KR102338823B1 - 래크 바아 제조 방법 - Google Patents

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KR102338823B1
KR102338823B1 KR1020197024009A KR20197024009A KR102338823B1 KR 102338823 B1 KR102338823 B1 KR 102338823B1 KR 1020197024009 A KR1020197024009 A KR 1020197024009A KR 20197024009 A KR20197024009 A KR 20197024009A KR 102338823 B1 KR102338823 B1 KR 102338823B1
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아키히로 고토
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고오슈우하네쓰렌 가부시기가이샤
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Abstract

제1 래크 및 제2 래크를 갖는 래크 바아를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 상기 제1 및 제2 래크는 래크 바아의 축선 둘레에 각도 위치 차이를 갖는다. 상기 방법은, 단일의 중공 샤프트 부재(11)의 외주 상에, 제1 평탄면(F1) 및 제2 평탄면(F2)을 형성하는 단계로서, 상기 각도 위치 차이가 상기 제1 및 제2 평탄면 사이에 제공되는, 단계; 및 상기 제1 래크 및 제2 래크에 대응하는 하나 또는 그 이상의 톱니 다이(209)가 상기 제1 평탄면 및 제2 평탄면에 대해 가압된 상태에서, 상기 중공 샤프트 부재 내로 하나 또는 그 이상의 맨드렐(203)을 압입함으로써, 상기 제1 평탄면 상에 제1 래크를, 그리고 상기 제2 래크 표면 상에 제2 래크를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

래크 바아 제조 방법
본 발명은 차량의 래크-앤드-피니언(rack-and-pinion) 스티어링 장치에 사용되는 래크 바아(rack bar)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
관련 기술의 래크 바아는 자동차와 같은 차량의 스티어링 장치에 사용되는 듀얼-피니언 래크 바아(dual-pinion rack bar)이다. 듀얼-피니언 래크 바아는 2개의 위치에 래크를 가지며, 하나의 래크는 스티어링 샤프트의 스티어링 피니언과 맞물리도록 제공되고, 나머지 래크는 보조 기구의 보조 피니언과 맞물리도록 제공된다. 상기 듀얼-피니언 래크 바아는 하나의 중실(solid) 샤프트 부재로 이루어질 수 있으며, 또는 중공의(hollow) 제1 샤프트 부재와 중실의 또는 중공의 제2 샤프트 부재를 결합함으로써 형성될 수 있다(예를 들어 JP2014-124767A호 및 JP2014-234882A호 참조).
차량의 스티어링 샤프트와 보조 기구 사이의 위치 관계에 따라, 래크는 상기 래크 바아의 축선의 둘레에 상이한 각도 위치를 갖는 2개의 위치에 제공될 수 있다. 하나의 중실 샤프트 부재로 래크 바아를 제조할 때, 래크는 예를 들어 NC 절단(NC cutting)에 의해 상이한 각도 위치를 갖는 2개의 위치에 형성될 수 있다.
JP2014-124767A호는 중공의 제1 샤프트 부재와 중실의 제2 샤프트 부재를 결합함으로써 형성된 래크 바아를 개시하고 있다. 상기 제1 샤프트 부재와 제2 샤프트 부재는 미리 형성된 래크를 가질 수 있으며, 또한 그 단면이 서로에 대해 맞닿은 상태에서 동축으로 배치되며, 상기 제1 샤프트 부재 및 제2 샤프트 부재는 마찰 압접을 위해 서로에 대해 회전된다. 상기 제1 샤프트 부재와 제2 샤프트 부재의 각각의 래크들 사이에 원하는 각도 위치 차이(angular positional difference)가 제공되도록, 제1 샤프트 부재와 제2 샤프트 부재의 상대 회전이 정지된다.
JP2014-234882A호는 중공의 제1 샤프트 부재와 중공의 제2 샤프트 부재를 결합함으로써 형성되는 래크 바아를 개시하고 있다. 상기 제1 샤프트 부재 및 제2 샤프트 부재는 미리 형성된 래크를 각각 가지며, 또한 원하는 각도 위치 차이를 갖는 상태에서 조인트 부재의 각각의 측부에 동축으로 배치된다. 그 후, 상기 제1 샤프트 부재와 조인트 부재, 및 상기 제2 샤프트 부재와 조인트 부재가 서로 마찰 가능하게 압접되도록, 조인트 부재가 회전된다. 상기 제1 샤프트 부재 및 제2 샤프트 부재를 정지된 방식으로 유지할 동안 조인트 부재를 회전시킴으로써, 제1 샤프트 부재 및 제2 샤프트 부재의 각각의 래크들 사이의 각도 위치 차이의 정확도가 향상된다.
상기 샤프트 부재의 적어도 일부를 중공으로 하면, 최종적인 래크 바아의 중량을 감소시킬 수 있다. 그러나 전술한 관련 기술의 래크 바아 제조 방법에 의하면, 제1 샤프트 부재와 제2 샤프트 부재를 결합하는 단계 및 상기 결합된 부분의 마무리 단계의 추가적인 단계들이 필요하며, 또한 결합 강도를 보장할 필요도 있다.
본 발명의 예시적인 양태는 개선된 생산성을 갖는 경량의 래크 바아를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 양태에 따라, 제1 래크 및 제2 래크를 갖는 래크 바아를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 상기 제1 및 제2 래크는 축방향으로 서로 이격되어 제공되며, 제1 및 제2 래크 사이에는 상기 래크 바아의 축선 둘레의 각도 위치 차이가 제공된다. 상기 방법은 단일의 중공 샤프트 부재의 제1 단부 부분의 외주 상에 축방향으로 연장되는 제1 평탄면을 형성하는 단계, 상기 제1 평탄면에 대해 각도 위치 차이를 갖는 위치에, 상기 중공 샤프트 부재의 제2 단부 부분의 외주 상에 축방향으로 연장되는 제2 평탄면을 형성하는 단계, 상기 제1 평탄면에 있는 상기 중공 샤프트 부재의 재료가 톱니 다이(teeth die)를 향해 소성 변형되는 것을 유발시키도록, 상기 제1 래크에 대응하는 톱니 다이가 상기 제1 평탄면에 대해 가압된 상태에서, 상기 중공 샤프트 부재의 제1 단부 부분의 측부 상에 상기 중공 샤프트 부재의 제1 개구를 통해 상기 중공 샤프트 부재 내로 맨드렐을 압입함으로써 제1 래크를 형성하는 단계, 및 상기 제2 평탄면에 있는 상기 중공 샤프트 부재의 재료가 상기와 동일한 톱니 다이 또는 상이한 톱니 다이를 향해 소성 변형되는 것을 유발시키도록, 상기 제2 래크에 대응하는 상기와 동일한 톱니 다이 또는 상이한 톱니 다이가 상기 제2 평탄면에 대해 가압된 상태에서, 상기 중공 샤프트 부재의 상기 제2 단부 부분의 측부 상에 상기 중공 샤프트 부재의 제2 개구를 통해 상기 중공 샤프트 부재 내로 상기와 동일한 또는 상이한 맨드렐을 압입함으로써 제2 래크를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1은 스티어링 장치의 예의 정면도이다.
도 2는 도 1의 스티어링 장치의 래크 바아의 사시도이다.
도 3은 도 2의 래크 바아를 제조하는 데 사용되는 프레스 기계의 예의 정면도이다.
도 4는 샤프트 부재의 예비 몰딩을 도시하는, 도 3의 프레스 기계의 또 다른 정면도이다.
도 5는 예비 몰딩된 샤프트 부재의 사시도이다.
도 6은 샤프트 부재의 예비 몰딩을 도시하는, 프레스 기계의 또 다른 정면도이다.
도 7은 예비 몰딩된 샤프트 부재의 또 다른 사시도이다.
도 8은 프레스 기계의 일부의 평면도이다.
도 9는 프레스 기계의 일부의 측면도이다.
도 10은 샤프트 부재의 예비 몰딩을 도시하는, 프레스 기계의 일부의 또 다른 측면도이다.
도 11은 도 2의 래크 바아를 제조하는 데 사용되는 톱니(teech) 형성 기계의 정면도이다.
도 12는 도 11의 톱니 형성 기계의 일부의 확대도이다.
도 13은 샤프트 부재 상에 톱니를 형성하는 단계를 도시하는, 톱니 형성 기계의 또 다른 확대도이다.
도 14는 샤프트 부재 상에 톱니의 형성을 도시하는, 톱니 형성 기계의 또 다른 확대도이다.
도 15는 샤프트 부재 상에 톱니의 형성을 도시하는, 톱니 형성 기계의 또 다른 확대도이다.
도 16은 샤프트 부재 상에 톱니의 형성을 도시하는, 톱니 형성 기계의 또 다른 확대도이다.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 상세히 기재될 것이다. 도 1은 스티어링 장치(1)의 예를 도시하고 있다.
상기 스티어링 장치(1)는 래크 하우징(2), 및 축방향으로 미끄럼 가능하도록 상기 래크 하우징(2)의 내측에 수납되는 래크 바아(10)를 포함한다.
타이 로드(tie rod)(3)는 조인트를 통해 래크 바아(10)의 각각의 단부에 결합되고, 또한 상기 래크 바아(10)의 이동에 따라, 차량의 휘일이 상기 타이 로드(3) 및 상기 타이 로드(3)가 결합되는 회전 기구를 통해 회전된다.
스티어링 기어 박스(4)는 상기 래크 하우징(2)의 축방향의 한쪽 단부에 제공된다. 스티어링 샤프트에 결합될 입력 샤프트(5) 상에 형성되는 스티어링 피니언(도시되지 않음)은, 상기 스티어링 기어 박스(4)의 내측에 수납된다. 보조 기어 박스(6)는 상기 래크 하우징(2)의 축방향의 다른 쪽 단부에 제공된다. 보조 기구의 모터(7)에 의해 구동될 보조 피니언(도시되지 않음)은, 상기 보조 기어 박스(6)의 내측에 수납된다.
상기 래크 바아(10) 상에는, 스티어링 피니언과 맞물리도록 구성된 다수의 래크 톱니를 갖는 제1 래크(20), 및 상기 보조 피니언과 맞물리도록 구성된 다수의 래크 톱니를 갖는 제2 래크(21)가 형성된다.
스티어링 휘일의 회전 조작에 응답하여, 입력 샤프트(5)의 스티어링 피니언이 회전되고, 상기 제1 래크(20)에 의해 스티어링 피니언과 맞물리는 래크 바아(10)가 축방향으로 이동된다. 그 후, 스티어링 휘일의 스티어링 힘 등에 따라 제어되는 보조 기구의 모터(7)의 구동력은, 제2 래크(21)와 맞물리는 보조 피니언을 통해 상기 래크 바아(10)에 전달되며, 상기 스티어링 휘일의 회전 조작에 따라 래크 바아(10)의 이동이 도움을 받는다.
도 2는 래크 바아(10)를 도시하고 있다.
상기 래크 바아(10)는 탄소강, 예를 들어 JIS-S45C 와 같은 금속 재료로 제조된 원형 단면을 갖는 단일의 중공 샤프트 부재(11)를 사용하여 형성된다. 샤프트 부재(11)의 축방향의 한쪽 단부 부분(이하, 제1 단부 부분)에는, 스티어링 피니언과 맞물리도록 구성된 래크 톱니를 갖는 제1 래크(20)가 제공되고, 상기 샤프트 부재(11)의 축방향의 다른 쪽 단부 부분(이하, 제2 단부 부분)에는, 보조 피니언과 맞물리도록 구성된 래크 톱니를 갖는 제2 래크(21)가 제공된다.
제1 래크(20) 및 제2 래크(21)는 샤프트 부재(11)의 축방향으로 서로 이격되어 제공되며, 상기 샤프트 부재(11)의 중심 축선(A) 둘레의 각도 위치 차이는 상기 제1 래크(20)와 제2 래크(21) 사이에 제공된다. 제1 래크(20)와 제2 래크(21) 사이의 중심 축선(A) 둘레의 각도 위치 차이는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 0° 내지 90°의 범위일 수 있다. 제1 래크(20)와 제2 래크(21)의 각각의 래크 톱니의 치형(teech profile)은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 도면에 도시된 예에 있어서, 제1 래크(20)와 제2 래크(21) 모두는 래크 톱니 피치가 일정하다는 것을 의미하는 일정 기어비(constant gear ratio)(CGR)를 갖지만, 그러나 제1 래크(20)와 제2 래크(21)는 피치가 축방향으로 변한다는 것을 의미하는 가변 기어비(variable gear ratio)(VGR)를 가질 수 있다. 또한, 각각의 제1 래크(20) 및 제2 래크(21)의 래크 톱니 방향(톱니 폭방향)은 모두 샤프트 부재(11)의 축방향과 직교하지만, 그러나 상기 방향은 샤프트 부재(11)의 축방향과 대각선 위치에 있을 수 있다.
상기 래크 바아(10)는 이하의 방식으로 제조된다.
먼저, 원형 단면을 갖는 단일의 중공 샤프트 부재(11)의 축방향 단부 부분이 프레스 가공에 의해 가압되어 평탄해지고, 상기 샤프트 부재(11)의 축방향으로 연장되는 평탄면이 샤프트 부재(11)의 축방향 단부 부분의 외면 상에 형성된다. 이런 예비 몰딩은 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분 및 제2 단부 부분의 각각에 적용되며, 따라서 상기 제1 래크(20)에 대응하는 제1 평탄면 및 상기 제2 래크(21)에 대응하는 제2 평탄면이 형성된다.
그 후, 톱니 다이가 상기 평탄면에 대해 가압되고, 상기 톱니 다이가 상기 평탄면에 대해 가압된 상태에서, 맨드렐이 샤프트 부재 내로 압입된다. 샤프트 부재 내로 맨드렐을 압입함으로써, 상기 샤프트 부재의 평탄면에 있는 샤프트 부재의 재료는 상기 맨드렐에 의해 소성 변형되어, 상기 톱니 다이 내로 들어간다. 맨드렐의 압입은 매번 더 큰 맨드렐로 교체되어 반복되므로, 톱니 다이의 치형이 전달되어, 래크 톱니가 상기 평탄면 상에 형성된다. 이런 톱니 형성은, 제1 래크(20) 및 제2 래크(21)를 형성하도록, 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분 및 제2 단부 부분의 각각에 대해 수행된다.
도 3은 샤프트 부재(11)의 예비 몰딩에 사용되는 프레스 기계의 예를 도시하고 있다.
프레스 기계(100)는 베이스(101), 서로 대면하는 가동 다이(103) 및 고정 다이(104)를 갖는 프레스 다이(102), 상기 고정 다이(104)와 대향하는 방향으로(이하, 업-다운 방향) 상기 가동 다이(103)를 이동시키는 구동 유닛(105), 및 상기 샤프트 부재(11)를 제거 가능하게 지지하는 한 쌍의 척(chuck)(106)을 포함한다.
상기 한 쌍의 척(106)은 동일한 선 상에 배치되며, 상기 한 쌍의 척(106)이 배치된 동일한 선이 샤프트 부재(11)의 중심 축선(A)과 매칭된 상태에서, 샤프트 부재(11)는 상기 한 쌍의 척(106)에 의해 중심 축선(A) 둘레에 회전 가능하게 유지된다. 상기 한 쌍의 척(106)에 의해 유지된 샤프트 부재(11)의 축방향의 한쪽 단부 부분은 고정 다이(104) 상에 위치된다.
제1 예비 몰딩
먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분이 고정 다이(104) 상에 위치된다. 상기 고정 다이(104) 상에 위치된 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분은, 가동 다이(103)를 낮춤으로써 상기 가동 다이(103)의 평탄한 몰딩면(103a)과 접촉하며, 상기 몰딩면(103a)과 접촉하는 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분이 가압되어 평탄해진다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 평탄면(F1)이 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분의 외면 상에 형성된다.
제2 예비 몰딩
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 샤프트 부재(11)는 한 쌍의 척(106)으로부터 일시적으로 제거되고, 샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분이 고정 다이(104) 상에 위치된다. 제1 예비 몰딩 단계와 동일한 방식으로, 상기 가동 다이(103)의 몰딩면(103a)과 접촉하는 샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분이 가압되어 평탄해진다. 이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 평탄면(F2)이 샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분의 외면 상에 형성된다.
제2 평탄면(F2)은 제1 평탄면(F1)에 대하여 상기 샤프트 부재(11)의 중심 축선(A) 둘레에서 회전 각도(θ)의 위치에 형성된다. 이런 회전 각도(θ)는 래크 바아(10)의 제1 래크(20)와 제2 래크(21) 사이에 설정된 각도 위치 차이와 등가이며, 또한 지그를 사용함으로써 얻어진다.
도 8 및 도 9는 프레스 기계(100)의 일부를 도시하고 있다.
프레스 기계(100)는 제1 평탄면(F1)과 제2 평탄면(F2) 사이에 각도 위치 차이(θ)를 설정하기 위해 지그를 추가로 포함한다. 상기 지그는 제1 지그(107) 및 제2 지그(108)를 포함한다.
상기 제1 지그(107)는 베이스(101) 상의 소정 위치에 설치되고, 또한 동일한 베이스(101) 상에 설치된 프레스 다이(102)와 제1 지그(107) 사이의 위치 관계는 고정되어 있다. 그 후, 제2 예비 몰딩 단계에서, 샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분이 프레스 다이(102)의 고정 다이(104) 상에 위치된 상태에서, 상기 제1 지그(107)가 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분의 측방에 배치된다. 이런 제1 지그(107)는 가동 다이(103)의 몰딩면(103a)과 직교하여 배치되는 기준면(107a)을 갖는다.
상기 제2 지그(108)는 제1 지그(107)로부터 분리 가능하도록 구성되며, 또한 상기 제1 지그(107)의 기준면(107a)이 접촉하는 접촉면(108a), 및 상기 샤프트 부재(11)의 제1 평탄면(F1)이 접촉하는 위치 결정면(108b)을 포함한다. 상기 접촉면(108a)과 위치 결정면(108b) 사이의 각도(ψ)는 90°+ θ 로 설정된다.
도 10은 제1 지그(107) 및 제2 지그(108)를 이용하여 제1 평탄면(F1)에 대한 제2 평탄면(F2)의 각도 위치가 어떻게 설정되는지를 도시하고 있다.
제2 예비 몰딩 단계에 있어서, 샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분이 고정 다이(104) 상에 위치되고 또한 상기 샤프트 부재(11)가 상기 한 쌍의 척(106)에 유지된 상태에서, 제2 지그(108)의 접촉면(108a)은 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분의 측방에 배치된 제1 지그(107)의 기준면(107a)과 접촉하게 된다. 상기 접촉면(108a)이 기준면(107a)과 접촉한 상태에서, 제2 지그(108)는 샤프트 부재(11)의 위에 배치되고, 상기 제2 지그(108)의 위치 결정면(108b)은 가동 다이(103)의 몰딩면(103a)에 대해 각도(θ)만큼 경사져서, 상기 샤프트 부재(11)와 대향하도록 배치된다.
그 후, 상기 제2 지그(108)가 제1 지그(107)의 기준면(107a)을 따라 샤프트 부재(11)를 향해 이동되고, 상기 샤프트 부재(11)는 중심 축선(A)의 둘레로 회전되며, 제2 지그(108)의 위치 결정면(108b) 및 상기 샤프트 부재(11)의 제1 평탄면(F1)은 서로 평행하게 접촉하게 된다. 제2 지그(108)의 위치 결정면(108b)은, 가동 다이(103)의 몰딩면(103a)에 대해 각도(θ)만큼 경사지도록 배치되며, 상기 위치 결정면(108b)이 접촉하는 샤프트 부재(11)의 제1 평탄면(F1)은 또한 몰딩면(103a)에 대하여 각도(θ)만큼 경사지도록 배치된다.
예를 들어, 상기 한 쌍의 척(106)을 로킹함으로써, 상기 샤프트 부재(11)의 제1 평탄면(F1)이 가동 다이(103)의 몰딩면(103a)에 대해 각도(θ)만큼 경사지도록 배치된 상태에서는, 샤프트 부재(11)의 회전이 차단되고, 샤프트 부재(11)가 위치된다. 그 후, 전술한 제2 예비 몰딩 단계가 위치 결정된 샤프트 부재(11)에 대해 수행되고, 따라서 샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분의 외면 상에 제2 평탄면(F2)이 형성된다.
샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분 상에 형성된 제2 평탄면(F2)은 가동 다이(103)의 몰딩면(103a)과 평행하게 되며, 다른 한편으로는, 상기 샤프트 부재의 제1 단부 부분 상에 형성된 제1 평탄면(F1)이 상기 몰딩면(103a)에 대해 각도(θ)만큼 경사지도록 배치되며, 이에 따라 제1 평탄면(F1)과 제2 평탄면(F2) 사이에는 각도 위치 차이(θ)가 설정된다.
따라서 프레스 다이(102)의 몰딩면(103a)에 대해 각도(θ)만큼 경사지도록 배치된 위치 결정면(108b)을 갖는 지그의 사용에 의해, 전술한 제2 몰딩 단계에서 상기 샤프트 부재(11)를 위치 결정시켜 상기 지그의 위치 결정면(108b)을 제1 평탄면(F1)과 접촉시킴으로써, 예를 들어 상기 한 쌍의 척(106)의 회전 각도가 인코더에 의해 검출되고 그 후 샤프트 부재(11)가 위치된 경우에 비해, 상기 제1 평탄면(F1)과 제2 평탄면(F2) 사이의 각도 위치 차이(θ)가 용이하게 그리고 고정밀도로 설정될 수 있다.
또한, 상기 지그가 샤프트 부재(11)의 측방향 위치에 고정되는 제1 지그(107)와 상기 제1 지그(107)로부터 분리 가능하도록 구성되는 제2 지그(108)로 분할되고, 또한 상기 제2 지그(108)를 후퇴시킴으로써 상기 샤프트 부재(11)가 전술한 제1 예비 몰딩 단계 및 제2 예비 몰딩 단계에서 상기 한 쌍의 척(106) 내에 삽입되었을 때, 상기 위치 결정면(108b)이 제2 지그(108) 상에 제공되고, 또한 상기 제2 지그(108)를 상기 고정된 제1 지그(107)에 접촉시킴으로써 상기 샤프트 부재(11)가 전술한 제2 예비 몰딩 단계에 위치되었을 때, 상기 샤프트 부재(11)가 상기 한 쌍의 척(106) 내에 용이하게 삽입될 수 있기 때문에, 상기 몰딩면(103a)에 대한 상기 위치 결정면(108b)의 경사 각도(θ)가 용이하게 그리고 고정밀도로 재생될 수 있다.
이어서, 상기 샤프트 부재(11) 상에 형성되는 톱니가 기재된다.
도 11 및 도 12는 샤프트 부재(11) 상에 톱니를 형성하는 데 사용되는 톱니 형성 기계의 예를 도시하고 있다.
톱니 형성 기계(200)는 베이스(201), 다이(202), 상기 샤프트 부재(11) 내로 삽입되는 다수의 맨드렐(203), 상기 다수의 맨드렐(203)을 유지하기 위한 맨드렐 홀더(204), 상기 맨드렐(203)을 가압하기 위한 제1 푸시 로드(205a) 및 제2 푸시 로드, 상기 제1 푸시 로드(205a)를 구동하는 제1 구동 유닛(206a) 및 상기 제2 푸시 로드(205b)를 구동하는 제2 구동 유닛(206b)을 포함한다. 상기 맨드렐 홀더(204), 제1 푸시 로드(205a), 및 제1 구동 유닛(206a)은 상기 다이(202)를 가로 질러 제2 푸시 로드(205b) 및 제2 구동 유닛(206b)의 반대측에 배치된다.
상기 다이(202)는 상부 다이(207) 및 하부 다이(208)를 포함한다. 상부 다이(207)는 도면에 도시되지 않은 몰드 클램핑 기구에 의해 업-다운 방향으로 이동되며, 상기 샤프트 부재(11)는 상부 다이(207)와 하부 다이(208) 사이에 협지된다. 톱니 다이(209)는 상부 다이(207)에 제거 가능하게 삽입되고, 상기 톱니 다이(209)는 샤프트 부재(11) 상에 형성되는 래크 톱니에 대응하는 톱니 형상으로 형성된 몰딩면을 갖는다.
상기 맨드렐 홀더(204)는, 다이(202)에 의해 유지된 샤프트 부재(11)의 축방향과 평행하게 상기 맨드렐 홀더(204)를 관통하는 다수의 유지 챔버(210)를 가지며, 각각의 유지 챔버(210)에는 맨드렐(203)이 수납된다. 상기 맨드렐 홀더(204)에 의해 유지된 다수의 맨드렐(203)은 서로 상이한 크기(외경)를 갖는다. 상기 맨드렐 홀더(204)는 도면에는 도시되지 않은 홀더 구동 유닛에 의해 회전-구동된다. 상기 맨드렐 홀더(204)가 회전-구동될 때마다, 상기 다수의 유지 챔버(210) 중 하나는 상기 다이(202)에 의해 유지된 샤프트 부재(11)의 중심 축선(A) 상에 배치된다.
제1 푸시 로드(205a)는 다이(202)에 의해 맨드렐 홀더(204)를 협지하고, 또한 상기 다이(202)에 의해 유지된 샤프트 부재(11)의 중심 축선(A) 상에 배치된다. 제1 푸시 로드(205a)가 제1 구동 유닛(206a)에 의해 구동될 때, 맨드렐 홀더(204)의 다수의 유지 챔버(210) 중 샤프트 부재(11)의 중심 축선(A) 상에 배치된 하나의 유지 챔버(210) 내에 수납된 제1 푸시 로드(205a) 및 맨드렐(203)은, 샤프트 부재(11)의 축방향으로 한쪽 측부 상의 단부 개구를 통해 샤프트 부재(11) 내로 삽입된다.
상기 제2 푸시 로드(205b)는, 다이(202)를 가로질러 제1 푸시 로드(205a)의 반대측 상에서, 상기 다이(202)에 의해 유지된 샤프트 부재(11)의 중심 축선(A) 상에 배치된다. 제2 푸시 로드(205b)가 제2 구동 유닛(206b)에 의해 구동될 때, 제2 푸시 로드(205b)는 샤프트 부재(11)의 축방향으로 다른 쪽 측부 상의 단부 개구를 통해 샤프트 부재(11) 내로 삽입된다.
이하의 기재에 있어서, 제1 평탄면(F1)이 형성된 샤프트 부재(11)의 제1 단부 부분측 상의 단부 개구는 제1 단부 개구(11A)로 지칭되고, 제2 평탄면(F2)이 형성된 샤프트 부재(11)의 제2 단부 부분측 상의 단부 개구는 제2 단부 개구(11b)로 지칭된다.
도 13 내지 도 16은 톱니 형성 기계(200)를 사용하는 톱니 형성 단계를 도시하고 있다.
제1 톱니 형성
먼저, 도 13에 도시된 바와 같이, 샤프트 부재(11)의 제1 단부 개구(11A)가 맨드렐 홀더(204)를 향해 지향되도록, 샤프트 부재(11)가 다이(202) 상에 설정되며, 상기 제1 평탄면(F1)은 상기 상부 다이(207)에 부착된 톱니 다이(209)의 몰딩면과 대향하도록 배치되며, 상기 샤프트 부재(11)는 다이(202)의 상부 다이(207)와 하부 다이(208)에 의해 협지된다.
그 후, 제1 푸시 로드(205a)가 제1 구동 유닛(206a)에 의해 구동되고, 상기 맨드렐 홀더(204)에 수납된 다수의 맨드렐(203) 중 하나는 샤프트 부재(11)의 제1 단부 개구(11A)를 통해 상기 샤프트 부재(11) 내로 압입된다. 맨드렐(203)은 상기 제1 평탄면(F1)의 전체 길이를 가로질러 압입된다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 푸시 로드(205b)가 제2 구동 유닛(206b)에 의해 구동되어, 상기 샤프트 부재(11)의 제2 단부 개구(116b)를 통해 샤프트 부재(11) 내로 삽입된다. 샤프트 부재(11) 내로 압입된 맨드렐(203)은 제2 푸시 로드(205b)에 의해 푸시백되고, 상기 샤프트 부재(11)의 제1 단부 개구(11A)를 통해 샤프트 부재(11)로부터 방출되어, 상기 맨드렐 홀더(204)의 유지 챔버(210)에 다시 수납된다. 이런 방식으로, 상기 제1 평탄면(F1)의 전체 길이에 대한 맨드렐(203)의 왕복동 운동 중에, 상기 톱니 다이(209)의 몰딩면에 대해 가압된 샤프트 부재(11)의 제1 평탄면(F1)의 재료는, 맨드렐(203)에 의해 톱니 다이(209)를 향해 소성 변형된다.
샤프트 부재(11) 내로 압입된 맨드렐(203)은, 맨드렐 홀더(204)에 수납된 다수의 맨드렐(203)로부터 선택된 더욱 큰 맨드렐로 매번 교체되며, 또한 상기 제1 평탄면(F1)의 전체 길이에 대한 맨드렐(203)의 왕복동 운동을 반복함으로써, 샤프트 부재(11)의 제1 평탄면(F1)에 있는 샤프트 부재(11)의 재료가 톱니 다이(209)를 향해 소성 변형되어, 상기 톱니 다이(209)의 몰딩면 내로 점진적으로 진입하며, 상기 제1 래크(20)의 래크 톱니를 형성하도록 상기 몰딩면에 형성된 치형이 전달된다.
제2 톱니 형성
그 후, 다이(202)가 한번 개방되며, 또한 도 15에 도시된 바와 같이, 샤프트 부재(11)의 제2 단부 개구(11B)가 맨드렐 홀더(204)를 향해 지향되도록 상기 샤프트 부재(11)가 다이(202)에 설정되며, 상기 제2 평탄면(F2)은 상부 다이(207)에 부착된 톱니 다이(209)의 몰딩면과 대향하도록 배치되고, 상기 샤프트 부재(11)는 다이(202)의 상부 다이(207)와 하부 다이(208)에 의해 협지된다.
그 후, 제1 푸시 로드(205a)가 제1 구동 유닛(206a)에 의해 구동되고, 상기 맨드렐 홀더(204)에 수납된 다수의 맨드렐(203) 중 하나가 샤프트 부재(11)의 제2 단부 개구(11B)를 통해 상기 샤프트 부재(11) 내로 압입된다. 상기 맨드렐(203)은 제2 평탄면(F2)의 전체 길이를 가로질러 삽입된다.
이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 제2 푸시 로드(205b)가 제2 구동 유닛(206b)에 의해 구동되어, 상기 샤프트 부재(11)의 제1 단부 개구(11A)를 통해 샤프트 부재(11) 내로 삽입된다. 샤프트 부재(11) 내로 압입된 맨드렐(203)은, 제2 푸시 로드(205b)에 의해 푸시백되고, 상기 샤프트 부재(11)의 제2 단부 개구(11B)를 통해 샤프트 부재(11)로부터 방출되어, 맨드렐 홀더(204)의 유지 챔버(210)에 다시 수납된다. 이런 방식으로, 제2 평탄면(F2)의 전체 길이에 대한 맨드렐(203)의 왕복동 운동 중에, 상기 톱니 다이(209)의 몰딩면에 대해 가압된 샤프트 부재(11)의 제2 평탄면(F2)에 있는 샤프트 부재(11)의 재료는 상기 맨드렐(203)에 의해 톱니 다이(209)를 향해 소성 변형된다.
샤프트 부재(11) 내로 압입되는 맨드렐(203)은 맨드렐 홀더(204)에 수납된 다수의 맨드렐(203)로부터 선택된 더욱 큰 맨드렐로 매번 교체되며, 제2 평탄면(F2)의 전체 길이에 대해 맨드렐(203)의 왕복동 운동을 반복함으로써, 상기 샤프트 부재(11)의 제2 평탄면(F2)의 재료가 톱니 다이(209)를 향해 소성 변형되어, 톱니 다이(209)의 몰딩면 내로 점진적으로 진입하며, 제2 래크(21)의 래크 톱니를 형성하도록 상기 몰딩면에 형성된 치형이 전달된다.
제1 톱니 형성 단계에서는, 제1 래크(20)의 래크 톱니의 치형에 대응하는 다수의 맨드렐(203) 및 톱니 다이(209)가 사용된다. 제2 톱니 형성 단계에서는, 제2 래크(21)의 래크 톱니의 래크 톱니의 톱니 형태에 대응하는 다수의 맨드렐(203) 및 톱니 다이(209)가 사용된다. 상기 제1 톱니 형성 단계 및 제2 톱니 형성 단계는 번갈아 수행된다. 즉, 제1 톱니 형성 단계가 먼저 수행될 수 있거나, 또는 제2 톱니 형성 단계가 먼저 수행될 수 있다.
전술한 바와 같은 래크 바아(10)를 제조하기 위한 방법에 따라, 제1 예비 몰딩 단계를 통해 형성된 제1 평탄면(F1)과 제2 예비 몰딩 단계를 통해 형성된 제2 평탄면(F2) 사이의 각도 위치 차이(θ)가 고정밀도로 설정된다. 따라서 제1 톱니 형성 단계를 통해 제1 평탄면(F1) 상에 형성된 제1 래크(20)와 제2 톱니 형성 단계를 통해 제2 평탄면(F2) 상에 형성된 제2 래크(21)의 각도 위치 차이 또한 고정밀도로 설정된다.
상기 제1 래크(20)와 제2 래크(21) 사이에 고정밀도의 각도 위치 차이를 갖는 래크 바아(10)가 단일의 중공 샤프트 부재(11)로 형성될 수 있기 때문에, 완전히 중실인 샤프트 부재 또는 부분적으로 중공인 샤프트 부재로 형성된 래크 바아보다는 경량의 중량을 갖는다. 또한, 개별적으로 형성된 래크 톱니를 각각 갖는 2개의 샤프트 부재를 결합함으로써 형성된 래크 바아에 비해 생산성이 향상될 수 있다.
본 출원은 2017년 3월 16일자로 출원된 일본 특허출원 제2017-051737호를 기초로 하며, 그 전체 내용이 여기에 참조 인용되었다.

Claims (3)

  1. 래크 바아의 축선 둘레의 각도 위치 차이가 제1 래크와 제2 래크의 사이에 제공되는, 축방향으로 서로 이격되어 제공되는 제1 래크 및 제2 래크를 갖는 래크 바아를 제조하기 위한 방법으로서:
    단일의 중공 샤프트 부재의 제1 단부 부분의 외주 상에 상기 축방향으로 연장되는 제1 평탄면을 형성하는 단계;
    상기 제1 평탄면에 대해 상기 각도 위치 차이를 갖는 위치에, 상기 중공 샤프트 부재의 제2 단부 부분의 외주 상에 상기 축방향으로 연장되는 제2 평탄면을 형성하는 단계;
    상기 제1 평탄면에 있는 상기 중공 샤프트 부재의 재료가 톱니 다이를 향해 소성 변형되는 것을 유발시키도록, 상기 제1 래크에 대응하는 톱니 다이가 상기 제1 평탄면에 대해 가압된 상태에서, 상기 중공 샤프트 부재의 상기 제1 단부 부분의 측부 상에 상기 중공 샤프트 부재의 제1 개구를 통해 상기 중공 샤프트 부재 내로 맨드렐을 압입함으로써 상기 제1 래크를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 평탄면에 있는 상기 중공 샤프트 부재의 재료가 상기와 동일한 톱니 다이 또는 상이한 톱니 다이를 향해 소성 변형되는 것을 유발시키도록, 상기 제2 래크에 대응하는 상기와 동일한 톱니 다이 또는 상이한 톱니 다이가 상기 제2 평탄면에 대해 가압된 상태에서, 상기 중공 샤프트 부재의 상기 제2 단부 부분의 측부 상에 상기 중공 샤프트 부재의 제2 개구를 통해 상기 중공 샤프트 부재 내로 상기와 동일한 또는 상이한 맨드렐을 압입함으로써 제2 래크를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 평탄면을 형성하는 단계는, 프레스 다이의 평탄한 몰딩면에 의해 상기 중공 샤프트 부재의 상기 제2 단부 부분을 평탄하게 하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 단부 부분의 평탄화 단계는 지그의 위치 결정면이 상기 제1 평탄면과 접촉한 상태에서 상기 중공 샤프트 부재를 유지하는 단계를 포함하고, 상기 위치 결정면은 상기 각도 위치 차이와 등가인 미리 설정된 각도만큼 상기 프레스 다이의 상기 평탄한 몰딩면에 대해 경사지도록 배치되는, 래크 바아 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지그는 제1 지그 및 제2 지그를 포함하고, 상기 제1 지그는 상기 프레스 다이의 상기 평탄한 몰딩면과 직교하도록 배치된 기준면을 가지며, 상기 제2 지그는 상기 위치 결정면 및 상기 기준면과 접촉하도록 배치된 접촉면을 가지며, 상기 제2 지그의 상기 위치 결정면은 상기 제2 지그의 상기 접촉면을 상기 제1 지그의 상기 기준면과 접촉시킴으로써, 상기 프레스 다이의 상기 평탄한 몰딩면에 대해 미리 설정된 각도만큼 경사지도록 배치되는, 래크 바아 제조 방법.
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