (10)

1. 차량용 래크 및 피니언 조향 장치의 래크(5)를 제작하기 위한 방법에 있어서,

   적어도 래크(5)의 치형부 영역에서 원형 실린더와는 다른 형상을 갖고, 서로 경사지고 서로 대칭으로 배치되는 적어도 2개의 경사면(19) 또는 서로 대칭으로 배치되는 적어도 2개의 단면 수축부(22)가 래크(5)의 치형부 영역(7)에 구비되며, 래크 및 피니언 조향 장치의 인접부 크기에 의해 미리 정해지고 치형부 영역(7)에서 완성 래크(5)의 윤곽을 둘러싸는 이끝원보다 작은 단면을 갖는, 래크 소재(18)를 선정하는 단계와;

   텀블 단조 전에 또는 텀블 단조 시작시에, 치형부 영역(7)의 치형부 외부에서 래크 소재에 오목한 종방향 윤곽을 형성시키는 단계와;

   래크 소재(18)를 텀블 단조에 의해 래크(5)로 형성시키는 단계로서, 상기 오목한 종방향 윤곽이 전체 텀블 단조 중에 텀블 모멘트를 지지하는 역할을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 제작 방법.
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5. 제1항에 있어서,

   래크 소재(18)는 적어도 래크(5)의 치형부 영역(7)에서 래크의 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 캐비티(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 래크 제작 방법.
6. 차량용 래크 및 피니언 조향 장치의 래크로서, 치형부 영역(7)과 적어도 하나의 베어링 및 가이드 영역(8)을 구비하는 래크에 있어서,

   제1항 또는 제5항에 따른 래크 제작 방법에 의해 제작되고, 종방향 윤곽은, 치형부 반대측의 래크(5) 외주면에 위치된 적어도 하나의 종방향 홈(16)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 래크.
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