KR102350046B1 - 자동차의 조향 컬럼 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 상단이 로워 샤프트의 하단과 결합되는 중간 샤프트, 상단은 아우터 튜브와 결합되며 하단은 중간 샤프트의 외측에 위치되는 인너 튜브, 중간 샤프트의 외주면에 결합되는 제1베어링, 로워 샤프트의 상단과 결합되는 어퍼 샤프트의 외주면과 아우터 튜브의 내주면 사이에 결합되는 제2베어링, 제1베어링의 외주면과 상기 인너 튜브의 내주면 사이에 결합되는 링형상의 베어링 지지부재를 포함하는 자동차의 조향 컬럼을 제공한다.

Description

자동차의 조향 컬럼{STEERING COLUMN FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 조향 컬럼에 관한 것이다. 보다 상세하게는 자동차의 조향 컬럼에 있어서, 어퍼 샤프트와 로워 샤프트 및 중간 샤프트, 아우터 튜브와 인너 튜브가 동축상에서 결합되지 않는 경우에도 탄성지지부를 기준으로 중간 샤프트가 소정의 각도로 피봇 운동이 이루어지면서 오차를 흡수하여 전달되는 토크의 편차를 줄이고 노이즈를 방지하게 되는 자동차의 조향 컬럼에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치는 운전자가 조향휠을 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 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 조향축 구동형(C-EPS)이 있다.

이하, 전기식 동력 보조 조향장치를 기준으로 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 자동차 조향장치의 개략도이다.

도 1에서 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 감속기(140)를 포함하여 구성된다.

도 2는 종래 자동차 조향장치의 조향축을 나타내는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래 자동차 조향장치의 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 조향축은 단순히 상부 조향축(205)과 하부 조향축(210)이 결합되어 있을 뿐, 조향축이 동축상에 결합되지 않아도 토크의 편차없이 회전 운동을 가능하게 하는 구조가 구비되어 있지 않아서, 전달되는 토크의 편차가 커지는 문제점이 있었다.

특히, 상부 조향축과 하부 조향축의 축 편차가 심한 경우에는 전달되는 토크 편차도 심해져서 노이즈가 발생되고 운전자의 조향감이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로 자동차의 조향 컬럼에 있어서, 어퍼 샤프트와 로워 샤프트 및 중간 샤프트, 아우터 튜브와 인너 튜브가 동축상에서 결합되지 않는 경우에도 중간 샤프트가 소정의 각도로 피봇 운동이 이루어지면서 오차를 흡수하여 전달되는 토크의 편차를 줄이고 노이즈를 방지하게 하는 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 발명의 일실시예는 상단이 로워 샤프트의 하단과 결합되는 중간 샤프트, 상단은 아우터 튜브와 결합되며 하단은 중간 샤프트의 외측에 위치되는 인너 튜브, 중간 샤프트의 외주면에 결합되는 제1베어링, 로워 샤프트의 상단과 결합되는 어퍼 샤프트의 외주면과 아우터 튜브의 내주면 사이에 결합되는 제2베어링, 제1베어링의 외주면과 상기 인너 튜브의 내주면 사이에 결합되는 링형상의 베어링 지지부재를 포함하는 자동차의 조향 컬럼을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 어퍼 샤프트와 로워 샤프트 및 중간 샤프트, 아우터 튜브와 인너 튜브가 동축상에서 결합되지 않는 경우에도 탄성지지부를 기준으로 중간 샤프트가 소정의 각도로 피봇 운동이 이루어지면서 오차를 흡수하여 전달되는 토크의 편차를 줄이고 노이즈를 방지하게 되는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래의 자동차 조향장치의 개략도;
도 2는 종래 자동차 조향장치의 조향축을 나타내는 단면도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼 일부를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼중 일부를 나타내는 사시도,
도 5는 도 3의 일부분을 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 발명의 일실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼 일부를 나타내는 단면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차의 조향 컬럼중 일부를 나타내는 사시도, 도 5는 도 3의 일부분을 확대한 확대단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 자동차의 조향 컬럼은 상단이 로워 샤프트(320)의 하단과 결합되는 중간 샤프트(340), 상단은 아우터 튜브(330a)와 결합되며 하단은 중간 샤프트(340)의 외측에 위치되는 인너 튜브(330b), 중간 샤프트(340)의 외주면에 결합되는 제1베어링(350a), 로워 샤프트(320)의 상단과 결합되는 어퍼 샤프트(310)의 외주면과 아우터 튜브(330a)의 내주면 사이에 결합되는 제2베어링(350b), 제1베어링(350a)의 외주면과 인너 튜브(330b)의 내주면 사이에 결합되는 링형상의 베어링 지지부재(360)를 포함한다.

조향 컬럼의 하단부에 위치되는 인너 튜브(330b)와 조향 컬럼의 상단부에 위치되는 아우터 튜브(330a)는 내부에 스티어링 샤프트를 수용할 수 있게 중공 형상으로 형성된다.

로워 샤프트(320)는 상단이 어퍼 샤프트(310)에 삽입되고 하단에는 연결부가 형성되어 중간 샤프트(340)와 결합되는데, 중간 샤프트(340)는 어퍼 중간 샤프트(340a)와 로워 중간 샤프트(340b)가 토션바(345)를 매개로 결합되며 로워 중간 샤프트(340b)는 스티어링 샤프트(미도시), 유니버설 조인트(미도시) 등을 통해 랙-피니언 기구부(미도시)에 조향력을 전달한다.

이렇게 상단이 로워 샤프트(320)의 하단과 결합된 중간 샤프트(340)는 인너 튜브(330b)와 제1베어링(350a)에 의해 회전 지지된다.

그리고, 인너 튜브(330b)는 상단이 아우터 튜브(330a)와 결합되고 하단은 중간 샤프트(340)의 외측에 위치되어 제1베어링(350a)과 베어링 지지부재(360)를 매개로 중간 샤프트(340)를 지지한다.

어퍼 샤프트(310)는 상단에 스티어링휠(도 1의 100 참조)과 결합되는 세레이션부가 형성되어 있고 하단은 로워 샤프트(320)가 삽입되는 중공 형상으로 형성되며 키셋 락킹되는 중심부는 확경되어 형성되어 있다.

로워 샤프트(320)의 상단과 결합되는 어퍼 샤프트(310)의 외주면과 아우터 튜브(330a)의 내주면 사이에는 제1베어링(350a)이 결합되어 어퍼 샤프트(310)와 아우터 튜브(330a)의 회전을 지지한다.

그리고, 베어링 지지부재(360)의 내주면에는 탄성지지부(363)가 형성되어 있어서, 어퍼 샤프트(310)와 로워 샤프트(320) 및 중간 샤프트(340), 아우터 튜브(330a)와 인너 튜브(330b)의 조립과 제작 오차를 흡수할 수 있게 되어 있다.

즉, 어퍼 샤프트(310)와 로워 샤프트(320) 및 중간 샤프트(340), 아우터 튜브(330a)와 인너 튜브(330b)는 동축상에서 조립이 이루어지고 작동되어야 하지만, 조립 오차와 제작 오차에 의해 이들이 동축상에서 결합되지 못하는 경우 탄성지지부(363)를 기준으로 어퍼 샤프트(310)와 로워 샤프트(320) 및 중간 샤프트(340)가 소정의 각도로 피봇 운동이 이루어지면서 오차를 흡수하여 샤프트의 회전으로 전달되는 토크의 편차를 줄이고 노이즈를 방지할 수 있게 되어 있다.

이러한 탄성지지부(363)는 중간 샤프트(340)가 제1베어링(350a)에 지지되어 탄성지지부(363)를 기준으로 소정의 각도로 꺾이는 피봇 운동이 이루어질 수 있도록, 베어링 지지부재(360)의 내주면에서 원주방향으로 이격되며 복수개가 형성되어, 제1베어링(350a)의 외주면을 탄성 지지하며 결합된다.

그리고, 중간 샤프트(340)의 피봇 운동시 경방향의 동일한 탄성지지력이 발생될 수 있도록 탄성지지부(363)가 베어링 지지부재(360)의 내주면에서 원주방향의 동일한 간격으로 이격되어 최소 3개 이상 형성되는 것이 좋은데, 본 발명의 도면에서는 일례로 탄성지지부(363)가 원주방향의 동일 간격으로 4개가 형성된 것을 도시하였다.

이러한 탄성지지부(363)는 링형상으로 형성되는 베어링 지지부재(360)의 일측 단부 내측에서 절곡되어 형성되며 절곡된 탄성지지부(363)는 베어링 지지부재(360)의 내주면과 경방향으로 이격되도록 되어 있어서, 제1베어링(350a)과의 결합시 탄성지지부(363)가 탄성변형되면서 결합되게 되어 있다.

따라서, 제1베어링(350a)이 탄성지지부(363)에 결합된 상태에서 베어링 지지부재(360)의 내주면과 소정의 간극이 형성되어 있어서, 중간 샤프트(340)가 탄성지지부(363)에서 소정의 각도로 꺾일 때 유격을 보상할 수 있게 되어 있다.

여기서, 탄성지지부(363)는 베어링 지지부재(360)와 일체로 형성될 수도 있고 별도로 제작하여 베어링 지지부재(360)의 내주면에 결합될 수도 있으며, 재질은 금속이나 플라스틱으로 제작될 수 있다.

그리고, 탄성지지부(363)의 끝단에는 제1베어링(350a)의 외륜 모서리를 감싸며 지지되는 고정부(365)가 형성되어, 중간 샤프트(340)가 탄성지지부(363)를 기준으로 하는 피봇 운동시 제1베어링(350a)이 축방향으로 이탈되는 것을 방지하며 고정시킬 수 있게 되어 있다.

또한, 탄성지지부(363)는 중간 샤프트(340)의 피봇량이 큰 경우를 위해 베어링 지지부재(360)의 내주면과의 간극을 크게 형성할 수 있으며 외부로부터 오는 진동과 충격을 흡수할 수 있도록 탄성지지부(363)의 외주면에 탄성체가 결합될 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면 어퍼 샤프트와 로워 샤프트 및 중간 샤프트, 아우터 튜브와 인너 튜브가 동축상에서 결합되지 않는 경우에도 탄성지지부를 기준으로 준간 샤프트가 소정의 각도로 피봇 운동이 이루어지면서 오차를 흡수하여 전달되는 토크의 편차를 줄이고 노이즈를 방지하게 되는 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.

310: 어퍼 샤프트 320: 로워 샤프트
330a: 아우터 튜브 330b: 인너 튜브
350a: 제1베어링 350b: 제2베어링
340: 중간 샤프트 360: 베어링 지지부재
363: 탄성지지부 365: 고정부

Claims (6)

1. 상단이 로워 샤프트의 하단과 결합되는 중간 샤프트;
   상단은 아우터 튜브와 결합되며 하단은 상기 중간 샤프트의 외측에 위치되는 인너 튜브;
   상기 중간 샤프트의 외주면에 결합되는 제1베어링;
   상기 로워 샤프트의 상단과 결합되는 어퍼 샤프트의 외주면과 상기 아우터 튜브의 내주면 사이에 결합되는 제2베어링;
   상기 제1베어링의 외주면과 상기 인너 튜브의 내주면 사이에 결합되는 링형상의 베어링 지지부재;
   를 포함하며,
   상기 중간 샤프트의 피봇운동이 가능하도록 상기 베어링 지지부재의 내주면에는 상기 제1베어링이 삽입되어 지지되는 탄성지지부가 형성되고, 상기 탄성지지부는 상기 베어링 지지부재의 단부에서 절곡되어 상기 베어링 지지부재의 내주면과 이격되며,
   상기 베어링 지지부재의 단부는 상기 인너 튜브의 단차부에 축방향으로 지지되고, 상기 탄성지지부는 상기 제2베어링 방향으로 개구되며 상기 인너 튜브와 이격되고 축방향의 반대 방향은 상기 베어링 지지부재의 단부와 연결되어 곡면을 이루는 자동차의 조향 컬럼.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄성지지부는 상기 베어링 지지부재의 내주면에서 원주방향으로 이격되며 복수개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 탄성지지부는 상기 베어링 지지부재의 내주면에서 원주방향의 동일한 간격으로 배치되며 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄성지지부의 끝단에는 상기 제1베어링의 외륜 모서리를 감싸며 지지되는 고정부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 컬럼.

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