KR20100056650A - 랙과 피니언 방식 조향장치 - Google Patents

랙과 피니언 방식 조향장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 랙과 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다.
본 발명은 랙과 피니언 방식 조향장치에 있어서, 일측은 랙이 형성된 랙바의 단부와 결합되고 타측은 타이로드와 결합되는 요홈 형상의 장착홈을 구비한 볼 하우징; 및 내주면이 타이로드의 볼부위를 감싸도록 일측이 개방된 개방부를 구비한 구면형상으로 형성되며, 상기 볼 하우징의 장착홈에 결합되는 외주면에는 리브 형상으로 돌출되어 형성되는 수개의 돌기부가 구비되어 있는 볼시트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙과 피니언 방식 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 종래에 타이로드의 볼부위와 볼 하우징 및 이들 사이에 삽입하던 볼시트의 조립시 코킹 하중이 볼시트로 전달되어 초기 작동 토크가 높아지고 요동 토크는 낮아져서 토우인 조정시에 조정기계의 고장을 발생시키는 것을 방지하고, 볼시트의 편마모에 의한 소음을 방지하며 볼 하우징의 코킹 하중에 따른 회전 토크의 변화를 줄일 수 있으며, 내구 후에도 타이로드의 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있다.
랙과 피니언, 조향장치, 타이로드, 볼 조인트, 볼 하우징

Description

랙과 피니언 방식 조향장치{Rack and Pinion Type Steering Apparatus}
본 발명은 랙과 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래에 타이로드의 볼부위와 볼 하우징 및 이들 사이에 삽입하던 볼시트의 조립시 코킹 하중이 볼시트로 전달되어 초기 작동 토크가 높아지고 요동 토크는 낮아져서 토우인 조정시에 조정기계의 고장을 발생시키는 것을 방지하고, 볼시트 마모에 의한 소음을 방지하며 볼 하우징의 코킹 하중에 따른 회전 토크의 변화를 줄일 수 있으며, 내구 후에도 타이로드의 이탈을 방지할 수 있는 랙과 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 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.
이러한 차량의 조향장치에는 운전석에 배치되는 조향휠과 이에 연결된 조향축, 그리고 조향축과 유니버셜 조인트(Universal Joint)를 통해 연결되는 기어박스 및 조향축을 차체에 고정시킬 수 있도록 그 외부에 장착되는 조향컬럼 등이 구비된 다.
도 1은 종래의 랙과 피니언 방식 조향장치의 일부 사시도이고, 도 2는 종래 랙과 피니언 방식 조향장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1과 도 2에서 도시된 바와 같이 종래의 랙과 피니언 방식 조향장치(100)는 조향축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기구부(130), 랙 기어(미도시)가 형성되어 있고 양단부에 이너 볼 조인트(Inner Ball Joint, 210)를 구비한 랙바(230), 이너 볼 조인트(210)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(110), 타이로드(110)와 연결된 타이로드 엔드(120), 타이로드 엔드(120)의 끝단에 구비된 아우터 볼 조인트(Outer Ball Joint, 125) 및 이너 볼 조인트(210)를 감싸는 벨로우즈(140)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성의 랙과 피니언 방식 조향장치는 랙바(230)에 형성된 랙 기어부와 접하여 동력을 전달하는 피니언 기어를 포함하고 있어, 운전자가 조향휠을 회전시키면 회전력이 조향축(105)과 유니버셜 조인트(미도시)를 통하여 피니언 기어로 전달되며, 전달된 회전력은 랙과 피니언 기어에 의해 직선 방향의 힘으로 변화하여 랙바(230)를 직선운동시킨다.
또한, 랙과 피니언 방식 조향장치는 랙 기어가 형성된 랙바(230)의 좌우측 단부에 이너 볼 조인트(210)가 구비되는데, 이너 볼 조인트(210)는 타이로드(110)와 연결되며, 타이로드(110)는 록너트(150)로 타이로드 엔드(120) 및 아우터 볼 조인트(125)와 연결되어 타이어의 너클(Knuckle)과 연결된다.
이너 볼 조인트(210)는 구 형상의 볼부위(270)를 구비한 타이로드(110), 타 이로드의 볼부위(270)를 감싸며 타이로드(110)와 랙바(230)를 연결시키는 볼 하우징(240), 타이로드의 볼부위(270)와 볼 하우징(240) 사이에 삽입되는 플라스틱 재질의 볼시트(250) 등이 서로 조립되어 연결되는 구조를 갖는다.
즉, 볼 하우징(240)의 내부면에 플라스틱 재질의 볼시트(250)를 삽입하고 여기에 타이로드의 볼부위(270)를 조립한 후 볼 하우징의 플렌지 끝단을 코킹(260)하여 고정시키는 구조로 되어 있다.
이와 같은 종래의 랙과 피니언 방식 조향장치에 있어서, 타이로드의 볼부위와 볼 하우징 및 이들 사이에 삽입하던 볼시트의 조립시 코킹 하중이 볼시트로 전달되어 초기 작동 토크가 높아지고 요동 토크는 낮아져서 토우인 조정시에 조정기계의 고장이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 자동차의 내구가 진행된 후 볼시트의 편마모에 의한 유격 발생으로 나타나는 소음이 많았고, 볼 하우징의 코킹 하중에 따라 볼시트가 압착되어 회전 및 요동 토크값의 변화가 크게 발생되었으며 심한 경우에는 타이로드가 볼 하우징에서 이탈하는 심각한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래에 타이로드의 볼부위와 볼 하우징 및 이들 사이에 삽입하던 볼시트의 조립시 코킹 하중이 볼시트로 전달되어 초기 작동 토크가 높아지고 요동 토크는 낮아져서 토우인 조정시에 조정기계의 고장을 발생시키는 것을 방지하고, 볼시트의 편마모에 의한 소음을 방지하며 볼 하우징의 코킹 하중에 따른 회전 토크의 변화를 줄일 수 있으며, 내구 후에도 타이로드의 이탈을 방지할 수 있는 랙과 피니언 방식 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 랙과 피니언 방식 조향장치에 있어서, 일측은 랙이 형성된 랙바의 단부와 결합되고 타측은 타이로드와 결합되는 요홈 형상의 장착홈을 구비한 볼 하우징; 및 내주면이 타이로드의 볼부위를 감싸도록 일측이 개방된 개방부를 구비한 구면형상으로 형성되며, 상기 볼 하우징의 장착홈에 결합되는 외주면에는 리브 형상으로 돌출되어 형성되는 수개의 돌기부가 구비되어 있는 볼시트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙과 피니언 방식 조향장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 종래에 타이로드의 볼부위와 볼 하우징 및 이들 사이에 삽입하던 볼시트의 조립시 코킹 하중이 볼시트로 전달되어 초기 작동 토크가 높아지고 요동 토크는 낮아져서 토우인 조정시에 조정기계의 고장을 발생시키는 것을 방지하고, 볼시트의 편마모에 의한 소음을 방지하며 볼 하우징의 코킹 하중에 따른 회전 토크의 변화를 줄일 수 있으며, 내구 후에도 타이로드의 이탈을 방지할 수 있 는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 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.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 이하에서는 본 발명이 조향장치 중 특히 이너 볼 조인트에 적용된 경우를 예로 들어 설명할 것이나, 본 발명이 반드시 조향장치 중 이너 볼 조인트에만 한정되어 적용될 수 있는 것은 아니며, 볼 조인트를 매개로 연결된 축이 신축될 필요가 있고 신축 후에는 위치가 고정되어야 하는 다양한 결합 구조에 적용될 수 있음을 밝혀 둔다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙과 피니언 방식 조향장치의 일부를 나타내는 단면도이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 랙과 피니언 방식 조향장치의 볼시트를 나타내는 사시도와 단면도이다.
도 3 내지 도 4b에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 랙과 피니언 방식 조향장치는 일측은 랙이 형성된 랙바(230)의 단부와 결합되고 타측은 타이로드(110)와 결합되는 요홈 형상의 장착홈(315)을 구비한 볼 하우징(310); 및 내주면이 타이로드(110)의 볼부위(270)를 감싸도록 일측이 개방된 개방부(410)를 구비한 구면형상으로 형성되며, 상기 볼 하우징(310)의 장착홈(315)에 결합되는 외주면에는 리브 형상으로 돌출되어 형성되는 수개의 돌기부(420)가 구비되어 있는 볼시트(320);를 포함하여 구성된다.
이너 볼 조인트(210)는 랙바(230)와 타이로드(110)를 연결해 주는 역할을 하는데, 타이로드(110)의 일측 끝단에 형성되어 있는 볼부위(270)와 볼 조인트 결합하여 구성된다.
볼 하우징(310)의 일측은 랙이 형성된 랙바(230)의 단부와 결합되고 타측은 타이로드(110)의 볼부위(270)를 감싸며 결합될 수 있도록 요홈 형상의 장착홈(315)을 구비하고 있는데, 장착홈(315)은 그 개략적인 단면 형상이 "ㄷ" 형상과 "반원" 형상이 결합된 형상으로 형성되며, 이 장착홈(315)에는 볼시트(320)가 삽입되어 타이로드(110)의 볼부위(270)와 결합된다.
볼시트(320)는 내주면이 타이로드(110)의 볼부위(270)를 감싸도록 일측이 개방된 개방부(410)를 구비한 구면형상으로 형성되는데, 볼 하우징(310)의 장착 홈(315)에 결합되는 외주면에는 리브 형상으로 돌출되어 형성되는 수개의 돌기부(420)가 구비되어 있다.
따라서, 볼 하우징(310)의 단부를 코킹하여 이들을 조립할 때, 코킹 하중에 의해 볼 하우징(310)의 내주면과 볼시트(320)의 외주면이 서로 힘을 받으면서 돌기부(420)가 압착되는 소성변형을 하면서 볼 하우징(310)과 볼시트(320)의 면접촉이 가능해지게 되어 초기 기동 토크가 높아지지 않게 된다.
즉, 코킹 작업시 볼 하우징(310)의 말단부에 하중이 집중되므로 볼시트(320)에도 개방부(410)에 하중이 집중되게 되는데, 돌기부(420)의 소성변형이 이루어지면서 응력이 고루 분포되어, 타이로드(110)의 볼부위(270)의 회전 토크가 높아지지 않게 되는 것이다.
여기서, 볼시트(320)의 내주면에는 타이로드(110)의 볼부위(270)와 마찰을 저감하는 그리스가 저장되도록 리브 형상으로 외주면 방향으로 함몰되어 형성되는 수개의 함몰부(430)가 구비될 수 있다.
또한, 볼시트(320)의 개방부(410)에는 볼 하우징(310)과의 코킹 결합시 코킹 하중을 분산할 수 있도록 내주면과 외주면을 절개한 수개의 슬릿(440)이 구비될 수 있다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 랙과 피니언 방식 조향장치의 볼시트를 나타내는 사시도와 단면도이다.
도 5a와 도 5b에 도시된 볼시트(320)는 내주면에 볼 하우징(310)과의 코킹 결합시 소성 변형되면서 타이로드(110)의 볼부위(270)와 면접촉을 유도하도록 리브 형상으로 내주면에서 돌출되어 형성되는 돌출부(510)가 구비되어 있다.
따라서, 볼 하우징(310)의 단부를 코킹하여 이들을 조립할 때, 코킹 하중에 의해 타이로드(110)의 볼부위(270)와 볼시트(320)의 내주면이 서로 힘을 받으면서 돌출부(510)가 압착되는 소성변형을 통해 타이로드(110)의 볼부위(270)와 볼시트(320)가 면접촉이 가능해지게 된다.
또한, 볼시트(320)의 개방부(410)에는 볼 하우징(310)과의 코킹 결합시 코킹 하중을 분산할 수 있도록 내주면과 외주면을 절개한 수개의 슬릿(440)이 구비될 수 있고, 볼시트(320)의 내주면에도 타이로드(110)의 볼부위(270)와 마찰을 저감하는 그리스가 저장되도록 리브 형상으로 외주면 방향으로 함몰되어 형성되는 수개의 함몰부(430)가 구비될 수 있다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 종래에 타이로드의 볼부위와 볼 하우징 및 이들 사이에 삽입하던 볼시트의 조립시 코킹 하중이 볼시트로 전달되어 초기 작동 토크가 높아지고 요동 토크는 낮아져서 토우인 조정시에 조정기계의 고장을 발생시키는 것을 방지하고, 볼시트의 편마모에 의한 소음을 방지하며 볼 하우징의 코킹 하중에 따른 회전 토크의 변화를 줄일 수 있으며, 내구 후에도 타이로드의 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
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.
도 1은 종래의 랙과 피니언 방식 조향장치의 일부 사시도;
도 2는 종래 랙과 피니언 방식 조향장치의 일부를 도시한 단면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙과 피니언 방식 조향장치의 일부를 나타내는 단면도;
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 랙과 피니언 방식 조향장치의 볼시트를 나타내는 사시도와 단면도;
도 5a와 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 랙과 피니언 방식 조향장치의 볼시트를 나타내는 사시도와 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 타이로드 210: 이너 볼 조인트
230: 랙바 270: 볼부위
310: 볼 하우징 315: 장착홈
320: 볼시트 410: 개방부
420: 돌기부 430: 함몰부
440: 슬릿 510: 돌출부

Claims (4)

  1. 랙과 피니언 방식 조향장치에 있어서,
    일측은 랙이 형성된 랙바의 단부와 결합되고 타측은 타이로드와 결합되는 요홈 형상의 장착홈을 구비한 볼 하우징; 및
    내주면이 타이로드의 볼부위를 감싸도록 일측이 개방된 개방부를 구비한 구면형상으로 형성되며, 상기 볼 하우징의 장착홈에 결합되는 외주면에는 리브 형상으로 돌출되어 형성되는 수개의 돌기부가 구비되어 있는 볼시트;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙과 피니언 방식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼시트의 내주면에는 상기 볼 하우징과의 코킹 결합시 소성 변형되면서 상기 타이로드의 볼부위와 면접촉을 유도하도록 리브 형상으로 내주면에서 돌출되어 형성되는 돌출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 랙과 피니언 방식 조향장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 볼시트의 내주면에는 상기 타이로드의 볼부위와 마찰을 저감하는 그리스가 저장되도록 리브 형상으로 외주면 방향으로 함몰되어 형성되는 수개의 함몰부가 구비되는 것을 특징으로 하는 랙과 피니언 방식 조향장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 볼시트의 개방부에는 상기 볼 하우징과의 코킹 결합시 코킹 하중을 분산할 수 있도록 내주면과 외주면을 절개한 수개의 슬릿이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙과 피니언 방식 조향장치.
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