KR102232849B1 - 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 외륜과 기어하우징 사이에 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 유동에 의해 베어링의 불균일한 마모나 파손이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 볼너트와 랙바 등을 통해 진동과 소음이 전달되는 것을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공할 수 있는 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, 베어링, 랙하우징 등을 통해 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었고, 이러한 소음과 진동이 다른 부품들에 전달되어 체결된 부품들을 풀리거나 파손되게 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 유동에 의해 베어링의 불균일한 마모나 파손이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 볼너트와 랙바 등을 통해 진동과 소음이 전달되는 것을 줄일 수 있으며, 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 외륜과 기어하우징 사이에 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 유동에 의해 베어링의 불균일한 마모나 파손이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 볼너트와 랙바 등을 통해 진동과 소음이 전달되는 것을 줄일 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 조향감을 제공하는 효과를 가지게 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 조향장치의 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙 구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도,
도 5는 도 4의 일부분을 나타내는 사시도,
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 일부를 나타내는 사시도, 도 5는 도 4의 일부분을 나타내는 사시도, 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 랙바와 결합되어 회전하며 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트, 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링, 베어링의 외륜과 기어하우징 사이에 결합되어 베어링을 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 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.
베어링(307)은 내륜과 외륜(307b) 사이에 볼(307a)이 결합된 상태로 볼너트(310)의 외주면에 결합되거나 도 6에 도시된 것처럼 볼너트(310)의 외주면에 내륜이 일체로 성형되어 볼(307a)과 외륜(307b)이 결합될 수도 있다.
또한, 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, 락스크류(330)가 기어하우징(305)의 외주면에 나사결합되어 베어링(307)의 외륜(307a)을 지지하며 고정된다.
그리고, 베어링(307)의 외륜(307b)과 기어하우징(305) 사이에 베어링(307)을 지지하는 지지부재(320)가 구비되어 있어서, 베어링 외륜(307b)의 축방향과 경방향의 유동을 지지하면서 베어링(307)을 통해 전달되는 진동과 노이즈를 댐핑하게 되어 있다.
지지부재(320)는 베어링(307)의 외륜(307b) 일측과 타측에 결합되는 제1지지부재(320a)와 제2지지부재(320b)가 서로 결합되는 한쌍으로 형성될 수 있다.
제1지지부재(320a)는 베어링(307)의 외륜(307b) 일측에 결합되는 환형으로 형성되는 제1본체(321)와, 제1본체(321)의 중심축 방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격되는 제1지지돌기(323)가 구비되어 있다.
그리고, 제2지지부재(320b)는 제1본체(321)와 대응되는 형상으로 베어링(307)의 외륜(307b) 타측에 결합되는 제2본체(351)와, 제2본체(351)의 중심축 방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격되어 제1지지부재(320a)의 제1지지돌기(323) 사이로 결합되는 제2지지돌기(353)가 구비되어 있어서, 제1지지부재(320a)와 제2지지부재(320b)가 중심축 방향으로 서로 맞물림 결합된다.
다만, 본 발명의 실시예에서는 베어링(307)의 외륜(307b) 양쪽 측면과 기어하우징(305) 사이 모두에 지지부재(320)가 서로 결합되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제1지지부재(320a)와 제2지지부재(320b)가 일체로 형성되어 하나의 지지부재(320)로 결합될 수도 있음을 밝혀 둔다.
또한, 제1본체(321)와 제2본체(351) 각각의 외주면에는 기어하우징(305)에 탄성지지되는 링형상의 제1탄성부재(325)가 구비되어 있어서, 베어링 외륜(307b)의 축방향과 경방향의 유동을 지지하면서 베어링(307)을 통해 전달되는 진동과 노이즈를 댐핑하게 되어 있다.
즉, 제1탄성부재(325)는 제1본체(321)와 제2본체(351) 각각의 외주면보다 돌출 형성되어 기어하우징(305)의 내주면과 록스크류(330)에 탄성 지지되면서 축방향과 경방향의 댐핑을 하게 된다.
이러한 제1탄성부재(325)는 제1본체(321)와 제2본체(351) 각각과 일체로 몰딩 형성되거나, 제1본체(321)와 제2본체(351) 각각의 외주면 끝단부에 형성되는 결합홈(321a)을 통해 제1탄성부재(325)가 결합되도록 되어 있다.
또한, 제1지지돌기(323)와 제2지지돌기(353) 각각의 외주면에는 기어하우징(305)에 탄성지지되는 제2탄성부재(327)가 구비되어 있어서, 볼너트(310)의 구동시 베어링 외륜(307b)의 경방향 유동을 지지하고 진동과 노이즈를 댐핑할 수 있게 되어 있다.
즉, 제2탄성부재(327)는 제1지지돌기(323)와 제2지지돌기(353) 각각의 외주면보다 돌출 형성되어 기어하우징(305)의 내주면에 탄성 지지되면서 경방향의 댐핑을 하게 되어 있다.
이러한 제2탄성부재(327)는 제1지지돌기(323)와 제2지지돌기(353) 각각과 일체로 몰딩 형성되거나, 제1지지돌기(323)와 제2지지돌기(353) 각각에 외주면과 내주면을 관통하는 관통홀(323a)이 형성되어 제2탄성부재(327)가 결합되도록 되어 있다.
이렇게 제1탄성부재(325)와 제2탄성부재(327)가 구비됨으로써 베어링(307)의 중심축방향과 경방향의 탄성 지지가 가능해져서 베어링(307)의 지지가 안정적으로 이루어지게 된다.
또한, 제1지지부재(320a)의 제1지지돌기(323)와 제2지지부재(320b)의 제2지지돌기(353)가 교번으로 배치되고 제2탄성부재(327)가 구비됨으로써 베어링(307)의 일측 방향 탄성 지지력과 타측 방향 탄성 지지력뿐만 아니라 경방향의 탄성 지지력이 균일하게 이루어지게 된다.
이와 같은 지지부재의 제1본체(321)와 제2본체(351)는 금속과 같은 탄성 재질로 형성되거나, 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.
그리고, 제1탄성부재(325)와 제2탄성부재(327)는 우레탄이나 천연 고무재 또는 폴리에스테르 일래스토머(PE) 등과 같은 탄성재질로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 랙하우징 등을 통해 발생되는 축방향과 경방향의 유동에 의해 베어링의 불균일한 마모나 파손이 발생되는 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
320a: 제1지지부재 320b: 제2지지부재
321: 제1본체 323: 제1지지돌기
325: 제1탄성부재 327: 제2탄성부재
351: 제2본체 353: 제2지지돌기

Claims (10)

  1. 볼을 매개로 랙바와 결합되어 회전하며 상기 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트;
    상기 볼너트의 외주면에 장착되어 회전을 지지하는 베어링;
    상기 베어링의 외륜과 기어하우징 사이에 결합되어 상기 베어링을 지지하는 지지부재를 포함하며,
    상기 지지부재는,
    상기 베어링의 외륜 일측에 결합되는 환형으로 형성되는 제1본체와, 상기 제1본체의 중심축 방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격되는 제1지지돌기가 구비되어 있는 제1지지부재;
    상기 제1본체와 대응되는 형상으로 상기 베어링의 외륜 타측에 결합되는 제2본체와, 상기 제2본체의 중심축 방향으로 돌출되며 원주방향으로 이격되어 상기 제1지지돌기의 사이로 결합되는 제2지지돌기가 구비되어 있는 제2지지부재;
    를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1본체와 제2본체 각각의 외주면에는 상기 기어하우징에 탄성지지되는 링형상의 제1탄성부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1탄성부재는 상기 제1본체와 제2본체 각각의 외주면보다 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1탄성부재는 상기 제1본체와 제2본체 각각과 일체로 몰딩 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1본체와 제2본체 각각의 외주면 끝단부에 상기 제1탄성부재가 결합되는 결합홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1지지돌기와 제2지지돌기 각각의 외주면에는 상기 기어하우징에 탄성지지되는 제2탄성부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2탄성부재는 상기 제1지지돌기와 제2지지돌기 각각의 외주면보다 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2탄성부재는 상기 제1지지돌기와 제2지지돌기 각각과 일체로 몰딩 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1지지돌기와 제2지지돌기 각각에는 외주면과 내주면을 관통하는 관통홀이 형성되어 상기 제2탄성부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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