KR20170080899A - 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웜샤프트의 수직방향 변위를 보상하도록 베어링 홀더측에 탄성부재를 용이하게 결합시킬 수 있도록 함과 아울러, 결합된 탄성부재의 장력을 임의로 조절하여 웜샤프트의 축 방향 변위 발생시 충격을 흡수하여 소음발생을 억제시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체에 관한 것이다.

Description

전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체{Structure of bearing holder for electric power steering system}

본 발명은 전동식 파워 스티어링 장치의 베어링 홀더 구조체에 관한 것으로, 특히 웜샤프트의 단부에 결합된 볼베어링을 지지하는 베어링 홀더의 래틀을 방지하도록 볼베어링 측에 탄성부재의 가압 탄성력을 전달함과 아울러, 탄성부재의 장력을 임의로 조절할 수 있도록 함으로써, 볼베어링과 베어링 홀더의 접촉소음을 절감할 수 있도록 그 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 조향상태의 안정성을 보장하기 위해 파워 스티어링 시스템이 적용되는바, 이와 같은 파워 스티어링 장치는 기존에는 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며, 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 장치(EPS; Electrical Power Steering System)의 설치가 증가되는 추세이다.

상기 전동식 파워 스티어링 장치는, 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 ECU에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.

한편, 이와 같은 전동식 파워 스티어링 장치는 그 설치상태에 따라 칼럼타입(C-EPS)과, 피니언 타입(P-EPS) 및 랙 타입(R-EPS)으로 세분된다.

상기 전동식 파워 스티어링 장치 중 상기 랙 타입(R-EPS) 스티어링 장치는, 랙 하우징 일측에 둔각 또는 예각의 기울기를 지니며 설치된 전동 모터의 피니언 기어가 랙바 일측 외주부를 지지하고 있는 볼 너트의 종동기어와 치합된 상태에서 전동모터의 구동력에 의해 볼 너트를 회전시키게 되고, 이 회전력에 의해 랙바를 좌,우 슬라 이딩시킴으로써, 핸들 조타에 따른 조력(助力)이 발생되도록 하는 것이다.

통상, 전동 파워 스티어링 장치의 웜기어 감속기구에서는, 웜과 웜기어의 각각의 맞물림 반경을 포함한 축거리에 대하여, 하우징의 기어 수납측과 구동모터의 출력축과의 축거리가 동거리로 설정되어 있다.

이 때문에, 설정 백래시에 더하여 각각의 가공상 불균일 등에 기인하는 추가 백래시가 종종 발생하게 된다.

이러한 추가적인 백래시는, 차량이 노면상태가 불량한 노면을 주행할 때, 이로 인한 래틀음에 의한 불쾌감을 운전자에게 부여하는 등 신뢰성이나 기술적 레벨을 손상시키는 주요인으로 작용하고 있다.

이에 대한 대책으로서, 기어의 정밀도를 높여, 백래시를 아주 작게 설정하거나, 또는 웜과 그 축받침용 베어링 사이에 탄성체 등을 설치하여 진동을 흡수하는 등의 방법이 채용되고 있는 실정이다.

이처럼 종래에는, 기어의 마모 등에 의하여 웜과 웜기어의 축심 사이 거리가 변동할 경우, 웜의 미소 변위에 의하여 예압력이 변화되어, 안정적인 예압력을 확보하는 것이 곤란하게 되는 등의 단점을 내포하고 있었다.

이를 개선하기 위한 종래 전동 파워스티어링 장치의 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1204306호 "전동 파워스티어링 장치"(등록일자 : 2012.11.19)에 개시된 바와 같이, 하우징에 장착되고 보조 조타 구동력을 발생하는 구동모터와, 상기 하우징에 설치되는 모터측 외곽측베어링에 의해 지지되고, 상기 구동모터의 축에 스플라인 결합되는 회전축과, 상기 하우징의 소정위치에 축지지되고 조타력을 전달하기 위한 출력축과, 상기 회전축에 일체로 형성되는 웜과 상기 웜과 상호 맞물림 결합되도록 상기 웜기어로 이루어진 감속기구를 포함하여, 상기 구동모터의 보조 조타력을 상기 웜기어를 이용하여 상기 출력축에 전달하는 전동 파워스티어링 장치에 있어서, 상기 구동모터와 대향하는 측의 베어링은 이 베어링의 외주면을 감싸는 베어링 지지부재에 의해 둘러싸이며, 상기 베어링 지지부재의 외주면에 형성된 환상홈에 탄력성 링부재가 결합되고, 상기 탄력성 링부재와 상기 베어링의 외주면 사이에는, 상기 베어링 지지부재의 외주면 일측에 형성된 관통공을 통해, 구형체가 맞접촉하도록 구성된 것이다.

종래 전동 파워스티어링 장치의 다른 선행기술로는 한국 공개특허공보 제10-2013-0071257호 "소음저감형 전동식 조향장치" (공개일자: 2013.06.28)에 개시된 바와 같이, 스티어링축의 외측에 고정되는 웜휠기어와, 웜휠기어에 맞물려 돌아가는 웜샤프트와, 웜샤프트에 결합되어 회전시 발생하는 마찰을 감소시키는 베어링부재와, 베어링부재의 외측 둘레를 감싸는 내측부재와, 내측부재의 둘레를 따라 설치되는 외측부재 및 내측부재와 외측부재의 사이에 설치되어 충격을 흡수하는 탄성부재를 구비한 것이다.

기존 웜샤프트는 단부를 지지하는 베어링 홀더에 볼부재와 탄성부재가 구비되어 있으나, 웜샤프트에 변위가 발생할 경우 볼부재가 홀더의 내측면과 접촉되면서 접촉소음을 발생시키는 단점을 갖는다.

그런데, 기존 베어링 홀더의 외주연 둘레에 자체 탄성을 갖는 판스프링 등의 탄성부재를 끼워서 결합시키기가 어려울 뿐만 아니라, 탄성부재의 장력을 임의로 조절할 수 없는 단점이 있었다.

한국 등록특허공보 제10-1204306호 "전동 파워스티어링 장치"(등록일자 : 2012.11.19) 한국 공개특허공보 제10-2013-0071257호 "소음저감형 전동식 조향장치" (공개일자: 2013.06.28)

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 웜샤프트의 수직방향 변위를 보상하도록 베어링 홀더측에 탄성부재를 용이하게 결합시킬 수 있도록 함과 아울러, 결합된 탄성부재의 장력을 임의로 조절하여 웜샤프트의 축 방향 변위 발생시 충격을 흡수하여 소음발생을 억제시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전동 파워 스티어링장치용 웜샤프트의 단부에 배치되는 볼베어링을 감싸도록 결합되고, 상부에 끼움홈부가 돌출 형성되며, 하우징에 결합수단을 매개로 착탈 가능하게 결합되는 베어링 홀더와; 일단이 상기 베어링 홀더의 끼움홈부 내에 진입되어 끼움 결합되고, 타단이 일단으로부터 절곡되어 상기 볼베어링의 외측에 탄성 가압력을 제공하는 탄성부재;를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 결합수단은 상기 베어링 홀더가 수용되는 상기 하우징의 단부 내주면 둘레에 형성되는 걸림홈과, 상기 베어링 홀더의 외주연 둘레에 형성되고 자체 탄성을 갖도록 분할 형성되고 단부가 상기 걸림홈 내에 록킹 결합되는 복수의 지지편으로 구성된 것이다.

상기 베어링 홀더의 끼움홈부에 끼움 결합되는 탄성부재의 일단에 하중을 제공하여 상기 탄성부재의 장력을 조절하기 위한 장력조절수단을 더 구비한다.

상기 장력조절수단은 상기 끼움홈부의 상부면에 연통되도록 천공 형성되는 결합공과, 상기 결합공에 체결되어 회전동작시 승강동작되며 하강동작시 상기 탄성부재의 일단에 하중을 제공하는 조절볼트와, 상기 조절볼트에 체결되어 풀림을 방지하기 위한 너트부재로 구성된 것이다.

상기 하우징은 단부 일측에 상기 베어링 홀더의 끼움홈부가 진입 가능하도록 절개된 절개홈이 형성된 것이다.

상기 탄성부재는 일단이 상기 끼움홈부 내에 진입되고 좌,우 양측에 끼움편이 각각 형성된 끼움부와, 상기 끼움부의 타단 측에 사선 방향으로 끼움부의 일단측으로 연장되도록 절곡되고 단부측에 상측으로 절곡된 탄성편이 형성된 절곡부로 구성된 것이다.

본 발명은 탄성부재의 끼움부를 끼움홈부의 끼움홈 내로 수평 방향으로 진입시킴에 따라 베어링 홀더와 탄성부재를 간편하게 결합시킬 수 있으며, 볼베어링에 전달되는 탄성부재의 가압 지지력을 장력조절수단을 이용하여 가변 조절할 수 있으므로 웜샤프트로부터 전달되는 볼베어링의 수직 변위를 용이하게 억제시켜 작동소음을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명 베어링 홀더가 적용된 전동식 파워 스티어링장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 베어링 홀더와 탄성부재의 분해 사시도.
도 3은 도 2의 결합 후 상태를 보인 사시도.
도 4는 본 발명 볼베어링과 베어링 홀더의 결합상태도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명 탄성부재의 장력 조절 전,후 상태를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명 하우징에 베어링 홀더가 결합된 상태를 보인 절개 단면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명 장력조절수단의 장력 조절 전,후 상태를 사용상태도.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체는, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 외주면에 웜휠과 기어 맞물림 결합되는 기어부가 마련되는 웜샤프트(10)와, 상기 웜샤프트(10)의 좌측 단부와 우측 단부에 각각 결합되는 볼베어링(50)과, 일측이 개구된 중공(205)이 형성되어 상기 좌측 단부에 결합된 볼베어링(50)의 외측을 감싸도록 결합되고 상부에 끼움홈부(210)가 돌출 형성되며 하우징(100)에 결합수단을 매개로 착탈 가능하게 결합되는 베어링 홀더(200)와, 일단이 상기 베어링 홀더(200)의 끼움홈부(210) 내에 진입되어 끼움 결합되고, 타단이 일단으로부터 절곡되어 상기 볼베어링(50)의 외측에 탄성 가압력을 제공하는 탄성부재(300)로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 볼베어링(50)은 웜샤프트(10)의 좌측과 우측 단부에 각각 결합되는 볼베어링(50)이 구비되며, 상기 볼베어링(50)은 웜샤프트(10)의 회전을 지지하게 된다.

도 1을 참조하면, 상기 하우징(100)은 상부 내부에 웜샤프트(10)가 수평 방향으로 수용되고, 상기 웜샤프트(10)의 직교방향으로 웜휠이 수용되는 구조를 갖는다.

상기 웜샤프트(10)가 수용되는 하우징(100)의 단부 상측에는 베어링 홀더(200)의 끼움홈부(210)가 진입 가능하도록 일측이 절개된 절개홈(120)이 형성된다.

도 2를 참조하면, 상기 베어링 홀더(200)는 끼움홈부(210)의 내부에 상기 탄성부재(300)의 일단이 끼워지며 중공(205)의 상측에 연통되도록 형성된 끼움홈(215)이 형성된다.

상기 탄성부재(300)는 자체 탄성을 갖는 판스프링으로서, 일단이 상기 끼움홈부(210)의 끼움홈(215) 내에 진입되고 좌,우 양측에 끼움편(315)이 각각 형성된 끼움부(310)와, 상기 끼움부(310)의 타단 측에 사선 방향으로 끼움부(310)의 일단측으로 연장되도록 절곡되고 단부측에 상측으로 절곡된 탄성편(325)이 형성된 절곡부(320)로 구성된다.

또한, 끼움편(315)은 끼움부(310)의 좌,우 양측에서 하측방향으로 경사진 각도로 연장 형성된다.

즉, 탄성부재(300)는 일단측에 끼움홈부(210) 내로 진입되는 끼움부(310)가 형성되고, 타단측에 상기 볼베어링(50)과 접촉되는 절곡부(320)로 구성된 것이다.

도 3을 참조하면, 탄성부재(300)와 베어링 홀더(200)의 결합시 끼움부(310)는 끼움홈부(210)의 끼움홈(215) 내로 진입되고, 절곡부(320)는 중공(205) 내에 수용되는 볼베어링(50)의 외측에 접촉된다.

상기 결합수단은 상기 베어링 홀더(200)가 수용되는 상기 하우징(100)의 단부 내주면 둘레에 형성되는 걸림홈(110)과, 상기 베어링 홀더(200)의 외주연 둘레에 형성되고 자체 탄성을 갖도록 분할 형성되고 단부가 상기 걸림홈(110) 내에 록킹 결합되는 복수의 지지편(220)으로 구성된다.

각각의 지지편(220)은 단부에 상기 걸림홈(110) 내에 록킹 결합되도록 외측으로 돌출된 걸림돌기(222)가 형성된다.

상기 베어링 홀더(200)의 끼움홈부(210)에 끼움 결합되는 탄성부재(300)의 일단에 하중을 제공하여 상기 탄성부재(300)의 장력을 조절하기 위한 장력조절수단(400)을 더 구비한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 장력조절수단(400)은 상기 끼움홈부(210)의 상부면에 천공되어 상기 끼움홈(215)과 연통되도록 형성되는 결합공(410)과, 상기 결합공(410)에 체결되어 회전동작시 승강동작되며 하강동작시 상기 탄성부재(300)의 일단에 하중을 제공하는 조절볼트(420)와, 상기 조절볼트(420)에 체결되어 풀림을 방지하기 위한 너트부재(430)로 구성된 것이다.

또한, 장력조절수단(400)은 도 5a에 도시된 바와 같이, 조절볼트(420)가 탄성부재(300)의 일단측 끼움부(310)에 접촉됨에 따라 탄성부재(300)의 절곡부(320)가 볼베어링(50)측에 접촉되면서 볼베어링(50)을 가압 지지하게 되고, 도 5b에 도시된 바와 같이 조절볼트(420)의 하강동작시 탄성부재(300)의 절곡부(320)가 볼베어링(50)의 외측에 더 많이 접촉되면서 앞의 경우보다 더 많은 가압력으로 볼베어링(50)을 지지하여 볼베어링(50)의 수직 방향 변위를 제한하는 스톱퍼 기능을 수행하게 된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명은 먼저 탄성부재(300)를 베어링 홀더(200)에 조립시키고, 탄성부재(300)가 조립된 베어링 홀더(200)를 결합수단을 이용하여 하우징(100)의 단부에 조립함에 따라, 볼베어링(50)이 결합된 웜샤프트(10)의 단부가 베어링 홀더(200)의 중공(205) 내에 수용되도록 조립된다.

이때, 탄성부재(300)와 베어링 홀더(200)의 조립은 탄성부재(300)의 일단인 끼움부(310)를 끼움홈부(210)의 외측에서 수평방향으로 끼움홈(215) 내로 진입시키면, 끼움부(310)의 좌,우 양측에 형성된 끼움편(315)이 끼움홈(215)의 내부로 진입되어 탄성부재(300)의 일단이 고정되고, 탄성부재(300)의 타단인 절곡부(320)가 중공(205) 내에 수용된 볼베어링(50)의 외측면에 접촉되어 탄성부재(300)의 하중을 볼베어링(50)측에 전달하여 볼베어링(50)의 수직방향 변위를 제한하게 된다.

또한, 상기한 결합수단은 도 6에 도시된 바와 같이, 베어링 홀더(200)의 외주연 둘레에 각각 이격되게 형성된 지지편(220)의 걸림돌기(222)가 하우징(100)의 단부 내주면 둘레에 형성된 걸림홈(110)에 록킹 결합되면서 하우징(100)에 대한 베어링 홀더(200)의 외부 이탈이 방지된다.

이때, 지지편(220)은 자체 탄성력에 의해 웜샤프트(10)로부터 축 방향 하중이 전달되더라도 걸림홈(110)과의 록킹 결합으로 베어링 홀더(200)의 이탈을 방지하는 기능을 수행하게 된다.

이후에, 장력조절수단(400)은 조절볼트(420)가 결합공(410)에 대해 승강동작되므로, 조절볼트(420)에 조임력을 제공하여 하강시킬 경우 조절볼트(420)의 하단부가 접촉된 탄성부재(300)에 하방향 가압 하중을 제공함에 따라, 볼베어링(50)측에 전달되는 탄성부재(300)의 하중을 가변 조절할 수 있다.

즉, 본 발명의 장력조절수단(400)은 도 7a에 도시된 바와 같이, 조절볼트(420)의 단부가 단순히 탄성부재(300)의 끼움부(310) 상면에 접촉된 상태일 경우 탄성부재(300)의 자체 탄성 하중이 절곡부(320)를 통해 웜샤프트(10)의 단부에 결합된 볼베어링(50)에 전달되지만, 도 7b에서와 같이 조절볼트(420)의 하강동작으로 탄성부재(300)의 끼움부(310) 상측에 하방향 가압력을 제공함에 따라 절곡부(320)와 볼베어링(50)의 접촉면적이 커지게 되면서 볼베어링(50)측에 더 많은 하중을 제공하여 볼베어링(50)의 수직방향 변위를 예방하여 웜샤프트(10)를 통해 볼베어링(50)에 전달되는 수직방향 유동을 억제할 수 있다.

따라서, 본 발명은 탄성부재(300)의 끼움부(310)를 끼움홈부(210)의 끼움홈(215) 내로 수평 방향으로 진입시킴에 따라 베어링 홀더(200)와 탄성부재(300)를 간편하게 결합시킬 수 있으며, 볼베어링(50)에 전달되는 탄성부재(300)의 가압 지지력을 장력조절수단(400)을 이용하여 가변 조절할 수 있으므로 웜샤프트(10)로부터 전달되는 볼베어링(50)의 수직 변위를 용이하게 억제시켜 작동소음을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

상기한 본 발명은 웜샤프트(10)의 단부에 결합된 볼베어링(50)의 수직방향 변위를 보상하도록 한 기술적 사상을 갖는 것으로, 본 발명이 지니는 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 변형 실시가 가능할 것이다.

10 : 웜샤프트 50 : 볼베어링
100 : 하우징 110 : 걸림홈
120 : 절개홈 200 : 베어링 홀더
205 : 중공 210 : 끼움홈부
215 : 끼움홈 220 : 지지편
222 : 걸림돌기 300 : 탄성부재
310 : 끼움부 315 : 끼움편
320 : 절곡부 325 : 탄성편
400 : 장력조절수단 410 : 결합공
420 : 조절볼트 430 : 너트부재

Claims (6)

1. 전동 파워 스티어링장치용 웜샤프트(10)의 단부에 배치되는 볼베어링(50)을 감싸도록 결합되고, 상부에 끼움홈부(210)가 돌출 형성되며, 웜샤프트(10)가 수용되는 하우징(100)에 결합수단을 매개로 착탈 가능하게 결합되는 베어링 홀더(200)와;
   일단이 상기 베어링 홀더(200)의 끼움홈부(210) 내에 진입되어 끼움 결합되고, 타단이 일단으로부터 절곡되어 상기 볼베어링(50)의 외측에 탄성 가압력을 제공하는 탄성부재(300);를 구비한 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합수단은 상기 베어링 홀더(200)가 수용되는 상기 하우징(100)의 단부 내주면 둘레에 형성되는 걸림홈(110)과,
   상기 베어링 홀더(200)의 외주연 둘레에 형성되고 자체 탄성을 갖도록 분할 형성되고 단부가 상기 걸림홈(110) 내에 록킹 결합되는 복수의 지지편(220)으로 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 베어링 홀더(200)의 끼움홈부(210)에 끼움 결합되는 탄성부재(300)의 일단에 하중을 제공하여 상기 탄성부재(300)의 장력을 조절하기 위한 장력조절수단(400)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 장력조절수단(400)은 상기 끼움홈부(210)의 상부면에 연통되도록 천공 형성되는 결합공(410)과,
   상기 결합공(410)에 체결되어 회전동작시 승강동작되며 하강동작시 상기 탄성부재(300)의 일단에 하중을 제공하는 조절볼트(420)와,
   상기 조절볼트(420)에 체결되어 풀림을 방지하기 위한 너트부재(430)로 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징(100)은 단부 일측에 상기 베어링 홀더(200)의 끼움홈부(210)가 진입 가능하도록 절개된 절개홈(120)이 형성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성부재(300)는 일단이 상기 끼움홈부(210) 내에 진입되고 좌,우 양측에 끼움편(315)이 각각 형성된 끼움부(310)와,
   상기 끼움부(310)의 타단 측에 사선 방향으로 끼움부(310)의 일단측으로 연장되도록 절곡되고 단부측에 상측으로 절곡된 탄성편(325)이 형성된 절곡부(320)로 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링장치의 베어링 홀더 구조체.

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