KR100304029B1 - 파워스티어링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 조립이 간단하고 입력축에 작용하는 탄성력이 균일한 파워스티어링 장치를 제공하는 것에 있다.

그리고 본 목적을 해결하기 위해 판스프링은 제 1, 제 2판스프링(13)(14)으로 이루어지며, 제 1판스프링(13)은 V 또는 U홈으로 이루어지는 스프링측 지지부(17)와, 이 스프링측 지지부(17)의 양측으로 연속하는 한 쌍의 전동면(18)과, 이들 전동면(18)에 연속하는 한 쌍의 지지다리부(19)와, 이들 지지다리부(19)의 선단에 연속하는 한 쌍의 걸림부재(20)를 갖고 그 걸림부재(20)를 스프링 수납실(9)과 받침부(27)의 압착면에 압착시켜 고정하는 구성으로 하고 있다. 또 제 2판스프링(14)은 제 1판스프링(13)의 배면에서 볼 또는 롤러(23)를 입력축(4)측에 밀어붙여 탄성력을 부여하는 구성으로 하고 있다.

Description

파워스티어링 장치{POWER STEERING APPARATUS}

본 발명은 입력축과 출력축을 토션바를 통해 연결하여 이루어지는 파워스티어링 장치에 관한 것이다.

토션바(bar)를 이용한 파워스티어링 장치에서는 스티어링휠 반응의 한 요인으로서 토션바의 비틀림 저항이 있다.

그러나 스티어링휠의 중립시에는 토션바의 비틀림 저항이 없기 때문에 그 중립강성이 약해지고 차량의 직진주행시 안정성이 좋지 않게 된다.

때문에 기 설정된 힘을 부여하여 중립강성을 높이는 파워스티어링 장치로서 예를 들어 일본국 특표평 6-507362호 공보나, 일본국 특표평 6-507363호 공보에 기재된 것이 개시되어있다.

도 13과 같이 도면에서는 나타나지 않는 출력축에 연결된 지지체(101)를 입력축(102)의 주위에 배치하고 있다.

이 지지체(101)에는 그 원주방향에 같은 간격으로 배치한 접동홈(103)을 형성하며 이들 접동홈(103)에는 플랜져(104)가 자유롭게 접동할 수 있도록 끼워져 있다. 또한 이들 플랜져(104)에는 지지체(101)의 주위에 마련된 C자형스프링(105)의 탄성력이 부여되어 있다. 따라서 이들 플랜져(104)는 각각 입력축(102)의 중심방향으로 밀어붙여지게 된다.

상기 플랜져(104)의 선단에는 제1절개부(106)를 형성하고 있다. 한편 입력축(102)의 외주면에도 입출력축이 중립상태에 있을 때 상기 제1절개부(106)에 대향하는 제2절개부(107)를 형성하고 있다. 그리고 이들 제1, 제2절개부(106)(107)사이에 롤러(108)를 끼워놓고 있다.

이와 같은 파워스티어링 장치에서는 스티어링휠의 중립시에 C자형스프링(105)의 탄성력이 기 설정된 힘으로서 플랜져(104) 및 롤러(108)를 통해 입력축(102)에 작용한다.

그리고 스티어링휠을 바꾸어 소정의 토오크를 입력하면 입출력축이토션바(109)를 비틀면서 상대 회전한다. 따라서 롤러(108)가 제1 및 제2절개부(106)(107)에서 벗어나 입력축(102)의 외주면과 플랜져(104)선단의 전동면 사이를 전동하게 된다.

이와 같은 종래 예의 파워스티어링 장치에서는 기 설정된 힘을 부여하는 C자형스프링(105)의 탄성력을 플랜져(104)를 통해 입력축(102)에 작용시키고 있다.

그러나 이들 플랜져(104)는 지지체(101)에 형성한 접동홈(103)에 자유롭게 접동할 수 있도록 끼워져 있어야 하기 때문에 그 조립이 번거롭다.

또 아무리 그 치수정밀도가 높아도 플랜져(104)에는 다소의 덜컹거림이 반드시 발생한다. 그리고 플랜져(104)가 덜컹거리면 그 사이는 기 설정된 힘이 작용하지 않게 되어 본래의 효과를 발휘할 수 없게 된다. 또 롤러(108)가 전동하고 있을 때에도 입력축(102)에 작용하는 탄성력에는 불균형이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 조립이 간단하고 입력축에 작용하는 탄성력이 균일한 파워스티어링 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 스티어링휠에 연결된 입력축과, 차륜에 연결된 출력축과, 이들 입력축과 출력축을 연결하는 토션바를 갖추고, 이 토션바를 비틀면서 양축이 상대회전 할 때 그 회전 량에 따라 어시스트 힘을 발생시키는 구성으로 하며 또한 상기 출력축 또는 출력축과 일체로 회전하는 부재에 마련한 스프링 설치부와, 입력축을 사이에 두도록 스프링 설치부에 설치한 한 쌍의 판 스프링과, 이들 판 스프링에 마련한 스프링측 지지부와, 입력축의 외주면에 형성하여 입력축과 출력축과의 중립상태에서 스프링측 지지부에 대향시킨 축측 지지부와, 이들 대향하는 지지부 사이에 볼 또는 롤러를 끼워서 입력축과 출력축이 상대 회전하면 상기 볼 또는 롤러가 판 스프링을 휘게 하여 양 지지부 사이를 전동하면서 벗어남과 동시에 양 지지부를 벗어나면서 부터는 판 스프링과 입력 축과의 사이를 전동하는 구성으로 한 파워스티어링 장치를 전제로 한다.

그리고 제 1의 발명에서 상기 판 스프링은 제 1판스프링 및 제 2판 스프링으로 이루어지며 제 1판 스프링은 V 또는 U홈으로 이루어지는 스프링측 지지부와, 이 스프링측 지지부의 양측으로 연속하는 한 쌍의 전동면과, 이들 전동면에 연속하는 한 쌍의 지지부와, 이들 지지부의 선단에 연속하는 한 쌍의 걸림 부재를 가지고, 그 걸림 부재를 스프링 설치부의 압착면에 압착시켜 걸어 고정하는 구성으로 하며, 또한 제 2판 스프링은 제 1판 스프링의 배면에서 볼 또는 롤러를 입력축 측으로 밀어붙이는 탄성력을 부여하는 구성으로 하는 것에 특징을 갖는다.

제 2의 발명은 제 1의 발명에 있어서, 제 1판 스프링에는 전동면과 지지다리부와의 사이에 한 쌍의 스토퍼를 마련하고, 입력축과 출력축이 소정량 만큼 상대 회전했을 때 볼 또는 롤러가 스토퍼에 접촉하는 구성으로 하는 것에 특징을 갖는다.

제 3의 발명은 제 1,2의 발명에 있어서, 제 1판 스프링의 한 쌍의 지지다리부를 입력축측을 향해 경사진 형상으로 함과 동시에 이들 지지다리부에 연속하는 한 쌍의 걸림 부재를 입력축측에서 떨어진 방향으로 만곡시키는 것에 특징을 갖는다.

제 4의 발명은 제 1항∼제 3항의 발명에 있어서, 걸림 부재를 스프링 설치부의 압착면에 압착시켰을 때 그 압착하는 부분을 중립상태에서 스프링측 지지부가 볼 또는 롤러에 접촉하는 2점을 잇는 연장선상에 위치시키는 것에 특징을 갖는다.

제 5의 발명은 제 1항∼제 4항의 발명에 있어서, 입력축에는 그 축측 지지부의 양측에 연속하는 구르는 면을 형성하고, 이 구르는 면은 입력축의 축중심을 중심으로 하는 원호면과 일치하지 않는 면으로 하며 입력축과 출력축이 상대회전 했을 때 양 지지부를 벗어난 볼 또는 롤러가 제 1판 스프링의 전동면과 입력축의 구르는 면과의 사이를 전동함과 동시에 볼 또는 롤러와 상기 구르는 면과의 접점에서의 힘이 입력축의 회전중심과 같은 방향 또는 반대방향의 분력을 발생하는 구성으로 하는 것에 특징을 갖는다.

제 6의 발명은 제 1항∼제 5항의 발명에 있어서, 스프링 설치부를 마련한 부재에 삽입공을 형성하고 이 삽입공에 고정부재를 삽입하여 상기 부재를 출력축에 직접적 또는 간접적으로 연결하는 구성으로 하고 또한 상기 삽입공과 고정부재와의 사이에 상기 부재의 출력축측에 대한 연결부재를 미세 조정할 수 있는 틈을 갖는 구성으로 하는 것에 특징을 갖는다.

제 7의 발명은 제 1항∼제 6항의 발명에 있어서, 제 2판스프링을 여러장 겹치게 하여 구성으로 하는 것에 특징을 갖는다.

제 8의 발명은 제 7의 발명에 있어서, 여러장으로 이루어지는 제 2판 스프링을 미리 2장 또는 3장 겹치게 하여 고정하는 것에 특징을 갖는다.

제 9의 발명은 제 1항∼제 8항의 발명에 있어서, 제 2판스프링의 양단을 입력축측에 만곡시키는 것에 특징을 갖는다.

도 1 - 제 1실시예의 유압 파워스티어링 장치의 단면도.

도 2 - 제 1실시예의 유압 파워스티어링 장치의 스프링 수납실(9)부분을 도시하는 단면도.

도 3 - 제 1판스프링(13)을 도시하는 사시도.

도 4 - 제 2판스프링(14)을 도시하는 사시도.

도 5 - 제 2실시예의 유압 파워스티어링 장치의 스프링 수납실(9)부분을 도시하는 단면도.

도 6 - 제 3실시예의 유압 파워스티어링 장치의 단면도.

도 7 - 제 3실시예의 유압 파워스티어링 장치의 스프링 수납실(9)부분을 도시하는 단면도.

도 8 - 제 3실시예의 제 2판스프링(14)을 2장 스포트용접한 도면.

도 9 - 제 4실시예의 제 2판스프링(14)을 도시하는 도면.

도10 - 제 4실시예의 유압 파워스티어링 장치의 스프링 수납실(9)부분을 도시하는 단면도.

도11 - 제 5실시예에 있어서 구르는 면(33)부근을 도시하는 확대도.

도12 - 전동 파워스티어링 장치를 도시하는 단면도.

도13 - 종래예의 파워스티어링 장치중 기 설정된 힘 부여기구를 도시한 도면.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

2 : 출력축 4 : 입력축 5 : 토션바

9 : 스프링 수납실 11 : 좌우벽면 13 : 제 1판스프링

14 : 제 2판스프링 14b : 만곡부 17 : 스프링측 지지부

18 : 전동면 19 : 지지다리부 20 : 걸림부재

21 : 볼록부 22 : 축측 지지홈 23 : 볼 또는 롤러

25 : 스프링 설치부재 26 : 볼트 28 : 제 1단부

29 : 제 2단부 30 : 측면 33 : 구르는 면

도 1∼도 4는 본 발명의 파워스티어링 장치의 제 1실시예를 도시한다.

도 1에 도시하는 인티그럴 타입의 파워스티어링 장치에서는 파워실린더(1)내에 도시하지 않은 피스톤을 끼워 넣고 이 피스톤에 출력축(2)을 관통시키고 있다. 그리고 이들 피스톤과 출력축(2)을 도시하지 않은 볼넛트를 통해 연결시키고 있다.

또 이 피스톤에는 도시하지 않은 섹터기어와 맞물려 피스톤의 이동에 의해 섹터기어가 회전하도록 되어있다. 그리고 섹터기어가 회전하면 그것에 연결된 차륜을 전향하는 구성으로 되어있다.

상기 파워실린더(1)에는 그 단부를 폐쇄하도록 밸브케이스(3)를 고정하고 있다. 그리고 이 밸브케이스(3)내에서 상기 출력축(2)의 끝부분을 자유롭게 회전하도록 지지하고 있다.

이 출력축(2)은 그 내부를 중공으로 함과 동시에 그 끝부분측에 입력축(4)의 앞부분을 자유롭게 회전하도록 끼워 넣고 있다.

그리고 이들 입력축(4)과 출력축(2)은 토션바를 통해 연결하고 있다. 즉 토션바(5)의 일단을 입력축(4)내에 끼워 넣고 그 끼운 부분을 핀(6)으로 고정하는 한편 토션바(5)의 다른쪽 끝부분을 출력축(2)측에 고정하고 있다. 이와 같은 입력축(4)과 출력축(2)은 토션바를 비틀면서 상대 회전하게 된다.

입력축(2)의 외주면에는 로터리스풀(7)을 일체로 형성하고 있다. 또 이 로터리스풀(7)에 대향하는 출력축(2)의 내주면에는 슬리브(8)를 일체적으로 형성하고있다. 그리고 이들 로터리스풀(7)과 슬리브(8)를 자유롭게 상대 회전하도록 끼워 맞추어 로터리밸브(v)를 구성하고 있다.

또 도시하지 않은 스티어링휠을 바꾸어 입력축(4)과 출력축(2)이 상대 회전하면 로터리밸브(v)가 변환된다. 그리고 로터리밸브(v)가 변환되면 파워실린더(1)내에 구획된 어느 한쪽의 압력실에 작동유를 공급하고 또한 다른 쪽의 압력실에 작동유를 배출하기 때문에 그 압력차에 의해 피스톤이 이동하여 섹터기어를 회전시키고 이로써 어시스트 힘을 부여하게 된다.

이와 같은 파워스티어링 장치에서는 출력축(2)의 끝부분에 스프링 설치부로서 스프링 수납실(9)을 형성하고 있다. 그리고 상기 로터리밸브(v)에서 씰부재(10)에 의해 이 스프링 수납실(9)을 차단하고 있다.

스프링수납실(9)은 도 2와 같이 출력축(2)의 끝부분면을 거의 정사각형으로 뚫은 모양으로서 좌우벽면(11)과 상하벽면(12)을 형성하고 있다.

이 스프링 수납실(9)에는 한 쌍의 제 1판스프링(13)과 한 쌍의 제 2판스프링(14)을 조립하고 있다.

제 1판스프링(13)은 도 3과 같이 V 또는 U홈으로 이루어지는 스프링측 지지부(17)와, 이 스프링측 지지부(17)의 양측에 연속하는 한 쌍의 전동면(18)과, 이들 전 동면(18)에 연속하는 한 쌍의 지지다리부(19)와, 이들 지지다리부(19)에 연속하는 만곡형상의 한 쌍의 걸림부재(20)로 이루어진다. 그리고 이 제 1판스프링(13)은 그 걸림부재(20)가 X방향으로 벌어지는 형상으로 되어있다.

또 전동면(18)과 지지다리부(19)사이에는 스토퍼로서 한 쌍의 볼록부(21)를형성하고 있다.

한편 제 2판스프링(14)은 도 4와 같이 만곡부(15)와 그 양단에 형성한 플랫트부(16)로 이루어진다.

상기 제 2판스프링(14)의 플랫트부(16)를 스프링 수납실(9)의 상하벽면(12)에 접촉시킴과 동시에 상기 제 1판스프링(13)을 이 제 2판스프링(14)에 겹친다. 이 때 제 1 판스프링(13)은 벌어진 상태에 있는 걸림부재(20)를 좌우벽면(11)에 압접하여 고정한다.

이와 같이 하여 제 1,2판스프링(13)(14)을 설치했을 때 제 2판스프링(14)의 만곡부(15)의 정점이 제 1판스프링(13)의 스프링측 지지부(17)의 안쪽에 위치하도록 하고 있다. 그리고 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)의 하단과 상하벽면(12)에 의해 플랫트부(16)를 끼워 넣고 제 2판스프링(14)도 고정하도록 하고 있다.

한편 도 2와 같이 스프링 수납실(9)에 끼워진 입력축(4)의 외주면에는 그 지름방향으로 대향시킨 V 또는 U홈으로 이루어지는 한쌍의 축측 지지홈(22)을 형성하고 있다.

그리고 입력축(4)과 출력축(2)이 상대회전하고 있지 않은 중립상태에서 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)을 대향시켜 그 사이에 볼 또는 롤러(23)를 끼워 넣고 있다. 이 때 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)이 볼 또는 롤러(23)에 대해 각각 2점접촉하는 것으로 이 볼 또는 롤러(23)가 받혀지게 된다.

이와 같이 하여 볼 또는 롤러(23)를 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22) 사이에 끼워 놓으면 도 2의 Y방향과는 역방향으로 제 2판스프링(14)이 밀리게되어변형된다. 따라서 제 2판스프링(14)에 Y방향으로의 이니셜하중이 발생하고 그 이니셜하중이 볼 또는 롤러(23)를 통해 입력축(4)에 기설정된 힘으로서 작용한다.

이 때 제 1판스프링(13)에는 Y방향의 이니셜하중과 그 걸림 부재(20)를 벽면에 압착시키는 X방향의 이니셜하중이 발생하게 된다.

다음은 이 제 1실시예의 파워스티어링 장치의 작용을 설명한다.

현재 스티어링휠을 중립위치로 고정하고 있으면 입력축(4)과 출력축(2)은 도 2와 같이 중립상태에 있다.

이 중립상태에서는 제 2판스프링(14)의 Y방향으로의 이니셜하중이 기 설정된 힘으로서 입력축(4)에 작용한다. 따라서 이 기 설정된 힘에 의해 중립강성을 높이고 차량의 직진주행시의 안정성을 확보할 수 있다.

상기 중립상태에서 스티어링휠을 바꾸고 예를 들어 입력축(4)을 출력축(2)에 대해 도 2의 화살표시(a)방향으로 회전시켰다고 하자.

이 때 소정의 토오크가 입력되면 볼 또는 롤러(23)는 기설정된 힘에 저항하여 제 1,2판스프링(13)(14)을 휘게 하고 도 2의 화살표시(b)방향으로 전동하면서 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)에서 벗어난다.

그리고 입력축(4)과 출력축(2)이 다시 상대 회전하면 볼 또는 롤러(23)는 입력축(4)의 외주면과 제 1판스프링(13)의 전동면(18)과의 사이를 전동하게 된다.

이 상태에서 볼 또는 롤러(23)의 전동에 의해 제 1판스프링(13)에는 방향 X중 좌우 어느 한쪽으로 힘이 작용한다. 그 때문에 좌우벽면(11)에 걸림부재(20)를 압착하는 제 1판스프링(13)의 탄성력이 한쪽에서는 커지고 다른 쪽에서는 작아진다.

그래서 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)를 좌우벽면(11)에 압착시켰을 때 그 걸림부재(20)에서 탄성력이 불균일해도 빠지지 않도록 미리 큰 이니셜 하중으로 압착하도록 하고 있다. 따라서 걸림부재(20)에서 탄성력이 불균일하게 되어도 제 1판스프링(13)이 X방향으로 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

그리고 제 1판스프링(13)의 탄성력이 걸림부재(20)에서 불균일하다고 해도 방향 Y에 작용하는 제 2판스프링(14)의 탄성력에는 관계가 없기 때문에 이 방향 Y로의 탄성력이 불균일하게 되는 경우가 없다.

또한 볼 또는 롤러(23)가 스프링측 지지부(17) 및 축측 지지홈(22)에서 벗어날 때 제 1판스프링(13)도 휘기 때문에 이 제 1판스프링(13)에도 Y방향의 탄성력이 발생한다. 따라서 Y방향의 탄성력은 제 1판스프링(13)과 제 2판스프링(14)과의 합성에 의해 결정되지만 이 Y방향의 탄성력은 제 2판스프링(14)의 의존도가 크도록 설정하고있다. 그리고 제 1판스프링(13)의 X방향의 탄성력이 걸림부재(20)에서 불균일하다고 해도 이 제 1판스프링의 Y방향으로의 탄성력이 변화되는 경우는 거의 없다.

또 제 1판스프링(13)은 그 걸림부재(20)를 좌우벽면(11)에 압접시키는 탄성력을 X방향으로 발휘하도록 설계해도 좋다. 그리고 제 1판스프링(13)에는 Y방향으로 휘어도 약간의 탄성력밖에 발생하지 않도록 하여 이 Y방향으로의 모든 탄성력을 상기 제 2판스프링(14)에 의해 결정해도 좋다.

또 입력축(4)과 출력축(2)이 최대량만큼 상대회전하면 볼 또는 롤러(23)는제 1판스프링(13)의 볼록부(21)에 접촉한다. 따라서 이 볼록부(21)가 스토퍼로서의 기능을 하고 볼 또는 롤러(23)의 움직임을 볼록부(21)가 규제하기 때문에 이 볼 또는 롤러(23)가 제 1판스프링(13)의 전동면(18)과 입력축(4)의 외주면과의 사이에서 탈락하게 되는 경우는 없다.

이상 설명한 것과 같이 입력축(4)과 출력축(2)이 상대회전하면 상술한 바와 같이 로터리밸브(v)가 변환되고 파워실린더(1)내의 작동유를 제어하여 어시스트 힘을 발생시킨다. 그리고 이 어시스트 힘에 의해 차륜이 목표치까지 전향되면 출력축(2)과 입력축(4)이 중립상태로 복귀하지만 이 때 볼 또는 롤러(23)도 전동하면서 스프링측 지지부(17)와 축측 지지부(22)의 위치로 복귀하여 도 2와 같이 중립상태로 복귀하게 된다.

이상 설명한 제 1실시예의 파워스티어링장치에 의하면 기 설정된 힘을 부여하여 중립강성을 높이고 차량의 직진주행시의 안정성을 확보할 수 있다.

또한 제 2판스프링(14)에 제 1판스프링(13)을 겹치게 하고 또한 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)를 좌우벽면(11)에 압착시키면 되므로 그 조립이 매우 간단해진다.

또 Y방향으로 탄성력을 부여함과 동시에 X방향에도 탄성력을 부여하여 그 방향으로 벗어나는 것을 방지하는 제 1판스프링(13)과, Y방향으로 탄성력을 부여하는 제 2판스프링(14)을 따로따로 했기 때문에 그 양쪽의 기능을 한 장의 판스프링에 갖게 하는 데 비해 Y방향으로의 탄성력에 불균일이 발생하지 않게 된다. 즉 입력축(4)과 출력축(2)이 중립상태에 있을 때의 기 설정된 힘은 제 2판스프링(13)에 크게 의존하여 결정되기 때문에 불균일이 발생하는 경우는 없다. 또한 볼 또는 롤러(23)가 전동하고 있을 때 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)에서 탄성력이 불균일하게 되어도 Y방향으로의 탄성력은 제 2판스프링(14)에 크게 의존하고 있기 때문에 불균일은 거의 발생하지 않는다.

또한 제 1,2판스프링(13)(14)을 따로 따로 하는 것으로 각각을 얇게 성형할 수 있고 또한 가공성을 향상시킬 수 있다.

또한 제 1,2판스프링(13)(14)을 따로 따로 하는 것으로 그 기능을 한 장의 판 스프링에 갖게 하는 데 비해 내구성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 제 1판스프링(13)은 거의 방향 X의 탄성력을 발휘하기 때문에 그 만큼 응력을 완화시켜 내구성을 향상시킬 수 있다. 또 제 2판스프링(14)도 방향 Y로의 탄성력을 발휘하기만 하면 되므로 간단한 형상으로 할 수 있으며 응력집중을 피해 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 5에 도시하는 제 2실시예는 제 1판스프링(13)의 형상만을 변경하는 것으로 다음에서는 차이점을 중심으로 설명함과 동시에 동일 구성요소에 대해서는 동일부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다.

제 1판스프링(13)은 상기 제 1실시예와 마찬가지로 V 또는 U홈으로 이루어지는 스프링측 지지부(17)와, 이 스프링측 지지부(17)의 양측으로 연속하는 한 쌍의 전동면(18)과, 이들 전동면(18)에 연속하는 한 쌍의 볼록부(21)를 갖추고 있다.

단 이들 볼록부(21)에 연속하는 한 쌍의 지지다리부(19)는 볼록부(21)에 대해 단차를 형성하는 것이 아니라 제 1실시예와는 역으로 그 볼록부(21)방향 즉 입력축(4)측을 향해 경사진 모양으로 되어있다.

또한 이들 지지다리부(19)에 연속하는 한 쌍의 걸림부재(20)도 제 1실시예와는 역으로 입력축(4)측에서 떨어진 방향으로 만곡하고 있다.

그리고 제 1실시예와 마찬가지로 제 1판스프링(13)을 제 2판스프링(14)에 겹치게 하고 제 2판스프링(14)의 만곡부(15)의 정점이 제 1판스프링(13)의 스프링측 지지부(17)의 안쪽에 위치하도록 하고 있다.

이와 같은 제 1판스프링(13)은 그 걸림부재(20)를 좌우벽면(11)에 압착하여 고정하고 있다.

이상 설명한 제 2실시예의 파워스티어링 장치에 의하면 제 1실시예에 비해 제 1판스프링(13)의 수명을 길게 할 수 있다.

즉 볼 또는 롤러(23)가 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)에서 벗어날 때 제 1,2판스프링(13)(14)을 휘게 하지만 이 때 상기 제 1실시예에서는 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)가 좌우벽면(11)에 압착하는 방향(도 2의 화살표시 x 방향)으로 밀어붙여지게 된다. 따라서 제 1판스프링(13)에 작용하는 힘이 그만큼 커져 큰 응력을 발생하고 그 수명이 짧아지게 된다.

그에 대해 제 2실시예의 경우 제 1,2판스프링(13)(14)이 휘었을 때 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)가 좌우벽면(11)에서 벗어나는 방향(도 5의 화살표시 x 방향)으로 인장된다. 따라서 제 1판스프링(13)에 작용하는 힘이 그만큼 작아져 응력을 완화하고 그 수명을 길게 할 수 있다.

물론 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)가 좌우벽면(11)에서 벗어나는 방향(도 5의 화살표시 x방향)으로 인장되었을 때에도 걸림부재(20)에는 제 1판스프링(3)이 벗어나지 않을 만큼의 탄성력을 X방향에 남겨둔다.

도 6 ∼ 도 8에 도시하는 제 3실시예에서는 상기 제 1,2실시예와 같이 출력축(2)에 직접 스프링을 설치하지 않고 출력축(2)과 일체로 회전하는 부재에 스프링 설치부를 마련하고 있다.

즉 도 6,7에 도시하는 바와 같이 제 1실시예와 동일한 인티그럴 타입의 파워스티어링 장치를 구성하지만 로터리밸브(v)를 구성하는 슬리브(8)를 출력축(2)에 일체로 형성하지 않고 다른 부재로서 출력축(2)에 핀(24)을 통해 연결시키고 있다. 그리고 밸브케이스(3)의 확경부분에 도너츠형상의 스프링설치부재(25)를 수납하고 이 스프링설치부재(25)를 상기 슬리브(8)의 단부에 볼트(26)로써 연결하고 있다.

이와 같이 스프링 설치부를 마련한 스프링설치부재(25)를 별도의 부재로 한 슬리브(8)를 통해 출력축(2)에 연결시키고 있기 때문에 이 스프링설치부재(25)는 출력축(2)과 일체로 회전하게 된다.

도 7과 같이 상기 스프링설치부재(25)에는 스프링 설치부로서 4개의 받침부(27)를 마련하고, 이들 받침부(27)에 제 1판스프링(13)을 마련하기 위한 제 1단부(28)와, 제 2스프링(14)을 마련하기 위한 제 2단부(29)를 형성하고 있다.

그리고 제 1단부(28)의 대향하는 측면(30)에 제 2실시예와 같은 타입의 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)를 압착하고 있다.

여기서 제 1판스프링(13)의 걸림부재(20)를 측면(30)에 압착시켰을 때 이 도 7과 같이 그 압착하는 부분을 중립상태에서 스프링측 지지부(17)가 볼 또는롤러(23)에 접촉하는 2점을 잇는 연장선(c)상에 위치시키는 것이 바람직하다.

혹 걸림부재(20)를 압착하는 부분이 연장선(c)에서 크게 벗어난 위치에 있으면 볼 또는 롤러(23)가 전동하고, 제 1판스프링(13)에 X방향의 힘이 작용했을 때 그 X방향으로의 힘과 측면(30)에서 제 1판스프링(13)에 작용하는 반력이 어긋나 발생하게 된다. 그 때문에 제 1판스프링(13)이 벗어나기 쉬워진다.

그에 대해 걸림부재(20)를 압착하는 부분이 연장선(c)상에 위치하고 있으면 볼 또는 롤러(23)가 전동하고 제 1판스프링(13)에 X방향의 힘이 작용했을 때에 그 X방향으로의 힘과 측면(30)에서 제 1판스프링(13)에 작용하는 반력을 대향시킬 수 있다. 따라서 제 1판스프링(13)을 벗어나지 않게 할 수 있다.

또 받침부(27)의 제 2단부(29)에는 제 2판스프링(14)의 단부를 올려놓고 있다. 여기서는 제 2판스프링(14)에 플랫트부를 형성하고 있지 않지만 그 기능은 제 1, 제 2실시예의 제 2판스프링(14)과 동일하다.

또 여기서는 제 2판스프링(14)을 3장겹쳐서 사용하고 있지만 그 장수는 필요로 하는 기설정된 힘에 따라 적당히 변경하면 된다.

그리고 도 8과 같이 여러장의 제 2판스프링(14)을 스포트용접 등에 의해 미리 고정해 두어도 좋다. 또한 부호 38은 스포트 용접부를 나타낸다.

이상 설명한 제 3실시예의 파워스티어링 장치에 의하면 스프링설치부재(25)에 제 1,제 2판스프링(13)(14)을 설치하기 때문에 로터리 밸브(v)의 센터링조정을 하고 나서 이 스프링설치부재(25)의 연결위치를 정할 수 있다. 즉 구체적으로는 도시하지 않지만 스프링설치부재(25)에 형성한 삽입공으로서의 볼트구멍과, 고정부재로서의 볼트(26)와의 사이에 틈을 두어 이 스프링설치부재(25)를 회전방향 및 래디얼 방향으로 움직이도록 해 두면 스프링설치부재(25)의 연결부재를 미세 조정할 수 있다. 따라서 로터리밸브(v)의 센터링조정을 하고 나서 제 1,제 2판스프링(13)(14)을 조립하여 기 설정된 힘을 조정할 수 있게 되어 그 어시스트 특성을 관리하기 쉬워진다.

또 제 2판스프링(14)의 장수를 변경하는 것에 의해 기 설정된 힘을 보다 간단하게 바꿀 수 있다.

또한 여러 장의 제 2판스프링(14)을 스포트용접 등에 의해 미리 고정해 두면 조립시에 제 2판스프링(14)이 여기저기 흩어지게 되거나 하지 않고 조립이 쉽다. 특히 2장 또는 3장 겹치게 한 제 2판스프링(14)을 한조로 하여 고정해 두면 제 2판스프링(14)의 겹친 매수가 많아진다고 해도 대응할 수 있다. 에를들어 제 2판스프링(14)을 4장 필요로 하는 경우에는 2매조의 것을 2개조사용하고, 제 2판스프링(14)을 5장 필요로 하는 경우에는 2장의 것과 3장의 것을 겹치게 하면 된다. 이와 같이 하면 제 2판스프링(14)의 필요장수가 많아진다고 해도 조립이 쉽고 또한 그 매수를 확인하기 쉽다. 이와 같이하면 제 2판스프링(14)의 조립이 쉬워진다.

또 이 제 3실시예의 로터리 밸브에서는 도 6과 같이 입력축(4)내의 토션바(5)를 끼워 넣은 중공부분을 로터리 밸브(v)의 탱크통로(31)로서 이용하고 있다. 그리고 이 탱크통로(31)를 스프링설치부재(25)를 수납한 밸브케이스(3)의 확경부분(밸브케이스(3)에 형성한 통로(32))를 통해 도시하지 않은 탱크에 접속하고 있다. 따라서 제 1,2판스프링(13)(14)을 설치한 부분에 기름이 흐르게 되고 그것이 윤활유로서의 기능을 하여 볼 또는 롤러(23)의 전동을 매끄럽게 할 수 있다.

도 9, 도 10에 도시하는 제 4실시예는 상기 제 3실시예의 제 2판스프링(14)의 형상을 바꾼 예이다.

도시하는 바와 같이 제 2판스프링(14)의 양단을 입력축(4)쪽으로 만곡하여 이 부분을 양단만곡부(14b)(14b)로 한다. 그리고 이 양단만곡부(14b)(14b)를 제 2단부(29)에 밀어붙인다. 이와 같이 하면 다음에 설명하는 상기 제 3실시예의 문제점을 해결할 수 있다.

즉 입력축(4)과 스프링설치부재(25)가 상대회전하여 볼 또는 롤러(23)가 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)에서 벗어나면 제 1,2판스프링(13)(14)이 바깥방향으로 밀리게 된다. 그 때문에 제 2판스프링(14)의 양단은 제 2단부(29)로 밀리게된다. 이 때 상기 제 3실시예에서는 도 7과 같이 제 2판스프링(14)의 양측단부(14a)(14a)가 제 2단부(29)위를 접동하게 된다.

그러나 제 2판스프링(14)의 단부(14a)는 절단한 상태의 예리한 끝으로 되어있기 때문에 양자간의 마찰력은 매우 크다. 그 때문에 이들 제 2판스프링(14)의 양측단부(14a)(14a)와 제 2단부(29)와의 접촉면의 마찰이 심하여 접촉면이 마모되어 버리면 제 2판스프링(14)에 의한 기설정된 힘이 바뀌어 어시스트특성도 바뀌게 된다는 문제가 발생한다.

이에 대해 제 4실시예의 경우 제 2판스프링(14)의 양단에 형성한 양단만곡부(14b)(14b)를 제 2단부(29)에 닿는 것으로 매끄러워진다. 이와 같이 하면 제 2판스프링(14)과 제 2단부(29)와의 마찰력이 작아지고 그 만큼 마모도 작아진다. 따라서 보다 장기간으로 안정된 어시스트특성을 유지할 수 있다.

또 이 제 4실시예의 제 2판스프링(14)의 형상은 제 1,제2실시예에도 적용할 수 있으며 또한 이 경우에서도 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 11에 도시하는 제 5실시예에서는 입력축(4)의 외주면에 축측 지지홈(22)의 양측에 연속하는 구르는 면(33)을 형성하고 있다. 그리고 입력축(4)과 출력축(2)이 상대회전했을 때 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)에서 벗어난 볼 또는 롤러(23)가 이 구르는 면(33)과 제 1판스프링(13)의 전동면(18)과의 사이를 전동하도록 하고 있다.

상기 제 1실시예에서는 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)에서 벗어난 볼 또는 롤러(23)가 원통형상의 입력축(4)의 외주면과 제 1판스프링(13)의 전동면(18)과의 사이를 전동하는 구성으로 되어있다. 이 때 볼 또는 롤러(23)가 입력축(4)의 외주면에 일점(一点) 접촉하면서 전동하지만 제 1,2판스프링(13)(14)의 탄성력은 이 접촉점에 있어 입력축(4)의 중심을 향해 작용한다.

따라서 입력축(4)의 회전방향에는 조향반력이 되는 분력이 발생하지 않게 된다. 즉 상기 제 1실시예에서는 스티어링휠을 바꾸어 볼 또는 롤러(23)가 전동하고 있을 때의 조향반력은 토션바(5)의 비틀림 저항만으로 이루어지게 된다.

그에 대해 이 제 5실시예에서는 축측 지지홈(22)의 양측에 연속하는 구르는 면(33)을 형성하고 이들 구르는 면(33)을 입력축(4)의 축 중심(O)을 중심으로 하는 원호면 즉 입력축(4)의 외주면과 일치하지 않는 면으로 하고 있다.

도 11에서는 중립상태를 실선으로 도시하고 볼 또는 롤러(23)가 구르는 면(33)과 전동면(18)과의 사이를 전동할 때의 상태를 2점쇄선으로 도시하고 있다.

중립상태에서의 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)의 중심과 입력축(4)의 축 중심(O)을 지나가는 기준선을 s로 한다. 그리고 입력축(4)이 이 기준선(s)에 대해 각도 β만큼 회전했을 때 볼 또는 롤러(23)와 구르는 면(33)과의 접점(P)에 있어서의 힘(W)은 선분 OP에 대해 θ의 각도를 갖는다. 따라서 입력축(4)의 회전방향 즉 선분 OP에 직교하는 방향에는 F= W·sinθ이 되는 분력이 발생하게 된다. 그리고 이 분력(F)은 입력축(4)을 회전시키려고 하는 토오크에 저항하여 작용하기 때문에 조향반력이 되는 것이다.

즉 이 제 5실시예에서 스티어링휠을 바꾸고 볼 또는 롤러(23)가 전동했을 때의 조향반력은 토션바(5)의 비틀림 저항과 상기 분력(F)을 합성한 것이 된다.

단 구르는 면(33)의 형상으로서는 이 실시예의 것에 한정되는 것은 아니다. 즉 구르는 면(33)은 입력축(4)의 축 중심을 중심으로 하는 원호면과 일치하지 않으면 어떠한 형상이라도 θ≠0이 되어 분력을 발생시킬 수 있다.

예를 들어 도 11에서는 항상 sinθ> 0이기 때문에 분력(F)이 입력축(4)의 회전방향과 반대로 발생하여 조향반력을 증가시키도록 작용한다.

단 기준선(s)에 직교하는 선(t)에 대한 구르는 면(33)의 각도 α에 따라서는 이 분력(F)의 방향을 입력축(4)의 회전방향과 같게 하여 조향반력을 감소시킬 수도 있다. 예를 들어 도 11에 있어서 선분 OP와 기준선(s)과의 각도를 γ로 하면 θ = α+β-γ이기 때문에 각도 α를 바꾸면 sinθ<0으로 할 수도 있고, 분력(F)의 방향을 입력축(4)의 회전방향과 같게 할 수도 있다. 또한 이들 각도 θ,α,β,γ는 도면중 화살표시(k)의 방향을 정으로 하고 있는 것으로 한다.

또 도 11에 있어서 부호 h는 볼 또는 롤러(23)가 전동하는 것에 의해 발생하는 제 1,2판스프링(13)(14)의 휘는 양으로서 이 휘는 양(h)에 의해 Y방향으로의 탄성력이 정해지며 접점에 있어서의 힘(W)이 발생한다. 그리고 이 휘는 양(h)은 구르는 면(33)의 형상이나 제 1판스프링(13)의 형상이나 제 2판스프링(14)의 스프링정수 등에 의해 변화시킬 수 있다.

이와 같이 구르는 면(33)의 형상이나 제 1판스프링(13)의 형상이나 제 2판스프링(14)의 스프링정수 등을 적당히 결정하여 적당한 분력(F)을 발생시키도록 하면 이 분력(F)과 토션바(5)의 비틀림 저항을 합성시켜 조향반력을 증가·절감시키거나 일정하게 유지할 수 있게 된다. 따라서 차종이나 사용자의 요구에 따라서 적절히 조향감각을 결정할 수 있다.

또 여기서는 구르는 면(33)을 평면으로 형성하고 있지만 곡면으로 해도 상관없다.

이상 설명한 제 1∼제 5실시예에서는 인티그럴 타입의 유압 파워스티어링 장치에 대해 설명했지만 그 이외의 타입이라도 상관없다.

또 입력축(4)과 출력축(2)이 토션바(5)를 비틀면서 상대회전하고 어시스트 힘을 발생시키는 구성으로 한 것이라면 유압 파워스티어링 장치뿐 아니라 전동 파워스티어링 장치라도 좋다.

예를 들어 도 12에 도시하는 제 6실시예에서는 입력축(4)과 출력축(2)의 외주에 마련한 슬라이더(34)를 출력축(2)에는 나사부(35)로 결합하고 또한 입력축(4)에는 스프라인부(36)로 결합하고 있다. 따라서 입력축(4)과 출력축(2)이 상대회전하면 슬라이더(34)는 그 회전이 규제되어 축방향으로 이동하게 된다.

그리고 이 슬라이더(34)의 이동량에 따라 토오크센서(37)가 입력토오크를 검출하고 그 토오크에 따라 도시하지 않은 전동모터를 구동하여 어시스트 힘을 발생시키도록 하고 있다.

이와 같은 전동파워 스티어링 장치에 있어서도 출력축(2)의 단부에 형성한 스프링 수납실(9)내에 제 1,2판스프링(13)(14)을 설치하면 기 설정된 힘을 부여하여 중립강성을 높일 수 있다. 단 그 상세한 구성 및 효과에 대해서는 유압 파워스티어링 장치의 경우와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

제 1의 발명에 의하면 기설정된 힘을 부여하여 중립강성을 높이고 차량의 직진주행시의 안정성을 확보할 수 있다.

또한 제 1판스프링의 걸림부재를 압착면에 압착시키기만 하면 되므로 그 조립이 매우 간단하다.

또 제 1,2판스프링을 따로따로 했기 때문에 그 양쪽의 기능을 한 장의 판스프링에 갖게 하는 데 비해 볼 또는 롤러를 입력축쪽에 밀어붙이는 탄성력의 불균일이 발생하지 않게 된다. 또한 제 1,2판스프링을 각기 별도로 하는 것으로 각각 얇게 성형할 수 있고 또한 가공성을 향상시킬 수 있으며 내구성을 향상시킬 수 있다.

제 2의 발명에 의하면 제 1의 발명에 있어서, 스토퍼를 마련했기 때문에 예를 들어 입력축과 출력축이 최대량만큼 상대회전 했을 때 볼 또는 롤러의 전동을 스토퍼로 규제할 수 있다. 따라서 볼 또는 롤러가 입력축과 제 1판스프링과의 사이에서 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

제 3의 발명에 의하면 제 1,2의 발명에 있어서 제 1,2판스프링이 휘었을 때 제 1판스프링의 걸림 부재가 압착면에서 벗어나는 방향으로 인장된다. 따라서 제 1판스프링에 작용하는 힘이 그만큼 작아지고 응력이 완화하여 그 수명을 길게 할 수 있다.

제 4의 발명에 의하면 제 1∼3의 발명에 있어서 제 1판스프링에 그 걸림 부재의 압착방향의 힘이 작용했을 때 그 방향으로의 힘과 압착면에서 제 1판스프링에 작용하는 반력을 대향시킬 수 있기 때문에 제 1판스프링을 벗어나지 않게 할 수 있다.

제 5의 발명에 의하면 제 1∼4의 발명에 있어서 볼 또는 롤러가 제 1,2판스프링을 휘게 하면서 제 1판스프링의 전동면과 입력축의 구르는 면과의 사이를 전동할 때 그 회전방향에 분력을 발생시킬 수 있다. 따라서 조향력은 그 분력과 토션바의 비틀림 저항을 합성시킨 것이 된다. 그리고 이 분력의 크기를 적절히 바꾸면 조향반력을 증가 또는 절감시키거나 일정하게 유지할 수 있기 때문에 차종이나 유저의 요구에 따라 적절한 조향 감각을 결정할 수 있다.

제 6의 발명에 의하면 제 1∼5의 발명에 있어서 스프링 설치부를 마련한 부재의 연결위치를 미세 조정할 수 있기 때문에 입력축과 출력축의 센터링조정을 하고 나서 제 1,2판스프링을 조립하여 기 설정된 힘을 조정할 수 있게 되어 그 어시스트특성을 관리하기 쉬워진다.

제 7의 발명에 의하면 제 1∼6의 발명에 있어서 제 2판스프링의 장수를 바꾸는 것으로 기 설정된 힘을 조절할 수 있기 때문에 어시스트특성을 관리하기 쉬워진다.

제 8의 발명에 의하면 2장 또는 3장의 제 2판스프링을 겹치게 하여 그것을 미리 고정하고 있기 때문에 조립시에 제 2판스프링이 여기저기 흩어지거나 하지 않는다. 또한 제 2판스프링을 2장 또는 3장으로 하여 한조로 하고 있기 때문에 겹쳐진 장수가 많더라도 그 장수를 간단히 확인할 수 있다. 이와 같은 것으로부터 제 2판스프링의 조립이 쉬워진다.

제 9의 발명에 의하면 제 2판스프링의 양단을 입력축쪽으로 만곡하여 미끄러움이 좋아진다. 이와 같이 하면 제 2판스프링에 작용하는 마찰력이 작아지고 마모도 작아지기 때문에 보다 장기간으로 안정된 어시스트 힘 특성을 유지할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 스티어링휠에 연결되는 입력축(4)과, 차륜에 연결되는 출력축(2)과, 이들 입력축(4)과 출력축(2)을 연결하는 토션바(5)를 갖추고, 이 토션바(5)를 비틀면서 출력축(2)과 입력축(4)이 상대회전했을 때 그 회전 량에 따라 어시스트 힘을 발생시키는 구성으로 하며 또한 상기 출력축(2) 또는 출력축과 일체로 회전하는 스프링설치부재(25)에 마련한 스프링 수납실(9)과 받침부(27)와, 입력축(4)을 사이에 두고 스프링 수납실(9)과 받침부(27)에 설치한 한 쌍의 판 스프링과, 이들 판 스프링에 마련한 스프링측 지지부(17)와, 입력축(4)의 외주면에 형성하여 입력축(4)과 출력축(2)의 중립상태에서 스프링측 지지부(17)에 대향시킨 축측 지지홈(22)과, 이들 대향하는 지지부 및 지지홈 사이에 개재시킨 볼 또는 롤러(23)를 갖추고, 입력축(4)과 출력축(2)이 상대회전하면 상기 볼 또는 롤러(23)가 판스프링을 휘게 하여 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22) 사이를 전동하면서 벗어남과 동시에 양 지지부 및 지지홈을 벗어나면서 판스프링과 입력축(4)과의 사이를 전동하는 구성으로 한 파워스티어링 장치에 있어서,

   상기 판스프링은 제 1판스프링(13) 및 제 2판스프링(14)으로 이루어지며 제 1판스프링(13)은 V 또는 U홈으로 이루어지는 스프링측 지지부(17)와, 이 스프링측 지지부(17)의 양측으로 연속하는 한 쌍의 전동면(18)과, 이들 전동면(18)에 연속하는 한 쌍의 지지다리부(19)와, 이들 지지다리부(19)의 선단에 연속하는 한 쌍의 걸림부재(20)를 가지며, 이 걸림부재(20)를 스프링 수납실(9)과 받침부(27)의 좌우벽면(11) 및 측면(30)에 압착시켜 고정하는 구성으로 하며 또한 제 2판스프링(14)은 제 1판스프링(13)의 배면에서 볼 또는 롤러(23)를 입력축(4)쪽으로 밀어붙이는 탄성력을 부여하는 것을 특징으로 하는 파워스티어링 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   제 1판스프링(13)에는 전동면(18)과 지지다리부(19) 사이에 한 쌍의 볼록부(21)를 마련하고 입력축(4)과 출력축(2)이 일정량만큼 상대회전 했을 때 볼 또는 롤러(23)가 볼록부(21)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 파워스티어링 장치.
3. 제 1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

   입력축(4)에는 그 축측 지지홈(22)의 양측으로 연속하는 구르는 면(33)을 형성하고, 이 구르는 면(33)은 입력축(4)의 축 중심을 중심으로 하는 원호면과 일치하지 않는 면으로 하여 입력축(4)과 출력축(2)이 상대회전했을 때 스프링측 지지부(17)와 축측 지지홈(22)을 벗어난 볼 또는 롤러(23)가 제 1판스프링(13)의 전동면(18)과 입력축(4)의 구르는 면(33)과의 사이를 전동함과 동시에 볼 또는 롤러(23)와 상기 구르는 면(33)과의 접점에서의 힘이 입력축(4)의 회전방향과 같은 방향 또는 반대방향의 분력을 발생하는 것을 특징으로 하는 파워스티어링 장치.