KR20210017124A - 차량의 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 조향장치에 관한 것으로서, 기어박스의 랙하우징이 차체 부분에 들뜸 없이 정확히 장착될 수 있고, 차체 부분의 각도 단차가 존재할 경우 장착시에 각도 단차가 보상될 수 있는 차량의 조향장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 기어박스의 랙하우징을 차체 부분에 고정 및 마운팅하기 위한 마운팅 구조를 가지며, 상기 마운팅 구조는, 기어박스의 랙하우징에 형성된 결합부; 상기 차체 부분에 구비된 마운팅부; 상기 마운팅부에 설치되고 단부에는 마운팅부의 마운팅홀을 통과하도록 삽입되는 끼움부가 형성된 파이프 너트; 상기 마운팅홀을 통과하여 마운팅부 상면에서 돌출된 끼움부의 외주상에 끼워져 마운팅부 위에 고정되는 와셔; 및 상기 결합부의 결합홀 및 와셔, 마운팅부의 마운팅홀을 차례로 관통하도록 삽입되어 파이프 너트에 나사 체결되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치가 개시된다.

Description

차량의 조향장치{Steering apparatus of vehicle}

본 발명은 차량의 조향장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기어박스의 랙하우징이 차체 부분에 들뜸 없이 정확히 장착될 수 있고, 차체 부분의 각도 단차가 존재할 경우 장착시에 각도 단차가 보상될 수 있는 차량의 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조향장치는 차량의 진행방향을 운전자 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서, 운전자가 원하는 방향으로 차량이 진행할 수 있도록 차륜을 회전시키는 장치이다.

공지의 조향장치에서 운전자가 조향휠을 조작할 때의 힘, 즉 조타력은 랙(rack)-피니언(pinion) 구조로 이루어진 기어박스를 거쳐 차륜으로 전달됨으로써 차륜을 회전시킨다.

최근에는 전동식 조향장치가 개발되어 널리 이용되고 있으며, 전동식 조향장치는 모터를 통해 운전자 조타력을 보조함으로써 운전자가 쉽게 조향휠을 조작할 수 있도록 해준다.

전동식 조향장치에서 조향휠을 통해 가해지는 운전자 조타력 및 모터에 의해 발생한 조타보조력을 전달하기 위한 구성요소로는, 조향휠의 하부에 설치되는 조향칼럼, 조향칼럼에서 전달되는 회전력을 직진력으로 변환하여 차륜의 방향을 변경하는 기어박스, 그리고 조향칼럼에서 기어박스로 회전력을 전달하기 위한 유니버설 조인트 등을 포함할 수 있다.

여기서, 기어박스는 유니버설 조인트로부터 회전력을 전달받는 피니언 기어(pinion gear)와, 상기 피니언 기어가 치합되는 랙(rack)이 형성된 랙바(rack bar)를 포함할 수 있다.

기어박스에서는 피니언 기어의 회전시 랙에 의해 랙바가 좌우로 직진운동을 하는데, 랙바의 좌우 직진운동에 의해 작용하는 힘이 타이로드 및 볼조인트를 통해 차륜에 전달되어 차륜의 방향을 변경해주게 된다.

한편, 조향장치에서 기어박스의 랙하우징은 차체, 구체적으로는 차량의 서브 프레임에 결합되는데, 서브 프레임의 경우 제작 과정의 특성상 마운팅부의 높이 및 각도 등을 정밀하게 관리하기 어렵기 때문에, 서브 프레임에 결합되는 랙하우징이 휘거나 파손되어 소음 및 조향 불량 등이 발생할 수 있다.

도 6은 기어박스의 랙하우징이 결합되는 서브 프레임을 도시한 평면도이고, 서브 프레임(1)에서 랙하우징이 결합되는 복수의 마운팅부를 나타내고 있다.

도 6은 조향장치용 기어박스의 랙하우징이 차체인 서브 프레(1)임에 3점에서 체결 및 고정되는 3점 마운팅 방식을 예시하고 있다.

도시된 바와 같이, 서브 프레임(1)에 복수 개의 마운팅부 설정되고, 각 마운팅부에는 파이프 형상의 너트부재, 즉 파이프 너트(nut pipe)(2)가 설치된다.

도 7은 서브 프레임(1)에 기어박스(3)가 마운팅된 상태를 예시한 도면이고, 도 8은 마운팅 구조를 예시한 단면도이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 서브 프레임(1)의 각 마운팅부에 파이프 너트(2)가 용접되어 설치되고, 기어박스(3)의 랙하우징(4)에는 서브 프레임(1)의 마운팅부에 볼트(6)로 체결되는 결합부(5)가 형성된다.

파이프 너트(2)는 중공의 내주면에 나사산이 가공된 파이프 형상의 부재로서, 서브 프레임(1)의 각 마운팅부에 홀(1a)을 형성하고, 상기 홀(1a)에 파이프 너트(2)를 삽입한 뒤, 파이프 너트(2)를 서브 프레임(1)의 마운팅부에 용접한다.

랙하우징(4)의 결합부(5)는 서브 프레임(1)의 마운팅부에 대응되는 위치에 형성되는데, 결합부(5)가 해당 마운팅부의 파이프 너트(2) 위에 올려진 상태에서 결합부(5)의 결합홀(5a)과 파이프 너트(2)의 중공을 일치시킨 뒤, 상측에서 결합홀(5a)을 통해 볼트(6)를 관통 삽입하여 파이프 너트(2)의 중공 내측에 나사 체결한다.

이때, 서브 프레임(1)의 마운팅부와 랙하우징(4)의 결합부(5)가 복수 개이므로, 전체 중 하나의 파이프 너트(2)의 중공과 하나의 결합홀(5a)을 먼저 일치시켜 기준홀로 정하고, 이 기준홀에서 볼트(6)를 선체결한 뒤, 나머지 마운팅부와 결합부에서 볼트를 후체결한다.

그러나, 서브 프레임에서 각 부분 간에 높이나 각도의 단차가 존재할 때, 마운팅 수를 4점에서 3점으로 축소하여 3점 마운팅 방식을 적용한다면, 조향 기어박스의 랙하우징과 서브 프레임 간 들뜸량은 4점 마운팅 방식에 비해 축소될 수 있으나, 서브 프레임에 존재하는 각도 단차는 보상할 수 없다.

따라서, 서브 프레임에서 기어박스의 들뜸을 방지하면서도 서브 프레임에서의 각도 단차까지 보상할 수 있는 개선된 마운팅 구조가 필요한 실정이다.

또한, 종래에는 기어박스의 랙하우징을 서브 프레임에 장착함에 있어, 랙하우징과 서브 프레임 간 직체결방식인 솔리드(solid) 방식과, 서브 프레임의 공차를 흡수할 수 있는 부시(bush)를 함께 적용하는 것이 알려져 있다.

즉, 랙하우징을 파이프 너트를 통해 서브 프레임에 직체결하는 솔리드 마운팅 방식과 함께, 서브 프레임의 공차(높이 단차나 각도 단차)를 흡수 및 극복하기 위해 부시를 혼용하고 있는 것이다.

솔리드 마운팅과 부시의 혼용에 있어, 4점 마운팅인 경우 '2점 솔리드 + 2점 부시'를, 3점 마운팅인 경우 '2점 솔리드 + 1점 부시'를 일반적으로 적용하고 있다.

하지만, 부시를 적용할 경우, 조향의 프릭션 문제는 개선될 수 있으나, 조향 응답성 저하의 문제가 있게 된다.

즉, 솔리드 마운팅만 적용할 경우 조향의 다이렉트감(direct feel) 및 조향 응답성은 우수하나 서브 프레임의 공차로 인해 랙하우징이 변형되면서 조향 프릭션이 악화될 수 있고, 이를 극복하기 위해 부시 구조를 적용하더라도 프릭션은 개선되지만 조향의 다이렉트감 및 응답성은 부족해지는 문제가 있게 되는바, 프릭션과 다이렉트감을 동시에 개선할 수 있는 개선된 마운팅 구조가 필요한 실정이다.

또한, 부시 구조는 응답성 저하의 문제 외에도, 적용시 재료비 상승 및 원가 상승의 문제를 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 기어박스의 랙하우징이 차량의 서브 프레임에 들뜸 발생 없이 정확히 장착될 수 있고, 서브 프레임의 위치별 각도 단차가 존재할 경우 장착시에 각도 단차가 보상될 수 있는 차량의 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 서브 프레임의 공차를 흡수하기 위한 부시를 적용한 마운팅 구조의 문제점, 즉 응답성 저하 및 재료비 상승의 문제가 극복될 수 있고, 조향 프릭션과 다이렉트감 및 조향 응답성이 동시에 개선될 수 있으며, 조타감 및 조타성능의 향상에 기여할 수 있는 마운팅 구조를 가지는 조향장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 기어박스의 랙하우징을 차체 부분에 고정 및 마운팅하기 위한 마운팅 구조를 가지며, 상기 마운팅 구조는, 기어박스의 랙하우징에 형성되고 결합홀을 가지는 결합부; 상기 차체 부분에 구비되고 마운팅홀을 가지는 마운팅부; 상기 마운팅부에 설치되고 단부에는 마운팅부의 마운팅홀을 통과하도록 삽입되는 끼움부가 형성된 파이프 너트; 상기 마운팅홀을 통과하여 마운팅부 상면에서 돌출된 끼움부의 외주상에 끼워져 마운팅부 위에 고정되는 와셔; 및 상기 결합부가 와셔 위에 안착된 상태에서 결합부의 결합홀 및 와셔, 마운팅부의 마운팅홀을 차례로 관통하도록 삽입되어 상기 파이프 너트에 나사 체결되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치를 제공한다.

여기서, 상기 끼움부는, 상기 파이프 너트의 단부에서 파이프 너트의 길이방향으로 연장된 형상으로 형성되고, 상기 파이프 너트의 나머지 부분에 비해 외경이 축소된 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 와셔의 내주면 하부에는 상기 끼움부가 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 홈은 와셔의 내주면 하부에서 원주방향 전둘레를 따라 길게 형성되고, 상기 끼움부는 상기 와셔의 홈에 삽입될 수 있는 원형으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 결합부의 하면이 정해진 곡률을 가지는 오목한 곡면으로 형성되고, 상기 와셔의 상면이 정해지 곡률을 가지는 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 결합부의 하면과 상기 와셔의 상면은 동일한 곡률을 가지는 것일 수 있다.

또한, 상기 와셔는, 일측에 개구부가 형성되어, 상기 개구부에 의해 일측이 개구된 링 형상을 가지는 것일 수 있다.

또한, 상기 결합부에서 볼트가 관통하는 결합홀의 내경이 볼트의 몸체부 외경보다 큰 것이 바람직하다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 조향장치에 의하면, 서브 프레임에 기어박스를 마운팅하기 위한 구조에 있어, 기어박스의 결합부(랙하우징의 결합부)가 안착될 수 있는 소정 곡률의 볼록한 와셔가 사용됨으로써, 마운팅시에 부품들의 매칭 부위(접촉 부위)에서 부품 간 상대 회전(틸팅)이 가능한 마운팅 구조를 가지므로 서브 프레임의 높이 단차와 각도 단차가 모두 보상될 수 있다.

또한, 본 발명의 조향장치에서 마운팅 구조의 구성 중 파이프 너트에 형성한 끼움부는 조립시 와셔의 이탈을 방지하기 위한 것으로, 조립시 파이프 너트의 끼움부에 의해 와셔 이탈이 방지됨으로써 조립 작업(기어박스의 마운팅)이 용이해지는 것은 물론 작업성 개선이 가능해진다.

또한, 본 발명의 조향장치에서는 기어박스 마운팅을 위해 일측이 개구된 링 형상을 가지는 와셔를 사용함으로써, 기어박스의 결합부를 체결할 때 와셔의 원주방향 변형을 유도할 수 있고, 이를 통해 결합부의 응력을 저감하는 효과가 있게 된다.

또한, 기어박스의 마운팅 구조에서 조향의 다이렉트감 및 조향 응답성을 향상시킬 수 있고, 부시를 사용하지 않으므로 부시 사용으로 인한 조향 프릭션 문제를 개선할 수 있으며, 부시를 사용하는 것에 비해 비용 절감 및 중량 저감의 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 기어박스 마운팅 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 기어박스 마운팅을 위한 파이프 너트와 와셔를 분리하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 기어박스 마운팅을 위한 와셔를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 랙하우징의 결합부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치의 기어박스 마운팅 구조에서 단차 보상이 이루어진 마운팅 상태를 예시한 단면도이다.
도 6은 종래의 조향장치에서 기어박스의 랙하우징이 결합되는 서브 프레임을 도시한 평면도이다.
도 7은 종래의 조향장치에서 기어박스의 랙하우징이 서브 프레임에 마운팅된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 종래의 조향장치에서 기어박스 마운팅 구조를 나타내는 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 기어박스 마운팅 구조를 나타내는 단면도로서, 도면부호 31은 기어박스(30)의 랙하우징을 나타내고, 도면부호 10은 랙하우징(31)이 마운팅되는 차체 부분인 서브 프레임을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 기어박스 마운팅을 위한 파이프 형상의 너트부재인 파이프 너트(21)와, 이 파이프 너트(21)에 결합되는 와셔(washer)(23)를 분리하여 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 기어박스 마운팅을 위한 와셔(23)를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치에서 랙하우징(31)의 결합부(32)를 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 기어박스(30)의 랙하우징(31)에는 차체의 마운팅부(11), 구체적으로는 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에 마운팅 및 결합되는 결합부(32)가 형성된다.

상기 결합부(32)는 볼트(26)가 관통 삽입될 수 있는 결합홀(31)을 가지며, 서브 프레임(10)의 각 마운팅부(11)에 랙하우징(31)의 각 결합부(32)가 상기 볼트(26)에 의해 결합된다.

그리고, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에는 마운팅홀(12)이 형성되고, 상기 마운팅홀(12)에는 파이프 너트(21)가 고정 설치된다.

여기서, 서브 프레임(10)은 스틸 합금과 같이 용접 가능한 재질로 제작되고, 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에 형성된 마운팅홀(12)에 상기 파이프 너트(21)의 상단부가 결합된 상태로 용접된다.

이를 위해 파이프 너트(21) 또한 서브 프레임(10)과 마찬가지로 스틸 합금과 같이 용접 가능한 재질로 제작된다.

파이프 너트(21)는 파이프 형상의 너트부재로서, 내주면에 볼트(26)가 삽입되어 나사 체결될 수 있는 나사산이 형성된다.

또한, 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 및 마운팅홀(12)에 결합되는 파이프 너트(21)의 단부, 즉 도면상 파이프 너트(21)의 상단부에는 파이프 너트의 다른 부분에 비해 외경이 축소된 형상의 끼움부(22)가 길이방향으로 연장되어 형성된다.

상기 끼움부(22)는 원형으로 형성되어 파이프 너트(21)의 다른 부분에 비해 외경이 축소된 형상을 가지므로 파이프 너트의 다른 부분과는 외주면에 있어 단차진 형상을 가진다.

또한, 파이프 너트(21)의 끼움부(22)는 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12) 내측에 삽입될 수 있는 크기로 형성되며, 바람직하게는 그 외주면이 마운팅홀(12)의 내경면에 접촉될 수 있는 크기로 형성될 수 있다.

더욱 바람직하게는 파이프 너트(21)의 끼움부(22)가 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12) 내측으로 압입될 수 있는 외경을 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 파이프 너트(21)에서 끼움부(22)는 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12)에 관통하도록 삽입된 상태에서 끼움부(22)의 끝단부가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 상면 위로 돌출될 수 있는 길이로 형성된다.

이에 따라, 파이프 너트(21)의 끼움부(22)가 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12)에 관통 삽입된 상태이면, 끼움부(22)의 끝단부가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 상면 위로 돌출되어 있게 된다.

그리고, 파이프 너트(21)의 끼움부(22)가 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12) 내측에 삽입된 상태에서, 끼움부(22)가 형성된 파이프 너트(21)의 단부, 즉 도면상 파이프 너트(21)의 상단부가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에 용접된다.

용접시, 파이프 너트(21)의 끼움부(22)가 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12) 내측에 삽입된 상태에서, 파이프 너트(21)의 상단부가 마운팅홀(12) 주변의 서브 프레임 부분, 즉 마운팅홀(12) 주변의 마운팅부(11)에 용접된다.

이로써, 파이프 너트(21)가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에 고정될 수 있는 것이며, 이러한 파이프 너트(21) 및 볼트(26)에 의해 랙하우징(31)의 결합부(32)가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에 마운팅된 상태로 체결될 수 있게 된다.

본 발명에서 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 상면에는 와셔(23)가 설치되고, 이 와셔(23)의 상면에 랙하우징(31)의 결합부(32)가 안착되며, 이 상태에서 볼트(26)가 상기 결합홀(31)과 와셔(23), 마운팅홀(12)을 차례로 통과한 뒤 파이프 너트(21)에 나사 체결된다.

이로써, 랙하우징(31)의 결합부(32)가 와셔(23) 상측에 안착된 상태로 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에 볼트(26) 및 파이프 너트(21)에 의해 고정된 상태가 되도록 체결될 수 있는 것이다.

한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 와셔(23)는 원형의 링 형상을 가지는 부재로서, 바람직하게는 일측이 개구된 링 형상을 가지며, 와셔(23)에서 개구된 부분, 즉 와셔(23)의 개구부(24)는 와셔의 변형을 가능하게 하면서 와셔에 의한 결합부(32) 내 응력 발생을 저감하는 역할을 한다.

상기 와셔(23)에서 상면이 소정 곡률의 곡면으로 되어 있고, 이러한 상면은 랙하우징(31)의 결합부(32)가 안착되는 안착면이 된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 랙하우징(31)의 결합부(32)는 하면이 오목한 곡면으로 되어 있고, 이 결합부(32)의 오목한 하면이 와셔(23)의 볼록한 상면에 밀착된 상태로 안착될 수 있게 되어 있다.

이때, 와셔(23)의 상면과 그 위에 안착되는 랙하우징(31)의 결합부(32) 하면은 각각 정해진 곡률을 가지는 곡면으로 되어 있고, 이때 양측의 곡률은 와셔 상면과 결합부 하면이 가능한 한 넓은 접촉면적으로 밀착 및 접합될 수 있는 곡률로 정해진다.

그리고, 와셔(23)가 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12)을 관통하고 있는 끼움부(22)의 외주상에 억지끼움된 뒤 고정될 수 있도록 와셔(23)의 내경과 끼움부(22)의 외경이 정해질 수 있다.

이에 따라, 와셔(23)가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 상면에 안착된 상태로 그 위로 돌출된 파이프 너트(21)의 끼움부(22) 외주상에 억지끼움되고 나면, 이후 와셔(23)에 탈거시킬 수 있는 충분한 힘이 가해지기 전에는 파이프 너트(21)의 끼움부(22)에서 와셔(23)가 이탈되지 않고 고정된 상태로 있게 된다.

바람직한 실시예에서, 와셔(23)의 내주면 하부에는 원주방향의 전둘레를 따라 끼움부(22)가 삽입될 수 있는 크기의 홈(25)이 길게 형성될 수 있다.

이때, 와셔(23)의 내주면 하부에 끼움부(22)가 삽입될 수 있는 크기로 탭 가공을 하여 상기 홈(25)을 형성하는 것이 가능하다.

이와 같이 하여, 파이프 너트(21)가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)에 용접되어 고정되어 있을 때, 서브 프레임(10)의 마운팅홀(12)을 관통한 파이프 너트(21)의 끼움부(22)가 마운팅부(11)의 상면으로부터 돌출되어 있게 되고, 이렇게 돌출된 끼움부(22)의 외주상에 와셔(23)가 끼워져 고정될 수 있다.

이 상태에서 와셔(23)의 상면에 랙하우징(31)의 결합부(32)가 안착된 뒤, 결합부(32)의 결합홀(31)과 와셔(23)의 내측을 통과하도록 볼트(26)를 삽입하여 파이프 너트(21)의 내측에 나사 체결하면, 랙하우징(31)의 결합부(32)와 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)가 상기 파이프 너트(21) 및 와셔(23), 볼트(26)에 의해 체결된 상태가 된다.

또한, 랙하우징(31)의 결합부(32)가 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 위에 안착된 상태로 양측이 상기의 파이프 너트(21) 및 와셔(23), 볼트(26)에 의해 체결되고 나면, 기어박스(30)의 랙하우징(31)이 서브 프레임(10)에 고정된 상태로 마운팅될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 기어박스(30)의 랙하우징(31)을 서브 프레임(10) 위에 마운팅하기 전에, 서브 프레임(10)의 각 마운팅부(11) 위에 와셔(23)를 파이프 너트(21)의 끼움부(22)에 끼우는 방식으로 미리 조립해둘 수 있는바, 와셔(23) 모두를 각 마운팅부(11)에 고정한 상태에서 그 위로 랙하우징(31)을 얹을 수 있게 된다.

결국, 본 발명의 조향장치에서 마운팅 구조의 구성 중 파이프 너트(21)에 형성한 끼움부(22)는 조립시 와셔(23)의 이탈을 방지하기 부분이 되며, 조립시 파이프 너트(21)의 끼움부(22)에 의해 와셔(23)의 이탈이 방지됨으로써 조립 작업(기어박스의 마운팅 작업)이 용이해지는 것은 물론 작업성 개선이 가능해진다.

그리고, 본 발명의 조향장치에서 기어박스(30)의 랙하우징(31)은 알루미늄 다이캐스팅 가공으로 제작될 수 있고, 서브 프레임(10)에 상기 파이프 너트(21) 및 와셔(23), 볼트(26)에 의해 체결되어서 마운팅된다.

본 발명에서 서브 프레임(10)의 마운팅부(11)와 랙하우징(31)의 결합부(32)는 정해진 복수 개의 위치에 구비될 수 있고, 예를 들어 3점 마운팅 방식에서는 3개의 마운팅부(11)와 3개의 결합부(32)에 의해 랙하우징(31)이 서브 프레임(10)에 마운팅된다.

또한, 4점 마운팅 방식에서는 4개의 마운팅부(11)와 4개의 결합부(32)에 의해 랙하우징(31)이 서브 프레임(10)에 마운팅된다.

이때, 서브 프레임(10)의 각 마운팅부(11)마다 파이프 너트(21)가 설치되고, 전술한 바와 같이 랙하우징(31)의 각 결합부(32)가 각 마운팅부(11)에 설치된 와셔(23) 위에 안착된 상태로, 각 결합부(32)의 결합홀(31) 및 와셔(23), 마운팅홀(12)의 내측으로 볼트(26)가 삽입되어 파이프 너트(21)에 나사 체결된다.

본 발명의 조향장치에서 서브 프레임(10)에 기어박스(30)의 랙하우징(31)이 3점 마운팅 방식으로 고정된다면, 3점 모두에 상기한 마운팅 구조가 적용될 수 있다.

이때, 상기의 파이프 너트(21)와 와셔(23), 볼트(26)를 포함하는 마운팅 구조를 3점 모두에 적용한다면, 랙하우징(31)의 결합부(32)가 3점 모두에서 들뜸 없이 서브 프레임(10)의 결합부(32) 위에 지지된 상태로 마운팅될 수 있게 된다.

아울러, 본 발명의 조향 장치에서 4점 마운팅 방식이 적용된 경우 4점 모두에서 상기의 파이프 너트(21)와 와셔(23), 볼트(26)를 포함하는 마운팅 구조를 적용하는 것이 가능하다.

이와 같이 본 발명의 조향장치에서 기어박스(30)의 랙하우징(31)을 서브 프레임(10)에 마운팅함에 있어 상기한 마운팅 구조는 3점 마운팅 방식 및 4점 마운팅 방식 모두에 적용 가능하다.

또한, 상기한 마운팅 구조를 3점과 4점의 마운팅부 모두에 적용할 수 있으므로 부시의 사용이 불필요해진다.

바람직한 실시예에서, 랙하우징(31)의 결합부(32)에 형성되어 볼트(26)가 관통 삽입되는 결합홀(31)은, 파이프 너트(21)의 중공 내경 및 볼트(26)의 몸체부(27) 외경에 비해 정해진 크기만큼 더 큰 내경을 가지도록 할 수 있다.

여기서, 볼트(26)의 몸체부(27)는 나사산이 형성되어 파이프 너트(21)의 내측으로 나사 체결이 이루어지는 부분이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조향장치의 기어박스(30) 마운팅 구조에서 단차 보상이 이루어진 마운팅 상태를 예시한 단면도이다.

상기와 같이 결합홀(31)의 내경을 파이프 너트(21)의 중공 내경 및 볼트(26)의 몸체부(27) 외경보다 더 크게 하면, 볼트(26)가 랙하우징(31)의 결합홀(31)을 통과하여 파이프 너트(21)에 체결되더라도 완전히 체결되기 전까지는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 랙하우징(31)의 결합부(32)가 와셔(23)의 상면에서 슬라이드 될 수 있게 된다.

물론, 볼트(26)의 헤드부(28)가 랙하우징(31)의 결합부(32) 상면을 최대로 가압하도록 볼트(26)를 최대로 회전시켜 볼트(26)가 파이프 너트(21)에 완전히 체결된 상태가 되면, 결합부(32)가 와셔(23) 상면에서 슬라이드 되지 않게 완전히 고정된다.

하지만, 볼트(26)의 헤드부(28)가 결합부(32)를 최대로 가압하는 완전한 체결 상태가 되기 전까지는, 랙하우징(31)의 결합부(32)가 와셔(23) 상면에서 슬라이드 되면서 회전될 수 있다.

또한, 상기와 같이 결합부(32)의 내경을 파이프 너트(21)의 중공 내경 및 볼트(26)의 몸체부(27) 외경에 비해 정해진 크기만큼 더 크게 함으로써, 결합홀(31)을 관통하도록 삽입된 볼트(26)가 결합부(32)에서 상대 회전 및 틸팅(tilting)될 수 있게 된다.

이로써, 서브 프레임(10)에서 마운팅부(11) 간에 높이 단차가 존재하거나 각도 단차가 존재할 때, 랙하우징(31)의 결합부(32)를 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 위에 고정된 와셔(23)의 상면에서 슬라이드시켜 각도 조절한 상태로 볼트(26)를 파이프 너트(21)에 완전히 체결해주면, 높이 단차 및 각도 단차의 보상이 모두 가능해진다.

본 발명에서 볼트(26)는 파이프 너트(21)의 중공 내측으로 삽입되어 나사산을 통해 파이프 너트(21)에 나사 체결되며, 체결된 상태에서 랙하우징(31)의 결합부(32)에 축력을 가하는 역할을 하게 된다.

볼트(26)는 스틸 합금 등의 재질로 제작될 수 있고, 이는 파이프 너트(21) 내측으로 삽입되어 나사 체결되는 몸체부(27), 및 상기 몸체부(27)의 단부에 형성된 헤드부(28)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 와셔(23)의 상면은 전술한 바와 같이 랙하우징(31)의 결합부(32) 하면이 안착 및 밀착된 상태로 접합될 수 있도록 결합부(32)의 오목한 하면에 매칭(matching) 및 대응되는 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다.

이때, 와셔(23) 상면과 결합부(32) 하면이 밀착된 상태로 접합될 수 있도록 동일한 곡률을 가지는 곡면일 수 있다.

이에 따라, 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 위에 고정된 와셔(23)와, 이 와셔(23) 위에 안착되는 랙하우징(31)의 결합부(32)가 서로 슬라이드 되면서, 서로 접촉되는 양측 부품 간의 상대적인 회전과 틸팅, 자세 조정이 가능해진다.

결국, 본 발명의 조향장치에서는 서브 프레임(10)에 기어박스(30)(랙하우징)를 마운팅할 때 상기와 같은 마운팅 구조에 의해 서브 프레임(10)의 마운팅부(11) 간 높이 단차와 각도 단차, 그 외 서브 프레임(10)의 공차가 흡수될 수 있게 된다.

위에서 차체의 서브 프레임(10)에 기어박스(30)의 랙하우징(31)을 마운팅하는데 있어 랙하우징(31)의 결합부(32) 하면이 와셔(23) 상면에 밀착된 상태가 될 수 있도록 결합부(32) 하면과 와셔(23) 상면은 대략 동일한 곡률을 가지는 곡면으로 형성될 수 있음을 설명하였다.

또한, 위에서 와셔(23)는 일측이 개구된 원형의 링 형상, 즉 일측에 개구부(24)가 형성된 형상으로 제작될 수 있음을 설명하였다.

이를 위해, 와셔(23)를 링 형상으로 제작한 뒤 링 형상의 와셔 중간부를 커팅하는 방식으로 상기 개구부(24)를 형성할 수 있다.

이와 같이 와셔(23)의 중간부를 커팅하여 와셔 일측에 개구부(24)를 형성하면, 와셔(23)가 일정 수준 이상의 큰 외력을 받게 될 때 와셔(23)의 원주방향 변형을 유도할 수 있다.

와셔(23) 위에 랙하우징(31)의 결합부(32)가 안착된 상태로 볼트(26)를 체결할 때 와셔(23)가 결합부(32)를 통해 일정 수준 이상의 큰 힘을 받게 되면, 와셔(23)에 개구부(24)가 형성되어 있으므로, 상기 개구부(24)에 의해 와셔(23)의 원주방향 변형이 유도될 수 있다.

이와 같이 와셔(23)가 원주방향으로 변형되는 경우 와셔(23)에 의해 결합부(32)가 받게 되는 응력이 저감될 수 있고, 결국 와셔에 의한 결합부 내 응력이 저감되면서 결합부 파단 등 응력으로 인한 문제 발생이 방지될 수 있다.

예를 들어 더 설명하면, 와셔(23) 상면의 곡률과 결합부(32) 하면의 곡률을 동일하게 할 수 있지만 제작 공차로 인해 양측 곡률에 차이가 있을 수 있다.

이때, 와셔(23) 상면의 곡률이 결합부(32) 하면의 곡률보다 작은 경우, 양측의 곡률이 동일한 때에 비해 와셔 상면과 결합부 하면 간의 접촉면적이 줄어들면서 조타시 이질감 등의 문제가 발생할 수 있다.

또한, 와셔(23) 상면의 곡률이 결합부(32) 하면의 곡률보다 큰 경우, 랙하우징(31)의 결합부(32)가 와셔(23)에 안착된 뒤 볼트(26)에 의해 체결될 때, 알루미늄 합금 재질인 랙하우징(31)의 결합부(32)에서 변형이 발생할 수 있고, 결국 랙하우징(31)의 인장강도를 초과하게 되어 파단 문제가 발생할 수 있다.

하지만, 와셔(23) 일측에 개구부(24)가 형성되면, 와셔(23)가 원주방향으로 변형될 수 있고, 와셔(23)의 원주방향 변형은 랙하우징(31)의 결합부(32)에서 와셔(23)에 의한 응력을 저감시킬 수 있게 된다.

본 발명자는 컴퓨터 해석을 통해 개구부가 형성된 와셔와 개구부가 형성되지 않은 와셔를 각각 적용한 경우를 비교하였을 때, 개구부가 형성된 경우에서 개구부가 형성되지 않은 경우에 비해 결합부 내 응력이 30% 정도 저감되는 효과가 있음을 확인하였다.

이때, 개구부 유무의 차이를 제외하고는 동일한 형상과 치수를 가지는 와셔에 대하여 해석을 실시하였다.

와셔(23)에 개구부(24)를 형성하면, 와셔(23) 상면과 결합부(32) 하면 사이에 곡률의 차이가 존재하더라도 결합부의 체결시 와셔의 원주방향 변형이 유도되면서 와셔와 결합부 사이의 적정 접촉율 유지 및 접촉면적 확보가 가능해진다.

또한, 개구부(24)를 적용할 경우, 곡률 확보를 위한 와셔(23) 상면의 정밀 가공이 불필요하고, 따라서 와셔(23)를 단조로도 제작하는 것이 가능해지는바, 재료비를 획기적으로 축소시킬 수 있다.

정밀 가공 방식이 아닌, 단조 방식으로 제작되는 와셔는 대량 양산이 가능하므로 대량 양산을 통한 원가 절감이 가능해진다.

궁국적으로는, 기어박스(30)의 랙하우징(31)과 차체 부분인 서브 프레임(10) 사이의 모든 마운팅 부위에 솔리드 마운팅(부시를 사용하지 않는 직체결 방식)의 적용이 가능하여 조향의 다이렉트감(direct feel) 및 조향 응답성 향상이 가능해진다.

더불어, 전체 마운팅 부위에 솔리드 마운칭을 적용하더라도 조향 프릭션의 문제, 예컨대 프릭션감(friction feel), 조향 복원 성능, 조향 프릭션으로 인한 NVH 등의 문제가 발생하지 않는다.

특히, 서브 프레임(10)의 제작 공차 흡수 측면에 있어 높이 단차나 각도 단차에 대한 보상이 모두 가능하므로 부시 마운팅보다 단차에 대한 높은 수준의 강건성 확보가 가능해진다.

또한, 본 발명의 조향장치에서 개선된 마운팅 구조에 따르면, 기존 부시 사용시보다 부품비 및 재료비 절감이 가능해지고, 중량 저감의 효과도 얻을 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 서브 프레임 11 : 마운팅부
12 : 마운팅홀 21 : 파이프 너트
22 : 끼움부 23 : 와셔
24 : 개구부 25 : 홈
26 : 볼트 27 : 몸체부
28 : 헤드부 30 : 기어박스
31 : 랙하우징 32 : 결합부
33 : 결합홀

Claims (8)

1. 기어박스의 랙하우징을 차체 부분에 고정 및 마운팅하기 위한 마운팅 구조를 가지며,
   상기 마운팅 구조는,
   기어박스의 랙하우징에 형성되고 결합홀을 가지는 결합부;
   상기 차체 부분에 구비되고 마운팅홀을 가지는 마운팅부;
   상기 마운팅부에 설치되고 단부에는 마운팅부의 마운팅홀을 통과하도록 삽입되는 끼움부가 형성된 파이프 너트;
   상기 마운팅홀을 통과하여 마운팅부 상면에서 돌출된 끼움부의 외주상에 끼워져 마운팅부 위에 고정되는 와셔; 및
   상기 결합부가 와셔 위에 안착된 상태에서 결합부의 결합홀 및 와셔, 마운팅부의 마운팅홀을 차례로 관통하도록 삽입되어 상기 파이프 너트에 나사 체결되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 끼움부는,
   상기 파이프 너트의 단부에서 파이프 너트의 길이방향으로 연장된 형상으로 형성되고,
   상기 파이프 너트의 나머지 부분에 비해 외경이 축소된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 와셔의 내주면 하부에는 상기 끼움부가 삽입될 수 있는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 홈은 와셔의 내주면 하부에서 원주방향 전둘레를 따라 길게 형성되고,
   상기 끼움부는 상기 와셔의 홈에 삽입될 수 있는 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합부의 하면이 정해진 곡률을 가지는 오목한 곡면으로 형성되고,
   상기 와셔의 상면이 정해지 곡률을 가지는 볼록한 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 결합부의 하면과 상기 와셔의 상면은 동일한 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 와셔는,
   일측에 개구부가 형성되어, 상기 개구부에 의해 일측이 개구된 링 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 결합부에서 볼트가 관통하는 결합홀의 내경이 볼트의 몸체부 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 차량의 조향장치.

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