KR101703750B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

랙구동형 동력 보조 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 랙구동형 동력 보조 조향장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 랙하우징 내에 배치되며 외주면에 외주나선홈이 형성된 랙바와, 볼을 매개로 상기 랙바와 결합되도록 내주면에 내주나선홈이 형성되며 외주면 일측에는 베어링이 결합되고 외주면 타측에는 전동모터의 축에 연결된 구동풀리와 벨트로 연결되는 너트풀리가 결합되어 있는 볼너트 및 상기 베어링의 일측을 지지하며 상기 랙하우징 내측에 결합되는 환형의 락스크류를 구비하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 락스크류에는 상기 랙하우징의 열팽창률과 대응되는 지지부재가 마련된 랙구동형 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Lack assist type electric power steering apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 랙하우징과 락스크류의 풀림을 방지하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
자동차의 동력 보조 조향장치는 일반적으로 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 최근에는 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화 되어 가고 있다.
전동식 조향장치는 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어유닛(ECU: Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.
일반적인 전동식 조향장치는 핸들로부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
이러한 전동식 조향장치는 한국공개특허 공개번호 제10-2014-0104866호에 개시되어 있다. 개시된 문헌에 따르면, 동력 보조 조향장치는 모터와 연결된 벨트를 통해 동력을 전달받아 회전하는 볼너트와, 볼을 매개로 볼너트와 결합되어 볼너트의 회전에 따라 직선운동하는 랙바 및 상기 볼너트가 회전가능하도록 지지하는 베어링을 갖추고, 랙하우징에 나사결합되어 베어링을 지지하는 락스크류가 마련된다. 이때, 락스크류는 하중을 지지하는 역할을 수행함에 따라 락스크류의 풀림에 대한 강건 설계가 중요한 요소로 대두되고 있다.
그러나, 동력 보조 조향장치의 부품들을 수용하는 랙하우징은 열팽창계수가 큰 알루미늄으로 이루어지고, 락스크류는 열팽창계수가 작은 스틸로 이루어짐에 따라 고온에서 열팽창계수의 차이로 인하여 랙하우징과 락스크류 간의 체결력 저하 즉, 풀림이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 모터에 의한 벨트의 작동시 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격 등에 의해 락스크류가 풀려 운전중에 핸들이 잠겨 안전성이 떨어지는 문제점이 있다.
공개특허 2014-0104866호(주식회사 만도) 2014. 08. 29.
본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치는 랙하우징과 나사결합되는 락스크류에 랙하우징과 대응되는 열팽창률을 갖는 지지부재를 마련함으로써 고온에서 체결력이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치는 랙하우징과 락스크류 사이에 돌기와 홈 결합구조를 마련함으로써 진동이나 외력에 의해 락스크류가 풀리는 현상을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 랙하우징 내에 배치되며 외주면에 외주나선홈이 형성된 랙바와, 볼을 매개로 상기 랙바와 결합되도록 내주면에 내주나선홈이 형성되며 외주면 일측에는 베어링이 결합되고 외주면 타측에는 전동모터의 축에 연결된 구동풀리와 벨트로 연결되는 너트풀리가 결합되어 있는 볼너트 및 상기 베어링의 일측을 지지하며 상기 랙하우징 내측에 결합되는 환형의 락스크류를 구비하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 락스크류에는 상기 랙하우징의 열팽창률과 대응되는 지지부재가 마련된 랙구동형 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 인서트 사출성형에 의해 상기 락스크류와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 스틸(steel) 재질로 이루어진 락스크류의 열팽창률 보다 큰 열팽창률을 갖는 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 락스크류는 상기 베어링의 일측을 지지하도록 내주면 일측에 반경방향 내측으로 돌출된 돌출단부와, 외주면에 단차진 단차부를 갖추고, 상기 지지부재는 상기 락스크류의 단차부에 마련되는 제1몸체와, 상기 제1몸체의 외주면을 따라 일정간격 이격되며 상기 제1몸체로부터 연장 형성되어 상기 락스크류의 돌출단부까지 마련되는 복수의 제2몸체를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1몸체에는 반경방향 외측으로 돌출된 이탈방지돌기가 형성되고, 상기 랙하우징 내측면에는 상기 이탈방지돌기가 끼워지는 이탈방지홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치는 랙하우징과 나사결합되는 락스크류에 랙하우징과 대응되는 열팽창률을 갖는 지지부재를 마련함으로써 고온에서 체결력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 지지부재를 락스크류와 인서트 사출 성형에 의해 일체로 형성함으로써 제조비용의 증가를 줄일 수 있다.
아울러, 랙하우징과 락스크류 사이에 돌기와 홈 결합구조를 마련함으로써 모터에 의한 벨트의 작동시 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격 등에 의해 락스크류가 풀려 운전중에 핸들이 잠기는 것을 방지하여 주행 안정성을 향상시키는 효과가 있다. 즉, 지지부재의 기능과 별도로 2차적인 진동이나 외력에 의해 락스크류가 풀리는 현상을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 대한 결합 단면도이다.
도 4는 도 3의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치에 마련된 락스크류를 나타내는 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 상기 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부에 대한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 대한 결합 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 랙하우징(101)과 기어박스 하우징(102)의 내측에 배치되며 외주면에 외주나선홈(111)이 형성된 랙바(110)와, 상기 랙바(110)와 결합되어 랙바(110)를 슬라이딩시키는 볼너트(310)와, 상기 볼너트(310)의 외주면 일측에 결합되는 베어링(320)과, 상기 볼너트(310)의 외주면 타측에 결합되어 벨트(225)의 구동력을 전달하는 너트풀리(315)와, 상기 베어링(320)과 너트풀리(315)의 사이에서 상기 베어링(320)을 지지하며 상기 랙하우징(101)에 결합되는 락스크류(410) 및 상기 락스크류(410)와 베어링(320) 사이에 결합되는 환형의 탄성지지체(330)를 포함한다.
이때, 랙구동형 동력 보조 조향장치는 핸들(10)로부터 양측 바퀴(15)에까지 이어지는 조향수단과 연계되는데, 상기 조향수단은 핸들(10)과, 상단에 핸들(10)이 연결되어 핸들(10)과 함께 회전하는 조향축(11)과, 상기 조향축(11)의 하단에 연결되는 피니언축(12)을 갖는다.
피니언축(12)은 랙-피니언 기구부(20)를 통해 랙바(110)에 연결되고, 랙바(110)의 양단은 타이로드(13)를 통해 자동차의 바퀴(15)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(20)는 피니언축(12)의 하단에 형성되는 피니언 기어(22)와 랙바(110)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(24)가 서로 맞물려서 형성된다.
또한, 랙구동형 동력 보조 조향장치는 운전자가 핸들(10)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크센서(14)와, 토크센서(14)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어신호를 발생하는 전자제어유닛(ECU)과, 전자제어유닛(ECU)으로부터 전해지는 제어신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 전동모터(210) 및 전동모터(210)의 축(211)에 설치되는 구동풀리(215)와 너트풀리(315)를 연결하는 벨트(225) 등을 통하여 보조 동력을 전달받아 랙바(110)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 랙바(110)는 랙하우징(101)과 기어박스 하우징(102)의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 배치되며, 핸들(10)의 회전에 따라 좌우로 이동하며 바퀴(15)를 조향하게 되어 있다.
볼너트(310)는 볼(312)을 매개로 랙바(110)와 결합되도록 내주면에 랙바(110)의 외주스크류홈(111)과 대응되는 내주스크류홈(311)이 형성되어 있다. 또한, 볼너트(310)의 외주면 일측에는 베어링(320)이 결합되어 있으며, 외주면 타측에는 너트풀리(315)가 결합되어 있다. 이때, 너트풀리(315)는 전동모터(210)의 축(211)에 고정된 구동풀리(215)와 벨트(225)를 통해 연결되어 있어서, 전동모터(210)로부터 발생된 회전력을 전달받아 회전하면서 볼너트(310)를 회전시키게 된다. 이에, 볼너트(310)가 회전함에 따라 볼(312)을 매개로 볼너트(310)와 결합된 랙바(110)가 좌우로 이동하게 된다.
베어링(320)은 내륜(321)과 외륜(322)을 갖추고, 상기 내륜(321)은 볼너트(310)의 외주면 일측에 결합되고 외륜(322)은 랙하우징(101)의 내주면에 결합되어 볼너트(310)의 회전을 지지하게 된다.
락스크류(410)는 환형으로 이뤄지며, 베어링(320)의 일측을 지지하도록 내주면 일측에 반경방향 내측으로 돌출된 돌출단부(412)가 형성되어 있고, 외주면이 랙하우징(101)의 내측면에 나사결합되도록 나사부(미도시)가 형성되어 있다. 또한, 락스크류(410)의 외주면에는 일부가 단차진 단차부(415)가 마련된다.
이러한 락스크류(410)에는 랙하우징(101)의 열팽창률과 대응되는 열팽창률을 갖는 지지부재(510)가 마련된다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 지지부재(510)는 락스크류(410)의 단차부(415)에 마련되는 제1몸체(511)와, 제1몸체(511)의 외주면을 따라 일정간격 이격되어 상기 제1몸체(511)로부터 연장 형성되는 복수의 제2몸체(512)를 구비한다.
제1몸체(511)는 단차부(415)의 외측에 원주방향으로 연속된 환형의 고리 형상으로 형성될 수 있다.
제2몸체(512)는 제1몸체(511)로부터 연장 형성되어 락스크류(410)의 돌출단부(412)까지 마련된다.
이와 같은 지지부재(510)는 스틸 재질로 이루어진 락스크류(410)의 열팽창률 보다 큰 열팽창률을 갖는 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 지지부재(510)는 랙하우징(101)과 상응하는 열팽창률을 갖는 재질로 이루어져 열팽창률의 차이에 따른 락스크류(410)와 랙하우징(101) 간의 체결력이 감소되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이때, 제2몸체(512)는 락스크류(410)에 90°간격으로 4개로 마련될 수 있으나, 지지부재(510)의 재질에 따라 제2몸체(512)의 개수는 증감될 수 있다. 예컨대, 지지부재(510)가 열팽창계수가 큰 고무재질로 형성될 경우 제2몸체(512)는 2개로 마련될 수 있고, 고무재질 중 EPDM(ethylene propylene diene M-class : 이중합성고무)으로 사용될 경우 제2몸체(512)를 3개 이상으로 마련하여야 하며, 고무재질에 비하여 열팽창계수가 작은 플라스틱을 사용할 경우 제2몸체(512)를 4개 이상으로 마련하는 것이 바람직하다. 여기서, 플라스틱은 GF30%(Grass Fiber : 강화섬유)가 함유된 PA66(나일론계 플라스틱)으로 사용될 수 있다.
이러한 지지부재(510)는 인서트 사출성형에 의해 락스크류(410)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 지지부재(510)의 일부는 락스크류(410)의 내부에 마련된다. 이에, 랙구동형 동력 보조 조향장치의 장시간 사용 및 외부온도에 의한 고온시에도 랙하우징(101)과 열팽창률이 대응되는 지지부재(510)에 의하여 락스크류(410)의 풀림을 방지할 수 있게 된다.
한편, 지지부재(510)에는 온도의 차이와 별도로 진동이나 외력에 의해 락스크류(410)가 랙하우징(101)으로부터 풀리는 2차적인 풀림 현상을 방지하기 위한 수단이 마련된다. 예컨대 락스크류(410)가 진동 또는 외력에 의한 풀림을 방지하기 위한 수단으로서, 제1몸체(511)에 반경방향 외측으로 돌출 형성된 이탈방지돌기(515)와, 랙하우징(101)의 내측면에 이탈방지돌기(515)와 형합하도록 형성된 이탈방지홈(105)을 통하여 이루어질 수 있다. 즉, 락스크류(410)를 랙하우징(101)에 결합시 이탈방지돌기(515)가 이탈방지홈(105)에 체결됨에 따라 진동 및 외력에 의해 락스크류(410)가 풀리는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기와 같이, 지지부재(510)를 통하여 고온시 열팽창률 차이에 따른 풀림 및 진동이나 외력에 의한 락스크류(410)의 풀림을 방지함으로써 운전중에 핸들(10)이 잠기는 것을 방지하여 주행 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 탄성지지체(330)는 락스크류(410)의 돌출단부(412)와 베어링(320) 사이에 결합되는데, 탄성지지체(330)는 환형으로 이뤄지며, 일 예로 탄성지지체(330)는 웨이브 와셔로 제공될 수 있다. 또한, 탄성지지체(330)는 베어링(320)의 타측과 랙하우징(101) 사이에도 구비되는데, 이러한 탄성지지체(330) 역시 웨이브 와셔로 제공될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
101 : 랙하우징 105 : 이탈방지홈
110 : 랙바 210 : 전동모터
215 : 구동풀리 225 : 벨트
310 : 볼너트 315 : 너트풀리
320 : 베어링 330 : 탄성지지체
410 : 락스크류 412 : 돌출단부
510 : 지지부재 511 : 제1몸체
512 : 제2몸체 515 : 이탈방지돌기

Claims (5)

  1. 랙하우징 내에 배치되며 외주면에 외주나선홈이 형성된 랙바와, 볼을 매개로 상기 랙바와 결합되도록 내주면에 내주나선홈이 형성되며 외주면 일측에는 베어링이 결합되고 외주면 타측에는 전동모터의 축에 연결된 구동풀리와 벨트로 연결되는 너트풀리가 결합되어 있는 볼너트 및 상기 베어링의 일측을 지지하며 상기 랙하우징 내측에 결합되는 환형의 락스크류를 구비하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서,
    상기 락스크류에는 상기 랙하우징의 열팽창률과 대응되는 지지부재가 마련되고,
    상기 락스크류는 상기 베어링의 일측을 지지하도록 내주면 일측에 반경방향 내측으로 돌출된 돌출단부와, 외주면에 단차진 단차부를 갖추고,
    상기 지지부재는 상기 락스크류의 단차부에 마련되는 제1몸체와, 상기 제1몸체의 외주면을 따라 일정간격 이격되며 상기 제1몸체로부터 연장 형성되어 상기 락스크류의 돌출단부까지 마련되는 복수의 제2몸체를 구비하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 인서트 사출성형에 의해 상기 락스크류와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 스틸(steel) 재질로 이루어진 락스크류의 열팽창률 보다 큰 열팽창률을 갖는 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1몸체에는 반경방향 외측으로 돌출된 이탈방지돌기가 형성되고,
    상기 랙하우징 내측면에는 상기 이탈방지돌기가 끼워지는 이탈방지홈이 형성된 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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