KR101756329B1 - 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치 - Google Patents

자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치 Download PDF

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이진웅
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 자동차용 조향 장치의 랙 바를 피니언 샤프트를 향해 지지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치로서, 상기 랙 바에 접촉하도록 상기 피니언의 반대 측에 배치되는 랙 베어링, 그리고 상기 랙 베어링이 상기 랙 바를 밀어서 상기 랙 바가 상기 피니언 샤프트에 체결될 수 있도록, 상기 랙 베어링에 미는 힘을 제공하는 유격 보상부를 포함하고, 상기 유격 보상부는 내부에 유체가 충전되고 하우징의 축 방향을 따라 복수의 위치에 고정될 수 있는 실린더, 상기 실린더에 결합되고 상기 유체의 이동에 따라 상기 랙 베어링을 향해 이동할 수 있도록 형성되는 피스톤 액추에이터, 상기 실린더와 상기 피스톤 액추에이터에 사이에 배치되어 상기 실린더에 대하여 상기 랙 베어링 측으로 상기 피스톤 액추에이터에 미는 힘을 제공하는 제1 탄성부재, 상기 피스톤 액추에이터에 지지되는 상태로 상기 피스톤 액추에이터와 상기 랙 베어링 사이에 이동 가능하게 배치되는 지지 플레이트, 상기 지지 플레이트에 대해 상기 랙 베어링을 탄성적으로 지지하는 제2 탄성부재, 그리고 상기 지지 플레이트가 상기 랙 베어링의 반대 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있도록 형성되는 이동 제한 부재를 포함한다.

Description

자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치{rack bar support device of steering gear for car}
본 발명은 자동차의 조향 장치를 구성하는 스티어링 기어의 랙 바를 지지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 자동차를 조향하기 위해 운전자의 조작력을 자동차의 조향력으로 변환시키는 조향 장치가 구비된다.
상세하게는, 조향 장치는 자동차 내부에 설치되어 운전자가 조작하는 스티어링 휠(steering wheel), 스티어링 휠과 연결되어 회전하는 스티어링 컬럼(steering column), 그리고 스티어링 컬럼의 회전력을 자동차의 조향력으로 변환하는 스티어링 기어(steering gear)를 포함한다.
즉, 조향 장치는 랙 피니언 타입의 스티어링 기어를 구비하고, 랙 바의 랙과 피니언 샤프트의 피니언 기어가 치합되는 구조를 갖는다.
이러한 스티어링 기어의 경우 랙과 피니언의 견고한 치합을 유지시켜 조향 성능 및 조향감을 향상시키기 위해 랙 지지 구조를 구비하는 것이 일반적이다.
더 자세하게는, 상기한 랙 지지 구조는 랙 바에 접촉하는 랙 베어링(rack bearing)을 구비하고, 스티어링 기어 하우징에 장착된 어저스터 플러그(adjuster plug)에 지지된 코일 스프링이 랙 베어링을 탄성적으로 지지하는 구조를 갖는다.
그러나, 상기한 랙 지지 구조는 장시간 작동에 의한 랙 및 피니언의 마모 등에 의해 랙 베어링과 어저스터 플러그 사이에 유격이 커지게 되고, 이로 인해 래틀 및 진동 등이 야기되는 문제점이 있었다.
등록특허공보 10-1146936
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 자동차의 조향 장치의 스티어링 기어의 장시간 사용에 의한 마모에 따라 유격이 발생하는 경우 이를 효과적으로 보상할 수 있는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 자동차용 조향 장치의 랙 바(rack bar)를 피니언 샤프트(pinion shaft)를 향해 지지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치로서, 상기 랙 바에 접촉하도록 상기 피니언의 반대 측에 배치되는 랙 베어링(rack bearing), 그리고 상기 랙 베어링이 상기 랙 바를 밀어서 상기 랙 바가 상기 피니언 샤프트에 체결될 수 있도록, 상기 랙 베어링에 미는 힘을 제공하는 유격 보상부를 포함하고, 상기 유격 보상부는 내부에 유체가 충전되고 하우징의 축 방향을 따라 복수의 위치에 고정될 수 있는 실린더(cylinder), 상기 실린더에 결합되고 상기 유체의 이동에 따라 상기 랙 베어링을 향해 이동할 수 있도록 형성되는 피스톤 액추에이터(piston actuator), 상기 실린더와 상기 피스톤 액추에이터에 사이에 배치되어 상기 실린더에 대하여 상기 랙 베어링 측으로 상기 피스톤 액추에이터에 미는 힘을 제공하는 제1 탄성부재, 상기 피스톤 액추에이터에 지지되는 상태로 상기 피스톤 액추에이터와 상기 랙 베어링 사이에 이동 가능하게 배치되는 지지 플레이트, 상기 지지 플레이트에 대해 상기 랙 베어링을 탄성적으로 지지하는 제2 탄성부재, 그리고 상기 지지 플레이트가 상기 랙 베어링의 반대 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있도록 형성되는 이동 제한 부재를 포함한다.
상기 제1 탄성부재는 상기 실린더에 탄성 지지되는 접시 스프링(disk spring)일 수 있다.
상기 피스톤 액추에이터는 상기 지지 플레이트에 접하여 상기 지지 플레이트를 지지하는 지지부, 상기 지지부로부터 상기 하우징의 축 방향으로 연장되어 상기 실린더를 관통하여 설치되는 로드(rod), 그리고 상기 로드로부터 방사상으로 연장되어 상기 실린더의 내면에 접하도록 상기 실린더의 내측에 배치되고 상기 유체가 일 방향으로만 이동 가능한 체크 밸브(check valve)를 구비하는 밸브 플레이트(valve plate)를 포함할 수 있다.
상기 피스톤 액추에이터는 유격발생 시, 상기 제1 탄성부재가 상기 지지부를 상기 랙 베어링 측으로 밀어 상기 실린더 내부의 유체를 상기 체크 밸브를 통해 상기 랙 베어링의 반대 측으로 이동시켜, 상기 랙 베어링 측으로 미는 힘을 제공할 수 있다.
상기 지지 플레이트는 전방에 설치된 상기 랙 베어링과 후방에 설치된 상기 이동 제한 부재 중 어느 것과도 접촉하지 않도록 상기 하우징의 축 방향을 따라 전방 및 후방에 각각 미리 설정된 간격이 형성되도록 설치될 수 있다.
상기 제 2 탄성부재는 코일 스프링이고, 상기 이동 제한 부재는 볼트일 수 있다.
상기 실린더의 내측에는 실 부재 및 리테이너(retainer)가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 자동차용 조향 장치의 랙 바를 피니언 샤프트를 향해 지지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치로서, 상기 랙 바에 접촉하도록 상기 피니언의 반대 측에 배치되는 랙 베어링, 그리고 상기 랙 베어링이 상기 랙 바를 밀어서 상기 랙 바가 상기 피니언 샤프트에 체결될 수 있도록, 상기 랙 베어링에 미는 힘을 제공하는 유격 보상부를 포함하고, 상기 유격 보상부는 내부에 유체가 충전되고 하우징의 축 방향을 따라 복수의 위치에 고정될 수 있는 실린더, 상기 실린더에 결합되고 상기 유체의 이동에 따라 상기 랙 베어링을 향해 이동할 수 있도록 형성되는 피스톤 액추에이터, 상기 실린더 내에 배치되어 상기 랙 베어링 측으로 상기 피스톤 액추에이터에 미는 힘을 제공하는 제3 탄성부재, 상기 피스톤 액추에이터에 지지되는 상태로 상기 피스톤 액추에이터와 상기 랙 베어링 사이에 이동 가능하게 배치되는 지지 플레이트, 상기 지지 플레이트에 대해 상기 랙 베어링을 탄성적으로 지지하는 제2 탄성부재, 그리고 상기 지지 플레이트가 상기 랙 베어링의 반대 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있도록 형성되는 이동 제한 부재를 포함한다.
상기 실린더의 내측에는 플레이트가 나사 결합되어 설치되고, 상기 플레이트의 중심에는 상기 실린더의 일측에 형성된 통공과 동일한 통공이 형성되어 상기 피스톤 액추에이터를 지지하되, 상기 실린더의 일측에 형성된 통공 및 상기 플레이트에 형성된 통공에는 내측을 관통하는 상기 피스톤 액추에이터에 접하여 상기 실린더 내부를 밀폐시키는 오링(o-ring)이 설치될 수 있다.
상기 피스톤 액추에이터는 상기 지지 플레이트에 접하여 상기 지지 플레이트를 지지하는 지지부, 상기 지지부로부터 상기 하우징의 축 방향으로 연장되어 상기 실린더를 관통하여 설치되는 로드, 그리고 상기 로드로부터 방사상으로 연장되어 상기 실린더의 내면에 접하도록 상기 실린더의 내측에 배치되고 일 방향으로 이동되는 상기 유체의 역류 방지를 위해 미리 설정된 크기의 역류 방지용 구멍이 복수 개 형성된 밸브 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량의 조향 장치의 스티어링 기어의 장시간 사용에 의한 마모에 따라 유격이 발생하는 경우 이를 효과적으로 보상함으로써, 래틀 및 진동 등을 저감시켜 운전자의 조향감을 상승시킬 수 있고, 차량의 성능을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치가 적용되는 자동차용 스티어링 기어를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치가 유격을 보상하는 과정을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치의 개략적인 단면도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치가 적용되는 자동차용 스티어링 기어를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 절개한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치의 분해사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치가 유격을 보상하는 과정을 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치(이하 '자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치'라 함)는 스티어링 기어(200)에 적용된다.
스티어링 기어(200)는 피니언 샤프트(210), 랙 바(220)를 포함하며, 상기 피니언 샤프트(210) 및 랙 바(220)와 함께 후술할 유격 보상부(20)가 함께 수용되는 하우징(30)을 포함할 수 있다. 피니언 샤프트(210)는 스티어링 휠(steering wheel, 도시 되지 않음)과 연결되어 운전자의 조작을 통해 스티어링 휠의 회전력을 전달받아 회전되며, 랙 바(220)에 치합될 수 있다. 한편, 피니언 샤프트(210)에 치합되는 랙 바(220)는 막대형상으로 길이방향의 일 측 외주면에 피니언 샤프트(210)와 치합 가능한 기어부(221)가 형성되며, 피니언 샤프트(210)의 회전에 대응하여 좌우 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 즉, 랙 바(220)는 기어부(221)를 통해 피니언 샤프트(210)와 치합되고, 피니언 샤프트(210)에 전달된 스티어링 휠의 회전력을 통해 축 방향으로 좌우 이동이 가능할 수 있다. 한편, 피니언 샤프트(210)와 랙 바(220)는 부분적으로 하우징(30) 내에 배치될 수 있다. 즉, 피니언 샤프트(210)와 랙 바(220)는 하우징(30) 내에서 치합된 구조를 형성하며, 랙 바(220)는 하우징(30) 내에서 좌우 이동이 가능할 수 있다.
한편, 랙 바(220)에 치합되는 피니언 샤프트(210)의 반대 측에는 랙 베어링(10)이 배치되어 랙 바(220)에 접촉된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 랙 베어링(10)을 포함한다.
랙 베어링(10)은 하우징(30) 내에서 랙 바(220)의 축 방향에 대하여 수직인 위치에 배치되어 랙 바(220)를 지지한다.
상세하게는, 랙 베어링(10)은 하우징(30)의 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입되고, 랙 바(220)와 피니언 샤프트(210)가 밀착되도록 랙 바(220)를 지지한다. 이때, 랙 베어링(10)의 일 측에는 랙 바(220)의 외주면과 대응되는 호형상의 랙 바 지지홈(11)이 형성되어 랙 바(220)를 지지한다. 또한, 랙 바 지지홈(11)에는 랙 바(220)의 지지 시 랙 베어링(10)과 랙 바(220) 간의 마찰력을 감소시킬 수 있도록 부싱(111)이 더 설치될 수 있다. 예시적으로, 부싱(111)은 마찰계수가 작은 재질로 형성될 수 있다.
또한, 랙 베어링(10)의 외주면에는 그루브(13)(groove)가 형성되어 여기에 댐핑을 위한 오링(131)(o-ring)이 삽입될 수 있다. 즉, 하우징(30) 내에 배치된 랙 베어링(10)은 외주면에 형성된 그루브(13)에 오링(131)이 설치됨으로써, 하우징(30) 내경의 크기에 부합되어 랙 베어링(10)과 하우징(30)의 내면 사이에 유격을 발생시키지 않게 된다. 따라서, 외부로부터 하우징(30)의 내측으로 이물질이 삽입되는 것을 방지함과 동시에, 하우징(30) 내부의 작동유가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 일 측에 랙 바 지지홈(11)이 형성된 랙 베어링(10)의 타측은 평평한 형상으로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 유격 보상부(20)를 포함한다.
더 자세하게는, 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 랙 베어링(10)이 랙 바(220)를 밀어서 랙 바(220)가 피니언 샤프트(210)에 체결될 수 있도록, 랙 베어링(10)에 미는 힘을 제공하는 유격 보상부(20)를 포함한다.
먼저, 유격 보상부(20)는 내부에 유체(40)가 충전되고, 하우징(30)의 축 방향을 따라 복수의 위치에 고정될 수 있는 실린더(21)를 포함한다.
더 자세하게는, 실린더(21)는 원통형의 구조물로 일측에 후술할 피스톤 액추에이터(22)의 로드(223)가 삽입되는 통공(211)을 형성하고, 타측은 개방되되, 상기 피스톤 액추에이터(22)의 로드(223)가 관통할 수 있도록 내측에 상기 통공(211)과 동일한 중심축을 가지는 통공(2151)을 구비하는 고리형의 리테이너(215)가 체결되며, 내부에는 액체 또는 기체 등의 유체(40)가 충전될 수 있다. 또한, 실린더(21)의 내측 전방 및 후방에는 내부에 충전된 유체(40)의 유출되는 것을 방지하기 위한 실 부재(2153)가 설치될 수 있다. 따라서, 후술할 피스톤 액추에이터(22)의 로드(223)가 실린더(21) 내에서 하우징(30)의 축 방향을 따라 이동할 시에도, 내부의 유체(40)가 외부로 유출되는 것이 방지될 수 있고, 외부로 관통되도록 설치된 피스톤 액추에이터(22)를 통해 외측에서 유격의 보상에 관한 정보를 측정하거나 예측할 수 있다.
또한, 실린더(21)는 전방에 랙 바(220)가 위치한 랙 베어링(10)의 후방에 배치되어 랙 베어링(10)의 이탈을 방지함과 동시에, 하우징(30)의 입구 측에 설치되어 하우징(30) 내부로 이물질이 침투되는 것을 방지할 수 있다.
예시적으로, 실린더(21)는 외주면에 나사산(213)을 형성하여 하우징(30)과 나사 결합될 수 있다. 자세하게는, 실린더(21)의 외면에는 수나사가 형성되고, 실린더(21)가 결합되는 하우징(30)의 내면에는 수나사에 대응되는 암나사가 형성될 수 있다. 이에 따라, 실린더(21)는 결합 시, 회전 정도에 따라 하우징(30) 내에서 하우징(30)의 축 방향을 따라 배치 위치가 가변될 수 있고, 원하는 위치에 고정될 수 있다.
또한, 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 피스톤 액추에이터(22)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 피스톤 액추에이터(22)는 실린더(21)에 결합되고, 실린더(21) 내에 충전된 유체(40)의 이동에 따라 랙 베어링(10)을 향해 이동할 수 있도록 형성된다.
더 자세하게는, 피스톤 액추에이터(22)는 후술할 지지 플레이트(24)에 접하여 지지 플레이트(24)를 지지하는 지지부(221), 지지부(221)로부터 하우징(30)의 축 방향으로 연장되어 실린더(21)를 관통하여 설치되는 로드(223)(rod), 그리고 로드(223)로부터 방사상으로 연장되어 실린더(21)의 내면에 접하도록 실린더(21)의 내측에 배치되고, 유체(40)가 일 방향으로만 이동 가능한 체크 밸브(2351)(check valve)를 구비하는 밸브 플레이트(235)(valve plate)를 포함할 수 있다.
즉, 피스톤 액추에이터(22)는 밸브 플레이트(235)를 통하여 실린더(21) 내부를 복수로 구획하고, 유격발생 시, 후술할 제1 탄성부재(23)가 지지부(221)를 랙 베어링(10) 측으로 밀어 실린더(21) 내부의 유체(40)를 체크 밸브(2351)를 통해 랙 베어링(10)의 반대 측으로 이동시켜, 랙 베어링(10) 측으로 미는 힘을 제공하고, 이동 시, 일 방향으로만 이동이 가능한 체크 밸브(2351)를 통해 이동된 유체(40)에 의해 지지되어 랙 바(220) 측으로 미는 힘을 지속적으로 유지할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 제1 탄성부재(23)를 포함한다.
더 자세하게는, 제1 탄성부재(23)는 실린더(21)와 피스톤 액추에이터(22)에 사이에 배치되어 실린더(21)에 대하여 랙 베어링(10) 측으로 피스톤 액추에이터(22)에 미는 힘을 제공한다.
예시적으로, 제1 탄성부재(23)는 실린더(21)에 탄성 지지되는 접시 스프링(23)(disk spring)일 수 있다.
다음으로, 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 지지 플레이트(24), 제2 탄성부재(25) 및 이동 제한 부재(26)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 지지 플레이트(24)는 피스톤 액추에이터(22)의 지지부(221)에 지지되는 상태로 피스톤 액추에이터(22)의 지지부(221)와 랙 베어링(10) 사이에 이동 가능하게 배치된다.
또한, 지지 플레이트(24)의 전방에는 지지 플레이트(24)에 지지되어 지지 플레이트(24)에 대해 랙 베어링(10)을 랙 바(220) 측으로 탄성적으로 지지하는 제2 탄성부재(25)가 설치된다. 즉, 랙 베어링(10)은 지지 플레이트(24)에 지지된 제2 탄성부재(25)의 힘에 의해 랙 바(220)를 향해 밀리게 된다. 예시적으로, 제2 탄성부재(25)는 코일 스프링(25)으로 구현될 수 있으며, 코일 스프링(25)은 랙 베어링(10)의 일 측에 형성된 함몰부에 삽입될 수 있다.
여기서, 지지 플레이트(24) 및 제2 탄성부재(25) 사이에는 지지 플레이트(24)가 랙 베어링(10)의 반대 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있도록 이동 제한 부재(26)가 설치될 수 있다.
예시적으로, 이동 제한 부재(26)는 랙 베어링(10)에 체결될 수 있으며, 머리를 가지는 볼트(26)의 형태로 구현될 수 있다. 이때, 볼트(26)의 나사산은 랙 베어링(10)에 체결되며, 머리는 지지 플레이트(24) 너머에 있게 된다. 구체적으로, 지지 플레이트(24)의 중심부에는 통공이 형성되고 볼트(26)의 나사산이 통공을 통과하여 랙 베어링(10)에 체결된다. 랙 베어링(10)에 대해 볼트(26)의 머리의 위치가 고정되어 있으므로, 지지 플레이트(24)가 제2 탄성부재(25)에 의해 밀리더라도 지지 플레이트(24)가 볼트(26)의 머리에 접촉하게 되는 위치 이상으로 더 밀려날 수 없게 된다.
이때, 지지 플레이트(24)는 초기 장착 상태(즉, 랙 바(220) 및 피니언 샤프트(210)의 마모가 일어나기 전 최초 상태)에서 랙 베어링(10)과 이동 제한 부재(26) 중 어느 것과도 접촉하지 않는 상태로 설치될 수 있다. 상세하게는, 지지 플레이트(24)는 전방에 설치된 랙 베어링(10)과 후방에 설치된 이동 제한 부재(26) 중 어느 것과도 접촉하지 않도록 하우징(30)의 축 방향을 따라 전방 및 후방에 각각 미리 설정된 간격이 형성되도록 설치될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 플레이트(24)와 랙 베어링(10) 사이에 간격(d1)이 존재하고, 또한, 지지 플레이트(24)와 볼트(26)의 머리 사이에도 간격(d2)이 존재하도록 구성된다. 이러한 배열은 코일 스프링(25)의 탄성력 및 실린더(21)의 위치 등을 조절하여 설정될 수 있다.
예시적으로, 지지 플레이트(24)가 피스톤 액추에이터(22)에 의해 지지되는 상태로 설치되기 전, 즉, 랙 베어링(10)과 이에 체결된 지지 플레이트(24)가 단품인 상태로 있는 경우에는, 지지 플레이트(24)와 랙 베어링(10) 사이의 간격이 도 2에서의 d1이 아니라 d1과 d2의 합에 해당하는 값이 될 수 있다. 즉, 이 경우 지지 플레이트(24)는 제2 탄성부재(25)에 의해 최대한 랙 베어링(10)으로부터 멀어져 있는 상태, 즉 지지 플레이트(24)가 볼트(26)의 머리에 접촉되는 상태가 될 수 있다. 바꾸어 말하면, 지지 플레이트(24)는 피스톤 액추에이터(22)에 의해 지지되는 상태로 설치되기 전에는 랙 베어링(10)으로부터 d1과 d2의 합만큼 이격되어 있다가, 설치 과정에서 피스톤 액추에이터(22)에 의해 눌리면서 랙 베어링(10)으로부터 d1만큼 이격된 지점에 위치할 수 있게 된다. 이때, 지지 플레이트(24)는 볼트(26)의 머리로부터 d2만큼 이격될 수 있다.
도 4를 참조하여 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치의 유격 보상 과정에 대하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 랙 베어링(10)과 실린더(21) 사이에 유격이 발생되지 않은 상태에서, 피스톤 액추에이터(22)는 최대한 후방으로 밀려, 피스톤 액추에이터(22)와 실린더(21) 사이에 설치된 제1 탄성부재(23)를 압축된 상태로 유지한다. 이때, 유격이 발생되면, 랙 베어링(10), 제2 탄성부재(25) 및 지지 플레이트(24)가 랙 바(220) 측으로 이동되고, 압축되어 있는 제1 탄성부재(23)의 압축이 해제되어 피스톤 액추에이터(22)의 지지부(221)에 힘을 가한다. 이에 따라, 지지부(221)와 일체로 형성된 로드(223) 및 밸브 플레이트(235)가 지지부(221)와 함께 랙 바(220) 측으로 이동되기 위해, 실린더(21) 내부의 충전된 유체(40)가 밸브 플레이트(235)에 형성된 체크 밸브(2351)를 통과하여 피스톤 액추에이터(22)의 진행방향과 반대방향으로 이동되고, 피스톤 액추에이터(22)가 전방으로 이동하여 랙 베어링(10) 측으로 미는 힘을 제공함으로써, 유격을 보상할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치에 대하여 설명한다.
참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치를 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하기로 하고, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치의 유격 보상부(20)는 내부에 유체(40)가 충전되고, 하우징(30)의 축 방향을 따라 복수의 위치에 고정될 수 있는 실린더(21)를 포함한다.
상세하게는, 실린더(21)는 원통형의 구조물로 일측에 후술할 피스톤 액추에이터(22)의 로드(223)가 삽입되는 통공(211)을 형성하고, 타측은 개방되어 내측에는 실린더(21)와 나사 결합되는 플레이트(217)가 설치될 수 있다. 플레이트(217)는 고리형의 부재로, 피스톤 액추에이터(22)의 로드(223)가 관통할 수 있도록 내측 중심에 실린더(21)의 통공(211)과 동일한 중심축을 가지는 통공(2173)이 형성되어 피스톤 액추에이터(22)의 로드(233)를 지지할 수 있다. 이때, 실린더(21)의 내부에는 액체 또는 기체 등의 유체(40)가 충전될 수 있으며, 이를 위해 실린더(21)는 내부 공간을 밀폐할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 예시적으로, 실린더(21)의 일측에 형성된 통공(211) 및 플레이트(217)에 형성된 통공(2173)에는 내측을 관통하는 피스톤 액추에이터(22)의 로드(233)에 접하여 실린더(21) 내부를 밀폐시키는 오링(2171)이 설치될 수 있다. 따라서, 후술할 피스톤 액추에이터(22)의 로드(223)가 실린더(21) 내에서 하우징(30)의 축 방향을 따라 이동할 시에도, 내부의 유체(40)가 외부로 유출되는 것이 방지될 수 있고, 외부로 관통되도록 설치된 피스톤 액추에이터(22)를 통해 외측에서 유격의 보상에 관한 정보를 측정하거나 예측할 수 있으며, 내부를 밀폐하기 위한 별도의 실(seal) 공정을 배제하여 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발병의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 피스톤 액추에이터(22)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 피스톤 액추에이터(22)는 실린더(21)에 결합되고, 실린더(21) 내에 충전된 유체(40)의 이동에 따라 랙 베어링(10)을 향해 이동할 수 있도록 형성된다.
더 자세하게는, 피스톤 액추에이터(22)는 지지 플레이트(24)에 접하여 지지 플레이트(24)를 지지하는 지지부(221), 지지부(221)로부터 하우징(30)의 축 방향으로 연장되어 실린더(21)를 관통하여 설치되는 로드(223), 그리고 로드(223)로부터 방사상으로 연장되어 실린더(21)의 내면에 접하도록 실린더(21)의 내측에 배치되고, 일정 크기 이하의 힘이 가해질 경우에는 일 방향으로 유체(40)의 흐름이 가능하고, 일정 크기 이상의 힘이 가해질 경우에는 일 방향으로 이동되는 유체(40)의 역류를 방지할 수 있는 미리 설정된 크기의 역류 방지용 구멍(2353)이 복수 개 형성된 밸브 플레이트(235)를 포함할 수 있다.
즉, 피스톤 액추에이터(22)는 밸브 플레이트(235)를 통하여 실린더(21) 내부를 복수로 구획하고, 유격발생 시, 후술할 제3 탄성부재(27)가 밸브 플레이트(235)를 랙 베어링(10) 측으로 밀어 실린더(21) 내부의 유체(40)를 역류 방지용 구멍(2353)을 통해 랙 베어링(10)의 반대 측으로 이동시켜, 랙 베어링(10) 측으로 미는 힘을 제공하고, 이동 시, 큰 힘이 가해질 경우에는 미리 설정된 크기로 복수 개 형성된 역류 방지용 구멍(2353)을 통해 이동된 유체(40)가 역류되지 않고, 이동된 공간 내에서 랙 바(220) 측으로 미는 힘을 제공하여 유격을 보상할 수 있다. 따라서, 밸브 플레이트(235)에 유체(40)의 역류를 방지하기 위한 별도의 제어장치를 추가로 설치하지 않아도 되므로 원가를 절감할 수 있다.
이때, 실린더(21)의 내측에는 피스톤 액추에이터(22)를 지지하는 제3 탄성부재(27)가 설치될 수 있다.
상세하게는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치는 제3 탄성부재(27)를 포함한다.
상세하게는, 피스톤 액추에이터(22)의 로드(223)에 형성된 밸브 플레이트(235)의 후방, 즉 유격 발생 시, 밸브 플레이트(235)의 역류 방지용 구멍(2353)을 통해 이동된 유체(40)가 위치하는 실린더(21)의 내측에는 플레이트(217)에 지지되어 유체(40)와 함께 밸브 플레이트(235)를 지지하여 유격을 보상하는 제3 탄성부재(27)가 설치된다. 제3 탄성부재(27)는 코일 스프링으로, 최초 유격 조정 시, 일정 힘으로 압축된 상태가 유지되도록 실린더 내부에 설치된다.
한편, 이와는 반대로 도면상에는 도시되지 않았으나, 제3 탄성부재(27)는 리턴 스프링으로 형성되어 밸브 플레이트(235)의 전방에 설치될 수 있다. 즉, 유격 발생 시, 실린더(21) 내부의 유체(40)가 밸브 플레이트(235)의 후방으로 이동됨과 동시에, 제3 탄성부재(27)는 탄성 복원력을 이용하여 밸브 플레이트(235)를 랙 베어링(10) 측으로 당겨 유격을 보상할 수 있다.
이처럼, 유격 발생 시 탄성력을 이용하여 유격을 보상하는 제3 탄성부재(27)를 실린더(21) 내부에 배치함으로써, 하우징(30) 내에 설치된 유격 보상부(20)의 구조가 보다 단순화될 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량의 조향 장치의 스티어링 기어의 장시간 사용에 의한 마모에 따라 유격이 발생하는 경우 이를 효과적으로 보상함으로써, 래틀 및 진동 등을 저감시켜 운전자의 조향감을 상승시킬 수 있고, 차량의 성능을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10. 랙 베어링
11. 랙 바 지지홈 111. 부싱
13. 그루브 131. 오링
20. 유격 보상부
21. 실린더
211. 통공 213. 나사산
215. 리테이너
2151. 통공 2153. 실 부재
217. 플레이트
2171. 오링 2173. 통공
22. 피스톤 액추에이터
221. 지지부 223. 로드
235. 밸브 플레이트
2351. 체크 밸브 2353. 역류 방지용 구멍
23. 제1 탄성부재 24. 지지 플레이트
25. 제2 탄성부재 26. 이동 제한 부재
27. 제3 탄성부재
30. 하우징
40. 유체
200. 스티어링 기어
210. 피니언 샤프트
220. 랙 바
221. 기어부
CL. 하우징의 중심축

Claims (10)

  1. 자동차용 조향 장치의 랙 바(rack bar)를 피니언 샤프트(pinion shaft)를 향해 지지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치로서,
    상기 랙 바에 접촉하도록 상기 피니언의 반대 측에 배치되는 랙 베어링(rack bearing), 그리고
    상기 랙 베어링이 상기 랙 바를 밀어서 상기 랙 바가 상기 피니언 샤프트에 체결될 수 있도록, 상기 랙 베어링에 미는 힘을 제공하는 유격 보상부를 포함하고,
    상기 유격 보상부는
    내부에 유체가 충전되고 하우징의 축 방향을 따라 복수의 위치에 고정될 수 있는 실린더(cylinder),
    상기 실린더에 결합되고 상기 유체의 이동에 따라 상기 랙 베어링을 향해 이동할 수 있도록 형성되는 피스톤 액추에이터(piston actuator),
    상기 실린더와 상기 피스톤 액추에이터에 사이에 배치되어 상기 실린더에 대하여 상기 랙 베어링 측으로 상기 피스톤 액추에이터에 미는 힘을 제공하는 제1 탄성부재,
    상기 피스톤 액추에이터에 지지되는 상태로 상기 피스톤 액추에이터와 상기 랙 베어링 사이에 이동 가능하게 배치되는 지지 플레이트,
    상기 지지 플레이트에 대해 상기 랙 베어링을 탄성적으로 지지하는 제2 탄성부재, 그리고
    상기 지지 플레이트가 상기 랙 베어링의 반대 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있도록 형성되는 이동 제한 부재를 포함하고,
    상기 피스톤 액추에이터는
    상기 지지 플레이트에 접하여 상기 지지 플레이트를 지지하는 지지부,
    상기 지지부로부터 상기 하우징의 중심축 방향으로 연장되어 상기 실린더를 관통하여 설치되는 로드, 그리고
    상기 로드로부터 방사상으로 연장되어 상기 실린더의 내면에 접하도록 상기 실린더의 내측에 배치되고, 상기 실린더 내부 공간을 복수로 구획하며, 내측에 상기 유체가 일 방향으로만 이동 가능한 체크 밸브를 구비하는 밸브 플레이트를 포함하고,
    유격발생 시, 상기 제1 탄성부재에 가압되어 전방으로 이동되며, 상기 밸브 플레이트의 전방 공간에 수용된 상기 유체를 상기 체크 밸브를 통해 상기 밸브 플레이트의 후방 공간으로 이동시켜, 상기 랙 베어링 측으로 미는 힘을 제공하여 유격을 보상하고,
    이동이 완료된 후, 상기 밸브 플레이트의 후방 공간으로 이동된 상기 유체에 지지되어 현재의 위치를 유지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 탄성부재는 상기 실린더에 탄성 지지되는 접시 스프링(disk spring)인 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 지지 플레이트는 전방에 설치된 상기 랙 베어링과 후방에 설치된 상기 이동 제한 부재 중 어느 것과도 접촉하지 않도록 상기 하우징의 축 방향을 따라 전방 및 후방에 각각 미리 설정된 간격이 형성되도록 설치되는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 탄성부재는 코일 스프링이고,
    상기 이동 제한 부재는 볼트인 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 실린더의 내측에는 실 부재 및 리테이너(retainer)가 설치되는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치.
  8. 자동차용 조향 장치의 랙 바를 피니언 샤프트를 향해 지지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치로서,
    상기 랙 바에 접촉하도록 상기 피니언의 반대 측에 배치되는 랙 베어링, 그리고
    상기 랙 베어링이 상기 랙 바를 밀어서 상기 랙 바가 상기 피니언 샤프트에 체결될 수 있도록, 상기 랙 베어링에 미는 힘을 제공하는 유격 보상부를 포함하고,
    상기 유격 보상부는
    내부에 유체가 충전되고 하우징의 축 방향을 따라 복수의 위치에 고정될 수 있는 실린더,
    상기 실린더에 결합되고 상기 유체의 이동에 따라 상기 랙 베어링을 향해 이동할 수 있도록 형성되는 피스톤 액추에이터,
    상기 실린더 내에 배치되어 상기 랙 베어링 측으로 상기 피스톤 액추에이터에 미는 힘을 제공하는 제3 탄성부재,
    상기 피스톤 액추에이터에 지지되는 상태로 상기 피스톤 액추에이터와 상기 랙 베어링 사이에 이동 가능하게 배치되는 지지 플레이트,
    상기 지지 플레이트에 대해 상기 랙 베어링을 탄성적으로 지지하는 제2 탄성부재, 그리고
    상기 지지 플레이트가 상기 랙 베어링의 반대 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있도록 형성되는 이동 제한 부재를 포함하고,
    상기 피스톤 액추에이터는
    상기 지지 플레이트에 접하여 상기 지지 플레이트를 지지하는 지지부,
    상기 지지부로부터 상기 하우징의 중심축 방향으로 연장되어 상기 실린더를 관통하여 설치되는 로드, 그리고
    상기 로드로부터 방사상으로 연장되어 상기 실린더의 내면에 접하도록 상기 실린더의 내측에 배치되고, 상기 실린더 내부 공간을 복수로 구획하며, 내측에 일 방향으로 이동된 상기 유체의 역류를 방지하는 역류 방지용 구멍이 반경방향으로 복수 개 형성되는 밸브 플레이트를 포함하고,
    유격발생 시, 상기 제3 탄성부재에 가압되어 전방으로 이동되며, 상기 밸브 플레이트의 전방 공간에 수용된 상기 유체를 상기 역류 방지용 구멍을 통해 상기 밸브 플레이트의 후방 공간으로 이동시켜, 상기 랙 베어링 측으로 미는 힘을 제공하여 유격을 보상하고,
    이동이 완료된 후, 상기 밸브 플레이트의 후방 공간으로 이동된 상기 유체에 지지되어 현재의 위치를 유지하는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 실린더의 내측에는 플레이트가 나사 결합되어 설치되고,
    상기 플레이트의 중심에는 상기 실린더의 일측에 형성된 통공과 동일한 통공이 형성되어 상기 피스톤 액추에이터를 지지하되,
    상기 실린더의 일측에 형성된 통공 및 상기 플레이트에 형성된 통공에는 내측을 관통하는 상기 피스톤 액추에이터에 접하여 상기 실린더 내부를 밀폐시키는 오링(o-ring)이 설치되는 자동차용 스티어링 기어의 랙 바 지지 장치.
  10. 삭제
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