KR101260553B1 - 볼 스크류형 전동식 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 스크류형 전동식 조향장치에 관한 것이다.

본 발명은 외주면에 스크류홈을 구비하는 랙바와; 상기 랙바를 감싸면서 상기 랙바의 스크류홈에 대향되는 위치의 내주면에 요홈으로 형성되는 수개의 볼안착홈이 구비되어 있는 볼너트와; 상기 볼너트의 회전시 상기 랙바의 스크류홈과 상기 볼너트의 볼안착홈에 접하면서 자전하는 볼; 및 상기 볼너트의 볼안착홈에 대향되는 위치에 상기 볼이 관통되어 지지되는 관통홀이 구비되고 상기 볼너트의 내주면에 결합되는 중공형상의 볼슬릿;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 스크류형 전동식 조향장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 볼 이동 중간경로 없이 볼이 고정자리에서 자전하면서 랙바에 조향 보조력을 전달하는 볼 스크류형 전동식 조향장치를 제공함으로써 기존의 볼 스크류형 전동식 조향장치에 비하여 마찰력을 줄여 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 크기와 무게를 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

전동식 조향장치, 볼, 스크류홈, 볼너트

Description

볼 스크류형 전동식 조향장치{Electric Power Steering Apparatus of Ball Screw Type}

본 발명은 볼 스크류형 전동식 조향장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는 볼 이동 중간경로 없이 볼이 고정자리에서 자전하면서 랙바에 조향 보조력을 전달하는 볼 스크류형 전동식 조향장치를 제공함으로써 기존의 볼 스크류형 전동식 조향장치에 비하여 마찰력을 줄여 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 크기와 무게를 줄일 수 있게 되는 볼 스크류형 전동식 조향장치에 관한 것이다.

자동차의 동력보조 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 볼 스크류형 전동식 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1과 도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치는 자동차의 횡 방향으로 연장되어 외주면 일측에 랙 기어를 구비하는 랙바(140), 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 구비하는 피니언축(110), 볼(220)을 매개로 스크류홈(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 스크류홈(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.

종래의 볼 스크류형 전동식 조향장치는 리턴 튜브(Return Tube)방식, 디플렉 터(Deflector)방식 및 엔드 캡(End Cap)방식 등이 있는데 본 발명은 엔드 캡 방식의 볼 스크류형 전동식 조향장치의 문제점인 복잡한 구조와 직선 형상인 중간경로로 인한 마찰 소음을 개선하기 위한 것이다.

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

종래의 엔드 캡 방식은 볼(220)이 랙바(140)의 스크류홈(145)과 볼너트(210)의 스크류홈과 접촉하면서 구름에 의한 이동에 의하여 볼너트(210)에 형성된 직선 형상의 중간 경로(215)를 순환하는 방식을 갖는다.

이러한 종래 기술에 의한 경우에는 그 구조가 복잡하고 크기와 무게가 커지며, 볼이 순환하는 중간 경로가 드릴 가공상의 문제로 직선으로 한정되어 볼과의 마찰이 증대되어 소음이 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존의 볼 스크류형 전동식 조향장치에 비하여 마찰력을 줄여 작동을 원활하게 하고 소음을 줄이며 크기와 무게를 줄일 수 있는 볼 스크류형 전동식 조향장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외주면에 스크류홈이 구비되어 있는 랙바;와 상기 랙바를 감싸며 상기 랙바의 스크류홈에 대향되는 위치의 내주면에 요홈으로 형성되는 수개의 볼안착홈이 구비되어 있는 볼너트;와 상기 볼너트의 회전시 상기 랙바의 스크류홈과 상기 볼너트의 볼안착홈에 접하면서 자전되는 볼; 및 상기 볼안착홈에 대향되는 위치에 상기 볼이 관통되어 지지되는 관통홀이 구비되고, 상기 볼너트의 내주면에 결합되는 중공형상의 볼슬릿;을 포함하며, 상기 볼이 상기 볼너트의 내부를 순환하지 않고 상기 볼안착홈에서 자전하며 상기 랙바에 조향 보조력을 전달하도록 상기 볼안착홈은 상기 볼과 접촉되는 면에 요홈으로 형성되는 그리스 포켓이 구비되고, 상기 볼안착홈의 중심부에는 상기 볼의 자전을 지지하도록 돌출 형성되는 볼지지부가 구비되어, 상기 볼너트의 회전시 상기 볼이 상기 볼안착홈에서 자전할 때 상기 볼과 상기 볼안착홈의 접촉 면적을 줄여 상기 볼이 원활하게 자전하며 조향 보조력을 전달하는 것을 특징으로 하는 볼 스크류형 전동식 조향장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 볼 이동 중간경로 없이 볼이 고정자리에서 자전하면서 랙바에 조향 보조력을 전달하는 볼 스크류형 전동식 조향장치를 제공함으로써 기존의 볼 스크류형 전동식 조향장치에 비하여 마찰력을 줄여 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 크기와 무게를 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서 는 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 3a는 본 발명의 실시예에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치를 나타내는 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치 중 볼슬릿을 나타내는 사시도이며, 도 3c와 도 3d는 본 발명의 실시예에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치 중 볼슬릿과 볼너트의 결합 상태를 나타내는 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치는 외주면에 스크류홈(145)을 구비하는 랙바(140)와; 상기 랙바(140)를 감싸면서 상기 랙바(140)의 스크류홈(145)에 대향되는 위치의 내주면에 요홈으로 형성되는 수개의 볼안착홈(313)이 구비되어 있는 볼너트(310)와; 상기 볼너트(310)의 회전시 상기 랙바(140)의 스크류홈(145)과 상기 볼너트(310)의 볼안착홈(313)에 접 하면서 자전하는 볼(220); 및 상기 볼너트(310)의 볼안착홈(313)에 대향되는 위치에 상기 볼(220)이 관통되어 지지되는 관통홀(325)이 구비되고 상기 볼너트(310)의 내주면에 결합되는 중공형상의 볼슬릿(320);을 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치는 종래의 순환형 볼 스크류 전동식 조향장치와 달리 모터(150)에 의해 볼너트(310)가 회전할 때 볼(220)이 볼너트(310)의 내부를 순환하지 않고 볼너트(310)의 볼안착홈(313)에서 자전하면서 랙바(140)에 조향 보조력을 전달하게 된다.

랙바(140)는 외주면에 볼(220)이 구름 이동하는 스크류홈(145)을 구비하고 있어서, 운전자의 조향휠 조작시 ECU에서 모터(150)를 구동하면 모터축(155)이 풀리(350), 벨트(340)와 연결 구동되는 볼너트(310)가 회전하게 되면 랙하우징(120)의 좌,우로 직선 운동하며 조향휠과 조향축의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 바퀴를 조향하게 된다.

이러한 랙바(140)의 외주 방향에 결합되는 볼너트(310)는 볼(220)을 매개로 랙바(140)를 감싸면서 회전하게 되는데, 랙바(140)의 스크류홈(145)에 대향되는 위치의 내주면에 요홈으로 형성되는 수개의 볼안착홈(313)이 구비되어 있다.

볼안착홈(313)은 볼너트(310)의 회전시 볼너트(310)의 회전력을 전달하는 볼(220)이 삽입되어 결합되는 곳으로, 볼(220)의 일측은 랙바(140)의 스크류홈(145)에 삽입되어 결합되고, 볼(220)의 타측은 볼너트(310)의 볼안착홈(313)에 삽입 결합되어 볼(220)의 회전을 지지하게 된다.

즉, 볼(220)이 볼너트(310)의 볼안착홈(313)에서 머물면서 볼너트(310)의 회 전 방향으로 자전하여 볼너트(310)의 회전력을 랙바(140)에 전달하여 랙바(140)의 직선 운동을 유도하게 된다.

또한, 볼안착홈(313)에는 볼(220)의 일측과 접촉되는 면에 요홈으로 형성되는 그리스 포켓(311)이 구비되어 있어서, 볼(220)이 결합되기 전 이곳에 그리스를 도포하고 볼(220)을 안착시킴으로써 볼너트(310)의 회전시 볼(220)이 안착홈과 스크류홈(145)에서 원활하게 자전할 수 있게 되어 있다.

볼안착홈(313)의 중심부에는 볼(220)의 자전을 지지하도록 볼(220)쪽으로 돌출 형성되는 볼지지부(319)가 구비될 수 있다.

따라서, 볼(220)이 볼너트(310)의 볼안착홈(313)에서 자전할 때 볼(220)과 볼안착홈(313)의 접촉 면적을 볼지지부(319)가 줄여주게 되어 볼(220)의 자전을 원활하게 해주면서 마찰에 의한 마모도 줄여주게 된다.

볼슬릿(320)은 내마모성과 저마찰성이 우수하고 소정의 휨과 강성을 구비하며 열에 의한 신축성이 적은 재질, 예를 들면 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질이나, 천연 고무재나 폴리에스테르 일래스토머(PE)와 같은 합성 수지 등으로 형성된다.

이러한 볼슬릿(320)은 중공 형상으로 볼너트(310)의 내주면에 결합되는데 볼너트(310)의 볼안착홈(313)에 대향되는 위치에 볼(220)이 관통되어 지지되는 관통홀(325)이 구비되어 있다.

또한, 볼너트(310)의 내주면에는 볼슬릿(320)이 삽입되도록 볼너트(310)의 내주면에서 내경이 확대되어 형성되는 대경부(315)가 형성되어 있고, 대경부의 외측 단부에는 슬릿의 이탈을 방지하는 슬릿스토퍼(330)가 결합홈(317)에 체결된다.

볼(220)은 볼슬릿(320)을 볼너트(310)에 결합한 후 볼슬릿(320)의 관통홀(325)에 삽입하여 결합할 수도 있고 볼슬릿(320)에 볼(220)을 삽입한 후 볼너트(310)에 결합할 수도 있으며, 조립의 편의성을 위해 볼슬릿(320)을 둘이상으로 분리형성할 수도 있다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 볼 이동 중간경로 없이 볼이 고정자리에서 자전하면서 랙바에 조향 보조력을 전달하는 볼 스크류형 전동식 조향장치를 제공함으로써 기존의 볼 스크류형 전동식 조향장치에 비하여 마찰력을 줄여 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 크기와 무게를 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

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 가 진 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.

도 1은 종래 기술에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;

도 2는 종래 기술에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도;

도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치를 나타내는 단면도;

도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치 중 볼슬릿을 나타내는 사시도;

도 3c와 도 3d는 본 발명의 실시예에 의한 볼 스크류형 전동식 조향장치 중 볼슬릿과 볼너트의 결합 상태를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

140: 랙바 145: 스크류홈

220: 볼 310: 볼너트

311: 그리스 포켓 313: 볼안착홈

315: 대경부 320: 볼슬릿

325: 관통홀 330: 슬릿스토퍼

Claims (5)

1. 외주면에 스크류홈이 구비되어 있는 랙바;

   상기 랙바를 감싸며 상기 랙바의 스크류홈에 대향되는 위치의 내주면에 요홈으로 형성되는 수개의 볼안착홈이 구비되어 있는 볼너트;

   상기 볼너트의 회전시 상기 랙바의 스크류홈과 상기 볼너트의 볼안착홈에 접하면서 자전되는 볼; 및

   상기 볼안착홈에 대향되는 위치에 상기 볼이 관통되어 지지되는 관통홀이 구비되고, 상기 볼너트의 내주면에 결합되는 중공형상의 볼슬릿;을 포함하며,

   상기 볼이 상기 볼너트의 내부를 순환하지 않고 상기 볼안착홈에서 자전하며 상기 랙바에 조향 보조력을 전달하도록 상기 볼안착홈은 상기 볼과 접촉되는 면에 요홈으로 형성되는 그리스 포켓이 구비되고, 상기 볼안착홈의 중심부에는 상기 볼의 자전을 지지하도록 돌출 형성되는 볼지지부가 구비되어, 상기 볼너트의 회전시 상기 볼이 상기 볼안착홈에서 자전할 때 상기 볼과 상기 볼안착홈의 접촉 면적을 줄여 상기 볼이 원활하게 자전하며 조향 보조력을 전달하는 것을 특징으로 하는 볼 스크류형 전동식 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 볼너트는 내주면에 상기 볼슬릿이 삽입되도록 내경이 확대되어 형성되는 대경부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 스크류형 전동식 조향장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 볼너트는 상기 대경부의 외측 단부에서 상기 볼슬릿의 이탈을 방지하는 슬릿스토퍼가 결합되는 것을 특징으로 하는 볼 스크류형 전동식 조향장치.
4. 삭제
5. 삭제

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