KR20120139964A - 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 간단한 구조와 형상의 벨로우즈를 이용하여 랙 하우징과 타이로드에 벨로우즈의 조립시 필요한 힘을 감소시킴과 동시에 벨로우즈의 수축 이완시 랙 하우징으로부터의 이탈을 방지하고 기밀성을 높여 외부로부터의 먼지나 이물질의 유입을 막을 수 있게 되며, 조립 공정과 조립성을 향상시키고 원가를 절감하는 효과가 있게 된다.

Description

자동차의 랙 피니언 방식 조향장치{Rack and Pinion Type Steering Apparatus for Vehicle}

본 발명의 실시예는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 간단한 구조와 형상의 벨로우즈를 이용하여 랙 하우징과 타이로드에 벨로우즈의 조립시 필요한 힘을 감소시킴과 동시에 벨로우즈의 수축 이완시 랙 하우징으로부터의 이탈을 방지하고 기밀성을 높여 외부로부터의 먼지나 이물질의 유입을 막을 수 있게 되며, 조립 공정과 조립성을 향상시키고 원가를 절감하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차을 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.

이러한 자동차의 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 구비된다.

도 1은 종래의 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 일부 사시도이고, 도 2는 종래 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 일부를 도시한 단면도이다.

도 1과 도 2에서 도시된 바와 같이 종래의 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치(100)는 조향축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기구부(130), 랙이 형성되어 있고 양단부에 이너 볼 조인트(Inner Ball Joint, 210)를 구비한 랙바(230), 이너 볼 조인트(210)의 볼부위(220) 일체로 형성된 타이로드(110), 타이로드(110)와 연결된 타이로드 엔드(120), 타이로드 엔드(120)의 끝단에 결합되는 아우터 볼 조인트(Outer Ball Joint, 125) 및, 이너 볼 조인트(210)를 감싸는 벨로우즈(140)를 포함하여 구성된다.

또한, 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치는 랙이 형성된 랙바(230)의 좌우측 단부에 이너 볼 조인트(210)가 구비되는데, 이너 볼 조인트(210)는 타이로드(110)와 연결되며, 타이로드(110)는 타이로드 엔드(120) 및 아우터 볼 조인트(125)와 연결되어 타이어의 너클(Knuckle)과 연결된다.

이너 볼 조인트(210)는 구 형상의 볼부위(220)를 구비한 타이로드(110), 타이로드의 볼부위(220)를 감싸며 타이로드(110)와 랙바(230)를 연결시키는 볼 하우징(240), 타이로드의 볼부위(220)와 볼 하우징(240) 사이에 삽입되는 플라스틱 재질의 볼시트(250) 등이 서로 조립되어 연결되는 구조를 갖는다.

이와 같은 구성의 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치는 랙바(230)에 형성된 랙과 치합하여 동력을 전달하는 피니언을 포함하고 있어, 운전자가 조향휠을 회전시키면 회전력이 조향축(105)과 유니버셜 조인트(미도시)를 통하여 피니언으로 전달되며, 전달된 회전력은 랙과 피니언에 의해 직선 방향의 힘으로 변화하여 랙바(230)를 직선운동시킨다.

벨로우즈(140)의 일측은 스틸 밴드(260)로 랙 하우징(150)에 고정되며, 타측은 타이로드(110)가 압입되어 고정된다.

이와 같은 종래의 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치는, 벨로우즈를 타이로드에 결합할 때, 벨로우즈와 타이로드와의 마찰력이 심하여 조립하는 힘이 많이 요구되는 문제점이 있었다.

또한, 벨로우즈의 조립시 랙 하우징과 벨로우즈와의 밀림 이탈을 방지하기 위해 랙 하우징의 표면에 접착제를 도포하기도 하였으나, 이로 인해 이물질이 달라 붙어 쉽게 오염되는 문제점도 있었다.

또한, 랙 하우징과 벨로우즈와의 기밀 유지가 어려워 외부로부터 먼지나 이물질이 유입되어 랙 하우징과 랙바, 볼 조인트 등이 쉽게 오염되어 부식이 발생되고 노이즈가 발생되는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 간단한 구조와 형상의 벨로우즈를 이용하여 랙 하우징과 타이로드에 벨로우즈의 조립시 필요한 힘을 감소시킴과 동시에 벨로우즈의 수축 이완시 랙 하우징으로부터의 이탈을 방지하고 기밀성을 높여 외부로부터의 먼지나 이물질의 유입을 막을 수 있게 되며, 조립 공정과 조립성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 랙바가 왕복 운동하는 랙 하우징과, 상기 랙바와 볼 조인트를 매개로 결합되는 타이로드와 연결되어 상기 랙바의 왕복 운동시 수축 이완되는 벨로우즈를 포함하되, 상기 벨로우즈는 상기 랙 하우징과 결합되는 대경부, 상기 타이로드에 결합되는 소경부, 및 이들 대경부와 소경부를 연결하는 주름 형상의 연결부로 형성되며, 상기 대경부와 랙 하우징은, 벨로우즈의 수축 이완시 이탈을 방지하는 고정수단과 외부와의 기밀을 유지하는 밀착수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 간단한 구조와 형상의 벨로우즈를 이용하여 랙 하우징과 타이로드에 벨로우즈의 조립시 필요한 힘을 감소시킴과 동시에 벨로우즈의 수축 이완시 랙 하우징으로부터의 이탈을 방지하게 되는 효과가 있다.

또한, 랙 하우징과 벨로우즈의 결합 부위에 기밀성을 높여 외부로부터의 먼지나 이물질의 유입을 막을 수 있게 되며, 조립 공정과 조립성을 향상시키고 원가를 절감하는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래의 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 일부 사시도;
도 2는 종래의 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 일부를 도시한 단면도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 일부를 나타내는 단면도이다.

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 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 일부를 나타내는 단면도이다.

도 3에서 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치는 랙바(230)가 왕복 운동하는 랙 하우징(320)과, 상기 랙바(230)와 볼 조인트(210)를 매개로 결합되는 타이로드(110)와 연결되어 상기 랙바(230)의 왕복 운동시 수축 이완되는 벨로우즈(300)를 포함하여 구성된다.

벨로우즈(300)는, 랙 하우징(320)과 타이로드(110)에 연결되어 랙바(230)의 왕복 운동시 수축 이완하면서 랙바(230)와 랙 하우징(320) 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지하는 것으로, 일측은 랙 하우징(320)의 외주면에 결합되어 고정되고 타측은 타이로드(110)의 외주면에 결합되어 고정된다.

이렇게 양측이 랙 하우징(320)과 타이로드(110)에 고정되는 벨로우즈(300)는 랙바(230)와 타이로드(110)의 왕복 운동을 수용할 수 있도록 접혔다가 펼쳐질 수 있게 주름 형상으로 형성된다.

그리고, 벨로우즈(300)는 랙 하우징(320)과 결합되는 대경부(310), 타이로드(110)에 결합되는 소경부(305), 및 이들 대경부(310)와 소경부(305)를 연결하는 주름 형상의 연결부(307)로 형성된다.

이러한 벨로우즈(300)를 타이로드(110)에 결합할 때에는 소경부(305)에 타이로드(110)를 끼우고 밀면서 대경부(310)를 랙 하우징(320)에 결합하게 되는데, 자동차의 차체에 고정되는 랙 하우징(320)과 달리 타이로드(110)는 랙바(230)와 같이 동일 축 상에서 왕복 운동을 하게 되므로, 벨로우즈(300)의 소경부(305)는 타이로드(110)의 외주면에 밀착되며 결합된다.

또한, 벨로우즈(300) 대경부(310)와 랙 하우징(320)은, 벨로우즈(300)의 수축 이완시 벨로우즈(300)가 랙 하우징(320)으로부터 밀려나와 이탈되는 것을 방지하는 고정수단과 외부와의 기밀을 유지하는 밀착수단이 구비되어 있다.

여기서, 고정수단은 지지부(321)와 고정홈(311)으로 이루어지는데, 지지부(321)는 랙 하우징(320)의 단부에서 경방향으로 돌출 형성되고, 고정홈(311)은 지지부(321)가 삽입되어 고정되도록 대경부(310)의 내주측에 형성된다.

대경부(310)의 고정홈(311)에 삽입되어 벨로우즈(300)의 밀림 이탈을 방지하는 지지부(321)는 랙 하우징(320)의 단부에 적어도 2 이상 구비되는데, 랙 하우징(320)의 단부에 원주 방향을 따라서 일체로 형성될 수도 있다.

즉, 중공 형상의 랙 하우징(320) 단부 둘레를 경방향으로 돌출되게 형성되어 벨로우즈(300)의 결합시 벨로우즈(300)가 확경되는 탄성 변형을 하면서 지지부(321)가 벨로우즈(300) 대경부(310)의 고정홈(311)에 결합된다.

또한, 조립시 벨로우즈(300)와의 결합이 용이하도록 지지부(321)의 끝단부에는 경사면(325)이 형성되어 있어서, 벨로우즈(300) 대경부(310)를 랙 하우징(320)으로 밀어 넣을 때 벨로우즈(300)가 탄성 변형되면서 쉽게 밀려 들어갈 수 있게 되어 있다.

한편, 랙 하우징(320)의 외주면과 대경부(310)의 내주면에는 밀착수단이 구비되는데, 이러한 밀착수단은, 랙 하우징(320)의 외주면과 대경부(310)의 내주면 중 어느 한쪽에 구비되는 수밀홈(323)과 다른 한쪽에 구비되는 돌기부(313)로 이루어진다.

즉, 수밀홈(323)은 원주 방향의 요홈으로 형성되며, 돌기부(313)도 수밀홈(323)과 대응되게 원주 방향으로 형성되어 서로 맞물림 결합되는데, 도 3에서는 일례로 랙 하우징(320)의 외주면에 원주 방향의 수밀홈(323)을 형성하고 대경부(310)의 내주면에 돌기부(313)가 형성된 것을 도시하였으며, 이와 반대로 랙 하우징(320)에 돌기부(미도시)를 형성하고 대경부(310)에 수밀홈(미도시)을 형성할 수도 있음은 물론이다.

그리고, 대경부(310)에는 수밀홈(323)과 돌기부(313)가 결합되는 위치의 외주면에 벨로우즈(300)를 랙 하우징(320)에 조여주는 스틸 밴드(260)가 체결되도록 원주 방향의 체결홈(315)이 구비되어 있어서, 벨로우즈(300)를 랙 하우징(320)에 결합한 후 스틸 밴드(260)를 조여 주면 돌기부(313)가 눌리면서 수밀홈(323)에 밀착되어 외부로부터의 먼지나 이물질의 유입을 효과적으로 차단할 수 있게 되어 있다.

이러한 벨로우즈(300)는, 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질로 형성되거나, 내후성과 신축성 등을 구비하도록 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 우레탄, 실리콘 등과 같은 탄성재질로 형성될 수도 있다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 간단한 구조와 형상의 벨로우즈를 이용하여 랙 하우징과 타이로드에 벨로우즈의 조립시 필요한 힘을 감소시킴과 동시에 벨로우즈의 수축 이완시 랙 하우징으로부터의 이탈을 방지하고 기밀성을 높여 외부로부터의 먼지나 이물질의 유입을 막을 수 있게 되며, 조립 공정과 조립성을 향상시키고 원가를 절감하는 효과가 있게 된다.

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.

110: 타이로드 230: 랙바
300: 벨로우즈 305: 소경부
307: 연결부 310: 대경부
311: 고정홈 313: 돌기부
315: 체결홈 320: 랙 하우징
321: 지지부 323: 수밀홈
325: 경사면

Claims (7)

1. 랙바가 왕복 운동하는 랙 하우징과, 상기 랙바와 볼 조인트를 매개로 결합되는 타이로드와 연결되어 상기 랙바의 왕복 운동시 수축 이완되는 벨로우즈를 포함하되,
   상기 벨로우즈는 상기 랙 하우징과 결합되는 대경부, 상기 타이로드에 결합되는 소경부, 및 이들 대경부와 소경부를 연결하는 주름 형상의 연결부로 형성되며,
   상기 대경부와 랙 하우징은, 벨로우즈의 수축 이완시 이탈을 방지하는 고정수단과 외부와의 기밀을 유지하는 밀착수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정수단은 상기 랙 하우징의 단부에서 경방향으로 돌출 형성된 지지부와, 상기 지지부가 삽입되어 고정되도록 상기 대경부의 내주측에 형성된 고정홈으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 지지부는 상기 랙 하우징의 단부에 적어도 2 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 지지부는 상기 랙 하우징의 단부에 원주 방향을 따라서 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지부는 상기 벨로우즈와의 결합이 용이하도록 끝단부에 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 밀착수단은 상기 랙 하우징의 외주면과 상기 대경부의 내주면 중 어느 한쪽에 구비되는 원주 방향의 요홈으로 형성되는 수밀홈과, 다른 한쪽에 구비되어 상기 수밀홈에 밀착되며 결합되는 돌기부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 대경부는 상기 수밀홈과 돌기부가 결합되는 위치의 외주면에 스틸 밴드가 체결되는 체결홈이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치.

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