KR100861544B1 - 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격보상장치 - Google Patents

랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격보상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치에 관한 것으로, 이는 랙바를 지지하는 서포트 요크와; 이 서포트 요크를 랙바 쪽으로 밀어주는 스프링; 이 스프링을 지지하는 요크 플러그; 상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그 사이에 구비되어, 서포트 요크 및 스프링을 지지하는 캠; 및 이 캠을 수용하는 홈이 형성된 캠 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 랙바와 서포트 요크 사이의 유격 발생을 자동으로 보상함과 동시에 랙바로 충격이 역입력되더라도 서포트 요크와 요크 플러그 사이에서 발생하는 소음을 방지하는 효과가 있다.
서포트 요크, 요크 플러그, 캠, 스프링

Description

랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치{Automatic Clearance Compensator of Support York for Use in Rack and Pinion Type Steering Apparatus}
도 1은 통상적인 자동차용 조향장치의 개략 구성도,
도 2는 종래의 랙과 피니언 방식 기어 박스의 측단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포트 요크 자동 유격 보상장치의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠의 작동상태를 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
310: 서포트 요크 320: 스프링
330: 요크 플러그 340: 캠
350: 캠 고정부재 360: 락 너트
410: 랙바 420: 랙 하우징
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본 발명은 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 랙 피니언 방식 조향장치에 구비된 서포트 요크에 발생하는 유격을 스프링 및 캠 기구를 이용하여 별도의 조정 작업 없이 자동으로 유격을 보상하는 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치에 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 구성도이고, 도 2는 종래의 랙과 피니언 방식 기어 박스의 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 조향장치는 운전석에 배치되는 조향 휠(100)과 이에 연결된 조향 축(105), 그리고 조향 축(105)을 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 기어 박스(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150) 및 타이로드(150)의 끝단에 구비된 아우터 볼 조인트(155)를 포함하여 구성된다. 또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)를 매개로 타이어(158)의 너클(Knuckle, 159)과 연결된다. 미설명된 부호 170은 랙바를 수용하는 원통형 실린더이다.
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종래의 랙과 피니언 방식의 기어 박스(130)는 피니언 샤프트(276), 랙바(140), 서포트 요크(260), 스프링(263), 요크 플러그(265) 및 랙 하우징(270)을 포함하여 구성된다. 랙과 피니언 방식의 기어 박스(130)는 전술한 바와 같이 조향 축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 왕복 운동으로 변환되도록 한다.
피니언 샤프트(276)는 조향 축(105)과 연결된 입력축(275)으로부터 회전력을 전달받아 랙바(140)에 전달한다. 피니언 샤프트(276)는 입력축(275)과 토션바(273)를 통하여 연결되어 있으며, 피니언 샤프트(276)의 종단부에는 랙 기어(110)와 치합되는 피니언 기어(120)가 형성되어 있다.
랙바(140)는 피니언 샤프트(276)와 치합되어 회전 운동을 직선 운동으로 전환한다. 랙바(140)는 자동차의 전륜 사이를 가로지르는 봉 형태로, 양 끝단에 이너볼 조인트(135)를 포함하며, 양측의 이너볼 조인트(135) 사이에는 피니언 샤프트(276)와 치합되는 랙 기어(110)가 형성되어 있다.
서포트 요크(260)는 랙바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 감소시켜 원활하게 동력이 전달될 수 있도록 하며, 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면과 반대 측에 위치하며, 원통형 실린더(170)가 형성된 랙 하우징(270)에 삽입되어 전후로 이동 가능한 구조이다.
서포트 요크(260)의 형상은 랙 하우징(270)의 실린더에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙바(140)와 접하는 전방부는 랙바(140)의 후방면과 밀착 할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙바(140)와 피니언 샤프트(276)가 밀착하여 동력 전달을 효과적으로 전달할 수 있도록 서포트 요크(260)의 후방에 스프링(263)을 배치하여 일정한 압력으로 서포트 요크(260)를 밀어주어 랙바(140)와 피니언 샤프트(276) 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 된 서포트 요크(260)를 사용한다.
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 랙 하우징(270)에 결합 가능하도록 되어 있으며, 요크 플러그(265)의 후면에는 렌치가 삽입될 수 있는 홈을 형성하고 있어 요크 플러그(265)를 결합할 때 또는 랙바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격이 발생하였을 때에 요크 플러그(265)를 렌치로 조임으로써 스프링(263)의 장력을 조절할 수 있다.
즉, 서포트 요크(260), 스프링(263) 및 요크 플러그(265)는 랙바(140)를 지지하는 구조인데, 이와 같이 종래의 서포트 요크(260)를 단순히 스프링(263)으로 압력을 가하여 랙바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 보상하던 구조는 요크 플러그(265)와 서포트 요크(260)가 대략 0.05mm 정도의 갭(A)을 형성하도록 하고 있었다. 그러나 장기간 사용으로 인해 서포트 요크(260)가 랙바(140) 방향으로 전진하게 되면서 요크 플러그(265)와 서포트 요크(260) 사이의 갭(A)이 증가하게 된다. 이 경우 대략 0.15mm 이상으로 갭(A)의 크기가 증가하게 되면 진동으로 인한 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
다른 한편, 갭(A)의 크기가 증가하지 않더라도 불규칙한 노면을 지나는 것 등에 의해 타이어(158)로부터 랙바(140)로 역 입력되는 충격에 의해 랙바(140)가 순간적으로 탄성 변형하면서 서포트 요크(260)가 요크 플러그(265) 방향으로 충격을 가하여 소음을 유발하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 랙 피니언 방식 조향장치에 구비된 서포트 요크의 마모로 인해 발생하는 유격을 복수개의 캠 및 캠 고정부재를 구비하여 별도의 조정 작업 없이 자동으로 보상하는 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 유격 보상장치에 있어서, 랙바를 지지하는 서포트 요크와; 이 서포트 요크를 기준으로 랙바의 반대쪽에 위치하여, 서포트 요크를 랙바 쪽으로 밀어주는 스프링; 이 스프링을 지지하는 요크 플러그; 상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그 사이에 구비되되, 서포트 요크 및 스프링을 지지하는 캠; 및 상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그 사이에 구비되되, 캠을 수용하는 홈이 형성된 캠 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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 서포트 요크 자동 유격 보상장치의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠의 작동상태를 도시한 단면도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포트 요크 자동 유격 보상장치는 랙 하우징(420)에 삽입되어 좌우로 왕복 운동하는 랙바(410)를 지지하는 구조로서, 서포트 요크(310), 스프링(320), 요크 플러그(330), 캠(340), 캠 고정부재(350)를 포함하여 구성된다.
서포트 요크(310)는 랙 하우징(420)의 실린더에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙바(410)와 접하는 전방부는 랙바(410)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
서포트 요크(310)의 후방부는 일정 깊이로 원기둥 형상의 공간이 형성되어 있으며, 이 공간에 삽입되는 스프링(320)은 일정한 압력으로 서포트 요크(310)를 밀어주어 랙바(410)와 피니언 샤프트(도 2의 276) 사이에 발생하는 유격을 보상해 주는 역할을 함과 동시에 서포트 요크(310)가 랙바(410)와 밀착되도록 압력을 가하는 기능을 하는 데 일반적으로 코일 스프링이 사용된다.
서포트 요크(310) 및 스프링(320) 후방면에는 캠(340)과 캠 고정부재(350)를 구비한다. 캠(340)의 단면은 대략 반원 형상으로 서포트 요크(310) 및 스프링(320)과 접하는 전방면은 평평한 형상이며, 후방면은 일정한 곡률을 지닌 곡면이다.
도 4를 보면, 캠(340)의 전방면 중 서포트 요크(310) 및 요크 플러그(330)의 중심축(C)과 가까운 내측은 스프링(320)과 접하며, 외측은 서포트 요크(310)와 접하는 것을 알 수 있다.
보다 정확한 캠(340)의 위치를 설명하면, 서포트 요크(310)와 요크 플러그(330) 사이에 위치하되 중심축(C)을 기준으로 방사상으로 위치하도록 하며, 캠(340)의 개수는 2개 이상이면 한정하지는 않으나 3개 내지 5개인 것이 가장 바람직하다.
캠(340)은 랙바(410)에서 전해오는 충격과 스프링(320)의 탄성 및 서포트 요크(310)를 지지하는 부품이므로 강성이 뛰어난 금속 또는 플라스틱 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 캠 고정부재(350)의 서포트 요크 및 스프링 쪽 전방면에는 캠(340)의 개수에 따라 캠(340)의 후방면과 동일한 곡률의 홈을 방사상으로 형성하여, 본 발명의 서포트 요크 자동 유격 보상장치를 랙 하우징(420)에 조립할 때 캠(340)의 위치를 한정하는 역할을 한다.
캠 고정부재(350)는 캠(340)과 마찰이 빈번히 일어나는 부재이므로 캠(340)과의 마찰력이 최소화되는 재질을 선정하도록 하며, 캠(340)과 캠 고정부재(350)가 접하는 면에 오일 등의 작동유를 도포하는 것이 바람직하다.
캠 고정부재(350)의 후방면에는 요크 플러그(330)가 위치하여 랙 하우징(420)에 나사결합된다. 즉 랙 하우징(420)의 내주면 중 일부와 요크 플러그(330)의 외주면에는 각각 나사산을 형성하며, 요크 플러그(330)는 서포트 요크(310), 스프링(320), 캠(340) 및 캠 고정부재(350)를 지지하는 부재이다. 요크 플러그(330)를 랙 하우징(420)에 나사결합한 이후 랙 하우징(420)의 외부로 돌출되는 부위에 락 너트(360)를 체결한다.
락 너트(360) 또한 내주면에 나사산을 형성하며, 요크 플러그(330)에 체결하여 요크 플러그(330)가 랙 하우징(420)에서 진동 등에 의해 풀리지 않도록 고정하는 역할을 한다.
본 발명의 서포트 요크 자동 유격 보상장치는 서포트 요크(310), 스프링(320), 캠(340), 캠 고정부재(350) 및 요크 플러그(330)가 랙바(410)의 후방에 위치하되 랙 하우징(420)에 순차적으로 삽입되는 구조이다.
본 발명에 따른 서포트 요크 자동 유격 보상장치의 작동 방법은 다음과 같다. 랙바(410)를 통해 충격이 역입력되는 경우 서포트 요크(310)가 요크 플러그(330)의 방향으로 이동하면서 서포트 요크(310)와 접한 캠(340)이 캠 고정부재(350)에 형성된 홈을 따라 슬립하면서 회전하고, 서포트 요크(310)가 이동하면서 압축된 스프링(320)이 회전하는 캠(340)에 의해 더욱 압축된다.
따라서 서포트 요크(310)가 이동하는 거리에 비해 스프링(320)이 압축되는 거리는 대략 2배에 가깝기 때문에 종래의 지지구조에 비해 강한 지지력을 갖게 된다.
여기서, 랙바(410)가 탄성 변형하여 서포트 요크(310)가 요크 플러그(330) 방향으로 최대로 이동할 수 있는 거리(R)보다 서포트 요크(310)와 캠 고정부재(350) 사이의 거리(H)를 크게 설정하면 서포트 요크(310)와 캠 고정부재(350)는 서로 접촉할 수 없기 때문에 서포트 요크(310)와 캠 고정부재(350) 사이에서는 소음이 발생하지 않는다.
또한, 서포트 요크(310), 스프링(320) 및 요크 플러그(330)만으로 구성된 종래의 지지구조에다, 서포트 요크(310) 및 스프링(320)과 요크 플러그(330) 사이에 캠(340) 및 캠 고정부재(350)를 추가로 구비하여, 랙바(410)의 좌우 왕복운동에 의해 서포트 요크(310)의 전방면이 마모되더라도 스프링(320)과 캠(340) 및 캠 고정부재(350)에 의해 자동으로 유격 보상이 이루어질 수 있다.
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, 랙바와 서포트 요크 사이의 유격 발생을 자동으로 보상함과 동시에 랙바로 충격이 역입력되더라도 서포트 요크와 요크 플러그 사이에서 발생하는 소음을 방지하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 유격 보상장치에 있어서,
    랙바를 지지하는 서포트 요크와;
    이 서포트 요크를 기준으로 랙바의 반대쪽에 위치하여, 서포트 요크를 랙바 쪽으로 밀어주는 스프링;
    이 스프링을 지지하는 요크 플러그;
    상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그 사이에 구비되되, 서포트 요크 및 스프링을 지지하는 캠; 및
    상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그 사이에 구비되되, 캠을 수용하는 홈이 형성된 캠 고정부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠은 상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그의 중심축을 기준으로 방사상으로 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠이 서포트 요크 및 스프링과 접하는 면을 전방면이라 할 때, 캠의 후방면은 일정한 곡률을 지닌 곡면인 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 캠 고정부재의 서포트 요크 및 스프링을 향한 전방면에는, 상기 캠의 후방면과 동일한 곡률의 홈이 방사상으로 형성된 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격 보상장치.
KR1020070035227A 2007-04-10 2007-04-10 랙 피니언 방식 조향장치의 서포트 요크 자동 유격보상장치 KR100861544B1 (ko)

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