KR20060054463A - 결합 조향 랙 - Google Patents

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KR20060054463A
KR20060054463A KR1020067005277A KR20067005277A KR20060054463A KR 20060054463 A KR20060054463 A KR 20060054463A KR 1020067005277 A KR1020067005277 A KR 1020067005277A KR 20067005277 A KR20067005277 A KR 20067005277A KR 20060054463 A KR20060054463 A KR 20060054463A
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Abstract

본 발명은 차량의 랙과 피니언 조향장치를 위한 조향랙과 그 제조방법에 관한 것이다. 조향랙은, 관형상의 제 2부재와 이와 결합되어 톱니부를 가진 제 1부재를 포함한다. 제 2부재에는 업셋팅 작업에 의해서, 벽 두께는 증가하고 보어 지름은 감소한 영역이 적어도 하나 존재한다.
Figure 112006018362134-PCT00001
조향랙, 랙, 단조, 업셋팅, 톱니부

Description

결합 조향 랙{COMPOSITE STEERING RACK}
본 발명은 차량의 랙과 피니언 조향장치를 위한 조향랙과 관련이 있으며, 특히 관형상의 부재를 톱니부재에 결합시켜 제조한 랙과 관련이 있다.
대부분의 차량 조향랙은 둥근 중실 막대로 만들어지며, 막대 일단부 근처는 브로우치된 톱니부를 가진다. 이로 인해 톱니부의 단면부는 'D'형태를 가지며 따라서 이러한 랙은 통상 "D-랙"으로 불린다. 이러한 브로우치된 D-랙의 톱니부는 이곳으로부터 뻗어있는 둥근 중실 생크보다 벤딩 강도가 상당히 약해진다. 그러나 조향랙의 무게를 최소화하기 위해서는, 톱니부와 생크는 비슷한 벤딩 강도를 가지는 것이 바람직하다. 이 문제에 대한 통상의 접근방법은 실질적으로 관형상의 생크를 만들기 위해 그 길이 대부분에 걸쳐서 생크를 건드릴(gun drill) 하는 것이다. 그러나 건드릴은 재료의 낭비와 상대적으로 높은 제조비용으로 불리하다.
둥근 중실막대로부터 조향랙을 제조하는 대안의 방법은 톱니부를 단조하는 것이다. 미국 특허 4,571,982(Bishop) 및 미국특허 5,862,701(Bishop et al)는 톱니부를 "넷 세이프"로 플래시리스 웜 단조하기 위한 다이장치를 개시하고 있다. "넷 세이프"란 단조된 랙 톱니들이 단조한 후에 더 이상 가공을 요하지 않는 것을 의미한다. 단조의 이점은 랙 톱니들이 다양한 기어비율을 가지도록 형성될 수 있다는 점이다. 본 형태의 다이로 단조된 랙의 톱니부 단면은 'Y'형태를 가지며, 그러한 랙은 통상 "Y-랙"으로 불린다. 단조된 "Y-랙"의 톱니부는, 같은 지름의 중실 막대를 브로우치한 D-랙의 톱니부보다 더 강한 벤딩 강도를 가지기 때문에, Y-랙은 전반적으로 벤딩 강도를 유지하면서도, 더 작은 지름의 막대로부터 단조될 수 있다. 그러나, Y-랙의 생크는 무게를 줄이기 위해서 여전히 건드릴 된다.
튜브 자재로부터 관형상의 조향랙을 제조함으로써 무게를 더 줄이기 위한 많은 시도가 있었다. 미국특허 4,598,451(타카노스케)에는 한정된 생산양에서 사용되는 하나의 방법이 개시되어 있는데, 일련의 만드릴을 평평해진 튜브를 통과해서 지나가게 하여 외측 톱니다이를 점차적으로 메우게 된다. 이 방법은 시간과 비용이 많이 들며 대량생산에는 적합하지 않다. 더욱이 생산될 수 있는 톱니의 크기가 튜브의 두께에 의해 제한되어, 다양한 비율의 톱니를 가진 랙을 생산하는 데 적합하지 않다.
"결합 랙"은 두 개 또는 더 많은 부재를 서로 결합하여 만든 랙으로 정의된다. 전형적으로는 결합 랙은, 튜브로부터 만든 생크를 짧은 중실 랙부재에 결합하여 만들어진다. 이러한 결합 랙은 튜브위에 랙 톱니를 형성해야 하는 제한없이 무게가 감소하는 이점이 있다. 한정된 생산량에서 결합 랙을 만드는 다양한 방법이 제안되고 사용된다. 예를 들면, 결합 조향 랙은 혼다의 "오딧세이"차량에 사용되었다. 이 랙은 관형상의 생크를 짧은 중실의 단조된 D-랙에 용접하여 만들어졌다. 전형적으로, 유압 조향장치를 위한 조향 랙은 유압 피스톤을 위치시키기 위해서 생크 약 중간 지점에 외측 원주상의 홈을 가지고 있다. 혼다 "오딧세이" 랙의 불리한 것은, 종공 생크가 전 길이를 통해서 균일한 벽 두께를 가지기 때문에, 랙을 약화시키지 않고서 생크의 외주면에 이러한 홈을 가공하기 위해서는 생크가 충분히 두꺼워야 한다는 점이다. 튜브의 벽은 또한 일단부에 타이 로드엔드를 결합하기 위한 내부 나사 가공을 위해서도 충분히 두꺼워야 한다. 벽 두께에 있어서 이러한 국부적인 제한은 균일한 두께의 관형상의 생크를 가지는 결합 랙은, 결함랙의 무게 감소 가능성을 충분히 이용하지 못한다는 것을 의미한다.
본 발명은 이러한 선행 기술의 불리한 점의 일부를 개선하기 위한 것이다.
본 발명의 첫번째 점은 차량의 랙과 피니언 조향장치의 조향랙에 있어서, 제 1부재는 톱니부를 갖고 관형상의 제 2부재에 결합되어 있으며, 상기 제 2부재는 업셋팅 작업에 의해서 벽 두께는 증가하고 보어 지름은 감소한 최소한 하나의 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 조향랙으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 벽 두께가 증가한 부분과 이와 인접하는 상기 제 2부재의 부분은 실질적으로 동일한 외경을 갖는다.
바람직하게는, 상기 벽 두께가 증가한 부분은 외부의 원주홈을 갖는다.
바람직하게는, 상기 업셋팅 작업은 상기 제 1부재와 상기 제 2부재를 서로 결합하기 전에 수행된다.
바람직하게는, 상기 제 1, 제 2부재는 용접에 의해 서로 결합된다.
바람직하게는, 상기 제 1부재는 실질적으로 중실부재이다.
바람직하게는, 상기 톱니부는 플래시리스 웜 단조된다.
본 발명의 두번째 점은 차량의 랙과 피니언 조향장치의 조향랙 제조방법은
(i) 블랭크를 톱니부를 갖는 제 1부재의 형상으로 단조하는 과정과
(ii) Y상기 제 1부재를 관형상의 제 2부재에 용접에 의해서 결합시키는 과정을 포함하며, 상기 제 2부재가 벽 두께는 증가하고 보어 지름은 감소한 최소한 하나의 부분을 갖도록, 상기 제 2부재는 튜브에 업셋팅 작업을 하여 제작되는 것을 특징으로 조향랙 제조방법이다.
바람직하게는, 상기 업셋팅 작업은 상기 튜브의 외경을 실질적으로 변화시키지 않는다.
바람직하게는, 업셋팅 작업후에 원주홈이 상기 벽 두께 증가 부분의 외경에 가공된다.
바람직하게는, 상기 단조는 플래시리스 웜 단조를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (ii)단계에 앞서서 상기 제 1부재의 단부를 다듬질 작업한다.
바람직하게는, 상기 (ii)단계에 앞서서 상기 톱니부가 인덕션 경화된다.
도 1은 본 발명에 의한 결합 조향 랙의 투시도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 랙에서 단조된 랙 톱니부재의 단면도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 단조된 랙 톱니부재의 Ⅲ-Ⅲ 부분의 단면도이다.
도 4는 도 1에서 도시된 랙에서 관형상의 생크부재의 단면도이다.
도 1은 단조된 랙 톱니부재(2)와 관형상의 생크부재(3)를 포함하는 본 발명에 따른 결합 조향 랙(1)을 나타낸다. 톱니부재(2)에는 충분한 길이의 톱니부(4)와 타이로드를 결합하기 위해 내부에 나사가 있는 타이 로드엔드(5)와 그리고 그 반대쪽에 조인트 엔드(6)이 있다. 톱니부재(2)는 미국 특허 4,571,982(Bishop) 및 미국특허 5,862,701(Bishop et al)에 개시된 것과 유사한 다이 장치에서 중실의 원통형 블랭크(도시 안됨)로부터 플래시리스 웜 단조 된다. 톱니부(4)는 넷 세이프로 단조되어 그 위의 톱니들은 더이상의 가공을 요하지 않는다. 톱니부(4)의 단면은 도 3에서 보인 것처럼 'Y'형상을 가진다. 톱니부재(2)가 웜 단조되면, 다음으로 톱니부(4)가 인덕션 경화처리된다. 톱니부재(2)의 끝단은 도 2에 도시된 것처럼 타이 로드엔드(5)와 조인트엔드(6)를 위한 가공을 위해서 소프트하게 남겨진다. 조인트엔드(6)는 가공되어 돌출한 고리모양의 형상을 가지며 그 외경과 내경은 관형상의 생크부재(3)의 조인트엔드(7)과 유사하다. 관형상의 생크부재(3)의 내부를 통과하는 공기 통풍을 위해서 공기통로(9)를 엔드(6)에 드릴링한다.
관형상의 생크부재(3)은 일정한 지름과 벽 두께를 가지는 일정길이의 튜브(도시 안됨)로부터 가공된다. 도 4를 보면, 관형상의 생크부재(3)는 그 길이방향을 따라서 일정한 벽 두께와 외경을 가지나, 일정영역(10,12)은 국부적인 업셋팅작업에 의해 벽 두께는 증가하고 보어지름은 감소한다. 두꺼워진 영역(12)은 증가한 벽 두께(13)를 가지며, 유압피스톤(도시 안됨)을 위치시키기 위하여 외주부분에 가공된 원주홈(14)을 가진다. 두꺼워진 영역(12)의 외경은 업셋팅작업에 의해서 실질적으로 변화하지 않으며, 관형상의 생크부재(3)에서 바로 인접한 부분(21)과 실 질적으로 동일하다. 원주홈(14)은 벽 두께가 증가한 부분에 있기 때문에, 원주홈(14)으로 인해 관형상의 생크부재(3)가 약해지지는 않는다.
두꺼워진 영역(10)이 관형상의 생크부재(3)의 일 단부에 존재하며, 타이 로드엔드와 결합을 위해 내부에 나사산(8)이 가공되어 있다. 두꺼워진 영역(12)과 달리, 이 영역(10)의 외경은 업셋팅작업에 의해서 줄어든다.
업셋팅작업에 따른 국부적인 두께증가 때문에, 관형상의 생크부재(3)는 균일한 두께의 관형상의 생크부재일 때 요구되는 두께보다 더 얇은 두께의 벽을 가진 튜브로부터 만들어질 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 의해서 외경이 약 26mm인 랙이 벽 두께가 약 4mm인 튜브를 업셋팅해서 만들어질 수 있다. 이 튜브는 벽의 두께를, 이를테면 두꺼워진 영역(12)이 약 5.5mm의 두께가 되도록 업셋팅 되어서 홈(14)이 가공된 경우에도 충분한 강도를 제공한다. 업셋팅없이 튜브로부터 만들어진 생크라고 한다면 홈(14)의 부분에서 동일한 강도를 갖기 위해서는 전 길이를 통해서 두께는 최소한 5.5mm가 될 것을 요하며, 따라서 그러한 랙은 본 발명에 따라서 제작된 것보다 상당히 더 무거울 것이다.
업셋팅작업은 튜브를 국부적으로 가열하고, 튜브의 외경을 롤러나 이와 유사한 수단에 의해서 제한한 상태에서 튜브를 축방향으로 압축하여 행한다. 외경을 제한하는 것에 의해서, 일정영역(10),(12)에서 튜브는 안쪽으로 업셋팅되고 따라서 벽 두께가 증가하고 보어지름은 감소한다.
톱니부재(2)와 관형상의 생크부재(3)가 위에서 상술한 대로 만들어진 다음에, 이들은 용접에 의해서 결합된다. 톱니부재(2)의 조인트엔드(6)가 관형상의 생 크부재(3)의 조인트엔드(7)에, 바람직하게는 마그네틱 아크 또는 마찰이나 레이져 용접과정에 의해서, 용접된다. 용접을 한 후에는 외부의 용접자국은 통상적인 방법으로 제거될 수 있다. 그리고 용접부위에 스트레스 릴리빙 작업을 행한다. 용접의 충실도를 크랙 검출 과정에의해서 체크한다. 용접후에는 관형상의 생크부재(3)은 인덕션 경화처리되어 최종적인 사이즈가 된다.
용접과정중에 휨이나 축이 어긋나는 것은 최소화하기 위해서, 톱니부재와 관형상의 생크부재는 고정구에 고정되고 용접작업은 자동으로 이루어진다. 용접은 추가적인 교정작업이 필요없을 정도로 제어된다.
위에서 상술한 실시예에서는 'Y'형태의 톱니부재를 이용하나, 다른 형태의 톱니부재, 예를 들어 'D'형태의 톱니부재도 이용할 수 있다. 또한 톱니부재는 단조가 아니라 가공작업, 예를 들어 브로우칭에 의해서도 만들어질 수 있다. 톱니부재의 톱니들은 일정한 또는 다양한 비율의 형상을 가질 수 있다.
본 발명은 관형상의 부재를 톱니부재에 결합시켜 제조한 랙으로 차량의 랙과 피니언 조향장치를 위한 조향랙 제작에 이용되어 산업상 이용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 톱니부를 가지고 있고 관형상의 제 2부재에 부착된 제 1부재를 포함하고 있는, 차량의 랙과 피니언 조향장치의 조향랙에 있어서, 상기 제 2부재는 업셋팅 작업에 의해서 벽 두께는 증가하고 보어 지름은 감소한 영역을 적어도 하나 갖는 것을 특징으로 하는 조향랙.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 벽 두께가 증가한 영역과, 상기 제 2부재의 상기 벽두께가 증가한 영역에 바로 인접하는 부분은 실질적으로 동일한 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 조향랙.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 벽 두께가 증가한 영역은 외부의 원주홈을 갖는 것을 특징으로 하는 조향랙.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 업셋팅 작업은 상기 제 1부재와 상기 제 2부재를 서로 부착하기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 조향랙.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 제 1부재와 상기 제 2부재는 용접에 의해서 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 조향랙.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1부재는 실질적으로 중실부재인 것을 특징으로 하는 조향랙.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 톱니부는 플래시리스 웜 단조되는 것을 특징으로 하는 조향랙.
  8. (i) 톱니부를 갖는 제 1부재를 형성하기 위해 블랭크를 단조하는 단계;
    (ii) 상기 제 1부재를 관형상의 제 2부재에 용접에 의해서 부착시키는 단계;
    을 포함하는, 차량의 랙과 피니언 조향장치의 조향랙 제조방법에 있어서, 상기 제 2부재가 벽 두께는 증가하고 보어 지름은 감소한 영역을 적어도 하나 갖도록, 상기 제 2부재는 튜브에 업셋팅 작업을 함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 조향랙 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 업셋팅 작업은 상기 튜브의 외경을 실질적으로 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는 조향랙 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 업셋팅 작업에 이어서 원주홈이 상기 벽 두께가 증가한 영역의 외경에 가공되는 것을 특징으로 하는 조향랙 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 단조는 플래시리스 웜 단조를 포함하는 것을 특징으 로 하는 조향랙 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 (ii)단계에 앞서서 상기 제 1부재의 단부가 다듬질 작업되는 것을 특징으로 하는 조향랙 제조방법.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 (ii)단계에 앞서서 상기 톱니부가 인덕션 경화처리되는 것을 특징으로 하는 조향랙 제조방법.
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