KR20140016089A - 스티어링 기어의 랙 지지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 조향에 사용되는 스티어링 기어에서 피니언과 맞물려 움직이는 랙을 지지하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 랙 이송시 발생하는 슬라이딩 마찰을 저감하기 위하여 롤러와 베어링 조합을 적용하고, 베어링 등을 포함하는 롤러 어셈블리를 스티어링 기어 하우징에 직접 장착하는 새로운 형태의 랙 지지방식을 구현함으로써, 충분한 랙 지지하중을 확보할 수 있고, 특히 부품수 절감에 따른 구조 단순화는 물론, 조립성 향상을 도모할 수 있는 스티어링 기어의 랙 지지장치를 제공한다.

Description

스티어링 기어의 랙 지지장치{Rack support device of steering gear}

본 발명은 스티어링 기어의 랙 지지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 조향에 사용되는 스티어링 기어에서 피니언과 맞물려 움직이는 랙을 지지하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 조향장치는 차량의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서, 차량의 앞바퀴 또는 뒷바퀴의 방향을 조작하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 진행시킬 수 있도록 하는 장치이다,

상기 조향장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 운전석에 있는 스티어링 휠, 컬럼 및 모터, 피니언을 포함하는 기어박스(100), 피니언과 맞물려 동작하는 랙(110), 조인트(120)를 이용하여 바퀴측으로 연결되는 타이로드(130) 등으로 구성된다.

따라서, 모터의 출력토크가 피니언으로 입력되면, 피니언과 랙 간의 치합 전동에 의해 타이로드가 좌우로 동작하면서 바퀴의 움직임을 통한 차량의 진행방향을 변경시킬 수 있게 된다.

이러한 조향장치에서 스티어링 기어는 랙과 피니언을 포함하며, 이때의 스티어링 기어의 경우 랙과 피니언의 견고한 치합을 유지시켜서 조향 성능 및 조향감을 향상시키기 위한 수단으로 랙 지지장치를 구비하는 것이 일반적이다.

예를 들면, 종래 유압 시스템은 운전자 토크로 피니언의 밸브를 조작하고, 이때 발생된 유압이 랙에 장착된 피스톤에 힘으로 작용하여 랙을 직접 이송시키는 시스템이므로, 랙 지지부에 큰 힘이 작용하지 않게 된다.

이에 반해, 최근의 전동 시스템은 운전자 토크로 모터가 구동되고, 이때 발생된 토크는 피니언을 통해 랙에서 힘으로 변환되는 시스템이다.

즉, 랙 이송시 피니언에 작용하는 토크의 크기 및 변동폭이 증대하고, 유압 대비 큰 랙-피니언 지지력이 필요하다.

또한, 백래시의 증대로 인해 랙-피니언 치합에서 발생하는 스티어링 기어의 래틀 소음이 증대하여 운전자에게 불쾌감을 초래하고, 장시간 이용시 랙 지지부와 피니언의 마모가 증대하여 백래시 및 래틀 소음이 보다 악화된다.

따라서, 최근의 전동 시스템을 채택하고 있는 조향장치에서는 랙 지지부에 대한 보강을 위해 다양한 구조의 랙 지지장치를 적용하고 있다.

일 예로서, 미국특허 제7,669,689호에는 랙의 배면에 롤러/베어링 구조를 포함하고 있는 홀더수단을 이용하여 랙을 지지하는 장치가 개시되어 있으며, 여기서는 랙과 지지장치 간의 마찰을 저감하고 랙과 피니언 간의 치합을 유지하는 지지하중을 충분히 확보하여, 마모 방지 및 전달 효율 증대, 그리고 래틀 이음을 장시간 방지할 수 있는 효과를 도모하고 있다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 랙 지지장치는 하우징(10)의 내부에 피니언(11)과 랙(12)의 서로 치합구조로 결합되고, 상기 랙(12)의 뒷쪽으로는 홀더(13) 내에 조립되는 롤러(14) 및 롤러 핀(15), 그리고 스프링(16)이 배치되며, 이것들을 마감하기 위한 수단으로 플러그(17)가 하우징(10)에 체결되는 구조로 이루어진다.

이에 따라, 상기 피니언(11)과 랙(12) 간의 동력전달시 랙(12)은 배면의 롤러(14)에 의한 지지를 받으면서 동작할 수 있게 된다.

여기서, 미설명 부호 18은 롤러 핀의 지지를 위해 하우징(10)에 형성되는 핀 그루브이고, 19는 베어링을 나타낸다.

그러나, 이러한 랙 지지장치는 롤러 핀과 베어링을 포함하는 롤러 어셈블리를 홀더에 조립한 후에 하우징에 장착해야 하는 등 조립성 측면에서 불리한 점이 있고, 랙의 원주방향 거동 발생시 홀더와 하우징 간의 순간적인 간섭에 의해 이음이 발생하는 등의 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 랙 이송시 발생하는 슬라이딩 마찰을 저감하기 위하여 롤러와 베어링 조합을 적용하고, 베어링 등을 포함하는 롤러 어셈블리를 스티어링 기어 하우징에 직접 장착하는 새로운 형태의 랙 지지방식을 구현함으로써, 충분한 랙 지지하중을 확보할 수 있고, 특히 부품수 절감에 따른 구조 단순화는 물론, 조립성 향상을 도모할 수 있는 스티어링 기어의 랙 지지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 스티어링 기어의 랙 지지장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 스티어링 기어의 랙 지지장치는 랙의 배면에 배치되어 마찰력을 저감하고 하중에 대한 지지력을 발휘하는 것으로서, 랙의 배면과 접하면서 랙 이송시 회전하면서 슬라이딩 마찰을 흡수하는 롤러와, 상기 롤러의 중심축 역할을 하는 롤러 핀과, 상기 롤러와 롤러 핀 사이에 개재되는 베어링과, 상기 롤러)를 뒷쪽에서 탄력 지지하는 스프링과, 마감수단으로서의 플러그를 포함하는 구조로 이루어진다.

특히, 상기 랙 지지장치의 롤러 핀은 하우징의 내면에 형성되어 있는 핀 그루브에 그 양단부를 통해 슬라이드 방식으로 끼워져 지지되는 구조로 장착되므로서, 부품수 절감 및 구조 단순화, 그리고 작업성 향상을 도모할 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 롤러 핀의 양단부에는 고무 댐퍼를 장착하여 이음을 방지할 수 있도록 하고, 또 상기 롤러의 상면과 하면은 각각 윗쪽과 아래쪽으로 볼록한 형상의 구면을 갖도록 하여 하우징 간섭에 의한 이음을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 하우징에 형성되는 핀 그루브의 경우, 상하 대칭구조를 이루면서 하우징 단부로부터 그 내측으로 일정길이 연장되는 형태로 구성하여, 롤러를 포함하는 롤러 핀 전체를 하우징에 직접 밀어 끼워서 장착할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 랙 지지장치는 플러그의 뒷쪽으로 체결되는 락 너트를 더 포함할 수 있으며, 이때의 락 너트 조작을 통해 랙 지지 하중을 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 스티어링 기어의 랙 지지장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 랙과 랙 지지장치 간의 마찰을 저감하여 내구성을 유지할 수 있고, 충분한 랙 지지하중에 따른 큰 피니언 토크 및 토크 변동에 대한 강건한 구조를 확보하여 품질을 높일 수 있다.

둘째, 하우징에 롤러 어셈블리를 직접 장착하는 구조를 적용함으로써, 부품수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있으며, 조립성 향상을 도모할 수 있다.

셋째, 구형의 롤러 형상을 채택하여 랙의 이상 거동시에도 하우징측과의 간섭을 최대한 줄일 수 있는 등 이음 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 차량의 조향장치를 나타내는 개략도
도 2는 종래 스티어링 기어의 랙 지지장치에 대한 일 예를 나타내는 사시도
도 3은 종래 스티어링 기어의 랙 지지장치에 대한 일 예를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 기어의 랙 지지장치를 나타내는 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 기어의 랙 지지장치를 나타내는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 기어의 랙 지지장치를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 기어의 랙 지지장치를 나타내는 단면도이다.

도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 스티어링 기어의 랙 지지장치는 스티어링 기어 하우징에 구비되어 있는 그루브에 롤러 어셈블리를 직접 조립하여, 랙 마찰력 저감은 물론 충분한 지지력을 확보함으로써, 홀더 삭제에 따른 부품수 절감과 더불어 우수한 마찰 저감 기능을 발휘할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 스티어링 기어 하우징(10)의 내부에는 서로 치합전동 가능한 구조로 맞물려 있는 피니언(11)과 랙(12)이 설치되고, 상기 하우징(10)의 내부 일측, 즉 랙(12)의 뒷쪽으로 이어지는 하우징 연장부분의 내부에는 롤러(14)와 플러그(17), 그리고 락 너트(22)가 차례로 설치된다.

상기 롤러(14)는 랙(12)의 배면과 접하면서 랙 이송시 회전하면서 슬라이딩 마찰을 흡수하는 수단으로서, 구형으로 되어 있는 랙(12)의 후면을 수용하면서 접할 수 있는 오목한 구름면(23)을 갖는 형태로 이루어지고, 그 축선을 관통하는 롤러 핀(15)에 의해 지지되면서 이때의 롤러 핀(15)을 중심축으로 하여 회전될 수 있게 된다.

여기서, 상기 롤러(14)의 구름면(23)은 구형으로 이루어진 랙 후면의 곡률과 동일한 곡률을 갖도록 하여, 서로 간의 접촉이 보다 기밀하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 롤러 핀(15)과 롤러(14) 간의 결합부위에는 베어링(19)이 개재되어 있어서, 랙(12)의 이송에 따라 이와 접촉하는 롤러(14)가 부드럽게 회전될 수 있게 된다.

또한, 상기 롤러(14)는 상면과 하면이 각각 각각 윗쪽과 아래쪽으로 볼록한 형상의 구면(21)으로 이루어져 있으며, 이에 따라 롤러 상면과 접해 있는 하우징 내면과의 사이, 그리고 롤러 하면과 접해 있는 하우징 내면과의 사이에 간극이 확보될 수 있게 되고, 결국 랙 이송에 따른 롤러(14)의 정상적인 회전시는 물론, 롤러(14)의 이상 거동시, 예를 들면 랙의 원주방향 거동 발생시 롤러의 축선이 옆으로 틀어지는 등의 상황시 하우징측과의 간섭이 배재되면서 이음 발생을 원천적으로 배제할 수 있게 된다.

특히, 상기 롤러(14)의 지지를 위한 롤러 핀(15)의 경우, 하우징(10)에 직접 결합되면서 롤러(14)를 지지하는 구조로 설치된다.

이를 위하여, 상기 하우징(10)에는 그 단부로부터 내측을 향해 일정길이 연장되면서 상하 대칭구조를 이루는 위아래 2개의 핀 그루브(18)가 형성되고, 이렇게 형성되는 위아래의 핀 그루부(18)에 롤러 핀(16)의 상단과 하단이 끼워져 지지되므로서, 이때의 롤러 핀(16)를 포함하는 롤러(14) 전체가 하우징측에 직접 지지될 수 있게 된다.

여기서, 상기 하우징(10)에 있는 핀 그루브(18)는 하우징 단부가 터져 있는 형태이므로, 롤러(14) 및 롤러 핀(16)의 조립시 롤러 핀(16)의 양단을 위아래 핀 그루브(18)에 위치를 맞춘 다음, 그대로 안쪽으로 밀어서 끼우면 종전과 같이 미리 롤러 어셈블리를 조립하는 등의 수고없이 슬라이드 방식으로 쉽게 장착을 완료할 수 있게 되고, 따라서 롤러(14) 및 롤러 핀(16)을 포함하는 전체 부품의 조립성을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 롤러 핀(16)의 양단부, 즉 핀 그루브(18)에 끼워지는 부분에는 고무 댐퍼(20)가 장착되어 있어서 핀과 하우징 간의 직접적인 접촉을 막아주게 되고, 따라서 롤러 회전시 전달되는 진동 등에 따른 이음 발생을 방지할 수 있게 된다.

또한, 이렇게 설치되는 롤러(14)의 뒷쪽으로는 스프링(16), 예를 들면 리프 스프링이 설치되어 롤러(14)를 탄력적으로 지지하면서 랙 거동에 따른 유격을 보상해주게 되고, 계속해서 상기 스프링(16)의 뒷쪽에는 플러그(17)가 하우징측에 체결되는 구조로 설치되어 그 안쪽으로 위치되는 부품들을 마감할 수 있게 된다.

즉, 상기 스프링(16)은 피니언 토크 또는 랙측 역입력에 대한 적정 치합 유지를 위하여 롤러 어셈블리의 랙측 반대쪽 면에 배치된다.

특히, 상기 하우징(10)의 단부에는 플러그 고정을 위한 수단으로서 플러그(17)의 외주면에 나사체결구조로 결합되는 락 너트(22)가 구비되며, 이에 따라 상기 락 너트(22)를 조이거나 푸는 조작을 통해 랙 지지 하중을 용이하게 조정할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에서는 랙의 배면에 롤러 어셈블리를 포함하는 지지장치를 배치하여 랙을 지지함으로써, 피니언과의 치합 전동에 의한 랙 이송시 발생하는 슬라이딩 마찰을 회전체인 롤러가 흡수하게 되므로서, 마찰 저감에 따른 랙 지지구조의 내구를 유지할 수 있게 되고, 결국 충분한 랙 지지하중을 확보할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 스티어링 기어 하우징에 상하 대칭의 그루브를 형성하고, 롤러 어셈블리를 그루브에 삽입하여 스티어링 기어의 조립 구조 및 회전축을 확보함으로써, 즉 홀더를 삭제하고 롤러 어셈블리를 스티어링 기어 하우징에 직접 조립함으로써, 부품수를 절감할 수 있음은 물론 구조를 단순화할 수 있고, 이음 발생 요인을 최소화할 수 있게 된다.

10 : 하우징 11 : 피니언
12 : 랙 13 : 홀더
14 : 롤러 15 : 롤러 핀
16 : 스프링 17 : 플러그
18 : 핀 그루브 19 : 베어링
20 : 고무 댐퍼 21 : 구면
22 : 락 너트 23 : 구름면

Claims (5)

1. 랙의 배면에 배치되어 마찰력을 저감하고 하중에 대한 지지력을 발휘하는 것으로서,
   랙(12)의 배면과 접하면서 랙 이송시 회전하면서 슬라이딩 마찰을 흡수하는 롤러(14)와, 상기 롤러(14)의 중심축 역할을 하는 롤러 핀(15)과, 상기 롤러(14)와 롤러 핀(16) 사이에 개재되는 베어링(19)과, 상기 롤러(14)를 뒷쪽에서 탄력 지지하는 스프링(16)과, 마감수단으로서의 플러그(17)를 포함하며,
   상기 롤러 핀(16)은 하우징(10)의 내면에 형성되어 있는 핀 그루브(18)에 그 양단이 슬라이드 방식으로 끼워져 지지되는 구조로 장착되는 것을 특징으로 하는 스티어링 기어의 랙 지지장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 롤러 핀(16)의 양단부에는 고무 댐퍼(20)가 장착되어 이음을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 스티어링 기어의 랙 지지장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 롤러(14)의 상면과 하면은 각각 윗쪽과 아래쪽으로 볼록한 형상의 구면(21)으로 이루어져, 하우징 간섭에 의한 이음을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 스티어링 기어의 랙 지지장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징(10)에 형성되는 핀 그루브(18)는 상하 대칭구조를 이루면서 하우징 단부로부터 그 내측으로 일정길이 연장되는 형태로 이루어져, 롤러(14)를 포함하는 롤러 핀(16) 전체를 하우징(10)에 직접 밀어 끼워서 장착할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 스티어링 기어의 랙 지지장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 플러그(17)의 뒷쪽으로 체결되는 락 너트(22)를 더 포함하며, 락 너트 조작을 통해 랙 지지 하중을 조정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 스티어링 기어의 랙 지지장치.

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