KR101131806B1 - 차량용 스티어링 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트에 관련한 것으로서, 길이방향으로 방사상 오목형성된 각각 제1 지지홈을 다수개 갖는 암형축과 이 제1 지지홈에 대응하는 제2 지지홈을 다수개 갖는 수형축이 스플라인 결합되어, 상호 회전불능하나 미끄럼 이동 가능하게 구성된 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트로서, 상기 암형축과 수형축의 제1 및 제2 지지홈 사이에는 전동면이 이웃하는 측의 전동면과 산형상을 이루도록, 그 경사방향이 교호 배열된 원기둥형 니들핀이 회전 가능하게 지지된 중공의 통형 니들핀 리테이너를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하여, 암형축과 수형축의 사이에 니들핀이 교호 배열된 니들핀 리테이너를 개재하여 회전 토오크 력 강성을 보완함으로써, 주행중 타이어로부터 전달되는 진동을 감소시킴에 따라 진동 소음을 최소로 줄일 수 있도록 함과 동시에, 추돌 또는 충돌 사고가 발생되는 순간에 추돌력 또는 충돌력을 감쇄시킴으로써, 운전자의 심한 부상을 사전에 예방할 수 있는 안전성을 향상시킬 수 있도록 하였다.

Description

차량용 스티어링 샤프트{Steering shaft for automobile}

본 발명은 차량용 스티어링 샤프트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도의 회전 토오크 력을 효율적으로 전달할 수 있도록 하는 차량용 스티어링 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 조향장치(steering system)라 함은, 차량의 진행방향을 운전자가 임의로 바꾸기 위한 장치를 말하는 것으로, 스티어링 휠, 신축 가능한 유니버셜 조인트를 포함하는 신축 가능한 스티어링 샤프트, 스티어링 기어, 스티어링 링크지 등으로 구성된다.

도 1은 종래의 조향장치를 구성하는 스티어링 샤프트의 장착상태를 나타낸 개략도로서, 통상적인 스티어링 샤프트(100)는, 스티어링 휠(200)과 연결되어 있는 회전 샤프트(101)와 이 회전 샤프트(101)와 스티어링 기어(300)의 암형축(301)을 상호 굴곡지게 연결하는 유니버셜조인트 샤프트(102)로 구성된다.

즉, 상기 유니버셜조인트 샤프트(102)는, 양측에 구비되는 유니버셜 조인트(103)를 통해 회전 샤프트(101)와 암형축(301)을 상호 연결함으로써, 스티어링 휠(200)의 회전력을 상기 스티어링 기어(300)로 전달함으로 바퀴의 진행방향을 전환시키는 작용을 수행하는 것이다.

그런데, 종래에 회전 샤프트(101) 또는 유니버셜조인트 샤프트(102)는 단일의 축으로 구성된 것(솔리드형)이 사용되었으나, 단일 축으로 구성된 회전 샤프트(101)는 신축성이 없음에 따라서 외부 진동으로 인한 비틀림 충격소음이 발생됨은 물론, 추돌 및 충돌시 외부충격을 흡수할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.

이에, 최근에는 상기와 같은 문제점을 해소하고자 회전 샤프트(101)과 유니버셜조인트 샤프트(102)를 이중의 관으로 구성하고, 이 이중의 관 사이에 다수개의 볼이 회전가능하게 지지된 볼 리테이너를 매개로, 신축이 가능하도록 한 슬라이드형 스티어링 샤프트가 알려져 있는데, 본 발명은 볼 리테이너를 매개로 한 슬라이드형 스티어링 샤프트를 개량한 것으로, 먼저 종래의 볼 리테이너를 매개로 한 슬라이드형 스티어링 샤프트를 설명하면 다음과 같다.

즉, 종래의 볼 리테이너를 슬라이딩형 스티어링 회전 샤프트(101)는, 그의 단부에 유니버셜 조인트가 구비되어 있으며 내부의 스플라인 결합부를 통해 거리의 가변이 가능하게 연결되어 있는 수형축과 암형축으로 구성된다.

그리고 상기 스플라인 결합부는, 수형축의 내부에 형성되어 있는 다수의 지지홈으로 형성된 스플라인 또는 세레이션 보스와, 상기 암형축의 삽입측에 형성되어 상기 스플라인 또는 세레이션 보스(이하, "스플라인 홈"이라 칭함)에 미끄러짐이 가능하게 삽입되는 상기 볼 리테이너의 다수의 볼을 매개로 한, 스플라인 또는 세레이션 축(이하 "스플라인 축"이라 침함)으로 구성된다.

또한, 상기 스플라인 축을 구성하는 지지홈들은 외부 진동으로 인한 마찰 소음을 줄이기 위하여 합성수지로 구성되거나, 표면에 합성수지 코팅층이 더 구비되어 있는 것이다.

그런데, 상기와 같이 구성된 슬라이드형 스티어링 샤프트를 장착한 후, 초기에는 스플라인 축을 구성하는 지지홈 들이 합성수지로 구성되거나 코팅층을 포함하고 있음에 따라서 외부로부터 전달되는 진동을 감소시키는 역할을 한다.

그러나, 시간이 경과되면 샤프트의 반복적인 신축으로 인하여 볼과 지지홈의 밀착 미끄럼면(이하, "밀착면"이라 칭함)에 공급되는 구리스(윤활제)가 보존되지 않고 흘러 없어지는 현상이 발생된다.

즉, 상기 키의 표면은 신축성을 가지고 있음에 따라서 키홈에 완전히 밀착된 상태를 유지하면서 키홈을 따라 습동되게 되는데 이와 같이 키와 키홈의 밀착면이 완전하게 밀착되게 되면 밀착면에 잔류되어야 할 구리스가 보존되지 않고 외부로 흘러내리게 됨으로서, 키와 키홈의 밀착면 중 키의 외부에 형성된 수지의 마모가 촉진된다.

또한 반복적인 밀착면의 미끄럼으로 인하여 열이 발생되고 열로 인하여 구리스가 증발 소진되는 현상이 발생됨으로써 키의 외부에 형성된 수지의 마모가 급속하게 진행된다.

그러므로, 시간의 경과됨과 더불어 키의 외면인 밀착면에서는 마모가 촉진되어 유격이 발생됨으로써, 주행 중 외부 진동으로 인하여 키와 키홈들이 상호 비틀려져 덜커덕거리는 현상이 발생된다. 따라서 주행 중 회전 샤프트나 유니버셜조인트 샤프트에서는 상기한 덜커덕 거림에 기인한 유격소음이 발생되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 암형축과 수형축을 다수의 니들핀이 교호 배열된 니들핀 리테이너를 통해 연결함으로써, 암형축과 수형축이 내마모가 없이 고강도의 회전 토오크 력을 전달하면서 길이방향으로 원활하게 미끄럼이 이루어지도록 하는 차량 조향장치용 유니버셜조인트 샤프트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여,

길이방향으로 방사상 오목형성된 각각 제1 지지홈을 다수개 갖는 암형축과 이 제1 지지홈에 대응하는 제2 지지홈을 다수개 갖는 수형축이 스플라인 결합되어, 상호 회전불능하나 미끄럼 이동 가능하게 구성된 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트에 있어서,

상기 암형축과 수형축의 제1 및 제2 지지홈 사이에는 전동면이 이웃하는 측의 전동면과 산형상을 이루도록, 그 경사방향이 교호 배열된 원기둥형 니들핀이 회전 가능하게 지지된 중공의 통형 니들핀 리테이너를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 니들핀 리테이너에는 단면이 원형 또는 타원형으로 길이방향으로 연속하여 지지돌부가 형성되고, 상기 지지돌부에는 상기 다수의 니들핀이 회전 가능하게 지지되도록 사방향으로 관통형성된 지지구가 형성되며, 상기 지지구에는 상기 니들핀의 양단부면을 지지하는 제1 및 제2 유지단턱부가 돌출 형성되는 구조로 됨이 바람직하다.

또, 상기 경사방향이 교호 배열된 하나의 지지구에 배열된 다수의 니들핀은 전방향에서 볼 때, 절두 산형을 이루도록 배열되어 상기 제1 및 제2 지지홈에 대하여 2중의 선접촉을 이루도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 경사방향이 교호 배열된 하나의 지지구에 배열된 다수의 니들핀은 전방향에서 볼 때, 산형을 이루도록 배열되어 상기 제1 및 제2 지지홈에 대하여 하나의 선접촉을 이루도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 암형축과 수형축의 사이에 니들핀이 교호 배열된 니들핀 리테이너를 개재하여 회전 토오크 력 강성을 보완함으로써, 주행중 타이어로부터 전달되는 진동을 감소시킴에 따라 진동 소음을 최소로 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 추돌 또는 충돌 사고가 발생되는 순간에 추돌력 또는 충돌력을 감쇄시킴으로써, 운전자의 심한 부상을 사전에 예방할 수 있는 안전성을 향상시키는 차량의 스티어링 샤프트를 제공하는 효과도 있다.

도 1은 종래의 조향장치를 구성하는 스티어링 샤프트의 장착상태를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 샤프트를 부분적으로 절취하여 나타낸 부분단면 사시도.
도 3은 도 2의 A부분에 대한 확대 구조도,
도 4는 본 발명에 따른 도 2에 대응하는 차량용 스티어링 샤프트의 정면 구조도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 샤프트의 니들핀 리테이너를 포함한 스플라인 결합부를 확대 도시한 분해 사시도,
도 6은 도 5에서 구성요소가 결합된 후의 선 B-B에 따른 종단면 구조도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 스티어링 샤프트의 니들핀 리테이너 만을 확대 도시한 정면 구조도,
도 8은 본 발명에 따른 니들핀 리테이너의 선 C-C에 따른 종단면 구조도, 및
도 9는 도 8의 D방향에서 바라보아 예시한 니들핀 안착부를 예시한 사시 구조도.

이하, 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 여기서 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 확대 강조될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 스티어링 샤프트를 나타낸 사시도이다.

상기 도면에 예시된 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 스티어링 샤프트는, 길이방향으로 방사상 오목형성된 각각 제1 지지홈(11)을 다수개 갖는 암형축(10)과 이 제1 지지홈(11)에 대응하는 제2 지지홈(21)을 다수개 갖는 수형축(20)이 후술하는 니들핀 리테이너(30)의 니들핀(40)들과 함께 조합 구성되는 스플라인 결합부를 매개로 스플라인 결합되어, 상호 회전불능하나 길이방향으로의 미끄럼 이동은 가능하게 구성된 신축 가능한 축의 일환으로서 도출되었다.

본 발명에 따른 차량용 스티어링 샤프트는, 상기 암형축(10)과 수형축(20)의 제1 및 제2 지지홈(11, 21) 사이에는 전동면(상기 지지홈의 양측면을 의미)이 이웃하는 측의 전동면과 함께 하나의 절두 또는 뾰족한 정상을 갖는 산형상을 이루도록, 그 경사방향이 교호 배열된 원기둥형 니들핀(40)이 회전 가능하게 지지된 중공의 통형 니들핀 리테이너(30)를 포함하여 이루어지는 구조로 되어 있다.

또, 상기 니들핀 리테이너(30)에는 단면이 원형 또는 타원형으로 길이방향으로 연속하여 지지돌부(31)가 형성되어 있다.

또한, 상기 지지돌부(31)에는 상기 다수의 니들핀(40)이 회전 가능하게 지지되도록 사방향으로 관통형성된 지지구(31a)이 형성되어 있다.

또, 상기 지지구(31a)에는 상기 니들핀(40)의 양단부면을 지지하는 제1 및 제2 유지단턱부(33, 35)가 돌출 형성되는 구성으로 되어 있다.

이와 같이 구성된 니들핀 리테이너(30)에 기인하여, 본 발명에 따른 스티어링 장치에는 강성감이 있고 조타감이 양호한 스티어링 샤프트가 적용되게 되는 것이다.

상기한 니들핀 리테이너(30)에 의해 회전 토오크 력이 다수의 니들핀(40)을 이용하여 암수형축(20)에 전달되고, 이 다수의 니들핀(40)과의 스플라인결합부의 선접촉 결합이 유지되어, 회전력이 부여될 경우 회전력이 작용하는 방향으로의 회전의 아주 일부만 흡수되어 암수형축(20)에 전달되기 때문에, 핸들 조작 시의 강성감과 조타감이 양호하게 조율되게 되는 것이다.

도 6에 예시된 바와 같이, 핸들의 좌우 어느 하나의 방향으로 회전시킬 경우, 니들핀(40)의 원주면 일측에만 회전할 때까지 접촉하는 범위 내에 있기 때문에, 변위각에 대한 토오크의 경사가 커지게 됨으로써, 강성감이 항시 유지되게 되는 장점을 구현할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 경사방향이 교호 배열된 하나의 지지구(31a)에 배열된 다수의 니들핀(40)은 전방향에서 볼 때, 절두 산형을 이루도록 배열되어 상기 제1 및 제2 지지홈(11, 21)에 대하여 2중의 양방향 선접촉을 이루거나, 또는 상기 경사방향이 교호 배열된 하나의 지지구(31a)에 배열된 다수의 니들핀(40)은 전방향에서 볼 때, 산형을 이루도록 배열되어 상기 제1 및 제2 지지홈(11, 21)의 정상에 대해선 하나의 선접촉을 이루면서도 외주면에서는 궁극적인 면접촉이 도입되도록 구성되어 있다.

이 때문에, 보다 강성감이 유지되는 상태에서의 암수형축(20)에 대하여 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트의 제공이 가능하게 되는 것이다.

한편, 상기 스플라인 결합부에서 한쪽 방향으로 압박되더라도, 스플라인 결합부의 제1 및 제2 지지홈(11, 21)의 전동면에 압흔이 발생하는 것을 극력 규제할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 조타 토오크에 의한 회전력이 그대로 선 및 면접촉(니들핀(40)의 외주면의 입장에서는 길이방향 선접촉이지만, 이것이 구름이동될 경우에 전동면측에서는 연속상의 면접촉이 발생되므로, 면접촉이라 칭함)되어, 보다 균등한 토오크력 전달 상의 밸런스가 유지됨으로써, 니들핀 리테이너(30)로부터의 암수형축(20)에 대한 회전력의 전달과 이 축부재에 대한 축방향에서의 상대적인 이동이 원활히 수행되게 되는 것이다.

더욱이, 상기한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 지지홈(11, 21)을 의미하는 전동면 상에서의 압흔량이 대폭적으로 감소되고, 또 장기간의 사용시에도 상기한 면접촉 상태에서의 구름이동을 의미하는 전동력이 항시 유지될 수 있도록, 기존에서 발생하던 각 전동요소들 사이에 발생하는 틈새의 커짐이 발생되지 않음으로써, 조타 시의 덜커덕거림량도 항시 새것과 같은 상태로 유지될 수 있게 되는 특장점이 있는 것이다.

다시 말해서, 상기한 크로스 니들핀 가이더로서 작용하는 니들핀 리테이너(30)의 제1 및 제2 유지단턱부(33, 35) 및 지지구(31a)의 채용에 따라, 보다 소프트한 미끄럼 이동이 가능케 되는 것이다.

또한, 상기 암수형축(20)과 이 축 사이의 니들핀 리테이너(30)의 교호 배열된 니들핀(40)의 한쪽 외주면(일예로, 짝수행측 니들핀(40)의 외주면)이 접촉하여, 일방향으로의 회전력을 전달하고, 또, 다른 방향으로의 회전력을 인가시킬 경우에는, 다른 한쪽 외주면(일예로, 홀수행측 니들핀(40)의 외주면)이 접촉하여 다른 방향으로의 회전력을 전달하도록 그 경사 방향이 반경 방향에 대하여 일예로, ㅁ 45ㅀ 의 각도에서 교대로 다르게 설정되어 있기 때문에, 항시 균등한 토오크력을 전달할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 상기 니들핀 리테이너(30)의 니들핀(40) 교호배열 그리고, 이 교호배열을 도모할 수 있도록 니들핀(40)을 안착 지지하는 제1 및 제2 유지단턱부(33, 35)의 조합에 다라, 상기 전동력이 유지됨에 따라 항시 고 토오크 력을 전달할 수 있게 되는 등의 매우 뛰어난 효과가 창출되게 되는 것이다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 암형축 11 : 제1 지지홈
20 : 수형축 21 : 제2 지지홈
30 : 니들핀 리테이너 31 : 지지돌부
31a : 지지구 33 : 제1 유지단턱부
35 : 제2 유지단턱부

Claims (4)

1. 길이방향으로 방사상 오목형성된 각각 제1 지지홈을 다수개 갖는 암형축과 이 제1 지지홈에 대응하는 제2 지지홈을 다수개 갖는 수형축이 스플라인 결합되어, 상호 회전불능하나 미끄럼 이동 가능하게 구성된 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트에 있어서,
   상기 암형축과 수형축의 제1 및 제2 지지홈 사이에는 전동면이 이웃하는 측의 전동면과 산형상을 이루도록, 그 경사방향이 교호 배열된 원기둥형 니들핀이 회전 가능하게 지지된 중공의 통형 니들핀 리테이너를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 니들핀 리테이너에는 단면이 원형 또는 타원형으로 길이방향으로 연속하여 지지돌부가 형성되고,
   상기 지지돌부에는 상기 다수의 니들핀이 회전 가능하게 지지되도록 사방향으로 관통형성된 지지구가 형성되며,
   상기 지지구에는 상기 니들핀의 양단부면을 지지하는 제1 및 제2 유지단턱부가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 경사방향이 교호 배열된 하나의 지지구에 배열된 다수의 니들핀은 전방향에서 볼 때, 절두 산형을 이루도록 배열되어 상기 제1 및 제2 지지홈에 대하여 2중의 선접촉을 이루도록 구성된 것을 특징으로 하는 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 경사방향이 교호 배열된 하나의 지지구에 배열된 다수의 니들핀은 전방향에서 볼 때, 산형을 이루도록 배열되어 상기 제1 및 제2 지지홈에 대하여 하나의 선접촉을 이루도록 구성된 것을 특징으로 하는 신축 가능한 차량용 스티어링 샤프트.

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