KR20090099227A - 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리 - Google Patents

유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리에 관한 것으로, 조향축과 연결되어 회전력을 전달받는 입력축과, 이 입력축의 외주면에 끼워지는 밸브 바디, 일측에는 입력축 및 밸브 바디가 연결되며 타측은 랙 바와 교축토록 치합되어 구동력을 전달하는 피니언축 및, 상기 입력축과 상기 밸브 바디가 내부에 설치되는 밸브 하우징을 포함하되, 상기 입력축이 결합되는 상기 피니언축의 연결홈 내에 또는 상기 입력축의 돌출부 외주면에 탄성부재를 구비하여, 기존에 사용되는 토션바를 없앨 수 있게 함으로써, 토션바와 관계된 여러 공정을 생략할 수 있어 생산성 증대 및 비용 절감은 물론, 차종에 대한 호환가능성이 확장될 수 있게 한다.

Description

유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리 {Pinion valve assembly for hydraulic power steering system}
본 발명은 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기존에 사용되는 토션바를 없앨 수 있게 하여서, 토션바와 관계된 여러 공정을 생략할 수 있어 생산성 증대 및 비용 절감은 물론, 차종에 대한 호환가능성이 확장될 수 있는 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임의로 바꿀 때 조작하는 장치로, 조향휠(Steering Wheel)을 회전시켜 조향기어에 그 회전력을 전달함으로써 바퀴의 각도를 조정하여 차량의 진행 방향을 제어한다.
이와 같은 조향장치는 조향 상태의 안정성 및 부드럽고 편안한 조향감 등 안전과 함께 운전자의 편리성을 추구하는 방향으로 연구개발이 이루어지고 있다. 이러한 개발 추세에 따라 운전자의 조향감을 향상시키기 위한 방법으로 유압식 또는 전동식 등의 다양한 동력 보조 조향장치들이 개발되고 있는데, 유압식 동력 보조 조향장치(HPS:Hydraulic Power Steering System)는 엔진으로부터 회전력을 받아 유 압 펌프를 작동시키고 유압 펌프에서 만들어진 유압을 조향휠 혹은 조향축의 회전에 따라 적시에 피스톤으로 보내어 조향장치를 움직이게 하는 방식이고, 전동식 동력 보조 조향장치(EPS:Electrical Power Steering System)는 조향휠의 조작에 따른 조향 토크 및 차속을 감지하여 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치(ECU:Electronic Control Unit)에서 모터를 작동시켜 조향시 조향축의 회전력에 조력을 배가시킬 수 있도록 한 것이다.
여기서, 유압식 동력 보조 조향장치는 조향축의 하단부에 설치되어 조향시 작동유의 유동 방향을 제어하는 피니언 밸브 어셈블리와, 이 피니언 밸브 어셈블리의 작동에 따라 바퀴를 조향시키는 타이로드에 작용력을 인가하는 작동 실린더 등을 포함하여 구성된다.
이와 같은 유압식 동력 보조 조향장치는 조향휠에 가해진 조작력에 의해 조향축이 회전하면서 피니언 밸브 어셈블리에 설치된 입력축을 회전시키면, 유압 펌프에서 유압 관로를 통해 공급된 작동유가 피니언 밸브 어셈블리의 좌측 포트 또는 우측 포트를 통해 작동 실린더 내 좌우측에 형성된 압력실에 선택적으로 공급되어 조향 조작력을 보조하게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리를 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 피니언 밸브 어셈블리의 입력축과 토션바 및 피니언축을 나타낸 사시도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 피니언 밸브 어셈블리(100)는 일측은 조향축(미도시)과 연결되어 회전력을 전달받으며 타측은 후술하는 피니언축(160)에 연결되는 중공 형상의 입력축(130)과, 이 입력 축(130)의 내부에 삽입되어 일측은 입력축(130)과 같이 조향축에 연결되어 회전력을 전달받으며 타측은 피니언축(160)에 스플라인 연결되어 회전력을 전달함과 동시에 소정 각도만큼 비틀림이 가능한 토션바(132)와, 일측에는 입력축(130) 및 토션바(132)가 연결되며 타측은 랙 바(170)와 교축토록 치합되어 구동력을 전달하는 피니언축(160)을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 입력축(130)의 중간 외주부에는 원통형상의 밸브 바디(150)가 압압되게 끼워져 있으며, 이 밸브 바디(150)의 하단부에 형성된 핀구멍(152)에 피니언축(160)의 상단부에서 돌출되어 있는 다월핀(190)이 끼워져 피니언축(160)과 연결되게 된다. 이들 입력축(130)과 밸브 바디(150)는 밸브 하우징(140)의 내부에 수용되게 된다.
또, 피니언 밸브 어셈블리(100)의 하부에는, 랙 바(170)와 피니언축(160)의 유격을 감소시켜 원활하게 동력이 전달될 수 있도록 하는 서포트 요크(180)가 랙 바(170)의 후면부에 설치되어 있다.
한편, 상기 토션바(132)는 입력축(130)의 내부에 삽입되되, 토션바(132)의 하부에는 피니언축(160)과 압입 방식으로 결합하기 위한 스플라인이 형성되어 있다. 이와 같은 토션바(132)는 조향축의 회전시 입력축(130)과 같이 회전되어 비틀리게 됨으로써, 입력축(130)과 밸브 바디(150) 사이에 상대적 변위를 발생시켜 운전자가 조향휠을 작동하는 경우에만 작동유의 흐름을 발생시키는 일종의 비틀림 스프링이다.
그런데, 종래 기술에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블 리는 상기와 같은 토션바를 구비하게 됨으로써 몇 가지 문제점이 초래되었는바, 우선 토션바를 제조하고 이 토션바(피니언축도 함께)에 스플라인을 형성하는 가공 공정과, 입력축 및 피니언축에 고정하고 압입하는 조립 공정 등이 번거롭고, 이에 따라 생산성은 떨어지면서 관련 비용은 증대되는 문제점이 있었으며, 특히 차량의 레이아웃(Lay-out)에 따라 피니언 밸브 어셈블리의 전장이 변하면 이로 인해 토션바의 사양도 다르게 되어서, 피니언 밸브 어셈블리의 전장에 따라 토션바를 엄밀히 관리해야 하는 불편함이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명에서는 기존에 사용되는 토션바를 없앨 수 있게 하여서, 토션바와 관계된 여러 공정을 생략할 수 있어 생산성 증대 및 비용 절감은 물론, 차종에 대한 호환가능성이 확장될 수 있는 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리는, 조향축과 연결되어 회전력을 전달받는 입력축과, 이 입력축의 외주면에 끼워지는 밸브 바디, 일측에는 입력축 및 밸브 바디가 연결되며 타측은 랙 바와 교축토록 치합되어 구동력을 전달하는 피니언축 및, 상기 입력축과 상기 밸브 바디가 내부에 설치되는 밸브 하우징을 포함하되, 상기 입력축이 결합되는 상기 피니언축의 연결홈 내에 또는 상기 입력축의 돌출부 외주면에 탄성부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 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.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리 중 입력축과 피니언축을 나타낸 분리사시도이다.
피니언 밸브 어셈블리는 운전자가 조향휠을 조종할 때 조향휠의 회전 변위에 따라 유압을 작동 실린더로 선택적으로 공급하는 역할을 하는 것으로서, 도시된 것처럼 본 발명의 제1실시예에 따른 피니언 밸브 어셈블리는 조향축(미도시)과 연결되는 입력축(130)과, 이 입력축(130)의 외주면에 끼워지는 밸브 바디(150:도 1 참조), 일측에는 입력축(130) 및 밸브 바디(150)가 연결되며 타측은 랙 바(170:도 1 참조)와 교축토록 치합되어 구동력을 전달하는 피니언축(160) 및, 상기 입력축(130)과 상기 밸브 바디(150)가 내부에 설치되는 밸브 하우징(140:도 1 참조)을 포함하여 구성된다.
입력축(130)의 상단부는 조향축의 유니버설 조인트와 연결되며, 입력축(130)의 하단부는 피니언축(160)의 상단부에 결합되는데, 입력축(130)의 하단부에 소정의 직경 및 길이를 갖고서 단차진 돌출부(131)가 형성되어 있고서, 이 돌출부(131)가 피니언축(160)의 상단부에 형성된 연결홈(161) 내에 삽입되어 결합되게 된다. 여기서, 단차진 돌출부(131)의 상단면에는 한 쌍의 대칭되는 평탄면(133)이 형성되고, 이들 평탄면(133) 중 적어도 하나에는 긴 핀홈(134)이 구비되어 있다.
밸브 바디(150)는 입력축(130)이 그 내부에 설치될 수 있도록 중공의 형상으로 되어 있으며, 작동 실린더(미도시)로 공급되는 작동유를 제어할 수 있도록 작동유가 이동하는 다수개의 유로공이 형성되어 있다. 또, 밸브 바디(150)의 하단부에 형성된 핀구멍(152:도 1 참조)에는 후술하는 바와 같이 피니언축(160)의 상단부에 서 돌출되어 있는 다월핀(190)이 끼워져 피니언축(160)과 연결되게 된다.
한편, 본 발명의 요부를 구성하는 피니언축(160)은 그 상단부가 상기 입력축(130) 및 밸브 바디(150)에 연결되며, 그 하부에 형성된 피니언기어가 랙 바(170)의 랙기어와 치합되어 있다.
특히, 피니언축(160)의 상단부는 입력축(130)의 하단부에 상응하게 소정의 직경 및 깊이를 갖고서 단차진 연결홈(161)이 형성되어 있어서, 이 연결홈(161)에 전술한 입력축(130)의 돌출부(131)가 삽입되어 서로 결합되게 된다. 이때, 피니언축(160)의 연결홈(161) 내에는 종래 기술에서 토션바가 압입되기 위해 가공되던 스플라인이 더 이상 필요 없어서 생략될 수 있다.
또, 단차진 연결홈(161)의 상단면 내주에는 한 쌍의 대칭되는 스토퍼(163)가 형성되어 있는데, 이 스토퍼(163)는 돌출부(131)의 평탄면(133)과 대응되는 평탄면을 갖고서, 그 중앙에 상기 다월핀(190)이 삽입될 수 있는 관통구멍(164)을 구비함과 더불어, 피니언축(160)의 원주방향을 따르는 가늘고 긴 호형상의 고정홈(165)을 구비한다.
여기서, 다월핀(190)은 분할된 다수의 부품을 똑바로 정렬하기 위해 맞춤면에 돌기를 형성하는 핀을 말하는 것으로, 일측은 피니언축(160)의 외부로 돌출되어 밸브 바디(150)의 하단부에 형성된 핀구멍(152)에 삽입되어 고정되며, 타측은 피니언축(160)의 상단부에 형성된 관통구멍(164)을 통해 스토퍼(163) 및 후술하는 탄성부재(200)를 관통하여서, 입력축(130)의 돌출부(131)에 있는 평탄면(133)의 핀홈(134)에 삽입되게 된다. 결국, 밸브 바디(150)와 피니언축(160) 및 입력축(130) 이 다월핀(190)을 매개로 함께 결합되게 되는 것이다.
또한, 도 3a에 도시된 바와 같이 피니언축(160)의 상단부에 있는 연결홈(161) 내 각 스토퍼(163)에는 탄성부재(200)가 설치될 수 있는바, 이 탄성부재(200)는 호형상의 단면을 갖는 판스프링으로 이루어져 상기 고정홈(165) 내에 삽입된다. 이 판스프링의 중간에도 관통구멍(미도시)이 있어서, 스토퍼(163)의 관통구멍(164)에 삽입되는 다월핀(190)이 판스프링도 관통하게 되며, 이에 따라 판스프링이 스토퍼(163)의 고정홈(165) 내에 고정되게 되는 것이다. 이 판스프링의 양단부는 연결홈(161)의 내주면과 접촉하지 않고, 즉 간격을 두고 위치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리는, 운전자가 조향휠을 작동하는 경우 조향휠에 가해진 조작력에 의해 조향축이 회전하면서 입력축(130)이 회전하게 되고, 이러한 입력축(130)의 회전은 밸브 바디(150)와의 사이에 상대적 변위를 발생시켜, 유압 펌프에서 공급된 작동유가 피니언 밸브 어셈블리의 좌측 포트 또는 우측 포트를 통해 작동 실린더 내 좌우측에 형성된 압력실에 선택적으로 공급되어 조향 조작력을 보조하게 한다.
이때, 입력축(130)의 하단부에 있는 돌출부(131)의 양쪽 평탄면(133)이 입력축(130)의 회전으로 인해 원주방향으로 틀어지게 되는데, 평탄면(133)의 핀홈(134)에 삽입된 다월핀(190)은 이 핀홈(134) 안에서 원주방향 어느 한쪽으로 움직임과 동시에, 평탄면(133)이 판스프링으로 된 각 탄성부재(200)의 어느 한쪽 단부를 각 각 압박하게 된다. 따라서, 종래에 토션바의 비틀림으로 입력축에 대해 복원력을 제공하던 것을 본 발명에서는 탄성부재의 탄성으로 복원력을 제공하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 의하면, 종래의 토션바를 탄성부재가 대체하게 됨으로써, 토션바와 관계된 여러 공정이 필요치 않아 생략할 수 있어서 생산성 증대 및 비용 절감은 물론, 차종에 대한 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리의 호환가능성이 대폭 확장될 수 있는 효과가 있게 된다.
도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리 중 피니언축을 나타낸 사시도이다.
이 제2실시예는 탄성부재(200) 및 스토퍼(163)의 형태만 제외하고, 상기 제1실시예의 구성과 작동이 유사한바, 이하에서는 이들 실시예의 차이점에 대해서만 주로 설명한다.
도 3b에 도시된 것처럼 본 발명의 제2실시예에 따른 피니언 밸브 어셈블리에서는, 피니언축(160)의 상단부에 있는 단차진 연결홈(161)의 상단면에는 한 쌍의 대칭되는 스토퍼(163)가 형성되어 있는데, 이 스토퍼(163)는 평탄면을 갖고서, 그 중앙에 다월핀(190)이 삽입될 수 있는 관통구멍(164)을 구비한다.
상기 다월핀(190)의 일측은 피니언축(160)의 외부로 돌출되어 밸브 바디(150:도 1 참조)의 하단부에 형성된 핀구멍(152:도 1 참조)에 삽입되어 고정되며, 타측은 피니언축(160)의 상단부에 형성된 관통구멍(164)을 통해 스토퍼(163)를 관통하여서, 도 3a에 상세히 도시된 입력축(130)의 돌출부(131)에 있는 평탄 면(133)의 핀홈(134)에 삽입되게 된다. 제1실시예와 마찬가지로 밸브 바디(150)와 피니언축(160) 및 입력축(130)이 다월핀(190)을 매개로 함께 결합되게 되는 것이다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 피니언축(160)의 상단부에 있는 연결홈(161) 내 각 스토퍼(163)에, 보다 상세하게는 스토퍼(163)의 관통구멍(164)을 기준으로 양단부에는 탄성부재(200)가 설치될 수 있는바, 이 탄성부재(200)는 삼각형상의 단면을 갖는 쐐기형태의 탄성체로 이루어져 상기 스토퍼(163)의 양단부에 예컨대 접착 등의 방법으로 부착된다. 이 탄성체는 고무로 만들어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상을 구현할 수 있는 소정값 이상의 탄성계수를 갖기만 한다면 다른 임의의 재료로 될 수 있다. 이들 탄성체는 하나의 스토퍼(163) 상에서 서로 대칭되게 배치되며, 반대쪽 스토퍼(163) 상에 위치된 탄성체에 대해서는 피니언축(160)의 반경방향 바깥쪽으로 갈수록 서로 간격이 좁아지도록 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리는, 도 3a에 도시된 제1실시예와 유사하게, 운전자가 조향휠을 작동하는 경우 조향휠에 가해진 조작력에 의해 조향축이 회전하면서 입력축(130)이 회전하게 되고, 이때 입력축(130)의 하단부에 있는 돌출부(131)의 양쪽 평탄면(133)이 입력축(130)의 회전으로 인해 원주방향으로 틀어지게 되는데, 평탄면(133)의 핀홈(134)에 삽입된 다월핀(190)은 이 핀홈(134) 안에서 원주방향 어느 한쪽으로 움직임과 동시에, 평탄면(133)이 쐐기형태의 탄성체로 된 어느 한쪽 탄성 부재(200)를 각각 압박하게 된다. 따라서, 종래에 토션바의 비틀림으로 입력축에 대해 복원력을 제공하던 것을 본 발명에서는 탄성부재의 탄성으로 복원력을 제공하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 의하면, 종래의 토션바를 탄성부재가 대체하게 됨으로써, 토션바와 관계된 여러 공정이 필요치 않아 생략할 수 있어서 생산성 증대 및 비용 절감은 물론, 차종에 대한 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리의 호환가능성이 대폭 확장될 수 있는 효과가 있게 된다.
더구나, 본 발명의 제2실시예에 의하면 상기 제1실시예보다 더욱 단순하게 구성될 수 있는바, 쐐기형태의 탄성체로 된 탄성부재를 스토퍼의 양단부에 부착하기만 하면 되고 다월핀이 하나만 구비되어도 좋기 때문에, 이와 관련된 피니언축의 스토퍼와 입력축의 돌출부 등에 대한 가공 공정이 훨씬 줄어들 수 있다. 이에 따라 생산성 증대 및 비용 절감이라는 효과가 더욱 극대화될 수 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.
예를 들자면, 도 3a 및 도 3b에 도시되고 설명된 본 발명에 따른 실시예들에서는, 탄성부재(200)가 피니언축(160)의 상단부에 있는 연결홈(161) 내 각 스토퍼(163)에 설치되고 있으나, 이에 한정되지 않고 반대로 입력축(130)의 돌출부(131) 외주면 또는 그 평탄면(133) 주위에 설치될 수 있음은 물론이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 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 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 피니언 밸브 어셈블리의 입력축과 토션바 및 피니언축을 나타낸 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리 중 입력축과 피니언축을 나타낸 분리사시도이다.
도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리 중 피니언축을 나타낸 사시도이다.

Claims (5)

  1. 조향축과 연결되어 회전력을 전달받는 입력축과, 이 입력축의 외주면에 끼워지는 밸브 바디, 일측에는 입력축 및 밸브 바디가 연결되며 타측은 랙 바와 교축토록 치합되어 구동력을 전달하는 피니언축 및, 상기 입력축과 상기 밸브 바디가 내부에 설치되는 밸브 하우징을 포함하되, 상기 입력축이 결합되는 상기 피니언축의 연결홈 내에 또는 상기 입력축의 돌출부 외주면에 탄성부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결홈에는 한 쌍의 대칭되는 스토퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스토퍼는 평탄면과, 다월핀이 삽입될 수 있는 관통구멍 및, 피니언축의 원주방향을 따르는 가늘고 긴 호형상의 고정홈을 구비하고,
    이 고정홈 내에 판스프링으로 된 탄성부재가 삽입되되, 이 탄성부재의 중간에도 관통구멍이 있어서, 스토퍼의 관통구멍에 삽입되는 다월핀이 탄성부재도 관통하게 되어, 탄성부재가 스토퍼의 고정홈 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서, 상기 스토퍼 중 적어도 하나는 평탄면과, 다월핀이 삽입될 수 있는 관통구멍을 구비하고,
    상기 스토퍼의 양단부에 쐐기형태의 탄성체로 된 탄성부재가 부착되는 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결홈 내에 삽입되어 결합되는 입력축에 돌출부가 형성되어 있되, 이 돌출부는 한 쌍의 대칭되는 평탄면이 형성되고, 이들 평탄면 중 적어도 하나에는 긴 핀홈이 구비되어서, 스토퍼를 관통한 다월핀이 핀홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 유압식 동력 보조 조향장치의 피니언 밸브 어셈블리.
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