KR101450325B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 볼들이 랙바와 볼너트로 이루어지는 내주스크류홈과 외주스크류홈을 순환하면서 지속적인 마찰에 의해 발생되는 쇳가루로 인해 발생되는 마찰력을 낮추고 노이즈를 방지하는 효과가 있게 된다.
또한, 랙바와 볼너트의 사이에 분산되어 있는 쇳가루를 한곳으로 모아 외부에서 쉽게 제거할 수 있게 되어 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 정비성을 향상시키는 효과를 갖게 된다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼들이 랙바와 볼너트로 이루어지는 내주스크류홈과 외주스크류홈을 순환하면서 지속적인 마찰에 의해 발생되는 쇳가루로 인해 발생되는 마찰력을 낮추고 노이즈를 방지하며 또한, 랙바와 볼너트의 사이에 분산되어 있는 쇳가루를 한곳으로 모아 외부에서 쉽게 제거할 수 있게 되어 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 정비성을 향상시키는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 벨트식 전동장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트(210)를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함하여 구성된다.
벨트식 전동장치(170)는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 고정된 모터풀리(205a), 모터풀리(205a)에 감겨진 벨트(210), 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)가 구비되고, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 너트풀리(205b) 등으로 구성된다.
볼너트(220)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(240)이 장착되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 볼들이 랙바와 볼너트의 내주스크류홈과 외주스크류홈을 순환하면서 지속적인 마찰에 의해 쇳가루가 발생되어 마찰력이 높아지고 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 랙바와 볼너트의 사이에 분산되어 있는 쇳가루로 인해 동력 전달의 효율이 떨어지고 정확한 조향 보조력을 전달하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 이로 인해 볼너트, 너트풀리, 모터나 전자 제어 장치에 오류 내지는 파손이 심한 경우에는 자동차의 고속 주행중에 운전자에게 조향 불능이 발생되어 안전 사고를 야기하는 치명적인 문제점도 발생되었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 본 발명에 의하면, 볼들이 랙바와 볼너트로 이루어지는 내주스크류홈과 외주스크류홈을 순환하면서 지속적인 마찰에 의해 발생되는 쇳가루로 인해 발생되는 마찰력을 낮추고 노이즈를 방지하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 랙바와 볼너트의 사이에 분산되어 있는 쇳가루를 한곳으로 모아 외부에서 쉽게 제거할 수 있게 되어 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 정비성을 향상시키는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 외주면에 나선형으로 형성된 외주스크류홈을 구비하는 랙바; 내주면에 상기 외주스크류홈과 대응되는 내주스크류홈을 구비하며, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로가 형성되어 있는 볼너트; 상기 외주스크류홈과 내주스크류홈에 삽입되어 구름 이동하면서 상기 랙바를 슬라이딩시키는 수개의 볼을 포함하되, 상기 볼의 사이에는 자력(磁力)을 구비한 적어도 한개의 마그네틱 볼이 배치되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 볼들이 랙바와 볼너트로 이루어지는 내주스크류홈과 외주스크류홈을 순환하면서 지속적인 마찰에 의해 발생되는 쇳가루로 인해 발생되는 마찰력을 낮추고 노이즈를 방지하는 효과가 있게 된다.
또한, 랙바와 볼너트의 사이에 분산되어 있는 쇳가루를 한곳으로 모아 외부에서 쉽게 제거할 수 있게 되어 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 정비성을 향상시키는 효과를 갖게 된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 벨트식 전동장치를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도;
도 4는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도;
도 5는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 마그네틱 볼을 나타내는 도면;
도 6과 도 7은 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 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 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도, 도 5는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 마그네틱 볼을 나타내는 도면, 도 6과 도 7은 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 외주면에 나선형으로 형성된 외주스크류홈(155a)을 구비하는 랙바(155); 내주면에 상기 외주스크류홈(155a)과 대응되는 내주스크류홈(310a)을 구비하며, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로(315)가 형성되어 있는 볼너트(310); 상기 외주스크류홈(155a)과 내주스크류홈(310a)에 삽입되어 구름 이동하면서 상기 랙바(155)를 슬라이딩시키는 수개의 볼(320)을 포함하여 구성되며, 상기 볼(320)의 사이에는 자력(磁力)을 구비한 적어도 한개의 마그네틱 볼(330)이 배치되는 것을 특징으로 한다.
이를 도 1 및 도 2와 같이 참조하여 살펴보면, 랙구동형 동력 보조 조향장치의 벨트식 전동장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 상기 모터(165)의 축(165a)에 결합된 모터풀리(205a), 벨트(210) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(310)가 구비되고, 볼너트(310)의 외주면에 너트풀리(205b)가 결합된다.
모터(165)와 연결된 모터풀리(205a)와, 랙바(155)와 연결된 너트풀리(205b)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(205a)와 너트풀리(205b)에는 벨트(210)가 끼워져 모터(165)의 회전력을 볼너트(310)를 통해 랙바(155)에 전달하고, 볼너트(310)의 동작에 의하여 랙바(155)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(310)는 볼(320)을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)과 기어하우징(미도시)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(310)의 외주면에는 볼너트(310)를 회전시키는 너트풀리(205b)와, 볼너트(310)의 회전을 지지하는 베어링(240)이 장착된다.
볼너트(310)의 내주면과 랙바(155)의 외주면에는 랙바(155)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(155)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 외주스크류홈(155a)과, 이에 삽입되는 볼(320) 및, 외주스크류홈(155a)과 대응되게 볼너트(310)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 내주스크류홈(310a)으로 이루어진다.
볼너트(310)는 내주면에 내주스크류홈(310a)이 형성된 중공관으로서, 외주면 일측에 너트풀리(205b)가 밀착 설치되고, 이 볼너트(310)의 외주면 타측에는 베어링(240)이 설치되며, 이 베어링의 외륜 끝단과 외주면 일단에는 락스크류가 랙하우징(200)의 내주면에 나사결합되어 베어링(240)을 지지하며 고정된다.
또한, 볼너트(310)의 일측에는 내주면과 외주면 사이에 축방향으로 관통된 볼순환로(315)가 형성되어 있어서, 볼들이 일측으로부터 내주스크류홈(310a)과 외주스크류홈(155a)을 타고 타측으로 구름 이동한 후에는 볼순환로(315)를 통해 다시 순환할 수 있게 되어 있다.
이렇게 볼들이 랙바(155)와 볼너트(310)로 이루어지는 내주스크류홈(310a)과 외주스크류홈(155a)을 순환하게 되면 지속적인 마찰에 의해 쇳가루가 발생되어 볼(320)의 운동을 방해하여 마찰력을 높이고 노이즈를 발생하게 된다.
따라서, 볼(320)의 사이에 적어도 한개의 마그네틱 볼(330)을 배치하여 발생된 쇳가루를 자력(磁力)으로 수거하게 되어 있다.
즉, 마그네틱 볼(330)이 다른 볼(320)들과 함께 내주스크류홈(310a)과 외주스크류홈(155a)을 순환하면서 떨어져 있는 쇳가루들을 마그네틱 볼(330)의 표면에 달라 붙게 되어 이곳 저곳에 분산되어 있는 쇳가루들을 수거하게 되는 것이다.
이러한 마그네틱 볼(330)은 표면에 쇳가루가 붙은 채로 순환할 때 내주스크류홈(310a)과 외주스크류홈(155a) 및 다른 볼들과 간섭이 발생되지 않도록 볼(320)보다 직경이 작게 형성되며, 외주면에 오목하게 함몰된 수개의 요홈부(330a)가 형성되어 있어서, 쇳가루가 마그네틱 볼(330)의 표면에서 요홈부(330a)쪽으로 모일 수 있게 되어 차후에 쇳가루의 제거를 용이하게 되어 있다.
또한, 마그네틱 볼(330)은 외주면에 탄성재질로 형성되는 탄성부(330b)가 구비되며 탄성부(330b)에는 경방향으로 형성된 수개의 홀(330c)이 구비되어 있어서, 쇳가루가 표면으로부터 홀(330c) 안쪽으로 모일 수 있게 되어 있다.
또한, 마그네틱 볼(330)과 바로 인접되는 볼(320a)은 탄성재질로 형성될 수 있는데, 인접된 볼(320a)이 탄성재질로 형성됨으로써, 쇳가루가 달라 붙은 마그네틱 볼(330)이 그 상태로 구름 이동하면서 인접된 볼(320a)과 접촉에 의한 스크래치를 방지하면서 노이즈를 방지할 수 있게 되어 있다.
한편, 이렇게 마그네틱 볼(330)에 의해 수거된 쇳가루는 랙바(155)와 볼너트(310)의 분해 조립을 통해 제거할 수 있지만 이를 보다 용이하게 하는 별도의 쇳가루 제거 구조를 구비하고 있다.
즉, 도 6에 도시된 것처럼, 볼너트(310)의 외주면 일측에는 마그넷(340)이 장착되는 장착홈(317)이 형성되고 이 장착홈(317)의 바닥면에는 볼순환로(315)와 연통되는 연통홀(319)이 구비되어 있는데, 마그넷(340)의 자력이 마그네틱 볼(330)보다 크게 되어 있다.
따라서, 쇳가루가 부착된 마그네틱 볼(330)이 볼순환로(315)를 통과할 때 연통홀(319) 부근에서 진동에 의해 또는 마그넷(340)의 더 큰 자력(磁力)에 의해 연통홀(319)을 통해 이동되어 마그넷(340)에 부착하게 되어 작업자는 볼너트(310)와 랙바(155)를 분해하지 않아도 볼너트(310)의 외부에서 마그넷(340)을 분리하여 쇳가루를 제거할 수 있게 된다.
또한, 도 7에 도시된 것처럼, 볼너트(310)의 외주면 타측에는 마그넷(340)이 장착되는 장착홈(317)이 형성되고, 이 장착홈(317)의 바닥면에는 내주스크류홈(310a)과 연통되는 연통홀(319)이 구비될 수 있는데, 이 경우에는 쇳가루가 부착된 마그네틱 볼(330)이 내주스크류홈(310a)을 통과할 때 연통홀(319) 부근에서 진동에 의해 또는 마그넷(340)의 더 큰 자력(磁力)에 의해 연통홀(319)을 통해 이동되어 마그넷(340)에 부착하게 되어 작업자는 볼너트(310)와 랙바(155)를 분해하지 않아도 볼너트(310)의 외부에서 마그넷(340)을 분리하여 쇳가루를 제거할 수 있게 된다.
이와 같은 쇳가루 제거 구조는 볼순환로(315)와 내주스크류홈(310a) 중 어느 한쪽이나 양쪽 모두에 형성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 볼들이 랙바와 볼너트로 이루어지는 내주스크류홈과 외주스크류홈을 순환하면서 지속적인 마찰에 의해 발생되는 쇳가루로 인해 발생되는 마찰력을 낮추고 노이즈를 방지하는 효과가 있게 된다.
또한, 랙바와 볼너트의 사이에 분산되어 있는 쇳가루를 한곳으로 모아 외부에서 쉽게 제거할 수 있게 되어 부품을 보호하여 내구성을 증대시키고, 정비성을 향상시키는 효과를 갖게 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.
155: 랙바 155a: 외주스크류홈
310: 볼너트 310a: 내주스크류홈
315: 볼순환로 317: 장착홈
319: 연통홀 320: 볼
330: 마그네틱 볼 340: 마그넷

Claims (10)

  1. 외주면에 나선형으로 형성된 외주스크류홈을 구비하는 랙바;
    내주면에 상기 외주스크류홈과 대응되는 내주스크류홈을 구비하며, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로가 형성되어 있는 볼너트;
    상기 외주스크류홈과 내주스크류홈에 삽입되어 구름 이동하면서 상기 랙바를 슬라이딩시키는 수개의 볼을 포함하되,
    상기 볼의 사이에는 자력(磁力)을 구비한 적어도 한개의 마그네틱 볼이 배치되고, 상기 마그네틱 볼은 표면에 쇳가루가 붙은 채로 순환할 때 상기 내주스크류홈과 외주스크류홈 및 상기 볼과 간섭이 발생되지 않도록 상기 볼보다 직경이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네틱 볼은 외주면에 오목하게 함몰된 수개의 요홈부가 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네틱 볼은 외주면에 탄성재질로 형성되는 탄성부가 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄성부에는 경방향으로 형성된 수개의 홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네틱 볼과 바로 인접되는 볼은 탄성재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼너트의 외주면 일측에는 마그넷이 장착되는 장착홈이 형성되고, 상기 장착홈의 바닥면에는 상기 볼순환로와 연통되는 연통홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 볼너트의 외주면 타측에는 마그넷이 장착되는 장착홈이 형성되고, 상기 장착홈의 바닥면에는 상기 내주스크류홈과 연통되는 연통홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마그넷의 자력(磁力)이 상기 마그네틱 볼의 자력(磁力)보다 큰 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  10. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼너트의 외주면 일측에는 마그넷이 장착되는 장착홈이 형성되고, 상기 장착홈의 바닥면에는 상기 내주스크류홈과 연통되는 연통홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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