KR20160044649A - 전동식 조향장치 - Google Patents

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Abstract

전동식 조향장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 전동식 조향장치는: 조향 칼럼과 연결되고, 웜 휠이 결합되는 출력 샤프트; 출력 샤프트를 지지하도록 설치되는 제1 베어링부; 웜 휠에 맞물리도록 샤프트 기어부가 형성되고, 모터부의 구동축에 연결되는 웜 샤프트; 웜 샤프트를 지지하도록 설치되는 제2 베어링부; 출력 샤프트와 제1 베어링부가 수용되는 제1 수용부와, 웜 샤프트와 제2 베어링부가 수용되는 제2 수용부가 형성되는 메인 하우징; 및 제1 베어링부와 제2 베어링부를 둘러싸도록 메인 하우징과 인서트 사출되고, 제1 베어링부와 제2 베어링부를 지지하여 출력 샤프트와 웜 샤프트 사이의 축간 거리가 변경되는 것을 방지하는 베어링 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향장치{ELECRIC POWER STEERING APPARATUS}
본 발명은 전동식 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 출력 샤프트와 웜 샤프트 사이의 축간 거리가 온도나 습도의 영향에 의해 변화되는 것을 방지할 수 있는 전동식 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 조향장치는 모터부의 동력으로 조향력을 보조하는 장치이다. 전동식 조향장치는 조향력을 보조하는 모터부와, 모터부에 연결되는 감속기를 포함한다. 감속기는 모터부에 연결되는 웜 샤프트와, 웜 샤프트에 맞물리게 결합되는 웜 휠과, 웜 휠에 축결합되는 출력 샤프트를 포함한다. 웜 샤프트와 출력 샤프트는 베어링에 의해 지지된다. 감속기는 하우징의 내부에 설치된다. 하우징은 차량 경량화를 위해 합성수지 재질로 제작된다. 하우징이 경량화됨에 따라 차량의 연비가 절감될 수 있다.
그러나, 종래에는 하우징이 합성수지 재질로 제작되므로, 온도와 습도의 변화에 따라 하우징의 부피가 변경된다. 하우징의 부피가 변경됨에 따라 웜 샤프트와 출력 샤프트 사이의 축간 거리가 변경된다. 웜 샤프트와 출력 샤프트의 축간 거리가 감소되면, 웜 휠의 기어와 웜 샤프트의 기어가 과도하게 압착되어 마찰이 증대될 수 있다. 웜 휠과 웜 샤프트의 마찰이 증대됨에 따라 조향감이 저하될 수 있다. 또한, 웜 샤프트와 출력 샤프트의 축간 거리가 증가되면, 웜 휠의 기어와 웜 샤프트의 기어 사이에 유격이 증가된다. 웜 휠의 기어와 웜 샤프트의 기어 사이에 유격이 증가되면, 차체에 외부 충격이 가해질 때에 웜 휠과 웜 샤프트가 부딪히면서 래틀 소음(rattle noise)이 발생될 수 있다. 래틀 소음이 발생됨에 따라 승차감이 저하될 수 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0065578호(2014. 06. 30 공개, 발명의 명칭: 통합형 전동조향장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 출력 샤프트와 웜 샤프트 사이의 축간 거리가 온도나 습도의 영향에 의해 변화되는 것을 방지할 수 있는 전동식 조향장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전동식 조향장치는: 조향 칼럼과 연결되고, 웜 휠이 결합되는 출력 샤프트; 상기 출력 샤프트를 지지하도록 설치되는 제1 베어링부; 상기 웜 휠에 맞물리도록 샤프트 기어부가 형성되고, 모터부의 구동축에 연결되는 웜 샤프트; 상기 웜 샤프트를 지지하도록 설치되는 제2 베어링부; 상기 출력 샤프트와 상기 제1 베어링부가 수용되는 제1 수용부와, 상기 웜 샤프트와 상기 제2 베어링부가 수용되는 제2 수용부가 형성되는 메인 하우징; 및 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부를 둘러싸도록 상기 메인 하우징과 인서트 사출되고, 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부를 지지하여 상기 출력 샤프트와 상기 웜 샤프트 사이의 축간 거리가 변경되는 것을 방지하는 베어링 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 베어링 하우징은, 상기 제1 수용부에 배치되어 상기 제1 베어링부의 외측면을 지지하는 제1 베어링 지지부; 및 상기 제1 수용부에 연결되고, 상기 제2 수용부에 배치되어 상기 제2 베어링부의 외측면을 지지하는 제2 베어링 지지부를 포함할 수 있다.
상기 메인 하우징은 합성수지 재질을 포함하고, 상기 베어링 하우징은 금속 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 베어링 지지부와 상기 제2 베어링 지지부는 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부의 외측면과 이격되도록 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부의 내부에 배치될 수 있다.
상기 제1 베어링 지지부와 상기 제2 베어링 지지부는 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부의 외측면과 접촉되도록 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부의 내측면에 노출되게 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 메인 하우징과 베어링 하우징이 인서트 사출되어 메인 하우징이 외부 온도나 습기에 의해 부피 변화를 일으키는 것을 방지할 수 있으므로, 출력 샤프트와 웜 샤프트의 축간 거리가 온도나 습도에 영향을 받지 않고 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 출력 샤프트와 웜 샤프트의 축간 거리가 일정하게 유지되므로, 웜 휠의 웜 기어부와 웜 샤프트의 샤프트 기어부가 과도하게 압착되거나 유격이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징의 설치 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 내부 구조를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 제1 수용부의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 제2 수용부의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 일 실시예를 설명한다. 전동식 조향장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징의 설치 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 내부 구조를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치는 출력 샤프트(110), 제1 베어링부(131,133), 웜 샤프트(140), 제2 베어링부(161,163), 메인 하우징(170) 및 베어링 하우징(180)을 포함한다.
출력 샤프트(110)는 조향 칼럼(103)에 압입되고, 조향 칼럼(103)은 조향 핸들(미도시)에 연결된다. 조향 핸들이 회전됨에 따라 조향 칼럼(103)을 매개로 출력 샤프트(110)가 회전된다.
출력 샤프트(110)에는 웜 휠(120)이 압입된다. 웜 휠(120)의 둘레에는 웜 기어부(123)가 형성된다. 웜 기어부(123)는 원판 형태로 형성된다. 웜 휠(120)은 출력 샤프트(110)가 회전됨에 따라 회전된다.
제1 베어링부(131,133)는 출력 샤프트(110)에 압입되어 출력 샤프트(110)를 지지하도록 설치된다. 제1 베어링부(131,133)는 출력 샤프트(110)에 복수 개 설치된다. 제1 베어링부(131,133)는 링 형태로 형성된다.
웜 샤프트(140)는 출력 샤프트(110)와 수직하게 배치된다. 웜 샤프트(140)의 외측면에는 웜 휠(120)에 맞물리도록 샤프트 기어부(143)가 형성된다. 샤프트 기어부(143)는 웜 기어부(123)에 맞물리도록 나선형으로 형성된다. 웜 샤프트(140)에는 모터부(150)의 구동축(미도시)이 연결된다. 웜 샤프트(140)의 단부와 구동축의 단부는 커플링(미도시)에 의해 연결된다. 웜 샤프트(140)와 웜 휠(120)은 서로 맞물려 모터부(150)의 구동 속도를 감속하는 감속기를 구성한다.
제2 베어링부(161,163)는 웜 샤프트(140)에 압입되어 웜 샤프트(140)를 지지하도록 설치된다. 제2 베어링부(161,163)는 웜 샤프트(140)에 복수 개 설치된다. 제2 베어링부(161,163)는 링 형태로 형성된다.
메인 하우징(170)에는 출력 샤프트(110)와 제1 베어링부(131,133)가 수용되는 제1 수용부(171)와, 웜 샤프트(140)와 제2 베어링부(161,163)가 수용되는 제2 수용부(172)가 형성된다. 제1 수용부(171)의 중심축과 제2 수용부(172)의 중심축은 서로 수직하게 배치된다. 제1 수용부(171)의 중심축에는 출력 샤프트(110)가 배치되고, 제2 수용부(172)의 중심축에는 웜 샤프트(140)가 배치된다.
베어링 하우징(180)은 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)를 둘러싸도록 메인 하우징(170)과 인서트 사출된다. 베어링 하우징(180)은 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)를 지지하여 출력 샤프트(110)와 웜 샤프트(140) 사이의 축간 거리(L)가 변경되는 것을 방지한다. 베어링 하우징(180)이 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)가 위치 변경되는 것을 방지하므로, 제1 베어링부(131,133)가 지지하는 출력 샤프트(110)와 제2 베어링부(161,163)가 지지하는 웜 샤프트(140)가 위치 이동되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 출력 샤프트(110)와 웜 샤프트(140)의 축간 거리(L)가 변경되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 축간 거리(L)는 출력 샤프트(110)의 중심축과 웜 샤프트(140)의 중심축 사이의 거리 중 최단 거리를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 제1 수용부의 내부 구조를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 제2 수용부의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 베어링 하우징(180)은 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)를 포함한다.
제1 베어링 지지부(181)는 제1 수용부(171)에 배치되어 제1 베어링부(131,133)의 외측면을 지지한다. 이때, 제1 베어링 지지부(181)는 전체적으로 원통형으로 형성된다. 제2 베어링 지지부(182)는 제1 수용부(171)에 연결되고, 제2 수용부(172)에 배치되어, 제2 베어링부(161,163)의 외측면을 지지한다. 이때, 제2 베어링 지지부(182)는 전체적으로 원통형으로 형성된다. 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)는 연결부(183)에 의해 서로 연결된다.
제1 베어링 지지부(181)가 제1 베어링부(131,133)의 외측면을 지지하고, 제2 베어링 지지부(182)가 제2 베어링부(161,163)의 외측면을 지지하고, 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)가 서로 연결되므로, 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)가 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)의 강성을 보강한다. 따라서, 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)가 온도 변화나 습기에 의해 부피 팽창 또는 축소되는 것을 방지할 수 있으므로, 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)가 위치 변경되는 것을 방지할 수 있다. 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)가 위치 변경되는 것을 방지할 수 있으므로, 출력 샤프트(110)와 웜 샤프트(140)의 축간 거리(L)가 변경되는 것을 방지할 수 있다.
메인 하우징(170)은 합성수지 재질을 포함하고, 베어링 하우징(180)은 금속 재질을 포함한다. 베어링 하우징(180)이 금속 재질로 형성되므로, 메인 하우징(170)의 강성을 더욱 보강할 수 있다. 베어링 하우징(180)이 메인 하우징(170)의 강성을 보강하므로, 메인 하우징(170)이 온도 변화나 습도 변화에 의해 부피 팽창 및 축소되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)는 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)의 외측면과 이격되도록 메인 하우징(170)의 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)의 내부에 배치된다. 즉, 제1 베어링 지지부(181)는 제1 수용부(171)의 내부에 끼워진 형태로 인서트 사출되어, 제1 수용부(171)의 내측면이 제1 베어링부(131,133)의 외측면에 직접 접촉된다. 또한, 제2 베어링 지지부(182)는 제2 수용부(172)의 내부에 끼워진 형태로 인서트 사출되어, 제2 수용부(172)의 내측면이 제2 베어링부(161,163)의 외측면에 직접 접촉된다. 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)가 합성수지로 제작되므로, 제1 수용부(171)의 내측면과 제2 수용부(172)의 내측면은 인서트 사출된 후 가공 오차를 만족시키기 위해 가공된다. 그 이유는 다음과 같다.
합성수지는 인서트 사출했을 때에 공차가 0.2mm 정도의 범위에서 발생되지만, 차량의 전동식 조향장치에서 베어링부의 공차는 0.02mm 정도의 범위 내에서 관리되어야 한다. 따라서, 전동식 조향장치에서 베어링부(131,133,161,163)의 공차에 관한 요구 사양을 만족시키기 위해서는, 합성수지가 인서트 사출된 후에 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)의 내측면을 다시 가공하여 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)의 공차가 0.02mm 범위 내에 속하도록 관리하는 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에서 베어링 하우징의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)는 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)의 외측면과 직접 접촉되도록 메인 하우징(170)의 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)의 내측면에 노출되게 형성된다. 즉, 제1 베어링 지지부(181)는 제1 수용부(171)의 내측면을 이루도록 인서트 사출되어, 제1 베어링 지지부(181)의 내측면이 제1 베어링부(131,133)의 외측면에 직접 접촉된다. 또한, 제2 베어링 지지부(182)는 제2 수용부(172)의 내측면을 이루도록 인서트 사출되어, 제2 베어링 지지부(182)의 내측면이 제2 베어링부(161,163)의 외측면에 직접 접촉된다. 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)가 금속재질로 제작되므로, 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)가 인서트 사출된 후 가공 오차를 만족시키기 위해 별도로 가공될 필요가 없다. 그 이유는 다음과 같다.
금속재질은 인서트 사출되었을 때에 공차가 0.02mm 정도의 범위에서 발생된다. 따라서, 전동식 조향장치에서 베어링부(131,133,161,163)의 공차가 요구 사양을 만족시키기 위해서는, 금속재질이 인서트 사출된 후에 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)의 내측면을 다시 가공하지 않더라도 제1 베어링 지지부(181)와 제2 베어링 지지부(182)의 공차가 0.02mm 범위 내에 속할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 작용에 관해 설명하기로 한다.
합성수지로 제작된 메인 하우징(170)은 외부의 온도에 의해 가열되거나 냉각된다. 또한, 합성수지로 제작된 메인 하우징(170)은 외부의 습기를 흡수하거나 흡수된 습기를 외부로 배출한다. 이때, 메인 하우징(170)은 외부 온도 변화와 습기에 의해 부피 축소 또는 확장되려고 하는 경향이 있다. 그런데, 메인 하우징(170)이 베어링 하우징(180)과 인서트 사출되어 메인 하우징(170)의 강성이 보강되므로, 메인 하우징(170)이 외부 온도나 습기에 의해 부피 변화를 일으키는 것을 방지할 수 있다.
메인 하우징(170)이 부피 변화되는 것을 방지할 수 있으므로, 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)가 위치 변경되는 것을 방지할 수 있다. 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)가 위치 변경되는 것을 방지할 수 있으므로, 제1 베어링부(131,133)와 제2 베어링부(161,163)에 지지되는 출력 샤프트(110)와 웜 샤프트(140)가 위치 변경되지 않는다. 따라서, 출력 샤프트(110)와 웜 샤프트(140)의 축간 거리(L)가 외부 온도나 습도에 영향을 받지 않고 일정하게 유지될 수 있다.
출력 샤프트(110)와 웜 샤프트(140)의 축간 거리(L)가 일정하게 유지되므로, 웜 휠(120)의 웜 기어부(123)와 웜 샤프트(140)의 샤프트 기어부(143)가 과도하게 압착되거나 유격이 증가되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 웜 기어부(123)와 샤프트 기어부(143)의 마찰이 증대되는 것을 방지하여 조향감을 향상시킬 수 있다. 또한, 외부의 충격에 의해 래틀 소음이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
103: 조향 칼럼 110: 출력 샤프트
120: 웜 휠 123: 웜 기어부
131,133: 제1 베어링부 140: 웜 샤프트
143: 샤프트 기어부 150: 모터부
161,163: 제2 베어링부 170: 메인 하우징
181: 제1 베어링 지지부 182: 제2 베어링 지지부
183: 연결부 L: 축간 거리

Claims (5)

  1. 조향 칼럼과 연결되고, 웜 휠이 결합되는 출력 샤프트;
    상기 출력 샤프트를 지지하도록 설치되는 제1 베어링부;
    상기 웜 휠에 맞물리도록 샤프트 기어부가 형성되고, 모터부의 구동축에 연결되는 웜 샤프트;
    상기 웜 샤프트를 지지하도록 설치되는 제2 베어링부;
    상기 출력 샤프트와 상기 제1 베어링부가 수용되는 제1 수용부와, 상기 웜 샤프트와 상기 제2 베어링부가 수용되는 제2 수용부가 형성되는 메인 하우징; 및
    상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부를 둘러싸도록 상기 메인 하우징과 인서트 사출되고, 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부를 지지하여 상기 출력 샤프트와 상기 웜 샤프트 사이의 축간 거리가 변경되는 것을 방지하는 베어링 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은,
    상기 제1 수용부에 배치되어 상기 제1 베어링부의 외측면을 지지하는 제1 베어링 지지부; 및
    상기 제1 수용부에 연결되고, 상기 제2 수용부에 배치되어 상기 제2 베어링부의 외측면을 지지하는 제2 베어링 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 메인 하우징은 합성수지 재질을 포함하고,
    상기 베어링 하우징은 금속 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 베어링 지지부와 상기 제2 베어링 지지부는 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부의 외측면과 이격되도록 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 베어링 지지부와 상기 제2 베어링 지지부는 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부의 외측면과 접촉되도록 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부의 내측면에 노출되게 형성되는 것을 특징으로 전동식 조향장치.
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