KR100889316B1 - 자동차용 스티어링 기어 - Google Patents

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KR100889316B1
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rack bar
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도윤호
이청신
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한국델파이주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차용 스티어링 기어에 관한 것으로서, 랙 베어링과 플러그 및 탄성체가 랙바의 축방향으로 랙 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어에 관한 것이고, 피니언 기어와 치합되는 랙바가 상기 랙바의 축방향에서 지지됨으로써, 랙 하우징의 구조를 단순화할 수 있고 이에 따라 재료비를 줄 일 수 있으며, 피니언 기어와 상기 랙바의 안정적인 치합조건을 제공함으로써 랙 베어링과 상기 랙 하우징 사이의 유격을 제거하여 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 랙 하우징에 대하여, 랙 베어링의 조립 중심과 랙바의 중심이 일치하지 않도록 조립되는 것을 특징으로 한다.
랙바, 랙 하우징, 피니언 기어, 랙 베어링, 스티어링 기어

Description

자동차용 스티어링 기어{Steering Gear for vehicle}
본 발명은 자동차용 스티어링 기어에 관한 것으로, 특히 스티어링 가어의 비틀림 회전력을 랙바에 전달해 주는 피니언 기어와, 상기 피니언 기어에 상기 랙바를 밀착시키는 랙 베어링과, 상기 랙 베어링을 고정 지지하는 플러그 및 상기 랙 베어링과 상기 플러그 사이에 구비되어 상기 랙 베어링을 탄성 지지하는 탄성체가 상기 랙바의 축방향으로 상기 랙 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 스티어링 시스템은 차량의 진행 방향을 바꾸기 위한 시스템으로서, 스티어링 휠의 회전에 의해 발생된 조향력을 스티어링 기어 및 링크 등에 전달하는 조작 기구와, 스티어링 샤프트의 회전을 감속하여 조작력을 증대함과 아울러 조작 기구의 운동 방향을 바꾸는 기어 기구와, 기어 기구의 작동을 전륜에 전달하고 좌·우 륜의 관계 위치를 바르게 지지하는 링크 기구들을 포함하여 이루어지고 있다.
이러한 스티어링 시스템은 조작력을 가볍게 하기 위하여 동력 스티어링 시스템을 사용하고 있는데, 이 방식은 엔진의 구동으로 작동하는 오일 펌프에서 발생한 유압을 중간에 설치된 배력 장치로 보내어 배력 장치의 작동으로 조작력을 가볍게 하는 구조로 되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 스티어링 기어를 개략적으로 나타내는 평면도, 도 2는 도 1의 "A-A"의 단면도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 자동차용 스티어링 기어(steering gear,10)는 스티어링 샤프트로부터 전달되는 회전력을 토션바(tortion bar,11)를 기준으로 일정 각도 회전시켜 유압을 개폐하기 위한 유량 제어 밸브(12)와, 이 유량 제어 밸브(12)에 오일을 공급하기 위한 오일 펌프(미도시)와, 유량 제어 밸브(12)의 토션바(11)와 연결되어 비틀림 회전력을 전달하여 주는 피니언 기어(pinion gear,15)와, 피니언 기어와 맞물려 좌·우 조향력을 제어 받는 랙바(rack bar,13a)와, 랙바(13a)를 감싸며 유량 제어 밸브(12)로부터 전달되는 유압을 공급받는 랙 하우징(rack housing,13)으로 구비되어 있다.
랙 하우징(13)은 좌·우 방향으로 길게 형성된 튜브로서 그 내부에는 밸브 하우징(valve housing,12a) 하측에 형성된 피니언 기어(pinion gear,15)와 랙바(13a)가 치합될 수 있도록 밀어주는 랙 베어링(14a)이 형성되어 있다.
그리고, 랙 베어링(14a)은 상기 랙바(13a)를 수용할 수 있는 반원형의 함몰부가 일측면에 형성되어 있고, 랙바(13a) 및 랙 베어링(14a) 사이에 부 싱(bushing,14b)을 구비한다.
한편, 랙 베어링(14a)의 배면에 구비된 스프링(14c)에 의해 탄성 지지되며, 중공 원통의 랙 하우징(13) 내부 일측에 플러그(14d)가 형성된다.
또한, 스프링(143)에 의해 랙 베어링(14a)을 랙바(13a)에 밀착 시켜줌으로써 랙바(13a)와 피니언 기어(15)가 치합된다. 그러므로 운전자가 스티어링 휠을 회전시킬 때 발생되는 회전력이 스티어링 샤프트를 통하여 피니언 기어(15)를 통하여 랙바(13a)에 전달되어 랙바(13a)를 이송시킴으로 랙바(13a)에 연결된 타이로드를 통하여 바퀴가 동작된다.
그러나, 종래 기술에 따른 자동차용 스티어링 기어는 상기 랙바(13a)와 상기 피니언 기어(15)의 체결력을 발생시키기 위하여 상기 랙 하우징(13)내에서 상기 랙바(13a)를 상기 랙 베어링(14a)이 상기 랙바(13a)의 반경방향으로 지지하게 되어, 상기 랙 하우징(13)에 상기 랙 베어링(14a), 스프링(14c) 및 플러그(14d)가 삽입되는 홀이 필연적으로 가공되어야 하는 구조를 가지게 된다.
또한, 종래 기술에 따른 자동차용 스티어링 기어는 상기 랙 베어링(14a)의 조립을 위하여 상기 랙 베어링(14a) 및 상기 랙 하우징(13) 사이에 유격이 필연적으로 존재하여야 하는데, 상기 유격에 의해 소음이 발생되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 자동차용 스티어링 기어는 피니언 기어에 치합되는 랙바를 지지하는 랙 베어링이 상기 랙 베어링의 축방향으로 조립되는 구조를 가짐으로써, 필요한 부품의 수를 줄임과 동시에 랙 하우징의 구조를 간단히 할 수 있는 자동차용 스티어링 기어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 중공을 갖는 원통 형상의 랙 하우징과, 상기 랙 하우징의 내에서 슬라이딩되는 랙바와, 상기 랙바의 일측에 치합되어 비틀림 회전력을 상기 랙바에 전달해 주는 피니언 기어와, 상기 피니언 기어에 상기 랙바를 밀착시키는 랙 베어링과, 상기 랙 베어링을 고정 지지하는 플러그와 상기 랙 베어링과 상기 플러그 사이에 구비되어 상기 랙 베어링을 탄성 지지하는 탄성체를 포함하는 자동차용 스티어링 기어에 있어서, 상기 랙 베어링, 플러그 및 탄성체는 상기 랙바의 축방향으로 상기 랙 하우징 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어를 제공한다.
상기 랙 베어링은 관형으로 형성되고, 상기 랙바가 밀착되는 내주면과 상기 랙 하우징의 내면에 밀착되는 외주면 사이의 두께가 비대칭일 수 있다.
상기 랙 베어링은 상기 피니언 기어와 랙바의 치합부위에서 상기 랙바와 밀착될 수 있다.
상기 랙 베어링은 원호로 형성되되, 상기 랙바와 밀착되는 내주면과 상기 랙 하우징의 내면과 밀착되는 외주면 사이의 두께가 비대칭일 수 있다.
상기 랙 하우징의 내면 또는 상기 랙 베어링의 외주면 중 어느 일측에는, 상기 랙 베어링이 상기 랙바를 상기 피니언 기어로 밀며 상기 랙 하우징으로 삽입되도록 안내하는 나선형 그루브가 형성되고, 타측에는 상기 나선형 그루브에 삽입되는 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 랙 하우징의 내면에는, 상기 랙 베어링이 상기 랙바를 상기 피니언 기어로 밀며 상기 랙 하우징으로 삽입되도록 안내하는 나선형 안내단부가 형성되고, 상기 랙 베어링의 일측에는 상기 나선형 안내단부에 접촉되는 경사부가 형성될 수 있다.
상기 탄성체는 스프링 와셔로 구비될 수 있다.
상기 탄성체는 오링으로 구비될 수 있으며, 상기 오링의 외주면에는 스틸 플레이트가 구비될 수 있다.
상기 탄성체는 오링으로 형성되며, 상기 랙 베어링의 측면에는 상기 오링이 삽입되는 안착홈이 형성될 수 있다.
상기 탄성체는 오링으로 구비되며, 상기 플러그에는 상기 랙바의 축방향으로 돌출되어 상기 오링의 외주면을 감싸는 오링 안착부가 형성될 수 있다.
상기 랙 베어링에는 상기 랙바의 축방향으로 다수의 홀이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 스티어링 기어는 피니언 기어와 치합되는 랙바가 상기 랙바의 축방향에서 지지됨으로써, 랙 하우징의 구조를 단순화할 수 있으며 이에 따라 재료비를 줄 일 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 피니언 기어와 치합되는 랙바가 상기 랙바의 축방향에서 지지됨으로써 피니언 기어와 상기 랙바의 안정적인 치합조건을 제공하여, 상기 랙 베어링과 상기 랙 하우징 사이의 유격을 제거할 수 있어 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 일 실시예 도시된 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 다른 실시예가 도시된 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 다양한 랙 베어링의 형태가 도시된 평면도이며, 도 6은 본 발명의 랙 베어링과 랙 하우징의 단면형상을 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 또 다른 실시예가 도시된 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 변형예가 도시된 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 스프링 와셔가 도시된 구성도이고, 도 10은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 오링이 도시된 단면도이며, 도 11은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 오링이 삽입되는 안착홈이 형성된 랙 베어링이 도시된 평면도이고, 도 12는 본 발명에 따른 차량용 스티어 링 기어의 플러그가 도시된 단면도이다.
본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어는 중공을 갖는 원통 형상의 랙 하우징(110)과, 상기 랙 하우징(110)의 내에서 슬라이딩되는 랙바(120)와, 상기 랙바(120)의 일측에 치합되어 비틀림 회전력을 상기 랙바(120)에 전달해 주는 피니언 기어(130)와, 상기 피니언 기어(130)에 상기 랙바(120)를 밀착시키는 랙 베어링(140)과, 상기 랙 베어링을 고정지지하는 플러그(150)와 상기 랙 베어링(140)과 상기 플러그(150) 사이에 구비되어 상기 랙 베어링(140)을 탄성 지지하는 탄성체(160)를 포함하는 자동차용 스티어링 기어에 있어서, 상기 랙 베어링(140), 플러그(150) 및 탄성체(160)는 상기 랙바(120)의 축방향으로 상기 랙 하우징(110) 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 랙 베어링(140)은 관형으로 형성되거나 또는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 랙 베어링(240)은 원호로 형성될 수 있는데, 이들 랙 베어링(140,240)들은 모두 상기 랙바(120)와 밀착되는 내주면(221)과 상기 랙 하우징(110)의 내면과 밀착되는 외주면(223) 사이의 두께가 비대칭하게 형성된다는 특징을 갖는다.
즉, 본 발명의 랙 베어링(140,240)의 단면 형상은 상기 랙 베어링(140,240)의 외주면(223)의 중심 및 내주면의 중심이 일치하지 않고, 서로 약간의 편심을 이루고 있다. 따라서 상기 랙 베어링(140,240)은 반경방향을 따라서 그 두께가 가변 적이다.
이러한 본 발명의 랙 베어링(240)의 다양한 형태가 도 5에 도시되어 있는데, 그 외형에 다소간의 차이가 있더라도 상기 랙 베어링(240)은 반경방향을 따라 그 두께가 가변된다는 특징은 동일하다.
여기에서 상기 비대칭적인 형상을 가지는 랙 베어링(140,240)과 접촉하는 랙바(120)와의 상호관계를 살펴보면, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 랙 하우징(110)을 기준으로 할 때, 랙 베어링(140,240)의 조립 중심과 랙바(120)의 중심이 일치하지 않도록 조립된다. 다시 말하면 랙 베어링(140,240)의 조립 중심과 랙바(120)의 중심 사이에 오프셋이 존재한다는 것이다.
본 발명의 다른 예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 랙 베어링(240)은, 상기 피니언 기어(130)와 랙바(120)의 치합부위에서, 상기 랙바(120)와 밀착될 수 있다.
상기 랙 하우징(110)의 내면 또는 상기 랙 베어링(140,240)의 외주면(123,223) 중 어느 일측에는, 상기 랙 베어링(140,240)이 상기 랙바(120)를 상기 피니언 기어(130)로 밀며 상기 랙 하우징(110)으로 삽입되도록 안내하는 나선형 그루브(S)가 형성되고, 타측에는 상기 나선형 그루브(S)에 삽입되는 돌출부(T)가 형성된다.
본 실시예에서는 도 3, 도 4 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 랙 하우징(110)에 상기 나선형 그루브(S)가 형성되고, 랙 베어링(140,240)에 상기 돌출 부(T)가 형성되지만, 상기 랙 하우징(110)에 상기 돌출부(T)가 형성되고, 상기 랙 베어링(140,240)에 상기 나선형 그루브(S)가 형성되어도 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.
다른 방법으로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 랙 하우징(110)의 내면에는 상기 랙 베어링(240)이 상기 랙바(120)를 상기 피니언 기어(130)로 밀며 상기 랙 하우징(110)으로 삽입되도록 안내하는 나선형 안내단부(미도시)가 형성되고, 상기 랙 베어링(110)의 일측에는 상기 나선형 안내단부에 접촉되는 경사부(V)가 형성된다.
상기 플러그(150)의 외주면에는 상기 플러그(150)가 상기 랙 하우징(110)에 결합되도록 위한 쓰레드(thread)가 형성된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 탄성체(160)는 스프링 와셔(161)로 구비되어 상기 플러그(150)와 상기 랙 베어링(140) 사이에 배치된다.
다른 방법으로는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 탄성체(160)는 오링(163)으로 구비되며, 상기 오링(163)의 외주면에는 스틸 플레이트(165)가 구비된다.
바람직하게는, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 탄성체는 오링(163)으로 구비되고, 상기 랙 베어링(240)의 측면에는 상기 오링(163)이 삽입되는 안착홈(G)이 형성된다.
또 다른 방법으로는, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 탄성체(160)는 오링(163)으로 구비되며, 상기 플러그(150)에는 상기 랙바(120)의 축방향으로 돌출되 어 상기 오링(163)의 외주면을 감싸는 오링 안착부(151)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 랙 베어링(140,240)에는 상기 랙바(120)의 축방향으로 다수의 홀(H)이 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명이 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
도 3, 도 4 및 도 7에 따라 본 발명에 따른 자동차용 스티어링 기어의 실시예의 작용효과를 자세하게 설명한다.
상기 랙 베어링(140,240)의 조립시 랙 베어링(140)의 돌출부(T)가 상기 랙 하우징(110)의 나선형 그루브(S)에 삽입된다.
상기 랙 베어링(140,240)은 상기 나선형 그루브(S)에 안내되어 나선형으로 회전하며 상기 랙 하우징(110)에 삽입된다. 삽입시 상기 탄성체(160) 및 상기 랙 베어링(140,240)을 상기 플러그(150)가 밀어 삽입시킨다.
상기 랙 베어링(140,240)은, 상기 랙바(120)와 밀착되는 내주면(121)과 상기 랙 하우징(110)의 내면과 밀착되는 외주면(123) 사이의 두께가 비대칭하게 형성됨으로써, 상기 랙 베어링(140,240)이 삽입되었을 때, 상기 랙바(120)를 상기 피니언 기어(130)로 밀어, 상기 랙바(120)와 상기 피니언 기어(130)를 밀착시킨다.
상기 랙 베어링(140,240)의 삽입시, 상기 랙 베어링(140,240)의 돌출부(T)가 상기 랙 하우징(110)의 나선형 그루브(S)에 안내되어 상기 랙바(120)를 밀어준다.
즉, 상기 랙 베어링(140,240)은 상기 돌출부(T)에 의해 상기 나선형의 그루브(S)에 안내되어 회전되며 상기 랙 하우징(110)내로 삽입된다.
다른 방법으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 랙 베어링(240)의 경사부(V)가 상기 랙 하우징(110)의 나선형 안내단부에 안내되어 상기 랙 베어링(240)이 상기 랙 하우징(110)의 내부로 삽입됨으로써, 상기 랙바(120)가 상기 피니언 기어(130)를 밀어주어, 상기 랙바(120)와 상기 피니언기어(130)가 밀착된다.
즉, 상기 랙 베어링(240)은 상기 경사부(V)에 의해 상기 랙 하우징(110)의 나선형의 안내단부에 안내되어 회전되며 상기 랙 하우징(110)내로 삽입된다.
한편, 상기 플러그(150)가 상기 랙바(120)의 축방향에서 상기 랙 베어링(140,240)의 위치를 고정하며, 상기 랙 베어링(140,240)이 상기 랙바(120)의 축방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있다.
상기 랙 베어링(140,240)에 형성된 홀(H)은 상기 랙 베어링(140,240)이 판 스프링과 같은 역할을 할 수 있게 하여, 랙바(120)의 반경 방향에 대한 움직임을 흡수할 수 있다.
상기 랙 베어링(140,240)에 형성된 홀(H)은 상기 역할과 더불어서 공기가 유동되는 통로가 될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 스티어링 기어를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 "A-A"의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 일 실시예 도시된 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 다른 실시예가 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 다양한 랙 베어링의 형태가 도시된 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 랙 베어링과 랙 하우징의 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 또 다른 실시예가 도시된 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 변형예가 도시된 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 스프링 와셔가 도시된 구성도이다.
도 10은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 오링이 도시된 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의 오링이 삽입되는 안착홈이 형성된 랙 베어링이 도시된 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 기어의의 플러그가 도시된 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110: 랙 하우징 120: 랙바
130: 피니언 기어 140,240: 랙 베어링
150: 플러그 160: 탄성체
161: 스프링 와셔 163: 오링
165: 스틸 플레이트 G: 안착홈
H: 홀 S: 나선형 그루브
T: 돌출부 V: 경사부

Claims (9)

  1. 중공을 갖는 원통 형상의 랙 하우징과, 상기 랙 하우징의 내에서 슬라이딩되는 랙바와, 상기 랙바의 일측에 치합되어 비틀림 회전력을 상기 랙바에 전달해 주는 피니언 기어와, 상기 피니언 기어에 상기 랙바를 밀착시키는 랙 베어링과, 상기 랙 베어링을 고정지지하는 플러그와 상기 랙 베어링과 상기 플러그 사이에 구비되어 상기 랙 베어링을 탄성 지지하는 탄성체를 포함하는 자동차용 스티어링 기어에 있어서,
    상기 랙 베어링, 플러그 및 탄성체는 상기 랙바의 축방향으로 상기 랙 하우징 내에 삽입되고, 상기 랙 베어링의 단면 형상은 그 외주면의 중심과 내주면의 중심이 일치하지 않고 서로 편심을 이루며, 상기 랙 하우징을 기준으로 할 때 상기 랙 베어링의 조립 중심과 상기 랙바의 중심이 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 랙 베어링은 관형 또는 원호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 랙 베어링은, 상기 피니언 기어와 상기 랙바의 치합부위에서 상기 랙바와 밀착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 랙 하우징의 내면 또는 상기 랙 베어링의 외주면 중 어느 일측에는, 상기 랙 베어링이 상기 랙바를 상기 피니언 기어로 밀며 상기 랙 하우징으로 삽입되도록 안내하는 나선형 그루브가 형성되고, 타측에는 상기 나선형 그루브에 삽입되는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 랙 하우징의 내면에는, 상기 랙 베어링이 상기 랙바를 상기 피니언 기어로 밀며 상기 랙 하우징으로 삽입되도록 안내하는 나선형 안내단부가 형성되고, 상기 랙 베어링의 일측에는 상기 나선형 안내단부에 접촉되는 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성체는 스프링 와셔 또는 외주면에 스틸 플레이트가 구비된 오링인 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 랙 베어링의 측면에는 상기 오링이 삽입되는 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 플러그에는 상기 랙바의 축방향으로 돌출되어 상기 오링의 외주면을 감싸는 오링 안착부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 랙 베어링에는 상기 랙바의 축방향으로 다수의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 기어.
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