KR100854784B1 - 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치 - Google Patents

요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치 Download PDF

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허성무
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Abstract

본 발명은 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치에 관한 것으로, 기어박스에 삽입하여 상기 랙바를 지지하되, 후면에다 양측으로 경사진 제 1 경사면을 형성하며, 후면 중앙에 제 1 삽입공을 형성한 서포트 요크와; 이 서포트 요크의 후면에 위치하고서 2개의 절반부로 이루어지되 각 절반부에는 상기 제 1 경사면과 접하는 제 2 경사면이 형성되어 있고 외주면에 삽입홈이 형성되어 있으며 두 절반부를 붙여놓은 상태에서 중심부에 제 2 삽입공을 이루도록 된 경사부재와, 상기 삽입홈에 장착되어 반경방향으로 힘을 가하는 탄성 부재 및, 상기 제 2 삽입공을 관통하여 제 1 삽입공에 삽입되는 이젝트 핀을 포함하는 스페이서 및; 상기 기어박스에 체결하되 상기 스페이서를 지지하면서 중심에 제 3 삽입공을 형성한 요크 플러그;를 포함하여서, 상기 제 1 삽입공부터 제 3 삽입공까지 위치한 상기 이젝트 핀을 탈거하였을 때 상기 탄성 부재에 의해 형성된 반경방향 작용력이 상기 제 1 경사면 및 제 2 경사면에 의해 축방향 작용력으로 전환되어 상기 랙바를 지지하는 것을 특징으로 하여서, 래틀 노이즈의 발생 원인을 제거하고, 요크 클리어런스의 공차관리를 할 필요가 없기 때문에 조립공정 또한 단순해져 작업이 용이해지며, 내구 마모가 발생하더라도 자동으로 요크 클리어런스를 보상하는 효과가 있다.
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Description

요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치{Steering Apparatus Having Apparatus for Adjusting Yoke Clearance}
도 1은 통상적인 자동차용 조향장치의 개략 구성도,
도 2는 종래의 기어박스의 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요크 클리어런스 자동 조절장치의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요크 클리어런스 자동 조절장치의 장착 방법을 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
300: 요크 클리어런스 자동 조절장치 310: 서포트 요크
315: 제 1 삽입공 320: 경사부재
325: 제 2 경사면 330: 탄성 부재
335: 삽입홈 340: 고무 패드
345: 제 2 삽입공 350: 이젝트 핀
360: 요크 플러그 365: 수나사산
370: 스페이서 375: 제 3 삽입공
380: 제 1 경사면 385: 체결홀
390: 더스트 캡 395: 체결 돌기
410: 기어박스 415: 암나사산
420: 랙바 430: 체결홈
본 발명은 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 요크 플러그와 서포트 요크 사이의 간극을 제거함과 동시에 요크 플러그를 랙바 방향으로 힘을 가하도록 하는 중간부재를 구비하여 장시간 사용에 의해 발생하는 클리어런스를 자동으로 보상하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치에 관한 것이다.
조향장치는 차량의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 차량의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
도 1은 통상적인 자동차용 조향장치의 개략 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 조향장치는 운전석에 배치되는 조향 휠(100)과 이에 연결된 조향 축(105), 그리고 조향 축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(103), 조향 축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)를 포함하는 기어박스(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150)를 포함하여 구성된다. 또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되고 너클(Knuckle, 159)로 힘을 전달하여 타이어(158)를 조향한다.
삭제
도 2는 종래의 기어박스의 단면도이다.
종래의 랙 피니언 방식의 기어박스(130)는 피니언 기어(120), 랙바(140), 서포트 요크(260), 스프링(263) 및 요크 플러그(265)를 포함하여 구성된다. 랙 피니언 방식의 기어박스(130)는 전술한 바와 같이 조향 축(105:도 1 참조)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환되도록 한다.
랙 기어(110:도 1 참조)가 형성된 랙바(140)는 피니언 기어(120)와 치합하여 회전 운동을 직선 운동으로 전환한다. 랙바(140)의 후면에는 랙바(140)와 피니언 기어(120)의 치합이 잘 이루어지도록 랙바(140)를 피니언 기어(120) 측으로 지지하는 장치를 구비하고 있다.
랙바(140)를 지지하는 장치는 서포트 요크(260), 스프링(263), 요크 플러그(265)를 포함하여 구성되며, 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면의 반대 측에 위치하며, 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 랙바(140)와 수직한 전후 방향으로 이동 가능한 구조이다.
서포트 요크(260)의 형상은 실린더(250)에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원 통형이며, 랙바(140)와 접하는 전방부는 랙바(140)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙바(140)와 피니언 기어(120)가 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록 서포트 요크(260)의 후방에 스프링(263)을 배치하여 일정한 압력으로 서포트 요크(260)를 밀어주어 랙바(140)와 피니언 기어(120) 사이에 발생하는 유격을 보상해 줄 수 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게 되며, 마찰로 인해 랙바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙바(140)보다 연성 재질인 플라스틱으로 이루어진다.
스프링(263)은 서포트 요크(260)가 랙바(140)와 밀착되도록 압력을 가하는 기능을 하는 데 일반적으로 코일 스프링이 사용되며, 스프링(263)의 후면에는 요크 플러그(265)가 위치하여 스프링(263)을 지지한다.
요크 플러그(265)는 스프링(263)을 지지하여 서포트 요크(260)에 압력을 가하도록 한다. 요크 플러그(265)에는 통상 수나사형 나사산을 형성하고 있어 암나사형 나사산이 형성된 기어박스(130)에 결합하도록 되어 있으며, 요크 플러그(260)의 후면에는 렌치가 삽입될 수 있는 홈을 형성하고 있다.
이와 같이 종래의 서포트 요크(260)의 조립구조는 나사결합 방식이기 때문에 조립성이 매우 떨어지고, 조립 완료 후 요크 클리어런스(Clearance) 조절 및 검사공정을 추가로 해야만 하며, 서포트 요크(260)와 요크 플러그(265) 사이에 형성된 유격(도 2의 A, 이하 "요크 클리어런스"라 칭함)이 있고, 불규칙한 노면 등으로부터 역입력 되는 힘에 의해 랙바(140)가 서포트 요크(260)를 역방향으로 강하게 밀 때 서포트 요크(260)가 요크 플러그(265)와 접촉하면서 래틀 노이즈(Rattle Noise)가 발생하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 요크 플러그와 서포트 요크 사이의 간극을 제거함과 동시에 요크 플러그를 랙바 방향으로 힘을 가하도록 하는 중간부재를 구비하여 장시간 사용에 의해 발생하는 클리어런스를 자동으로 보상함과 동시에 래틀 노이즈 발생을 억제하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 랙바 및 피니언 기어를 포함하는 랙-피니언 타입 조향장치에 있어서, 기어박스에 삽입하여 상기 랙바를 지지하되, 후면에다 단면의 중심점을 지나는 중심선에 대해 양측으로 경사진 제 1 경사면을 형성하며, 후면 중앙에 제 1 삽입공을 형성한 서포트 요크와; 이 서포트 요크의 후면에 위치하고서 대칭되게 축방향으로 2등분한 2개의 절반부로 이루어지되 각 절반부에는 상기 제 1 경사면과 접하는 제 2 경사면이 형성되어 있고 외주면에 삽입홈이 형성되어 있으며 두 절반부를 붙여놓은 상태에서 중심부에 제 2 삽입공을 이루도록 된 경사부재와, 상기 삽입홈에 장착되어 반경방향으로 힘을 가하는 탄성 부재 및, 상기 제 2 삽입공을 관통하여 제 1 삽입공에 삽입되어서 상기 탄성 부재의 반경방향 작용력 하에서 경사부재의 두 절반부가 간격을 두고 벌어지게 유지하는 이젝트 핀을 포함하는 스페이서 및; 상기 기어박스에 체결하되 상기 스페이서를 지지하면서, 중심에 제 3 삽입공이 형성되어 이 제 3 삽입공이 상기 이젝트 핀에 끼워지는 요크 플러그;를 포함하여서, 상기 제 1 삽입공부터 제 3 삽입공까지 위치한 상기 이젝트 핀을 탈거하였을 때 상기 탄성 부재에 의해 형성된 반경방향 작용력이 상기 제 1 경사면 및 제 2 경사면에 의해 축방향 작용력으로 전환되어 상기 랙바를 지지하는 것을 특징으로 하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 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 바람직한 실시예에 따른 요크 클리어런스 자동 조절장치의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요크 클리어런스 자동 조절장치의 장착 방법을 도시한 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요크 클리어런스 자동 조절장치(300)는 서포트 요크(310), 경사부재(320), 탄성 부재(330), 고무 패드(340), 이젝트 핀(Eject Pin, 350) 및 요크 플러그(360)를 포함하여 구성된다.
서포트 요크(310)의 전면은 랙바(420)의 후면과 접하도록 반원형 홈을 형성하며, 서포트 요크(310) 후면의 중심에는 조립할 때 필요한 이젝트 핀(350)이 삽입되도록 제 1 삽입공(315)을 형성하며 제 1 삽입공(315)의 양측에는 각각 제 1 경사면(380)을 형성한다. 제 1 경사면(380)은 수평면과 일정한 경사각(θ)을 형성하고 있으며 양측은 동일한 경사각(θ)으로 형성한다. 또한, 제 1 경사면(380)은 서포트 요크(310)를 후면 쪽에서 보았을 때 서포트 요크(310)의 원형 단면의 중심점을 지나는 중심선에 대해 좌우로 대칭이면서 중심선 부위가 돌출된 형상을 갖는다.
서포트 요크(310)의 후면 쪽에는 스페이서(370)가 위치된다. 스페이서(370)는 경사부재(320), 고무 패드(340), 탄성 부재(330), 이젝트 핀(350)을 포함하여 구성된다.
경사부재(320)는 높이가 낮은 원기둥 형상의 부재를 대칭되게 축방향으로 2등분한 2개의 절반부로 이루어진 것으로, 각 절반부에는 등분한 직선으로부터 멀어질수록 높아지는 제 2 경사면(325)이 형성되어 있으며, 그 외주면에는 원주를 따라 삽입홈(335)을 구비한 형상이다. 또한, 경사부재(320)의 두 절반부를 붙여놓은 상태에서 봤을 때 중심부에서 제 2 삽입공(345)을 이루도록 되어 있으며, 제 2 경사면(325)과 수평면이 형성하는 각도는 서포트 요크(310)의 제 1 경사면(380)과 동일한 경사각(θ)으로 형성한다.
경사부재(320)를 이루는 각 절반부의 후면에는 고무 패드(340)를 부착하고, 외주면에 형성된 삽입홈(335)에는 탄성 부재(330)를 장착한다. 탄성 부재(330)는 금속 재질의 'C'형 링을 사용하는 것이 가장 바람직하나, 경사부재가 서로 가까워지려는 힘(이하 반경방향 작용력(F)이라 함)을 부여하는 구조라면 탄성 부재(330) 및 삽입홈(335)의 형상 또는 재질은 한정되지 않는다.
탄성 부재(330)를 장착한 상태에서 경사부재(320)의 두 절반부를 양측으로 일정 간격만큼 벌린 후에 제 2 삽입공(345)에 이젝트 핀(350)을 삽입하여 벌어진 상태를 유지하되, 탄성 부재(330)의 탄성에 의한 반경방향 작용력(F)을 이용하여 이젝트 핀(350)이 고정되도록 한다.
요크 플러그(360)는 낮은 원기둥 형상으로 외주면에 원주를 따라 수나사산(365)을 형성하며 중심을 관통하는 제 3 삽입공(375)을 형성한다. 또한, 요크 플러그(360)의 후면에 두 개의 원형 단면의 체결홀(385)이 있는 것으로 도시하였으나 공구를 이용해 요크 플러그(360)를 회전할 수 있다면 체결홀(385)의 형상은 한정하지 않는다.
기어박스(410)에 서포트 요크(310) 및 스페이서(370)를 순서대로 삽입하고 기어박스(410)의 입구부위 내주면에 형성된 암나사산(415)에 요크 플러그(360)를 체결한다. 위와 같이 체결하면 제 1 삽입공부터 제 3 삽입공까지 그 내부에 위치하는 이젝트 핀(350)이 요크 플러그(360)의 외부로 일부 돌출된 형상으로 구비되며, 스페이서(370)와 요크 플러그(360) 또는 스페이서(370)와 서포트 요크(310) 사이에 소정 간극(C, D)이 형성된다.
여기서 이젝트 핀(350)을 탈거하면 탄성 부재(330)에 의해 발생하는 반경방향 작용력(F)에 의해 경사부재(320)의 두 절반부 사이의 간격이 좁아지면서 서포트 요크(310)의 제 1 경사면(380)과 경사부재(320)의 제 2 경사면(325)에 의해 간극(C)이 없어짐과 동시에 탄성 부재(330)에 의해 발생하는 반경방향 작용력(F)이 축방향의 힘(이하 축방향 작용력(P)이라 함)으로 전환되어 서포트 요크(310)가 랙바(420)를 일정한 힘으로 밀어주는 역할을 한다.
이젝트 핀(350)을 탈거한 후에 제 3 삽입공(375)에는 이물질 유입을 방지하기 위한 더스트 캡(390)을 장착하는 것이 바람직하다. 더스트 캡(390)은 제 3 삽입공(375)의 내주면과 더스트 캡(390)의 외주면에 각각 체결홈(430) 및 체결 돌기(395)를 형성하며 체결홈(430) 및 체결 돌기(395)의 형상은 각각 암나사산과 수나사산의 형상으로 대체될 수 있으며, 이물질 유입을 방지하는 역할을 하는 한 형상은 한정하지 않는다.
조향시 랙바(420)가 좌우 왕복하면서 랙바(420)의 후면과 접하는 서포트 요크(310)가 마모되는데, 서포트 요크(310)는 마모가 발생하더라도 스페이서(370)의 탄성 부재(330)로 생기는 반경방향 작용력(F)이 제 1 경사면 및 제 2 경사면에 의해 축방향 작용력(P)으로 전환되면서 자동으로 보상함으로써 항상 일정한 힘으로 랙바(420)를 지지한다.
한편, 주행중에 역입력이 발생할 경우 역방향 작용력(R)보다 축방향 작용력(P)의 힘이 더 클 때에는 아무 변화없이 작동을 하지만, 축방향 작용력(P)보다 역방향 작용력(R)이 큰 경우에 랙바(420)가 하부로 이동하는 최대 거리는 대략 0.5mm로, 충격흡수 방법은 다음과 같다.
고무 패드(340)와 요크 플러그(360) 사이에서 발생하는 마찰력은 역방향 작용력(R)이 커지면 비례적으로 증가하고, 고무 패드(340)의 마찰력에 비해 경사부재(320)와 서포트 요크(310) 사이에서 발생하는 마찰력은 무시해도 될 정도로 미미하기 때문에 요크 플러그(360)와 고무패드(340)가 서로 고정된 상태에서, 서포트 요크(310)가 뒤로(도 4에서 아래 방향으로) 이동하고 서포트 요크(310)와 경사부재(320)에 각각 형성된 제 1 경사면(380) 및 제 2 경사면(325)이 미끄러짐과 동시에 고무패드(340)가 탄성 변형하면서 경사부재(320)가 역방향 작용력(R)을 완충한 후 탄성 변형된 고무패드(340)가 원상복귀함으로써 서포트 요크(310)가 원위치로 되돌아간다.
또한, 차종에 따라 다양하게 요구되는 축방향 작용력(P)은 제 1 경사면과 제 2 경사면의 각도(θ)와 탄성 부재(330)의 탄성력을 변경함으로써 원하는 축방향 작용력(P)으로 설계하는 것이 가능하다.
한편, 이젝트 핀(350), 제 1 ~ 제 3 삽입공(315, 345, 375) 및, 고무 패드(340)를 형성 또는 구비하지 않더라도, 요크 플러그(360)의 조임력에 의해 경사부재(320) 사이에 간극이 생기면서 탄성 부재(330)의 탄성 및 제 1 경사면(380) 및 제 2 경사면(325)에 의해 랙바(420)에 가하는 축방향 작용력(P)이 생기고, 역입력에 의한 역방향 작용력(R)이 축방향 작용력(P)보다 큰 경우에도 제 1 경사면(380)과 제 2 경사면(325), 그리고 경사부재(320)와 요크 플러그(360) 사이의 마찰력은 미미하므로 경사부재(320)의 두 절반부 사이의 간격이 넓어졌다가 탄성 부재(330)의 탄성에 의해 다시 원위치하면서 역방향 작용력(R)을 흡수할 수 있다.
따라서 서포트 요크(310)의 후면에 형성된 제 1 경사면(380) 및 경사부재(320)의 제 2 경사면(325)을 구비함으로써, 탄성 부재(330)가 경사부재(320)에 가하는 반경방향 작용력(F)이 제 1 경사면(380) 및 제 2 경사면(325)에 의해 축방향 작용력(P)으로 전환하여 랙바(420)를 지지하는 구조로 다양하게 구성이 가능할 것이다.
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, 탄성 부재에 의해 발생하는 반경방향 작용력을 제 1 경사면 및 제 2 경사면에 의해 축방향 작용력으로 변화시켜 서포트 요크를 지지함으로써 래틀 노이즈의 발생 원인을 제거하고, 요크 클리어런스의 공차관리를 할 필요가 없기 때문에 조립공정 또한 단순해져 작업이 용이해지며, 내구 마모가 발생하더라도 자동으로 요크 클리어런스를 보상하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 랙바 및 피니언 기어를 포함하는 랙-피니언 타입 조향장치에 있어서,
    기어박스에 삽입하여 상기 랙바를 지지하되, 후면에다 단면의 중심점을 지나는 중심선에 대해 양측으로 경사진 제 1 경사면을 형성하며, 후면 중앙에 제 1 삽입공을 형성한 서포트 요크와;
    이 서포트 요크의 후면에 위치하고서 대칭되게 축방향으로 2등분한 2개의 절반부로 이루어지되, 각 절반부에는 상기 제 1 경사면과 접하는 제 2 경사면이 형성되어 있고 외주면에 삽입홈이 형성되어 있으며, 두 절반부를 붙여놓은 상태에서 중심부에 제 2 삽입공을 이루도록 된 경사부재와,
    상기 삽입홈에 장착되어 반경방향으로 힘을 가하는 탄성 부재 및,
    상기 제 2 삽입공을 관통하여 제 1 삽입공에 삽입되어서, 상기 탄성 부재의 반경방향 작용력 하에서 경사부재의 두 절반부가 간격을 두고 벌어지게 유지하는 이젝트 핀을 포함하는 스페이서 및;
    상기 기어박스에 체결하되 상기 스페이서를 지지하면서, 중심에 제 3 삽입공이 형성되어 이 제 3 삽입공이 상기 이젝트 핀에 끼워지는 요크 플러그;를 포함하여서,
    상기 제 1 삽입공부터 제 3 삽입공까지 위치한 상기 이젝트 핀을 탈거하였을 때 상기 탄성 부재에 의해 형성된 반경방향 작용력이 상기 제 1 경사면 및 제 2 경사면에 의해 축방향 작용력으로 전환되어 상기 랙바를 지지하는 것을 특징으로 하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 금속 재질의 'C'형 링인 것을 특징으로 하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사부재의 각 절반부 후면에 부착되는 고무 패드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 요크 플러그의 후면에 상기 요크 플러그의 탈부착을 위한 체결홀을 구비한 것을 특징으로 하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이젝트 핀을 탈거한 후 상기 제 3 삽입공으로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 더스트 캡을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 요크 클리어런스 자동 조절장치를 구비한 조향장치.
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