KR101294180B1 - 자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 조향장치이 유니버셜 조인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브와 샤프트에 사이에 설치된 슬립부시에 원기둥형상의 회전구를 설치하여 회전방향 토크 부여시 종래 점접촉을 선접촉으로 변경될 수 있도록 하는 자동차 조향장치의 유니버셜 조인트에 관한 것이다.
본 발명은 내주연에 축 방향으로 길게 튜브가이드홈이 형성된 관체의 튜브; 상기 튜브의 내부에 삽입되어 슬라이딩 되고, 외주연에 축 방향으로 길게 샤프트가이드홈이 형성된 환봉형 샤프트; 및 상기 튜브와 샤프트사이에 마련되고, 상기 튜브가이드홈과 샤프트가이드홈에 안착되는 원통형 회전부재가 설치된 중공형 슬립부시;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치{SLIP APPARATUS OF UNIVERSAL JOINT FOR STEERING APPRATUS}

본 발명은 자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브와 샤프트에 사이에 설치된 슬립부시에 원통형의 회전부재를 설치하여 회전방향 토크 부여시 종래 점접촉을 선접촉으로 변경될 수 있도록 하는 자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 조향장치는 운전자가 조향휠을 원하는 방향으로 회전시키면 조향휠에 연결된 조향축이 회전하며, 조향축은 유니버셜 조인트(Universal Joint)와 슬립 조인트(Slip Joint)를 통하여 랙과 피니언 기어(Rack and Pinion Gear)로 구성되는 기어박스에 회전력을 전달한다.

이때, 기어 박스는 랙과 피니언 기어에 의해 조향축의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 랙바(Rack Bar)로 전달하며, 랙바는 타이어의 너클(Knuckle)과 연결된 타이로드에 힘을 전달하여 자동차의 진행방향을 변경할 수 있도록 한다.

특히, 조향축과 기어박스 사이의 축은 입력축과 출력축이 동축선상으로 일치하지 않고 일정한 각으로 기울어진 구조라는 점에서 일반적인 축의 결합 방식으로는 동력을 전달할 수 없기 때문에 조향축이 일정한 각도로 변경될 수 있는 유니버셜 조인트의 사용이 필수적이다.

도 1은 일반적인 유니버셜 조인트를 사용한 조향장치의 개략도로서, 일반적으로 자동차의 조향장치에서는 조향축(10)의 하단을 기어박스(20)와 연결하되, 조향축(10)은 주변 여건상 임의의 각도로 기울어진 채 기어박스(20)와 연결하도록 되어 있기 때문에 이러한 조건을 만족하기 위해서 유니버셜 조인트(30)를 사용하게 된다.

여기서, 유니버셜 조인트(30)란 외측부재(31)와 내측부재(35)등으로 이루어져 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 부재를 통치하는 용어로 사용된다.

이러한 유니버셜 조인트(30)는 일측이 조향휠(40)과 결합된 조향축(10)에 연결되고, 타측이 기어박스(20)에 연결되어 조향휠(40)에서 발생하는 회전력을 기어박스(20)를 통해 차륜에 전달하는 장치이다.

조향컬럼(50)은 외측튜브(51), 내측튜브(55) 및 마운팅브라켓(58)을 포함하여 구성되며 외측튜브(51)는 조향휠(40)측에 형성되고 내부에는 외측튜브(51)보다 지름이 작아 충격시 내부로 삽입 가능한 내측튜브(55)가 마련된다. 외측튜브(51) 및 내측튜브(55)는 중공 형태의 튜브로 형성되어 조향축(10)이 원활하게 회전할 수 있게 된다.

도 2는 종래 자동차 초향장치의 유니버셜 조인트를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래 유니버셜 조인트(30)는 소저의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 요크 조인트(60) 및 일측에 장착된 요크 조인트(60)에서 전달되는 회전력을 타측에 장착된 요크 조인트(60)에 전달함과 동시에 축 방향으로 신축이 가능한 슬립 조인트(70)를 포함하여 구성된다.

슬립 조인트(70)는 축의 회전력을 전달하며 축 방향으로 작용하는 힘에 의해 축이 신축되는 것으로서, 중공의 형상을 가지되 내주면에는 축 방향으로 길게 형성된 외측부재가이드홈(32)이 형성된 외측부재(31)와, 상기 외측부재(31)에 내부로 삽입되어 축 방향으로 슬립되면서 입력축과 출력축 사이의 길이 방향 하중을 흡수하고 외주면에는 축 방향으로 길게 형성된 내측부재가이드홈(36)이 형성된 내측부재(35)와, 상기 외측부재(31)와 내측부재(35)사이에 구비되되 상기 외측부재가이드홈(32)과 내측부재가이드홈(36)에 안착되는 다수개의 볼(81)이 길이방향으로 연이어 배치된 슬립부시(80)를 포함하여 구성된다.

그러나, 종래의 슬립 조인트(70)는 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 볼(81)과 점 접촉되는 경도가 낮은 외측부재 및 내측부재 접촉부가 파지게 된다.

즉, 볼보다 상대적으로 경도가 낮은 내측부재와 외측부재 부분의 파짐형상으로 이 파짐 현상이 진행될수록 회전방향 유격이 증대되어 전체적인 유니버셜 조인트의 성능 저하를 야기하게 된다.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 볼(81)의 내측부재(35)의 일측단부에서 길이방향 타측단부로 갈수록 토크 전가량이 크고 변형이 심하게 되는 문제가 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 튜브와 샤프트에 접촉되는 원기둥형상의 회전구를 유니버셜 조인트의 슬립부시에 설치하여 회전방향 토크 부여시 종래 점접촉을 선접촉으로 변경되게 함으로서 토크가 분산될 수 있도록 하고, 그로 인해 샤프트와 튜브의 변형을 방지할 수 있도록 하는 자동차 조향장치의 유니버셜조인트를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내주연에 축 방향으로 길게 튜브가이드홈이 형성된 관체의 튜브; 상기 튜브의 내부에 삽입되어 슬라이딩 되고, 외주연에 축 방향으로 길게 샤프트가이드홈이 형성된 환봉형 샤프트; 및 상기 튜브와 샤프트사이에 마련되고, 상기 튜브가이드홈과 샤프트가이드홈에 안착되는 원통형 회전부재가 설치된 중공형 슬립부시;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 슬립부시의 외주연 길이방향에는 상기 회전부재의 설치를 위한 장착부가 상측으로 돌출되게 형성되고, 상기 회전부재는 상기 슬립부시의 외주연 길이방향에 다수개가 설치된다.

또한, 상기 회전부재는 상기 슬립부시에 기울어진 상태로 설치되어 상단과 하단이 각각 슬립부시의 외측과 내측에 위치되도록 설치되며, 상기 슬립부시의 외측으로 노출되는 상단의 경사면이 상기 튜브의 튜브가이드홈에 접촉되고, 상기 슬립부시의 내측으로 노출되는 하단의 경사면이 상기 샤프트의 샤프트가이드홈에 접촉되도록 한다. 그리고 상기 슬립부시에 설치되는 다수개의 회전부재는, 상기 슬립부시의 외측으로 노출되는 경사면이 그 슬립부시의 길이방향에 대해 좌/우 외측방향으로 번갈아 노출되게 하여 일렬로 배치된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 튜브와 샤프트의 사이에 설치되는 슬립부시에 원통형의 회전부재가 설치됨으로써 튜브와 샤프트간 축방향 슬라이딩시 종래 구형상의 볼 슬립과 동일한 구름발생으로 슬라이딩력을 동등수준으로 확보할 수 있게 되고, 회전방향 토크 적용시 회전부재의 경사면에 의한 선접촉으로 회전방향 토크를 분산시킬 수 있게 됨으로써 튜브와 샤프트의 변형이 방지되어 조향 안정성과 내구력을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 유니버셜 조인트를 사용한 조향장치의 개략도,
도 2는 종래 기술에 의한 자동차 조향장치의 유니버셜 조인트를 나타낸 도면,
도 3a는 종래 기술에 의한 유니버셜 조인트의 종단면 상태를 나타낸 도면,
도 3b는 종래 기술에 의한 슬립부시에서의 토크 전가량을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 유니버셜 조인트의 슬립장치 상태를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 슬립부시의 설치상태를 확대도시한 도면,
도 6은 슬립부시에 종래의 볼타입이 적용된 경우와 본 발명의 원기둥 형상의 회전구를 적용하였을 경우 샤프트의 파짐량을 비교한 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유니버셜 조인트의 슬립장치를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용어들은 제품을 생산하는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 유니버셜 조인트의 슬립장치 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 슬립부시의 설치상태를 확대도시한 도면이다.

상기 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치는 내주연에 축 방향으로 길게 튜브가이드홈(110)이 형성된 중공형 관체의 튜브(100); 상기 튜브(100)의 내부에 삽입되어 슬라이딩 되고, 외주연에 축 방향으로 길게 샤프트가이드홈(220)이 형성된 환봉형 샤프트(200); 및 상기 튜브(100)와 샤프트(200)사이에 마련되고, 상기 튜브가이드홈(110)과 샤프트가이드홈(220)에 안착되는 원통형 회전부재(400)가 설치된 중공형 슬립부시(300);를 포함하여 구성된다.

운전자가 조향휠(도 1 40 참조)을 작동하면 조향휠에 연결된 조향축(도 1 10 참조)이 회전하며, 조향축은 유니버셜조인트와 슬립 장치를 통하여 기어 박스에 회전력을 전달하게 되는데, 이때 본 발명에 따른 슬립장치는 회전력을 전달함과 동시에 축 방향으로 신축이 가능하도록 튜브(100)와 샤프트(200)가 신축되는 구조를 구비하고 있다.

상기 튜브(100)는 내측이 비어있는 관체로 그 내주연에는 축 방향으로 길게 형성된 다수개의 튜브가이드홈(110)이 형성된다. 여기서, 상기 튜브가이드홈(110)에는 후술되는 회전부재(400)가 안착된다.

그리고, 상기 샤프트(200)는 상기 튜브(100)의 내경보다 작은 외경을 갖는 환봉형으로, 상기 튜브(100)의 내측에 삽입되어 슬라이딩 된다. 여기서, 상기 샤프트(200)의 외주연에 축 방향으로 길게 형성된 다수개의 샤프트가이드홈(220)에는 후술되는 회전부재(400)가 안착된다.

또한, 상기 샤프트(200)에는 후술되는 슬립부시(300)의 이동을 제한하도록 하는 링형 스토퍼(500)가 설치되는데, 그 링형 스토퍼(500)는 상기 샤프트(200)의 끝단에 근접된 상태로 설치되는 제1스토퍼(510)와 상기 제1스토퍼(510)로부터 일정간격 이격된 상태로 설치되어 제2스토퍼(520)로 구성된다.

그리고, 상기 슬립부시(300)는 중공 원통 형상으로 상기 튜브(100)와 샤프트(200)사이에 설치되어 운전자의 조향시 조향력을 전달하게 된다.

상기 슬립부시(300)는 강성과 내마모성이 있는 나일론이나 플라스틱 재질로 형성되며, 상기 슬립부시(300)의 외주연 길이방향에는 상기 회전부재(400)의 설치를 위한 장착부(310)가 상측으로 돌출되게 형성되고, 상기 장착부(310)에는 다수개의 상기 회전부재(400)가 일정간격 이격된 상태로 일렬로 압입 배치되어 조향력을 전달하면서 축 방향의 슬립 운동을 하게 된다.

상기 장착부(310)는 중공 원통 형상의 상기 슬립부시(300)에 축 방향으로 길게 형성되는 것으로, 원 또는 타원형 봉 형상으로 원주 방향으로 일정 거리 이격되어 형성된다.

그리고, 상기 회전부재(400)는 상기 장착부(310)의 외주면과 내주면을 관통하는 다수개의 회전부재장착홀(미도시)에 설치되고, 상기 장착부(310)의 외주면과 내주면 밖으로 돌출된 상기 회전부재(400)의 외주연은 상기 튜브가이드홈(110)과 샤프트가이드홈(220)에 맞닿으며 선접촉에 의한 구름 마찰 운동을 하게 된다.

여기서, 상기 회전부재(400)의 설치상태를 더욱 상세히 살펴보면, 상기 회전부재(400)는 상기 슬립부시(300)에 경사지게 설치되어 상기 슬립부시(300)의 외측으로 노출되는 경사면이 상기 튜브(100)의 튜브가이드홈(110)에 접촉되고, 상기 슬립부시(300)의 내측으로 노출되는 경사면이 상기 샤프트의 샤프트가이드홈(220)에 접촉된다. 즉, 상기 회전부재(400)는 상기 슬립부시(300)에 기울어진 상태로 설치되어 상단과 하단이 각각 슬립부시(300)의 외측과 내측에 위치되도록 설치되며, 상기 슬립부시(300)의 외측으로 노출되는 상단의 경사면이 상기 튜브의 튜브가이드홈(110)에 접촉되고, 상기 슬립부시(300)의 내측으로 노출되는 하단의 경사면이 상기 샤프트의 샤프트가이드홈(220)에 접촉되도록 하는 것이다.

이때, 상기 슬립부시(300)의 외측으로 노출되는 상기 회전부재(400)의 경사면은 그 슬립부시의 길이방향에 대해 좌/우 외측방향으로 번갈아 일렬로 배치된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 회전부재(400)가 상기 장착부(310)의 길이방향 선단부에서 좌/우로 교호되면서 편향되게 장착되어, 좌 핸들 조타시 상기 장착부(310)의 좌측방향에 설치된 회전부재(400)의 경사면이 선접촉되고, 우 핸들 조타시 상기 장착부(310)의 우측방향에 설치된 회전부재(400)의 경사면이 선접촉되는 것으로, 이로 인해 회전방향 토크가 점접촉 대비 선접촉에 의해 분산됨으로서 접촉점에서의 튜브와 샤프트가 변형되지 않게 된다.

이와 같은 본 발명의 회전부재 구조와 형상으로 인해, 튜브와 샤프트간 축방향 슬라이딩시 종래 구형상의 볼 슬립과 동일한 구름발생으로 슬라이딩력을 동등수준으로 확보하면서 회전방향 토크 적용시 회전부재의 경사면에 의한 선접촉으로 회전방향 토크가 분산되어 상기 튜브와 샤프트의 변형을 방지할 수 있게 된다. 그로 인해, 조향 안정성과 내구력을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 튜브 110: 튜브가이드홈
200: 샤프트 220: 샤프트가이드홈
300: 슬립부시 310: 장착부
400: 회전부재 500: 링형 스토퍼
510: 제1스토퍼 520: 제2스토퍼

Claims (5)

1. 내주연에 축 방향으로 길게 튜브가이드홈이 형성된 관체의 튜브;
   상기 튜브의 내부에 삽입되어 슬라이딩 되고, 외주연에 축 방향으로 길게 샤프트가이드홈이 형성된 환봉형 샤프트; 및
   상기 튜브와 샤프트사이에 마련되고, 상기 튜브가이드홈과 샤프트가이드홈에 안착되는 원통형 회전부재가 설치된 중공형 슬립부시;를 포함하여 구성되고,
   상기 회전부재는 상기 슬립부시에 기울어진 상태로 설치되어 상단과 하단이 각각 슬립부시의 외측과 내측에 위치되도록 설치되며, 상기 슬립부시의 외측으로 노출되는 상단의 경사면이 상기 튜브의 튜브가이드홈에 접촉되고, 상기 슬립부시의 내측으로 노출되는 하단의 경사면이 상기 샤프트의 샤프트가이드홈에 접촉되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬립부시의 외주연 길이방향에는 상기 회전부재의 설치를 위한 장착부가 상측으로 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전부재는 상기 슬립부시의 외주연 길이방향에 다수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 슬립부시에 설치되는 다수개의 회전부재는, 상기 슬립부시의 외측으로 노출되는 경사면이 그 슬립부시의 길이방향에 대해 좌/우 외측방향으로 번갈아 노출되게 하여 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 유니버셜 조인트의 슬립장치.

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