KR20070112804A - 스티어링 랙 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙을 제조하기 위한 방법. 랙은 기어 톱니부와, 대부분의 길이에 걸쳐 일정한 외경과 일정한 벽 두께를 가지는 섕크를 포함하고 있다. 이 제조 방법은 튜브형 부재의 두께부 영역의 보어 내에 길이형 부재를 위치시킨 상태에서 튜브형 부재에 단조 작업을 실행하는 단계를 포함한다. 이러한 단조 작업은 두께부 영역에 기어 톱니부를 형성하고, 길이형 부재는 튜브형 부재 내에 유지된다. 튜브형 부재는 두께부 영역의 외경은 섕크의 외경보다 작고, 두께부 영역의 벽 두께는 섕크의 벽 두께보다 크도록, 일정 길이의 튜브 스톡에 성형 작업을 실행함으로써 제작된다.

스티어링 랙, 섕크, 길이형 부재, 튜브형 부재, 톱니부, 제 1 영역

Description

스티어링 랙 및 그 제조 방법{STEERING RACK AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}

본 발명은 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙에 관한 것이며, 보다 상세하게는 그와 같은 랙을 튜브 스톡으로부터 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 랙 앤 스티어링 기어의 스티어링 랙은 둥근 중실 바아형 스톡으로부터 한쪽 단부 근처의 바아에 브로치로 천공된 톱니부 영역을 구비하여 제조된다. 그 결과 'D' 형상을 가진 톱니부 영역이 형성되며, 그렇게 만들어지는 랙은 통상 "D-랙"이라고 불린다. 그와 같은 브로치로 천공된 D-랙은 그것으로부터 연장된 둥근 중실 섕크보다 상당히 낮은 굽힘 강도를 가진다. 하지만, 스티어링 랙의 중량을 최소화하기 위해서는, 톱니부 영역과 섕크가 비슷한 굽힘 강도를 가지는 것이 바람직하다. 이 문제에 대한 한가지 일반적인 접근법은 섕크에 그것의 대부분의 길이에 걸쳐 건 드릴 가공을 하여 대략 튜브형의 섕크를 만드는 것이다. 하지만, 건 드릴 가공은 재료 낭비가 심하고 비교적 고가의 공정이라는 단점이 있다. 랙의 톱니부 영역을 브로치 천공의 또다른 단점은 브로치 천공으로는 가변 기어비의 톱니부를 생산할 수 없다는 점이다.

둥근 중실 바아 스톡으로부터 스티어링 랙을 제조하는 또다른 방법으로서는 톱니부 영역을 단조 가공하는 것이다. 미국 특허 4,571,982호(특허권자: Bishop)와 5,862,701호(특허권자: Bishop 등)는 톱니부 영역을 순전 형상(net shape)으로 플래시리스 온간 단조(flashless warm forging)하는 다이 장치를 개시하고 있다. "순전 형상(net shape)" 은 단조된 랙 톱니부가 단조가공 이후에 어떠한 추가적인 기계가공을 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다. 단조가공의 한가지 장점은 랙 톱니부가 가변 기어비를 가지도록 성형될 수 있다는 점이다. 이런 형태의 다이에 의해 단조가공된 랙의 톱니부 영역의 단면은 'Y' 형상을 가지고, 그와 같은 랙은 통상 "Y-랙" 이라 불린다. 단조가공된 Y-랙의 톱니부 영역은 동일한 직경의 중실 바아로부터 브로치 천공된 D-랙의 톱니부 영역보다 큰 굽힘 강도를 가지며, 따라서 Y-랙은 전체에 걸친 굽힘 강도를 유지하면서도 보다 작은 직경의 바아로부터 단조가공될 수 있다. 하지만, Y-랙의 섕크는 중량을 더 경감하기 위해 여전히 통상적으로 건 드릴 가공된다.

WO 2005/053875 A1호(출원인: Bishop Innovation Limited)는 중실 바아로부터 D-랙을 플래시리스 단조 가공하는 다이 장치를 개시하고 있다. 전형적인 Y-랙과는 달리, 전형적인 중실 D-랙의 톱니부 영역의 단면적은 건 드릴 가공 이전의 섕크의 단면적보다 작다. 이것은 전형적인 D-랙은 일정한 직경의 바아 스톡으로부터 플래시리스 단조 가공될 수 없다는 것을 의미한다. 이러한 문제점은 톱니부가 단조가공되어져야 할 영역에서 더 작은 직경을 가지는 중실 바아로부터 D-랙을 단조가공하는 것에 의해 극복될 수 있을 것이다.

중실 랙의 섕크를 건 드릴 가공하는 것의 문제점에 대한 한가지 종래 해법으로서 중실의 톱니부 부재가 용접과 같은 결합 방법에 의해 중공의 섕크에 결합되는 "복합 랙(composite rack)" 이 있다. 복합 랙은 비용의 면에서 효율적일 수 있다. 하지만, 스티어링 랙에 있어서의 결합에는 안전상의 문제로 인해 시장에서 약간의 거부감이 있다.

건 드릴 가공의 또다른 변경된 형태가 EP 0445470 B1호(특허권자: Simon)에 개시되어 있으며, 여기서는 두꺼운 벽을 가진 짧은 길이의 튜브에서 압출시킴으로써 스티어링 랙용 블랭크가 만들어지는 것으로 되어 있다. 결과물인 중공의 블랭크는 톱니부가 절삭되는 두께벽 영역과 섕크용의 상대적으로 얇은 벽 섹션의 영역을 가진다. 하지만, 블랭크를 만드는 이 방법은, 톱니부가 형성되어져야 하는 중공의 영역이 상술한 단조가공 방법들에 적합하지 않기 때문에, 후속하는 톱니부의 단조가공에 적합하지 않으며, 따라서 가변 기어비의 톱니부를 생산하는 데 적합하지 않다. DE 19901425 A1호(출원인: Umformtechnik Bauerle GmbH)호는 톱니부가 절삭되어져야 하는 두께부 영역을 가진 중공의 블랭크를 만드는 또다른 방법을 개시하고 있지만, 이것 역시 단조가공된 톱니부를 생산하는 데에는 부적합하다.

튜브 스톡을 성형하는 것에 의해 스티어링 랙을 제조하려는 수많은 시도가 이루어져 왔다. 하지만, 이들 방법들 중 어떠한 방법도 대량 생산에 널리 사용되지 못하고 있다. 튜브 스톡으로부터 직접적으로 스티어링 랙을 제조하는 데 있어서 한가지 특정의 문제점은 튜브의 보어가 붕괴되는 것에 대비하여 튜브의 보어가 지지되지 않는다면(떠받쳐지지 않는다면) 톱니부는 튜브 상에 단조가공되어질 수 없다는 점이다. 게다가, 튜브 스톡은 톱니부를 형성하기 위해 충분한 벽 두께를 가지고 있어야만 하는데, 이는 랙 중의 섕크에 있어서는 불필요한 정도의 두께로 튜브의 두께가 선정되도록 만들어, 전체로서의 랙이 필요 이상으로 무거워지게 만드는 결과를 초래할 수 있다. 톱니부의 단조가공 동안에 튜브 스톡의 보어 내에 제거가능한 맨드릴을 재치시키는 단조가공 방법들이 제안되었다. 하지만, 이 방법은 많은 문제점들을 가지고 있다. 단조가공 이후에 맨드릴을 제거하는 것은 어려운 일이며, 재료는 틀림없이 강성의 맨드릴 주위로 유동하게 될 것이다.

튜브로부터 직접적으로 스티어링 랙을 성형하는 또다른 방법으로서 먼저 튜브의 한쪽면을 평면가공한 다음에 평면가공된 튜브에 일련의 맨드릴을 관통시켜 다이쪽으로 바깥쪽으로 가압하여 톱니부를 성형하는 것을 포함하는 것이 있다. 이와 같은 방법이 EP 0572105 B1호(특허권자: Tube Forming Co Ltd)에 개시되어 있다. 하지만, 이 방법은 여전히 튜브가 톱니부를 형성할 만큼의 충분한 두께로 되어 있어야만 한다는 한계를 안고 있다. 게다가, 이 방법은 비교적 저속의 공정이고, 큰 기어비 변화를 가지는 가변 기어비의 톱니부를 생성하기에는 그렇게 적합하지 않다.

튜브 스톡에 스티어링 랙의 톱니부를 단조가공하는 한가지 방법이 JP 57-195960 A호(출원인: Jidosha Kiki Co Ltd)에 개시되어 있는데, 여기서는 단조가공 이전에 일정 길이의 튜브 스톡의 보어 내에 중실의 길이형 부재가 위치되는 것으로 되어 있다. 상기 중실의 길이형 부재는 단조가공 동안에 튜브의 보어를 지지하고, 완성된 스티어링 랙의 일부로서 튜브 내에 남겨진다. 이 방법은 일정한 벽 두께를 가지는 튜브 스톡에 톱니부가 단조가공되는 것을 나타내고 있다. 이는 벽 두께가 톱니부를 형성할 만큼 충분해야만 하고, 랙의 섕크에 있어서 필요한 두께보다 더 두꺼워야만하여, 랙이 필요 이상으로 무거워지는 것을 초래한다. 게다가, 중실의 길이형 부재는 튜브 상에 단조가공되는 톱니부에 부가의 강도와 지지력을 제공한다고 확신할 수도 없다. 이는 단조가공되는 튜브와 길이형 부재 사이의 경계면이 상당한 전단 응력을 전달할 수 없기 때문이다. 이 공보의 개시내용은 톱니부가 일정한 외경을 가진 튜브 상에 단조가공되는 것으로 개시하고 있으며, 그 자체로는 어떻게 튜브와 중실의 길이형 부재의 결합 단면적이 도시한 완성된 D-랙의 단면적으로 감소되는 것인지 불분명하다. 유사한 방법이 JP2000-016310 A호(출원인: Kayaba Industry Co Ltd)에 개시되어 있다. 이 공보에서는, 길이형 맨드릴이 톱니부 영역에서 요구되는 단면적의 감소를 달성하기 위한 평면을 한쪽면에 가지고 있지만, 이것 역시 여전히 이 방법에서 개시되는 일정한 벽 두께의 튜브 스톡이 톱니부를 형성할 만큼 충분한 벽두께를 그것의 전체 길이에 걸쳐 가지고 있어야만 한다는 문제점을 극복하지 못하고 있다.

본 발명은 적어도 몇몇의 종래기술의 단점들을 개선한 스티어링 랙 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1 의 양태에 있어서, 본원 발명은 스티어링 랙이 기어 톱니부 및 섕크를 포함하고 있고, 상기 섕크가 대부분의 길이에 걸쳐 일정한 외경과 일정한 벽 두께를 가지고 있도록 되어 있는, 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙을 제조하는 방법으로서, 상기 방법이 튜브형 부재의 제 1 영역의 보어 내에 길이형 부재를 위치시킨 상태에서 상기 튜브형 부재 상에 단조가공 작업을 실행하는 것을 포함하고 있고, 상기 단조가공 작업이 상기 제 1 영역에 기어 상기 기어 톱니부를 형성하고, 그러한 단조가공 작업에 의해 상기 튜브형 부재 내부에 상기 길이형 부재를 유지시키도록 되어 있는, 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙을 제조하는 방법에 있어서, 상기 단조 작업 이전에, 일정 길이의 튜브 스톡에 성형 작업을 실행시킴으로써 상기 튜브형 부재가 제작되어, 상기 제 1 영역의 외경이 상기 섕크의 상기 일정한 외경보다 작게 되고, 상기 제 1 영역의 벽 두께가 상기 섕크의 상기 일정한 벽 두께보다 크게 되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 튜브형 부재는 상기 제 1 영역의 부근에 적어도 하나의 두께부 영역을 가지게 되고, 상기 두께부 영역의 외경의 적어도 일부는 상기 섕크의 상기 일정한 외경과 대략 동일하게 되고, 상기 두께부 영역의 보어의 적어도 일부는 상기 제 1 영역의 보어의 직경과 대략 동일하게 되고, 상기 길이형 부재는 적어도 부분적으로 축선방향으로 상기 두께부 영역과 중첩위치된다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 두께부 영역은 상기 제 1 영역의 양 단부 부근의 2개의 두께부 영역을 포함한다.

바람직하게는, 상기 두께부 영역의 보어의 일부는 직경이 상기 길이형 부재의 직경보다 작고, 이에 의해 상기 단조가공 작업 동안에 상기 길이형 부재를 축선방향으로 구속유지한다.

바람직하게는, 상기 길이형 부재의 한쪽 단부에 한쪽 단부 막힘 구멍이 사전에 성형되어 있고, 상기 단조가공 작업에 후속하여, 통기 구멍이 상기 한쪽 단부 막힘 구멍과 연통하여 통기 통로를 형성하도록, 통기 구멍이 상기 튜브형 부재의 벽을 통과하여 상기 길이형 부재 내로 드릴가공된다.

바람직하게는, 상기 성형 작업은 스웨이징가공 작업이다. 바람직하게는, 상기 제 1 영역은 상기 스웨이징가공 작업 동안에 축선방향으로 압축된다.

바람직하게는 , 상기 길이형 부재는 상기 스웨이징가공 작업 전에 상기 튜브형 부재의 보어 내에 배치되고, 상기 제 1 영역은 상기 길이형 부재 상에서 스웨이징가공된다. 또다른 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 스웨이징가공 작업 동안에, 상기 제 1 영역은 제거가능하고 재사용가능한 스웨이징가공 맨드릴 상에서 스웨이징가공된다.

하나의 바람직한 실시형태에 있어서는, 대략 전체 길이의 상기 튜브 스톡의 외경은 상기 성형 작업에 의해 감소된다.

하나의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 길이형 부재는 상기 성형 작업 후에 상기 제 1 영역의 보어 내에 배치된다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 길이형 부재는 상기 제 1 영역의 보어 내에 압압 끼워맞춤된다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 길이형 부재는 상기 제 1 영역을 가열하여 제 1 영역을 팽창시켜 상기 길이형 부재를 상기 제 1 영역의 보어 내에 삽입한 다음 상기 제 1 영역을 냉각시켜 상기 길이형 부재를 제위치에 수축 끼워맞춤시키는 것에 의해 상기 제 1 영역의 보어 내에 배치된다.

바람직하게는, 상기 길이형 부재는 중실형이고 상기 제 1 영역의 보어의 직경과 대략 동일한 직경을 가진 대략 원통형으로 되어 있다.

바람직하게는, 상기 두께부 영역은 업셋가공 작업에 의해 제작된다. 바람직하게는, 상기 업셋가공 작업은 상기 제 1 영역이 성형되고 상기 길이형 부재가 상기 제 1 영역의 보어 내에 배치된 후에 실행된다.

바람직하게는, 상기 단조가공 작업 동안에, 상기 두께부 영역은 파지되어 지지되어 있다.

하나의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 단조가공 작업 동안에, 상기 튜브형 부재의 보어를 통하여 뻗어 있는 단조가공 맨드릴이 상기 길이형 부재의 축선방향 압출현상에 대항한다.

바람직하게는, 상기 단조가공 작업은 열간 단조가공 작업이다.

바람직하게는, 상기 스티어링 랙은 D-랙이다.

바람직하게는, 상기 튜브형 부재의 일부가 상기 섕크를 형성하고, 상기 섕크는 피스톤을 배치시키도록 되어 있는 홈을 그것의 외경에 기계가공하는 증대된 벽 두께의 영역을 가지고 있다.

바람직하게는, 상기 튜브형 부재의 한쪽 단부는 타이 로드를 부착하도록 되어 있는 암나사가 기계가공되는 증대된 벽 두께의 영역을 가지고 있다.

제 2 의 양태에 있어서, 본원 발명은 상기 방법들 중의 어느 한 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙으로 이루어진다.

제 3 의 양태에 있어서, 본원 발명은 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙으로서, 단조가공 작업에 의해 형성되는 톱니부 영역, 상기 단조가공 작업 전에 상기 튜브형 부재의 보어 내에 배치되고, 축선방향 양 단부 사이에 상기 톱니부 영역이 위치하게 되는 길이형 부재, 및 대부분의 길이에 걸쳐 일정한 외경과 일정한 벽 두께를 가지는 섕크를 포함하고 있는, 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙에 있어서, 상기 톱니부 영역은 상기 섕크의 상기 일정한 외경보다 작은 외경과 상기 섕크의 상기 일정한 벽 두께보다 큰 벽 두께를 가지는 상기 튜브형 부재의 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙으로 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따라 스티어링 랙을 제조하는 방법의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따라 스티어링 랙을 제조하는 데 사용되는 일정 길이의 튜브 스톡을 도시한 도면.

도 3은 도 2의 튜브 스톡을 성형하는 것에 의해 제작된 형성형된 튜브형 부재를 도시한 도면.

도 4는 내부에 중실의 길이형 부재를 위치시킨 상태의 도 3의 형성형된 튜브형 부재를 도시한 도면.

도 5는 도 4의 형성형된 튜브형 부재를 업셋가공하는 것에 의해 제작된 업셋가공 및 형성형된 튜브형 부재를 도시한 도면.

도 6은 도 5의 업셋가공 및 형성형된 튜브형 부재로부터 단조가공된 스티어링 랙을 도시한 도면.

도 7은 도 5의 튜브형 부재의 보어 내에 삽입된 단조가공 맨드릴을 도시한 도면.

도 8은 도 6의 단조가공된 스티어링 랙의 톱니부 영역의 VIII-VIII 단면도.

도 9는 본 발명의 방법에 의해 제조된 완성된 스티어링 랙을 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 방법의 제 2 실시예에 의해 제조된 스티어링 랙을 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 방법의 제 3 실시예의 업셋가공 및 형성형된 튜브형 부재를 도시한 도면.

도 1은 단계 1 내지 6을 포함하는 본 발명에 따라 도 9에 도시한 스티어링 랙(19b)을 제조하는 방법을 개략적으로 도시하고 있다. 스티어링 랙(19b)은 기어 톱니부(20)와 튜브형 섕크(32)를 포함하고 있다. 섕크(32)는 그것의 대부분의 길이에 걸쳐 일정한 외경(33)과 일정한 벽 두께(34)를 가지고 있다.

단계 1은 섕크(32)의 외경과 대략 동일한 일정한 외경과 섕크(32)의 벽 두께(34)와 대략 동일한 일정한 벽 두께를 가진 도 2에 도시된 바와 같은 일정 길이의 튜브 스톡(10a)을 제공하는 것을 포함한다.

단계 2는 도 3에 도시된 바와 같은 형성형된 튜브형 부재(10b)를 제작하기 위해 트뷰 스톡(10a)에 제 1 의 성형 작업을 실행하는 것을 포함한다. 형성형된 튜브형 부재(10b)는 성형 작업에 의해 생성된 증대된 벽 두께(36)의 영역(11), 감소된 보어 직경(37) 및 감소된 외경(35)을 가진다. 영역(11)의 외경(35)은 섕크(32)의 외경(33)보다 작고, 영역(11)의 벽 두께(36)는 섕크(32)의 벽 두께(34)보다 크다. 바람직하게는 이 성형 작업은 회전식 스웨이징가공 작업이며, 바람직하게 스웨이징 작업은 냉간 작업으로 실행된다. 이 성형 작업은 스웨이징가공 단독으로 이루어질 수도 있지만, 이 실시예에서는 영역(11)은 이중으로 업셋가공 작업을 받게 되며, 업셋가공 작업에 의해 영역(11)은 스웨이징가공 작업 중에 축선방향으로 압축되어, 스웨이징가공 작업에 의한 외경의 감소에 의해 자연적으로 성취된 증대된 벽 두께를 더 증대시키게 된다. 영역(11)이 스웨이징가공 작업 중에 축선방향으로 압축되면, 영역(11)은 이러한 추가적인 변형이 제어된 방식으로 일어나는 것을 가능하게 해주기 위해 국부적으로 가열될 필요는 없을 것이다. 영역(11)의 축선방향 압축은 형성형된 튜브형 부재(10b)가 튜브 스톡(10a)보다 짧게 되는 결과를 낳는다. 바람직하게는, 영역(11)은, 보어의 직경이 정밀하게 제어되도록, 제거가능하고 재사용가능한 정밀 제작된 경화강 맨드릴 상에서 스웨이징가공된다. 회전식 스웨이징가공은 튜브형 구성요소를 성형하는 기술분야에서 잘 알려져 있다. 영역(11)의 양 단부 부근에서의 튜브형 부재(10b)의 벽 두께 및 직경은 튜브 스톡(10a)의 벽 두께 및 직경에 맞추어지도록 결정된다.

선택적으로, 증대된 벽 두께 및 가소된 보어 직경의 영역(11)을 형성하는 데 사용되는 성형 작업은 열간 또는 냉간에서 실행되는 업셋가공 작업만을 포함할 수도 있다. 또한 선택적으로, 성형 작업은 일련의 스웨이징가공 작업과 업셋가공 작 업을 포함할 수도 있다. 예컨대, 튜브 스톡(10a)는 먼저 그것의 외경은 튜브 스톡(10a)와 동일하게 유지되는 채로 증대된 벽 두께와 감소된 보어 직경의 영역을 형성하도록 업셋가공된 다음에 이 영역이 외경을 감소시키도록 회전식 스웨이징가공될 수도 있다.

단계 3은 도 4에 도시된 바와 같이 형성형된 튜브형 부재(10b)의 영역(11)의 보어 내에 일정 길이의 중실의 원통형 스틸 바아 형태의 중실 길이형 부재(12)를 위치시키는 것을 포함한다. 길이형 부재(12)의 직경은 영역(11)의 보어 직경(37)과 대략 동일하다. 바람직하게는, 길이형 부재(12)는, 그것이 영역(11)의 보어 내로 압입 끼워맞춤되도록, 영역(11)의 보어와 작은 크기의 간섭을 가지는 치수로 이루어진다. 이것은 후속하는 작업들 동안에 길이형 부재(12)의 위치를 유지시키는 역할을 한다. 선택적으로, 길이형 부재(12)는 영역(11)을 가열하여 그것을 팽창시키고 길이형 부재(12)를 삽입한 다음 영역(11)을 냉각시키는 것에 의해 영역(11)의 보어 내에 수축 끼워맞춤될 수도 있다. 길이형 부재(12)는 영역(11)보다는 길어 그것의 단부(13, 14)가 영역(11)의 범위를 넘어 뻗어 있도록 위치된다. 바람직하게는, 길이형 부재(12)는, 서로 다른 금속이 서로 접촉함으로써 생기는 부식의 가능성을 최소화하도록, 튜브 스톡(10a)과 대략 같은 강재 등급의 스틸로 되어 있다.

단계 4는 증대된 벽 두께와 감소된 보어 직경의 두께부 영역(15, 16, 17, 18)을 가진 도 5에 도시된 바와 같은 업셋가공 및 형성형된 튜브형 부재(10c)를 형성하도록 튜브형 부재(10b)에 업셋가공 작업에 의해 제 2 의 성형 작업을 실행하는 것을 포함한다. 이들 영역의 외경은 업셋가공 작업에 의해 실질적으로 변경되지 않으며, 튜브형 부재(10b)는 업셋가공이 가능하도록 하기 위해 이들 영역에 국부적으로 유도가열된다. 이런 형태의 업셋가공 작업은 튜브형 구성요소를 성형하는 기술분야에서 잘 알려져 있다.

두께부 영역(15, 16)은 영역(11)의 양 단부 부근에 위치하고, 이들 영역의 각각은, 그것들의 보어 직경이 길이형 부재(12)의 외경과 대략 동일한 영역(11)의 보어 직경으로 감소될 정도로, 업셋가공된다. 두께부 영역(15, 16)의 외경은 섕크(32)의 외경과 대략 동일하다. 길이형 부재(12)는 두께부 영역(15, 16)과 축선방향으로 중첩위치된다. 업셋가공에 앞선 영역(15, 16)의 국부적인 가열은, 업셋가공 이후의 냉각에 의해 이들 영역(15, 16)이 수축되기 때문에, 이들 영역과 길이형 부재(12) 사이에 억지끼워맞춤의 효과를 제공할 수 있다. 이 억지끼워맞춤을 발생시키는 간섭은 후속하는 단조가공 작업 동안에 길이형 부재(12)를 구속유지시키는 것을 도와줄 수 있다. 두께부 영역(18)은 두께부 영역(15)에 대해 튜브형 부재(10c)의 대향 단부에 위치하고, 두께부 영역(17)은 두께부 영역(16, 18) 사이의 대략 중간에 위치한다. 이 제 2 의 성형 작업은 선택적으로 스웨이징가공과 같은 다른 성형 방법을 포함할 수도 있다.

단계 5는 도 6에 도시된 단조가공된 스티어링 랙(19a)을 제작하기 위해 내부에 길이형 부재(12)를 위치시킨 상태로 튜브형 부재(10c)를 단조가공하는 것을 포함한다. 랙(19a)은 D-랙이다. 영역(11)과 길이형 부재(12)는 열간 단조가공에 적합한 온도로 가열되고, 그런 다음 영역(11)은 톱니부(20)를 생성하기에 적합한 다이 장치에서 플래시리스 열간 단조가공된다. 플래시리스 열간 단조가공은 WO 2005/053875 A1호(출원인: Bishop Innovation Limited)에 개시된 바와 같은 다이 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 열간 단조가공은 일반적으로 구성요소를 500℃와 900℃ 사이로 가열하여 실행된다. 바람직하게는, 다이 장치는 길이형 부재(12)의 축선방향의 압출현상을 최소화하고 튜브형 부재(10c)를 적절하게 지지하도록 단조가공 작업 동안에 두께부 영역(15, 16)을 강하게 파지한다. 단조가공 작업 이전에, 영역(11)의 외경은 연삭가공 도는 터닝가공과 같은 기계가공에 의해 알맞은 치수로 가공될 수 있다. 단조가공 작업 동안의 축선방향 압출현상에 대항하여 길이형 부재(12)의 지지를 더 강화하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같은 제거가능한 단조가공 맨드릴(21)이 튜브형 부재(10c)의 보어 내에 삽입되어 단조가공 작업 동안에 길이형 부재(12)의 단부(14)에 부하를 가할 수 있다.

단조가공된 튜브형 부재(10d)의 톱니부(20) 아래의 보어는, 톱니부(20)의 이뿌리 아래의 보어 부분이 톱니부(20)의 이끝 아래의 보어 부분보다 더 내측으로 변형하여 도 6에 도시된 바와 같이 얕은 물결 형상부(22)를 형성하도록, 단조가공 작업에 의해 변형된다. 얕은 물결 형상부(22)에 상응하는 물결 형상부가 변형된 길이형 부재(12) 상에도 형성되어 단조가공된 튜브형 부재(10d)의 내부에 길이형 부재(12)를 영구적으로 유지시키는 것을 돕는다.

도 8은 단조가공된 스티어링 랙(19a)의 톱니부 영역의 단면을 도시하고 있다. 길이형 부재(12)는 단조가공 작업에 의해 평면화 되어 있고, 이렇게 평면화된 길이형 부재(12)는 톱니부(20)가 충분한 강도롤 보장하기 위한 톱니부(20) 아래의 벽 두께(23)를 적합하게 유지하는 것을 돕는다. 영역(11)과 길이형 부재(12)의 결 합체는 단조가공 작업 동안에 마치 대등한 단일의 중실 바아인 것 처럼 대등한 단일의 중실 바아와 같은 행태를 나타낸다. 톱니부 영역의 양측면에 뻗어 나가 있는 길이방향 만입부(24)는 WO 2005/053875 A1호(출원인: Bishop Innovation Limited)에 개시되어 있는 바와 같은 다이 장치를 사용한 결과로써 형성된다. 단조가공 작업은 만입부(24)를 발생시키지 않거나 다른 톱니부 영역 단면을 생성하게 되는 다른 유형의 다이 장치를 사용할 수도 있다.

적당한 치수와 강도의 톱니부(20)가 단조가공되는 것을 가능하게 해주는 것은 성형 작업에 의해 생성된 두께부 영역(11)이라는 사실을 인지하는 것이 중요하다. 만약 랙이 일정한 벽 두께의 튜브로부터 단조가공된다면, 그것의 전체 길이에 걸쳐 영역(11)의 벽 두께를 가지는 것이 필요하고, 이는 불필요하게 무거운 랙을 초래하게 될 것이다.

도 9는 단조가공된 랙(19a)에 여러가지 기계가공 작업들 실행함으로써 생성된 완성된 랙(19b)을 도시하고 있다. 두께부 영역(15) 내로 연장된 길이형 부재(12)의 단부는 일부가 드릴가공으로 제거되어, 타이 로드를 부착하기 위한 암나사(25)가 영역(15)의 보어에 기계가공된다. 두께부 영역(16) 내로 연장된 길이형 부재(12)의 단부는 단조가공된 튜브형 부재(10d)의 벽을 통해 드릴가공된 통기 구멍(26)과 랙(19b)의 섕크(32)의 보어 사이에 통기 경로를 제공하도록 드릴가공되어 있다. 두께부 영역(17)은 섕크(32)를 형성하는 튜브형 부재(10d)의 부분을 따라 대략 중간에 위치하고 있다. 유압 피스톤을 배치하도록 되어 있는 두께부 영역(17)의 외부에는 2개의 원주방향 홈이 기계가공되어 있다. 튜브형 부재(10d)의 단부 위치의 두께부 영역(18)의 보어에는 타이 로드를 부착하기 위해 암나사(28)가 기계가공되어 있다. 특징적 형상부가 기계가공될 것이 요구되는 랙(19b) 상의 위치에 두께부 영역(15, 17, 18)을 구비함으로써 튜브 스톡(10a)의 필요한 벽 두께를 최소화하여 랙(19b)의 중량을 최소화한다. 이들 영역에 의해 제공되는 국부적인 두께 보강은 이들 영역 상에서 기계가공된 특징적 형상부가 랙(19b)을 국부적으로 약화시키지 않는다는 것을 의미한다.

도 10은 본 발명의 방법의 제 2 실시예에 의해 제조되는 스티어링 랙을 도시하고 있다. 완성된 스티어링 랙(19c)은, 랙(19c)의 섕크와 면하고 있는 중실의 길이형 부재(12a)의 사전에 성형된 한쪽 단부 막힘 구멍(29)을 가지고 있다는 것을 제외하면, 도 9에 도시된 것과 동일하다. 구멍(29)은 길이형 부재(12a)가 형성형된 튜브형 부재(10b)의 보어 내에 배치되기 전에 길이형 부재(12a)의 단부에 드릴가공되어 있는 것이다. 구멍(29)은 단조가공 작업 동안에 붕괴하지 않을 정도로 충분히 작다. 단조가공 작업 후에, 통기 구멍(26a)이 구멍(29)과 교차하여 구멍(29)과 함께 연통함으로써 통기 통로를 형성하도록, 통기 구멍(26a)이 튜브형 부재(10d)의 벽을 통과하여 길이형 부재(12a) 내로 드릴가공된다.

도 11은 본 발명의 방법의 제 3 실시예의 업셋가공 및 형성형된 부재를 도시하고 있다. 업셋가공 및 형성형된 튜브형 부재(10e)는, 두께부 영역(16a)이 길이형 부재(12)의 단부(14)의 범위를 넘어 연장되어 있다는 것과 업셋가공 작업 동안에 길이형 부재(12)의 단부(14) 둘레의 두께부 영역(16a)의 보어 부분(30)이 업셋가공되는 것을 제외하고는, 도 5에 도시된 업셋가공 및 형성형된 튜브형 부재(10c) 와 동일하다. 부분(30)의 내경은 길이형 부재(12)의 외경보다 작고, 따라서 부분(30)은 후속하는 단조가공 작업 동안에 길이형 부재(12)를 축선방향으로 구속유지하고, 이에 의해 길이형 부재(12)의 단부를 지지하는 제거가능한 단조가공 맨드릴(21)의 필요성을 감소시킨다.

도시하지 않은 또다른 실시예에 있어서는, 길이형 부재(12)는 단계 2의 스웨이징가공 작업 이후가 아니라, 단계 2의 스웨이징가공 작업 이전에 튜브 스톡(10a)의 보어 내에 삽입되어 질 수도 있다. 그런 다음에 길이형 부재는 후속하는 작업들을 위해 튜브형 부재 내부에 유지된다. 길이형 부재는 직경이 튜브 스톡의 보어보다 더 작게 될 수 있고, 이 경우에는 튜브 스톡은 스웨이징가공 작업을 위한 맨드릴로서 효과적으로 작용하는 길이형 부재(12) 상에서 스웨이징가공된다. 선택적으로, 길이형 부재는 처음부터 튜브 스톡의 보어와 같은 크기의 직경을 가지고 있을 수도 있고, 이 경우에는 길이형 부재의 단면적도 스웨이징가공 작업 동안에 감소되고, 스웨이징가공되는 영역의 길이는 스웨이징가공 작업 동안에 증대된다. 하지만, 처음부터 튜브 스톡의 보어의 직경과 동일한 직경을 가진 길이형 부재를 사용하게 되면, 스웨이징가공 동안에 일어나는 튜브 스톡의 벽 두께 증대의 양이 감소하게 되는 단점을 가지게 된다. 처음부터 튜브 스톡의 보어의 직경과 동일한 직경을 가진 길이형 부재를 사용하는 것의 장점은 스웨이징가공 작업 이전에 튜브 스톡 내에 길이형 부재를 위치시켜 유지시키기가 쉽다는 것이다.

도시하지 않은 또다른 실시예에 있어서는, 튜브 스톡(10a)의 외경이 완성된 랙의 섕크 직경보다 크게 될 수도 있다. 이 경우에는, 튜브 스톡(10a)의 전체 길 이에 걸친 외경은 단계 2의 스웨이징가공 작업 동안에 감소되고, 영역(11)의 외경은 튜브 스톡(10a)의 나머지 부분보다 더 감소되게 된다.

도시하지 않은 또다른 실시예에 있어서는, 단계 2의 성형 작업과 단계 4의 업셋가공 작업이 단일의 성형 작업으로 결합되어 튜브 스톡(10a)에 실행되어, 두께부 영역(11)와 두께부 영역(15, 16, 17, 18)의 양자 모두가 단일의 회전식 스웨이징 작업에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우에는, 길이형 부재(12)는 이 결합형 성형 작업 이후에 튜브형 부재 내에 배치되게 된다.

여기서 사용되는 "포함한다" 는 용어는 "구비한다" 또는 "가진다" 의 포괄적인 개념으로 사용되는 것이며 "~만으로 이루어진다" 의 배타적인 개념으로 사용되는 것이 아니다.

Claims (24)

1. 스티어링 랙이 기어 톱니부 및 섕크를 포함하고 있고, 상기 섕크가 대부분의 길이에 걸쳐 일정한 외경과 일정한 벽 두께를 가지고 있도록 되어 있는, 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙을 제조하는 방법으로서, 상기 방법이 튜브형 부재의 제 1 영역의 보어 내에 길이형 부재를 위치시킨 상태에서 상기 튜브형 부재 상에 단조가공 작업을 실행하는 것을 포함하고 있고, 상기 단조가공 작업이 상기 제 1 영역에 기어 상기 기어 톱니부를 형성하고, 그러한 단조가공 작업에 의해 상기 튜브형 부재 내부에 상기 길이형 부재를 유지시키도록 되어 있는, 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙을 제조하는 방법에 있어서, 상기 단조 작업 이전에, 일정 길이의 튜브 스톡에 성형 작업을 실행시킴으로써 상기 튜브형 부재가 제작되어, 상기 제 1 영역의 외경이 상기 섕크의 상기 일정한 외경보다 작게 되고, 상기 제 1 영역의 벽 두께가 상기 섕크의 상기 일정한 벽 두께보다 크게 되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브형 부재는 상기 제 1 영역의 부근에 적어도 하나의 두께부 영역을 가지게 되고, 상기 두께부 영역의 외경의 적어도 일부는 상기 섕크의 상기 일정한 외경과 대략 동일하게 되고, 상기 두께부 영역의 보어의 적어도 일부는 상기 제 1 영역의 보어의 직경과 대략 동일하게 되고, 상기 길이형 부재는 적어도 부분적으로 축선방향으로 상기 두께부 영역과 중첩위치되는 것을 특징으 로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 두께부 영역은 상기 제 1 영역의 양 단부 부근의 2개의 두께부 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 두께부 영역의 보어의 일부는 직경이 상기 길이형 부재의 직경보다 작고, 이에 의해 상기 단조가공 작업 동안에 상기 길이형 부재를 축선방향으로 구속유지하는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 길이형 부재의 한쪽 단부에 한쪽 단부 막힘 구멍이 사전에 성형되어 있고, 상기 단조가공 작업에 후속하여, 통기 구멍이 상기 한쪽 단부 막힘 구멍과 연통하여 통기 통로를 형성하도록, 통기 구멍이 상기 튜브형 부재의 벽을 통과하여 상기 길이형 부재 내로 드릴가공되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 성형 작업은 스웨이징가공 작업인 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 상기 스웨이징가공 작업 동안에 축선방 향으로 압축되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 길이형 부재는 상기 스웨이징가공 작업 전에 상기 튜브형 부재의 보어 내에 배치되고, 상기 제 1 영역은 상기 길이형 부재 상에서 스웨이징가공되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 스웨이징가공 작업 동안에, 상기 제 1 영역은 제거가능하고 재사용가능한 스웨이징가공 맨드릴 상에서 스웨이징가공되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 대략 전체 길이의 상기 튜브 스톡의 외경은 상기 성형 작업에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 길이형 부재는 상기 성형 작업 후에 상기 제 1 영역의 보어 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 길이형 부재는 상기 제 1 영역의 보어 내에 압압 끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 길이형 부재는 상기 제 1 영역을 가열하여 제 1 영 역을 팽창시켜 상기 길이형 부재를 상기 제 1 영역의 보어 내에 삽입한 다음 상기 제 1 영역을 냉각시켜 상기 길이형 부재를 제위치에 수축 끼워맞춤시키는 것에 의해 상기 제 1 영역의 보어 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 길이형 부재는 중실형이고 상기 제 1 영역의 보어의 직경과 대략 동일한 직경을 가진 대략 원통형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
15. 제 2 항에 있어서, 상기 두께부 영역은 업셋가공 작업에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 업셋가공 작업은 상기 제 1 영역이 성형되고 상기 길이형 부재가 상기 제 1 영역의 보어 내에 배치된 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
17. 제 2 항에 있어서, 상기 단조가공 작업 동안에, 상기 두께부 영역은 파지되어 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 단조가공 작업 동안에, 상기 튜브형 부재의 보어를 통하여 뻗어 있는 단조가공 맨드릴이 상기 길이형 부재의 축선방향 압출현상에 대항하는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 단조가공 작업은 열간 단조가공 작업인 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 스티어링 랙은 D-랙인 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
21. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브형 부재의 일부가 상기 섕크를 형성하고, 상기 섕크는 피스톤을 배치시키도록 되어 있는 홈을 그것의 외경에 기계가공하는 증대된 벽 두께의 영역을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
22. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브형 부재의 한쪽 단부는 타이 로드를 부착하도록 되어 있는 암나사가 기계가공되는 증대된 벽 두께의 영역을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스티어링 랙을 제조하는 방법.
23. 제 1 항 내지 제 22 항 중의 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙.
24. 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙으로서, 단조가공 작업에 의해 형성되는 톱니부 영역, 상기 단조가공 작업 전에 상기 튜브형 부재의 보어 내에 배치되고, 축선방향 양 단부 사이에 상기 톱니부 영역이 위치하게 되는 길이형 부재, 및 대부분의 길이에 걸쳐 일정한 외경과 일정한 벽 두께를 가지는 섕크를 포함하고 있는, 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙에 있어서, 상기 톱니부 영역은 상기 섕크의 상기 일정한 외경보다 작은 외경과 상기 섕크의 상기 일정한 벽 두께보다 큰 벽 두께를 가지는 상기 튜브형 부재의 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 스티어링 랙.

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