KR20060101621A - 차량용 스티어링 장치의 기어박스 - Google Patents

차량용 스티어링 장치의 기어박스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 스티어링 장치의 기어박스에 관한 것으로서, 특히, 차량용 스티어링 장치의 볼 앤 너트형 기어박스에 있어 조향휠의 중립위치에서의 랙 피스톤(Rack-piston) 중앙 외주부에 액티브 센터 필 장치를 마련함으로써, 조향휠의 중립상태에서 중립감(On-Center feel)을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 스티어링 장치 기어박스에 관한 것이다.
그 기술적인 구성은, 볼 앤 너트형 기어박스에 있어서, 조향휠이 중립위치에 있을 때의 상기 랙 피스톤(40) 중앙부 외경과 기어박스 하우징(10) 사이에 액티브 센터 필 장치(70)가 마련되되, 이 액티브 센터 필 장치(70)는, 랙 피스톤(40) 중앙부 외경에 볼(72)을 압입하고, 이 볼(72)이 설치된 위치의 기어박스 하우징(10)에는 외부에서 내부로 연통되도록 장입공(73)을 형성하여, 이 장입공(73)에 상기 볼(72)과 접촉하는 볼부시(74)와 이 볼부시(74)를 탄성지지하는 스프링(76)을 순차적으로 내설한 후, 스프링(76)의 하측의 장입공(73)에는 이 스프링(76)을 지지함과 동시에 탄성을 조절할 수 있도록 캡 볼트(78)를 체결하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
볼 앤 너트형 기어박스, 액티브 센터 필 장치(ACF), 볼, 볼부시

Description

차량용 스티어링 장치의 기어박스{Steering gear-box for car}
도 1은 종래 차량용 스티어링 장치의 볼 앤 너트형 기어박스를 보인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 스티어링 장치의 기어박스를 나타낸 단면도.
<도면의 주요부위에 대한 부호 설명>
10...기어박스 하우징 10a...실린더
20...유압제어밸브 20a...입력축
30...볼스크류 40...랙 피스톤
50...섹터축 70...액티브 센터필 장치
72...볼 73...장입홈
74...볼부시 76...스프링
78...캡 볼트
본 발명은 차량용 스티어링 장치의 기어박스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 차량용 스티어링 장치의 볼 앤 너트형 기어박스에 있어 조향휠의 중립위치에 서의 랙 피스톤(Rack-piston) 중앙 외주부에 액티브 센터 필 장치를 마련함으로써, 조향휠의 중립상태에서 중립감(On-Center feel)을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 스티어링 장치 기어박스에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 조향장치는 차량의 진행 방향을 변경하기 위해 차량의 차륜 회전각을 조절할 수 있도록 마련되는 것으로서, 운전석에 구비되는 조향휠(스티어링 휠)과, 그 하측에 마련되는 조향축, 그리고 이 조향축과 연결되어 회전력을 감속함과 동시에 동력전달방향을 전환하는 기어박스 등을 구비하고 있다.
한편, 상기 기어박스는 차량 설치에 따른 구성형태에 따라 워엄 섹터형, 워엄 섹터 롤러형, 볼 앤 너트형, 랙 앤 피니언형 등으로 다양하게 구분되는데, 이 기어박스에 링크기구를 개재하여 조향휠의 회전력을 차륜으로 전달하게 된다.
그리고, 이와 같은 기어박스는 유압에 의해 조향배력을 발생시켜 운전자의 조향휠 조작력을 경감시키기 위해 유압발생장치를 구비하고 있다.
도 1은 전술한 기어박스 중 볼 앤 너트형 기어박스를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 기어박스의 외형을 이루며 내부에는 실린더(1a)가 형성된 하우징(1)이 마련된 상태에서, 이 하우징(1)의 일측에는 조향축(미도시)과 링크기구를 통해 연결되어 회전하는 입력축(2a)을 포함한 유압제어밸브(2)가 설치된다.
그리고, 하우징(1)의 내부로 연장된 입력축(2a)의 선단에는 볼스크류(3)가 연결 설치되는데, 이 볼스크류(3)의 외주면에는 반구형 단면을 갖는 외부홈(3a)가 나선형으로 마련되어 있다.
또, 상기 볼스크류(3)의 외측 하우징(1)의 내부에는, 상기 외부홈(3a)과 대응되도록 내주면에 내부홈(4a)이 형성되며 실린더(1a)의 내부에서 축방향으로 슬라이딩 동작되는 랙 피스톤(4)이 설치된다.
한편, 외부홈(3a)과 내부홈(4a)의 내부에는 다수개의 볼(6)이 개입되어 볼스크류(3)의 회전에 따라 랙 피스톤(4)이 축방향으로 슬라이딩 동작되는데, 이러한 슬라이딩 동작을 외부측으로 전달할 수 있도록 랙 피스톤(4)의 외주면 일측에는 랙기어(4b)가 형성된다.
또한, 랙기어(4b)에는 이와 치합될 수 있도록 일단에 섹터기어(5a)가 형성된 섹터축(5)이 랙 피스톤(4)과 교축토록 배치되어, 이 섹터축(5)이 볼스크류(3)와 랙피스톤(4)에 의해 감속된 조향력을 전달받아 이를 다시 링크기구측으로 전달하여 차륜을 가변시키게 된다.
따라서, 이와 같은 구성의 종래 볼 앤 너트형 기어박스는, 운전자의 조향휠 동작에 따라 입력축(2a)과 볼스크류(3)가 회전되고, 볼스크류(3)의 회전에 따라 그사이에 개입된 볼(6)들의 상대구름운동에 의해 랙 피스톤(4)이 축방향으로 슬라이딩하여 섹터축(5)을 회전시켜 차륜을 가변시키게 되는데, 이와 동시에 미도시된 유압펌프로 부터 공급된 유압이 유압제어밸브(2)를 거쳐 실린더(1a)측으로 유입되어 랙 피스톤(4)의 축방향 슬라이딩을 어시스트(assist)하여 운전자 조향력을 가볍게 한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 스티어링 기어박스의 경우 유압에 의한 조향 배 력으로서 운전자의 조향휠의 조타감을 가볍게 해줄 수 는 있으나, 조향휠의 조타각에 관계없이 항상 일정한 배력을 발생시키므로 조향의 무게감이 요구되는 고속의 직진 주행시에는 상대적으로 조향휠의 무게감이 떨어져 오히려 운전자에게 불안감을 줄 수 있다는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제를 감안하여 이를 개선시키고자 안출한 것으로서, 볼 앤 너트형 기어박스에 있어 조향휠의 중립위치에서의 랙 피스톤(Rack-piston) 중앙 외주측에 스프링의 반력을 이용한 액티브 센터 필 장치를 마련함으로써, 조향휠의 중립상태에서 무게감을 부여하여 중립감(On-Center feel)을 향상시키며, 아울러 차량의 고속 직진 주행시 조향안정감을 증대시킬 수 있는 차량용 스티어링 장치의 기어박스를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명인 스티어링 장치의 기어박스는, 중공의 기어박스 하우징과, 이 기어박스 하우징내에 슬라이딩 가능토록 설치되며 그 외주에는 랙 기어가 형성된 랙 피스톤과, 이 랙 피스톤과 교축되도록 설치되며 그 단부에는 상기 랙 기어와 이물림되는 섹터기어가 구비된 섹터축을 포함하여 이루어진 볼 앤 너트형 기어박스에 있어서, 조향휠이 중립위치에 있을 때의 상기 랙 피스톤 중앙부 외경과 기어박스 하우징 사이에 액티브 센터 필 장치가 마련되는 것을 특징으로 한다.
특히 상기 액티브 센터 필 장치는, 랙 피스톤 중앙부 외경에 볼을 압입하고, 이 볼이 설치된 위치의 기어박스 하우징에는 외부에서 내부로 연통되도록 장입공을 형성하여, 이 장입공에 상기 볼과 접촉하는 볼부시와 이 볼부시를 탄성지지하는 스프링을 순차적으로 내설한 후 상기 스프링의 하단이 지지될 수 있도록 캡 볼트를 체결하여 이루어진 것이 특징이다.
이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 도 2는 본 발명에 따른 스티어링 장치의 기어박스를 나타낸 단면도 이다. 이에 도시된 바와 같이, 기어박스의 외형을 이루는 기어박스 하우징(10)의 내부에는 실린더(10a)가 형성되고, 이 하우징(10)의 일측에는 입력축(20a)을 내설한 유압제어밸브(20)가 설치된다.
그리고, 기어박스 하우징(10) 내부로 연장된 상기 입력축(20a)의 선단에는 볼스크류(30)가 연결 설치되고, 이의 외부측에는 랙 피스톤(40)이 설치되는데, 볼스트류(30)의 외부면과 랙 피스톤(40)의 내부면에는 서로 대응되는 형상이 나선홈이 형성되고 그 사이에 볼(60)이 개입되어, 볼스크류(30) 회전에 따라 그 사이의 볼(60)을 매개로 랙 피스톤(40)이 축방향으로 동작된다.
한편, 상기 랙 피스톤(40)의 외주 일측에는 이 랙 피스톤(40)의 동작을 외부 측으로 전달할 수 있도록 랙기어(미도시)가 마련되고, 이 랙기어측 후방에는 이와 치합되도록 섹터기어를 구비한 섹터축(50)이 랙 피스톤(40)과 교축되도록 배치되어, 볼스크류(30)와 랙 피스톤(40)에 의해 감속된 조향력을 전달받아 이를 다시 링크기구측으로 전달하여 차륜을 가변시키게 된다. 동시에, 미도시된 유압펌프로 부터 공급된 유압이 유압제어밸브(20)를 거쳐 실린더(10a)측으로 유입되어 랙 피스톤(40)의 축방향 슬라이딩을 어시스트(assist)하여 운전자로 하여금 가벼운 조향력을 느끼게 한다.
특히, 본 발명에서는 조향휠의 조향각에 따라 중립 및 그 외의 위치에서 차등적으로 조향력이 발생될 수 있도록 상기와 같은 구성의 기어박스에 액티브 센터 필 장치를 마련한 것이 특징이다.
즉, 본 발명에 적용된 액티브 센터 필 장치는, 조향휠의 중립위치에서는 무게감을 부여하여 차량의 고속 직진주행시 안정감을 느끼도록 하고, 이 외의 조향휠의 조향각에서는 가벼운 조향감을 통해 운전자에게 안정감을 줄 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 액티브 센터 필 장치는 도 2의 부분 확대도를 통해 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 랙 피스톤(40) 중앙부 외경에는 볼(72)이 압입되고, 조향휠이 중립상태에 있을 때 상기 볼(72)이 설치된 위치의 기어박스 하우징(10)에는 외부에서 내부로 연통되도록 장입공(73)이 형성된다.
그리고, 이 장입공(73)에는 상기 볼(72)과 접촉하여 조향휠 중립위치에서의 조향무게감을 줄 수 있는 볼부시(74)가 내설되고, 이 볼부시(74) 하측에는 이를 탄 성지지하는 스프링(76)이 내설되며, 스프링(76)의 하측의 장입공(73) 선단에는 이 스프링(76)을 지지함과 동시에 스프링 탄성을 조절하는 캡 볼트(78)가 체결된다.
즉, 캡 볼트(78)는, 스프링(76)이 장입공(73)내에서 탄성을 지니도록 그 일측선단을 지지함과 동시에, 그 체결정도에 따라 스프링의 탄성을 조절하는 역할도 하게 된다.
따라서, 이와 같이 액티브 센터 필 장치를 구비한 본 발명은, 조향휠 및 차륜이 중립위치에 있을 때, 기어박스 하우징(10)측에 설치된 볼부시(74)가 스프링의 탄성에 의해 랙 피스톤(40)의 센터부분에 압입되어 돌출된 볼(72)과 접촉함으로써, 중립상태에 위치한 조향휠에 무게감을 부여하여 차량 중,고속 직진 조향안정성을 향상시킨다.
이때, 상기 스프링(76)은 캡 볼트(78)의 체결정도 따라 그 탄성력이 변화되기 때문에, 캡 볼트(78)의 체결량을 조절하여 스프링의 탄성력을 조절하면, 중립상태에서의 조향휠의 무게감을 적절하게 조율할 수 있게 된다.
이와는 달리, 조향휠의 조작에 따라 랙 피스톤(40)이 좌,우 이동시에는 돌출된 볼(72)이 아닌 볼 양측부의 랙 피스톤(40) 평면부(42)에 볼부시(74)가 접촉하게 됨으로, 볼(72)의 돌출에 의한 높이차 만큼 스프링(76)의 반발력이 감소되어 조향휠에 무게감이 떨어지게 된다. 이로써, 중립이 아닌 타 위치에서는 기존과 같이 가벼운 조향감을 느낄 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명인 스티어링 장치의 기어박스에 의하면, 조향휠의 중립위치에서의 랙 피스톤(Rack-piston) 중앙 외주측에 스프링의 반력을 이용한 액티브 센터 필 구조가 마련됨으로써, 중립상태에서의 조향휠에 무게감을 부여하여 중립감(On-Center feel)을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 조향의 무게감이 요구되는 차량의 고속 직진 주행시 조향안정감이 증대되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 중공의 기어박스 하우징과, 이 기어박스 하우징내에 슬라이딩 가능토록 설치되며 그 외주에는 랙 기어가 형성된 랙 피스톤과, 이 랙 피스톤과 교축되도록 설치되며 그 단부에는 상기 랙 기어와 이물림되는 섹터기어가 구비된 섹터축을 포함하여 이루어진 볼 앤 너트형 기어박스에 있어서,
    조향휠이 중립위치에 있을 때의 상기 랙 피스톤(40) 중앙부 외경과 기어박스 하우징(10) 사이에 액티브 센터 필 장치(70)가 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 스티어링 장치의 기어박스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액티브 센터 필 장치(70)는, 랙 피스톤(40) 중앙부 외경에 볼(72)을 압입하고, 이 볼(72)이 설치된 위치의 기어박스 하우징(10)에는 외부에서 내부로 연통되도록 장입공(73)을 형성하여, 이 장입공(73)에 상기 볼(72)과 접촉하는 볼부시(74)와 이 볼부시(74)를 탄성지지하는 스프링(76)을 순차적으로 내설한 후, 스프링(76)의 하측의 장입공(73)에는 이 스프링(76)을 지지함과 동시에 탄성을 조절할 수 있도록 캡 볼트(78)를 체결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 스티어링 장치의 기어박스.
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