KR101338902B1 - 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법 - Google Patents

조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인텀 샤프트의 단부에 유니버셜 조인트의 요크 부위와의 조립을 위해 단차진 세레이션을 형성시키는 형성작업이 간편하게 이루어지도록 한다.
본 발명에 따른 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법은, 인텀 샤프트의 일단부 측에 일측이 개구된 홈 형태의 끼움부를 형성시키는 단계와, 상기 끼움부의 내부에 봉 형태의 샤프트 코아를 일부 삽입시키는 단계와, 상기 샤프트 코아가 일부 삽입된 끼움부의 외측을 내부에 세레이션이 형성된 금형 다이스의 내부로 진입시키는 과정에서 외측에서 가압력을 전달하여 상기 끼움부의 외주면 둘레에 세레이션을 형성시키는 단계로 구성된다.

Description

조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법{Serration forming method of interm shaft for steering device of vehicle}
본 발명은 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법에 관한 것으로, 특히 자동차 인텀 샤프트와 유니버셜 조인트 간의 세레이션 결합을 위해 인텀 샤프트의 단부에 단차를 갖는 세레이션을 용이하게 성형할 수 있도록 개선된 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법에 관한 것이다.
일반적인 차량 조향장치는 운전자의 회전 조작에 의해 조향력을 발생시키는 스티어링 휠과, 스티어링 휠의 스티어링 샤프트를 둘러싸면서 스티어링 휠의 각도를 조절하는 스티어링 컬럼과, 스티어링 휠의 조향력을 스티어링 기어로 전달하는 인텀 샤프트(인터미디어트 샤프트 : Intermediate shaft)를 포함한다.
인텀 샤프트는 회전력을 발생시키는 스티어링 휠 및 스티어링 칼럼 등이 결합된 컬럼모듈과, 차륜을 동작시키는 기어박스 및 서스펜션 등이 결합된 새시모듈 사이에 설치된다.
또한, 인텀 샤프트는 스티어링 기어 측에 유니버셜 조인트로 연결되는 솔리드샤프트와, 스티어링컬럼 측의 스티어링 샤프트에 유니버셜 조인트로 연결되는 중공튜브형 샤프트(이하, 중공샤프트라고 칭함)가 상호 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되어 있는 구조로 마련되어 있다. 물론, 중공샤프트와 솔리드샤프트의 설치위치는 전술한 것과 반대의 위치일 수 있다. 즉, 솔리드샤프트가 스티어링 컬럼 측의 스티어링 샤프트와 연결될 수 있고, 중공샤프트가 스티어링 기어 측에 연결될 수도 있다.
이러한 중공샤프트와 솔리드샤프트는 회전력 전달 및 충격 흡수를 위해서 상호 축선 방향으로 상대 이동 가능한 스플라인 결합구조로 결합될 수 있다.
기존 조향장치용 인텀 샤프트의 선행기술로는, 한국 등록실용신안공보 등록번호 제 20-0296938호 "인텀 샤프트의 결합구조"(등록일자 : 2002.11.22)에 나타난 바와 같이, 요크부가 장착된 튜브의 선단부와 인텀 샤프트의 일측부가 세레이션 결합되고, 결합부에 의해 형성된 단자가 감싸여지면서 결합의 조력기능이 부가된 이탈방지캡이 부착되고, 이탈방지캡은 분할 제작되고, 양선단부에 길이방향으로 형성되면서 기단부와 선단부의 단면적을 달리하는 끼움돌기부 및 가이드홈부가 상호 체결되는 것이다.
기존 조향장치용 인텀 샤프트의 가공을 위한 관련 선행기술로는 한국 공개특허공보 공개번호 제 10-2013-0027696호 "자동차 조향장치용 스플라인 샤프트의 가공장치"(공개일자 : 2013.03.18)에 나타난 바와 같이, 장치 프레임과, 장치 프레임에 설치되어 가공할 스플라인 샤프트의 하단을 지지하는 제 1지지유닛과, 스플라인 샤프트의 상단을 지지하며 승강 구동되는 제 2지지유닛과, 스플라인 샤프트의 상단과 하단 사이의 외측을 클램핑하여 흔들림을 방지하는 클램핑유닛과, 스플라인 샤프트를 가공하기 위한 가공공구가 지지되며, 상하 이동 가능한 가동블록과, 상기 가동블록을 승강 이동시키기 위한 메인 구동부, 상기 스플라인 샤프트의 길이에 따라서 상기 제 2지지유닛 및 가동블록의 높이를 조절하기 위한 높이 조절유닛, 및 상기 스플라인 샤프트의 장착자세를 결정하기 위한 샤프트 장착자세 결정부로 구성된 것이다.
인텀 샤프트는 솔리드 샤프트 또는 중공샤프트로 구성되는 데, 샤프트의 일단부가 튜브의 일단부 내부로 결합되고 샤프트의 타단부와 튜브의 타단부가 유니버셜 조인트의 요크 부위에 각각 압입된 후에 용접으로 일체 결합되는 결합방식을 갖는다.
그런데, 요크와 압입방식으로 조립된 후에 용접되는 기존 방식의 인텀 샤프트는 직경이 동일한 환봉 형태로 구성되므로, 외주면에 세레이션을 형성시키더라도 통상적인 세레이션 결합방식만을 채택할 수 밖에 없는 구조적 제약을 가지며, 코킹을 통한 요크와의 압착이 불가능한 구조로 되어 있다.
한국 등록실용신안공보 등록번호 제 20-0296938호 "인텀 샤프트의 결합구조"(등록일자 : 2002.11.22) 한국 공개특허공보 공개번호 제 10-2013-0027696호 "자동차 조향장치용 스플라인 샤프트의 가공장치"(공개일자 : 2013.03.18)
본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 인텀 샤프트의 단부 둘레에 유니버셜 조인트의 요크와의 조립을 위해 중공 형태의 단차를 가지며 외주면에 세레이션이 형성된 끼움부를 용이하게 성형시킬 수 있도록 개선된 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인텀 샤프트의 일단부 측에 내부 공간을 갖도록 홈 형태로 구성된 끼움부를 형성시키는 단계와,
상기 끼움부의 내부에 샤프트 코아를 삽입시키는 단계와,
상기 샤프트 코아가 삽입된 끼움부의 외측을 내부에 세레이션부가 형성된 금형 다이스의 내부로 진입시키는 과정에서 외측에서 가압력을 전달하여 상기 끼움부의 외주면 둘레에 세레이션을 형성시키는 단계를 구비하며,
상기 끼움부를 형성시키는 단계에서 상기 끼움부의 하단의 하단내경부는 끼움부의 상단의 상단내경부 보다 좁아지도록 끼움부의 내경을 단차지게 형성시키는 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 본 발명은 요크와 결합되는 인텀 샤프트의 단부 외주면에 요크와의 조립성이 향상되도록 단차를 갖는 세레이션 구조를 용이하게 성형할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.
이로 인해, 본 발명은 일단부에 중공을 가지며 외주면 직경이 단차를 갖는 세레이션 구조의 끼움부를 구비함으로써, 요크와의 세레이션 결합 후 끼움부의 내측에서 코킹 작업으로 부위별 압착을 통해 인텀 샤프트와 요크를 견고하게 결합시킬 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형을 위한 성형기구의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 적용되는 인텀 샤프트를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 정면도.
도 4는 본 발명에 적용되는 샤프트 코아의 사시도.
도 5는 본 발명의 금형 다이스의 사시도.
도 6은 본 발명의 끼움부 내에 샤프트 코아의 일부가 삽입된 상태로 금형 다이스에 진입되기 전 상태를 보인 도면.
도 7은 본 발명 끼움부의 외주면 둘레에 세레이션 성형되는 상태를 보인 단면도.
도 8은 본 발명의 성형방법에 의해 세레이션 성형된 인텀 샤프트를 나타낸 사시도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따라 제작된 인텀 샤프트와 요크의 결합전과 결합후의 사시도.
본 발명은 솔리드 샤프트 또는 중공샤프트인 인텀 샤프트의 단부에 유니버셜 조인트의 요크 부위와의 조립을 위해 단차진 세레이션을 형성시켜 용접을 사용하지 않고 인텀 샤프트와 요크를 견고하게 결합시킬 수 있다.
본 발명에 따른 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법은, 도 1 내지 도 8을 참조하면, 인텀 샤프트를 구성하는 인텀 샤프트(100)의 일단부 측에 일측이 개구된 홈 형태의 끼움부(110)를 형성시키는 단계와, 상기 끼움부(110)의 내부에 봉 형태의 샤프트 코아(200)를 일부 삽입시키는 단계와, 상기 샤프트 코아(200)가 일부 삽입된 끼움부(110)의 외측을 내부에 세레이션부(310)가 형성된 금형 다이스(300)의 내부로 진입시키는 과정에서 외측에서 가압력을 전달하여 상기 끼움부(110)의 외주면 둘레에 세레이션(115)을 형성시키는 단계로 구성된다.
더 상세히 설명하면, 인텀 샤프트는 도 2에 도시된 바와 같이, 일단부에 다른 부위의 외경보다 더 큰 중공을 갖는 끼움부(110)가 형성되고, 타단부 외주면 둘레에 기어(105)가 형성된 구조를 갖는다.
끼움부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상,하 부위의 내경이 서로 단차진 단턱부(112)가 형성된 구조를 갖는다.
즉, 단턱부(112)를 기준으로 단턱부(112)의 하부인 끼움부(110)의 하단의 하단내경부(110a)는 단턱부(112) 상부인 끼움부(110)의 상단의 상단내경부(110b) 보다 좁게 끼움부(110)의 내경을 단차지게 형성시켜, 도 3에 도시된 바와 같이, 끼움부(110)의 하단내경부(110a)의 직경(ℓ1)은 끼움부(110)의 상단내경부(110b)의 직경(ℓ2) 보다 작게 형성한다.
이는 샤프트 코아(200)의 직경은 끼움부(110)의 하단내경부(110a)의 직경(ℓ1)과 동일하게 형성하여 샤프트 코아(200)를 끼움부(110)에 삽입하여 끼움 결합시 끼움부(110)의 상단내경부(110b)와 샤프트 코아(200)의 외경 사이에 간극을 형성시키기 위한 것으로써, 이 간극은 금형 다이스(300)와의 가압과정에서 단턱부(112)를 기준으로 끼움부(110)의 상단부와 하단부의 외경의 변화를 부여하기 위한 공간이 된다. 즉, 후공정에서 끼움부(110)의 상단부의 외경이 끼움부(110)의 하단부 외경 보다 축소된 소경부(120)를 형성시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 샤프트 코아(200)는 끼움부(110)의 길이보다 더 길게 형성된 봉 형태로 구성된다.
도 5는 금형 다이스(300)의 사시도로서, 중앙에 상,하로 연통되는 통공(305)이 형성되고, 통공(305)의 내주면에 세레이션부(310)가 형성된 구조를 갖는다.
또한, 통공(305)은 끼움부(110)가 진입되는 하부의 내경이 상부의 내경보다 더 큰 내경을 가지며, 상부 내경(312)과 하부 내경(314) 사이의 중간 부위에 경사면(315)이 형성된다.
금형 다이스(300)의 하부 내경(314)과 상부 내경(312)의 차이로 인해 끼움부(110)의 단부가 금형 다이스(300)에 진입되는 과정에서 끼움부(110)의 상단부의 외경이 끼움부(110)의 하단부 외경 보다 축소되어 끼움부(110)의 상단부는 끼움부(110)의 단부 외경이 축소된 소경부(120)가 형성된다.
이러한 구성요소를 이용한 본 발명의 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 인텀 샤프트의 일단부에 하단내경부(110a)가 상단내경부(110a) 보다 좁게 형성된 끼움부(110)를 성형하고, 성형된 끼움부(110)의 내부에 봉 형태의 샤프트 코아(200)의 일부분을 삽입시켜 끼움 결합시킨다.
이어서, 샤프트 코아(200)가 끼워진 상태의 인텀 샤프트의 끼움부(110)를 금형 다이스(300)의 통공(305) 내부로 진입시켜 끼움부(110)의 외주면 둘레에 세레이션을 형성시킨다.
이때, 샤프트 코아(200)는 중공 형태의 끼움부(110)가 금형 다이스(300)에 의해 성형되는 과정 중에 과도하게 변형되는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다.
상기한 인텀 샤프트의 단부를 금형 다이스(300)의 통공(305) 내부로 진입시키는 것은 프레스를 이용하여 가압력을 전달하는 방식을 채용할 수 있다.
이로 인해, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 끼움부(110)는 금형 다이스(300)의 통공(305) 내부로 진입되는 과정에서 통공(305)의 내주면에 형성된 세레이션부(310)에 의해 외주면 둘레에 세레이션(115)이 성형되고, 이 세레이션(115)의 형성 과정중에 금형 다이스(300)의 하부 내경(314)과 상부 내경(312)의 차이로 인해 끼움부(110)의 상단부의 외경이 끼움부(110)의 하단부 외경 보다 축소되면서 끼움부(110)의 상단부는 끼움부(110)의 단부 외경이 축소된 소경부(120)가 형성된다. 소경부(120)는 끼움부(110)의 하단부와 내경은 동일하나, 끼움부(110)의 하단부에 비해 외경이 작은 세레이션이 형성된다.
도 9a에 도시된 바와 같이 소경부(120)는 요크(20)와의 결합을 위한 조립성을 향상시킬 수 있는 이점을 갖는다.
끼움부(110)의 세레이션은 톱니 형태의 기어이들이 수직방향으로 형성되며, 인텀 샤프트(100)의 끼움부(110)를 요크(20)의 세레이션이 형성된 홈(21)에 삽입시켜 끼움부(110)와 요크(20)는 세레이션 결합된다.
도 9b에 도시된 바와 같이 끼움부(110)의 소경부(120) 내측을 압착하는 코킹 작업에 의해 인텀 샤프트(100)와 요크(20)는 견고하게 결합된다.
따라서, 본 발명은 요크와 결합되는 인텀 샤프트의 단부 외주면에 요크와의 조립성이 향상되도록 단차를 갖는 세레이션 구조를 용이하게 성형할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.
이로 인해, 본 발명은 일단부에 중공을 가지며 외주면 직경이 단차를 갖는 세레이션 구조의 끼움부(110)를 구비함으로써, 요크와의 세레이션 결합시 끼움부(110)의 내부에서 코킹 작업으로 부위별 압착을 통해 이탈이 방지되는 구조로 결합시킬 수 있는 이점을 갖는다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예들에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변경할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 해야 할 것이다.
100 : 인텀 샤프트 110 : 끼움부
112 : 단턱부 115 : 세레이션
120 : 소경부 200 : 샤프트 코아
300 : 금형 다이스 305 : 통공
310 : 세레이션부 312 : 상부 내경
314 : 하부 내경 315 : 경사면

Claims (6)

  1. 인텀 샤프트(100)의 일단부 측에 내부 공간을 갖도록 홈 형태로 구성된 끼움부(110)를 형성시키는 단계와,
    상기 끼움부(110)의 내부에 샤프트 코아(200)를 삽입시키는 단계와,
    상기 샤프트 코아(200)가 삽입된 끼움부(110)의 외측을 내부에 세레이션부(310)가 형성된 금형 다이스(300)의 내부로 진입시키는 과정에서 외측에서 가압력을 전달하여 상기 끼움부(110)의 외주면 둘레에 세레이션을 형성시키는 단계를 구비하며,
    상기 끼움부(110)를 형성시키는 단계에서 상기 끼움부(110)의 하단의 하단내경부(110a)는 끼움부(110)의 상단의 상단내경부(110b) 보다 좁아지도록 끼움부(110)의 내경을 단차지게 형성시키는 것을 특징으로 하는 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 끼움부(110)의 하단내경부(110a)의 직경(ℓ1)과 상기 샤프트 코아(200)의 직경은 동일한 것을 특징으로 하는 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 금형 다이스(300)는 상기 끼움부(110)가 진입되는 입구측의 하부 내경(314)보다 상측의 상부 내경(312)이 더 좁게 형성된 것을 구비하여서, 상기 끼움부(110)의 진입과정에서 상기 끼움부(110)의 상단 외경이 상기 끼움부(110)의 하단 외경 보다 축소된 소경부(120)를 형성시키는 것을 특징으로 하는 조향장치용 인텀 샤프트의 세레이션 성형방법.
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