KR20130061216A - 자동차 조향장치의 중간축 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 자동차의 충돌시 중간축이 축방향으로 수축되면서 공기를 압축하여 충돌에너지를 흡수할 수 있게 되고, 자동차의 종류, 크기 등에 따라서 압축되는 공기압을 조절할 수 있게 되어 다양한 크기로 나타나는 충돌에너지에 대응할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.

Description

자동차 조향장치의 중간축{Intermediate Shaft of Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차 조향장치의 중간축에 있어서, 자동차의 충돌시 중간축이 축방향으로 수축되면서 공기를 압축하여 충돌에너지를 흡수할 수 있게 되고, 자동차의 종류, 크기 등에 따라서 압축되는 공기압을 조절할 수 있게 되어 다양한 크기로 나타나는 충돌에너지에 대응할 수 있게 되는 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 조향장치는 운전자가 조향휠을 원하는 방향으로 회전시키면 조향휠에 연결된 조향축이 회전하며, 조향축은 유니버설 조인트(Universal Joint)와 슬립 조인트(Slip Joint)를 매개로 연결되는 중간축을 통하여 랙과 피니언 기어(Rack and Pinion Gear)로 구성되는 기어 박스에 회전력을 전달한다.
이때 기어 박스는 랙과 피니언 기어에 의해 조향축의 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸어 랙바(Rack Bar)로 전달하며, 랙바는 타이어의 너클(Knuckle)과 연결된 타이로드에 힘을 전달하여 자동차의 진행방향을 변경할 수 있도록 한다.
특히, 조향축과 기어박스 사이의 중간축은 동축선상으로 일치하지 않고 일정한 각으로 기울어진 구조라는 점에서 일반적인 축의 결합 방식으로는 동력을 전달할 수 없기 때문에 조향축이 일정한 각도로 변경될 수 있는 유니버설 조인트의 사용이 필수적이다.
도 1은 일반적인 자동차의 조향장치를 나타낸 개략도로서, 일반적으로 자동차의 조향장치에서는 조향축(130)의 하단을 중간축(100)을 매개로 기어박스(180)와 연결하되, 중간축(100)은 주변 여건상 임의의 각도로 기울어진 채 기어박스(180)와 연결하도록 되어 있기 때문에 이러한 조건을 만족하기 위해서 유니버설 조인트(110)를 사용하게 된다.
여기서 중간축(100)은 조향축(130)과 연결되는 유니버설 조인트(110)와, 외측 부재(122)와 내측 부재(124) 등으로 이루어져 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하게 된다.
이러한 중간축(100)은 일측이 조향휠(170)과 결합된 조향축(130)에 연결되고, 타측이 기어박스(180)에 연결되어 조향휠(170)에서 발생하는 회전력을 기어박스(180)를 통해 차륜에 전달하는 장치이다.
조향컬럼(150)은 외측튜브(145), 내측튜브(140) 및 마운팅브라켓(160)을 포함하여 구성되며 외측튜브(145)는 조향휠(170) 측에 형성되고 내부에는 외측튜브(145)보다 지름이 작아 충격시 내부로 삽입 가능한 내측튜브(140)가 마련된다. 외측튜브(145) 및 내측튜브(140)는 중공 형태의 튜브로 형성되어 조향축(130)이 원활하게 회전할 수 있게 된다.
도 2는 종래 기술에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 분해사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 중간축(100)은 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 유니버설 조인트(110) 및 유니버설 조인트(110)에서 전달되는 회전력을 타측에 장착된 기어박스에 전달함과 동시에 축 방향으로 신축이 가능한 슬립 조인트(120)를 포함하여 구성된다.
유니버설 조인트(110)는 두 개의 요크(Yoke: 115)와 하나의 스파이더(117)로 구성되어 있고, 슬립 조인트(120)는 축의 회전력을 전달하며 축 방향으로 작용하는 힘에 의해 축이 신축되는 것으로서, 중공의 형상을 가지는 외측 부재(122), 외측 부재(122)에 삽입되어 길이 방향의 힘을 흡수하는 내측 부재(124) 및 외측 부재(122)와 내측 부재(124) 사이에 구비되는 볼(125)을 포함하여 구성된다.
외측 부재(122)는 내부가 중공인 형상을 가지며, 외측 부재(122)의 내부로 환봉 형상을 가진 내측 부재(124)가 삽입되어 연결되는데, 외측 부재(122)의 내주면 양측에는 축 방향으로 길게 형성되며 볼(125)이 삽입되어 내측 부재(124)가 외측 부재(122)로부터 인입되거나 인출되는 슬립 운동시 함께 이동하도록 외측 가이드홈(123)이 형성되어 있다.
내측 부재(124)는 일측이 유니버설 조인트(110)와 연결되고 타측이 외측 부재(122)와 결합하여 회전력을 전달함과 동시에 외측 부재(122)의 내부로 삽입되어 축 방향으로 슬립되면서 입력축과 출력축 사이의 길이 방향의 하중을 흡수하는 부재이다.
이러한 내측 부재(124)의 외주면에는 외측 부재(122)의 외측 가이드홈(123)에 삽입되는 볼(125)이 안정적이고 원활하게 이동할 수 있도록 이와 대향되는 위치에 길이 방향으로 형성된 내측 가이드홈(127)이 구비되어 있다.
볼(125)은 외측 부재(122) 및 내측 부재(124)에 각각 형성된 외측 가이드홈(123) 및 내측 가이드홈(12770)에 밀착되게 삽입되어 구름 마찰되며 슬립되는데, 내측 부재(124)가 회전하면 외측 부재(122)가 따라서 회전함으로써, 입력축의 회전력을 출력축으로 전달하게 된다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 자동차 조향장치의 중간축은 외측 부재와 내측 부재가 서로 신축되며 슬라이딩되는 구조는 구비하고 있으나, 이는 자동차에 조립시 편의를 위해 축 방향의 길이를 조정하기 위한 것일 뿐, 자동차의 충돌시에는 충돌에너지를 흡수하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 자동차의 충돌시 슬라이딩 운동이 발생되어도 그 슬라이딩 작동력을 조정하기 어려워 자동차의 종류나 크기 등에 따라서 자동차 충돌에너지 흡수 패턴이 달라지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자동차 조향장치의 중간축에 있어서, 자동차의 충돌시 중간축이 축방향으로 수축되면서 공기를 압축하여 충돌에너지를 흡수할 수 있게 되고, 자동차의 종류, 크기 등에 따라서 압축되는 공기압을 조절할 수 있게 되어 다양한 크기로 나타나는 충돌에너지에 대응할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 일측단이 요크가 결합되는 중공 형상으로 내주면에 축 방향의 내주홈이 구비되어 있는 외측 부재; 일측단이 상기 외측 부재로 삽입되어 슬라이딩되는 중실 형상으로 슬라이딩 구간의 외주면에 축 방향의 외주홈이 구비되어 있는 내측 부재; 상기 내주홈과 외주홈에 삽입되어 회전과 슬라이딩을 지지하는 슬립 부시; 상기 외측 부재의 단부에 결합되며 상기 내측 부재의 외주면에 밀착되는 씰링캡을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축을 제공한다.
본 발명에 의하면 자동차의 충돌시 중간축이 축방향으로 수축되면서 공기를 압축하여 충돌에너지를 흡수할 수 있게 되고, 자동차의 종류, 크기 등에 따라서 압축되는 공기압을 조절할 수 있게 되어 다양한 크기로 나타나는 충돌에너지에 대응할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
도 1은 일반적인 자동차의 조향장치를 나타낸 개략도;
도 2는 종래 기술에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 분해사시도;
도 3은 본 발명에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 분해 사시도;
도 4는 도 3의 단면도;
도 5와 도 6은 본 발명에 의한 자동차 조향장치의 중간축의 변형된 실시예를 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 발명에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도, 도 5와 도 6은 본 발명에 의한 자동차 조향장치의 중간축의 변형된 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축은, 일측단이 요크(330)가 결합되는 중공 형상으로 내주면에 축 방향의 내주홈(310a)이 구비되어 있는 외측 부재(310); 일측단이 상기 외측 부재(310)로 삽입되어 슬라이딩되는 중실 형상으로 슬라이딩 구간의 외주면에 축 방향의 외주홈(320a)이 구비되어 있는 내측 부재(320); 상기 내주홈(310a)과 외주홈(320a)에 삽입되어 회전과 슬라이딩을 지지하는 슬립 부시(315); 상기 외측 부재(310)의 단부에 결합되며 상기 내측 부재(320)의 외주면에 밀착되는 씰링캡(303)을 포함하여 구성된다.
운전자의 조향휠(도 1의 170 참조) 조작에 의한 회전운동은 조향컬럼(도 1의 150 참조)의 조향축을 통해 중간축과 기어박스를 통해 랙바(미도시)에 전달되어 랙바의 직선운동으로 변환되어 바퀴를 조향하게 되는데, 중간축은 자동차의 내부 설치 구조상 조향축으로부터 기어박스에 이르기까지 소정의 각도로 굴절되며 연결되어 조향축의 회전을 기어박스로 전달하게 된다.
이러한 중간축은 운전자의 조향휠 조작시 회전력을 전달함과 동시에 축방향으로 신축되는 슬라이딩 운동이 가능하도록 외측 부재(310)에 내측 부재(320)가 삽입 결합되어 있다.
또한, 중간축은 조향축 및 기어박스와 소정의 각도로 굴절되며 결합되므로 양측 또는 어느 일측이 두 개의 요크(330)와 하나의 스파이더(335)로 구성되는 유니버설 조인트(340)를 매개로 조향축 및 기어박스와 연결된다.
다만, 본 발명의 상세한 설명에 있어서, 외측 부재(310)와 내측 부재(320)는 조향축과 기어박스 사이의 축 연결 부재로서 결합되는 방향과는 무관하여 그 어느쪽도 조향축과 결합될 수 있으므로 도 1에 도시된 것과 같이 외측 부재(310)가 조향축과 결합되는 것을 기준으로 하여 설명하기로 한다.
조향축과 유니버설 조인트(340)로 연결되는 외측 부재(310)는 일측단에 요크(330)가 결합되는 중공 형상으로 내부에는 내측 부재(320)가 삽입되어 축방향으로 신축되는 슬라이딩을 하게 되고, 타측단에는 씰링캡(303)이 결합되어 있다.
그리고, 중실 형상의 내측 부재(320)는 일측단이 외측 부재(310)로 삽입되어 축방향으로 신축되는 슬라이딩을 하게 되는데, 외측 부재(310)로 삽입되는 일측단에는 외측 부재(310)의 내주면에 밀착되는 탄성부재(317)가 결합될 수 있다.
서로 신축되며 슬라이딩되는 내측 부재(320)와 외측 부재(310)의 사이에는 슬립 부시(315)가 결합되어 회전과 슬라이딩을 지지하게 되어 있으며, 슬립 부시(315)에는 볼, 롤러 등이 구비되어 있어서 외측 부재(310)의 내주홈(310a)과 내측 부재(320)의 외주홈(320a)에 결합된다.
이와 같은 중간축은 자동차에 조립시 축방향으로 신축이 가능함과 동시에 자동차의 충돌시 축방향으로 수축되면서 충돌에너지를 흡수할 수 있도록 공기를 압축하면서 발생되는 공기압을 댐핑 에너지로 이용할 수 있게 되어 있다.
즉, 외측 부재(310)에 결합되는 요크(330)가 외측 부재(310)의 일측단을 폐쇄하면서 결합되고, 외측 부재(310)와 내측 부재(320)의 사이에 벌어진 틈은 씰링캡(303)이 폐쇄하게 되어 있어서, 자동차의 충돌시 내측 부재(320)가 외측 부재(310)쪽으로 수축되는 슬라이딩 운동시 외측 부재(310)의 내측에 충진된 공기가 압축되면서 충격 에너지를 흡수하게 되어 있다.
또한, 도 4에 도시된 것처럼 자동차 구조상 외측 부재(310)의 내부 빈공간이 협소한 경우에는 내측 부재(320)의 축 방향 슬라이딩시 외부로 공기를 유출시키면서 압축되는 공기압을 유지할 수 있도록 요크(330)에 공기 유출입홀(333)이 구비될 수 있다.
또한, 외측 부재(310)에도 도 5에 도시된 것처럼 내측 부재(320)의 축 방향 슬라이딩시 외부로 공기를 유출시키면서 압축되는 공기압을 유지할 수 있도록 요크(330)에 공기 유출입홀(313)이 구비될 수 있다.
한편, 자동차의 충돌시 발생되는 충돌에너지는 자동차의 종류, 크기 등에 따라서 다양하게 나타나므로 압축되는 공기압을 조절할 수 있도록, 도 6에 도시된 것처럼 공기압 조절장치를 구비할 수 있다.
즉, 공기압 조절장치는 외측 부재(310)에 구비되는데, 외측 부재(310)의 공기 유출입홀(313)과 연통되는 실린더부(350)와, 실린더부(350)에 삽입되어 슬라이딩되는 피스톤부(355)로 구성된다.
실린더부(350)는 일측이 폐쇄된 중공 형상으로 외측 부재(310)의 공기 유출입홀(313)과 연통되는 노즐부(353)가 구비되어 실린더부(350)의 내측 빈 공간과 연통되게 형성되며, 피스톤부(355)는 내측 부재(320)의 축 방향 슬라이딩시 외측 부재(310)의 공기압에 따라서 실린더부(350)의 내측에서 슬라이딩하게 된다.
또한, 피스톤부(355)는 실린더부(350)에 삽이되는 일측단에 실린더부(350)의 내주면에 밀착되는 탄성부재(355a)가 구비될 수 있다.
따라서, 자동차 구조상 외측 부재의 내부 빈공간이 협소하거나, 자동차의 종류, 크기 등에 따라서 공기압을 다르게 할 필요가 있는 경우에는 노즐부의 직경을 크게 또는 작게 형성하거나, 실린더부의 내부 빈공간 크기를 조정함으로써 다양한 크기로 나타나는 충돌에너지에 맞추어 대응할 수 있게 된다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 자동차의 충돌시 중간축이 축방향으로 수축되면서 공기를 압축하여 충돌에너지를 흡수할 수 있게 되고, 자동차의 종류, 크기 등에 따라서 압축되는 공기압을 조절할 수 있게 되어 다양한 크기로 나타나는 충돌에너지에 대응할 수 있게 되는 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.
303: 씰링캡 310: 외측 부재
313,333: 공기 유출입홀 310a: 내주홈
315: 슬립 부시 320: 내측 부재
320a: 외주홈 330: 요크
350: 실린더부 355: 피스톤부

Claims (6)

  1. 일측단이 요크가 결합되는 중공 형상으로 내주면에 축 방향의 내주홈이 구비되어 있는 외측 부재;
    일측단이 상기 외측 부재로 삽입되어 슬라이딩되는 중실 형상으로 슬라이딩 구간의 외주면에 축 방향의 외주홈이 구비되어 있는 내측 부재;
    상기 내주홈과 외주홈에 삽입되어 회전과 슬라이딩을 지지하는 슬립 부시;
    상기 외측 부재의 단부에 결합되며 상기 내측 부재의 외주면에 밀착되는 씰링캡;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 부재의 일측단에는 상기 외측 부재의 내주면에 밀착되는 탄성부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 요크는 상기 외측 부재의 일측단을 폐쇄하며 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 요크는 상기 내측 부재의 축 방향 슬라이딩시 외부와 연통되는 공기 유출입홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 외측 부재는 상기 내측 부재의 축 방향 슬라이딩시 외부와 연통되는 공기 유출입홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외측 부재에는 상기 내측 부재의 축 방향 슬라이딩시 슬라이딩 하중을 조절하도록, 상기 공기 유출입홀과 연통되며 일측이 폐쇄된 중공 형상의 실린더부와, 상기 실린더부에 삽입되어 상기 외측 부재의 공기압에 따라서 슬라이딩되는 피스톤부가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
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