KR20140047857A - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서 너트풀리의 중량을 대폭 감소시키면서 벨트와의 마찰에 의한 노이즈를 대폭 감소시키는 효과가 있게 된다.
또한, 종래에 볼너트와 너트풀리가 압입에 의해 결합되는 것에 비하여 볼너트와 너트풀리의 결합력이 대폭 증대되고 너트풀리가 헛돌면서 조향 보조력이 변동되거나 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 갖게 된다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 너트풀리의 중량을 대폭 감소시키면서 벨트와의 마찰에 의한 노이즈를 대폭 감소시키고 또한, 종래에 볼너트와 너트풀리가 압입에 의해 결합되는 것에 비하여 볼너트와 너트풀리의 결합력이 대폭 증대되고 너트풀리가 헛돌면서 조향 보조력이 변동되거나 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트(210)를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 랙구동형 동력 보조 조향장치(170)를 포함하여 구성된다.
랙구동형 동력 보조 조향장치(170)는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 고정된 모터풀리(205a), 모터풀리(205a)에 감겨진 벨트(210), 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)가 구비되고, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 너트풀리(205b) 등으로 구성된다.
볼너트(220)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(240)이 장착되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 스틸로 제조되거나 금속분말을 소결시켜 제조되는 너트풀리가 벨트와의 마찰에 의한 노이즈가 심하였고, 중량이 무거운 문제점과 원가가 높아지는 문제점이 있었다.
또한, 종래에 볼너트와 너트풀리가 압입에 의해 결합되어 볼너트와 너트풀리에 슬립이 발생되면서 헛돌아 동력 전달의 효율이 떨어지고 정확한 조향 보조력을 전달하지 못하는 문제점이 있었다.
그리고, 너트풀리의 슬립이 과도하게 일어나는 경우에는 자동차의 고속 주행중에 운전자에게 조향 불능이 발생되어 안전 사고를 야기하는 치명적인 문제점도 발생되었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 너트풀리의 중량을 대폭 감소시키면서 벨트와의 마찰에 의한 노이즈를 대폭 감소시키며 또한, 종래에 볼너트와 너트풀리가 압입에 의해 결합되는 것에 비하여 볼너트와 너트풀리의 결합력이 대폭 증대되고 너트풀리가 헛돌면서 조향 보조력이 변동되거나 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 외주면의 일측에는 베어링안착부가 구비되고 타측에는 풀리안착부가 구비되되, 상기 풀리안착부에는 외경이 확대 형성된 고정부가 형성되어 있는 볼너트; 중공 형상의 내주면에는 내경이 축소 형성된 지지부가 형성되어 상기 고정부에 지지되며 결합되고 외주면에는 벨트가 연결되어 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서 너트풀리의 중량을 대폭 감소시키면서 벨트와의 마찰에 의한 노이즈를 대폭 감소시키는 효과가 있게 된다.
또한, 종래에 볼너트와 너트풀리가 압입에 의해 결합되는 것에 비하여 볼너트와 너트풀리의 결합력이 대폭 증대되고 너트풀리가 헛돌면서 조향 보조력이 변동되거나 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 갖게 된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도,
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 볼너트와 너트풀리를 나타내는 분해사시도,
도 5는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치가 결합된 상태를 나타내는 사시도,
도 6은 도 5의 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 볼너트와 너트풀리를 나타내는 분해사시도, 도 5는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치가 결합된 상태를 나타내는 사시도, 도 6은 도 5의 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 외주면의 일측에는 베어링안착부(331)가 구비되고 타측에는 풀리안착부(332)가 구비되되, 상기 풀리안착부(332)에는 외경이 확대 형성된 고정부(333)가 형성되어 있는 볼너트(330); 중공 형상의 내주면에 내경이 축소 형성된 지지부(323)가 형성되어 상기 고정부(333)에 지지되며 결합되고 외주면에는 벨트가 연결되어 상기 볼너트(330)를 회전시키는 너트풀리(320)를 포함하여 구성된다.
이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 살펴보면, 조향력을 보조하기 위한 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 도 2를 같이 참조하면 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 결합된 모터풀리(205a), 벨트(210) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 도 2를 같이 참조하면, 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(330)와, 볼너트(330)의 외주면에 결합되는 너트풀리(320) 등으로 이루어진다.
모터(165)의 축(165a)과 연결된 모터풀리(205a)와, 볼너트(330)와 연결된 너트풀리(320)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(205a)와 너트풀리(320)에는 벨트(210)가 끼워져 모터(165)의 회전력을 볼너트(330)를 통해 랙바(155)에 전달하고, 볼너트(330)의 동작에 의하여 랙바(155)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(330)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)과 기어하우징(미도시)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(330)의 외주면에는 볼너트(330)를 회전시키는 너트풀리(320)와, 볼너트(330)의 회전을 지지하는 베어링(303)이 장착된다.
볼너트(330)의 내주면과 랙바(155)의 외주면에는 랙바(155)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(155)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 외주스크류홈(155a)과, 이에 삽입되는 볼 및, 외주스크류홈(155a)과 대응되게 볼너트(330)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 내주스크류홈(330a) 등으로 이루어진다.
볼너트(330)는 내주면에 내주스크류홈(330a)이 형성된 중공관으로서, 외주면에 경방향으로 돌출된 단턱부(337)를 기준으로 일측에는 베어링안착부(331)가 구비되고 타측에는 풀리안착부(332)가 구비되어 있다.
따라서, 볼너트(330)의 외주면 일측에는 베어링(303)이 결합되고, 외주면 타측에는 너트풀리(320)가 결합된다.
그리고, 베어링(303)의 끝단과 볼너트(330)의 외주면 끝단에는 락너트(301)가 나사결합되어 베어링(303)을 지지하며 결합된다.
너트풀리(320)는 중공 형상으로 형성되는데, 일측단에는 벨트의 이탈을 방지하는 걸림턱이 형성되어 있고, 너트풀리(320)의 내주면에 내경이 축소되며 형성된 지지부(323)가 형성되어 있어서 볼너트(330)의 고정부(333)에 지지되며 결합되고, 너트풀리(320)가 벨트의 구동력으로 볼너트(330)를 회전시키킴으로써 랙바(155)를 좌,우로 직선 운동시키게 되어 있다.
이와 같은 너트풀리(320)는 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 플라스틱 재질로 형성되어, 중량을 대폭 감소시킴과 동시에 벨트와의 마찰에 의한 노이즈를 대폭 감소시킬 수 있게 되어 있다.
그리고, 볼너트(330)의 고정부(333)와 너트풀리(320)의 지지부(323)에는 축방향으로 관통된 체결홀(323a, 333a)이 형성되어 있는데, 볼너트(330)와 너트풀리(320)가 체결홀(323a, 333a)을 통해 체결부재(305)로 결합되게 되어 있어서 종래에 압입에 의해 결합되는 것에 비하여 볼너트(330)와 너트풀리(320)의 결합력이 대폭 증대되어 너트풀리(320)가 헛돌면서 조향 보조력이 변동되는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.
또한, 너트풀리(320)는 일측 끝단과 지지부(323) 사이의 내주면에 적어도 하나의 돌기부(323b)가 형성되어 있고, 너트풀리(320)의 내주면에 삽입되는 볼너트(330)의 고정부(333) 외주면에는 돌기부(323b)가 삽입되는 고정홈(333b)이 형성되어 있다.
이러한 너트풀리(320)의 돌기부(323b)는 적어도 한개 형성되며, 둘이상이 형성되는 경우에는 이들 돌기부(323b)가 원주방향으로 이격된 위치에 형성되고, 고정홈(333b)은 이들 돌기부(323b)에 대응되는 위치에 형성된다.
따라서, 볼너트(330)와 너트풀리(320)의 결합시 볼너트(330)의 고정홈(333b)이 너트풀리(320)의 돌기부(323b)에 지지되며 결합되어 체결부재(305)의 체결력이 느슨해지거나 조립시 누락되는 경우에도 볼너트(330)와 너트풀리(320)의 결합력을 유지함과 동시에 볼너트(330)와 너트풀리(320)의 조립시 체결홀(323a, 333a)의 위치를 정확하게 맞출 수 있게 되어 있다.
그리고, 비록 도시하지는 않았으나 이와 반대로 볼너트(330)의 고정부(333) 외주면에 적어도 하나의 돌기부가 형성되고, 너트풀리(320)의 일측 끝단과 지지부(323) 사이의 내주면에는 돌기부가 삽입되는 고정홈이 형성될 수도 있다.
한편, 너트풀리(320)의 타측 끝단에는 벨트의 이탈을 방지하는 링 형상의 가이드(310)가 결합될 수 있는데, 가이드(310)는 그 직경이 너트풀리(320)의 외경보다 돌출되게 형성되며 너트풀리(320)의 끝단과 융착 또는 코킹 등의 방법으로 결합될 수 있다.
따라서, 너트풀리(320)의 일측단에 형성된 걸림턱과 타측단에 결합된 가이드(310)에 의해 벨트의 이탈을 방지하면서 벨트가 어느 한쪽으로 쏠리는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.
또한, 가이드(310)는 링 형상의 몸체(311) 내주면에 축방향으로 연장되고 내측 경방향으로 절곡된 고정리브(313)가 구비되고, 이 고정리브(313)에는 볼너트(330)와 너트풀리(320)의 체결홀(323a, 333a)과 연통되는 연통홀(313a)이 형성되어 너트풀리(320) 및 볼너트(330)와 체결부재(305)로 결합될 수도 있다.
즉, 도 3 내지 도 7에서는 가이드(310)에 추가적으로 고정리브(313)가 구비된 예를 도시하였으며, 이렇게 가이드(310)에 고정리브(313)가 구비되는 경우에는 고정리브(313)의 연통홀(313a)을 통해 너트풀리(320) 및 볼너트(330)와 체결부재(305)로 결합될 수 있다.
이러한 가이드(310)는 금속 재질로 형성되거나 너트풀리(320) 처럼 플라스틱 재질로 형성될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서 너트풀리의 중량을 대폭 감소시키면서 벨트와의 마찰에 의한 노이즈를 대폭 감소시키는 효과가 있게 된다.
또한, 종래에 볼너트와 너트풀리가 압입에 의해 결합되는 것에 비하여 볼너트와 너트풀리의 결합력이 대폭 증대되고 너트풀리가 헛돌면서 조향 보조력이 변동되거나 고속 주행중 조향 불능 상태를 미연에 방지하여 운전자에게 안정된 조향 조건을 제공하는 효과를 갖게 된다.
310: 가이드 313: 고정리브
320: 너트풀리 323: 지지부
330: 볼너트 331: 베어링안착부
332: 풀리안착부 333: 고정부
323a, 333a: 체결홀 333b: 고정홈

Claims (8)

  1. 외주면의 일측에는 베어링안착부가 구비되고 타측에는 풀리안착부가 구비되되, 상기 풀리안착부에는 외경이 확대 형성된 고정부가 형성되어 있는 볼너트;
    중공 형상의 내주면에 내경이 축소 형성된 지지부가 형성되어 상기 고정부에 지지되며 결합되고 외주면에는 벨트가 연결되어 상기 볼너트를 회전시키는 너트풀리;
    를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 너트풀리는 플라스틱 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부와 지지부에는 축방향으로 관통된 체결홀이 형성되어 상기 볼너트와 너트풀리가 체결부재로 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 너트풀리는 일측 끝단과 상기 지지부 사이의 내주면에 적어도 하나의 돌기부가 형성되고, 상기 볼너트의 고정부에는 상기 돌기부가 삽입되는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼너트의 고정부 외주면에는 적어도 하나의 돌기부가 형성되고, 상기 너트풀리의 일측 끝단과 상기 지지부 사이의 내주면에는 상기 돌기부가 삽입되는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 돌기부는 둘이상 형성되되 원주방향으로 이격된 위치에 형성되고, 상기 고정홈은 상기 돌기부에 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 너트풀리의 일측 끝단에는 벨트의 이탈을 방지하는 링 형상의 가이드가 결합되되, 상기 가이드는 상기 너트풀리의 외경보다 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가이드는 링 형상의 몸체 내주면에 축방향으로 연장되고 내측 경방향으로 절곡된 고정리브가 구비되고, 상기 고정리브에는 상기 체결홀과 연통되는 연통홀이 형성되어 상기 너트풀리 및 볼너트와 체결부재로 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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