KR20090020876A - 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치에 관한 것이다.

본 발명은 좌, 우로 움직이며 자동차의 바퀴로 조향력을 전달하는 랙 바와 상기 랙 바에 형성된 랙 기어에 치합하는 피니언 기어가 형성되어 조향 휠의 회전력을 상기 랙 바로 전달하는 피니언 밸브 어셈블리를 포함하여 구성되는 조향장치에 있어서, 상기 랙 기어와 상기 피니언 기어는 더블헬리컬기어로 치합하는 것을 특징으로 하는 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 종래 헬리컬기어로 치합하던 랙 기어와 피니언 기어를 더블헬리컬기어로 치합하도록 함으로써 종래 랙 바에 발생하던 추력을 상쇄시켜 랙바와 서포트 요크 사이에서 발생하는 래틀 노이즈를 감소시킬 수 있다.

랙 바, 랙 기어, 피니언 기어, 더블헬리컬기어, 조향장치

Description

더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치{Steering Apparatus Equipped with Rack Bar and Pinion Gear formed Double Helical Gear}

본 발명은 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래 헬리컬기어로 치합하던 랙 기어와 피니언 기어를 더블헬리컬기어로 치합하도록 함으로써 종래 랙 바에 발생하던 추력을 상쇄시켜 랙 바와 서포트 요크 사이에서 발생하는 래틀 노이즈를 감소시킬 수 있는 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 랙 피니언 방식 조향장치의 개략적인 구성도이다.

도 1에서 도시된 바와 같이 종래의 랙 피니언 방식 조향장치는 운전석에 배치되는 조향 휠(100)과 이에 연결된 조향 축(105), 그리고 조향 축을 차체에 고정할 수 있도록 하는 조향 컬럼(103), 조향 축(105)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)를 포함하는 기어 박스(130), 양단부에 이너 볼 조인트(135)를 구비한 랙 바(140), 이너 볼 조인트(135)의 볼과 일체로 형성된 타이로드(150) 및 타이로드(150)의 끝단에 구비된 아우터 볼 조인트(155)를 포함하여 구성된다.

랙과 피니언 기어(Rack and Pinion Gear) 방식 조향장치의 경우 랙 기어(110)가 형성된 랙 바(140)의 좌,우측 단부에는 이너 볼 조인트(135)가 구비되어 있으며, 이너 볼 조인트(135)는 타이로드(150)와 연결되어 있다.

또한, 타이로드(150)는 아우터 볼 조인트(155)와 연결되어 타이어(158)의 너클(Knuckle, 159)과 연결된다.

도 2는 종래 랙 피니언 방식 조향장치에서 랙 바와 피니언 기어의 단면도이다.

도 2에서 도시된 바와 같이 랙 바(140)의 외주면 일측에는 랙 기어(110)가 형성되어 있으며 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)가 치합하여 피니언 기어(120)의 회전에 따라 랙 바(140)가 좌우 왕복운동 한다.

랙 바(140)에 형성된 랙 기어(110)는 기어의 치간 간격이 일정하기 때문에 랙 바(140)는 피니언 기어(120)가 회전하는 정도에 따라 동일한 비율로 왕복운동 한다.

이러한 구성의 종래 랙 기어와 피니언 기어는 헬리컬기어로 형성되어 있는데, 헬리컬기어란 기어치가 일정한 각도(도 3에서 β로 표시)로 경사지게 형성된 기어로서 소음이 작은 장점이 있으나, 기어치가 일정한 각도로 경사지게 형성되기에 도 3에서 도시한 바와 같이 축과 수직한 방향으로 추력(推力:thrust, 도 3에서 a로 표시)이 발생하는 문제점이 있었다.

즉, 조향 휠의 회전에 따라 피니언 기어가 회전하면서 랙 기어에 회전력을 전달하는 경우 또는 바퀴를 통한 역입력 하중이 랙 바에 전달되는 경우 기어치의 접촉에 의한 접촉하중은 기어치에 수직하게 작용하는데 랙 바를 움직이는 전달하중은 축방향으로 작용하므로 축과 수직한 방향의 추력이 발생하여 랙 바를 지지하는 서포트 요크와의 사이에서 래틀 노이즈(Rattle Noise) 등이 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 종래 헬리컬기어로 치합하던 랙 기어와 피니언 기어를 더블헬리컬기어로 치합하도록 함으로써 종래 랙 바에 발생하던 추력을 상쇄시켜 랙 바와 서포트 요크 사이에서 발생하는 래틀 노이즈를 감소시킬 수 있는 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 좌, 우로 움직이며 자동차의 바퀴로 조향력을 전달하는 랙 바와 상기 랙 바에 형성된 랙 기어에 치합하는 피니언 기어가 형성되어 조향 휠의 회전력을 상기 랙 바로 전달하는 피니언 밸브 어셈블리를 포함하여 구성되는 조향장치에 있어서, 상기 랙 기어와 상기 피니언 기어는 더블헬리컬기어로 치합하는 것을 특징으로 하는 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 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 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어의 평면도이고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 더블헬리컬기어에 가해지는 분력을 나타낸 개념도이다.

도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어는 좌, 우로 움직이며 자동차의 바퀴로 조향력을 전달하는 랙 바(140)와 랙 바(140)에 형성된 랙 기어(110)에 치합하는 피니언 기어(120)가 형성되어 조향 휠(100, 도 1 참조)의 회전력을 랙 바로 전달하는 피니언 밸브 어셈블리(410)를 포함하여 구성되는 조향장치에 있어서, 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)가 더블헬리컬기어(D)로 치합하는 것을 특징으로 한다.

랙 바(140)는 좌, 우로 움직이며 자동차의 바퀴에 조향 휠의 조향력을 전달하는데, 랙 바(140)는 긴 환봉 형상으로서 그 일부분에 랙 기어(110)가 형성되어 있다.

피니언 밸브 어셈블리(410)는 기어 박스(130, 도 1 참조)의 내부에 마련되어 조향 휠(100)의 조향력을 랙 바(140)로 전달하게 되는데, 피니언 밸브 어셈블리(410)의 끝단에는 피니언 기어(120)가 형성되어 있어 랙 바(140)에 형성되어 있는 랙 기어(110)와 치합하게 된다.

여기서 피니언 기어(120)와 랙 기어(110)는 더블헬리컬기어(D)로 마련된다.

더블헬리컬기어(Double Helical Gear)란 기어치가 비스듬하면서 서로 반대 방향을 가진 기어를 같은 축에 하나로 조합한 형태의 기어로서 진동이나 소음이 적고 운전이 원활하며, 축 방향으로 작용하는 추력(推力:thrust)도 없는 특징이 있다.

즉, 본 발명에 사용되는 더블헬리컬기어(D)는 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)의 중심선(A)을 기준으로 양측에 서로 반대방향의 경사각으로 비스듬히 형성된 제 1 헬리컬기어부(d1)와 제 2 헬리컬기어부(d2)로 구성되어 있으며, 랙 기어(110)와 피니언 기어(120)의 헬리컬기어부는 각각 치합이 가능하도록 동일한 경사각을 가지도록 형성된다.

이러한 더블헬리컬기어는 다른 분야에서도 사용되는 기어 구조이므로 본 명세서에서는 더 상세한 설명을 생략하기로 한다.

더블헬리컬기어에서 축 방향으로 작용하는 추력이 없는 특징은 도 5에서 도시된 바와 같다.

즉, 더블헬리컬기어의 기어치는 중심축을 기준으로 좌, 우에 일정 각도로 대칭하여 형성되어 있으므로 대칭하여 형성된 기어치 각각에 수직하게 접촉하중이 작용하고 전달하중은 축과 평행하게 작용하는 경우라도 추력이 중심축을 기준으로 서로 상쇄되는 방향(도 5에서 b와 c로 표시)으로 작용하므로 결국 축 방향으로 작용하는 추력이 없어지게 된다.

이와 같이 더블헬리컬기어를 랙 기어와 피니언 기어에 적용시킴으로써 종래 랙 바에 발생하던 추력에 의해 랙 바와 서포트 요크 사이에서 발생하는 래틀 노이즈를 감소시킬 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 피니언 기어에 형성된 더블헬리컬기어의 형성과정을 도시한 도면이다.

도 6을 기준으로 본 발명의 실시예에 따라 피니언 기어에 형성된 더블헬리컬 기어의 형성과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저 작업자는 종래 피니언 기어의 절반 크기에 해당하는 제 1 헬리컬기어부(610)를 마련한다.

그리고, 제 1 헬리컬기어부(610)의 제 1 기어치(615) 방향과 대칭되도록 제 2 기어치(635)가 배열된 제 2 헬리컬기어부(630)를 마련한다. 즉, 제 1 중심축(620)을 제 2 중심축(640)과 일치시킬 때 제 1 기어치(615)와 제 2 기어치(635)가 대칭되어 겹칠 수 있도록 제 1 헬리컬기어부(610)와 제 2 헬리컬기어부(630)를 마련한다.

그 후, 제 1 헬리컬기어부(610)의 제 1 중심축(620)과 제 2 헬리컬기어부(630)의 제 2 중심축(640)을 일치시켜 제 1 헬리컬기어부(610)와 제 2 헬리컬기어부(630)를 결합시킨다.

여기서, 제 1 헬리컬기어부(610)와 제 2 헬리컬기어부(630)를 결합시키는 방법은 용접 등 다양한 방법을 사용할 수 있을 것이다.

이상과 같은 과정을 통해 제 1 헬리컬기어부(610)와 제 2 헬리컬기어부(630)를 결합시키면 본 발명의 실시예에 따른 더블헬리컬기어가 형성된 피니언 기어를 제작할 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 위 한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 일반적인 랙 피니언 방식 조향장치의 개략적인 구성도;

도 2는 종래 랙 피니언 방식 조향장치에서 랙바와 피니언 기어의 단면도;

도 3은 종래 랙 바와 피니언 기어에 쓰이는 헬리컬기어에 가해지는 분력을 나타낸 개념도;

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어의 평면도;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 더블헬리컬기어에 가해지는 분력을 나타낸 개념도; 및

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 피니언 기어에 형성된 더블헬리컬기어의 형성과정을 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 조향 휠 110: 랙 기어

120: 피니언 기어 130: 기어 박스

140: 랙 바 150: 타이로드

410: 피니언밸브 어셈블리 610: 제 1 헬리컬기어부

615: 제 1 기어치 620: 제 1 중심축

630: 제 2 헬리컬기어부 635: 제 2 기어치

640: 제 2 중심축

Claims (2)

1. 좌, 우로 움직이며 자동차의 바퀴로 조향력을 전달하는 랙 바와 상기 랙 바에 형성된 랙 기어에 치합하는 피니언 기어가 형성되어 조향 휠의 회전력을 상기 랙 바로 전달하는 피니언 밸브 어셈블리를 포함하여 구성되는 조향장치에 있어서,

   상기 랙 기어와 상기 피니언 기어는 더블헬리컬기어로 치합하는 것을 특징으로 하는 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피니언 기어에 형성되는 더블헬리컬기어는

   제 1 헬리컬기어부와, 상기 제 1 헬리컬기어부의 제 1 기어치 방향과 대칭되도록 제 2 기어치가 배열된 제 2 헬리컬기어부를 결합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 더블헬리컬기어가 형성된 랙 바와 피니언 기어를 구비한 조향장치.

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