KR100764205B1 - 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명은 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 그 기술적인 구성은, 조향핸들에 연결된 피니언(4)과, 랙 하우징(1)에 내설되며 일단에는 상기 피니언(4)과 치합되는 랙기어(20)가 형성되며 타단에는 볼 스크류(22)가 형성된 랙바(2)와, 상기 볼 스크류(22)에 다수의 스틸볼(8)을 매개로 하여 설치된 볼너트(6)와, 상기 볼너트를 랙 하우징내에서 회전가능토록 지지하는 베어링(7)과, 상기 랙바(2)의 중심축과 비스듬히 또는 직각으로 가로질러 설치된 모터(5)및, 상기 모터(5)로 부터 볼너트(6)에 동력 전달을 위해 한쌍의 베벨기어(50a)(60a)로 이루어진 기어링(100)을 포함한 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서;

상기 기어링을 이루는 베벨기어(50a)(60a)간의 백래쉬(B)가 베어링(7)의 액셜 클리어런스(C)보다 크게 형성되어 구성되는 것을 요지로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 랙바에 축방향 하중이 입력될 경우에, 상기 베어링이 이와 같은 하중을 대부분 지지할 수 있어 베벨기어들의 치합에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지할 수 있도록 하는 것이다.

기어링, 볼너트, 백래쉬, 베어링 액셜 클리어런스(Axial clearance)

Description

랙타입 전동식 파워 스티어링 장치{An Rack Type Electric Power Steering Apparatus}

도 1은 종래의 전동식 파워 스티어링 장치를 도시한 개략 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치의 볼너트부를 도시한 요부확대 단면도.

<도면의 주요 부위에 대한 부호 설명>

1...랙 하우징 2...랙바

3...타이로드 4...피니언축

5...모터 6...볼 너트

7...베어링 8...스틸볼

50a,60a...베벨기어 B...백래쉬

C...액셜 클리어런스(Axial clearance)

본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로 이는 특히, 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서 모터의 동력을 전달받아 조력(助力)을 발생토록 하는 한쌍의 베벨기어들 간의 축방향 백래쉬(back lash)를 볼 너트를 지지하고 있는 베어링의 액셜 클리어런스(Axial clearance)보다 크게 하므로서, 랙바에 축방향 하중이 입력될 경우 상기 베어링이 하중을 대부분 지지할 수 있도록 하며, 이에 따라 베벨기어들의 치합에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지할 수 있도록 한 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 조향상태의 안정성을 보장하기 위해 파워 스티어링 시스템이 적용되는바, 이와 같은 파워 스티어링 장치는 기존에 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 적용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 장치(EPS; Electrical Power Steering System)의 설치가 증가되는 추세이다.

상기와 같은, 전동식 파워 스티어링 장치는 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.

이와 같은 전동식 파워 스티어링 장치는 그 설치상태에 따라 칼럼타입(C-EPS)과, 피니언 타입(P-EPS) 및 랙 타입(R-EPS)으로 세분된다.

여기서, 상기 전동식 파워 스티어링 장치 중 랙 타입(R-EPS)은, 랙 하우징 일측에 둔각 또는 예각의 기울기를 지니며 설치된 전동 모터가 볼 너트의 외주면에 형성된 기어와 치합되어, 상기 전동 모터의 구동력에 의해 볼 너트를 회전시켜 랙바를 좌·우 슬라이딩 할 수 있도록 하므로서, 핸들 조타에 따른 조력(助力)을 발생토록 한 것이다.

도 1은 상술한 종래의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치(R-EPS)의 전체적인 구성상태를 도시한 개략 단면도 로서, 이에 도시된 바와같이, 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치는, 그 외주면 일측에 랙 기어(Rack gear;미도시)를 갖는 랙바(Rack bar;2)가 랙 하우징(1)에 내설되며, 상기 랙바(2) 양단부는 타이로드(Tie load;3)와 볼 조인트(Ball joint)되어 랙바(2)의 이송력을 전달토록 구성되고, 상기 랙 하우징(1) 일측에는 랙바(2)의 중심축선과 일정각 기울기를 가지며 피니언(4)이 설치되어 랙바(2) 일측에 형성된 랙 기어와 치합이 이루어져 조향축으로 부터 전달된 회전력을 수평운동으로 변환토록하는 구성으로 이루어 진다.

계속해서, 상기 랙 하우징(1) 타측에는 모터(5)가 랙바의 중심축선과 예각 또는 둔각 등을 이루며 설치되는데, 상기 모터(5) 축 단부에는 베벨 기어(50a)가 축삽되어 랙 하우징(1) 내에서 랙바(2) 타측을 지지하고 있는 볼너트(6)의 베벨 기어(60a)와 치합되어 기어링(Gearing)을 이룬다.

그리고, 상기 볼너트(6)는 랙 하우징 내에서 베어링(7)에 의해 회전토록 설치되며 그 내측에는 볼 스크류(22)가 형성된 랙바(2) 타측이 스틸볼(8)에 의해 슬 라이딩 가능토록 삽입된다.

그러나, 이와 같은 종래의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치에서는 상기 베벨기어(50a)(60a)들 간의 치합에 따른 백래쉬(Back lash)가 볼너트를 회전토록 지지하는 베어링(7)의 내륜, 외륜과 전동체와의 사이의 유격량 즉, 액셜 클리어런스(Axial clearance)보다 작기 때문에 랙바 슬라이딩에 따른 축방향 하중을 대부분 지지하게 되므로서, 랙바에 의해 축방향 하중이 작용할 경우에 베벨기어의 상호 치합부위가 좌우로 유격되면서 억지 이물림이 발생됨은 물론, 이로 인해 이를 구동시키는 모터에 과부하가 발생되는 등의 결점이 있었으며, 상기와 같은 억지 이물림에 의해 플라스틱재질로 이루어진 베벨기어의 파손이 발생될 수 도 있어 제품의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 내제되어 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선시키기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서 모터의 동력을 전달받아 조력(助力)을 발생토록 하는 한쌍의 베벨기어들 간의 축방향 백래쉬(back lash)를 볼 너트를 지지하고 있는 베어링의 액셜 클리어런스(Axial clearance)보다 크게 하므로서, 랙바에 축방향 하중이 입력될 경우 상기 베어링이 하중을 대부분 지지할 수 있도록 하여 베벨기어들의 치합에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지하며, 억지물림으로 인해 예상되는 베벨기어의 파손을 미연에 방지하여 제품의 신뢰도를 향상 시킬 수 있는 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 조향핸들에 연결된 피니언, 랙 하우징에 내설되며 일단에는 상기 피니언과 치합되는 랙기어가 형성되며 타단에는 볼 스크류가 형성된 랙바, 상기 볼 스크류에 다수의 스틸볼을 매개로 하여 설치된 볼너트, 상기 볼너트를 랙 하우징내에서 회전가능토록 지지하는 베어링, 상기 랙바의 중심축과 비스듬히 또는 직각으로 가로질러 설치된 모터, 상기 모터로 부터 볼너트에 동력 전달을 위해 한쌍의 베벨기어로 이루어진 기어링을 포함한 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서;

상기 기어링을 이루는 베벨기어간의 백래쉬가 베어링의 액셜 클리어런스 보다 크게 형성되어 구성되고, 상기 액셜 클리어런스는 상기 베이링의 내,외륜과 전동체 간의 유격량을 나타내는 것을 특징으로 하는 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치를 마련함에 의한다.

여기서, 상기 베어링은 축방향 지지 베어링인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서 앞서 도시된 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면참조부호 및 명칭을 사용하며 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

첨부도면 도 2는 본 발명에 따른 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치의 볼너트부를 확대 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 랙바(2) 타측의 스크류(22)를 감싸며 회전되는 볼너트(6)가 랙 하우징(1) 내경에 착설된 볼 베어링(7)에 의해 회전토록 끼워지고, 상기 볼너트(6)와 랙바(2)의 스크류(22) 사이에는 다수개의 스틸볼(8)이 삽입되어 랙바(2)의 좌·우 슬라이딩 운동을 가이드 하며 랙바 일측을 지지하게 된다.

그리고, 상기 볼너트 외주부에는 베벨기어(60a)가 설치되며, 상기 베벨기어(60a)와 치합되는 베벨기어(50a)를 축단부에 구비한 모터(5)가 랙바(2) 축과 예각 또는 둔각의 기울기를 가지며 설치된다.

본 발명은 특히, 상기와 같이 치합되는 베벨기어(50a)(60a)간의 백래쉬(B)가 볼너트를 랙 하우징내에서 회전 가능토록 지지하고 있는 베어링의 축방향 틈새 즉, 액셜클리언스(C)보다 크게 형성되는 구성으로 이루어 진다.

따라서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용 및 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 운전자가 핸들(미도시)을 회전시켰을때 피니언(4)에 전달되는 회전력과, 차량의 속도 및 스티어링 휠의 조향각도, 회전 토크등의 감지된 수학적인 수치를 통해 회전속도가 제어되는 모터(5) 구동력에 의해 회전되는 볼 너트(6)의 회전력이 조합되어 차륜을 회전코자 하는 방향으로 랙바(2)의 이송력을 배가 시키므로서 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.

특히, 본 발명에 적용된 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치는, 도 2에서 보이는 바와 같이, 랙 하우징(1)내에 설치된 랙바(2)가 좌·우슬라이딩 할 경우에, 모터(5)의 동력을 전달받아 조력(助力)을 발생토록 하는 한쌍의 베벨기어(50a)(60a)들 간의 축방향 백래쉬(back lash;B)를 볼 너트를 지지하고 있는 베어링(7)의 액셜 클리어런스(Axial clearance;C)보다 크게 형성 되므로서, 랙바(2)에 축방향 하중 즉, 랙바(2) 슬라이딩에 따른 좌·우 이송에 따른 하중이 입력될 경우에 상기 베어링(7)이 하중을 대부분 지지할 수 있게 되는 것이다.

이를 종래기술과 대비하여 부연 설명하면, 랙바(2) 좌·우 슬라이딩에 따라 그 외측에서 이를 회전토록 지지하는 볼너트(7)가 동일 방향으로 축하중을 받게 되면, 상기 볼너트(7) 외주부 일측과 타측에는 각각 베어링(7)과 베벨기어(60a)가 설치되어 이를 지지하고 있기 때문에 입력된 축방향 하중은 이들 중 어느 하나의 지지력에 의해 축방향 하중을 지지하게 되는 것인데, 만약, 종래와 같이 기어링(100)을 이루는 한쌍의 베벨기어(50a)(60a)의 치합에 따른 백래쉬가 베어링(7)의 자체 축방향 내부 틈새 즉, 액셜 클리어런스 보다 작을 경우에는, 베어링의 축방향 이동간격보다 치합된 베벨기어간의 축방향 이동거리가 짧기 때문에 입력된 축방향 하중을 대부분 베벨기어의 기어 치(齒)간의 면접촉에 의해 지지하게 되는 것이며, 이로 인해 기어치(齒) 간에 억지물림이 발생되어 이를 구동시키는 모터의 과부하를 촉진 시키게 되는 것이다.

이와는 반대로 본 발명은, 상기와 같은 베벨기어(50a)(60a)간의 백래쉬(B)가 베어링(7)의 액셜 클리어런스(C) 보다 크게 형성되어 있기 때문에, 랙축 방향 하중에 의해 볼너트(7)가 좌·우 소폭씩 유격된다 하더라도, 이와 같은 이동 하중을 베어링(7)에서 대부분 지지할 수 있게 되어, 베벨기어들의 치합에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지하며, 이와 같은 억지물림으로 인해 예상되는 베벨기어의 파손을 미연에 방지하여 제품의 신뢰도를 향상 시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 전술한 바와같이 랙하우징 내에서 볼너트를 회전토록 지지하는 축방향 지지베어링은, 4점 베어링 또는 자동조심베어링, 앵귤러콘택트 베어링 등을 채용함으로써, 베어링의 축 방향 및 레디얼 방향의 하중에 따른 베벨기어의 런아웃(Run-out)을 보상하여 장치의 원활한 작동이 이루어 질 수 있도록 한 것이다.

이상에서 살펴본 바와같이 본 발명인 랙타입 전동식 파워 스티어링에 의하면, 베벨기어들 간의 축방향 백래쉬(back lash)가 볼 너트를 지지하고 있는 베어링의 액셜 클리어런스(Axial clearance)보다 크게 형성 되므로서, 랙바에 축방향 하중이 입력될 경우에, 상기 베어링이 이와 같은 하중을 대부분 지지할 수 있어 베벨기어들의 치합에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지할 수 있으며, 억지물림으로 인해 예상되는 베벨기어의 파손을 미연에 방지하여 제품의 신뢰도를 향상 시킬 수 있다는 등의 우수한 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (5)

1. 조향핸들에 연결된 피니언(4),

   랙 하우징(1)에 내설되며 일단에는 상기 피니언(4)과 치합되는 랙기어(20)가 형성되며 타단에는 볼 스크류(22)가 형성된 랙바(2),

   상기 볼 스크류(22)에 다수의 스틸볼(8)을 매개로 하여 설치된 볼너트(6),

   상기 볼너트를 랙 하우징내에서 회전가능토록 지지하는 베어링(7),

   상기 랙바(2)의 중심축과 비스듬히 또는 직각으로 가로질러 설치된 모터(5),

   상기 모터(5)로 부터 볼너트(6)에 동력 전달을 위해 한쌍의 베벨기어(50a)(60a)로 이루어진 기어링(100)을 포함한 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서;

   상기 기어링을 이루는 베벨기어(50a)(60a)간의 백래쉬(B)가 베어링(7)의 액셜 클리어런스(C)보다 크게 형성되어 구성되고, 상기 액셜 클리어런스는 상기 베어링의 내,외륜과 전동체 간의 유격량을 나타내는 것을 특징으로 하는 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 베어링(7)은 축방향 지지 베어링인 것을 특징으로 하는 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 축방향 지지베어링은 4점 베어링인 것을 특징으로 하는 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 축방향 지지베어링은 자동조심 베어링인 것을 특징으로 하는 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 축방향 지지베어링은 앵귤러 콘택트 베어링인 것을 특징으로 하는 랙타입 전동식 파워 스티어링 장치.

Images