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KR20110116638A - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치 Download PDF

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KR20110116638A
KR20110116638A KR1020100036171A KR20100036171A KR20110116638A KR 20110116638 A KR20110116638 A KR 20110116638A KR 1020100036171 A KR1020100036171 A KR 1020100036171A KR 20100036171 A KR20100036171 A KR 20100036171A KR 20110116638 A KR20110116638 A KR 20110116638A
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shaft
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worm
axial direction
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KR1020100036171A
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김길중
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 모터의 구동축과 웜축과의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키면서, 동시에 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈도 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있게 된다.

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치{Reducer of Electrical Power Steering Apparatus and Electrical Power Steering Apparatus having The Same}
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 모터의 구동축과 웜축과의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키면서, 동시에 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈도 감소시킬 수 있게 되는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 및 이를 구비한 전동식 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도로서, 도 1에서 도시된 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치(100)는 조향휠(102)로부터 양측 바퀴(126)까지 이어지는 조향 계통(130) 및 조향 계통(130)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(140)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(130)은 일측이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(108)에 연결되는 조향축(106)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(108)은 랙피니언 기구부(110)를 통해 랙바(112)에 연결되고, 랙바(112)의 양단은 타이로드(122)와 너클암(124)을 통해 차량의 바퀴(126)에 연결된다.
보조 동력 기구(140)는 운전자가 조향휠(102)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(142), 토크 센서(142)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(144), 전자 제어 장치(144)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(146) 및 모터(146)에서 발생한 보조 동력을 조향축(106)에 전달하기 위하여 웜(152) 및 웜휠(156)을 구비한 감속기(150)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙피니언 기구부(110)를 거쳐서 랙바(112)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 랙바(112)에 전달되도록 구성된다.
즉, 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크와 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(112)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도로서, 도 2에서 도시된 바와 같이 감속기(150)는 웜(152)이 형성된 웜축(254)이 구비되고 웜축(254)의 양단에는 웜축 베어링(257)이 각각 설치되어 웜축(254)을 지지하며, 웜축 베어링(257)이 웜축(254)의 축방향으로 유격되는 것을 방지하기 위해 플러그 볼트(210)가 체결되고, 플러그 볼트(210)는 플러그 너트(220)에 의해 고정된다.
웜축(254)은 모터(146)와 모터 보스를 매개로 연결되어 모터(146)의 구동에 의해 웜축(254)이 회전하는 구조로 되어 있다.
그리고 웜축(254) 상에 형성된 웜(152)과 치물림될 수 있도록 웜(152)의 외경 일측에는 웜휠(156)이 구비되며, 웜휠(156)은 운전자가 조작하는 조향휠(도 1의 102참조)의 회전력을 전달하는 조향축(106)에 장착되어 모터(146)의 구동에 의한 웜축(254)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
기어 하우징(260)에는 웜(152), 웜휠(156) 등이 내주하고 기어 하우징(260)의 일측으로 웜축(254)에 구동력을 제공하는 모터(146)가 구비되며, 기어 하우징(260)과 모터(146)는 모터 커버(230)에 의해 볼트(250)로 결합된다.
이와 같은 구조로 이루어진 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 차량 운행조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치에 의해 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 의한 웜축의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가하여 조향축에 전달됨으로써, 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.
그런데, 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 웜축과 모터축의 결합부위에 제조상의 오차와 조립상의 오차가 누적되어 모터의 구동축과 웜축이 동축상에 위치하지 않게 되며, 베어링의 걸림감이 발생되고 웜축의 회전 저항이 증대되는 문제점이 있었다.
또한, 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 유격이 발생되고, 백래쉬로 인한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점과, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 래틀 노이즈로 인해 운전자에게 조향휠 조작시 불쾌감을 일으키게 되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 모터의 구동축과 웜축과의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키면서, 동시에 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈도 감소시키는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는 조향 보조력을 발생하는 모터의 구동축과; 상기 구동축과 연결되어 웜휠을 구동하는 웜축과; 중공의 형상으로 내부 일측과 타측에 각각 상기 웜축과 구동축의 단부가 삽입 결합되는 커플러; 및 중공의 형상으로 상기 웜축의 단부에 삽입되어 상기 커플러에 결합되는 탄성체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 조향휠과 연결되는 조향축과, 상기 조향축과 연결되어 모터의 구동력으로 조향 보조력을 전달하는 감속기를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서, 상기 감속기는, 상기 모터의 구동축과; 상기 구동축과 연결되어 웜휠을 구동하는 웜축과; 중공의 형상으로 내부 일측과 타측에 각각 상기 웜축과 구동축의 단부가 삽입 결합되는 커플러; 및 중공의 형상으로 상기 웜축의 단부에 삽입되어 상기 커플러에 결합되는 탄성체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 모터의 구동축과 웜축과의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키면서, 동시에 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈도 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도;
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도;
도 3과 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 분해 사시도와 단면도이다.
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 3과 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 분해 사시도와 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기(400)는, 조향 보조력을 발생하는 모터(146)의 구동축(270)과; 상기 구동축(270)과 연결되어 웜휠(156)을 구동하는 웜축(254)과; 중공의 형상으로 내부 일측과 타측에 각각 상기 웜축(254)과 구동축(270)의 단부가 삽입 결합되는 커플러(330); 및 중공의 형상으로 상기 웜축(254)의 단부에 삽입되어 상기 커플러(330)에 결합되는 탄성체(325)를 포함하여 구성된다.
또한, 이와 같은 본 발명의 일실시예는 조향휠(도 1의 102 참조)과 연결되는 조향축(106)과, 상기 조향축(106)과 연결되어 모터(146)의 구동력으로 조향 보조력을 전달하는 상기 감속기(400)를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치를 구성하게 된다.
감속기(400)는 웜(152)이 형성된 웜축(254)이 구비되고 웜축(254)의 양단에는 웜축 베어링(257)이 각각 설치되어 웜축(254)을 지지하며, 웜축 베어링(257)이 웜축(254)의 축방향으로 유격되는 것을 방지하기 위해 플러그 볼트(210)가 체결되고, 플러그 볼트(210)는 플러그 너트(220)에 의해 고정된다.
웜축(254)은 모터(146)의 구동축(270)과 커플러(330)를 매개로 연결되어 모터(146)의 구동에 의해 웜축(254)이 회전하는 구조로 되어 있다.
그리고 웜축(254) 상에 형성된 웜(152)과 치물림될 수 있도록 웜(152)의 외경 일측에는 웜휠(156)이 구비되며, 웜휠(156)은 운전자가 조작하는 조향휠(도 1의 102참조)의 회전력을 전달하는 조향축(106)에 장착되어 모터(146)의 구동에 의한 웜축(254)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
기어 하우징(260)에는 웜(152), 웜휠(156) 등이 내주하고 기어 하우징(260)의 일측으로 웜축(254)에 구동력을 제공하는 모터(146)가 구비되며, 기어 하우징(260)과 모터(146)는 모터 커버(230)에 의해 볼트(250)로 결합된다.
커플러(330)는 전동식 동력 보조 조향장치의 보조 동력을 발생시키는 모터(146)의 구동축(270)과 웜축(254)을 연결하여 모터(146)에서 발생된 조향 보조 동력을 웜휠(156)을 통해 웜휠(156)과 결합되어 있는 조향축에 전달하여 줌으로써 운전자의 조향력을 보조하는 동력 연결 장치이다.
이러한 커플러(330)는 중공의 형상으로 형성되며 내부 일측과 타측에는 각각 웜축(254)과 구동축(270)이 삽입 결합되어 모터(146)의 구동력을 웜축(254)으로 전달하게 되는데, 모터(146)의 구동축(270)은 커플러(330)에 압입 고정되고 웜축(254)의 단부에는 탄성체(325)가 결합되어 커플러(330)에 삽입된다.
웜축(254)의 단부에는 축방향으로 길게 형성되는 제1요철부(310a)가 구비되어 있고, 탄성체(325)의 내주면에는 웜축(254) 단부의 제1요철부(310a)에 대응되는 제2요철부(310b)가 구비되어 있어서, 웜축(254)과 탄성체(325)의 슬립을 방지하게 되어 있다.
또한, 탄성체(325)의 외주면에는 축방향과 소정의 각도로 길게 형성되는 제3요철부(320a)가 구비되고, 커플러(330)의 내주면에는 축방향으로 길게 형성되되 탄성체(325)의 제3요철부(320a)의 요철 간격과 대응되는 간격으로 요철이 형성되는 제4요철부(320b)가 구비되어 있다.
그리고, 여기서 제3요철부(320a)는 탄성체(325)의 외주면에 축방향 또는 축방향과 소정의 각도로 길게 형성되고, 커플러(330)의 내주면에는 제3요철부(320a)와 소정의 각도로 형성되되 제3요철부(320a)의 요철 간격과 대응되는 간격으로 요철이 형성되는 제4요철부(320b)를 구비할 수도 있다.
따라서, 웜축(254) 단부를 커플러(330)에 결합할 때 웜축(254) 단부의 외측에 결합된 탄성체(325)의 제3요철부(320a)가 축방향으로 탄성 변형되면서 커플러(330)의 제4요철부(320b)에 결합하게 된다.
즉, 축방향과 소정의 각도로 형성되어 헬리컬 기어치 형상으로 형성되는 제3요철부(320a)가 축방향의 제4요철부(320b)에 삽입되며 결합되면, 제3요철부(320a)에 지속적으로 비틀림 탄성력이 발생되면서 웜축(254)과 커플러(330)를 지지하게 되어 유격을 없애주게 된다.
따라서, 자동차의 주행시 노면으로부터 조향축과 웜휠(156)을 통해 웜축(254)으로 충격이 유입되어도 래틀 노이즈가 발생되지 않게 되고 댐핑 역할을 하게 되는 것이다.
또한, 탄성체(325)의 비틀림 탄성력으로 커플러(330)와 결합되는 웜축(254)과 모터(146)의 구동축(270)이 동축상에 위치되지 않게 되거나, 노면에서 유입되는 충격으로 웜휠(156)에 의해 웜축(254)이 유동되더라도 모터(146)의 구동시 탄성체(325)가 회전 중심을 모터(146)의 구동축(270)상으로 움직이게 되어 모터(146)의 구동력이 안정적으로 웜축(254)으로 전달되게 되는 것이다.
여기서 탄성체는 웜축 단부가 삽입되도록 중공의 형상으로 형성되며, 내후성과 신축성을 구비하도록 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer), FPM(Fluoro Elastomer), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 실리콘, 우레탄 등과 같은 재질로 형성되어 웜축과 구동축(270) 사이에서 댐핑 역할을 하게 된다.
한편, 이와 같은 본 발명의 일실시예는 조향휠과 연결되는 조향축(106)과, 상기 조향축(106)과 연결되어 모터의 구동력으로 조향 보조력을 전달하는 상기 감속기(400)를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치를 구성하게 된다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 모터의 구동축과 웜축과의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키면서, 동시에 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈도 감소시킬 수 있게 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.
146: 모터 254: 웜축
270: 구동축 310a: 제1요철부
310b: 제2요철부 320a: 제3요철부
320b: 제4요철부 325: 탄성체
330: 커플러

Claims (8)

  1. 조향 보조력을 발생하는 모터의 구동축;
    상기 구동축과 연결되어 웜휠을 구동하는 웜축;
    중공의 형상으로 내부 일측과 타측에 각각 상기 웜축과 구동축의 단부가 삽입 결합되는 커플러; 및
    중공의 형상으로 상기 웜축의 단부에 삽입되어 상기 커플러에 결합되는 탄성체;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웜축의 단부는 축방향으로 길게 형성되는 제1요철부를 구비하고,
    상기 탄성체는 내주면에 상기 제1요철부에 대응되는 제2요철부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성체는 외주면에 축방향과 소정의 각도로 길게 형성되는 제3요철부를 구비하고,
    상기 커플러는 내주면에 축방향으로 길게 형성되되 상기 제3요철부의 요철 간격과 대응되는 간격으로 요철이 형성되는 제4요철부를 구비하여,
    상기 웜축과 커플러의 결합시 상기 탄성체의 제3요철부가 축방향으로 탄성 변형되면서 상기 제4요철부와 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성체는 외주면에 축방향 또는 축방향과 소정의 각도로 길게 형성되는 제3요철부를 구비하고,
    상기 커플러는 내주면에 상기 제3요철부와 소정의 각도로 형성되되 상기 제3요철부의 요철 간격과 대응되는 간격으로 요철이 형성되는 제4요철부를 구비하여,
    상기 웜축과 커플러의 결합시 상기 탄성체의 제3요철부가 축방향으로 탄성 변형되면서 상기 제4요철부와 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  5. 조향휠과 연결되는 조향축과, 상기 조향축과 연결되어 모터의 구동력으로 조향 보조력을 전달하는 감속기를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치에 있어서,
    상기 감속기는,
    상기 모터의 구동축;
    상기 구동축과 연결되어 웜휠을 구동하는 웜축;
    중공의 형상으로 내부 일측과 타측에 각각 상기 웜축과 구동축의 단부가 삽입 결합되는 커플러; 및
    중공의 형상으로 상기 웜축의 단부에 삽입되어 상기 커플러에 결합되는 탄성체;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 웜축의 단부는 축방향으로 길게 형성되는 제1요철부를 구비하고,
    상기 탄성체는 내주면에 상기 제1요철부에 대응되는 제2요철부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성체는 외주면에 축방향과 소정의 각도로 길게 형성되는 제3요철부를 구비하고,
    상기 커플러는 내주면에 축방향으로 길게 형성되되 상기 제3요철부의 요철 간격과 대응되는 간격으로 요철이 형성되는 제4요철부를 구비하여,
    상기 웜축과 커플러의 결합시 상기 탄성체의 제3요철부가 축방향으로 탄성 변형되면서 상기 제4요철부와 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성체는 외주면에 축방향 또는 축방향과 소정의 각도로 길게 형성되는 제3요철부를 구비하고,
    상기 커플러는 내주면에 상기 제3요철부와 소정의 각도로 형성되되 상기 제3요철부의 요철 간격과 대응되는 간격으로 요철이 형성되는 제4요철부를 구비하여,
    상기 웜축과 커플러의 결합시 상기 탄성체의 제3요철부가 축방향으로 탄성 변형되면서 상기 제4요철부와 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치.
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