KR20080008513A - 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조 - Google Patents

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KR20080008513A KR1020060067872A KR20060067872A KR20080008513A KR 20080008513 A KR20080008513 A KR 20080008513A KR 1020060067872 A KR1020060067872 A KR 1020060067872A KR 20060067872 A KR20060067872 A KR 20060067872A KR 20080008513 A KR20080008513 A KR 20080008513A
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김부환
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조에 관한 것이다.
본 발명은 랙 하우징 내부에 랙 바와 조향 축에 연결된 피니언 샤프트의 유격을 보상하기 위해 상기 랙 바의 후면에 위치하여 상기 랙 바에 압력을 가하는 서포트 요크와 상기 서포트 요크에 후면에 위치하고 상기 서포트 요크와의 간격을 조절하기 위한 요크 플러그에 있어서, 상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그 사이의 챔버에 오일 순환 라인을 부가하고 상기 오일 순환 라인의 입력측 유로관과 출력측 유로관에 각각 첵 밸브를 장착하여 파워 스티어링 오일의 입출력 및 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조를 제공한다.
본 발명에 의하면, 유압을 이용하여 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭을 자동으로 보상 함으로써 요크 플러그를 다시 조정해야하는 번거로움을 해소할 수 있으며, 또한 상기 서포트 요크와 랙 바 사이, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 유격 을 감소시켜 진동으로 인한 소음을 방지하고, 첵 밸브에 센서를 부착함으로써 ECU와 차속 센서와 첵 밸브에 부착된 센서가 연계하여 조향 및 주행 안정성을 향상시켜주는 효과가 있다.
서포트 요크, 진동방지, 유격 감소

Description

유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조{Rackbar Supporting Structure for Steering Apparatus by Using Oil Pressure}
도 1은 통상적인 자동차용 조향장치의 사시도,
도 2는 종래의 랙과 피니언 방식 기어박스의 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조를 구비한 기어박스의 단면도,
도 4는 첵 밸브의 작동 상태 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 서포트 요크와 요크 플러그의 사시도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조의 확대도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
140: 랙 바 260: 서포트 요크
265: 요크 플러그 270: 랙 하우징
273: 토션바 275: 인풋 샤프트
276: 피니언 샤프트 280: 콘트롤 밸브 하우징
325: 오-링(O-Ring) 345: 챔버(Chamber)
390: 입력측 첵 밸브(Check Valve) 391: 출력측 첵 밸브(Check Valve)
본 발명은 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 파워 스티어링 펌프에서 생성된 오일 압력의 일부를 이용해 첵 밸브를 지나서 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭(Gap)으로 주입하여 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭을 자동으로 보상하고, 서포트 요크와 랙 바 사이, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 유격을 감소시켜 진동으로 인한 소음을 방지하는 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조에 관한 것이다.
차량의 조향장치는 차량의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 차량의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다,
도 1은 통상적인 자동차용 조향장치의 사시도이다.
일반적으로 차량의 조향장치는 운전석에 배치되는 조향 휠(100)과 이에 연결된 조향 축(105), 그리고 조향 축을 차체에 고정시킬 수 있도록 그 외부에 장착하는 조향 컬럼(103) 등을 구비하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 조향장치는 조향 축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(110)와 피니언 기어부(120)를 포함하는 랙하우징(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙 바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150) 및 타이로드(150)의 끝단에 구비된 아우터 볼 조인트(155)를 포함하여 구성된다.
랙과 피니언 기어(Rack and Pinion Gear) 방식의 조향장치는, 랙 기어(110)가 형성된 랙 바(140)의 좌우측 단부에는 이너 볼 조인트(135)가 구비되어 있으며, 이너 볼 조인트(135)는 타이로드(150)와 연결되어 있다. 또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되어 타이어(158)의 너클(Knuckle, 159)과 연결되도록 한다.
도 2는 종래의 랙과 피니언 기어 방식 기어 박스의 측단면도이다.
종래의 랙과 피니언 기어 방식의 기어 박스(130)는 피니언 샤프트(276), 랙 바(140), 서포트 요크(260), 스프링(263), 요크 플러그(265) 및 랙 하우징(270)을 포함하여 구성된다. 랙과 피니언 기어 방식의 기어 박스(130)는 전술한 바와 같이 조향 축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환되도록 한다.
피니언 샤프트(273)는 조향 축(105)과 연결된 인풋 샤프트(275)로부터 회전력을 전달받아 랙 바(140)에 전달한다. 피니언 샤프트(273)는 인풋 샤프트(275)와 토션바(273)로 연결되어 있으며, 피니언 샤프트(273)의 종단부에는 랙 기어(110)와 결합되는 피니어 기어가 형성되어 있다.
랙 바(140)는 피니언 샤프트(276)와 치합되어 회전 운동을 직선 운동으로 전환한다. 랙 바(140)는 자동차의 전륜 사이를 가로지르는 원형봉으로 양 끝단에 볼 조인트(135)를 포함하며, 양측의 볼 조인트(135) 사이에는 피니언 샤프트(276)와 치합되는 랙 기어(110)가 형성되어 있다.
서포트 요크(260)는 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 감소시켜 원 활하게 동력이 전달될 수 있도록 한다. 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면인랙 기어(110)가 형성된 면과 반대측면에 위치하며, 원통형 작동 실린더(170)가 형성된 랙 하우징(270)에 삽입되어 전후로 이동 가능한 구조로 되어 있다.
서포트 요크(260)의 형상은 랙 하우징(270)의 원통형 실린더에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙 바(140)와 접하는 전방부는 랙 바(110)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙 바(110)와 피니언 샤프트(276)가 밀착하여 동력 전달을 효과적으로 전달할 수 있도록 서포트 요크(110)의 후방에 스프링(263)을 배치하여 일정한 압력으로 서포트 요크(260)를 밀어주어 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276) 사이에 발생하는 유격을 보상해 줄 수 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게되며, 마찰로 인해 랙 바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙 바(140)보다 연성재질인 플라스틱 서포트 요크(260)를 사용한다.
스프링(263)은 서포트 요크(260)가 랙 바(140)와 밀착되도록 압력을 가하는기능을 하는데 일반적으로 코일 스프링이 사용된다. 스프링(263)의 후면에는 요크 플러그(265)가 위치하여 스프링(263)을 지지한다.
요크 플러그(265)는 스프링(263)을 지지하여 서포트 요크(260)에 압력을 가하도록 한다. 요크 플러그(265)에는 통상 수나사형 나사산을 형성하고 있어 암나사형 나사산이 형성된 랙 하우징(270)에 결합 가능하도록 되어 있으며, 요크 플러그(260)의 후면에는 렌치가 삽입될 수 있는 홈을 형성하고 있어 요크 플러그(265) 를 결합할 때 또는 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격이 발생하였을 때에 요크플러그(265)를 렌치로 조임으로써 스프링의 장력을 조절할 수 있다.
이와 같이 종래의 서포트 요크(260)를 단순히 스프링(263)으로 압력을 가하여 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 보상하던 구조는 요크 플러그(265)와 서포트 요크(260)가 대략 0.05 mm 정도의 갭을 형성하도록 하고 있었다. 그러나 장기간 사용으로 인해 서포트 요크(260)가 랙 바(140) 방향을 전진하게 되면서 요크 플러그(265)와 서포트 요크(260) 사이의 갭이 증가하게 된다. 이 경우 대략 0.15 mm 이상으로 갭이 증가하게 되면 진동으로 인한 소음이 발생하게 된다.
진동으로 인한 소음을 방지하기 위해서는 요크 플러그(265)를 다시 조정하여야 하는 번거로움이 있고, 정비 과정에서 조향장치 전체를 교체하는 경우가 빈번하게 발생하여 별도의 조정 작업 없이 자동으로 유격을 보상해 줄 수 있는 장치가 필요하게 되었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 파워 스티어링 펌프에서 생성된 오일 압력의 일부를 이용해 첵 밸브를 지나서 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭으로 주입하여 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭을 자동으로 보상하고, 서포트 요크와 랙 바 사이, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 유격 을 감소시켜 진동으로 인한 소음을 방지하는 것을 포함하는 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 랙 하우징 내부에 랙 바와 조향 축에 연결된 피니언 샤프트의 유격을 보상하기 위해 랙 바의 후면에 위치하여 랙 바에 압력을 가하는 서포트 요크와 서포트 요크에 후면에 위치하고 서포트 요크와의 간격을 조절하기 위한 요크 플러그에 있어서, 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 챔버에 오일 순환 라인을 부가하고 오일 순환 라인의 입력측 유로관과 출력측 유로관에 각각 첵 밸브를 장착하여 파워 스티어링 오일의 입출력 및 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조를 구비한 기어박스의 측단면도이다.
본 발명에 따른 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조를 구비한 기어박스(130)는 피니언 샤프트(276), 랙 바(140), 서포트 요크(260), 오-링(O-Ring, 325), 챔버(Chamber, 345), 작동 실린더(170), 파워 스티어링 오일 공급관(336), 파워 스티어링 오일 회수관(337), 오일 순환 라인(338) 요크 플러그(265), 랙 하우징(270), 피니언 샤프트(276), 토션바(273), 인풋 샤프트(275), 콘트롤 밸브 하우 징(280), 입력측 첵 밸브(Check Valve, 390), 출력측 첵 밸브(Check Valve, 391)를 포함하여 구성된다.
피니언 샤프트(276)는 조향축(105)과 연결된 인풋 샤프트(275)로부터 회전력을 전달받아 랙 바(140)에 전달한다. 피니언 샤프트(276)는 인풋 샤프트(275)와 토션바(273)로 연결되어 있으며, 피니언 샤프트(276)의 종단부에는 랙 기어(110)와 결함되는 피니언 기어(120)가 형성되어 있다.
랙 바(140)는 피니언 샤프트(276)와 치합되어 회전 운동을 직선 운동으로 전환한다. 랙 바(140)는 자동차의 전륜 사이를 가로지르는 원형봉으로 양 끝단에 볼 조인트(135)를 포함하며, 양측의 볼 조인트(135) 사이에는 피니언 샤프트(276)와 치합되는 랙 기어(110)가 형성되어 있다.
서포트 요크(260)는 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)의 유격을 감소시켜 원활하게 동력이 전달될 수 있도록 한다. 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면과 반대측면에 위치하며, 원통형 작동 실린더(170)가 형성된 랙 하우징(270)에 삽입되어 전후로 이동 가능한 구조로 되어 있다.
서포트 요크(260)의 형상은 랙 하우징(270)의 작동 실린더(170)에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙 바(140)와 접하는 전방부는 랙 바(140)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276)가 밀착하여 동력 전달을 효과적으로 전달할 수 있도록 서포트 요크(260)의 후방부에 기존에 있던 코일 스프링 부위를 제거하고 파워 스티어링 오일이 오일 순환 라인(338)을 통해 챔버(345)에 채워져 파워 스티어링 오일의 압력으로 서포트 요크(260)가 랙 바(140) 방향으로 밀어줄 수 있도록 구비되어 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙 바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게되며, 마찰로 인해 랙 바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙 바(140)보다 연성 재질인 플라스틱 서포트 요크(260)를 사용한다.
자동차의 시동을 걸면 엔진(미도시)이 구동하는 회전력이 파워 스티어링 펌프(미도시)를 구동하고 펌프의 회전력에 의한 파워 스티어링 오일의 압력이 파워 스티어링 오일 공급관(337)을 통해 토션바(273)로 들어가 조향을 용이하게 한다.
도 4는 첵 밸브의 작동 상태 단면도이다.
상기 파워 스티어링 오일 압력중 일부를 오일 순환 라인(338)을 따라 입력측 첵 밸브(390)로 주입하여 챔버(345)를 채우고 출력측 첵 밸브(391)로 나와 오일 순환 라인(338)으로 되돌아가게 한다. 파워 스티어링 오일이 챔버(345) 내부에 가하는 압력은 입력측 첵 밸브(390)와 출력측 첵 밸브(391) 내부의 스프링(393)의 장력에 의해 형성된다. 챔버(345) 내의 유압이 낮아지면 오일 순환 라인(338)으로 들어오는 파워 스티어링 오일의 압력에 의해 입력측 첵 밸브(390)가 자동으로 열려 파워 스티어링 오일을 주입하는 역할을 하고, 파워 스티어링 오일이 과하게 주입되었을 경우 챔버(345) 내의 압력으로 인해 출력측 첵 밸브(391)또한 자동으로 열려 파워 스티어링 오일을 오일 순환 라인(338)으로 돌려보내는 역할을 함으로써 일정한 압력을 유지하게 된다. 리턴 되는 오일은 조향장치의 어느 곳이라도 크게 영향을 받지 않는다.
요크 플러그(265)는 통상 수나사형 나사산을 형성하고 있어 암나사형 나사산이 형성된 랙 하우징(270)에 결합 가능하도록 되어 있으며, 요크 플러그(265)의 후면에는 렌치가 삽입될 수 있는 홈을 형성하고 있다.
도 5는 상기 서포트 요크와 요크 플러그의 사시도이다.
챔버(345) 내부에 주입되는 파워 스티어링 오일의 압력에 의해 파워 스티어링 오일이 랙 하우징(270)과 서포트 요크(260), 랙 하우징(270)과 요크 플러그(265) 사이로 누유되는 것을 방지하기 위해 서포트 요크(260)와 요크 플러그(265)의 외주면에 오-링(O-ring, 325)을 부가한다. 상기 서포트 요크(260)와 요크 플러그(265)에 한 개 이상의 홈을 가공하여 누유를 방지하는 실링(Sealing) 부재를 부가한다. 상기 실링 부재는 어떠한 종류라도 무방하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조의 확대도이다.
조향장치를 장시간 사용하게 됨에 따라 서포트 요크(260)와 랙 바(140) 사이의 마찰 또는 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276) 사이의 마찰로 인해 마모가 발생함에 따라 서포트 요크(260)와 요크 플러그(265)사이, 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276) 사이에는 유격이 발생하게 된다. 이렇게 발생한 유격은 입력측 첵 밸브(390)가 챔버(345) 내의 유압이 낮아졌을 때 자동으로 열려 파워 스티어링 오일을 주입하는 역할을 하고, 파워 스티어링 오일이 과하게 주입되었을 경우 출력측 첵 밸브(391)가 개방되어 파워 스티어링 오일을 오일 순환 라인(338)으로 돌려보내는 역할을 함으로써 일정한 압력을 유지하여 서포트 요크(260)와 요크 플러그(265) 사이, 랙 바(140)와 피니언 샤프트(276) 사이의 유격을 자동으로 보상한다.
또한, ECU(Electronic Control Unit, 697)는 차속 센서(Speed Sensor, 698)로 부터 정보를 받아 입력측 첵 밸브(390)와 출력측 첵 밸브(391)에 각각 장착된 센서(695, 696)로 신호를 보내어 고속 주행시에는 유압을 높히고 저속 주행시에는 유압을 낮춰 조향 및 주행 안정성을 높히는 구조이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 서포트 요크를 단순히스프링으로 압력을 가하여 랙 바와 피니언 샤프트의 유격을 보상하던 구조에서 벗어나, 유압을 이용함으로써 랙 바와 피니언 샤프트의 유격과 서포트 요크와 요크 플러그 사이의 갭(Gap)을 첵 밸브를 사용해 자동으로 보상함으로써, 요크 플러그를 다시 조정해야 하는 번거로움을 해소할 수 있고, 또한 요크 플러그와 서포트 요크, 랙 바와 피니언 샤프트 사이의 래틀 노이즈(Rattle Noise: 진동, 소음)도 저감시킬 수 있다. 또한 첵 밸브에 센서를 부착함으로써 ECU와 차속 센서와 첵 밸브에 부착된 센서가 연계하여 조향 및 주행 안정성을 향상시켜 주는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 랙 하우징 내부에 랙 바와 조향 축에 연결된 피니언 샤프트의 유격을 보상하기 위해 상기 랙 바의 후면에 위치하여 상기 랙 바에 압력을 가하는 서포트 요크와 상기 서포트 요크에 후면에 위치하고 상기 서포트 요크와의 간격을 조절하기 위한 요크 플러그에 있어서,
    상기 서포트 요크와 상기 요크 플러그 사이의 챔버에 오일 순환 라인을 부가하고 상기 오일 순환 라인의 입력측 유로관과 출력측 유로관에 각각 첵 밸브를 장착하여 파워 스티어링 오일의 입출력 및 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첵 밸브에 각각 첵 밸브 센서를 장착하고 차속 센서와 ECU(Electronic Control Unit)가 보낸 정보에 따라 상기 ECU가 상기 첵 밸브 센서로 신호를 보내서 유압을 조절하여, 자동차의 속도에 따라 유압을 다르게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 유압을 이용한 조향장치의 랙 바 지지 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 압력은 상기 첵 밸브 내부에 구비된 스프링의 장력에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 조향장치의 랙 바 지지 구조
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