KR100424938B1 - 비틀림모멘트측정장치를내장하는회전축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축(1)의 중심축에 관하여 대칭으로 설치되고, 회전축(1)의 중심축에 직교하여 회전축(1)의 중심축 상의 제1 지점(A)을 지나는 평면이 회전축(1)의 표면과 교차하는 지점에 고정된 제1 지지체(9)에 부착된 2개의 자계 검출 수단(11)과, 회전축(1)의 중심축에 관하여 대칭으로 설치되고, 회전축(1)의 중심축에 직교하여 회전축(1)의 중심축 상의 제2 지점(B)을 지나는 평면이 회전축(1)의 표면과 교차하는 지점에 고정된 제2 지지체(12)에 부착된 2개의 자계 발상기(13)를 포함하여 이루어지며, 제1 지점(A)과 제2 지점(B)은 축방향으로 서로 이격되어 있는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축(1)에 있어서, 제1 롤링 베어링(7)의 내륜이, 회전축(1)의 중심축에 직교하여 2 개의 지지체(9, 12)의 각각의 고정점인 제1 지점(4) 또는 제2 지점(B) 중에서 주 지지체라고 불리는 지지체의 고정점을 지나는 평면이 회전축(1)의 표면과 교차하는 회전축(1)의 원주상의 주위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축에 관한 것이다.

Description

비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축

본 발명은 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 예컨대 프랑스 특허 공보 FR-2692986에 기재되어 있는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축에 관한 것이다. 이 비틀림 모멘트 측정 장치는 제1 지지체에 고정되고 회전축에 수직인 하나의 면내에 있는 2개의 자계 발생기와, 제2 지지체에 고정되고 상기 회전축에 수직인 다른 면내에 고정되어 있는 2개의 자계 검출 수단을 포함하고 있다. 이러한 비틀림 모멘트 측정 장치는 회전축에 직접 부착할 수 있고, 이론상으로는 각도 방향 변위의 함수인 비틀림 모멘트 측정 장치의 감도를 고려하여 상기 회전축의 강성을 국소적으로 저하시킬 필요는 없다. 그러나, 실제로는 회전축의 비틀림 변형을 축방향의 특정 지점으로 국소화하기 위해서 측정 지점의 회전축 직경을 약간 작게 한다. 이 경우에도 회전축은 비틀림에 기인한 변형을 제한하는 부가적인 수단을 이용하지 않고, 모든 작동 모멘트를 견딜 수 있다. 이러한 비틀림 모멘트 측정 장치의 몇 개의 응용예에 있어서는, 비틀림 모멘트 측정 장치를 설치하기 위해서 회전축 상에서 이용 가능한 길이는 제한되어 있다. 특히, 자동차의 스티어링 장치에 적용하는 경우에는, 일단에서 는 핸들 축과 맞물리는 스플라인에 의해, 또한 타단에서는 래크 피니언에 의해 한정된 회전축의 길이 사이에, 비틀림 모멘트 측정 장치와 볼 베어링을 내장해야만하기 때문에, 회전축 상에서의 이용 가능한 길이는 특히 제한된다. 비틀림 모멘트 측정 장치에 의한 측정 정밀도는 2개의 센서의 각 지지체의 회전축 상의 부착 위치가 떨어져 있을수록 우수하기 때문에, 상기 설치 길이의 끝에 롤링 베어링을 부착하기 위한 장소를 남겨둔 채 상기 2 개의 지지체를 그 설치 가능한 지점의 양단에 가능한 한 이격시켜 부착하는 것이 바람직하다. 그래서, 이 제1 해결 방법은 한쪽 지지체를, 회전축에 체결되고, 링형의 축방향의 유지 장치에 의해 회전축에 유지된 롤링 베어링의 내륜을 축방향으로 연장하여 구성함으로써 이루어진다. 베어링의 외륜은 강성이고 회전하지 않는 하우징에 끼워 맞춰져 고정된다. 따라서, 이 구조에 있어서는, 축방향의 유지 장치가 약간의 축방향의 길이를 차지하는 것 이외에, 회전축에 가해지는 축방향 및 반경방향의 응력이 베어링을 통해 회전축으로부터 고정 박스에 전해진다. 부하에 따라서는, 베어링의 내륜에 대한 회전축의 고정이 불충분한 경우가 있지만, 이것은 체결력이 우연히 제조시의 허용 범위의 최저치가 되는 경우에 특히 생기기 쉽다. 이 때문에, 회전축에 대하여 자계 발생기가 동작 중에 상대적으로 변위하고, 이 때문에, 자계 검출 수단에 대하여 자계 발생기가 동작 중에 상대적으로 변위하는 경우가 있다. 이 경우에는, 초기 조정 위치가 변하고, 비틀림 모멘트 검지기의 조정이 어긋나서 오신호가 공급된다. 다른 하나의 해결 방법은 베어링의 내륜을, 한쪽 지지체의 회전축 상의 지지부 외주부에 부착하는 것이다. 그러나, 이 경우에는, 베어링의 외경이 증가하고, 이 때문에, 강성인 베어링 하우징, 특히 베어링을 장착하기 위한 사용 공간에 대해 부적절한 크기가 된다.

도 1은 비틀림 모멘트 측정 장치 및 볼 베어링을 구비한 본 발명의 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축의 절반 단면도,

도 2는 회전축의 부분 단면도,

도 3은 볼 베어링을 갖춘 회전축의 사시도이다.

도 1 및 도 3에 도시된 회전축(1)은 본 발명의 한 가지 실시예에 있어서, 스티어링 장치에 있어서의 래크와 핸들 축(모두 도면에는 도시되어 있지 않음) 사이를 연결하는 회전축이다. 도면에 도시된 회전축(1)의 좌단에는 핸들 축과의 접속을 가능하게 하는 스플라인(2)이 마련되어 있다. 또한, 우단에는 래크 피니언(3)이 설치되어 있다. 회전축(1)의 피니언(3) 좌측에 인접하여 칼라(4)를 구성하는 외경이 큰 부분이 마련되어 있고, 그 외주부에는 제1 롤링 베어링(7)을 구성하는 외륜(6) 안에 유지된 롤링 요소, 특히 볼(5)의 궤도륜이 설치되어 있다. 따라서, 롤링 베어링의 내륜은 칼라(4)에 의해 구성된다. 래크 피니언(3)의 우측에는 제2 롤링 베어링인 니들 베어링의 내륜을 구성하는 가는 축(8)이 마련되어 있다.

도 1은 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축(1)을 도시하고, 그 동작은 프랑스 특허 공보 FR-2692986에 기재되어 있다. 회전축(1)에는 둥근 관형의 제1 지지체(9)가 설치되어 있고, 제1 지지체(9)에는 반경방향으로 돌출한 환상 부분(10)이 설치되어 있다. 환상 부분(10)에는 2개의 자계 검출 수단(11)이 회전축(1)의 중심축에 대하여 대칭으로 부착되어 있다. 도 1의 절반 단면도에 있어서는, 한쪽 자계 검출 수단(11)만이 보이고, 다른 한쪽 자계 검출 수단(11)은 보이지 않는다. 또한, 회전축(1)에는 칼라(4)의 제1 지지체(9)측의 측면에 설치되고 견부(4a)에 제1 지지체(9)쪽으로 돌출하여 고정된 둥근 관형의 제2 지지체(12)가 설치되어 있다. 제2 지지체(12)에는 2개의 자계 발생기(13)가 회전축(1)의 축선에 대하여 대칭으로, 자계 검출 수단(11)과 대향하여 부착되어 있다. 도 1의 절반 단면도에 있어서는, 한쪽 자계 발생기(13)만이 보이고, 다른 한쪽 자계 발생기(13)는 보이지 않는다. 제2 지지체(12)는 공지의 수단, 예컨대 접착, 또는 도면에 도시되어 있는 바와 같이 나사 고정에 의해 칼라(4)의 견부(4a)에 고정될 수 있다. 이러한 조치에 의해, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 지지체(9)의 고정점을 지나 회전축(1)의 중심축과 직교하는 면이 회전축(1)의 중심축과 교차하는 지점(A)과, 제2 지지체(12)의 고정점을 지나 회전축(1)의 중심축에 직교하는 면이 회전축(1)의 중심축과 교차하는 지점(B)을 서로 최대한으로 이격시킬 수 있게 된다. 비틀림 모멘트의 측정 정밀도를 최적으로 하기 위해서는 이들 2개의 점(A, B)은 핸들 축과 맞물리는 스플라인(2)과 래크 피니언(3) 사이의 공간에 내에서 서로 최대한으로 이격되는 것이 바람직하다. 또한, 그 공간 내에서, 제1 롤링 베어링(7)의 내륜은 회전축(1)에 확실하게 고정되어 있을 필요가 있다. 전술한 장치는 이들 2개의 요구를 만족시킬 수 있다. 또한, 제2 지지체(12)를 지지하는 제1 롤링 베어링(7)의 내륜은 칼라(4)로 이루어지고, 회전축(1)의 일부를 이루기 때문에, 상기 회전축(1)에대하여 이동하는 일은 있을 수 없고, 그 때문에, 내륜이 제2 지지체(12)를 지지하고 있는 독립적인 롤링 베어링의 경우와 같이 측정의 부정확함을 야기하는 일은 있을 수 없다. 실제, 내륜이 제2 지지체(12)를 지지하고 있는 독립적인 롤링 베어링의 경우에는, 제1 롤링 베어링(7)에 의해 전달되는 응력의 영향이 제2 지지체를 통해 전해지지만, 본원 발명의 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축(1)에 있어서는 그러한 일은 없다. 또한, 제2 지지체(12)가 상기 제1 롤링 베어링(7)의 내륜을 구성하고 있는 칼라(4)의 측면에 고정되기 때문에, 제1 롤링 베어링(7)의 직경이 증가하는 일은 없다. 필요하면, 제1 롤링 베어링(7)에 단수 또는 복수 개의 시일(14)을 설치한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 롤링 베어링(7)의 외륜(6)은 회전축(1)을 스티어링 장치에 부착하기 위한 고정 플랜지(15)를 포함하여 형성하여도 좋다. 이 경우, 외륜(6)은 예컨대, 단조재(鍛造材)로 제조하는 것이 가능하다.

회전축(1)의 비틀림 변형을 축방향으로 제1 지지체(9)와 제2 지지체(12) 사이에 국소화하기 위해서 회전축(1)의 제1 지지체(9)와 제2 지지체(12) 사이의 직경을 작게 한다. 회전축(1)의 제1 지지체(9)와 제2 지지체(12)를 덮는 캡(17)을 설치하고, 그 일단을 제1 롤링 베어링(7)의 외륜(6)에 고정함으로써 내부에 회전 통로(16)를 형성할 수 있다. 캡(17)의 타단과 제1 지지체(9)와의 접합 지점에 조인트(18)를 부착하여 봉할 수 있다. 제1 롤링 베어링(7)의 외륜(6)의 고정은 플랜지(15)에 의해 행해지기 때문에, 캡(17)이 외륜(6)을 플랜지(15)에 고정하는 기능을 가질 필요는 없고, 캡(17)은 프레스 가공된 박판으로 제작하는 것이 가능하다.

본 발명은 이상과 같이 기재되어 도시된 실시 형태에 한정되지 않고, 이들은 예로서 도시되어 있는 것에 불과하다. 또한, 본 발명은, 특히, 비틀림 모멘트 측정 장치 및 베어링을, 회전축의 한정된 길이의 범위 내에 내장할 필요가 있는 모든 종류의 회전축에 적용할 수 있다.

본 발명의 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축은 모멘트 측정 장치를 내장하기 위한 상기 문제점의 해결 수단을 제공한다. 이 때문에, 본 발명은 회전축의 중심축에 관하여 대칭으로 설치되고, 상기 회전축의 중심축에 직교하여 상기 회전축의 중심축 상의 제1 지점을 지나는 평면이 상기 회전축의 표면과 교차하는 지점에 고정된 제1 지지체에 부착된 2 개의 자계 검출 수단과, 상기 회전축의 중심축에 관하여 대칭으로 설치되고, 상기 회전축의 중심축에 직교하여 상기 회전축의 중심축 상의 제2 지점을 지나는 평면이 상기 회전축의 표면과 교차하는 지점에 고정된 제2 지지체에 부착된 2 개의 자계 발생기로 이루어진 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축에 관한 것으로, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점은 축방향으로 서로 이격되어 있다. 상기 회전축에는, 제1 롤링 베어링의 내륜이, 상기 회전축의 중심축에 직교하여 상기 2 개의 지지체의 각각의 고정점이 상기 제1 지점 또는 상기 제2 지점 중에서 주 지지체라고 불리는 지지체의 고정점을 지나는 평면이 상기 회전축의 표면과 교차하는 회전축의 원주상의 주위에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 구조에 의해, 상기 자계 검출 수단의 지지체의 고정점인 상기 제1 지점과, 상기 자계 발생기의 지지체의 고정점인 상기 제2 지점을, 상기 회전축으로의 각 지지체의 고정성을 손상시키지 않고, 서로 최대한으로 이격시킬 수 있게 된다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 내륜은 상기 회전축 상에 설치된 칼라의 외주부에 형성되고, 상기 주 지지체는 다른 지지체와 대향하여 상기 칼라의 견부에 고정된다.

이 특징은 상기 내륜으로의 상기 주 지지체의 간단하고 실제적인 고정을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 제1 롤링 베어링의 외륜은 고정용 플랜지를 포함하여 이루어진다.

이 특징은 우수한 기계적 특성을 갖는 외측 박스의 도움 없이 상기 회전축을 고정하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 회전축은 상기 각 지지체의 각각의 고정점인 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이에 직경이 작은 부분이 있다.

이 특징은 비틀림 변형을 축방향으로 국소화하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 회전축에는, 상기 제1 지지체 및 상기 제2 지지체 중, 상기 주 지지체의 일측에 래크 피니언이 설치되어 있고, 타측에 스플라인이 설치되어 있다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 래크 피니언의 선단에는 제2 롤링 베어링의 내륜을 구성하도록 가공된 가는 축이 설치되어 있다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 제1 롤링 베어링은 볼 베어링이며, 상기 제2 롤링 베어링은 니들 베어링이다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 상기 주 지지체는 상기 제2 지지체로 이루어진다.

이 특징은 상기 제2 지지체의 해체에 대하여 상기 제1 지지체의 해체를 우선시킨다. 상기 제1 지지체에 의해 지지되는 자계 검출 수단은 일반적으로 간단한 자석인 자계 발생기보다도 손상을 받기 쉽기 때문이다.

그 밖의 특징 및 이점은 이하, 본 발명의 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축의 실시예를 도면을 참조하여 읽음으로써 분명해질 것이다.

Claims (8)

1. 회전축(1)의 중심축에 관하여 대칭으로 설치되고, 상기 회전축(1)의 중심축에 직교하여 상기 회전축(1)의 중심축 상의 제1 지점(A)을 지나는 평면이 상기 회전 축(1)의 표면과 교차하는 지점에 고정된 제1 지지체(9)에 부착된 2개의 자계 검출 수단(11)과, 상기 회전축(1)의 중심축에 관하여 대칭으로 설치되고, 상기 회전축의 중심축에 직교하여 상기 회전축의 중심축 상의 제2 지점(B)을 지나는 평면이 상기 회전축(1)의 표면과 교차하는 지점에 고정된 제2 지지체(12)에 부착된 2개의 자계 발생기(13)를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 지점(A)과 상기 제2 지점(B)은 축방향으로 서로 이격되어 있는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축에 있어서, 제1 롤링 베어링(7)의 내륜이, 상기 회전축(1)의 충심축에 직교하여 상기 2개의 지지체 (9, 12)의 각각의 고정점인 상기 제1 지점(A) 또는 상기 제2 지점(B)중에서 주 지지체라고 불리는 지지체의 고정점을 지나는 평면이 상기 회전축(1)의 표면과 교차하는 회전축(1)의 원주상의 주위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.
2. 제1항에 있어서, 상기 내륜은 상기 회전축(1) 상에 마련된 칼라(4)의 외주부에 형성되고, 상기 주 지지체는 다른 지지체와 대향하여 상기 칼라(4)의 견부(4a)에 고정되는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 롤링 베어링(7)의 외륜(6)은 고정용 플랜지(15)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.
4. 재1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전축(1)은 각 지지체(9, 12)의 각각의 고정점인 상기 제1 지점(A)과 상기 제2 지점(B) 사이에 직경이 작은 부분이 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.
5. 제1항에 있어서, 상기 회전축(1)에는 상기 제1 지지체(9) 및 상기 제2 지지체(12) 중, 상기 주 지지체의 일측에는 래크 피니언(3)이 마련되어 있고, 타측에는 스플라인(2)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.
6. 제5항에 있어서, 상기 래크 피니언(3)의 선단에는 제2 롤링 베어링의 내륜을 구성하도록 가공된 가는 축(8)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 롤링 베어링(7)은 볼 베어링이고, 상기 제2 롤링 베어링은 니들 베어링인 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주 지지체는 상기 제2 지지체(12)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비틀림 모멘트 측정 장치를 내장하는 회전축.