KR20030084303A - 회전축 회전제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축 회전제한장치에 관한 것으로, 외주면에 나선홈부가 일체로 형성되는 회전축과 내부에 상기 나선홈부를 포함하고 이 나선홈부 일측면이 외부에 노출되도록 직선홈부가 형성되는 중공의 하우징과 탄성재질로 이루어져 상기 하우징 직선홈부 양측에 설치되는 좌,우 스토퍼와 상기 나선홈부에 끼워지는 돌기부를 가지며 입력축 방향으로 슬라이드 되도록 상기 좌,우 스토퍼 사이에 삽입되는 슬라이더 및 상기 직선홈부를 덮도록 설치되는 커버를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 회전축 회전제한장치에 따르면, 조향축의 좌우 방향의 회전 제한점에서 소음과 충격이 발생하지 아니하고 회전축이 좌우 회전 제한점에 끼어서 동작이 되지 않는 문제도 없을 뿐만 아니라 회전축의 회전운동에 대한 저항감이 없어서 부드러운 회전운동을 유지하면서 조향축의 회전을 효과적으로 제한한다.

또한, 구성부품이 적고 차지하는 부피가 적어서 각 구성부품의 가공과 조립 및 설치가 용이함으로 인하여 비용 및 공수가 절감되는 효과가 있다.

Description

회전축 회전제한장치 { Apparatus for limiting rotation of shaft }

본 발명은 회전축 회전제한장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전축 상에 나선홈부와 슬라이더 및 스토퍼를 구비하여 회전축의 회전을 제한하도록 한 회전축 회전제한장치에 관한 것이다.

일반적으로 회전축은 축의 중심선 주위를 회전하는 환봉체로서 각종 산업 분야에서 회전력을 전달하기 위한 기계요소로 널리 사용되고 있다. 회전축은 무한대로 회전 운동을 하기도 하나 그 회전 각도가 제한되어 소정의 범위 내에서 회전 운동을 하기도 한다. 회전축의 회전을 제한하는 방법에는 회전축에 회전제한장치를 연결하여 기계적으로 제한하는 방법과 회전축에 연결되어 있는 모터 등을 제어하여 전기적으로 제한하는 방법 등이 있다.

회전축이 유용하게 사용되는 기계 시스템 가운데 차량의 조향시스템이 있다.조향시스템은 운전자로 하여금 차량의 주행방향을 자유롭게 변경할 수 있도록 조향핸들을 작동하는데 소요되는 힘을 감소시키기 위해 차량에 설치되는 시스템이다.

조향시스템은 조향핸들에 입력축이 연결되고, 조향되는 차륜에 출력축이 연결되고, 상기 입력축과 출력축을 탄성부재가 연결하여 입력축과 출력축이 서로 다른 방향으로 회전 가능하도록 이루어져 조향핸들과 입력축에 의해 입력되는 조향토크가 탄성부재에 의해 출력축으로 전달된다. 상기 입력축과 출력축 사이에는 토크감지센서가 설치되고 이 토크감지센서에서 발생되는 신호에 의해 모터가 보조 토크를 발생시키고 감속기를 거쳐 차륜으로 모터의 동력이 전달되어 조향을 보조한다.

그러나, 조향시스템은 차륜이 최대로 조향된 상태에서 계속적으로 조향핸들을 과도하게 회전시키면 출력축에 대하여 조향핸들로부터의 조향토크가 전달되고 토크감지센서에는 토크가 계속하여 감지된다. 따라서, 조향 모터에서 과도한 토오크가 발생하고 이로 인해 상기 감속기가 파손되기도 하고 모터에 과부하가 발생하여 모터의 수명이 단축될 수 있으므로, 조향축의 회전을 제한할 필요가 있다.

국내 실용신안등록출원 제96-067161호 에서는 조향축에 나사산을 형성하고 이 나사산에 결합되어 조향축이 회전함에 따라 조향축 방향으로 상하 이동이 가능한 가동판과 이 가동판의 이동을 제한하는 스토퍼 장치를 구비하여 조향축의 회전각도를 일정한 범위로 제한하도록 한 회전제한장치에 대하여 소개하고 있다. 그러나, 이와 같은 구조에 의하면 상기 가동판은 조향축의 좌우 방향 제한점에서 상기 스토퍼와 충돌하면서 소음과 충격이 발생하고 스토퍼에 가동판이 끼이게 되어 조향핸들이 좌우측 제한점에서 동작이 되지 않게 되는 문제가 있다.

또한, 조향축의 나사산에 가동판이 나사 결합된 상태에서는 조향축의 회전방향에 대하여 나사산에서 마찰이 발생함으로써 조향핸들의 조작시 저항감이 생기게 되어 조향핸들의 부드러운 조향감을 저하시키는 문제가 있었다.

또한, 구성부품이 비교적 많고 부피가 커서 각 구성부품의 가공과 조립 및 설치가 용이하지 않아 비용 및 공수가 많이 소요되는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단순한 구성으로 이루어지는 회전제한장치를 회전축 상에 설치함으로써 회전축의 좌우 회전 제한점에서 끼임 현상이 발생하지 않고 회전축의 부드러운 회전운동을 유지하면서 회전축의 회전을 제한하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치의 정단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치의 측단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치의 상단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치의 회전 제한점에서의 동작상태도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치를 구비한 조향시스템의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 조향핸들 42 : 돌기부

2 : 회전제한장치 43 : 접촉자

10 : 조향축 50, 51 : 좌,우 스토퍼

11 : 회전축 52 : 커버

12 : 출력축 60 : 조향링크

13 : 토션바 61 : 모터

14 : 입력축 62 : 감속기

20 : 나선홈부 63 : 토크감지센서

30 : 하우징 64 : 외부하우징

32,33 : 상,하 가변저항체 65 : 제어유니트

40 : 슬라이더 66 : 조향하우징

41 : 본체

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외주면에 나선홈부가 일체로 형성되는 회전축과 내부에 상기 나선홈부를 포함하고 이 나선홈부 일측면이 외부에 노출되도록 직선홈부가 형성되는 중공의 하우징과 탄성재질로 이루어져 상기 하우징 직선홈부 양측에 설치되는 좌,우 스토퍼와 상기 나선홈부에 끼워지는 돌기부를 가지며 입력축 방향으로 슬라이드 되도록 상기 좌,우 스토퍼 사이에 삽입되는 슬라이더 및 상기 직선홈부를 덮도록 설치되는 커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전축 제한장치를 제공한다.

상기 커버에는 상,하 가변저항체가 이격 설치되고 상기 슬라이더에는 상기상,하 가변저항체에 가변 접촉되는 접촉자가 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면의 바람직한 실시예 들을 통하여 본 발명에 따른 회전축 회전제한장치의 구성과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치의 정단면도이고, 도 2는 측단면도이고, 도 3은 상단면도이다.

도 1과 도 2 및 도 3에 있어서, 본 발명에 따른 회전제한장치(2)는 회전축(11) 외주면에 일체로 형성되는 나선홈부(20)와 상기 회전축(11) 나선홈부(20)가 통과하는 하우징(30)과 슬라이더(40)와 좌, 우 스토퍼(50, 51)그리고 커버(52)를 포함하여 이루어진다.

회전축(11) 외주면에 형성되는 나선홈부(20)는 슬라이더(40)에 형성되는 돌기부(42)를 수용하여 안내할 수 있는 폭으로 형성된다. 하우징(30)은 중공체로 이루어지며 상기 회전축(11)을 포함하는 외부하우징(64) 내에 일체로 형성되거나 별도의 고정수단(미도시)에 의해 외부하우징(64)에 고정된다. 상기 하우징(30)에는 축방향으로 직선홈부(30a)가 형성되어서 하우징(30) 내에 회전축(11) 나선홈부(20)가 관통설치되면 회전축(11)의 일측 면이 외부로 노출된다.

상기 하우징(30)의 직선홈부(30a)내 양측에는 탄성재질로 이루어지는 좌,우 스토퍼(50, 51)가 각각 설치된다. 슬라이더(40)는 본체(41)와 본체(41)에서 일체로 수직하게 형성되는 돌기부(42)와 본체(41) 후면에 설치되는 접촉자(43)를 포함하여 이루어지는데, 슬라이더(40) 본체(41)는 상기 좌,우 스토퍼(50, 51) 사이에 슬라이더(40)가 삽입되고 돌기부(42)는 상기 회전축(11) 나선홈부(20)에 끼워지도록 하여 설치된다.

상기 하우징(30)의 직선홈부(30a) 측에는 슬라이더(40) 좌,우 스토퍼(50, 51)를 모두 덮도록 하여 커버(52)가 하우징(30)에 고정된다. 이 커버(52) 내부에는 그 상하방향으로 상,하 가변저항체(32,33)가 이격 설치되고 커버(52)에 대향하는 슬라이더(40) 후면에 상기 상,하 가변저항체(32,33)에 가변 접촉되는 접촉자(43)가 설치된다. 상기 상,하 가변저항체(32,33)와 접촉자(43)의 일단은 각각 제어유니트(65)에 연결된다. 상기 슬라이더(40)의 접촉자(43)는 슬라이더(40)의 수직이동에 따라 상,하 가변저항체(32,33)에 접촉함으로써 상기 제어유니트(65)에 대하여 변화하는 저항값을 부여하도록 이루어진다.

상기 회전축(11)에 접하는 측의 슬라이더(40) 본체(41) 표면은 회전축(11) 외경에 대응되도록 만곡되어서 슬라이더(40) 돌기부(42)가 상기 나선홈부(20)에 의해 안내되면서 슬라이더(40)가 수직이동 되어도 슬라이더(40)와 회전축(11) 사이에는 간섭이 발생하지 않는다.

상기와 같은 구조로 이루어지는 회전제한장치(2)의 동작을 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치의 회전 제한점에서의 동작상태도로서, 도 4(a)는 좌회전 제한점에서의 회전제한장치 상태를, 도 4(b)는 우회전 제한점에서의 회전제한장치 상태를 각각 도시한다.

상기 회전축(11)이 회전하면 상기 나선홈부(20)에 끼워진 슬라이더(40)의 돌기부(42)가 나선홈부(20)에 의해 안내되어 좌,우 스토퍼(50, 51) 사이 공간을 따라 수직이동한다.

도 4(a)에 있어서, 회전축(11)이 좌측 방향으로 회전되면 슬라이더(40)는 하우징(30) 하단까지 이동하고 슬라이더(40) 돌기부(42)는 나선홈부(20)의 좌회전 제한점(20a)에 접촉한다. 이 상태에서 회전축(11)이 계속 회전되면 돌기부(42)에 대해 좌회전 제한점(20a)으로부터 화살표 A방향의 힘이 작용하며 슬라이더(40)는 수평하게 이동하려고 하지만 좌 스토퍼(50)로부터 슬라이더(40)에 대해 화살표 B방향 배력이 작용하면서 슬라이더(40)는 더 이상 이동할 수 없고, 이로 인해 회전축(11)의 좌회전이 제한된다.

도 4(b)에 있어서, 마찬가지로 회전축(11)이 우측 방향으로 계속 회전되면 슬라이더(40)는 하우징(30) 상단까지 이동하여 돌기부(42)는 나선홈부(20)의 우회전 제한점(20b)에 접촉하고, 돌기부(42)에 대해 우회전 제한점(20b)으로부터 화살표 A방향의 힘이 작용하고 우 스토퍼(51)로부터 슬라이더(40)에 대해 화살표 B방향 배력이 작용하여 슬라이더(40)는 더 이상 이동할 수 없고, 이로 인해 회전축(11)의 우회전이 제한된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전제한장치를 구비한 조향시스템의 개략도이다.

도 5에 있어서, 조향시스템은 조향핸들(1)과 일체로 회전하는 조향축(10)과 양단에 차륜(미도시)이 설치된 조향링크(60)가 이 조향축(10)에 연결되어조향핸들(1)의 조작에 따라서 차륜(미도시)이 조향된다.

조향축(10)은 입력축(14)과 출력축(12)으로 이루어지는데, 입력축(14)은 조향핸들(1)과 일체로 회전하면서 회전력을 전달하는 회전축의 기능을 한다. 출력축(12)은 상기 입력축(14)에 대하여 회전할 수 있도록 탄성부재인 토션바(13)에 의해 회전축(11)에 연결되어 있다. 조향축(10)은 차체(미도시)에 고정되는 조향하우징(66) 내에 설치된다.

출력축(12) 상에는 모터(61)가 감속기(62)에 의해 연결되어 입력축(14) 상에 설치된 토크감지센서(63)에서 출력되는 감지신호에 따라 보조 조향토크를 발생시킨다. 모터(61)는 상기 조향링크(60) 상에 감속기(62)에 의해 연결될 수도 있다.

상기 입력축(14) 상에는 회전제한장치(2)가 설치되어서 조향핸들(1) 및 입력축(14)의 회전을 제한하는 역할을 한다.

입력축(14)에 설치되는 회전제한장치(2)는 상술한 바와 같이 입력축(14) 외주면에 형성되는 나선홈부(미도시)와 이 나선홈부를 포함하도록 설치되는 하우징(미도시)과 이 하우징의 직선홈부(미도시)에 설치되는 좌,우 스토퍼(미도시)와 상기 나선홈부에 돌기부(미도시)가 끼워지도록 하여 좌,우 스토퍼의 사이에서 슬라이드 되도록 설치되는 슬라이더(미도시) 그리고 커버(미도시)를 포함하여 이루어진다. 또한, 커버 내에는 슬라이더 후면의 접촉자(미도시)와 접촉하는 상,하 가변저항체(미도시)가 이격 설치되고 접촉자와 가변저항체는 제어유니트(미도시)에 연결된다.

따라서, 조향핸들(1)을 좌회전 또는 우회전 제한점에서 계속 회전시키더라도 입력축(14)의 회전이 제한되므로 모터(61)에 과부하가 발생하지 않는다.

좌,우 스토퍼는 탄성재질로 이루어져 있으므로 슬라이더와 충돌하여도 충격을 흡수하므로 소음과 충격이 발생하지 않으며 조향핸들(1)의 회전 제한점에서 슬라이더가 좌,우 스토퍼에 끼이는 현상도 발생하지 아니한다.

상기 슬라이더는 조향핸들(1)을 조작하면 하우징 직선홈부 내에서 수직이동을 하게 되나 입력축(14)의 나선홈부에 돌기부만이 끼워져 있으므로 조향핸들(1) 및 입력축(14)에 대하여 저항감이 발생되지 아니하고 부드러운 조향감이 계속 유지된다.

상기 입력축(14)은 좌우 회전 제한점에 의해 회전 제한 각도가 정해지므로 회전 제한 각도를 나선홈부의 가공 각도에 비례하여 정밀하게 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 슬라이더(40)의 접촉자(미도시)는 슬라이더(40)의 수직이동에 따라서 상,하 가변저항체(미도시)에 접촉하고 이로 인해 변화하는 저항값을 이용하여 상기 제어유니트(미도시)에 의해 입력축(14)의 현재 위치를 감지하는 신호를 출력하게 함으로써 조향시스템을 제어하기 위한 다양한 제어신호로 사용할 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 차량의 고속주행 시에는 조행핸들(1)의 조작범위가 대개 중간의 좁은 범위에서 이루어지고 주차 시에는 좌우 최대 회전범위까지 사용되므로 이에 해당하는 입력축(14)의 사용 영역이 따로 존재하게 된다. 따라서, 상기 상,하 가변저항체(미도시)에 의해 감지되는 입력축(14)의 현재 위치가 고속주행의 영역에 있을 때는 모터(61)의 출력을 낮추고 주차의 영역에 있을 때는 모터(61)의 출력을 높이도록 구성함으로써 보다 부드럽고 편리한 조향감을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 회전축 회전제한장치에 따르면, 회전축의 좌우 방향의 회전 제한점에서 소음과 충격이 발생하지 아니하고 회전축이 좌우 회전 제한점에 끼어서 동작이 되지 않는 문제도 없을 뿐만 아니라 회전축의 회전운동에 대한 저항감이 없어서 부드러운 회전운동을 유지하면서 조향축의 회전을 효과적으로 제한한다.

또한, 구성부품이 적고 차지하는 부피가 적어서 각 구성부품의 가공과 조립 및 설치가 용이함으로 인하여 비용 및 공수가 절감되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 외주면에 나선홈부가 일체로 형성되는 회전축;

   내부에 상기 나선홈부를 포함하고 이 나선홈부 일측면이 외부에 노출되도록 직선홈부가 형성되는 중공의 하우징;

   탄성재질로 이루어져 상기 하우징 직선홈부 양측에 설치되는 좌,우 스토퍼;

   상기 나선홈부에 끼워지는 돌기부를 가지며 입력축 방향으로 슬라이드 되도록 상기 좌,우 스토퍼 사이에 삽입되는 슬라이더; 및

   상기 직선홈부를 덮도록 설치되는 커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전축 회전제한장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 커버에는 상,하 가변저항체가 이격 설치되고 상기 슬라이더에는 상기 상,하 가변저항체에 가변 접촉되는 접촉자가 설치되는 것을 특징으로 하는 회전축 회전제한장치.