KR101579602B1 - 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조를 개량하여 엔진 열에 의해 벨로우즈 내부에서 발생하는 고온, 고압 상태로부터 벨로우즈의 변형을 방지하여 벨로우즈의 내구성 및 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조는, 양측단이 개구 형성된 중공의 랙 하우징과, 상기 랙 하우징의 양측단 외부로 연장 형성되도록 그 내부에 삽입 설치된 랙바와, 상기 랙바의 양측 선단에 연결되는 한 쌍의 타이로드와, 축방향으로 신축가능하도록 소정의 폭과 크기를 갖고 속이 빈 원통형으로 주름부가 연속되게 주름산과 주름골이 반복 형성되어 상기 랙바의 양측 선단과 상기 타이로드의 중간단 사이를 덮도록 연질의 열가소성 고무나 합성수지로 성형되는 벨로우즈를 포함하는 공지의 차량용 조향시스템에 있어서, 상기 벨로우즈의 대경부측의 주름부는 첫째 주름산으로부터 축방향의 중심을 향하여 주름산과 주름골의 외경을 점차 증가시키는 항아리 형태로 형성되고, 소경부측의 주름부는 상기 소경부측으로 갈수록 상기 주름산과 주름골의 외경이 점점 감소되도록 콘(cone) 형태로 형성되며;
상기 소경부측의 주름산 피치가 대경부측 주름산 피치보다 소경부측으로 갈수록 점점 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조{Bellows structure of steering system for vehicle}

본 발명은 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조를 개량하여 엔진 열에 의해 벨로우즈 내부에서 발생하는 고온, 고압의 기체로부터 벨로우즈의 변형을 방지하여 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 조향장치는, 운전석에 마련된 스티어링 휠과, 그 하측에 마련되는 스티어링 샤프트 및 이 스티어링 샤프트와 연결되어 스티어링 휠로부터 전달된 회전력을 감속함과 동시에 동력전달방향을 전환하는 기어박스 등을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 기어박스는 중공으로 마련된 랙 하우징의 내부에 랙바가 그 축방향으로 내설되어 스티어링 샤프트로부터의 회전력을 수평운동으로 전환할 수 있도록 구성되어 있으며, 랙바 양단에는 이와 연동될 수 있도록 타이로드가 이너볼 조인트되어 차량 양측의 타이어 휠 측과 연결되어 차륜을 가변시킬 수 있도록 구성되어 있다.

이때, 상기와 같이 축방향으로 연동되는 타이로드와 랙바가 연결된 이너볼 조인트부의 외측에는 외부로부터의 수분 및 먼지 등의 침투를 방지하기 위해 벨로우즈(Bellows)가 덮여진다.

도 1은 위와 같은 종래 일 실시예에 따른 차량용 조향 시스템에 있어 타이로드와 랙바가 연결되는 외측에 벨로우즈가 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 랙 하우징(1)의 선단 외부와 타이로드(3)의 중간단 외부에는 축방향으로 이동되는 랙바(2)와 타이로드(3)를 덮어 랙 하우징(1)의 내부로 수분 또는 먼지 등과 같은 이물질이 침투하는 것을 방지하기 위한 벨로우즈(5)가 설치되어 있다.

이와 같은 벨로우즈(5)는 차량의 엔진 주위에 위치되어 랙바(2)와 타이로드(3)가 좌,우 축방향으로 이동에 따라 신축이 가능하도록 주름관 형태로 마련되는데, 양단부 중 비교적 직경이 큰 대경부(52)는 랙 하우징(1)의 선단 외주면에 끼워진 상태에서 그 외측에서 이를 감싸며 체결되는 스틸밴드(6)에 의해 고정되며, 타단의 비교적 직경이 작은 소경부(54)는 타이로드(3) 중간단 외주면에 형성된 홈상에 끼워진 상태에서 그 외측에서 이를 감싸며 체결되는 클립(7)에 의해 고정된다.

여기서, 상기와 같이 벨로우즈(5)의 조립시 벨로우즈(5)와 피조립체인 랙 하우징(1)과 타이로드(3)와의 수밀성을 높이기 위해, 벨로우즈 조립부 즉, 대경부(52) 또는 소경부(54) 내경과 피조립체의 외경 사이에 밀봉 접착제(8)를 사용하거나 조립부위에 홈을 내어 오링(도시생략)을 설치한 후 그 외측에 벨로우즈(5)가 끼워질 수 있도록 하였다.

그러나, 이러한 종래의 차량용 조향 시스템의 벨로우즈(5)는, 주름산의 피치간격이 일정하고, 모든 주름산 및 주름골의 외경이 일정하여 엔진(도시생략)의 진동이나 주행중 조향휠을 비롯한 노면으로 받는 조향계 진동에 의한 인장압축, 굽힘, 비틀림의 변위에 대한 제한 수단으로는 부족한 문제점이 있었다.

또한 상기 벨로우즈(5)의 대경부(52) 및 소경부(54)가 밀봉되어 벨로우즈(5) 내부가 밀폐되어 있으므로, 엔진(도시생략)의 주위에 위치하고 있는 벨로우즈(5) 내부에 존재하는 기체, 즉 공기가 차량의 운전시 엔진 열을 받아 고온 및 고압 상태를 유지하게 된다. 이때, 상기 벨로우즈(100)의 주름부 중 신축작동을 가장 많이 하는 타이로드(3)가 설치된 소경부(54)측의 주름부가 신속하게 먼저 접히지 않게 되어 벨로우즈(100)의 내부에 존재하는 고온, 고압의 기체에 의해 소경부(54)측의 주름부가 터지게 되어 파손되거나 구부러지게 되는 변형이 발생하게 됨으로써, 벨로우즈(5)의 내구성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 벨로우즈의 대경부측의 주름부를 항아리 형태로 형성하고, 소경부측의 주름부를 콘(cone) 형태로 형성하여 엔진 진동 및 주행 중 발생하는 조향계 진동에 의해 발생하여 벨로우즈의 소경부측에 집중되는 응력을 전달 분산하여 차량의 운전시 엔진 열에 의해 벨로우즈 내부에 존재하는 고온, 고압의 기체로부터 벨로우즈 소경부측의 주름산 및 주름골의 재질 열화 및 응력 집중에 의한 변형을 방지하여 벨로우즈의 내구성 및 신뢰성을 향상시키고, 차량용 조향시스템의 랙바와 타이로드의 좌,우 축방향 이동이나 타이로드의 전,후 방향 작동시 벨로우즈 주름부의 신축작동이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 벨로우즈 소경부측의 주름산 피치가 대경부측 주름산 피치보다 작게 일정 간격으로 형성하거나 소경부측으로 갈수록 점점 감소되도록 형성하여 차량의 운전시 벨로우즈의 주름부 중 신축작동을 가장 많이 하는 타이로드가 설치된 소경부측의 주름부가 신속하게 먼저 접히도록 하여 엔진 열에 의해 벨로우즈 내부에 존재하는 고온, 고압의 기체로부터 소경부측의 주름부가 터지게 되어 파손되거나 구부러지게 되는 변형을 방지하도록 하는 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조는, 양측단이 개구 형성된 중공의 랙 하우징과, 상기 랙 하우징의 양측단 외부로 연장 형성되도록 그 내부에 삽입 설치된 랙바와, 상기 랙바의 양측 선단에 연결되는 한 쌍의 타이로드와, 축방향으로 신축가능하도록 소정의 폭과 크기를 갖고 속이 빈 원통형으로 주름부가 연속되게 주름산과 주름골이 반복 형성되어 상기 랙바의 양측 선단과 상기 타이로드의 중간단 사이를 덮도록 연질의 열가소성 고무나 합성수지로 성형되는 벨로우즈를 포함하는 공지의 차량용 조향시스템에 있어서, 상기 벨로우즈의 대경부측의 주름부는 첫째 주름산으로부터 축방향의 중심을 향하여 주름산과 주름골의 외경을 점차 증가시키는 항아리 형태로 형성되고, 소경부측의 주름부는 상기 소경부측으로 갈수록 상기 주름산과 주름골의 외경이 점점 감소되도록 콘(cone) 형태로 형성되며;
상기 소경부측의 주름산 피치가 대경부측 주름산 피치보다 소경부측으로 갈수록 점점 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

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상기 주름산은 스퀘어(square) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 주름골의 형상은 U형, 스퀘어(square)형, 라운드형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조에 의하면, 벨로우즈의 대경부측의 주름부를 항아리 형태로 형성하고, 소경부측의 주름부를 콘 형태로 형성함으로써 엔진 진동 및 주행 중 발생하는 진동에 의해 발생하여 벨로우즈의 소경부측에 집중되는 응력을 전달 분산하여 차량의 운전시 엔진 열에 의해 벨로우즈 내부에 존재하는 고온, 고압의 기체로부터 벨로우즈 소경부측의 주름산 및 주름골의 재질 열화 및 응력 집중에 의한 변형을 방지하여 벨로우즈의 내구성 및 신뢰성을 향상시키고, 차량용 조향시스템의 랙바와 타이로드의 좌,우 축방향 이동이나 타이로드의 전,후 방향 작동시 벨로우즈 주름부의 신축작동이 안정적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.

또한, 벨로우즈 소경부측의 주름산 피치가 대경부측 주름산 피치보다 작게 일정 간격으로 형성하거나 소경부측으로 갈수록 점점 감소되도록 형성함으로써, 차량의 운전시 벨로우즈의 주름부 중 신축작동을 가장 많이 하는 타이로드가 설치된 소경부측의 주름부가 신속하게 먼저 접히도록 하여 벨로우즈 내부에 존재하는 고온, 고압의 기체에 의해 소경부측의 주름부가 터지게 되어 파손되거나 구부러지게 되는 변형을 방지하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에 있어 타이로드와 랙바가 연결되는 외측에 벨로우즈가 설치된 상태를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 시스템의 벨로우즈 구조를 나타낸 사시도,
도 3은 도 2의 좌측면도,
도 4는 도 3의 정면도,
도 5는 도 3의 종단면도,
도 6은 도 5의 G부분 확대도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨로우즈의 주름골을 나타낸 요부발췌 종단면도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벨로우즈의 주름골을 나타낸 요부발췌 종단면도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에 있어 타이로드와 랙바가 연결되는 외측에 벨로우즈가 설치된 상태를 나타낸 단면도,

이하, 본 발명에 따른 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세하게 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

또한, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있고, 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향 시스템의 벨로우즈 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 좌측면도이며, 도 4는 도 3의 정면도이고, 도 5는 도 3의 종단면도이며, 도 6은 도 5의 G부분 확대도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨로우즈의 주름골을 나타낸 요부발췌 종단면도이며, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벨로우즈의 주름골을 나타낸 요부발췌 종단면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에 있어 타이로드와 랙바가 연결되는 외측에 벨로우즈가 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조는, 도 2 내지 도 9에 도시된 것과 같이, 양측단이 개구 형성된 중공의 랙 하우징(1)과, 상기 랙 하우징(1)의 양측단 외부로 연장 형성되도록 그 내부에 삽입 설치된 랙바(2)와, 상기 랙바(2)의 양측 선단에 연결되는 한 쌍의 타이로드(3)와, 축방향으로 신축가능하도록 소정의 폭과 크기를 갖고 속이 빈 원통형으로 주름부가 연속되게 주름산과 주름골이 반복 성형되어 상기 랙바(2)의 양측 선단과 상기 타이로드(3)의 중간단 사이를 덮도록 연질의 열가소성 고무나 합성수지로 성형되는 벨로우즈를 포함하는 공지의 차량용 조향시스템에 있어서, 상기 벨로우즈(100)의 대경부(52)측의 주름부는 첫째 주름산(110)으로부터 축방향의 중심을 향하여 주름산(110)과 주름골(120)의 외경(D)(d)을 점차 증가시키는 항아리 형태로 형성되고, 소경부(54)의 주름부는 상기 소경부(54)측으로 갈수록 상기 주름산(110)과 주름골(120)의 외경(D)(d)이 점점 감소되도록 콘(cone) 형태로 형성되어 있다. 이는 차량의 엔진(도시생략) 진동 및 주행 중 발생하는 진동에 의해 발생하여 벨로우즈(100)의 소경부(54)측에 집중되는 응력을 전달 분산하여 차량의 엔진 열에 의해 벨로우즈(100) 내부에 존재하는 고온, 고압의 기체로부터 벨로우즈(100) 소경부(54)측의 주름산(110) 및 주름골(120)의 재질 열화 및 응력 집중에 의한 변형을 방지하여 벨로우즈(100)의 내구성 및 제품의 신뢰성을 향상시키고, 차량용 조향시스템의 랙바(2)와 타이로드(3)의 좌,우 축방향 이동이나 타이로드(3)의 전,후 방향 작동시 벨로우즈(100) 주름부의 신축작동이 안정적으로 이루어지도록 하기 위함이다.

상기 주름산(110)은 스퀘어(square) 형상으로 형성되어 있고, 상기 주름골(120)의 형상은 도 6에 도시된 바와 같이 U형으로 형성하는 것이 가장 바람직하나, 도 7에 도시된 바와 같은 스퀘어(square)형이나 도 8에 도시된 바와 같은 라운드형으로 형성할 수도 있다.

이때, 상기 벨로우즈(100)는 열가소성 폴리에스터 엘라스토머(Polyester Elastomer)인 하이트렐(Hytrel) 소재를 이용하여 일체로 성형되는 것이 바람직하다. 또한 상기 합성수지재의 벨로우즈(100)는 기존과 같이 열가소성 고무의 물성을 갖는 산토프렌(Santoprene) 소재를 이용하여 일체로 성형하여 구성할 수 있음은 물론이다.

그리고 상기 벨로우즈(100)는 양단부 중 비교적 직경이 큰 대경부(52)는 랙 하우징(1)의 선단 외주면에 끼워진 상태에서 그 외측에서 이를 감싸며 체결되는 스틸밴드(6)에 의해 고정되며, 타단의 비교적 직경이 작은 소경부(54)는 타이로드(3) 중간단 외주면에 형성된 홈상에 끼워진 상태에서 그 외측에서 이를 감싸며 체결되는 클립(7)에 의해 고정된다.

상기와 같이 벨로우즈(100)의 조립시 벨로우즈(100)와 피조립체인 랙 하우징(1) 및 타이로드(3)와의 수밀성을 높이기 위해, 기존과 같이 벨로우즈(100) 조립부 즉, 대경부(52) 또는 소경부(54) 내경과 랙 하우징(1) 및 타이로드(3)의 외경 사이에 밀봉 접착제를 사용하거나, 조립부위에 홈을 내어 오링(도시생략)을 설치한 후 그 외측에 벨로우즈(100)가 끼워질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 벨로우즈(100) 소경부(54)측의 주름산(110) 피치(P)가 대경부(52)측 주름산(110) 피치(P)보다 작게 일정 간격으로 형성되거나 소경부(54)측으로 갈수록 점점 감소되도록 형성된다. 이는 차량의 운전시 벨로우즈(100)의 주름부 중 신축작동을 가장 많이 부분인 소경부(54)측의 주름부가 신속하게 먼저 접히도록 하여 엔진 열에 의해 벨로우즈(100) 내부에 존재하는 고온, 고압의 기체로부터 소경부(54)측의 주름부가 구부러지게 되는 변형을 방지하기 위함이다.

또한, 소경부(54)측의 주름부가 신속하게 먼저 접히도록 상기 소경부(54)측의 주름산(110) 피치(P)를 대경부(52)측 주름산(110) 피치(P)보다 작게 적어도 하나 이상 주름산(110)과 주름산(110) 사이에 위치되도록 형성하여 구성할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 랙 하우징 2 : 랙바
3 : 타이로드 6 : 스틸밴드
7 : 클립 52 : 대경부
54 : 소경부 100 : 벨로우즈
110 : 주름산 120 : 주름골
D, d : 외경 P : 피치

Claims (6)

1. 양측단이 개구 형성된 중공의 랙 하우징(1)과, 상기 랙 하우징(1)의 양측단 외부로 연장 형성되도록 그 내부에 삽입 설치된 랙바(2)와, 상기 랙바(2)의 양측 선단에 연결되는 한 쌍의 타이로드(3)와, 축방향으로 신축가능하도록 소정의 폭과 크기를 갖고 속이 빈 원통형으로 주름부가 연속되게 주름산과 주름골이 반복 형성되어 상기 랙바(2)의 양측 선단과 상기 타이로드(3)의 중간단 사이를 덮도록 연질의 열가소성 고무나 합성수지로 성형되는 벨로우즈를 포함하는 공지의 차량용 조향시스템에 있어서,
   상기 벨로우즈(100)의 대경부(52)측의 주름부는 첫째 주름산(110)으로부터 축방향의 중심을 향하여 주름산(110)과 주름골(120)의 외경(D)(d)을 점차 증가시키는 항아리 형태로 형성되고, 소경부(54)측의 주름부는 상기 소경부(54)측으로 갈수록 상기 주름산(110)과 주름골(120)의 외경(D)(d)이 점점 감소되도록 콘(cone) 형태로 형성되며;
   상기 소경부(54)측의 주름산(110) 피치(P)가 대경부(52)측 주름산(110) 피치(P)보다 소경부(54)측으로 갈수록 점점 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조.
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3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 주름산(110)은 스퀘어(square) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조.
6. 제1항에 있어서,
   상기 주름골(120)의 형상은 U형, 스퀘어(square)형, 라운드형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 조향시스템의 벨로우즈 구조.

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