KR101307633B1 - 랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치 - Google Patents

랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은 랙하우징의 내측에 결합되고 내주면에 랙바가 삽입되어 랙바를 직선 이동시키는 것으로, 상기 랙바의 경방향으로 형성되되 외주면은 상기 랙하우징에 삽입되고 내주면은 상기 랙바의 외주면과 이격되도록 형성되는 환형의 지지부와, 상기 지지부의 양측에서 랙바의 중심축 방향으로 연장 형성되되 볼록한 면과 오목한 면으로 형성되어 상기 랙바를 지지하는 탄성변형부가 구비되어 있는 랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 랙바의 축방향과 수직방향의 하중을 원활히 지지하여 랙부시의 이상 마모를 저감하고, 랙바의 운동시 랙바를 통해 전달되는 외력에 의한 래틀 노이즈를 줄일 수 있으며 외부 충격에 의한 하중을 분산시켜 랙바와 피니언축의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
조향장치, 랙바, 랙부시, 랙하우징, 랙 스토퍼

Description

랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치{Rack Bush, and Rack and Pinion Type Steering Apparatus for Vehicle having The Same}
본 발명은 랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 랙바의 축방향과 수직방향의 하중을 원활히 지지하여 랙부시의 이상 마모를 저감하고, 랙바의 운동시 랙바를 통해 전달되는 외력에 의한 래틀 노이즈를 줄일 수 있으며 외부 충격에 의한 하중을 분산시켜 랙바와 피니언축의 파손을 방지할 수 있는 랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 조향장치는 운전자에 의해 바퀴를 움직일 수 있도록 운전석과 바퀴 사이에 마련되는 것으로서, 운전석의 조향휠 하측에 마련되는 조향축, 이 조향축과 연결되는 기어박스, 그리고 기어박스의 동작에 따라 바퀴를 직접 동작시킬 수 있도록 좌, 우 양측으로 연장되어 바퀴에 연결되는 랙바를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래기술에 의한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 조향휠(110)과 조향축(115)의 하측에는 측면에 랙 하우징과 연결된 기어박스(125)가 마련된다.
기어박스(125)는 그 내부 상측에는 조향축(115)과 연결되어 조향휠(110)에서 발생되는 회전력을 전달받을 수 있도록 입력축(120)이 마련된다.
기어박스(125)의 내부 하측에는 입력축(120)을 통해 전달된 회전력에 의해 회전하며 끝단 외주부에 이가 형성된 피니언(미도시)이 구비되고 기어박스(125)의 하부 외측에는 기어박스(125)와 일체로 형성되며 양측으로 연장되는 랙하우징(137)이 마련된다.
랙하우징(137)은 중공관으로서 양측이 개구되어 형성되며, 개구된 입구의 일측에는 랙부시(160) 및 랙 스토퍼(165) 등이 설치되고, 그 외주측에는 벨로우즈(150)가 설치되어 있다.
랙하우징(137)의 내부에는 기어박스(125)에 마련된 피니언과 치결합될 수 있도록 그 중간에 랙이 형성된 랙바(140)가 마련된다.
랙바(140)는 랙하우징(137)의 내부에서 축방향으로 직선 이동되도록 마련되는 것으로서, 기어박스(125)의 피니언과 치결합될 수 있도록 그 중간에 랙이 형성되어 있고, 랙바(140)의 좌,우측은 볼 하우징(175)에 볼이 삽입되어 결합되는 이너 볼 조인트를 매개로 타이로드(155)와 연결되어 바퀴를 조향하게 된다.
한편, 개구되어 형성된 랙하우징(137)의 일측에는 랙바(140)를 지지하면서 랙바(140)의 이동을 안내할 수 있도록 랙부시(160)가 마련된다.
랙부시(160)는 중공으로 마련되어 외주면이 랙하우징(137)의 내주면과 단차부(135)에 밀착되어 고정되고, 랙부시(160)의 내주면은 삽입되는 랙바(140)의 외주 면과 밀착되어 랙바(140)의 슬라이딩을 안내하게 되어 있고, 반대측 타단에는 랙 스토퍼(165)가 랙하우징(137)에 압입되어 있다.
즉, 랙부시(160)의 끝단에는 랙하우징(137)을 밀폐할 수 있도록 중공으로 마련되어 랙부시(160)와 밀착되면서, 랙하우징(137)의 내주면에 밀착 고정되는 랙 스토퍼(165)가 설치되어 랙부시(160)의 이탈을 방지하게 된다.
이러한 종래 기술에 의한 랙부시와 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치는 운전자의 조향휠 조타시 랙바의 축방향과 수직방향의 하중이 랙바와 랙부시 및 랙하우징을 통해 전달되면서 랙부시의 이상 마모와 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 랙부시가 랙바의 축방향과 수직방향의 하중을 원활히 지지하지 못하여, 노면을 통해 외부로부터 전달되는 충격에 의해 랙바와 피니언축의 파손이 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 랙바의 축방향과 수직방향의 하중을 원활히 지지하여 랙부시의 이상 마모를 저감하고, 랙바의 운동시 랙바를 통해 전달되는 외력에 의한 래틀 노이즈를 줄일 수 있으며 외부 충격에 의한 하중을 분산시켜 랙바와 피니언축의 파손을 방지할 수 있는 랙부시 및 이를 구비한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 랙하우징의 내측에 결합되고 내주면에 랙바가 삽입되어 랙바를 직선 이동시키는 것으로, 상기 랙바의 경방향으로 형성되되 외주면은 상기 랙하우징에 삽입되고 내주면은 상기 랙바의 외주면과 이격되도록 형성되는 환형의 지지부와, 상기 지지부의 양측에서 랙바의 중심축 방향으로 연장 형성되되 볼록한 면과 오목한 면으로 형성되어 랙바를 지지하는 탄성변형부가 구비되어 있는 랙부시를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 랙부시와; 상기 랙부시가 내측에 결합되는 랙하우징; 및 피니언과 치결합되고 상기 랙부시의 내주면에 지지되어 상기 랙하우징을 왕복운동하면서 조향축의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 랙바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 랙바의 축방향과 수직방향의 하중을 원활히 지지하여 랙부시의 이상 마모를 저감하고, 랙바의 운동시 랙바를 통해 전달되는 외력에 의한 래틀 노이즈를 줄일 수 있으며 외부 충격에 의한 하중을 분산시켜 랙바와 피니언축의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
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 2는 본 발명의 실시예에 의한 랙부시를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙부시를 나타내는 단면도이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 랙부시(200)는, 랙하우징(137)의 내측에 결합되고 내주면에 랙바(140)가 삽입되어 랙바(140)를 직선 이동시키는 것으로, 상기 랙바(140)의 경방향으로 형성되되 외주면은 상기 랙하우징(137)에 삽입되고 내주면은 상기 랙바(140)의 외주면과 이격되도록 형성되는 환형의 지지부(210)와, 상기 지지부(210)의 양측에서 랙바(140)의 중심축 방향으로 연장 형성되되 볼록한 면과 오목한 면으로 형성되어 상기 랙바(140)를 지지하는 탄성변형부(220)가 구비되어 있다.
랙바(140)는 조향축의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 것으로, 랙하우징(137)의 내부에서 축방향으로 왕복 운동하게 되고, 랙바(140)의 좌,우측 끝단부는 볼 하우징(도 1의 175 참조)에 볼이 삽입되어 결합되는 이너 볼 조인트를 매개로 타이로드(도 1의 155)와 연결되어 바퀴를 조타하게 되어 있다.
랙하우징(137)은 운전자의 조향휠 조타시 조향축의 피니언과 치결합된 랙바(140)가 랙하우징(137) 내에서 좌,우로 직선 왕복 운동할 수 있도록 랙바(140)를 감싸는 중공관이다.
이 때 랙바(140)는 랙하우징(137)의 내측에 결합된 랙부시(200)에 의해 지지되며 직선 왕복 운동을 하게 되는데, 본 발명의 실시예에 의한 랙부시(200)는 랙바(140)의 경방향으로 형성되는 지지부(210)의 양측으로 얇게 형성되는 탄성변형부(220)가 구비되어 있어서, 이 탄성변형부(220)가 랙하우징(137)과 랙바(140)의 사이에서 수축 이완되는 탄성변형을 하면서 랙바(140)를 통해 입력되는 경방향의 하중과 충격에너지를 줄여 노이즈를 감소하게 되고, 랙부시(200)와 랙바(140)를 밀착시켜 랙바(140)와의 유격에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되는 특징이 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 의한 랙부시(200)는 환형으로 형성되는 지지부(210)가 구비되어 있고, 이 지지부(210)의 양측에는 탄성변형부(220)가 얇게 형성되어 있는데, 정상적인 랙바(140)의 직선운동시에는 지지부(210)의 양측에서 탄성변형 부(220)가 랙바(140)를 지지하지만, 랙바(140)에 경방향의 하중이 역입력되는 경우에는 어느 한쪽의 탄성변형부(220)가 탄성변형하면서 랙하우징(137)의 내주면에 지지되고 다른 한쪽의 탄성변형부(220)는 랙바(140)에 지지되어 서로 수평을 이루려는 복원력이 작용하게 되어 있다.
이 때 지지부(210)는, 탄성변형부(220)의 탄성변형시 복원의 중심을 잡아줄 수 있도록 랙바(140)의 경방향으로 형성되며, 지지부(210)의 외주면은 랙하우징(137)에 견고하게 결합되도록 삽입되고 내주면은 랙바(140)의 외주면과 소정의 간격을 형성하도록 이격되어 형성된다.
여기서, 지지부(210)가 랙하우징(137)에 견고하게 결합되어 지지될 수 있게, 랙하우징(137)의 내주면에는 경방향의 요홈으로 결합홈(230)을 형성하고, 이 결합홈에 지지부(210)의 외주면이 안착되게 결합시킬 수 있다.
따라서, 랙부시(200)는 지지부(210)가 랙하우징의 결합홈(230)에 결합되어 탄성변형부(220)의 탄성변형과 복원을 견고하게 지탱하게 된다.
랙바(140)를 랙하우징(137) 내에서 지지하는 탄성변형부(220)는, 환형의 지지부(210)의 양측면에서 랙바(140)의 중심축 방향 및 상호 반대 방향으로 연장 형성되는데, 랙바(140)에 경방향의 하중이 역입력되는 경우 랙바(140)의 하중을 복원력으로 지지할 수 있도록 랙바(140)쪽으로는 볼록한 면을 구비하고 랙하우징(137)쪽으로는 오목한 면을 구비하도록 형성된다.
또한, 탄성에 의한 복원력이 용이하게 발생할 수 있도록, 탄성변형부(220)를 경방향으로 서로 이격되게 수개로 분리 형성함으로써, 랙부시와 랙바(140)와의 조 립도 용이해지고, 랙바(140)의 제조상 또는 내구진행으로 인한 벤딩 변형이 발생되어도 랙바(140)와 랙부시(200)의 습동저항이 증가되는 것을 방지할 수도 있게 된다.
또한, 탄성변형부(220)의 끝단부는 랙하우징(137)의 내주면과 소정의 간격을 형성하도록 이격되게 형성되어 있어서, 랙바(140)에 경방향의 하중이 역입력되는 경우에, 어느 한쪽의 탄성변형부(220)가 랙하우징(137)의 내주면에 지지되어 과도한 변형이 발생되는 것을 방지하면서, 랙바(140)에 복원력을 작용하게 되어 있다.
이러한 탄성변형부(220)는 지지부(210)를 기준으로 양측의 탄성변형부(220)가 서로 엇갈려서 형성될 수도 있다.
랙부시(200)는 내마모성과 저마찰성이 우수하고 소정의 휨과 강성을 구비하며 열에 의한 신축성이 적은 재질로 형성될 것이 요구되므로, 이와 같은 성질을 구비하는 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.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 랙부시(200)는, 랙부시(200)가 내측에 결합되는 랙하우징(137)과, 피니언과 치결합되고 랙부시의 내주면에 지지되어 랙하우징(137)을 왕복운동하면서 조향축의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 랙바(140)를 포함하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 구성하게 된다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 랙바의 축방향과 수직방향 의 하중을 원활히 지지하여 랙부시의 이상 마모를 저감하고, 랙바의 운동시 랙바를 통해 전달되는 외력에 의한 래틀 노이즈를 줄일 수 있으며 외부 충격에 의한 하중을 분산시켜 랙바와 피니언축의 파손을 방지할 수 있는 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. 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 아 니라 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 종래기술에 의한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 나타내는 부분 단면도;
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 랙부시를 나타내는 사시도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙부시를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
137: 랙하우징 140: 랙바
200: 본 발명에 의한 랙부시 210: 지지부
220: 탄성변형부 230: 결합홈

Claims (7)

  1. 랙하우징의 내측에 결합되고 내주면에 랙바가 삽입되어 랙바를 직선 이동시키는 것으로,
    상기 랙바의 경방향으로 형성되되 외주면은 상기 랙하우징에 삽입되고 내주면은 상기 랙바의 외주면과 이격되도록 형성되는 환형의 지지부와,
    상기 지지부의 양측에서 랙바의 중심축 방향으로 연장 형성되되 볼록한 면과 오목한 면으로 형성되어 상기 랙바를 지지하는 탄성변형부가 구비되며,
    상기 랙하우징의 내주면에는 경방향의 요홈으로 형성되는 결합홈이 형성되어, 상기 결합홈에 상기 지지부의 외주면이 안착되며 결합되는 것을 특징으로 하는 랙부시.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성변형부는 상기 랙바쪽으로는 볼록한 면을 구비하고 상기 랙하우징쪽으로는 오목한 면을 구비하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 랙부시.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성변형부는 경방향으로 서로 이격되게 수개로 분리 형성되는 것을 특징으로 하는 랙부시.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성변형부의 끝단부는 상기 랙하우징의 내주면과 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙부시.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성변형부는 상기 지지부를 기준으로 양측의 탄성변형부가 서로 엇갈려서 형성되는 것을 특징으로 하는 랙부시.
  7. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 랙부시;
    상기 랙부시가 내측에 결합되는 랙하우징; 및
    피니언과 치결합되고 상기 랙부시의 내주면에 지지되어 상기 랙하우징을 왕복운동하면서 조향축의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 랙바;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.
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