KR20160076675A

KR20160076675A - 조향장치의 랙바 지지장치

Info

Publication number: KR20160076675A
Application number: KR1020140186986A
Authority: KR
Inventors: 김흥주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-07-01

Abstract

본 발명의 랙바 지지장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 랙바의 배면측에 접촉되어 상기 랙바를 지지하는 서포트 요크; 상기 서포트 요크를 지지하며 외주면에 나사산이 형성된 가이드부; 상기 가이드부와 나사결합되도록 내주면에 나사산이 형성된 요크 플러그; 및 상기 가이드부와 상기 요크 플러그 사이에 결합되는 토션 스프링;을 포함하는 조향장치의 랙바 지지장치가 제공될 수 있다.

Description

조향장치의 랙바 지지장치{Rack bar supporting device of steering apparatus}

본 발명은 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 조향을 위한 랙기어와 피니언기어가 내구 마모로 유격이 발생되더라도 유격 변화량을 보상할 수 있는 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조향장치는 차량의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 차량의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임으로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.

이러한 자동차의 조향장치에 있어서 운전자가 조향휠을 조작함으로써 발생한 조향력은 조향축을 통해 랙 피니언 기구로 전달되고 최종적으로 양쪽 바퀴의 방향을 변화시키게 된다.

이러한 랙 피니언식 조향장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 운전자 전방에 배치되는 조향휠(103), 조향휠(103) 중심에 결합되는 조향축(105), 그리고 조향축(105)을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향컬럼(107), 조향축(105)으로부터 입력 받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙(140)과 피니언(120)를 포함하는 기어박스(110), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙바(130), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150)를 포함하여 구성된다. 한편, 타이로드(150)는 일단이 이너 볼 조인트(135)를 통해 랙바(130)와 연결되고, 타단이 아우터 볼 조인트(151)를 통해 너클(153)로 연결되며, 너클(153)은 차륜(155)으로 연결된다.

따라서, 조향휠(103)을 회전 조작하면, 조향축(105)이 회전하고, 이때 발생된 회전력은 피니언(120)을 통해 랙(140)으로 전달되며, 피니언(120)의 회전에 의해 랙(140)이 좌우로 왕복 운동함에 따라 랙바(130)가 좌우로 이동하여 차륜(155)의 방향을 전환함으로써 차량의 조향이 이루어진다.

그런데, 이와 같이 랙 피니언식 조향장치(100)로 차량을 조향하기 위해서는 랙(140)과 피니언(120)에 의해 조향휠(103)의 회전력을 랙바(130)의 직선 왕복운동으로 전환하여야 하는 바, 이를 위해서는 랙(140)과 피니언(120)의 기어결합이 밀착 상태로 유지되어야 한다. 이때, 랙(140)과 피니언(120)은 접촉 부위에서 마모가 발생하게 되며, 따라서 접촉 부위에 유격이 발생하여 작동 소음을 야기하는 바, 이를 방지하기 위해 랙 피니언식 조향장치(100)는 랙(140)과 피니언(120)의 유격을 보상하는 랙바 지지장치를 구비한다.

대한민국 공개특허 제2013-0051090호에는 이러한 랙바 지지장치가 개시되어 있다. 개시된 문헌에 따르면, 랙바 지지장치는 랙바를 지지하는 서포트 요크와, 서포트 요크의 타측면에 지지되는 탄성체와, 탄성체를 서포트 요크 쪽으로 지지하는 지지부재 및 지지부재를 서포트 요크 쪽으로 지지하는 요크 플러그를 구비한다.

이러한 랙바 지지장치는 요크 플러그를 캠(cam)방식으로 구성하여 랙과 피니언의 마모에 따른 유격을 보상하도록 이루어진다.

그러나, 종래의 유격 보상을 위한 랙바 지지장치의 구조, 특히 요크 플러그의 구조는 두 개의 캠을 구성하여, 적어도 한 쪽의 캠에는 회전을 방지하기 위한 고정방법을 고려하여 설계 제작함으로써 구성 부품수가 많고, 조립 방법이 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 캠의 형상이 복잡하여 캠을 가공시 제작 시간이 오래 걸림은 물론, 캠의 형상의 정밀도 확보가 어렵다는 문제점이 있다.

공개특허 제2013-0051090호 (주식회사 만도) 2013. 5. 20.

본 발명의 실시예에 따른 조향장치의 랙바 지지장치는 각 부품들의 구조를 단순화하고, 랙과 피니언의 마모에 따른 유격 보상 및 작동 소음을 줄일 수 있도록 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 랙바의 배면측에 접촉되어 상기 랙바를 지지하는 서포트 요크; 상기 서포트 요크를 지지하며 외주면에 나사산이 형성된 가이드부; 상기 가이드부와 나사결합되도록 내주면에 나사산이 형성된 요크 플러그; 및 상기 가이드부와 상기 요크 플러그 사이에 결합되는 토션 스프링;을 포함하는 조향장치의 랙바 지지장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 토션 스프링은 일단이 가이드부에 고정되고, 타단이 요크 플러그에 고정되어, 상기 가이드부와 요크 플러그의 정합 높이가 증대되는 방향으로 상기 가이드부를 탄성 가압할 수 있다.

또한, 상기 토션 스프링은, 코일 형상을 갖는 몸체부; 상기 몸체부의 일단으로부터 절곡되어 상기 가이드부와 결합되는 제1 결합부; 및 상기 몸체부의 타단으로부터 절곡되어 상기 요크 플러그와 결합되는 제2 결합부;를 구비할 수 있다.

또한, 상기 가이드부에는 상기 제1 결합부가 지지되도록 제1 결합홈이 형성되고, 상기 요크 플러그에는 상기 토션 스프링이 안착되는 안착부와, 상기 제2 결합부가 지지되도록 상기 안착부의 반경방향으로 형성된 제2 결합홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 가이드부의 내주면에는 나사부가 형성되고, 상기 요크 플러그의 후방 외측면에서 상기 나사부와 결합되는 고정볼트를 구비할 수 있다.

또한, 상기 가이드부는 상기 서포트 요크의 배면에 접촉되어 상기 랙바에 대해 상기 서포트 요크를 탄성 가압하는 판형 탄성조립체를 구비할 수 있다.

또한, 상기 판형 탄성조립체는, 상기 가이드부의 전면에 접촉하여 상기 서포트 요크를 탄성 가압하는 판스프링; 상기 판스프링과 상기 서포트 요크 사이에 개재되어, 상기 판스프링으로부터 상기 서포트 요크로 가해지는 탄성 가압력을 완화하는 판형패드; 및 상기 판스프링과 상기 판형패드의 축선 상에 관통 삽입되어 상기 가이드부에 결합됨으로써, 상기 판스프링과 상기 판형패드를 고정하는 체결부재;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조향장치의 랙바 지지장치는 가이드부와 요크 플러그가 나사결합 구조로 결합됨으로써 부품의 구성을 단순화시켜 조립공수를 줄일 수 있어 조립의 어려움과 조립시간이 줄어들고 부품의 분실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 랙과 피니언의 내구 마모로 유격이 발생하더라도 랙바와 서포트 요크와의 일정한 유격을 유지하여 안정된 조향력을 제공할 수 있으며, 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있다.

아울러, 자동차의 주행 내구 진행 후 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하게 되는 효과가 있다.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 자동차용 랙 피니언 방식의 조향장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 랙바 지지장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 랙바 지지장치를 나타내는 분해 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 랙바 지지장치를 나타내는 단면도이고, 도 3은 상기 랙바 지지장치를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 랙바 지지장치(1)는 랙바(130)를 지지하는 서포트 요크(10)와, 서포트 요크(10)를 탄성 지지하는 판형 탄성조립체(25)가 마련된 가이드부(20)와, 가이드부(20)와 나사결합되는 요크 플러그(30) 및 상기 가이드부(20)와 요크 플러그(30) 사이에 결합되는 토션 스프링(40)을 포함한다.

상기 서포트 요크(10)는 랙바(130)를 배면측에서 즉, 피니언(120)의 반대 쪽에서 직접적으로 랙바(130)를 지지하는 역할을 수행하는 것으로서, 랙바(130)와 접촉하도록 기어박스(110) 내에 피니언(120)과 직교하는 방향으로 삽입된다. 이때, 서포트 요크(10)는 봉 형태의 랙바(130)와 밀착될 수 있도록 랙바(130)와 접촉되는 지지면이 반원통형 형상으로 오목하게 만곡지게 형성되는데, 지지면에는 랙바(130)의 슬라이딩 운동시 랙바(130)와의 마찰력을 줄이고 마모를 줄이는 요크 시트(13)가 결합될 수 있다.

서포트 요크(10)는 랙바(130)와 피니언(120)이 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록, 요크 플러그(30)에 지지되며 발생되는 토션 스프링(40)의 탄성력에 의해 가이드부(20)가 회전하면서 서포트 요크(10) 방향으로 이동되어 서포트 요크(10)를 전방으로 밀어줌으로써, 서포트 요크(10)와 랙바(130)의 일정한 유격을 유지하게 되어 있다. 즉, 서포트 요크(10)는 기어박스(110)에 삽입되어 전방면이 랙바(130)의 후방면에 밀착되고, 후방면에는 요크 플러그(30)에 의해 지지되는 가이드부(20)가 회전 운동에 따른 직선이동을 하면서 서포트 요크(10)를 전방으로 밀어주게 되어 있다.

가이드부(20)는 서포트 요크(10)를 지지하도록 기어박스(110) 내에 배치된다. 이러한 가이드부(20)는 원통형상을 갖추고, 외주면에 요크 플러그(30)와의 결합을 위한 나사산(23)이 형성된다. 또한, 가이드부(20)는 길이방향으로 중심이 관통되어 관통된 가이드부(20)의 내주면에는 판형 탄성조립체(25) 및 후술할 고정볼트(50)가 결합되기 위한 나사부(22)가 형성된다.

상기 판형 탄성조립체(25)는 서포트 요크(10)를 랙바(130)에 대해 탄력적으로 가압하는 탄성 반동부재로서, 서포트 요크(10)의 배면에 접촉하도록 가이드부(20)에 조립된다. 이러한 판형 탄성조립체(25)는 랙(140)과 피니언(120) 간의 마모로 인해 발생하는 랙바(130)와 서포트 요크(10) 사이의 유격을 자체의 탄성 복원력에 의해 보상할 수 있도록 되어 있다. 또한, 판형 탄성조립체(25)는 서포트 요크(10)와 가이드부(20) 사이에 개재되어 있으므로, 랙바(130)와 서포트 요크(10) 사이의 유격을 보상할 때 가이드부(20)로부터 서포트 요크(10)로 가해지는 충격을 완충하는 역할을 수행함과 동시에 노면으로부터 역입력되는 충격 하중을 흡수하게 된다.

이와 같은 판형 탄성조립체(25)는 판스프링(25a)과, 판형패드(25b) 및 체결부재(25c)로 구성되어 가이드부(20)의 전면(前面)에 차례로 적층되어 결합된다.

판스프링(25a)은 서포트 요크(10)를 탄력적으로 가압하는 탄성체로서, 테이퍼진 형태를 갖추어 서포트 요크(10)를 피니언(120) 쪽으로 탄성 가압하도록 마련된다.

판형패드(25b)는 판스프링(25a)을 가이드부(20)에 밀착되도록 지지하는 수단으로서, 판스프링(25a)과 서포트 요크(10) 사이에 개재되어 판스프링(25a)으로부터 서포트 요크(10)로 가해지는 탄성 가압력을 완화시키는 역할을 한다.

체결부재(25c)는 판스프링(25a)은 물론 판형패드(25b)를 가이드부(20)에 고정시키는 수단으로서, 예컨대 체결볼트와 같은 체결수단으로 이루어진다. 이 체결부재(25c)는 전술한 바와 같이 가이드부(20)의 전면에서 가이드부(20)의 내주면에 형성된 나사부(22)와 나사결합되어 판스프링(25a)과 판형패드(25b)를 포함하는 판형 탄성조립체(25)를 가이드부(20)에 고정한다.

요크 플러그(30)는 기어박스(110)에 결합되어 가이드부(20)를 서포트 요크(10) 쪽으로 지지한다. 이러한 요크 플러그(30)의 내주면에는 가이드부(20)의 외주면에 형성된 나사산(23)과 나사결합되도록 나사산(33)이 형성된다. 또한, 요크 플러그(30) 내에는 가이드부(20)에 회전력이 발생하도록 토션 스프링(40)이 안착되는 안착부(34)가 마련된다.

상기 토션 스프링(40)은 일단이 가이드부(20)에 고정되고, 타단이 요크 플러그(10)에 고정되어, 가이드부(20)와 요크 플러그(30)의 정합 높이가 증대되는 방향으로 가이드부(20)를 탄성 가압하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 토션 스프링(40)은 코일 형상을 갖는 몸체부(43)와, 몸체부(43)의 일단으로부터 절곡되어 형성된 제1 결합부(41) 및 몸체부(43)의 타단으로부터 절곡되어 형성된 제2 결합부(42)를 구비한다. 이러한 토션 스프링(40)은 요크 플러그(30)에 대해 가이드부(20)를 상대 회전시켜 가이드부(20)가 요크 플러그(30)에 대해 회전하며 직선 운동할 수 있도록 하는 탄성부재로서, 토션 스프링(40)의 제1 결합부(41)는 가이드부(20)의 제1 결합홈(21)에 결합되고, 제2 결합부(42)는 요크 플러그(30)의 제2 결합홈(32)에 결합된다. 이에, 토션 스프링(40)은 가이드부(20)를 요크 플러그(30)에 대해 상대 회전시킴으로써, 가이드부(20)가 요크 플러그(30)와의 정합높이를 증대시키는 방향으로 상대 이동한다.

한편, 가이드부(20)와 요크 플러그(30)에 형성된 나사산(23, 33)의 간격은 피치 간격이 크도록 형성될 수 있다. 이는 나사산(23, 33)의 피치 간격이 커짐에 따라 나사결합된 부품간의 회전이 용이하게 때문이다. 즉, 가이드부(20)가 랙(140)과 피니언(120)의 유격에 따른 간격을 보상하기 위해 요크 플러그(30)로부터 회전하며 이동하기 용이하도록 하기 위함이다.

아울러, 랙바 지지장치(1)를 조향장치(도 1의 '100' 참조)에 조립시 가이드부(20)와 요크 플러그(30)가 결합된 상태에서 요크 플러그(30)의 후방면 외측에서 가이드부(20)에 형성된 나사부(22)에 고정볼트(50)가 결합된다. 즉, 가이드부(20)와 요크 플러그(30)가 나사결합시 토션 스프링(40)에 회전 탄성력이 발생되며 결합되고, 이 상태에서 고정볼트(50)가 가이드부(20)에 결합됨에 따라 토션 스프링(40)의 탄성 복원력에 따른 가이드부(20)의 회전이 방지되게 된다.

이렇게 고정볼트(50)에 의해 결합된 상태에서 요크 플러그(30)를 기어박스(110)에 결합시킨 후, 고정볼트(50)를 분리하면, 가이드부(20)가 요크 플러그(30)로부터 상대 회전운동을 하며 이동하여 서포트 요크(10)를 지지하게 된다.

그러면, 상기와 같은 구조를 갖는 랙바 지지장치에 의해 랙과 피니언의 마모에 따라 발생되는 유격이 보상되는 상태에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 랙바(130)와 피니언(120)이 장시간 사용에 따른 마모로 유격이 발생하면, 요크 플러그(30)로부터 전방측으로 이동할 수 있게 된 가이드부(20)는 토션 스프링(40)의 탄성 복원력에 의해 회전하면서 요크 플러그(30)에 대해 상대적으로 전진할 수 있게 된다. 즉, 토션 스프링(40)에 의해 가압되는 가이드부(20)는 요크 플러그(30)의 나사산(33)을 따라 올라감에 따라 회전하면서 마모 유격으로 인해 발생한 공간만큼 전진함으로써, 계속해서 서포트 요크(10)를 가압한다. 이에 따라, 랙바 지지장치(1)는 서포트 요크(10)를 통해 여전히 랙바(130)를 피니언(120)에 대해 밀착시키게 되며, 따라서, 유격으로 인해 발생할 수 있는 소음을 방지하게 된다.

이때, 판형 탄성조립체(25)는 가이드부(20)에 의해 서포트 요크(10)에 가해지는 충격을 탄력적으로 완화시켜 줄 뿐만 아니라, 피니언(120)으로부터 랙바(130)를 통해 랙바 지지장치(1)로 전달되는 외부의 충격을 탄력적으로 완화시켜 준다. 따라서, 랙바 지지장치(1)는 랙바(130)와 피니언(120)의 치합으로 인한 소음을 안정적으로 방지하게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 랙바 지지장치 10 : 서포트 요크
20 : 가이드부 23, 33 : 나사산
25 : 판형 탄성조립체 30 : 요크 플러그
40 : 토션 스프링 50 : 고정볼트
100 : 조향장치 120 : 피니언
130 : 랙바 140 : 랙

Claims

랙바의 배면측에 접촉되어 상기 랙바를 지지하는 서포트 요크;
상기 서포트 요크를 지지하며 외주면에 나사산이 형성된 가이드부;
상기 가이드부와 나사결합되도록 내주면에 나사산이 형성된 요크 플러그; 및
상기 가이드부와 상기 요크 플러그 사이에 결합되는 토션 스프링;을 포함하는 조향장치의 랙바 지지장치.
제1항에 있어서,
상기 토션 스프링은 일단이 가이드부에 고정되고, 타단이 요크 플러그에 고정되어, 상기 가이드부와 요크 플러그의 정합 높이가 증대되는 방향으로 상기 가이드부를 탄성 가압하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 랙바 지지장치.
제2항에 있어서,
상기 토션 스프링은,
코일 형상을 갖는 몸체부;
상기 몸체부의 일단으로부터 절곡되어 상기 가이드부와 결합되는 제1 결합부; 및
상기 몸체부의 타단으로부터 절곡되어 상기 요크 플러그와 결합되는 제2 결합부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 랙바 지지장치.
제3항에 있어서,
상기 가이드부에는 상기 제1 결합부가 지지되도록 제1 결합홈이 형성되고,
상기 요크 플러그에는 상기 토션 스프링이 안착되는 안착부와, 상기 제2 결합부가 지지되도록 상기 안착부의 반경방향으로 형성된 제2 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 조향장치의 랙바 지지장치.
제1항에 있어서,
상기 가이드부의 내주면에는 나사부가 형성되고, 상기 요크 플러그의 후방 외측면에서 상기 나사부와 결합되는 고정볼트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 랙바 지지장치.
제1항에 있어서,
상기 가이드부는 상기 서포트 요크의 배면에 접촉되어 상기 랙바에 대해 상기 서포트 요크를 탄성 가압하는 판형 탄성조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 랙바 지지장치.
제6항에 있어서,
상기 판형 탄성조립체는,
상기 가이드부의 전면에 접촉하여 상기 서포트 요크를 탄성 가압하는 판스프링;
상기 판스프링과 상기 서포트 요크 사이에 개재되어, 상기 판스프링으로부터 상기 서포트 요크로 가해지는 탄성 가압력을 완화하는 판형패드; 및
상기 판스프링과 상기 판형패드의 축선 상에 관통 삽입되어 상기 가이드부에 결합됨으로써, 상기 판스프링과 상기 판형패드를 고정하는 체결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치의 랙바 지지장치.