KR101457250B1 - 축 지지부재 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축 지지부재 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 축 지지부재 또는 하우징 지지부재에 있어서 축 또는 하우징으로부터 축과 하우징이 가까워지거나 멀어지는 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 어떤 방향에서 전달되어도 축이 하우징의 중심 위치에 유지되고 또한, 축을 중심방향으로 지지하는 지지력이 일정하게 발생되어 축이 하우징의 어느 일측으로 편심되거나, 과도한 편하중으로 인해 축 지지부재의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

축 지지부재 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Shaft Supporting Device and Electric Power Steering Apparatus for Vehicle having The Same}

본 발명은 축 지지부재에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 축 지지부재 또는 하우징 지지부재에 있어서 축 또는 하우징으로부터 축과 하우징이 가까워지거나 멀어지는 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 어떤 방향에서 전달되어도 축이 하우징의 중심 위치에 유지되고, 축을 중심방향으로 지지하는 지지력이 일정하게 발생되어 축이 하우징의 어느 일측으로 편심되거나, 과도한 편하중으로 인해 축 지지부재의 변형을 방지할 수 있는 축 지지부재 및 이를 구비한 자동차 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 축 지지부재 또는 하우징 지지부재는 각종 축의 외주면 또는 축이 삽입되는 하우징을 따라 함몰 형성된 수용홈에 결합되어 축에 설치된 부품이 축방향으로 이동하는 것을 방지하기 위해 널리 사용된다.

한편, 일 예로서 종래의 축 지지부재가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 축 지지부재(110)는 축(미도시)에 삽입가능하도록 일측이 개구된 개구부(123)를 가지며, 축에 형성된 수용홈(미도시)에 착탈결합되어 축에 설치된 부품을 지지하는 고리형상의 결합부(121)로 이루어져 있다.

또한, 결합부(121)는 축의 수용홈을 따라 수용되는 내경부(125)와, 내경부(125)로부터 방사상으로 연장되어 바깥 테두리를 형성하며 축에 설치된 부품을 지지하는 외경부(127)를 가지며, 결합부(121)의 내경부(125) 및 외경부(127)는 동일 평면을 이룬다.

그런데, 이러한 종래의 축 지지부재 또는 하우징 지지부재에 있어서는, 축 또는 하우징으로부터 축과 하우징이 가까워지거나 멀어지는 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 개구부쪽에 전달되는 경우 축이 하우징의 중심 위치에 유지되지 않아 축과 하우징이 간섭을 일으키거나 래틀 노이즈를 발생시키며, 축 또는 하우징을 파손시키는 문제점이 있었다.

또한, 축을 중심방향으로 지지하는 지지력이 일정하게 발생되지 않게 되어 축이 하우징의 어느 일측으로 편심되거나, 과도한 편하중으로 인해 축 지지부재의 변형이 발생되어 축 지지부재의 잦은 교환으로 인한 비용과 축 또는 하우징의 파손으로 인한 교환 비용이 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 배경에서 안출된 것으로, 축 지지부재 또는 하우징 지지부재에 있어서 축 또는 하우징으로부터 축과 하우징이 가까워지거나 멀어지는 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 어떤 방향에서 전달되어도 축이 하우징의 중심 위치에 유지되고 또한, 축을 중심방향으로 지지하는 지지력이 일정하게 발생되어 축이 하우징의 어느 일측으로 편심되거나, 과도한 편하중으로 인해 축 지지부재의 변형을 방지하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 축이 삽입되는 환형의 축 수용부, 및 상기 축 수용부의 외주측과 적어도 한곳에서 연결되는 지지부를 구비하며 상기 축 수용부와 경방향으로 이격 형성되되, 몸체의 원주방향으로 간극이 형성되는 적어도 하나의 개구부를 구비하여 상기 축이 설치되는 하우징에 결합되는 하우징 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축 지지부재를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 일실시예는, 조향 보조력을 발생하는 모터와 연결되어 회전하는 웜축과, 상기 웜축과 치합되는 웜휠, 하우징에 결합되어 상기 웜축을 지지하는 축 지지부재를 포함하여 구성되되, 상기 축 지지부재는, 상기 웜축이 삽입되는 환형의 축 수용부, 및 상기 축 수용부의 외주측과 적어도 한곳에서 연결되는 지지부를 구비하며 상기 축 수용부와 경방향으로 이격 형성되되, 몸체의 원주방향으로 간극이 형성되는 적어도 하나의 개구부를 구비하여 상기 하우징에 결합되는 하우징 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 축 지지부재 또는 하우징 지지부재에 있어서 축 또는 하우징으로부터 축과 하우징이 가까워지거나 멀어지는 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 어떤 방향에서 전달되어도 축이 하우징의 중심 위치에 유지되도록 지지하는 효과가 있게 된다.

또한, 축을 중심방향으로 지지하는 지지력이 일정하게 발생되어 축이 하우징의 어느 일측으로 편심되거나, 과도한 편하중으로 인해 축 지지부재의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래의 축 지지부재를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축 지지부재를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축 지지부재의 변형된 실시예를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 축 지지부재의 작동 상태를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 일시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타낸 단면도,
도 6은 도 5의 감속기를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치를 나타낸 구성도이다.

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 일실시예에 따른 축 지지부재를 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축 지지부재의 변형된 실시예를 나타내는 단면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 축 지지부재의 작동 상태를 나타낸 도면, 도 5는 본 발명의 다른 일시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타낸 단면도, 도 6은 도 5의 감속기를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치를 나타낸 구성도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 축 지지부재(210)는, 축이 삽입되는 환형의 축 수용부(213), 및 상기 축 수용부(213)의 외주측과 적어도 한곳에서 연결되는 지지부(215)를 구비하며 상기 축 수용부(213)와 경방향으로 이격 형성되되, 몸체의 원주방향으로 간극이 형성되는 적어도 하나의 개구부(217)를 구비하여 상기 축이 설치되는 하우징(360)에 결합되는 하우징 수용부(211)를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(300)는, 조향 보조력을 발생하는 모터(346)와 연결되어 회전하는 웜축(354)과, 상기 웜축(354)과 치합되는 웜휠(356), 하우징(360)에 결합되어 상기 웜축(354)을 지지하는 축 지지부재(210)를 포함하여 구성되되, 상기 축 지지부재(210)는, 상기 웜축(354)이 삽입되는 환형의 축 수용부(213), 및 상기 축 수용부(213)의 외주측과 적어도 한곳에서 연결되는 지지부(215)를 구비하며 상기 축 수용부(213)와 경방향으로 이격 형성되되, 몸체의 원주방향으로 간극이 형성되는 적어도 하나의 개구부(217)를 구비하여 상기 하우징(360)에 결합되는 하우징 수용부(211)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 축 지지부재(210)가 하우징에 결합되어 하우징 수용부(211)가 안쪽으로 탄성 변형된 상태를 나타내는데, 도시된 바와 같이 축 지지부재(210)는 크게 축이 삽입되는 축 수용부(213)와, 축이 설치되는 하우징(360)에 결합되어 지지되는 하우징 수용부(211)로 구성된다.

축 수용부(213)는 축이 삽입되어 지지되도록 환형으로 형성된다.

그리고, 하우징 수용부(211)는 축 수용부(213)와 경방향으로 소정의 간격으로 이격되는 환형으로 형성되는데, 축 수용부(213)의 외주측과 적어도 한곳 이상에서 연결되도록 경방향으로 형성되는 지지부(215)가 구비되어 있다.

여기서, 지지부(215)는 축 수용부(213)의 외주측 어느 곳이든 한곳 이상의 부위에 연결되게 형성될 수 있으나, 축 수용부(213)의 중심을 기준으로 양측의 대칭되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 하우징 수용부(211)는 몸체의 원주방향으로 간극이 형성되도록 이격되는 개구부(217)가 하나 이상 구비되어 있어서, 하우징(360)에 결합될 때 경방향으로 벌어지는 지지력이 발생되도록 되어 있다.

여기서, 개구부(217)는 하우징 수용부(211)의 원주방향 어느 곳이든 한곳 이상의 부위에 형성될 수 있으나, 하우징 수용부(211)의 지지부(215)가 형성된 부위와 원주방향으로 간극이 형성되게 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 이러한 축 지지부재(210)의 변형된 실시예로 도 3의 (a)에서는 개구부(217)가 3개인 경우를 도시하였고, 도 3의 (b)에서는 개구부(217)가 4개인 경우를 대표적으로 도시하였는데, 이는 하우징에 결합시 하우징 수용부(211)의 탄성력을 결합 조건에 맞추어 다양하게 변형 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 도 4에 도시된 것처럼 하우징 수용부(211)는 동일한 직경의 원주 상에 위치되게 제작되는 것이 아니고, 경방향으로 탄성 복원력이 발생되도록 지지부(215)로부터 연결된 몸체를 따라서 개구부(217)까지 점차적으로 직경이 커지게 형성되어 있어서, 축 지지부재(210)가 하우징(360)에 결합되면 하우징 수용부(211)가 안쪽으로 탄성 변형되면서 발생되는 탄성 복원력으로 하우징(360)에 지지되게 된다.

이와 같이 경방향으로 서로 이격 형성된 축 수용부(213)와 하우징 수용부(211)는 서로 지지부(215)를 매개로 경방향으로 연결 형성되어 있어서, 축 또는 하우징(360)으로부터 축과 하우징(360)이 가까워지거나 멀어지는 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 어떤 방향에서 전달되어도 축 수용부(213)와 하우징 수용부(211)가 지지부(215)를 통해 지지되면서 축이 하우징(360)의 중심 위치에 유지되도록 지지하게 된다.

즉, 종래의 축 지지부재(210)는 경방향 탄성력을 발생시키기 위해 개구부(도 1의 123 참조)가 반드시 존재하게 되어 외부에서 개구부 쪽으로 하중이 전달되는 경우에는, 축을 중심방향으로 지지하는 지지력이 일정하게 발생되지 않아 축이 하우징(360)의 어느 일측으로 편심되거나, 과도한 편하중으로 축 지지부재(210)의 변형을 발생시키게 되었다.

그러나, 본 발명의 축 지지부재(210)에 의하면 어떤 방향으로 하중이 전달되어도 축이 하우징(360)의 중심에 위치되고 축 지지부재(210)의 변형도 발생되지 않게 되는 것이다.

한편, 이와 같은 축 지지부재(210)가 사용되는 대표적인 실시예로 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(300), 및 전동식 동력 보조 조향장치(400)를 각각 도 3과 도 4에 도시하였다.

본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(300)는, 조향 보조력을 발생하는 모터(346)와 연결되어 회전하는 웜축(354)과, 상기 웜축(354)과 치합되는 웜휠(356), 하우징(360)에 결합되어 상기 웜축(354)을 지지하는 축 지지부재(210)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 축 지지부재(210)는, 상기 웜축(354)의 외주면이 삽입되는 환형의 축 수용부(213), 및 상기 축 수용부(213)의 외주측과 적어도 한곳에서 연결되는 지지부(215)를 구비하며 상기 축 수용부(213)와 경방향으로 이격 형성되되, 몸체의 원주방향으로 간극이 형성되는 적어도 하나의 개구부(217)를 구비하여 상기 하우징(360)에 결합되는 하우징 수용부(211)를 포함한다.

감속기(300)는 웜(352)이 형성된 웜축(354)이 구비되고 웜축(354)의 양단에는 베어링(357, 320)이 각각 설치되어 웜축(354)을 지지하며, 웜축(354)은 모터(346)와 연결되어 모터(346)의 구동에 의해 웜축(354)이 회전하는 구조로 되어 있다.

그리고 웜축(354) 상에 형성된 웜(352)과 치물림될 수 있도록 웜(352)의 외주 일측에는 웜휠(356)이 구비되며, 웜휠(356)은 운전자가 조작하는 조향휠(402)의 회전력을 전달하는 조향축(306)에 장착되어 모터(346)의 구동에 의한 웜축(354)의 회전력이 조향축(306)에 전달되는 구조이다.

여기서, 웜축(354)의 양단에 설치되는 베어링 중 모터(346)의 축과 연결되는 부위에는 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 웜축(354)의 피봇 운동이 가능하도록 피봇베어링(320)이 결합되는데, 피봇베어링(320)은 내륜(370)과 제1외륜(323) 사이에 볼(358)이 결합되고 제1외륜(323)의 외주면과 제2외륜(325)의 내주면이 곡면으로 결합되어 있다.

따라서, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 웜휠(356)이 웜축(354)을 밀게 되면, 웜축(354)이 모터(346)축과 연결된 부위를 기준으로 피봇운동하게 되고, 피봇베어링(320)이 웜축(354)의 회전을 지지하도록 웜축(354)의 모터(346)축과 연결되는 단부의 외주면과 하우징(360) 사이에 결합된다.

이때 웜축(354)이 피봇운동을 하게 되면 웜축(354)과 하우징(360)에 결합된 축 지지부재(210)가 웜축(354)의 자동 조심 기능을 수행하게 된다.

즉, 웜축(354)과 하우징(360)이 가까워지거나 멀어지는 충격 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 어떤 방향에서 전달되어도 축 수용부(213)와 하우징 수용부(211)가 지지부(215)를 통해 지지되면서 웜축(354)이 하우징(360)의 중심 위치에 유지되도록 지지하게 되는 것이다.

한편, 하우징(360)에는 웜(352), 웜휠(356) 등이 내주하고 축 지지부재(210)의 결합을 위해 내주면에 수용홈이 형성되어 있다.

그리고, 하우징(360)의 일측으로 웜축(354)에 구동력을 제공하는 모터(346)가 구비되며, 하우징(360)과 모터(346)는 모터 커버에 의해 볼트로 결합된다.

또한, 도 4에서 도시된 전동식 동력 보조 조향장치(400)는 조향휠(402)로부터 양측 바퀴(426)까지 이어지는 조향 계통(430) 및 조향 계통(430)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(440)를 포함하여 구성된다.

조향 계통(430)은 일측이 조향휠(402)에 연결되어 조향휠(402)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(404)를 매개로 피니언축(408)에 연결되는 조향축(306)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(408)은 랙피니언 기구부(410)를 통해 랙바(412)에 연결되고, 랙바(412)의 양단은 타이로드(422)와 너클암(424)을 통해 차량의 바퀴(426)에 연결된다.

보조 동력 기구(440)는 운전자가 조향휠(402)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(442), 토크 센서(442)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(445), 전자 제어 장치(445)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(346) 및 모터(346)에서 발생한 보조 동력을 조향축(306)에 전달하기 위하여 웜(352) 및 웜휠(356)을 구비한 감속기(300)를 포함하여 구성된다.

따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(402)의 회전에 의해 발생한 토크가 감속기(300)와 랙피니언 기구부(410)를 거쳐서 랙바(412)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(346)에서 발생한 보조 동력이 랙바(412)에 전달됨으로써, 조향휠(402)의 회전에 의해 발생한 토크와 모터(346)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(412)를 축 방향으로 운동하게 된다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 축 지지부재 또는 하우징 지지부재에 있어서 축 또는 하우징으로부터 축과 하우징이 가까워지거나 멀어지는 하중이 전달되는 경우, 그 하중이 어떤 방향에서 전달되어도 축이 하우징의 중심 위치에 유지되도록 지지하는 효과가 있게 된다.

또한, 축을 중심방향으로 지지하는 지지력이 일정하게 발생되어 축이 하우징의 어느 일측으로 편심되거나, 과도한 편하중으로 인해 축 지지부재의 변형을 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 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.

210: 축 지지부재 211: 하우징 수용부
213: 축 수용부 215: 지지부
217: 개구부 300: 감속기
346: 모터 354: 웜축
356: 웜휠 400: 동력 보조 조향장치

Claims (6)

1. 축이 삽입되는 환형의 축 수용부; 및
   상기 축 수용부의 외주측과 연결되는 지지부와, 상기 축 수용부와 경방향으로 이격 형성되되 상기 지지부로부터 연결된 몸체를 포함하며, 상기 축이 설치되는 하우징에 결합되는 하우징 수용부;를 포함하되,
   상기 하우징 수용부는 상기 축 수용부의 원주방향으로 복수개가 구비되고,
   상기 하우징 수용부 중 어느 하나의 몸체와, 원주방향으로 인접한 다른 하나의 지지부 사이에, 간극으로 형성된 개구부가 구비된 것을 특징으로 하는 축 지지부재.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징 수용부는,
   경방향으로 탄성 복원력이 발생되도록 상기 몸체를 따라서 상기 개구부까지 점차적으로 직경이 커지게 형성된 것을 특징으로 하는 축 지지부재.
3. 삭제
4. 조향 보조력을 발생하는 모터와 연결되어 회전하는 웜축과, 상기 웜축과 치합되는 웜휠, 하우징에 결합되어 상기 웜축을 지지하는 축 지지부재를 포함하여 구성되되,
   상기 축 지지부재는,
   상기 웜축이 삽입되는 환형의 축 수용부; 및
   상기 축 수용부의 외주측과 연결되는 지지부와, 상기 축 수용부와 경방향으로 이격 형성되되 상기 지지부로부터 연결된 몸체를 포함하며, 상기 하우징에 결합되는 하우징 수용부;를 포함하되,
   상기 하우징 수용부는 상기 축 수용부의 원주방향으로 복수개가 구비되고,
   상기 하우징 수용부 중 어느 하나의 몸체와, 원주방향으로 인접한 다른 하나의 지지부 사이에, 간극으로 형성된 개구부가 구비된 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하우징 수용부는,
   경방향으로 탄성 복원력이 발생되도록 상기 몸체를 따라서 상기 개구부까지 점차적으로 직경이 커지게 형성된 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
6. 삭제

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