KR101650327B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 및 이의 조립 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 랙바가 삽입되어 슬라이딩되는 튜브가 구비되고 튜브의 중심축과 이격된 위치에 삽입홀이 형성되되 삽입홀에는 단부 모서리를 절개한 안착면이 형성되어 있는 랙하우징, 안착면에 지지되며 랙하우징의 삽입홀에 삽입되어 결합되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치 및 이의 조립 방법을 제공한다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치 및 이의 조립 방법{Apparatus and Method for Assembling of Rack Assist Type Electric Power Steering}

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치 및 이의 조립 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터축이 경사진 상태에서 모터와 랙하우징이 가조립된 후 모터가 평행하게 조립될 수 있음으로 인해 모터와 랙하우징 사이의 간격이 좁은 경우에도 조립이 용이해지며 구동 벨트의 결합에 필요한 힘이 줄어들게 되는 랙구동형 동력 보조 조향장치 및 이의 조립 방법에 관한 것이다.

자동차의 동력 보조 조향장치는 일반적으로 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 최근에는 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화 되어 가고 있다.

일반적인 전동식 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.

보조 동력 기구는 운전자가 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서, 토크 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터 및 벨트를 매개로 모터에서 발생한 보조 동력을 랙바에 전달하는 벨트식 전동장치를 포함하여 구성된다.

도 1은 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1과 도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 자동차의 횡 방향으로 연장되어 외주면 일측에 랙 기어를 구비하는 랙바(140), 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 구비하는 피니언축(110), 볼(220)을 매개로 외주스크류홈(145)과 맞물리는 볼너트(210), 볼너트(210)와 모터축(155)을 연결하는 벨트식 전동장치(160) 및 모터(150)를 포함하여 구성된다.

피니언축(110)은 조향축을 통해 조향휠에 연결되고, 외주면 일측에 일정 길이의 외주스크류홈(145)이 형성되어 있는 랙바(140)는 랙하우징(120)에 내장된다.

벨트식 전동장치(160)는 모터축(155) 및 볼너트(210)를 연결하는 벨트를 포함하여 형성되며, 조향휠에 가해진 조향 토크에 비례하여 모터(150)에서 발생하는 조향 보조 동력을 볼너트(210)를 통해 랙바(140)에 전달한다.

도 2에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 외주면에 외주스크류홈(145)을 구비하는 랙바(140), 볼(220)이 순환하는 중간 경로(215)를 구비하는 볼너트(210), 상기 랙바의 외주스크류홈(145)과 중간 경로(215)에 접하면서 구름이동 하는 볼(220), 상기 볼너트(210)의 끝단에 부착되는 엔드 캡(230) 등을 포함하여 구성된다.

이와 같은 랙구동형 동력 보조 조향장치는 볼(220)이 랙바(140)의 외주스크류홈(145)과 볼너트(210)의 내주스크류홈과 접촉하면서 구름에 의한 이동에 의하여 랙바(140)를 슬라이딩시키게 된다.

그러나, 이러한 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 모터와 랙하우징이 평행하게 배치된 상태에서 조립되는 구조이어서 모터와 랙하우징이 자동차의 엔진룸에서 차지하는 부피를 줄이기 위해 모터와 랙하우징 사이의 간격이 좁은 경우에는 로봇팔에 의한 자동 조립이 어려워지는 문제점이 있었다.

또한, 모터와 랙하우징이 평행하게 배치된 상태에서 조립되는 구조로 인해 벨트를 인장시킨 상태로 결합시켜야만 해서 벨트의 결합에 필요한 힘이 커지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 모터축이 경사진 상태에서 모터와 랙하우징이 가조립된 후 모터가 평행하게 조립될 수 있게 하여 모터와 랙하우징 사이의 간격이 좁은 경우에도 조립이 용이해지고 구동 벨트의 결합에 필요한 힘이 줄어들게 하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 랙바가 삽입되어 슬라이딩되는 튜브가 구비되고 튜브의 중심축과 이격된 위치에 삽입홀이 형성되되 삽입홀에는 단부 모서리를 절개한 안착면이 형성되어 있는 랙하우징, 안착면에 지지되며 랙하우징의 삽입홀에 삽입되어 결합되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 랙바와 랙하우징을 지그에 고정하는 단계, 모터축이 랙하우징의 중심축과 소정의 각도를 이루도록 랙하우징의 삽입홀 모서리에 구비된 안착면에 모터의 단부를 안착시키는 단계, 모터축에 구비된 모터풀리와 랙바에 결합된 너트풀리에 구동 벨트를 결합하는 단계, 벨트에 인장력을 가하면서 모터축을 랙하우징의 중심축과 평행하게 이동시키는 단계를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치의 조립 방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 모터축이 경사진 상태에서 모터와 랙하우징이 가조립된 후 모터가 평행하게 조립될 수 있음으로 인해 모터와 랙하우징 사이의 간격이 좁은 경우에도 조립이 용이해지며 구동 벨트의 결합에 필요한 힘이 줄어들게 되는 효과를 가지게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 종래 기술에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 사시도,
도 6은 도 5의 단면도,
도 7은 도 5의 정면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치의 조립되는 상태를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치의 조립방법을 나타내는 순서도이다.

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 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 사시도, 도 6은 도 5의 단면도, 도 7은 도 5의 정면도, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치의 조립되는 상태를 나타내는 도면, 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치의 조립방법을 나타내는 순서도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 랙바(140)가 삽입되어 슬라이딩되는 튜브(304)가 구비되고 튜브(304)의 중심축과 이격된 위치에 삽입홀(302)이 형성되되 삽입홀(302)에는 단부 모서리를 절개한 안착면(302b)이 형성되어 있는 랙하우징(305), 안착면(302b)에 지지되며 랙하우징(305)의 삽입홀(302)에 삽입되어 결합되는 모터(150)를 포함한다.

볼너트(325)는 볼을 매개로 랙바(140)와 결합되어 회전하며 상기 랙바(140)를 슬라이딩시키고, 볼너트(325)의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링(309)의 외륜과 랙하우징(305) 사이에 락스크류(307)가 결합되어 베어링(309)을 지지한다.

그리고, 기어하우징(303)과 랙하우징(305)의 사이에 체결링(320)이 체결홈(320a)에 결합되어 락스스크류(307)를 중심축 방향으로 지지하며 결합된다.

이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(150)와, 상기 모터(150)의 축(155)에 고정된 모터풀리(330), 구동 벨트(335) 등으로 이루어진다.

또한, 종동수단은 랙바(140)를 감싸는 랙하우징(305)의 내부에 랙바(140)를 지지하는 볼너트(325)가 구비되고, 볼너트(325)의 외주면에 별도로 성형되거나 결합된 너트풀리(310)가 구비된다.

모터(150)와 연결된 모터풀리(330)와, 랙바(140)와 연결된 너트풀리(310)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(330)와 너트풀리(310)에는 구동 벨트(335)가 끼워져 모터(150)의 회전력을 볼너트(325)를 통해 랙바(140)에 전달하고, 볼너트(325)의 동작에 의하여 랙바(140)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.

볼너트(325)는 볼을 매개로 랙바(140)와 결합되어 회전하면서 랙바(140)를 기어하우징(303)과 랙하우징(305)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(325)의 외주면에는 볼너트(325)의 회전을 지지하는 베어링(309)이 장착되어 있다.

볼너트(325)의 내주면과 랙바(140)의 외주면에는 랙바(140)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(140)의 외주면에 반구형 단면의 나선형으로 마련된 외주스크류홈(미도시)과, 이에 삽입되는 볼 및, 외주스크류홈과 대응되게 볼너트(325)의 내주면에 반구형 단면의 나선형으로 마련된 내주스크류홈으로 이루어진다.

볼너트(325)는 내주면에 내주스크류홈이 형성된 중공관으로서, 외주면 양측에 너트풀리(310)가 밀착 설치되고, 이 볼너트(325)의 일단 외주측에는 베어링(309)이 설치되며, 이 베어링(309)의 외륜 끝단과 외주면 일단에는 락스크류(307)가 랙하우징(305)의 내주면에 나사결합되어 베어링(309)을 지지하며 고정된다.

기어하우징(303)과 랙하우징(305)의 사이에 결합되는 체결링(320)은 락스크류(307)를 중심축 방향으로 지지하여, 락스크류(307)의 풀림을 방지하면서 베어링(309)을 통해 전달되는 진동과 노이즈를 댐핑하게 되어 있다.

랙하우징(305)은 랙바(140)가 삽입되어 슬라이딩되는 튜브(304)가 구비되어 있고, 튜브(304)의 중심축과 이격된 위치에 모터(150)가 삽입되어 결합되는 삽입홀(302)이 형성되어 있다.

랙하우징(305)의 삽입홀(302)의 단부에는 모서리의 부딪침에 의한 파손을 방지하는 챔퍼(302a)와, 단부 모서리를 절개한 안착면(302b)이 형성되어 있어서, 모터(150)의 결합시 모터(150)의 단부가 안착면(302b)에 지지되며 랙하우징(305)의 삽입홀(302)에 삽입되어 결합된다.

이러한 안착면(302b)은 튜브(304)와 반대쪽에 형성되는데, 삽입홀(302)의 중심축상에서 보았을 때 튜브(304)와 삽입홀(302)의 중심을 연결한 가상의 선(L)을 기준으로 양측으로 각각 20˚~ 40˚의 위치에 형성된다.

즉, 도 7에 도시된 것처럼 삽입홀(302)의 중심을 기준으로 원주방향 일방향(A)과 타방향(B)으로 각각 20˚~ 40˚의 위치에 형성되어 안착면(302b)의 양단부가 삽입홀(302)의 중심을 기준으로 총 40˚ ~ 80˚의 각도를 이루게 형성되어 있다.

여기서, 삽입홀(302)의 중심을 기준으로 원주방향 일방향(A)의 각도가 20˚보다 작게 형성되는 경우 모터(150)의 단부가 안정적으로 지지되지 못하게 되고, 삽입홀(302)의 중심을 기준으로 원주방향 일방향(A)의 각도가 40˚보다 크게 형성되는 경우 모터(150)가 삽입되는 부위의 랙하우징(305) 강도가 낮아지고 외부로부터 이물질의 유입될 위험이 높아지게 된다.

또한, 랙하우징(305)의 안착면(302b)은 원주방향의 양측 끝단으로 갈수록 폭이 줄어들게 형성되어 모터(150)의 결합은 용이하면서도 랙하우징(305)의 강도가 낮아지는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.

또한, 랙하우징(305)의 안착면(302b)은 외측으로 볼록한 곡면으로 형성되어 모터(150)의 단부가 안착면(302b)에 지지된 후 삽입홀(302)에 삽입될 때 걸림감없이 매끄럽게 삽입될 수 있게 되어 있다.

이와 같은 랙구동형 동력 보조 조향장치의 조립 방법은 랙바(140)와 랙하우징(305)을 지그(미도시)에 고정하는 단계(S501), 모터축(155)이 랙하우징의 중심축과 소정의 각도를 이루도록 랙하우징의 삽입홀(302) 모서리에 구비된 안착면(302b)에 모터(150)의 단부를 안착시키는 단계(S502), 모터축(155)에 구비된 모터풀리(330)와 랙바에 결합된 너트풀리(310)에 구동 벨트(335)를 결합하는 단계(S503), 벨트에 인장력을 가하면서 모터축(155)을 랙하우징의 중심축과 평행하게 이동시키는 단계(S504)를 포함한다.

먼저, 랙바와 랙하우징을 지그에 고정하는 단계(S501)에서 랙바는 랙하우징에 조립되어 지그에 고정되며, 이렇게 고정된 랙하우징에 모터(150)를 결합시킨다.

이후 모터(150)의 단부를 안착시키는 단계(S502)에서 로봇팔에 물려있는 모터(150)가 모터축(155)이 랙하우징의 중심축과 소정의 각도를 이루도록 랙하우징의 삽입홀(302)에 가조립되는데, 이 때 모터(150)의 단부가 랙하우징의 삽입홀(302) 모서리에 구비된 안착면(302b)에 지지되며 결합된다.

이렇게 모터(150)가 로봇팔에 의해 경사진 상태로 랙하우징에 가조립되면 구동 벨트(335)를 결합하는 단계(S503)에서 모터축(155)에 결합된 모터풀리(330)와 랙바에 결합된 너트풀리(310)에 구동 벨트(335)를 결합시키는데, 모터축(155)이 경사진 상태이기 때문에 모터풀리(330)와 너트풀리(310)의 거리가 가까워서 구동 벨트(335)가 인장되지 않고도 쉽게 결합될 수 있게 된다.

구동 벨트(335)가 결합된 후에는 모터축(155)을 랙하우징의 중심축과 평행하게 이동시키는 단계(S504)에서 구동 벨트(335)에 인장력을 가하면서 모터축(155)이 랙하우징의 중심축과 평행하게 모터(150)를 이동시켜 체결부재로 모터(150)를 랙하우징에 고정시키게 된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 모터축이 경사진 상태에서 모터와 랙하우징이 가조립된 후 모터가 평행하게 조립될 수 있음으로 인해 모터와 랙하우징 사이의 간격이 좁은 경우에도 조립이 용이해지며 구동 벨트의 결합에 필요한 힘이 줄어들게 되는 효과를 가지게 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.

140: 랙바 302: 삽입홀
302a: 챔퍼 302b: 안착면
303: 기어하우징 304: 튜브
305: 랙하우징 310: 너트풀리
330: 모터풀리 335: 구동 벨트

Claims (5)

1. 랙바가 삽입되어 슬라이딩되는 튜브가 구비되고 상기 튜브의 중심축과 이격된 위치에 삽입홀이 형성되되 상기 삽입홀의 단부에는 모서리의 부딪침에 의한 파손을 방지하는 챔퍼와, 단부 모서리를 절개한 안착면이 형성되어 있는 랙하우징;
   상기 안착면에 지지되며 상기 랙하우징의 삽입홀에 삽입되어 결합되는 모터;를 포함하며,
   상기 모터의 결합은 용이하면서도 상기 랙하우징의 강도가 낮아지는 것을 방지하도록, 상기 안착면은 상기 튜브와 반대쪽에 형성되되, 상기 삽입홀의 중심축에서 보았을 때 상기 튜브와 삽입홀의 중심을 연결한 가상의 선을 기준으로 양측으로 각각 20˚~ 40˚의 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 안착면은 원주방향의 양측 끝단으로 갈수록 폭이 줄어들게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 안착면은 외측으로 볼록한 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
5. 삭제

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