KR101701769B1 - 조향장치용 피니언축 및 피니언축의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙 피니언 타입의 자동차 조향장치에 적용되는 피니언이 형성된 조향장치용 피니언축에 관한 것으로서, 피니언부재의 일측으로 핸들 쪽의 조향축과 연결되도록 후단에 세레이션을 형성한 축부재를 분할하고 내부에 중공부이 형성되도록 단조 및 전조에 의해 피니언축을 제조토록 함으로 해서 피니언축의 원자재비용 절감, 중량감소, 생산성 향상 및 피니언의 내구성도 극대화 시킬 수 있도록 하는 조향장치용 피니언축 및 피니언축 제조방법을 제공한 것이다.
즉, 본 발명에서는 피니언부재의 일측으로 핸들 쪽과 연결되도록 후단에 세레이션을 형성한 축부재를 형성한 피니언축에 있어서; 상기 피니언부재와 축부재를 분할 구성하되; 상기 피니언부재는 전조 및 단조에 의해 구성하고, 축부재는 단조에 의해 구성하여 상호 일체로 조립하며; 상기 축부재 내측으로는 중공부를 형성한 것이다.

Description

조향장치용 피니언축 및 피니언축의 제조방법{Pinion shaft and the pinion shaft manufacturing method for a steering system}

본 발명은 랙 피니언 타입의 자동차 조향장치에 적용되는 피니언이 형성된 조향장치용 피니언축에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 피니언부재의 일측으로 핸들 쪽의 조향축과 연결되도록 후단에 세레이션을 형성한 축부재를 분할하고 내부에 중공부이 형성되도록 단조 및 전조에 의해 피니언축을 제조토록 함으로 해서 피니언축의 원자재비용 절감, 중량감소, 생산성 향상 및 피니언의 내구성도 극대화 시킬 수 있도록 하는 조향장치용 피니언축 및 피니언축 제조방법을 제공코자 하는 것이다.

일반적으로, 자동차 조향장치는 운전자가 조향 핸들을 돌려 자동차의 진행 방향을 운전자가 원하는 방향으로 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.

이와 같은 조향장치에는 엔진으로부터 회전력을 받아 유압 펌프를 작동시키고 유압 펌프에서 만들어진 유압을 조향휠 혹은 조향축의 회전에 따라 적절한 양을 적시에 구동식 피스톤에 보내어 조향장치를 움직이게 하는 유압식 조향 장치와, 조향휠 혹은 조향축의 회전을 감지하여 조향휠 혹은 조향축의 회전 운동을 보조하는 모터를 가동시켜 랙바를 움직임으로써 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 모터 구동식 조향 장치로 크게 구분할 수 있다.

종래 사용되고 있는 자동차 조향장치는 조향휠과 연결되어 조향휠의 회전에 따라 회전하며 피니언이 형성되어 있는 피니언축, 피니언축의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 랙과 피니언식 기어박스, 기어박스를 통해 전달된 회전력을 이용해 좌우로 슬라이딩하는 랙바를 수용하는 랙 하우징과, 랙이 형성된 랙바의 양측 단부에 각각 연결되는 볼하우징과, 타이로드로 구성되는 링크 구조 및 랙 하우징을 차체에 고정시키는 마운팅 브라켓을 포함하여 구성된다.

피니언축은 랙과 피니언기어가 구비된 기어박스에 연결되고, 외주면 일측에 일정 길이의 스크루가 형성되어 있는 랙바는 랙 하우징과 실린더 튜브에 내장되며, 랙 하우징과 실린더 튜브는 랙바를 감싸며 결합된다.

마운팅 브라켓은 랙바의 움직임, 바퀴와 노면의 마찰 및 노면으로부터의 역입력에 의해 많은 힘이 가해지는 조향장치를 차체에 고정하기 위해 실린더 튜브의 외주면 일측에 장착된다.

이와 같은 자동차 조향장치의 조립에 있어서 피니언축과 피니언축 베어링은 피니언축에 피니언축 베어링을 압입하고 일측에 록링을 체결한 후 지그에 세팅 고정하고 록링의 외주면 몇 군데를 코킹에 의한 소성 변형으로 서로 지지되며 결합하게 된다.

상기에서의 피니언축의 경우 대부분 기계가공에 의해 일체형으로 이루어지고 있으며, 선행기술로는 대한민국 공개특허공부(A)10-2011-0087678호(2011.08.03.)의 자동차 조향장치의 피니언축 및 이를 이용한 자동차 조향장치가 제안되고 있으며, 산행기술에 도시된 피니언축의 경우 피니언축 베어링에는 일측에서 연장 형성된 체결리브가 구비되고, 상기 피니언축의 외주면 또는 상기 기어하우징의 내주면에는 상기 체결리브가 결합되는 체결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있는 것으로, 중량 감소를 위해 내부에 중공부를 형성하는 기술이 존재하지 않고, 또 제조성을 향상시키기 위한 단조 및 전조에 대한 기술이 언급되어 있지 않는 기술로 전통적인 기계가공에 의해 제조하는 기술이다.

다른 예의 선행기술로는 대한민국 공개특허공보(A)10-2011-0087675호(2011.08.03.)의 자동차 조향장치의 피니언축 어셈블리 및 이를 이용한 자동차 조향장치가 제안되고 있으며, 선행기술에서 제공하는 피니언축 어셈블리의 경우 일측 단부는 조향축과 결합되고 타측 단부는 하기 제2피니언축과 결합되도록, 상기 타측 단부에 체결수단이 형성되어 있는 제1피니언축; 및 랙과 치합되는 피니언이 구비되되, 일측 단부는 상기 제1피니언축의 타측 단부와 결합되도록 상기 체결수단에 대응되는 체결수단을 구비하고, 타측 단부는 기어하우징에 결합 지지되는 제2피니언축;을 포함하여 구성한 것으로, 피니언과 축을 분할 구성하고 있는 기술이 제안되고 있으나, 이 또한 중량을 감량하기 위한 중공부가 없고, 외부 가공이 일반적인 기계가공으로 이루어지는 것으로, 재료 허실이 많고 제작성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

KR 1020110087678 A 2011.08.03. KR 1020110087675 A 2011.08.03.

이에 본 발명자는 종래 일체형 구성으로 이루어진 조향장치용 피니언축에서 중량을 20~30% 줄이면서도 피니언의 내구성을 향상하고 아울러 생산성 향상과 원자재비용 절감이 동시에 이루어질 수 있도록 함에 본 발명을 연구 개발한 것으로서,

본 발명에서는 피니언부재와 축부재를 분할한 상태에서 단조 및 전조를 통해서 재료의 허실 없이 외부 가공이 이루어질 수 있도록 함으로 해서 원자재비용을 절감하며, 피니언부재와 축부재의 내부에 중공부를 형성하여 외관 변형없이 피니언축의 중량을 줄이고, 전조에 의해 피니언이 형성되도록 함으로 해서 피니언의 내구성을 향상시키도록 함에 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결 수단으로 본 발명에서는 첫째 피니언부재의 일측으로 핸들 쪽과 연결되도록 후단에 세레이션을 형성한 축부재를 형성한 피니언축에 있어서; 상기 피니언부재와 축부재를 분할 구성하되; 상기 피니언부재는 전조 및 단조에 의해 구성하고, 축부재는 단조에 의해 구성하여 상호 일체로 조립하며; 상기 축부재 내측으로는 중공부를 형성한 것을 특징으로 한다.

둘째 상기 피니언부재의 내측으로 중공부를 더 형성한 것을 특징으로 한다.

셋째 상기 피니언부재와 축부재의 결합은 피니언부재에 끼움부를 형성하고, 축부재에 끼움부에 끼워지는 홈을 형성하며 외부면에 제2베어링결합부가 형성되는 고정부를 형성하며, 홈에 끼움부를 결합한 상태에서 축직각방향으로 고정부와 끼움부에 핀결합공을 형성하여 결합핀으로 상호 결합토록 한 것을 특징으로 한다.

넷째 상기 피니언부재의 피니언은 전조 형성되는 것을 특징으로 한다.

다섯째 피니언부재의 일측으로 핸들 쪽과 연결되도록 후단에 세레이션을 형성한 축부재를 형성한 피니언축을 제조함에 있어서;

봉상의 소재를 단조하여 제1베어링결합부와 피니언형성부 및 끼움부를 형성하고, 피니언형성부를 한 쌍의 다이스 사이에 투입하여 전조방식으로 피니언을 형성하는 피니언을 형성한 후 피니언 및 제1베어링결합부를 열처리하는 피니언부재 제조단계와; 봉상의 소재를 단조하여 끼움부가 끼워지는 홈이 형성되고 외부면에 제2베어링결합부가 형성되는 고정부 및 홈 보다 작은 직경으로 중공부를 형성하며, 아울러 제2베어링결합부에서 세레이션 쪽으로 축수되는 축봉을 형성하고, 고정부와 경계되는 위치에 제3베어링결합부를 형성 한 후 세레이션 및 제2,3베어링결합부를 열처리하는 축부재 제조단계와; 상기 피니언부재의 끼움부를 축부재의 고정부에 형성한 홈에 끼움한 상태에서 축직각방향으로 핀결합공을 형성하는 핀결합공 형성단계와; 상기 핀결합공으로 결합핀을 결합하는 조립단계와; 피니언부재와 축부재를 결합핀으로 결합한 상태에서 피니언부재의 피니언 및 제1베어링결합부와 축부재의 제2,3베어링결합부를 표면가공하는 단계에 의해 제조함을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축 및 피니언축 제조방법에 의하면 하기와 같은 효과가 있다.

-단조 및 전조에 의해 피니언부재와 축부재를 가공함으로 원재료 허실을 최소화 할 수 있어 원자재 비용을 최소화 할 수 있다.

-피니언부재와 축부재의 내부에 중공부가 형성되므로, 완성된 피니언축의 중량이 기존 기계가공에 의해 제조된 피니언축에 비해 20~30%줄일 수 있다.

-피니언부재와 축부재가 단조 및 전조에 의해 생산되므로 대량 생산이 가능하고, 그로 인해 생산비용을 줄일 수 있다.

-피니언이 전조에 의해 가공되므로 조직이 치밀해져 피니언 내구성을 보장할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축의 바람직한 일 실시례를 보인 외형 사시도
도 2는 도 1의 분해사시도
도 3은 본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축의 단면도
도 4는 본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축의 제조방법에 따른 순서 블록도

이하 본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축 및 피니언축 제조방법의 바람직한 일 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축의 바람직한 일 실시례를 보인 외형 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 분해사시도, 도 3은 본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축의 단면도를 각각 도시한 것이다.

본 발명은 랙 피니언타입의 조향장치에 적용하는 것으로, 피니언(21)이 형성되어 랙과 결합되고, 피니언(21)과 반대방향으로 핸들 쪽과 연결되도록 후단에 세레이션(31)을 형성한 피니언축(1)을, 내부에 중공부(4)이 형성되도록 단조 및 전조에 의해 구성함으로 해서 원자재비용 절감, 중량감소, 생산성 향상 및 피니언(21)의 내구성도 극대화 시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 피니언(21)이 형성되는 부분의 피니언부재(2)와, 핸들 쪽과 연결되도록 후단에 세레이션(31)을 형성한 축부재(3)로 분할하여 구성토록 한다.

바람직하기로는 피니언부재(2)를 단조 및 전조에 의해 구성하고, 축부재(3)를 단조에 의해 구성하여 상호 일체로 조립토록 하며, 축부재(3) 내측으로는 중공부(4)를 형성한다.

경우에 따라서는 상기 피니언부재(2)의 내측으로 중공부(5)를 더 형성할 수도 있다.

피니언부재(2)와 축부재(3)로 분할 구성되는 피니언축(1)에서, 피니언부재(2)는 피니언(21)의 선단으로 베어링이 결합되도록 제1베어링결합부(22)를 형성하고, 제1베어링결합부(22)의 반대쪽으로는 끼움부(23)을 형성한다.

상기와 같은 피니언부재(2)는 선단의 제1베어링결합부(22)와 후단의 끼움부(23) 등이 형성되도록 1차 단조한 후 전조기를 이용하여 피니언(21)을 형성하는 방법에 의해 제조토록 하며, 피니언부재(2)의 내측으로 중공부(5)를 형성하는 경우 단조과정에서 중공부(5)가 형성될 수 있도록 한다.

축부재(3)는 피니언부재(2)와 결합되는 쪽으로 끼움부(23)이 형성되는 홈(32)이 형성되는 고정부(33)을 형성하고, 또 홈(32) 보다 직경이 작은 중공부(4)가 형성되도록 하며, 고정부(33)의 반대쪽 끝단에 세레이션(31)이 형성되도록 구성한다. 또한 축부재(3)에는 고정부(33)의 외부면에 제2베어링결합부(34)를 형성하고, 제2베어링결합부(34)에서 세레이션(31) 쪽으로 축수되는 축봉(35)을 형성하고, 고정부(33)과 경계되는 위치에 제3베어링결합부(36)가 형성되도록 한다.

그리고 상기 피니언부재(2)와 축부재(3)의 결합은 다양한 구성에 의해 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 핀결합식 구성을 도시하고 있다.

핀결합식 구성의 경우 축부재(3)에 형성된 고정부(33)의 홈(32)으로 끼움부(23)을 결합한 상태에서 축직각방향으로 고정부(33)과 끼움부(23)에 핀결합공(6)을 형성하고 이에 결합핀(7)을 결합토록 한다. 이때 결합핀(7)은 고정부(33) 외부로 노출되지 않도록 구성하여 제2베어링결합부(34)에 베어링을 결합할 때 결합핀(7)과 간섭이 발생되지 않도록 구성한다.

상기와 같이 핀결합식으로 구성함에 있어서, 보다 안정된 결합을 위해 도 3에서와 같이 끼움부(23)와 홈(32)을 세레이션 타입으로 구성할 수도 있다.

피니언부재(2)와 축부재(3)의 결합방법으로 나사식이나 용접방식이 제안될 수 도 있으나, 나사식의 경우 피니언축(1) 회동에 의해 나사가 풀릴 염려가 있으며, 용접방식의 경우 용접과정에서 피니언부재(2)와 축부재(3)의 직진성을 저하시키는 요인이 될 수 있으므로 바람직하지 못하다.

도 4는 본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축의 제조방법에 따른 순서 블록도를 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 조향장치용 피니언축(1)의 제조방법은 블록도에서와 같이 1)피니언부재(2)를 제조하는 피니언부재 제조단계와, 2)축부재(3)를 제조하는 축부재 제조단계와, 3)피니언부재(2)와 축부재(3)를 조립하기 위한 핀구멍 형성 하는 핀결합공형성단계 및 4)피니언부재(2)와 축부재(3)를 조립하는 조립단계와, 5)열처리된 피니언(21) 및 제1 내지 제3베어링결합부(36)을 표면가공하는 단계에 의해 제조되도록 하는 것으로, 이하에서 각 단계를 보다 구체적으로 설명한다.

1)피니언부재 제조단계

피니언부재(2)의 제조는 봉상의 재료를 전조금형에 투입하여 선단에 제1베어링결합부(22)가 형성되고, 그 측방으로 피니언형성부가 형성되며, 후단으로 끼움부(23)가 형성되도록 전조한다. 이때 끼움부(23) 쪽으로는 피니언부재(2)의 내부에 중공부(5)가 형성될 수 있도록 할 수도 있으며, 끼움부(23)의 외형을 세레이션타입으로 구성할 수도 있다.

상기와 같이 1차 전조한 상태에서 피니언(21)성형부에 피니언(21)을 성형한다. 본 발명에서는 피니언성형부를 한 쌍의 전조 다이스 사이에 위치한 상태에서 전조하는 방법을 통해 이루어지지게 한다.

다음으로 선단의 제1베어링결합부(22)와 피니언(21)을 고주파 열처리한다.

상기와 같은 피니언부재(2) 제조의 경우 원재료의 허실을 최소화 하면서도 생산이 가능하며, 특히 피니언(21)의 경우 전조 방식으로 형성되므로 단시간에 피니언(21) 형상을 가공할 수 있는 것은 물론이고, 피니언(21)을 구성하는 조직이 전조되면서 가압되어 내마모성을 높이는 효과를 제공할 수 있는 것이다.

그리고 내부에 중공부(5)를 형성함으로 해서 중량을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

2)축부재 제조단계

축부재(3)의 제조는 봉상의 재료를 전조금형에 투입하여 상기 피니언부재(2)의 끼움부(23)이 형성되는 홈(32)이 내측으로 형성하고, 외부면에 제2베어링결합부(34)가 형성되는 고정부(33)을 형성하며, 그 측방으로 축수된 축봉(35)을 길게 형성하되, 고정부(33)과 축봉(35)의 경계부분에는 제3베어링결합부(36)을 형성하고 고정부(33)의 반대쪽에는 세레이션(31)이 형성되도록 한다. 또한 상기 축부재(3)의 내부에는 홈(32) 보다 작은 직경으로 중공부(4)를 형성토록 하며, 상기 홈(32)은 세레이션타입으로 구성되는 끼움부(23)와 결합되도록 세레이션구성으로 형성할 수 있다.

다음으로 상기 제2,3베어링결합부(34)(36)과 세레이션(31)을 고주파 열처리한다.

이와 같은 축부재(3)의 제조는 원재료 허실을 최소화 할 수 있고, 내부의 중공부(4)에 의해 전체 중량을 대폭 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

3)핀결합공 형성단계

상기와 같이 제조되는 피니언부재(2)와 축부재(3)의 조립을 위해서는 먼저 끼움부(23)과 고정부(33)에 핀결합공(6)을 형성하는 공정이 필요하다.

핀결합공(6)의 형성은 먼저 피니언부재(2)의 끼움부(23)을 고정부(33)의 홈(32)에 끼워 결합한 상태에서 양부재를 클램핑 고정한 상태에서 축직각방향으로 고정부(33)과 끼움부(23)에 핀결합공(6) 형성하면 되는 것이다.

4)조립단계

상기와 같이 핀결합공(6)을 형성한 상태에서 핀결합공(6)으로 결합핀(7)을 조립하여 피니언부재(2)와 축부재(3)가 상호 일체가 되게 한다.

이때 결합핀(7)은 억지끼움 방식에 의해 조립되도록 하며, 조립된 결합핀(7)의 양단은 고정부(33)의 외부면, 즉 제2베어링결합부(34)로 노출되지 않게 한다.

5)표면가공단계

상기와 같이 결합핀(7)을 이용하여 피니언부재(2)와 축부재(3)를 결합한 상태에서, 피니언부재(2) 및 축부재(3)를 제조하는 단계에서 이미 열처리되어 있는 피니언(21) 및 제1 내지 제3베어링결합부(22)(34)(36)의 표면을 가공한다.

피니언부재(2)와 축부재(3)를 별도로 가공하는 방법도 제안될 수 있으나, 이는 피니언축(1)의 직진도와 동심도를 저하시키는 요인이 될 수 있으므로, 되도록이면 상기와 같이 양 부재를 상호 조립한 상태에서 이루어질 수 있도록 함이 바람직하다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1:(조향장치용) 피니언축 2:피니언부재
21:피니언 22:제1베어링결합부
23:끼움부 3:축부재
31:세레이션 32:홈
33:고정부 34:제2베어링결합부
35:축봉 36:제3베어링결합부
4,5:중공부 6:핀결합공
7:제2베어링결합부

Claims (5)

1. 피니언부재(2)의 일측으로 핸들 쪽과 연결되도록 선단에 세레이션(31)을 형성한 축부재(3)를 형성한 피니언축(1)에 있어서;
   상기 피니언부재(2)는 피니언(21)이 형성되도록 전조 및 단조에 의해 구성하고, 축부재(3)는 단조에 의해 구성하여 분할상태인 양 부재를 상호 일체로 조립되되;
   상기 축부재(3)의 내측으로 중공부(4)를 형성하고, 피니언부재(2)의 내측으로 중공부(5)를 형성하며;
   상기 피니언부재(2)와 축부재(3)의 결합은, 피니언부재(2)에 세레이션축 타입의 끼움부(23)을 형성하고, 축부재(3)에 끼움부(23)과 끼워지는 세레이션보스 타입의 홈(32)이 형성되도록 고정부(33)을 형성하며, 홈(32)에 끼움부(23)을 결합한 상태에서 축직각방향으로 고정부(33)과 끼움부(23)에 핀결합공(6)을 형성하여 고정핀(7)의 양단이 베어링이 조립되는 고정부(33)의 외부면으로 노출되지 않게 상호 결합한 것을 특징으로 하는 조향장치용 피니언축.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 피니언부재(2)의 일측으로 핸들 쪽과 연결되게 선단에 세레이션(31)이 구비되도록 축부재(3)를 형성한 피니언축(1)을 제조함에 있어서;
   봉상의 소재를 단조하여 제1베어링결합부(22)와 피니언형성부 및 끼움부(23)을 형성하고, 피니언형성부를 한 쌍의 다이스 사이에 투입하여 전조방식으로 피니언(21)을 형성하는 피니언(21)을 형성한 후 피니언(21) 및 제1베어링결합부(22)를 열처리하는 피니언부재 제조단계와;
   봉상의 소재를 단조하여 끼움부(23)이 끼워는 홈(32)가 형성되고 외부면에 제2베어링결합부(34)가 형성되는 고정부(33) 형성하며, 아울러 제2베어링결합부(34)에서 세레이션(31) 쪽으로 축수되는 축봉(35)을 형성하고, 고정부(33)과 경계되는 위치에 제3베어링결합부(36)이 형성한 후 세레이션(31) 및 제2,3베어링결합부(34)36)을 열처리하는 축부재 제조단계와;
   피니언부재(2)와 축부재(3)를 결합한 상태에서 피니언부재(2)의 피니언(21) 및 제1베어링결합부(22)와 축부재(3)의 제2,3베어링결합부(34)(36)을 표면가공하는 단계에 의해 제조되되;
   상기 피니언부재 제조단계는 내측으로 중공부(5)가 형성되도록 하고, 축부재 제조단계는 홈(32) 보다 작은 직경으로 중공부(4)를 형성되도록 하며;
   상기 피니언부재(2)의 끼움부(23)을 축부재(3)의 고정부(33)에 형성한 홈(32)에 끼움한 상태에서 축직각방향으로 핀결합공(6)을 형성하는 핀결합공 형성단계와;
   상기 핀결합공(6)으로 결합핀(7)을 결합하는 조립단계를 더 포함하며;
   상기 표면가공하는 단계는 피니언부재(2)와 축부재(3)를 결합핀(7)으로 결합한 상태에서 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 조향장치용 피니언축 제조방법.

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