KR100835238B1 - 파워 스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 유압식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 이는 특히 기존의 2점 지지되던 랙바의 중앙요부에 볼 스크류를 설치하여 이를 더 지지토록 함으로써, 랙바의 지지 강성을 높이고 핸들의 중간위치에서의 유격감을 해소할 수 있도록 한 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

그 기술적인 구성은, 랙바(3)의 중앙요부의 외주연에 형성되고서, 중앙부의 PCD(d₁)가 나머지 다른 부분의 PCD(d₂)에 비해 크게 형성된 스크류부(30)와; 상기 스크류부(30)의 작동부를 지지하기 위해, 볼 베어링(34)에 의해 회전토록 설치되는 볼 너트(32) 및; 상기 스크류부(30)와 볼 너트(32) 사이에 삽입되는 다수개의 스틸볼(36);을 포함하여 이루어진 볼 스크류(10)가 랙바(3)의 중앙요부에 설치되어 구성되는 것을 요지로 한다.

볼 너트, 스크류부, 스틸볼, 지지강성, 볼 스크류, PCD(피치원 직경)

Description

파워 스티어링 장치{An power steering apparatus}

도 1은 종래의 일반적인 유압식 파워 스티어링 장치를 도시한 개략 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치의 전체적인 구성상태를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치의 요부를 확대한 절개 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치의 요부 확대 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치의 스크류부를 확대하여 도시한 도면.

*도면의 주요 부위에 대한 부호 설명*

1...하우징 2...실린더

3...랙바 4...피스톤

5...랙 하우징 7...타이로드

8...랙 부시 9...기어박스

10...볼 스크류 30...스크류부

32...볼 너트 34...볼 베어링

36...스틸볼

본 발명은 차량용 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 이는 특히 유압식 파워 스티어링 장치의 실린더에서 좌·우 왕복운동하며 서포트 요크와 랙 부시에 의해 2점 지지되는 랙바의 중앙요부에 볼 스크류를 더 설치하여 랙바를 지지토록 함으로써, 랙바의 지지 강성을 향상시켜 유동을 방지할 수 있도록 함은 물론, 랙바 외주면에 형성된 스크류부의 중앙부의 PCD(피치원 직경)를 통상의 PCD보다 크게 형성하여서, 핸들의 중간위치에서의 유격감을 해소하고 장치의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 조향장치는 조향축의 회전력을 바퀴에 전달하여 운전자가 원하고자 하는 방향으로 차량을 선회할 수 있도록 한 장치로서, 크게는 기계식 조향장치와 유압식 조향장치로 대별된다.

기계식 조향장치는 일단에 웜이 형성된 조향축과, 이 조향축의 웜과 치합되는 섹터기어를 연결하여, 조향축의 회전에 따라 상기 웜이 섹터에 회전력을 전달하여 너클암이 체결되는 타이로드(Tie rod)를 가변시켜 차량의 조향이 이루어지도록 하는 장치이다.

그러나, 상기와 같은 기계식 조향장치는 그 구조가 간단하여 취급이 용이하다는 이점은 있으나 핸들의 조작이 무거운 결점이 있었다.

따라서, 최근에는 상기 기계식 조향장치에 유압을 이용하여 조향력을 배가시 키도록 한 유압식 조향장치(파워 스티어링 장치)가 차량에 보편적으로 설치되고 있다.

도 1은 상기한 바와 같은 유압을 이용한 유압식 조향장치의 대표적인 일례를 도시한 개략 단면도로서, 일반적인 종래의 유압식 조향장치는 유압을 공급하는 펌프(미도시)와, 상기 펌프와 유압파이프에 의해 연결되며 그 내부에 로터리 밸브가 내설된 하우징(1) 및, 상기 하우징(1)을 통해 공급된 유압을 이용하여 조향에 따른 배력을 발생토록 하는 실린더(2)가 구비된다.

여기서, 상기 실린더(2)는 복동 실린더 형식을 취하며, 상기 실린더(2)에는 양단이 타이 로드(7)와 볼 조인트(Ball joint)된 랙바(Rack bar:3)가 내설되며, 실린더(2) 내로 공급된 유압에 의해 조향에 필요한 배력을 발생토록 하는 피스톤(4)이 랙바(3)의 일측 외주연 상에 고정된다.

여기서, 상기 피스톤(4)이 고정된 랙바(3)는 그 일측이 랙 하우징(5)의 일단에 내설된 랙 부시(8)에 의해 지지 고정되어 있고, 타측은 하우징(1)의 하부에 내설된 랙과 피니언(미도시)이 치합되어 조향력을 전달하는 기어박스(9)에 내설된 서포트 요크(Support yoke:미도시)에 의해 탄성적으로 지지되어 랙바의 좌우 슬라이딩 운동에 따른 요동을 방지하는 역할을 하게 된다.

그러나, 상기와 같이 랙바의 일측과 타측만이 지지되는 즉, 2점 지지되는 종래 랙바의 지지구조의 경우, 랙바의 중앙요부를 지지하는 별도의 수단이 구비되어 있지 않은 채로 랙바의 측부만이 지지되게 되어 있어서, 랙바를 지지하는 지지 강성이 매우 낮아 랙바의 좌우 슬라이딩 운동에 따라 그 중앙요부에 요동이 발생하게 되며, 차량 운행시 바퀴로부터 역입력 되는 하중(Kick back)이 타이로드를 거쳐 랙바(3)의 양단에 모멘트(Moment)를 발생시키게 되어서 이로 인한 랙바(3)의 중앙부에 굽힘(Bending) 및 처짐이 발생되어 핸들의 이상 조타감이 발생되는 등의 문제가 있었다.

또한, 상기와 같은 파워 스티어링 장치의 경우, 핸들의 좌우 조타시에 상술한 바와 같이 실린더 내에 공급된 유압에 의해 핸들을 어느 방향으로 조타시키건 간에 동일한 조력을 발생시키게 되었고, 이로 인해 운전자는 핸들의 중간위치에서도 핸들 좌우 조타시와 마찬가지로 동일한 가벼운 조향력을 느낄 수 있게 되어서, 핸들의 중간위치에서의 조타 무게감이 떨어져 차량의 고속 주행에 따른 조향 안정성이 저하되는 결점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 서포트 요크와 랙 부시에 의해 2점 지지되는 랙바의 중앙요부에 볼 스크류를 설치하여 상기 볼 스크류에 의해 3점 지지토록 함으로써, 랙바의 지지 강성을 향상시켜 랙바의 중앙요부의 요동을 방지함은 물론, 차량의 바퀴로부터 역입력되는 하중에 의한 이상 조타감을 개선시킬 수 있는 파워 스티어링 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 랙바 외주면에 형성된 스크류부의 중앙부의 PCD(피치원 직경)를 통상의 PCD보다 크게 형성하여서, 핸들의 중간위치에서의 유격감을 해소하고 차량의 고속 주행시 핸들의 중간위치에서의 조향력을 증가시켜 운전자의 조향 안정성을 부여함과 아울러 장치의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 유압식 파워 스티어링 장치에 있어서, 랙바의 중앙요부의 외주연에 스크류부가 형성되고, 상기 스크류부의 작동부를 지지하기 위해 스크류부의 중앙부에다 볼 베어링에 의해 볼 너트가 회전토록 끼워지고. 상기 스크류부와 볼 너트 사이에 다수개의 스틸볼이 삽입되어 이루어진 볼 스크류가 랙바의 중앙요부에 설치되어 차량 주행시 바퀴로부터 역입력되는 하중을 감쇄시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치를 마련함에 의한다.

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특히, 본 발명은 상기 스크류부의 중앙부의 PCD(피치원 직경)가 나머지 다른 부분의 PCD에 비해 약간 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치 요부를 확대한 절개 사시도이다.

본 실시예에서는, 앞서 도시된 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호 및 명칭을 사용하기로 한다.

이에 도시된 바와 같이, 랙 하우징(5) 내에 설치되며 그 외주연 상에 피스톤(4:도 1 참조)이 고정 설치된 랙바(3)는, 그 일측이 랙 하우징(5)의 일단에 내설된 랙 부시(8:도 1 참조)에 의해 지지 고정되고, 타측은 랙과 피니언(미도시)이 치합되어 조향력을 전달하는 기어박스(9)에 내설된 서포트 요크(미도시)에 의해 탄성적으로 지지된다.

특히, 본 발명은 상기와 같이 일측과 타측의 2점이 지지되는 랙바(3)의 중앙 요부를 더 지지토록 하여 랙바의 지지 강성을 증대코자 한 것으로서, 상기 랙바(3)의 중앙요부의 외주연 상에는 스크류부(30)가 형성되며, 상기 스크류부(30)의 작동부에 끼워져 이를 지지토록 하는 볼 너트(32)가 상기 스크류부(30)의 외측에서 볼 베어링(34)에 의해 회전토록 설치된다.

여기서, 상기 스크류부(30)는 그 중앙부의 PCD(d₁;피치원 직경)가 나머지 다른 부분의 PCD(d₂)에 비해 약간 크게 형성된다(도 5 참조).

계속해서, 상기 스크류부(30)와 볼 너트(32) 사이에는 랙바(3)의 작동에 따라 스크류부(30)가 형성된 랙바(3)가 볼 너트(32)에 의해 지지되어 원활하게 좌·우로 이동될 수 있도록 다수개의 스틸볼(36)이 삽입토록 되는 구성으로 이루어진다.

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

도 2 내지 도 3을 연계하여 설명하면, 하우징(1)으로부터 공급된 유압에 의해 랙 하우징(5)에 내설된 랙바(3)가 유압이 공급된 실린더의 반대편으로 슬라이딩이 이루어지게 되면, 상기 랙바(3)의 중앙요부에 형성된 스크류부(30)가 볼 너트(32)에 의해 그 중앙부가 지지된 상태로 일측으로 슬라이딩 되는 것이다.

이는 특히 상기 스크류부(30)의 작동부를 지지하기 위한 볼 너트(32)가 상기 스크류부(30) 외측에서 볼 베어링(34)에 의해 회전토록 설치됨과 동시에, 상기 스크류부(30)와 볼 너트(32) 사이에 다수개의 스틸볼(36)이 삽입되어 회전토록 됨으로써, 공급된 유압에 의해 랙바(3)가 일측으로 이동되면 랙바(3)의 중앙요부에 형성된 스크류부(30)의 나선을 따라서 스틸볼(36)이 회전 이동되면서 일측으로 이동되는 랙바(3)와의 마찰저항을 최소화시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 스틸볼(36)의 회전과 함께 볼 베어링(34)에 의해 회전토록 지지되는 볼 너트(32) 역시 스틸볼(36)에 의해 스크류부(30)의 나선을 따라 스크류의 진행방향과 역방향으로 회전되어서, 일측으로 슬라이딩 되는 랙바(3)의 비틀림이 방지됨은 물론, 슬라이딩 되는 랙바(3)의 중앙요부를 지지토록 되어서, 랙바(3)의 운동에 따른 상·하 요동을 방지할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 볼 너트(32)를 회전토록 지지하는 볼 베어링(34)은 4점 베어링으로 구성되므로, 베어링의 예압량을 조정하여 바퀴로부터 발생된 역입력 하중을 효과적으로 감소시킬 수도 있게 된다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치의 요부 확대 단면도로서, 상기 랙바(3)의 중앙요부의 외주연에 형성된 스크류부(30)는 핸들의 작동구간(D)에 따른 랙바의 이동거리만큼의 구간에 걸쳐 형성토록 되어서, 볼 너트(32)와 연계하여 작동되지 않는 부분에 대해서는 불필요한 나선을 가공치 않도록 하여 그에 따른 제작비용을 절감시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

도 5는 상기와 같이 본 발명에 적용된 파워 스티어링 장치의 스크류부(30)를 확대하여 도시한 도면으로서, 스크류부(30)의 중앙부의 PCD(d₁;피치원 직경)가 나머지 다른 부분의 PCD(d₂)에 비해 약간 크게 형성되어서(d₁ > d₂), 스크류부의 중앙부와 나머지 다른 부분의 골깊이가 서로 달리 형성되는 것이다.

즉, 도 4와 도 5의 부분 확대도를 연계하여 설명하면, 상기와 같은 PCD의 차이로 인해 스크류부(30)의 중앙부에서의 골깊이가 나머지 다른 부분의 골깊이에 비해 낮게 형성되는 것이며, 이로 인해 핸들 작동시에 핸들이 중간에 위치했을 경우에는, 스크류부(30)의 중앙부 작동구간에서 스틸볼(36)이 스크류부(30)의 낮은 골깊이에 의해 볼 너트(32)와 스크류부(30) 사이에서 강제 압입 회전되어 핸들의 무게감을 부여해 줌과 동시에 유격감을 해소하고, 그 외의 작동구간에서는 스틸볼이 부드럽게 회전되어 핸들의 조향력을 가볍게 해줄 수 있는 것이다.

따라서, 상기와 같은 본 발명은, 랙바(3)에 형성된 스크류부(30)와 이를 지지하는 볼 너트(32) 사이에 삽입된 스틸볼(36)을 매개로 하여 랙바(3)의 이동이 그 중앙요부의 굽힘 없이 원활하게 이루어지게 되고, 슬라이딩 되는 랙바(3)와 볼 너트(32) 사이의 마찰을 최소화시킬 수 있어 랙바(3)의 원활한 슬라이딩을 안내할 수 있게 되며, 특히 랙바(3)의 중앙요부를 더 지지하게 되므로 조향성능의 향상을 가져올 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 스크류부(30)가 형성된 랙바(3)의 중앙요부를 더 지지하게 되어서, 차량 주행시 바퀴로부터 입력되는 역입력 하중을 감쇄시켜 조타감을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이에 더하여, 스크류부의 중앙부의 PCD(d₁)가 통상의 PCD(d₂)에 비해 크게 형성되므로, 핸들을 중간에 위치시켰을 경우 핸들의 좌우 유격감이 해소됨과 아울러, 차량의 고속 직진 주행시 핸들의 중간위치에서는 조향력이 증가되어, 즉 핸들에 조타에 따른 무게감이 부가됨으로써 운전자의 조향 안정성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명인 파워 스티어링 장치에 의하면, 종래에 서포트 요크와 랙 부시에 의해 2점 지지되는 랙바의 중앙요부를 볼 스크류에 의해 더 지지토록 함으로써, 랙바의 지지 강성을 향상시킴과 아울러 랙바의 중앙요부의 처짐 및 굽힘을 제한하여 조향 안정성을 증대시킬 수 있으며, 차량 주행시 바퀴로부터 전달되는 역입력 하중을 감쇄시켜 조타감을 향상시킬 수 있는 등의 우수한 효과가 있다.

또한, 스크류부의 중앙부의 PCD가 통상의 PCD에 비해 크게 형성되므로, 핸들의 중간위치에서의 유격감을 해소하고, 차량의 고속 주행시 핸들의 중간위치에서의 조향력을 증가시킴으로써 운전자의 조향 안정성을 향상시키며, 랙바에 형성된 스크류부가 볼너트와 연계하여 가장 많이 작동되는 스크류부의 중앙부의 PCD가 큼으로써, 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 등의 우수한 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (2)

1. 유압식 파워 스티어링 장치에 있어서,

   랙바(3)의 중앙요부의 외주연에 형성되고서, 중앙부의 PCD(d₁)가 나머지 다른 부분의 PCD(d₂)에 비해 크게 형성된 스크류부(30)와;

   상기 스크류부(30)의 작동부를 지지하기 위해, 볼 베어링(34)에 의해 회전토록 설치되는 볼 너트(32) 및;

   상기 스크류부(30)와 볼 너트(32) 사이에 삽입되는 다수개의 스틸볼(36);을 포함하여 이루어진 볼 스크류(10)가 랙바(3)의 중앙요부에 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 볼 베어링(34)은 4점 지지 베어링으로 구성됨을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.

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