KR101559672B1 - 랙 피니언 방식 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 더블헬리컬기어로 치합되는 피니언 기어와 랙바에 의해 조향 휠의 회전력을 전달하는 것으로, 랙바는 치형성부의 축방향 일측에 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치에 관한 것이다.

Description

랙 피니언 방식 조향장치{Rack and Pinion Type Steering Apparatus for Vehicle}

본 발명은 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 더블헬리컬기어가 형성된 랙 피니언 방식 조향장치에 있어서 피니언 기어와 랙바의 조립이 용이해지고 조립성과 생산성이 좋아지며 또한, 더블헬리컬기어가 형성되어 있는지의 유무와 무관하게 랙하우징과 기어박스를 공통으로 이용할 수 있게 되어, 랙하우징과 기어박스 하우징을 별도로 개발해야 하는 개발비 증가와 원가 상승, 생산성 저하 및 품질의 편차 등을 줄일 수 있는 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 랙 피니언 방식의 스티어링 기어는 구조가 간단하며, 조향축에 연결되어 있는 피니언 기어의 움직임이 직접 랙바로 전달되기 때문에 차량에 가장 널리 사용되고 있는 조향장치이다.

또한, 최근에는 일반적인 랙 피니언 방식의 스티어링 기어보다 큰 힘을 전달하면서 축방향의 추력을 없앨 수 있는 더블헬리컬 기어가 형성된 랙 피니언 방식 조향장치에 대해 연구와 개발이 진행되고 있다.

도 1은 종래의 더블헬리컬기어가 형성된 랙 피니언 방식 조향장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1의 랙바와 피니언 기어를 나타내는 정면도이다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 더블헬리컬기어가 형성된 랙 피니언 방식 조향장치는 운전석에 배치되는 조향휠(100)과 이에 연결된 조향축(105), 그리고 조향축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(103), 조향축(105)으로부터 입력받은 회전력을 랙바(140)로 전달하는 피니언 기어(120)를 수용하는 기어박스 하우징(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)와 결합되며 피니언 기어(120)와 치합되는 치형성부(110)가 구비된 랙바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150)를 포함하여 구성된다.

또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되고 너클(Knuckle, 159)로 힘을 전달하여 타이어(158)를 조향한다.

도 2의 (a)에 도시된 랙바는 랙바(140)의 축 중심선(X)에 대하여 치형성부(110)의 기어치(110a, 110b)가 상하 반대방향으로, 특히 상하 서로 대칭을 이루는 더블헬리컬기어(double helical gear) 형태가 되도록, 축 중심선(X) 상측의 기어치(110a)는 좌향 사선으로 형성되어 있고, 축 중심선(X) 하측의 기어치(110b)는 우향 사선으로 형성되어 있다.

그리고, 랙바(140)과 치합되는 피니언 기어(120)의 구조는 도 2의 (b)에 도시되어 있는데, 랙바(140)의 기어치(110a,110b)들과 맞물리게 되는 피니언 기어(120)의 기어치(120a,120b)들 역시 랙바(140)의 기어치(110a,110b)들이 형성된 구조에 대응되도록 횡 중심선(X)에 대하여 상하 위치에 각각 우향 사선과 좌향 사선으로 형성됨으로써 더블헬리컬기어 형태를 갖는다.

그러나, 이와 같은 종래기술에 따른 랙 피니언 방식 조향장치는 더블헬리컬기어가 상하 서로 대칭을 이루도록 형성되기 때문에, 자동차 조향장치에 조립하기 위해서는 랙바가 슬라이딩 조립되는 랙하우징이나 기어박스 하우징의 일부가 절개된 구조가 아닌 이상 조립이 불가해지는 난점이 있었다.

즉, 더블헬리컬기어가 아닌 일반적인 랙 앤 피니언 기어의 조립은 랙바를 랙하우징에 축방향으로 슬라이딩 조립하고, 상측에서 피니언 기어를 기어박스 하우징에 삽입하면서 랙바의 치형성부와 치합시키면 조립이 되지만, 더블헬리컬기어는 이와 같은 방법으로 조립하게 되면 피니언 기어의 기어치와 랙바의 기어치가 간섭이 발생되어 조립 자체가 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 더블헬리컬기어를 사용하려면 랙하우징이나 기어박스 하우징의 일부를 절개한 구조가 반드시 필요하게 되어 랙하우징과 기어박스 하우징을 별도로 개발해야 되므로, 이로 인한 원가 상승 및 생산성 저하, 품질에 편차가 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙 피니언 방식 조향장치에 있어서 더블헬리컬기어가 형성되어 있는 피니언 기어와 랙바의 조립을 용이하게 하고 조립성과 생산성을 높일 수 있는 랙 피니언 방식 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 더블헬리컬기어가 형성되어 있는지의 유무와 무관하게 랙하우징과 기어박스를 공통으로 이용할 수 있게 함과 더불어, 랙하우징과 기어박스 하우징을 별도로 개발해야 하는 개발비 증가와 원가 상승, 생산성 저하 및 품질의 편차 등을 줄일 수 있는 랙 피니언 방식 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 더블헬리컬기어로 치합되는 피니언 기어와 랙바에 의해 조향 휠의 회전력을 전달하는 것으로, 상기 랙바는 치형성부의 축방향 일측에 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 랙 피니언 방식 조향장치에 있어서 더블헬리컬기어가 형성되어 있는 피니언 기어와 랙바의 조립이 용이해지고 조립성과 생산성이 좋아지는 효과가 있게 된다.

또한, 더블헬리컬기어가 형성되어 있는지의 유무와 무관하게 랙하우징과 기어박스를 공통으로 이용할 수 있게 되어, 랙하우징과 기어박스 하우징을 별도로 개발해야 하는 개발비 증가와 원가 상승, 생산성 저하 및 품질의 편차 등을 줄이는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래의 더블헬리컬기어가 형성된 랙 피니언 방식 조향장치를 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 도 1의 랙바와 피니언 기어를 나타내는 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 더블헬리컬기어가 형성된 랙바를 나타낸 일부 사시도,
도 4와 도 5는 도 3의 랙바와 피니언 기어가 조립되는 상태를 나타내는 일부 사시도,
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 더블헬리컬기어가 형성된 랙바의 측면을 나타내는 측면도이다.

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 따른 더블헬리컬기어가 형성된 랙바를 나타낸 일부 사시도, 도 4와 도 5는 도 3의 랙바와 피니언 기어가 조립되는 상태를 나타내는 일부 사시도, 도 6과 도 7은 본 발명에 따른 더블헬리컬기어가 형성된 랙바의 측면을 나타내는 측면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차 조향장치는 더블헬리컬기어로 치합되는 피니언 기어(320)와 랙바(300)에 의해 조향 휠의 회전력을 전달하는 것으로, 랙바(300)는 치형성부(300a, 300b)의 축방향 일측에 절개부(310)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

랙바(300)는 대부분 탄소강을 재질로 하여 만들어지고 있으며, 열처리를 통하여 그 요구강도를 만족시키는 한편, 직선화 교정 및 연마와 같은 공정을 거치게 된다.

또한, 열처리 후 변형된 부위를 직선화하여 교정한 다음에, 외주면을 연마하여서 표면을 매끄럽게 가공하여 원하는 치수를 맞추게 되며, 마지막으로 더블헬리컬기어로 된 치형성부(300a, 300b)를 가공함으로써 랙바(300)의 제조를 마무리한다.

이와 같은 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)는 상하 서로 대칭을 이루는 더블헬리컬기어로 형성되며, 피니언 기어(320)의 치형성부(320a, 320b)와의 조립이 용이하도록 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)의 축방향 일측에 절개부(310)가 형성되어 있다.

더블헬리컬기어는 상하 서로 대칭을 이루도록 형성되기 때문에, 자동차 조향장치에 조립하기 위해서는 랙바(300)가 슬라이딩 조립되는 랙하우징이나 기어박스 하우징의 일부가 절개된 구조가 아닌 이상 조립이 불가해지는 난점이 있다.

즉, 더블헬리컬기어가 아닌 일반적인 랙 앤 피니언 기어의 조립은 랙바(300)를 랙하우징에 축방향으로 슬라이딩 조립하고 상측에서 피니언 기어(320)의 치형성부(320a, 320b)를 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)에 치합시키면서 밀어 넣으면 조립이 된다.

하지만, 더블헬리컬기어는 이와 같은 방법으로 조립하게 되면 피니언 기어(320)의 치형성부(320a, 320b)와 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)가 간섭이 발생되어 조립 자체가 불가능하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 별도로 랙하우징과 기어박스 하우징을 개발하지 않아도 더블헬리컬기어와 무관하게 조립이 가능하도록 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)의 일측에 절개부(310)가 형성되어 랙바(300)와 피니언 기어(320)의 조립시 도 4와 도 5에 도시된 것처럼, 피니언 기어(320)가 절개부(310)에 먼저 조립되고 피니언 기어(320)를 회전시켜 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)와 치합시키면서 조립이 가능하게 되어 있다.

즉, 랙바(300)를 랙하우징에 조립할 때 절개부(310)의 위치를 피니언 기어(320)와 치합되는 위치까지 밀어넣은 상태에서 이와 대략 수직 방향인 기어박스 하우징의 상측에서 피니언 기어(320)를 삽입하여 피니언 기어(320)를 절개부(310)까지 밀어 넣어 조립할 수 있게 된다.

절개부(310)는 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b) 일측을 밀링(milling) 가공하여 평면 또는 곡면으로 형성된다.

이러한 절개부(310)는 축방향 폭(W)이 피니언 기어(320)의 외경보다 크게 형성되어 있어서 랙바(300)를 랙하우징에 밀어 넣은 상태에서 피니언 기어(320)를 조립할 때 랙바(300)를 정확한 위치까지 밀어 넣지 않아도 피니언 기어(320)와의 조립이 용이하게 되어 있다.

그리고, 절개부(310)는 바닥면의 깊이(A)가 랙바의 치형성부(300a, 300b)의 골 깊이(B)보다 깊거나 같은 깊이로 형성되어 있어서 피니언 기어(320)를 절개부(310)에 조립한 상태에서 피니언 기어(320)를 회전시킬 때 피니언 기어(320)의 중심축이 이탈되지 않고 정위치에서 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)와 치합이 될 수 있게 되어 있다.

또한, 절개부(310)와 치형성부(300a, 300b)의 사이에는 치연결부(315)가 구비되는데, 여기서 치연결부(315)는 수개의 기어치로 형성되며 그 산 높이가 절개부(310)의 바닥면보다 높고 치형성부(300a, 300b)의 산보다 낮게 형성되어 있다.

따라서, 피니언 기어(320)가 절개부(310)에 조립된 상태에서 피니언 기어(320)를 회전시키면서 랙바(300)의 치형성부(300a, 300b)와 치합될 때 접촉부위의 충격을 줄여 파손과 변형을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 이러한 치연결부(315)는 기어치의 산 높이가 도 7에 도시된 것처럼 절개부(310)의 바닥면으로부터 치형성부(300a, 300b)의 산 높이까지 순차적으로 높아지게 형성될 수 있으며, 이렇게 치연결부(315)의 산 높이가 순차적으로 높아지게 형성됨으로써 피니언 기어(320)와의 조립시 접촉부위의 충격을 줄여 파손과 변형을 방지함은 물론 피니언 기어(320)를 회전시키는 힘이 갑자기 증가하지 않고 매끄럽게 조립할 수 있게 된다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명의 일실시예에 의하면, 랙 피니언 방식 조향장치에 있어서 더블헬리컬기어가 형성되어 있는 피니언 기어와 랙바의 조립이 용이해지고 조립성과 생산성이 좋아지는 효과가 있게 된다.

또한, 더블헬리컬기어가 형성되어 있는지의 유무와 무관하게 랙하우징과 기어박스를 공통으로 이용할 수 있게 되어, 랙하우징과 기어박스 하우징을 별도로 개발해야 하는 개발비 증가와 원가 상승, 생산성 저하 및 품질의 편차 등을 줄이는 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, 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.

300 : 랙바 300a, 300b: 랙바의 치형성부
310: 절개부 315: 치연결부
320: 피니언 기어 320a, 320b: 피니언 기어의 치형성부

Claims (5)

1. 더블헬리컬기어로 치합되는 피니언 기어와 랙바에 의해 조향 휠의 회전력을 전달하는 것으로, 상기 랙바는 치형성부의 축방향 일측에 절개부가 형성되며, 상기 절개부는 축방향 폭이 상기 피니언 기어의 외경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 절개부는 바닥면이 상기 치형성부의 골 깊이보다 깊거나 같은 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 절개부와 치형성부의 사이에는 상기 절개부의 바닥면보다 높고 상기 치형성부의 산보다 낮은 수개의 기어치가 형성된 치연결부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 절개부와 치형성부의 사이에는 상기 절개부의 바닥면으로부터 상기 치형성부의 산 높이까지 순차적으로 높아지는 수개의 기어치가 형성된 치연결부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 랙 피니언 방식 조향장치.
   

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