KR101189311B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격과 진동, 또는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 기어하우징 등을 통해 발생되는 편하중을 줄이면서 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과를 가지게 된다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격과 진동, 또는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 기어하우징 등을 통해 발생되는 편하중을 줄이면서 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.

자동차의 동력 보조 조향장치는 일반적으로 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 최근에는 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화 되어 가고 있다.

일반적인 전동식 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.

보조 동력 기구는 운전자가 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서, 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터 및 벨트를 매개로 모터에서 발생한 보조 동력을 랙바에 전달하는 벨트식 전동장치를 포함하여 구성된다.

도 1은 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1과 도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 자동차의 횡 방향으로 연장되어 외주면 일측에 랙 기어를 구비하는 랙바(140), 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 구비하는 피니언축(110), 볼(220)을 매개로 외주스크류홈(145)과 맞물리는 볼너트(210), 볼너트(210)와 모터축(155)을 연결하는 벨트식 전동장치(160) 및 모터(150)를 포함하여 구성된다.

피니언축(110)은 조향축을 통해 조향휠에 연결되고, 외주면 일측에 일정 길이의 외주스크류홈(145)이 형성되어 있는 랙바(140)는 랙하우징(120)에 내장된다.

벨트식 전동장치(160)는 모터축(155) 및 볼너트(210)를 연결하는 벨트를 포함하여 형성되며, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(150)에서 발생하는 조향 보조 동력을 볼너트(210)를 통해 랙바(140)에 전달한다.

도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 외주면에 외주스크류홈(145)을 구비하는 랙바(140), 볼(220)이 순환하는 중간 경로(215)를 구비하는 볼너트(210), 상기 랙바의 외주스크류홈(145)과 중간 경로(215)에 접하면서 구름이동 하는 볼(220), 상기 볼너트(210)의 끝단에 부착되는 엔드 캡(230) 등을 포함하여 구성된다.

이와 같은 랙구동형 동력 보조 조향장치는 볼(220)이 랙바(140)의 외주스크류홈(145)과 볼너트(210)의 내주스크류홈과 접촉하면서 구름에 의한 이동에 의하여 랙바(140)를 슬라이딩시키게 된다.

그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격과 진동, 또는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와, 볼너트, 기어하우징 등에 편하중에 의한 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었고, 이러한 소음과 진동이 다른 부품들과 함께 운전자에게 전달되어 운전자의 조향감을 저하시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격과 진동, 또는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 기어하우징 등을 통해 발생되는 편하중을 줄이면서 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 성취하기 위한 본 발명의 일실시예는, 볼을 매개로 랙바와 결합되고, 구동 벨트에 연결된 구동풀리와 종동풀리에 의해 회전하며 상기 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트와; 상기 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링; 및 상기 베어링의 외륜과 기어하우징 사이에 결합되며 내주면에 곡면부가 구비되어 있는 체결링을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격과 진동, 또는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 기어하우징 등을 통해 발생되는 편하중을 줄이면서 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과를 가지게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 볼(220)을 매개로 랙바(140)와 결합되고, 구동 벨트(340)에 연결된 구동풀리(350a)와 종동풀리(350b)에 의해 회전하며 상기 랙바(140)를 슬라이딩시키는 볼너트(310)와, 상기 볼너트(310)의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링(330), 및 상기 베어링(330)의 외륜(330b)과 기어하우징(305) 사이에 결합되며 내주면에 곡면부(360a)가 구비되어 있는 체결링(360)을 포함하여 구성된다.

이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 전동모터(150)와, 상기 전동모터(150)의 축(155)에 고정된 구동풀리(350a) 및, 상기 구동풀리(350a)에 감겨진 구동벨트(340) 등으로 이루어진다.

또한, 종동수단은 랙바(140)를 감싸는 랙하우징(120)의 내부에 랙바(140)를 지지하는 볼너트(310)가 구비되고, 볼너트(310)의 외주면에 별도로 성형된 종동풀리(350b)가 조립 형성된다.

전동모터(150)의 구동풀리(350a)와 랙바(140)의 종동풀리(350b)는 서로 평행하게 배치되며, 이 구동풀리(350a)와 종동풀리(350b)에는 구동벨트(340)가 끼워져 전동모터(150)의 회전력을 랙바(140)에 전달하고, 볼너트(310)의 동작에 의하여 랙바(140)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.

볼너트(310)는 볼(220)을 매개로 랙바(140)와 결합되어 회전하면서 랙바(140)를 랙하우징(120)의 내측에서 축방향으로 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(310)의 외주면에는 볼너트(310)의 회전을 지지하는 베어링(330)이 장착되어 있다.

볼너트(310)의 내주면과 랙바(140)의 외주면에는 랙바(140)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(140)의 외주면에 반구형 단면의 나선형으로 마련된 외주스크류홈(145)과, 이에 삽입되는 볼(220) 및, 외주스크류홈(145)과 대응되게 볼너트(310)의 내주면에 반구형 단면의 나선형으로 마련된 내주스크류홈(320)으로 이루어진다.

볼너트(310)는 내주면에 내주스크류홈(320)이 형성된 중공관으로서, 그 축방향 일측에 종동풀리(350b)가 설치되고, 그 축방향 타측에는 외륜(330b)과, 내륜(330a), 볼로 형성되는 베어링(330)이 설치된다.

여기서, 베어링(330)의 외륜(330b)과 기어하우징(305)의 사이에는 체결링(360)이 결합되는데, 체결링(360)의 내주면에는 곡면부(360a)가 구비되어 있다.

또한, 베어링(330) 외륜(330b)의 외주면에는 체결링(360)의 곡면부(360a)와 대응되는 형상의 지지부가 구비되어 있어서, 볼너트(310)와 랙바(140)의 작동시 랙바(140), 볼너트(310), 기어하우징(305) 등의 제작 및 조립 오차 등으로 발생되는 작동부 마찰력 증대와 작동 소음을 줄이도록 되어 있다.

즉, 랙바(140), 볼너트(310), 기어하우징(305) 등의 동심도, 진직도, 직각도 차이로 인해, 랙바(140)와 결합된 볼너트(310)를 기어하우징(305)에 고정하는 베어링(330) 주위에 집중적으로 발생되는 편하중으로 인한 마찰과 소음을 감소시키도록 베어링(330)의 외륜(330b)이 체결링(360)의 곡면부(360a)를 따라서 회전 내지는 피봇 운동이 가능하게 되어 있다.

체결링(360)의 곡면부(360a)는 그 중심축과 평행한 단면 형상이 아크 내지는 원호 형상으로 형성되어 있다.

도 3에서는 곡면부(360a)가 체결링(360) 내주면에 오목한 형상으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 그 반대로 내주면이 볼록하게 형성되고 베어링 외륜(330b)의 외주면이 이와 대응되도록 오목하게 형성될 수도 있다.

따라서, 랙바(140)와 결합된 볼너트(310)가, 베어링(330)의 외륜(330b)과 지지되는 체결링(360)의 곡면부(360a)를 따라서 좌,우, 전,후로 회전 내지는 피봇운동이 가능하게 됨으로써, 랙바(140), 볼너트(310), 기어하우징(305) 등의 동심도, 진직도, 직각도 차이로 인한 편하중을 흡수하여 작동부의 마찰과 소음을 감소시키게 된다.

이러한 체결링(360)은 베어링(330)과 기어하우징(305)에 조립시 기어하우징(305)에 지지되면서 베어링(330)에 예압을 부여하면서도 조립이 용이하도록 볼너트(310)의 축방향으로 두개로 분리 형성되어 베어링(330) 외륜(330b)의 일측과 타측에서 결합되게 할 수 있다.

또한, 기어하우징(305)과 볼너트(310)에는 각각 록스크류(375)와 록너트(370)가 결합되어 전술한 볼너트(310)의 회전 내지는 피봇운동시 베어링(330)의 축방향 움직임을 지지해 준다.

록스크류(375)는 베어링(330) 외륜(330b)의 일측면을 지지하면서 외주면이 기어하우징(305)의 내주면에 나사체결되며, 록너트(370)는 베어링(330) 내륜의 타측면을 지지하면서 내주면이 볼너트(310)의 외주면에 나사체결된다.

이와 같은 록스크류(375)와 록너트(370)는 반드시 둘다 결합되어야만 하는 것은 아니며, 경우에 따라서 어느 하나 또는 둘다 결합될 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격과 진동, 또는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 기어하우징 등을 통해 발생되는 편하중을 줄이면서 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과를 가지게 된다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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.

310: 볼너트 320: 내주스크류홈
330: 베어링 340: 구동벨트
350a: 구동풀리 350b: 종동풀리
360: 체결링 360a : 곡면부
370: 록너트 375 : 록스크류

Claims (6)

1. 볼을 매개로 랙바와 결합되고, 구동 벨트에 연결된 구동풀리와 종동풀리에 의해 회전하며 상기 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트;
   상기 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링; 및
   상기 베어링의 외륜과 기어하우징 사이에 결합되며 내주면에 곡면부가 구비되어 있는 체결링;
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베어링 외륜의 외주면에는 상기 곡면부와 대응되는 형상의 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 체결링은 상기 베어링의 일측과 타측에서 결합되도록 상기 볼너트의 축방향으로 두개로 분리 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 곡면부는, 상기 체결링의 중심축과 평행한 단면 형상이 아크 또는 원호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 기어하우징에는 상기 베어링의 외륜 일측면을 지지하는 록스크류가 체결되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 볼너트에는 상기 베어링의 내륜 타측면을 지지하는 록너트가 체결되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.

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