KR101450331B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼을 자연스럽게 순환시키면서도 볼너트와 너트풀리의 두께와 부피, 무게를 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 볼너트의 내주면과 외주면 사이에 중공의 볼순환로를 가공할 필요가 없게 되어 가공비를 낮출 수 있게 되고 제조 공정이 단순해지며 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있게 되어 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과가 있게 된다.

Description

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

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼을 자연스럽게 순환시키면서도 볼너트와 너트풀리의 두께와 부피, 무게를 감소시킬 수 있게 되고 또한, 가공비를 낮출 수 있게 되고 제조 공정이 단순해지며 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있게 되어 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 전동모터(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 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 엔드캡(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 볼너트의 내주면과 외주면 사이에 중공의 볼순환로를 별도로 가공해야만 하여 가공비가 높아지고 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.

또한, 엔드캡이 볼너트의 외부로 노출되고 볼이 급격한 방향 전환을 하여 볼순환시 충격음과 마찰음이 커지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼을 자연스럽게 순환시키면서도 볼너트와 너트풀리의 두께와 부피, 무게를 감소시키는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 볼너트의 내주면과 외주면 사이에 중공의 볼순환로를 가공할 필요가 없도록 하여 가공비를 낮고 되고 제조 공정을 단순화함과 동시에 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄여 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 성취하기 위한 본 발명의 일실시예는, 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바; 내주면에는 상기 랙바의 외주스크류홈에 대응되는 내주스크류홈을 구비하고, 일측과 타측에 각각 상기 내주스크류홈으로부터 외주면을 관통하는 볼출입홀이 구비되어 있는 볼너트; 상기 볼너트의 외주측에 결합되되, 내주면에 상기 볼출입홀을 연결하는 볼순환홈이 형성되어 있는 너트풀리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼을 자연스럽게 순환시키면서도 볼너트와 너트풀리의 두께와 부피, 무게를 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 볼너트의 내주면과 외주면 사이에 중공의 볼순환로를 가공할 필요가 없게 되어 가공비를 낮출 수 있게 되고 제조 공정이 단순해지며 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있게 되어 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과가 있게 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 조향장치를 나타내는 분해사시도;
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 너트풀리를 나타내는 정면도와 평면도;
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 볼너트를 나타내는 사시도;
도 6은 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 볼너트와 너트풀리가 결합된 상태를 나타내는 단면도;
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 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 조향장치를 나타내는 분해사시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 너트풀리를 나타내는 정면도와 평면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 볼너트를 나타내는 사시도, 도 6은 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 볼너트와 너트풀리가 결합된 상태를 나타내는 단면도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 나타내는 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 외주면에 외주스크류홈(145)이 형성되어 있는 랙바(140); 내주면에는 상기 랙바(140)의 외주스크류홈(145)에 대응되는 내주스크류홈(325)을 구비하고, 일측과 타측에 각각 상기 내주스크류홈(325)으로부터 외주면을 관통하는 볼출입홀(327)이 구비되어 있는 볼너트(320); 상기 볼너트(320)의 외주측에 결합되되, 내주면에 상기 볼출입홀(327)을 연결하는 볼순환홈(315)이 형성되어 있는 너트풀리(310)를 포함하여 구성된다.

이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 전동모터와, 전동모터의 축에 고정된 구동풀리(미도시), 상기 구동풀리에 감겨진 구동벨트 등으로 이루어지고, 종동수단은 랙바(140)를 감싸는 랙하우징(도 1의 120 참조)의 내부에 랙바(140)를 지지하는 볼너트(320), 및 볼너트(320)를 회전시키는 너트풀리(310) 등으로 이루어진다.

전동모터의 구동풀리와 너트풀리(310)는 서로 평행하게 배치되며, 이 구동풀리와 너트풀리(310)에는 구동벨트가 끼워져 전동모터의 회전력을 볼너트(320)에 전달하고, 볼너트(320)의 동작에 의하여 랙바(140)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.

볼너트(320)는 볼을 매개로 랙바(140)와 결합되어 구동벨트에 결합되는 구동풀리와 너트풀리(310)에 의해 회전하면서 그 회전력으로 상기 랙바(140)를 슬라이딩시키게 된다.

볼너트(320)와 랙바(140)에는 랙바(140)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(140)의 외주면에 반구형 또는 반타원형 단면의 나선형으로 마련되는 외주스크류홈(145)과, 이에 삽입되는 볼(미도시) 및, 외주스크류홈(145)과 대응되게 볼너트(320)의 내주면에 반구형 또는 반타원형 단면의 나선형으로 마련되는 내주스크류홈(325)으로 이루어진다.

양측 바퀴와 연결되어 자동차의 조향을 작동하는 랙바(140)는 외주면에 외주스크류홈(145)이 형성되어 볼너트(320)와 결합된다.

그리고, 볼을 매개로 랙바(140)와 결합되는 볼너트(320)는 내주면에 랙바(140)의 외주스크류홈(145)에 대응되는 내주스크류홈(325)이 형성된 중공관으로 형성되어 있다.

또한, 볼너트(320)의 일측과 타측에는 각각 내주스크류홈(325)으로부터 외주면을 관통하는 볼출입홀(327)이 형성되어 있다.

볼너트(320)의 외주측에 결합되는 너트풀리(310)는 내주면에 볼너트(320)의 볼출입홀(327)을 연결하는 볼순환홈(315)이 형성되어 있어서, 볼너트(320)가 회전하면서 랙바(140)를 슬라이딩시킬 때 볼이 랙바(140)와 볼너트(320)의 스크류홈과 볼순환을 통해 어느 일측 방향으로 순환되도록 되어 있다.

한편, 볼너트(320)는 외주면에 단턱부(323)가 구비되어 있어서 너트풀리(310)의 일측이 볼너트(320)의 단턱부(323) 일측에 지지되며 결합되고 너트풀리(310)의 타측은 볼너트(320)의 외주면에 나사결합되는 록너트(미도시)에 의해 고정되며, 단턱부(323)의 타측에는 베어링(330)이 볼너트(320)의 외주면에 나사결합되는 록너트(340)에 의해 고정된다.

이때 볼너트(320)와 너트풀리(310)의 결합시 볼너트(320)의 볼출입홀(327)과 너트풀리(310)의 볼순환홈(315)이 정확한 위치에서 결합되어 볼이 순환될 수 있도록, 도 3과 도 7에 도시된 것처럼 볼너트(320)의 단턱부(323)와 너트풀리(310)의 일측면에는 서로 맞물림되어 결합위치를 고정하는 돌기부(320a)와 요홈부(310a)가 구비된다.

여기서, 서로 대향되는 너트풀리(310)의 일측면과 볼너트(320)의 단턱부(323) 중 어느 한쪽에는 돌기부(320a)를 형성하고 다른 한쪽에는 요홈부(310a)를 형성하게 되는데, 도 3과 도 7에서는 일례로 볼너트(320)의 단턱부(323)에 돌기부(320a)를 형성하고 너트풀리(310)의 일측면에는 요홈부(310a)를 형성한 것을 도시하였다.

볼출입홀(327)은 서로 축방향으로 소정거리 이격된 위치에 두개가 형성되는데, 하나는 볼너트(320)의 단부쪽에 형성되고 다른 하나는 이와 축방향으로 소정거리 이격된 볼너트(320)의 단턱부(323)쪽에 형성되어 볼이 순환할 때 급격한 경로 변화가 없도록 되어 있다.

이와 같은 볼출입홀(327)은 볼이 내주스크류홈(325)에서 볼출입홀(327)을 통해 볼순환홈(315)으로 이동할 때 볼이 급격한 경로 변화가 없도록 내주스크류홈(325)에 접선 방향으로 연결되게 형성된다.

또한, 볼순환홈(315)은 너트풀리(310)의 중심축을 기준으로 나선형으로 형성되며, 너트풀리(310)의 중심축을 기준으로 일측 볼출입홀(327)에서 타측 볼출입홀(327)까지 180도 ~ 360도의 회전을 하는 나선형으로 형성된다.

다만, 본 발명의 도면에서는 일례로 대략 360도 부근까지 형성된 것을 도시하였음을 밝혀둔다.

따라서, 볼순환홈(315)의 길이가 길거나 짧지도 않고 급격한 경로 변화도 없어지게 되어 볼에 마찰 저항이 줄어들고 이동하면서 발생되는 소음이 줄어들게 된다.

즉, 테스트 결과 볼순환홈(315)이 중심축을 기준으로 180도보다 작은 회전을 하는 나선형으로 형성되는 경우 볼의 이동거리는 줄어드나 랙바(140) 및 볼너트(320)의 스크류홈과 이루는 각도가 너무 커지게 되어 마찰 저항이 커지고 소음이 커지게 된다.

반대로 볼순환홈(315)이 중심축을 기준으로 360도보다 큰 회전을 하는 나선형으로 형성되는 경우에는 랙바(140) 및 볼너트(320)의 스크류홈과 이루는 각도는 줄어들지만 볼의 이동거리가 늘어나 역시 마찰 저항이 커지고 소음이 커지게 되는 테스트 결과를 얻게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 전술한 바와 같은 테스트 결과를 반영하여 마찰 저항과 소음이 가장 줄어드는 영역인 180도 ~ 360도의 회전을 하는 나선형으로 형성된다.

또한, 본 발명의 도면에는 도시되어 있지는 않지만 볼너트(320)는 외주면에 너트풀리(310)의 볼순환홈(315)과 대응되는 위치에 볼출입홀(327)을 서로 연결시키는 볼지지홈(미도시)이 구비될 수 있는데, 이렇게 볼너트(320)의 외주면에 볼지지홈을 요홈으로 형성하는 경우 볼너트(320)와 너트풀리(310)의 두께와 부피, 무게를 더욱더 감소시킬 수 있게 된다.

이렇게 볼너트(320)의 단턱부(323)를 기준으로 일측에는 너트풀리(310)가 결합되고 타측에는 베어링(330)과 록너트(340)가 결합되어 랙하우징(도 1의 120 참조)에 내장되며, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(도 1의 150 참조)에서 발생하는 조향 보조 동력을 볼너트(320)를 통해 랙바(140)에 전달하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼을 자연스럽게 순환시키면서도 볼너트와 너트풀리의 두께와 부피, 무게를 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 볼너트의 내주면과 외주면 사이에 중공의 볼순환로를 가공할 필요가 없게 되어 가공비를 낮출 수 있게 되고 제조 공정이 단순해지며 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있게 되어 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. 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.

140: 랙바 145: 외주스크류홈
310: 너트풀리 315: 볼순환홈
320: 볼너트 323: 단턱부
325: 내주스크류홈 327: 볼출입홀
330: 베어링 340: 록너트

Claims (8)

1. 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바;
   내주면에는 상기 랙바의 외주스크류홈에 대응되는 내주스크류홈을 구비하고, 일측과 타측에 각각 상기 내주스크류홈으로부터 외주면을 관통하는 볼출입홀이 구비되어 있는 볼너트;
   상기 볼너트의 외주측에 결합되되, 내주면에 상기 볼출입홀을 연결하는 볼순환홈이 형성되어 있는 너트풀리를 포함하며,
   상기 볼너트는 외주면에 단턱부가 구비되어 상기 너트풀리의 일측은 상기 단턱부에 지지되고, 상기 너트풀리의 타측은 록너트에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 너트풀리의 일측면과 상기 단턱부에는 서로 맞물림되어 결합위치를 고정하는 돌기부와 요홈부가 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 볼출입홀은 서로 축방향으로 소정거리 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 볼출입홀은 상기 내주스크류홈에 접선 방향으로 연결되게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 볼순환홈은 상기 너트풀리의 중심축을 기준으로 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 볼순환홈은 상기 너트풀리의 중심축을 기준으로 일측 볼출입홀에서 타측 볼출입홀까지 180도 ~ 360도의 회전을 하는 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 볼너트는 외주면에 상기 볼순환홈과 대응되는 위치에 상기 볼출입홀을 연결시키는 볼지지홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.

Images