KR20120034906A - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 엔드캡을 볼너트의 내측에 조립한 상태에서 볼을 주입할 수 있고 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있으며, 볼의 주입을 위한 별도의 조립 치구가 필요하지 않게 되어 제조 및 조립 공정을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노면으로부터 바퀴와 랙바를 통해 전달되는 충격과 진동, 또는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 랙하우징 등을 통해 발생되는 소음을 흡수하며 작동을 원활하게 하고 소음을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
자동차의 동력 보조 조향장치는 일반적으로 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 최근에는 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화 되어 가고 있다.
일반적인 전동식 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
보조 동력 기구는 운전자가 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서, 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터 및 벨트를 매개로 모터에서 발생한 보조 동력을 랙바에 전달하는 벨트식 전동장치를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1과 도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 자동차의 횡 방향으로 연장되어 외주면 일측에 랙 기어를 구비하는 랙바(140), 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 구비하는 피니언축(110), 볼(220)을 매개로 외주스크류홈(145)과 맞물리는 볼너트(210), 볼너트(210)와 모터축(155)을 연결하는 벨트식 전동장치(160) 및 모터(150)를 포함하여 구성된다.
피니언축(110)은 조향축을 통해 조향휠에 연결되고, 외주면 일측에 일정 길이의 외주스크류홈(145)이 형성되어 있는 랙바(140)는 랙하우징(120)에 내장된다.
벨트식 전동장치(160)는 모터축(155) 및 볼너트(210)를 연결하는 벨트를 포함하여 형성되며, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(150)에서 발생하는 조향 보조 동력을 볼너트(210)를 통해 랙바(140)에 전달한다.
도 2에서 도시하는 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 외주면에 외주스크류홈(145)을 구비하는 랙바(140), 볼(220)이 순환하는 중간 경로(215)를 구비하는 볼너트(210), 상기 랙바의 외주스크류홈(145)과 중간 경로(215)에 접하면서 구름이동 하는 볼(220), 상기 볼너트(210)의 끝단에 부착되는 엔드캡(230) 등을 포함하여 구성된다.
이와 같은 랙구동형 동력 보조 조향장치는 볼(220)이 랙바(140)의 외주스크류홈(145)과 볼너트(210)의 내주스크류홈과 접촉하면서 구름에 의한 이동에 의하여 랙바(140)를 슬라이딩시키게 된다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 엔드캡이 볼너트의 외부로 노출되고 볼이 급격한 방향 전환을 하여 볼순환시 충격음과 마찰음이 커지는 문제점이 있었고, 볼의 주입시 조립 치구를 이용하여 볼을 주입하고 다시 엔드캡을 체결하여야 하는 공정상의 비효율적인 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 엔드캡을 볼너트의 내측에 조립한 상태에서 볼을 주입할 수 있고 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있으며, 볼의 주입을 위한 별도의 조립 치구가 필요하지 않게 되어 제조 및 조립 공정을 단축할 수 있게 하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 성취하기 위한 본 발명의 일실시예는, 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바와; 볼을 매개로 상기 랙바와 결합되도록 내주면에 상기 외주스크류홈에 대응되는 내주스크류홈을 구비하고, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로가 형성되어 있는 볼너트와; 일측은 상기 볼순환로와 연통되고 타측은 상기 외주스크류홈과 내주스크류홈에 연통되는 볼주입로가 구비되며, 상기 볼너트의 내측 양단에 각각 결합되는 엔드캡; 및 상기 엔드캡의 외측에 각각 결합되어 상기 볼의 이탈을 방지하는 엔드캡 링;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 엔드캡을 볼너트의 내측에 조립한 상태에서 볼을 주입할 수 있고 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있으며, 볼의 주입을 위한 별도의 조립 치구가 필요하지 않게 되어 제조 및 조립 공정을 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 부분단면도;
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 엔드캡 링을 나타내는 사시도;
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 조립도;
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 엔드캡을 나타내는 분해 사시도;
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 엔드캡 링과 엔드캡이 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
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.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 부분단면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 엔드캡 링을 나타내는 사시도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 조립도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 엔드캡을 나타내는 분해 사시도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 엔드캡 링과 엔드캡이 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 외주면에 외주스크류홈(145)이 형성되어 있는 랙바(140)와; 볼(220)을 매개로 상기 랙바(140)와 결합되도록 내주면에 상기 외주스크류홈(145)에 대응되는 내주스크류홈(315)을 구비하고, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로(317)가 형성되어 있는 볼너트(310)와; 일측은 상기 볼순환로(317)와 연통되고 타측은 상기 외주스크류홈(145)과 내주스크류홈(315)에 연통되는 볼주입로(345)가 구비되며, 상기 볼너트(310)의 내측 양단에 각각 결합되는 엔드캡(340); 및 상기 엔드캡(340)의 외측에 각각 결합되어 상기 볼(220)의 이탈을 방지하는 엔드캡 링(330);을 포함하여 구성된다.
이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단에 의해 작동되는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 전동모터와, 전동모터의 축에 고정된 구동풀리(미도시) 및, 상기 구동풀리에 감겨진 구동벨트 등으로 이루어지고, 종동수단은 랙바(140)를 감싸는 랙하우징의 내부에 랙바(140)를 지지하는 볼너트(310), 및 볼너트(310)를 회전시키는 종동풀리(미도시) 등으로 이루어진다.
전동모터의 구동풀리와 종동풀리는 서로 평행하게 배치되며, 이 구동풀리와 종동풀리에는 구동벨트가 끼워져 전동모터의 회전력을 볼너트(310)에 전달하고, 볼너트(310)의 동작에 의하여 랙바(140)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(310)는 볼(220)을 매개로 랙바(140)와 결합되어 구동 벨트에 결합되는 구동풀리와 종동풀리에 의해 회전하면서 그 회전력으로 상기 랙바(140)를 슬라이딩시키게 된다.
볼너트(310)와 랙바(140)에는 랙바(140)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(140)의 외주면에 반구형 또는 반타원형 단면의 나선형으로 마련되는 외주스크류홈(145)과, 이에 삽입되는 볼(220) 및, 외주스크류홈(145)과 대응되게 볼너트(310)의 내주면에 반구형 또는 반타원형 단면의 나선형으로 마련되는 내주스크류홈(315)으로 이루어진다.
볼(220)을 매개로 랙바(140)와 결합되는 볼너트(310)는 내주면에 내주스크류홈(315)이 형성된 중공관으로서, 내주면과 외주면의 사이에는 랙바(140)의 중심축 방향으로 관통되게 형성되는 볼순환로(317)가 형성되어 있어서, 볼너트(310)가 회전하면서 랙바(140)를 슬라이딩시킬 때 볼(220)이 랙바(140)와 볼너트(310)의 스크류홈과 볼순환로(317)를 통해 어느 일측 방향으로 순환되도록 되어 있다.
그리고, 볼너트(310)의 내측에는 볼(220)의 주입과 순환이 이루어지도록 엔드캡(340)이 결합되고, 엔드캡(340)의 외측에는 엔드캡(340)과 결합되어 볼(220)의 이탈을 방지하는 엔드캡 링(330)이 결합되며, 엔드캡 링(330) 각각의 외측에는 스토퍼(320)가 결합되어 엔드캡(340)과 엔드캡 링(330)이 볼너트(310)의 내측에서 이탈되지 않고 고정되도록 되어 있다.
엔드캡(340)은 볼(220)이 순환되는 볼너트(310)의 내측 양단에 각각 결합되는데, 일측은 볼순환로(317)와 연통되고 타측은 랙바(140)와 볼너트(310)의 외주스크류홈(145) 및 내주스크류홈(315)과 연통되는 볼주입로(345)가 형성되어 있으며, 볼순환로(317)와 연통되는 방향으로 볼주입로(345)를 관통하는 볼주입공(343)이 구비되어 있어서, 랙바(140)와 볼너트(310)의 결합 후 외부에서 볼(220)의 주입이 가능하게 되어 있다.
또한, 볼너트(310)의 내측 양단에서 엔드캡(340)을 지지하며 결합되는 엔드캡 링(330)에는 일측면에 중심축 방향으로 돌출되며 형성되는 돌기부(335)가 구비되어 있어서, 이 돌기부(335)가 엔드캡(340)의 볼주입공(343)에 삽입되며 결합되어 볼주입 후 볼(220)의 이탈을 방지하게 되어 있다.
돌기부(335)는 엔드캡(340)과 결합되어 일측 단부는 볼순환로(317)를 형성하면서 볼(220)의 순환이 가능하도록 볼주입로(345)와 연통되며 곡면으로 형성되는 볼안착홈(337)이 형성되어 있다.
따라서, 볼(220)의 주입후에는 돌기부(335)가 볼주입공(343)을 막아서 볼(220)의 이탈을 방지하면서 동시에 볼안착홈(337)을 통해 볼(220)의 순환이 가능하게 되어 있다.
이러한 볼안착홈(337)은 볼주입로(345)의 곡률 반경과 동일하게 형성되며, 볼주입로(345)에 접선 방향으로 연결되게 형성되어 있어서, 볼(220)의 순환시 걸림감이 없고 매끄럽게 볼(220)의 순환이 가능하게 된다.
이와 같은 엔드캡(340)은 금속재질 또는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성될 수 있는데, 볼주입로(345)를 따라서 둘 이상으로 분리 형성될 수 있으며, 분리 형성후 결합될 수 있도록 분리면에 체결수단(347a, 347b)을 구비하고 있으며, 도 6에서는 엔드캡(340)이 두개(340a, 340b)로 분리 형성되어 결합되는 예를 대표적으로 예시하였다.
여기서, 분리 형성된 엔드캡(340)을 결합 고정시키는 체결수단은 도 6에 도시된 것처럼 엔드캡(340) 분리면의 각각 대응되는 위치에 돌출 형성되는 체결돌기(347a)와, 체결돌기(347a)가 삽입 결합되도록 요홈으로 형성되는 체결홈(347b)으로 형성된다. 다만, 이와 같은 체결수단은 대표적인 예시일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본딩이나 융착에 의한 결합도 가능하다.
한편, 이와 같은 엔드캡(340)은 볼(220)의 주입 및 볼(220)의 순환이 걸림감이 없이 매끄럽게 이루어지도록, 볼주입로(345)가 랙바(140)의 외주스크류홈(145)과 연결되는 부위의 곡률 반경이 외주스크류홈(145)의 곡률 반경과 동일하게 형성된다.
또한, 볼주입로(345)가 외주스크류홈(145)과 내주스크류홈(315)에 접선 방향으로 연결되게 형성되며, 볼너트(310)의 볼순환로(317)와 연통되는 부위로부터 외주스크류홈(145) 및 내주스크류홈(315)과 연통되는 부위까지 포크 형상으로 형성되어 있어서, 볼너트(310)와 엔드캡(340)의 조림후 볼(220)의 주입시 볼(220)이 부드럽게 순환되면서 주입이 가능하게 되어 있다.
따라서 도 3과 도 5에 도시된 것처럼 랙바(140)와 볼너트(310)를 결합하고 엔드캡(340)을 결합한 후 어느 일측에 엔드캡 링(330)의 결합전에 엔드캡(340)의 볼주입공(343)을 통해 볼주입로(345)에 볼(220)을 주입하게 되면 볼(220)이 볼주입로(345)를 통해 볼순환로(317)와 외주스크류홈(145) 및 내주스크류홈(315)에 부드럽게 순환되면서 주입되게 된다.
이렇게 볼(220) 주입이 완료되면 엔드캡 링(330)의 돌기부(335)를 엔드캡(340)의 볼주입공(343)에 결합하고 엔드캡 링(330)의 외측에 스토퍼(320)를 결합하여 조립을 완료하게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 엔드캡을 볼너트의 내측에 조립한 상태에서 볼을 주입할 수 있고 볼의 순환시 충격음과 마찰음을 줄일 수 있으며, 볼의 주입을 위한 별도의 조립 치구가 필요하지 않게 되어 제조 및 조립 공정을 단축할 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. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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.
140: 랙바 145: 외주스크류홈
310: 볼너트 315: 내주스크류홈
317: 볼순환로 320: 스토퍼
330: 엔드캡 링 340: 엔드캡
343: 볼주입공 345: 볼주입로

Claims (10)

  1. 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바;
    볼을 매개로 상기 랙바와 결합되도록 내주면에 상기 외주스크류홈에 대응되는 내주스크류홈을 구비하고, 내주면과 외주면 사이에는 축방향으로 관통된 볼순환로가 형성되어 있는 볼너트;
    일측은 상기 볼순환로와 연통되고 타측은 상기 외주스크류홈과 내주스크류홈에 연통되는 볼주입로가 구비되며, 상기 볼너트의 내측 양단에 각각 결합되는 엔드캡; 및
    상기 엔드캡의 외측에 각각 결합되어 상기 볼의 이탈을 방지하는 엔드캡 링;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트의 내측에 결합되어 상기 엔드캡 링을 고정하는 스토퍼를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드캡은 상기 볼순환로와 연통되는 방향으로 상기 볼주입로를 관통하는 볼주입공을 구비하고, 상기 엔드캡 링은 일측면에 축방향으로 돌출된 돌기부가 구비되어 상기 돌기부가 상기 볼주입공에 삽입되며 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 볼주입로와 연통되며 볼의 순환이 가능하게 일측 단부에 곡면으로 형성되는 볼안착홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼안착홈은 상기 볼주입로의 곡률 반경과 동일하게 형성되며 상기 볼주입로에 접선 방향으로 연결되게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드캡은 상기 볼주입로를 따라서 두개 이상으로 분리 형성되어 결합될 수 있도록 분리면에 체결수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 체결수단은 상기 엔드캡의 분리면에 서로 대응되는 위치에 구비되는 체결돌기와 체결홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드캡의 볼주입로는 상기 외주스크류홈과 내주스크류홈에 연결되는 부위의 곡률 반경이 상기 외주스크류홈과 내주스크류홈의 곡률 반경과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드캡의 볼주입로는 상기 외주스크류홈과 내주스크류홈에 접선 방향으로 연결되게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드캡의 볼주입로는 상기 볼이 부드럽게 순환되며 주입이 가능하도록 상기 볼순환로와 연통되는 부위로부터 상기 외주스크류홈 및 내주스크류홈과 연통되는 부위까지 포크 형상으로 휘는 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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