KR101655477B1 - 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명의 볼너트 유닛(3)이 랙바의 외주면으로 그루브를 형성한 볼스크류(20)를 감싸고 C-링(9)으로 조립 위치의 이탈이 방지되는 볼너트(4)와, 상기 볼스크류(20)와 상기 볼너트(4)사이에 위치된 볼(10)을 유입 및 배출해 상기 볼(10)의 선회/순환흐름을 형성해주는 앤드캡(7)과, 상기 앤드캡(7)에 접촉되도록 밀착되어 조립상태에서 상기 앤드캡(7)을 밀어주는 댐퍼링(8)을 더 구비함으로써, 조립상태에서 댐퍼링(8)이 앤드캡(7)을 경방향/축방향으로 모두 밀어주는 힘을 가해 앤드캡(7)의 유격을 제거하고, 연속적으로 부딪히는 볼(10)이 앤드캡(7)에 가하는 충격하중(F)을 흡수 및 완충하는 댐핑(Damping)작용을 통해 노킹소음(Knocking Noise)도 완화하거나 제거할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛{Ball Nut Unit for R-MDPS}

본 발명은 랙 어시스트식 전동 조향장치(R-MDPS)에 관한 것으로, 특히 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛에 관한 것이다.

일반적으로 랙 어시스트식 전동 조향장치인 R-MDPS는 모터에 의해 구동토크를 생성하는 구동부와, 상기 구동토크를 벨트로 전달해 너트의 회전운동으로 전환함으로써 랙바의 축이동을 구현하는 종동부로 구성되어진다.

상기 구동부와 상기 종동부의 동력전달구조는 상기 구동부의 모터축에 체결되어진 구동풀리와 상기 종동부의 볼너트 유닛에 체결되어진 종동풀리 및 이들 풀리를 서로 연결하는 벨트로 구성되어진다.

통상 볼너트 유닛은 랙바에 형성된 볼스크류와, 상기 볼스크류를 감싸고 내경부에 그루브(Groove)를 형성한 볼너트와, 상기 볼스크류와 볼너트사이를 회전하는 볼과, 상기 볼을 선회/순환시키는 앤드캡으로 구성되어진다.

상기 볼너트 유닛의 조립 순차는 볼스크류를 형성한 랙바와 볼너트사이로 일정 수량의 볼을 삽입하고, 볼 삽입 완료후 양쪽 끝단의 앤드캡 장착부에 앤드캡을 삽입하여 이루어진다.

이에 더해, 조립된 볼너트의 이탈 방지를 위해 C-링(C-Ring)을 볼너트의 내경부에 형성된 그루브에 장착되어진다.

그러므로 조향 작동시 피니언축이 회전되면, 상기 피니언과 기어로 맞물려있는 랙바가 축이동을 하고, 상기 랙바의 축이동시 볼스크류부와 체결된 볼너트가 회전운동을 하게 된다.

상기 볼너트의 회전으로 볼은 볼스크류와 볼너트의 그루브를 따라 이동하여 앤드캡으로 유입된 후, 상기 앤드캡의 순환홀을 통해 반대방향으로 앤드캡을 빠져나오게 된다.

즉, 상기와 같이 앤드캡의 작용으로 볼은 이동 경로를 바꾸어 선회됨으로써 순환될 수 있게 된다.

하지만, 상기와 같은 볼너트유닛은 각 부품간의 유격과 조립 및 장착성 불안정에 따른 품질 산포로 인해 성능 및 작동성에 대한 품질 저하는 물론, 걸림감 발생이나 예기치 못한 마찰(Friction)의 과다를 발생시킬 수 있게 된다.

일례로, 볼너트의 앤드캡의 장착부와 앤드캡 단품간에는 조립구조상 경방향 유격과 축방향 유격이 존재할 수밖에 없게 된다.

상기 경방향 유격은 앤드캡의 이탈방지 기능을 위해 조립된 C-링을 이용해 제거될 수 있지만, 상기 축방향 유격은 제거되지 못함으로써 앤드캡의 유격이 존재하게 된다.

상기와 같이 존재하는 앤드캡 유격으로 볼스크류와 앤드캡간의 그루브 센터위치가 일치되지 않게 되면, 볼의 순환흐름시 걸림감 발생이나 예기치 못한 마찰(Friction)의 과다가 발생되어진다.

또한, 상기와 같이 존재하는 앤드캡 유격으로 C-링이 있더라도 앤드캡이 정위치(이상적 위치)에서 이탈할 가능성이 매우 높아짐으로써, 볼너트유닛의 조립상태에서 성능 및 작동성에 대한 품질을 저하시키게된다.

또한, 상기와 같이 존재하는 앤드캡 유격으로 엔드캡의 내부순환부(굴절부)를 통해 유입 및 순환되는 볼이 연속적으로 부딪혀 노킹소음(Knocking Noise)을 유발함으로써, 볼너트유닛에서 소음에 의한 진동이 유발되고 마찰(Friction)을 증가시켜 품질을 저하시키게된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 C-링으로도 제거할 수 없는 축방향 유격을 앤드캡을 통해 제거하면서 전체적인 조립유격도 보상함으로써, 작동시 불필요한 걸림감과 과도한 마찰(Friction)의 형성을 방지하고, 노킹소음(Knocking Noise)을 유발하지 않는 볼의 순환흐름을 만들어 줄 수 있는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터에 의해 발생된 구동토크를 풀리와 벨트로 전달받아 회전되는 볼너트 유닛이 랙바에 결합되어진 랙 어시스트식 전동 조향장치에 있어서,

상기 랙바의 외주면으로 그루브를 형성한 볼스크류 감싸 회전되고 C-링으로 조립 위치의 이탈을 방지하는 볼너트와, 상기 볼스크류와 상기 볼너트사이에 위치된 볼을 유입 및 배출해 상기 볼의 선회/순환흐름을 형성해주는 앤드캡과, 상기 앤드캡에 접촉되도록 밀착된 조립상태에서 상기 앤드캡을 경방향과 축방향으로 밀어주는 힘을 가하는 댐퍼링을 포함해 구성된 볼너트 유닛을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 댐퍼링은 상기 볼너트의 내경부로 형성된 링안착부에 상기 C-링과 함께 조립되고, 상기 앤드캡은 상기 볼너트의 내경부로 형성된 앤드캡안착부에 상기 댐퍼링과 밀착되어 힘을 받도록 조립되어진다.

상기 앤드캡과 상기 댐퍼링은 경사진 부위를 통해 서로 밀착되어진다.

상기 앤드캡의 경사진 부위는 선회/순환흐름을 갖는 상기 볼이 유입되는 볼안내부에 일체로 이루어진 돌출연장부의 한쪽측면에서 상기 볼안내부의 측면쪽으로 경사진 경사면으로 이루어지고, 상기 댐퍼링의 경사진 부위는 테두리의 한쪽 단면을 경사시킨 단차면으로 이루어지고, 상기 경사면과 상기 단차면은 15도의 경사로 형성되어진다.

상기 댐퍼링은 나이론6계열이나 우레탄 재질과 같은 댐핑(Damping)작용을 구현하는 재질로이루어진다.

이러한 본 발명은 C-링으로도 제거할 수 없는 축방향 유격을 앤드캡을 통해 제거하고 조립유격을 보상하므로 작동시 불필요한 걸림감과 과도한 마찰(Friction)의 형성방지는 물론 볼과의 접촉에 의한 노킹소음(Knocking Noise)도 유발되지 않는 효과가 있게 된다.

또한, 본발명은 엔드캡이 조립위치에서 자동적으로 제위치를 찾아 밀착되어 유격을 제거하므로 앤드캡을 본래 위치로 고정하고 이탈을 방지하기 위한 작업공정이 불필요하고, 앤드캡에 대한 검수작업도 불필요하게 되는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 볼너트유닛을 적용한 랙 어시스트식 전동 조향장치의 부분 구성도이고, 도 2(가),(나)는 본 발명에 따른 볼너트유닛의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 볼너트유닛의 작동도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 볼너트유닛을 적용한 랙 어시스트식 전동 조향장치의 부분 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 랙 어시스트식 전동 조향장치는 모터에 의해 구동토크를 생성하는 구동부(1)와, 구동토크를 벨트로 전달해 너트의 회전운동으로 전환함으로써 랙바의 축이동을 구현하는 종동부(2)로 구성되어진다.

상기 구동부(1)와 상기 종동부(2)의 동력전달구조는 상기 구동부(1)의 모터축에 체결되어진 구동풀리와 상기 종동부(2)의 볼너트 유닛(3)에 체결되어진 종동풀리 및 이들 풀리를 서로 연결하는 벨트로 구성되어진다.

본 실시예에 따른 볼너트 유닛(3)은 랙바의 외주면으로 그루브(Groove)를 형성한 볼스크류(20)와, 상기 볼스크류(20)를 감싸고 회전되는 볼너트(4)와, 상기 볼스크류(20)와 볼너트(4)사이에 위치되어 이동하는 볼(10)과, 상기 볼을 유입 및 배출해 볼(10)의 선회/순환흐름을 형성해주는 앤드캡(7)과, 상기 앤드캡(7)을 밀어주는 댐퍼링(8)과, 조립된 볼너트(4)의 위치 이탈을 방지하는 C-링(9)으로 구성되어진다.

도 2(가)는 본 실시예에 따른 볼너트(4)의 내부 구조를 나타내며, 도시된 바와 같이 상기 볼너트(4)에는 내경부에 그루브(5)가 형성되고, 내경부의 한쪽부위에서 댐퍼링(8)을 위치시키도록 파여진 링안착부(6a)와 앤드캡(7)을 위치시키도록 파여진 앤드캡안착부(6b)가 형성되어진다.

상기 링안착부(6a)는 볼너트(4)의 내경부에 형성된 그루브(5)가 끝나는 내경부의 위치에 형성되고, C-링(9)과 댐퍼링(8)을 위치시켜준다.

조립되면 C-링(9)은 링안착부(6a)의 내경부에 형성된 별도의 홈으로 끼워져 고정되지만, 댐퍼링(8)은 링안착부(6a)의 내경부에 끼워져 고정되어진다.

상기 앤드캡안착부(6b)는 링안착부(6a)에서 이어져 볼너트(4)의 내경부에 형성된 그루브(5)의 영역에 형성되어진다.

도 2(나)는 본 실시예에 따른 앤드캡(7)의 구조를 나타내며, 도시된 바와 같이 상기 앤드캡(7)은 볼안내면(7a)을 형성하도록 서로 떨어져 길게 연장된 한쌍의 볼안내부(7d)와, 상기 볼안내부(7d)에 일체로 이루어져 돌출된 돌출연장부(7b)와, 상기 돌출연장부(7b)의 한쪽측면에서 상기 볼안내부(7d)의 측면쪽으로 경사지게 형성된 경사면(7c)으로 이루어진다.

상기 경사면(7c)은 약 15도의 경사로 형성되어 댐퍼링(8)과 접촉됨으로써 댐퍼링(8)의 유격을 보상하여준다.

상기 댐퍼링(8)은 나이론6(nylon6)계열의 재질이나 우레탄 재질로 이루어지며, 본 실시예에서는 상기와 같은 나이론6(nylon6)계열이나 우레탄과 같이 댐핑(Damping)작용을 구현할 수 있는 재질을 모두 적용할 수 있다.

상기 댐퍼링(8)은 도 1과 같이 중앙부위로 축홀을 뚫은 축보스를 형성한 원형을 이루고, 그 테두리의 한쪽면을 경사지게 깎아낸 단차면(8a)을 형성하며, 상기 단차면(8a)은 약 15도의 경사로 형성되고 조립상태에서 앤드캡(7)의 경사면(7c)에 밀착 접촉되어진다.

상기와 같이 댐퍼링(8)이 단차면(8a)을 이용해 앤드캡(7)의 경사면(7c)에 밀착 접촉됨으로써, 상기 댐퍼링(8)에 의해 앤드캡(7)이 경방향/축방향으로 모두 밀려나는 힘을 받아 유격을 보상받을 수 있게 된다.

상기 댐퍼링(8)의 중앙부위로 형성된 축보스는 축보스를 제외한 다른 부위와 단차짐으로써, 조립시 댐퍼링(8)이 끼워진 후 C-링(9)을 조립할 때 공구의 사용이 용이하게 될 수 있게 된다.

도 3은 본 실시예에 따른 볼너트 유닛의 작동을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 조립되면 랙바의 볼스크류(20)에 볼너트(4)가 결합되고, 상기 볼너트(4)의 링안착부(6a)에는 끼워져 고정된 C-링(9)의 전단부위로 댐퍼링(8)이 위치되며, 상기 볼너트(4)의 앤드캡안착부(6b)에는 앤드캡(7)이 위치되어진다.

상기와 같은 조립상태에서 C-링(9)은 볼너트(4)의 조립위치를 고정하게 되고, 댐퍼링(8)이 앤드캡(7)에 밀착되어 앤드캡(7)을 경방향과 축방향으로 밀어줌으로써 앤드캡(7)의 유격을 모두 제거하게 된다.

즉, 댐퍼링(8)의 단차면(8a)이 앤드캡(7)의 경사면(7c)과 밀착된 상태에서 상기 앤드캡(7)쪽으로 밀어주는 가압력(Fa)을 가하게 되고, 상기 단차면(8a)과 경사면(7c)에 의해 가압력(Fa)은 앤드캡(7)의 수직방향(경방향)과 수평방향(축방향)의 분력(Fy,Fx)을 형성해 앤드캡(7)을 밀어 유격을 제거하게 된다.

한편, 앤드캡(7)은 랙바의 볼스크류(20)와 볼너트(4)의 그루브사이에서 순환되는 볼(10)의 방향을 전환시키는 작용을 함으로써, 상기 앤드캡(7)은 볼안내면(7a)으로 진입되는 볼(10)로부터 충격하중(F)을 받을 수밖에 없게 된다.

하지만, 본 실시예에서는 상기와 같이 볼(10)이 앤드캡(7)에 가하는 충격하중(F)은 앤드캡(7)에 밀착되어진 댐퍼링(8)을 통해 흡수되는데, 이는 댐퍼링(8)이 충격을 흡수 및 완충하는 댐핑(Damping)작용을 구현할 수 있는 나이론6(nylon6)계열의 재질이나 우레탄 재질로 이루어짐에 기인되어진다.

즉, 볼(10)로 인해 앤드캡(7)에 발생되는 충격하중(F)이 앤드캡(7)의 경사면(7c)으로 전달되면, 상기 충격하중(F)은 앤드캡(7)의 경사면(7c)과 단차면(8a)으로 밀착되어진 댐퍼링(8)쪽으로 전달되고, 상기 댐퍼링(8)은 나이론6(nylon6)계열의 재질이나 우레탄 재질의 특성에 따라 전달된 충격하중(F)을 흡수 및 완충하는 댐핑(Damping)작용을 하게 된다.

이에 따라, 볼(10)이 앤드캡(7)에 가하는 충격하중(F)이 댐퍼링(8)을 통해 흡수 및 완충됨으로써, 연속적으로 부딪히는 볼(10)로 인한 노킹소음(Knocking Noise)을 완하시키거나 제거할 수 있게 된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 볼너트 유닛(3)이 볼(10)을 유입 및 배출해 상기 볼(10)의 선회/순환흐름을 형성해주는 앤드캡(7)에 밀착되는 댐퍼링(8)을 더 구비함으로써, 조립상태에서 댐퍼링(8)이 앤드캡(7)을 경방향/축방향으로 모두 밀어주는 힘을 가해 앤드캡(7)의 유격을 제거하고, 연속적으로 부딪히는 볼(10)이 앤드캡(7)에 가하는 충격하중(F)을 흡수 및 완충하는 댐핑(Damping)작용을 통해 노킹소음(Knocking Noise)도 완화하거나 제거할 수 있게 된다.

1 : 구동부 2 : 종동부
3 : 볼너트유닛 4 : 볼너트
5 : 그루브(Groove) 6a : 댐퍼안착부
6b : 앤드캡안착부 7 : 앤드캡
7a : 볼안내면 7b : 돌출연장부
7c,8b : 경사면 7d : 볼안내부
8 : 댐퍼링 8a : 단차면
9 : C-링 10 : 볼
20 : 볼스크류

Claims (6)

1. 모터에 의해 발생된 구동토크를 풀리와 벨트로 전달받아 회전되는 볼너트 유닛이 랙바에 결합되어진 랙 어시스트식 전동 조향장치에 있어서,
   상기 랙바의 외주면으로 그루브를 형성한 볼스크류를 감싸고 C-링으로 조립 위치의 이탈이 방지되는 볼너트와,
   상기 볼스크류와 상기 볼너트사이에 위치된 볼을 유입 및 배출해 상기 볼의 선회/순환흐름을 형성해주는 앤드캡과,
   상기 앤드캡에 접촉되도록 밀착된 조립상태에서 상기 앤드캡을 경방향과 축방향으로 밀어주는 힘을 가하는 댐퍼링을 포함해 구성되고,
   상기 댐퍼링은 상기 볼너트의 내경부로 형성된 링안착부에 상기 C-링과 함께 조립되고, 상기 앤드캡은 상기 볼너트의 내경부로 형성된 앤드캡안착부에 상기 댐퍼링과 밀착되어 힘을 받도록 조립되어진
   것을 특징으로 하는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트 유닛.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 앤드캡과 상기 댐퍼링은 경사진 부위를 통해 서로 밀착되는 것을 특징으로 하는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트 유닛.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 앤드캡의 경사진 부위는 선회/순환흐름을 갖는 상기 볼이 유입되는 볼안내부에 일체로 이루어진 돌출연장부의 한쪽측면에서 상기 볼안내부의 측면쪽으로 경사진 경사면으로 이루어지고, 상기 댐퍼링의 경사진 부위는 테두리의 한쪽 단면을 경사시킨 단차면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트 유닛.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 경사면과 상기 단차면은 15도의 경사로 형성되어진 것을 특징으로 하는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트 유닛.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 댐퍼링은 나이론6계열이나 우레탄 재질과 같은 댐핑(Damping)작용을 구현하는 재질로이루어진 것을 특징으로 하는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트 유닛.
   
   

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