KR101021311B1 - 차량용 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출 가공을 통해 어퍼 샤프트 외주면에 간단하게 키홈을 형성하므로, 제품 제조 원가를 절감하면서도 제품의 강성과 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법에 관한 것이다.

이를 위해, 스티어링의 어퍼 샤프트를 제조하는 방법에 있어서, 일정길이로 절단된 압출소재를 표면처리하는 제1단계와; 압출소재 내면에 스플라인을 성형함과 동시에, 축관을 성형하는 제2단계와; 압출소재 내면에 세레이션을 성형하는 제3단계와; 압출소재 외주면에 키홈을 성형하여, 그 내주면에 돌출부를 성형하는 제4단계와; 키홈 내측면을 절삭하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 제조방법에 따라, 키홈의 가압 성형을 통해 압출소재의 내주면을 돌출 성형함으로써, 열처리 가공 없이 어퍼 샤프트의 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 열처리 가공에 따른 시간과 비용을 절감하여 제품 제조 원가를 줄이며, 제품 생산성을 극대화시킬 수 있는 효과도 있다.

스티어링, 조향장치, 어퍼 샤프트, 압출기, 키홈, 록킹바.

Description

차량용 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법{Method for manufacturing upper shaft of steering column set}

본 발명은 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압출 가공을 통해 어퍼 샤프트 외주면에 간단하게 키홈을 형성하므로, 제품 제조 원가를 절감하면서도 제품의 강성과 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 조향장치로도 불리우는 자동차의 스티어링 시스템(steering system)은 자동차의 진행 방향을 운전자가 의도하는 바에 따라 임의적으로 바꿀 수 있는 장치로써, 핸들의 회전운동을 스티어링기어에 전달하여 앞바퀴의 진행 방향을 바꾸고, 자동차의 주행 안정성과 조정성을 최적의 상태로 유지하는 역할을 한다.

이러한, 스티어링 시스템을 구성하는 스티어링 칼럼 세트는 핸들, 어퍼 샤프트(upper shaft), 로우어 샤프트(lower shaft), 조향축관, 하우징, 재킷(jacket) 등으로 구성이 된다.

이와 같은 구성 요소 중, 특히 어퍼 샤프트는 핸들의 조작력을 스티어링기어의 웜기어에 직접적으로 전달하는 축으로, 어퍼 샤프트의 상단에는 핸들이 결합 될 수 있도록 나사산이 가공되고, 하단에는 로우어 샤프트 및 메인샤프트와 함께 조향기어가 결합되는 구조를 갖는다.

그리고, 상기한 어퍼 샤프트는 환봉재나 튜브재를 통해 주로 제조되며, 핸들의 조향력을 확실하게 전달하기 위해 축이음부는 양면이 평평하게 성형되거나 혹은 축 내외부에 세레이션이 형성되기도 한다. 또한, 메인샤프트와 조립되는 어퍼 샤프트의 이음부는 초기 충격력을 흡수하고 사고 발생시 급작스런 충격으로 인한 충격완화를 위하여 플라스틱으로 몰딩되어 연결된다.

또, 상기 어퍼 샤프트의 외주면 일부에는 키홈을 형성하여 하우징에 연동하여 작동하는 록킹바가 상기 키홈에 걸려지도록 함으로써, 차량의 전원 오프에 따라 핸들의 회전운동을 제한하게 된다.

한편, 도 1은 위에서 설명된 키홈을 형성한 종래의 어퍼 샤프트를 나타낸 사진으로, 이와 같은 어퍼 샤프트를 제조하기 위해서는, 관 형태로 형성한 록킹부재 외주면에 키홈을 형성하고, 상기 록킹부재를 샤프트에 끼운 후 용접함으로써, 어퍼 샤프트 외주면에 키홈을 형성한다.

그러나, 상기한 종래의 어퍼 샤프트는 록킹부재에 키홈을 형성한 이 후, 록킹부재를 샤프트에 용접하는 과정을 추가적으로 거쳐야 함으로써, 어퍼 샤프트 제조공정이 복잡하여 제품의 생산성이 저하됨은 물론, 제품 제조 원가가 상승하는 문제가 있었고, 특히 용접시 발생하는 열에 의해 소재의 특성이 변하여 강도와 내구성이 떨어지며, 이로 인해 제품의 안전성과 신뢰성이 크게 저하되는 문제가 있었다. 또한, 어퍼 샤프트 제조를 위해 샤프트와 록킹부재를 각각 구비해야 함으로써, 제품의 경량화 및 일체화가 어려운 문제가 있었다.

도 2에 도시한 어퍼 샤프트는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 다른 종래의 어퍼 샤프트를 나타낸 사진으로, 일체로 형성된 어퍼 샤프트 외주면을 절삭하여 키홈을 형성하고, 상기 키홈 주위에 제품 강성 향상을 위해 고주파 열처리를 함으로써, 어퍼 샤프트를 제조하게 된다.

그러나, 상기한 다른 종래의 어퍼 샤프트는 고주파 열처리가공이 쉽지 않고, 열처리 가공에 많은 비용이 소모되어 제품 제조 원가를 상승시키는 단점이 있으며, 실질적으로 고주파 열처리를 통해 제품에 변형이 일어날 뿐만 아니라, 제품 강성 향상을 장담할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 압출 가공을 통해 어퍼 샤프트 외주면에 간단하게 키홈을 형성하므로, 제품 제조 원가를 절감하면서도 제품의 강성과 내구성을 향상시키고, 제품 변형을 방지할 수 있도록 한 차량용 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차량에 적용되는 스티어링의 어퍼 샤프트를 제조하는 방법에 있어서, 일정 길이로 절단된 튜브형의 압출소재에 쇼트블라스트 가공을 통해 표면의 이물질을 제거한 후, 인산염으로 피막처리를 하는 제1단계와; 압출소재 일단부 내주면에 스플라인을 압출 성형함과 동시에, 스플라인이 형성되는 부분을 축관 성형시키는 제2단계와; 압출소재 타단부 내주면에 세레이션을 압출 성형하는 제3단계와; 스플라인과 세레이션 사이에 위치한 압출소재 외주면에 키홈을 압출 성형하여 그 가압력에 의해 내주면에 돌출부를 성형하는 제4단계와; 압출 성형된 키홈 내측면을 절삭하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 압출소재 외주면에 압출기를 이용하여 키홈을 쉽고 간편하게 성형함으로써, 제품 제조 공정을 단순화시켜 제품 제조 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있고, 특히 키홈의 가압 성형을 통해 압출소재의 내주면을 돌출 성형함으로써, 추가적인 열처리 가공을 하지 않더라도 돌출부를 통해 어퍼 샤프트의 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 추가적인 열처리 가공이 필요 없어 열처리 가공에 소요되는 시간과 비용을 절감함으로써, 기업의 채산성을 높임과 아울러, 제품 제조 시간을 단축시켜 제품 생산성을 극대화시킬 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3과 도 4는 본 발명의 차량용 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법을 순차적으로 도시한 것으로, 5단계로 나뉘어진다.

먼저, 제1단계에서는 어퍼 샤프트를 제조하기 위한 튜브형의 압출소재(1)를 절단기를 통해 절단하여 준비하고, 이 절단된 압출소재(1)에 쇼트블라스트를 통해 표면의 이물질을 제거한다. 즉, 쇼트블라스트는 숏 또는 그릿(grit)이라고 하는 금속·비금속의 미세한 입자를 매분 약 2,000회전의 고속으로 회전시켜 압출소재(1)에 투사함으로써, 원심력에 의해 자동적으로 압출소재(1) 표면을 깨끗하게 처리할 수 있게 된.

그리고, 이물질이 제거된 압출소재(1)의 표면을 인산염으로 피막 처리함으로써, 압출소재(1)의 표면에 화학적인 피막을 생성하게 되고, 이를 통해 압출소재(1)의 방청성, 내식성, 내고온 산화성 등의 화학적 성질을 향상시킬 수 있으며, 동시에 경도 내마모성을 증가시킬 수 있게 된다.

제2단계에서는 제1단계에서 표면 처리된 압출소재(1) 일단부 내주면에 로우어 샤프트 및 메인샤프트 등이 결합될 수 있도록 압출기를 통해 약 64ton의 가압 하중으로 스플라인(2)을 압출 성형한다. 이때, 상기한 스플라인(2)이 성형되는 압출소재(1) 부분은 스플라인(2)의 압출 성형과 동시에 외경이 축소되는 축관 성형이 이루어지면서, 압출소재(1)의 길이가 길어지게 된다.

즉, 제1단계에서 표면 처리된 압출소재(1)의 길이가 190~200㎜인 경우, 제2단계를 통해 압출소재(1)를 축관 성형하게 되면 압출소재(1)의 길이가 220~230㎜로 길어지게 된다. 따라서, 제1단계에서 압출소재(1)를 절단할 때에, 압출소재(1)가 연장되는 길이를 감안하여 절단하는 것이 적절하다.

여기서, 본 발명의 스플라인(2) 성형에 사용되는 압출기는 통상의 압출기가 사용될 수도 있으나, 적절하게는 대한민국 특허 등록번호 제0792202호(명칭 : 중공축의 내경 스플라인 성형방법)와, 대한민국 특허 등록번호 제0750062호(명칭 : 중공축의 내경 스플라인 성형장치)에 예시된 압출장치가 사용될 수 있다.

즉, 외주면에 스플라인홈이 형성된 압출공구를 서포트로드에 고정시키고, 상기 서포트로드에 압출소재를 삽입한다. 그리고, 가압실린더의 구동을 통해 압출공구와 압출소재를 압출금형부 중앙의 장입홀 내부로 장입시켜 가압한다. 이때, 장입홀 내부는 경계지점이 테이퍼진 형태로 단차 형성되므로, 압출소재를 외경을 축관 형태로 압출 성형할 수 있고, 압출소재의 압출 가공시 압출공구에 형성된 스플라인홈을 통해 압출소재 내주면에 스플라인을 압출 성형할 수 있는 것이다.

제3단계에서는 제2단계에서 압출 성형된 압출소재(1) 타단부 내주면 즉, 직 경이 상대적으로 큰 단부 내주면에 핸들이 결합될 수 있도록 압출기를 통해 약 20ton의 가압 하중으로 세레이션(3)을 압출 성형한다. 여기서, 상기 압출기는 내부에 세레이션(3)을 성형하는 통상의 압출기가 사용될 수 있다.

제4단계에서는 압출기를 통해 약 20ton의 가압 하중을 가하여 직경이 큰 압출소재(1) 외주면 일부에 키홈(4)을 성형한다. 이때, 도 6과 같이 상기 키홈(4)이 성형되는 압출소재(1)의 내주면에는 키홈(4) 성형에 따른 가압력에 의해 소정 두께만큼 돌출부(4a)가 성형되고, 또한 이와 같은 돌출부(4a)는 돌출 성형되는 형상 특성으로 인해 스플라인(2)과 세레이션(3)의 형상이 변형되는 것을 방지하도록 상기 키홈(4)은 적어도 스플라인(2)과 세레이션(3) 사이 내에서 성형하는 것이 적절하다. 여기서, 상기 압출기 역시 키홈(4)을 성형할 수 있는 통상의 압출기가 사용될 수 있다.

마지막으로, 제5단계에서는 도 7과 같이 압출 성형된 키홈(4) 내측면을 CNC선반 등을 이용하여 깨끗하게 후처리 절삭 가공함으로써, 도 5에서 도시한 바와 같은 어퍼 샤프트를 제조할 수 있고, 이를 통해 키홈(4)에 록킹바를 안정적으로 록킹시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법은, 절단된 압출소재(1) 표면에 쇼트블라스트 처리를 수행함으로써, 압출소재(1) 표면의 이물질을 깨끗하게 제거할 수 있고, 또한 압출소재(1) 표면에 인산염을 피막 처리함으로써, 압출소 재(1)의 방청성, 내식성, 내고온 산화성, 경도, 내마모성 등을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 어퍼 샤프트 제조방법은 압출소재(1) 내주면에 스플라인(2)을 압출 성형함과 동시에 축관 성형이 가능함은 물론, 압출소재(1) 외주면에 압출기를 이용하여 키홈(4)을 쉽고 간편하게 성형함으로써, 제조공정을 간소화 및 최소화시켜 제품의 생산성을 향상시킴은 물론 제품 제조 원가를 절감할 수 있다.

즉, 종래 기술의 일례로 예시한 어퍼 샤프트의 경우 키홈이 형성된 록킹부재를 샤프트와 용접하는 과정을 더 거쳐야 함으로써, 제조공정이 복잡함은 물론, 용접 접합에 따른 강도 저하의 문제점이 있고, 다른 일례로 예시한 어퍼 샤프트의 경우 키홈 성형 이 후에 고주파 열처리 가공을 해야 함으로써, 이 역시 제조공정을 단순화시키기 어려운 문제가 있음은 물론, 제품 변형이 발생하는 문제가 있다.

또한, 본 발명은 키홈(4) 성형 과정에서 키홈(4)을 완전하게 관통 성형하지 않고 여분의 메탈이 남겨지는 홈 형태로 형성하여 압출소재(1)의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 특히 키홈(4)의 가압 성형을 통해 압출소재(1)의 내주면에 돌출부(4a)를 성형함으로써, 추가적인 열처리 가공을 하지 않더라도 열처리 가공을 통해 획득할 수 있는 강도 향상을 대체할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 추가적인 열처리 가공이 필요 없어 열처리 가공에 소요되는 시간과 비용을 절감하여 기업의 채산성을 더욱 높일 수 있음은 물론, 제품 제조 시간을 단축시켜 제품 생산성을 극대화시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명 백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 어퍼 샤프트를 나타낸 사진,

도 2는 다른 종래 기술에 의한 어퍼 샤프트를 나타낸 사진,

도 3은 본 발명에 의한 어퍼 샤프트 제조방법을 순차적으로 나열한 블록도,

도 4는 본 발명에 의한 어퍼 샤프트의 단면도로 나타낸 제조방법의 공정도,

도 5는 본 발명에 의해 제조된 어퍼 샤프트의 사시도,

도 6은 도 4의 A - A선 단면도,

도 7은 도 4의 B - B선 단면도.

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

1 : 압출소재 2 : 스플라인

3 : 세레이션 4 : 키홈

4a : 돌출부

Claims (1)

1. 차량에 적용되는 스티어링의 어퍼 샤프트를 제조하는 방법에 있어서,

   일정 길이로 절단된 튜브형의 압출소재(1)에 쇼트블라스트 가공을 통해 표면의 이물질을 제거한 후, 인산염으로 피막처리를 하는 제1단계와;

   압출소재(1) 일단부 내주면에 스플라인(2)을 압출 성형함과 동시에, 스플라인(2)이 형성되는 부분을 축관 성형시키는 제2단계와;

   압출소재(1) 타단부 내주면에 세레이션(3)을 압출 성형하는 제3단계와;

   스플라인(2)과 세레이션(3) 사이에 위치한 압출소재(1) 외주면에 키홈(4)을 압출 성형하여 그 가압력에 의해 내주면에 돌출부(4a)를 성형하는 제4단계와;

   압출 성형된 키홈(4) 내측면을 절삭하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 스티어링 칼럼의 어퍼 샤프트 제조방법.

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