KR101246957B1

KR101246957B1 - 자동차 조향장치의 중간축

Info

Publication number: KR101246957B1
Application number: KR1020090099626A
Authority: KR
Inventors: 박주열
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2013-03-25
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: KR20110042792A

Abstract

본 발명은 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것이다.

본 발명의 일실시예는 조향축 또는 기어박스와 유니버설 조인트로 연결되며 외주면에 축방향의 요홈으로 형성되는 내측결합홈이 둘이상 구비되어 있는 내측샤프트와; 상기 내측샤프트가 삽입되어 슬라이딩되는 중공 형상으로 내주면에 상기 내측결합홈과 대응되는 위치에 외측결합홈이 형성되되, 상기 외측결합홈은 상기 내측결합홈의 둘이상의 정배수로 원주방향으로 이격되며 형성되고, 상기 원주방향의 어느 일측 방향으로 순차로 인접되는 외측결합홈은 순차로 내경이 크게 형성되는 외측샤프트; 및 상기 내측결합홉과 외측결합홈 사이에 구비되는 볼;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축을 제공한다.

본 발명에 의하면 자동차 조향장치의 중간축에 있어서, 서로 슬라이딩되게 결합되는 내측샤프트와 외측샤프트를 별도의 부품 없이 가장 최적화된 슬라이딩이 가능하게 조립할 수 있게 되어 부품수와 작업 공정 및 폐기비용을 줄이고 조립성을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

자동차 조향장치, 중간축, 동력 전달, 탄성 부시

Description

자동차 조향장치의 중간축{Intermediate Shaft of Steering Apparatus for Vehicle}

본 발명은 자동차 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차 조향장치의 중간축에 있어서, 서로 슬라이딩되게 결합되는 내측샤프트와 외측샤프트를 별도의 부품 없이 가장 최적화된 슬라이딩이 가능하게 조립할 수 있게 되어 부품수와 작업 공정 및 폐기비용을 줄이고 조립성을 향상시킬 수 있는 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 조향휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 동력보조 조향장치가 사용되는데, 이와 같은 동력보조 조향장치에는 기존에 유압을 이용한 유압식 조향장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 조향장치(EPS; Electronic Power Steering System)가 차량에 보편적으로 설치되고 있다.

이와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 조향 앵글 센서 및 조향 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 조향휠의 회전각에 따른 조속한 조향휠의 복원력을 제공하여 비상 상황에서 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.

한편, 상기와 같은 전동식 조향장치는 운전자의 조향휠 회전력을 하측으로 전달할 수 있도록 조향휠과 기어박스의 사이에 배치되는 조향컬럼의 외부에 모터가 설치되어 그 내부의 조향축을 회전시킬 수 있도록 구성되어 조향휠 조타에 따른 운전자의 조향력을 보조하게 된다.

운전자가 조향휠을 원하는 방향으로 회전시키면 조향휠에 연결된 조향축이 회전하며, 조향축은 유니버설 조인트(Universal Joint)와 중간축(Intermediate Shaft)을 통하여 랙과 피니언 기어(Rack and Pinion Gear)로 구성되는 기어 박스에 회전력을 전달한다.

이때 기어 박스는 랙과 피니언 기어에 의해 조향축의 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸어 랙바(Rack Bar)로 전달하며, 랙바는 타이어의 너클(Knuckle)과 연결된 타이로드에 힘을 전달하여 자동차의 진행방향을 변경할 수 있도록 한다.

특히, 조향축과 기어박스 사이의 축은 입력축과 출력축이 동축선상으로 일치하지 않고 일정한 각도로 기울어진 구조라는 점에서 일반적인 축의 결합 방식으로는 동력을 전달할 수 없기 때문에 조향축이 일정한 각도로 변경될 수 있는 유니버설 조인트와 중간축의 사용이 필수적이다.

도 1a는 종래의 자동차 조향장치의 개략도이고, 도 1b는 종래 기술에 의한 자동차 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 자동차 조향장치는, 운전자가 조향을 조작하는 조향휠(170)로부터 조향컬럼(150), 조향축(130), 중간축(100), 기어박스(180)에 이르기 까지 일련의 축연결로 이루어져 조향휠(170)의 회전이 기어박스(180)에 전달되어 자동차의 조향을 이루게 되어 있다.

조향컬럼(150)은 조향 앵글 센서(155), 조향 토크 센서(미도시) 등의 센서와, 감속기(미도시), 외측튜브(145), 내측튜브(140), 마운팅브라켓(160) 등을 포함하여 구성되며, 외측튜브(145)는 조향휠(170) 측에 형성되고 내부에는 외측튜브(145)보다 지름이 작아 충격시 내부로 삽입 가능한 내측튜브(140)가 마련된다. 외측튜브(145) 및 내측튜브(140)는 중공 형태의 튜브로 형성되어 조향축(130)이 원활하게 회전할 수 있게 된다.

또한, 차속센서(미도시), 조향 앵글 센서(155) 및 조향 토크 센서(미도시) 등이 구비되어 이들에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(미도시)에서 감속기의 모터를 구동시켜 저속 운행시와 고속 운행시에 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 조속한 조향휠의 복원력을 제공하여 비상 상황에서 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 되어 있다.

이러한 자동차 조향장치에서는 조향축(130)의 하단을 기어박스(180)와 연결하되, 조향축(130)은 주변 여건상 임의의 각도로 기울어진 채 기어박스(180)와 연결되도록 되어 있기 때문에 이러한 조건을 만족하기 위해서 유니버설 조인트와 중 간축(100)을 사용하게 된다.

여기서 중간축(100)이란 외측샤프트(122)와 내측샤프트(124) 등으로 이루어져 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 부재를 통칭하는 용어로 사용된다.

이러한 중간축(100)은 일측이 조향휠(170)과 결합된 조향축(130)에 연결되고, 타측이 기어박스(180)에 연결되어 조향휠(170)에서 발생하는 회전력을 기어박스(180)를 통해 차륜에 전달하는 장치이다.

중간축(100)은 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 유니버설 조인트(110) 및 일측에 장착된 유니버설 조인트(110)에서 전달되는 회전력을 타측에 장착된 유니버설 조인트(110)에 전달함과 동시에 축 방향으로 신축이 가능한 외측샤프트(122)와 내측샤프트(124)를 구비하고 있다.

중간축(100)은 축의 회전력을 전달하며 축 방향으로 작용하는 힘에 의해 축이 신축되는 것으로서, 두 개의 요크(Yoke: 120)와 하나의 스파이더(140)로 구성되는 유니버설 조인트(110)와, 체결핀(125)을 매개로 요크(120)와 결합되며 중공 형상을 가지는 외측샤프트(122), 외측샤프트(122)에 삽입되어 길이 방향의 힘을 흡수하는 내측샤프트(124)를 포함하여 구성되며, 경우에 따라서는 외측샤프트(122)와 내측샤프트(124) 사이에 구비되는 볼(150) 또는 부시(미도시) 등을 포함하여 구성될 수도 있다.

외측샤프트(122)는 내부가 중공인 형상을 가지며, 외측샤프트(122)의 내부로 환봉 형상을 가진 내측샤프트(124)가 삽입되어 연결되는데, 외측샤프트(122)의 내 주면 양측에는 축 방향으로 길게 형성되며 내측샤프트(124)가 외측샤프트(122)로부터 인입되거나 인출되는 슬립 운동시 함께 이동하도록 외측결합홈(133)이 형성되어 있고, 경우에 따라서는 볼(135)이나 부시가 삽입될 수도 있다.

내측샤프트(124)는 일측이 유니버설 조인트(110)와 연결되고 타측이 외측샤프트(122)와 결합하여 회전력을 전달함과 동시에 외측샤프트(122)의 내부로 삽입되어 축 방향으로 슬립되면서 입력축과 출력축 사이의 길이 방향의 하중을 흡수하는 부재이다.

내측샤프트(124)의 외주면에는 외측샤프트(122)의 외측결합홈(133)과 대향되는 위치에 길이 방향으로 형성된 내측결합홈(137)이 구비되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술에 의한 자동차 조향장치의 중간축은 외측샤프트와 내측샤프트가 볼을 매개로 서로 신축되며 슬라이딩되는 구조상, 이들 자체의 제작 오차와, 외측결합홈과 내측결합홈의 가공오차 등으로 인해 조립 자체가 불가능하게 되거나, 조립은 되어도 요구되는 슬라이딩력을 구비하지 못하는 경우가 많은 문제점이 있었다.

특히, 10톤 이상의 대형 자동차의 경우에는 내측샤프트와 외측샤프트가 길게 형성되므로 상기한 문제점이 더 많이 발생되어 일부 부품은 폐기 처분해야 하는 문제점도 있어서 불필요한 작업 공정과 폐기비용이 추가되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자동차 조향장치의 중간축에 있어서, 서로 슬라이딩되게 결합되는 내측샤프트와 외측샤프트를 별도의 부품 없이 가장 최적화된 슬라이딩이 가능하게 조립할 수 있게 되어 부품수와, 작업 공정 및 폐기비용을 줄이고 조립성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는 조향축 또는 기어박스와 유니버설 조인트로 연결되며 외주면에 축방향의 요홈으로 형성되는 내측결합홈이 둘이상 구비되어 있는 내측샤프트와; 상기 내측샤프트가 삽입되어 슬라이딩되는 중공 형상으로 내주면에 상기 내측결합홈과 대응되는 위치에 외측결합홈이 형성되되, 상기 외측결합홈은 상기 내측결합홈의 둘이상의 정배수로 원주방향으로 이격되며 형성되고, 상기 원주방향의 어느 일측 방향으로 순차로 인접되는 외측결합홈은 순차로 내경이 크게 형성되는 외측샤프트; 및 상기 내측결합홉과 외측결합홈 사이에 구비되는 볼;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축을 제공한다.

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 2는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 분해 사시도이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축(200)은, 조향축(도 1a의 130 참조) 또는 기어박스(도 1a의 180 참조)와 유니버설 조인트(110)로 연결되며 외주면에 축방향의 요홈으로 형성되는 내측결합홈(225)이 둘이상 구비되어 있는 내측샤프트(220)와; 상기 내측샤프트(220)가 삽입되어 슬라이딩되는 중공 형상으로 내주면에 상기 내측결합홈(225)과 대응되는 위치 에 외측결합홈(215)이 형성되되, 상기 외측결합홈(215)은 상기 내측결합홈(225)의 둘이상의 정배수로 원주방향으로 이격되며 형성되고, 상기 원주방향의 어느 일측 방향으로 순차로 인접되는 외측결합홈(215)은 순차로 내경이 크게 형성되는 외측샤프트(210); 및 상기 내측결합홈(225)과 외측결합홈(215) 사이에 구비되는 볼(135);을 포함하여 구성된다.

자동차 조향장치는 운전자가 조향휠(도 1a의 170 참조)을 작동하면 조향휠에 연결된 조향축이 회전하며, 조향축은 유니버설 조인트(110)와 중간축(200)을 통하여 기어 박스에 회전력을 전달하게 되는데, 이때 중간축(200)은 회전력을 전달함과 동시에 축 방향으로 신축이 가능하도록 내측샤프트(220)와 외측샤프트(210)가 신축되는 구조를 구비하고 있다.

즉, 운전자의 조향휠 조작에 의한 회전운동은 조향컬럼(도 1a의 150 참조)의 조향축을 통해 중간축(200)과 기어박스를 통해 랙바(미도시)에 전달되어 직선운동으로 변환되어 바퀴를 조향하게 되는데, 중간축(200)은 자동차의 내부 설치 구조상 조향축으로부터 기어박스에 이르기까지 소정의 각도로 굴절되며 연결되어 조향축의 회전을 기어박스로 전달하게 된다.

요크(120)는 조향축과 소정의 각도로 굴절되며 중간축(200)을 연결시킬 수 있게, 일측은 외측샤프트(210)와 결합되고, 타측은 스파이더(115)를 매개로 조향축과 유니버설 조인트(110)로 결합된다.

중간축(200)은 운전자의 조향휠 조작시 회전력을 전달함과 동시에 축방향으로 신축되는 슬라이딩 운동이 가능하도록 외측샤프트(210)에 내측샤프트(220)가 삽 입 결합되어 있다.

이러한 중간축(200)은 조향축 및 기어박스와 소정의 각도로 굴절되며 결합되므로 양측 또는 어느 일측이 두 개의 요크(120)와 하나의 스파이더(115)로 구성되는 유니버설 조인트(110)를 매개로 조향축 및 기어박스와 연결된다.

다만, 본 발명의 상세한 설명에 있어서, 외측샤프트(210)와 내측샤프트(220)는 조향축과 기어박스 사이의 축 연결 부재로서, 결합되는 순서와는 무관하여 그 어느쪽도 조향축 또는 기어박스와 결합될 수 있음을 밝혀둔다.

내측샤프트(220)는 기어박스(또는 조향축)와 유니버설 조인트(110)로 연결되며 외주면에 축방향의 요홈으로 형성되는 내측결합홈(225)이 둘이상 구비되어 있으며 외주면에 외측샤프트(210)가 삽입 결합된다.

여기서 내측결합홈(225)은 내측샤프트(220)의 외주면에 축방향으로 길게 형성되는데, 원주 방향으로 서로 이격되며 경방향의 내측으로 함몰되어 스플라인 형상의 요홈으로 형성되며 볼(135)을 매개로 외측샤프트(210)의 외측결합홈(215)에서 결합된다.

그리고, 이러한 내측결합홈(225)은 원주방향으로 동일한 거리만큼 이격되게 형성될 수 있다.

외측샤프트(210)는 내측샤프트(220)가 삽입되어 슬라이딩되는 중공관 형상으로, 외측샤프트(210)의 일측은 내측결합홈(225)이 형성된 내측샤프트(220)가 볼(135)을 매개로 삽입 결합되어 신축운동과 함께 조향축의 회전운동을 전달할 수 있도록 내주면에 외측결합홈(215)이 구비되어 있으며 타측은 요크(120)와 결합된 다.

즉, 외측결합홈(215)은 내측결합홈(225)과 대응되는 위치에 형성되는데, 내측결합홈(225)의 둘이상의 정배수로 형성되며 원주방향으로 서로 이격되게 형성된다.

또한, 외측결합홈(215)은 원주방향의 어느 일측 즉, 시계방향 또는 반시계방향으로 순차로 인접되는 외측결합홈(215)이 순차로 내경이 크게 형성되며, 원주방향으로 동일한 거리만큼 이격되게 형성될 수 있다.

또한, 이에 추가적으로 외측샤프트(210)는 외측결합홈(215)이 위치하는 외주면에 축방향으로 길게 형성되는 표시홈(219a, 219b)이 구비되며, 이 표시홈(219a, 219b)은 외주면 상에서 원주방향으로 일정거리 이격되게 둘이상 형성될 수 있다.

따라서, 외측샤프트(210)에 내측샤프트(220)를 볼(135)과 함께 조립할 때 외측샤프트(210)와 내측샤프트(220) 자체의 제작 오차와 외측결합홈(215)과 내측결합홈(225)의 가공 오차 및 이들의 조립 오차의 누적이 발생되어도, 작업자가 표시홈(219a, 219b)을 기준으로 외측결합홈(215)에 볼(135)과 함께 내측샤프트(220)를 결합하되, 원주방향의 어느 일측으로 차례로 외측결합홈(215)을 바꾸어 가면서 내측샤프트(220)를 결합할 수 있게 된다.

즉, 표시홈(219a, 219b)에 위치된 외측결합홈(215)에 볼(135)과 함께 내측샤프트(220)를 결합할 때, 간극이 너무 작거나 커서 축방향의 슬라이딩이 불량인 경우에는 바로 다음번의 외측결합홈(215)에 결합하여 가면서 적당한 간극이 형성되는 외측결합홈(215)을 찾아서 최종적으로 결합할 수 있게 된다.

이를 좀더 상세하게 설명하기 위해 내측결합홈(225)이 두개인 것을 기준으로 하여 살펴보면, 먼저 도 3a는 외측결합홈이 내측결합홈(225)의 두배의 갯수로 형성된 경우이고, 도 3b는 외측결합홈이 내측결합홈(225)의 세배의 갯수로 형성된 경우이며, 이들 도면에서는 도면상 시계방향으로 외측결합홈의 내경이 커지는 것으로 한다.

여기서, 외측결합홈의 크기가 제1외측결합홈(215a)에서 제2외측결합홈(215b), 제3외측결합홈(215c), 제4외측결합홈(215d), 제5외측결합홈(215e), 제6외측결합홈(215f)으로 갈수록 점차로 내경이 크게 형성되어 있어서, 작업자가 제1외측결합홈(215a)부터 제6외측결합홈(215f)까지 순차로 조립시도가 가능하게 되는 것이다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 자동차 조향장치의 중간축에 있어서, 서로 슬라이딩되게 결합되는 내측샤프트와 외측샤프트를 별도의 부품 없이 가장 최적화된 슬라이딩이 가능하게 조립할 수 있게 되어 부품수와, 작업 공정 및 폐기비용을 줄이고 조립성을 향상시킬 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 것 이므로, 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.

도 1a는 종래의 자동차 조향장치의 개략도;

도 1b는 종래 기술에 의한 자동차 조향장치 중 일부를 나타내는 사시도;

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 분해 사시도;

도 3a와 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축을 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 유니버설 조인트 115: 스파이더

120: 요크 135: 볼

210: 외측샤프트 215: 외측결합홈

220: 내측샤프트 225: 내측결합홈

Claims

조향축 또는 기어박스와 유니버설 조인트로 연결되며 외주면에 축방향의 요홈으로 형성되는 내측결합홈이 둘이상 구비되어 있는 내측샤프트;

상기 내측샤프트가 삽입되어 슬라이딩되는 중공 형상으로 내주면에 상기 내측결합홈과 대응되는 위치에 외측결합홈이 형성되되, 상기 외측결합홈은 상기 내측결합홈의 둘이상의 정배수로 원주방향으로 이격되며 형성되고, 상기 원주방향의 어느 일측 방향으로 순차로 인접되는 외측결합홈은 순차로 내경이 크게 형성되는 외측샤프트; 및

상기 내측결합홉과 외측결합홈 사이에 구비되는 볼;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
제 1 항에 있어서,

상기 내측결합홈과 외측결합홈은 각각 원주방향으로 동일한 거리만큼 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 외측샤프트는 상기 외측결합홈이 위치하는 외주면에 축방향으로 길게 형성되는 표시홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.