KR102673515B1 - 전동사이드스텝장치의 액츄에이터 - Google Patents

전동사이드스텝장치의 액츄에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전동사이드스텝장치의 액츄에이터는, 구동모터와, 상기 구동모터의 구동력을 감속하여 전달하는 1차 웜샤프트와, 상기 1차 웜샤프트와 치합되는 1차 웜휠과, 상기 1차 웜휠과 연결된 2차 웜샤프트와, 상기 2차 웜샤프트와 치합되는 2차 웜횔과, 상기 2차 웜휠에 연결된 주축으로 구성된다.
상기 2차 웜샤프트는, 스크류부와, 상기 스크류부의 하방에 구성되어 상기 하부 베어링의 내륜에 끼움결합되는 하단축부와, 상기 스크류부와 하단축부 사이에 구성되어 하부 베어링의 내륜을 하방으로 누르는 스페이서부와, 상기 스크류부의 상방에 구성되어 상기 하부 베어링의 내륜에 끼움결합되는 하단축부와, 상기 스크류부의 상방에 구성되어 상기 1차 웜휠과 결합되는 상단축부로 이루어진다.
상기 2차 웜샤프트의 스페이서부는 그 직경이 상기 하단축부의 직경 보다 크고, 상기 하부 베어링의 외륜의 내경 보다 작게 이루어진다.
본 발명에 따른 전동사이드스텝장치의 액츄에이터는, 2차 웜샤프트의 스페이서부에 의해 하부 베어링의 내륜이 움직이지 않도록 이루어진 구조상, 하부 베어링의 내륜의 움직임으로 인한 작동소음이 발생하지 않게 됨으로써 기능안정성이 향상된다는 이점이 있다.

Description

전동사이드스텝장치의 액츄에이터{actuator of side step unit}
본 발명은 차체가 높은 차량에서 탑승자의 승,하차 편의를 돕기 위한 전동 사이드스텝장치를 가동하는 액츄에이터에 관한 것이다.
SUV 차량과 같이 차체가 높은 차량은 탑승자의 승,하차 편의를 돕기 위해 사이드스텝장치가 적용되고 있다.
사이드스텝장치는 도 1에 나타난 것과 같이 차체에 링크 연결된 스텝(발판)(도면생략)과 이를 가동하기 위한 액츄에이터(5)를 포함하여 이루어져 있으며,
액츄에이터(5)는, 동력을 발생하는 구동모터(10)와, 구동모터의 회전력을 감속하여 전달하는 1차 웜샤프트(12), 1차 웜샤프트(12)와 치합되는 1차 웜휠(14), 1차 웜휠(14)과 결합 구성되어 1차 웜휠(14)과 함께 회전되는 2차 웜샤프트(15), 2차 웜샤프트(15)와 치합되는 2차 웜횔(17)을 포함하여 이루어져 있으며, 2차 웜휠(17)에는 주축(19)이 연결되어 있다.
여기서, 구동모터(10)는 이른바 기어드모터 타입으로서, 고정자와 회전자 및 회전자와 연결된 회전축을 포함하는 모터부와, 회전축과 조합되는 다수개의 감속기어 및 이와 연결된 출력축을 포함하는 감속부로 구성되어 있다.
기어드모터는 출력축의 회전속도가 회전축에 비하여 크게 감속되는 만큼 상대적으로 회전토크는 강해지는 작동특성을 가지고 있기 때문에, 이른바 저회전 고토크의 작동특성을 요하는 기계산업분야에서 매우 오랜동안 일반적으로 사용되어온 기계장치이다.
1차 웜휠(14)은 합성수지 소재로서, 금속소재의 2차 웜샤프트(15)에 몰드성형되는 방식으로 이루어져 잇다.
이러한 종래기술에 의하면, 구동모터(10)의 작동이 각 웜샤프트(12)(15)와 웜휠(14)(17)을 통해 감속되어 주축(19)으로 전달되고, 주축(19)의 회전에 의해 스텝(도면생략)이 작동된다.
2차 웜샤프트(15)는 스크류부(151)와, 스크류부(151) 상방의 상단축부(152)와, 스크류부(151) 하방의 하단축부(153)로 이루어져 있으며, 상단축부(152)는 상부 베어링(20)에 의해 지지되며, 상부 베어링(20)의 상방에는 하우징(H)과 나사결합되어 마감역할을 하는 스레드캡(thread cap)(30)이 구비되어 있다.
여기서, 상부 베어링(20) 및 하부 베어링(22)은 내륜(201)(221)과 외륜(202)(222) 및 그 사이에 개재되는 베어링볼(203)(223)로 구성되어 있는데, 상부 베어링(20)의 내륜(201)은 2차 웜샤프트(15)의 상단축부(152)와 결합되고, 하부 베어링(22)의 내륜(221)은 2차 웜샤프트(15)의 하단축부(153)와 결합되어 있으며, 각각의 외륜(202)(222)은 하우징(H)에 고정되어 있다.
한편, 이러한 전동사이드스텝장치를 제작함에 있어서, 각 부품이 모두 정밀하게 제작됨으로써 조립공차 또한 최소화되는 것이 바람직하다고 볼 수 있으나, 실제로는 조립공차가 발생하게 되며, 이로 인하여 조립공정상의 작업성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 종래에는 부품간 조립 공차를 고려하여 2차 웜샤프트(15)의 스크류부(151)의 선단과 하부 베어링(22)이 서로 접하지 않도록 구성하였는데, 이에 따르면, 2차 웜샤프트(15)의 장착작업이 비교적 용이하게 진행될 수 있다.
그런데, 이러한 종래기술에 있어서, 2차 웜휠(14)과 2차 웜샤프트(15)의 웜기어 결합구조상 2차 웜샤프트(15)가 회전되면, 2차 웜샤프트(15)의 스크류부(151)에 대하여 법선 방향으로 상대적인 저항력이 발생하고, 이러한 저항력의 일부는 2차 웜샤프트(15)를 길이방향으로 움직이는 축력으로서 작용하게 된다.
한편, 종래기술에 적용되는 상부 베어링(20)과 하부 베어링(22)은 일반적인 레이디얼 베어링 타입의 것이 사용되었는데, 이는 내륜(201)(221)과 외륜(202)(222) 사이에 단순히 베어링볼(203)(223)이 개재된 구조로서, 축방향으로의 힘 즉, 축력에 대한 저항구조는 고려하지 않은 것이다.
따라서, 종래기술에 의하면 각 베어링(20)(22)의 외륜(202)(222)은 하우징(H)에 견고하게 고정되는 반면, 2차 웜샤프트(15)의 상단축부(152) 및 하단축부(153)와 결합되어 함께 회전되도록 구성된 각 내륜(201)(221)은 2차 웜샤프트(15)의 축력에 의해 축방향으로 미세하게 유동되어 이에 따른 작동소음이 발생하였다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 회전시 발생하는 축력에 대하여 상부 베어링 및 하부 베어링의 내륜의 움직임이 저지되도록 하는 2차 웜샤프트를 포함하는 전동사이드스텝장치의 액츄에이터의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 해결하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 전동사이드스텝장치의 액츄에이터에 적용되는 2차 웜샤프트는 스크류부와, 상기 스크류부의 상방에 구성되어 상기 상부 베어링의 내륜에 끼움결합되는 상단축부와, 상기 스크류부의 하방에 구성되어 하부 베어링의 내륜을 누르는 스페이서부와, 상기 스페이서부의 하방에 구성되어 하부 베어링의 내륜에 끼움결합되는 하단축부로 이루어진다.
상기 2차 웜샤프트의 스페이서부는 그 직경이 상기 하단축부의 직경 보다 크고, 상기 하부 베어링의 외륜의 내경 보다 작게 이루어진다.
상기 2차 웜샤프트의 제조방법은, 연속된 형태의 강봉을 일정길이로 절단하여 모재봉(母材棒)을 만드는 절단단계와, 절단된 모재봉의 상측선단을 일정구간만큼 절삭가공하여 상부 베어링의 내륜에 끼움결합되는 상단축부를 형성하는 상단축부 형성단계와, 상기 모재봉의 하측선단을 일정구간만큼 절삭가공하여 하단축부를 형성하는 하단축부 형성단계와, 상기 모재봉의 하단축부와 이어지는 일정구간을 절삭가공하여 스페이서부를 형성하는 스페이서부 형성단계와, 상기 모재봉의 상단축부와 스페이서부의 사이 구간을 절삭가공하여 스크류부를 형성하는 스크류부 형성단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 전동사이드스텝장치의 액츄에이터는, 2차 웜샤프트의 스페이서부에 의해 상부 베어링 및 하부 베어링의 내륜이 움직이지 않도록 이루어진 구조상, 각 베어링의 내륜의 움직임으로 인한 작동소음이 발생하지 않게 됨으로써 기능안정성이 향상된다는 이점이 있다.
도 1: 종래기술에 따른 전동사이드스텝장치의 액츄에이터의 구조를 나타낸 도면
도 2: 종래기술에 따른 1차 웜휠과 2차 웜샤프트의 단면 구조를 나타낸 도면
도 3: 종래기술에 따른 2차 웜샤프트의 베어링 지지구조를 나타낸 도면
도 4: 종래기술에 따른 2차 웜샤프트를 지지하는 상부 베어링과 하부 베어링의 유격 상태를 나타낸 도면
도 5: 본 발명에 따른 2차 웜샤프트를 나타낸 도면
도 6: 본 발명에 따른 2차 웜샤프트에 의한 베어링의 눌림상태를 나타낸 도면
도 7: 본 발명에 따른 2차 웜샤프트의 제조공정을 나타낸 도면
도 8: 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동사이드스텝장치의 액츄에이터의 구조를 나타낸 도면
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도 5 부터 도 8 까지 참조로 하여 상세하게 설명한다.
종래기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 그 설명을 생략할 수 있다.
도 5와 도 6 에 나타난 것과 같이 본 발명에 따른 전동사이드스텝장치의 액츄에이터에 적용되는 2차 웜샤프트(16)는, 스크류부(161)와, 상기 스크류부(161)의 상방에 구성되어 상기 상부 베어링(20)의 내륜(201)에 끼움결합되는 상단축부(162)와, 상기 스크류부(161)의 하방에 구성되어 하부 베어링(22)의 내륜(221)을 누르는 스페이서부(163)와, 상기 스페이서부(163)의 하방에 구성되어 하부 베어링(22)의 내륜(221)에 끼움결합되는 하단축부(164)로 이루어진다.
상기 2차 웜샤프트(16)의 스페이서부(163)는 그 직경(D1)이 상기 하단축부(164)의 직경(D2) 보다 크고, 상기 하부 베어링(22)의 외륜(222)의 내경(D3) 보다 작게 이루어진다.(도 5 참조)
이와 같은 본 발명에 의하면, 상기 2차 웜샤프트(16)가 상부 베어링(20) 및 하부 베어링(22)에 의해 지지된 상태 즉, 상단축부(162)가 상부 베어링(20)의 내륜(201)에 끼움결합되고, 하단축부(164)가 하부 베어링(22)의 내륜(221)에 끼움결합된 상태에서, 스페이서부(163)의 선단이 상기 하부 베어링(20)의 내륜(221)에 접하여 내륜(221)을 누르게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 액츄에이터의 작동시 2차 웜샤프트(16)가 회전됨으로써 축력이 발생하여도 상기 스페이서부(163)에 의해 하부 베어링(22)의 내륜(221)이 눌림으로써 하부 베어링(22)의 내륜(221)의 축방향 유동이 저지된다.
그리고, 하부 베어링(22)의 내륜(221)이 눌림에 따라 2차 웜샤프트(16)가 상대적으로 상방으로 들어 올려지는 상태가 되기 때문에, 상단축부(162)에 의해 상부 베어링(20)의 내륜(201) 또한 상방으로 압박됨으로써 유동되지 않게 된다.
이는 전술한 바와 같이 상기 스페이서부(163)의 직경(D1)이 상기 하단축부(164)의 직경(D2) 보다 크고, 상기 하부 베어링(22)의 외륜(222)의 내경(D3) 보다 작게 이루어지는 구조적인 특성에 의한 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면, 결과적으로 종래와 같은 상부 베어링(20) 및 하부 베어링(22)의 내륜(201)(221)의 유동에 따른 작동소음이 발생하지 않게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 7 에 나타난 것과 같이 하부 베어링(32)이 그 내륜(321)과 외륜(322)의 내면(베어링볼과의 접면)이 베어링볼(323)을 사이에 두고 서로 마주보는 방향으로 경사각을 이루도록 구성된다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 하부 베어링(32)의 내륜(321)이 외륜(322)에 의해 축방향으로 강하게 지지된다.
따라서, 상기 2차 웜샤프트(15)의 스페이서부(163)에 의해 내륜(321)이 압박되더라도 이에 따른 축방향 하중이 반경방향으로 분산되기 때문에 하부 베어링(30)의 내구성이 향상된다.
본 발명에 따른 상기 스페이서부(163)를 포함하는 2차 웜샤프트(16)는 모재봉(16')을 절삭가공하는 방법으로 제조될 수 있는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 8 에 나타난 것과 같이 본 발명에 따른 2차 웜샤프트(16)의 제조방법은, 연속된 형태의 강봉을 일정길이로 절단하여 모재봉(母材棒)(16')을 만드는 절단단계(S1)와, 절단된 모재봉(16')의 상측선단을 일정구간만큼 절삭가공하여 상부 베어링(20)의 내륜(201)에 끼움결합되는 상단축부(162)를 형성하는 상단축부 형성단계(S2)와, 상기 모재봉(16')의 하측선단을 일정구간만큼 절삭가공하여 하단축부(164)를 형성하는 하단축부 형성단계(S3)와, 상기 모재봉(16')의 하단축부(164)와 이어지는 일정구간을 절삭가공하여 스페이서부(163)를 형성하는 스페이서부 형성단계(S4)와, 상기 모재봉(16')의 상단축부(162)와 스페이서부(163)의 사이 구간을 절삭가공하여 스크류부(161)를 형성하는 스크류부 형성단계(S5)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 스페이서부 형성단계(S3)에서는 스페이서부(163)의 직경이 상기 하단축부(162)의 직경 보다 크고, 상기 하부 베어링(22)의 외륜(222)의 내경 보다 작게 이루어지도록 하게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 2차 웜샤프트 제조방법에 있어서는, 상단축부(162), 하단축부, 스페이서부(163), 스크류부(161) 순으로 형성하는 것을 예시적으로 언급하였으나, 필요에 따라서는 각 부위를 형성하는 가공순서를 달리 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 2차 웜샤프트 제조방법에 의하면, 모재봉(16')을 상단축부 구간, 스페이서부 구간, 하단축부 구간, 스크류부 구간으로 구분하고, 각 구간별로 이를 단순 절삭하는 방식으로 2차 웜샤프트(16)를 제조할 수 있기 때문에 생산성이 향상된다는 특징이 있다.
5: 액츄에이터 10: 구동모터
12: 1차 웜샤프트 14: 1차 웜휠
16: 2차 웜샤프트
161: 스크류부 162: 상단축부
163: 스페이서부 164: 하단축부
20: 상부 베어링 22: 하부 베어링
201: 내륜 221: 내륜
202: 외륜 222: 외륜
203: 베어링볼 223: 베어링볼

Claims (5)

  1. 구동모터(10)와,
    상기 구동모터(10)의 구동력을 감속하여 전달하는 1차 웜샤프트(12)와,
    상기 1차 웜샤프트(12)와 치합되는 1차 웜휠(14)과,
    상기 1차 웜휠(14)과 결합 구성되어 1차 웜휠(14)과 함께 회전되는 2차 웜샤프트(16)와,
    상기 2차 웜샤프트(16)와 치합되는 2차 웜휠(17)과,
    상기 2차 웜휠(17)에 연결된 주축(19)으로 구성되며,
    상기 2차 웜샤프트(16)는 상부 베어링(20) 및 하부 베어링(22)에 의해 지지되는 전동사이드스텝장치의 액츄에이터에 있어서;

    상기 2차 웜샤프트(16)는
    스크류부(161)와,
    상기 스크류부(161)의 상방에 구성되어 상기 상부 베어링(20)의 내륜(201)에 끼움결합되는 상단축부(162)와,
    상기 스크류부(161)의 하방에 구성되어 하부 베어링(22)의 내륜(221)을 누르는 스페이서부(163)와,
    상기 스페이서부(163)의 하방에서 스페이서부(163)와 일체로 구성되어 하부 베어링(22)의 내륜(221)에 끼움결합되는 하단축부(164)로 이루어지며,
    상기 스페이서부(163)는 그 직경(D1)이 상기 하단축부(164)의 직경(D2) 보다 크고, 상기 하부 베어링(22)의 외륜(222)의 내경(D3) 보다 작게 이루어짐으로써, 상기 하부 베어링(22)의 내륜(221)을 압박하는 것
    을 특징으로 하는 전동사이드스텝장치의 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 베어링은 각각 그 내륜과 외륜의 내면이 베어링볼을 사이에 두고 서로 마주보는 방향으로 경사각을 이루도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 전동사이드스텝장치의 액츄에이터.
  4. 연속된 형태의 강봉을 일정길이로 절단하여 모재봉(母材棒)(16')을 만드는 절단단계(S1)와,
    절단된 모재봉(16')의 상측선단을 일정구간만큼 절삭가공하여 상부 베어링(20)의 내륜(201)에 끼움결합되는 상단축부(162)를 형성하는 상단축부 형성단계(S2)와,
    상기 모재봉(16')의 하측선단을 일정구간만큼 절삭가공하여 하단축부(164)를 형성하는 하단축부 형성단계(S3)와,
    상기 모재봉(16')의 하단축부(164)와 이어지는 일정구간을 절삭가공하여 스페이서부(163)를 형성하는 스페이서부 형성단계(S4)와,
    상기 모재봉(16')의 상단축부(162)와 스페이서부(163)의 사이 구간을 절삭가공하여 스크류부(161)를 형성하는 스크류부 형성단계(S5)를 포함하며,

    상기 스페이서부 형성단계(S4)에서는
    스페이서부(163)의 직경이 상기 하단축부(164)의 직경 보다 크고, 상기 하단축부(164)에 끼워지는 하부 베어링(22)의 외륜(222)의 내경(D3) 보다 작게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 전동사이드스텝장치의 액츄에이터에 적용되는 2차 웜샤프트 제조방법.
  5. 삭제
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