KR101706859B1 - 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 스티어링 장치에 관한 것으로, 일측이 차량의 스티어링 휠에 연결된 피니언 기어에 치형 결합되고, 타측에는 외주면에 나사선이 구비된 랙과, 상기 랙의 타측이 삽입되는 랙 하우징과, 상기 랙 하우징과 상기 랙의 사이에 배치되어 상기 랙을 중심축 방향으로 직선 운동시키는 볼 너트와, 상기 랙 하우징과 상기 볼 너트의 사이에 삽입되어 상기 볼 너트를 회전 가능하게 지지하는 베어링과, 상기 베어링을 회전 가능하게 지지하는 이너 케이스 및, 상기 이너 케이스를 수용하는 아우터 케이스를 포함하며, 상기 이너 케이스 및 아우터 케이스가 일체로 형성된 고무 일체형 댐퍼를 포함한다. 본 발명에 따르면, 댐퍼에 고무를 일체형으로 형성함으로써 전문 제조업체가 아닌 곳에서도 손쉽게 조립할 수 있어 조립성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 고무의 종류나 두께 등을 변경함으로써 원하는 강성이 구현되도록 설계할 수 있으며, 주변 부품과의 공차를 고려해 설계할 수 있는 장점이 있다.

Description

댐퍼 일체형 베어링 어셈블리{Damper integrated bearing assembly}

본 발명은 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베어링에 댐퍼를 일체형으로 구성함으로써 조립성을 향상시키고 필요 강성을 구현할 수 있는 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 전동 파워 스티어링 장치는 전동모터의 구동에 의해 차량의 조향력을 보조하는 장치이며, 그 중 차량의 속도가 저속일 때 핸들을 가볍게 해주고, 차량의 속도가 고속일 때 핸들을 무겁게 함으로써 조향 안정성을 향상시키는 역할을 한다.전동식 파워 스티어링 장치 중 랙 타입 파워스티어링 장치는 차량의 좌우 방향으로 원통형의 하우징이 구비되고, 하우징 안에 랙이 직선 운동 가능하게 수용되며, 랙의 각 단부는 볼조인트에 의해 전륜에 연결된다. 랙은 랙 피니언 기구에 의해 스티어링 휠에 연결된 스티어링 샤프트에 연결된다. 스티어링 휠의 회전 운동이 랙 피니언 기구에 의해 직선 운동으로 변환되어 랙이 직선 운동하게 된다.

랙의 외주에는 볼너트가 회전 가능하게 지지되며, 볼너트의 축선과 평행한 회전축을 갖는 전동 모터가 랙 주변에 배치된다. 사용자가 스티어링 휠을 조작할 때 전동 모터가 구동되어 조타력을 보조하게 된다.

이러한 전동 파워 스티어링 장치의 일 예가 한국특허등록 제0835193호가 개시되어 있으며, 랙 및 볼너트의 구동 시 발생되는 진동이나 외부 진동에 의한 소음 발생을 방지하기 위해 베어링 등의 댐핑 구조가 구비되어 있다.

그러나 이러한 종래의 댐핑 구조는 구성품이 별도의 구조물로 되어 있어 조립 공정이 복잡하고 조립 시간이 길어지고, 전문 업체에서 작업해야 하므로 작업성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 별도의 구조물로 제작된 댐핑 구조물을 조립함에 있어 주변 구성품들과의 공차 관리가 어려우며, 구조적인 한계로 인해 필요한 강성을 확보하기 어려운 문제가 있다.

한국특허등록 제0835193호(등록일: 2008. 06. 04)

본 발명의 목적은 베어링에 댐퍼를 일체형으로 구성함으로써 조립성을 향상시키고 필요 강성을 구현할 수 있는 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리는, 회전 대상물을 회전 가능하게 지지하는 베어링과, 상기 베어링을 회전 가능하게 지지하는 원통형의 이너 케이스 및 상기 이너 케이스를 수용하는 원통형의 아우터 케이스를 구비하는 댐퍼를 포함하고, 상기 댐퍼는 상기 이너 케이스 및 아우터 케이스가 일체로 형성되되 상기 원통형의 양단부가 상기 베어링을 향해 벤딩(bending)된 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 이너 케이스는 고무 재질을 포함하고, 상기 아우터 케이스는 금속 재질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 댐퍼는 상기 이너 케이스 및 아우터 케이스의 원통형 양단부에 돌출부 및 오목부가 교대로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 돌출부는 반원형, 부채꼴 형상 중 어느 하나이며, 상기 오목부는 반원형, 부채꼴 형상, 직선형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 댐퍼는 원통형의 일측에 구비된 상기 돌출부를 상기 베어링을 향해 직각으로 벤딩한 후 상기 베어링을 삽입하고, 원통형의 타측에 구비된 상기 돌출부를 상기 베어링을 향해 직각으로 벤딩하여 상기 베어링을 수납하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 파워 스티어링 장치는 댐퍼에 고무를 일체형으로 형성함으로써 전문 제조업체가 아닌 곳에서도 손쉽게 조립할 수 있어 조립성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 고무의 종류나 두께 등을 변경함으로써 원하는 강성이 구현되도록 설계할 수 있으며, 주변 부품과의 공차를 고려해 설계할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 전동 파워 스티어링 장치의 일부를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리를 도시한 결합 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 전동 파워 스티어링 장치의 일부를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리를 도시한 결합 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리는 회전하는 대상물을 회전 가능하게 지지하기 위한 것으로, 본 명세서에서는 편의상 차량의 전동 파워 스티어링 장치를 일 예로하여 설명하기로 한다(그러나 본 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 베어링과 댐퍼가 필요한 곳에 다양하게 적용될 수 있다).

전동 파워 스티어링 장치(10)는 벨트로 구동되는 랙 구동 스티어링 장치로, 랙 하우징(100)과 랙(200)을 포함한다(스티어링 장치의 일반적인 구조 및 작동은 본 발명이 속한 기술 분야에서 공개된 기술이므로, 본 발명의 이해를 위해 필요한 부분에 대해서만 설명하기로 하며, 상세한 설명은 생략하기로 한다).

랙(200)은 랙 하우징(100)의 내측에 삽입되며, 랙(200)의 일측에는 치형부(teeth)가 형성되고, 차량의 스티어링 휠(미도시)에 연결된 피니언 기어의 치형부(미도시)에 치형 결합된다. 랙(200)의 타측에는 일부 구간에 나사선(210)이 형성되며, 랙 하우징(100)과 랙(200)의 사이에 볼 너트(400)가 나사선(210)의 일부를 감싸는 형태로 배치된다. 볼 너트(400)의 외측에는 풀리(300)가 결합된다.

볼 너트(400)는 풀리 어셈블리(300)에 억지 끼워 맞춤되고, 댐퍼(500) 및 베어링(600)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

볼 너트(400)는 외주면이 풀리 어셈블리(300)에 억지 끼움되고, 내주면에는 나사선(210)에 대응되는 나사홈이 형성된다. 나사홈이 랙(200)의 나사선(210)에 치형 결합된 상태로 회전하면 랙(200)이 중심축(x) 방향으로 직선 운동하게 된다. 볼 너트(410)의 구동은 전기 모터(350)에 의해 이루어진다.

전기 모터(350)는 랙 하우징(100)의 일측에 설치되며, 전기 모터(350)의 회전축(352)이 타이밍 벨트(354)에 의해 풀리 어셈블리(300)와 연결된다. 전기 모터(350)가 작동되면 회전축(352)이 회전하면서 타이밍 벨트(354)를 구동시켜 풀리 어셈블리(300)를 회전시키고, 풀리 어셈블리(300)의 회전에 의해 볼 너트(400)가 회전한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 베어링 어셈블리는 댐퍼(500) 및 베어링(600)으로 구성되며, 댐퍼(500)는 베어링(600)의 외주변을 감싸는 원통 형태로, 댐퍼(500)의 내측에 베어링(600)이 삽입된다. 댐퍼(500)의 원통 형상은 일반적인 채널의 형태이나, 본 실시 예에서는 댐퍼(500)의 원통형 양단부가 후술할 돌출부(500a) 및 오목부(500b)에 의해 일부가 막혀 있는 형태가 된다. 즉, 댐퍼(500)는 일반적인 원통형의 댐퍼 형상과는 상이한 형상을 갖는다. 댐퍼(500)는 아우터 케이스(510)와 이너 케이스(530)로 구분될 수 있으며, 랙 하우징(100)과 볼 너트(400)의 사이에 삽입된다.

아우터 케이스(510)는 금속 재질로 만들어질 수 있고, 이너 케이스는 고무(rubber) 재질을 포함하는 탄성 재질로 만들어질 수 있다. 아우터 케이스(510)는 랙 하우징(100)에 결합된 상태에서 외부 충격이나 진동에 의해 쉽게 마모되지 않도록 금속 재질로 형성될 수 있다. 이너 케이스(530)는 베어링(600)과의 결합 시 볼 너트(400)의 구동 시 발생되는 진동이 베어링(600)에 전달되어 발생되는 소음이나 진동을 최소화할 수 있도록 고무를 포함하는 탄성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 아우터 케이스(510) 및 이너 케이스(530)는 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 아우터 케이스(510)와 이너 케이스(530)를 별도로 조립하지 않아도 되므로 조립 공정 및 시간이 단축되는 효과가 있다.

여기서 이너 케이스(530)는 필요로 하는 강성을 갖도록 그 재질이나 두께 등이 변동될 수 있으며, 동일한 재질이라도 밀도가 높은 것, 공극이 있는 것, 공극률이 높은 것, 공극률이 낮은 것 등을 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 이너 케이스(530)는 동일 재질의 단일 층으로 형성될 수도 있고, 서로 다른 재질의 복수 층으로 형성될 수도 있으며, 동일 재질 또는 다른 재질이면서 공극률이 각기 다른 소재가 복수 층으로 형성될 수도 있다. 이러한 선택은 필요로 하는 강성에 따라 달라지게 된다. 또한, 이너 케이스(530)의 형성 시 주변 부품과의 공차를 고려하여 이너 케이스(530)의 두께나 형상을 변경함으로써 주변 부품과의 공차를 완화해 제조 원가를 절감하는 효과가 있다.

아우터 케이스(510) 및 이너 케이스(530)는 소정의 폭을 갖는 판재를 원통 형상으로 가공한 형태로, 외주면의 양쪽 가장자리가 일자가 아닌 돌출부(500a) 및 오목부(500b)가 교대로 형성된 형태를 가질 수 있다. 돌출부(500a)는 반원형 또는 부채꼴 형상 등을 가질 수 있으며, 오목부(500b)는 돌출부(500a)의 사이에 반원형, 부채꼴 형상 등으로 요입될 수 있다. 또는 오목부(500b)가 직선 형태로 돌출부(500a) 사이를 연결할 수도 있다. 이렇게 형성된 돌출부(500a)는 베어링(600)을 향해 내측으로 벤딩(bending)되되, 댐퍼(500)의 길이 방향을 따르는 가상의 중심축에 수직이 되도록 벤딩 가공된다.

돌출부(500a)를 댐퍼(500)의 베어링(600) 쪽 방향으로 수직으로 벤딩하는 이유는 베어링(600)이 댐퍼(500)의 중공 축 방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위함이다.

원통형 댐퍼의 가장자리를 벤딩하려면 소요 시간이 오래 걸리고 가공이 어려운 문제가 있다. 따라서 댐퍼(500)의 가장자리를 일자가 아닌 돌출부(500a) 및 오목부(500b)가 교대로 형성된 형태를 갖도록 가공하면, 일자로 만들어 가장자리를 벤딩할 때에 비해 벤딩 가공 시 소요 시간이 짧고 가공이 용이한 장점이 있다.

아우터 케이스(510) 및 이너 케이스(530)가 일체로 형성된 상태에서 댐퍼(500)의 일측 가장자리를 외주면과 직각으로 벤딩한 뒤 이너 케이스(530)의 내주면과 베어링(600)의 외주면이 결합하도록 베어링(600)을 삽입한다. 이에 따라, 베어링(600)이 댐퍼(500)의 일측 방향으로 임의로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 베어링(600)의 삽입 후 다시 댐퍼(500)의 타측 가장자리를 외주면과 직각으로 벤딩하면 베어링(600)의 결합이 완료되고, 베어링(600)은 댐퍼(500)의 내측에 삽입된 상태로 유지된다. 이 상태에서 댐퍼(500)와 베어링(600)의 조립체를 랙 하우징(100)에 결합시킨다.

이렇게 댐퍼(500)의 중공축 방향 양단을 모두 내측을 향해 수직으로 벤딩하면 차량의 주행 중 노면의 상태나 외부 충격 등에 의해 진동이 발생하더라도 볼 너트(400)는 베어링(600) 및 댐퍼(500)에 의해 안정적으로 지지되고, 댐퍼(500) 내측의 이너 케이스(530)에서 웜샤프트(300)의 진동 및 그에 따른 소음을 흡수하게 된다. 따라서 스티어링 장치의 소음 및 진동이 전체적으로 저감되는 효과가 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

10: 전동 파워 스티어링 장치
100: 랙 하우징 200: 랙
300: 풀리 어셈블리 400: 볼 너트
500: 댐퍼 510: 아우터 케이스
530: 이너 케이스 500a: 돌출부
500b: 오목부 600: 베어링

Claims (5)

1. 회전 대상물을 회전 가능하게 지지하는 베어링과,
   상기 베어링을 회전 가능하게 지지하는 원통형의 이너 케이스 및 상기 이너 케이스를 수용하는 원통형의 아우터 케이스를 구비하는 댐퍼를 포함하고,
   상기 댐퍼는 상기 이너 케이스 및 아우터 케이스가 일체로 형성되되 상기 원통형의 양단부가 상기 베어링을 향해 벤딩(bending)된 형상인 것을 특징으로 하고,
   상기 이너 케이스는 동일한 재질의 단일 층 또는 서로 다른 재질의 복수의 층으로 형성되어 있으며, 상기 이너 케이스가 복수의 층으로 형성된 경우에 상기 복수의 층의 공극률이 상이한 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이너 케이스는 고무 재질을 포함하고, 상기 아우터 케이스는 금속 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리.
3. 제2항에 있어서,
   상기 댐퍼는 상기 이너 케이스 및 아우터 케이스의 원통형 양단부에 돌출부 및 오목부가 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리.
4. 제3항에 있어서,
   상기 돌출부는 반원형, 부채꼴 형상 중 어느 하나이며, 상기 오목부는 반원형, 부채꼴 형상, 직선형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리.
5. 제4항에 있어서,
   상기 댐퍼는 원통형의 일측에 구비된 상기 돌출부를 상기 베어링을 향해 직각으로 벤딩한 후 상기 베어링을 삽입하고, 원통형의 타측에 구비된 상기 돌출부를 상기 베어링을 향해 직각으로 벤딩하여 상기 베어링을 수납하는 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 베어링 어셈블리.

Images