KR20050040203A - 전동식 파워 스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로서 그 기술적인 구성은, 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서, 랙바(2)가 내설토록 되는 랙 하우징(1)이 베벨 피니언(50a)을 포함하는 제1하우징(10a)과 베벨 기어(60a)를 포함하는 제2하우징(10b) 으로 분리토록 구성되는 것을 요지로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 하우징 분리를 통해 한쌍의 구동 종동기어(베벨 피니언, 베벨 기어가 치합된 감속기의 유격을 조절할 수 있게 되므로서, 감속기 기어부의 치가공 공차로 인한 이의 간섭 및 소음 등을 미연에 방지하여 전체 스티어링 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있게 됨은 물론, 베벨기어들의 유격에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지하며, 억지물림으로 인해 예상되는 베벨기어의 파손을 미연에 방지하여 제품의 신뢰도를 가일층 향상 시킬 수 있게 된다.

Description

전동식 파워 스티어링 장치{An Electric Type Power Steering System}

본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로 이는 특히, 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어 전동모터가 내설토록 되는 모터 하우징과 랙바가 내설토록 되는 랙 하우징을 상호 분리구성 시켜 감속기의 유격을 별도로 조절할 수 있도록 하므로서, 전체 스티어링 장치의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 조향상태의 안정성을 보장하기 위해 파워 스티어링 시스템이 적용되는바, 이와 같은 파워 스티어링 장치는 기존에는 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 장치(EPS; Electrical Power Steering System)의 설치가 증가되는 추세이다.

상기 전동식 파워 스티어링 장치는, 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.

한편, 이와 같은 전동식 파워 스티어링 장치는 그 설치상태에 따라 칼럼타입(C-EPS)과, 피니언 타입(P-EPS) 및 랙 타입(R-EPS)으로 세분된다.

상기 전동식 파워 스티어링 장치 중 상기 랙 타입(R-EPS) 스티어링 장치는, 랙 하우징 일측에 둔각 또는 예각의 기울기를 지니며 설치된 전동 모터의 피니언 기어가 랙바 일측 외주부를 지지하고 있는 볼 너트의 종동기어와 치합된 상태에서 전동 모터의 구동력에 의해 볼 너트를 회전시키게 되고, 이 회전력에 의해 랙바를 좌·우 슬라이딩 시키므로서, 핸들 조타에 따른 조력(助力)을 발생토록 하는 것이다.

도 1은 이와 같은 종래의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치(R-EPS)의 전체적인 구성상태를 도시한 단면도 이다.

이에 도시된 바와같이, 종래의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치는, 그 외주면 일측에 랙 기어(Rack gear;미도시)를 갖는 랙바(Rack bar;2)가 랙 하우징(1)에 내설되며, 상기 랙바(2) 양단부는 타이로드(Tie load;3)와 볼 조인트(Ball joint)되어 랙바(2)의 이송력에 따라 차륜을 가변시키도록 구성된다.

또한, 랙바(2) 일측에는 조향축으로 부터 회전토크를 전달받는 피니언 축(4)이 설치되고, 이 피니언 축(4) 일단에는 피니언 기어(미도시)가 구비되어 랙바(2) 일측에 형성된 랙 기어와 치합토록 되므로서 피니언 축의 회전운동을 랙바의 수평운동으로 변환하게 된다.

계속해서, 상기 랙 하우징(1) 타측에는 전동 모터(5)가 랙바의 중심축선과 예각 또는 둔각 등을 이루며 설치되며, 상기 전동 모터(5)의 회전축 단부에는 베벨 피니언(50a)이 축삽되어 랙 하우징(1) 내에서 랙바(2)의 타측을 지지하고 있는 볼너트(6)의 베벨기어(60a)와 치합되어 구동이 이루어 지며, 상기 볼너트(6)는 랙 하우징 내에서 볼 베어링(7)에 의해 회전토록 설치되되 그 내측에는 스크류(22)가 형성된 랙바(2) 타측이 볼(8)을 매개로 슬라이딩 가능토록 삽입된 구성으로 이루어진다.

여기서, 도 1의 부분 확대도에서 보이는 바와 같이, 상기 전동 모터의 회전축 단부에 끼워진 구동기어와 볼너트 외주면에 설치된 종동기어의 치합부 즉, 모터의 회전속도비를 감속시켜 주는 감속기(100) 부분에는 전술한 바와같이 주로 한쌍의 베벨 피니언(50a)과 베벨기어(60a)를 사용하여 일정각 경사진 상태에서 모터의 회전동력을 전달할 수 있도록 구성된다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 베벨 피니언을 포함하는 전동 모터가 랙 하우징(1)으로 부터 연장되어 일체로 형성된 모터 하우징에 내설토록 되는 구조 이기 때문에, 최초 조립시 기어부 치(齒)가공 공차로 인해 유격이 발생 했을때 감속기의 유격을 별도로 조절할 수 없었으며, 이에 따라 제품 조립시 이의 간섭이 발생되거나 부정확한 치합에 의한 소음 등이 발생되어 전체 시스템 성능을 저하시키게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 전동식 파워 스티어링장치에 따른 문제점을 개선시키기 위해 안출된 것으로 그 목적은, 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어 전동모터가 내설토록 되는 모터 하우징과 랙바가 내설토록 되는 랙 하우징을 상호 분리구성 시켜 제품 조립시 감속기의 유격을 별도로 조절할 수 있도록 하므로서, 감속기 기어부의 치가공 공차로 인한 이의 간섭 및 소음 등을 미연에 방지하여 전체 스티어링 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 전동식 파워 스티어링 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 조향핸들에 연결된 피니언, 랙 하우징에 내설되며 일단에는 상기 피니언과 치합되는 랙기어가 형성되며 타단에는 볼 스크류가 형성된 랙바,

상기 볼 스크류에 다수의 볼을 매개로 하여 설치된 볼너트, 상기 볼너트를 랙 하우징내에서 회전가능토록 지지하는 베어링, 상기 랙바의 중심축과 비스듬히 또는 직각으로 가로질러 설치된 모터, 상기 모터축에 연결된 베벨 피니언, 상기 베벨 피니언과 치합되어 상기 모터의 회전력을 볼너트에 전달하는 베벨 기어 및, 상기 베벨 피니언과 베벨 기어가 치합되어 이루어진 감속기가 내설토록 되는 랙 하우징을 포함한 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서;

상기 랙 하우징을 베벨 피니언을 포함하는 제1하우징과 베벨 기어를 포함하는 제2하우징 으로 분리 구성하여 베벨 기어의 피치 원추각에 직각으로 상대운동 할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치를 마련함에 의한다.

본 발명은 상기 제1하우징이 베벨 피니언의 피치 원추선과 직각을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1하우징과 제2하우징은 상호 볼트를 통해 체결토록 구성될 수 도 있는 것이 특징이다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치를 나타낸 요부 확대도 이며, 도 3은 본 발명인 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치의 다른 실시예를 보인 요부 확대도 이다.

본 실시예에서 앞서 도시된 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면참조부호 및 명칭을 사용하기로 한다.

우선, 도 1과 연계하여 본 발명에 적용된 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치의 전체적인 구성상태를 살펴보면, 랙 하우징(1)에 내설된 랙바(2)의 일측과 타측에 각각 랙기어(20)와 스크류(22)가 형성되며, 상기 랙기어(20)가 형성된 랙바(2) 일측에는 조향축과 연결되는 피니언축(4)이 교축되어 치합되고, 타측의 스크류(22)에는 전동모터(5)로 부터 구동력을 전달받는 볼 스크류부(9)가 설치되어 랙바(2)의 좌·우 슬라이딩에 필요한 조력(助力)을 발생시킨다.

여기서, 상기 볼 스크류부(9)는 도 2에 도시된 바와같이, 랙바(2) 타측의 스크류(22)를 감싸며 회전되는 볼 너트(6)가 랙 하우징(1) 내경에서 볼 베어링(7)에 의해 회전토록 설치되고, 상기 볼 너트(6)와 랙바의 스크류(22)는 이들 사이에 삽입된 다수개의 볼(8)을 매개로 하여 랙바 슬라이딩을 지지하게 된다.

한편, 상기 볼너트(6)의 외측에는 전동모터(5)로 부터의 구동력을 볼 너트(6)에 전달토록 함에 있어서 감속된 회전 출력을 얻기 위한 감속기(100)가 구비되는데, 이와 같은 감속기(100)는 전동모터(5) 축 단부에 축삽된 베벨 피니언(50a)과 볼 너트(6) 외주면 일측에 형성된 베벨 기어(60a)가 상호 치합되어 이루어 진다.

본 발명은 특히, 상기와 같이 감속기(100)를 이루는 기어들의 최초 치(齒)가공시 공차 또는 빈번한 작동에 따른 마모로 인해 부정확한 치합 및 이에 따른 간섭 및 소음 등을 미연에 방지하기 위하여, 랙 하우징(1)을 베벨 피니언(50a)을 포함한 모터(5)가 내설토록 되는 제1하우징(10a)과, 랙바(2) 및 볼 스크류부(9)가 내설토록 되는 제2하우징(10b)으로 분리토록 구성시키되, 상기 제1하우징(10a)은 베벨 피니언(50a)의 피치 원추선(L)과 직각을 이루며 설치토록 되므로서, 상기 제 1하우징(10a)이 피치 원추선(L)의 직각 방향으로 상대운동 하면서 감속기의 유격을 조절할 수 있도록 된 것이 특징이다.

이때, 본 발명은 상기 제1하우징(10a) 또는 제2하우징(10b)에 암 나사산(200)을 형성하고, 제2하우징(10b) 또는 제1하우징(10a)에는 볼트공(302)이 천공된 플랜지부(300)를 형성하여 상호 볼트(B)를 통해 체결토록 구성될 수 도 있다(도 2내지 도 3참조).

그리고 본 발명은, 상기 제1하우징(10a)과 제2하우징(10b)을 체결함에 있어서, 볼트(B)를 가체결한 상태에서 감속기(100)의 유격을 조절할 수 있도록 하기 위해 볼트공(300)의 직경이 이를 관통하는 볼트(B)의 외경보다 크게 형성토록 되는 구성으로 이루어 진다.

따라서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명인 전동식 스티어링 장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 2의 제 1실시예 에서 보이는 바와 같이 본 발명은, 랙 하우징(1)을 베벨 피니언을 포함한 모터(5)가 내설토록 되는 제1하우징(10a)과 랙바(2) 및 볼 스크류부(9)가 내설토록 되는 제2하우징(10b)으로 분리토록 구성 시킨 후, 볼트(B) 등을 통해 상호 체결하여 기어부의 유격을 조절할 수 있게 되므로서, 감속기(100)를 이루는 기어들의 최초 치(齒)가공시 가공 공차 또는 빈번한 작동에 따른 마모로 인한 기어간의 부정확한 치합 및 이에 따른 간섭 및 소음 등을 미연에 방지할 수 있게 되어 전체 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 제1하우징(10a)은 베벨 피니언(50a)의 피치 원추선(L)과 직각을 이루며 설치되므로서, 상기 제1하우징(10a)이 피치 원추선(L)의 직각 방향으로 상대운동 하면서 감속기(100)의 유격을 조절할 수 있게 되는 것이다.

계속해서, 본 발명은 상기 제1하우징(10a)과 제2하우징(10b)을 볼트(B)를 통해 상호 체결토록 함에 있어서, 도 2내지 도 3에서 보이는 바와 같이, 제1하우징(10a) 또는 제2하우징(10b)에 형성되는 플랜지부(300)에 천공되는 볼트공(302)을 이를 관통하는 볼트(B)의 외경에 비해 크게 형성토록 하므로서, 상호 체결시 볼트(B)를 가체결한 상태에서 베벨 피니언(50a)의 피치 원추선(L) 직각 방향으로 제1하우징(10a)을 운동시켜 가면서 감속기(100)의 유격을 조절토록 하며, 상기 조절된 유격을 측정한 후 적절한 위치에 하우징을 위치시킨 상태에서 가체결 했던 볼트(B)를 완전 체결토록 하므로서, 베벨기어들의 유격에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지하며, 억지물림으로 인해 예상되는 베벨기어의 파손을 미연에 방지하여 제품의 신뢰도를 향상 시킬 수 있는 것이다.

한편, 도 4는 본 발명인 전동식 스티어링 장치에 따른 또 다른 실시예를 도시한 요부 확대도 로서, 전체적인 시스템 구성은 전술한 제1실시와 동일하며, 다만 본 실시예에서는 하우징의 분리 위치 및 제1하우징의 구성상에 차이가 있는 것이다.

즉, 이와 같은 구성은 모터(5)를 포함하는 제1하우징(10a)이 모터 축을 회전 베어링에 의해 회전 지지토록 연장형성 되고, 이 연장된 부분이 제2하우징(10b)에 내삽토록 구성되어 볼트(B) 등을 통해 상호 가체결한 상태에서 전술한 바와 같은 방법을 통해 베벨 피니언(50a)의 피치 원추선(L)의 직각 방향으로 유격을 조절토록 한 후 볼트를 완전체결 하므로서, 간단하게 감속기의 유격을 조절 할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명인 전동식 파워 스티어링 장치에 의하면, 하우징 분리를 통해 제품 조립시 또는 빈번한 작동으로 인한 제품의 마모시 한쌍의 구동 종동기어(베벨 피니언, 베벨 기어)가 치합된 감속기의 유격을 조절할 수 있게 되므로서, 감속기 기어부의 치가공 공차로 인한 이의 간섭 및 소음 등을 미연에 방지하여 전체 스티어링 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있게 됨은 물론, 베벨기어들의 유격에 따른 억지물림 및 모터의 과부하를 방지하며, 억지물림으로 인해 예상되는 베벨기어의 파손을 미연에 방지하여 제품의 신뢰도를 가일층 향상 시킬 수 있다는 등의 우수한 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래의 랙 타입 전동식 파워스티어링 장치(R-EPS)를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치를 나타낸 요부 확대 단면도.

도 3은 본 발명인 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치의 다른 실시예를 나탄낸 요부 확대 단면도.

도 4는 본 발명인 랙 타입 전동식 파워 스티어링 장치의 또 다른 실시예를 나탄낸 요부 확대 단면도.

*도면의 주요 부위에 대한 부호 설명*

5...전동 모터 9...볼 스크류부

10a...제1항우징 10b...제2하우징

50a...베벨 피니언 60a...베벨 기어

200...암 나사산 300...플랜지부

302...볼트공 L...피치 원추선

B...볼트

Claims (5)

1. 조향축과 연결되는 피니언(4),

   일측에는 상기 피니언(4)과 치합되는 랙기어(20)가 형성되고 타측에는 볼 스크류(22)가 형성된 랙바(2),

   상기 볼 스크류(22)에 다수의 볼(8)을 매개로 하여 설치된 볼너트(6),

   상기 볼너트를 랙 하우징내에서 회전가능토록 지지하는 베어링(7),

   상기 랙바(2)의 중심축과 비스듬히 또는 직각으로 가로질러 설치된 모터(5),

   상기 모터축에 연결된 베벨 피니언(50a),

   상기 베벨 피니언(50a)과 치합되어 상기 모터(5)의 회전력을 볼너트(6)에 전달하는 베벨 기어(60a) 및,

   상기 베벨 피니언(50a)과 베벨 기어(60a)가 치합되어 이루어진 감속기가 내설토록 되는 랙 하우징(1)을 포함한 랙타입 전동식 스티어링 장치에 있어서;

   상기 랙 하우징(1)이 베벨 피니언(50a)을 포함하는 제1하우징(10a)과 베벨 기어(60a)를 포함하는 제2하우징(10b) 으로 분리 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1하우징(10a)은 베벨 피니언(50a)의 피치 원추선(L)과 직각을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1하우징(10a)에는 암 나사산(200)이형성되고, 제2하우징(10b)에는 볼트공(302)이 천공된 플랜지부(300)가 형성되어 볼트(B)를 통해 상호 체결토록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제2하우징(10b)에는 암 나사산(200)이 형성되고, 제1하우징(10a)에는 볼트공(302)이 천공된 플랜지부(300)가 형성되어 볼트(B)를 통해 상호 체결토록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치.
5. 제 3항 또는 4항에 있어서,

   상기 볼트공(302)의 직경이 이를 관통하는 볼트(B)의 외경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 전동식 파워 스티어링 장치.