KR102349896B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 랙하우징 내측에서 랙바를 슬라이딩시키고, 내주면에 랙바가 볼을 매개로 결합되는 내주스크류홈이 형성된 스크류홈부와, 스크류홈부에서 축방향으로 연장되어 외주면에 너트풀리가 결합되는 원통부가 구비되어 있는 볼너트 및 볼너트의 외주면 중 스크류홈부 내에 결합되어 랙하우징과 볼너트 사이를 지지하는 베어링을 포함하여 운전자의 좌측과 우측으로 조향시 발생되는 노이즈의 차이를 줄인다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베어링이 볼너트의 외주면 중 랙바를 좌우로 슬라이딩시키는 볼너트에 형성된 내주스크류홈 구간의 가운데에 결합됨으로써, 운전자의 좌측과 우측으로 조향시 발생되는 노이즈 차이를 줄일 수 있어 운전자의 불쾌감을 해소할 수 있으며 랙바를 좌우로 슬라이딩시키는 볼너트의 얼라인먼트를 향상시킬 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 개략도이고, 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 랙구동형 동력 보조 조향장치(170)를 포함하여 구성된다.
랙구동형 동력 보조 조향장치(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 볼(230)을 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(240)이 장착되어 있다.
이러한 볼너트(220)에 형성되는 내주스크류홈(220a)과 랙바(155)에 형성되는 외주스크류홈(155a) 사이에서 볼(230)의 구름에 의한 이동에 의하여 랙바(155)를 슬라이딩시키게 된다.
여기서, A는 내주스크류홈의 센터이며 B는 베어링의 센터로, 베어링의 양단이 볼너트의 내주스크류홈을 벗어나는 위치에 결합되어 볼너트를 지지해줌에 따라 운전자의 좌측과 우측으로 조향시 발생되는 노이즈의 차이가 발생되며 이로 인하여 운전자에게 불쾌감을 주는 문제점이 있었다.
또한, 베어링의 양단이 볼너트의 내주스크류홈을 벗어나는 위치에 결합되어 볼너트의 얼라인먼트가 불리해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 베어링의 양단이 볼너트의 내주스크류홈이 형성된 구간의 외주면에 결합되어 볼너트를 지지해줌으로써 운전자의 좌측과 우측의 조향시 발생되는 노이즈 차이를 줄일 수 있으며 운전자의 불쾌감을 해소할 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 베어링의 센터와 내주스크류홈이 형성된 구간의 센터가 일치되게 결합됨으로써 랙바를 좌우로 슬라이딩시키는 볼너트의 얼라인먼트가 유리해져 프릭션 및 노이즈가 저감될 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 랙하우징 내측에서 랙바를 슬라이딩시키고, 내주면에 랙바가 볼을 매개로 결합되는 내주스크류홈이 형성된 스크류홈부와, 스크류홈부에서 축방향으로 연장되어 외주면에 너트풀리가 결합되는 원통부가 구비되어 있는 볼너트 및 볼너트의 외주면 중 스크류홈부 내에 결합되어 랙하우징과 볼너트 사이를 지지하는 베어링을 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치가 제공될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 베어링의 양단이 볼너트의 내주스크류홈이 형성된 구간의 외주면에 결합되어 볼너트를 지지해줌으로써 운전자의 좌측과 우측의 조향시 발생되는 노이즈 차이가 줄어들게 되며 운전자의 불쾌감이 해소되는 효과가 있다.
또한, 베어링의 센터와 내주스크류홈이 형성된 구간의 센터가 일치되게 결합됨으로써 랙바를 좌우로 슬라이딩시키는 볼너트의 얼라인먼트가 유리해져 프릭션 및 노이즈가 저감되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 개략도;
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부에 대한 단면도;
도 4는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부에 대한 단면도; 및
도 5는 본 발명의 일실시예에 랙구동형 동력 보조 조향장치의 볼너트에 결합되는 베어링 위치와 조향시 발생되는 노이즈의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 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 설명하는데 있어서, 제1, 제2, 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 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 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 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부에 대한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치의 일부에 대한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 랙구동형 동력 보조 조향장치의 볼너트에 결합되는 베어링 위치와 조향시 발생되는 노이즈의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2와 이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 랙하우징(340a) 내측에서 랙바(301)를 슬라이딩시키고, 내주면에 랙바(301)가 볼을 매개로 결합되는 내주스크류홈(311a)이 형성된 스크류홈부(311)와, 스크류홈부(311)에서 축방향으로 연장되어 외주면에 너트풀리(305)가 결합되는 원통부(313)가 구비되어 있는 볼너트(310) 및 볼너트(310)의 외주면 중 스크류홈부(311) 내에 결합되어 랙하우징(340a)과 볼너트(310) 사이를 지지하는 베어링(330)을 포함한다.
이러한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향력을 보조하기 위한 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(도 2의 165 참고)와, 모터(165)의 축(도 2의 165a 참고)에 결합되어 모터(165)의 구동력을 벨트(306)를 매개로 너트풀리(305)에 전달하는 모터풀리(도 2의 205a 참고), 벨트(306) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(301)를 감싸는 랙하우징(340a)의 내부에 랙바(301)를 지지하는 볼너트(310)가 구비되고, 볼너트(310)의 외주면에 결합된 너트풀리(305)가 구비되며 랙하우징(340a)은 기어하우징(340b)과 결합된다.
모터(165)와 연결된 모터풀리(205a)와, 랙바(301)와 연결된 너트풀리(305)는 서로 평행하게 배치되며, 모터풀리(205a)와 너트풀리(305)에는 벨트(306)가 끼워져 모터(165)의 회전력을 볼너트(310)를 통해 랙바(301)에 전달하고, 볼너트(310)의 동작에 의하여 랙바(301)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(310)는 중공관 형상으로, 볼을 매개로 랙바(301)와 결합되어 모터(165)의 동력을 랙바(301)로 전달하는 스크류홈부(311)와, 너트풀리(305)가 장착되도록 스크류홈부(311)에서 축방향으로 연장되는 원통부(313)가 구비되어 있다.
또한, 볼너트(310)는 스크류홈부(311)의 내주면에 볼이 접촉되어 구름운동하도록 내주스크류홈(311a)이 형성되며 랙바(301)의 외주면에는 외주스크류홈(301a)이 형성되어 있어서, 볼너트(310)는 볼을 매개로 랙바(301)와 결합되어 회전하면서 랙바(301)를 랙하우징(340a)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(310)의 외주면에는 볼너트(310)를 회전시키는 너트풀리(305)가 장착되어 있어서, 랙바(301)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 되어 있다.
이처럼 랙바(301)는 스크류홈부(311)를 통해 모터(165)의 동력을 전달받아 축방향으로 슬라이딩되므로, 베어링(330)이 볼너트(310)의 외주면 중 스크류홈부(311) 내에 결합되면 운전자의 좌측과 우측으로 조향시 발생되는 노이즈가 줄어들게 된다.
한편, 베어링(330)은 스크류홈부(311)의 외주면에 장착되어 베어링(330)의 외륜은 랙하우징(340a) 내측에 단차지며 형성되는 안착부(341)와 랙하우징(340a)에 결합되는 락스크류(302)에 의해 축방향으로 지지되며, 내륜은 볼너트(310)의 외주면에서 돌출되는 돌출부(315)와 볼너트(310)에 결합되는 락너트(303)에 의해 축방향으로 지지된다.
또한, 베어링(330)은 볼너트(310)의 스크류홈부(311)의 외주면에 결합되어 볼너트(310)의 회전을 지지해주게 된다.
즉, 베어링(330)이 스크류홈부(311)의 외주면에 결합되어 볼너트(310)의 동력이 랙바(301)로 전달되는 스크류홈부(311) 구간 내를 지지함에 따라 운전자의 좌측과 우측으로 조향시 발생되는 노이즈 차이를 줄일 수 있게 되며 볼너트(310)의 얼라인먼트가 유리해지게 된다.
만약, 볼너트(310)가 스크류홈부(311)의 구간이 아닌 원통부(313) 구간의 외주면에 결합되어 볼너트(310)를 지지할 경우, 운전자가 좌측으로 조향시 노이즈가 저감될 수는 있으나, 운전자가 우측으로 조향시 노이즈가 커짐에 따라 운전자의 좌측과 우측으로 조향시 발생되는 노이즈 차이가 발생하게 되며 볼너트(310)의 얼라인먼트가 불리해지게 된다.
또한, 베어링(330)은 스크류홈부(311)의 중심에 결합되는데, 베어링(330)이 스크류홈부(311)의 중심에 있을수록, 즉, 베어링(330)의 센터(B)가 스크류홈부(311)의 센터(A)가 일치할수록 좌턴과 우턴시의 노이즈 차이를 줄일 수 있게 되므로, 스크류홈부(311)의 센터(A)와 베어링(330)의 센터(B)가 일치되어 베어링(330)이 볼너트(310)에 결합되는 것이 바람직하다.
한편, 베어링(330)이 볼너트(310)에 결합되도록, 볼너트(310) 외주면에는 경방향 내측으로 그루브(417)가 형성되며 그루브(417)에 결합되는 지지부재(427)가 구비됨에 따라, 지지부재(427)가 베어링(330) 내륜의 일측을 축방향으로 지지하며, 베어링(330) 내륜의 타측은 락너트(303)가 볼너트(310)에 나사결합됨에 따라 축방향으로 지지될 수 있게 될 수도 있다.
이때, 그루브(417)는 볼너트(310) 외주면에 하나이상 구비될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 그루브(417)에 지지부재(427)가 결합됨에 따라 스크류홈부(311)의 센터(A)와 베어링(330)의 센터(B) 간 거리를 조절할 수 있게 된다.
도 4의 (a)는 베어링(330)의 센터(B)가 스크류홈부(311)의 센터(A)가 일치하여 결합되는 경우이며, 베어링(330)이 스크류홈부(311)의 센터(A)를 지지함에 따라 운전자의 좌측과 우측의 조향시 발생되는 노이즈 차이가 작고, 볼너트(310)의 얼라인먼트가 유리하다.
도 4의 (b)와 (c)는 각각 베어링(330)의 센터(B)가 스크류홈부(311)의 센터(A)로부터 이격되는 경우로, 베어링(330)이 스크류홈부(311)의 센터(A)에서 이격되는 위치를 지지할수록 운전자의 좌측과 우측의 조향시 발생되는 노이즈 차이는 커지게 되나, 볼너트(310)의 축방향 크기는 줄어들게 된다.
여기서, 운전자의 좌측과 우측의 조향시 발생되는 노이즈 차이는 스크류홈부(311)의 센터(A)와 베어링(330)의 센터(B) 사이의 거리가 멀어질수록 도 5와 같이 증가하게 되며, 스크류홈부(311)의 센터(A)와 베어링(330)의 센터(B)가 일치할 때 운전자의 좌측과 우측의 조향시 발생되는 노이즈 차이가 가장 적은 것을 보여 주고 있다.
또한, 본 발명에서 베어링(330)이 스크류홈부(311)를 벗어날 때(베어링(330)의 센터(B)와 스크류홈부(311)의 센터(A) 사이의 거리가 10mm보다 멀어지는 경우) 노이즈가 갑자기 커지는 것을 보여 주고 있다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예들에 의하면, 베어링의 양단이 볼너트의 내주스크류홈이 형성된 구간의 외주면에 결합되어 볼너트를 지지해줌으로써 운전자의 좌측과 우측의 조향시 발생되는 노이즈 차이가 줄어들게 되며 운전자의 불쾌감이 해소되는 효과가 있다.
또한, 베어링의 센터와 내주스크류홈이 형성된 구간의 센터가 일치되게 결합됨으로써 랙바를 좌우로 슬라이딩시키는 볼너트의 얼라인먼트가 유리해져 프릭션 및 노이즈가 저감되는 효과가 있다.
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.
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: 랙바 301a: 외주스크류홈
302: 락스크류 303: 락너트
305: 너트풀리 306: 벨트
310: 볼너트 311: 스크류홈부
311a: 내주스크류홈 313: 원통부
315: 돌출부 330: 베어링
340a: 랙하우징 340b: 기어하우징
341: 안착부 417: 그루브
427: 지지부재

Claims (4)

  1. 랙하우징 내측에서 랙바를 슬라이딩시키고, 내주면에 상기 랙바가 볼을 매개로 결합되는 내주스크류홈이 형성된 스크류홈부와, 상기 스크류홈부에서 축방향으로 연장되어 외주면에 너트풀리가 결합되는 원통부가 구비되어 있는 볼너트; 및
    상기 볼너트의 외주면 중 상기 스크류홈부 내에 결합되어 상기 랙하우징과 볼너트 사이를 지지하는 베어링;
    을 포함하며,
    상기 스크류홈부의 축방향 센터와 상기 베어링의 축방향 센터가 일치하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트는 외주면에 상기 베어링 내륜의 일측을 지지하는 돌출단턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트는 외주면에 그루브가 하나 이상 형성되며, 상기 그루브에 결합되는 지지부재가 구비되어 상기 베어링 내륜의 일측이 상기 지지부재로 지지되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트는 외주면에 락너트가 결합되어 상기 베어링의 내륜 타측을 지지하는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004182063A (ja) * 2002-12-03 2004-07-02 Ntn Corp 車輪操舵装置
WO2014115281A1 (ja) * 2013-01-24 2014-07-31 トヨタ自動車株式会社 電動パワーステアリング装置

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