KR20100009380A - 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전동 조향 장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 모터(3)를 이용해 운전자의 조타 력을 보조하도록, 조향 축(2)에 결합된 웜 휠(7)을 회전시키는 웜 축(4)을 구비하고, 웜 축(4)을 지지하는 베어링(6)이 상하 유동 간격 a을 갖도록 타원 형상으로 감싼 베어링 가이드(11)와 더불어, 상기 베어링(6)쪽에 대한 가압 력이 눌려짐에 따라 강화되는 판 스프링(15)으로 이루어진 기어 치합 단(10)이 구비됨에 따라, 웜 축(4) 부위에 대한 베어링(6) 장착 구조를 보다 단순화하면서도, 조립 상태에서 상기 판 스프링(15)이 베어링(6)을 가압 해 웜 축(4)과 웜 휠(7)간 유격 흡수는 물론, 시간 경과나 대 진동 발생 시 웜 휠(7)에서 웜 축(4)이 이격될 때, 판 스프링(15)이 더 강한 반발력으로 웜 축(4)과 웜 휠(7)의 맞물림을 형성 해, 웜 휠(7)에 대한 웜 축(4)의 마찰력을 필요 이상으로 높이지 않고서 래틀 노이즈(Rattle Noise)를 저감할 수 있는 특징이 있다.

전동 조향, 기어 치합, 판 스프링

Description

차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지장치{Gear's teeth contact upkeep typed motor driven power steering system in vehicle}

본 발명은 차량용 전동 조향 장치에 관한 것으로, 특히 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동 조향 장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 유압이용하지 않고, 모터의 회전력으로 조향 파워를 어시스트(assist)하는 방식이다.

이를 위해, MDPS는 ECU 제어되어 동력을 발생하는 모터를 구비하고, 모터를 통해 회전되는 웜축(Worm-Shaft)과 이에 치합 되어 회전하는 웜 휠(Worm Wheel)이 구비되며, 웜 휠(Worm Wheel)이 조향 축을 회전 시켜 조향 력을 어시스트(assist)하는 방식으로 작용하게 된다.

이와 같이 웜 축과 웜 휠을 이용한 MDPS는 기어간에 치합으로 인해 사용 경과가 진행되면서 접촉부들간에 마모가 점진적으로 발생하게 되고, 이로 인해 웜축의 축 방향 유격이 증가함으로써 웜과 웜휠이 맞물려 회전하는 부분에서 래틀 노이즈(Rattle Noise)가 필연적으로 유발됨에 따라, 이를 방지하도록 통상 래틀 스프링(Rattle Spring)을 이용하여 웜 축을 웜 휠 쪽으로 가압 하도록 해, 웜 축과 웜 휠 간의 유격(Gap)을 없애는 방식을 적용해 주게 된다.

하지만, 이와 같은 래틀 스프링은 웜 축을 눌러주는 방식으로 인해 강성을 높이면 래틀 노이즈는 저감되지만 웜 기어 작동 마찰력이 증가하게 되고, 반면에 강성을 낮추면 마찰은 작아지지만 래틀 노이즈가 커지는 상반된 작용이 있어, 이에 대한 적절한 조절이 쉽지 않은 불편이 있게 된다.

또한, 이와 같이 웜 휠을 회전시키는 웜 축은 베어링을 이용해 회전하는 축을 지지하는 구조적 특성으로 인해, 베어링 가이드 역할을 하는 링(Oval Ring)이 반드시 사용됨과 더불어, 이러한 링(Oval Ring)의 이탈방지와 이 물질 혼입을 막기 위해 커버(Bearing Cover Plate)를 반드시 사용해야 만 하는 등, 전체적인 부품 사용이 많게 되는 구조적 취약성도 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 전동 조향 장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)를 이루는 웜 축 부위가 베어링을 감싸면서 웜 축 부위를 웜 휠 쪽으로 눌러 주도록 2중 탄성력을 가하는 탄성 부재를 이용해 지지됨에 따라, 웜 축 부위에 대한 베어링 장착 구조를 보다 단순화하면서도, 웜 휠에 대한 웜 축의 마찰력을 필요 이상으로 높이지 않고서 래틀 노이즈(Rattle Noise)를 저감할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지 장치가 조향 컬럼이 감싼 조향 축을 회전시키도록 결합된 웜 휠을 회전시키도록, 운전자의 조타 력을 보조하는 모터를 통해 회전되는 웜 축의 끝단 부위를 지지하는 후단 베어링부위로 결합되어져, 조립 상태에서 상기 후단 베어링을 타원 형상 공간을 이용해 감싸면서, 웜 축의 축 방향을 따라 길게 배열되어 상기 후단 베어링 쪽을 밀어 올리는 탄성 가압 력을 가함에 따라, 상기 후단 베어링이 결합된 웜 축이 웜 휠 쪽으로 치합 되도록 작용하는 기어 치합 단으로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 상기 기어 치합 단은 웜 축의 뒤쪽 부위를 지지하는 후단 베어링을 감싸면서, 웜 축의 축 방향을 따라 길게 배열된 베어링 가이드와, 상기 베어링 가이드에 안착된 상태에서 후단 베어링부위를 탄성력을 통해 지속적으로 가압 하도록, 웜 축의 축 방향을 따라 길게 배열되는 판 스프링으로 구성된다.

또한, 상기 베어링 가이드는 상·하 쪽으로 타원 형상을 이루는 공간을 형성하는 베어링 캡이 형성되고, 상기 베어링 캡의 저면 부위에 일체로 연장되는 연장 바디를 형성하며, 상기 연장 바디의 끝단 부위는 단차를 형성하도록 돌출 된 고정 단을 갖도록 형성된다.

그리고, 상기 판 스프링은 탄성력을 갖고 끼워진 상태에서 걸려지도록 일정 위치에 홈이 뚫려진 탄성 바디와, 상기 탄성 바디의 앞쪽 부위를 이루면서 탄성 바디에 대해 돌출 되는 반경 r을 갖는 원형을 형성해, 하중에 의해 눌려져 변형될 때 강한 탄성 반발력을 발생하는 탄성 지지 단 및 상기 탄성 바디의 뒤쪽 부위를 이루면서 고정 력을 발생하도록 절곡 시킨 걸림 단을 형성한다.

이러한, 상기 판 스프링은 초기 설치 상태에서 탄성 지지 단쪽이 가하는 탄성 반발력은 탄성 바디를 통해서 발생되고, 상기 탄성 지지 단쪽에서 발생되는 탄성 반발력은 탄성 지지 단의 변형을 통해 발생되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 전동 조향 장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)의 동력 발생 부인 모터를 통해 회전되는 웜 축을 웜 휠 쪽으로 눌러주는 탄성력을 가하는 탄성 부재가 2중 탄성력을 발생시켜 줌에 따라, 초기 장착 시 엄 축과 웜 휠에 대한 유격 흡수는 물론, 소 진동이나 대 진동에 맞는 강성 변화를 통해 래틀 노이즈(Rattle Noise) 저감 영역을 넓혀 줄 수 있는 효과 가 있게 된다.

또한, 본 발명의 MDPS는 웜 휠 쪽으로 웜 축을 밀어주는 탄성 부재가 웜 축을 지지하는 베어링을 감싸는 베어링 가이드와 일체화됨에 따라, 단순히 끼워서 조립할 수 있어 웜 축 부위에 대한 베어링 장착 구조를 보다 단순화하면서도, 부품 교체 시 재사용도 가능한 효과가 있게 된다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 기어 치합 상태 유지장치를 적용한 차량용 전동 조향 장치의 구성도를 도시한 것인 바, 본 발명의 전동 조향 장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 조향 축(2)을 감싼 조향 컬럼(1)에 장착되어져, ECU 제어를 통해 구동되어 운전자의 조타 력을 보조하는 모터(3)와, 상기 모터(3)를 통해 회전되어져 조향 축(2)을 회전시키는 한 쌍의 기어 및 상기 기어를 지지하면서 기어 간 맞물림 상태를 지속적으로 유지시켜, 기어 간 유격에 따른 래틀 소음(Rattle Noise)을 차단하는 기어 치합 단(10)으로 구성되어진다.

이를 위해, 상기 기어는 모터(3)로부터 직접 회전력을 전달받도록, 조향 컬럼(1)을 감싼 하우징 내로 위치된 웜 축(4)과, 상기 웜 축(4)을 통해 회전되어 조향 축(2)을 회전시키도록 웜 축(4)에 치합 되어진 웜 휠(7)로 구성된다.

이와 더불어 상기 웜 축(4)은 긴 축 형상을 이룸에 따라, 웜 축(4)의 앞쪽과 뒤쪽 부위에는 각각 선단 베어링(5)과 후단 베어링(6)을 통해 지지되도록 구성된다.

그리고, 상기 기어 치합 단(10)은 웜 축(4)의 뒤쪽 부위를 지지하는 후단 베어링(6)을 감싸는 플라스틱 재질의 베어링 가이드(11)와, 상기 베어링 가이드(11)에 안착된 상태에서 후단 베어링(6)부위를 지속적으로 가압하는 탄성력을 갖는 판 스프링(15)으로 구성된다.

이를 위해, 상기 베어링 가이드(11)는 도 2에 도시된 바와 같이, 후단 베어 링(6)을 감싸도록 수용하는 베어링 캡(12)이 형성되고, 상기 베어링 캡(12)의 저면 부위에 일체로 연장되는 연장 바디(13)를 형성하며, 상기 연장 바디(13)의 끝단 부위는 단차를 형성하도록 돌출 된 고정 단(14)을 갖도록 형성된다.

여기서, 상기 베어링 캡(12)은 도 3(나)에 도시된 바와 같이, 웜 축(4)이 상하로 유동(a)될 수 있도록 타원 형상을 형성하게 된다.

또한, 상기 판 스프링(15)은 탄성력을 갖는 탄성 바디(16)와, 상기 탄성 바디(16)의 앞쪽 부위를 이루면서 탄성 바디(16)에 대해 돌출 되어져, 눌려짐에 따라 강한 탄성 반발력을 발생하는 탄성 지지 단(17) 및 상기 탄성 바디(16)의 뒤쪽 부위를 이루면서 고정력을 발생하도록 절곡시킨 걸림 단(18)을 형성하게 된다.

이와 더불어, 상기 판 스프링(15)을 이루는 탄성 바디(16)에는 걸림 단(18)쪽으로 홈이 뚫려지는데, 이는 결합 시 충격등에 의해 결합 상태가 분리되지 않도록 작용하게 된다.

그리고, 상기 탄성 지지 단(17)의 폭 A는 탄성 바디(16)의 폭 B에 비해 더 좁은 폭을 갖도록 형성된다.

또한, 상기 탄성 바디(16)는 도 3(가)에 도시된 바와 같이, 소정 두께 t를 갖으며 중간 부위 쪽이 올라가도록 완만한 호 형상을 이루며, 상기 탄성 지지 단(17)은 반경 r을 갖는 원형을 이루도록 말아지며, 상기 걸림 단(18)은 끝단 부위를 탄성 바디(16)쪽으로 절곡시켜, 결합 부위가 끼워지도록 형성하게 된다.

이와 같이 본 발명의 전동 조향 장치인 MDPS(Motor Driven Power Steering) 는 모터(3)를 이용해 운전자의 조타 력을 보조하도록, 조향 축(2)에 결합된 웜 휠(7)을 회전시키는 웜 축(4)을 구비하고, 웜 축(4)을 지지하는 베어링(6)이 상하 유동 간격 a을 갖도록 타원 형상으로 감싼 베어링 가이드(11)와 더불어, 상기 베어링(6)쪽에 대한 가압 력이 눌려짐에 따라 강화되는 판 스프링(15)으로 이루어진 기어 치합 단(10)이 구비됨에 따라, 웜 축(4) 부위에 대한 베어링(6) 장착 구조를 보다 단순화하면서도, 조립 상태에서 상기 판 스프링(15)이 베어링(6)을 가압 해 웜 축(4)과 웜 휠(7)간 유격 흡수는 물론, 시간 경과나 대 진동 발생 시 웜 휠(7)에서 웜 축(4)이 이격될 때, 판 스프링(15)이 더 강한 반발력으로 웜 축(4)과 웜 휠(7)의 맞물림을 형성 해, 웜 휠(7)에 대한 웜 축(4)의 마찰력을 필요 이상으로 높이지 않고서 래틀 노이즈(Rattle Noise)를 저감할 수 있는 특징이 있다.

이를 위해, 본 발명의 MDPS에 구비된 기어 치합 단(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 웜 축(4)의 끝단 부위로 조립되는 베어링 가이드(11)가 웜 축(4)의 끝단 부위에 결합된 후단 베어링(6)이 상·하 유동 간격 a을 갖도록 타원 형상을 이용해 감싸게 되고, 상기 베어링 가이드(11)에 결합된 상태에서 후단 베어링(6)을 통해 눌려질 때, 강한 반발력으로 후단 베어링(6)을 올려 웜 축(4)을 웜 휠(7)쪽으로 밀어주는 판 스프링(15)으로 구성된다.

이와 같은 상기 베어링 가이드(11)는 웜 축(4)의 후단 베어링(6)부위에 대한 구조를 보다 단순화하게 되는데, 이는 도 3(가),(나)에 도시된 바와 같이 상기 베어링 가이드(11)를 이루는 베어링 캡(12)이 웜 축(4)의 후단 베어링(6)을 완전히 감싼 상태로 하우징으로 조립됨에 따라, 상기 베어링 캡(12)이 베어링 가이드 역할 은 물론 이 물질 혼입을 차단할 수 있으므로, 링(Oval Ring)과 커버(Bearing Cover Plate)등이 별도로 사용되지 않은 구조를 갖게 된다.

또한, 상기 베어링 가이드(11)는 웜 축(4)과 웜 휠(7)간 치합 상태를 유지시켜주는 탄성력을 갖는 판 스프링(15)이 조립됨에 따라, 판 스프링(15)의 장착을 위한 구조도 별도의 부품을 요하지 않고, 단지 베어링 가이드(11)의 구조를 이용해 설치할 수 있게 된다.

이는, 상기 베어링 가이드(11)에 베어링 캡(12)의 저면 부위에 일체로 연장되는 연장 바디(13)를 형성하면서, 상기 연장 바디(13)의 끝단 부위는 단차를 형성하도록 돌출 된 고정 단(14)을 형성해 줌에 따라, 웜 축(4)에 조립된 상태에서 웜 축(4)의 축 방향으로 길게 배열될 수 있고, 이러한 연장 바디(13)의 길이 방향을 따라 위치되는 판 스프링(15)도 주변과의 간섭이 없으면서, 강한 탄성력을 갖는 형상으로 제조할 수 있게 된다.

즉, 상기 판 스프링(15)이 강한 탄성력을 부여하는 충분한 길이를 갖는 탄성 바디(16)를 갖는 상태에서, 한쪽 끝 부위로 반경 r을 갖는 원형을 이루도록 말아진 탄성 지지 단(17)이 형성되고, 반대 쪽 부위로는 끝단을 탄성 바디(16)쪽으로 절곡 시켜, 결합되어 고정 력을 발생하는 걸림 단(18)이 형성되어진다.

이러한, 상기 판 스프링(15)은 탄성 지지 단(17)이 후단 베어링(6)쪽으로 위치되도록, 베어링 가이드(11)의 연장 바디(13)의 끝단 부위에 형성된 고정 단(14)으로 걸림 단(18)을 끼워 주게 되면, 상기 탄성 바디(16)에 뚫려진 홈이 고정 단(14)에서 돌출 된 턱 부위로 끼워져, 판 스프링(15)의 결합 상태를 더욱 강화시 켜 주게 된다.

이와 같이 베어링 가이드(11)에 판 스프링(15)이 조립되면 즉, 걸림 단(18)을 매개로 결합된 탄성 바디(16)의 완만한 볼록 형상 구조로 인해, 탄성 지지 단(17)부위는 웜 축(4)에 결합된 후단 베어링(6)에 접촉된 상태에서 가압 력을 가하게 되지만, 이러한 가압 력은 탄성 지지 단(17)이 아닌 탄성 바디(16)가 갖는 탄성력을 통해 발생되어진다.

즉, 상기 판 스프링(15)의 조립 시, 한 쪽이 걸림 단(18)을 매개로 결합된 상태에서 반대쪽을 이루는 탄성 지지 단(17)부위가 후단 베어링(6)의 밑으로 들어가도록 탄성 바디(16)를 눌러 줌에 따라, 조립된 상태에서 탄성 바디(16)의 탄성 복원 력을 받는 탄성 지지 단(17)부위가 후단 베어링(6)부위를 밀어주게 되며, 이러한 탄성 가압력은 도 4에 도시된 바와 같이 웜 축(4)과 웜 휠(7)간 유격을 흡수할 수 있도록, 웜 축(4)을 웜 휠(7)쪽으로 밀어주게 된다.

이때, 상기 판 스프링(15)을 통해 후단 베어링(6)이 위쪽으로 힘을 받게 됨에 따라, 베어링 가이드(11)의 베어링 캡(12)이 갖는 타원 형상에 따른 간격 중 위쪽 간격 a이 제거되도록, 후단 베어링(6)은 베어링 캡(12)의 위쪽으로 밀려 올라가게 된다.

이와 같이 판 스프링(15)의 초기 조립 상태에서는 도 3(가)에 도시된 바와 같이, 판 스프링(15)의 탄성 지지 단(17)부위가 베어링 가이드(11)의 연장 바디(13)의 저면에 접촉되지 않는 간격 b 가 형성되는데, 이는 여러 원인으로 웜 축(4)과 웜 휠(7)간 유격 형성이 증대되어 웜 축(4)이 내려온 상황에서, 보다 큰 탄성 반발력으로 웜 축(4)을 웜 휠(7)쪽으로 밀어 올리는 탄성력을 발생시켜 줄 수 있게 된다.

즉, 상기 판 스프링(15)의 탄성 지지 단(17)부위로 가해진 하중이 베어링 가이드(11)의 연장 바디(13)의 저면에 대한 간격 b를 없애주면서 작용하게 되면, 상기 탄성 지지 단(17)이 하중에 의해 상단 부위가 눌려짐과 동시에, 저면 부위가 베어링 가이드(11)의 바닥 면에 접촉된 상태에서 변형을 일으키게 되고, 이러한 탄성 지지 단(17)의 변형은 눌려지는 힘보다 더 큰 탄성 반발력을 발생시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 판 스프링(15)을 눌러주는 하중이 베어링 가이드(11)의 바닥 면에 탄성 지지 단(17)이 접촉되어 변형될 정도로 크게 작용 일례로, 큰 진동이 웜 축(4)부위로 가해질 때나 또는, 여러 원인으로 웜 휠(7)로부터 이격 되는 웜 축(4)의 이동이 클 경우, 판 스프링(15)의 탄성 바디(16)를 통한 반발력과 더불어 탄성 지지 단(17)의 변형에 의한 반발력이 동시에 가해지게 되고, 이는 도 4에 도시된 바와 같이 초기 조립 상태일 때 보다 더 큰 탄성 반발력으로 웜 축(4)과 웜 휠(7)간 유격 형성을 차단해, 유격에 의한 래틀 소음을 차단시켜 줄 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 기어 치합 상태 유지장치를 적용한 차량용 전동 조향 장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 기어 치합 상태 유지장치의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 기어 치합 상태 유지장치의 결합 상태도

도 4는 본 발명의 기어 치합 상태 유지장치에 따른 성능 선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 조향 컬럼 2 : 조향 축

3 : 모터 4 : 웜 축

5 : 선단 베어링 6 : 후단 베어링

7 : 웜 휠 10 : 기어 치합 단

11 : 베어링 가이드 12 : 베어링 캡

13 : 연장 바디 14 : 고정 단

15 : 판 스프링 16 : 탄성 바디

17 : 탄성 지지 단 18 : 걸림 단

Claims (6)

1. 조향 컬럼(1)이 감싼 조향 축(2)을 회전시키도록 결합된 웜 휠(7)을 회전시키도록, 운전자의 조타 력을 보조하는 모터(3)를 통해 회전되는 웜 축(4)의 끝단 부위를 지지하는 후단 베어링(6)부위로 결합되어져, 조립 상태에서 상기 후단 베어링(6)을 타원 형상 공간을 이용해 감싸면서, 웜 축(4)의 축 방향을 따라 길게 배열되어 상기 후단 베어링(6)쪽을 밀어 올리는 탄성 가압 력을 가함에 따라, 상기 후단 베어링(6)이 결합된 웜 축(4)이 웜 휠(7)쪽으로 치합 되도록 작용하는 기어 치합 단(10)으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 기어 치합 단(10)은 웜 축(4)의 뒤쪽 부위를 지지하는 후단 베어링(6)을 감싸면서, 웜 축(4)의 축 방향을 따라 길게 배열된 베어링 가이드(11)와, 상기 베어링 가이드(11)에 안착된 상태에서 후단 베어링(6)부위를 탄성력을 통해 지속적으로 가압 하도록, 웜 축(4)의 축 방향을 따라 길게 배열되는 판 스프링(15)으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 베어링 가이드(11)는 상·하 쪽으로 타원 형상을 이루는 공간을 형성하는 베어링 캡(12)이 형성되고, 상기 베어링 캡(12)의 저면 부위에 일체로 연장되는 연장 바디(13)를 형성하며, 상기 연장 바디(13)의 끝단 부위는 단차를 형성하도록 돌출 된 고정 단(14)을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지 장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 판 스프링(15)은 탄성력을 갖고 끼워진 상태에서 걸려지도록 일정 위치에 홈이 뚫려진 탄성 바디(16)와, 상기 탄성 바디(16)의 앞쪽 부위를 이루면서 탄성 바디(16)에 대해 돌출 되는 반경 r을 갖는 원형을 형성해, 하중에 의해 눌려져 변형될 때 강한 탄성 반발력을 발생하는 탄성 지지 단(17) 및 상기 탄성 바디(16)의 뒤쪽 부위를 이루면서 고정 력을 발생하도록 절곡 시킨 걸림 단(18)을 형성한 것을 특징으로 하는 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 판 스프링(15)은 초기 설치 상태에서 탄성 지지 단(17)쪽이 가하는 탄성 반발력은 탄성 바디(16)를 통해서 발생되고, 상기 탄성 지지 단(17)쪽에서 발생되는 탄성 반발력은 탄성 지지 단(17)의 변형을 통해 발생되 는 것을 특징으로 하는 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지 장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 탄성 바디(16)는 중간 부위 쪽이 올라가도록 완만한 호 형상으로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 전동 조향 장치의 기어 치합 상태 유지 장치.

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