KR102543217B1 - 전동식 조향장치의 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 웜과 웜휠을 구비하는 전동식 조향장치의 감속기에 있어서, 웜휠은 조향축이 삽입되는 중공 형상의 허브와, 외주면에 웜과 치합되는 치홈부가 형성되어 있는 기어부, 허브와 기어부의 내측 사이에 형성되는 보스가 구비되며, 치홈부는 기어부의 일측단과 이격된 위치에서 축방향과 경사진 사선방향으로 형성되며 기어부의 타측단까지 개구되게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기를 제공한다.

Description

전동식 조향장치의 감속기{Reducer of Power Steering Apparatus for Vehicle}

본 발명은 전동식 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웜과 웜휠의 치합시 치접촉률이 증대되어 동력 전달률이 높아짐과 더불어 유격 감소로 노이즈가 줄어들고, 웜휠의 치홈부 가공이 용이해져서 제작 공정이 단축되고 제작비를 줄일 수 있게 되며 웜휠의 정밀성과 기계적 내구성이 증대되어 감속기를 장시간 안정적으로 사용할 수 있게 되는 전동식 조향장치의 감속기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에 장착되는 동력 보조 조향장치 중에는 모터에 의해 조향력이 조절되는 전동식 조향장치가 있으며, 이것은 차속 센서 및 조향 토크 센서 등과 같은 각종 센서에서 감지된 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 정밀하게 구동하고, 모터에서 발생한 토크가 감속기를 거쳐 조향컬럼 또는 피니언에 전달되어서 이 조향컬럼 및 피니언에 연결된 조향휠을 조작하는 운전자의 조향력을 돕게 된다.

이에 따라, 저속 주행시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 주행시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향 운전이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향 조건을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공한다.

이러한 전동식 조향장치는 장착되는 위치에 따라 여러 가지 종류로 나눠질 수 있는데, 주로 운전석의 조향휠과 차량 하부의 기어박스를 연결하는 조향축을 차체에 고정하기 위한 조향컬럼 부위, 또는 랙바와 결합되는 피니언이 내장된 기어박스 부위 등에 모터를 구비한 감속기를 설치하고, 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력이 모터와 감속기에 의해서 랙바에 전달될 수 있도록 하는 장치이다.

도 1은 종래에 의한 전동식 조향장치의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래에 의한 전동식 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타낸 사시도이다.

이러한 종래의 감속기는 중간부에 웜(102)이 형성된 강(鋼)과 같은 금속 재질의 웜축(104)이 구비되고, 웜축(104)의 양단에는 웜베어링(106)이 각각 설치되어 웜축(104)을 지지하며, 웜축(104)과 모터축(108)이 연결되어 모터(110)의 구동에 의해 웜축(104)이 회전하는 구조로 되어 있다.

감속기어로서 웜축(104)의 중간부에 형성된 웜(102)과 치합될 수 있도록 웜(102)의 외경 일측에는 웜휠(114)이 구비되며, 웜휠(114)은 운전자가 조작하는 조향휠(미도시)의 회전력을 전달하는 조향축(112)에 장착되어, 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 조향축(112)에 전달되게 된다. 웜기어 방식으로 치합되는 이들 웜휠(114)과 웜축(104)은 외부로부터의 보호를 위해 하우징(116)의 내부에 장착되어 있다.

차량의 운행 조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치(미도시)가 모터(110)의 구동을 제어하고 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가되어 조향축(112)에 전달됨으로써 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 전술한 바와 같은 감속기의 웜휠(114)은, 중공 형상의 허브(114a), 외주면에 웜과 치합되는 치홈부(114d)가 형성되어 있는 기어부(114c), 허브(114a)와 기어부(114c)의 내측 사이에 형성되는 보스(114b)가 구비되어 있는데, 치홈부(114d)가 기어부(114c)의 일측단에서 축방향으로 타측단까지 개구되게 형성되어 있다.

그러나, 이와 같은 웜휠은 치홈부가 축방향으로 양측단이 개구되게 형성되어 있어서 가공은 용이하지만 치접촉률이 낮아져 동력 전달률이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 웜과 웜휠의 치합부위 유격이 크기 때문에 회전에 의해 발생되는 진동과 소음이 운전자에게 직접 매우 크게 전달되고, 감속기 내부 부품의 내구성을 떨어트리거나 심한 경우에는 부품의 파손이 발생되는 문제점이 있었다.

특히, 요철이 심한 도로를 주행하는 경우에는 바퀴로부터 랙바와 조향축을 타고 전달되는 하중이 순간적으로 증대하여 이로 인해 감속기에서 발생되는 진동과 소음이 더욱 증대되어 운전자에게 불쾌감을 야기시키는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 배경에서 안출된 것으로, 전동식 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 치합시 치접촉률을 증대시켜 동력 전달률을 높임과 더불어 노이즈를 줄이고, 웜휠의 치홈부 가공을 용이하게 하여 제작 공정과 제작비를 줄이며 웜휠의 정밀성과 기계적 내구성을 증대시키는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웜과 웜휠을 구비하는 전동식 조향장치의 감속기에 있어서, 웜휠은 조향축이 삽입되는 중공 형상의 허브와, 외주면에 웜과 치합되는 치홈부가 형성되어 있는 기어부, 허브와 기어부의 내측 사이에 형성되는 보스가 구비되며, 치홈부는 기어부의 일측단과 이격된 위치에서 축방향과 경사진 사선방향으로 형성되며 기어부의 타측단까지 개구되게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전동식 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 치합시 치접촉률이 증대되어 동력 전달률이 높아짐과 더불어 유격 감소로 노이즈가 줄어드는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 웜휠의 치홈부 가공이 용이해져서 제작 공정이 단축되고 제작비를 줄일 수 있게 되며 웜휠의 정밀성과 기계적 내구성이 증대되어 감속기를 장시간 안정적으로 사용할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래에 의한 전동식 조향장치의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 종래에 의한 전동식 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타내는 사시도,
도 4는 도 3의 A부위를 확대한 확대도,
도 5는 도 3의 A부위를 나타내는 단면도,
도 6은 도 5의 B-B 부위를 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 감속기 중 인서트림을 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 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.

도 3은 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타내는 사시도, 도 4는 도 3의 A부위를 확대한 확대도, 도 5는 도 3의 A부위를 나타내는 단면도, 도 6은 도 5의 B-B 부위를 나타내는 단면도, 도 7은 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 감속기 중 인서트림을 나타내는 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 있어서, 웜휠(300)은, 조향축이 삽입되는 중공 형상의 허브(310)와, 외주면에 웜과 치합되는 치홈부(340)가 형성되어 있는 기어부(330), 허브(310)와 기어부(330)의 내측 사이에 형성되는 보스(320)가 구비되되, 치홈부(340)는 기어부(330)의 일측단(330a)과 이격된 위치에서 축방향과 경사진 사선방향으로 형성되며 기어부(330)의 타측단(330b)까지 개구되게 형성되는 것을 특징한다.

감속기는 모터의 구동력으로 회전하는 웜축(도 1의 104 참조)과 웜휠(300)을 매개로 전달되며, 웜과 웜휠(300) 기어의 기어비에 따라서 감속 또는 가속되는 것으로, 웜이 형성된 금속 재질의 웜축이 구비되고, 이 웜축의 외주에 형성된 웜과 치합될 수 있도록 웜축의 외경 일측에는 웜휠(300)이 구비된다.

이러한 감속기는 전동식 조향장치에 장착되어, 모터의 구동력에 의해 웜축과 웜휠(300)이 연동되면서 조향축을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 모터의 구동시 모터의 축과 연동되는 웜축의 양단에는 웜축베어링이 체결되어 웜축의 회전을 지지하며, 조향축과 연동되는 웜휠(300)과 웜축은 기어 하우징에 내장된다.

한편, 운전자가 조향휠의 조작시 조향휠의 회전력을 랙바로 전달하는 조향축은 조향휠로부터 컬럼, 유니버설 조인트, 랙기어와 피니언 기어를 내장하는 기어박스까지 연결되어 있고, 감속기는 컬럼, 기어박스에 내장되는 조향축(또는 피니언)에 결합될 수 있다.

따라서, 모터의 구동으로 웜축이 회전하면 웜휠(300)이 연동되어 회전하고, 이때 웜휠(300)이 컬럼의 조향축 또는 기어박스의 조향축에 결합되어 운전자의 조향력을 보조하게 된다.

여기서, 웜휠(300)은 조향축이 결합되는 허브(310), 허브(310)의 외주측에 일체로 성형되는 보스(320), 보스(320)의 외주측에 일체로 성형되며 웜과 치합되는 치홈부(340)가 형성되어 있는 기어부(330)를 포함한다.

대략 링과 같이 중공 형상으로 형성되는 스틸 재질의 허브(310)는 중심부에 조향축이 관통 결합되며, 보스(320)는 허브(310)와 기어부(330)의 내측 사이에 유리섬유가 혼합 보강된 폴리아미드 수지를 사출하여 성형된다.

여기서 보스(320)를 사출 성형하는 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 중 하나이고, 이에 유리섬유가 30 ~ 50 중량%로 혼합되는데, 이로 인해 폴리아미드 수지로만 형성될 때에 비하여, 경도와 인장강도, 신율, 굴곡강도 고온물성 등이 향상되고 우수한 마찰특성을 갖게 되어 내구성이 좋아지게 된다.

그리고, 기어부(330)의 외주면에 형성되는 치홈부(340)는 기어부(330)의 일측단(330a)과 이격된 위치에서 형성되기 시작하여 축방향과 경사진 사선방향으로 형성되며 기어부(330)의 타측단(330b)까지 개구되게 형성된다.

또한, 치홈부(340)는 기어부(330)의 일측단(330a)과 이격된 위치에서 타측단(330b)쪽으로 점진적으로 깊이가 깊어지는 제1치홈부(341)와 제1치홈부(341)의 끝단에서 동일한 깊이로 타측단(330b)까지 개구되게 형성되는 제2치홈부(343)가 구비된다.

제1치홈부(341)는 기어부(330)의 일측단(330a)과 이격된 위치에서 타측단(330b)쪽으로 점진적으로 폭이 넓어지게 형성되며, 제2치홈부(343)는 제1치홈부(341)의 끝단에서 타측단(330b) 개구된 부위까지 일정한 폭으로 형성된다.

그리고, 기어부(330)의 내측에는 링형상의 인서트림(350)이 삽입되어 기어부(330) 및 보스(320)와 일체로 사출 성형되는데, 인서트림(350)은 서로 인접된 치홈부(340)들의 원주방향 사이로 삽입되는 돌기부(353)가 구비되어 있다.

기어부(330)는 폴리아미드(PA) 수지를 사출하여 성형되고, 인서트림(350)은 스틸 재질로 형성되는데, 기어부(330)를 형성하는 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 중 어느 하나로 형성되어, 내마모성과 내구성을 향상시키게 되어 있다.

인서트림(350)에 구비되는 돌기부(353)는 치홈부(340)의 형성 방향과 동일한 방향인 축방향과 경사진 사선방향으로 형성되어 외주면에 기어부(330)가 일체로 사출 성형된다.

또한, 돌기부(353)는 축방향과 수직인 양쪽 측면 중 적어도 어느 한쪽에 두께가 축소되도록 함몰되며 형성되는 응력분산부(355)가 형성되어 있어서, 웜과 웜휠(300)이 맞물린 상태에서 회전할 때 웜이 기어부(330)에 가하는 횡방향 하중에 기어부(330)가 지지할 때 집중되는 하중이 분산되게 되어 있다.

즉, 응력분산부(355)는 돌기부(353)의 측면에서 원호 또는 아크 형상의 곡면으로 함몰되어 형성되는데, 나선형의 웜이 회전하면서 기어부(330)에 횡방향 하중을 가하면 폴리아미드 수지로 형성된 기어부(330)를 통해 전달되는 하중이 원호 또는 아크 형상의 오목한 곡면으로 형성되는 응력분산부(355)에 전달되면서 지지면적이 넓어지고 하중의 전달 방향이 곡면의 법선 방향으로 분산되면서 응력을 분산시키게 된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전동식 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 치합시 치접촉률이 증대되어 동력 전달률이 높아짐과 더불어 유격 감소로 노이즈가 줄어드는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 웜휠의 치홈부 가공이 용이해져서 제작 공정이 단축되고 제작비를 줄일 수 있게 되며 웜휠의 정밀성과 기계적 내구성이 증대되어 감속기를 장시간 안정적으로 사용할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.

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.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 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.

300: 웜휠 310: 허브
320: 보스 330: 기어부
340:치홈부 341: 제1치홈부
343: 제2치홈부 350: 인서트림
353:돌기부 355: 응력분산부

Claims (8)

1. 웜과 웜휠을 구비하는 전동식 조향장치의 감속기에 있어서,
   상기 웜휠은, 조향축이 삽입되는 중공 형상의 허브와, 외주면에 상기 웜과 치합되는 치홈부가 형성되어 있는 기어부, 상기 허브와 기어부의 내측 사이에 형성되는 보스가 구비되되, 상기 치홈부는 상기 기어부의 일측단과 이격된 위치에서 축방향과 경사진 사선방향으로 형성되며 상기 기어부의 타측단까지 개구되게 형성되고,
   상기 기어부의 내측에는 링형상의 인서트림이 삽입되어 상기 기어부 및 보스와 일체로 사출 성형되되, 상기 인서트림은 상기 치홈부들의 원주방향 사이로 삽입되는 돌기부가 구비되며,
   상기 돌기부는 축방향과 수직인 양쪽 측면 중 적어도 어느 한쪽에 두께가 축소되도록 함몰되며 형성되는 응력분산부가 형성되며,
   상기 응력분산부는 상기 돌기부의 축방향 일측단과 타측단에서 이격된 위치에서 중심부로 갈수록 점진적으로 두께가 축소되게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 치홈부는 상기 기어부의 일측단과 이격된 위치에서 타측단쪽으로 점진적으로 깊이가 깊어지는 제1치홈부와 상기 제1치홈부의 끝단에서 동일한 깊이로 타측단까지 개구되게 형성되는 제2치홈부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1치홈부는 상기 기어부의 일측단과 이격된 위치에서 타측단쪽으로 점진적으로 폭이 넓어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2치홈부는 상기 제1치홈부의 끝단에서 타측단 개구된 부위까지 일정한 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌기부는 상기 치홈부와 동일한 방향인 축방향과 경사진 사선방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 응력분산부는 상기 돌기부의 측면에서 원호 또는 아크 형상의 곡면으로 함몰되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.

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