KR101827589B1 - 자동차 조향장치의 랙바 지지장치 - Google Patents

자동차 조향장치의 랙바 지지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 자동차의 주행 내구 진행 후 서포트 요크의 편마모가 발생되어도 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조향 안정성을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

자동차 조향장치의 랙바 지지장치{Rack Bar Supporting Device of Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 랙바 지지장치에 있어서, 자동차의 주행 내구 진행 후 서포트 요크의 편마모가 발생되어도 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조향 안정성을 유지할 수 있게 되며 또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 조향장치는 차량의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 차량의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
도 1은 일반적인 자동차용 랙 피니언 방식 조향장치의 개략 구성도이고, 도 2는 종래의 랙바 지지장치의 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 종래의 랙 피니언 방식 조향장치는 운전석에 배치되는 조향휠(100)과 이에 연결된 조향축(105), 그리고 조향축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(103), 조향축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)를 포함하는 기어박스(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150)를 포함하여 구성된다.
또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되고 너클(Knuckle, 159)로 힘을 전달하여 타이어(158)를 조향한다.
그리고, 종래의 랙바 지지장치는 피니언 기어(120), 랙바(140), 서포트 요크(260), 스프링(263) 및 요크 플러그(265)를 포함하여 구성된다. 랙 피니언 방식의 기어박스(130)는 전술한 바와 같이 조향축(미도시)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환되도록 한다.
랙바(140)는 피니언 기어(120)와 치합하여 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는데, 랙바(140)의 후면에는 랙바(140)와 피니언 기어(120)의 치합이 잘 이루어지도록 랙바(140)를 피니언 기어(120)측으로 지지하는 장치를 구비하고 있다.
랙바(140)를 지지하는 장치는 서포트 요크(260), 스프링(263), 요크 플러그(265)를 포함하여 구성되며, 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면의 반대 측에 위치하며, 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 랙바(140)와 수직한 전후 방향으로 이동 가능한 구조이다.
서포트 요크(260)의 형상은 실린더(250)에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙바(140)와 접하는 전방부는 랙바(140)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙바(140)와 피니언 기어(120)가 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록 서포트 요크(260)의 후방에 스프링(263)을 배치하여 일정한 압력으로 서포트 요크(260)를 밀어주어 랙바(140)와 피니언 기어(120) 사이에 발생하는 유격을 보상해 줄 수 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게되며, 마찰로 인해 랙바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙바(140)보다 연성 재질인 플라스틱으로 된 서포트 요크(260)를 사용한다.
스프링 홈(220)에 수용되는 스프링(263)은 서포트 요크(260)가 랙바(140)와 밀착되도록 압력을 가하는 기능을 하는데, 일반적으로 코일 스프링이 사용되며, 스프링(263)의 후면에는 요크 플러그(265)가 위치하여 스프링(263)을 지지한다.
요크 플러그(265)는 스프링(263)을 지지하여 서포트 요크(260)에 압력을 가하도록 한다. 요크 플러그(265)에는 통상 나사산과 골을 형성하고 있어 이와 치합하는 나사산과 골이 형성된 기어박스(130)와 록 너트(240)에 결합하도록 되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 랙바 지지장치는 서포트 요크가 어느 정도 내구가 진행되면 어느 한쪽면에 편마모가 발생되면서 랙바의 지지력에 불균형이 발생되어 조향 안정성을 떨어트리는 문제점이 있었다.
또한, 서포트 요크와 랙바와의 마모로 유격이 증대되어 랙바를 제대로 지지하지 못하게 되는 문제점과, 노면으로부터 역입력된 충격으로 인해 서포트 요크와 요크 플러그에서 래틀 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 주행 내구 진행 후 서포트 요크의 편마모가 발생되어도 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하여 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기어박스의 실린더에 삽입되어 전방면이 랙바를 피니언쪽으로 지지하고 후방면에는 외주측에서 중심부쪽으로 경사진 지지면이 형성되어 있는 서포트 요크; 전방면이 상기 서포트 요크의 지지면에 안착되어 경방향으로 슬라이딩되면서 상기 서포트 요크를 지지하는 수개의 지지부재; 상기 지지부재를 중심부쪽으로 지지하는 수개의 탄성부재; 상기 실린더에 결합되어 상기 지지부재의 후방면을 지지하는 요크 플러그를 포함하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 자동차의 주행 내구 진행 후 서포트 요크의 편마모가 발생되어도 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조향 안정성을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 자동차용 랙 피니언 방식 조향장치의 개략 구성도,
도 2는 종래의 랙바 지지장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치를 조립하는 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 랙바 지지장치를 조립하는 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치가 조립이 완료된 상태를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 있어서, 특별한 언급이 없는 한 방향은 설명의 편의를 위하여 서포트 요크의 앞쪽인 랙바 방향은 전방으로, 그 반대 방향은 후방으로 지정하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치를 조립하는 상태를 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 랙바 지지장치를 조립하는 상태를 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치가 조립이 완료된 상태를 나타낸 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차 조향장치의 랙바 지지장치는, 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 전방면이 랙바(140)를 피니언(120)쪽으로 지지하고 후방면에는 외주측에서 중심부쪽으로 경사진 지지면(315)이 형성되어 있는 서포트 요크(310); 전방면이 상기 서포트 요크(310)의 지지면(315)에 안착되어 경방향으로 슬라이딩되면서 상기 서포트 요크(310)를 지지하는 수개의 지지부재(320); 상기 지지부재(320)를 중심부쪽으로 지지하는 수개의 탄성부재(330); 상기 실린더(250)에 결합되어 상기 지지부재(320)의 후방면을 지지하는 요크 플러그(350)를 포함하여 구성된다.
자동차 조향장치의 작동은 운전자가 조향휠(도 1의 100 참조)을 조작하면, 조향휠과 연결된 조향축(도 1의 105 참조)이 회전하게 되고, 조향축 하단에 연결된 피니언 기어(120)가 랙기어(도 1의 110 참조)가 형성된 랙바(140)를 구동하게 되어 있다.
여기서 랙바(140)는 피니언 기어(120)와 치합하여 조향축의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는데, 랙바(140)의 후방면에는 랙바(140)와 피니언 기어(120)의 치합이 잘 이루어지도록 랙바(140)를 피니언 기어(120)쪽으로 지지하는 랙바 지지장치가 구비된다.
본발명의 랙바 지지장치는, 서포트 요크(310)와, 지지부재(320), 탄성부재(330), 요크 플러그(350) 등으로 구성되며, 조립의 편의를 위해 가조립부재(340)가 서포트 요크(310) 및 탄성부재(330)와 일체로 결합되어 조립된 후 요크 플러그(350)의 체결 후 가조립부재(340)를 탈거하게 되어 있다.
서포트 요크(310)는 랙바(140)와 피니언 기어(120)가 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록, 탄성부재(330)와 지지부재(320)에 의해 서포트 요크(310)를 전방으로 밀어줌으로써, 서포트 요크(310)와 랙바(140)의 일정한 유격을 유지하게 되어 있다.
즉, 탄성부재(330)가 경방향으로 지지부재(320)를 지지하면 서포트 요크(310)가 지지부재(320)에 의해 전방(랙바 방향)과 소정의 각도를 이루는 방향으로 힘이 전달되어 랙바(140)를 지지하게 되어 있다.
서포트 요크(310)는 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 전방면이 랙바(140)를 피니언(120)쪽으로 지지함으로써 랙기어와 피니언 기어(120)의 치물림을 밀착시켜 주게 된다.
이러한 서포트 요크(310)의 후방면에는 지지부재(320)의 경방향 슬라이딩 운동에 의해 서포트 요크(310)가 랙바(140)쪽으로 지지될 수 있도록 서포트 요크(310)의 외주측에서 중심부쪽으로 경사진 지지면(315)이 형성되어 있다.
지지면(315)은 외주측에서 중심부쪽으로 지지부재(320)의 슬라이딩이 가능하도록 후방면쪽으로 돌출될 수도 있고 전방면쪽으로 함몰되게 형성될 수도 있으나 본 발명의 도면에서는 일례로 후방면쪽으로 돌출된 형상을 도시하였다.
또한, 이러한 지지면(315)은 지지부재(320)의 슬라이딩이 가능한 형상이면 곡면이나 평면 그 어떠한 형상으로도 형성될 수 있는데, 일례로 원뿔의 외주면과 같은 곡면으로 형성될 수도 있고 서포트 요크(310)의 중심부를 기준으로 일측과 타측으로 양분하여 중심부쪽으로 경사진 평면으로 형성될 수도 있다.
지지부재(320)는 요크 플러그(350)와 서포트 요크(310)의 사이에 결합되어 서포트 요크(310)를 지지하게 되는데, 전방면이 서포트 요크(310)의 지지면(315)에 안착되고 후술할 탄성부재(330)의 탄성력에 의해 경방향으로 슬라이딩되면서 서포트 요크(310)를 전방인 랙바(140)쪽으로 지지하게 된다.
이러한 지지부재(320)는 소정의 휨과 탄성 및 강성을 구비하며 진동과 소음을 흡수할 수 있는 재질로 형성될 것이 요구되므로, 이와 같은 성질을 구비하는 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질이나, NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 우레탄, 실리콘 등과 같은 탄성재질로 형성될 수 있다.
탄성부재(330)는 탄성력으로 지지부재(320)를 중심부쪽으로 지지하여 지지부재(320)가 서포트 요크(310)의 지지면(315)을 따라서 슬라이딩되도록 하며 코일 스프링, 판스프링, 웨이브 스프링 등 그 어떠한 탄성부재(330)도 가능하며 본 발명의 도면에서는 일례로 코일 스프링을 도시하였다.
요크 플러그(350)는 실린더(250)에 압입 또는 나사 결합되어 지지부재(320)의 후방면을 지지하게 되는데, 지지부재(320)의 전방면은 서포트 요크(310)와 밀착되고 지지부재(320)의 후방면은 요크 플러그(350)에 밀착되게 함으로써 노면으로부터 역입력이 전달되더라도 서포트 요크(310)나 요크 플러그(350)와의 접촉에 의한 래틀 노이즈를 방지할 수 있게 되어 있다.
한편, 실린더(250)의 내주면에는 탄성부재(330)의 일단이 안착되는 내주홈(313)이 구비되고 지지부재(320)의 외주면에는 탄성부재(330)의 타단이 안착되는 외주홈(325)이 구비될 수 있으며, 여기서 외주홈(325)은 실린더(250)의 중심축 방향으로 길게 형성되어 지지부재(320)의 슬라이딩시 탄성부재(330)의 위치가 이동되지 않게 되어 있다.
또한, 조립의 편의를 위해 가조립부재(340)가 서포트 요크(310) 및 탄성부재(330)와 일체로 결합되어 조립된 후 요크 플러그(350)의 체결 후 가조립부재(340)를 탈거할 수 있게 되어 있는데, 서포트 요크(310)의 외주측에 후방면쪽으로 연장된 연장부(319)가 구비되고 연장부(319)의 내주면에 탄성부재(330)가 지지되며 결합될 수 있다.
그리고, 서포트 요크(310)와 요크 플러그(350)의 중심에는 관통홀(317, 355)이 구비되며, 조립시 가조립부재(340)가 지지부재(320)의 중심부와 관통홀(317, 355)에 삽입되어 지지부재(320)를 경방향으로 지지하면서 일체로 기어박스(130)의 실린더(250)에 조립되고, 요크 플러그(350)의 조립후 가조립부재(340)를 탈거할 수 있게 되어 있다.
이렇게 가조립부재(340)가 탈거되면 탄성부재(330)의 탄성력에 의해 지지부재(320)의 전방면이 지지면(315)을 따라서 중심부쪽으로 슬라이딩되면서 지지부재(320)의 타방면이 요크 플러그(350)에 밀착 지지되게 됨으로써 지지부재(320)의 양단이 서포트 요크(310)와 요크 플러그(350)에 밀착하게 된다.
그리고, 연장부(319)의 내주면에는 탄성부재(330)의 일단이 안착되는 내주홈(313)이 구비되고 지지부재(320)의 외주면에는 탄성부재(330)의 타단이 안착되는 외주홈(325)이 구비될 수 있으며, 외주홈(325)은 실린더(250)의 중심축 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 가조립부재(340)의 탈거 후 외부로부터의 이물질 유입을 방지할 수 있도록 요크 플러그(350)의 관통홀(355)에 더스트캡(360)이 결합될 수 있다.
그리고, 서포트 요크(310)의 전방면에는 랙바(140)의 슬라이딩 운동시 랙바(140)와의 마찰력을 줄이고 마모를 줄이는 요크 시트가 결합될 수 있다.
한편, 이와 같은 랙바 지지장치는 조향축, 조향축과 연결된 피니언 기어(120)와, 피니언 기어(120)와 치합되는 랙 기어가 형성된 랙바(140)를 수용하는 기어박스(130) 등과 함께 자동차 조향장치를 구성하게 되며, 여기서 랙바 지지장치는 본 발명의 상세한 설명에서 상술한 바와 같으므로, 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 자동차의 주행 내구 진행 후 서포트 요크의 편마모가 발생되어도 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조향 안정성을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
130: 기어박스 140: 랙바
250: 실린더 310: 서포트 요크
313: 내주홈 315: 지지면
319: 연장부 320: 지지부재
325: 외주홈 330: 탄성부재
340: 가조립부재 350: 요크 플러그

Claims (10)

  1. 기어박스의 실린더에 삽입되어 전방면이 랙바를 피니언쪽으로 지지하고 후방면에는 외주측에서 중심부쪽으로 경사진 지지면이 형성되어 있는 서포트 요크;
    전방면이 상기 서포트 요크의 지지면에 안착되어 경방향으로 슬라이딩되면서 상기 서포트 요크를 지지하는 수개의 지지부재;
    상기 지지부재를 중심부쪽으로 지지하는 수개의 탄성부재;
    상기 실린더에 결합되어 상기 지지부재의 후방면을 지지하는 요크 플러그를 포함하며,
    상기 지지부재의 외주면에는 상기 탄성부재가 안착되는 외주홈이 구비되되, 상기 외주홈은 상기 실린더의 중심축 방향으로 길게 형성되어 있고,
    상기 실린더의 내주면에는 상기 탄성부재가 안착되는 내주홈이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 기어박스의 실린더에 삽입되어 전방면이 랙바를 피니언쪽으로 지지하고 후방면에는 외주측에서 중심부쪽으로 경사진 지지면이 형성되어 있는 서포트 요크;
    전방면이 상기 서포트 요크의 지지면에 안착되어 경방향으로 슬라이딩되면서 상기 서포트 요크를 지지하는 수개의 지지부재;
    상기 지지부재를 중심부쪽으로 지지하는 수개의 탄성부재;
    상기 실린더에 결합되어 상기 지지부재의 후방면을 지지하는 요크 플러그를 포함하며,
    상기 지지부재의 외주면에는 상기 탄성부재가 안착되는 외주홈이 구비되되, 상기 외주홈은 상기 실린더의 중심축 방향으로 길게 형성되어 있고,
    상기 서포트 요크는 외주측에 후방면쪽으로 연장된 연장부가 구비되고 상기 연장부의 내주면에 상기 탄성부재가 지지되며 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 서포트 요크와 요크 플러그의 중심에는 관통홀이 구비되며, 조립시 상기 지지부재의 중심부와 상기 관통홀에 삽입되어 상기 지지부재를 경방향으로 지지하고 상기 요크 플러그의 조립후 탈거되는 가조립부재를 포함하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연장부의 내주면에는 상기 탄성부재가 안착되는 내주홈이 구비되어 있는 것을 특징으로하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 요크 플러그의 관통홀에 결합되어 외부로부터의 이물질 유입을 방지하는 더스트캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
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