KR20170010128A - 자동차의 조향컬럼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향컬럼에 관한 것으로, 본 발명은 일단부는 조향축과 연결되며 외주면에 토크 센서가 결합되는 입력축, 일단부는 입력축의 타단부와 연결되며 외주면에 웜휠이 결합되고 타단부는 피니언축에 연결되는 출력축, 일단부와 타단부가 각각 입력축과 출력축의 내주면에 결합되는 토션바, 입력축의 타단부 외주면과 출력축의 일단부 내주면에 결합되는 지지부재를 포함하는 자동차의 조향컬럼을 제공한다.

Description

자동차의 조향컬럼{Steering Column for Vehicle}

본 발명은 자동차의 조향컬럼에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자동차의 조향컬럼에 있어서, 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 자동차의 조향컬럼에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치는 운전자의 힘을 덜어주기 위해 보조 동력 기구로써 동력 조향장치(Power Steering System)가 사용되는데, 이러한 동력 조향장치는 크게 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 작동시켜 조향력을 보조하는 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치와 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치가 있다.

유압식 동력 보조 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.

전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠의 회전을 감지하여 랙 혹은 조향축에 설치되어 회전 운동을 도와주는 모터를 가동시켜 조향장치가 원활하게 작동되도록 하는 구조를 가지며, 전기식 동력 보조 조향장치는 크게 랙 구동형(R-EPS)과 컬럼 구동형(C-EPS)이 있다.

이하, 전기식 동력 보조 조향장치를 기준으로 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 자동차 조향장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 종래의 자동차 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도이다.

이들 도면에 도시하는 바와 같이 종래의 자동차 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 센서로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하는 웜휠(141)과 웜축(143)으로 이루어지는 감속기(140)를 포함하여 구성된다.

그리고, 조향축은 입력축(215)과 핀(225)에 의해 결합되는 하부 조향축(210) 및 하부 조향축(210)과 결합되는 상부 조향축(205)으로 구성되며, 이들이 결합되어 동일한 중심축에 정렬되어 상부 조향축(205)은 조향휠(미도시)과 연결되고, 입력축(215)은 출력축(220)에 압입 연결되어 조향휠의 조향력을 전달하게 되어 있다.

하부 조향축(210)의 하단부는 입력축(215)에 삽입되어 입력축(215) 및 토션바(230)와 핀(225)에 의해 결합되며, 상단부는 외주면에 형성된 세레이션(235)이 상부 조향축(205)의 내주면에 형성된 세레이션(235)에 삽입 치합되고 동시에 이들 세레이션(235)에 플라스틱 몰딩을 하여 결합함으로써 상부 조향축(205)과 결합되어 있다.

이러한 종래의 자동차 조향컬럼은 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되어 정확한 조향 보조력을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 조향컬럼에 결합되는 보조 동력기구 등이 조향컬럼의 구조상 위치를 바꾸기 어렵고 그 부피도 줄이기 어려운 구조이어서 조향컬럼의 부피와 무게를 줄이는 필요성이 있었다.

본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 자동차의 조향컬럼에 있어서, 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 자동차의 조향컬럼을 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 달성하기 위하여 본 발명은 일단부는 조향축과 연결되며 외주면에 토크 센서가 결합되는 입력축, 일단부는 입력축의 타단부와 연결되며 외주면에 웜휠이 결합되고 타단부는 피니언축에 연결되는 출력축, 일단부와 타단부가 각각 입력축과 출력축의 내주면에 결합되는 토션바, 입력축의 타단부 외주면과 출력축의 일단부 내주면에 결합되는 지지부재를 포함하는 자동차의 조향컬럼을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 자동차의 조향컬럼에 있어서, 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래의 자동차 조향장치를 나타내는 개략도,
도 2는 종래의 자동차 조향컬럼을 나타내는 일부 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 일부 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 일부 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 중 일부를 나타내는 사시도,
도 7은 도 4의 일부를 확대한 확대단면도이다.

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 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 일부 단면도, 도 5는 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 일부를 나타내는 일부 단면도, 도 6은 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼 중 일부를 나타내는 사시도, 도 7은 도 4의 일부를 확대한 확대단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차의 조향컬럼은 일단부는 조향축(도 1의 102 참조)과 연결되며 외주면에 토크 센서(340)가 결합되는 입력축(310), 일단부는 입력축(310)의 타단부와 연결되며 외주면에 웜휠(301)이 결합되고 타단부는 피니언축(도 1의 104 참조)에 연결되는 출력축(320), 일단부와 타단부가 각각 입력축(310)과 출력축(320)의 내주면에 결합되는 토션바(302), 입력축(310)의 타단부 외주면과 출력축(320)의 일단부 내주면에 결합되는 지지부재(330)를 포함한다.

조향축과 연결되는 입력축(310)은 외주면에 토크 센서(340)가 결합되어 운전자의 조향휠 조작시 발생되는 토크를 측정하여 보조동력기구를 통해 출력축(320)에 조향 보조력을 전달한다.

여기서, 보조 동력기구는 운전자의 조향휠 조작시 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크 센서(340), 토크 센서(340)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(미도시), 전자 제어 장치로부터 전해지는 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터와, 모터에서 발생한 보조 동력을 출력축(320)에 전달하는 웜축(303)과 웜휠(301)을 포함한다.

출력축(320)은 일단부가 입력축(310)의 타단부와 연결되며 외주면에 웜휠(301)이 결합되고 타단부는 유니버설 조인트를 매개로 피니언축에 연결되며, 입력축(310)과 출력축(320)의 내주면에는 토션바(302)의 일단부와 타단부가 각각 결합된다.

그리고, 입력축(310)과 출력축(320)이 동축상에서 원활하게 작동될 수 있도록 입력축(310)의 타단부 외주면과 출력축(320)의 일단부 내주면에 지지부재(330)가 결합되어 지지하게 되어 있다.

또한, 출력축(320)의 일단부에는 축방향으로 돌출된 돌출부(320b)가 형성되어 있고 입력축(310)에는 토크 센서(340)가 안착되는 외주면에서 직경이 축소되어 형성되는 제1소경부(310b)가 구비되어 있어서 출력축(320)의 돌출부(320b)가 입력축(310)의 제1소경부(310b)의 외주측에 결합되게 되어 있다.

입력축(310)은 제1소경부(310b)의 끝단에서 직경이 축소되어 형성되는 제2소경부(310a)가 구비되어 있어서 출력축(320)의 내주면과 제2소경부(310a)의 외주면 사이에 지지부재(330)가 결합된다.

또한, 출력축(320)의 일단부에, 토션바(302)가 삽입되는 삽입홀(320c)에서 경방향 외측으로 직경이 확대된 확경부(320a)가 구비되어 확경부(320a)의 내주면과 제2소경부(310a)의 외주면 사이에 지지부재(330)가 결합될 수도 있다.

한편, 출력축(320)은 돌출부(320b)의 끝단 외주면에 경방향으로 돌출된 제1단턱부(320d)가 구비되어 있어서 웜휠(301)의 측단이 제1단턱부(320d)에 지지되며 결합되어 웜축(303)에 의해 회전되는 웜휠(301)이 정위치에서 흔들리거나 이탈되지 않고 출력축(320)을 회전시킬 수 있게 되어 있다.

또한, 출력축(320)은 웜휠(301)이 안착되는 외주면의 끝단에서 직경이 축소되어 형성되는 제3소경부(320e)가 구비되어 있는데, 이 제3소경부(320e)의 외주면에 제1베어링(307)이 결합되고 도 4와 같이 제1베어링(307)의 내륜 끝단이 록너트(308)에 의해 축방향으로 지지되며 결합되고, 제1베어링(307)의 외륜 끝단은 하우징(350)의 내주면에 결합되는 록스크류(309)에 의해 축방향으로 지지되며 결합된다.

또한, 제1베어링(307)은 도 5에 도시된 것처럼 제1베어링(307)의 내륜 끝단이 록너트(308)에 의해 축방향으로 지지되며 결합되고, 제1베어링(307)의 외륜 끝단은 하우징(350)의 외측에 결합되는 지지브라켓(306)에 의해 축방향으로 지지되며 결합될 수도 있다.

따라서, 제1베어링(307)의 양단이 제3소경부(320e)의 일측에 형성된 단턱진 부위와 록너트(308), 록스크류(309), 지지브라켓(306) 등에 의해 축방향으로 견고하게 지지되어 정위치에서 흔들리거나 이탈하지 않고 출력축(320)과 입력축(310)을 동축상으로 지지하게 된다.

또한, 입력축(310)은 토크 센서(340)가 안착되는 외주면의 끝단에 경방향으로 돌출된 제2단턱부(310c)가 구비되어 토크 센서(340)의 측단이 제2단턱부(310c)에 지지되며 결합됨으로써, 토크 센서(340)가 정위치에서 흔들리거나 이탈되지 않고 입력축(310)의 토크를 정밀하게 측정할 수 있게 되어 있다.

그리고, 입력축(310)은 제2단턱부(310c)의 반대쪽에 제2베어링(305)의 일측이 지지되며 입력축(310)의 외주면에 결합되고 제2베어링(305)의 타측은 제1하우징(350a)의 내측 단턱진 부위에 지지되며 결합됨으로써 제2베어링(305)이 정위치에서 흔들리거나 이탈하지 않고 출력축(320)과 입력축(310)을 동축상으로 지지하게 된다.

이와 같이 입력축(310)과 출력축(320)에 결합되는 제1베어링(307), 제2베어링(305), 웜휠(301), 토크 센서(340) 등은 하우징(350)의 내측에 내장되며, 하우징(350)은 제1하우징(350a)과 제2하우징(350b)의 결합을 통해 조립이 이루어지게 되어 있다.

한편, 지지부재(330)는 원통형의 외측부재(331)와, 외측부재(3310의 내주면에 원주방향으로 이격되며 배치되어 회전가능하게 결합되는 회전부재(333)가 구비되어 있어서, 입력축(310)을 출력축(320)에 동축상으로 지지함과 동시에 입력축(310)의 회전을 지지하여 입력축(310)의 회전시 어느 한쪽으로 치우치지 않게 되어 있으며, 경우에 따라서는 원통형 부시가 이용될 수도 있다.

또한, 지지부재(330)가 제1베어링(307)과 제2베어링(305)의 축방향 사이에서 입력축(310)과 출력축(320)의 연결부위를 지지하며 결합됨으로써, 입력축(310)으로부터 출력축(320)에 이르기까지 입력축(310)과 출력축(320), 제1하우징(350a)과 제2하우징(350b)의 결합력을 증대시켜 모터로부터 입력되는 전달 동력과 외부로부터 유입되는 충격력이 전달되어도 입력축(310), 출력축(320), 제1하우징(350a)과 제2하우징(350b)이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있게 되어 있다.

이러한 지지부재(330)는 제2소경부(310a)의 외주면에 축방향으로 이격된 위치에 둘 이상이 결합될 수 있는데, 본 발명에서는 지지부재(330)가 축방향으로 소정량 이격된 위치에두개가 결합된 것을 일례로 도시하였으며, 이렇게 지지부재(330)가 둘 이상 결합되면 입력축(310)의 타단부와 출력축(320)의 일단부가 결합되는 위치에서의 지지력과 결합력이 증대되게 된다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 자동차의 조향컬럼에 있어서, 모터로부터 조향 보조력을 제공하는 웜축과 웜휠, 토크 센서 등이 결합되는 부위에서 입력축과 출력축이 정위치에서 비틀리거나 이탈되지 않으면서 전체 부피와 무게를 축소할 수 있는 효과가 있게 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.

301: 웜휠 303: 웜축
305: 제2베어링 306: 지지브라켓
307: 제1베어링 308: 록너트
309: 록스크류 310: 입력축
320: 출력축 330: 지지부재
340: 토크 센서

Claims (10)

1. 일단부는 조향축과 연결되며 외주면에 토크 센서가 결합되는 입력축;
   일단부는 상기 입력축의 타단부와 연결되며 외주면에 웜휠이 결합되고 타단부는 피니언축에 연결되는 출력축;
   일단부와 타단부가 각각 상기 입력축과 출력축의 내주면에 결합되는 토션바;
   상기 입력축의 타단부 외주면과 상기 출력축의 일단부 내주면에 결합되는 지지부재;
   를 포함하는 자동차의 조향컬럼.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력축의 일단부에는 축방향으로 돌출된 돌출부가 형성되고 상기 입력축은 상기 토크 센서가 안착되는 외주면에서 직경이 축소되어 형성되는 제1소경부가 구비되어 상기 돌출부가 상기 제1소경부의 외주측에 결합되고,
   상기 입력축은 상기 제1소경부의 끝단에서 직경이 축소되어 형성되는 제2소경부가 구비되어 상기 출력축의 내주면과 상기 제2소경부의 외주면 사이에 상기 지지부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 출력축의 일단부에는 상기 토션바가 삽입되는 삽입홀에서 경방향 외측으로 직경이 확대된 확경부가 구비되어 상기 확경부의 내주면과 상기 제2소경부의 외주면 사이에 상기 지지부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 출력축은 상기 돌출부의 끝단 외주면에 경방향으로 돌출된 제1단턱부가 구비되어 상기 웜휠의 측단이 상기 제1단턱부에 지지되며 결합되고 상기 웜휠이 안착되는 외주면의 끝단에서 직경이 축소되어 형성되는 제3소경부가 구비되어 상기 제3소경부의 외주면에 제1베어링이 결합되며,
   상기 입력축은 상기 토크 센서가 안착되는 외주면의 끝단에 경방향으로 돌출된 제2단턱부가 구비되어 상기 토크 센서의 측단이 상기 제2단턱부에 지지되며 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1베어링의 내륜은 상기 출력축의 외주면에 결합되는 록너트에 의해 축방향으로 지지되며 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1베어링의 외륜은 하우징의 내주면에 결합되는 록스크류에 의해 축방향으로 지지되며 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1베어링의 외륜은 하우징의 외측에 결합되는 지지브라켓에 의해 축방향으로 지지되며 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 입력축은 상기 제2단턱부의 반대쪽에 제2베어링이 지지되며 외주면에 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 지지부재는 원통형의 외측부재와 상기 외측부재의 내주면에 원주방향으로 이격되며 배치되어 회전가능하게 결합되는 회전부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 제2소경부의 외주면에 축방향으로 이격된 위치에 둘 이상이 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향컬럼.

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