KR20080094987A - 자동차용 조향장치의 스티어링 기어 - Google Patents

자동차용 조향장치의 스티어링 기어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 조향장치의 스티어링 기어에 관한 것으로서, 스티어링 샤프트에 연결되어 있는 피니언 샤프트의 하측에 형성되고 적은 스티어링 휠의 회전양으로 큰 랙 스트로크를 얻을 수 있는 직경 및 기어 피치를 갖는 제 1 피니언 기어와, 상기 제 1 피니언 기어와 일체로 형성되는 동시에 동일한 회전 중심 및 회전축을 가지며 스티어링 휠의 미세한 조정이 가능하도록 상기 제 1 피니언 기어에 비해 상대적으로 작은 직경 및 기어 피치를 갖는 제 2 피니언 기어가 구비된 피니언 기어부; 및 관 형상의 랙 하우징에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치된 랙바에 형성되며, 운전자의 스티어링 조작에 발생하는 랙 스트로크의 양을 조절하기 위하여 상기 피니언 기어부의 제 1 및 제 2 피니언 기어와 각각 치합하여 슬라이드 가능한 제 1 및 제 2 랙기어를 갖는 랙기어부;를 포함하여 구성되며, 정조향 주행시 미세한 조향을 구현하는 동시에, 응급 주행시 빠른 조향을 위해 구현할 수 있도록 서로 다른 반경을 갖는 이중구조의 피니언 기어부와 랙기어부를 이용함으로써 스티어링 휠의 회전당 발생하는 랙 스트로크의 이송 속도를 상황에 따라 조절할 수 있는 효과가 있다.
랙 피니언 스티어링 기어, 랙 스트로크, 피니언 기어, 랙기어, 랙바

Description

자동차용 조향장치의 스티어링 기어{A steering gear of steering system for vehicle}
도 1a는 종래의 랙 피니언 스티어링 기어 장치를 나타낸 부분 사시도.
도 1b는 도 1a에 따른 'A'부분을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 조향장치의 스티어링 기어를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 피니언 기어부와 랙기어부를 나타낸 평면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 랙 피니언 스티어링 기어 30 : 피니언 기어부
31 : 제 1 피니언 기어 33 : 제 2 피니언 기어
40 : 랙바 50 : 랙기어부
51 : 제 1 랙기어 53 : 제 2 랙기어
본 발명은 이중구조의 피니언 기어부와 랙기어부를 이용함으로써 스티어링 휠의 회전당 발생하는 랙 스트로크의 양을 상황에 따라 조절하여 미세한 조향 및 빠른 조향을 발생시킬 수 있도록 하는 자동차용 조향장치의 스티어링 기어에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임의로 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 조향 휠 및 조향 축, 조작력의 변환이 이루어지는 조향기어와 조작력을 바퀴에 전달하는 타이로드 등으로 구성되고, 조향기어의 형식에 따라 일반적으로 볼 너트형(ball & nut type)과 랙 피니언형(rack & pinion type) 이 주로 쓰이고 있다.
랙 피니언 스티어링 기어는 스티어링 샤프트의 외주에 형성된 피니언이 기어박스 내부의 랙과 맞물려 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시킨 뒤 타이로드를 통해 바퀴에 전달하는 구조로 되어 있다.
첨부된 도 1a는 종래의 랙 피니언 스티어링 기어 장치를 나타낸 부분 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 따른 'A'부분을 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 랙 피니언 스티어링 기어(100)는 피니언 샤프트(210)에 형성된 피니언 기어(200), 상기 피니언 기어(200)와 맞물리는 랙 기어(310)가 형성되는 랙바(300), 상기 랙바(300)의 좌우측단에 배치되는 타이로드(미도시), 상기 랙바(300)와 타이로드를 연결하는 볼 조인트(500)로 구성되어 있다.
상기 피니언 기어(200)는 피니언 샤프트(210)의 끝단에 형성되고, 피니언 샤프트(210)는 스티어링 샤프트(미도시)에 연결되어 있다.
또한, 랙바(300)는 피니언 기어(200)의 회전운동을 직선운동으로 전환시키는 긴 환봉으로서, 관 형상의 랙 하우징(400)에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되고, 상기 볼 조인트(500)는 벨로우즈(미도시)가 커버하고, 벨로우즈는 타이로드와 랙 하우징(400)에 체결 고정되어 있다.
상기 랙 피니언 스티어링 기어(100)를 가진 조향장치는 랙바(300)와 피니언 기어(200)의 단일 기어비의 치형 구조를 갖고 있으며, 스티어링 휠의 회전양에 비례하는 랙 스트로크를 발생시키는 구조이다.
그러나, 최대 랙 스트로크의 발생 즉, 풀턴 조건은 일반적으로 응급 상황 또는 주차 상황에서 요구되는 특성으로 신속하게 구현할 필요성이 요구된다.
상기와 같은 특성을 구현하기 위한 것으로서, 본 발명은 정조향 주행시 일반적인 미세한 조향 및 주차나 응급 주행시 빠른 조향을 위해 서로 다른 반경을 갖는 이중구조의 피니언 기어부와 랙기어부를 이용함으로써 스티어링 휠의 회전당 발생하는 랙 스트로크의 이송 속도를 상황에 따라 조절할 수 있도록 자동차용 조향장치의 스티어링 기어를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 스티어링 샤프트에 연결되어 있는 피니언 샤프트의 하측에 형성되고 적은 스티어링 휠의 회전양으로 큰 랙 스트로크를 얻을 수 있는 직경 및 기어 피치를 갖는 제 1 피니언 기어와, 상기 제 1 피니언 기어와 일체로 형성되는 동시에 동일한 회전 중심 및 회전축을 가지며 스티어링 휠의 미세한 조정이 가능하도록 상기 제 1 피니언 기어에 비해 상대적으로 작은 직경 및 기어 피치를 갖는 제 2 피니언 기어가 구비된 피니언 기어부; 및
관 형상의 랙 하우징에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치된 랙바에 형성되며, 운전자의 스티어링 조작에 발생하는 랙 스트로크의 양을 조절하기 위하여 상기 피니언 기어부의 제 1 및 제 2 피니언 기어와 각각 치합하여 슬라이드 가능한 제 1 및 제 2 랙기어를 갖는 랙기어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 스티어링 기어를 제공한다.
상기 랙기어부는 그 중앙부에 위치한 상기 제 2 랙기어가 상기 제 2 피니언 기어와 치합되고, 상기 제 2 랙기어의 양측 경계선 외측에 형성된 상기 제 1 랙기어가 상기 제 1 피니언 기어와 치합되도록 단차 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 랙기어부는 그 중앙부에서 상기 제 2 피니언 기어와 치합되고, 상기 제 1 피니언 기어와는 이격된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 랙기어는 그 간격이 스티어링 휠의 좌우 조향 각도 15도 범위와 대응되는 간격인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 자동차용 조향장치의 스티어링 기어에 대해 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 조향장치의 스티어링 기어를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 피니언 기어부와 랙기어부를 나타낸 평면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 랙 피니언 스티어링 기어(10)는 피니언 샤프트(210, 도 1a 참조)에 형성된 피니언 기어부(30), 상기 피니언 기어부(30)와 맞물리는 랙기어부(50)가 형성된 랙바(40), 상기 랙바(40)의 좌우측단에 배치되는 타이로드, 상기 랙바(40)와 타이로드를 연결하는 볼 조인트(500, 도 1a 참조)로 구성되어 있다.
상기 피니언 기어부(30)는 피니언 샤프트의 끝단부에 형성되고, 피니언 샤프트는 스티어링 샤프트(미도시)에 연결되어 있다.
또한, 상기 랙바(40)는 피니언 기어부(30)의 회전운동을 직선운동으로 전환시키는 긴 환봉으로서, 관 형상의 랙 하우징(400, 도 1a 참조)에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되고, 상기 볼 조인트는 벨로우즈가 커버되어 있으며, 벨로우즈는 타이로드와 랙 하우징에 체결 고정되어 있다.
상기 피니언 기어부(30)는 이중구조로, 직경이 다른 두개의 제 1 피니언 기어(31)와 제 2 피니언 기어(33)가 일체로 구성되어 있으며, 동일한 회전 중심 및 회전축을 갖고 있어 스티어링 휠(미도시)의 회전에 따라 동일하게 회전한다.
상기 제 1 피니언 기어(31)는 피니언 샤프트의 하측에 형성되고, 적은 스티어링 휠의 회전양으로 큰 랙 스트로크를 얻어 빠른 조향 변경을 할 수 있도록 기어 피치 및 직경을 가지며 형성된다.
상기 제 2 피니언 기어(33)는 상기 제 1 피니언 기어(31)와 일체로 형성되고, 스티어링 휠의 일반 주행시 평상시와 동일한 미세한 조정이 가능하도록 제 1 피니언 기어(31)에 비해 상대적으로 작은 직경 및 기어 피치를 가지며, 상기 제 1 피니언 기어(31)와 동일한 회전 중심 및 회전축을 갖도록 연결 설치된다.
상기 랙바(40)는 관 형상의 랙 하우징에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되며, 제 1 피니언 기어(31) 및 제 2 피니언 기어(33)가 회전 가능하도록 랙기어부(50)가 형성되어지되, 상기 랙기어부(50)는 이중구조로 되어 있으며, 상기 제 1 피니언 기어(31)와 맞물리도록 형성된 제 1 랙기어(51)와, 제 2 피니언 기어(33)와 맞물리도록 형성된 제 2 랙기어(53)를 포함하여 구성된다.
상기 랙기어부(50)는 중앙부에 상기 제 2 피니언 기어(33)와 맞물리도록 치형이 형성된 제 2 랙기어(53)와, 상기 제 2 랙기어(53)의 양측 경계선 외측 방향으로 제 1 피니언 기어(31)와 맞물리도록 치형이 형성된 제 1 랙기어(51)가 형성된다.
상기 제 1 랙기어(51)는 랙기어부(50)의 중앙부의 양측 경계선 외측 방향으로 각각 기어 피치 및 직경이 큰 상기 제 1 피니언 기어(31)과 맞물리도록 치형이 형성되어지되, 제 2 랙기어(53)가 형성된 중앙부를 벗어나면 제 2 피니언 기어(33)와는 맞물리지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 랙기어(53)는 랙기어부(50)의 중앙부에 기어 피치 및 직경이 작은 상기 제 2 피니언 기어(33)과 맞물리도록 치형이 형성되어지되, 제 1 피니언 기어(31)와는 맞물리지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제 2 랙기어(53)가 형성된 랙기어부(50)의 중앙부에는 상기 제 1 피니언 기어(31)가 제 2 피니언 기어(33)와 함께 회전하는 동안 제 1 피니언 기어(31)의 치형과는 맞물리지 않도록 일정 거리(g)만큼 이격되어 위치하며, 제 1 피니언 기어(31)가 회전하는 영역만큼 치형이 형성되지 않는 것이다.
다시 말해서, 일반적인 조향 범위(즉, 정조향에서 좌우 15도 범위 내)에서, 상기 제 2 피니언 기어(33) 및 제 2 랙기어(53)가 치합된 상태에서는 운전자가 미세한 조정이 가능하도록 스티어링 휠을 작동하게 되며, 응급 상황시 운전자가 제 2 랙기어(53)를 벗어나 최대 랙 스트로크(즉, 풀턴 상태)로 조정하는 상태에서, 제 1 피니언 기어 및 제 1 랙기어(51)가 치합된 상태에서는 적은 스티어링 회전으로도 빠르게 최대 랙 스트로크에 도달할 수 있도록 작동하게 된다.
따라서, 큰 치형이 형성된 제 1 피니언 기어(31) 및 제 1 랙기어(51)는 종래보다 작은 각도 범위 내에서의 스티어링 휠 회전으로도 기어비가 증가하여 더 많이 움직이며 빠르게 최대 랙 스트로크를 얻을 수 있게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차용 조향장치의 스티어링 기어(10)는 서로 다른 반경을 갖는 이중구조로써 스티어링 휠의 회전당 발생하는 랙 스트로크의 양을 상황에 따라 조절할 수 있게 되는바, 본 발명의 바람직한 실시 예로서, 일반적인 정조향 상태 즉, 직선거리를 주행하여 스티어링 휠을 좌우 15도 범위 내 회전상태 및 스티어링 휠의 회전 반경이 작은 상태일 때, 자동차용 조향장치의 스티어링 기어(10)는 랙기어부(50) 중앙부의 일정 구간 조향 범위 내에서 직경 및 기어 피치가 작은 제 2 피니언 기어(33)와 제 2 랙기어(53)가 맞물리어 작동하므로 스티어링 조작에 의해 미세한 조정이 가능하게 된다.
한편, 최대 랙 스트로크의 발생 즉, 응급 상황일 때, 자동차용 조향장치의 스티어링 기어(10)는 랙기어부(50) 중앙부 구간을 벗어난 좌우 외측 구간에서 직경 및 기어 피치가 큰 제 1 피니언 기어(31)와 제 1 랙기어(51)가 맞물리어 작동하므 로 신속하게 빠른 조향이 가능하며, 적은 스티어링 휠의 회전으로 큰 랙 스트로크를 얻을 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 일반적인 주행 중에는 미세한 조향 특성을 확보하면서 주차나 응급 상황시에는 빠른 조향 변경 특성을 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자동차용 조향장치의 스티어링 기어는 직경이 작은 제 2 피니언 기어와 제 2 랙기어가 맞물려 작동하여 스티어링 조작에 의해 미세하게 랙바가 작동하므로 일반적인 주행 중에는 미세한 조향 특성을 확보할 수 있으며, 주차나 응급 상황시에는 직경이 큰 제 1 피니어 기어와 제 2 랙기어가 작동하여 적은 스티어링 휠의 회전양으로 빠르게 최대 랙 스트로크를 얻을 수 있으므로 빠른 조향 변경을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 스티어링 샤프트에 연결되어 있는 피니언 샤프트(210)의 하측에 형성되고 적은 스티어링 휠의 회전양으로 큰 랙 스트로크를 얻을 수 있는 직경 및 기어 피치를 갖는 제 1 피니언 기어(31)와, 상기 제 1 피니언 기어(31)와 일체로 형성되는 동시에 동일한 회전 중심 및 회전축을 가지며 스티어링 휠의 미세한 조정이 가능하도록 상기 제 1 피니언 기어(31)에 비해 상대적으로 작은 직경 및 기어 피치를 갖는 제 2 피니언 기어(33)가 구비된 피니언 기어부(30); 및
    관 형상의 랙 하우징(400)에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치된 랙바(40)에 형성되며, 운전자의 스티어링 조작에 발생하는 랙 스트로크의 양을 조절하기 위하여 상기 피니언 기어부(30)의 제 1 및 제 2 피니언 기어(31, 33)와 각각 치합하여 슬라이드 가능한 제 1 및 제 2 랙기어(51, 53)를 갖는 랙기어부(50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 스티어링 기어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랙기어부(50)는 그 중앙부에 위치한 상기 제 2 랙기어(53)가 상기 제 2 피니언 기어(33)와 치합되고, 상기 제 2 랙기어(53)의 양측 경계선 외측에 형성된 상기 제 1 랙기어(51)가 상기 제 1 피니언 기어(31)와 치합되도록 단차 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 스티어링 기어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 랙기어부(50)는 그 중앙부에서 상기 제 2 피니언 기어(33)와 치합되고, 상기 제 1 피니언 기어(31)와는 이격된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 스티어링 기어.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 2 랙기어(53)는 그 간격이 스티어링 휠의 좌우 조향 각도 15도 범위와 대응되는 간격인 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 스티어링 기어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103596831A (zh) * 2011-07-15 2014-02-19 蒂森克虏伯普利斯坦有限公司 用于转向系统的转向小齿轮及其制造方法

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