KR100924529B1 - 신축 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 축방향의 외주면에 복수개의 제1스플라인이 형성되고, 일단과 중앙부의 외주면에 반지름 방향으로 고정홈 및 이탈방지턱이 형성된 수컷축, 내부에 중공부가 형성되고, 상기 중공부의 내주면에 상기 제1스플라인과 대응되는 위치에 제2스플라인이 형성된 암컷축, 상기 제1스플라인 홈과 제2스플라인 홈 사이에 위치하는 복수의 볼, 상기 복수개의 제1스플라인 홈에 삽입되는 평판 형상의 판스프링 및 상기 고정홈에 결합되며 상기 판스프링의 일단을 감싸도록 형성되어 상기 판스프링의 이탈을 방지하는 고정링을 포함하며, 제1스플라인 홈에는, 상기 판스프링이 이격되도록 단면이 ㄷ자 형상인 홈이 형성된 신축 샤프트가 제공된다.

개시된 신축 샤프트에 의하면, 노면으로부터 전달되는 진동을 감쇠시키는 성능과 스티어링 휠 조작의 응답성을 동시에 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

킥백, 신축 샤프트, 스플라인

Description

신축 샤프트 {Telescopic Shaft for Vehicle}

본 발명은 신축 샤프트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수컷축과 암컷축에 각각 형성된 제1스플라인 홈과 제2스플라인 홈 사이를 이동하는 복수의 볼 및 탄성재를 구비하여 킥백에 의하여 운전자에게 전달되는 진동을 저감시키는 것을 특징으로 하는 신축 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 스티어링 휠의 조작력을 기어기구에 전달하는 신축 샤프트는 암컷축(female shaft)과 수컷축(male shaft)으로 구성되어 있으며, 암컷축의 일단에는 스티어링 칼럼이 결합되고, 수컷축의 타단에는 스티어링 기어(steering gear)가 결합된다.

상기 신축 샤프트는 차륜과 간접적으로 연결되어 있으므로 주행 중 요철 등에 의해 노면으로부터 발생한 진동 및 킥백(kick-back)이 스티어링 휠을 조작하는 운전자에게로 전달되어, 조작감을 저하시키게 된다.

도 1은 기존의 신축 샤프트의 단면도이다. (일본공개특허 2006-224767호)

상기의 문제점을 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 신축 샤프트(10)는 수컷축(11)과 암컷축(12)의 사이에 볼(15)을 지지하는 스프링(13)을 넣었 지만 신축 샤프트가 과도하게 변형되는 경우 파손되는 단점이 있어 그를 보완하기 위하여 니들(14)을 넣어 강성을 증가시켰다.

하지만, 기존의 니들을 이용하는 방법은 조향이 된 경우에는 니들 자체의 마찰력에 의해 축방향으로 이동이 어려워 차량이 요철 등을 지나는 경우 발생하는 충격(킥백)이 그대로 운전자에게 전달되는 문제점이 있었다.

게다가 종래의 신축 샤프트에 장착되는 스프링(13)은 양단의 꺾여진 부위(A)가 진동을 흡수하도록 제작되었는데(2점 지지), 이 스프링의 꺾여진 부위(A)에 의하여 조향 시 유격이 발생한다.

그런데, 상기 스프링은 프레스 가공에 의하여 가공되는 것이 일반적인데, 이 가공방법으로는 상기 꺾여진 부위(A)를 최소화하는데 한계가 있고, 이에 따라 종래 신축 샤프트는 조향 시에 발생하는 유격을 감소시키는 데에 한계가 있다는 문제점을 가지고 있었다.

그리고, 신축 샤프트의 규격에 비례하여 꺾여진 부위(A)의 크기가 증가할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

즉, 상술한 종래의 신축 샤프트구조는 요철 주행시 노면으로부터 전달되는 진동을 감쇠시킴과 동시에 스티어링 휠 조작의 응답성을 향상시키기 어려울 뿐만 아니라, 조향 시 발생하는 유격을 소정치 이하로 조정하는 것 또한 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 노면으로부터 전달되는 진동 및 킥백에 의한 진동을 효과적으로 감쇠시킴과 동시에 조향응답성의 저하를 방지할 수 있는 신축 샤프트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신축 샤프트는 축방향의 외주면에 복수개의 제1스플라인이 형성되고, 일단과 중앙부의 외주면에 반지름 방향으로 고정홈 및 이탈방지턱이 형성된 수컷축, 내부에 중공부가 형성되고, 상기 중공부의 내주면에 상기 제1스플라인과 대응되는 위치에 제2스플라인이 형성된 암컷축, 상기 제1스플라인 홈과 제2스플라인 홈 사이에 위치하는 복수의 볼, 상기 복수개의 제1스플라인 홈에 삽입되는 평판 형상의 판스프링 및 상기 고정홈에 결합되며 상기 판스프링의 일단을 감싸도록 형성되어 상기 판스프링의 이탈을 방지하는 고정링을 포함한다.

또한, 본 발명의 신축샤프트는 판스프링과 볼이 1점 지지되는 구조로 이루어질 수 있으며, 판스프링의 외표면 중 제1스플라인 홈의 제1바닥면 상부로 가장 돌출된 부분과 제1스플라인 홈의 제1바닥면과의 사이의 높이가, 제1스플라인 홈의 깊이보다 낮은 구조를 가져 판스프링과 볼이 1점 지지되도록 할 수 있다.

더욱이, 상기 판스프링은, 상기 볼의 압흔이 생기도록 일면에 홈이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

게다가, 상기 제1스플라인 홈에는, 상기 판스프링이 이격되도록 단면이 ㄷ자 형상인 홈이 더 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 볼은 표면이 나일론 코팅처리되어 진동과 소음이 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명인 신축 샤프트에 의하면,

첫째, 노면으로부터 전달되는 진동을 감쇠시키는 성능과 스티어링 휠 조작의 응답성을 동시에 향상시킬 수 있다.

둘째, 기존의 니들을 볼로 대체함으로써 조향이 된 경우에도 신축 샤프트가 길이방향으로 이동가능하여 킥백의 영향을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 분해사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 일부 결합사시도, 도 4는 도 2에 도시된 신축 샤프트의 결합사시도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 횡단면도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 종단면도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 단면사시도이다.

그리고, 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 신축 샤프트(100)는 크게 수컷축(110)과 암컷축(140)을 구비한다.

상기 수컷축(110)은 축방향의 외주면에 제1스플라인(111)이 형성되고, 제1스플라인(111) 사이에는 제1스플라인 홈(111b)이 형성되어 있으며, 수컷축(110)의 일단의 외주면에는 반지름 방향으로 고정홈(112) 및 이탈방지턱(115)이 형성되고, 수컷축(110)의 중앙부의 외주면에도 반지름 방향으로 고정홈(113) 및 이탈방지턱(116)이 형성된다.

또한, 상기 고정홈(112, 113)에는 판스프링(120)을 감싸며 고정하는 고정링 (130a, 130b)이 형성된다. 상기 고정홈(112, 113)에 결합되는 고정링(130a, 130b)은 판스프링(120)의 이탈을 방지한다. 그리고, 상기 고정홈(112, 113)의 일측에는 이탈방지턱(115, 116)이 형성되는데, 상기 이탈방지턱(115, 116)은 볼(150)의 축방향의 이동을 제한하는 스토퍼(stopper) 역할을 한다.

상기 암컷축(140)의 내부에는 중공부(141)가 형성되고, 그 중공부(141)의 내 주면에는 제1스플라인(111)과 대응되는 위치에 제2스플라인(142)이 형성된다. 제2스플라인(142)의 사이에는 제1스플라인(111)과 마찬가지로 제2스플라인 홈(142b)이 형성된다.

그리고, 제1스플라인 홈(111b)과 제2스플라인 홈(142b) 사이를 이동하는 복수의 볼(150)이 구비되며, 볼(150)의 구름작용에 의해 수컷축(110)이 암컷축(140)의 내부에서 축방향으로 수직이동을 하게 되며, 유동 범위가 증대된다.

또한, 상기 복수의 볼(150)은 표면을 코팅 처리함으로써 진동과 소음을 더욱 감소시킬 수 있다. 특히, 나일론 계열 재질로 그 표면을 코팅 처리하는 것이 바람직하다.

그리고, 각각의 제1스플라인 홈(111b)에는 판스프링(120)이 삽입된다.

앞선 종래기술의 경우 도 1의 꺾여진 스프링(13)을 사용하였고, 스프링(13)의 양단의 꺾여진 부위(A)가 진동을 흡수하도록 제작되어서(2점 지지), 꺾여진 부위(A)에 의하여 발생하는 조향 시의 유격을 최소화하는 데 한계가 있었고, 신축 샤프트의 규격에 비례하여 그 꺾여진 부위(A)의 크기가 증가할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

이에 반하여, 본 발명은 평판형상의 판스프링(120)을 사용하여 판스프링(120)과 볼(150)이 1점 지지되는 구조로 이루어짐으로써 탄성계수가 증대되고 변형량이 줄어들어 조향 시 발생하는 유격을 최소화한다. 도 5의 B를 참조하면, 제1스플라인 홈(111b)은, 양측의 제1스플라인(111) 사이에서 오목하게 형성되어 양측의 제1스플라인(111)의 외표면과 단차를 형성하는 제1바닥면(211a)을 갖는다. 또 한, 상기 제1스플라인 홈(111b)은 상기 제1바닥면(211a)과 양측의 제1스플라인(111)과의 경계를 형성하는 측벽(212)을 갖는다. 도면에서 보듯이 판스프링(120)은 상기 제1스플라인 홈(111b) 내부에 완전히 삽입됨으로써 상기 볼(150)과 1점 지지되는 구조를 이룰 수 있다. 이 경우, 상기 판스프링(120)이 상기 제1스플라인 홈(111b)의 외부로 돌출되지 않도록, 상기 판스프링(120)의 외표면 중 제1스플라인 홈(111b)의 제1바닥면(211a) 상부로 가장 돌출된 부분과 제1스플라인 홈(111b)의 제1바닥면(211a)과의 사이의 높이가, 상기 제1스플라인 홈(111b)의 측벽(212)의 높이 즉, 제1스플라인 홈(111b)의 깊이보다 낮다.

또한, 종래기술의 경우 도 1의 니들(14)을 사용하였다. 상기 니들(14)은 열처리 상태 혹은 외부 충격 등에 의해 용이하게 변형되는데 이러한 변형이 발생한 경우 또는 상기 암컷축(12) 및 수컷축(11)에 형성된 제1, 2스플라인 홈이 가공공정 중 정확하게 직선으로 성형이 안 되어진 경우에는, 상기 암컷축(12)과 수컷축(11)의 축방향 상대이동시 니들(14)이 상기 제1,2스프라인 홈을 따라 슬라이딩 되지 못하고, 제1,2 스프라인 홈 내면에 걸리게 됨으로써 상기 암컷축(12) 및 수컷축(11)의 축방향 상대 이동을 방해한다는 단점이 있었다.

그러나, 본 발명의 경우에는 상기 제1, 2 스플라인 홈(111b, 142b)의 변형이 있는 경우에도 상기 판스프링(120)과 접촉하는 볼(150)이 상기 제1, 2스플라인 홈(111b, 142b)을 따라 축방향으로 이동할 수 있으므로 상기 암컷축(140) 및 수컷축(110)의 축방향 이동에 영향을 주지 않게 된다.

더욱이, 종래의 니들 타입의 신축 샤프트 구조에서는, 조향이 된 경우 축방 향으로는 암컷축 및 수컷축이 상대이동이 안 되어, 조향 시 요철을 만나는 경우 그 충격이 그대로 전달되는 문제점이 있었는데 반하여, 본 발명은 판스프링(120)과 접촉하는 볼(150)을 채택하여, 조향이 된 경우에도 축방향으로의 이동을 가능하게 함으로써 킥백에 의한 진동의 영향을 감소시킨다.

다시 말하면, 본 발명의 신축 샤프트(100)를 사용하면, 노면으로부터 스티어링 휠로 전달되는 킥백의 영향을 감쇠시킴과 동시에 스티어링 휠 조작의 응답성을 향상시킬 수 있는 것이다.

다음으로, 또한, 도 5의 B에 도시된 것처럼, 본 발명의 판스프링(120)은 볼(150)이 일점 지지되면서 볼(150)의 압흔이 생기도록 일면에 장홈(120a)이 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 판스프링(120)이 볼(150)과 맞닿는 면에 장홈(120a)을 형성함으로써 취약부를 마련하고 그 취약부로 압력이 생기도록 하여, 의도하지 않은 곳으로의 압흔이 생기는 것을 방지하고 판스프링(120)이 불균일하게 변형되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

또한, 도 5의 B에 도시된 것처럼, 제1스플라인 홈(111b)의 제1바닥면(211a)에는 판스프링(120)이 이격되도록 단면이 ㄷ자 형상인 홈이 더 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제1바닥면(211a)과 단차를 갖는 제2바닥면(211b)을 형성하도록 제1바닥면(211a)에 홈이 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 판스프링(120)의 두께인 t를 증가시키면, 스프링의 탄성계수가 증가하므로 신축 샤프트의 회전각도인 유격이 감소한다. 따라서, 판스프링의 두께의 조 절만으로도 본 발명의 목적인 킥백의 영향 감쇠와 스티어링 휠 조작응답성이라는 목적을 간단하게 달성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 실험결과 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 ±1Nm의 토크 시 종래제품보다 훨씬 적은 회전각도 3분의 유격만이 발생한다.

그리고, ±1Nm 이상으로 토크가 증가하는 경우에도 완전 강체 특성을 가지고 변형하지 아니하고 회전각이 서서히 증가하게 되는 유동성을 가짐으로써 조향이 된 경우에도 로워샤프트와 암컷축의 상대 이동을 가능하게 하여 킥백의 영향 감소에 더욱 향상된 결과를 가져온다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 기존의 신축 샤프트의 단면도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 분해사시도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 일부 결합사시도,

도 4는 도 2에 도시된 신축 샤프트의 결합사시도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 횡단면도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 종단면도,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 신축 샤프트를 나타낸 단면사시도,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실험결과 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 신축 샤프트 110 수컷축 111 제1스플라인

111b 제1스플라인 홈 112, 113 고정홈 115, 116 이탈방지턱

120 판스프링 120a 장홈 130 (130a, 130b) 고정링 140 암컷축 141 중공부 142 제2스플라인

142b 제2스플라인 홈 150 볼 211a 제1바닥면

211b 제2바닥면 212 측벽

Claims (5)

1. 축방향의 외주면에 복수개의 제1스플라인(111)이 형성되고, 일단과 중앙부의 외주면에 반지름 방향으로 고정홈(112, 113) 및 이탈방지턱(115, 116)이 형성된 수컷축(110);

   내부에 중공부(141)가 형성되고, 상기 중공부(141)의 내주면에 상기 제1스플라인(111)과 대응되는 위치에 제2스플라인(142)이 형성된 암컷축(140);

   제1스플라인 홈(111b)과 제2스플라인 홈(142b) 사이에 위치하는 복수의 볼(150);

   상기 복수개의 제1스플라인 홈(111b)에 삽입되는 평판 형상의 판스프링(120); 및

   상기 고정홈(112, 113)에 결합되며 상기 판스프링(120)의 일단을 감싸도록 형성되어 상기 판스프링(120)의 이탈을 방지하는 고정링(130a, 130b)을 포함하며,

   제1스플라인 홈(111b)에는, 상기 판스프링(120)이 이격되도록 단면이 ㄷ자 형상인 홈이 형성된 신축 샤프트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 판스프링(120)과 상기 볼(150)이 1점 지지되는 구조로 이루어지는 신축 샤프트.
3. 제2항에 있어서,

   상기 판스프링(120)의 외표면 중 제1스플라인 홈(111b)의 제1바닥면(211a) 상부로 가장 돌출된 부분과 제1스플라인 홈(111b)의 제1바닥면(211a)과의 사이의 높이가, 제1스플라인 홈(111b)의 깊이보다 낮은 것을 특징으로 하는 신축 샤프트.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 판스프링(120)은, 상기 볼(150)의 압흔이 생기도록 일면에 장홈(120a)이 형성된 것을 특징으로 하는 신축 샤프트.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 볼(150)은 표면이 나일론 코팅처리되어 진동과 소음이 감소되는 것을 특징으로 하는 신축 샤프트.

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