(57)【要約】  本発明は、ラックを加工する方法、および当該方法に従って加工されたラック（１）、例えばステアリングラックに関する。上記方法において、ラックを硬化および／または矯正した後に存在し、引張および圧縮応力のカオス的内部応力分布を有する応力パターンが、強度および材料の使用ならびにまたラックの直径を最適化する応力パターンに変換され、結果、構造を変更することなく、加工パスの機能的に組み合わされた一連のステップにおいて、少なくともギア歯（２）の領域が、引張応力のない、かつほぼ均一な応力分布または応力面を有する、意図的に導入される内部圧縮応力によるプレストレスを受ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化後、または硬化および矯正後に、最初は引張応力（σ＋）および圧縮応力（σ−）の「カオス的」（固有）応力プロファイル（σ）が少なくともギア歯（２）の領域に存在する、金属材料から作製されるラック（１）を加工するための方法であって、前記（固有）応力プロファイル（σ）が、微細構造に変化を生じさせることなく、加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップにおいて許容可能な（固有）応力プロファイル（σｐｅｒｍ）に変換され、少なくとも前記ギア歯（２）の前記領域が、引張応力（σ＋）のない規定の導入される固有の圧縮応力（σ−Ｅ）による所定のプレストレスを受け、結果、固有の圧縮応力（σ−Ｅ）の応力値および実質的に均一な応力分布または応力面の前記許容可能な（固有）応力プロファイル（σｐｅｒｍ）を有する物理系が前記ギア歯（２）の前記領域に存在する、方法。
【請求項２】
硬化後、または硬化および矯正後に、前記ギア歯（２）の少なくとも１つのラック（１）内の選択可能な区画（２．２、２．３、２．４）において、軸方向応力（σ＋ｘ）および横方向応力（σ−ｙ）の測定値の形態の、軸方向（ｘ）における引張応力（σ＋）および横方向（ｙ）における圧縮応力（σ−）が、前記「カオス的」応力プロファイル（σ）を、同一のパラメータを用いて本発明に従って加工されるラック１のロット、系列またはセットについての参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσとして定義するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固有の応力プロファイル（σ）が、前記軸方向（ｘ）および前記横方向（ｙ）において、前記ギア歯（２）の前記区画（２．２、２．３、２．４）の少なくとも１つの表面近傍層においてＸ線回折測定によって測定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記軸方向応力（σ＋ｘ）および前記横方向応力（σ−ｙ）が、１００μｍ未満の規定の深さまで測定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
硬化後、または硬化および矯正後に、±＜２．０ＭＰａ×１０３の範囲の引張応力（σ＋）および圧縮応力（σ−）が前記区画（２．２、２．３、２．４）において測定され、うち少なくとも±０．５ＭＰａ×１０３は、応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）または振幅として定義される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
本引張応力（σ＋）の前記応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）または振幅が除去、平滑化または低減される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
引張応力（σ＋）の応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）が、ガラスビーズブラストなどのショットピーニングによって表面近傍の固有圧縮応力（σ−Ｅ）を導入することによって意図的に除去、平滑化または低減されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ショットピーニングが１０秒未満の短時間にわたって行われることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
引張応力（σ＋）の応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）が、応力緩和などの誘導加熱によって除去、平滑化、または低減されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記加熱が１２０〜１６０℃の範囲で行われ、前記加熱の前および前記加熱の後にそれぞれの応力状態に応じた値が測定されることを特徴とする、請求項１から６および９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ショットピーニングまたは誘導加熱および前記応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）もしくは振幅の除去、平滑化または低減の後、前記ギア歯（２）の前記領域は、後続の鋼線ショットブラストまたはスチールショットブラストおよびスチールショットピーニングによって、引張応力（σ＋）のない前記規定の固有の圧縮応力（σ−Ｅ）による前記プレストレスを受け、結果、前記許容可能な固有の応力プロファイル（σｐｅｒｍ）が達成されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
固有圧縮応力（σ−Ｅ）の特に規定される値が、±ｐ１の範囲のビーム圧力によって導入されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
＞−０．６ＭＰａ×１０３〜＜２．０ＭＰａ×１０３の範囲の固有圧縮応力（σ−Ｅ）の値が前記区画（２．２、２．３、２．４）内に存在することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記規定の導入される圧縮固有応力（σ−Ｅ）が、アルメン強度測定によって測定強度として制御され検出されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記アルメン強度測定による前記応力プロファイル（σ）が、同一のパラメータを用いて本発明に従って加工されるラック１のロットまたは系列についての参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσとして使用されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記引張応力（σ＋）および圧縮応力（σ−）の前記固有応力プロファイル（σ）が、前記ギア歯（２）のタイプｉｖａｒもしくはｉｃｏｎｓｔａｎｔまたは前記ラック（１）の材料の特性に応じて、許容可能な固有応力プロファイル（σｐｅｒｍ）に変換されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
車両のステアリングラックのような前記ラック（１）の直径（Ｄ）の寸法決めが、別の車両の同一の車軸荷重と比較して最適化されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
＞−０．６ＭＰａ×１０３〜＜−２．０ＭＰａ×１０３の範囲の固有圧縮応力（σ−Ｅ）の値が、前記ギア歯（２）内に存在することを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法に従って加工されるラック（１）。
【請求項１９】
同一のパラメータを用いて加工されるラック１のロットまたは系列について、参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσを有する試料として、前記「カオス的」応力プロファイル（σ）を定義するための軸方向応力（σ＋ｘ）および横方向応力（σ−ｙ）の測定値と共に使用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法に従って加工されるラック（１）。
【請求項２０】
同一のパラメータを用いて加工されるラック１のロットまたは系列について、試料として、＞−０．６ＭＰａ×１０３〜＜−２．０ＭＰａ×１０３の範囲内の固有圧縮応力（σ−Ｅ）の測定値と共に使用されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法に従って加工されるラック（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のステアリングシステムにおいていわゆるステアリングラックとして使用するための、ラックを加工するための方法およびその方法に従って加工されたラックに関する。本発明は他のシステムのラックにも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
このようなラックは主に、棒鋼から作製され、ラックをステアリングシステムまたは他のシステムに設置するための、いわゆる短片を一定の長さに切断すること、歯を一区画内に配置すること、焼き入れ、矯正、端部の端加工、研削、仕上げ、ひび割れ試験、洗浄などの作業の少なくとも１つを含む。
【０００３】
自動車の製造においては、各設置部品およびステアリングラックに対して、燃料経済性および安全性ならびにラック加工片におけるほぼ一様な応力分布の観点から、軽量化および疲労強度の向上が求められている。
【０００４】
技術分野の経験によれば、ギア歯を配置した後、およびラックを硬化して矯正した後に、少なくともギア歯の区画内には、圧縮および引張応力の不利かつ不明確なプロファイルが存在する。施術者はまた、この効果を「カオス的（ｃｈａｏｔｉｃ）」ストレスプロファイルとも呼び、これについては本発明の文脈において以下で言及する。
【０００５】
ドイツ特許出願公開第１０２０１２１００２７９号明細書およびドイツ特許出願公開第１０２０１４１０５７８０号明細書には、設置前の変形および熱処理または歯切りおよび矯正などの作業後の加工片内にほぼ均一な応力分布を有すると考えられるステアリングラックが記載されている。そのようなラックは
■均一な焼き入れゾーンを達成するために高周波焼き入れに適合された装置によって加工されていた、または
■矯正プロセス中にパラメータ設定を受けていた。
【０００６】
ラック加工片内の均一な応力分布の現在要求されているパラメータは、それによって達成することはできない。
【０００７】
応力状態を制御する問題に関する、一般的なラックを加工するための他の解決策は、以下を示す。
【０００８】
ドイツ特許第６９３１２８０７号明細書（欧州特許翻訳）は、円筒バーの一部を平らな表面を有する半円筒形状にフライス削りし、さらに平らな部分をフライス削りしてその表面にラックを形成することによって、自動車に使用するステアリングラックを製造する従来の方法を開示している。そのようなラックは、それら重量が重く、コストが高いために現在の要件を満たしていない。特に不利なのは、微細構造を破壊する、ステアリングラックの表面の部分のフライス削りである。
【０００９】
より単純でより安価なラックを製造するために、壁がより薄い管が使用されたが、それらの強度に問題を引き起こした。これらの問題は特開平２２４７０２０号公報に従って解決されると考えられる。
【００１０】
したがって、ドイツ特許第６９３１２８０７号明細書（欧州特許翻訳）によれば、ラックは、以下のステップによって金属管から相当の技術的複雑さで製造されていた。
■第１のステップにおいて、ラックを形成する断面を生成するために圧力を加える。
■第２のステップにおいて、ラックと相補的な関係にある工具の間に管を取り付け、半円形の断面を有するマンドレルを金属管の穴に押し込む。
■さらなるステップにおいて、金属管の一端にコアバーを挿入し、押し出し機を使用してコアバーの周りで管を押し出して、管の壁厚を低減する。
【００１１】
ドイツ特許第１１２００６０００６１９号明細書は、ギア歯と、その長さの大部分にわたって一定の外径および一定の壁厚を有するシャフトとを有する車両ラックアンドピニオンステアリングシステムのためのステアリングラックを開示している。この目的のために、加工プロセスは管状部品に対する鍛造作業を含み、細長い部品が管状部品の第１の領域の穴に挿入される。鍛造プロセスは第１の領域上にギア歯を形成し、それによって細長い部品を管状部品内に保持する。鍛造プロセスの前に、第１の領域の外径がシャフトの一定の外径よりも小さく、かつ第１の領域の壁厚さがシャフトの一定の壁厚よりも大きくなるように、管片に成形作業を行うことによって管状部品が製造される。第１の部分は、ニーディング作業中に軸方向に圧縮され、細長い部材は、ニーディング作業の前に管状部材の穴の中に挿入される。第１の領域は細長い部分にニーディングされている。ニーディング作業中、第１の部分は、取り外し可能で再使用可能なニーディングスピンドル上にニーディングされ、それによって、成形作業によって外径が管片の長さにわたって減少する。
【００１２】
外径の減少の可能性にもかかわらず、この教示の技術的な追求はかなりの技術的コストを必要とするであろう。
【００１３】
全体として、これらの解決策は、技術的に有利な様態で「カオス的」または有害な応力状態の問題を克服するための指針を当業者に与えない。
【００１４】
文献「電気式パワーステアリングシステムのためのステアリングロッドの高周波焼き入れ」（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｈａｒｄｅｎｉｎｇ  ｏｆ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｒｏｄｓ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｏｗｅｒ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ）では、加工片の疲労寿命および摩耗特性に対する要求が高まり得る一方で、重量のために構成要素のサイズおよび重量を増加させることはできないと報告されている。したがって、ラックの位置の高周波焼き入れおよび対応する高品質の誘導加熱処理された出発材料の使用は、これらの要件を満たすことを可能にするはずである（著者、産業工学士Ｄｉｒｋ  Ｍ．  Ｓｃｈｉｂｉｓｃｈ、工学士Ｍａｒｔｉｎ  Ｂｒｏｅｃｋｉｎｇ、ｅｌｅｋｔｒｏｗａｅｒｍｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ３−２０１３）。
【００１５】
ドイツ特許出願公開第１０２０１２１０７５０１号明細書には、ステアリングギアのラックの変形によって生じる応力ピークおよび断面変化を回避するための別の解決策が記載されている。したがって、ラックおよび駆動ステアリングピニオンは、ラック上の押圧片のプレストレスを生じるように配置される。このようにして、より低い騒音発生に関して改善された減衰特性が達成されるが、当業者は、加工片内に均一な応力分布を達成するための指針をまったく受け取らない。
【００１６】
他の文献、例えば欧州特許第１  ６４０  ４６７号明細書は、ステアリングラックのようなラックに対する増大した強度要件が微細構造の変化によって達成することができることを当業者に示唆している。したがって、これらは、それらの材料微細構造中に、０．５０〜０．６０重量％の炭素、０．０５〜０．５重量％のケイ素、０．２〜１．５重量％のマンガン、０．０００５〜０．００３重量％のホウ素、０．００５〜０．０５重量％のチタン、０．０００５〜０．１重量％のアルミニウムおよび０．００２〜０．２重量％の窒素、ならびに鉄および付随する不純物によって形成される残渣を有する。ラックのためのこのような鋼棒は、典型的には、鋼棒の少なくとも一区画においてある深さで焼き戻しベイナイト組織および焼き戻しマルテンサイト組織を備えるように急冷および焼き戻しされる。これらの組織は、ラックの直径を意図的に最小化するための前提条件である。しかしながら、直径を最小化することによる軽量化のこのような可能性は、微細構造の変化を一切伴わずに、応力ピークを有するギア歯における「カオス的」応力プロファイルの問題を解決するために、ギア歯を追加した後に十分に利用することができない。
【００１７】
オーストリア特許出願公開第５１５３５２号（ドイツ特許出願公開第１０２０１４２２５９９５号）明細書は、歯根および歯面を有する歯を含む、ギア歯を有する焼結部品を記載している。ギア歯の全ての歯および歯根は、プラズマ窒化またはプラズマ軟窒化層を有し、歯根は、ＤＩＮ３９９０に従って少なくとも２００ＭＰａの永久歯根強度を有する。この焼結部品の製造方法は、粉末成形、焼結および焼き入れのステップを含む。そのような焼結部品を用いても高い歯根強度を達成することができるが、歯面は、２００ＭＰａから１５００ＭＰａの範囲内の圧縮固有応力の最大値を有することができ、焼結部品の疲労強度をさらに向上させることを達成することができ、歯のその領域内の割れの危険性を低減することができ、これらの焼結部品は直線状のギア歯またははすばギア歯を有するラックとして実装することができ、それから当業者は汎用ラックを加工するときの応力状態の問題を解決するためのいかなる示唆も得ることができない。そこに開示されている技術は、例えばプロセス関連の歪みを回避するために、焼結部品を硬化させるためのプラズマ窒化またはプラズマ軟窒化に焦点を合わせている。
【００１８】
当業者には知られているように、加工片表面を再加工して、有害な固有の引張応力を排除するか、または上述のショットピーニングまたは高周波焼なましなどの機械的および熱的手段によって重要な部品に有益な圧縮応力を導入することができる。したがって、固有応力または固化などの、表面付近の材料状態を修正することができる。ショットピーニングは主に加工片の表面強度を高めるために使用される。
【００１９】
米国特許出願公開第２００６／００４８８６７号明細書は、任意のまたは所望の固有応力の形成を測定するために、ガスビームを用いて処理中にそのような表面に放射線を照射することによって、硬化処理した鋼の固有応力によって引き起こされる応力亀裂に対抗することを提案する。しかしながら、この教示は微細構造における技術的に誘発された変化に基づいている。
【００２０】
ドイツ特許出願公開第１０２０１３２１８４１３号明細書は、溶接直前にトレーリングアームおよびトーションバーを１２０〜１５０℃の温度に予熱することを開示しており、ここでトレーリングアームおよびトーションバーは溶接後にショットピーニングを受ける。ショットピーニングは使用中の耐久性を高めると考えられている。
【００２１】
米国特許第６，５４４，３６０号明細書には、ドイツ特許出願公開第１０２０１３２１８４１３号明細書による自動車のばねを製造するための表面処理プロセスを開示しており、それによって、表面において所望の固有の圧縮応力を達成するために、自動車のばねが加熱され、次いでショットピーニングによって処理されると、対応して処理された表面がより良好な応力プロファイルを示す。したがって、金属部品、特に自動車用スタビライザのショットピーニング方法が提案されており、これは以下の方法ステップを特徴とする。
−金属部品を用意し、その金属部品をブラスト処理システムに挿入するステップ。ここで、金属部品はブラスト処理の前に加熱される。
−定義可能なクリーニングビーム速度でクリーニングするステップ。および
−定義可能なショットピーニングビーム速度での後続のショットピーニングステップ。
ショットピーニングビーム速度はクリーニングビーム速度よりも大きい。ブラスト処理は速度によって制御されるため、固化の寸法は常に定義可能ではない。
【００２２】
専門家の観点からは、硬化させるべき加工片内の不均一な硬化領域および不均一な応力は、上述のドイツ特許出願公開第１０２０１２１００２７９号明細書に従った漸進的な硬化によって小さく保つことができることを付け加えることができる。硬化されるラックの断面形状にインダクタの断面形状を適合させることにより、未硬化領域との平坦な境界面を有する硬度ゾーンが生成される。この平らな境界面は加工片内に均一な応力分布を生じさせると考えられ、それによってラックは高い機械的安定性を達成することができるが、これは比較的高いコストを伴う。
【００２３】
したがって、両方の方法を組み合わせても、ギア歯における応力ピークによる「カオス的」固有応力の問題を適切にまたは完全に解決することはできないであろう。
【００２４】
他方、ドイツ特許出願公開第１０１４０４４４号明細書は、歯根の領域における歯面支持容量を増大させることができるようにするために、歯付き部品の動的負荷容量を増大させるためのその後のショットピーニングを拒絶する。
【００２５】
個々の解決策を表すにすぎない、ここで解決しようとする問題以外の手法および目標を有するこれらの方策を評価した後で、当業者は、的を絞ったまたは定義可能な様式でステアリングラックの製造において以前に対処された「カオス的」応力分布を制御するための示唆を得ない。ショットピーニングを含むブラスト処理で達成可能な結果が、特にブラスト処理が制御可能でない場合には、加工片に悪影響を及ぼす可能性があることも、確信が持たれていない。
【００２６】
また、例えばドイツ特許出願公開第１９５０００７８号明細書に記載されているように、他の分野における方法の他の考察は解決策を提供しない。この方法は、ショットピーニングによる冷間変形によって部品の所定の制動点の領域における相対制動トルクを減少させることに関する。ここでは、曲げまたはねじりを受ける部品には断面遷移に応力ピークがあり、材料側で適切な対策を講じないと破損する可能性があり得るとも考えられるが、この解決策はここで検討するラックには適用できない。
【００２７】
当業者は、許容可能または必要な応力分布を通常の加工工程の範囲内で技術的に制御することができないため、より複雑な考察が必要であることを認識する。これは、以前は後処理としてのみ考えられていたショットピーニングをラック製造の加工工程に首尾よく組み入れることができるようにするため、またはこれを上で分析した方策または他の方策と組み合わせることができるようにするために、創造的な考察を要する。従来技術の分析はまた、ステアリングラックの製造の実践において得られた経験が純粋に計算的に決定された技術によって置き換えられ得ないことを示しているためである。さらに、「試行錯誤」の漸進的な対策が必要である。
【００２８】
Ｎｅｕｂｅｒによる初期の情報源（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｉｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２９（１９６３））は、ラック内の応力分布に関して、複雑な計算方法を用いることによって正確な応力関数が得られ、これによって、任意のプロファイルを用い、任意の力を加えることによってラック内の応力分布に関する新たな計算の基礎をもたらすことができることを教示している。しかしながら、実用的な用途のための新たな計算の基礎を求める当業者は、対応する解決策を発見していない。
【００２９】
従来技術における上記の解決策を検討することによって、ラックの硬化および矯正後にギア歯に存在する不利な、定義できない、または不均一な「カオス的」応力状態、特に不利な引張応力およびそれらの応力ピークを回避する解決策を組み合わせることはできない。したがって、後のラックの割れまたは折れを回避するのに必要な質量および材料の最適化は容易には実現できない。
【００３０】
したがって、
○応力分布をほぼ均一にし、微細構造を変化させずにラックの直径、ひいてはギア歯の包絡円直径を最小にすることによってラックの軽量化の要求を満たし、
○ラックの疲労強度の低下および割れまたは折れの形成という不都合を回避し、
○直径を最小化する可能性をもたらす、
新規の解決策を見つけなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２０１２１００２７９号明細書
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第１０２０１４１０５７８０号明細書
【特許文献３】ドイツ特許第６９３１２８０７号明細書（欧州特許翻訳）
【特許文献４】特開平２２４７０２０号公報
【特許文献５】ドイツ特許第１１２００６０００６１９号明細書
【特許文献６】ドイツ特許出願公開第１０２０１２１０７５０１号明細書
【特許文献７】欧州特許第１  ６４０  ４６７号明細書
【特許文献８】オーストリア特許出願公開第５１５３５２号（ドイツ特許出願公開第１０２０１４２２５９９５号）明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００６／００４８８６７号明細書
【特許文献１０】ドイツ特許出願公開第１０２０１３２１８４１３号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，５４４，３６０号明細書
【特許文献１２】ドイツ特許出願公開第１０１４０４４４号明細書
【特許文献１３】ドイツ特許出願公開第１９５０００７８号明細書
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】「電気式パワーステアリングシステムのためのステアリングロッドの高周波焼き入れ」（著者、産業工学士Ｄｉｒｋ  Ｍ．  Ｓｃｈｉｂｉｓｃｈ、工学士Ｍａｒｔｉｎ  Ｂｒｏｅｃｋｉｎｇ、ｅｌｅｋｔｒｏｗａｅｒｍｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ３−２０１３）
【非特許文献２】Ｎｅｕｂｅｒ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｉｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２９（１９６３））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明の目的は、加工作業の組み合わされた系列における部分的に既知の技術および作業によってラックの硬化および／または矯正の後に存在する引張および圧縮応力のカオス的固有応力プロファイルを有する応力系を、それぞれの鋼の微細構造部品を変更または破壊することなく、強度およびラックの直径および材料の使用を最適化する応力系に変換することである。
この文脈において、
■例えば、米国特許出願公開第２００６／００４８８６７号明細書による、当該技術分野において既知であり、特に適用されるようなＸ線試験、および／または
■圧縮応力を導入するための金属部品における、以前は後処理としてのみ考慮されていたか、または亀裂形成を回避するために技術的待機期間の後に適用されていた周知のショットピーニング（例えば、ドイツ特許出願公開第１０２０１３２１８４１３号明細書、ドイツ特許第１０２０１１  ０５５１０４号明細書、ドイツ特許出願公開第１０１４０４４４号明細書において上述したような）
が、連続的な一連の作業に統合されるべきであるとともに、加工片内の応力のより均一な分布の機能的に組み合わされた新規の効果と共に選択的に使用されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明によれば、この目的は、請求項１および従属請求項２〜１７に記載の方法によって、ならびに、その後、請求項１８〜２０に記載の方法によって処理されるラックによって達成される。
【００３５】
硬化後、または硬化および矯正後に、最初は引張応力および圧縮応力の「カオス的」固有応力プロファイルが少なくともギア歯の領域に存在する、金属材料から製造されたラックを加工するための方法の本発明の原理は、固有応力プロファイルが、微細構造に変化を生じさせることなく、加工シーケンスの機能的に組み合わされた一連のステップによって許容可能な固有応力プロファイルに変換され、それによって少なくともギア歯のその領域が、引張応力のない規定の導入される固有の圧縮応力による所定のプレストレスを受け、結果、固有の圧縮応力の応力値および実質的に均一な応力分布または応力面の許容可能な固有応力プロファイルを有する物理系がギア歯のその領域に存在することである。
【００３６】
ギア歯を有する焼結部品に対して、焼結部品の疲労強度を改善するための最大値の固有圧縮応力が可能である、上記に評価されたオーストリア特許出願公開第５１５３５２号（ドイツ特許出願公開第１０２０１４２２５９９５号）明細書と比較して、応力状態の制御は、本発明によれば、鋼の微細構造を変えることなく達成され、結果、本技術は原理的にも質的にも上記文献とは異なる。
【００３７】
この目的のために、硬化後、または硬化および矯正後に、少なくとも１つのラックのギア歯の選択された部分に生じる軸方向の引張応力および横方向の圧縮応力を表す軸方向および横方向の応力の測定値が、同じパラメータを用いて本発明に従って加工されるべきラックのロットまたは系列に対する、すなわち、それぞれのロットまたは系列の技術的準備の文脈における、参照プロファイルまたは理論的に仮定される応力プロファイルとしての「カオス的」応力プロファイルの定義に使用される。
【００３８】
この方法では、一般的なラックが通常、短片の切断、一区画への歯の施与、硬化、矯正のような基本作業の後で、かつ、端面の仕上げ、研削、仕上げ、亀裂試験および洗浄の前に、本明細書においては「カオス的」として参照される応力系を有する。当業者は、ギア歯の施与および硬化後に歯付きラックに広がる引張および圧縮応力を、その程度を決定することができるように、すなわち、固有応力のＸ線回折測定によって非破壊的に認識している。固有応力は、ギア歯のその区画の少なくとも１つの表面近くの層において、それらの軸方向および横方向において１００μｍ未満の深さまで測定される。
【００３９】
放射線撮影応力は、固有の応力の結果としての結晶格子における格子膨張を決定することによって測定されるため、測定は座標系に応じて実行されることになり、ここで応力は多軸応力状態から決定される。
【００４０】
歯付き領域は、
○照射する領域の選択、および
○干渉線、角度範囲、傾斜などの、測定位置に関する測定値の決定
のような基準を含め、加工片および材料に対する、回折計などのＸ線装置の特別な設定を必要とする。
【００４１】
その結果、固有応力のＸ線回折測定のために、ギア歯の選択された（境界層）区画が、それらの軸方向および横方向において、既存の圧縮および引張応力を、軸方向および横方向の応力の測定値として検出できるように決定される。
【００４２】
米国特許出願公開第２００６／００４８８６７号明細書に関連して上述したように、加工片におけるＸ線回折測定は一般に知られているが、本開示におけるラックについて、微細構造に変化を生じることなく、所望の概ね均一な応力分布に対して使用可能な結果を最終的に達成するために、当業者によって、通常の動作を超えて以下の対策のための加工ステップを設けなければならないことは強調しておくべきである。本発明による目的とする均一な応力分布は、微細構造を変化させることがないだけでなく、追加の手段（例えば、米国特許出願公開第２００６／００４８８６７号明細書による追加のガスビーム処理など）も用いることなく達成される。したがって、本発明による固有応力の特に構造化されたＸ線回折測定は、相乗効果を有する技術的プロセスに統合される。
【００４３】
本発明の「カオス的」応力系で観察される圧縮および引張応力は今や測定可能かつ検出可能であるため、引張応力の応力ピークは理論的に決定または仮定することができ、それは機能的に加工作業に組み込むことができる。他方では、単一の「代表サンプル」を仮定することができるため、すなわちロットまたは系列の各ラックについて「カオス的」応力系の測定を実行する必要がないので、それは技術的意味をなす。例えば、±＜２．０ＭＰａ×１０３の範囲で測定される引張応力および圧縮応力のうち、少なくとも±０．５ＭＰａ×１０３を応力ピークまたは振幅として定義することができる。
【００４４】
第１の技術的ステップの本発明によるこの方策は、微細構造を変化させることなく、機能ベースの加工作業の範囲内で、すなわちギア歯内で所望される均一な応力分布に関して、最初に確認された技術水準を超える特定の発明的態様をすでに特徴付ける。
【００４５】
したがって、１０秒未満の短時間にわたって実行され得る、例えばガラスビードビームを使用するショットピーニングによって表面に近い固有の圧縮応力を導入することによって、引張応力の前述の応力ピークが排除、平滑化、または低減される。
【００４６】
代替的に、応力緩和のような誘導加熱によって引張応力の応力ピークを排除、平滑化または低減することができ、加熱は１２０〜１６０℃の範囲で行うことができ、それぞれの応力状態に応じた値は加熱前および加熱後に検出することができる。
【００４７】
誘導緩和は、ギア歯の種類に応じて実行することができ、均一または可変のギア歯または材料の特性を考慮に入れることができる。
【００４８】
ショットピーニングまたは誘導加熱および応力ピークもしくは振幅の除去、平滑化または低減の後、ギア歯の領域は、後続の鋼線ショットブラスト（またはグリットブラスティングおよびスチールショットピーニング）によって、引張応力のない規定の導入される固有の圧縮応力による所定のプレストレスを受け、結果、所望のまたは許容可能な固有の応力プロファイルが達成される。
【００４９】
この目的のために、固有の圧縮応力の具体的に規定された値が、±ｐ１の範囲内のビーム圧力によって導入される。
【００５０】
この切断鋼ワイヤブラストの適用の発明的な特徴は、圧縮応力が、以前に測定された値に応じて意図的に定義され、そして応力ピークまたは振幅の事前の排除、平滑化または低減と機能的に相乗的に適用されることである。同時に、ブラスト加工プロセスによって引き起こされる変形は、定義されたサンプルにおいて、圧縮応力を、以下アルメン試験とも呼ぶアルメン強度測定によって測定された強度として決定することによって同時に決定および制御することができる。とりわけ、ブラスト材料の硬度および形状、入射角、ブラスト材料の運動エネルギーならびにあらゆる障害を考慮に入れることができる。したがって、アルメン試験は、本発明による加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップの技術的に統合された構成要素となる。したがって、単一のラックが、定義されたサンプルを、所定の期間または所定数のロットまたは系列にわたるアルメン試験サンプルとして表すことができる。
【００５１】
本発明による加工作業におけるこれらの工程ステップの効果的で密接な結合および相互に支持された組み合わせにより、微細構造の物理的応力系において検出される応力ピークを、圧縮固有応力の形態のギア歯のプレストレスがギア歯の特定の区画に存在するという驚くべき効果を伴って、均一な応力面または応力分布に変換することができる。
【００５２】
本発明によれば、本発明による方法を用いて、可変ギア歯について、異なる歯根半径および異なる歯面の異なる角度を検出してカバーすることにより、一定のギア歯と比較した可変ギア歯の不利な特徴を考慮に入れることができる。このように、引張応力および圧縮応力の元の固有応力プロファイルを、ギア歯のタイプまたはラックの材料の特性を考慮して、許容可能な固有応力プロファイルに変換することができる。
【００５３】
したがって、同等の車軸荷重を有する他のものと比較して、特に車両のステアリングラックとして、ラックの直径の寸法を最適化することができる。
【００５４】
この方法は、＞−０．６ＭＰａ×１０３〜＜２．０ＭＰａ×１０３の範囲のギア歯の固有の圧縮応力の値を可能にし、結果、これらの値は最終的に本方法に従って加工されたラックの定性的に新規の特性となる。
【００５５】
したがって、本発明による方法によって製造されたステアリングラックは、ギア歯の区画内に、
ａ）ギア歯に導入される圧縮応力、
ｂ）均一な応力面／分布を形成する物理的応力系、および
ｃ）複数の寸法におけるギア歯の固有の圧縮応力によって変換された予応力
を有し、これらの特性は、ステアリングラックに新規の、機能的に均一に組み合わされた品質を与える。このように、ラックの直径、ひいてはまたギア歯の包絡円直径を最小にすることによる軽量化に対する増大する要求を満たすことができ、直径を最小にするにもかかわらず疲労強度を高めることができ、自動車ステアリングシステムについて、車両のより高い車軸負荷に対する需要を満たすことができ、技術コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に従って加工されるラック１の平面図である。ラックは、  ●ピン１．１から数えて５番目の歯まで画定されるギア歯２の区画２．２、  ●測定範囲の中心として規定されるギア歯２の区画２．３、および  ●シャフト１．２から数えて５番目の歯まで画定されるギア歯２の区画２．４に分割される測定範囲を有するステアリングラックとして示されている。ギア歯２のこれらの区画２．２、２．３、２．３からの詳細Ａが、説明のために強調されており、引張応力σ＋が軸方向ｘにおいて測定され、圧縮応力σ−が横方向ｙにおいて測定される。
【００５７】
【図２．１】図１のラック１内の引張応力σ＋の応力ピークσ＋ｐｅａｋおよび圧縮応力σ−の応力ピークσ−ｐｅａｋの識別による、硬化および矯正後の図１によるギア歯２における引張応力σ＋および圧縮応力σ−の測定応力プロファイルσの図である。されており、これらは、参照応力プロファイルσ、または同じパラメータを有するラック１のロットまたは系列の理論的に仮定された応力プロファイルσと同一のパラメータを用いて本発明に従って加工されるべきラック１のロットまたは一連のラック１についてのラック１の選択されたサンプルの指定の「σプロファイル」としての基礎として使用される。
【００５８】
【図２．２】本明細書において「応力ピーク平滑化」と呼ばれる、引張応力σ＋の応力ピークσ＋ｐｅａｋの本発明による排除または平滑化の後の、図１によるラック１のギア歯２における引張応力σ＋および圧縮応力σ−の「σプロファイル」の図である。
【００５９】
【図２．３】本発明による加工作業後の、本発明による図１によるラック１のギア歯２内の圧縮応力σ−の許容可能なまたは所定の応力プロファイルσｐｅｒｍの図である。これによって、図２．１による「σプロファイル」が、許容可能な、指定されない応力プロファイルσｐｅｒｍに変換され、ギア歯２の領域は、ここで矢印によって記号的に示される、引張応力σ＋のない意図的に導入される指定されない固有圧縮応力σ−Ｅによるプレストレスを有する。これによれば、  ●「プロセスＩ」と呼ばれる第１段階において、加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップが、ショットピーニングによる表面に近い指定されない固有圧縮応力σ−Ｅを導入することによって、図１の引張応力σ＋の指定されない応力ピークσ＋ｐｅａｋを意図的に平滑化、低減または除去している。  ●「プロセスＩＩ」として示される第２の段階において、ショットピーニングまたは誘導加熱、これらの応力ピークσ＋ｐｅａｋの平滑化または低減に続く本発明による加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップの結果として、許容固有応力σｐｅｒｍが、指定された「σ仕様」に従ってその後の鋼線ショットブラストによって達成される。
【００６０】
【図３】加工作業における異なるビーム圧力によるショットピーニングまたは応力緩和およびスチールショットブラストによって、本発明に従って導入されていたものとしての、図１のギア歯２内で得られる固有圧縮応力σ−Ｅの測定値を有する３つの棒グラフ、すなわち、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩで示されるブロック図である。
【００６１】
【図４】図１による歯付きラック１のギア歯２の区画２．２、２．３および２．４において達成された詳細な応力値の、線図として描かれている概略図である。
【００６２】
【図５】ガラス球でブラスト処理するときに避けなければならない、歯の基部への不都合な「到達不能」の概略図である。
【００６３】
本発明の例示的な実施形態を以下により詳細に説明する。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１による本発明に従って加工されるラック１の再現性をよりよく理解するために、図２．１、２．２、２．３による技術的条件、図３による結果、および図４による可能性のある必須データなどのデータが例として示される。
【００６５】
図１では、硬化および矯正後の、本発明に従って加工される、制限された長さの端面１．３による非切削成形によってピン１．１とシャフト１．２との間に導入されている歯１と、直径２．５とを有するギア歯２を有するラック１が基礎として使用される。
【００６６】
最初に分析された問題を考慮すると、
○ラック１を硬化および矯正した後、ここでは「カオス的」と呼ばれる不利な、定義不可能な、または不均一な応力状態が、特に不利な引張応力σ＋およびそれらの応力ピークσ−ｐｅａｋを有するギア歯２内の引張応力σ＋および圧縮応力σ−の、図２．１に示すような応力プロファイルσをもって、ギア歯２内に存在する。
○ラック１の後の割れまたは破損を回避しながら、外部指定の必須データ、質量と材料の使用の最適化が必要であり、ラック１は次のように処理する必要がある。
○応力分布をほぼ均一にして、微細構造を変化させずにラックの直径、ひいてはまたギア歯の包絡直径を最小にすることによって、軽量化の要件を満たす。
○ラックの疲労強度の低下および割れまたは折れの形成という不都合を回避する。
○全体として直径最小化の可能性を提供する。
【００６７】
一貫して、以下の記号は、
■σ＋引張応力
■σ−圧縮応力
■σ−Ε圧縮固有応力
■σ応力プロファイル、また（固有の）応力プロファイルとして「カオス的」である、および
■σｐｅｒｍ許容可能な、望ましい、与えられた、または達成される（固有の）応力プロファイル
を指定する。
【００６８】
本発明によれば、加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップにおいて、要求されたパラメータを満たすために不利な（固有の）応力プロファイルσは、微細構造を変えることなく許容される（固有の）応力プロファイルσｐｅｒｍに変換され、（少なくとも）ギア歯２の領域は、引張応力σ＋なしで規定の導入される固有の圧縮応力σ−によるプレストレスを受け、それによって、加工の結果として、固有の圧縮応力σ−Ｅの応力値およびほぼ一様な応力分布または応力面の許容可能な（固有）応力プロファイルσｐｅｒｍを有する物理系が、ギア歯２の領域内に存在する。
【００６９】
本発明による加工方法は、歯１を有するギア歯２において、必然的に、すなわち測定されるかもしくは測定されないか、または検出されるかもしくは見出されないかにかかわらず、図２．１による引張応力σ＋および圧縮応力σ−のカオス的（固有の）応力プロファイルσが存在する。本発明の文脈において、この状態は、以下のようにラック１のサンプル上で検査され定義される。本発明の重要な態様として、およびこれらの統合されたステップで加工される図１によるラック１の準技術的準備として、歯２．１（＝ギア歯２の長さ）を有するギア歯２の区画が各々、
■ピン１．１から数えて５番目の歯２．１までの測定範囲としての区画２．２、
■測定範囲の中心としての区画２．３、および
■シャフト１．２から数えて、５番目の歯までの測定範囲として区画２．４
に分割される。
【００７０】
この目的のために、ギア歯２の強調された細部Ａは、
■軸方向ｘにおける引張応力σ＋の測定のための、および
■横方向ｙにおける圧縮応力σ−の測定のための記号的ベクトル矢印を示す。
【００７１】
本発明の加工のために準備されたこの技術システムに基づいて、軸方向ｘにおけるギア歯２の引張応力σ＋および横方向ｙにおける圧縮応力σ−が、選択された（表面に近い）領域においてＸ線回折測定により検出され、測定値として記録される。
【００７２】
加工片におけるＸ線回折測定は一般的に知られているが、本発明のラック１の場合には、最終的には、微細構造を変えることなく、ほぼ均一な応力分布および使用可能な結果を達成するために、当業者から予想される行動を超えた第１の技術的アプローチのための方策が既に開発され試験されていることを強調すべきである。Ｘ線回折測定は結晶格子内の固有応力の結果としての格子膨張を決定することによって行われるため、測定は規定された座標系で実行されることができ、それによって応力は多軸応力状態から決定される。
【００７３】
ギア歯２はラック１の、回折計などのＸ線装置の特別な調整を必要とするため、以下の基準、すなわち、
○照射する領域の選択、および
○干渉線、角度範囲、傾斜などの、測定位置に関する測定値の決定
が観察されなければならない。
【００７４】
したがって、この技術的準備ステップのために、固有応力のＸ線回折測定のために選択されるべき歯２の（表面近傍層）区画２．２、２．３、２．４が決定されなければならない。これにより、ギア歯２における引張応力σ＋および圧縮応力σ−の本発明の応力プロファイルσが、引張応力σ＋の応力ピークσ＋ｐｅａｋおよび圧縮応力σ−の応力ピークσ−ｐｅａｋの識別によって硬化および矯正後の軸方向ｘおよび横方向ｙにおいて決定され、測定値として記録される。
【００７５】
本発明によるこのアプローチは、その後、ラック１の選択されたサンプルの「カオス的」応力プロファイルσを、定義された参照応力プロファイルσとして、または同一のパラメータで加工されるラック１のロットまたは系列の理論的に仮定された応力プロファイルσとして使用することができるという利点を有する。
【００７６】
図２．１は、参照応力プロファイルσまたは同一のパラメータを有するラック１のロットもしくは系列に対する理論的に仮定された応力プロファイルσを線図の形で示し、これから、図１に示した比較例のラック１について、示されている引張応力σ＋の応力ピークσ＋ｐｅａｋおよび圧縮応力σ−の応力ピークσ−ｐｅａｋを有する、硬化および矯正後のギア歯２内の引張応力σ＋および圧縮応力σ−の応力プロファイルσおよびディメンション［ＭＰａ］×１０３の値を収集することができる。ラック１の選択されたサンプルから得られたこの応力系は、その後、本発明に従って、かつ、ディメンション［ＭＰａ］ｘ１０３を有する引張応力σ＋および圧縮応力σ−の値を有する、参照応力プロファイル、または、理論的に仮定される応力プロファイルσと同じパラメータに従って製造されるラック１のロットまたは系列に対して使用することができる。
【００７７】
図２．２は、本方法について、引張応力σ＋の応力ピークまたは振幅σ＋ｐｅａｋが、加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップにおいて存在することおよびどのように存在するかを概略的に示す。したがって、ディメンション［ＭＰａ］×１０３を有する値を有する引張応力σ＋の応力ピークまたは振幅σ＋ｐｅａｋは、図２．３においてプロセスＩとして示される応力ピーク平滑化と呼ばれる第１の段階に従って定義および排除され得る。
【００７８】
加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップは、第１の段階に従って、かつ、以下でより詳細に説明する図２．３において矢印によって記号的に示されるように、ガラスビーズによるブラスト処理のようなショットピーニングによって表面近傍の固有圧縮応力σ−Ｅを導入することによって、引張応力σ＋の応力ピークσ＋ｐｅａｋが平滑化、低減または排除されることを含む。ショットピーニングは１０秒未満の短時間で実行することができる。ガラスビーズを用いたブラスト加工では、ブラスト材の球体は、図５に概略的に示すように、不利な「到達不能な」歯根を回避するために、ギア歯２の歯根内のそれぞれの歯根半径が照射され得るようにサイズ決めされるべきである。
【００７９】
代替的に、引張応力σ＋の応力ピークσ＋ｐｅａｋ（および場合によっては圧縮応力σ−の応力ピークσ−ｐｅａｋ）は、応力緩和などの誘導加熱によって除去、平滑化、または低減することができる。加熱は１２０〜１６０℃の範囲で行うことができ、それによって加熱前後の応力値を測定することができる。
【００８０】
したがって、図２．２によるショットピーニングまたは応力緩和の後（最初は本発明による方法の技術的中間段階として）、応力ピークσ＋ｐｅａｋのない（固有の）応力プロファイルが達成される。
【００８１】
本発明によれば、引張応力σ＋のない規定の固有圧縮応力σ−Ｅによるプレストレスがギア歯２の領域に導入され、結果、先を見越して、ほぼ一様な応力分布または応力面を有する、（固有の）圧縮応力σ−Ｅの応力値および許容可能な（固有の）応力プロファイルσｐｅｒｍを有する物理系が、ギア歯２の領域内に存在する。この目的のために、ショットピーニングまたは誘導加熱および応力ピークσ＋ｐｅａｋまたは振幅の除去、平滑化または低減の後、許容される固有応力プロファイルσｐｅｒ（場合によって強制データに従って達成される）は、特に図２．３による第２の段階ＩＩにおいて、かつ、本発明による加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップ内の結果として、ビーム圧力ｐ１での後続の鋼線ショットブラスト処理によって達成される。したがって、σ仕様に従って図２．３の図に示されるように、引張応力なしに意図的に導入される圧縮固有応力σ−Ｅによるプレストレスが、ギア歯２の領域に存在する。
【００８２】
図３は、例えばブロック線図Ｉによるｐ１、ブロック線図ＩＩによる０．５×ｐ１、またはブロック線図ＩＩＩによる１．４×ｐ１のビーム圧力でのショットピーニングまたは応力緩和および鋼線ショットブラストショットによって本発明による加工作業によって意図的に導入されたような、処理されたラック１についての所望の圧縮固有応力σ−Ｅの値（したがって許容されるまたは強制データに従って得られる固有応力プロファイルまたはσｐｅｒｍ）の値を示す。
【００８３】
ここで強化ビームとして機能する鋼線は、品質を確保するために加工作業に組み込まれた「アルメン試験」（適用可能な場合は先行する塗装試験を伴う）の後に導入される固有圧縮応力σ−Ｅの特定の値に関して制御することができる。ビームが操作されている間、動作圧力が制御され、ラック１は「アルメン試験」後に擬似的に試験片として利用可能であり、それについて（図４を参照）、値ａ１＝軸方向応力開始、ａ２＝横方向応力開始、ｂ１＝軸方向応力中心、ｂ２＝横方向応力中心、ｃ１＝軸方向応力終了、ｃ２＝横方向応力終了を用いる、本発明と関連付けられるステップの結果として、ギア歯２の区画２．１、２．２、２．３内に許容可能な応力面または応力分布が存在することを実証することができる。
【００８４】
例えば、＞−０．６ＭＰａ×１０３から＜−２．０ＭＰａ×１０３までの範囲の固有圧縮応力σ−Ｅの値が、ギア歯２の区画２．２、２．３、２．４において可能であるため、本発明は、ラック１の建設的な開発に関して、以下のことを可能にする。
【００８５】
ラック１の従来の加工において、設計者は一般に、ラック荷重、所与の荷重事例に対する曲げ線、ならびに対応する弾性率および所望の疲労寿命を達成するための動的疲労試験に関して、その断面挙動および最適化を調べた。設計者は、例えば、歯２の領域において２８ｍｍの歯付きロッド直径Ｄを決定した。固有の圧縮応力−σ−Ｅまたは表面近傍応力σの大きさおよび方向は無視することができるが、ギア歯２における引張応力σ＋、すなわち引張応力σ＋および圧縮応力σ−の否定的な「カオス的」応力プロファイルσ（図２．１参照）は不利に残った。
【００８６】
ここで本発明の教示を受け入れる当業者は、以下によって、ラック１の構造最適化を有利に深めることができる。
○歯２．１の根元での歯の断面積および断面モジュール（歯根半径およびそれに対応するノッチ効果を含む）および歯の幅、歯根面または表面など、疲労強度および寿命に重要な要因を調査すること、
○可変ギア歯２ｉｖａｒもしくは一定のギア歯２ｉｃｏｎｓｔａｎｔの関数としての、またはラック１の材料の特性の関数としての、引張応力σ＋および圧縮応力σ−の固有応力プロファイルσを、許容可能な固有応力プロファイルσｐｅｒｍにさらに変換すること、
○表面近傍の固有の圧縮応力σ−Ｅ（例えば表面下０．０２ｍｍ）を意図的に導入することにより引張応力σ＋を除去し、ラック１の直径Ｄを例えば２６ｍｍに最小化すること、および
○さらには、車両の同じ車軸荷重で、車両のステアリングラックのようなラック１の直径Ｄの寸法決定を最適化すること。
【００８７】
これは、本発明による方法が＞−０．６ＭＰａ×１０３から＜−２．０ＭＰａ×１０３までの範囲の圧縮固有応力σ−Ｅの値を許容するラック１を提供するために可能である。
【００８８】
図４は、上で定義された値ａ１、ａ２；ｂ１、ｂ２；ｃ１、ｃ２による本発明に関連するステップの結果として、微細構造の物理的応力系において元々不利に作用する応力比が、以下の区画における許容可能な応力面または応力分布にどのように変換されたかを示す。
○２．２、ピン１．１から数えて５番目の歯で測定、
○２．３、測定範囲中心、
○２．４、ギア歯２のシャフト１．２から数えて５番目の歯で測定。したがって、外部の強制データなどのデフォルト値を、達成された実際の値と比較し、満足できること、すなわち有害な引張応力σ＋のない固有の圧縮応力σ−Ｅからの有利なプレストレスがギア歯２内に存在することを確認することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は比較的低コストで技術的に適用可能であり、ラックの直径を最小にすることによってラックの軽量化の要求を満たすことを可能にする。ラックの耐久性が満足され、ギアの歯の割れまたは破損が回避される。特に、自動車ステアリングシステムでは、車両のより高い車軸荷重に対する需要を実現することができる。
(符号の説明)
１  ラック
１．１  ピン
１．２  シャフト
１．３  表側
２  ギア歯
２．１  歯
２．２  ピン１．１から数えての測定範囲としての歯２の区画
２．３  測定範囲の中心としてのギア歯の区画
２．４  シャフト１．２から数えての測定範囲としての歯２の区画。
２．５  ラック１の直径
ｘ  軸方向
ｙ  横方向
σ  応力プロファイル、また「カオス的」（固有）応力プロファイル
σｐｅｒｍ  「σ仕様」とも呼ばれる、許容可能な、所望の、定義された（固有）応力プロファイル
σ＋  引張応力
σ−  圧縮応力
σ−Ε  圧縮固有応力
σ＋ｐｅａｋ  引張応力の応力ピークまたは振幅
σ＋ｘ  軸方向応力
σ＋ｙ  横方向応力
ｉｖａｒ  可変ギア歯
ｉｃｏｎｓｔａｎｔ  一定のギア歯
±ｐ１  可変ビーム圧力
ａ１  軸方向応力値開始
ａ２  横方向応力値開始
ｂ１  軸方向応力値中央
ｂ２  横方向応力値中心
ｃ１  軸方向応力値終了
ｃ２  横方向応力値終了
【図１】
2020504026.tif 000003
【図２．１】
2020504026.tif 000004
【図２．２】
2020504026.tif 000005
【図２．３】
2020504026.tif 000006
【図３】
2020504026.tif 000007
【図４】
2020504026.tif 000008
【図５】
2020504026.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月10日(2019.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化後、または硬化および矯正後に、最初は引張応力（σ＋）および圧縮応力（σ−）の「カオス的」（固有）応力プロファイル（σ）が少なくともギア歯（２）の領域に存在する、金属材料から作製されるラック（１）を加工するための方法であって、
前記（固有）応力プロファイル（σ）が、微細構造に変化を生じさせることなく、加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップにおいて許容可能な（固有）応力プロファイル（σｐｅｒｍ）に変換され、少なくとも前記ギア歯（２）の前記領域が、引張応力（σ＋）のない規定の導入される固有の圧縮応力（σ−Ｅ）による所定のプレストレスを受け、結果、固有の圧縮応力（σ−Ｅ）の応力値および実質的に均一な応力分布または応力面の前記許容可能な（固有）応力プロファイル（σｐｅｒｍ）を有する物理系が前記ギア歯（２）の前記領域に存在し、
ａ）本引張応力（σ＋）の前記応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）または振幅が、ガラスビーズブラストなどのショットピーニングによって表面近傍の固有圧縮応力（σ−Ｅ）を導入することによって、または、応力緩和などの誘導加熱によって意図的に除去、平滑化または低減され、
ｂ）前記ショットピーニングまたは誘導加熱および前記応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）もしくは振幅の除去、平滑化または低減の後、前記ギア歯（２）の前記領域は、後続の鋼線ショットブラストまたはスチールショットブラストおよびスチールショットピーニングによって、引張応力（σ＋）のない前記規定の固有の圧縮応力（σ−Ｅ）による前記プレストレスを受け、結果、前記許容可能な固有の応力プロファイル（σｐｅｒｍ）が達成される、方法。
【請求項２】
硬化後、または硬化および矯正後に、前記ギア歯（２）の少なくとも１つのラック（１）内の選択可能な区画（２．２、２．３、２．４）において、軸方向応力（σ＋ｘ）および横方向応力（σ−ｙ）の測定値の形態の、軸方向（ｘ）における引張応力（σ＋）および横方向（ｙ）における圧縮応力（σ−）が、前記「カオス的」応力プロファイル（σ）を、同一のパラメータを用いて本発明に従って加工されるラック１のロット、系列またはセットについての参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσとして定義するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固有の応力プロファイル（σ）が、前記軸方向（ｘ）および前記横方向（ｙ）において、前記ギア歯（２）の前記区画（２．２、２．３、２．４）の少なくとも１つの表面近傍層においてＸ線回折測定によって測定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記軸方向応力（σ＋ｘ）および前記横方向応力（σ−ｙ）が、１００μｍ未満の規定の深さまで測定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
硬化後、または硬化および矯正後に、±＜２．０ＭＰａ×１０３の範囲の引張応力（σ＋）および圧縮応力（σ−）が前記区画（２．２、２．３、２．４）において測定され、うち少なくとも±０．５ＭＰａ×１０３は、応力ピーク（σ＋ｐｅａｋ）または振幅として定義される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ショットピーニングが１０秒未満の短時間にわたって行われることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記加熱が１２０〜１６０℃の範囲で行われ、前記加熱の前および前記加熱の後にそれぞれの応力状態に応じた値が測定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
固有圧縮応力（σ−Ｅ）の特に規定される値が、±ｐ１の範囲のビーム圧力によって導入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
＞−０．６ＭＰａ×１０３〜＜２．０ＭＰａ×１０３の範囲の固有圧縮応力（σ−Ｅ）の値が前記区画（２．２、２．３、２．４）内に存在することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記規定の導入される圧縮固有応力（σ−Ｅ）が、アルメン強度測定によって測定強度として制御され検出されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルメン強度測定による前記応力プロファイル（σ）が、同一のパラメータを用いて本発明に従って加工されるラック１のロットまたは系列についての参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσとして使用されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記引張応力（σ＋）および圧縮応力（σ−）の前記固有応力プロファイル（σ）が、前記ギア歯（２）のタイプｉｖａｒもしくはｉｃｏｎｓｔａｎｔまたは前記ラック（１）の材料の特性に応じて、許容可能な固有応力プロファイル（σｐｅｒｍ）に変換されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
車両のステアリングラックのような前記ラック（１）の直径（Ｄ）の寸法決めが、別の車両の同一の車軸荷重と比較して最適化されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
＞−０．６ＭＰａ×１０３〜＜−２．０ＭＰａ×１０３の範囲の固有圧縮応力（σ−Ｅ）の値が、前記ギア歯（２）内に存在することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法に従って加工されるラック（１）。
【請求項１５】
同一のパラメータを用いて加工されるラック１のロットまたは系列について、参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσを有する試料として、前記「カオス的」応力プロファイル（σ）を定義するための軸方向応力（σ＋ｘ）および横方向応力（σ−ｙ）の測定値と共に使用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法に従って加工されるラック（１）。
【請求項１６】
同一のパラメータを用いて加工されるラック１のロットまたは系列について、試料として、＞−０．６ＭＰａ×１０３〜＜−２．０ＭＰａ×１０３の範囲内の固有圧縮応力（σ−Ｅ）の測定値と共に使用されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法に従って加工されるラック（１）。
【国際調査報告】
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