KR20100079270A - 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트에 관한 것이다. 이는 스티어링휠의 중심에 고정되는 상부축과; 상기 상부축의 하단부를 그 내부에 수용하는 커넥팅홀더와; 상기 커넥팅홀더의 수용공간내에 구비되며, 차량의 충돌시 충격을 완화하는 완충부와; 상기 커넥팅홀더에 고정되며 커넥팅홀더를 통해 상부축의 회전토오크를 전달받는 하부축과; 상기 완충부와 완충부에 링크되는 상부축의 일부를 회전 가능하게 감싸며 차체에 고정되는 하부케이싱과; 상기 상부축의 일부를 회전 가능하게 감싸며 차체에 지지되는 상부케이싱과; 상기 상부케이싱 및 하부케이싱을 탄성적으로 당기는 인장스프링을 포함하는 구성을 갖는다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 자동차의 정면 충돌시 밀려들어가는 스티어링휠의 후퇴속도가 매우 신속하여 운전자와 스티어링휠과의 충격량을 효과적으로 줄일 수 있음은 물론 스티어링휠의 후퇴가 종료될 즈음 스티어링휠의 속도를 안정적으로 감쇄할 수 있어 그만큼 완충효율이 뛰어나다.

충격, 완충, 스티어링휠, 감쇄

Description

충격흡수장치를 갖는 조향샤프트{Steering wheel shaft having shock-absorbing device}

본 발명은 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트에 관한 것이다.

자동차에는 자동차의 주행방향을 결정하기 위한 조향장치가 설치되어 있다. 상기 조향장치는 운전석 앞에 있는 스티어링휠(steering wheel)과, 상기 스티어링휠의 회전중심에 고정되며 운전석으로부터 전방으로 하향 경사지도록 설치되는 조향샤프트를 포함한다.

상기 조향샤프트는 스티어링휠의 회전토오크를 바퀴로 전달하여 이를테면 운전자가 스티어링휠을 좌우로 회전시킴에 맞추어 앞바퀴가 진행할 방향을 향하도록 한다. 상기 스티어링휠을 많이 회전시킬수록 차체의 앞뒤 방향에 대한 앞바퀴의 사이각이 커져 차량의 회전반경이 좁아짐은 물론이다.

한편, 상기 조향샤프트에는, 자동차의 정면 충돌시 관성에 의해 전방으로 튀어나가 스티어링휠에 부딪히는 운전자의 부상을 최대한 경감할 수 있도록 충격흡수장치가 설치된다.

도 1은 종래의 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트의 구조 및 문제점을 설명하 기 위하여 도시한 도면이다.

도시한 바와같이, 종래의 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트는, 스티어링휠(11)의 중앙 하부에 고정되며 하향 경사지도록 연장된 상부축(13)과, 상기 상부축(13)의 하단부에 구비되는 조향칼럼(17)과, 상기 조향칼럼(17)에 고정되고 상기 상부축(13)과 동일한 회전 중심축을 갖는 하부축(15)과, 상기 상부축(13)의 대략 중간부위에 구비되는 것으로서 그 내부로 상부축(13)을 통과시키며 차체(미도시)에 고정되는 댐퍼(21)를 포함한다.

상기 댐퍼(21)는 충돌시 충격을 흡수하는 것으로서, 밀폐형 케이싱(21a)과, 상기 케이싱(21a)의 내부에 채워지는 완충액(21b)과, 상기 상부축(13)에 고정되며 완충액(21b)과 함께 케이싱(21a)에 수용된 디스크(21c)를 포함한다.

또한 상기 조향칼럼(17)은 그 내부에 상기 상부축(13)의 하단부를 수용한다. 상기 상부축(13)은 조향칼럼(17)에 끼워진 상태로 길이방향으로 얼마간 이동할 수 있다.

상기 구성을 갖는 조향샤프트에 있어서, 외부와의 충돌에 의해 스티어링휠(11)에 화살표 s방향의 충격이 가해지면, 상기 댐퍼(21)의 작용에 의해 상부축(13)이 s방향으로 이동한다. 이와같이 상부축(13)이 이동함에 따라 스티어링휠(11)에 부딪히는 운전자의 충격이 경감된다.

그런데 상기한 구성을 갖는 종래의 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트는, 댐핑수단으로 유체를 사용하므로, 충격시 화살표 s방향으로 밀려들어가는 스티어링휠(11)의 이른바 후퇴속도가, 운전사가 앞으로 튕겨 나가는 속도에 비하여 매우 느 리므로 그만큼 충격 감쇄효율이 떨어진다는 문제를 갖는다.

또한 상기 케이싱(21a)의 내부에 수용되어 있는 완충액(21b)이 케이싱(21a)으로부터 누설될 수 있다는 문제도 갖는다. 운전 중 상기 케이싱(21a)에는 계속적으로 진동이 가해지는데 이러한 진동에 의해 케이싱(21a)의 밀폐성이 저하하여 상기 완충액(21b)이 누설될 수 있는 것이다. 이러한 문제가 있기 때문에 브레이크오일을 점검하듯이 완충액도 수시로 점검해 줘야 한다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 자동차의 정면 충돌시 밀려들어가는 스티어링휠의 후퇴속도가 매우 신속하여 운전자와 스티어링휠과의 충격량을 현저히 줄일 수 있음은 물론 스티어링휠의 후퇴가 종료될 즈음 스티어링휠의 속도를 안정적으로 감쇄할 수 있어 완충효율이 뛰어난 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트는, 운전자에 의해 조작되는 스티어링휠과; 상기 스티어링휠의 중심에 고정되며 스티어링휠의 회전에 따라 축회전하여 회전토오크를 발생하는 상부축과; 상기 상부축의 하단부를 그 내부에 수용하며 상부축의 회전토오크를 전달받아 회전하는 것으로서, 상기 상부축의 길이방향을 따라 연장된 수용공간을 갖는 커넥팅홀더와; 상기 커넥팅홀더의 수용공간내에 구비되며, 차량의 충돌시 커넥팅홀더의 내부로 진입하는 상부축의 단부에 부딪히며 충격을 완화하는 완충부와; 상기 커넥팅홀더에 고정되며 커넥팅홀더를 통해 상부축의 회전토오크를 전달받는 하부축과; 상기 완충부와 완충부에 링크되는 상부축의 일부를 회전 가능하게 감싸며 차체에 고정되는 하부케이싱과; 상기 상부축의 일부를 회전 가능하게 감싸며 차체에 지지되는 상부케이싱과; 상기 상부케이싱 및 하부케이싱을 탄성적으로 당기는 인장스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부케이싱은 상부축을 회전가능하게 감싸되 상부축의 길이방향으로는 고정되며 그 측부에는 운전자에 대한 스티어링휠의 이격거리를 조절하기 위한 조절수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 완충부는 공기를 수용한 에어튜브 또는 스프링 또는 완충고무 중 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부케이싱의 일측부에는 다수의 홈이 상부축의 길이방향을 따라 등간격으로 마련되어 있고, 상기 조절수단은, 차체에 회동 가능하도록 핀 지지되며 회동운동을 통해 상기 다수의 홈 중 선택된 홈에 그 일단부가 삽입됨으로써 상부케이싱의 길이방향 위치를 고정하고, 차량의 충돌시 파쇄되어 상기 상부케이싱이 인장스프링의 작용에 의해 하부케이싱 측으로 이동하게 하는 회동레버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 자동차의 정면 충돌시 밀려들어가는 스티어링휠의 후퇴속도가 매우 신속하여 운전자와 스티어링휠과의 충격량을 효과적으로 줄일 수 있음은 물론 스티어링휠의 후퇴가 종료될 즈음 스티어링휠의 속도를 안정적으로 감쇄할 수 있어 그만큼 완충효율이 뛰어나다. 또한 충돌 시 스티어링휠의 이동으로 에어백이 차지하는 공간을 확대시켜 에어백으로 인한 2차 부상을 줄일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트를 도시한 단면도이다.

기본적으로 본 실시예에 따른 조향샤프트의 완충동작은 두 단계로 구현된다. 첫 번째 단계는 차량의 충돌시 고정레버(47)가 부러졌을 때 스티어링휠(11)이 인장스프링(45)의 작용에 의해 차량의 전방으로 순간적으로 들어가는 것이고, 두 번째 단계는 스티어링휠(11)이 어느 정도 이동 후 상부축(33)의 하단부가 완충부(39)에 도달하여 서서히 정지하는 것이다. 이러한 동작 메카니즘에 대해서는 차차 후술하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트(31)는, 운전자에 의해 조작되는 스티어링휠(11)과, 상기 스티어링휠(11)의 중앙 하부에 고정되며 길이방향으로 하향 경사지도록 연장된 상부축(33)과, 상기 상부축(33)의 하단부를 그 내부에 수용하며 상부축(33)의 회전토오크를 전달받아 축회전하는 커넥팅홀더(38)와, 상기 커넥텅홀더(38)에 고정되며 상기 상부축(33)과 동축상에 위치하는 하부축(37)을 포함한다.

또한, 상기 커넥팅홀더(38) 및 상부축(33)의 일부를 수용하며 차체(35)에 고정되는 하부케이싱(43)과, 상기 상부축(33)을 회전 가능하게 감싸되 그 하단부가 상기 하부케이싱(43)에 일정부분 겹쳐지는 상부케이싱(41)과, 상기 상하부케이싱(41,43)을 당기는 인장스프링(45)과, 상기 하부케이싱(43)으로부터 상부케이싱(43)을 이격시킨 상태로 상부케이싱(41)을 원하는 위치에 고정함으로써 운전자에 대한 스티어링휠의 이격거리를 조절함과 동시에 충격시 파쇄되는 조절수단을 더 구비한다.

상기 상부축(33)은 스티어링휠(11)의 회전시 축회전하며 회전토오크를 하부로 전달하는 것으로서, 상단부(스티어링휠을 향하는 단부)측에 네크부(33c)를 가진다. 상기 네크부(33c)는 상부축(33)의 외주면에 형성된 일정폭 및 깊이의 홈으로서 상부케이싱(41)의 삽입부(41c)를 수용한다.

상기 상부케이싱(41)은 삽입부(41c)를 통해 네크부(33c)에 걸린다. 특히 상기 상부케이싱(41)이 조절수단을 통해 차체(35)에 지지되므로, 결국 상부축(33)은 상부케이싱(41) 내부에 축회전만 가능할 뿐 상부케이싱(41)에 대한 길이방향 이동이 불가능하다.

상기 상부축(33)의 하단부에는 토크전달부(33b)가 마련되어 있다. 상기 토크전달부(33b)는 도 3에 도시한 바와같이 6각의 단면 형태를 가지며 커넥팅홀더(38)의 내주면에 접한 상태로 커넥팅홀더(38)에 회전 토오크를 전달한다.

한편, 상기 커넥팅홀더(38)는 그 내부로 상기 상부축(33)의 하단부를 수용할 수 있도록 수용공간(38a)을 갖는다. 상기 수용공간(38a)의 내주면은 상기 토크전달부(33b)의 외주면에 형합하도록 각형의 형태를 취하며, 특히 상부축(33)의 길이방향으로 연장되어 있다. 따라서 상기 상부축(33)은 그 하단부가 커넥팅홀더(38)에 끼워진 상태로 커넥팅홀더(38)에 대해 길이방향 이동이 가능하다.

도 3에 상기 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도를 나타내었다.

도 3에 도시한 바와같이, 상기 토크전달부(33b)는 마치 육각볼트의 헤드와 같이 육각의 단면형태를 취한다. 또한 상기 커넥팅홀더(38)의 내주면도 상기 토크전달부(33b)의 외주면에 접하도록 육각의 형태를 갖는다. 이와같이 토크전달부(33b)가 커넥팅홀더(38)의 내주면에 접하므로 상부축(33)의 회전력이 커넥팅홀더(38)로 전달될 수 있는 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 수용공간(38a)내에 완충부(39)가 구비되어 있음을 알 수 있다. 상기 완충부(39)는 차량의 정면 충돌시 커넥팅홀더(38)측으로 진입하는 상부축(33)의 하단부에 부딪히며 상부축의 화살표 z방향 이동 속도를 줄여 충격을 감쇄한다. 상기 완충부(39)의 형식은 매우 다양하며 다만 액체를 사용하지 않는다.

도 4a 내지 도 4c를 통해 상기 완충부(39)의 여러 예를 먼저 설명하기로 한다.

도 4a에 도시한 바와같이, 상기 수용공간(38a)의 내부에 에어(49b)가 충진되어 있는 에어백(49a)이 구비되어 있다. 상기 에어백(49a)은 화살표 z방향으로 진입하는 상부축(33)의 토크전달부(33b)에 부딪히며 충격을 감쇄한다. 공지의 사실과 같이 에어는 액체와 달리 충분한 압축성을 가지므로 뛰어난 완충능력을 가진다.

도 4b의 경우, 상기 에어백(49a)을 대신하여 스프링(51) 및 지지판(51a)이 적용되어 있다. 상기 스프링(51)은 일반적인 스프링으로서 화살표 z 방향으로 들어오는 상부축(33)의 진입 속도를 서서히 줄이며 충격을 감쇄한다. 상기 지지판(51a)은 스프링(51)을 커버하는 일정두께의 판상 부재로서, 상기 토크전달부(33b)에 접한다.

도 4c에는 완충고무(53)가 적용되어 있다. 상기 완충고무(53)는 하니컴 구조의 공극(53a)을 가지므로 탄성 변형성 및 복원성이 뛰어나 상부축(33)과 충돌시 충격을 효과적으로 감쇄한다.

아울러 상기한 도 4a 내지 도 4c의 완충부와 다른 형식의 완충수단을 얼마든지 적용할 수 있음은 물론이다.

도 2로 돌아와 설명을 계속 하기로 한다.

도 2에 도시되어 있는 바와같이, 상기 하부케이싱(43)은 차체(35)에 고정된 상태로 그 내부에 커넥팅홀더(38) 및 상부축(33) 일부를 포함한다. 상기 커넥팅홀더(38)와 상부축(33)이 하부케이싱(43) 내부에서 축회전 가능함은 물론이다. 여하튼 상기 하부케이싱(43)은 상부케이싱(41)측으로 연장되어 상부케이싱(41)의 하단부에 얼마간 겹쳐진다. 상기 겹쳐진 정도는 경우에 따라 달라질 수 있고 겹치지 않을 수 도 있다.

상기 상부케이싱(41)은 차체(35)에 지지될 뿐 고정되지는 않는다. 따라서 차량의 충돌시 스티어링휠(11)에 화살표 F방향 충격이 가해져 후술할 고정레버(47)가 파쇄되면 상부축(33)과 더불어 하부케이싱(41)측으로 이동할 수 있다.

아울러 상기 상부케이싱(41)은 인장스프링(45)을 통해 하부케이싱(43)에 연결된다. 상기 인장스프링(45)은 그 양단부가 상부케이싱(41) 및 하부케이싱(43)에 연결되어 상부케이싱(41)을 하부케이싱(43)측으로 탄력 인장한다. 상기한 바와같이 하부케이싱(43)이 차체에 고정되어 있으므로, 상부케이싱(41)이 고정되어 있는 하부케이싱(43)측으로 당겨지는 구조를 갖는다.

한편, 상기 상부케이싱(41)의 일측부에는 다수의 걸림홈(41a)이 마련되어 있다. 상기 걸림홈(41a)은 상부케이싱(41)의 길이방향을 따라 등간격으로 배치된 홈으로서 고정레버(47)의 일단부를 수용 지지한다. 상기 고정레버(47)은 운전자에 의해 조작되는 것으로서 다수의 걸림홈(41a) 중 선택된 하나의 걸림홈(41a)에 끼워져 운전자에 대한 스티어링휠(11)의 거리를 고정한다. 상기 고정레버(47)을 다른 걸림홈(41a)에 끼우면 스티어링휠(11)의 위치가 변경됨은 당연하다. 결국 상기 고정레버(47)은 운전자에 대한 스티어링휠의 이격거리를 조절하기 위한 조절수단의 역할을 하는 것이다.

도 5는 상기 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다.

도시한 바와같이, 상기 상부케이싱(41)의 하부에 고정레버(47)이 구비되어 있다. 상기 고정레버(47)는 핀(47a)을 통해 차체(35)의 외향면(35a)에 회동 가능하도록 설치되며 그 일단부가 상기 걸림홈(41a)에 끼워진다.

상기 고정레버(47)을 화살표 b방향으로 회동시키면 고정레버(47)의 일단부가 상기 걸림홈(41a)에 끼워지고, 반대방향으로 회동시키면 고정레버(47)가 상부케이싱(41)으로부터 분리된다. 상기 외향면(35a)이라 함은 운전자를 향해 노출된 노출면을 의미한다.

특히 상기 고정레버(47)는 핀(47a)을 통해 외향면(35a)에 (단지 회동 가능하도록) 지지되어 있으므로, 임의의 걸림홈(41a)에 끼워진 상태의 고정레버(47)는 상부케이싱(41)을 고정하는 스토퍼의 역할을 한다. 상기 고정레버(47)가 걸림홈(41a)으로부터 분리되거나 또는 (차량의 충돌에 의한 충격에 의해) 차체(35)로부터 아예 떨어져 나가면, 상기 인장스프링(45)의 작용에 의해 상부케이싱(41)이 하부케이싱(43)측으로 딸려 들어간다.

아울러, 상기 고정레버(47)는 차량의 충돌시 운전자가 스티어링휠(11)에 부딪히는 순간의 힘, 또는 운전자가 앞으로 쏠리지 않으려고 스티어링휠(11)을 잡고 버티는 힘에 의해 걸림홈(41a)으로부터 쉽게 이탈될 수 있도록 설계된다. 특히 상기 운전자가 스티어링휠(11)에 부딪히는 순간의 충격이 운전자가 부상을 입지 않을 정도의 약한 충격이어야 함은 물론이다.

고정레버(47)를 걸림홈(41a)으로부터 이탈시키는 방법은, 고정레버(47)가 상기한 약한 충격이나 힘에 의해 부러지도록 하거나 또는 고정레버(47)를 핀(47a)으로부터 분리하는 것 등이 있을 수 있다.

상기 구성을 갖는 본 실시예의 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트(31)에 있어서, 차량의 충돌시 스티어링휠(11)에 화살표 F방향의 힘이 가해지면 먼저 상기 걸림홈(41a)으로부터 고정레버(47)가 분리된다.

상기 고정레버(47)가 분리되는 순간 인장스프링(45)의 작용에 의해 상부케이싱(41)이 상부축(33) 및 스티어일휠(11)과 함께 하부케이싱(43)측으로 순간적으로 이동한다. 이와 같이 스티어링휠(11)이 화살표 z방향으로 이동함에 의해 운전자와 스티어링휠(11)의 강한 충돌을 피할 수 있게 된다.

상기 인장스프링(45)에 의해 화살표 z 방향으로 이동하는 상부축(33)은 마침내 완충부(39)에 도달하고 완충부(39)에 의해 서서히 정지한 후 멈춘다. 상기 완충부(39)의 작용에 의해 스티어링휠(11)이 부드럽게 정지하여 운전자의 부상을 최대 한 방지할 수 있는 것이다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 종래의 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트의 구조 및 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트를 도시한 단면도이다.

도 3은 상기 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 상기 도 2에 도시한 완충부의 여러 예를 나타내 보인 도면이다.

도 5는 상기 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11:스티어링휠 13:상부축 15:하부축

17:조향칼럼 21:댐퍼 21a:케이싱

21b:완충액 21c:디스크 31:조향샤프트

33:상부축 33b:토크전달부 33c:네크부

35:차체 35a:외향면 37:하부축

38:커넥팅홀더 38a:수용공간 39:완충부

41:상부케이싱 41a:걸림홈 41c:삽입부

43:하부케이싱 45:인장스프링 47:고정레버

47a:핀 49a:에어백 49b:에어

51:스프링 51a:지지판 53:완충고무

53a:공극

Claims (4)

1. 운전자에 의해 조작되는 스티어링휠과;

   상기 스티어링휠의 중심에 고정되며 스티어링휠의 회전에 따라 축회전하여 회전토오크를 발생하는 상부축과;

   상기 상부축의 하단부를 그 내부에 수용하며 상부축의 회전토오크를 전달받아 회전하는 것으로서, 상기 상부축의 길이방향을 따라 연장된 수용공간을 갖는 커넥팅홀더와;

   상기 커넥팅홀더의 수용공간내에 구비되며, 차량의 충돌시 커넥팅홀더의 내부로 진입하는 상부축의 단부에 부딪히며 충격을 완화하는 완충부와;

   상기 커넥팅홀더에 고정되며 커넥팅홀더를 통해 상부축의 회전토오크를 전달받는 하부축과;

   상기 완충부와 완충부에 링크되는 상부축의 일부를 회전 가능하게 감싸며 차체에 고정되는 하부케이싱과;

   상기 상부축의 일부를 회전 가능하게 감싸며 차체에 지지되는 상부케이싱과;

   상기 상부케이싱 및 하부케이싱을 탄성적으로 당기는 인장스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상부케이싱은 상부축을 회전가능하게 감싸되 상부축의 길이방향으로는 고정되며 그 측부에는 운전자에 대한 스티어링휠의 이격거리를 조절하기 위한 조절수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 완충부는;

   공기를 수용한 에어튜브 또는 스프링 또는 완충고무 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 상부케이싱의 일측부에는 다수의 홈이 상부축의 길이방향을 따라 등간격으로 마련되어 있고,

   상기 조절수단은, 차체에 회동 가능하도록 핀 지지되며 회동운동을 통해 상기 다수의 홈 중 선택된 홈에 그 일단부가 삽입됨으로써 상부케이싱의 길이방향 위치를 고정하고, 차량의 충돌시 파쇄되어 상기 상부케이싱이 인장스프링의 작용에 의해 하부케이싱 측으로 이동하게 하는 회동레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격흡수장치를 갖는 조향샤프트.

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