KR101783100B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 발명은, 내주면에 형성된 스크류홈에 결합되는 볼을 매개로 랙바의 외주측에 결합되는 볼너트, 볼너트의 축방향 중앙부위 외주면에 결합되는 너트풀리, 너트풀리의 양측 단부를 각각 지지하며 너트풀리의 외주면과 랙하우징 사이에 결합되는 회전지지부재를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 주행 안정성을 높이는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트(210)를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함하여 구성된다.
벨트식 전동장치(170)는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 고정된 모터풀리(205a), 모터풀리(205a)에 감겨진 벨트(210), 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)가 구비되고, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 너트풀리(205b) 등으로 구성된다.
볼너트(220)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(340)이 장착되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 너트풀리, 베어링, 랙하우징 등을 통해 소음과 진동뿐만 아니라 조향휠의 걸림감이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 모터에 의한 벨트의 작동시 너트풀리와 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격에 의해 볼너트와 너트풀리가 변형되거나 파손되어 운전중에 조향휠이 잠기는 중대한 안정상의 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 주행 안정성을 높이는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 내주면에 형성된 스크류홈에 결합되는 볼을 매개로 랙바의 외주측에 결합되는 볼너트, 볼너트의 축방향 중앙부위 외주면에 결합되는 너트풀리, 너트풀리의 양측 단부를 각각 지지하며 볼너트의 외주면과 랙하우징 사이에 결합되는 회전지지부재를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 볼너트와 너트풀리의 파손 가능성을 줄여 주행 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도,
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타내는 분해사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타낸 분해사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타낸 단면도이다.
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 조향장치 중 일부를 나타내는 분해사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타낸 분해사시도, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타낸 단면도, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타낸 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 내주면에 형성된 스크류홈(310a)에 결합되는 볼을 매개로 랙바(306)의 외주측에 결합되는 볼너트(310), 볼너트(310)의 축방향 중앙부위 외주면에 결합되는 너트풀리(303), 너트풀리(303)의 양측 단부를 각각 지지하며 볼너트(310)의 외주면과 랙하우징(305) 사이에 결합되는 회전지지부재(320)를 포함한다.
본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(도 2의 165 참조)와, 모터의 축(도 2의 165a)에 결합된 모터풀리(302), 벨트(304) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(306)를 감싸는 랙하우징(305)의 내부에 랙바(306)를 지지하는 볼너트(310)와, 볼너트(310)의 외주면에 결합되는 너트풀리(303) 등으로 이루어진다.
모터와 연결된 모터풀리(302)와, 랙바(306)와 연결된 너트풀리(303)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(302)와 너트풀리(303)에는 벨트(304)가 끼워져 모터의 회전력을 볼너트(310)를 통해 랙바(306)에 전달하고, 볼너트(310)의 동작에 의하여 랙바(306)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(310)는 볼(미도시)을 매개로 랙바(306)와 결합되어 회전하면서 랙바(306)를 랙하우징(305)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(310)의 축방향 중앙부위의 외주면에 볼너트(310)를 회전시키는 너트풀리(303)가 결합되고, 볼너트(310)의 외주면 양측에는 너트풀리(303)의 양측 단부를 각각 지지하면서 볼너트(310)의 회전을 지지하는 회전지지부재(320)가 결합된다.
볼너트(310)의 내주면과 랙바(306)의 외주면에는 랙바(306)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(306)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 스크류홈(306a)과, 이에 삽입되는 볼(미도시) 및, 랙바(306)의 스크류홈(306a)과 대응되게 볼너트(310)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 스크류홈(310a)으로 이루어진다.
볼너트(310)는 내주면에 스크류홈(310a)이 형성된 중공관으로서, 축방향 중앙부위에 경방향 외측으로 돌출된 대경부(311)가 형성되어 있고, 이 대경부(311)의 외주면에 너트풀리(303)가 결합된다.
볼너트(310)의 외주면 양측에 결합된 회전지지부재(320)는 볼너트(310)의 양측 단부와 대경부(311)의 양측에 구비되는 단턱부에 안착되며 너트풀리(303)의 양측 단부를 지지하며 결합된다.
이때, 회전지지부재(320)는 너트풀리(303)의 양측 단부를 지지하는 제1회전지지부재(320)와 제2회전지지부재(320)를 포함하며, 제1회전지지부재(320)가 볼너트(310)의 외주면 일측과 랙하우징(305) 사이에 결합되어 너트풀리(303)의 일측 단부를 지지하며, 제2회전지지부재(320)가 볼너트(310)의 외주면 타측과 랙하우징(305) 사이에 결합되어 너트풀리(303)의 타측 단부를 지지한다.
또한, 볼너트(310)의 대경부(311)에는 원주방향의 홈(311a)이 형성되어 너트풀리(303)와의 사이에 경방향으로 탄성력을 발생시키는 톨러런스 링(330)이 결합되어 있어서 볼너트(310)로부터 너트풀리(303)의 이탈이 방지되게 되어 있다.
이러한 회전지지부재(320)는 볼너트(310)의 외주면 단턱부에 지지되며 결합되는 내측지지부재(321)와, 랙하우징(305)의 내주면에 형성된 단턱부에 지지되며 결합되는 외측지지부재(323)와, 내측지지부재(321)와 외측지지부재(323)의 사이에 결합되어 회전하는 롤러(325)를 포함한다.
그리고, 내측지지부재(321)와 외측지지부재(323)의 대향되는 면이 경사면으로 형성되며 이 경사면에 롤러(325)가 결합되어 있어서, 볼너트(310)의 작동시와 노면으로부터 랙바(306)를 따라서 전달되는 외력이 축방향과 소정의 각도로 발생되는 경우에도 볼너트(310)의 회전 하중을 견딜 수 있게 되어 있다.
즉, 볼너트(310)와 랙바(306)의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 조향휠의 반전시 즉, 조향휠의 조작 방향 변경시 벨트(304)의 회전 방향 변경으로 인한 장력의 변화로 볼너트(310)의 축방향과 소정의 각도로 발생되는 피봇 하중이 발생되는데, 볼너트(310)의 내측 중앙부(P)를 기준으로 원주방향으로 배치되어 있는 회전지지부재(320)가 지속적으로 볼너트(310)를 지지할 수 있게 되어 있다.
다시 말해서, 제1회전지지부재(320)는 경사면의 롤러(325)가 결합되는 지점에서의 법선(N1)과 제2회전지지부재(320)는 경사면의 롤러(325)가 결합되는 지점에서의 법선(N2)이 볼너트(310)의 내측 중앙부(P)를 지나도록 배치되어 벨트(304)의 장력변화로 인해 볼너트(310)에 발생되는 피봇 하중을 지지할 수 있게 되어 있다.
따라서, 볼너트(310)와 랙바(306)의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인한 래틀 노이즈의 발생을 방지하고 조향휠의 걸림감을 없애주며, 심한 경우 볼너트(310)와 볼의 파손을 방지하게 된다.
한편, 외측지지부재(323)와 랙하우징(305)의 사이에는 축방향으로 탄성력을 제공하는 탄성지지부재(301)가 결합되어 있어서, 볼너트(310)와 랙바(306)의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등을 흡수하면서 회전지지부재(320)의 일측과 타측을 견고하게 지지하도록 되어 있다.
여기서 탄성지지부재(301)는 금속 재질의 얇은 플레이트로 된 링 형상으로 형성되며 내경부와 외경부의 축방향 돌출량이 다른 판스프링으로 형성되어 축방향으로 탄성 변형이 이루어질 수 있도록 형성되며 랙하우징(305)에 지지되어 회전지지부재(320)를 축방향으로 탄성 지지한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 볼너트와 너트풀리의 파손 가능성을 줄여 주행 안정성을 높이는 효과가 있게 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.
301: 탄성지지부재 302: 모터풀리
303: 너트풀리 305: 랙하우징
310: 볼너트 311: 대경부
320: 회전지지부재 321: 내측지지부재
323: 외측지지부재 325: 롤러

Claims (7)

  1. 내주면에 형성된 스크류홈에 결합되는 볼을 매개로 랙바의 외주측에 결합되는 볼너트;
    상기 볼너트의 축방향 중앙부위 외주면에 결합되는 너트풀리;
    상기 너트풀리의 단부를 지지하며 상기 볼너트의 외주면과 랙하우징 사이에 결합되는 회전지지부재;
    상기 회전지지부재는 상기 볼너트의 외주면에 지지되며 결합되는 내측지지부재, 상기 랙하우징의 내주면 단턱부에 지지되며 결합되는 외측지지부재, 내측지지부재와 외측지지부재의 사이에 결합되는 롤러;를 포함하며,
    상기 내측지지부재와 외측지지부재의 대향되는 면이 경사면으로 형성되어 상기 경사면에 상기 롤러가 결합되고,
    상기 내측지지부재와 외측지지부재의 경사면에 대한 법선이 상기 볼너트의 내측 중앙부를 지나도록 배치되어 벨트의 장력변화로 인해 상기 볼너트에 발생되는 피봇 하중을 지지하며,
    상기 볼너트의 양측에 각각 결합되는 상기 회전지지부재의 내측지지부재가 상기 너트풀리의 양측 단부를 각각 지지하고, 상기 회전지지부재의 외측지지부재가 상기 랙하우징의 양측에 각각 지지되어 상기 너트풀리가 상기 내측지지부재의 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트는 축방향 중앙부위에 경방향 외측으로 돌출된 대경부가 형성되고 상기 대경부의 외주면에 상기 너트풀리가 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전지지부재는 상기 볼너트의 양측 단부와 상기 대경부의 양측에 구비되는 단턱부에 안착되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측지지부재와 랙하우징의 사이에는 축방향으로 탄성력을 제공하는 탄성지지부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 내주면에 형성된 스크류홈에 결합되는 볼을 매개로 랙바의 외주측에 결합되는 볼너트;
    상기 볼너트의 축방향 중앙부위 외주면에 결합되는 너트풀리;
    상기 너트풀리의 양측 단부를 각각 지지하며 상기 볼너트의 외주면과 랙하우징 사이에 결합되는 제1회전지지부재와 제2회전지지부재;를 포함하고,
    상기 제1회전지지부재와 제2회전지지부재는 상기 볼너트의 외주면에 지지되며 결합되는 내측지지부재, 상기 랙하우징의 내주면 단턱부에 지지되며 결합되는 외측지지부재, 내측지지부재와 외측지지부재의 사이에 결합되는 롤러;를 포함하며,
    상기 내측지지부재와 외측지지부재의 대향되는 면이 경사면으로 형성되어 상기 경사면에 상기 롤러가 결합되고, 상기 제1회전지지부재와 제2회전지지부재의 상기 경사면에 대한 법선이 상기 볼너트의 내측 중앙부를 지나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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