KR101268263B1 - 자동차 조향장치의 랙바 지지장치 - Google Patents

자동차 조향장치의 랙바 지지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 있어서, 노면으로부터 전달되는 충격 하중이 작은 경우에는 작은 탄성력으로 서포트 요크와 랙바와의 유격을 보상하고, 이에 비해 전달되는 충격 하중이 큰 경우에는 큰 탄성력으로 충격을 흡수하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있게 되어 자동차의 주행시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과가 있게 된다.

Description

자동차 조향장치의 랙바 지지장치{Rack Bar Supporting Device of Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 랙바 지지장치에 있어서 노면으로부터 전달되는 충격 하중이 작은 경우에는 작은 탄성력으로 서포트 요크와 랙바와의 유격을 보상하고, 이에 비해 전달되는 충격 하중이 큰 경우에는 큰 탄성력으로 충격을 흡수하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있게 되어 자동차의 주행시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 조향장치는 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 일반적인 자동차용 랙 피니언 방식 조향장치의 개략 구성도이고, 도 2는 종래의 랙바 지지장치의 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 종래의 랙 피니언 방식 조향장치는 운전석에 배치되는 조향휠(100)과 이에 연결된 조향축(105), 그리고 조향축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(103), 조향축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)를 포함하는 기어박스(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150)를 포함하여 구성된다.
또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되고 너클(Knuckle, 159)로 힘을 전달하여 타이어(158)를 조향한다.
그리고, 종래의 랙바 지지장치는 피니언 기어(120), 랙바(140), 서포트 요크(260), 스프링(263) 및 요크 플러그(265)를 포함하여 구성된다. 랙 피니언 방식의 기어박스(130)는 전술한 바와 같이 조향축(미도시)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환되도록 한다.
랙바(140)는 피니언 기어(120)와 치합하여 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는데, 랙바(140)의 후면에는 랙바(140)와 피니언 기어(120)의 치합이 잘 이루어지도록 랙바(140)를 피니언 기어(120)측으로 지지하는 장치를 구비하고 있다.
랙바(140)를 지지하는 장치는 서포트 요크(260), 스프링(263), 요크 플러그(265)를 포함하여 구성되며, 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면의 반대 측에 위치하며, 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 랙바(140)와 수직한 전후 방향으로 이동 가능한 구조이다.
서포트 요크(260)의 형상은 실린더(250)에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙바(140)와 접하는 전방부는 랙바(140)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙바(140)와 피니언 기어(120)가 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록 서포트 요크(260)의 후방에 스프링(263)을 배치하여 일정한 압력으로 서포트 요크(260)를 밀어주어 랙바(140)와 피니언 기어(120) 사이에 발생하는 유격을 보상해 줄 수 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게되며, 마찰로 인해 랙바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙바(140)보다 연성 재질인 플라스틱으로 된 서포트 요크(260)를 사용한다.
스프링 홈(220)에 수용되는 스프링(263)은 서포트 요크(260)가 랙바(140)와 밀착되도록 압력을 가하는 기능을 하는데, 일반적으로 코일 스프링이 사용되며, 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 나사산과 골을 형성하고 있어 이와 치합하는 나사산과 골이 형성된 기어박스(130)와 록 너트(240)에 결합하도록 되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 랙바 지지장치는 스프링의 하중-변위 특성이 선형적으로 변하기 때문에 스프링의 압축량이 작게 조립되는 경우에는 노면으로부터 역입력되는 충격 하중이 그대로 스프링을 통해 요크 플러그로 전달되어 서포트 요크와 요크 플러그에서 래틀 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 충격 하중의 역입력으로 인한 래틀 노이즈를 방지하기 위해 스프링의 압축량을 크게 하여 조립하는 경우에는 스프링이 서포트 요크를 지지하는 지지력이 너무 커지게 되어 랙바를 작동하는 조작력이 커지고 마모가 증대되어 서포트 요크와 랙바와의 사이에서 백래쉬가 증대되어 오히려 래틀 노이즈가 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 있어서, 서포트 요크와 랙바와의 유격을 적절하게 유지하여 조향력의 과도한 증대를 방지하고 백래쉬 증대를 방지하면서도 동시에 노면으로부터 유입되는 큰 충격 하중이 전달되어도 충격에 의한 래틀 노이즈를 방지할 수 있는 랙바 지지장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 랙바의 후방면을 피니언 쪽으로 지지하며 기어박스에 결합되는 서포트 요크; 상기 서포트 요크와 하기 요크 플러그의 사이에 결합되어 상기 서포트 요크에 탄성력을 가하며 상기 서포트 요크로부터 전달되는 하중을 지지하되, 상기 하중 전달시 탄성 변형되며 지지되는 대변형부와 소변형부를 구비하는 탄성지지체; 및 상기 탄성지지체를 지지하며 기어박스에 결합되는 요크 플러그를 포함하되, 상기 하중 전달시 상기 대변형부가 상기 소변형부보다 먼저 탄성 변형이 이루어지면서 하중을 흡수하도록, 상기 소변형부는 중심부가 뚫린 환형의 곡면판 형상으로 형성되고, 상기 대변형부는 상기 소변형부의 최외곽에서 방사상으로 돌출되며 셋이상이 상기 탄성지지체의 중심을 기준으로 서로 동일한 각도의 위치에 형성되며, 상기 탄성지지체는 상기 대변형부의 두께가 상기 소변형부의 두께보다 얇게 형성되거나, 상기 대변형부의 외측 끝단으로부터 상기 소변형부의 내측 끝단부로 갈수록 두께가 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 있어서, 노면으로부터 전달되는 충격 하중이 작은 경우에는 작은 탄성력으로 서포트 요크와 랙바와의 유격을 보상하고, 이에 비해 전달되는 충격 하중이 큰 경우에는 큰 탄성력으로 충격을 흡수하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있게 되어 자동차의 주행시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과가 있게 된다.
도 1은 일반적인 자동차용 랙 피니언 방식 조향장치의 개략 구성도,
도 2는 종래의 랙바 지지장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙바 지지장치를 나타낸 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙바 지지장치를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙바 지지장치 중 탄성지지체를 나타내는 (a)사시도, (b)평면도, (c)측면도,
도 6은 도 5에 도시된 탄성지지체의 변형된 실시예를 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명에 의한 탄성지지체의 하중-변위 특성을 나타내는 그래프이다.
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.
본 발명의 상세한 설명에 있어서, 특별한 언급이 없는 한 방향은 설명의 편의를 위하여 서포트 요크의 앞쪽인 랙바 방향은 전방으로, 그 반대 방향은 후방으로 지정하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙바 지지장치를 나타낸 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙바 지지장치를 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙바 지지장치 중 탄성지지체를 나타내는 (a)사시도, (b)평면도, (c)측면도, 도 6은 도 5에 도시된 탄성지지체의 변형된 실시예를 나타내는 사시도, 도 7은 본 발명에 의한 탄성지지체의 하중-변위 특성을 나타내는 그래프이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙바 지지장치는, 랙바(140)의 후방면을 피니언(120) 쪽으로 지지하며 기어박스(130)에 결합되는 서포트 요크(320)와, 상기 서포트 요크(320)와 하기 요크 플러그(310)의 사이에 결합되어 상기 서포트 요크(320)에 탄성력을 가하며 상기 서포트 요크(320)로부터 전달되는 하중을 지지하되, 상기 하중 전달시 탄성 변형되며 지지되는 대변형부(330a)와 소변형부(330b)를 구비하는 탄성지지체(330), 및 상기 탄성지지체(330)를 지지하며 기어박스(130)에 결합되는 요크 플러그(310)를 포함하여 구성된다.
서포트 요크(320)는 피니언(120) 기어와 치합되는 랙바(140)의 후방면에 밀착되어 랙 기어와 피니언(120) 기어의 치합이 잘 이루어지도록 랙바(140)를 전방으로 지지하는데, 이와 같은 서포트 요크(320)는 랙바(140)와 피니언(120) 기어가 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록, 요크 플러그(310)에 지지되며 발생되는 탄성지지체(330)의 탄성력에 의해 서포트 요크(320)와 랙바(140)의 일정한 유격을 유지하면서 서포트 요크(320)를 전방으로 밀어주게 되어 있다.
여기서, 서포트 요크(320)의 전방에는 랙바(140)를 지지하는 오목한 아크 형상의 지지면(325)이 형성되어 있고, 지지면(325)에는 랙바(140)의 슬라이딩 운동시 랙바(140)와의 마찰력을 줄이고 마모를 줄이는 요크 시트가 결합될 수 있으며, 요크 플러그(310)에는 기어박스(130)에 조립시 필요한 공구홈(315)이 구비된다.
그리고, 서포트 요크(320)는 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 전방면에서 랙바(140)의 후방면에 밀착 되고, 후방면에는 탄성지지체(330)가 요크 플러그(310)에 지지되면서 발생되는 탄성력을 서포트 요크(320)에 전가하여 서포트 요크(320)와 랙바(140)와의 일정한 유격을 유지하게 함과 동시에, 노면으로부터 랙바(140)를 타고 서포트 요크(320)로 전달되는 역방향의 충격 하중을 지지하게 되어 있다.
서포트 요크(320)와 요크 플러그(310)의 사이에 결합되는 탄성지지체(330)는 대체적으로 중심부가 볼록한 곡면판 형상으로 형성되는데, 중심부가 뚫린 환형의 소변형부(330b)와 소변형부(330b)의 최외곽에서 방사상으로 돌출되며 형성되는 대변형부(330a)로 형성되어 있다.
이와 같은 탄성지지체(330)는 대변형부(330a)가 둘 이상 형성될 수 있는데, 이렇게 대변형부(330a)가 둘 이상 형성되는 경우에는 각각의 대변형부(330a)가 탄성지지체(330)의 중심을 기준으로 서로 동일한 각도의 위치에 형성되는 것이 좋으며, 도 5와 도 6에서는 일례로 대변형부(330a)가 셋인 경우를 도시하였다.
즉, 요크 플러그(310)와 서포트 요크(320)의 사이에 압축되며 결합되어 양측 방향으로 탄성력을 가하는 탄성지지체(330)는, 요크 플러그(310)가 기어박스(130)의 실린더(250)에 체결되어 고정되기 때문에 랙바(140)와 서포트 요크(320)와의 유격만큼 서포트 요크(320)를 랙바(140) 방향으로 밀게 된다.
이때 랙바(140)의 슬라이딩 왕복 운동과 노면으로부터 유입되는 불규칙한 충격 등으로 인해 서포트 요크(320)는 랙바(140)의 반대 방향뿐만 아니라 이와 방사상으로 소정의 각도를 이루는 불규칙한 충격 하중이 전달된다.
따라서, 도 5에 도시된 것처럼 탄성지지체(330)의 대변형부(330a)로부터 소변형부(330b)로 충격이 전달되면서 탄성 변형이 이루어질 때 대변형부(330a)가 셋이상 구비되어 이들 대변형부(330a)가 탄성지지체(330)의 중심을 기준으로 서로 동일한 각도(A)의 위치에 형성되는 것이 서포트 요크(320)를 보다 견고하게 지지하게 된다.
그리고, 탄성지지체(330)는 대변형부(330a)의 두께가 소변형부(330b)의 두께보다 작게 형성되거나, 대변형부(330a)의 외측 끝단으로부터 소변형부(330b)의 내측 끝단부로 갈수록 두께가 두껍게 형성될 수도 있다.
이렇게 대변형부(330a)가 소변형부(330b)보다 두께가 얇게 형성되거나 소변형부(330b) 쪽으로 갈수로 두껍게 형성됨으로써 대변형부(330a)의 탄성 변형이 먼저 발생되는 것을 유도하여 상이한 탄성 변형력을 하나의 부품에서 얻을 수 있게 된다.
더욱이 탄성지지체(330)는 도 6의 (a)와 같이 대변형부(330a)의 외측면과 내측면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 그루브(Groove, 335)가 형성되거나, 도 6의 (b)와 같이 대변형부(330a)의 일측 단부와 타측 단부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 놋치(Notch, 337)가 형성될 수도 있는데, 이 또한 대변형부(330a)의 탄성 변형이 먼저 발생되는 것을 유도하여 낮은 탄성 변형력을 갖는 대변형부(330a)와 상대적으로 이에 비해 높은 탄성 변형력을 갖는 소변형부(330b)를 구비할 수 있게 된다.
여기서, 대변형부(330a)는 하중이 작아도 쉽게 탄성 변형이 이루어지는 부위로써, 서포트 요크(320)와 랙바(140)와의 마모로 인한 유격 증대시 이를 보상해 주는 역할을 하게되며, 역방향의 충격 하중이 서포트 요크(320)로부터 전달되면 대변형부(330a)가 먼저 탄성 변형되면서 하중을 흡수하게 된다.
그리고, 소변형부(330b)는 대변형부(330a)에 비하여 하중이 상대적으로 큰 경우에 탄성 변형이 이루어지는 부위로써, 서포트 요크(320)와 랙바(140)와의 유격 보상보다는 주로 노면으로부터 유입되는 역방향의 충격 하중을 지탱하면서 흡수하여 서포트 요크(320)와 요크 플러그(310)의 사이에서 발생되는 래틀 노이즈를 방지하게 된다.
따라서, 대변형부(330a)는 작은 하중 변화에도 변위의 변화가 크므로 서포트 요크(320)와 랙바(140)와의 유격을 보상하게 되고, 아울러 소변형부(330b)는 대변형부(330a)를 지지함과 동시에 자동차의 주행시 순간적으로 역입력되는 충격 하중을 흡수하여 래틀 노이즈를 방지하게 되므로, 하나의 탄성지지체(330)를 통해 두가지의 탄성 변형 특성을 얻을 수 있게 된다.
즉, 도 7에 도시된 것처럼 역입력되는 하중이 상대적으로 낮은 영역인 "A" 영역에서는 대변형부(330a)가 주로 탄성 변형을 하면서 서포트 요크(320)와 랙바(140)와의 유격을 보상하게 되고, 역입력되는 하중이 상대적으로 높은 영역인 "B" 영역에서는 소변형부(330b)가 주로 탄성 변형을 하면서 충격을 흡수하여 래틀 노이즈를 방지하게 되는 것이다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 있어서, 노면으로부터 전달되는 충격 하중이 작은 경우에는 작은 탄성력으로 서포트 요크와 랙바와의 유격을 보상하고, 이에 비해 전달되는 충격 하중이 큰 경우에는 큰 탄성력으로 충격을 흡수하여 래틀 노이즈를 방지할 수 있게 되어 자동차의 주행시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과가 있게 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.
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.
130: 기어박스 140: 랙바
310: 요크 플러그 320: 서포트 요크
330: 탄성지지체 330a: 대변형부
330b: 소변형부 335: 그루브
337: 놋치

Claims (7)

  1. 랙바의 후방면을 피니언 쪽으로 지지하며 기어박스에 결합되는 서포트 요크;
    상기 서포트 요크와 하기 요크 플러그의 사이에 결합되어 상기 서포트 요크에 탄성력을 가하며 상기 서포트 요크로부터 전달되는 하중을 지지하되, 상기 하중 전달시 탄성 변형되며 지지되는 대변형부와 소변형부를 구비하는 탄성지지체; 및
    상기 탄성지지체를 지지하며 기어박스에 결합되는 요크 플러그를 포함하되,
    상기 하중 전달시 상기 대변형부가 상기 소변형부보다 먼저 탄성 변형이 이루어지면서 하중을 흡수하도록, 상기 소변형부는 중심부가 뚫린 환형의 곡면판 형상으로 형성되고, 상기 대변형부는 상기 소변형부의 최외곽에서 방사상으로 돌출되며 셋이상이 상기 탄성지지체의 중심을 기준으로 서로 동일한 각도의 위치에 형성되며,
    상기 탄성지지체는 상기 대변형부의 두께가 상기 소변형부의 두께보다 얇게 형성되거나, 상기 대변형부의 외측 끝단으로부터 상기 소변형부의 내측 끝단부로 갈수록 두께가 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성지지체는 상기 대변형부의 탄성 변형이 용이하게 발생되도록, 상기 대변형부의 외측면과 내측면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 원주방향으로 그루브(Groove)가 형성되거나, 상기 대변형부의 일측 단부와 타측 단부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 원주방향으로 놋치(Notch)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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