KR101472201B1 - 랙구동형 동력 보조 조향 장치 - Google Patents

랙구동형 동력 보조 조향 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향 장치에 관한 것으로, 볼을 매개로 랙바와 결합되고, 구동 벨트에 연결된 구동풀리와 종동풀리에 의해 회전하며 상기 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트를 하우징 내부에 구비하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치에 있어서, 상기 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링; 상기 베어링의 상하측에 배치되는 웨이브 와셔; 및 상기 하우징 내부에서 상기 베어링을 향하도록 돌출 형성되는 돌출부;를 포함함으로써, 웨이브 와셔와 베어링을 내구성을 증대할 수 있는 것이다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향 장치 {RACK ASSIST TYPE ELECTRIC POWER STEERING APPARATUS}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베어링을 지지하는 와셔의 지지 구조를 구비하여 와셔의 최대 변형을 방지함으로써 내구성을 증대시킬 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향 장치에 관한 것이다.
자동차의 동력 보조 조향 장치는 일반적으로 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향 장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 최근에는 모터를 이용한 전동식 조향 장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화 되어 가고 있다.
전동식 조향 장치는 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.
일반적인 전동식 조향 장치는 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.
이러한 전동식 조향 장치는 한국공개특허 공개번호 제10-2008-0043951호 및 한국공개특허 공개번호 제10-2008-0111273호에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 설명하는 개략 단면도이고, 도 2는 도1의 종래의 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 설명하는 개략 분해도이며, 도 3은 도 1의 종래의 랙구동형 동력 보조 조향 장치의 베어링과 웨이브 와셔를 설명하는 도면이고, 도 4는 도 1의 베어링에 하중이 가해질 때 웨이브 와셔의 상태를 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 종래의 랙구동형 동력 보조 조향 장치(100)는 외주면에 스크류홈을 구비하는 랙바(110)와, 볼(121)이 순환하는 중간 경로를 구비하는 볼너트(120)와, 볼너트(120)의 외주면에 결합하는 종동풀리(130)와, 종동풀리(130)와 이격되게 배치되는 구동풀리(140)와, 종동풀리(130)와 구동풀리(140)를 연결하는 벨트(150)를 포함한다. 또한, 랙구동형 동력 보조 조향 장치(100)는 구동풀리(140)에 중심축에 결합하여 구동풀리(140)를 구동하는 모터(160)를 포함한다.
이와 같은 랙구동형 동력 보조 조향장치(100)는 랙바(110)와, 볼너트(120)와, 종동풀리(130)와, 구동풀리(140) 및 벨트(150)를 감싸도록 형성되는 하우징(170)을 포함하고, 하우징(170)은 종동풀리(130)와, 구동풀리(140) 및 벨트(150)가 배치되는 제1 하우징(171)과, 일측에서 모터(160)가 삽입되어 회전축이 구동풀리(140)에 결합되도록 모터(160)가 고정되는 제2 하우징(172)을 포함한다. 또한, 랙구동형 동력 보조 조향장치(100)는 제2 하우징(172) 내측에서 볼너트(120)를 감싸도록 배치되는 베어링(180)과 베어링(180)의 상하측에 배치되는 웨이브 와셔(190)를 포함한다.
이와 같은 랙구동형 동력 보조 조향장치(100)는 모터(160)의 구동력에 의해 구동풀리(140)가 회전하고, 벨트(150)를 통해 구동풀리(140)의 구동력이 종동풀리(130)를 회전시킨다. 이때, 종동풀리(130)는 볼너트(120)를 함께 회전시키고, 볼(121)이 랙바(110)의 외주면과 볼너트(120)의 내주면과 접촉하면서 구름에 의한 이동에 의하여 랙바(110)를 슬라이딩 시키게 된다.
이때, 랙바(110)의 슬라이딩 이동에 의해 베어링(180)에 하중이 가해지고, 베어링(180)과 하우징(170) 사이에 배치된 웨이브 와셔(190)를 가압하게 된다. 웨이브 와셔(190)는 랙바(110)의 슬라이딩 이동에 따라 탄성한계를 초과하도록 가압될 수 있다. 따라서, 웨이브 와셔(190)는 소성변형되어 베어링(180)과 하우징(170) 사이의 지지력이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 웨이브 와셔(190)의 소성변형으로 인해 베어링(180)과 하우징(170)이 웨이브 와셔(190)와 마찰 접촉함으로써 베어링(180)의 내구성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 와셔의 최대 변형을 방지함으로써 와셔의 내구성을 증대할 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 와셔의 방향별 강성을 다르게 하여 내구성을 증대할 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 와셔의 내구성을 증대함으로써 베어링에 가해지는 마찰, 진동 또는 하중에 의한 베어링의 내구성 감소를 방지할 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 볼을 매개로 랙바와 결합되고, 구동 벨트에 연결된 구동풀리와 종동풀리에 의해 회전하며 상기 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트를 하우징 내부에 구비하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치에 있어서, 상기 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링; 상기 랙바의 슬라이딩 방향으로 상기 베어링의 양단에 배치되는 웨이브 와셔; 및 상기 하우징 내측면으로부터 상기 베어링을 향하도록 돌출 형성되는 돌출부;를 포함한다.
또한, 상기 돌출부는 반구 형상의 돌기가 상기 웨이브 와셔를 향하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웨이브 와셔는 반원형태로 굴곡진 형상이 연속적으로 상하 반전되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 돌출부는 상기 웨이브 와셔의 굴곡진 형상에 맞물리도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웨이브 와셔는 굴곡진 방향에 따라 두께가 다르게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웨이브 와셔는 상기 베어링을 향해 볼록하게 굴곡진 방향보다 상기 하우징을 향해 볼록하게 굴곡진 방향이 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베어링의 외측에서 상기 하우징에 결합되어 상기 베어링을 고정하는 체결링을 포함하고, 상기 체결링은 상기 베어링을 향한 내측면에 돌출 형성되는 반구 형상의 지지부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 와셔의 굴곡진 부분을 지지하는 돌출부를 형성하여 와셔의 최대 변형을 방지함으로써 와셔의 내구성을 증대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 와셔의 굴곡진 방향에 따라 두께를 다르게 형성하여 와셔의 방향별 강성을 다르게 함으로써 내구성을 증대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 와셔의 내구성을 증대함으로써 베어링에 가해지는 마찰, 진동 또는 하중에 의한 베어링의 내구성 감소를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 설명하는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 종래의 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 설명하는 개략 분해도.
도 3은 도 1의 종래의 랙구동형 동력 보조 조향 장치의 베어링과 웨이브 와셔를 설명하는 도면.
도 4는 도 1의 베어링에 하중이 가해질 때 웨이브 와셔의 상태를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 설명하는 단면도.
도 6은 도 5의 랙구동형 동력 보조 조향 장치의 베어링과 웨이브 와셔 사이의 설치상태를 나타낸 것으로, 하중이 작용하기 이전상태를 도시한 도면.
도 7은 도 5의 베어링에 하중이 가해질 때 웨이브 와셔의 변형상태를 설명하는 도면.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향 장치를 설명하는 단면도이고, 도 6은 도 5의 랙구동형 동력 보조 조향 장치의 베어링과 웨이브 와셔 사이의 설치상태를 나타낸 것으로, 하중이 작용하기 이전상태를 도시한 도면이며, 도 7은 도 5의 베어링에 하중이 가해질 때 웨이브 와셔의 변형상태를 설명하는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향 장치(500)는 볼을 매개로 랙바(51)와 결합되고, 구동 벨트(55)에 연결된 구동풀리(54)와 종동풀리(53)에 의해 회전하며 랙바(51)를 슬라이딩시키는 볼너트(52)를 구비한다. 또한, 랙구동형 동력 보조 조향 장치(500)는 랙바(51)와, 구동풀리(54)와, 종동풀리(53)와, 구동 벨트(55) 및 볼너트(52)를 감싸는 하우징(510)을 포함하고, 하우징(510)의 일측에서 삽입되어 회전축이 구동풀리(54)와 결합하는 모터(미도시)를 포함한다.
여기에서, 하우징(510)은 구동풀리(54)와, 종동풀리(53) 및 구동 벨트(55)가 내측에 배치되는 제1 하우징(511)과, 모터가 삽입되어 고정되는 제2 하우징(512)을 포함한다. 제1 및 제2 하우징(511, 512)은 서로 결합하여 볼너트(52)를 감싸고, 랙바(51)가 볼너트(52)와 하우징(510)을 관통하도록 삽입된다.
또한, 랙구동형 동력 보조 조향 장치(500)는 볼너트(52)의 외주면에 장착되는 베어링(530)과, 랙바(51)의 슬라이딩 방향으로 베어링(530)의 양단에 배치되는 웨이브 와셔(540)와, 하우징(510)의 내측면으로부터 베어링(530)을 향하도록 돌출 형성되는 돌출부(520)와, 베어링(530)의 외측에서 하우징(510)에 결합되어 베어링(530)을 고정하는 체결링(550)을 포함한다.
베어링(530)은 볼너트(52)의 외주면에 장착되어 볼너트(52)의 회전을 구름 지지한다. 베어링(530)의 제2 하우징(510)의 내부에 배치되고, 체결링(550)에 의해 고정된다. 또한, 베어링(530)은 볼너트(52)의 외주면 일부를 점 접촉하여 지지할 수 있다.
웨이브 와셔(540)는 랙바(51)의 슬라이딩 방향으로 베어링(530)의 양단에 배치된다. 즉, 웨이브 와셔(540)는 베어링(530)과 하우징 사이에 배치되고, 베어링(530)과 체결링(550) 사이에 배치된다. 웨이브 와셔(540)는 반원형태로 굴곡진 형상이 연속적으로 상하 반전되도록 형성된다.
또한, 웨이브 와셔(540)는 굴곡진 방향에 따라 두께가 다르게 형성될 수 있다. 즉, 웨이브 와셔(540)는 베어링(530)을 향해 볼록하게 굴곡진 방향보다 하우징(510)을 향해 볼록하게 굴곡진 방향이 더 두껍게 형성될 수 있다.
돌출부(520)는 하우징(510)의 내측면으로부터 베어링(530)을 향하도록 돌출 형성된다. 이러한 돌출부(520)는 반구 형상의 돌기로 형성될 수 있고, 웨이브 와셔(540)를 향하도록 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(520)는 웨이브 와셔(540)의 굴곡진 형상에 맞물리도록 형성될 수 있다.
체결링(550)은 베어링(530)을 향한 내측면에 돌출 형성되는 반구 형상의 지지부(551)를 포함한다. 체결링(550)은 외주면에 나사산이 형성되어 제2 하우징(512) 내측면에 나사 체결 방식으로 결합될 수 있다. 따라서, 체결링(550)은 하우징(510) 내부에 위치하는 베어링(530)이 이탈되지 않도록 고정하게 된다.
또한, 체결링(550)에 형성되는 지지부(551)는 베어링(530)과 체결링(550) 사이에 위치하는 웨이브 와셔(540)를 지지한다. 이때, 지지부(551)는 웨이브 와셔(540)에서 베어링(530)을 향해 볼록하게 형성되는 부분에 맞물려서 웨이브 와셔(540)를 지지한다.
다른 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향 장치(500)는 하우징(510)과 베어링(530) 사이에 평면와셔(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 평면와셔에는 웨이브 와셔(540)의 굴곡진 형상에 맞물리는 돌기부를 형성할 수 있고, 돌기부는 높이가 다르게 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향 장치(500)의 작용을 간략하게 설명하기로 한다.
랙구동형 동력 보조 조향 장치(500)는 모터의 구동력이 구동풀리(54)를 회전시키고, 구동풀리(54)와 구동 벨트(55)로 연결된 종동풀리(53)가 구동풀리(54)와 함께 회전하게 된다. 종동풀리(53)의 회전은 종동풀리(53) 내측에 결합되는 볼너트(52)를 함께 회전시키고, 볼너트(52) 내부에 위치한 볼이 랙바(51)의 외주면과 볼너트(52)의 내주면을 구름 접촉하여 랙바(51)를 슬라이딩 이동 시키게 된다.
이때, 랙바(51)의 슬라이딩 이동은 볼너트(52)와 베어링(530)을 랙바(51)의 이동 방향으로 가압하게 되고, 베어링(530)과 하우징(510) 또는 베어링(530)과 체결링(550) 사이에 배치되는 웨이브 와셔(540)를 랙바(51)의 이동방향으로 가압하게 된다.
랙바(51)의 이동에 의해 베어링(530)이 하우징(510) 측으로 가압될 때, 하우징(510)의 제2 하우징(512)에 형성되는 돌출부(520)는 웨이브 와셔(540)에서 베어링(530)을 향해 볼록하게 굴곡진 형상에 맞물려서 웨이브 와셔(540)의 굴곡진 형상이 일정 높이를 유지하도록 지지한다.
또한, 랙바(51)의 이동에 의해 베어링(530)이 체결링(550) 측으로 가압될 때, 체결링(550)에 형성되는 지지부(551)는 웨이브 와셔(540)에서 베어링(530)을 향해 볼록하게 굴곡진 형상에 맞물려서 웨이브 와셔(540)의 굴곡진 형상이 일정 높이를 유지하도록 지지한다.
이러한 돌출부(520) 및 지지부(551)는 웨이브 와셔(540)가 탄성한계를 넘어가지 않도록 지지하고, 웨이브 와셔(540)의 탄성력을 유지시켜 베어링(530)에 전달되는 마찰, 진동, 또는 하중을 탄성 지지할 수 있도록 한다. 이를 위해, 랙바(51)의 이동에 의해 웨이브 와셔(540)에 축방향 하중이 작용하지 않은 초기 상태에서 제2 하우징(512)의 돌출부(520)와 베어링(530) 사이의 이격거리, 또는 체결링(550)의 지지부(551)와 베어링(530) 사이의 이격거리가 각각 웨이브 와셔(540)의 굴곡진 형상부위에 대한 높낮이 대비 더 작게 설정된다.
또한, 웨이브 와셔(540)는 베어링(530)을 향해 볼록하게 굴곡진 부분보다 하우징(510)을 향해 볼록하게 굴곡진 부분의 두께를 두껍게 하여 돌출부(520)와 같은 지지구조 없이 하중에 대한 강성을 증대할 수 있도록 한다.
또한, 웨이브 와셔(540)는 베어링(530)을 향해 볼록하게 굴곡진 부분보다 체결링(550)을 향해 볼록하게 굴곡진 부분의 두께를 두껍게 하여 지지부(551)와 같은 지지구조 없이 하중에 대한 강성을 증대할 수 있도록 한다.
이러한 웨이브 와셔(540)의 하중에 대한 강성을 증대하는 구조는 웨이브 와셔(540)의 내구성을 증대하게 된다. 또한, 웨이브 와셔(540)의 내구성을 증대함으로써 베어링(530)을 탄성 지지하는 탄성력을 유지할 수 있다, 즉, 웨이브 와셔(540)는 베어링에 가해지는 마찰, 진동 또는 하중에 의한 베어링(530)의 내구성 감소를 방지하도록 베어링(530)을 탄성 지지할 수 있다. 따라서, 랙구동형 동력 보조 조향 장치(500)는 랙바(51)에 이동에 의한 웨이브 와셔(540)와 베어링(530)의 내구성이 증대될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
500 : 랙구동형 동력 보조 조향 장치 510 : 하우징
511 : 제1 하우징 512 : 제2 하우징
520 : 돌출부 530 : 베어링
540 : 웨이브 와셔 550 : 체결링
551 : 지지부

Claims (9)

  1. 볼을 매개로 랙바와 결합되고, 구동 벨트에 연결된 구동풀리와 종동풀리에 의해 회전하며 상기 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트를 하우징 내부에 구비하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치에 있어서,
    상기 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링;
    상기 랙바의 슬라이딩 방향으로 상기 베어링의 양단에 배치되는 웨이브 와셔; 및
    상기 하우징의 내측면으로부터 상기 베어링을 향하도록 돌출 형성되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부와 상기 베어링 사이의 초기 이격거리는 상기 웨이브 와셔의 굴곡진 형상부위에 대한 높낮이 차이 보다 더 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는
    반구 형상의 돌기가 상기 웨이브 와셔를 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웨이브 와셔는
    반원형태로 굴곡진 형상이 연속적으로 상하 반전되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 웨이브 와셔의 굴곡진 형상에 맞물리도록 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 웨이브 와셔는
    굴곡진 방향에 따라 두께가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 웨이브 와셔는
    상기 베어링을 향해 볼록하게 굴곡진 방향보다 상기 하우징을 향해 볼록하게 굴곡진 방향이 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베어링의 외측에서 상기 하우징에 결합되어 상기 베어링을 고정하는 체결링을 포함하고,
    상기 체결링은 상기 베어링을 향한 내측면에 돌출 형성되는 반구 형상의 지지부를 포함하며,
    상기 지지부와 상기 베어링 사이의 초기 이격거리는 상기 웨이브 와셔의 굴곡진 형상부위에 대한 높낮이 차이 보다 더 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 웨이브 와셔 사이에 평면와셔를 더 포함할 수 있고, 상기 평면와셔는 상기 웨이브 와셔의 굴곡진 형상에 맞물리는 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 돌기부는
    높이가 다르게 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향 장치.
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