KR102661494B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예들은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 실시예들은, 랙하우징의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바, 내주면에 랙바의 외주스크류홈에 대응되는 내주스크류홈을 구비하고, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로가 형성되어 있는 볼너트, 볼순환로와 외주스크류홈 및 내주스크류홈으로 볼이 순환되도록 볼반송홀이 구비되며 볼순환로의 일측과 타측에 결합되는 엔드캡, 엔드캡을 축방향으로 지지하면서 볼너트의 내주면에 결합되는 지지부재를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}
본 실시예들은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼너트와 랙바의 볼 순환 구조에 장착되는 부품수를 줄이고 구조를 단순화함으로써 원가 감소와 조립공정 축소를 도모할 수 있으며, 주행 안정성과 내구성을 높이는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래 전동식 동력 보조 조향장치는 운전자의 조향력을 보조하기 위해 모터의 구동력을 랙바로 전달하여 조향보조력을 발생시키는 구성으로 모터와 벨트로 연결되는 볼너트와, 모터풀리, 너트풀리, 볼너트의 회전으로 슬라이딩되는 랙바 등이 구비된다.
그러나, 이러한 종래 전동식 동력 보조 조향장치는, 볼너트와 랙바의 볼 순환 구조에 장착되는 부품수가 많고 구조가 복잡하여 원가가 높아지고 조립공정이 늘어나는 문제점이 있었다.
또한, 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 장착되는 부품들의 고장 빈도가 높아 주행 안정성이 떨어지고 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼너트와 랙바의 볼 순환 구조에 장착되는 부품수를 줄이고 구조를 단순화함으로써 원가 감소와 조립공정 축소를 도모하고, 주행 안정성과 내구성을 높이는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 실시예들의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 실시예들은, 랙하우징의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바, 내주면에 랙바의 외주스크류홈에 대응되는 내주스크류홈을 구비하고, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로가 형성되어 있는 볼너트, 볼순환로와 외주스크류홈 및 내주스크류홈으로 볼이 순환되도록 볼반송홀이 구비되며 볼순환로의 일측과 타측에 결합되는 엔드캡, 엔드캡을 축방향으로 지지하면서 볼너트의 내주면에 결합되는 지지부재를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 실시예들에 의하면, 볼너트와 랙바의 볼 순환 구조에 장착되는 부품수를 줄이고 구조를 단순화함으로써 원가 감소와 조립공정 축소를 도모할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 부품들의 고장을 줄여 주행 안정성과 내구성을 높이는 효과가 있게 된다.
도 1은 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도,
도 2는 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 3 내지 도 5는 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도,
도 6 내지 도 9는 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 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 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예들의 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 1은 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도, 도 2는 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 3 내지 도 5는 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도, 도 6 내지 도 9는 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 랙하우징(201)의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈(155a)이 형성되어 있는 랙바(155), 내주면에 랙바(155)의 외주스크류홈(155a)에 대응되는 내주스크류홈(225)을 구비하고, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로(221)가 형성되어 있는 볼너트(220), 볼순환로(221)와 외주스크류홈(155a) 및 내주스크류홈(225)으로 볼이 순환되도록 볼반송홀(229a)이 구비되며 볼순환로(221)의 일측과 타측에 결합되는 엔드캡(229), 엔드캡(229)을 축방향으로 지지하면서 볼너트(220)의 내주면에 결합되는 지지부재(213)를 포함한다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예들에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다.
또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함한다.
이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터의 축에 결합된 모터풀리, 벨트(210) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(201)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)와, 볼너트(220)의 외주면에 결합되는 너트풀리(207) 등으로 이루어진다.
모터와 연결된 모터풀리와, 랙바(155)와 연결된 너트풀리(207)는 회전축이 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리와 너트풀리(207)에는 벨트(210)가 감겨져 모터의 회전력을 볼너트(220)를 통해 랙바(155)에 전달하고, 볼너트(220)의 동작에 의하여 랙바(155)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(220)는 볼(미도시)을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(201)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면 일측에는 볼너트(220)를 회전시키는 너트풀리(207)가 결합되고, 볼너트(220)의 외주면 타측에는 회전을 지지하는 베어링(205)이 장착된다.
볼너트(220)의 내주면과 랙바(155)의 외주면에는 랙바(155)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(155)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 외주스크류홈(155a)과, 이에 삽입되는 볼 및, 외주스크류홈(155a)과 대응되게 볼너트(220)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 내주스크류홈(225)으로 이루어진다.
볼너트(220)는 내주면에 내주스크류홈(225)이 형성된 중공관으로서, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 베어링(205)의 외륜 끝단에는 록스크류(227)가 랙하우징(201)의 내주면에 나사결합되어 베어링(205)을 지지하며 고정된다.
또한, 볼너트(220)의 일측에는 볼순환로(221)가 형성되어 있고, 엔드캡(229)에는 볼순환로(221)와 외주스크류홈(155a) 및 내주스크류홈(225)으로 볼이 순환되도록 볼반송홀(229a)이 구비되어 볼순환로(221)의 일측과 타측에 결합되어 있다.
그리고, 엔드캡(229)을 축방향으로 지지하는 지지부재(213)가 볼너트(220)의 내주면에 결합되어 있다.
너트풀리(207)는 볼너트(220)의 외주면과의 사이에 경방향으로 탄성력을 발생시키는 톨러런스 링이 결합되어 있어서 볼너트(220)로부터 이탈이 방지되게 되어 있다.
그리고, 베어링(205)의 외륜 일측에는 록스크류(227)가 랙하우징(201)의 내주면에 나사결합되어 베어링(205)의 외륜을 지지하고, 베어링(205)의 내륜 타측에는 베어링지지부재(209)가 볼너트(220)의 외주면에 나사결합되어 베어링(205)을 지지하게 되어 있다.
베어링(205)은 볼너트(220)의 외주면에 슬라이딩 조립되며 볼너트(220)의 대략 중간부위에 직경이 확대 형성되어 있는 안착부(223)에 베어링(205)의 내륜 일측이 지지되며 고정된다.
한편, 볼너트(220)의 내주면에는 내주스크류홈(225)이 구비된 영역의 양측 끝단에 지지부재(213)가 삽입되는 삽입홈(222)이 형성되어 있어서, 지지부재(213)가 삽입홈(222)에 지지되면서 엔드캡(229)을 고정시킨다.
지지부재(213)는 경방향의 외측단이 삽입홈(222)에 삽입되고 경방향의 내측단이 볼너트(220)의 내주면까지 형성되는 환형으로 형성된다.
이러한 지지부재(213)는 탄성력이 있는 플라스틱 재질의 환형으로 형성되어 삽입홈(222)에 결합시 탄성면형되면서 결합이 이루어지도록 되어 있어서 조립시 작업이 용이하게 되어 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 지지부재(213)는 축방향의 외측면에 안착홈(213b)이 형성되고 이 안착홈(213b)에는 지지부재(213)를 경방향으로 탄성지지하는 탄성부재(213a)가 결합될 수 있게 되어 있다.
여기서, 탄성부재(213a)는 원주방향의 일측이 절개된 환형으로 형성되어 경방향으로 탄성복원력이 발생될 수 있도록 지지부재(213)의 안착홈(213b)에 탄성변형되면서 결합된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 지지부재(213)는 내주면에 안착홈(213b)이 형성되고 이 안착홈(213b)에는 지지부재(213)를 경방향으로 탄성지지하는 탄성부재(213a)가 결합될 수도 있다.
이 경우 탄성부재(213a)는 전술한 바와 같이 원주방향의 일측이 절개된 환형으로 형성되어 지지부재(213)의 안착홈(213b)에 결합 후 경방향의 외측으로 지지부재(213)를 탄성지지하게 된다.
볼너트(220)의 축방향 단부에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(205)을 축방향으로 지지하며 이탈을 방지하는 베어링지지부재(209)가 결합된다.
베어링지지부재(209)는 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 볼너트(220)의 외주면에 결합되는 외측결합부(209a)와, 볼너트(220)의 내주면에 결합되어 엔드캡(229)을 축방향으로 지지하는 내측결합부(209b), 이들을 연결하븐 측면부(209c)가 구비된다.
베어링지지부재(209)의 측면부(209c)는 볼너트(220)의 단부를 지지하며 결합되고 측면부(209c)의 외측단과 내측단이 각각 외측결합부(209a)와 내측결합부(209b)에 연결 형성되어 볼너트(220) 단부의 외주면과 내주면을 감싸면서 결합된다.
그리고, 외측결합부(209a)의 내주면에는 나사부가 형성되어 볼너트(220)의 외주면에 형성된 나사부와 나사결합거나, 내측결합부(209b)의 외주면에 나사부가 형성되어 볼너트(220)의 내주면에 형성된 나사부와 나사결합될 수 있다.
따라서, 볼너트(220)의 단부에 베어링지지부재(209)를 나사결합시키면서 베어링(205)과 엔드캡(229)을 지지하여 고정시킬 수 있게 된다.
또한, 외측결합부(209a)의 단부에는 경방향 외측으로 돌출 형성되어 베어링(205)의 내륜을 지지하는 외측지지단부(209d)가 형성될 수 있으며, 이로 인해 베어링(205)의 내륜을 지지하는 면적을 넓혀 안정적으로 지지할 수 있게 되며, 베어링지지부재(209)의 결합시 공구가 외측지지단부(209d)의 단턱부에 지지되면서 조립이 용이하게 될 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이 내측결합부(209b)의 단부에도 경방향 내측으로 내측지지단부(209e)가 돌출 형성되어 엔드캡(229)의 측면을 지지하도록 할 수 있으며, 내측지지단부(209e)가 엔드캡(229)을 지지하는 면적을 넓혀 보다 안정적으로 엔드캡(229)의 측면을 지지하게 될 수 있다.
이와 같은 본 실시예들에 의하면, 볼너트와 랙바의 볼 순환 구조에 장착되는 부품수를 줄이고 구조를 단순화함으로써 원가 감소와 조립공정 축소를 도모할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 부품들의 고장을 줄여 주행 안정성과 내구성을 높이는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 실시예들을 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 실시예들이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시예들의 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 실시예들이 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 실시예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 실시예들의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들에 개시된 실시예들은 본 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예들의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예들의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
155: 랙바 201: 랙하우징
205: 베어링 207: 너트풀리
209: 베어링지지부재 213: 지지부재
220: 볼너트 222: 삽입홈

Claims (15)

  1. 랙하우징의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바;
    내주면에 상기 랙바의 외주스크류홈에 대응되는 내주스크류홈을 구비하고, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로가 형성되어 있는 볼너트;
    상기 볼순환로와 상기 외주스크류홈 및 내주스크류홈으로 볼이 순환되도록 볼반송홀이 구비되며 상기 볼순환로의 일측과 타측에 결합되는 엔드캡;
    상기 엔드캡을 축방향으로 지지하면서 상기 볼너트의 내주면에 결합되는 지지부재;
    를 포함하며,
    상기 볼너트의 축방향 단부에는 상기 볼너트의 회전을 지지하는 베어링을 축방향으로 지지하며 이탈을 방지하는 베어링지지부재가 결합되고,
    상기 베어링지지부재는 상기 볼너트의 외주면에 결합되는 외측결합부와, 상기 볼너트의 내주면에 결합되어 상기 엔드캡을 축방향으로 지지하는 내측결합부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트의 내주면에는 상기 내주스크류홈이 구비된 영역의 양측 끝단에 상기 지지부재가 삽입되는 삽입홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는 경방향의 외측단이 상기 삽입홈에 삽입되고 경방향의 내측단이 상기 볼너트의 내주면까지 형성되는 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는 탄성력이 있는 플라스틱 재질의 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는 축방향의 외측면에 안착홈이 형성되고 상기 안착홈에는 상기 지지부재를 경방향으로 탄성지지하는 탄성부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 원주방향의 일측이 절개된 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는 내주면에 안착홈이 형성되고 상기 안착홈에는 상기 지지부재를 경방향으로 탄성지지하는 탄성부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 원주방향의 일측이 절개된 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링지지부재는 상기 볼너트의 단부를 지지하는 측면부가 구비되고 상기 측면부의 외측단과 내측단이 각각 상기 외측결합부와 내측결합부에 연결 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측결합부의 내주면에는 나사부가 형성되어 상기 볼너트의 외주면에 형성된 나사부와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측결합부의 외주면에는 나사부가 형성되어 상기 볼너트의 내주면에 형성된 나사부와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 외측결합부의 단부에는 경방향 외측으로 돌출 형성되어 상기 베어링의 내륜을 지지하는 외측지지단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 내측결합부의 단부에는 경방향 내측으로 돌출 형성되어 상기 엔드캡의 측면을 지지하는 내측지지단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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