KR19980071700A - 랙 축의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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다다시 야기
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이노우에 히로시
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Abstract

단면이 원형인 강철 파이프를 리테이너로 유지한다. 이 강철 파이프의 중간부에 회전이 가능한 제 1 롤러를 눌러 붙인다. 이 상태에서 푸셔로 강철 파이프를 그 축 방향으로 이동시킨다. 이에 따라 상기 제 1 롤러를 강철 파이프에 구름 접촉시키면서 강철 파이프를 소성 변형시켜, 강철 파이프의 중간부에 평탄부를 형성한다. 그 후, 외주에 톱니를 갖는 랙 톱니 성형용 제 2 롤러를 강철 파이프의 평탄부에 눌러 붙여서, 강철 파이프를 그 축 방향으로 상대 이동시킨다. 이로써 강철 파이프의 평탄부를 소성 변형시키고 상기 평탄부에 랙 톱니를 형성한다.

Description

랙 축의 제조 방법 및 장치
본 발명은 차량용 조타 장치 등에 사용되는 랙(rack) 축의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래에는, 차량용 조타 장치로서, 랙 축에 형성된 랙 톱니(rack teeth)에 피니언(pinion)을 맞물리게 하고 조타에 의한 피니언의 회전에 따라 상기 랙 축을 축 방향으로 이동시킴으로써 차량의 조타를 행하는 랙 피니언식 조타 장치가 제공되어 있다.
이 랙 피니언식 조타 장치에 사용되는 상기 랙 축은, 도 12 및 도 13에서 나타내는 바와 같이 경량화를 도모하기 위해 강철 파이프(P)로 형성되어 있고, 그 축 방향의 중간부에 피니언과 맞물리는 랙 톱니(90)가 형성되어 있다. 이 랙 톱니(90)는 강철 파이프(P)의 원호부(91)를 남긴 상태에서 소성 변형에 의해 평탄부(92)를 성형하고, 이 평탄부(92)에 기어 커팅 가공을 실시함으로써 형성되어 있다. 이 랙 톱니(90) 부분은 고주파 담금질에 의해 소정의 경도로 경화되어 있다.
상기 랙 축의 평탄부(92)의 성형 방법으로서는 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이 상부 금형(93a)과 하부 금형(93b)으로 이루어지는 금형(93)에 의해 강철 파이프(P)를 보유한 상태에서, 하면이 평탄한 성형 펀치(94)에 의해 강철 파이프(P)를 프레스 성형하는 방법이 일반적으로 채택되고 있다. 하지만 이 방법은 강철 파이프(P)를 급격히 소성 변형시키는 것이기 때문에, 도 14 및 도 15에서 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이 평탄부(92)의 축 선 방향 및 둘레 방향 각각의 중앙쪽이 오목하게 들어가는 변형이 생기거나, 평탄부(92)의 내측과 원호부(91)의 내측이 교차하는 내측 모퉁이부(Pa) 등과 같이 변형량이 많은 부분에 크랙이 발생하기 쉽다는 문제가 있었다.
따라서 도 16에서 나타내는 바와 같이, 강철 파이프(P)의 축 선에 대해 비스듬히 배치한 막대 모양의 지그(95 ; jig)를 강철 파이프(P)에 눌러 붙이면서 상기 강철 파이프(P)의 축 방향으로 이동시킴으로써 평탄부(92)를 성형하는 방법이 제안되어 있다(일본국 특허 공고 평5-88662호 공보 참조).
그러나 상기 막대 모양의 지그(95)를 사용하는 방법에서는, 상기 지그(95)와 강철 파이프(P)가 큰 압력하에서 마찰 접촉하기 때문에, 오일 윤활을 행하더라도 미끄럼 도중의 마찰 저항에 의해 양자가 녹아 붙는 경우가 있다. 따라서 미리 강철 파이프(P)에 본더루브(bonderlube) 처리 등의 윤활 처리를 행하여 상기와 같은 시징(seizing)의 발생을 방지할 필요가 있으며, 따라서 그만큼 제조 비용이 많이 든다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 강철 파이프의 윤활 처리가 필요하지 않고, 게다가 크랙이 발생하는 일 없이 평탄부를 높은 정밀도로 성형할 수 있는 랙 축의 제조 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 랙 축의 제조 방법은, 단면이 원형인 강철 파이프의 중간부에 평탄부 성형용 제 1 롤러를 꽉 누른 상태에서, 강철 파이프와 제 1 롤러를 강철 파이프의 축 방향으로 상대 이동시켜, 상기 제 1 롤러를 강철 파이프에 구름 접촉시키면서 강철 파이프를 평탄하게 소성 변형시키는 공정을 포함한다.
본 랙 축의 제조 방법에 따르면, 상기 제 1 롤러를 강철 파이프에 구름 접촉시키면서 강철 파이프를 평탄하게 소성시키기 때문에, 양자간의 마찰 슬라이딩 저항을 극히 작게 할 수 있다. 따라서 제 1 롤러와 강철 파이프의 시징을 방지하기 위해 종래에 필요로 하던 강철 파이프의 윤활 처리가 불필요하게 된다. 또 강철 파이프를 축 방향을 따라 점차 소성 변형을 시킬 수 있으므로, 프레스 성형의 경우와 같이 평탄부가 오목하게 들어가는 변형이 생기거나, 변형량이 많은 부분에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한 가지 바람직한 실시 양태에 있어서, 본 발명에 따른 랙 축의 제조 방법은, 강철 파이프와 제 1 롤러의 상대 이동에 동기(同期)시켜서 상기 제 1 롤러를 회전 구동시킨다. 본 실시 양태에 따르면, 강철 파이프와 제 1 롤러의 상대 이동시, 양자간에 슬립(slip)이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 그러므로 강철 파이프와 제 1 롤러가 녹아 붙는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
다른 바람직한 실시 양태에 있어서, 본 발명에 따른 랙 축의 제조 방법은 상기 강철 파이프에 평탄부를 성형한 후, 외주에 톱니를 갖는 랙 톱니 성형용 제 2 롤러를 강철 파이프의 평탄부에 꽉 누른 상태에서, 강철 파이프와 제 2 롤러를 강철 파이프의 축 방향으로 상대 이동시키고, 상기 제 2 롤러를 회전시키면서 강철 파이프의 평탄부를 소성 변형시켜 상기 평탄부에 랙 톱니를 형성하는 공정을 포함한다.
본 실시 양태에 따르면, 제 2 롤러로 평탄부를 소성 변형시켜 상기 평탄부에 랙 톱니를 형성하기 때문에, 소성 변형에 의해 평탄부를 성형했을 때 상기 평탄부에 생기는 잔류 응력의 영향을 받는 일 없이 랙 톱니를 형성할 수 있다. 따라서 랙 톱니를 높은 정밀도로 형성할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 양태에 있어서, 본 발명에 따른 랙 축의 제조 방법은 상기 강철 파이프에 평탄부를 성형한 후 랙 톱니 성형용 성형 다이에 의해 강철 파이프의 평탄부를 프레스 성형하여 랙 톱니를 형성하는 공정을 포함한다.
본 실시 양태에 있어서도 평탄부를 소성 변형시켜 상기 평탄부에 랙 톱니를 형성하기 때문에 평탄부 잔류 응력의 영향을 받는 일 없이 랙 톱니를 형성할 수 있다. 따라서 랙 톱니를 높은 정밀도로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 랙 축의 제조 장치는 단면이 원형인 강철 파이프를 보유하는 리테이너와; 상기 강철 파이프의 중간부를 꽉 눌러 대는 회전 가능한 평탄부 성형용 제 1 롤러와; 상기 강철 파이프에 대해 제 1 롤러를 꽉 누른 상태에서 강철 파이프와 제 1 롤러를 강철 파이프의 축 방향으로 상대 이동시키고, 상기 제 1 롤러를 강철 파이프에 구름 접촉시키면서 강철 파이프를 평탄하게 소성 변형시키는 이동 장치를 포함한다.
본 랙 축의 제조 장치에 따르면, 상기 리테이너로 강철 파이프를 보유하고, 제 1 롤러를 상기 강철 파이프에 눌러 붙인 누른 상태에서 이동 장치에 의해 상기 강철 파이프와 제 1 롤러를 강철 파이프의 축 방향으로 상대 이동시킴으로써, 제 1 롤러를 강철 파이프에 구름 접촉시키면서 강철 파이프를 평탄하게 소성 변형시킬 수 있다. 따라서 강철 파이프와 제 1 롤러간의 마찰 슬라이딩 저항을 극히 작게 할 수 있고, 양자의 시징을 방지하기 위한 강철 파이프의 윤활 처리가 불필요하게 된다. 따라서 랙 축의 제조 비용을 싸게 할 수 있다. 또 강철 파이프를 축 방향을 따라 점차 소성 변형시킬 수 있으므로, 프레스 성형의 경우와 같이 평탄부가 오목하게 들어가는 변형이 생기거나, 변형량이 많은 부분에 크랙이 발생하는 것을 방지 할 수 있다.
한 가지 바람직한 실시 양태에 있어서, 본 발명에 따른 랙 축의 제조 장치는 강철 파이프와 제 1 롤러의 상대 이동에 동기시켜서 제 1 롤러를 회전 구동시키는 롤러 구동부를 포함한다. 본 실시 양태에 따르면, 강철 파이프와 제 1 롤러의 상대 이동시에 양자간에 슬립이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 그러므로 강철 파이프와 제 1 롤러가 녹아 붙는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
다른 바람직한 실시 양태에 있어서, 본 발명의 랙 축의 제조 장치는, 상기 롤러 구동부가, 상기 리테이너와 일체로 형성되며 강철 파이프의 축선과 평행하게 연장되는 랙과, 제 1 롤러의 지지축에 일체 회전 가능하게 연결되며 상기 랙에 맞물리는 피니언을 포함한다.
본 실시 양태에 따르면, 상기 랙과 피니언에 의하여 강철 파이프의 이동과 제 1 롤러의 회전 구동을 연동시킬 수 있다. 그러므로 이동 장치의 구동원과 롤러 구동부의 구동원을 하나의 구동원으로 겸용할 수 있다. 따라서 장치의 구조를 간소화할 수 있으며 또한 비용을 싸게 할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 양태에 따르면, 본 발명에 따른 랙 축의 제조 장치는 상기 제 1 롤러가, 지지축에 끼워 맞춰지는 베이스부와, 이 베이스부의 외주로 돌출되며 평탄부의 전체 길이와 거의 같은 원주 길이를 갖는 선형(扇形)의 성형부를 포함한다.
본 실시 양태에 따르면, 상기 성형부를 제 1 롤러의 회전에 따라 강철 파이프에 파고 들어가게 한 채로 강철 파이프를 평탄하게 소성 변형시킬 수 있다. 따라서 제 1 롤러를 강철 파이프에 파고 들어가게 하기 위해서, 제 1 롤러와 강철 파이프의 상대 거리를 변화시키기 위한 기구가 불필요하게 되고, 장치의 구조를 간소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 랙 축의 제조 장치의 한 실시예를 나타내는 종단면도,
도 2는 랙 축의 제조 장치의 횡단면도,
도 3은 랙 축의 제조 장치의 요부 단면도,
도 4는 평탄부를 성형한 강철 파이프를 나타내는 사시도,
도 5는 평탄부의 성형 도중을 나타내는 종단면도,
도 6은 평탄부의 성형 도중을 나타내는 종단면도,
도 7은 평탄부의 성형 완료 상태를 나타내는 종단면도,
도 8은 랙 축을 나타내는 사시도,
도 9는 랙 톱니의 성형 도중을 나타내는 종단면도,
도 10은 랙 톱니의 성형 도중을 나타내는 종단면도,
도 11은 랙 톱니의 다른 성형 공정을 나타내는 종단면도,
도 12는 랙 축을 나타내는 정면도,
도 13은 도 12의 ⅩⅢ - ⅩⅢ선을 따라 절단한 단면도,
도 14는 종래예를 나타내는 종단면도,
도 15는 도 14의 ⅩⅤ - ⅩⅤ선을 따라 절단한 단면도,
도 16은 다른 종래예를 나타내는 종단면도이다.
도면의 주요 부호에 대한 설명
1; 리테이너(retainer) 2; 제 1 롤러
3; 푸셔(pusher) 4; 롤러 구동부
5; 슬라이더(slider) 6; 프레임
11; 삽입 구멍 12; 긴 개구부
21; 베이스부 22; 성형부
23; 지지축 23a; 큰 지름부
24; 키(key) 25; 슬라이드 베어링
31; 접합부 32; 유압 실린더
41; 랙 41a; 랙 톱니
42; 피니언 51; 개구부
61; 밑판 62; 측판
63; 상판 P; 강철 파이프
P1; 평탄부 P2; 원호부
본 발명은, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 랙 축의 제조 장치를 나타내는 종단면도이고, 도 2는 그 횡단면도이다. 본 랙 축의 제조 장치는, 단면이 원형인 강철 파이프(P)의 중간부를 평탄하게 소성 변형시켜 D형상 단면을 갖도록 하는 것이다(도 4 참조). 본 제조 장치는 상기 강철 파이프(P)를 삽입시켜 보유하는 리테이너(1)와, 상기 강철 파이프(P)의 중간부를 꽉 누르는 평탄부 성형용 제 1 롤러(2)와, 상기 강철 파이프(P)에 대해 제 1 롤러(2)를 꽉 누른 상태에서, 상기 강철 파이프(P)를 리테이너(1)와 함께 강철 파이프(P)의 축 방향을 따라 이동시키는 이동 장치로서의 푸셔(3 ; pusher)와, 상기 강철 파이프(P)의 이동에 동기시켜서 제 1 롤러(2)를 회전 구동시키는 롤러 구동부(4)와, 상기 리테이너(1)를 지지하는 슬라이더(5 ; slider) 및 이것들을 일체적으로 유지하는 프레임(6)에 의하여 주요부가 구성되어 있다.
상기 리테이너(1)는 강철 파이프(P)를 삽입하기 위한 삽입 구멍(11)을 갖는 통 형상의 것이다. 이 리테이너(1)의 상부에는 제 1 롤러(2)를 도입하기 위한 긴 개구부(12)가 형성되어 있다. 이 긴 개구부(12)의 축 방향 길이는 강철 파이프(P)의 평탄부(P1) 전체 길이보다도 약간 길고, 긴 개구부(12)의 폭은 제 1 롤러(2)의 후술할 성형부(22)의 폭과 거의 같다. 상기 삽입 구멍(11)의 안쪽 지름은 강철 파이프(P)의 바깥 지름과 거의 같다.
상기 리테이너(1)는 축 방향으로의 이동이 규제된 상태에서 슬라이더(5)와 일체로 형성되어 있다. 이 슬라이더(5)는 프레임(6)의 밑판(61)과 한 쌍의 측판(62)에 의해 강철 파이프(P)의 축 방향으로 슬라이딩이 자유롭게 유지되어 있다. 상기 슬라이더(5)의 상부에는 상기 제 1 롤러(2)를 도입하기 위한 개구부(51)가 형성되어 있다. 또 상기 프레임(6)의 측판(62)은, 밑판(61) 및 상판(63)에 의해 상호 연결되어 있다.
평탄부 성형용 제 1 롤러(2)는, 지지축(23)에 끼워진 환상(環狀)의 베이스부(21)와, 이 베이스부(21)의 외주에 돌출 형성된 선형(扇形)의 성형부(22)를 가지고 있다. 상기 베이스부(21)는 지지축(23)의 큰 지름부(23a)에 볼트 고정되어 있다. 상기 베이스부(21)는 상기 지지축(23)과 베이스부 사이에 끼워진 키(24 ; key)에 의해, 지지축(23)과의 일체 회전이 가능하다.
상기 성형부(22)의 원주 길이는 강철 파이프(P)의 평탄부(P1) 전체 길이와 거의 같고, 상기 성형부(22)의 폭은 강철 파이프(P)의 평탄부(P1)와 거의 같다. 이 성형부(22)는 상기 리테이너(1)의 긴 개구부(12)에 도입되어 있고, 그 외주는 강철 파이프(P)에 평탄부(P1)를 성형할 수 있도록 리테이너(1)의 삽입 구멍(11) 내부로 소정량 진출 가능하다.
한편, 상기 지지축(23)은 프레임(6)의 한 쌍의 측판(62)에 의해 슬라이드 베어링(25)을 통해 회전이 자유롭도록 지지되어 있다.
푸셔(3)는 슬라이더(5), 리테이너(1), 및 리테이너(1)에 보유된 강철 파이프(P)의 각각의 한 단면에 접합하는 접합부(31)와; 이 접합부(31)를 통해 상기 슬라이더(5), 리테이너(1) 및 강철 파이프(P)를 일제히 압압하기 위한 유압 실린더(32)를 구비하고 있다. 이 푸셔(3)는 강철 파이프(P)의 평탄부(P1) 전체 길이에 대응하는 거리만큼 상기 리테이너(1) 등을 이동시킨다.
롤러 구동부(4)는 상기 슬라이더(5)에 볼트 고정된 랙(41)과, 이 랙(41)에 맞물린 피니언(42)으로 구성되어 있다. 상기 랙(41)은 그 랙 톱니(41a)가 상면을 향하도록 한 상태에서, 강철 파이프(P)의 축선과 평행하게 연장되어 있다(도 3 참조). 상기 랙(41)의 전체 길이는 강철 파이프(P)의 평탄부(P1) 전체 길이보다도 길다.
상기 피니언(42)은 지지축(23)의 큰 지름부(23a)에 볼트 고정되어 있다. 상기 피니언(42)은 상기 지지축(23)과의 사이에 끼워진 키(도시되지 않음)에 의해 상기 지지축(23)과 일체 회전이 가능하게 되어 있다. 따라서 푸셔(3)에 의해 슬라이더(5)를 이동시키면 여기에 연동시켜 피니언(42) 및 지지축(23)을 통해 제 1 롤러(2)를 회전 구동시킬 수 있다. 또 상기 피니언(42)의 피치 원 반지름은, 제 1 롤러(2)의 성형부(22)의 반지름과 일치시키고 있으며, 이에 따라 슬라이더(5)의 이동과 제 1 롤러(2)의 회전 구동을 동기시킬 수가 있다. 이와 같이 상기 롤러 구동부(4)는 슬라이더(5)의 이동에 연동하여 제 1 롤러(2)를 회전 구동시킬 수 있으므로, 상기 제 1 롤러(2)를 구동하기 위한 전용 구동원이 불필요하게 된다. 따라서 구조를 간소화할 수 있으며, 아울러 비용을 싸게 할 수 있다.
또한 상기 제 1 롤러(2)의 성형부(22)는 리테이너(1)를 홈 포지션(도 1의 우측 단부)으로 이동시킨 상태에서, 강철 파이프(P)를 상기 리테이너(1)에 지장 없이 삽입할 수 있도록, 리테이너(1)의 삽입 구멍(11)으로부터 물러나와 있도록 한다.
상기 구성의 랙 축의 제조 장치를 이용하여 강철 파이프(P)에 평탄부(P1)를 성형하는 방법에 대해서 이하에 설명하겠다.
먼저, 도 1에서 나타내는 바와 같이, 리테이너(1)를 홈 포지션으로 이동시킨 상태에서, 상기 리테이너(1)의 삽입 구멍(11)에 강철 파이프(P)를 삽입하여 상기 강철 파이프(P)를 세트한다.
계속해서 푸셔(3)의 유압 실린더(32)를 구동하여, 리테이너(1) 및 슬라이더(5)와 함께 강철 파이프(P)를 도 1의 좌측 방향으로 이동시킨다. 그러면 롤러 구동부(4)에 의해 제 1 롤러(2)를 상기 강철 파이프(P)의 이동에 동기시켜서 도 1에 있어서 시계 방향으로 회전 구동시킬 수 있다. 이에 따라 제 1 롤러(2)의 성형부(22)의 외주 단부를 강철 파이프(P)에 소정량만큼 파고 들어가게 할 수 있다(도 5 참조). 이 상태에서 다시 강철 파이프(P)를 상기와 같은 방향으로 연속적으로 이동시키면, 상기 성형부(22)를 강철 파이프(P)에 구름 접촉시키면서, 상기 강철 파이프(P)를 점차 소성 변형시키고(도 6 참조), 최종적으로 상기 성형부(22)의 원주 길이에 대응하는 길이의 평탄부(P1)를 성형할 수 있다(도 7 참조).
이와 같이 제 1 롤러(2)의 성형부(22)를 강철 파이프(P)에 구름 접촉시키면서 강철 파이프(P)를 평탄하게 소성 변형시키기 때문에, 강철 파이프(P)와 제 1 롤러(2)간의 마찰 슬라이딩 저항을 거의 무시할 수 있을 정도로 작게 할 수 있다. 따라서 강철 파이프(P)와 제 1 롤러가 녹아 붙는 것을 방지하기 위해 강철 파이프(P)에 미리 윤활 처리를 해 둘 필요가 없다.
게다가, 롤러 구동부(4)에 의해 강철 파이프(P)의 이동에 동기시켜서 제 1 롤러(2)를 강제적으로 회전 구동시키기 때문에, 그 이동시에 있어서 강철 파이프(P)와 제 1 롤러(2) 사이에서 슬립이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서 강철 파이프(P)와 제 1 롤러(2)가 녹아 붙는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있음과 아울러 평탄부(P1)의 표면을 매끈하게 다듬질할 수 있다.
또 강철 파이프(P)를 그 축 방향을 따라 점차 소성 변형시킬 수 있으므로, 프레스 성형의 경우와 같이 평탄부(P)가 오목하게 들어가는 변형이 생기거나, 강철 파이프(P)의 내주의 평탄부(P1)와 원호부(P2)의 교차부 등에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
게다가 상기 랙 축의 제조 장치는 제 1 롤러(2)를 회전시킴으로써 그 성형부(22)를 강철 파이프(P)에 파고 들어가게 할 수 있기 때문에, 상기 제 1 롤러(2)를 강철 파이프(P)에 파고 들어가게 하기 위해 제 1 롤러(2) 또는 강철 파이프(P)를 수직으로 이동시키기 위한 기구가 불필요하다. 따라서 장치의 구조를 간소화할 수 있으며, 아울러 비용을 싸게 할 수 있다.
다음으로 상기 평탄부(P1)를 성형한 강철 파이프(P)에 도 8에서 나타내는 랙 톱니(P3)를 성형하는 공정에 대해 설명하겠다.
상기 랙 톱니(P3)는 상술한 랙 축의 제조 장치에 있어서 평탄부 성형용 제 1 롤러(2)를 랙 톱니 성형용 제 2 롤러(7)로 교환함으로써 성형할 수 있다. 이 제 2 롤러(7)는 도 9에서 나타내는 바와 같이 지지축(23)에 삽입된 환상의 베이스부(71)와, 이 베이스부(71)의 외주에 돌출 형성된 선형의 성형부(72)를 가지고 있다. 이 성형부(72)의 외주에는 랙 톱니(P3)에 대응하는 형상의 톱니(73)가 형성되어 있다.
랙 톱니(P3)를 성형할 때에는, 리테이너(1)를 홈 포지션으로 이동시킨 상태에서, 상기 리테이너(1)의 삽입 구멍(11)에, 평탄부(P1)를 성형한 강철 파이프(P)를 삽입하여 강철 파이프(P)를 세트한다. 이 때, 상기 평탄부(P1)를 상방으로 향하게 해 둠과 함께, 강철 파이프(P) 내부의 적어도 평탄부(P1)에 대응하는 부분에 평탄부(P1)에 부하되는 하중을 받아내기 위한 맨드릴(74 ; mandrel)을 삽입해 둔다. 계속해서 푸셔(3)의 유압 실린더(32)를 구동하여 리테이너(1) 및 슬라이더(5)와 함께 강철 파이프(P)를 도 9의 좌측 방향으로 이동시킨다. 이에 따라 제 2 롤러(7)를 회전시키면서, 강철 파이프(P)의 평탄부(P1)를 상기 제 2 롤러의 톱니(73)에 의해 순차로 소성 변형시켜(도 10 참조), 평탄부(P1)에 랙 톱니(P3)를 형성할 수 있다.
이와 같이 강철 파이프(P)의 평탄부(P1)를 소성 변형시켜 랙 톱니(P3)를 형성하면, 상기 평탄부(P1)의 잔류 응력의 영향을 받는 일 없이 랙 톱니(P3)를 높은 정밀도로 형성할 수 있다. 즉, 상기 강철 파이프(P)의 평탄부(P1)를 평탄부 성형용 제 1 롤러(2)로 소성 변형시키면, 상기 평탄부(P1)에 잔류 응력이 발생한다. 따라서 브로치(broach) 날을 이용한 기어 커팅 가공에 의해 평탄부(P1)에 랙 톱니(P3)를 형성하면, 상기 잔류 응력의 영향에 의해 랙 톱니(P3)의 정밀도가 저하한다. 하지만 상기 제 2 롤러(7)를 사용하여 랙 톱니(P3)를 성형한 경우에는, 상기 잔류 응력의 영향을 받는 일 없이 랙 톱니(P3)를 높은 정밀도로 형성할 수 있다. 또 상기 기어 커팅 가공에 의해 랙 톱니(P3)를 높은 정밀도로 다듬질하려고 하면, 브로치 날의 프로파일을 변경하거나, 지그에 설계 변경을 실시하거나 할 필요가 있기 때문에, 랙 톱니(P3)의 가공 비용이 많이 든다는 문제가 발생한다. 하지만 상기 제 2 롤러(7)에 의해 랙 톱니(P3)를 성형함으로써 이와 같은 문제가 발생하는 것을 회피할 수 있다.
또한 상기 랙 톱니(P3)의 가공은 냉간 가공(冷間加工) 이외에 온간 가공(溫間加工)으로 시행하여도 된다.
도 11은 프레스 성형에 의해 랙 톱니(P3)를 성형하는 방법을 나타내는 요부 단면도이다. 이 실시예에 있어서는 랙 톱니 성형용 성형 다이로서 랙 톱니(P3)에 대응하는 톱니(81)를 직렬로 형성한 펀치(8)를 사용한다. 강철 파이프(P)는 리테이너 다이(82)에 의해 보유됨과 함께, 강철 파이프(P) 내부의 적어도 평탄부(P1)에 대응하는 부분에, 평탄부(P1)에 부하되는 하중을 받아내기 위한 맨드릴(83)을 삽입한다. 이 상태에서 프레스에 의해 상기 펀치(8)를 평탄부(P1)에 밀어 붙여서, 상기 평탄부(P1)를 소성 변형시킴으로써 평탄부(P1)에 랙 톱니(P3)를 성형한다.
이 실시예에 있어서도, 강철 파이프(P)의 평탄부(P1)를 소성 변형시켜 랙 톱니(P3)를 형성하는 것이므로, 상기 평탄부(P1)의 잔류 응력의 영향을 받는 일 없이 랙 톱니(P3)를 높은 정밀도로 형성할 수 있다. 또 기어 커팅 가공으로 랙 톱니(P3)를 형성하는 경우에 비해 가공 비용을 싸게 할 수 있다.
또한 상기 프레스 성형에 대해서도 냉간 가공 이외에 온간 가공으로 시행하여도 된다.
상기 랙 축의 제조 장치에 있어서, 제 1 롤러(2)를 강철 파이프(P)에 대해 이동 가능하게 구성하고, 이 제 1 롤러(2)를 푸셔에 의해 강철 파이프(P)를 따라 이동시키도록 하여도 된다. 이 경우에는 유압 실린더를 구동원으로 하여 제 1 롤러(2)를 압압 이동시키거나, 유압 모터나 기어드 모터(geared motor)를 구동원으로 하여 지지축(23) 또는 피니언(42)을 회전 구동시키도록 하여도 된다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이, 다른 여러가지 형태로 실시할 수 있다. 상술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 불과하며 한정적으로 해석해서는 안된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 랙 축의 제조 방법 및 장치는, 윤활처리가 불필요하며 게다가 크랙이 발생하는 것을 방지하며, 평탄부를 높은 정밀도로 성형할 수 있다.

Claims (8)

  1. 단면이 원형인 강철 파이프의 중간부에 평탄부 성형용 제 1 롤러를 눌러 붙인 상태에서, 강철 파이프와 제 1 롤러를 강철 파이프의 축 방향으로 상대 이동시켜서 상기 제 1 롤러를 강철 파이프에 구름 접촉시키면서 강철 파이프를 평탄하게 소성 변형시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 강철 파이프와 제 1 롤러의 상대 이동에 동기시켜서, 상기 제 1 롤러를 회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 강철 파이프에 평탄부를 성형한 후, 외주에 톱니를 갖는 랙 톱니 성형용 제 2 롤러를 강철 파이프의 평탄부에 눌러 붙인 상태에서, 강철 파이프와 제 2 롤러를 강철 파이프의 축 방향으로 상대 이동시키고, 상기 제 2 롤러를 회전시키면서 강철 파이프의 평탄부를 소성 변형시켜 상기 평탄부에 랙 톱니를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 강철 파이프에 평탄부를 성형한 후, 랙 톱니 성형용 성형 다이에 의해 강철 파이프의 평탄부를 프레스 성형하여 랙 톱니를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 방법.
  5. 단면이 원형인 강철 파이프를 보유하는 리테이너와,
    상기 강철 파이프의 중간부를 눌러 붙이는 회전 가능한 평탄부 성형용 제 1 롤러와,
    상기 강철 파이프에 제 1 롤러를 눌러 붙인 상태에서, 강철 파이프 및 제 1 롤러를 강철 파이프의 축 방향으로 상대적으로 이동시켜서, 상기 제 1 롤러를 강철 파이프에 구름 접촉시키면서 강철 파이프를 평탄하게 소성 변형시키는 이동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 강철 파이프와 제 1 롤러의 상대 이동에 동기시켜서 상기 제 1 롤러를 회전 구동시키는 롤러 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 롤러 구동부는 상기 리테이너와 일체로 형성되며 또한 강철 파이프의 축선과 평행하게 연장되는 랙과, 제 1 롤러의 지지축에 일체 회전 가능하게 연결되며 상기 랙에 맞물리는 피니언을 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 롤러는 지지축에 끼워 맞춰지는 베이스부와, 이 베이스부의 외주에 돌출되며 평탄부의 전체 길이와 거의 같은 원주 길이를 갖는 선형(扇形)의 성형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 축의 제조 장치.
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