KR101148506B1 - 유니버셜 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유니버셜 조인트에 관한 것이다.

본 발명은 튜브, 상기 튜브 내부에 삽입되는 슬립부시, 상기 슬립부시를 매개로 상기 튜브와 슬라이딩 가능하게 삽입/결합되는 샤프트를 포함하여 구성되는 유니버셜 조인트에 있어서, 상기 슬립부시의 외주면에 길이방향으로 천공되어 형성되는 하나 이상의 가이드 홀; 상기 가이드 홀에 삽입되는 안내공; 및 상기 슬립부시의 외주면에 길이방향으로 형성되는 하나 이상의 C-TYPE부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 조인트를 제공한다.

본 발명에 의하면, 유니버셜 조인트에 회전 토크가 작용하는 상태에서 축방향 압력이 가해지는 경우 슬립부시의 외주면에 형성된 가이드 홀에 삽입된 안내공이 튜브 내주면과 접촉하여 구름마찰이 발생하면서 슬라이딩 마찰력을 감소시켜 유니버셜 조인트의 컬랩스(Collapse)를 원활하게 하고, 슬립부시에 비틀림 파괴 토크가 작용할 때 안내공이 버팀작용을 함으로써 비틀림 파괴강도를 증가시켜 안전율을 높이는 효과가 있다.

유니버셜 조인트, 슬립부시, 가이드 홀, 안내공, C-TYPE부, 회전 토크

Description

유니버셜 조인트{Universal Joint}

도 1은 유니버셜 조인트를 사용한 조향장치의 예시도;

도 2a는 종래의 유니버셜 조인트의 분해사시도;

도 2b는 종래의 유니버셜 조인트 중 슬립부시의 사시도;

도 2c는 종래의 유니버셜 조인트의 단면도;

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 분해사시도;

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트 중 본 발명의 특징이 되는 슬립부시의 사시도; 및

도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 튜브 110: 샤프트

120: 유니버셜 조인트 130: 조향축

140: 내측튜브 145: 외측튜브

150: 조향컬럼 160: 마운팅브라켓

170: 조향휠 180: 기어박스

200: 슬립부시 210: C-TYPE부

220: 솔리드부 300: 가이드 홀

310: 안내공 320: 본 발명에 의한 슬립부시

본 발명은 유니버셜 조인트에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 유니버셜 조인트에 회전 토크가 작용하는 상태에서 축방향 압력이 가해지는 경우 슬립부시의 외주면에 형성된 가이드 홀에 삽입된 안내공이 튜브 내주면과 접촉하여 구름마찰이 발생하면서 슬라이딩 마찰력을 감소시켜 유니버셜 조인트의 컬랩스(Collapse)를 원활하게 하고, 슬립부시에 비틀림 파괴 토크가 작용할 때 안내공이 버팀작용을 함으로써 비틀림 파괴강도를 증가시켜 안전율을 높일 수 있는 유니버셜 조인트에 관한 것이다.

도 1은 유니버셜 조인트를 사용한 조향장치의 예시도로서, 일반적으로 자동차의 조향장치에서는 조향축(130)의 하단을 기어박스(180)와 연결하되, 조향축(130)은 주변 여건상 임의의 각도로 기울어진 채 기어박스(180)와 연결하도록 되어 있기 때문에 이러한 조건을 만족하기 위해서 유니버셜 조인트(120)를 사용하게 된다.

여기서 유니버셜 조인트(120)란 통상 튜브(100)와 샤프트(110) 및 슬립부시(200)를 통칭하는 용어로 쓰인다.

이러한 유니버셜 조인트(120)는 일측이 조향휠(170)과 연결된 조향축(130)에 연결되고, 타측이 기어박스(180)에 연결되어 조향휠(170)에서 발생하는 회전력을 기어박스(180)를 통해 차륜에 전달하는 장치이다.

조향컬럼(150)은 외측튜브(145), 내측튜브(140) 및 마운팅브라켓(160)을 포함하여 구성되며 외측튜브(145)는 조향휠(170) 측에 형성되고 내부에는 외측튜브(145)보다 지름이 작아 충격시 내부로 삽입 가능한 내측튜브(140)가 마련된다. 외측튜브(145) 및 내측튜브(140)는 중공 형태의 튜브로 형성되어 조향축(130)이 원활하게 회전할 수 있게 된다.

도 2a는 종래의 유니버셜 조인트의 분해사시도로서, 도 2a에서 도시된 바와 같이 조향축(130)과 연결되어 조향휠(170)의 회전운동을 기어박스(180)로 전달하는 유니버셜 조인트(120)는 튜브(100)와 샤프트(110)를 포함하여 구성되는데, 샤프트(110)는 슬립부시(200)를 매개로 하여 튜브(100) 안으로 삽입되는 구조이다.

슬립부시(200)의 외주면과 맞닿아 결합하는 튜브(100)는 슬립부시(200)의 외주면을 따라 형성된 C-TYPE부(210)와 솔리드부(220)가 원활히 안내되도록 적절한 형상으로 내경가공되어 있고, 슬립부시(200)의 내주면과 맞닿아 결합하는 샤프트(110)는 일측이 슬립부시(200)에 삽입될 수 있도록 슬립부시(200) 내주면의 솔리드부(220)와 C-TYPE부(210) 형상에 맞추어 외경가공되어 있다.

이러한 슬립부시(200)가 장착된 튜브(100)와 샤프트(110)의 결합구조는 차륜으로부터 전달되어오는 충격을 흡수함과 동시에 조립성을 향상시키기 위해 그 축방향 길이가 신장 및 수축 가능하도록 마련되는데, 주행시 노면의 요철에 의해 차륜에 가해지는 충격에서 발생하는 킥-백(KICK-BACK) 하중을 흡수함과 동시에 조향컬럼(150)과 기어박스(180)를 조립할 때 축방향으로 슬라이딩되어 조립이 용이하도록 하기 위해 마련된다.

도 2b는 종래의 슬립부시의 사시도로서, 도 2b에서 도시된 바와 같이 플라스틱 재질로 형성된 슬립부시(200)에는 3개의 C-TYPE부(210)와 3개의 솔리드부(220)가 구비되어 있다. 슬립부시(200)는 원통형이고 C-TYPE부(210)와 솔리드부(220)는 슬립부시(200)의 외주면을 따라 일정한 간격을 유지한 채 교대로 형성되어 있다.

솔리드부(220)는 원기둥형태로서 슬립부시(200)의 외주면을 따라 원기둥의 절반이 형성되고 슬립부시(200)의 내주면을 따라 대칭되게 나머지 절반이 형성되어 있고, C-TYPE부(210)도 마찬가지로 슬립부시(200)의 외주면과 내주면을 따라 대칭되게 형성되어 있되, C-TYPE부(210)는 중공형태의 원기둥형태로서 슬립부시(200)의 외주면측에 형성된 부분의 일정면이 길이방향으로 절삭된 형태로 이루어진다.

도 2c는 종래의 유니버셜 조인트의 단면도로서, 도 2c에서 도시된 바와 같이 샤프트(110)와 튜브(100) 사이에 장착되는 슬립부시(200)는 플라스틱 재질로 형성된 원통형의 형상이고 3개의 솔리드부(220)와 3개의 C-TYPE부(210)가 교대로 슬립부시(200)의 면을 따라 일정 간격을 유지한 채 형성되어 있다.

슬립부시(200)는 비틀림 토크나 회전 토크가 가해진 채 샤프트(110)가 튜브(100) 내로 슬라이딩시 솔리드부(220)가 튜브(100)의 내주면과 접촉하여 솔리드부(220)와 튜브(100) 사이의 마찰력에 의해 슬라이딩 마찰력이 증가하는 구조로서 슬립부시(200)의 비틀림 파괴강도를 확보하는 구조이다.

종래의 솔리드부(220)는 슬립부시(200)와 일체형으로서 샤프트(110)에 회전토크가 가해진 상태에서 슬라이딩시 솔리드부(220)의 외주면 전체가 튜브(100)와 접촉하는 상태가 유지되므로 슬라이딩 마찰력이 증가하고, 비틀림 파괴강도에 대한 안전율 저하의 문제점이 있었다.

즉, 차량 충돌과 같은 외부 충격이 있을 때 튜브(100)와 샤프트(110)의 슬라이딩 운동에 의하여 유니버설 조인트가 수축(Collapse)되면서 충격량을 흡수함과 동시에 조향컬럼(150)이 짧아짐으로써 운전자를 보호하여야 하는데, 종래의 슬립부시(200)를 사용하면 유니버셜 조인트에 비틀림이 있는 충격이 가해지는 경우 슬립부시(200)의 솔리드부(220)와 튜브(100) 내주면 사이의 슬라이딩 마찰력이 커서 적절하게 수축되지 않음으로써 운전자 안전이 확보되지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 비틀림 파괴 강도에 대한 안전율 저하의 문제점이란, 종래의 슬립부시의 경우 샤프트와 튜브 사이의 회전력 전달 과정에서의 하중을 대부분 슬립부시의 솔리드부가 받게 되는데, 솔리드부와 동일한 재질인 슬립부시의 재질 특성으로 인하여 강한 회전력이 짧은 시간에 가해지는 경우 슬립부시의 솔리드부가 파괴될 수 있고 이런 현상이 발생하게 되는 경우 조향 자체가 불가능해짐으로써 안전성에 큰 문제가 발생되는 것을 의미한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 유니버셜 조인트에 회전 토크가 작용하는 상태에서 축방향 압력이 가해지는 경우 슬립부시의 외주면에 형성된 가이드 홀에 삽입된 안내공이 튜브 내주면과 접촉하여 구름마찰이 발생하면서 슬라이딩 마찰력을 감소시켜 유니버셜 조인트의 컬랩스(Collapse)를 원활하게 하고, 슬립부시에 비틀림 파괴 토크가 작용할 때 안내공이 버팀작용을 함으로써 비틀림 파괴강 도를 증가시켜 안전율을 높일 수 있는 유니버셜 조인트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 튜브, 상기 튜브 내부에 삽입되는 슬립부시, 상기 슬립부시를 매개로 상기 튜브와 슬라이딩 가능하게 삽입/결합되는 샤프트를 포함하여 구성되는 유니버셜 조인트에 있어서, 상기 슬립부시의 외주면에 길이방향으로 천공되어 형성되는 하나 이상의 가이드 홀; 상기 가이드 홀에 삽입되는 안내공; 및 상기 슬립부시의 외주면에 길이방향으로 형성되는 하나 이상의 C-TYPE부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 조인트를 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 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 분해사시도로서, 도 3a에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트는 본 발명에 의한 슬립부시(320, 이하 "슬립부시"라 한다.), 슬립부시(320)의 외주면에 길이방향으로 천공되어 형성되는 하나 이상의 가이드 홀(300), 가이드 홀(300) 내에 삽입되는 안내공(310), 슬립부시(320)의 외주면에 길이방향으로 형성되는 하나 이상의 C- TYPE부(210)를 포함하여 구성된다.

조향축(130, 도 1 참조)과 연결되는 유니버셜 조인트(120) 중 샤프트(110)는 일단에 6산으로 스플라인이 가공되어 있고, 그 중 3산은 슬립부시(320)의 C-TYPE부(210)와 접촉하고 나머지 3산은 슬립부시(320)의 외주면에 형성된 가이드 홀(300)에 삽입되는 안내공(310)과 접촉한다.

튜브(100)는 일단에 스플라인이 형성된 샤프트(110)와 샤프트(110)에 장착된 슬립부시(320)가 삽입될 수 있도록 슬립부시(320)의 외주면 형상에 맞게 내경이 가공된다.

슬립부시(320)는 중공의 원통 형상으로서, 그 길이는 샤프트(110)에 가공되어 있는 스플라인의 길이에 맞추어 결정될 것이며, 외주면을 따라 길이방향으로 하나 이상의 가이드 홀(300)이 천공되어 있고 하나 이상의 C-TYPE부(210)가 형성되어 있다.

상기 가이드 홀(300)과 C-TYPE부(210)는 슬립부시(320)의 외주면을 따라 반복/순차적으로 배열되는 것이 바람직하다.

가이드 홀(300)에는 안내공(310)이 삽입되는데, 삽입된 안내공(310)은 회전 토크가 가해진 상태에서 샤프트(110)가 튜브(100) 안으로 인입될 때 샤프트(110)에 형성된 스플라인의 외주면과 튜브(100)에 형성된 스플라인의 내주면 사이에서 구름마찰력을 제공해야 하므로 안내공(310)이 가이드 홀(300)에 삽입된 채 자유로이 회전가능하도록 가이드 홀(300)의 직경은 안내공(310)의 지름보다 적절히 크게 형성되는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 실시예에서는 가이드 홀(300)이 4개 형성되어 있고, 각각의 가이드 홀(300)에 안내공(310)이 삽입된 상태를 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 가이드 홀(300)의 개수는 요구되는 구름마찰력의 크기에 따라 3개 이하 또는 5개 이상도 형성될 수 있을 것이고, 가이드 홀(300)의 개수에 따라 가이드 홀(300)에 삽입되는 안내공(310)의 개수도 결정될 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 슬립부시(320)의 외주면을 따라 반복/순차적으로 배열되는 가이드 홀(300)과 C-TYPE부(210)가 각각 3줄로 형성된 것을 도시하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 요구되는 구름마찰력 및 샤프트(110)에 형성되는 스플라인의 개수에 따라 2줄 이하 또는 4줄 이상도 가능할 것이다.

안내공(310)은 구(球) 형상으로 회전 토크가 가해진 상태에서 샤프트(110)가 튜브(100) 안으로 인입될 때 구름마찰력을 제공하고 강한 비틀림 강도를 확보하기 위하여 내마모성이 우수한 고탄소강 등으로 형성되는 것이 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 적절한 구름마찰력을 제공하고 충분한 강도를 제공할 수 있는 한 다른 종류의 재질로 형성될 수도 있을 것이다.

C-TYPE부(210)는 중공의 원기둥 형태로서 슬립부시(320)의 외주면 측에 형성된 부분의 일정면이 길이방향으로 절개된 형태로 이루어진다.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트 중 본 발명의 특징이 되는 슬립부시의 사시도이고, 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 단면도이다.

도 3b 및 도 3c에서 도시된 바와 같이 슬립부시(320)는 튜브(100)와 샤프트(110)를 매개해주는 역할을 하는데, 플라스틱 재질로 형성되어 샤프트(110)가 튜브(100) 내로 인입되거나 인출될 때 튜브(100)와 샤프트(110) 사이에 적절한 마찰력을 제공해 주고 조향휠(170, 도 1 참조)을 통해 튜브(100)에 전달되는 회전력을 샤프트(110)에 전달하는 역할과 주행시 바퀴를 통해 역입력되는 킥-백(KICK-BACK) 하중을 흡수하여 조향감을 향상시키는 역할을 한다.

안내공(310)은 슬립부시(320)의 외주면에 길이방향으로 천공되어 형성되는 하나 이상의 가이드 홀(300)에 삽입되는데, 안내공(310)은 무부하시에는 튜브(100)의 내주면과 접촉하지 않도록 미세한 간격을 유지하여 구름마찰력이 발생하지 않으나, 회전토크가 가해진 상태에서 샤프트(110)가 튜브(100)안으로 인입되거나 밖으로 인출시에는 튜브(100)의 내주면과 접촉하여 구름마찰력을 발생하게 된다.

종래의 슬립부시(200)는 솔리드부(220)와 일체형으로 형성되고 회전토크가 작용할 때 솔리드부(220)의 외주면 전체가 튜브(100)의 내주면과 접촉하는 구조이므로 튜브(100)와 슬립부시(200) 사이에 슬라이딩 마찰력이 많이 발생하여 솔리드부(220)가 쉽게 마모되어 적절한 마찰력을 제공하는데 문제점이 있었으나, 본 발명에 의한 슬립부시(320)는 종래의 솔리드부(220)를 제거하고 그 자리에 하나 이상의 가이드 홀(300)을 천공한 후 안내공(310)을 삽입함으로써 슬립부시(320)와 튜브(100)의 내주면이 접촉하는 면적이 점접촉으로 바뀌어 과도한 슬라이딩 마찰력 발생을 방지할 수 있고 샤프트(110)와 튜브(100) 사이의 회전토크 전달을 용이하게 하는 효과가 있다.

또한, 비틀림 파괴 토크 작용시 안내공(310)이 지지작용을 함으로써 비틀림 파괴강도를 증가시켜 안전율을 높이는 효과를 기대할 수 있다.

슬립부시(320)의 외주면을 따라 반복/순차적으로 배열되는 안내공(310)과 C-TYPE부(210) 중 C-TYPE부(210)는 일측면이 슬립부시(320)의 길이방향으로 절개된 중공의 원기둥 형상으로서 일측면이 절개됨으로 인해 절개면 사이에 여유공간이 생기고, 이러한 여유공간은 튜브(100)의 내주면과 접촉하는 슬립부시(320)의 유격을 방지하는 역할을 하게 된다.

즉, 슬립부시(320)가 튜브(100) 안으로 삽입시 C-TYPE부(210)의 양 쪽 절개면이 압착된 상태로 삽입된 후 탄성복원력에 의해 압착된 절개면이 회복되면서 튜브(100)의 내주면과 밀착하게 되어 튜브(100)의 내주면과 C-TYPE부(210)의 외주면 사이에 적절한 마찰력을 제공하게 됨으로써 슬립부시(320)의 유격을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 슬립부시가 장착된 유니버셜 조인트에 있어서 유니버셜 조인트에 회전 토크가 작용하는 상태에서 축방향 압력이 가해지는 경우 슬립부시의 외주면에 형성된 가이드 홀에 삽입된 안내공이 튜브 내주면과 접촉하여 구름마찰이 발생하면서 슬라이딩 마찰력을 감소시켜 유니버셜 조인트의 컬랩스(Collapse)를 원활하게 하고, 슬립부시에 비틀림 파괴 토크가 작용할 때 안내공이 버팀작용을 함으로써 비틀림 파괴강도를 증가시켜 안전율을 높이는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 튜브, 상기 튜브 내부에 삽입되는 슬립부시, 상기 슬립부시를 매개로 상기 튜브와 슬라이딩 가능하게 삽입/결합되는 샤프트를 포함하여 구성되는 유니버셜 조인트에 있어서,

   상기 슬립부시의 외주면에 길이방향으로 천공되어 형성되는 하나 이상의 가이드 홀;

   상기 가이드 홀에 삽입되고 상기 튜브의 내주면과 간격을 유지하는 안내공; 및

   상기 슬립부시의 외주면에 길이방향으로 형성되는 하나 이상의 C-TYPE부

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 조인트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 안내공과 상기 C-TYPE부는 상기 슬립부시의 외주면을 따라 교대로 배열되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 조인트.

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