KR101540214B1 - 전동 조향장치의 풀리 및 그 제조방법 - Google Patents

전동 조향장치의 풀리 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

전동 조향장치의 풀리 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전동 조향장치의 풀리 및 그 제조 방법은 중공과 외주에 밸트면이 형성되고 일측에 밸트의 이탈을 방지하는 플랜지를 구비하는 몸체를 포함하며, 풀리 몸체는 분말 야금 방식으로 1차 금형에서 소결 및 성형된 후 2차 금형에서 사이징된다.

Description

전동 조향장치의 풀리 및 그 제조방법{Pulley of Electric PowerSteering and The method thereof}
본 발명은 풀리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동 조향장치에 사용되는 풀리 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 핸들의 조향력을 경감하여 조향 안정성을 확보하기 위한 수단으로서 보조 조향장치를 구비한다. 보조 조향장치로서 종래에는 유압을 이용한 유압식 조향장치(HPS;Hydraulic Power Steering System)가 널리 사용되었으나, 최근에는 모터를 이용하여 조향을 쉽게 하는 전동식 조향장치(Moter driven Power Steering System;MDPS 또는 Electronic Power Steering;EPS)가 보편적으로 설치되고 있다.
전동식 조향장치(MDPS)는 차속 센서, 앵글 센서, 및 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(ECU)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여한다. 또한, 고속에서는 핸들의 회전각에 따른 조속한 조향휠의 복원력을 제공하여 비상 상황에서 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공한다.
한국 공개특허 제10-2013-0054768호(2013.05.27.) 도 1은 종래 전동식 조향장치의 밸트식 전동장치를 분해 도시한 도면이다. 종래 전동식 조향장치는 차량의 횡방향으로 마련되며 랙기어를 구비하는 랙바와, 랙기어와 맞물리는 피니언 기어를 구비하는 피니언축과, 랙바의 스크류홈과 맞물리는 볼너트와, 볼너트와 모터축을 연결하는 밸트식 전동장치 및 모터를 포함하며, 밸트식 전동장치는 도시된 바와 같이 랙바(311)와 결합하는 볼너트(313)와, 볼너트(313)의 외주에 마련되는 너트풀리(315)와, 너트풀리(315)와 밸트(301)로 연결되는 모터풀리(309)와, 모터풀리(309)가 축 결합되는 전동모터(305)를 포함한다. 구동수단인 전동모터(305)는 차량의 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되며, 발생되는 모터풀리(309)의 회전력을 밸트(301)를 통해 종동수단인 너트풀리(315)로 전달하고, 너트풀리(315)는 볼너트(313)를 통해 랙바(311)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시킨다. 구동측의 모터풀리(309)와 종동측의 너트풀리(315)는 가공성이 비교적 좋은 일반 탄소강을 사용하여 제조된다. 일반 탄소강은 가공성이 우수하여 치수 정밀성이 필요한 기계 부품에 보편적으로 사용되고 있지만, 철괴를 절삭 가공하고 조립 시 부품간 결합을 위해 용접 공정 등이 필요하기 때문에 제조 비용이 높고 표면처리 불가로 녹이 발생하였다.
본 발명의 실시 예에 따른 전동 조향장치의 풀리는 제조 공정을 단순화하여 비용을 절감하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중공과 외주에 밸트면이 형성되고 일측에 밸트의 이탈을 방지하는 플랜지를 구비하는 몸체를 포함하며, 몸체는 분말 야금으로 성형 마련되는 전동 조향장치의 풀리가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 중공을 가지며 외주에 밸트면이 형성되고 일측에 밸트의 이탈을 방지하는 플랜지를 포함하는 전동 조향장치의 풀리 제조 방법에 있어서, 상기 풀리는 분말 야금 방식으로 1차 금형에서 성형 및 소결되고, 2차 금형에서 사이징되는 전동 조향장치의 풀리 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 풀리는 성형 시 플랜지의 상면에 돌출 마련되는 보강부를 더 포함하고, 상기 보강부는 사이징 시 플랜지에 가압되어 돌출되지 않는다.
상기 풀리는 중공과, 외주에 밸트면이 형성되고 일측에 밸트면보다 돌출 마련되는 플랜지를 구비하는 몸체를 포함하며, 상기 보강부는 외경이 적어도 밸트면의 외경보다 돌출되지 않는다.
본 발명의 실시 예에 따른 전동 조향장치의 풀리 및 그 제조방법은 풀리 몸체를 분말야금으로 마련함으로써 공정을 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전동 조향장치의 풀리 및 그 제조 방법은 분말야금 제조 공정 상 발생할 수 있는 상하부 밀도 및 경도 편차를 보강부를 이용하여 효과적으로 보완할 수 있다.
도 1은 종래 전동 조향장치의 밸트식 전동장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풀리가 구비된 전동 조향장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 조향장치의 풀리를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 조향장치의 풀리를 제조하기 위한 금형을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 조향장치 풀리의 밀도 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 전동 조향장치 풀리의 밀도 및 경도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 조향장치 풀리의 밀도 및 경도 특성을 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 보편적인 전동식 조향장치를 설명하기 위한 개략 도면으로, 도면을 참조하면 전동식 조향장치는 핸들(1)로부터 양 바퀴(2)를 연결하는 메인조향유닛 및 메인조향유닛에 보조 동력을 제공하는 보조조향유닛을 포함한다.
메인조향유닛의 일측은 핸들(1)에 연결되어 연동되며, 타측은 한 쌍의 유니버셜 조인트(3)를 통해 피니언축(4)에 연결되는 조향축(5)을 포함한다. 피니언축(4)은 랙-피니언 기구(6)를 통해 랙바(7)에 연결되고, 랙바(7)는 타이로드와 너클암을 통해 차량의 바퀴(2)와 연결된다.
보조조향유닛은 운전자가 핸들(1)에 가하는 토크를 감지하고 이를 전기 신호로 출력하는 토크 센서(11)와, 핸들(1)의 회전각을 감지하여 전기 신호로 출력하는 앵글 센서(12)와, 토크 센서(11)와 앵글 센서(12)로부터 출력되는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생시키는 전자제어장치(ECU)(13)와, ECU(13)의 출력 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(14) 및 모터(14)의 동력을 감속하여 조향축(5)에 전달하는 감속기(15)를 포함한다. 토크 센서(11)와 앵글 센서(12)는 모델에 따라 각각 별도로 마련되거나 하나의 유닛 형태로 마련될 수도 있다.
도 3은 상술한 모터(14)의 동력을 조향축(5)에 전달하는데 사용되는 구동풀리 또는 종동풀리의 일례로서, 본 발명의 일 실시 예에 따라 마련되는 풀리를 분해 도시한 도면이다.
풀리는 도시한 바와 같이, 원통형으로 마련되는 몸체(10)와, 몸체(10)의 일측면에 마련되는 플랜지(20)를 포함한다.
몸체(10)는 중공(11)을 구비하며, 이 중공(11)에는 구동풀리인 경우에는 모터축이 종동풀리인 경우에는 조향축이 각각 결합된다. 또한, 몸체(10)의 외주면에는 밸트와의 안정된 결합을 위해 돌기와 홈이 규칙적으로 반복되는 치형 형태의 밸트면(12)이 마련된다. 밸트면(12)은 중공 방향과 나란하게 마련되는 직선형 또는 약간 경사지게 마련되는 헬리컬형 등이 가능하다.
플랜지(20)는 몸체(10)와 일체로 마련되며, 외경이 밸트면(12)의 외경보다 크게 마련된다. 플랜지가 풀리 몸체의 일측만 마련되는 이유는 밸트로 연결되는 다른 풀리의 타측에 플랜지가 마련되어 밸트의 양방향 이탈을 방지하기 때문이다.
풀리 몸체(10)와 플랜지(20)는 금속 분말을 이용한 분말 야금 방식으로 제조된다. 도 4는 분말 야금 방식을 간단히 도시한 것으로, 도면을 참조하면 분말 야금 방식은 성형할 제품의 형상에 맞추어 금형 베이스(100) 및 하부 다이(110)로 마련되는 1차 금형의 캐비티에 금속 분말을 넣고 상부 다이(펀치)(120)를 고압 조건에서 프레스 하여 성형한다(1차 성형(compacting)). 분말 야금 방식은 복잡한 형상의 부품을 용이하게 대량으로 제조할 수 있기 때문에 경제적이며, 고융점 소재인 합금공구강, 초경합금 등도 용이하게 성형할 수 있다.
1차 성형된 풀리 몸체(10)는 2차로 소결(sintering)된다. 소결은 성형된 풀리의 경도 및 강도를 부여하는 공정으로 고온 조건에서 소결된다.
2차 소결된 풀리 몸체(10)는 3차로 사이징(sizing) 된다. 사이징은 풀리의 치수 정밀도를 더욱 높이기 위한 공정으로, 사이징을 위해 정밀 치수로 준비된 2차 금형에 소결된 풀리 몸체(10)를 넣고 프레스로 가압한다.
한편, 플랜지(20)가 일측에 마련되어 있는 풀리 몸체(10)는 제조 시 일측과 타측 간에 밀도 편차가 발생한다. 도 5 및 도 6은 플랜지(20)가 있는 일측이 플랜지가 없는 타측보다 상대적으로 밀도가 낮아짐을 나타내는 도면으로, 도 5에서 상측의 녹색 부분은 하측의 붉은색 부분보다 밀도가 낮음을 나타내며, 도 6의 외부 높이에 따른 밀도를 보더라도 플랜지가 있는 상측이 하측보다 밀도가 낮음을 알 수 있다. 상하부의 밀도 차이는 결국 풀리의 다른 물성인 경도 편차도 발생시킨다.
풀리 몸체(10)의 상하부 밀도 균형을 맞추기 위해, 본 실시 예에서는 1차 성형 시 플랜지(20)가 있는 풀리 몸체(10)의 상부에 도 4에 도시한 바와 같이 보강부(30)를 마련한다. 보강부(30)는 금형에 금속 분말을 채운 후 보강부 형상에 대응하는 툴(미도시)을 탭핑(tapping)하여 마련한다. 보강부(30)는 1차 성형 시에는 플랜지(20)에 돌출되지만, 3차 사이징 시에는 플랜지(20)에 가압 수용되어 돌출되지 않는다.
도 4에 도시한 바와 같이, 1차 성형 시 보강부(30)는 외경이 풀리 몸체(10)의 밸트면(12)보다 돌출되지 않는 것이 바람직하다. 이는 밸트면(12)보다 외경이 큰 플랜지(20)까지 보강부(30)를 형성하면, 상부 금형의 가압 시 몸체(10)보다 상대적으로 얇은 플랜지(20)에 하중이 집중되어 플랜지의 파손이 발생할 수 있기 때문이다. 도면에서는 보강부(30)의 높이가 상당히 높은 것으로 도시되어 있지만 실제로는 약 0.5mm 정도에 불과하다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 전동 조향장치 풀리의 밀도 분포를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 보강부(30)를 이용하여 성형 제조된 풀리는 플랜지(20)가 있는 상측의 밀도가 플랜지가 없는 하부 밀도와 거의 대등하게 증가하였음을 알 수 있다. 또한, 이러한 밀도의 증가는 경도의 증가로 이어져 풀리의 전체적인 물성을 높일 수 있다. 그래프에서 세로축은 제품 스펙에 상응하는 상대적 높이이므로 단위를 생략하였다.
여기서, 본 실시 예에서는 차량의 전동 조향장치에 사용되는 풀리를 일례로 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 차량 공조 장치에서 동력전달에 사용되는 풀리에도 적절한 수정 및 변경을 통해 적용될 수 있음은 물론이다.
10..풀리 몸체 12..밸트면
20..플랜지 30..보강부

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 중공을 가지며 외주에 밸트면이 형성되고 일측에 밸트의 이탈을 방지하는 플랜지를 포함하는 전동 조향장치의 풀리 제조 방법에 있어서,
    상기 풀리는 분말 야금 방식으로 1차 금형에서 성형 및 소결된 후 2차 금형에서 사이징되며,
    성형 시 플랜지의 상부에 밀도 보강을 위해 돌출 마련되는 보강부를 더 포함하고, 상기 보강부는 사이징 시 플랜지 상부에 가압되어 돌출되지 않는 전동 조향장치의 풀리 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 보강부는 외경이 적어도 밸트면의 외경보다 돌출되지 않는 전동 조향장치의 풀리 제조 방법.
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