KR20120139969A - 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 슬리퍼플레이트의 일측에 상방향으로 만곡형성된 만곡부를 형성하거나, 슬리퍼플레이트의 일측 모서리가 타측 하방향으로 경사진 테이퍼부를 형성함으로써 컬랩스 초기 정지마찰력을 낮출 수 있고, 이로 인해 컬랩스 초기 슬리퍼플레이트가 구부려지더라도 슬리퍼플레이트의 일단에 의해 마운팅브라켓의 상부면이 찍히는 현상을 방지할 수 있다.

Description

자동차의 충격 흡수식 조향컬럼{Collision Energy Absorbable Steering Column for Vehicle}

본 발명은 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 컬랩스 초기시 슬리퍼플레이트의 벤딩으로 슬리퍼플레이트의 일단에 의해 마운팅브라켓의 상부면이 찍혀 홈이 발생함에 따라 슬리퍼플레이트와 마운팅브라켓 사이에 적절한 마찰력을 제공하지 못하게 되는 현상을 방지할 수 있고, 컬랩스시 운동마찰력을 낮출 수 있는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼에 관한 것이다.

일반적으로 조향 컬럼은 운전자의 조향휠 조작에 의해 발생한 회전력을 랙-피니언 기구부로 전달하는 조향축을 둘러싸도록 형성되어 조향축의 회전을 지지하는 한편 브라켓을 통해 차체에 결합됨으로써 조향축의 위치를 고정하는 장치이다.

이와 같은 조향 컬럼은 자동차의 충돌 사고 등의 경우에 운전자의 상체가 조향휠에 부딪혀서 큰 부상을 당하는 것을 방지하기 위해 조향 컬럼과 조향축이 모두 축 방향으로 수축되는 컬랩스(Collapse) 기능이 추가된 충격 흡수식 조향 컬럼이 적용되고 있다. 즉, 자동차의 운행 중 충돌 사고가 발생하면 운전자의 상체는 관성에 의해 조향휠에 부딪히게 되고, 운전자의 상체가 조향휠에 부딪히면 조향휠의 하부에 구비되어 있는 조향 컬럼과 조향축이 수축함으로써 운전자가 받는 충격을 저감시켜 주는 것이다.

하지만, 운전자의 상태와 자동차의 상태에 따라서 운전자가 조향휠에 가하는 충격은 다를 수밖에 없는데 예를 들어, 자동차의 속도가 빠른 경우에는 충격이 크고, 자동차의 속도가 느린 경우에는 충격이 미약할 수도 있다. 또한, 운전자의 안전 벨트 착용 여부 및 에어백의 작동 여부 등 여러 상황에 따라 조향휠에 가하는 충격량은 다를 것이다. 이러한 상황에 대처하기 위해서 슬리퍼플레이트(Slipper Plate) 또는 테어링플레이트(Tearing Plate)를 구비한 조향장치가 개발되었다.

도 1은 종래 기술에 의한 슬리퍼 플레이트가 구비된 자동차의 충격 흡수식 조향 컬럼을 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼(100)은 상단이 조향휠(미도시)에 연결되고 하단이 랙-피니언 기구부(미도시)에 연결되는 조향축(102), 조향축(102)을 둘러싸는 내측튜브(미도시), 내측튜브를 감싸는 외측튜브(120), 외측튜브(120)의 외주면에 결합되어 조향컬럼(100)을 지지하는 플레이트브라켓(140), 고정수단(150)에 의해 플레이트브라켓(140)과 체결되며 차체에 고정되는 마운팅브라켓(130) 및 차체와 마운팅브라켓(130) 사이에 삽입되고 고정수단(150)에 의해 마운팅브라켓(130)과 알치레 고정되어 자동차의 충돌시 컬랩스 방향의 반대 방향으로 마찰력을 작용시키는 슬리퍼플레이트(170)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 조향컬럼(100)은 자동차의 전방 충돌시 운전자의 상체가 조향휠에 충격을 가하여 조향컬럼(100)이 컬랩스 방향(충격 이동 방향)으로 수축하게 될 경우에 차체에 고정된 마운팅브라켓(130)으로부터 조향컬럼(100)이 마운팅브라켓(130)의 컬랩스홀(135)을 따라 컬랩스된다.

즉, 충격이 가해지면 마운팅브라켓(130)과 결합된 플레이트브라켓(140)의 고정수단(150)이 마운팅브라켓(130)의 컬랩스홀(135)을 따라 컬랩스 방향으로 움직이면서 조향컬럼(100)이 수축되게 되는 것이다.

슬리퍼플레이트(170)는 테프론으로 코팅된 스틸 재질의 얇은 박판 형상으로, 마운팅브라켓(130)의 상부면에 위치하고 슬리퍼플레이트(170), 마운팅브라켓(130) 및 플레이트브라켓(140)이 고정수단(150)에 의해 일체로 결합되어 있다.

이렇게 조향컬럼(100)이 수축하여 마운팅브라켓(130)과 서로 상대 이동하여 컬랩스 방향으로 하향 이동할 경우, 슬리퍼플레이트(170)는 마운팅브라켓(130)의 상부면에서 컬랩스 방향과 반대방향으로 마찰력을 제공하며 충격을 흡수하게 된다.

한편, 도 2는 컬랩스시 슬리퍼플레이트와 마운팅브라켓 사이의 마찰력 변화에 대한 그래프이다.

도 2의 그래프에서 수평축은 변위를 나타내고 수직축은 하중을 나타내는데, 도 2에서와 같이 컬랩스 초기의 슬리퍼플레이트(170)와 마운팅브라켓(130) 사이 정지마찰력(A)은 컬랩스 과정에서의 운동마찰력(B)에 비해 매우 크며, 이에 따라 컬랩스 초기시 도 3에서 도시된 바와 같이 마운팅브라켓(130)의 상부면이 슬리퍼플레이트(170)의 전단부에 찍혀 홈이 발생할 수 있다.

그리고 이와 같은 홈에 슬리퍼플레이트(170)의 전단부가 걸리면 컬랩스시 슬리퍼플레이트(170)와 마운팅브라켓(130) 사이에 적절한 마찰력을 제공하지 못하게 된다.

그런데 이러한 컬랩스 초기 슬리퍼플레이트(170)와 마운팅브라켓(130) 사이 정지마찰력(A) 및 운동마찰력(B) 조절을 위해 고정수단(150)의 조임토크를 조절하는 것만으로는 그 한계가 있다.

본 발명은 이러한 배경에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 컬랩스 초기 정지마찰력을 줄이고, 슬리퍼플레이트의 벤딩시 슬리퍼플레이트의 일단에 의해 마운팅브라켓의 상부면이 찍혀 홈이 발생함에 따라 슬리퍼플레이트와 마운팅브라켓 사이에 적절한 마찰력을 제공하지 못하게 되는 현상을 방지하는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 마운팅브라켓에 형성되는 컬랩스홀의 폭을 부분적으로 상이하게 함으로써 컬랩스시 슬리퍼플레이트와 마운팅브라켓 사이의 접촉면을 줄여 운동마찰력을 저감시키는 자동차의 충격 흡수식 조향컬럼을 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 조향축을 감싸는 내측튜브 및 상기 내측튜브를 감싸는 외측튜브; 외측튜브의 외주면에 결합되어 조향컬럼을 지지하는 플레이트브라켓; 고정수단들에 의해 상기 플레이트브라켓과 체결되며, 자동차의 충돌시 조향컬럼의 컬랩스 방향을 가이드하는 하나 이상의 컬랩스홀이 형성된 마운팅브라켓; 상기 마운팅브라켓의 상부면에 상기 고정수단들로 결합되고, 컬랩스시 상기 컬랩스 방향의 반대방향으로 상기 상부면과의 사이에서 마찰력을 제공하는 슬리퍼플레이트를 포함하되, 상기 슬리퍼플레이트는 평판 형상의 몸체와, 상기 몸체의 일측에 형성되고 컬랩스시 상기 마운팅브라켓의 상부면에 찍힘을 방지하는 찍힘방지부를 포함하는 자동차의 충격 흡수식 조향 컬럼을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 슬리퍼플레이트의 일측에 상방향으로 만곡형성된 만곡부를 형성하거나, 슬리퍼플레이트의 일측 모서리가 타측 하방향으로 경사진 테이퍼부를 형성함으로써 컬랩스 초기 정지마찰력을 낮출 수 있고, 이로 인해 컬랩스 초기 슬리퍼플레이트가 구부려지더라도 슬리퍼플레이트의 일단에 의해 마운팅브라켓의 상부면이 찍히는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 컬랩스홀의 폭을 상술한 바 제1 및 제2소폭부와 제1 및 제2대폭부 등으로 달리함으로써 마운팅브라켓과 슬리퍼플레이트 사이의 마찰력을 줄여 운동마찰력을 낮출 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 슬리퍼 플레이트가 구비된 자동차의 충격 흡수식 조향 컬럼을 나타내는 사시도;
도 2는 컬랩스시 슬리퍼플레이트와 마운팅브라켓 사이의 마찰력 변화에 대한 그래프;
도 3은 컬랩스 초기시 마운팅브라켓의 상부면이 슬리퍼플레이트의 전단부에 찍혀 홈이 발생한 경우를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬리퍼플레이트가 장착된 조향컬럼의 사시도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬리퍼플레이트의 분해사시도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 슬리퍼플레이트가 마운팅브라켓에 장착된 상태의 단면도; 및
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 마운팅브라켓에 형성된 컬랩스홀을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 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 있어서, 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 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬리퍼플레이트가 장착된 조향컬럼의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬리퍼플레이트의 분해사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조향컬럼(400)은 조향축(102)을 감싸는 내측튜브 및 상기 내측튜브를 감싸는 외측튜브(120); 외측튜브(120)의 외주면에 결합되어 조향컬럼(400)을 지지하는 플레이트브라켓(140); 고정수단(150)들에 의해 상기 플레이트브라켓(140)과 체결되며, 자동차의 충돌시 조향컬럼(400)의 컬랩스 방향을 가이드하는 하나 이상의 컬랩스홀(135)이 형성된 마운팅브라켓(130); 상기 마운팅브라켓(130)의 상부면에 상기 고정수단(150)들로 결합되고, 컬랩스시 상기 컬랩스 방향의 반대방향으로 상기 상부면과의 사이에서 마찰력을 제공하는 슬리퍼플레이트(410)를 포함하되, 상기 슬리퍼플레이트(410)는 평판 형상의 몸체(413)와, 상기 몸체(413)의 일측에 형성되고 컬랩스시 상기 마운팅브라켓(130)의 상부면에 찍힘을 방지하는 찍힘방지부를 포함한다.

이하에서, 찍힘방지부는 본 발명의 실시예에 따라 만곡부(411, 도 4 참조) 또는 테이퍼부(720, 도 7 참조)로 표시된다.

먼저 도 4 및 도 5에서 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬리퍼플레이트(410)는 평판 형상의 몸체(413)와, 몸체(413)의 일측으로부터 상방향으로 만곡형성된 만곡부(411)를 포함한다.

몸체(413)는 평판 형상인데, 사각판 형상으로 제공되는 것이 바람직하다.

만곡부(411)는 몸체(413)의 일측으로부터 상방향으로 만곡형성되는데, 만곡부(411)와 몸체(413)의 연결부위는 라운딩처리된다.

여기서 몸체(413)의 일측이란 슬리퍼플레이트(410)가 마운팅브라켓(130)에 장착된 후, 컬랩스시 슬리퍼플레이트(410)가 진행하는 방향을 의미한다.

한편, 만곡부(411)의 길이(즉, 몸체(413)의 일측으로부터 상방향으로 만곡형성되어 돌출된 길이)는 5% 내지 10% 가량이 적당할 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 만곡부(411)와 몸체(413) 사이의 각도는 도시된 바와 같이 거의 수직으로 형성되는 것이 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 슬리퍼플레이트가 마운팅브라켓에 장착된 상태의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬리퍼플레이트(610)는 평판 형상의 몸체(613) 일측 모서리가 타측 하방향으로 경사진 테이퍼부(620)를 포함한다.

여기서 슬리퍼플레이트(610)의 하부면과 테이퍼부(620)가 만나는 부분은 완만하게 라운딩처리되는 것이 바람직하다.

한편, 테이퍼부(620)의 경사각도는 45°~55°사이가 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 마운팅브라켓에 형성된 컬랩스홀을 도시한 도면이다.

도 7에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 컬랩스홀(710)은 축방향으로 이격된 상기 고정수단들(도 4 또는 도 5의 도면번호 150)이 관통하는 위치의 소폭부(711, 715), 및 상기 소폭부(711, 715)에서 축방향으로 연장되고 상기 소폭부(711, 715)보다 더 큰 폭으로 형성되는 대폭부(713,717)를 포함한다.

즉, 고정수단(도 4 또는 도 5의 도면번호 150)들이 관통하는 위치의 제1 및 제2소폭부(711, 715)와, 상기 제1 및 제2소폭부(711,715)에서 연장되고 상기 제1 및 제2소폭부(711,715)보다 더 큰 폭으로 형성된 제1 및 제2대폭부(713,717)를 포함하며, 제1대폭부(713)는 제1소폭부(711)와 제2소폭부(715) 사이에 형성된다.

컬랩스홀(710)은 상술한 바와 같이 충격이 가해졌을 때 마운팅브라켓(130)과 결합된 플레이트브라켓(140)의 고정수단(150)이 마운팅브라켓(130)의 컬랩스홀(710)을 따라 컬랩스 방향으로 움직이면서 조향컬럼(400)을 수축하도록 한다.

한편, 제1소폭부(711)와 제2소폭부(715)는 종전 컬랩스홀(135, 도 1 참조)의 폭과 동일하게 형성되고, 제1대폭부(713)와 제2대폭부(717)는 제1소폭부(711) 및 제2소폭부(715)의 폭보다 약 20%~30% 정도 더 크게 형성되는 것이 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 7에서는 제2대폭부(717)의 길이가 제1대폭부(713)의 길이보다 더 길게 형성된 경우를 도시하였으나, 제1대폭부(713)와 제2대폭부(717)는 같은 길이로 형성될 수도 있고, 반대로 제2대폭부(717)의 길이가 제1대폭부(713)의 길이보다 더 짧게 형성될 수도 있다.

그리고, 제1대폭부(713)와 제2대폭부(717)의 폭은 동일하게 형성될 수도 있고, 서로 상이하게 형성될 수도 있다.

한편, 상술한 바와 같이 제1 및 제2 대폭부(713,717)를 제1 및 제1소폭부(711,715)보다 더 크게 형성함으로써 종래 마운팅브라켓의 상부면과 슬리퍼플레이트(170)의 하부면 사이에 접하는 면적보다 본 발명의 실시예에 따른 슬리퍼플레이트(410,610)의 하부면과 마운팅브라켓의 상부면 사이에 접하는 면적이 더 작게 된다.

즉, 제1 및 제2대폭부(713,717)의 폭이 종래의 컬랩스홀(135)의 폭보다 더 크므로 마운팅브라켓의 상부면과 슬리퍼플레이트의 하부면 사이 접하는 면적 중 그 차이에 해당하는 만큼의 접촉면적이 줄어들게 된다.

따라서, 컬랩스시 마운팅브라켓의 상부면과 슬리퍼플레이트의 하부면 사이에 발생하는 운동부하를 낮추고자 할 때 고정수단들의 조임토크만으로 이를 달성할 수 없는 경우라도 상술한 바와 같이 컬랩스홀(710)의 폭을 부분적으로 달리함으로써 결국 마운팅브라켓과 슬리퍼플레이트 사이의 마찰력을 줄여 운동마찰력을 낮출 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 슬리퍼플레이트(410,610)를 마운팅브라켓(130)에 장착하고, 이와 함께 컬랩스홀을 본 발명의 실시예에 따른 컬랩스홀(710)로 형성함으로써 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 슬리퍼플레이트(410)의 일측에 상방향으로 만곡형성된 만곡부(411, 도 4 참조)를 형성하거나, 슬리퍼플레이트(610)의 일측 모서리가 타측 하방향으로 경사진 테이퍼부(620, 도 6 참조)를 형성함으로써 컬랩스 초기 정지마찰력을 낮출 수 있고, 이로 인해 컬랩스 초기시 슬리퍼플레이트(410,610)가 벤딩되더라도 슬리퍼플레이트(410,610)의 일단에 의해 마운팅브라켓의 상부면이 찍혀 홈이 발생함에 다라 슬리퍼플레이트(410,610)와 마운팅브라켓 사이에 적절한 마찰력을 제공하지 못하게 되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 컬랩스홀(710)의 폭을 상술한 바 제1 및 제2소폭부(711,715)와 제1 및 제2대폭부(713,717) 등으로 달리함으로써 마운팅브라켓과 슬리퍼플레이트 사이의 마찰력을 줄여 운동마찰력을 낮출 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 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 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.

100 : 조향컬럼 102 : 조향축
120 : 외측튜브 130 : 마운팅브라켓
135,710 : 컬랩스홀 140 : 플레이트브라켓
150 : 고정수단 400 : 조향컬럼
410,610 : 슬리퍼플레이트 411 : 만곡부
413 : 몸체 610 : 테이퍼부
711 : 제1소폭부 713 : 제1대폭부
715 : 제2소폭부 717 : 제2대폭부
A : 초기 정지마찰력 B : 운동 마찰력

Claims (4)

1. 조향축을 감싸는 내측튜브 및 상기 내측튜브를 감싸는 외측튜브;
   외측튜브의 외주면에 결합되어 조향컬럼을 지지하는 플레이트브라켓;
   고정수단들에 의해 상기 플레이트브라켓과 체결되며, 자동차의 충돌시 조향컬럼의 컬랩스 방향을 가이드하는 하나 이상의 컬랩스홀이 형성된 마운팅브라켓;
   상기 마운팅브라켓의 상부면에 상기 고정수단들로 결합되고, 컬랩스시 상기 컬랩스 방향의 반대방향으로 상기 상부면과의 사이에서 마찰력을 제공하는 슬리퍼플레이트를 포함하되, 상기 슬리퍼플레이트는 평판 형상의 몸체와, 상기 몸체의 일측에 형성되고 컬랩스시 상기 마운팅브라켓의 상부면에 찍힘을 방지하는 찍힘방지부를 포함하는 자동차의 충격 흡수식 조향 컬럼.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 찍힘방지부는
   상기 몸체의 일측으로부터 상방향으로 만곡형성된 자동차의 충격 흡수식 조향 컬럼.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 찍힘방지부는
   상기 몸체의 일측 모서리가 타측 하방향으로 테이퍼진 자동차의 충격 흡수식 조향 컬럼.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컬랩스홀은
   축방향으로 이격된 상기 고정수단들이 관통하는 위치의 소폭부; 및
   상기 소폭부에서 축방향으로 연장되고 상기 소폭부보다 더 큰 폭으로 형성되는 대폭부를 포함하는 자동차의 충격 흡수식 조향 컬럼.

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