KR101764934B1 - 자동차 조향장치의 랙바 지지장치 - Google Patents

자동차 조향장치의 랙바 지지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것으로 본 발명에 의하면, 자동차의 운행과 주변 환경에 따라서 온도의 변화가 심하게 발생되어도 서포트 요크가 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조타감이 둔화되는 것을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

자동차 조향장치의 랙바 지지장치{Rack Bar Supporting Device of Steering Apparatus for Vehicle}
본 발명은 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차의 랙 피니언 방식 조향장치의 랙바 지지장치에 있어서, 자동차의 운행과 주변 환경에 따라서 온도의 변화가 심하게 발생되어도 서포트 요크가 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조타감이 둔화되는 것을 방지할 수 있게 되고 또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 조향장치는 차량의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 차량의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 차량을 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치이다.
도 1은 일반적인 자동차용 랙 피니언 방식 조향장치의 개략 구성도이고, 도 2는 종래의 랙바 지지장치의 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 종래의 랙 피니언 방식 조향장치는 운전석에 배치되는 조향휠(100)과 이에 연결된 조향축(105), 그리고 조향축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(103), 조향축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)를 포함하는 기어박스(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150)를 포함하여 구성된다.
또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되고 너클(Knuckle, 159)로 힘을 전달하여 타이어(158)를 조향한다.
그리고, 종래의 랙바 지지장치는 피니언 기어(120), 랙바(140), 서포트 요크(260), 스프링(263) 및 요크 플러그(265)를 포함하여 구성된다. 랙 피니언 방식의 기어박스(130)는 전술한 바와 같이 조향축(미도시)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환되도록 한다.
랙바(140)는 피니언 기어(120)와 치합하여 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는데, 랙바(140)의 후면에는 랙바(140)와 피니언 기어(120)의 치합이 잘 이루어지도록 랙바(140)를 피니언 기어(120)측으로 지지하는 장치를 구비하고 있다.
랙바(140)를 지지하는 장치는 서포트 요크(260), 스프링(263), 요크 플러그(265)를 포함하여 구성되며, 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면인 랙 기어(110)가 형성된 면의 반대 측에 위치하며, 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 랙바(140)와 수직한 전후 방향으로 이동 가능한 구조이다.
서포트 요크(260)의 형상은 실린더(250)에서 전후로 슬라이딩 가능하도록 원통형이며, 랙바(140)와 접하는 전방부는 랙바(140)의 후방면과 밀착할 수 있도록 반원형의 홈을 형성하고 있다.
또한, 랙바(140)와 피니언 기어(120)가 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록 서포트 요크(260)의 후방에 스프링(263)을 배치하여 일정한 압력으로 서포트 요크(260)를 밀어주어 랙바(140)와 피니언 기어(120) 사이에 발생하는 유격을 보상해 줄 수 있다.
이와 같은 서포트 요크(260)는 랙바(140)의 후방면과 슬라이딩 마찰을 하게되며, 마찰로 인해 랙바(140)가 마모되거나 소음을 발생하는 것을 방지하기 위해 통상 랙바(140)보다 연성 재질인 플라스틱으로 된 서포트 요크(260)를 사용한다.
스프링 홈(220)에 수용되는 스프링(263)은 서포트 요크(260)가 랙바(140)와 밀착되도록 압력을 가하는 기능을 하는데, 일반적으로 코일 스프링이 사용되며, 스프링(263)의 후면에는 요크 플러그(265)가 위치하여 스프링(263)을 지지한다.
요크 플러그(265)는 스프링(263)을 지지하여 서포트 요크(260)에 압력을 가하도록 한다. 요크 플러그(265)에는 통상 나사산과 골을 형성하고 있어 이와 치합하는 나사산과 골이 형성된 기어박스(130)와 록 너트(240)에 결합하도록 되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 랙바 지지장치는 자동차의 운행과 주변 환경에 따라서 온도의 변화가 심하게 발생되어 서포트 요크가 동일한 지지력으로 랙바를 지지하지 못하고 조타감이 둔화되는 문제점이 있었다.
또한, 이로 인해 랙바의 지지력에 불균형이 발생되어 조향 안정성을 떨어트리는 문제점이 있었다.
또한, 서포트 요크와 랙바와의 마모로 유격이 증대되어 랙바를 제대로 지지하지 못하게 되는 문제점과, 유격 증대로 인해 서포트 요크와 요크 플러그에서 래틀 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 운행과 주변 환경에 따라서 온도의 변화가 심하게 발생되어도 서포트 요크가 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조타감이 둔화되는 것을 방지하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기어박스의 실린더에 삽입되어 랙바를 지지하는 서포트 요크; 상기 서포트 요크의 외주면에 결합되어 상기 실린더와 서포트 요크의 사이를 이격시키며 진동과 노이즈를 흡수하되, 외주측에 상기 실린더의 내측면과 간극을 형성하는 요홈부가 형성되어 있는 외주지지부재; 상기 실린더에 결합되어 탄성지지체를 매개로 상기 서포트 요크를 랙바쪽으로 지지하는 요크 플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 자동차의 운행과 주변 환경에 따라서 온도의 변화가 심하게 발생되어도 서포트 요크가 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조타감이 둔화되는 것을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 자동차용 랙 피니언 방식 조향장치의 개략 구성도,
도 2는 종래의 랙바 지지장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치 중 외주지지부재를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
본 발명의 상세한 설명에 있어서, 특별한 언급이 없는 한 방향은 설명의 편의를 위하여 서포트 요크의 앞쪽인 랙바 방향은 전방으로, 그 반대 방향은 후방으로 지정하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치를 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 랙바 지지장치 중 외주지지부재를 나타낸 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차 조향장치의 랙바 지지장치는, 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 랙바(140)를 지지하는 서포트 요크(310); 상기 서포트 요크(310)의 외주면에 결합되어 상기 실린더(250)와 서포트 요크(310)의 사이를 이격시키며 진동과 노이즈를 흡수하되, 외주측에 상기 실린더(250)의 내측면과 간극을 형성하는 요홈부(325a)가 형성되어 있는 외주지지부재(325); 상기 실린더(250)에 결합되어 탄성지지체(320,323)를 매개로 상기 서포트 요크(310)를 랙바(140)쪽으로 지지하는 요크 플러그(330)를 포함하여 구성된다.
자동차 조향장치의 작동은 운전자가 조향휠(도 1의 100 참조)을 조작하면, 조향휠과 연결된 조향축(도 1의 105 참조)이 회전하게 되고, 조향축 하단에 연결된 피니언 기어(120)가 랙기어(도 1의 110 참조)가 형성된 랙바(140)를 구동하게 되어 있다.
여기서 랙바(140)는 피니언 기어(120)와 치합하여 조향축의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는데, 랙바(140)의 후방면에는 랙바(140)와 피니언 기어(120)의 치합이 잘 이루어지도록 랙바(140)를 피니언 기어(120)쪽으로 지지하는 랙바 지지장치가 구비된다.
본 발명의 랙바 지지장치는, 크게 서포트 요크(310)와, 외주지지부재(325), 탄성지지체(320,323), 요크 플러그(330) 등으로 구성되며, 서포트 요크(310)가 탄성지지체(320,323)에 의해 전방(랙바 방향)으로 지지되고 외주지지부재(325)에 의해 경방향으로 지지되게 되어 있다.
서포트 요크(310)의 전방면에는 랙바(140)의 후방면 즉, 랙이 형성된 면의 반대쪽면의 곡률 반경과 대응되게 곡면으로 형성되어 있고 랙바(140)의 슬라이딩 운동시 랙바(140)와의 마찰력을 줄이고 마모를 줄이는 요크 시트(360)가 결합되어 있다.
서포트 요크(310)는 랙바(140)와 피니언 기어(120)가 밀착하여 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록, 요크 플러그(330)에 지지되며 발생되는 탄성지지체(320,323)의 탄성지지력에 의해 서포트 요크(310)를 전방으로 밀어줌으로써, 서포트 요크(310)와 랙바(140)의 일정한 유격을 유지하게 되어 있다.
즉, 서포트 요크(310)는 기어박스(130)의 실린더(250)에 삽입되어 전방면이 랙바(140)의 후방면을 지지하고, 후방면에는 요크 플러그(330)에 의해 지지되는 탄성지지체(320,323)가 탄성지지력으로 서포트 요크(310)를 랙바(140)쪽으로 밀어주게 되어 있다.
요크 플러그(330)는 기어박스(130)의 실린더(250)에 나사결합되고 록 너트(240)에 의해 고정되며, 요크 플러그(330)의 전방면에는 탄성지지체(320,323)가 결합된다.
탄성지지체(320,323)는 제1탄성지지체(323)와 제2탄성지지체(320)로 구성되며, 제1탄성지지체(323)는 주로 랙바(140)와 서포트 요크(310)의 마모로 인한 유격을 보상하게 되고, 제2탄성지지체(320)는 주로 서포트 요크(310)와 요크 플러그(330)의 충돌로 인한 노이즈를 방지하게 되어 있다.
그리고, 서포트 요크(310)의 후단에는 제1탄성지지체(323)가 안착되는 안착홈이 구비되어 있으며, 서포트 요크(310)와 요크 플러그(330)의 끝단 사이에는 제2탄성지지체(320)가 결합된다.
따라서, 요크 플러그(330)에 의해 탄성지지되는 탄성지지체(320,323)가 전방으로 힘을 가하면 서포트 요크(310)가 전방으로 힘을 가해 랙바(140)를 지지하게 된다.
요크 플러그(330)에는 공구홈(335)이 형성되어 있어서, 실린더(250)와의 체결시 공구에 의한 나사 체결이 용이하게 되어 있다.
그리고, 노면으로부터 랙바(140)를 통해 역입력되는 충격 하중이 서포트 요크(310)에 전달되는 경우에도 제2탄성지지체(320)의 탄성력에 의해 서포트 요크(310)와 요크 플러그(330)와의 충돌로 인한 노이즈를 방지하게 되어 있다.
또한, 서포트 요크(310)의 외주면에는 원주방향의 요홈으로 형성되는 외주홈(313)이 형성되어 있고 이 외주홈(313)에는 실린더(250)의 내주면에 지지되는 외주지지부재(325)가 결합되는데, 외주지지부재(325)는 탄성재질로 형성되어 노면으로부터 유입되는 충격이 랙바(140)를 통해 서포트 요크(310)에 전달될 때 충격을 흡수하여 진동과 노이즈를 줄일 수 있게 되어 있다.
이러한 외주지지부재(325)는 외주측에 실린더(250)의 내측면과 소정의 간극을 형성하는 요홈부(325a)가 형성되어 있어서, 요홈부(325a)를 통해 기어박스(130)의 실린더(250) 내부 압력차를 줄여주게 되어 있다.
외주지지부재(325)는 링 형상으로 형성되고 외주측에 구비되는 요홈부(325a)는 둘 이상 형성될 수 있으며, 이렇게 둘 이상 형성되는 경우에는 요홈부(325a)가 원주방향으로 동일한 거리만큼 이격되게 배치되어 있다.
또한, 요홈부(325a)는 외주지지부재(325)의 중심축 방향으로 보았을 때 원호 또는 아크 형상으로 형성되어 있어서, 서포트 요크(310)와 실린더(250)와의 접촉 면적을 줄이는 역할을 하게 되어 자동차의 온도 및 운행 환경에 따라서 외주지지부재(325)가 기어박스(130)의 실린더(250)에 끼이면서 발생되는 조향감 둔화를 방지하게 되어 있다.
즉, 기어박스(130)의 실린더(250) 내부는 자동차의 운행과 주변 환경에 따라서 온도의 변화가 심하게 발생되고 노면으로부터 랙바(140)를 통해 전달되는 진동에 의해 서포트 요크(310)가 유동이 발생되는데 이 때 외주지지부재(325)가 실린더(250)와의 마찰에 의해 어느 한 부분이 고착 또는 끼이게 되는 현상이 발생되는데, 전술한 바와 같이 요홈부(325a)에 의해 외주지지부재(325)를 기준으로 실린더(250)의 축방향 일측과 타측의 압력차를 줄임과 동시에 실린더(250)와의 고착 및 끼임 현상을 방지하게 된다.
이러한 외주지지부재(325)는 서포트 요크(310)의 외주측에 둘이상 결합될 수 있으며, 이렇게 둘 이상 결합되는 경우 서포트 요크(310)의 외주측에 형성되는 외주홈(313)도 서로 축방향으로 소정거리 이격되게 형성되어 외주지지부재(325)가 결합됨으로써 서포트 요크(310)를 경방향으로 지지하게 된다.
한편, 외주지지부재(325)는 소정의 휨과 탄성 및 강성을 구비하며 진동과 소음을 흡수할 수 있는 재질로 형성될 것이 요구되므로, 이와 같은 성질을 구비하는 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질이나, NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 우레탄, 실리콘 등과 같은 탄성재질로 형성된다.
한편, 이와 같은 랙바 지지장치는 조향축과, 조향축과 연결된 피니언 기어(120)와, 피니언 기어(120)와 치합되는 랙 기어가 형성된 랙바(140)를 수용하는 기어박스(130) 등과 함께 자동차 조향장치를 구성하게 된다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 자동차의 운행과 주변 환경에 따라서 온도의 변화가 심하게 발생되어도 서포트 요크가 동일한 지지력으로 랙바를 지지할 수 있게 되어 조타감이 둔화되는 것을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 서포트 요크의 마모에 의한 유격 증대로 인해 발생되거나, 노면으로부터 역입력되는 충격에 의해 발생되는 노이즈를 방지하고 조타시 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
130: 기어박스 140: 랙바
310: 서포트 요크 313: 외주홈
320: 제2탄성지지체 323: 제1탄성지지체
325: 외주지지부재 325a: 요홈부
330: 요크 플러그

Claims (5)

  1. 기어박스의 실린더에 삽입되어 랙바를 지지하는 서포트 요크;
    상기 서포트 요크의 외주면에 결합되어 상기 실린더와 서포트 요크의 사이를 이격시키며 진동과 노이즈를 흡수하되, 외주측에 상기 실린더의 내측면과 간극을 형성하는 요홈부가 형성되어 있는 외주지지부재;
    상기 실린더에 결합되어 탄성지지체를 매개로 상기 서포트 요크를 랙바쪽으로 지지하는 요크 플러그를 포함하되,
    상기 요홈부는 상기 외주지지부재의 중심축 방향으로 보았을 때 원호 또는 아크 형상으로 형성되어, 상기 실린더의 축방향 일측과 타측의 압력차를 줄이고 상기 외주지지부재가 상기 실린더와의 마찰에 의해 어느 한 부분이 고착 또는 끼이는 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외주지지부재는 링 형상으로 형성되고 상기 요홈부는 둘이상 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 요홈부가 원주방향으로 동일한 거리만큼 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
  4. 삭제
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 외주지지부재는 상기 서포트 요크의 외주측에 둘이상 결합되며 서로 축방향으로 소정거리 이격되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 랙바 지지장치.
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