KR20140103687A - 전동식 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 조향장치의 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 종래의 전동식 조향장치의 감속기에 비하여 웜축 및 모터축과 댐핑 커플러 사이의 유격에 의한 래틀 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 모터축 및 웜축과 결합되는 댐핑 커플러를 통한 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.

Description

전동식 조향장치의 감속기{Reducer of Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 전동식 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 종래의 전동식 조향장치의 감속기에 비하여 웜축 및 모터축과 댐핑 커플러 사이의 유격에 의한 래틀 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 모터축 및 웜축과 결합되는 댐핑 커플러를 통한 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있는 전동식 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
자동차의 조향장치는 운전자가 조향 핸들을 돌려 자동차의 진행 방향을 자유로이 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 자동차의 앞 바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치다. 이러한 조향장치에 있어서 운전자의 힘을 덜어주기 위해 보조 동력 기구로써 동력 보조 조향장치(Power Steering System)가 사용되는데, 이러한 동력 보조 조향장치는 크게 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 작동시켜 조향력을 보조하는 유압을 이용한 유압식 조향장치와 전기 모터를 이용한 전동식 조향장치가 있다.
유압식 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 엔진에서 회전력을 받아 유압 펌프를 작동시키고 이 유압을 랙바 혹은 조향축에 구성된 실린더와 같은 구동부에 보내어 운전자의 조향력을 보조해 주는 구조를 가진다.
전동식 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 랙 혹은 조향축에 설치되어 회전 운동을 도와주는 모터를 가동시켜 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 구조를 가지며, 전동식 조향장치는 크게 랙 구동형(R-EPS)과 조향축 구동형(C-EPS)이 있다.
도 1은 종래의 전동식 조향장치의 개략도이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 전동식 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향계통(100)은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는 조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙바에 연결되고 랙바의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다. 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어(111)와 랙바의 외주면일측에 형성되어 있는 랙 기어(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향계통(100)에서 토크가 발생하고 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.
보조 동력기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서로 부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit; 123), 전자 제어 장치로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.
도 2는 종래의 전동식 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도이다.
도 2에서 도시하는 바와 같이 전동식 조향장치의 감속기는 모터(130), 모터축(205), 내측 스플라인부재(220), 외측 하우징부재(215), 탄성체(210), 제 1 베어링(250), 웜축(235), 웜 기어(245), 제 2 베어링(270), 압축 나사(255), 압축 스프링(265) 및 기어 하우징(260)을 포함하여 구성된다.
모터(130)는 모터 하우징 외부로 연장된 모터축(205)을 가지며, 내측 스플라인부재(220)와 외측 하우징부재(215)로 이루어지는 댐핑 커플러는 일측이 모터축(215)과 결합되고 타측은 웜축(235)과 결합된다.
외측 하우징부재(215)는 내부가 중공으로 일측이 모터축(215)과 연결되어 연동되고, 제 2 베어링(270)과 제 1 베어링(250)은 웜 기어(245)를 조향축에 설치된 웜휠 기어(240)쪽으로 고정한다.
압축 스프링(265)은 압축 나사(255)에 의해 웜 기어(245)를 웜휠 기어(240) 방향으로 지지하며 제 2 베어링(270)을 지지한다. 따라서, 압축 나사(255)를 죄면 압축 나사(255)가 이동하여 압축 스프링(265)이 수축하게 되며 결국, 압축 스프링(265)의 압축력으로 웜 기어(245)가 웜휠 기어(240)와 견고하게 물릴 수 있도록 한다.
웜축(235)에는 내측 스플라인부재(220)가 연결되는데, 내측 스플라인부재(220)는 일측이 모터축(205)과 연결되는 외측 하우징부재(215)의 내부로 삽입되는 구조를 가진다.
그러나, 이러한 종래의 전동식 조향장치의 감속기는 웜축 및 모터축과 댐핑 커플러 사이의 유격에 의한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 모터축 및 웜축과 결합되는 댐핑 커플러를 통한 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 댐핑 커플러와 모터축 및 웜축의 조립 공정 및 이들 사이에 그리스를 도포하는 공정이 필요하여 조립 공정이 늘어나고 원가가 높아지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 종래의 전동식 조향장치의 감속기에 비하여 웜축 및 모터축과 댐핑 커플러 사이의 유격에 의한 래틀 노이즈를 없애고, 모터축 및 웜축과 결합되는 댐핑 커플러를 통한 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웜축과 모터축이 댐핑 커플러를 매개로 연결되어 웜휠과 결합된 조향축에 조향 보조력을 전달하는 것으로, 상기 웜축과 모터축 중 적어도 하나는 상기 댐핑 커플러의 내주면과 결합되는 연결단부에 상기 댐핑 커플러와의 유격에 의한 래틀 노이즈를 보상하는 유격보상부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 전동식 조향장치의 감속기에 비하여 웜축 및 모터축과 댐핑 커플러 사이의 유격에 의한 래틀 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 모터축 및 웜축과 결합되는 댐핑 커플러를 통한 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래의 전동식 조향장치의 개략도,
도 2는 종래의 전동식 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 감속기 중 웜축을 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 감속기 중 웜축과 댐핑 커플러가 결합된 상태를 개략화시켜 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 감속기 중 웜축을 나타내는 사시도, 도 4는 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 감속기 중 웜축과 댐핑 커플러가 결합된 상태를 개략화시켜 나타낸 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전동식 조향장치의 감속기는, 웜축(310)과 모터축이 댐핑 커플러(330)를 매개로 연결되어 웜휠과 결합된 조향축에 조향 보조력을 전달하는 것으로, 상기 웜축(310)과 모터축 중 적어도 하나는 상기 댐핑 커플러(330)의 내주면과 결합되는 연결단부(313)에 상기 댐핑 커플러(330)와의 유격에 의한 래틀 노이즈를 보상하는 유격보상부(315b)가 구비되어 있다.
감속기는 전자 제어 장치로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터에서 발생한 보조 동력을 웜휠(도 2의 240 참조)에 결합되어 있는 조향축에 전달하여 줌으로써 운전자의 조향력을 보조하는데, 웜축(310)과 모터축이 댐핑 커플러(330)를 매개로 축 연결되고 웜축(310)과 모터축 중 적어도 하나에 유격보상부(315b)가 구비되는데 이하 본 발명의 도면과 상세한 설명에서는 웜축(310)에 유격보상부(315b)가 구비된 일례를 설명하기로 한다.
아울러 유격보상부(315b)가 모터축에 구비되는 경우는 이하 웜축(310)에 구비된 유격보상부(315b)에 대한 설명과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
웜축(310)과 모터축은 동축상에 배치되도록 댐핑 커플러(330)로 연결되는데, 웜축(310)의 연결단부(313)는 댐핑 커플러(330)의 일측에 삽입 결합되고 모터축의 연결단부(313)는 댐핑 커플러(330)의 동축상 타측에 결합된다.
이러한 연결단부(313)의 외주면과 댐핑 커플러(330)의 내주면에는 축방향의 세레이션(315a, 330a)이 형성되어 있어서, 연결단부(313)의 세레이션(315a)과 댐핑 커플러(330)의 세레이션(330a)이 서로 맞물리면서 삽입되게 되어 있다.
그리고, 유격보상부(315b)는 세레이션(315a)이 형성된 연결단부(313)의 양측 끝단에서 축방향으로 소정거리 이격된 위치에 형성되어 있어서, 댐핑 커플러(330)와의 조립시와 감속기의 작동중 웜축(310) 또는 모터축이 축방향과 소정의 각도로 움직이는 피봇 운동이 발생되더라도 유격보상부(315b)가 변형 또는 파손되지 않게 되어 있다.
이러한 유격보상부(315b)는 소음과 진동을 흡수하는 댐핑 역할을 할 수 있도록 연결단부(313)의 세레이션(315a)에 플라스틱 수지를 인젝션 몰딩하여 형성되는데, 보다 상세하게는 유격보상부(315b)가 형성되는 위치의 세레이션 부위를 직경이 작게 가공한 상태에서 유격보상부(315b)를 인젝션 몰딩하여 세레이션 전체의 높이를 일정하게 형성한다.
또한, 댐핑 커플러(330)의 내주면에는 축방향의 세레이션(330a)을 형성하고, 유격보상부(315b)는 연결단부(313)의 원주면 상에 플라스틱 수지를 인젝션 몰딩하여 댐핑 커플러(330)의 세레이션(330a)에 대응되는 축방향의 세레이션(315a) 형상으로 형성할 수도 있다.
이는 차종에 따른 모터의 출력과 감속비에 따라서 래틀 노이즈의 크기가 달라질 수 있으므로 이에 따라 유격보상부(315b)의 형성을 달리할 수 있으며, 세레이션이 가공되지 않은 연결단부(313)의 원주면 상에 세레이션 형상의 유격보상부(315b)를 형성하거나, 세레이션(315a)이 일부 가공된 상태에서 유격보상부(315b)를 형성하는 방법 모두 가능하다.
여기서, 플라스틱 수지는 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질이 이용될 수 있다.
또한, 유격보상부(315b)가 탄성력과 함께 내후성과 신축성 등을 구비하도록 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Rubber), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 우레탄, 실리콘 등과 같은 재질로 형성될 수도 있다.
한편, 웜축(310)의 연결단부(313)와 댐핑 커플러(330) 사이의 유격은 조립성뿐만 아니라 가공 정밀도, 래틀 노이즈 등과 밀접한 관련이 있으며, 일반적으로 종래에는 0.025 mm 이내로 설계되고 관리되어 왔다.
본 발명에서 유격보상부(315b)의 세레이션과 댐핑 커플러(330)의 세레이션 사이의 유격(A)은 0.005 ~ 0.015 mm로 형성되는데, 유격(A)이 0.015 mm 보다 크거나 0.005 mm 보다 작은 경우에는 노이즈가 40 dB을 상회하여 노이즈가 커짐과 동시에 조향휠의 떨림량이 증대하게 되고, 특히 유격(A)이 0.005 mm 보다 작은 경우에는 연결단부(313)와 댐핑 커플러(330)와의 결합이 어려워지게 된다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 종래의 전동식 조향장치의 감속기에 비하여 웜축 및 모터축과 댐핑 커플러 사이의 유격에 의한 래틀 노이즈를 없앨 수 있게 되고, 모터축 및 웜축과 결합되는 댐핑 커플러를 통한 동력의 전달시 부딛침과 진동에 의한 노이즈를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
310: 웜축 313: 연결단부
315a: 세레이션 315b: 유격보상부
330: 댐핑 커플러 330a: 세레이션

Claims (5)

  1. 웜축과 모터축이 댐핑 커플러를 매개로 연결되어 웜휠과 결합된 조향축에 조향 보조력을 전달하는 것으로,
    상기 웜축과 모터축 중 적어도 하나는 상기 댐핑 커플러의 내주면과 결합되는 연결단부에 상기 댐핑 커플러와의 유격에 의한 래틀 노이즈를 보상하는 유격보상부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결단부의 외주면과 상기 댐핑 커플러의 내주면에는 축방향의 세레이션이 형성되고, 상기 유격보상부는 상기 연결단부의 양측 끝단에서 축방향으로 소정거리 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유격보상부는 상기 연결단부의 세레이션에 플라스틱 수지를 인젝션 몰딩하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 커플러의 내주면에는 축방향의 세레이션이 구비되고, 상기 유격보상부는 상기 연결단부의 외주면에 플라스틱 수지를 인젝션 몰딩하여 상기 댐핑 커플러의 세레이션에 대응되는 축방향의 세레이션 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유격보상부와 상기 댐핑 커플러의 세레이션 사이의 유격은 0.005 ~ 0.015 mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 감속기.
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