KR101906716B1 - 전동식 조향장치용 웜휠 - Google Patents

전동식 조향장치용 웜휠 Download PDF

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Abstract

웜휠의 외측 기어부와 보스부의 결합부에 반경 방향 또는 원주 방향을 따라 엇갈린 형태로 배열되는 요철 결합 구조 및 축 방향을 따라 배열되는 비대칭 구조를 적용함으로써, 회전 방향 하중으로 인한 회전 방향 이탈 및 축 방향 하중으로 인한 축 방향 이탈을 방지할 수 있는 전동식 조향장치용 웜휠이 소개된다. 이런한 전동식 조향장치용 웜휠은 차량의 진행 방향을 제어 및 변환하는 전동식 조향장치의 웜휠에 있어서, 전동식 조향장치의 웜과 맞물려 회전하도록 외측에 치형부가 마련된 외측 기어부와, 상기 외측 기어부의 내측에 위치되고, 전동식 조향장치의 축이 압입되도록 마련되는 허브부와, 상기 외측 기어부와 상기 허브부가 일체가 되도록 이중사출에 의해 성형되는 보스부를 포함하며, 상기 외측 기어부와 상기 보스부의 연결 부분에서 상기 외측 기어부에는 반경 방향을 기준으로 외측 및 내측에 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 다수의 외측홈과 내측홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향장치용 웜휠{WORMWHEEL FOR ELECTRONIC STEERING}
본 발명은 전동식 조향장치용 웜휠에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웜휠을 구성하는 외측 기어부와 보스부 사이의 결합 구조를 개선한 전동식 조향장치용 웜휠에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 조향장치가 사용된다. 종래에는 이와 같은 보조 조향장치에 있어서, 유압을 이용한 장치가 사용되었으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Steering System}가 주로 전사용된다.
상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.
이러한 전동식 조향장치는 운전자가 조향을 하기 위해 핸들을 조작하는 토크를 모터가 보조하여 줌으로써, 보다 작은 힘으로 조향작업을 할 수 있도록 하며, 세부적으로, 웜과 웜휠이 맞물려 회전하는 구조부를 포함하게 된다.
한편, 종래의 웜휠은 외측부 기어와 내측부 허브가 별도로 성형된 후, 이중 사출의 보스를 통해 이것들을 하나로 연결하여 완성된 형태를 가지도록 구성된다. 그러나, 이러한 이중사출에 의해 성형되는 웜휠은 전동식 조향장치의 회전 구조부가 작동하는 동안 회전 방향과 축 방향으로 반복적인 하중을 받게 되는데, 이때, 외측부 기어와 연결부 보스의 결합 구조가 견고하게 이루어지지 못하여 회전 방향과 축 방향의 하중에 의해 보스가 기어로부터 쉽게 이탈하는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2010-0099498호(2010.09.13.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 이중 사출 웜휠에서 외측부 기어와 연결부 보스 간을 효과적으로 결합시킬 수 있는 이중사출 구조의 웜휠을 제고하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 웜휠의 외측 기어부와 보스부의 결합부에 반경 방향 또는 원주 방향을 따라 엇갈린 형태로 배열되는 요철 결합 구조 및 축 방향을 따라 배열되는 비대칭 구조를 적용함으로써, 회전 방향 하중으로 인한 회전 방향 이탈 및 축 방향 하중으로 인한 축 방향 이탈을 방지할 수 있는 전동식 조향장치용 웜휠을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은, 차량의 진행 방향을 제어 및 변환하는 전동식 조향장치의 웜휠에 있어서, 전동식 조향장치의 웜과 맞물려 회전하도록 외측에 치형부가 마련된 외측 기어부와, 상기 외측 기어부의 내측에 위치되고, 전동식 조향장치의 축이 압입되도록 마련되는 허브부와, 상기 외측 기어부와 상기 허브부가 일체가 되도록 이중사출에 의해 성형되는 보스부를 포함하며, 상기 외측 기어부와 상기 보스부의 연결 부분에서 상기 외측 기어부에는 반경 방향을 기준으로 외측 및 내측에 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 다수의 외측홈과 내측홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 외측홈과 내측홈은 축 방향을 기준으로 2중 구조로 이루어지고, 2중 구조로 인해 축 방향을 기준으로 대향되는 위치에 배치되는 내측홈들과 외측홈들은 각각 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은, 차량의 진행 방향을 제어 및 변환하는 전동식 조향장치의 웜휠에 있어서, 전동식 조향장치의 웜과 맞물려 회전하도록 외측에 치형부가 마련된 외측 기어부와, 상기 외측 기어부의 내측에 위치되고, 전동식 조향장치의 축이 압입되도록 마련되는 허브부와, 상기 외측 기어부와 상기 허브부가 일체가 되도록 이중사출에 의해 성형되는 보스부를 포함하며, 상기 외측 기어부와 상기 보스부의 연결 부분에서 상기 외측 기어부에는 축 방향을 기준으로 어느 일측으로 돌출되는 돌출부와 타측으로 함입되는 홈부가 원주 방향을 따라 반복적으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 돌출부와 홈부는 축 방향을 기준으로 2중 구조로 이루어지고, 2중 구조로 인해 축 방향을 기준으로 대향되는 위치에 배치되는 돌출부들과 홈부들은 각각 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 전동식 조향장치용 웜휠에 따르면, 웜휠의 외측 기어부와 보스부의 결합부에 반경 방향 또는 원주 방향을 따라 엇갈린 형태로 배열되는 요철 결합 구조 및 축 방향을 따라 배열되는 비대칭 구조를 적용함으로써, 회전 방향 하중으로 인한 회전 방향 이탈 및 축 방향 하중으로 인한 축 방향 이탈을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠의 외측부 기어를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 외측부 기어와 결합하는 내측부 허브를 함께 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠로서, 기어와 허브가 이중사출을 통해 연결부 보스(boss)와 일체로 형성되는 구조를 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 전동식 조향장치용 웜휠의 기어의 2단 격자 요철 결합 구조를 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 5는 도 3의 전동식 조향장치용 웜휠의 기어의 상하 비대칭 구조를 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전동식 조향장치용 웜휠에 있어서, 축 방향 허용 하중을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 전동식 조향장치용 웜휠에 있어서, 회전 방향 허용 하중을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠의 외측부 기어와 내측부 허브를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠의 외측부 기어와 내측부 허브를 나타낸 도면.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠의 외측부 기어를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 외측부 기어와 결합하는 내측부 허브를 함께 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠로서, 기어와 허브가 이중사출을 통해 연결부 보스(boss)와 일체로 형성되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은, 외측부 기어(100), 내측부 허브(200), 및 연결부 보스(300)를 구비한다.
기어(100)는 웜휠에서 기어 역할을 담당하고, 전동식 조향장치(EPS)의 웜(worm)과 맞물려 돌아간다. 기어(100)는 보스(300)과 연결되어 회전방향을 변경하고, 웜의 회전속도를 낮추고, 회전력을 증가시키는 감속기로서 기능한다. 이러한 기어(100)의 재질은 PA66 또는 PA12와 같은 폴리아미드, 나일론 등으로 구현될 수 있다.
허브(200)는 축(shaft)이 강제압입되는 부분으로 동력 전달의 중심축으로서 기능한다. 허브(200)의 재질은 기계구조용 탄소강재의 하나인 S45C일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
보스(300)는 링 형태의 기어(100), 및 상기 기어(100) 내부에서 기어(100)와 동축 정렬되는 허브(300)를 이어주도록 기능한다. 보스(300)는 기어(100)의 단독 회전이탈을 방지하고, 기어(100)의 축하중 방향에서의 이탈을 방지하도록 기능하다. 보스(300)의 재질은 PA66 또는 GF50과 같은 플라스틱일 수 있다.
이하의 설명에서, 전술한 기어는 기어부로, 허브는 허브부로, 보스는 보스부로 각각 지칭될 수 있다.
본 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은, 차량의 진행 방향을 제어 및 변환하는 전동식 조향장치의 웜휠에 있어서, 전동식 조향장치의 웜(미도시)과 맞물려 회전하도록 외측에 치형부(100a)가 마련된 대략의 링 형상으로 이루어진 외측 기어부(100)와, 상기 외측 기어부(100)의 내측에 위치되고, 전동식 조향장치의 축(미도시)이 압입되도록 마련되는 대략의 링 형상으로 이루어진 허브부(200)와, 상기 외측 기어부(100)와 상기 허브부(200)가 일체가 되도록 이중사출에 의해 성형되는 보스부(300)를 포함한다.
여기서, 상기 외측 기어부(100)와 상기 보스부(300)의 연결 부분에서 상기 외측 기어부(100)에는, 반경 방향을 기준으로 외측 및 내측에 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 다수의 외측홈(110)과 내측홈(120)이 형성됨으로써, 사출성형이 완료된 뒤, 상기 외측 기어부(100)와 상기 보스부(300)가 견고히 고정될 수 있게 되며, 이로 인해, 전동식 조향장치에서 사용될 때, 축 방향 하중 및 회전 방향 하중이 작용하더라도 이에 의한 이탈이 방지될 수 있게 된다.
또한, 상기 외측홈(110)과 상기 내측홈(120)의 바닥면은 축 방향 하중에 대한 지지대 역할을 함으로써, 축 방향 하중에 따른 이탈이 방지될 수 있게 된다.
한편, 더욱더 견고한 고정을 위해, 상기 다수의 외측홈(110)과 내측홈(120)은 축 방향을 기준으로 2중 구조로 이루어지고, 2중 구조로 인해 축 방향을 기준으로 대향되는 위치에 배치되는 내측홈(110)들과 외측홈(120)들은 각각 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 것이 바람직하며, 이러한 구조로 이루어질 경우, 더욱 견고한 결합이 이루어져 더욱 이탈이 방지될 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은 다음과 같은 제조 공정을 통해 제조될 수 있다.
먼저, 기어를 성형한다. 즉, 1차 성형 금형으로서 핫 러너(hot runner)를 이용하여 PA66, PA12 등의 재료를 사출성형한 후 사출성형된 링 형태의 구조에서 게이트를 가공하여 제거함으로써 기어를 성형할 수 있다.
다음, 2차 금형에 기어와 허브를 삽입한다. 그리고 핫 러너를 활용하여 기어와 허브 사이 및 주위에 PA66, GF50 등의 재료를 주입하여 보스를 성형한 후, 허브 중앙의 게이트를 가공하여 제거할 수 있다.
상기 공정에 의하면, 기어(100), 허브(200) 및 보스(300)를 구비하는 이중사출 웜휠이 제조될 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 1의 전동식 조향장치용 웜휠의 외측부 기어에 대한 부분 확대도들이다. 본 발명의 실시예에서는 전동식 조향장치용 웜휠의 동력 전달 및 이탈 방지 구조를 설명한다.
도 4를 참조하면, 기어의 내측홈(110)과 외측홈(120)은 사각돌기형 2단 격자 요철 결합 구조를 구비한다. 원주방향으로 배열되는 외측홈(120)은 기어의 회전시 지지대 역할을 한다. 이와 유사하게 원주방향으로 배열되는 내측홈(110)도 기어의 회전시 지지대 역할을 한다.
또한, 도 5를 참조하면, 기어는 그 내측면에 상측면 돌기(122) 및 하측면 돌기(124)를 포함하는 상하 비대칭 구조를 구비할 수 있다. 상측면 돌기(122)는 마주하는 부분에 하측면 돌기가 없는 위치에 배치되고, 하측면 돌기(124)는 마주하는 부분에 상측면 돌기가 없는 위치에 배치된다. 이러한 상측면 돌기(122)와 하측면 돌기(124)의 상하 비대칭 구조는 위에서 언급한 상측면의 내측홈(110) 및 외측홈(120)과 하측면의 내측홈(110) 및 외측홈(120)과도 동일한 상하 비대칭 구조를 구비할 수 있다.
전술한 2단 격자 요철 결합 구조와 상하 비대칭 구조에 의하면, 기어의 회전 시 회전방향으로 기어가 이탈되는 것을 기존 대비 신뢰성 높게 방지할 수 있다.
또한, 전술한 사각돌기형 2단 격자 요청 결합 구조에 의하면, 내측홈(110)과 외측홈(120)의 바닥면이 축방향 하중의 지지대 역할을 함으로써 기어의 회전 시 축 방향으로의 기어 이탈을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 위와 같은 본 발명에 따른 전동식 조향장치용 웜휠의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 중공 파이프 형상의 스틸 소재로 이루어진 허브부(200)를 성형한다. 이후, 외측에 치형부(100a)가 형성된 외측 기어부(100)를 사출 성형한다.
다음, 상기 외측 기어부(100)의 내측에 상기 허브부(200)를 배치하고 상기 외측 기어부(100)와 상기 허브부(200)를 연결하도록 상기 외측 기어부(100)와 상기 허브부(200) 사이에 적어도 3지점에 수지를 사출하여 휠 형상의 보스부(300)를 성형한다.
보스부(300)의 성형 과정에서, 상기 외측 기어부(100)와 상기 보스부(300) 사이의 연결부분에는 본 발명의 일 실시예에 적용된 외측홈(110)과 내측홈(120) 및/또는 본 발명의 다른 실시예에 적용된 돌출부(130)와 홈부(140)가 형성되어 연결부분의 접촉면적을 증가시킬 수 있고, 이를 통해 회전 방향 하중으로 인한 회전 방향 이탈 및 축 방향 하중으로 인한 축 방향 이탈이 효과적으로 방지될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전동식 조향장치용 웜휠에 있어서, 축 방향 허용 하중을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 전동식 조향장치용 웜휠에 있어서, 회전 방향 허용 하중을 설명하기 위한 도면이다.
위와 같은 본 발명에 따른 전동식 조향장치용 웜휠을 전동식 조향장치에 적용할 경우, 도 6에 도시된 것처럼 축 방향(A) 허용 하중이 증가될 수 있고, 도 7에 도시된 것처럼 회전 방향(B) 허용 하중도 증가될 수 있게 되어, 웜휠의 내구성이 향상될 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠에 따르면, 웜휠의 외측 기어부와 보스부의 결합부에 반경 방향 또는 원주 방향을 따라 엇갈린 형태로 배열되는 요철 결합 구조 및 축 방향을 따라 배열되는 비대칭 구조를 적용함으로써, 회전 방향 하중으로 인한 회전 방향 이탈 및 축 방향 하중으로 인한 축 방향 이탈을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠의 외측부 기어와 허브를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은, 기어부(100), 허브부(200) 및 이들을 연결하는 보스(도 3 참조)를 구비한다.
전동식 조향장치용 웜휠은, 차량의 진행 방향을 제어 및 변환하는 전동식 조향장치의 웜휠에 있어서, 전동식 조향장치의 웜(미도시)과 맞물려 회전하도록 외측에 치형부(100a)가 마련된 대략의 링 형상으로 이루어진 외측 기어부(100)와, 상기 외측 기어부(100)의 내측에 위치되고, 전동식 조향장치의 축(미도시)이 압입되도록 마련되는 대략의 링 형상으로 이루어진 허브부(200)와, 외측 기어부(100)와 허브부(200)가 일체가 되도록 이중사출에 의해 성형되는 보스부를 포함한다.
여기서, 외측 기어부(100)와 보스부의 연결 부분에서 외측 기어부(100)에는 축 방향을 기준으로 어느 일측으로 돌출되는 돌출부(130)와 타측으로 함입되는 홈부(140)가 원주 방향을 따라 반복적으로 배열되는 형태로 이루어질 수 있다.
상기한 구조로 외측 기어부(100)를 형성함으로써, 외측 기어부(100)와 보스부의 결합력을 높일 수 있다. 이때, 다수의 돌출부(130)와 홈부(140)는, 축 방향을 기준으로 2중 구조로 이루어지고, 2중 구조로 인해 축 방향을 기준으로 대향되는 위치에 배치되는 돌출부(130)들과 홈부(140)들은 각각 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되도록 구성될 수 있다. 이러한 2중 구조에 의하면, 외측 기어부(100)와 보스부의 결합력을 더욱 높일 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠의 외측부 기어와 허브를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은, 기어부(100), 허브부(200) 및 이들을 연결하는 보스(도 3 참조)를 구비한다.
전동식 조향장치용 웜휠은, 차량의 진행 방향을 제어 및 변환하는 전동식 조향장치의 웜휠에 있어서, 전동식 조향장치의 웜(미도시)과 맞물려 회전하도록 외측에 치형부(100a)가 마련된 대략의 링 형상으로 이루어진 외측 기어부(100)와, 상기 외측 기어부(100)의 내측에 위치되고, 전동식 조향장치의 축(미도시)이 압입되도록 마련되는 대략의 링 형상으로 이루어진 허브부(200)와, 외측 기어부(100)와 허브부(200)가 일체가 되도록 이중사출에 의해 성형되는 보스부를 포함한다.
본 실시예의 전동식 조향장치용 웜휠은 비대칭 1단 결합구조를 구비하는 것을 제외하고 실질적으로 도 8을 참조하여 앞서 설명한 전동식 조향장치용 웜휠과 동일할 수 있다. 비대칭 1단 결합구조는 돌출부(130)의 돌출 길이가 축 방향에서 2단 구조의 돌출부의 돌출 길이보다 짧아 실질적으로 홈부(140) 외측으로 연장되지 않는 형태를 포함할 수 있다. 이러한 경우에도, 본 실시예에 따른 전동식 조향장치용 웜휠은 격자요철 결합구조와 그 상하 비대칭 구조에 의해 링부와 보스부 간의 동력 전달 시에 회전방향 이탈방지와 축방향 이탈방지의 효과를 나타낼 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.
100 : 외측 기어부
200 : 허브부
300 : 보스부
110 : 내측홈
120 : 외측홈
130 : 돌출부
140 : 홈부

Claims (4)

  1. 차량의 진행 방향을 제어 및 변환하는 전동식 조향장치의 웜휠에 있어서,
    전동식 조향장치의 웜과 맞물려 회전하도록 외측에 치형부가 마련된 외측 기어부;
    상기 외측 기어부의 내측에 위치되고, 전동식 조향장치의 축이 압입되도록 마련되는 허브부; 및
    상기 외측 기어부와 상기 허브부가 일체가 되도록 이중사출에 의해 성형되는 보스부;를 포함하며,
    상기 외측 기어부와 상기 보스부의 연결 부분에서 상기 외측 기어부에는 반경 방향을 기준으로 외측 및 내측에 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 다수의 외측홈과 내측홈이 형성되고, 상기 다수의 외측홈과 내측홈은 축 방향을 기준으로 2중 구조로 이루어지고, 2중 구조로 인해 축 방향을 기준으로 대향되는 위치에 배치되는 내측홈들과 외측홈들은 각각 엇갈린 형태로 반복적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치용 웜휠.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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