KR101002669B1 - 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조 - Google Patents

유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조에 관한 것이다.
본 발명은 랙 바와 조향 축에 연결된 피니언 샤프트의 유격을 보상하기 위해 랙 바의 후면에 위치하여 랙 바에 압력을 가하는 랙 바 지지 구조에 있어서, 랙 바를 지지하되 내부에 챔버를 갖는 서포트 요크, 챔버 내에 설치되어 서포트 요크를 랙 바 방향으로 압력을 가하는 스프링, 스프링 후면에서 서포트 요크를 지지하는 요크 플러그, 파워 스티어링 펌프의 회전력에 의하여 파워 스티어링 오일을 챔버에 주입하기 위하여 요크 플러그를 관통하여 챔버까지 연결된 오일 라인 및 오일 라인으로부터 입력되는 파워 스티어링 오일의 압력을 조절하기 위한 오리피스(Orifice)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조를 제공한다.
본 발명에 의하면, 유압을 이용하여 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭을 자동으로 보상함으로써 요크 플러그를 다시 조정해야하는 번거로움을 해소할 수 있으며, 또한 서포트 요크와 랙 바 사이, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 유격 을 감소시켜 진동으로 인한 소음을 방지하는 효과가 있다.
서포트 요크, 진동방지, 유격 감소, 오리피스

Description

유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조{Rack Bar Supporting Structure by Using Oil Pressure for use in Steering Apparatus}
도 1은 통상적인 자동차용 조향 장치의 사시도,
도 2는 종래의 랙과 피니언 방식 기어박스의 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조를 구비한 기어박스의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 서포트 요크와 요크 플러그의 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
140: 랙 바 260: 서포트 요크
263: 스프링 265: 요크 플러그
270: 랙 하우징 273: 토션바
275: 입력축 276: 피니언 샤프트
280: 콘트롤 밸브 하우징 325: 오 링
336: 파워 스티어링 오일 공급관 337: 파워 스티어링 오일 회수관
338: 오일 라인 339: 오리피스
345: 챔버
본 발명은 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 파워 스티어링 펌프에서 생성된 오일 압력의 일부를 오일 라인의 오리피스를 지나서 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 챔버로 주입하여 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭을 자동으로 보상하고, 서포트 요크와 랙 바 사이, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 유격을 감소시켜 진동으로 인한 소음을 방지하는 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조에 관한 것이다.
조향 장치는 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 조향 장치의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 조향 장치는 운전석에 배치되는 조향 휠(100)과 이에 연결된 조향 축(105), 그리고 조향 축을 차체에 고정시킬 수 있도록하는 조향 컬럼(103), 조향 축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(110)와 피니언 기어부(120)를 포함하는 기어 박스(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙 바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150) 및 타이로드(150)의 끝단에 구비된 아우터 볼 조인트(155)를 포함하여 구성된다.
랙과 피니언 기어(Rack and Pinion Gear) 방식의 조향 장치의 경우, 랙 기어(110)가 형성된 랙 바(140)의 좌우측 단부에는 이너 볼 조인트(135)가 구비되어 있으며, 이너 볼 조인트(135)는 타이로드(150)와 연결되어 있다. 또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되어 타이어(158)의 너클(Knuckle, 159)과 연결되도록 한다.
도 2는 종래의 랙과 피니언 기어 방식 기어 박스의 측단면도이다.
종래의 랙과 피니언 기어 방식의 기어 박스(130)는 피니언 샤프트(276), 랙 바(140), 서포트 요크(260), 스프링(263), 요크 플러그(265) 및 랙 하우징(270)을 포함하여 구성된다. 랙과 피니언 기어 방식의 기어 박스(130)는 전술한 바와 같이 조향 축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환되도록 한다.
피니언 샤프트(273)는 조향 축(105)과 연결된 입력축(275)으로부터 회전력을 전달받아 랙 바(140)에 전달한다. 피니언 샤프트(273)는 입력축(275)과 토션바(273)를 통하여 연결되어 있으며, 피니언 샤프트(273)의 종단부에는 랙 기어(110)와 치합되는 피니언 기어(120)가 형성되어 있다.
랙 바(140)는 피니언 샤프트(276)와 치합되어 회전 운동을 직선 운동으로 전환한다. 랙 바(140)는 자동차의 전륜 사이를 가로지르는 봉 형태로, 양 끝단에 볼 조인트(135)를 포함하며, 양측의 볼 조인트(135) 사이에는 피니언 샤프트(276)와 치합되는 랙 기어(110)가 형성되어 있다.
서포트 요크(260)는 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 감소시켜 원활하게 동력이 전달될 수 있도록 한다. 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면과 반대측면에 위치하며, 원통형 실린더(170)가 형성된 랙 하우징(270)에 삽입되어 전후로 이동 가능한 구조로 되어 있다.
서포트 요크(260)의 형상은 랙 하우징(270)의 실린더에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙 바(140)와 접하는 전방부는 랙 바(110)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙 바(110)와 피니언 샤프트(276)가 밀착하여 동력 전달을 효과적으로 전달할 수 있도록 서포트 요크(110)의 후방에 스프링(263)을 배치하여 일정한 압력으로 서포트 요크(260)를 밀어주어 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276) 사이에 발생하는 유격을 보상해 줄 수 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게되며, 마찰로 인해 랙 바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙 바(140)보다 연성 재질인 플라스틱 서포트 요크(260)를 사용한다.
스프링(263)은 서포트 요크(260)가 랙 바(140)와 밀착되도록 압력을 가하는 기능을 하는데 일반적으로 코일 스프링이 사용된다. 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(260)의 후면에는 렌치가 삽입될 수 있는 홈을 형성하고 있어 요크 플러그(265)를 결합할 때 또는 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격이 발생하였을 때에 요크 플러그(265)를 렌치로 조임으로써 스프링(263)의 장력을 조절할 수 있다.
이와 같이 종래의 서포트 요크(260)를 단순히 스프링(263)으로 압력을 가하여 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 보상하던 구조는 요크 플러그(265)와 서포트 요크(260)가 대략 0.05 mm 정도의 갭을 형성하도록 하고 있었다. 그러나 장기간 사용으로 인해 서포트 요크(260)가 랙 바(140) 방향으로 전진하게 되면서 요크 플러그(265)와 서포트 요크(260) 사이의 갭이 증가하게 된다. 이 경우 대략 0.15 mm 이상으로 갭이 증가하게 되면 진동으로 인한 소음이 발생하게 된다.
진동으로 인한 소음을 방지하기 위해서는 요크 플러그(265)를 다시 조정하여야 하는 번거로움이 있고, 정비 과정에서 조향 장치 전체를 교체하는 경우가 빈번하게 발생하여 별도의 조정 작업 없이 자동으로 유격을 보상해 줄 수 있는 장치가 필요하게 되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 파워 스티어링 펌프에서 생성된 오일 압력의 일부를 이용해 오리피스를 지나서 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 스프링이 내설된 챔버로 주입하여 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭을 자동으로 보상하고, 서포트 요크와 랙 바 사이, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 유격을 감소시켜 진동으로 인한 소음을 방지하는 것을 포함하는 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 랙 바와 조향 축에 연결된 피니언 샤프트의 유격을 보상하기 위해 랙 바의 후면에 위치하여 랙 바에 압력을 가하는 랙 바 지지 구조에 있어서, 랙 바를 지지하되 내부에 챔버를 갖는 서포트 요크, 챔버 내에 설치되어 서포트 요크를 랙 바 방향으로 압력을 가하는 스프링, 스프링 후면에서 서포트 요크를 지지하는 요크 플러그, 파워 스티어링 펌프의 회전력에 의하여 파워 스티어링 오일을 챔버에 주입하기 위하여 요크 플러그를 관통하여 챔버까지 연결된 오일 라인 및 오일 라인으로부터 입력되는 파워 스티어링 오일의 압력을 조절하기 위한 오리피스(Orifice)를 포함하는 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조를 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 발명에 따른 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조를 구비한 기어 박스의 측단면도이다.
본 발명에 따른 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조를 구비한 기어 박스(130)는 피니언 샤프트(276), 랙 바(140), 서포트 요크(260), 오 링(O-Ring, 325), 챔버(Chamber, 345), 실린더(170), 파워 스티어링 오일 공급관(336), 파워스티어링 오일 회수관(337), 오일 라인(338), 오리피스(339), 요크 플러그(265), 랙 하우징(270), 피니언 샤프트(276), 토션바(273), 입력축(275), 콘트롤 밸브 하우징(280)을 포함하여 구성된다.
피니언 샤프트(276)는 조향축(105)과 연결된 입력축(275)으로부터 회전력을 전달받아 랙 바(140)에 전달한다. 피니언 샤프트(276)는 입력축(275)과 토션바(273)로 연결되어 있으며, 피니언 샤프트(276)의 종단부에는 랙 기어(110)와 결합되는 피니언 기어(120)가 형성되어 있다.
랙 바(140)는 피니언 샤프트(276)와 치합하여 회전 운동을 직선 운동으로 전환한다. 랙 바(140)는 자동차의 전륜 사이를 가로지르는 봉으로 양 끝단에 볼 조인트(135)를 포함하며, 양측의 볼 조인트(135) 사이에는 피니언 샤프트(276)와 치합하는 랙 기어(110)가 형성되어 있다.
서포트 요크(260)는 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 감소시켜 원활하게 동력이 전달될 수 있도록 한다. 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면과 반대측면에 위치하며, 원통형 실린더(170)가 형성된 랙 하우징(270)에 삽입되어 전후로 이동 가능한 구조로 되어 있다.
서포트 요크(260)의 형상은 랙 하우징(270) 내부에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙 바(140)와 접하는 전방부는 랙 바(140)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)가 밀착하여 동력 전달을 효과적으로 전달할 수 있도록 서포트 요크(260)의 후방부에 파워 스티어링 오일이 오일 라인(338)을 통해 스프링이 내설된 챔버(345)에 채워져 파워 스티어링 오일의 압력으로 서포트 요크(260)가 랙 바(140) 방향으로 밀어줄 수 있도록 구비되어 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게되며, 마찰로 인해 랙 바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙 바(140)보다 연성 재질인 플라스틱 서포트 요크(260)를 사용한다.
자동차의 시동을 걸면 엔진(미도시)이 구동하는 회전력이 파워 스티어링 펌프(미도시)를 구동하고 펌프의 회전력에 의한 파워 스티어링 오일의 압력이 파워 스티어링 오일 공급관(336)을 통해 토션바(273)로 들어가 조향을 용이하게 한다.
파워 스티어링 오일 공급관(336)의 압력 중 일부를 오일 라인(338)을 통해 주입하여 스프링이 내설된 챔버(345)를 채운다. 파워 스티어링 오일이 챔버(345) 내부에 가하는 압력은 오일 라인(338)에 형성된 오리피스에 의하여 일정하게 유지된다.
요크 플러그(265)는 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 있다.
도 4는 본 발명에 따른 서포트 요크와 요크 플러그의 사시도이다.
챔버(345) 내부에 주입되는 파워 스티어링 오일의 압력에 의해 파워 스티어링 오일이 랙 하우징(270)과 서포트 요크(260), 랙 하우징(270)과 요크 플러그(265) 사이로 누유되는 것을 방지하기 위해 서포트 요크(260)와 요크 플러그(265)의 외주면에 오 링(O-ring, 325)을 부가한다. 서포트 요크(260)와 요크 플러그(265)에 한 개 이상의 홈을 가공하여 누유를 방지하는 실링(Sealing) 부재를 부가 한다. 실링 부재는 어떠한 종류라도 무방하다.
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, 서포트 요크를 지지함에 있어 유압을 이용함으로써 랙 바와 피니언 샤프트의 유격과 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭(Gap)을 오리피스를 지나 오일 라인으로 파워 스티어링 오일이 주입되어 자동으로 보상하여, 요크 플러그를 다시 조정하는 번거로움을 해소할 수 있고, 또한 요크 플러그와 서포트 요크, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 래틀 노이즈(Rattle Noise: 진동, 소음)도 저감시키는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 랙 바와 조향 축에 연결된 피니언 샤프트의 유격을 보상하기 위해 상기 랙 바의 후면에 위치하여 상기 랙 바에 압력을 가하는 랙 바 지지 구조에 있어서,
    상기 랙 바를 지지하되 내부에 챔버를 갖는 서포트 요크;
    상기 챔버 내에 설치되어 상기 서포트 요크를 상기 랙 바 방향으로 압력을 가하는 스프링;
    상기 스프링 후면에서 상기 서포트 요크를 지지하는 요크 플러그;
    파워 스티어링 펌프의 회전력에 의하여 파워 스티어링 오일을 상기 챔버에 주입하기 위하여 상기 챔버까지 연결된 오일 라인; 및
    상기 오일 라인으로부터 입력되는 상기 파워 스티어링 오일의 압력을 조절하기 위한 오리피스(Orifice)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그의 외주면에 복수의 원주형 홈을 가공하여 상기 홈에 실링(Sealing) 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향 장치의 랙 바 지지 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일라인은 상기 요크 플러그를 관통하여 상기 챔버 내부 까지 연결된 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조.
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