KR100816381B1 - 처짐방지기능이 구비된 타이로드와 볼시트를 포함하는자동차 조향장치 - Google Patents

처짐방지기능이 구비된 타이로드와 볼시트를 포함하는자동차 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 처짐방지기능이 구비된 타이로드와 볼시트를 포함하는 자동차 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은 랙바의 일단에 연결되는 소켓에 삽입되는 볼시트가 구비되고 상기 볼시트에 볼조인트 결합하는 타이로드를 포함하는 자동차 조향장치에 있어서, 상기 타이로드의 구부 끝단에 평면부를 형성하고 상기 볼시트의 저면에 돌출부를 형성하여 상기 타이로드의 구부 끝단 평면부와 상기 볼시트 저면의 돌출부가 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 타이로드 구부 끝단 평면부와 볼시트 저면에 마련된 돌출부가 서로 접촉하도록 함으로써 돌출부를 변형시킬 수 있는 정도의 토크가 가해져야 요동될 수 있도록 하여 조립공정 등에서의 작업성 향상을 기대할 수 있다.
타이로드, 볼시트, 평면부, 돌출부

Description

처짐방지기능이 구비된 타이로드와 볼시트를 포함하는 자동차 조향장치{Vehicle Steering Apparatus Including Tie Rod and Ball Seat Equipped with the Function for Preventing Deflection}
도 1은 종래의 자동차 조향장치 중 파워스티어링장치의 단면도
도 2는 종래의 타이로드와 볼시트 결합부의 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이로드와 볼시트의 결합부를 나타낸 단면도
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이로드와 볼시트의 결합부를 나타낸 부분확대도
도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에서 타이로드가 최대처짐각도에 도달했을 때를 나타낸 부분확대도
도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에서 타이로드가 최대처짐각도를 초과했을 때를 나타낸 부분확대도
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이로드와 볼시트의 결합부를 나타낸 부분확대도
도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에서 타이로드가 최대처짐각도에 도달했을 때를 나타낸 부분확대도
도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에서 타이로드가 최대처짐각도를 초과했을 때를 나타낸 부분확대도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 타이로드 105: 타이로드엔드
110: 소켓 115: 나사부
120: 랙바 130: 실린더
140: 랙하우징 150: 밸브바디 하우징
153: 입력축 157: 밸브포트
158: 피드튜브 159: 실린더포트
160: 피스톤 170: 마운팅부쉬
175: 마운팅클램프 180: 벨로우즈
190: 타이로드 구부(球部) 200: 볼시트
210: 볼시트 저면 300: 돌출부
310: 평면부 400: 최대처짐각도(θ)
500: 하부 돌출부 510: 상부 돌출부
520: 돌출부
본 발명은 처짐방지기능이 구비된 타이로드와 볼시트를 포함하는 자동차 조 향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 타이로드의 구부 끝단 평면부와 볼시트 저면에 구비된 돌출부가 서로 접촉하여 요동 토크를 증대시키는 구조의 자동차 조향장치에 관한 것이다.
자동차의 조향장치(Steering System)란 자동차의 진행 방향을 변경하기 위해 사용되는 장치로, 조향휠, 스티어링 샤프트 및 칼럼 등으로 이루어진 조작기구, 웜 섹터형, 웜 섹터 롤러형, 볼너트형, 가변기어비형, 랙 앤 피니언형 등의 조향 기어기구 및 피트먼암, 조향링크, 조향너클 등으로 이루어진 링크기구로 구성되어 조향휠의 회전을 조향기어를 통하여 구동휠로 전달하는 기계식의 조향장치와, 조작력 경감을 위하여 동력실린더를 사용하는 파워스티어링(Power Steering)방식이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 자동차 조향장치 중 파워스티어링장치의 단면도로서, 도 1에서 도시된 바와 같이 종래의 파워스티어링장치는 유압펌프(미도시)에 의해 공급되는 작동유가 유압밸브 및 2개의 피드튜브(158)를 통해 실린더(130) 내의 좌, 우 실로 공급되도록 되어 있고, 실린더(130) 내에는 랙바(120)에 설치된 피스톤(160)과 양측에서 실린더(130)의 단부를 밀봉하는 오일씰(미도시)에 의해 좌, 우 실로 나뉘어져 있으며, 작동유가 좌, 우실 어느 한 쪽으로 선택적으로 공급되는 것에 의해 랙바(120)가 좌측 또는 우측으로 이동하여 조향휠(미도시)의 조작이 용이하도록 된다.
밸브바디 하우징(150)은 피니언밸브 어셈블리(미도시)를 내장하며 피니언밸브 어셈블리(미도시)는 조향휠의 비틀림신호를 받아 밸브를 개폐하여 작동유의 유 로를 형성하며 그 내부에는 상향 돌출되어 조향휠과 연결되는 입력축(153)이 마련된다. 밸브바디 하우징(150)의 외부에는 실린더(130) 내로 오일을 공급할 수 있도록 밸브포트(157)가 마련되고 피드튜브(158)는 밸브포트(157)와 실린더포트(159)를 연결하여 작동유를 실린더로 공급한다. 실린더(130) 내부에는 실린더(130) 양측 단부를 관통하여 좌우로 연장되도록 봉상의 랙바(120)가 설치되고 이 랙바(120)의 양측단에는 볼시트(200)가 삽입되는 소켓(110)이 구비되어(도 2 참조) 타이로드 구부(球部; 190)와 볼조인트 결합된다. 랙바(120)의 중간측에는 실린더(130) 내부공간을 양분하여 그 내부로 유입되는 작동유에 의해 랙바(120)가 좌, 우로 이동될 수 있도록 슬라이딩 이동되는 원판형상의 피스톤(160)이 마련된다. 랙바(120)와 실린더(130)를 포함하는 랙하우징(140)은 마운팅부쉬(170)와 마운팅클램프(175)에 의해 차량에 장착되고, 랙하우징(140) 끝단에 구비된 벨로우즈(180)는 볼시트(200)가 삽입된 소켓(110)과 타이로드 구부(球部; 190)의 볼조인트결합부를 감싸게 되어 소켓(110)과 랙하우징(140) 내부로 수분이 침투하는 것을 방지한다. 랙바(120)의 양측에 볼조인트로 결합된 타이로드(100)의 끝단에는 차륜축과 연결될 수 있도록 마련된 타이로드엔드(105)가 타이로드(100)와 나사결합되어 구비된다.
도 2는 종래의 타이로드(100)와 볼시트(200) 결합부의 단면도로서, 랙바(120)의 일측 끝단에 위치하여 타이로드(100)와 볼조인트될 수 있도록 마련된 소켓(110)은 저면에 나사부(115)가 형성되어 랙바(120)와 결합하고 소켓(110)의 내부에는 강화플라스틱으로 사출성형되어 만들어진 볼시트(200)가 삽입된다. 타이로드(100)의 일측 끝단에 위치한 타이로드 구부(球部; 190)는 볼시트(200)내로 삽입 되어 회전 및 굴절될 수 있고, 타이로드 구부(球部; 190)가 삽입된 볼시트(200)는 소켓(110)에 장착되며 랙하우징(140)의 끝단에 마련된 벨로우즈(180)에 의하여 외부에서의 수분침투가 방지된다.
타이로드는 알루미늄 합금 재질이나 강철재질로 된 환봉소재를 냉간단조에 의하여 성형한 후에 기계가공(절삭가공)하여 제조되고 있으며, 최근에는 경량화를 도모하기 위해 소정의 길이로 절단한 강관을 재료로 하여 스웨이징(Swaging) 가공에 의하여 성형하고 있다. 스웨이징(Swaging)이란 금속재료를 압축성형하는 단조작업의 일종으로서 공구 또는 금형을 이용하여 소재의 일부를 짓눌러 조각한 모양의 윤곽형상대로 재료를 유동시키고 가공하지 않은 부분은 원래대로 남아 제품의 일부분이 되는 가공방법이다.
종래 볼시트와 결합된 타이로드는 자중에 의해 처짐현상이 발생하여 조립공정 등에서 작업성이 저하되는 문제점이 있었다. 처짐현상을 방지하기 위해서는 타이로드 구부와 볼시트 사이에 마찰력이 증대되도록 해야 하는데 그러한 경우 타이로드의 회전 토크가 증가하여 다른 공정(예를 들어 TOE-IN 조정공정)에서의 작업성 저하 문제가 예상되었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 랙바의 일단에 연결되는 소켓에 삽입되는 볼시트가 구비되고 상기 볼시트에 볼조인트 결합하는 타이로드를 포함하는 자동차 조향장치에 있어서, 상기 타이로드의 구부 끝단에 평면부를 형성하고 상기 볼시트의 저면에 반구형의 돌출부를 1 내지 2개 형성하여 상기 타이로드의 구부 끝단 평면부와 상기 볼시트 저면의 반구형인 1 내지 2개의 돌출부가 서로 접촉하도록 함으로써 돌출부를 변형시킬 수 있는 정도의 토크가 가해져야 요동될 수 있도록 하여 조립공정 등에서의 작업성 향상을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 랙바의 일단에 연결되는 소켓에 삽입되는 볼시트가 구비되고 상기 볼시트에 볼조인트 결합하는 타이로드를 포함하는 자동차 조향장치에 있어서, 상기 타이로드의 구부 끝단에 평면부를 형성하고 상기 볼시트의 저면에 돌출부를 형성하여 상기 타이로드의 구부 끝단 평면부와 상기 볼시트 저면의 돌출부가 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타이로드와 볼시트의 결합부를 나타낸 단면도로서, 도 3에서 도시된 바와 같이 조향휠의 비틀림신호는 입력축(153)을 통해 피니언밸브 어셈블리(미도시)내의 피니언 기어(미도시)에 전달되고 피니언 기어(미도시)는 랙바(120)와 치합되어 조향휠의 비틀림신호를 랙바(120)의 직선운동으로 바 꿔준다.
랙바(120)의 끝단에는 볼시트(200)가 삽입되는 소켓(110)이 구비되고 타이로드(100)의 일측 끝단에 구비된 타이로드 구부(球部; 190)와 볼조인트 결합되어 랙바(120)의 직선운동을 타이로드(100)에 전달한다.
소켓(110)은 운전자가 발생시킨 조향력을 차륜에 전달함과 동시에 차륜으로부터 전달되는 외부충격을 완충시킬 수 있도록 마련되는 것이고, 볼시트(200)는 타이로드 구부(球部; 190)와 소켓(110) 사이에 위치하여 타이로드 구부(球部; 190)에 마찰력을 제공하는 것으로, 타이로드 구부(球部; 190)와 연결될 수 있도록 일측이 개구된 형상으로 마련된다.
이러한 볼시트(200)는 타이로드 구부(球部; 190)가 삽입되어 회전 및 굴절될 수 있도록 타이로드 구부(球部; 190)와 대응되는 구(球)형상으로서 개구된 측은 타이로드 구부(球部; 190)가 삽입되어 고정될 수 있도록 타이로드 구부(球部; 190)의 최대지름보다 작은 지름으로 마련되어 타이로드 구부(球部; 190)가 억지 삽입된다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이로드와 볼시트의 결합부를 나타낸 부분확대도로서, 도 4a에서 도시된 바와 같이 볼시트 저면(210)에는 돌출부(300)가 마련되고 타이로드 구부(球部; 190) 끝단에는 평면부(310)가 마련되어 이 평면부(310)와 볼시트 저면(210)에 마련된 돌출부(300)가 접촉하게 된다.
볼시트 저면(210)에 마련된 돌출부(300)와 타이로드 구부(球部; 190) 끝단에 마련된 평면부(310) 사이에는 적절한 간격이 유지되어 무부하시에는 돌출부(300)와 평면부(310)가 접촉하지 않고 타이로드(100)가 일정각도 이상으로 굴절되거나 회전 할 때에만 돌출부(300)와 접촉하도록 형성되어 작업공정에서 타이로드(100)의 처짐현상을 방지한다.
조향시 필요한 토크는 돌출부(300)의 탄성력이 아닌 볼시트(200)와 타이로드 구부(球部; 190)의 마찰력으로 구현되므로 상기 돌출부(300)는 탄성력을 갖되 조립공정 등의 작업이 완료된 후에는 탄성력이나 그 기능을 상실하여도 된다.
타이로드 구부(球部; 190) 끝단에 마련된 평면부(310)는 돌출부(300)의 크기에 맞추어 타이로드(100)가 회전이나 굴절시 일정각도 이상에서만 돌출부(300)와 접촉할 수 있도록 적절한 크기로 절삭가공되는 것이 바람직할 것이다.
돌출부(300)의 형상은 적절한 탄성력을 제공하고 작업공정 이후 조향시에는 쉽게 파쇄되기 위해서 반구(半球)형상으로 구비되는 것이 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 적절한 탄성력과 파쇄성을 제공할 수 있는 한 사각상자형 등 다양한 종류의 형상으로 대체될 수도 있을 것이다.
도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 타이로드가 최대처짐각도에 도달했을 때를 나타낸 부분확대도로서, 도 4b에서 도시된 바와 같이 무부하시에는 볼시트 저면(210)에 마련된 돌출부(300)에 접촉하지 않는 타이로드 구부(球部; 190) 끝단 평면부(310)는 타이로드가 점점 요동하여 최대처짐각도(θ; 400)에 도달시 볼시트 저면(210)에 마련된 돌출부(300)와 접촉하게 되어 타이로드(100)가 최대처짐각도(θ; 400) 이상으로 요동되지 않도록 한다.
도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 타이로드가 최대처짐각도를 초과했을 때를 나타낸 부분확대도로서, 도 4c에서 도시된 바와 같이 강화플라스틱으로 사출성형되어 만들어지는 볼시트(200)는 타이로드 구부(球部; 190)와 맞닿아 적절한 마찰력을 제공하는데 볼시트 저면(210)에 형성된 돌출부(300)는 타이로드(100)가 최대처짐각도(θ; 400) 이상으로 요동되게 하는 토크를 받을 때(예로 작업공정 이후 조향시 등)에는 파쇄되어 처짐방지기능을 상실하게 되므로 알루미늄 합금 재질이나 강철재질로 형성된 타이로드 구부(球部; 190)에 비해 강도가 더 약한 재질로 만들어져야 하며, 작업효율을 높이기 위해서는 사출성형되는 볼시트(200)와 같은 재질의 강화플라스틱으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
최대처짐각도(θ; 400)는 작업공정 등에서의 효율성을 고려할 때 15° 내외로 결정되는 것이 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 작업환경 등에 따라 적절히 조정가능하며 이는 볼시트 저면(210)에 마련된 돌출부(300)의 높이와 타이로드 구부(球部; 190) 끝단에 마련된 평면부(310)의 크기를 조절함으로써 결정할 수 있을 것이다.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이로드와 볼시트의 결합부를 나타낸 부분확대도이고 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에서 타이로드가 최대처짐각도에 도달했을 때를 나타낸 부분확대도로서, 도 5a 및 도 5b에서 도시된 바와 같이 볼시트 저면(210)에 형성된 2개의 돌출부(520) 중 하부 돌출부(500)는 타이로드(100)가 아랫방향으로 요동시 타이로드 구부(球部; 190) 끝단에 마련된 평면부(310)의 아랫면과 접촉하고, 상부 돌출부(510)는 타이로드(100)가 윗방향으로 요동시 타이로드 구부(球部; 190) 끝단에 마련된 평면부(310)의 윗면과 접촉하여 타이로드(100)가 최대처짐각도(θ; 400) 이상으로 요동하지 않도록 한다. 2개의 돌출부(520) 사이의 간격이 클수록, 돌출부의 높이가 높을수록 타이로드(100)의 최대처짐각도(θ; 400)는 작아질 것이다.
도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에서 타이로드가 최대처짐각도를 초과했을 때를 나타낸 부분확대도로서, 도 5c에서 도시된 바와 같이 2개의 돌출부(520)는 작업공정 후 조향시에 작용하는 토크에 의해 타이로드(100)가 최대처짐각도(θ; 400)를 초과하는 경우 신속히 파쇄되어 조향시 타이로드 구부(球部; 190)와 볼시트(200) 사이의 회전 및 굴절운동을 방해하지 않게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 타이로드 구부 끝단 평면부와 볼시트 저면에 마련된 돌출부가 서로 접촉하도록 함으로써 돌출부를 변형시킬 수 있는 정도의 토크가 가해져야 요동될 수 있도록 하여 조립공정 등에서의 작업성 향상을 기대할 수 있다.

Claims (3)

  1. 랙바의 일단에 연결되는 소켓에 삽입되는 볼시트가 구비되고 상기 볼시트에 볼조인트 결합하는 타이로드를 포함하되, 상기 타이로드의 구부 끝단에 평면부를 형성하고 상기 볼시트의 저면에 돌출부를 형성하여 상기 타이로드의 구부 끝단 평면부와 상기 볼시트 저면의 돌출부가 서로 접촉하도록 된 자동차 조향장치에 있어서,
    상기 돌출부의 형상은 반구형인 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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