KR20130003312A

KR20130003312A - 전동식 파워 스티어링 장치

Info

Publication number: KR20130003312A
Application number: KR1020110064570A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 이영두; 손중락; 서보민; 정명철
Original assignee: 한국델파이주식회사
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-09
Also published as: KR101298117B1

Abstract

전동식 파워 스티어링 장치는, 모터, 웜 기어를 구비하며 상기 모터의 출력축과 일체로 회전하도록 상기 출력축에 연결되는 웜 샤프트, 스티어링 샤프트에 결합되며 상기 웜 기어에 치합되는 웜 휠, 상기 웜 샤프트 중 상기 웜 기어를 중심으로 상기 모터에서 가까운 쪽에 배치되어 상기 웜 샤프트에 체결되는 지지 베어링, 상기 지지 베어링을 탄성 지지하여 상기 지지 베어링에 댐핑력을 제공하는 지지 베어링 댐퍼, 상기 웜 샤프트 중 상기 웜 기어를 중심으로 상기 모터에서 멀리 있는 쪽에 배치되어 상기 웜 샤프트에 체결되는 틸트 베어링 어셈블리, 그리고 상기 웜 샤프트가 상기 웜 휠을 향해 밀리는 방향으로 틸팅 되도록 상기 틸트 베어링 어셈블리에 힘을 가하는 틸팅 메커니즘을 포함한다.

Description

전동식 파워 스티어링 장치{Electric power steering apparatus}

본 발명은 차량의 전동식 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

모터의 구동력을 이용하여 차량의 조향력을 어시스트(assist)하는 전동식 파워 스티어링 장치가 알려져 있다. 전동식 파워 스티어링 장치 중 스티어링 칼럼(steering column)과 같은 스티어링 샤프트(steering shaft)에 모터의 구동력이 전달되도록 하여 조향력을 보조하는 칼럼 타입의 전동식 파워 스티어링 장치가 소개된 바 있다.

전동식 파워 스티어링 장치는 차속 센서, 조향 토크 센서 등 차량의 운행 조건에 따라 모터를 구동하여 조향력을 보조하고 조향감을 향상시킬 수 있도록 작용하는 것이 일반적이다.

칼럼 타입의 전동식 파워 스티어링 장치는 모터의 출력축에 연결되는 샤프트에 웜 기어를 설치하고 스티어링 샤프트에 웜 휠을 설치하여 양자가 서로 기어 치합되도록 함으로써 모터의 구동력이 스티어링 샤프트에 전달될 수 있도록 한다.

이러한 종래의 칼럼 타입의 전동식 파워 스티어링 장치는 기어의 마모에 의한 유격, 제조 공차 등에 의한 백 래쉬(back-lash)의 증가 및 이로 인한 진동이나 소음이 발생할 수 있고 또한 차륜에서 발생하는 충격이 전달될 수 있는 등 여러 가지 개선이 필요한 사항을 가지고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 칼럼 타입의 전동식 파워 스티어링 장치에서 기어의 마모에 의한 유격이나 제조 공차에 의한 백 래쉬의 증가 및 이로 인한 진동이나 소음의 발생을 효과적으로 차단할 수 있고 나아가 차륜에서 발생하여 전달되는 충격을 효과적으로 차단할 수 있는 전동식 파워 스티어링 장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는, 모터, 웜 기어를 구비하며 상기 모터의 출력축과 일체로 회전하도록 상기 출력축에 연결되는 웜 샤프트, 스티어링 샤프트에 결합되며 상기 웜 기어에 치합되는 웜 휠, 상기 웜 샤프트 중 상기 웜 기어를 중심으로 상기 모터에서 가까운 쪽에 배치되어 상기 웜 샤프트에 체결되는 지지 베어링, 상기 지지 베어링을 탄성 지지하여 상기 지지 베어링에 댐핑력을 제공하는 지지 베어링 댐퍼, 상기 웜 샤프트 중 상기 웜 기어를 중심으로 상기 모터에서 멀리 있는 쪽에 배치되어 상기 웜 샤프트에 체결되는 틸트 베어링 어셈블리, 그리고 상기 웜 샤프트가 상기 웜 휠을 향해 밀리는 방향으로 틸팅 되도록 상기 틸트 베어링 어셈블리에 힘을 가하는 틸팅 메커니즘을 포함한다.

상기 지지 베어링 댐퍼는, 상기 지지 베어링을 상기 웜 샤프트의 축 방향 및 반경 방향으로 탄성적으로 지지하는 탄성체, 그리고 상기 탄성체의 외면을 둘러싸도록 형성되는 케이스를 포함할 수 있다.

상기 탄성체와 상기 케이스는 상기 웜 샤프트의 길이 방향을 따라 각각 분리되어 한 쌍으로 구비될 수 있다.

상기 지지 베어링 댐퍼는 상기 웜 샤프트가 삽입되는 하우징에 형성된 걸림턱과 상기 하우징에 나사 결합되는 조임 너트에 의해 지지될 수 있다.

상기 지지 베어링과 접촉하는 상기 탄성체의 내주면에는 주름 돌기가 형성될 수 있다.

상기 탄성체는 상기 지지 베어링의 측면을 지지하는 부분에서 돌출되어 형성되되 상기 지지 베어링의 측면에서 이격되는 상태로 형성되는 꼬리부를 포함할 수 있다.

상기 케이스는 상기 꼬리부의 외면을 지지하도록 형성될 수 있다.

상기 지지 베어링 댐퍼는 상기 웜 샤프트의 축 방향 이동이 미리 설정된 값 이상이 되는 경우 상기 지지 베어링을 탄성적으로 지지할 수 있도록 상기 지지 베어링의 측면에서 이격되는 상태로 상기 지지 베어링의 양측에 각각 배치되는 보조 탄성체를 더 포함할 수 있다.

상기 보조 탄성체는 상기 탄성체보다 큰 강성(stiffness)을 가질 수 있다.

상기 케이스는 상기 보조 탄성체를 수용하도록 형성될 수 있다.

상기 보조 탄성체는 고무 링, 스프링 와셔, 또는 플레이트 스프링일 수 있다.

상기 틸팅 메커니즘은, 경사면을 구비하는 써포트 캠, 상기 써포트 캠을 상기 웜 샤프트의 축 방향으로 미는 탄성력을 제공하는 탄성 부재, 그리고 상기 써포트 캠에 접촉하도록 배치되며 상기 써포트 캠의 이동에 의해 상기 틸트 베어링 어셈블리 쪽으로 밀려 상기 틸트 베어링 어셈블리를 상기 웜 휠 방향으로 틸팅 되도록 가압하는 틸트 플러그를 포함할 수 있다.

상기 탄성 부재는 상기 웜 샤프트 축 방향으로 위치 조절이 가능한 스크류에 의해 지지되어 상기 써포트 캠을 탄성적으로 지지할 수 있다.

상기 틸트 베어링 어셈블리는, 상기 웜 샤프트 둘레에 배치되는 틸트 베어링, 상기 틸트 베어링을 수용하는 베어링 케이스, 그리고 상기 베어링 케이스의 외주면을 감싸도록 형성되며 탄성을 가지는 재질로 형성되는 댐핑 링을 포함할 수 있다.

상기 베어링 케이스의 외주면에는 원주 방향을 따라 형성되는 함몰부가 구비될 수 있고, 상기 댐핑 링은 상기 함몰부에 삽입될 수 있다.

상기 베어링 케이스는 반경 방향으로의 수축이 원활하도록 절개부를 구비할 수 있다.

상기 틸트 베어링 어셈블리는 상기 베어링 케이스를 상기 모터가 있는 방향으로 지지하는 어저스터 링과 어저스터 플러그를 더 포함할 수 있다.

상기 어저스터 링은 탄성을 가지는 재질로 형성될 수 있다.

상기 베어링 케이스의 내주면에는 상기 웜 샤프트의 축 방향으로 따라 형성되는 슬롯이 구비될 수 있다.

상기 댐핑 링에는 관통공이 형성될 수 있고, 상기 베어링 케이스에는 상기 관통공에 삽입되며 삽입공이 형성되는 돌출부가 구비될 수 있으며, 상기 틸트 베어링은 상기 베어링 케이스의 내주면에 조립되고 상기 틸트 플러그가 상기 삽입공에 삽입되어 상기 틸트 베어링의 외주면에 접촉될 수 있다.

본 발명에 의하면, 지지 베어링 댐퍼에 의해 웜 샤프트 및 지지 베어링에 전해지는 충격 및 진동을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한 지지 베어링 댐퍼에 의해 틸트 메커니즘에 의해 틸팅 작동할 때 틸팅 피봇이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 지지 베어링 댐퍼의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 지지 베어링 댐퍼의 부분 확대도이다.
도 6은 도 3에서 틸팅 메커니즘 부분의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파워 스티어링 장치의 모터 커플링의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파워 스티어링 장치의 베어링 케이스의 사시도이다.
도 9는 발명의 실시예에 따른 파워 스티어링 장치의 댐핑 링의 사시도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는 모터의 동력을 이용하여 조향 보조력(steering assist torque)를 제공하는 장치이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 웜 기어(worm gear)(11)가 구비되는 웜 샤프트(worm shaft)(10)가 구비된다. 웜 샤프트(10)는 모터(20)의 출력축(21)과 일체로 회전하도록 출력축(21)에 연결된다. 여기서 연결된다는 것은 웜 샤프트(10)가 모터(20)의 출력축(21)에 직접 연결되는 것뿐만 아니라 다른 연결 부재(후술할 모터 커플링(30))를 통해서 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미이다.

모터(20)는 전자 제어 유닛(ECU, 도시되지 않음)의 제어 신호에 의해 작동이 제어될 수 있으며, 전자 제어 유닛은 조향 토크(torque)를 검출하는 조향 토크 센서, 조향각을 검출하는 조향각 센서, 그리고 차속을 검출하는 차속 센서의 신호를 기초로 모터(20)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 출력할 수 있다. 조향 토크, 조향각, 차속 등을 기초로 조향 보조력을 제공하는 모터(20)를 제어하는 것은 종래에 알려진 방식으로 이루어질 수 있기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

웜 샤프트(10)의 웜 기어(11)는 스티어링 샤프트(steering shaft)(1)에 결합되어 있는 웜 휠(worm wheel)(3)에 치합됨으로써 모터(20)의 구동력이 웜 샤프트(10)를 통해서 웜 훨(3)로 전달되고 그 결과 스티어링 샤프트(1)로 조향 보조력이 전달될 수 있다. 웜 및 웜 휠 방식의 감속기 구조의 채택에 의해 조향 보조력을 증대시킬 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 웜 샤프트(10)는 하우징(housing)(40) 내에 배치될 수 있다. 이를 위해 하우징(40) 내에는 관통공이 구비되며, 웜 샤프트(10)가 하우징(40)의 관통공에 회전 가능하게 설치된다. 그리고 하우징(40)의 일측에는 모터(20)가 고정되며, 모터(20)의 출력축(21)이 하우징(40) 내부로 유입되어 웜 샤프트(10)에 체결된다. 한편, 하우징(40)은 스티어링 샤프트(1)의 일부 및 웜 휠(3)을 수용할 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 웜 휠(3)과 웜 샤프트(10)가 하우징(40) 내에서 서로 체결된 상태로 배치될 수 있다.

이때, 웜 샤프트(10)와 모터(20)의 출력축(21) 사이의 충격 및 진동 흡수, 그리고 공차 감소를 위해 모터 커플링(motor coupling)(30)에 의해 웜 샤프트(10)가 모터(20)의 출력축(21)에 동심으로 연결될 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 모터 커플링(30)은 모터(20)의 출력축(21)에 체결되는 제1 부재(31), 웜 샤프트(10)에 체결되는 제2 부재(33), 그리고 양자 사이에 개재되는 연결 부재(35)를 포함할 수 있다. 제1 부재(31)는 모터(20)의 출력축(21)과 함께 회전하도록 출력축(21)에 스플라인(spline) 결합될 수 있으며, 제2 부재(33)는 웜 샤프트(10)와 함께 회전하도록 웜 샤프트(10)에 스플라인 결합될 수 있다. 그리고 연결 부재(35)는 제1 및 제2 부재(31, 33)와 함께 회전할 수 있도록 제1 및 제2 부재(31, 33)에 각각 체결될 수 있다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 연결 부재(35)는 전체적으로 원기둥 형상을 가지며 그 외주면을 따라 복수의 함몰부(35a)가 형성되고 함몰부(35a) 사이에는 구멍(35b)이 형성될 수 있다. 그리고 제1 부재(31)에는 연결 부재(35)의 함몰부(35a)에 끼워지는 복수의 돌기(31a)가 구비되고, 제2 부재(33)에는 연결 부재(35)의 구멍(35b)에 끼워지는 돌기(33a)가 구비된다. 제1 부재(31)의 돌기(31a)가 연결 부재(35)의 함몰부(35a)에 끼워지고 제2 부재(33)의 돌기(33a)가 연결 부재(35)의 구멍(35b)에 끼워짐으로써, 제1 부재(31), 제2 부재(33) 그리고 연결 부재(35)가 함께 회전하게 된다. 그리고 제1 부재(31)에는 모터(20)의 출력축(21)이 삽입되어 스플라인 결합되는 통공(31b)가 구비되고, 제2 부재(33)에는 웜 샤프트(10)가 삽입되어 스플라인 결합되는 통공(33b)가 구비된다. 모터(20)의 출력축(21)은 제1 부재(31)와 함께 회전하도록 제1 부재(31)의 통공(31b)에 삽입되어 스플라인 결합되고 웜 샤프트(10)는 제2 부재(33)와 함께 회전하도록 제2 부재(33)의 통공(33b)에 삽입되어 스플라인 결합된다. 이에 따라 모터(20)의 출력축(21), 모터 커플링(30), 웜 샤프트(10)가 함께 회전하도록 서로 연결된다.

이때, 모터 커플링(30)의 연결 부재(35)는 고무와 같은 탄성을 가지는 재질로 형성될 수 있으며, 이에 따라 모터(20)의 출력축(21)과 웜 샤프트(10) 사이의 진동 및 충격을 완화할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는 지지 베어링 (support bearing)(400)을 포함한다.

지지 베어링 (400)은 웜 샤프트(10) 중 웜 기어(11)를 중심으로 모터(20)에 가까운 쪽에 배치되어 웜 샤프트(10)에 체결된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 지지 베어링 (400)은 웜 기어(11)와 모터(20) 사이에서 웜 샤프트(10)를 회전 가능하게 지지한다.

웜 샤프트(10)는 지지 베어링(400)의 관통공(410)에 삽입된다. 이때, 웜 샤프트(10)는 지지 베어링(400)의 관통공(410)에 프레스 핏팅(press fitting) 방식으로 압입될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 장치는 지지 베어링 댐퍼(support bearing damper)(200)을 포함한다. 지지 베어링 댐퍼(200)는 지지 베어링(400)을 탄성 지지하여 지지 베어링(400)에 댐핑력을 제공한다. 이에 따라 지지 베어링 댐퍼(200)는 차량 주행 중 차륜으로부터 전달되는 충격이나 진동, 그리고 내구 진행에 따른 치형 마모 등으로 인한 불완전 치합에 의해 유발될 수 있는 래틀 소음(rattle noise) 등의 발생을 방지한다. 즉, 지지 베어링 댐퍼(200)는 그 작동 중 및 차량 주행 중 충격이 전달될 때 웜 샤프트(10)의 축 방향 이동이 가능하도록 하여 충격 및 진동을 흡수할 수 있고, 나아가 뒤에서 설명할 틸팅 메커니즘(300)에 의해 웜 샤프트(10)가 틸팅(tilting)될 때 틸팅이 가능하게 하는 피봇 점(pivot point) 역할을 가능하게 한다.

한편, 지지 베어링 댐퍼(200)는 지지 베어링(400)을 웜 샤프트(10)의 축 방향 및 반경 방향으로 탄성적으로 지지하는 탄성체(210), 그리고 탄성체(210)의 외면을 둘러싸도록 형성되는 케이스(220)를 포함한다.

이때, 탄성체(210)와 케이스(220)는 웜 샤프트(10)의 길이 방향을 따라 각각 분리되어 한 쌍으로 구비될 수 있다. 즉, 한 쌍의 탄성체(210)와 한 쌍의 케이스(220)는 웜 샤프트(10)의 길이 방향으로 따라 서로 마주하도록 배치될 수 있다.

탄성체(210)는 고무나 우레탄과 같은 탄성을 가지는 재질로 형성될 수 있으며, 케이스(220)는 상대적으로 경도가 큰 스틸(steel)과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 탄성체(210)는 웜 샤프트(10)의 축 방향 및 반경 방향으로 지지 베어링(400)을 지지할 수 있도록 형성되고, 케이스(220)도 이러한 구조의 탄성체(210)의 외측을 둘러쌀 수 있도록 형성된다. 즉, 도 3에서 좌측의 탄성체(210)는 지지 베어링(400)의 외륜의 외주면 및 좌측면의 단부를 지지하고 도 3에서 우측의 탄성체(210)는 지지 베어링(400)의 외륜의 외주면 및 우측면의 단부를 지지한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 지지 베어링 댐퍼(200)는 웜 샤프트(10)의 축 방향으로 이동이 허용되지 않도록 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 지지 베어링 댐퍼(200)는 웜 샤프트(10)가 삽입되는 하우징(40)의 내면에 형성된 걸림턱(43)과 하우징(40)에 나사 결합되는 조임 너트(250)에 의해 지지될 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 지지 베어링(400)와 접촉하는 탄성체(210)의 내주면에는 주름 돌기(211)가 형성될 수 있다. 주름 돌기(211)가 형성됨으로써 제작 공차가 흡수될 수 있고 지지 베어링(400)의 조립이 용이해진다.

도 4를 참조하면, 탄성체(210)는 지지 베어링(400)의 측면을 지지하는 부분(212)에서 돌출되어 형성되는 꼬리부(213)를 포함할 수 있다. 이때 꼬리부(213)는 지지 베어링(400)의 측면에서 이격되는 상태로 형성된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 꼬리부(213)는 지지 베어링(400)의 측면을 지지하는 부분(212)보다 두께가 얇도록 형성됨으로써 지지 베어링(400)의 측면에서 이격될 수 있다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스(220)는 탄성체(210)의 꼬리부(213)의 외면을 지지하도록 형성될 수 있다. 즉, 케이스(220)의 내측 단부(221)은 지지 베어링(400)을 향해 절곡되어 탄성체(210)의 꼬리부(213)의 외면에 접촉되어 꼬리부(213)를 지지한다.

이와 같이 탄성체(210)가 지지 베어링(400)의 측면에서 이격되는 꼬리부(213)를 구비함으로써 웜 샤프트(10)의 축 방향 이동 및 그에 따른 지지 베어링(400)의 이동이 상대적으로 큰 경우에 탄성체(210)의 꼬리부(213)에 의해 보완적인 댐핑이 이루어질 수 있다. 즉, 탄성체(210)의 지지 베어링(400)의 측면을 지지하는 부분(212), 및 꼬리부(213)에 의한 단계적인 댐핑이 가능하여 댐핑 효과가 개선될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지지 베어링 댐퍼(200)는 웜 샤프트(10)의 축 방향 이동이 미리 설정된 값 이상이 되는 경우 지지 베어링(400)을 탄성적으로 지지할 수 있도록 지지 베어링(400)의 측면으로부터 이격되는 상태로 지지 베어링(400)의 양측에 각각 배치되는 보조 탄성체(230)를 더 포함할 수 있다. 즉, 보조 탄성체(230)는, 웜 샤프트(10)의 이동량 및 그와 함께 이동하는 지지 베어링(400)의 이동량이 크지 않은 경우에는 지지 베어링(400)의 측면에 접촉하지 않아 댐핑 작용을 하지 않고, 웜 샤프트(10) 및 지지 베어링(4000의 이동량이 미리 설정된 값 이상이 되어 지지 베어링(400)의 측면에 접촉하는 경우에는 압축되면서 댐핑 작용을 하게 된다. 이와 같이 작용하는 보조 탄성체(230)가 구비됨으로써 탄성체(210)에 의해 일차적인 댐핑이 이루어지고 웜 샤프트(10)의 축 방향 변위가 보다 커지는 경우에는 보조 탄성체(230)에 의해 추가적인 댐핑 작용이 이루어져 전체적인 댐핑 특성이 개선될 수 있다.

이때, 보조 탄성체(230)는 탄성체(210)보다 큰 강성(stiffness)을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라 상대적으로 작은 충격이 발생하는 경우에는 탄성체(210)에 의한 충격 흡수가 이루어지고, 상대적으로 큰 충격이 발생하여 웜 샤프트(10)의 축 방향 변위가 큰 경우에는 보조 탄성체(230)에 의한 충격 흡수가 이루어질 수 있으므로, 충격의 크기에 따른 효과적인 댐핑이 이루어질 수 있다.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(220)는 보조 탄성체(230)를 수용할 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 보조 탄성체(230)가 케이스(220)와 지지 베어링(400)의 측면 사이의 공간에 배치될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 보조 탄성체(230)는 고무나 우레탄과 같은 탄성을 가지는 재질로 형성되는 탄성 링의 형태로 구현될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 보조 탄성체(230)는 웜 샤프트(10)의 축 방향으로 댐핑력을 제공할 수 있는 스프링 와셔(spring washer), 플레이트 스프링(plate spring) 등으로 구현될 수도 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 웜 샤프트(10)의 부분 중 웜 기어(11)를 중심으로 모터(20)에서 멀리 있는 쪽에 배치되어 웜 샤프트(10)에 체결되는 틸트 베어링 어셈블리(tilt bearing assembly)(100)를 포함한다.

한편, 웜 샤프트(10)가 웜 휠(3)을 향해 밀리는 방향으로 틸팅 되도록 상기 틸트 베어링 어셈블리(100)에 힘을 가하는 틸팅 메커니즘(tilting mechanism)(300)이 구비된다.

틸트 베어링 어셈블리(100)와 틸팅 메커니즘(300)은 웜 샤프트(10)와 웜 휠(3)의 치합 부위의 가공 정밀도에 따른 물림율 저하, 마모에 의한 백 래쉬(back-lash)의 증대 및 이로 인한 소음 발생을 억제하는 기능을 수행한다.

도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 틸트 베어링 어셈블리(100)와 틸팅 메커니즘(300)은 웜 샤프트(10)의 양측 끝단 중 모터(20)에서 먼 쪽의 끝단에 설치될 수 있으며, 웜 샤프트(10)의 회전을 지지함과 동시에 웜 샤프트(10)의 끝단을 웜 휠(3) 방향으로 밀도록 구성된다. 이에 따라 웜 샤프트(10)가 웜 휠(3)에 보다 견고하게 치합될 수 있다.

틸트 베어링(tilt bearing)(110)이 웜 샤프트(10) 둘레에 배치된다. 즉, 웜 샤프트(10)가 틸트 베어링 (110)의 통공에 슬라이딩 핏팅(sliding fitting) 방식으로 삽입되어 축방향 좌우 이동 및 회전이 가능하다.

베어링 케이스(bearing case)(120)는 틸트 베어링(110)을 수용한다. 즉, 베어링 케이스(120)가 틸트 베어링(110)의 외주면을 둘러싸도록 틸트 베어링(110)이 베어링 케이스(120)에 삽입된다.

베어링 케이스(120)는 그 일단이 하우징(40)의 걸림턱(41)에 걸리는 상태로 설치될 수 있으며, 베어링 케이스(120)의 다른 일단은 어저스터 링(adjuster ring)(130)과 어저스터 플러그(adjuster plug)(140)에 의해 지지된다. 베어링 케이스(120)는 어저스터 링(130)과 어저스터 플러그(140)에 의해 모터(20)가 있는 방향으로 지지된다. 즉, 베어링 케이스(120)의 외측에는 어저스터 플러그(140)가 배치되며, 어저스터 플러그(140)는 어저스터 링(130)의 외측단을 지지하게 되며 웜 샤프트(10)의 축 방향을 따른 위치를 조절할 수 있도록 하우징(40)에 나사 결합 방식으로 체결될 수 있다. 즉, 어저스터 플러그(140)를 회전시켜 위치를 조절함으로써, 어저스터 링(130)의 위치를 조절할 수 있고 그에 따라 틸트 베어링(110)을 밀게 된다. 이때, 베어링 케이스(120)의 내주면에는 걸림턱(121)이 형성되고 틸트 베어링(110)이 걸림턱(121)에 지지되는 상태가 된다.

어저스터 링(130)은 고무와 같은 탄성체로 형성될 수 있다. 어저스터 링(130)이 탄성체로 형성되기 때문에 소음 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.

댐핑 링(damping ring)(150)이 베어링 케이스(120)의 외주면을 감싼다. 댐핑 링(150)은 고무나 우레탄과 같이 탄성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 탄성을 가지는 댐핑 링(150)이 베어링 케이스(120)의 외주면을 감싸기 때문에 소음을 효과적으로 방지할 수 있고 베어링 케이스(120)의 변위나 변형이 있는 경우 댐핑 효과를 얻을 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 베어링 케이스(120)는 대략 고리 형태를 가지도록 형성될 수 있으며, 베어링 케이스(120)의 외주면에는 원주 방향을 따라 형성되는 함몰부(122)가 구비된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 댐핑 링(150)은 베어링 케이스(120)의 함몰부(122)에 삽입된다.

이때, 도 8을 참조하면, 걸림턱(121)은 리브(rib) 형상으로 베어링 케이스(120)의 내주면을 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 이에 따라 틸트 베어링(110)이 쉽게 조립될 수 있다.

한편, 도8 에 도시된 바와 같이, 베어링 케이스(120)는 절개부(125)를 구비함으로써, 반경 방향으로의 수축이 보다 원활하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 베어링 케이스(120)가 댐핑 링(150)의 의해 보다 원활히 가압되는 상태로 설치될 수 있기 때문에 댐핑 효과를 높일 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 베어링 케이스(120)의 내주면에는 슬롯(slot)(126)이 형성될 수 있다. 슬롯(126)은 웜 샤프트(10)의 축 방향을 따라 형성될 수 있으며 하나 또는 복수로 형성될 수 있다. 베어링 케이스(120)의 내주면에 슬롯(126)이 형성됨으로써, 틸트 베어링(110) 및 웜 샤프트(10)가 보다 원활하게 상하 방향으로 이동할 수 있다.

한편, 도 9를 참조하면, 복수의 돌기(152)가 댐핑 링(150)의 외주면에 원주 방향으로 따라 형성될 수 있다. 댐핑 링(150)의 외주면에 돌기(152)가 형성됨으로써, 틸트 베어링(110)의 조립 및 조정이 원활해지고 관련 부품의 제작 공차를 흡수할 수 있다.

한편, 틸팅 메커니즘(300)은 웜 샤프트(10)가 웜 휠(3)을 향해 밀리는 방향으로 틸팅 되도록 틸트 베어링 어셈블리(100)에 힘을 가한다.

먼저, 틸트 베어링(110)의 외측단을 웜 휠(3) 방향으로 가압하는 틸트 플러그(tilt plug)(360)가 구비된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 틸트 플러그(360)는 대략 막대 형상을 가지도록 형성될 수 있으며 웜 샤프트(10)의 축 방향과 수직인 방향으로 배열되어 그 끝단이 틸트 베어링(110)의 외주면에 접하도록 배치되며 그 이동에 의해 웜 샤프트(10)를 웜 휠(3) 방향으로 밀 수 있도록 웜 샤프트(10)의 축 방향과 수직인 방향으로 이동 가능하게 배치된다.

그리고 써포트 캠(support cam)(370)이 틸트 플러그(360)와 접촉되도록 배치된다. 써포트 캠(370)은 틸트 플러그(360)를 지지하는 상태로 웜 샤프트(10)의 축 방향을 따라 이동 가능하게 배치된다. 이때, 틸트 플러그(360)와 써포트 캠(370)은, 써포트 캠(370)의 웜 샤프트(10)의 축 방향 이동에 대응하여 틸트 플러그(360)가 웜 샤프트(10)의 축 방향에 수직인 방향으로 이동하도록, 캠 구조에 의해 서로 연결된다. 예를 들어, 써포트 캠(370)에는 웜 샤프트(10)의 축 방향에 대해 경사지게 형성되는 경사면(371)이 구비될 수 있고, 틸트 플러그(360)에는 써포트 캠(370)의 경사면(371)과 면 접촉하는 경사면(361)이 구비될 수 있으며, 이 두 경사면(361, 371)이 면 접촉하는 상태로 써포트 캠(370)이 틸트 플러그(360)를 지지하게 된다.

한편, 탄성 부재(380)는 써포트 캠(370)을 웜 샤프트(10)의 축 방향으로 미는 탄성력을 제공한다. 탄성 부재(380)는 써포트 캠(370)이 틸트 플러그(360)을 틸트 베어링(110)을 향해 미는 방향으로 이동하도록 하는 탄성력을 써포트 캠(370)에 가하도록 써포트 캠(370)을 탄성적으로 지지한다. 틸트 플러그(360)는 써포트 캠(370)에 접촉하도록 배치되며 써포트 캠(370)의 이동에 의해 틸트 베어링 어셈블리(100) 쪽으로 밀려 틸트 베어링 어셈블리(100)를 웜 휠(3) 방향으로 틸팅 되도록 한다. 다시 말해, 도 3 및 도 4에서, 탄성 부재(380)는 써포트 캠(370)을 모터(20) 쪽으로 미는 탄성력을 제공한다. 탄성 부재(380)는 코일 스프링(coil spring)과 같이 탄성력을 제공할 수 있는 임의의 부재로 형성될 수 있다.

탄성 부재(380)는 웜 샤프트(10)의 축 방향으로의 위치 조절이 가능한 스크류(screw)(390)에 의해 지지되어 써포트 캠(170)을 탄성적으로 지지한다. 예를 들어, 탄성 부재(380)는 하우징(40)에 체결되는 스크류(390)에 의해 써포트 캠(370) 쪽으로 지지된다. 이때, 탄성 부재(380)는 써포트 캠(370)에 탄성력을 제공하도록 약간 압축된 상태로 배치된다.

한편, 하우징(40)은 틸트 플러그(360), 써포트 캠(370), 탄성 부재(380), 그리고 스크류(390)가 삽입되고 이동할 수 있는 공간을 구비하도록 형성된다.

이때, 도 8 및 도 9를 참조하면, 베어링 케이스(120)에는 외주면의 함몰부(122)를 형성하는 바닥면에서 외측으로 돌출되는 돌출부(123)가 구비되며 이 돌출부(123)에는 중심을 향하는 삽입공(124)이 형성되고, 댐핑 링(150)에 돌출부(123)가 관통 삽입되는 관통공(151)이 형성된다. 그리고 틸트 플러그(360)가 삽입공(124)에 삽입됨으로써 틸트 플러그(360)가 틸트 베어링(110)의 외주면에 접촉될 수 있고 그 이동에 의해 틸트 베어링(110)을 웜 휠(3) 방향으로 밀 수 있다.

이와 같이 웜 샤프트(10)를 감싸는 틸트 베어링(110)이 틸팅 포스를 제공하는 구조에 의해 웜 휠(3) 방향으로 밀리는 상태가 유지되기 때문에, 웜 샤프트(10)의 웜 기어(11) 또는 웜 휠(3)의 마모가 진행되는 경우에도 물림율 저하, 백 래쉬(back-lash)의 증대, 및 이로 인한 소음 발생을 억제할 수 있다.

한편, 웜 휠(3)로부터 전달되는 충격 및 반력에 의해 웜 샤프트(10)가 웜 휠(3)에서 멀어지는 방향(즉, 틸팅 포스가 작용하는 방향의 반대 방향)으로 이동하고 이로 인해 백 래쉬의 증가 및 노이즈 발생을 억제하기 위해, 틸트 플러그(360)의 역방향(즉, 틸팅 포스가 작용하는 방향의 반대 방향) 이동을 제한할 수 있다. 이를 위해, 도면에 도시된 바와 같이, 틸트 플러그(360)와 써포트 캠(370)이 서로 직각으로 교차하도록 배치되고 틸트 플러그(360)와 써포트 캠(370)의 경사면(361, 371)은 서로 예각을 이루는 쐐기(wedge) 구조를 갖도록 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

1: 스티어링 샤프트 3: 웜 휠
10: 웜 샤프트 11: 웜 기어
20: 모터 21: 출력축
30: 모터 커플링 31: 제1 부재
33: 제2 부재 35: 연결 부재
100: 틸트 베어링 어셈블리 110: 틸트 베어링
120: 베어링 케이스 130: 어저스터 링
140: 어저스터 플러그 150: 댐핑 링
300: 틸팅 메커니즘 360: 틸트 플러그
370: 써포트 캠 380: 탄성 부재
390: 스크류 400: 지지 베어링
200: 지지 베어링 댐퍼 210: 탄성체
220: 케이스 230: 보조 탄성체

Claims

모터,
웜 기어를 구비하며 상기 모터의 출력축과 일체로 회전하도록 상기 출력축에 연결되는 웜 샤프트,
스티어링 샤프트에 결합되며 상기 웜 기어에 치합되는 웜 휠,
상기 웜 샤프트 중 상기 웜 기어를 중심으로 상기 모터에서 가까운 쪽에 배치되어 상기 웜 샤프트에 체결되는 지지 베어링,
상기 지지 베어링을 탄성 지지하여 상기 지지 베어링에 댐핑력을 제공하는 지지 베어링 댐퍼,
상기 웜 샤프트 중 상기 웜 기어를 중심으로 상기 모터에서 멀리 있는 쪽에 배치되어 상기 웜 샤프트에 체결되는 틸트 베어링 어셈블리, 그리고
상기 웜 샤프트가 상기 웜 휠을 향해 밀리는 방향으로 틸팅 되도록 상기 틸트 베어링 어셈블리에 힘을 가하는 틸팅 메커니즘을 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제1항에서,
상기 지지 베어링 댐퍼는
상기 지지 베어링을 상기 웜 샤프트의 축 방향 및 반경 방향으로 탄성적으로 지지하는 탄성체, 그리고
상기 탄성체의 외면을 둘러싸도록 형성되는 케이스를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제2항에서,
상기 탄성체와 상기 케이스는 상기 웜 샤프트의 길이 방향을 따라 각각 분리되어 한 쌍으로 구비되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제2항에서,
상기 지지 베어링 댐퍼는 상기 웜 샤프트가 삽입되는 하우징에 형성된 걸림턱과 상기 하우징에 나사 결합되는 조임 너트에 의해 지지되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제2항에서,
상기 지지 베어링과 접촉하는 상기 탄성체의 내주면에는 주름 돌기가 형성되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제2항에서,
상기 탄성체는 상기 지지 베어링의 측면을 지지하는 부분에서 돌출되어 형성되되 상기 지지 베어링의 측면에서 이격되는 상태로 형성되는 꼬리부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제6항에서,
상기 케이스는 상기 꼬리부의 외면을 지지하도록 형성되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제2항에서,
상기 지지 베어링 댐퍼는 상기 웜 샤프트의 축 방향 이동이 미리 설정된 값 이상이 되는 경우 상기 지지 베어링을 탄성적으로 지지할 수 있도록 상기 지지 베어링의 측면에서 이격되는 상태로 상기 지지 베어링의 양측에 각각 배치되는 보조 탄성체를 더 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제8항에서,
상기 보조 탄성체는 상기 탄성체보다 큰 강성(stiffness)을 갖는 전동식 파워 스티어링 장치.
제8항에서,
상기 케이스는 상기 보조 탄성체를 수용하도록 형성되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제8항에서,
상기 보조 탄성체는 고무 링, 스프링 와셔, 또는 플레이트 스프링인 전동식 파워 스티어링 장치.
제1항에서,
상기 틸팅 메커니즘은
경사면을 구비하는 써포트 캠,
상기 써포트 캠을 상기 웜 샤프트의 축 방향으로 미는 탄성력을 제공하는 탄성 부재, 그리고
상기 써포트 캠에 접촉하도록 배치되며 상기 써포트 캠의 이동에 의해 상기 틸트 베어링 어셈블리 쪽으로 밀려 상기 틸트 베어링 어셈블리를 상기 웜 휠 방향으로 틸팅 되도록 가압하는 틸트 플러그를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제12항에서,
상기 탄성 부재는 상기 웜 샤프트 축 방향으로 위치 조절이 가능한 스크류에 의해 지지되어 상기 써포트 캠을 탄성적으로 지지하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제1항에서,
상기 틸트 베어링 어셈블리는
상기 웜 샤프트 둘레에 배치되는 틸트 베어링,
상기 틸트 베어링을 수용하는 베어링 케이스, 그리고
상기 베어링 케이스의 외주면을 감싸도록 형성되며 탄성을 가지는 재질로 형성되는 댐핑 링을 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제14항에서,
상기 베어링 케이스의 외주면에는 원주 방향을 따라 형성되는 함몰부가 구비되고,
상기 댐핑 링은 상기 함몰부에 삽입되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제14항에서,
상기 베어링 케이스는 반경 방향으로의 수축이 원활하도록 절개부를 구비하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제14항에서,
상기 틸트 베어링 어셈블리는 상기 베어링 케이스를 상기 모터가 있는 방향으로 지지하는 어저스터 링과 어저스터 플러그를 더 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제17항에서,
상기 어저스터 링은 탄성을 가지는 재질로 형성되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제14항에서,
상기 베어링 케이스의 내주면에는 상기 웜 샤프트의 축 방향으로 따라 형성되는 슬롯이 구비되는 전동식 파워 스티어링 장치.
제14항에서,
상기 틸팅 메커니즘은
경사면을 구비하는 써포트 캠,
상기 써포트 캠을 상기 웜 샤프트의 축 방향으로 미는 탄성력을 제공하는 탄성 부재, 그리고
상기 써포트 캠에 접촉하도록 배치되며 상기 써포트 캠의 이동에 의해 상기 틸트 베어링 어셈블리 쪽으로 밀려 상기 틸트 베어링 어셈블리를 상기 웜 휠 방향으로 틸팅 되도록 가압하는 틸트 플러그를 포함하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제20항에서,
상기 탄성 부재는 상기 웜 샤프트 축 방향으로 위치 조절이 가능한 스크류에 의해 지지되어 상기 써포트 캠을 탄성적으로 지지하는 전동식 파워 스티어링 장치.
제20항에서,
상기 댐핑 링에는 관통공이 형성되고,
상기 베어링 케이스에는 상기 관통공에 삽입되며 삽입공이 형성되는 돌출부가 구비되며,
상기 틸트 베어링은 상기 베어링 케이스의 내주면에 조립되고 상기 틸트 플러그가 상기 삽입공에 삽입되어 상기 틸트 베어링의 외주면에 접촉되는 전동식 파워 스티어링 장치.