KR20060101623A - 전동식 파워 스티어링 장치의 감속기 유격보상구조 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명은 스티어링 컬럼 측에 모터가 설치되어 핸들의 조타력을 어시스트하는 컬럼타입의 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 그 기술적인 구성은, 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치의 감속기어 중 웜 기어(32)를 회전가능토록 지지하는 베어링(34)과 이 베어링(34)을 포함하여 상기 감속기어를 감싸도록 마련되는 하우징(4) 사이에 세트 스크류(6)에 의해 탄성력이 조절되는 압축 스프링(5)이 개입되어 구성되는 것을 요지로 한다.

이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 기어치 마모로 인해 감속기어부에 유격이 발생했을 때, 상기 세트 스크류에 의해 탄성력이 조절되는 압축 스프링으로 유격을 흡수 또는 보상하여 장치의 진동,소음을 미연에 방지할 수 있다는 효과가 있다.

C-EPS, 감속기, 웜과 웜휠기어, 베어링, 오링(O-ring)

Description

전동식 파워 스티어링 장치의 감속기 유격보상구조{Free apatrness absorp structure of electrical power steering system}

도 1은 종래의 컬럼타입 전동식 스티어링 장치를 나타낸 사시도.

도 2는 도 1에 따른 모터와 샤프트 간에 회전력 전달 구조를 도시한 단면구조도.

도 3은 본 발명에 따른 컬럼타입 전동식 스티어링 장치의 요부를 확대 도시한 단면도.

도 4는 도 3에 따른 A-A선 단면을 나타낸 단면도.

<도면의 주요부위에 대한 부호설명>

3...구동 모터

4...하우징

5...압축 스프링

6...세트 스크류

7...볼

32,42...웜과 웜휠 기어

34...베어링

본 발명은 스티어링 컬럼 측에 모터가 설치되어 핸들의 조타력을 어시스트하는 컬럼타입의 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 이는 특히, 한쌍의 웜과 웜휠 기어로서 마련되어 모터로 부터의 회전출력 속도를 감속하는 감속기어 중 상기 웜 기어를 회전가능하게 지지하는 복수의 베어링 외측에 유격보상구조를 마련함으로써, 잦은 기어구동에 따라 감속기어부가 마모됐을 때 기어치간 유발되는 유격을 보상하여 소음을 저감시킬 수 있도록 한 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치의 감속기 유격보상구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 스티어링 휠(핸들)의 조타력을 경감하여 조향상태의 안정성을 보장하기 위기 수단으로서 파워 스티어링 시스템이 적용되는바, 이와 같은 파워 스티어링 장치는 기존에 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)가 차량에 보편적으로 설치되고 있다.

이와 같은 전동식 파워 스티어링 장치(EPS)는, 차속센서 및 조향토크센서 등 에서 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.

이러한 전동식 파워 스티어링 장치는 보조력을 제공하는 모터의 설치위치에 따라 다양하게 구분되는데, 그 중 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치(Coulmn assist type Electric Power Steering System:이하, "C-EPS"라 약칭)는 운전자의 스티어링 휠(핸들) 회전력을 하측으로 전달할 수 있도록 스티어링 휠과 기어박스의 사이에 배치되는 스티어링 컬럼의 외부에 모터가 설치되어 그 내부의 스티어링 샤프트 회전을 어시스트 하므로서 스티어링 휠 조타에 따른 운전자의 조타력을 가볍게 해준다.

첨부도면 도 1은 위와 같은 종래 C-EPS의 개략 구성상태를 보인 도면으로서, 종래의 C-EPS는 일반적인 랙-피니언 방식의 조향장치를 기반으로 하고 있다.

도시된 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 중공으로 마련된 스티어링 컬럼(1)의 내부에는 스티어링 샤프트(2)가 회전 가능하게 베어링(미도시)에 의해 양단이 지지된 채로 설치되어 있는데, 이 스티어링 샤프트(2) 일단은 운전석에 마련되는 스티어링 휠(미도시)에 결합되고, 타단은 기어박스측에 설치되는 유니버셜 조인트(미도시)와 연결된다.

그리고, 상기 스티어링 컬럼(2)의 외부에는 이와 직교하는 방향으로 조향보 조력을 위한 모터(3)가 설치되는데, 이러한 모터(3)의 회전 샤프트 단부 및 스티어링 컬럼(1)에 내설된 스티어링 샤프트(2)의 중앙부에는 한쌍의 구동기어와 종동기어로 이루어진 감속기어가 마련되어 모터 출력을 적정수준으로 감속함과 동시에 운전자 조작에 의한 스티어링 샤프트(2)의 회전 조타력을 어시스트(assist) 하게 된다.

이때, 상기 C-EPS에 사용되는 감속기어는 두축이 엇갈린 상태에서 동력전달이 이루어져야 하기 때문에 통상 웜과 웜휠 기어를 한쌍으로 사용하고 있다.

즉, 도 1내지 도 2에 도시된 바와 같이, 모터의 샤프트(30) 단부에는 웜 기어(32)의 축 단부가 스플라인 연결되어 모터의 회전력이 윔 기어(32)로 전달될 수 있도록 이루어져 있으며, 웜휠 기어(42)는 스티어링 샤프트(2) 외주부에 압입된 상태에서 상기 윔기어(32)와 치합되어 모터(3)로 부터의 회전력이 한쌍의 웜과 웜휠 기어를 거쳐 스티어링 샤프트(2)의 회전력을 보조할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 웜 기어(32)의 양단부는 하우징 내에서 한쌍의 베어링(34)에 의해 지지되어 회전이 가능하도록 이루어져 있다.

따라서, 상기한 구성으로 이루어진 종래의 C-EPS는 차속센서(미도시) 및 조향토크센서(미도시) 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU에서 모터를 구동시키고, 이러한 모터의 구동력은 전술한 감속기어를 거쳐 회전속도가 감속된 상태로 스티어링 샤프트에 전달되어 운전자의 스티어링 휠 조타력을 어시스트(assist) 하므로서 운전자의 조향력을 가볍게 해준다.

그러나, 이와 같은 종래의 컬럼타입 전동식 스티어링 장치의 감속기 측에는 별도의 유격보상구조가 마련되어 있질 않기 때문에, 웜과 웜휠의 잦은 마찰로 인한 마모는 그대로 감속기어의 유격으로 이어지며, 이와 같은 유격은 장치의 진동,소음을 유발하여 제품의 성능 및 신뢰성을 저하시킨다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선시키고자 안출한 것으로, 웜 기어를 회전가능하게 지지하는 베어링 외측 하우징부에 임의로 유격을 조절할 수 있는 유격보상수단을 마련함으로써, 기어치 마모로 인한 반경방향 유격을 흡수 또는 보상하여 유격으로 부터 유발되는 장치의 진동,소음을 예방하며, 웜 기어를 웜휠 기어측으로 항상 가압하여 기어치간에 물림률을 증대시켜 전동효율을 가일층 향상시킬 수 있는 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치의 감속기 유격흡수구조를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치에 있어 모터의 회전출력을 감속하는 감속기어 중 웜 기어를 회전가능토록 지지하는 베어링과 이 베어링을 포함하여 상기 감속기어를 감싸도록 마련되는 하우징 사이에 압축 스프링이 개입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치의 감속기 유격보상구조를 마련함에 의한다.

특히, 상기 압축 스프링은 하우징에 형성되는 설치공에 삽입되어 지지토록 구성되되, 상기 설치공에는 세트 스크류가 나사체결되어 상기 압축 스프링의 타단부를 지지함과 동시에 세트 스크류의 죔력에 따라 상기 압축 스프링의 탄성력이 조절될 수 있도록 구성되는 것이 특징이다.

더하여, 상기 압축 스프링 일단부와 이 압축 스프링에 의해 반경 방향으로 가압되는 베어링 외주부 사이에는 이들 간의 접촉면적을 최소화 시키기 위한 수단으로서 볼이 개입되는 것이 특징이다.

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

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

첨부된 도면을 간략히 설명하면, 첨부 도면 도 3은 본 발명에 따른 컬럼타입 전동식 스티어링 장치의 요부를 확대 도시한 단면도 이며, 도 4는 상기 스티어링 장치의 감속기 부분을 확대 도시한 도 3의 A-A선 단면도 이다.

도 3을 참조하여 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치(Column type Electric Power Steering apparatus; 이하 C-EPS라 약칭함.)의 구성을 살펴보면, 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서(미도시)가 조향 컬럼(1)의 일단에 설치되며, 상기 조향 컬럼(1)내부에는 토션바(21)와 이 토션바(21)의 비틀림을 감지하는 토크 센서(22)가 내설되고, 차량의 진행속도를 감지하는 차속 센서(미도시)가 구비되며, 상기 조향각 센서, 차속 센서 및 토크 센서로 부터 입력되는 신호를 연산하는 ECU를 포함하여 이루어져 있다.

이때, 상기 ECU로 부터 연산된 신호를 근거로 작동되어 조향력을 보조하는 모터(3)는 샤프트(26)의 축상에 이와 직각방향으로 교축되도록 설치되어 있으며, 상기 구동모터(3)측에는 웜(32)과 웜 휠(42)로 이루어진 감속기가 마련되어 모터로 부터의 회전출력 속도를 감속하여 샤프트(26)에 전달할 수 있도록 구성된다.

특히 본 발명은 도 4에서와 같이, 전술한 감속기어들 간 잦은 마찰로 인해 마모가 발생했을 때 이러한 마모로 인해 유발되는 기어간의 유격을 흡수할 수 있도록 감속기어 중 웜 기어(32)를 회전가능토록 지지하는 베어링(34)과 이 베어링(34)을 포함하여 상기 감속기어를 감싸도록 마련되는 하우징(4) 사이에 압축 스프링(5)를 개입시킨 것이 특징이다.

이때, 상기 압축 스프링(5)은 하우징(4)에 형성되는 설치공(40)에 삽입되어 지지될 수 있도록 구성되는데, 특히, 상기 설치공(40)에는 세트 스크류(6)가 나사체결되어 상기 압축 스프링(5)의 타단부를 지지함과 동시에 이 세트 스크류(6)의 죔력에 따라 상기 압축 스프링(5)의 탄성력이 조절될 수 있도록 마련된다.

한편, 상기 압축 스프링(5) 일단부와 이 압축 스프링(5)에 의해 반경 방향으로 가압되는 베어링(34) 외주부 사이에는 이들 간의 접촉면적을 최소화 시키기 위한 수단으로서 볼(7)이 개입되며, 상기 볼(7)과 이 볼(7)이 접촉하는 베어링면과의 마찰력을 줄이기 위해 상기 베어링(34) 외주면에는 윤활유를 도포하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은, 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU에서 모터 구동명령을 산출하여 모터를 적정 회전수로 구동시키고, 이러한 모터의 회전력은 윔과 웜휠로 이루어진 감속기어를 거치면서 적정회전수로 감속된 상태로 스티어링 샤프트에 전달되어 운전자의 스티어링 휠 조타력을 어시스트(assist)하게 된다.

특히, 본 발명에서는 감속기어인 웜 기어(32)를 지지하는 베어링(34) 외측에 압축 스프링(5)이 마련되어 상기 웜 기어(32)를 웜휠 기어(42)측으로 밀착토록 탄성지지 함으로써, 감속기어의 마모로 인한 윔 기어(32) 반경방향의 기어치간 유격발생을 방지할 수 있게 되고, 이로써 기어치간에 불규칙한 접촉에 의한 소음(Lattle noise)을 줄일 수 있게 된다.

더욱이, 상기 압축 스프링(5)은 하우징(4)의 설치공(40)에 나사체결된 세트 스크류(6)에 의해 그 단부가 지지됨으로써, 세트 스크류(6)의 죔력 변화에 따라 탄성력이 조절되어 기어간의 이물림률을 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기 압축 스프링(5) 일단부와 이 압축 스프링(5)에 의해 반경 방향 으로 가압되는 베어링(34) 외주부 사이에는 볼(7) 마련됨으로써, 압축 스프링(5)과 베어링(34) 간에 접촉면적을 최소화 시킬 수 있으며, 상기 볼(7)이 접촉하는 베어링 외주면에는 윤활유가 도포됨으로써, 이들 간에 마찰력을 최소화 시킬 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와같이 본 발명인 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치의 감속기 유격흡수구조에 의하면, 웜 기어를 회전가능하게 지지하는 베어링 외측 하우징부에 임의로 유격을 조절할 수 있는 유격보상수단이 마련됨으로써, 기어치 마모로 인한 반경방향 유격을 흡수 또는 보상하여 유격으로 부터 유발되는 장치의 진동,소음을 예방할 수 있게 되고, 기어치간에 물림률을 최적으로 조절하여 전동효율을 높일 수 있어 제품의 성능 및 신뢰성을 가일층 향상 시킬 수 있게 된다.

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.

Claims (4)

1. 스티어링 컬럼의 외부에 모터가 설치되어 이 모터의 구동력이 웜과 웜휠 기어로 이루어진 감속기어를 거쳐 스티어링 컬럼 내부의 스티어링 샤프트 회전을 어시스트 하는 컬럼타입 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서,

   상기 감속기어 중 웜 기어(32)를 회전가능토록 지지하는 베어링(34) 외경과 이 베어링(34)을 포함하여 상기 감속기어를 감싸도록 마련되는 하우징(4) 사이에 상기 웜 기어(32)를 웜휠 기어(42)측으로 가압토록 압축 스프링(5)이 개입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치의 감속기 유격보상구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압축 스프링(5)은 하우징(4)에 형성되는 설치공(40)에 삽입되어 지지토록 구성되되, 상기 설치공(40)에는 세트 스크류(6)가 나사체결되어 상기 압축 스프링(5)의 타단부를 지지함과 동시에 세트 스크류(6)의 죔력에 따라 상기 압축 스프링(5)의 탄성력이 조절될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치의 유격보상구조.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 압축 스프링(5) 일단부와 이 압축 스프링(5)에 의해 반경 방향으로 가압되는 베어링(34) 외주부 사이에는 이들 간의 접촉면적을 최소화 시키기 위한 수 단으로서 볼(7)이 개입되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치의 유격보상구조.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 볼(7)과 이 볼(7)이 접촉하는 베어링면과의 마찰력을 줄이기 위해 상기 베어링(34) 외주면에는 윤활유가 도포되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치의 유격보상구조.

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