KR101167086B1 - 전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법 - Google Patents

전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 관한 것으로써, 그 목적으로는 제1,2샤프트(34,36)를 각각 개별적으로 가공한 다음 마찰용접하여 1개의 메인샤프트(20)로 제조함으로써, 가공공정에서 손상으로 인해 발생 되는 불량률을 획기적으로 감소시키고자 하는 데에 있다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 볼스크루(18)와 래크치(16)를 각각 형성하는 메인샤프트(20)를 내부에 장착한 기어박스(12)와, 상기 래크치(16)에 치차 결합하는 피니언(10)을 하단에 결합하면서 중간에는 핸들(2)의 회전력을 검출하는 토오크센서(6)를 장착한 스티어링칼럼(4)과, 상기 볼스크루(18)에 너트스크루(22)를 결합하면서 벨트(26)로 연결되는 모터(28),로 된 전동파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 있어서, 상기 메인샤프트(20)는 제1,2샤프트(34,36)로 나누어 구성한 다음, 상기 제1샤프트(34)에 래크치(16)를 가공하는 단계, 상기 래크치(16) 가공단계 이후로 제2샤프트(36)에 볼스크루(18)를 가공하는 단계, 상기 볼스크루(18) 가공단계 이후로 제1,2샤프트(34,36)에 열처리하는 단계, 상기 열처리단계 이후로 제1,2샤프트(34,36)의 끝단부를 서로 마주 접하게 한 다음 마찰용접기로 마찰용접시키는 단계,로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법{Main shaft production method for electric power steering device}
본 발명은 전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 제1,2샤프트를 각각 개별적으로 가공한 다음 마찰용접하여 1개의 메인샤프트로 제조함으로써, 가공공정에서 손상으로 인해 발생 되는 불량률을 획기적으로 감소시키고자 한 전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 스티어링(steering) 장치는 운전자가 핸들을 돌림으로 인해서 발생 되는 회전운동을 기어박스가 직선운동으로 바꾸어 전륜에 전달하는 기능을 하는 것으로써, 이러한 스티어링 장치는 차량의 주행 방향을 조정하게 된다.
상기 스티어링 장치에는 작은 힘으로도 편리하게 핸들을 조작할 수 있도록 하기 위해 유압식을 적용한 파워스티어링 장치가 많이 사용되고 있으며, 근래에는 연료 소비율이 우수한 전동 파워 스티어링 장치(일명 EPS:Electronic control Power Steering wheel)가 적용되고 있다.
특히, 상기 스티어링장치의 기어박스를 구성하는 래크 부분의 경우 가공하는 과정에서 손상이 많이 발생하여 불량률이 큰 부분으로, 이러한 불량률을 감소시키고자 래크 부분에 대한 가공방법을 다양하게 개발하여 적용하고 있다.
한편, 종래의 기술인 KR 10-0139867 B1 1997.07.01. "자동차의 전동 파워 스티어링 시스템용 제어장치"를 도 1 에서 살펴 보면, 먼저 핸들(1)을 상단에 결합한 스티어링샤프트(2)에 회전력을 검출하는 토오크센서(12)가 장착되면서 제어장치(20)에 연결되고, 상기 스티어링샤프트(2) 하단에는 피니언샤프트(4)가 연결되며, 상기 피니언샤프트(4)는 차륜에 작용력을 전달하는 래크(5)의 타측에 치차 결합된다.
또한, 상기 래크(5)의 일측에는 다른 피니언샤프트(6)가 치차 결합 되면서 모터(10)로부터 작용력을 전달받아 회전하도록 설치되고, 상기 모터(10)는 제어장치(10)에 연결된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 기술을 작용에 대해 설명하면, 먼저 핸들(1)을 일측 방향으로 회전시켜 스티어링샤프트(2)를 회전시키면 피니언샤프트(4)가 회전하게 되고, 동시에 상기 피니언샤프트(4)에 치차 결합 된 래크(5)가 전달되는 동력에 의해 타측 방향으로 이동하게 되는데, 이때 상기 스티어링샤프트(2)에 장착된 토오크센서(12)는 회전력을 검출하여 제어장치(20)로 보내게 된다.
상기 제어장치(20)는 토오크센서(12)로 부터 전달된 정보를 바탕으로 모터(10)에 작동 명령을 전달하게 되고, 상기 모터(10)는 회전력에 비례한 동력을 피니언샤프트(6)를 통하여 치차 결합 된 래크(5)에 전달하게 된다.
상기와 같이 운전자가 핸들(1)을 일측 방향으로 회전시켜 래크(5)를 이동시킬 때 모터(10)의 동력은 래크(5) 측으로 동시에 전달되는데, 따라서 운전자는 핸들(1)을 작은 힘으로도 쉽게 정,역방향으로 회전시킬 수 있게 된다.
상기와 같이 설치되어 사용되는 래크(5)는 보통 가공기계를 통하여 래크(5)의 일측에 치(齒)를 형성한 다음, 가공된 치를 척에 고정한 후 래크(5)의 타측에 동일한 치를 형성하게 되는데, 따라서 1개의 소재에서 2번의 가공공정을 실시하게 됨으로, 상기 래크(5)의 치는 가공 공정에서 종종 손상되어 불량률을 증가시키는 요인으로 작용하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로써, 그 목적으로는 제1,2샤프트를 각각 개별적으로 가공한 다음 마찰용접하여 1개의 메인샤프트로 제조함으로써, 가공공정에서 손상으로 인해 발생 되는 불량률을 획기적으로 감소시키고자 하는 데에 있다.
본 발명은 볼스크루(18)와 래크치(16)를 각각 형성하는 메인샤프트(20)를 내부에 장착한 기어박스(12)와, 상기 래크치(16)에 치차 결합하는 피니언(10)을 하단에 결합하면서 중간에는 핸들(2)의 회전력을 검출하는 토오크센서(6)를 장착한 스티어링칼럼(4)과, 상기 볼스크루(18)에 너트스크루(22)를 결합하면서 벨트(26)로 연결되는 모터(28),로 된 전동파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 있어서,
상기 메인샤프트(20)는 제1,2샤프트(34,36)로 나누어 구성한 다음, 상기 제1샤프트(34)에 래크치(16)를 가공하는 단계, 상기 래크치(16) 가공단계 이후로 제2샤프트(36)에 볼스크루(18)를 가공하는 단계, 상기 볼스크루(18) 가공단계 이후로 제1,2샤프트(34,36)에 열처리하는 단계, 상기 열처리단계 이후로 제1,2샤프트(34,36)의 끝단부를 서로 마주 접하게 한 다음 마찰용접기로 마찰용접시키는 단계,로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 볼스크루(118)와 래크치(116)를 각각 형성하는 메인샤프트(120)를 내부에 장착한 기어박스(12)와, 상기 래크치(116)에 치차 결합하는 피니언(10)을 하단에 결합하면서 중간에는 핸들(2)의 회전력을 검출하는 토오크센서(6)를 장착한 스티어링칼럼(4)과, 상기 볼스크루(118)에 너트스크루(22)를 결합하면서 벨트(26)로 연결되는 모터(28),로 된 전동파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 있어서,
상기 메인샤프트(120)는 제1,2샤프트(134,136)로 나누어 구성한 다음, 상기 제1샤프트(134)에 래크치(116)를 형성하면서 타단부에 돌출부(124)를 형성하는 단계, 상기 래크치(116) 형성단계 이후로 제2샤프트(136)에 볼스크루(118)를 형성하면서 일단부에 홈(126)을 형성하는 단계, 상기 볼스크루(118) 형성하는 단계 이후로 제1,2샤프트(134,136)에 열처리하는 단계, 상기 열처리단계 이후로 홈(126)에 돌출부(124)를 삽입하여 연결하면서 핀(128)을 수직으로 관통 결합시켜 고정하는 단계,로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 메인샤프트(20)를 제1,2샤프트(34,36)로 나누어 구성한 다음, 제1,2샤프트(34,36) 각각에 래크치(16)와 볼스크루(18)를 가공한 후 마찰용접기로 용접하여 고정하는 방식임으로, 가공공정에서 발생될 수 있는 손상으로 인한 불량률을 획기적으로 감소시키는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 기술을 개략적으로 나타낸 상태도.
도 2 는 본 발명의 실시 예를 설치하고 있는 스티어링 장치의 사시도.
도 3 은 본 발명의 실시 예를 설치하고 있는 기어박스의 단면도.
도 4a, 4b 는 본 발명의 실시 예인 메인샤프트의 상태도.
도 5 는 본 발명의 다른 실시 예인 메인샤프트의 상태도.
본 발명의 실시 예를 도 2, 3 에서 살펴 보면, 먼저 차량의 주행 방향을 편리하게 조정할 수 있도록 한 전동 파워 스티어링 장치(일명 EPS:Electronic control Power Steering wheel)에는 핸들(2)(도2참조)을 상단부에 결합한 스티어링칼럼(4)이 구성되고, 상기 스티어링칼럼(4)의 중간부에는 회전력을 검출하는 토오크센서(6)가 결합 되며, 상기 토오크센서(6)는 제어부(8)에 연결된다.
상기 스티어링칼럼(4)의 하단부에는 피니언(10)(도3참조)이 결합 되고, 상기 피니언(10)은 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 전륜에 전달하는 기어박스(12)에 결합 된다.
상기 기어박스(12)에는 원통형 하우징(14)이 구성되고, 상기 하우징(14)의 내부에는 래크치(16)와 볼스크루(18)를 양측에 형성한 메인샤프트(20)가 설치되는데, 이때 상기 래크치(16)는 피니언(10)과 치차 결합하며, 상기 볼스크루(18)에는 너트스크루(22)가 결합 된다.
상기 너트스크루(22)에는 피동피니언(24)이 형성되면서 벨트(26)를 연결하고, 상기 벨트(26)의 타부에는 동력을 제공하는 모터(28)의 원동피니언(30)이 결합 되며, 상기 모터(28)는 제어부(8)에 연결된다.
계속하여, 상기 메인샤프트(20)의 양단부에는 전륜에 연결되는 타이로드(32)가 결합된다.
한편, 상기 메인샤프트(20)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제1,2샤프트(34,36)로 나누어 구성되는 것으로, 상기 제1샤프트(34)에는 피니언(10)과 치차 결합하는 래크치(16)가 형성되고, 상기 제2샤프트(36)에는 너트스크루(22)가 결합 되는 볼스크루(18)가 형성되는데, 이때 상기 제1,2샤프트(34,36)는 통상적으로 사용되는 마찰용접기로 용접되어 고정됨으로써 연결된다.
본 발명의 다른 실시 예인 메인샤프트(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1,2샤프트(134,136)로 나누어 구성되는 것으로, 상기 제1샤프트(134)에는 피니언(10)과 치차 결합하는 래크치(116)를 형성하면서 타단 부에 돌출부(124)를 형성하고, 상기 제2샤프트(136)에는 너트스크루(22)를 결합하는 볼스크루(118)를 형성하면서 일단 부에 홈(126)을 형성하며, 상기 제1,2샤프트(134,136)는 돌출부(124)가 홈(126)에 삽입되어 연결되면서 수직으로 관통 결합 되는 핀(128)에 의해 고정된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용과 제작방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 핸들(2)(도2참조)을 일 측 방향으로 회전시키면 스티어링칼럼(4)이 피니언(10)과 함께 동시에 회전하게 되는데, 이때 토오크센서(6)는 회전력을 검출하여 제어부(8)에 전달하게 되고, 상기 제어부(8)는 회전력에 비례하는 동력을 모터(28)가 제공하도록 작동 명령을 전달하게 된다.
따라서, 상기 모터(28)의 동력은 벨트(26)(도3참조)를 통하여 전달되면서 너트스크루(22)를 회전시키게 되고, 상기 너트스크루(22)는 고정된 위치에서 회전하며 볼스크루(18)를 직선 방향으로 이동시키게 되며, 동시에 상기 피니언(10)은 회전하면서 치차 결합한 래크치(16)를 직선 방향으로 이동시키게 된다.
결국, 상기 핸들(2)을 회전시키는 정도에 비례하여 래크치(16)와 볼스크루(18)가 동시에 이동하게 되는데, 이로 인해 상기 메인샤프트(20)는 직선 방향으로 이동하면서 타이로드(32)로 작용력을 전달하게 되고, 상기 타이로드(32)는 전륜의 진행 방향을 조정하게 된다.
상기와는 다른 실시 예를 구성하는 메인샤프트(120)(도5참조)의 경우에도 기어박스(12)에 설치되어 작용할 때 전술한 바와 같이 동일하게 작용을 하게 된다.
계속하여, 상기와 같이 기어박스(12)(도3참조)에 설치되어 작용하는 메인샤프트(20)의 제작과정을 살펴 보면, 먼저 상기 메인샤프트(20)를 제1,2샤프트(34,36)로 나누어 구성한 다음, 상기 제1샤프트(34)에 래크치(16)를 가공하는 단계를 실시하고, 상기 래크치(16)의 가공단계 이후로 제2샤프트(36)에 볼스크루(18)를 가공하는 단계를 실시하며, 상기 볼스크루(18) 가공단계 이후로 제1,2샤프트(34,36)에 열처리하는 단계를 실시하고, 상기 열처리단계 이후로 제1,2샤프트(34,36)의 끝단부를 서로 마주 접하게 한 다음 마찰용접기로 마찰용접시키는 단계를 실시함으로써, 상기 2개의 제1,2샤프트(34,36)를 용접된 1개의 메인샤프트(20)로 완성한다.
상기와는 다른 방식의 메인샤프트(120)(도5참조)의 제작과정을 살펴 보면, 먼저 상기 메인샤프트(120)를 제1,2샤프트(134,136)로 나누어 구성한 다음, 상기 제1샤프트(134)에 래크치(116)를 형성하면서 타단부에 돌출부(124)를 형성하는 단계를 실시하고, 상기 래크치(116)의 형성단계 이후로 제2샤프트(136)에 볼스크루(118)를 형성하면서 일단부에 홈(126)을 형성하는 단계를 실시하며, 상기 볼스크루(118) 형성하는 단계 이후로 제1,2샤프트(134,136)에 열처리하는 단계를 실시하고, 상기 열처리단계 이후로 홈(126)에 돌출부(124)를 삽입하여 연결하면서 핀(128)을 수직으로 관통 결합시켜 고정하는 단계를 실시함으로써, 상기 2개의 제1,2샤프트(134,136)를 결합 고정하여 1개의 메인샤프트(120)로 완성한다.
상기와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 여기에 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2:핸들 4:스티어링칼럼
6:토오크센서 8:제어부
10:피니언 12:기어박스
14:하우징 16,116:래크치
18,118:볼스크루 20,120:메인샤프트
22:너트스크루 24:피동피니언
26:벨트 28:모터
30:원동피니언 32:타이로드
34,134:제1샤프트 36,136:제2샤프트
124:돌출부 126:홈
128:핀

Claims (2)

  1. 볼스크루(18)와 래크치(16)를 각각 형성하는 메인샤프트(20)를 내부에 장착한 기어박스(12)와,
    상기 래크치(16)에 치차 결합하는 피니언(10)을 하단에 결합하면서 중간에는 핸들(2)의 회전력을 검출하는 토오크센서(6)를 장착한 스티어링칼럼(4)과,
    상기 볼스크루(18)에 너트스크루(22)를 결합하면서 벨트(26)로 연결되는 모터(28),로 된 전동파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 있어서,
    상기 메인샤프트(20)는 제1,2샤프트(34,36)로 나누어 구성한 다음,
    상기 제1샤프트(34)에는 래크치(16)를 가공하고,
    상기 제2샤프트(36)에는 볼스크루(18)를 가공한 다음,
    상기 제1,2샤프트(34,36)의 끝단부를 상호 마주 접하게 한 후 마찰용접기로 마찰용접시켜서 메인샤프트(20)로 만드는 것을 특징으로 한 전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법.
  2. 볼스크루(118)와 래크치(116)를 각각 형성하는 메인샤프트(120)를 내부에 장착한 기어박스(12)와,
    상기 래크치(116)에 치차 결합하는 피니언(10)을 하단에 결합하면서 중간에는 핸들(2)의 회전력을 검출하는 토오크센서(6)를 장착한 스티어링칼럼(4)과,
    상기 볼스크루(118)에 너트스크루(22)를 결합하면서 벨트(26)로 연결되는 모터(28),로 된 전동파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법에 있어서,
    상기 메인샤프트(120)는 제1,2샤프트(134,136)로 나누어 구성한 다음,
    상기 제1샤프트(134)에는 래크치(116)와 돌출부(124)를 형성하고,
    상기 제2샤프트(136)에는 볼스크루(118)와 홈(126)을 형성한 다음,
    상기 홈(126)에 돌출부(124)를 삽입하여 연결하면서 핀(128)을 수직으로 관통시켜 결합함으로써 메인샤프트(120)로 만드는 것을 특징으로 한 전동 파워 스티어링 장치용 메인샤프트 제조방법.






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