KR20110058387A - 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 일측에서 모터와 결합되어 하부에 위치한 웜휠을 회전시키는 웜샤프트가 하우징 내에 구비되는 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조에 있어서, 상기 웜샤프트의 타측은 하우징에 형성된 장착홀이 삽입되며, 상기 장착홀의 내부에는, 상기 웜샤프트와 결합되고 일측으로 제1경사면이 형성된 베어링조립체;와 상기 웜샤프트가 관통하며 베어링조립체에 형성된 제1경사면과 마주하도록 제2경사면이 형성된 지지체;와 일측이 상기 지지체와 결합된 탄성부재; 및 모터의 배치방향으로 상기 지지체가 가압되도록 장착홀의 일측에 삽입고정되는 플러그;가 구성되어, 상기 베어링조립체와 지지체가 제1경사면과 제2경사면에서 면접촉하여 슬라이딩함에 따라 웜샤프트가 틸팅(tiling)되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 수직력 뿐만 아니라 횡력에 대한 유격 보상이 수행되는 구조로서 웜휠과 웜샤프트의 장착 후에도 다른 변동요인에 대응하여 더 효율적으로 유격을 보상할 수 있는 효과가 있다.

웜샤프트, 웜휠, 모터

Description

전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조{Installation structure of worm-shaft for motor driven power steering apparatus}

본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터와 결합하여 웜휠로 동력을 전달하는 웜샤프트의 장착 구조에 있어 종래의 유격보상장치와는 달리 2축 방향에서 작용하는 힘에 의해 발생된 유격을 조절할 수 있는 웜샤프트의 장착 구조에 관한 것이다.

전동식 파워 스티어링(MDPS: Motor Driven Power Steering)은 기존의 유압식 파워 스티어링을 전기 모터로 대체하여 전자제어를 통한 조향력을 보조하는 장치로서, 오일탱크, 펌프, 호스 등 유압부품을 제거하고 모터 및 제어장치가 적용된 차량의 동력 조향 장치이다.

상기 전동식 파워 스티어링 장치는 유압식에 비하여 상대적으로 부피가 작고 중량이 더 적으므로, 승용차량 등에서 현재 널리 사용되고 있다.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 전동식 파워 스티어링 장치는, 스티어링휠(6)과 기어박스를 연결하며 모터(3)를 구비한다. 상기 모터(3)와 연결된 컬럼샤프트(5)는 끝단에서 유니버셜 조인트로 기어박스로 연결되고, 상기 기어박스는 양측단에서 각각 볼조인트(7a, 7b)가 결합된 샤프트들을 랙피니온(rack and pinion)방식으로 좌우로 이동시키며, 각각의 볼조인트(7a, 7b)는 타이로드를 통해 좌우 로드휠의 너클(knuckle)에 각각 연결된다.

이 중, 모터가 구비되는 부분을 더욱 상세하게 살펴보면, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 하우징(미도시)의 내부에서 웜휠(1)은 스티어링휠과 연결된 컬럼샤프트(5)가 중심에 삽입되도록 결합된다. 그리고, 상기 웜휠(1)은 모터(3)와 결합되고 외주면에 나사산이 형성된 웜샤프트(2)와 치합된다. 상기 웜샤프트(2)의 끝단에는 도 1c 에 도시된 바와 같이 하우징(10) 내에 형성된 장착홀(11)에 삽입되는 베어링(4)이 결합된다.

하지만, 모터(3)의 가감속(加減速) 및 토크 변동에 따라 웜샤프트(2)와 웜휠(1) 간의 치합은 균일하게 유지되지 못하고, 도 1b 의 하단에 도시된 바와 같이 유격이 발생하여 소음을 유발하는 문제점이 있었다.

이를 방지하기 위하여, 종래에는 하우징에 형성된 장착홀의 수직 방향 위에서 추가적으로 홀을 더 형성시키고 상기 홀에 스프링을 삽입함으로서 베어링을 탄성적으로 가압하는 방식이 적용되었다.

이러한 방식은 웜샤프트와 웜휠의 장착 시에는 적정한 유격을 확보할 수 있는 효과가 있었으나, 조립 후의 치마모(tooth wear), 습기 흡수로 인한 웜휠의 직경 팽창 및 수축에 따라 발생된 유격은 효율적으로 보상하지 못하였다.

또한, 도 1c 에 도시된 바와 같이, 웜샤프트(2)는 웜휠(1)에 장착할 때 발생 하는 종방향의 수직력 뿐만 아니라 웜휠의 회전 시 반발력으로 작용하는 횡력 또한 발생한다.

(도 1c 에서는 일방향으로만 표기되었으나) 상기 횡력은 모터의 회전 방향에 따라 작용하는 방향이 달라진다. 그리고, 차량의 고성능화에 따라 횡력에 대한 유격 보상은 수직력에 대한 유격 보상과 더불어 소음방지 및 내구성 향상을 위하여 중요하게 고려되고 있다.

따라서, 본 발명은 웜샤프트에 작용되는 수직력에 대한 유격 흡수 뿐만 아니라 횡력에 대한 유격 흡수 기능도 갖는 웜샤프트의 장착 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일측에서 모터와 결합되어 하부에 위치한 웜휠을 회전시키는 웜샤프트가 하우징 내에 구비되는 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조에 있어서,상기 웜샤프트의 타측은 하우징에 형성된 장착홀이 삽입되며, 상기 장착홀의 내부에는, 상기 웜샤프트와 결합되고 일측으로 제1경사면이 형성된 베어링조립체;와 상기 웜샤프트가 관통하며 베어링조립체에 형성된 제1경사면과 마주하도록 제2경사면이 형성된 지지체;와 일측이 상기 지지체와 결합된 탄성부재; 및 모터의 배치방향으로 상기 지지체가 가압되도록 장착홀의 일측에 삽입고정되는 플러그;가 구성되어, 상기 베어링조립체와 지지체가 제1경사면과 제2경사면에서 면접촉하여 슬라이딩함에 따라 웜샤프트가 틸팅(tiling)되는 것을 특징으로 한다.

상기 베어링조립체는, 상기 웜샤프트가 중심에 끼워지는 링 형상의 베어링;과 일측면은 상기 베어링에 면접촉하여 결합되고 타측면은 제1경사면이 형성된 활주부재;로 이루어진다.

그리고, 웜샤프트와 웜휠의 초기 치합시 발생하는 유격을 더 용이하게 보상할 수 있도록, 상기 제1경사면은 상측의 가로길이 보다 하측의 가로길이가 더 길게 형성되고, 상기 제2경사면은 하측의 가로길이 보다 상측의 가로길이가 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 활주부재와 지지체 중 어느 하나 이상은 형상변형이 가능한 탄성체인 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 수직력 뿐만 아니라 횡력에 대한 유격 보상이 작동되는 구조로서 웜휠과 웜샤프트의 장착 후에도 다른 변동요인에 대응하여 더 효율적으로 유격을 보상할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 이와 같은 유격보상에 따라 소음 발생을 억제하고, 치마모를 방지하며 내구성을 증대시키는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 웜샤프트(20)는, 일단이 모터와 결합되고 외주면에 형성된 나사산은 웜휠의 기어이(gear tooth)에 치합되며 타단은 하우징(10)에 형성된 장착홀(11)에 삽입된다.

도 2 를 참조하여 장착홀(11) 내부의 모습을 더욱 자세히 설명하면, 상기 웜 샤프트(20)에는 베어링(31)과 활주부재(32)로 이루워진 베어링조립체(30) 및 지지체(40) 그리고 탄성부재(50)가 순차적으로 끼워진다.

상기 베어링조립체(30)는 통상적인 구성을 갖는 베어링(31)과 상기 베어링(31)의 일면에 결합되고 도시된 바와 같이 상측의 가로길이가 하측의 가로길이보다 더 짧게 형성되어 일측으로 소정의 각도로 제1경사면을 형성하는 활주부재(32)로 구성된다. 상기 웜샤프트(20)는 활주부재(32)를 관통하되, 활주부재(32)는 웜샤프트(20)의 회전에 영향을 주지않는다.

그리고, 상기 지지체(40)는 활주부재(32)의 제1경사면과 마주하도록 즉, 상측 가로길이가 하측 가로길이보다 더 길게 제2경사면이 형성된다, 상기 지지체(40) 또한 웜샤프트(20)가 관통하되, 지지체(40)가 웜샤프트의 회전에 간섭되지 않도록 구성된다.

상기 지지체는 제2경사면의 반대측에 탄성부재(50)가 연결된다, 상기 탄성부재(50)는 웜샤프트(20)가 용이하게 삽입될 수 있도록 통상적인 코일스프링인 것이 바람직하다.

그리고, 장착홀(11)의 끝단에는 플러그(60)가 끼워진다. 상기 플러그는 탄성부재(60)를 가압하며 고정되므로, 탄성부재(60)의 탄성력에 따라서 삽입길이는 달라질 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 웜샤프트 장착 구조에서 웜샤프트의 동작에 따른 베어링조립체와 지지체의 거동을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4 는 도 2 에서 원 안 표시된 부분을 순차적으로 도시한 것이다. 도 3 을 참조하면, 웜샤프트(20)를 하우징(10)에 처음 장착할 때 웜샤프트(20)의 일측은 소정의 깊이로 장착홀(11)에 삽입되어 베어링조립체(30), 지지체(40) 및 탄성부재(50)를 관통한다. 상기 베어링조립체(30)는 장착 위치가 고정되어 웜샤프트(20)와 연동하며, 지지체(40)는 웜샤프트(20)와 별도로 장착홀(11) 내부에서 활주가능하다. 그리고, 상기 웜샤프트(20)는 웜휠과 완전하게 치합되지 않고 약간 떠 있는 상태(수직방향으로의 유격이 발생한 상태)이다.

상기 장착홀(11)의 끝단에서 플러그(60)가 삽입됨에 따라, 탄성부재(50)는 탄성압축되며 지지체(40)를 우측으로 가압하게 된다. 가압된 지지체(40)는 제2경사면이 활주부재(32)의 제1경사면을 타고 좌측으로 이동하며 웜샤프트(20)를 하향 이동시킨다. 따라서, 웜샤프트(20)와 웜휠은 완전하게 치합되며, 이러한 치합은 탄성력에 의해 지지되므로 웜샤프트(20)와 웜휠 간의 소음 및 진동을 더욱 효과적으로 억제한다. 한편, 상기 플러그(60)는 삽입정도에 따라서 탄성부재(50)의 탄성력을 조절할 수 있도록 외주면에 나사산이 형성된 볼트로 구성되고, 장착홀에는 볼트결합되도록 내주면에 암나사산이 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 전술한 바와 같이 습기 흡수로 인한 웜휠의 직경 팽창 등과 같은 이유로 웜샤프트에 (도 4 에서 우측 방향으로) 횡력이 발생하면, 활주부재(50)가 지지체(40) 및 탄성부재(50)를 가압함과 동시에 웜샤프트(20)가 우측 이동으로 이동하게 되어 (횡측 방향) 유격이 보상된다. 그리고, 자연 건조로 웜휠의 직경이 원크기로 돌아온 경우, 즉, 횡력의 발생 요인이 사라진 경우, 압축되었던 탄성부재(50) 의 탄성력에 의해 지지체(40)는 활주부재(32)를 좌측으로 밀어내며 웜샤프트(20)는 원위치로 복귀하여 웜휠과의 유격이 조절된다.

한편, 상기 활주부재(32)와 지지체(40)는 장착홀 내에서 마찰을 방지하고 활주가 더 용이하며 파손이 방지되도록 형상의 탄성변형이 가능한 합성수지재인 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1a 는 전동식 파워 스티어링 장치의 주요 구성요소를 도시한 사시도,

도 1b 는 전동식 파워 스티어링 장치에서 웜샤프트와 웜기어가 치합된 모습을 도시한 사시도 및 유격이 발생된 모습을 개략적으로 도시한 참고도,

도 1c 는 종래의 방식에 따라 웜샤프트가 장착된 모습을 도시한 단면도,

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웜샤프트가 장착홀 내에 삽입된 모습을 도시한 단면도,,

도 3 는 본 발명의 웜샤프트 장착 구조에서 수직력에 대한 유격을 보상하도록 거동하는 모습을 순차적으로 도시한 단면도,

도 4 는 본 발명의 웜샤프트 장착 구조에서 횡력에 대한 유격을 보상하도록 거동하는 모습을 순차적으로 도시한 단면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

2 : 배출홀 3 : 유도홀

4 : 댐핑부

Claims (4)

1. 일측에서 모터와 결합되어 하부에 위치한 웜휠을 회전시키는 웜샤프트가 하우징 내에 구비되는 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조에 있어서,

   상기 웜샤프트의 타측은 하우징에 형성된 장착홀이 삽입되며,

   상기 장착홀의 내부에는, 상기 웜샤프트와 결합되고 일측으로 제1경사면이 형성된 베어링조립체;와 상기 웜샤프트가 관통하며 베어링조립체에 형성된 제1경사면과 마주하도록 제2경사면이 형성된 지지체;와 일측이 상기 지지체와 결합된 탄성부재; 및 모터의 배치방향으로 상기 지지체가 가압되도록 장착홀의 일측에 삽입고정되는 플러그;가 구성되어,

   상기 베어링조립체와 지지체가 제1경사면과 제2경사면에서 면접촉하여 슬라이딩함에 따라 웜샤프트가 틸팅(tiling)되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링조립체는,

   상기 웜샤프트가 중심에 끼워지는 링 형상의 베어링;과

   일측면은 상기 베어링에 면접촉하여 결합되고 타측면은 제1경사면이 형성된 활주부재;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 활주부재와 지지체 중 어느 하나 이상은 형상변형이 가능한 탄성체인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1경사면은 상측의 가로길이 보다 하측의 가로길이가 더 길게 형성되고, 상기 제2경사면은 하측의 가로길이 보다 상측의 가로길이가 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 장치용 웜샤프트의 장착 구조.

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