KR102364496B1

KR102364496B1 - 차량용 액츄에이터

Info

Publication number: KR102364496B1
Application number: KR1020200095593A
Authority: KR
Inventors: 변병준; 이승용; 황은철; 김지호
Original assignee: 캄텍주식회사
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-02-17
Also published as: KR20220015277A

Abstract

본 발명은 차량용 액츄에이터에 관한 것으로서, 샤프트의 회전을 지지하는 부싱에 의해 샤프트 장착부의 구성을 간단히 하면서 효율적으로 샤프트 회전 동작이 이루어지도록 함과 아울러, 하우징 커버를 조립할 때 회전을 방지하고 정확한 위치에서 쉽게 조립이 이루어질 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
본 발명의 구성은, 모터 및 모터와 연결되는 기어 트레인 및 기어 트레인과 연결되는 샤프트가 조립되어 선회 동작이 이루어 지도록 샤프트 장착부가 마련되는 하우징 본체와, 상기 하우징 본체 일측에 배치되어 하우징을 덮는 하우징 커버를 포함하되, 상기 샤프트 장착부는 샤프트의 설치 위치에 대응되도록 위치하며 조립홀이 형성되는 보스부와, 상 보스부의 조립홀에 장착되며, 중앙에 축홀이 형성되어 샤프트가 회전 자유롭게 끼워지는 부싱이 포함되는 것을 특징으로 하는 차량용 액츄에이터.

Description

차량용 액츄에이터{A actuator for a vechicle}

본 발명은 차량용 액츄에이터에 관한 것으로서, 샤프트의 회전을 지지하는 부싱에 의해 샤프트 장착부의 구성을 간단히 하면서 효율적으로 샤프트 회전 동작이 이루어지도록 함과 아울러, 하우징 커버를 조립할 때 회전을 방지하고 정확한 위치에서 쉽게 조립이 이루어질 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.

차량용 액츄에이터는 일반적으로, 목적하는 유체의 흐름을 제어하는 개방/폐쇄 동작의 개도치를 제어하여 밸브 또는 레버를 구동하기 위해, DC모터의 회전동작에 의한 기어 구조의 회전 상태에 따라 밸브 또는 레버를 개폐 제어하는 역할을 수행한다.

이러한 액츄에이터는 별도의 PCB(Printed Circuit Board) 기판상에 실장된 마이컴과 신호적으로 결합되도록 되어 있으며, 한국 공개 특허 10-2004-0032773에서 그 일례가 개시된다.

액츄에이터는 유로에 설치된 각종의 센서에서 각각의 센싱 결과에 따라 인가되는 유량과 압력 및 온도 등의 계측치를 수집하고, 그 수집된 계측치에 의거하여 개도제어 데이터를 전송하게 되면, 상기 마이컴에서 개도제어 데이터를 수신받아 위치를 제어한다.

즉 DC모터의 구동 정도를 결정하여 밸브 또는 레버를 개방 또는 폐쇄시키도록 하고 있다.

차량용 액츄에이터의 경우, 하우징 본체와, 이를 덮는 수지 재질의 하우징 커버가 마련되고, 하우징 커버에는 PCB 기판이 장착되며, 하우징 내부에는 모터, 기어 트레인, 샤프트 등이 배치된다.

차량용 액츄에이터에서 모터가 동작하면, 모터의 구동력이 기어 트레인을 거쳐서 샤프트로 전달되고, 샤프트가 회전을 하며, 하우징 커버에 배치된 센서가 샤프트나 기어 트레인의 회전량을 감지하여 개도를 측정할 수 있다.

도 1은 종래 하우징 본체(100)의 내부로 조립되는 부품들과, 하우징 커버(200)를 분해하여 도시하고 있다.

하우징 커버(200)를 하우징 본체(100)와 결합시키기 위해 테두리를 서로 맞닿게 한 상태에서 주로 수개의 스크류를 이용해 나사 결합시키게 된다.

하우징 본체(100)의 내부에는 구동 모터(101)가 장착되며, 수개의 기어들을 통해 샤프트에 동력을 전달하게 되며, 하우징 커버(200)와 하우징 본체(100) 사이에 누유 방지를 위해 실링부재가 설치되어 있다.

또,하우징 커버(200)에는 기어 트레인의 과도한 회전을 제어하기 위한 회전제어부(220)가 마련되기도 한다.

한편, 하우징 본체(100)는 구동모터(101)를 포함한 수개의 기어들로 이루어진 기어 트레인과 오일이 채워진 상태로 하우징 커버(200)를 덮어 밀폐상태를 유지하게 된다.

또, PCB를 대체하는 기능을 위해 샤프트(120)의 회전을 감지하고, 이와 연결되어 신호를 처리하는 회로칩(502)과 홀센서(501)을 포함하는 전자부품모듈(500)이 하우징 커버(200) 내면에 마련되어 있다.

하우징 본체(100)에는 구동모터(101)가 삽입되어 장착되는 모터 장착부(110)와, 샤프트(120)가 장착되는 샤프트 장착부가 마련되어야 한다.

종래, 샤프트 장착부의 구조는 하우징 본체(100)에 샤프트(120)의 단부가 직접 끼워져서 회전이 이루어지도록 보스부를 일체로 성형하였다.

따라서, 합성수지재로 하우징 본체(100)를 사출 성형할 때 보스부만을 윤활성과 내마모성이 좋은 재질로 성형할 수가 없게 되므로, 샤프트(120)의 반복되는 선회 동작에 의해 쉽게 보스부가 손상되어 액츄에이터 전체의 수명이 짧아지는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 샤프트의 회전을 지지하는 부싱을 장착하여 샤프트가 안정적인 선회 동작이 이루어질 수 있도록 한 차량용 액츄에이터를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내마모성과 윤활성이 좋은 부싱의 장착으로 제품의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 차량용 액츄에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하우징 커버를 조립할 때 회전을 방지하고 정확한 위치에서 쉽게 조립이 이루어질 수 있도록 한 차량용 액츄에이터를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터 및 모터와 연결되는 기어 트레인 및 기어 트레인과 연결되는 샤프트가 조립되어 선회 동작이 이루어 지도록 샤프트 장착부가 마련되는 하우징 본체와, 상기 하우징 본체 일측에 배치되어 하우징을 덮는 하우징 커버를 포함하되, 상기 샤프트 장착부는 샤프트의 설치 위치에 대응되도록 위치하며 조립홀이 형성되는 보스부와, 상가 보스부의 조립홀에 장착되며, 중앙에 축홀이 형성되어 샤프트가 회전 자유롭게 끼워지는 부싱이 포함되는 것을 특징으로 하는 차량용 액츄에이터를 제공한다.

상기 부싱은 내마모성과 윤활성이 높은 합성수지재로 상부에는 플랜지부가 마련되어 샤프트의 단부에 형성된 단차부와 접촉된 상태로 회전 동작이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 보스부에 형성되는 조립홀의 내주면에는 중심을 향해 돌출부가 일정 간격 반복 성형되는 것을 특징으로 한다.

상기 돌출부는 완만한 원호 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 부싱의 외경부 직경은 조립홀의 내경보다는 작고 돌출부의 정상점 위치에서 만들어지는 가상의 원호보다 큰 치수로 성형되는 것을 특징으로 한다.

하우징 본체의 일측으로는 끼움돌기가 마련되고, 상기 하우징 커버의 내측에는 강도를 보강하기 위한 보강살들 사이로 상기 끼움돌기가 끼워 결합되는 끼움홈이 마련되는 것을 특징으로 한다.

하우징 본체에는 보스부의 일측으로 회로칩을 포함하는 PCB 기판을 배치하고, PCB 기판에 뚫어지는 홀들에 용융핀들이 끼워지도록 한 후, 용융핀의 끝단부를 용융하여 홀들보다 큰 헤드가 형성되는 히트스테킹(Heatstacking) 구조로 PCB 기판이 위치 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기 PCB 기판에는 위치결정홀이 마련되고,

하우징 본체에는 위치결정홀에 끼워져 조립위치를 결정하는 위치결정돌기가 마련되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 내마모성과 윤활성이 양호한 부싱을 장착하는 것에 의해 계속 정역 선회 동작이 반복되는 샤프트가 간단한 구성으로 안정적으로 동작될 수 있도록 지지하게 된다.

또, 윤활 성능이 우수하고 제품의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 샤프트 장착부의 구성이 간단하고 고장의 염려가 없으며 부품수와 구조의 간소화로 제품의 경량화 및 생산 원가를 저감하여 경제적인 효과가 있는 것이다.

하우징 본체에는 보스부의 일측으로 회로칩을 포함하는 PCB 기판을 배치하고, PCB 기판에 뚫어지는 홀들에 용융핀들이 끼워지도록 한 후, 용융핀의 끝단부를 용융하여 홀들보다 큰 헤드가 형성되는 히트스테킹(Heatstacking) 구조로 PCB 기판이 위치 고정됨으로써 나사와 같은 별도의 체결 구조 없이도 조립이 가능하다.

도1은 종래 차량용 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도2는 종래 차량용 액츄에이터의 몸체와 커버가 분해된 상태를 보인 일부절결 단면도이다.
도3은 본 발명에 의한 차량용 액츄에이터를 보인 사시도이다.
도4는 본 발명에 의한 요부 구성을 분해하여 도시한 사시도이다.
도5는 본 발명의 구성을 분해한 상태의 정면도이다.
도6은 본 발명에 의한 차량용 액츄에이터의 종단면도이다.
도7은 도6의 A부분 확대 단면도이다.
도8은 하우징 본체에 부싱이 분해된 상태를 보인 사시도이다.
도9는 도8의 평면도이다.
도10은 하우징 본체에 마련되는 보스부의 조립홀만을 확대 도시한 평면도이다.
도11은 하우징 커버의 구성을 보인 저면 사시도이다.
도12 및 도13은 도8의 B-B선 일부확대 단면도로서,
도12는 용융핀이 용융되기 이전 조립 상태 단면도이다.
도13은 용융핀이 용융되어 헤드가 형성되는 히트스테킹 공정후 PCB 기판이 하우징 본체에 고정 설치된 상태 확대 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도시한 바와 같이 통상의 차량용 액츄에이터는 하우징 본체(100)와, 상기 하우징 본체(100)의 일면을 커버하는 하우징 커버(200)를 포함한다.

모터 장착부(110)에 장착되는 구동모터(101)의 모터축에는 피니언 기어(101a)가 결합되며, 샤프트(120)에 끼워지는 부분치형 기어(102c) 사이를 제1동력전달 기어(102a)와 제2동력전달 기어(102b)가 각각 치차 결합되어 구동모터(101)의 회전을 샤프트(120)에 전달하게 된다.

구체적으로는, 피니언 기어(101a)에 치차 결합되는 제1동력전달 기어(102a)가 제2동력전달 기어(102b)에 순차적으로 치차 결합되어 동력을 전달하고, 다시 제2동력전달 기어(102b)는 샤프트(120)의 중간 위치로 세레이션 결합된 부분치형 기어(102c)에 치차 결합된 상태로 회전력을 전달하게 된다.

샤프트(120)의 상단은 하우징 커버(200)의 외측으로 연장된 상태로 로드(121)를 결합하고 있으며, 샤프트(120)와 함께 로드(121)의 선회 동작으로 밸브 또는 레버를 개폐 제어할 수 있게 된다.

이 제1동력전달 기어(102a)와 제2동력전달 기어(102b) 및 부분치형 기어(102c)에 의해 기어 트레인을 구성한다.

도3은 본 발명의 차량용 액츄에이터의 외부 형상을 도시한 것으로, 하우징 커버(200)의 외부로 샤프트(120) 상단에 결합되어 함께 선회되는 로드(121)가 설치되는 구성을 보이고 있다.

도4는 하우징 본체(100)에 부싱(300)과 샤프트(120)를 구동시키기 위한 기어 트레인 및 하우징 커버(200)가 분해된 상태를 사시도로 도시하고 있다.

도5는 하우징 본체(100)에 부싱(300)과 샤프트(120)를 구동시키기 위한 기어 트레인 및 하우징 커버(200)가 분해된 상태를 정면도로 도시하고 있다.

도6은 하우징 본체(100)와 하우징 커버(200)의 내부로 샤프트 장착부를 위한 부싱(300)과 샤프트(120)를 구동시키기 위한 기어 트레인을 포함한 각 부품들이 조립된 상태를 단면도로 도시하고 있다.

도7은 도6의 확대 단면도로 보스부(130)의 조립홀(131)으로 부싱(300)이 결합되고, 부싱(300)의 내부로 샤프트(120)의 하단부가 회전 자유롭게 조립된 상태를 확대 단면도로 도시하고 있다.

도8은 하우징 본체(100)의 보스부(130)에 부싱(300)이 조립되는 구성을 분해 사시도로 도시하고 있다.

도면에서와 같이 하우징 본체(100)의 내부에는 기어 트레인을 통해 선회 작동되는 샤프트(120)의 장착을 위해 샤프트 장착부가 마련되어 있다.

즉, 하우징 본체(100)의 일측 하부에는 샤프트(120)의 설치 위치로 조립홀(131)이 뚫어지는 보스부(130)가 상부를 향해 일정 높이로 일체로 돌출되고, 이 보스부(130)의 조립홀(131)에 본 발명에 의한 부싱(300)이 압입되는 방법으로 견고하게 장착된다.

상기 부싱(300)은 베어링 역할을 위해 내마모성과 윤활성이 높은 합성수지재로 중앙으로는 축홀(310)이 관통되는 관 형상으로 성형되며, 상부에는 플랜지부(320)가 일체로 마련된다.

본 발명에서 적용되는 샤프트(120)는 단부에 단차부(122)와 형성되어 있다.

따라서, 부싱(300)의 축홀(310)은 샤프트(120)의 하단부가 회전이 자유롭게 이루어질 수 있는 공차가 성형된 상태로, 플랜지부(320)의 상부면에 단차부(122)가 접촉되어 축직각 방향으로 지지된 상태로 샤프트(120)가 원활한 선회 동작이 이루어지도록 하는 것이다.

도9는 하우징 본체(100) 만을 도시한 평면도이다.

도10은 하우징 본체(100) 내부 일측에 마련된 보스부(130)의 구조를 확대하여 평면도로 도시하고 있다.

도10에서와 같이 상기 보스부(130)에 뚫어지는 조립홀(131)의 내면에는 중심을 향해 돌출부(132)가 일정 간격으로 다수개가 반복 성형되어 있다.

이 돌출부(132)는 완만한 원호 형상으로 이루어지며, 상기 부싱(300)의 외경부 직경은 조립홀(131)의 내경보다는 작고 돌출부(132)의 정상점 위치에서 만들어지는 가상의 원호(S) 보다는 큰 치수로 설계, 제작된다.

따라서, 부싱(300)과 보스부(130)가 모두 합성수지재로 자체 미세한 탄력을 갖게 되므로, 축홀(310)으로 부싱(300)이 강제로 끼워 압입되는 것에 의해 샤프트(120)의 선회 동작에도 불구하고 부싱(300)의 회전이나 유동이 방지된 상태로 견고한 장착 상태를 유지할 수가 있는 것이다.

또, 보스부(130)에 장착되는 부싱(300)을 통해 샤프트(120)가 원활하게 회전할 수 있도록 지지하게 되는 것에 의해, 샤프트 장착부의 구성이 간단하여 액츄에이터 전체 구조의 단순화 및 경량화가 가능하게 되는 것이다.

한편, 상기 하우징 본체(100)의 일측으로는 끼움돌기(140)를 일체로 상부를 향해 돌출 성형하게 된다.

그리고, 상기 하우징 커버(200)의 내측으로는 강도를 보강하기 위한 보강살(210)들 사이로 상기 끼움돌기(140)가 끼워 결합되는 끼움홈(220)이 마련되는 것에 의해, 하우징 커버(200)를 조립하는 과정에서 회전을 방지함과 아울러, 쉽게 조립 위치를 찾을 수 있도록 한다.

상기 끼움돌기(140)는 회전 방지를 위해 직사각 형상으로 돌출 성형되는 것이 바람직 하다.(도8 및 도9)

도11은 하우징 커버(200)의 저면도를 도시한 것으로 강도 보강을 위해 다수의 보강살(210)들이 일체로 돌출 성형되어 있고, 이 보강살(210)들 사이로 일측에 끼움홈(220)이 마련되어 있는 상태를 보이고 있다.

이러한 상기 하우징 본체(100)에는 보스부(130)의 일측으로 회로칩(502)을 포함하는 PCB 기판(500)이 배치되어 있다.

도8 및 도9에서는 하우징 본체(100) 일측으로 전자부품모듈의 기능을 위해 회로칩이 포함되어 있는 PCB 기판(500)이 배치된 상태를 사시도와 평면도로 각각 도시하고 있다.

이 PCB 기판(500)의 설치를 위해 본 발명에서는 히트스테킹(Heatstacking) 구조로 하우징 본체(100)에 견고하게 위치 고정시키게 된다.

즉, PCB 기판(500)에 뚫어지는 수개의 홀(510)들에 하우징 본체(100)에 일체로 또는 별도로 제작되어 강제 압입되어 고정설치되어 있는 용융핀(150)들이 각각 끼워지도록 한다.(도11)

그리고, 도12에서와 같이 용융핀(150)의 끝단부를 용융하여 홀(510)들의 직경보다 큰 헤드가 형성되는 일명 히트스테킹(Heatstacking) 구조에 의해 PCB 기판(500)이 하우징 본체(100)에 견고하게 위치 고정될 수 있는 것이다.

이때 PCB 기판(500)에는 위치결정홀(520)이 뚫어지고, 하우징 본체(100)에는 위치결정홀(520)으로 끼워져 PCB 기판(500)의 조립위치를 결정하는 위치결정돌기(160)가 마련되는 것이 조립의 정확성과 신속성 면에서 바람직 하다.

한편, 이러한 차량용 액츄에이터를 구성하는 하우징 커버(200)와 하우징 본체(100)의 결합수단으로 투과성 레이저를 이용한 융착방법으로 체결하거나 수개의 볼트들을 통해 결합시킬 수 있음을 밝혀둔다.

이러한 본 발명은 보스부(130)에 장착되는 부싱(300)을 통해 샤프트(120)가 원활하게 회전할 수 있도록 지지하게 되는 것에 의해, 샤프트 장착부의 구성이 간단하고 고장의 염려가 없으며 부품수와 구조의 간소화로 제품의 경량화 및 생산 원가를 저감하여 경제적인 이익도 제공할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

100 - 하우징 101 - 구동모터
102a - 제1동력전달 기어 102b - 제3동력전달 기어
102c - 부분치형 기어 120 - 샤프트
130 - 보스부 131 - 조립홀 -
140 - 끼움돌기 150 - 용융핀
160 - 위치결정돌기 200 - 하우징 커버
210 - 보강살 220 - 끼움홈
300 - 부싱 310 - 축홀
320 - 플랜지부 500 - PCB 기판
502 - 회로칩 510 - 홀
520 - 위치결정홀

Claims

모터 및 모터와 연결되는 기어 트레인 및 기어 트레인과 연결되는 샤프트가 조립되어 선회 동작이 이루어 지도록 샤프트 장착부가 마련되는 하우징 본체와,
상기 하우징 본체 일측에 배치되어 하우징을 덮는 하우징 커버를 포함하되,
상기 샤프트 장착부는 샤프트의 설치 위치에 대응되도록 위치하며 조립홀이 형성되는 보스부와,
상가 보스부의 조립홀에 장착되며, 중앙에 축홀이 형성되어 샤프트가 회전 자유롭게 끼워지는 부싱이 포함되고,
상기 부싱은 상부에는 플랜지부가 마련되어 샤프트의 단부에 형성된 단차부와 접촉된 상태로 회전 동작이 이루어지며,
상기 보스부에 형성되는 조립홀의 내주면에는 중심을 향해 돌출부가 일정 간격 반복 성형되고,
하우징 본체의 일측으로는 끼움돌기가 마련되고,
상기 하우징 커버의 내측에는 강도를 보강하기 위한 보강살들 사이로 상기 끼움돌기가 끼워 결합되는 끼움홈이 마련되고,
하우징 본체에는 보스부의 일측으로 회로칩을 포함하는 PCB 기판을 배치하고,
PCB 기판에 뚫어지는 홀들에 용융핀들이 끼워지도록 한 후, 용융핀의 끝단부를 용융하여 홀들보다 큰 헤드가 형성되는 히트스테킹(Heatstacking) 구조로 PCB 기판이 위치 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 액츄에이터.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 돌출부는 완만한 원호 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 부싱의 외경부 직경은 조립홀의 내경보다는 작고 돌출부의 정상점 위치에서 만들어지는 가상의 원호보다 큰 치수로 성형되는 것을 특징으로 하는 차량용 액츄에이터.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 PCB 기판에는 위치결정홀이 마련되고,
하우징 본체에는 위치결정홀에 끼워져 조립위치를 결정하는 위치결정돌기가 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 액츄에이터.