KR101027482B1 - 신축식 축 동력전달장치 및 이 장치의 설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신축식 축 동력전달장치 및 이 장치의 설계 방법에 관한 것으로서, 내측 샤프트 및 외측 샤프트(튜브)에 각각 형성되는 호형상의 그루브를 동일한 곡률 반경을 갖도록 형성하고, 이 그루브의 곡률 반경은 양측 그루브 사이에 위치되는 전달체(볼)의 외경보다 크게 형성한 상태에서, 양측 그루브를 회전력을 전달할 각도만큼 틀어지게 설계하여 구성함으로써, 전체 장치의 설계 및 제조가 보다 용이해지고, 또한 두 그루브 사이에서 전달체의 유동이 보다 완만하고 부드럽게 이루어져서, 보다 원활하고 안정적인 동력 전달이 가능해지도록 하는 효과를 제공하게 된다.

슬라이딩, 동력전달, 샤프트, 튜브, 스티어링, 그루브, 볼, 핀

Description

신축식 축 동력전달장치 및 이 장치의 설계 방법{Slidable shafts type power transmission device and its designing method}

본 발명은 차량의 조향 장치 등에 적용되어 회전력을 전달하면서 축방향으로 슬라이딩 동작이 가능하도록 이루어진 신축식 축 동력전달장치에 관한 것이다.

신축식 축 동력전달장치는 내측 샤프트와 외측 샤프트(또는 튜브)가 슬라이딩 가능하게 스플라인 방식으로 상호 결합된다. 이를 통해서 회전 방향으로는 상호 구속하면서 동력 전달이 이루어지고, 축방향으로는 슬라이딩 작동이 가능하도록 하여 신축 작동이 이루어질 수 있도록 구성된다.

이러한 신축식 축 동력전달장치는, 차량의 조향 장치에서 스티어링 샤프트 등에 적용될 수 있는데, 스티어링 샤프트에 적용된 경우, 스플라인 결합 구조에 의해 스티어링 휠(핸들이라고도 함)의 회전력을 전달하면서, 슬라이딩 가능 구조에 의해 스티어링 샤프트를 통해 전달되는 충격을 흡수하거나, 스티어링 휠의 높이 조절이 가능하도록 구성되는 것이다.

이외에도, 신축식 축 동력전달장치는 차량의 동력전달장치를 포함하여 회전력을 전달하면서 슬라이딩 가능하게 하는 여러 장치들에 널리 적용되어 사용되고 있다.

이하 신축식 축 동력전달장치의 선행 기술을 살펴본다. 참고로, 도면의 참조 번호는 선행문헌에 개시된 참조 번호를 그대로 사용하여 설명한다.

도 1은 일본 특허공개 2006-349104호(이하 '선행기술 1'이라 함)에 개시된 신축 자재 샤프트가 도시된 도면이다.

선행 기술 1에는, 내축(13) 및 외축(14)의 서로 대향하는 축방향 홈(16, 17) 사이에 볼(15)이 위치된다. 특히 각각의 볼(15)들은 외축(14)의 제1접촉부(31)와 내축(13)의 제2접촉부(32)에 접촉된 상태에서 구름 운동하면서 상대 축에 동력을 전달할 수 있도록 구성된다.

하지만 선행기술 1은, 축방향 홈(16, 17)에서 볼(15)이 접촉되는 제1접촉부(31)와 제2접촉부(32)의 곡률 반경이 볼(15)의 외경과 동일하게 형성되어, 볼(15)이 제1접촉부(31)와 제2접촉부(32)에 밀착된 상태(꽉 끼인 상태)에서 동력을 전달하도록 구성되기 때문에 장시간 사용으로 볼(15)과 양쪽 접촉부(31, 32) 사이에 마모가 발생하면서 볼(15)과 접촉부(31, 32)들 사이에 틈새가 발생하게 되고, 이렇게 틈새가 발생하게 되면 마모 발생이 촉진되고, 특히 회전 방향으로 동력을 전달할 때 소음 발생은 물론 동력 전달 효율도 떨어지게 되는 문제가 있다.

도 2는 미국 특허 4,176,888호(이하 '선행기술 2'라 함)에 개시된 리미티드 슬라이딩 볼 스플라인 어셈블리가 도시된 도면이다.

선행 기술 2에서도 위에서 살펴본 선행 기술1과 동일하게 아웃터 슬리브(8)와 샤프트(10)에 각각 구비되는 그루브(9)와 돌출부(11) 사이에 볼(6)들이 위치되고, 상기 그루브(9)와 돌출부(11)에는 상기 볼(6)의 양쪽면이 접촉되는 곡면형 형상을 갖는 베어링 면(14,16)들이 각각 형성되어 있다.

하지만 선행기술 2도, 위에서 설명한 선행기술 1과 마찬가지로 베어링 면(14, 16)들이 볼(6)의 외경과 동일한 크기의 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성되어 각각의 볼(6)이 양쪽 베어링 면(14, 16) 사이에 완전히 밀착된 상태에서 동력을 전달하게 되므로, 장시간 사용하게 되면 볼(6)과 양쪽 베어링 면(14, 16) 사이에 발생되는 마모로 인해 틈새가 발생하고, 이 틈새에 의해 소음 발생 및 동력전달 효율이 떨어지는 문제가 발생된다.

다만 선행기술 2는 볼(6)들을 지지하는 리테이너(12)에 리브(21)가 형성되어 있어서, 볼(6)이 샤프트(10)의 베어링 면(16)에는 어느 정도 밀착될 수 있으나, 마모 발생시에 반대쪽인 아우터 슬리브(8)의 베어링 면(14)에는 오히려 유격을 발생시켜, 틈새 발생으로 인한 문제점은 지속적으로 발생하게 된다.

상기와 같은 선행기술 1 및 선행기술 2의 전달체(볼)와 이 전달체가 꽉 끼워진 상태에서 접촉하는 접촉부가 동일 곡률로 완전 접촉하는 방식의 문제점을 보완하기 위해, 양쪽 접촉부 사이에서 전달체를 유동 가능하게 함과 아울러 양쪽 전달체 사이에 탄성 부재를 개재시킨 기술이 개발되었는데, 도 3을 참조하여 살펴본다.

도 3은 일본 특허공개 2008-164150호(이하 '선행기술 3'이라 함)에 개시된 신축식 회전 전달축을 보여주는 도면이다.

선행기술 3의 신축식 회전 전달축은, 회전 방향 및 축 방향으로 상대 변위를 가능하게 아우터 샤프트(19)와 이너 샤프트(20)가 결합된다. 이때 두 샤프트(19, 20)에는 상호 마주하는 부분에 아우터측 소경 원호면부(23)와 이너측 소경 원호면부(26), 아우터 대경 원호면부(24)와 이너측 대경 원호면부(27)가 균등 간격으로 배열되어 형성된다.

상기 두 샤프트(19, 20)의 소경 및 대경 원호면부 사이에는 각 원주 방향의 틈새 부분(30)에 각 강구(21)가 위치되는 부분이 존재하도록 구성되고, 이때 강구(21)가 위치되는 부분은, 회전 방향으로의 폭이 반경 방향의 바깥쪽으로 갈수록 점차 좁아지게 형성된다. 그리고 상기 각 강구(21)를 판 스프링(22)을 이용하여 반경 방향의 바깥쪽에 밀어줄 수 있도록 이루어진다.

특히 상기 각 강구(21)의 표면과 접하는 아우터 샤프트측 단차면부(25)와 이너 샤프트측 단차면부(28)의 경사면부(29)와의 경사 각도를 규제하고, 이 양쪽 면부(25, 29)끼리의 간격이 좁아질 때에, 상기 각 강구(21)가 판 스프링 (22)의 탄성력을 이기고 반경 방향의 안쪽으로 이동할 수 있도록 구성된다.

그러나, 상기한 바와 같은 선행 기술 3은 강구(21)가 접촉되는 아우터 샤프트측 단차면부(25)와 이너 샤프트측 단차면부(28)의 형상 및 강구의 접촉 구조가 상이하여 두 샤프트 사이에서 동력을 전달할 때 동력 전달 상태의 차이가 발생하게 되는 문제점이 있다. 즉, 아우터 샤프트측 단차면부(25)에서 강구(21)가 주로 접촉 하는 부분이 대략 직선형 구조를 이루고, 이너 샤프트측 단차면부(28)에서 강구가 접촉하는 부분이 두 개의 직선이 서로 만나는 'V'자형 구조의 경사면으로 이루어지기 때문에 경사면에 의해 강구(21)의 유동이 원활하게 이루어지 않게 되고, 이로 인하여 동력을 전달하는 과정 또는 판 스프링(22)의 탄성력이 약해진 경우에는 강구(21)의 위치가 변동되면서 유격이 발생하게 된다. 이는 결국 소음 발생 및 동력전달 효율의 저하로 이어질 수 있는 문제가 있다.

또한, 선행기술 3은 강구(21)가 접촉하는 부분은 물론, 스프링이 위치되는 부분 등 전체 장치를 설계할 때 전체적인 구조가 복잡하여 설계 및 제조가 쉽지 않아 생산성이 떨어질 수 있는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내측 샤프트 및 외측 샤프트에 각각 형성되는 호형상의 그루브를 동일한 곡률 반경을 갖도록 형성함과 아울러 그 사이에 위치되는 볼(전달체)의 외경보다 크게 형성함으로써 장치의 설계 및 제조가 용이해지고, 또한 두 그루브 사이에서 전달체의 유동이 보다 완만하고 부드럽게 이루어지도록 하여, 보다 원활하고 안정적인 동력 전달이 가능하도록 하는 신축식 축 동력전달장치 및 이 장치의 설계 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치는, 내측 샤프트와 외측 샤프트 사이에 어느 한쪽 샤프트에서 다른 쪽 샤프트로 회전력을 전달함과 아울러 샤프트의 길이 방향으로 슬라이딩 작동이 가능하도록 이루어진 것으로, 상기 두 샤프트 사이에 원형상의 단면을 갖는 전달체가 구비되고, 상기 내측 샤프트의 외측면과 외측 샤프트의 내측면에는 상기 전달체가 끼워져 위치되도록 마주하는 한 쌍의 그루브가 축방향으로 길게 형성되며, 상기 전달체 및 한 쌍의 그루브가 일측 동력전달부를 구성할 때, 두 샤프트의 원주 방향으로 상호 대칭되게 다른 전달체 및 다른 한 쌍의 그루브로 이루어진 타측 동력전달부가 함께 구성되어, 일측 동력전달부와 타측 동력전달부가 단위 동력전달 쌍을 구성하되, 이 단위 동력 전달 쌍은 두 샤프트의 원주 방향으로 복수개가 구비된 구성으로 이루어진 신축식 축 동력전달장치에 있어서, 상기 한 쌍의 그루브는 서로 동일한 크기의 반경을 갖는 원호형상으로 형성됨과 아울러, 각 그루브를 형성하는 원호의 반경은 상기 전달체의 외경을 이루는 반경보다 크게 형성되며, 이러한 한 쌍의 그루브는 두 샤프트의 센터를 지나는 반경선으로부터 두 샤프트의 회전 방향으로 일정 각도 틀어지게 배치되고, 상기 단위 동력전달 쌍을 구성하는 상기 일측 동력전달부와 타측 동력전달부 사이에는 양쪽 동력전달부의 전달체에 탄성력을 제공하는 탄성부재가 구비된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

여기서 상기 내측 샤프트에 형성된 양쪽 그루브 사이에는 상기 탄성부재를 지지하도록 외측 샤프트 방향으로 돌출된 스프링 지지부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법은, 내측 샤프트와 외측 샤프트 사이에 위치되는 전달체의 크기에 맞게 전달체용 원을 설정하는 제1단계와; 상기 전달체용 원의 가로와 세로의 중심선을 그린 다음, 상기 내측 샤프트의 외경 및 외측 샤프트의 내경에 상기 전달체가 접촉하게 될 그루브를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원의 반경보다 큰 반경을 갖는 그루브용 원을 설정하되, 그루브용 원과 전달체용 원의 센터가 일치하도록 그리는 제2단계와; 상기 제2단계에서 설정한 그루브용 원을 이용하여, 외측 샤프트의 그루브를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원의 상측과 세로 중심선의 상부 교점에 외접하도록 외측 그루브용 원을 설정하는 제3단계와; 상기 제3단계 전, 후 또는 동 시에, 상기 제2단계에서 설정한 상기 그루브용 원을 이용하여, 내측 샤프트의 그루브를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원의 하측과 세로 중심선의 하부 교점에 외접하도록 내측 그루브용 원을 설정하는 제4단계와; 상기 전달체를 이용하여 내측 샤프트에서 외측 샤프트로 또는 외측 샤프트에서 내측 샤프트로 회전력을 전달할 각도를 결정하고, 이 각도 만큼 전달체용 원의 센터를 중심으로 상기 제3단계와 제4단계에서 각각 설정된 외측 그루브용 원과 내측 그루브용 원을 전달체용 원에 외접한 상태로 일정 각도만큼 이동시키는 제5단계와; 상기 전달체용 원을 일정한 간극을 두고 경유하도록 동일한 센터를 갖는 내측 샤프트의 외경 선과 외측 샤프트의 내경 선을 그리는 제6단계와; 상기 제6단계 후에, 외측 샤프트의 내경 선과 외측 그루브용 원이 만나는 영역으로 외측 샤프트의 그루브를 형성하고, 이와 동시에 또는 전,후에 내측 샤프트의 외경과 내측 그루브용 원이 만나는 영역으로 내측 샤프트의 그루브를 형성하는 제7단계와; 상기 제7단계까지 진행하면서 결정된 전달체용 원, 외측 그루브, 내측 그루브를 일측 동력전달부로 할 때, 이와 대향되는 타측 동력전달부를 그리기 위해, 내측 샤프트 및 외측 샤프트의 센터를 지나는 대칭선을 중심으로 반대쪽에 타측 동력전달부의 전달체용 원, 외측 그루브, 내측 그루브를 형성하는 제8단계와; 상기 제8단계 후에, 상기 일측 동력전달부와 타측 동력전달부를 단위 동력전달 쌍이라 할 때, 상기 내측 샤프트 및 외측 샤프트의 원주 방향에 상기 단위 동력전달 쌍을 등간격으로 복수개 배열하여 형성하는 제9단계를 포함한 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

또한, 상기 제9단계 후에, 상기 단위 동력전달 쌍을 이루는 일측 동력전달부 와 타측 동력전달부 사이에, 양쪽 동력전달부에 구비되는 전달체에 탄성력을 제공하는 탄성부재를 지지할 수 있도록, 내측 샤프트 부분을 외측 샤프트의 내경 방향으로 돌출시켜 스프링 지지부를 설정하는 제10단계와; 상기 제10단계에서 설정된 스프링 지지부를 중심으로 양쪽 전달체에 탄성력을 제공할 탄성부재를 설정하는 제11단계를 더 포함하여 구성되는 것도 가능하다.

상기 제2단계에서, 상기 그루브용 원은 상기 전달체용 원보다 1.02 ~ 2.5 배 크게 설정되는 것이 바람직하다.

상기 제5단계에서, 회전력을 전달할 각도는 30ㅀ ~ 60ㅀ 사이로 결정하는 것이 바람직하다.

상기 각 일측 동력전달부 및 타측 동력전달부에 조립될 전달체의 외경은 상기 전달체용 원의 직경보다 0.01mm ~ 0.1mm 작은 볼이 삽입되어 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치는, 상기한 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치 및 이 장치의 설계 방법은, 내측 샤프트 및 외측 샤프트에 각각 형성되는 호형상의 그루브를 동일한 곡률 반경을 갖도록 형성하고, 양쪽 그루브 사이에 위치되는 전달체의 외경보다는 크게 형성되기 때 문에 전체 장치의 설계 및 제조가 보다 용이하게 이루어질 수 있고, 특히 동력전달과정에서 내측 샤프트와 외측 샤프트의 양쪽 그루브 사이에서 전달체의 유동이 보다 완만하고 부드럽게 이루어지게 되어, 결과적으로 보다 원활하고 안정적인 동력 전달이 가능해질 수 있는 효과를 제공하게 된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 신축식 축 동력전달장치는, 회전동력을 전달하는 공지의 여러 동력전달장치에 적용될 수 있는바, 본 실시예의 도면에서는 동력전달장치의 전체 구성을 구체적으로 예시하지 않고, 본 발명의 주요 특징적인 구성 부분을 중심으로 설명한다.

도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신축식 축 동력전달장치에 대하여 설명하고, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치의 설계 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 신축식 축 동력전달장치의 구성에 대하여 설명한다.

도 4는 차량의 조향장치 등에 구비될 수 있는 신축식 축 동력전달장치의 횡 단면도, 도 5는 도 4의 주요부 상세도, 도 6은 도 4에서 전달체 및 탄성부재가 제거된 상태를 보여주는 횡 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같은, 신축식 축 동력전달장치는, 크게 내측 샤프트(50), 외측 샤프트(60), 전달체(70), 탄성부재(80)로 이루어진다.

내측 샤프트(50)는 상기 외측 샤프트(60)의 내부에 삽입된 상태에서 좌우 방향 즉, 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있도록 구성된다. 이때 도 6에서와 같이 내측 샤프트(50)의 외경(51)은 외측 샤프트(60)의 내경(61)보다 작게 형성되어 상기 전달체(70)가 삽입되지 않은 조건에서는 상호 구속되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.

외측 샤프트(60)는 상기 내측 샤프트(50)의 외측에 위치되어 내측 샤프트(50)와의 사이에 구비된 전달체(70)를 통해 회전력을 전달받거나 전달할 수 있도록 구성된다.

이러한 내측 샤프트(50)와 외측 샤프트(60) 사이에는 전달체(70)가 구비되는데, 전달체(70)는 구형상의 볼 또는 긴 원통체의 원형핀일 수 있다. 도면에서 전달체(70)는 볼 또는 원형핀을 모두 포함한다.

특히, 상기 내측 샤프트(50)와 외측 샤프트(60)에는 상기 전달체(70)가 삽입된 상태에서 어느 한쪽의 샤프트에서 다른 쪽 샤프트로 회전력을 전달할 수 있도록 하는 그루브(52)(62)가 각각 형성된다.

이러한 그루브(52)(62)들은 내측 샤프트(50) 또는 외측 샤프트(60) 중 어느 한 쪽 샤프트가 상대 샤프트에 대하여 축방향 이동이 가능하도록 하기 위해 축방향 으로 길게 형성된다. 물론, 양쪽 샤프트 모두에 길게 형성되는 것도 가능하나, 어느 한쪽에만 길게 형성되도록 구성하는 것도 가능하다. 축방향으로 길게 형성된 그루브(52)(62)의 구성은 본 발명에 속하는 기술 분야에서는 이미 널리 공지된 구성이므로, 이에 대한 구체적이 도면 예시 및 추가 설명은 생략한다.

또한 상기 그루브(52)(62)들은 하나의 전달체(70)를 중심으로 내측 샤프트(50)와 외측 샤프트(60)에 서로 마주하도록 한 쌍씩 배치되어 구성된다.

이때, 한 쌍의 마주하는 그루브(52)(62)는 서로 동일한 크기의 반경에 의해 형성된 원호로 이루어지고, 또한 두 원호는 전달체(70)의 외경보다는 크게 형성된다. 이러한 한 쌍의 마주하는 그루브(52)(62)의 원호 구성에 대해서는 아래에서 설명될 본 발명의 설계 방법을 통해 자세히 설명한다.

한 쌍의 마주하는 그루브(52)(62)는 그 사이에 삽입된 전달체(70)와 함께 일측 동력전달부를 구성하게 되는데, 반대 방향으로의 동력 전달을 위해 타측 동력전달부도 함께 구성된다. 도 4를 참조하면, "L" 쪽을 일측 동력전달부라 한다면, "R" 쪽은 타측 동력전달부를 구성한다. 이때 일측 동력전달부(L)는 내측 샤프트(50)가 시계 방향으로 회전하면서 외측 샤프트(60)로 동력을 전달할 때 또는 외측 샤프트(60)가 반시계 방향으로 회전하면서 내측 샤프트(50)로 동력을 전달할 때 주로 작용하게 되고, 반대로 타측 동력전달부(R)는 내측 샤프트(50)가 반시계 방향을 회전하면서 외측 샤프트(60)에 동력을 전달할 때 또는 외측 샤프트(60)가 시계 방향으로 회전하면서 내측 샤프트(50)로 동력을 전달할 때 주로 작용하게 된다.

이와 같은 작용을 하는 일측 동력전달부(L) 및 타측 동력전달부(R)가 하나의 단위 동력전달 쌍(S)을 구성하게 되는데, 단위 동력전달 쌍(S)은 일측 동력전달부(L) 및 타측 동력전달부(R)가 내측 샤프트(50) 및 외측 샤프트(60)의 센터(C)를 지나는 대칭선(M)을 중심으로 양쪽으로 대칭되게 배치된다.

또한, 단위 동력전달 쌍(S)은 샤프트의 원주 방향으로 다수의 쌍이 일정 간격마다 배열되어 구성된다. 도 4에서는, 4개의 단위 동력전달 쌍(S)이 구성된 실시예를 예시하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 2쌍 이상 적절한 쌍으로 구성할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 각 단위 동력전달 쌍(S)에서 일측 동력전달부(L)와 타측 동력전달부(R) 사이에는 양쪽 전달체(70)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(80)가 구비된다.

이러한 탄성부재(80)를 지지하기 위해 단위 동력전달 쌍(S)을 이루는 내측 샤프트(50)의 양쪽 그루브(52, 52'; 도 4 참조) 사이에는 외측 샤프트(60) 방향으로 돌출되는 스프링 지지부(65)가 돌출된다. 스프링 지지부(65)의 돌출 형상은 탄성부재(80)의 형상과 종류에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 본 실시예의 도면에서는 절단면이 대략 사다리꼴 모양으로 돌출된 스프링 지지부(65)를 예시하였다.

탄성부재(80)는 판 스프링 구조로 형성하는 것이 바람직하고, 대략 'V'자형 모양으로 형성될 수 있다. 이때 가운데 부분은 상기 스프링 지지부(65)에 안정적으로 놓일 수 있도록 평면부를 형성하고, 그 양쪽 부분이 양쪽 전달체(70)에 접촉되면서 탄성력을 제공할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이제, 도 7을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치의 설계 방법에 대하여 설명한다. 설계 구성을 제외한 위에서 기술한 구성 부분은 도 4를 참조한다.

먼저, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 내측 샤프트(50)와 외측 샤프트(60) 사이에 위치되는 전달체(70)의 크기(외경)에 맞게 전달체용 원(101)을 설정한다.

이때, 전달체용 원(101)의 외경은 차량의 조향 장치용으로는 대략 3.0mm ~ 6.0mm 정도가 바람직하고, 차량의 동력 전달용으로는 6.0mm 이상으로 설정할 수 있다.

다음, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전달체용 원(101)의 가로와 세로의 중심선을 그린 다음, 상기 내측 샤프트(50)의 외경 및 외측 샤프트(60)의 내경에 상기 전달체(70)의 외경이 접촉하게 될 그루브(52)(62)를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원(101)보다 큰 그루브용 원(103)을 설정하되, 그루브용 원(103)과 전달체용 원(101)의 센터가 일치하도록 그린다.

이때, 그루브용 원(103)은 상기 전달체용 원(101)보다 1.02 ~ 2.5 배 정도 크게 설정되는 것이 바람직한데, 이는 전달체용 원(101) 대비 그루브용 원(103)이 1.02 배보다 작거나 2.5배보다 크게 되면, 탄성부재(80)로 유격을 조절하는 기능을 구현하기 어렵기 때문이다.

다음, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 그루브용 원(103)을 이용하여, 외측 샤프트(60)의 그루브(62)를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원(101)의 상측과 세로 중심선의 상부 교점(105)에 외접하도록 외측 그루브용 원(103a)을 설정한다. 즉, 상기 그루브용 원(103)을 상부 교점(105)에서 전달체용 원(101)에 외접하도록 이동시키는 것이다.

다음, 도 7의 (d)와 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 그루브용 원(103)을 이용하여, 내측 샤프트(50)의 그루브(52)를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원(101)의 하측과 세로 중심선의 하부 교점(107)에 외접하도록 내측 그루브용 원(103b)을 설정한다. 즉, 상기 그루브용 원(103)을 하부 교점(107)에서 전달체용 원(101)에 외접하도록 이동시키는 것이다.

다음, 도 7의 (f)에 도시된 바와 같이, 상기 전달체(70)를 이용하여 내측 샤프트(50)에서 외측 샤프트(60)로 또는 외측 샤프트(60)에서 내측 샤프트(50)로 회전력을 전달할 각도를 결정하고, 이 각도 만큼 전달체용 원(101)의 센터를 중심으로 외측 그루브용 원(103a)과 내측 그루브용 원(103b)을 전달체용 원(101)에 외접한 상태로 일정 각도만큼 이동시킨다.

이때, 회전력을 전달할 각도는 30ㅀ ~ 60ㅀ 사이로 결정하는 것이 바람직하고, 본 실시예의 도면에서는 45ㅀ 각도로 설정된 상태를 예시하였다.

이러한 각도 설정은, 회전력을 전달하는 것 이외에도 탄성부재(80)에 의해 내측 샤프트(50)에서 전달체(70)를 외측 샤프트(60) 쪽으로 미는 힘을 발생시켜 축 대칭으로 배열된 전달체(70)가 외측 샤프트(60)로부터 내측 샤프트(50)를 중심축에 위치하도록 하는 반력이 작용한다.

다음, 도 7의 (g)와 (h)에 도시된 바와 같이, 상기 전달체용 원(101)을 일정한 간극을 두고 경유하도록 동일한 센터를 갖는 내측 샤프트(50)의 외경 선(111)과 외측 샤프트(60)의 내경 선(112)을 그린다.

다음, 도 7의 (i)에 도시된 바와 같이, 외측 샤프트(60)의 내경 선(112)과 외측 그루브용 원(103a)이 만나는 영역으로 외측 샤프트(60)의 그루브(62)를 형성하고, 이와 동시 또는 전후에 도 7의 (j)에 도시된 바와 같이, 내측 샤프트(50)의 외경 선(111)과 내측 그루브용 원(103b)이 만나는 영역으로 내측 샤프트(50)의 그루브(52)를 형성한다.

다음, 상기와 과정을 거쳐 결정된 전달체용 원(101), 외측 그루브(62), 내측 그루브(52)를, 타측 동력전달부(R)로 할 때, 일측 동력전달부(L)를 그리기 위해, 도 7의 (k)에 도시된 바와 같이, 내측 샤프트(50) 및 외측 샤프트(60)의 센터(C)를 지나는 대칭선(M)을 중심으로 반대쪽에 일측 동력전달부(L)의 전달체용 원(101), 외측 그루브(62), 내측 그루브(52)를 형성한다.

다음, 상기 일측 동력전달부(L)와 타측 동력전달부(R)를 단위 동력전달 쌍(S)이라 할 때, 도 7의 (l)에 도시된 바와 같이, 상기 내측 샤프트(50) 및 외측 샤프트(60)의 원주 방향에 상기 단위 동력전달 쌍(S)을 등간격으로 복수개 배열하여 형성한다.

이때 단위 동력전달 쌍(S)은 2쌍 ~ 5쌍이 바람직하나, 그 이상 구성하는 것도 가능하다. 본 실시예의 설계 방법 도면에서는 3쌍이 구비된 구성을 예시하였다.

한편, 도 7의 (l)에서와 같이 외측 샤프트(60)의 바깥면을 형성하기 위해 자신의 내경 및 외측 그루브(62) 설정을 고려하여 적절하게 외경 선(115)을 그린다.

다음, 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 단위 동력전달 쌍(S)을 이루는 일측 동력전달부(L)와 타측 동력전달부(R) 사이에 구비되어 양쪽 전달체(70)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(80)를 지지할 수 있도록 내측 샤프트(50) 부분을 외측 샤프트(60)의 내경 방향으로 돌출시켜 스프링 지지부(65)를 형성한다.

다음, 상기 스프링 지지부(65)를 중심으로 양쪽 전달체(70)에 탄성력을 제공할 탄성부재(80)를 설정한다. 이때 탄성부재(80)는 양쪽 전달체(70)를 외측 샤프트(60) 방향으로 밀어줄 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 각 일측 동력전달부(L) 및 타측 동력전달부(R)에 조립될 실제 전달체(70)의 외경은 상기 전달체용 원(101)의 외경보다 0.01mm ~ 0.1mm 작은 것이 삽입되어 설치되는 것이 바람직하다. 이와 같은 상태에서 탄성부재(80)가 외측 샤프트(60)의 외측 그루브(62)와 내측 샤프트(50)의 내측 그루브(52) 사이의 최대 공간 바깥쪽으로 마주보는 쪽으로 동력을 전달하는 전달체(70)를 서로 밀게 되면 내측 샤프트(50)와 외측 샤프트(60) 사이의 유격이 없어진 상태에서 동력 전달이 가능하게 설치된다. 즉, 도 5에서 일점쇄선으로 표시된 전달체가 탄성부재(80)에 의해 실선으로 표시된 부분으로 이동하여 두 샤프트(50)(60) 사이에서 유격이 없어진 상태에서 동력 전달을 할 수 있도록 구성되는 것이다.

상기와 같은 설계되어 구성된 본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치는, 외측 샤프트(60)에서 내측 샤프트(50) 또는, 내측 샤프트(50)에서 외측 샤프트(60)로 회전력이 전달될 때 최초로 전달체(70)가 최대 공간 쪽으로 스프링을 밀면서 움직 이고, 최대 공간을 지나면 전달체(70)에 미치는 힘의 분력이 탄성부재(80)가 미는 쪽으로 자연스럽게 이동하여 전달체(70)를 다시 최대 공간 쪽으로 이동시키는 과정을 거쳐 동력 전달이 이루어지게 된다.

특히, 이와 같은 본 발명의 신축식 축 동력전달장치는, 도 3을 예시하여 설명하였던 종래 기술과 달리, 별도로 전달체(70)를 멈추게 하여 탄성부재(80)를 보호하거나 면압을 낮추기 위한 경사면 등을 설치하지 않고도 내측 그루브(52)와 외측 그루브(62)를 동일한 반경을 갖는 원호에 의해 구성함으로써 전달체(70)의 미세 유동이 보다 완만하고 부드럽게 이루어지면 원활한 동력 전달을 구현할 수 있게 된다.

도 1은 일본 특허공개 2006-349104호에 개시된 도면,

도 2는 미국 특허 4,176,888호에 개시된 도면,

도 3은 일본 특허공개 2008-164150호에 개시된 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축식 축 동력전달장치가 도시된 단면도,

도 5는 도 4의 주요부 상세도,

도 6은 도 4에서 전달체 및 탄성부재가 제거된 상태를 보여주는 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 신축식 축 동력전달장치의 설계 방법이 도시된 순서도면들이다.

Claims (8)

1. 내측 샤프트와 외측 샤프트 사이에 어느 한쪽 샤프트에서 다른 쪽 샤프트로 회전력을 전달함과 아울러 샤프트의 길이 방향으로 슬라이딩 작동이 가능하도록 이루어진 것으로,

   상기 두 샤프트 사이에 원형상의 단면을 갖는 전달체가 구비되고, 상기 내측 샤프트의 외측면과 외측 샤프트의 내측면에는 상기 전달체가 끼워져 위치되도록 마주하는 한 쌍의 그루브가 축방향으로 길게 형성되며,

   상기 전달체 및 한 쌍의 그루브가 일측 동력전달부를 구성할 때, 두 샤프트의 원주 방향으로 상호 대칭되게 다른 전달체 및 다른 한 쌍의 그루브로 이루어진 타측 동력전달부가 함께 구성되어, 일측 동력전달부와 타측 동력전달부가 단위 동력전달 쌍을 구성하되, 이 단위 동력전달 쌍은 두 샤프트의 원주 방향으로 복수개가 구비된 구성으로 이루어진 신축식 축 동력전달장치에 있어서,

   상기 한 쌍의 그루브는 서로 동일한 크기의 반경을 갖는 원호형상으로 형성됨과 아울러, 각 그루브를 형성하는 원호의 반경은 상기 전달체의 외경을 이루는 반경보다 크게 형성되며, 이러한 한 쌍의 그루브는 두 샤프트의 센터를 지나는 반경선으로부터 두 샤프트의 회전 방향으로 일정 각도 틀어지게 배치되고,

   상기 단위 동력전달 쌍을 구성하는 상기 일측 동력전달부와 타측 동력전달부 사이에는 양쪽 동력전달부의 전달체에 탄성력을 제공하는 탄성부재가 구비된 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 내측 샤프트에 형성된 양쪽 그루브 사이에는 상기 탄성부재를 지지하도록 외측 샤프트 방향으로 돌출된 스프링 지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치.
3. 내측 샤프트와 외측 샤프트 사이에 위치되는 전달체의 크기에 맞게 전달체용 원을 설정하는 제1단계와;

   상기 전달체용 원의 가로와 세로의 중심선을 그린 다음, 상기 내측 샤프트의 외경 및 외측 샤프트의 내경에 상기 전달체가 접촉하게 될 그루브를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원의 반경보다 큰 반경을 갖는 그루브용 원을 설정하되, 그루브용 원과 전달체용 원의 센터가 일치하도록 그리는 제2단계와;

   상기 제2단계에서 설정한 그루브용 원을 이용하여, 외측 샤프트의 그루브를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원의 상측과 세로 중심선의 상부 교점에 외접하도록 외측 그루브용 원을 설정하는 제3단계와;

   상기 제3단계 전, 후 또는 동시에, 상기 제2단계에서 설정한 상기 그루브용 원을 이용하여, 내측 샤프트의 그루브를 형성하기 위해, 상기 전달체용 원의 하측과 세로 중심선의 하부 교점에 외접하도록 내측 그루브용 원을 설정하는 제4단계 와;

   상기 전달체를 이용하여 내측 샤프트에서 외측 샤프트로 또는 외측 샤프트에서 내측 샤프트로 회전력을 전달할 각도를 결정하고, 이 각도 만큼 전달체용 원의 센터를 중심으로 상기 제3단계와 제4단계에서 각각 설정된 외측 그루브용 원과 내측 그루브용 원을 전달체용 원에 외접한 상태로 일정 각도만큼 이동시키는 제5단계와;

   상기 전달체용 원을 일정한 간극을 두고 경유하도록 동일한 센터를 갖는 내측 샤프트의 외경 선과 외측 샤프트의 내경 선을 그리는 제6단계와;

   상기 제6단계 후에, 외측 샤프트의 내경 선과 외측 그루브용 원이 만나는 영역으로 외측 샤프트의 그루브를 형성하고, 이와 동시에 또는 전,후에 내측 샤프트의 외경과 내측 그루브용 원이 만나는 영역으로 내측 샤프트의 그루브를 형성하는 제7단계와;

   상기 제7단계까지 진행하면서 결정된 전달체용 원, 외측 그루브, 내측 그루브를 일측 동력전달부로 할 때, 이와 대향되는 타측 동력전달부를 그리기 위해, 내측 샤프트 및 외측 샤프트의 센터를 지나는 대칭선을 중심으로 반대쪽에 타측 동력전달부의 전달체용 원, 외측 그루브, 내측 그루브를 형성하는 제8단계와;

   상기 제8단계 후에, 상기 일측 동력전달부와 타측 동력전달부를 단위 동력전달 쌍이라 할 때, 상기 내측 샤프트 및 외측 샤프트의 원주 방향에 상기 단위 동력전달 쌍을 등간격으로 복수개 배열하여 형성하는 제9단계를 포함한 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제9단계 후에, 상기 단위 동력전달 쌍을 이루는 일측 동력전달부와 타측 동력전달부 사이에, 양쪽 동력전달부에 구비되는 전달체에 탄성력을 제공하는 탄성부재를 지지할 수 있도록, 내측 샤프트 부분을 외측 샤프트의 내경 방향으로 돌출시켜 스프링 지지부를 설정하는 제10단계와;

   상기 제10단계에서 설정된 스프링 지지부를 중심으로 양쪽 전달체에 탄성력을 제공할 탄성부재를 설정하는 제11단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 제2단계에서, 상기 그루브용 원은 상기 전달체용 원보다 1.02 ~ 2.5 배 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 제5단계에서, 회전력을 전달할 각도는 30도 ~ 60도 사이로 결정하는 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법.
7. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 각 일측 동력전달부 및 타측 동력전달부에 조립될 전달체의 외경은 상기 전달체용 원의 직경보다 0.01mm ~ 0.1mm 작은 볼이 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법.
8. 청구항 3 또는 청구항 4에 기재된 신축식 축 동력전달장치의 설계 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 신축식 축 동력전달장치.

Images