KR19990029339A

KR19990029339A - 랙 피니언식 조향장치의 랙가이드

Info

Publication number: KR19990029339A
Application number: KR1019980034349A
Authority: KR
Inventors: 가츠히로 마치다; 노부미츠 마부치; 야스오 이도
Original assignee: 한지 세이고; 다이도 메탈 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 1999-04-26
Also published as: JPH1191592A; JP3276064B2; KR100279371B1; US6178843B1

Abstract

케이싱 내에서 회전가능하게 지지되는 피니언과 맞물리는 랙톱니를 갖는 랙바를 미끄럼가능하게 지지하기 위해, 랙 피니언식 조향장치의 케이싱 내에 배치된 랙가이드에서, 랙바의 하중을 지지하는 면적이 고정될 수 있다. 슬라이드 베어링 부재는 동으로 만들어진 배킹메탈(22), 소결 합금층(23) 및 합성수지층(24)의 3층 구조로 구성되고, 상기 합성수지층(24)의 표면은 랙바(16)의 원주둘레면의 곡률중심 O에서 그 중앙에 간헐적으로 형성되고 그 곡률반경이 곡률반경(R_o)과 동일한 미끄럼접촉 표면부와, 이 미끄럼접촉 표면부보다 더 오목하도록 미끄럼접촉 표면부(25, 26)와 다른 위치에 형성되는 잔여 표면부(27 내지 29)를 포함한다.

Description

랙 피니언식 조향장치의 랙가이드

본 발명은 랙 피니언식 조향장치에서 랙바(rack bar)를 지지하는 랙가이드(rack guide)에 관한 것으로, 특히 랙바에 대한 미끄럼 마찰 저항을 감소시킨 랙가이드에 관한 것이다.

종래, 랙 피니언식 조향장치는 조향축의 단부에 제공되는 피니언과, 피니언과 맞물리는 랙톱니를 구비하는 랙바를 포함하고, 이를 통해 조향축 또는 피니언의 회전이 랙바의 왕복운동으로 변환된다.

상기와 같은 랙 피니언식 조향장치에서, 피니언은 베어링을 통해 하우징 내에서 회전가능하게 지지되고, 반면에 랙바는 치면 반대편의 반원통형 뒷면이 하우징 내에 배치된 랙가이드 상에서 미끄럼가능하게 되도록 지지된다. 상기 랙가이드는 지지베이스 상에 슬라이드 베어링 부재를 장착함으로써 형성된다. 상기 슬라이드 베어링 부재는 아크형의 배킹메탈과 내부표면층으로서 배킹메탈 상에 코팅되는 합성수지층을 포함하고, 이 합성수지층의 표면상에서 랙바를 지지하게 된다.

랙가이드와 랙바 사이의 높은 미끄럼 마찰 저항은 조향장치의 효율을 저하시키고, 조향특성에도 영향을 주게 된다. 이를 극복하기 위해, 예를 들어 JP-Y2-1 -27984 에는 랙가이드와 랙바 사이의 미끄럼 마찰 저항을 감소시키기 위해 슬라이드 베어링 부재의 합성수지층과 랙바 사이의 접촉 면적을 감소시키는 것이 개시된다.

도 6의 첨부도면에 도시된 바와 같이, 랙바와 슬라이드 베어링 부재 사이의 접촉면적을 감소시키는 JP-Y2-1-27984 의 특정 구조에 따르면, 랙바(2)가 합성수지층(1)의 표면의 2개의 제한된 직선 영역에서 슬라이드 베어링 부재의 합성수지층(1)과 부분적으로 접촉하고 있다. 상기 직선 영역은, 슬라이드 베어링 부재 내에 수용되는 랙바(2)의 반원통형 뒷면의 곡률중심(선)에 대응하는 대칭중심선과, 2개의 표면부(3, 4)에 대하여 랙바(2)의 반원통형 뒷면을 분할하는 대칭중심선에 의해 형성되는 2개의 표면부 내에 각각 배치된다. 도 6에서, 참조부호 L은 랙바(2)의 반원통형 뒷면의 곡률중심 O와, 합성수지층(1)의 표면 상의 대칭중심선을 포함하는 은선을 의미한다. 합성수지층(1)의 표면은 곡률중심 O_a와 O_b를 각각 갖는 2개의 원통형 표면부(3, 4)로 구성된다. 도 6에서 곡률중심 O_a와 O_b는 곡률중심 O 위에 위치한다. 따라서, 2개의 원통형 표면부(3, 4)의 곡률반경 R_a와 R_b는 랙바의 곡률반경 R_O보다 크게 된다.

그러나 상기와 같은 구조에서, 랙바(2)의 반원통형 뒷면은 각각의 2개의 표면부(3, 4)에서 합성수지층(1)과 거의 선형접촉을 하게 된다. 이건은 합성수지층(1)이 작은 면적으로 랙바(2)를 지지한다는 것을 의미한다. 따라서, 단위면적당 베어링 하중이 매우 커지게 되어 슬라이드 베어링 부재의 내구성이 떨어지게 된다. 또한, 합성수지층(1)이 랙바(2)를 지지하는 도중에 탄성변형을 일으키게 되고, 랙바(2)의 반원통형 뒷면과 접촉하는 2개의 선형 영역 각각을 따라 원호 형상으로 패이게 된다. 이러한 변형량은 조향장치의 구성성분의 크기 오차와 조립시 발생되는 오차 등에 기인하여 조향장치마다 서로 상이하게 된다. 결과적으로, 합성수지층(1)과 랙바(2)의 반원통형 뒷면 사이의 접촉면적이 조향장치마다 달라지게 된다. 따라서, 합성수지층(1)과 랙바(2) 사이의 미끄럼 마찰 저항이 조향장치마다 달라지게 되어, 이러한 조향장치를 제작하는데 있어서 품질이 불안정해진다는 문제가 생긴다.

본 발명은 이러한 기술적 배경 하에서 제안된 것으로, 그 목적은 긴 수명과 일정한 하중 지지 면적을 가질 수 있는 슬라이드 베어링 부재를 구비한 랙 피니언식 조향장치의 랙가이드를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 랙 피니언식 조향장치의 일실시예의 주요부를 도시하는 확대 단면도,

도 2는 랙가이드의 단면도,

도 3은 지지부의 사시도,

도 4는 슬라이드 베어링 부재의 부분단면도,

도 5는 전체의 수직단면도,

도 6은 도 1과 유사한, 종래의 랙 피니언식 조향장치의 확대단면도이다.

따라서, 케이싱 내에서 회전가능하게 지지되는 피니언에 의해 왕복 구동되는 랙바를 미끄럼가능하게 지지하도록 조향장치의 케이싱 내에 장착되고, 지지 베이스와 이 지지베이스 상에 장착되는 원호형상 단면의 슬라이드 베어링 부재로 구성되는 랙 피니언식 조향장치의 랙가이드로서,

상기 슬라이드 베어링 부재는 배킹메탈(backing metal)층과 이 배킹메탈 상에 형성되는 라이너를 포함하고, 상기 라이너는 랙가이드의 내부표면을 형성하면서 랙바와 미끄럼 접촉을 하는 합성수지층을 포함하고;

상기 랙가이드의 내부표면은 미끄럼접촉 표면부와 잔여 표면부로 구성되고, 이들 모두는 길이방향으로 연장하고 원주방향으로 서로 구별되며;

상기 미끄럼접촉 표면부는 전체적으로 랙바와 미끄럼접촉 하고, 소정의 원주방향 길이로 원호형상의 단면을 가지며, 인접한 잔여 표면부로 연장하고;

상기 잔여표면부는 미끄럼접촉 표면부보다 반경방향으로 더 오목한 것을 특징으로 하는 랙가이드를 제공할 수 있게 된다.

상기와 같은 구조에 따르면, 랙가이드의 합성수지층이 랙가이드의 내부표면에 부분적으로 형성되는 미끄럼접촉 표면부에서 랙바를 지지하기 때문에, 랙바와 합성수지층 사이의 접촉 면적이 비교적 작게 되어 미끄럼 마찰 저항을 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 미끄럼 접촉 표면부가 각각 소정의 원주방향 길이를 가지므로, 랙바가 합성수지층과 선형접촉을 하지 않고 밴드-존(band-zone) 접촉을 하게 된다. 따라서, 단위면적당 베어링 하중이 작게 되어 조향장치의 수명이 길어진다. 더욱이, 미끄럼 접촉 표면부에 인접한 잔여표면부가 더 오목하므로, 미끄럼접촉 표면부가 랙바로부터의 하중에 의해 반경방향 외측으로 탄성변형되더라도, 랙바와 미끄럼접촉 표면부 사이의 접촉 면적이 증가하지 않게 되어, 이러한 조향장치를 제작하는 데 있어서 품질이 안정된다.

대안적으로, 배킹메탈의 내부표면 상에 다공 소결 합금층이 코팅되고, 이 합금층 안으로 수지를 함침하여 합성수지층이 다공 소결 합금층 상에 형성될 수도 있다. 이러한 구조에 따르면, 합성수지층과 랙바 사이에서 발생되는 마찰열이 다공 소결 합금층을 통해 배킹메탈로 용이하게 전달될 수 있어, 랙가이드가 우수한 방열성을 갖게 된다.

상기 배킹메탈은 동과 같은 우수한 열전도성을 갖는 금속으로부터 만들어진다. 동은 부식되기 어렵고 열전도성이 크기 때문에, 합성수지층과 랙바 사이에서 발생되는 마찰열이 용이하게 방출된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 지지베이스 내에 형성된 위치결정 개구 안으로 끼워지도록 반경방향 외부로 돌출된 바닥이 있는 원통형 중공 돌출부가 배킹메탈에 제공될 수 있다. 중공 돌출부의 내부공간이 윤활유를 위한 저장소로 사용될 수 있으므로, 합성수지층과 랙바 사이의 미끄럼접촉 표면에 오랜 시간동안 윤활유를 안정적으로 공급하게 된다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다.

랙 피니언식 조향장치의 일반적인 구성을 도시하는 도 5를 참조하면, 조향축은 그 단부에 피니언(11)이 제공되고, 이 피니언(11)은 케이싱(12) 내에 내장되고 베어링(13, 14)에 의해 회전가능하게 지지된다. 케이싱(12) 내에는, 피니언(11)과 맞물리는 랙톱니(15)를 갖는 랙바(16)가 배치된다. 랙바(16)의 양단부는 케이싱(12)의 외부로 연장한다.

상기 케이싱(12)은 일체로 형성된 원통형 중공 돌출부(17)를 구비한다. 랙바(16)가 상기 돌출부(17)와 피니언(11) 사이에 배치된다. 랙바(16)를 미끄럼가능하게 지지하는 랙가이드(18)가 돌출부(17) 안에 배치되어, 원통형 중공 돌출부(17)의 축을 따라 또는 랙바(16)의 축에 수직으로 왕복이동이 가능하게 된다. 상기 랙가이드(18)는 상기 돌출부(17)의 바닥과 랙가이드(18) 사이에 배치된 탄성 바이어스 수단으로서의 압축코일 스프링(19)에 의해 랙바(16)를 향해 바이어스 된다.

상기 랙가이드(18)는 도 2에 도시된 바와 같이 지지베이스(20) 및 슬라이드 베어링 부재(21)를 포함한다. 상기 슬라이드 베어링 부재(21)는, 배킹메탈(22)과, 이 배킹메탈(22) 상에 형성되는 소결 합금층(23) 및 합성수지의 함침에 의해 다공 소결 합금층(23) 상에 형성되는 얇은 합성수지층(24)으로 구성된 3층 구조를 하고 있다(도 4 참조).

상기 배킹메탈(22)은 철 합금 보다 열전도성이 높은 금속(예를 들어 동)으로 만들어지고, 소결 합금층(23)은 동합금 분말로 만들어진다. 상기 합성수지층(24)은 1 내지 20 vol%의 불화납, 3 내지 30 wt%의 주석을 함유한 1 내지 30 vol%의 납-주석 합금으로 구성되고, 나머지는 실질적으로 폴리테트라플로오로에틸렌이고, 불화납 및 납-주석 합금의 전체함량은 2 내지 35 vol% 가 되고, 이는 자기윤활성을 가지고 있다.

상기 슬라이드 베어링 부재(21)는 배킹메탈, 소결 합금층 및 합성수지로 구성된 상술된 3층 구조의 복합판 재료를 프레스 성형하여 형성되고, 반원통형상을 갖는다. 프레스 성형에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이 합성수지층(24)에는 미끄럼접촉 표면부(25, 26), 및 잔여 표면부(27, 28, 29)가 제공된다. 상기 미끄럼접촉 표면부(25, 26)는 슬라이드 베어링 부재(21)와 이 슬라이드 베어링 부재(21) 상에 끼워지는 랙바(16)의 대칭중심선 L의 양측에 위치하고, 랙바(16)의 반원주 표면과 동일한 공통의 곡률반경 R_o을 갖는다. 상기 잔여 표면부(27, 28, 29)는 미끄럼접촉 표면부(25, 26)의 사이에 및 바깥쪽에 위치하고, 도 1에 도시된 바와 같이 곡률반경 R_o보다 작은 곡률반경 R₁과 R₂를 갖는다.

더 상세하게 하면, 미끄럼접촉 표면부(25, 26)는 대칭중심선 L에 원주방향으로 양쪽에 위치하고 45˚의 각으로 원주방향으로 동일하게 떨어지며, 소정의 원주방향 폭(예를 들어 10˚의 각)을 갖는 원호형상과, 대칭중심선 L 상의 곡률중심O 및 곡률반경R_o을 각각 갖는다. 잔여 표면부(27, 28, 29)들 중에서, 미끄럼접촉 표면부(25, 26) 사이의 부분(27)은 대칭중심선 L 상의 곡률중심 O₁과 곡률반경 R_o보다 작은 곡률반경 R₁을 갖는 원호형상을 하고 있다. 원주방향 단부영역의 맞은편에 위치하는 부분(28, 29)은 각각 곡률중심 O₂및 O₃와, 곡률반경 R_o보다 작은 곡률반경 R₂을 갖는 원호형상을 하고 있다.

상기 슬라이드 베어링 부재(21)는 프레스 성형에 의한 돌출부(30)가 일체로 제공되고, 이 돌출부는 배킹메탈(22)의 외부표면으로부터 반경방향 외측으로 돌출하고, 슬라이드 베어링 부재(21)의 중심선 상에, 즉 합성수지층(24)의 표면부(27)의 중심선 상에 위치한다. 상기 돌출부(30)는 반경방향 내측으로 개방된 원통형의 막힌 구멍 부재이다.

상기 지지베이스(20)는 예를 들어 소결 합금으로 만들어지는 일반적으로 원통형 부재이고, 이는 상단부에는 반원형 지지대부(31) 그리고 바닥단부에는 원통형 중공부(32)를 갖도록 형성된다(도 2 및 도 3 참조). 상기 지지대부(31)는 슬라이드 베어링 부재(21)가 끼워지는 오목부(33)가 제공된다. 슬라이드 베어링 부재(21)를 원주방향으로 위치결정하기 위한 관통구멍(34)이 오목부(33)의 중앙에 형성된다.

상기 오목부(33)의 바닥표면은 다수의 곡률로 반원호 형상이 제공되는 슬라이드 베어링 부재(21)의 배킹메탈(22)의 뒷면에 일치하는 반원호형상을 갖는다.

랙가이드(18)를 조립할 때, 슬라이드 베어링 부재(21)가 오목부(33) 안으로 끼워져, 배킹메탈의 돌출부(30)가 관통구멍(34)과 맞물리게 된다.

랙가이드(18)가 랙 피니언식 조향장치의 케이싱(12) 안으로 조립된 상태에서, 랙가이드(18)의 슬라이드 베어링 부재(21)의 내부표면층인 합성수지층(24)이 랙바(16)의 원주 뒷면을 미끄럼가능하게 지지한다. 더욱 상세하게는, 대칭중심선 L 의 양쪽에 있는 미끄럼접촉 표면부(25, 26)(도 1참조)는 랙바(16)와 미끄럼가능하게 접촉하여 이를 지지하지만, 잔여 표면부(27, 28, 29)가 미끄럼접촉 표면부(25, 26) 보다 더 오목하기 때문에 잔여 표면부(27, 28, 29)는 랙바(16)의 원주 뒷면과 접촉하지 않게 된다.

상술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 랙바(16)가 합성수지층(24)의 전체표면과 접촉하는 것이 아니라, 대칭중심선 L의 양쪽에 있는 2개의 위치에 위치하는 미끄럼접촉 표면부(25, 26)와만 접촉하게 된다. 따라서, 합성수지층(24)의 전체 표면에 의해 랙바(16)가 지지되는 경우와 달리, 작은 면적의 제한된 부분에서 미끄럼 접촉이 발생하므로, 랙바(16)에 대한 미끄럼 마찰 저항이 감소될 수 있어 효율이 우수한 조향장치를 제공하게 된다.

또한, 미끄럼접촉 표면부(25, 26)가 소정의 원주방향 폭을 각각 갖기 때문에, 이들은 랙바(16)와 표면접촉을 하게 되고, 따라서 랙바가 합성수지층과 거의 선형접촉을 하는 도 6에 도시된 종래 구조와 비교하여 단위면적당 가해지는 하중이 더 작아지므로, 긴 수명을 보장하게 된다.

미끄럼접촉 표면부(25, 26)의 사이 및 양쪽에 위치한 잔여 표면부(27, 28, 29)는 미끄럼접촉 표면부(25, 26)의 곡률반경(R_O) 보다 작은 곡률반경(R₁)으로 형성되고, 그 변곡점에서 미끄럼접촉 표면부(25, 26)로부터 분할되므로, 따라서 랙바(16)로부터의 하중에 의해 합성수지층(24)이 탄성적으로 변형되더라도, 랙바(16)와 합성수지층(24) 사이의 접촉면적이 증가되지 않게 되고, 만일 증가하더라도, 그 증가량은 매우 작을 것이다. 결과적으로, 랙바(16)와 합성수지층(24) 사이의 미끄럼접촉 면적이 고정되어 원래 예상된 미끄럼 마찰 저항이 얻어질 수 있고, 따라서 품질이 안정된다. 또한, 미끄럼접촉 표면부(25, 26)의 호의 길이를 조절함으로서, 원하는 미끄럼 마찰 저항을 얻는 것이 가능해진다.

본 실시예에서, 합성수지층(24)과 배킹메탈(22) 사이에 소결 합금층(23)이 형성되기 때문에, 합성수지층(24) 상의 랙바(16)의 미끄럼 이동에 기인하여 발생되는 열이 소결 합금층(23)을 통해 배킹메탈(22)로 용이하게 전달되고, 더 나아가, 배킹메탈(22)이 높은 열전도성을 갖는 동으로 만들어지기 때문에, 배킹메탈(22)로 전달되는 열이 배킹메탈(22)로부터 지지베이스(20)로 용이하게 전달되고, 따라서 합성수지층(24)이 고효율로 냉각될 수 있어 눌러붙음과 같은 다른 문제들을 억제할 수 있게 된다.

더욱이, 지지베이스(20)에 대하여 슬라이드 베어링 부재(21)의 위치결정을 위해 슬라이드 베어링 부재(21) 상에 돌출되어 형성되는 돌출부(30)는 그 바닥에 원통형 중공 부재의 형상으로 형성되어 있어, 돌출부(30) 내에 윤활용 그리스를 저장할 수 있게 된다. 일반적으로, 랙바(16)와 슬라이드 베어링 부재(21) 사이의 윤활은 조립할 때 이들 사이의 접촉 표면에 바르는 그리스에 의해 보장되지만, 그러나, 돌출부(30) 내에 그리스를 저장함으로써, 랙바(16)와 슬라이드 베어링 부재(21) 사이의 접촉 표면에 긴주기로 그리스를 보충하는 것이 가능하므로, 긴 수명을 보장할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 설명 및 도시된 도면에만 한정되지 않고, 아래의 형태와 같이 더 넓은 실시형태와 수정이 이루어질 수 있다.

미끄럼접촉 표면부(25, 26)의 바깥쪽에 위치하는 잔여 표면부(28, 29)는 그리스 저장통으로 사용될 수도 있다.

상기 배킹메탈 재료는 동으로 제한되지 않고, 스테인레스강이나 알루미늄 합금 등이어도 된다.

상기 돌출부(30)는 미끄럼접촉 표면부(25, 26)에 제공될 수도 있고, 반면에 돌출부(30)가 잔여 표면부(27)에 제공되는 경우에는 미끄럼접촉 표면부의 면적이 감소되지 않는다.

본 발명에 따르면, 수명이 길고 일정한 하중 지지 면적을 가질 수 있는 슬라이드 베어링 부재를 구비한 랙 피니언식 조향장치의 랙가이드를 제공할 수 있게 된다.

Claims

케이싱 내에서 회전가능하게 지지되는 피니언에 의해 왕복 구동되는 랙바를 미끄럼가능하게 지지하도록 조향장치의 케이싱 내에 장착되고, 지지 베이스와 이 지지베이스 상에 장착되는 원호형상 단면의 슬라이드 베어링 부재로 구성되는 랙 피니언식 조향장치의 랙가이드에 있어서,

상기 슬라이드 베어링 부재는 배킹메탈층과 이 배킹메탈 상에 형성되는 라이너를 포함하고, 상기 라이너는 랙가이드의 내부표면을 형성하면서 랙바와 미끄럼 접촉을 하는 합성수지층을 포함하고;

상기 랙가이드의 내부표면은 미끄럼접촉 표면부와 잔여 표면부로 구성되고, 이들 모두는 길이방향으로 연장하고 원주방향으로 서로 구별되며;

상기 미끄럼접촉 표면부는 전체적으로 랙바와 미끄럼접촉 하고, 소정의 원주방향 길이로 원호형상의 단면을 가지며, 인접한 잔여 표면부로 연장하고;

상기 잔여표면부는 미끄럼접촉 표면부보다 반경방향으로 더 오목한 것을 특징으로 하는 랙가이드.
제 1항에 있어서,

상기 라이너는 다공 소결 합금층을 포함하고, 이 다공소결 합금층은 상기 배킹메탈층 상에 직접 형성되며, 다공 소결 합금층을 덮는 합성수지층의 합성수지로 함침되는 것을 특징으로 하는 랙가이드.
제 1항에 있어서,

상기 배킹메탈층은 우수한 열전도성을 갖는 동을 포함하는 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 랙가이드.
제 1항에 있어서,

상기 배킹메탈층은 그 바닥에, 상기 지지베이스 내에 형성되는 위치결정 개구 안으로 끼워지는 원통형 중공 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙가이드.