KR101854984B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로 본 발명은, 볼을 매개로 랙바와 결합되어 회전하며 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트, 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링, 베어링의 외륜 일측과 기어하우징 사이와 베어링의 외륜 타측과 랙하우징 사이 중 적어도 어느 한쪽에 결합되어 베어링을 지지하는 지지부재를 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 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 랙하우징 등을 통해 발생되는 축방향과 경방향의 진동에 의해 베어링이 회전하거나 이탈되는 것을 방지하고, 볼너트와 랙바 등을 통해 진동과 소음이 전달되는 것을 줄이며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 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 경우에는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 베어링, 랙하우징 등을 통해 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었고, 이러한 소음과 진동이 다른 부품들에 전달되어 체결된 부품들을 풀리게 하는 문제점이 있었다.
또한, 이렇게 전달된 소음과 진동이 다른 부품들의 진동 및 소음과 함께 운전자에게 전달되어 운전자의 조향감을 저하시키는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 랙하우징 등을 통해 발생되는 축방향과 경방향의 진동에 의해 베어링이 회전하거나 이탈되는 것을 방지하고, 볼너트와 랙바 등을 통해 진동과 소음이 전달되는 것을 줄이며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 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, 볼을 매개로 랙바와 결합되어 회전하며 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트, 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링, 베어링의 일측 외륜과 기어하우징 사이와 베어링의 타측 외륜과 랙하우징 사이 중 적어도 어느 한쪽에 결합되어 베어링을 지지하는 지지부재를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 랙하우징 등을 통해 발생되는 축방향과 경방향의 진동에 의해 베어링이 회전하거나 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 볼너트와 랙바 등을 통해 진동과 소음이 전달되는 것을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 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 조향장치 중 지지부재를 나타내는 사시도,
도 5는 도 4의 일부분을 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 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 조향장치의 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치 중 지지부재를 나타내는 사시도, 도 5는 도 4의 일부분을 나타내는 단면도, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 볼을 매개로 랙바(140)와 결합되어 회전하며 상기 랙바(140)를 슬라이딩시키는 볼너트(310), 볼너트(310)의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링(307), 베어링(307)의 외륜(307b) 일측과 기어하우징(305) 사이와 베어링(307)의 외륜(307b) 타측과 랙하우징(303) 사이 중 적어도 어느 한쪽에 결합되어 베어링(307)을 지지하는 지지부재(320)를 포함한다.
이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 전동모터(150)와, 전동모터(150)의 축(155)에 고정된 모터풀리(308), 구동벨트(306) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(140)를 감싸는 랙하우징(303)과 기어하우징(305)의 내부에 랙바(140)를 지지하는 볼너트(310)가 구비되고, 볼너트(310)의 외주면에 별도로 성형되거나 결합된 너트풀리(309)가 구비된다.
전동모터(150)와 연결된 모터풀리(308)와, 랙바(140)와 연결된 너트풀리(309)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(308)와 너트풀리(309)에는 구동벨트(306)가 끼워져 전동모터(150)의 회전력을 볼너트(310)를 통해 랙바(140)에 전달하고, 볼너트(310)의 동작에 의하여 랙바(140)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(310)는 볼을 매개로 랙바(140)와 결합되어 회전하면서 랙바(140)를 랙하우징(303)과 기어하우징(305)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(310)의 외주면에는 볼너트(310)의 회전을 지지하는 베어링(307)이 장착되어 있다.
볼너트(310)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(145)과, 이에 삽입되는 볼(미도시) 및, 외주스크류홈(145)과 대응되게 볼너트(310)의 내주면에 반구형 단면의 나선형으로 마련된 내주스크류홈(310a)으로 이루어진다.
볼너트(310)는 내주면에 내주스크류홈(310a)이 형성된 중공관으로서, 외주면 일측에 너트풀리(309)가 밀착 설치되고, 이 볼너트(310)의 일단 외주측에는 베어링(307)이 설치되며, 이 베어링(307)의 내륜(307a) 끝단은 락너트(330)가 볼너트(310)의 외주면에 나사결합되어 베어링(307)의 내륜(307a)을 지지하며 고정된다.
그리고, 베어링(307)의 외륜(307b) 일측과 기어하우징(305) 사이와 베어링(307)의 외륜(307b) 타측과 랙하우징(303) 사이 중 적어도 어느 한쪽에 베어링(307)을 지지하는 지지부재(320)가 구비되어 있어서, 베어링 외륜(307b)의 회전을 방지하면서 베어링(307)을 통해 전달되는 진동과 노이즈를 댐핑하게 되어 있다.
다만, 본 발명의 실시예에서는 베어링(307)의 외륜(307b) 일측과 기어하우징(305) 사이와 베어링(307)의 외륜(307b) 타측과 랙하우징(303) 사이 모두에 지지부재(320)가 결합되는 것으로 도시하였음을 밝혀둔다.
지지부재(320)는 환형으로 형성되는 본체(323)와, 본체(323)의 외측 단부에서 경방향과 경사진 방향으로 돌출되며 벤딩 형성되는 지지돌기(325a, 325b)가 구비된다.
이러한 지지돌기(325a, 325b)는 본체(323)의 원주 방향을 따라서 수개가 이격되어 형성될 수 있는데, 수개의 지지돌기(325a, 325b) 중에 적어도 어느 하나(325a)는 본체(323)의 외측 단부에서 경사진 방향이 다른 지지돌기(325b)와 반대 방향으로 벤딩되도록 형성될 수 있다.
이렇게 적어도 하나의 지지돌기(325a)가 다른 지지돌기(325b)와 서로 반대 방향으로 벤딩되게 형성됨으로써 베어링(307)의 일측과 타측 방향의 탄성 지지가 가능해져서 베어링(307)의 지지가 안정적으로 이루어지게 된다.
또한, 지지돌기(325a)는 본체(323)의 외측 단부에서 경사진 방향이 서로 반대 방향인 지지돌기(325b)가 원주 방향의 교번으로 배치되도록 형성될 수 있으며, 이렇게 서로 반대 방향으로 벤딩 형성되는 지지돌기(325a, 325b)들이 교번으로 배치됨으로써 베어링(307)의 일측 방향 탄성 지지력과 타측 방향 탄성 지지력이 균일하게 이루어지게 된다.
이러한 지지돌기(325a, 325b)는 본체(323)의 외측 단부에서 연장된 길이(L2)가 본체(323)의 내측 단부와 외측 단부 사이의 폭(L1)보다 1.3 ~ 1.7배 길게 형성되는데, 지지돌기(325a, 325b)의 연장 길이에 따라서 지지돌기(325a, 325b)의 탄성 지지력이 너무 크거나 너무 작아지게 되는 것을 방지하도록 본체(323)의 경방향 폭(L1)보다 1.3 ~ 1.7배 길이로 형성되는 것이 좋다.
즉, 본체(323)의 경방향 폭에 비해 1.3배보다 작게 형성되면 지지력은 견고해지지만 지지돌기(325a, 325b)의 강성이 너무 커져서 탄성 변형량이 줄어들게 되어 진동과 충격 흡수 성능이 떨어지고, 본체(323)의 경방향 폭에 비해 1.7배보다 크게 형성되면 지지력은 약해지지만 탄성 변형량이 너무 커지게 되어 래틀 노이즈가 커지게 된다.
따라서, 지지력과 탄성 변형량이 최적 상태가 되도록 지지돌기(325a, 325b)의 연장길이는 본체(323)의 경방향 폭보다 1.3 ~ 1.7배 길이로 형성된다.
또한, 지지돌기(325a, 325b)는 본체(323)의 외측 단부에서 경방향과 이루는 각도(A)가 30°~ 50°로 형성되는데, 지지돌기(325a, 325b)의 벤딩 각도(A)도 전술한 바와 같이 지지돌기(325a, 325b)의 벤딩 각도에 따라서 지지돌기(325a, 325b)의 탄성 지지력이 너무 크거나 너무 작아지게 되는 것을 방지하도록 본체(323)의 외측 단부에서 경방향과 이루는 각도가 30°~ 50°로 형성된다.
즉, 본체(323)의 경방향에서 30°보다 작게 형성되면 지지력은 견고해지지만 지지돌기(325a, 325b)의 강성이 너무 커져서 탄성 변형량이 줄어들게 되어 진동과 충격 흡수 성능이 떨어지고, 본체(323)의 경방향에서 50°보다 크게 형성되면 지지력은 약해지지만 탄성 변형량이 너무 커지게 되어 래틀 노이즈가 커지게 되어 경방향과 이루는 각도가 30°~ 50°로 형성된다.
그리고, 지지돌기(325a, 325b)는 끝단부 모서리(325c)가 뾰족하게 형성되어 있어서 지지부재(320)의 결합시 지지돌기(325a, 325b)의 끝단부 모서리(325c)가 베어링(307)의 외륜(307b)과 랙하우징(303) 또는 기어하우징(305)과 지지되면서 탄성 변형되도록 되어 있다.
이렇게 지지돌기(325a, 325b)의 끝단부 모서리(325c)가 뾰족하게 형성됨으로써 지지돌기(325a, 325b)의 탄성 변형시 끝단부 모서리(325c)가 베어링(307)의 외륜(307b)과 랙하우징(303) 또는 기어하우징(305) 표면에 압착되면서 집중 하중을 가하게 되어 회전 운동의 방지가 용이해지게 된다.
이와 같은 지지부재(320)는 금속과 같은 탄성 재질로 형성되는데, 경우에 따라서는 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질로 형성될 수도 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 랙하우징 등을 통해 발생되는 축방향과 경방향의 진동에 의해 베어링이 회전하거나 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 볼너트와 랙바 등을 통해 진동과 소음이 전달되는 것을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 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 303: 랙하우징
305: 기어하우징 309: 너트풀리
310: 볼너트 320: 지지부재
323: 본체 325a, 325b: 지지돌기

Claims (8)

  1. 볼을 매개로 랙바와 결합되어 회전하며 상기 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트;
    상기 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링;
    상기 베어링의 외륜 일측과 기어하우징 사이와 상기 베어링의 외륜 타측과 랙하우징 사이 중 적어도 어느 한쪽에 결합되어 상기 베어링을 지지하는 지지부재를 포함하며,
    상기 지지부재는 환형으로 형성되는 본체와, 상기 본체의 외측 단부에서 경방향과 경사진 방향으로 돌출되며 벤딩 형성되는 지지돌기가 상기 본체의 원주 방향을 따라서 수개가 이격되어 형성되되, 상기 지지돌기 중에 적어도 어느 하나는 상기 본체의 외측 단부에서 경사진 방향이 다른 지지돌기와 반대 방향으로 벤딩 형성되어 상기 베어링의 일측과 타측으로 탄성 지지되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지돌기는 상기 본체의 외측 단부에서 경사진 방향이 서로 반대 방향인 지지돌기가 원주 방향의 교번으로 배치되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지돌기는 상기 본체의 외측 단부에서 연장된 길이가 상기 본체의 내측 단부와 외측 단부의 폭보다 1.3 ~ 1.7배 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지돌기는 상기 본체의 외측 단부에서 경방향과 이루는 각도가 30°~ 50°로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지돌기는 끝단부 모서리가 뾰족하게 형성되어 상기 끝단부 모서리가 상기 랙하우징 또는 기어하우징과 지지되며 탄성 변형되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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