KR20170027170A - 자동차의 조향컬럼 - Google Patents

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KR20170027170A
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김종한
배홍용
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 자동차의 조향컬럼에 관한 것으로, 본 발명은 일단부는 조향휠과 연결되며 외주면에 토크 센서가 결합되는 입력축, 입력축의 타단부와 연결되는 일단부 외주면에 웜휠이 결합되는 출력축, 웜휠과 인접된 위치의 출력축 외주면에 결합되는 출력축 베어링, 출력축 베어링의 외륜 외측과 기어하우징 사이에 결합되어 출력축 베어링을 경방향으로 지지하는 지지부재를 포함하는 자동차의 조향컬럼을 제공한다.

Description

자동차의 조향컬럼{Steering Column for Vehicle}
본 발명은 자동차의 조향컬럼에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자동차의 조향컬럼에 있어서, 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 센서의 정밀성이 높아지고, 입력축과 출력축에 전달되는 충격으로부터 베어링의 변형과 파손을 방지하며 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 자동차의 조향컬럼에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향장치는 운전자의 힘을 덜어주기 위해 보조 동력 기구로써 동력 조향장치(Power Steering System)가 사용되는데, 이러한 동력 조향장치는 크게 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 작동시켜 조향력을 보조하는 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치와 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치가 있다.
유압식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 엔진에서 회전력을 받아 유압 펌프를 작동시키고 이 유압을 랙바 혹은 조향축에 구성된 실린더와 같은 구동부에 보내어 운전자의 조향력을 보조해 주는 구조를 가진다.
전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 랙 혹은 조향축에 설치되어 회전 운동을 도와주는 모터를 가동시켜 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 구조를 가지며, 전기식 동력 보조 조향장치는 크게 랙 구동형(R-EPS)과 컬럼 구동형(C-EPS)이 있다.
이하, 전기식 동력 보조 조향장치를 기준으로 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 자동차 조향장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 종래의 자동차 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도이다.
이들 도면에 도시하는 바와 같이 종래의 자동차 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다.
또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바에 연결되고 랙바의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다. 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어(111)와 랙바의 외주면일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향계통(100)에서 토크가 발생하고 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 웜휠(141)과 웜축(143)으로 이루어지는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.
그리고, 조향축은 입력축(215)과 핀(225)에 의해 결합되는 하부 조향축(210) 및 하부 조향축(210)과 결합되는 상부 조향축(205)으로 구성되며, 이들이 결합되어 동일한 중심축에 정렬되어 상부 조향축(205)은 조향휠(미도시)과 연결되고, 입력축(215)은 출력축(220)에 압입 연결되어 조향휠의 조향력을 전달하게 되어 있다.
하부 조향축(210)의 하단부는 입력축(215)에 삽입되어 입력축(215) 및 토션바(230)와 핀(225)에 의해 결합되며, 상단부는 외주면에 형성된 세레이션(235)이 상부 조향축(205)의 내주면에 형성된 세레이션(235)에 삽입 치합되고 동시에 이들 세레이션(235)에 플라스틱 몰딩을 하여 결합함으로써 상부 조향축(205)과 결합되어 있다.
이러한 종래의 자동차 조향컬럼은 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되어 센서의 정밀한 센싱이 어려워지고 정확한 조향 보조력을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 조향컬럼에 결합되는 보조 동력기구 등이 조향컬럼의 구조상 위치를 바꾸기 어렵고 그 부피도 줄이기 어려운 구조이어서 조향컬럼의 부피와 무게를 줄이는 필요성이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 조향컬럼에 있어서, 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 센서의 정밀성이 높아지고, 입력축과 출력축에 전달되는 충격으로부터 베어링의 변형과 파손을 방지하여 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 자동차의 조향컬럼을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일단부는 조향휠과 연결되며 외주면에 토크 센서가 결합되는 입력축, 입력축의 타단부와 연결되는 일단부 외주면에 웜휠이 결합되는 출력축, 웜휠과 인접된 위치의 출력축 외주면에 결합되는 출력축 베어링, 출력축 베어링의 외륜 외측과 기어하우징 사이에 결합되어 출력축 베어링을 경방향으로 지지하는 지지부재를 포함하는 자동차의 조향컬럼을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 센서의 정밀성이 높아지고, 입력축과 출력축에 전달되는 충격으로부터 베어링의 변형과 파손을 방지하여 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래의 자동차 조향장치를 나타내는 개략도,
도 2는 종래의 자동차 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 4와 도 5는 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 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 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4와 도 5는 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 사시도, 도 6은 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼은 일단부는 조향휠(도 1의 101 참조)과 연결되며 외주면에 토크 센서(330)가 결합되는 입력축(310), 입력축(310)의 타단부와 연결되는 일단부 외주면에 웜휠(340)이 결합되는 출력축(320), 웜휠(340)과 인접된 위치의 출력축(320) 외주면에 결합되는 출력축 베어링(307), 출력축 베어링(307)의 외륜 외측과 기어하우징(350) 사이에 결합되어 출력축 베어링(307)을 경방향으로 지지하는 지지부재(309)를 포함한다.
조향휠과 연결되는 입력축(310)은 외주면에 토크 센서(330)가 결합되어 운전자의 조향휠 조작시 발생되는 토크를 측정하여 보조동력기구를 통해 출력축(320)에 조향 보조력을 전달한다.
여기서, 보조 동력기구는 운전자의 조향휠 조작시 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(330), 토크 센서(330)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(미도시), 전자 제어 장치로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터와, 모터에서 발생한 보조 동력을 출력축(320)에 전달하는 웜축(303)과 웜휠(340)을 포함한다.
입력축(310)은 일단부가 조향휠과 연결되고 외주면에 토크 센서(330)가 결합되며, 출력축(320)은 일단부가 입력축(310)의 타단부와 연결되고 타단부는 유니버설 조인트(도 1의 103 참조)를 매개로 피니언축에 연결되며, 입력축(310)과 출력축(320)의 내측에는 토션바(302)의 일단부와 타단부가 각각 결합된다.
그리고, 출력축(320)에는 입력축(310)의 타단부와 연결되는 일단부 외주면에 웜휠(340)이 결합되는데, 웜휠(340)의 중심부에는 토크 센서(330)와 축방향으로 대향되도록 토크 센서(330) 방향의 중심부 끝단에 경방향으로 돌출된 돌기부(345a)가 구비되어 있어서, 토크 센서(330)에 내장된 송신부의 돌기부(미도시)와 마주하는 위치의 변화를 토크 센서(330)에서 감지할 수 있게 되어 있다.
따라서, 웜휠(340)이 출력축(320)과 연동되어 회전하면서 모터에서 발생되는 조향 보조력을 출력축(320)에 전달하고 토크 센서(330)는 웜휠(340)에 구비된 돌기부(345a)와의 위치차를 이용해 토크를 센싱하게 되어 있다.
이와 같은, 웜휠(340)은 웜축(303)과 치함되는 기어가 형성되어 있는 기어형성부(341)와 중심부에 구비된 링 형상의 허브(345), 허브(345)와 기어형성부(341)를 연결하는 수개의 방사상 리브와 원주방향 리브로 형성되는 보스(343)로 이루어지는데, 돌기부(345a)가 구비된 금속재질의 허브(345)에 기어형성부(341)와 보스(343)를 플라스틱 수지로 인젝션 몰딩하여 일체로 형성하여 제작하거나, 돌기부(345a)가 구비된 허브를 별도 제작하여 보스에 결합할 수도 있다.
한편, 출력축(320)은 웜휠(340)과 인접된 위치의 외주면에 출력축 베어링(307)이 결합되고, 입력축(310)은 토크 센서(330)와 인접된 위치의 외주면에 입력축 베어링(305)이 결합된다
그리고, 출력축 베어링(307)의 외륜 외측과 기어하우징(350)의 사이에 지지부재(309)가 결합되어 출력축 베어링(307)을 경방향으로 지지하도록 되어 있고, 출력축 베어링(307)의 외륜과 지지부재(309)는 기어하우징(350)의 외측에 결합되는 베어링 브라켓(351)에 의해 축방향으로 지지됨으로써, 모터와 웜축(303) 및 웜휠(340)을 통해 전달되는 힘에 의해 출력축(320)이 순간적으로 경방향으로 치우치면서 출력축 베어링(307)이 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.
또한, 출력축 베어링(307)의 내륜은 출력축(320)의 외주면에 결합되는 록너트(306)에 의해 축방향으로 지지되고, 입력축 베어링(305)의 외륜은 제1기어하우징(350a)와 제2기어하우징(350b)로 이루어지는 기어하우징(350)의 단턱부에 축방향으로 지지되도록 되어 있어서, 입력축(310)과 출력축(320)의 회전시 토크 센서(330)와 웜휠(340)이 정위치에서 흔들리거나 이탈되지 않고 회전될 수 있게 되어 토크 센서(330)의 오차없이 정밀한 측정이 가능하게 함과 동시에 웜휠(340)의 조향 보조력 전달 효율을 높일 수 있게 되어 있다.
여기서, 지지부재(309)는 링 형상으로 일측이 절개 형성되어 출력축 베어링(307)의 외륜을 감싸면서 결합되어, 출력축 베어링(307)의 외륜과 내륜이 록너트(306), 지지부재(309), 베어링 브라켓(351) 등에 의해 축방향과 경방향으로 견고하게 지지되어 정위치에서 흔들리거나 이탈하지 않고 출력축(320)과 입력축(310)을 동축상으로 지지하게 된다.
또한, 지지부재(309)는 베어링 브라켓(351)과 맞닿는 부위에 직경이 확대된 대경부(309a)가 구비되어 축방향 지지력을 크게하도록 되어 있고, 기어하우징(350)에는 지지부재(309)가 삽입되는 안착홈(353)이 형성되며, 이 안착홈(353)에는 지지부재(309)의 대경부(309a)가 삽입되어 축방향으로 지지되는 확경부(353a)가 구비되어 있어서, 지지부재(309)가 축방향으로 이탈되지 않고 정위치에서 출력축 베어링(307)을 지지할 수 있게 되어 있다.
즉, 지지부재(309)는 링 형상의 본체(309b) 일단에 대경부(309a)가 구비되고 본체(309b)의 내주면에는 요철부(309c)가 형성되어 있어서, 출력축 베어링(307)의 작동시 축방향으로 이탈되는 것을 방지하고 슬립이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.
이렇게 출력축 베어링(307)과 입력축 베어링(305)의 축방향 사이에서 입력축(310)과 출력축(320)의 연결부위에 웜휠(340), 토크 센서(330)가 결합되고, 출력축 베어링(307)과 입력축 베어링(305)은 제1기어하우징(350a)과 제2기어하우징(350b), 베어링 브라켓(351)에 의해 지지됨으로써, 입력축(310)과 출력축(320)이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 효과가 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 센서의 정밀성이 높아지고, 입력축과 출력축에 전달되는 충격으로부터 베어링의 변형과 파손을 방지하여 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 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: 웜축 305: 입력축 베어링
306: 록너트 307: 출력축 베어링
309: 지지부재 310: 입력축
320: 출력축 330: 토크 센서
340: 웜휠 350: 기어하우징

Claims (8)

  1. 일단부는 조향휠과 연결되며 외주면에 토크 센서가 결합되는 입력축;
    상기 입력축의 타단부와 연결되는 일단부 외주면에 웜휠이 결합되는 출력축;
    상기 웜휠과 인접된 위치의 출력축 외주면에 결합되는 출력축 베어링;
    상기 출력축 베어링의 외륜 외측과 기어하우징 사이에 결합되어 상기 출력축 베어링을 경방향으로 지지하는 지지부재;
    를 포함하는 자동차의 조향컬럼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력축 베어링의 외륜과 상기 지지부재는 상기 기어하우징의 외측에 결합되는 베어링 브라켓에 의해 축방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력축 베어링의 내륜은 상기 출력축의 외주면에 결합되는 록너트에 의해 축방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지부재는 링 형상으로 일측이 절개 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 베어링 브라켓과 맞닿는 부위에 직경이 확대된 대경부가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기어하우징은 상기 지지부재가 삽입되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈에는 상기 대경부가 삽입되어 축방향으로 지지되는 확경부가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력축은 상기 토크 센서와 인접된 위치의 외주면에 입력축 베어링이 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 입력축 베어링의 외륜은 기어하우징의 단턱부에 축방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
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