KR101581460B1 - 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트 - Google Patents

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KR101581460B1 KR1020140090613A KR20140090613A KR101581460B1 KR 101581460 B1 KR101581460 B1 KR 101581460B1 KR 1020140090613 A KR1020140090613 A KR 1020140090613A KR 20140090613 A KR20140090613 A KR 20140090613A KR 101581460 B1 KR101581460 B1 KR 101581460B1
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Abstract

본 발명은 슬립부시의 마찰저항을 최소화 할 수 있고, 윤활제를 보충하지 않아도 양호한 윤활작용이 지속적으로 이루어질 수 있는 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 관한 것이다.
본 발명의 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트는 자동차용 조향장치의 유니버설조인트를 구성하는 파이프조인트에 축방향으로 슬립이동 가능하도록 조립되는 샤프트부와, 이 샤프트부의 일측 끝단부에 형성되는 요크부로 이루어진 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트를 포함하고,
상기 샤프트부에는 샤프트부에 삽입 고정되는 슬리브와, 이 슬리브에서 돌출되는 장착부에 조립되어 파이프조인트의 내면과 접촉되는 니들베어링으로 이루어진 슬립부시가 제공되고, 상기 니들베어링의 양쪽단부는 곡면부로 이루어진 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트를 제공한다.

Description

자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트{SHAFT JOINT OF UNIVERSAL JOINT FOR VEHICLE}
본 발명은 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마찰저항을 최소화 할 수 있고, 윤활제를 보충하지 않아도 양호한 윤활작용이 이루어질 수 있는 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 운전자가 차량의 진행방향을 바꾸기 위하여 조향장치가 제공된다.
상기 조향장치는 운전석 전방에 설치되어 운전자가 회전시킬 수 있도록 이루어진 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 하부에 설치되는 스티어링 칼럼과, 상기 스티어링 휠의 회전운동을 직진운동으로 전환시킴과 동시에 조향력을 증대시켜 타이어의 방향을 변경시키는 기어박스와, 상기 스티어링 칼럼에 전달된 회전력을 기어박스로 전달하기 위한 유니버설 조인트를 포함한다.
상기 유니버설 조인트는 샤프트조인트와, 이 샤프트조인트에 슬립 이동 가능하면서 회전토크를 전달할 수 있는 상태로 조립되는 파이프조인트로 구성된다.
상기 샤프트조인트의 외주면 길이방향으로는 세레이션이 형성되고, 파이프조인트의 내측에는 상기 세레이션과 대응되는 스플라인이 형성되어 샤프트조인트는 파이프조인트에 치차 결합으로 연결되어 회전토크를 전달할 수 있으면서 축 방향으로 슬립이동 할 수 있게 된다.
그리고 상기 샤프트조인트와 파이프조인트의 각 단부에는 고정홀이 뚫린 요크부가 각각 제공되어 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결할 수 있도록 되어있으며, 각각의 스파이더가 조립된 샤프트조인트의 요크부는 스티어링 칼럼에 조립되고 파이프조인트의 요크부는 기어박스에 연결된다.
이러한 자동차용 유니버설 조인트는 냉간단조 등을 이용하여 샤프트조인트 및 파이프조인트는 각각의 요크부가 일체형으로 이루어진 구조로 성형하는 방법으로 제작할 수 있다.
그리고 이렇게 제조된 샤프트조인트와 파이프조인트는 서로 조립하여 사용하게 되는데, 조립 시 샤프트조인트와 파이프조인트가 더욱 원활하면서도 부드럽게 슬립이동 할 수 있도록 샤프트조인트의 스플라인에 볼베어링 또는 볼베어링과 니들베어링의 조합으로 이루어진 슬립부시를 조립하고 그 표면에 오일이나 그리스 등과 같은 윤활제를 도포하고 이러한 샤프트조인트를 파이프조인트에 조립하게 된다.
그러나 슬립부시가 볼베어링이나 볼베어링과 니들베어링의 조합으로 이루어지면 유니버설 조인트가 부드럽게 슬립이동 할 수는 있지만 볼베어링은 점접촉을 하므로 볼에 의하여 샤프트 조인트에 압흔이 발생할 수 있고, 그러면 조향장치를 사용할 때 노이즈가 발생하가나 조향성능이 저하되는 문제가 발생한다.
또한 조향장치의 사용시간이 누적에 따라 마찰로 인하여 볼베어링은 마모되므로 이로 인하여 조향장치를 사용할 때 스티어링 휠의 회전방향 유격이 그만큼 커져 소음이 발생함을 물론 조향성능을 저하시킨다.
이와 같은 단점을 해소하게 위한 선행기술로써 공개특허 10-2014-0039660호가 제안되어 있다.
상기 선행기술은 조향장치의 회전 토크에 대한 슬립부시의 압흔 발생을 없애면서 조향성능을 좋게 유지할 수 있도록 볼 베어링 대신 니들베어링이 제공된 구조로 이루어진다.
그러나 상기 니들베어링은 단면이 원기둥 형상으로 이루어지고 그 양쪽 단부는 평면으로 이루어지므로 샤프트조인트가 파이프조인트 내부를 따라서 슬립이동 할 때 니들베어링의 끝단부에서 마찰저항이 높아지는 단점이 발생한다.
그러한 이유로 샤프트조인트는 파이프조인트에서 부드럽게 슬립 이동할 수 없고 이에 따라 조향감을 양호하게 유지할 수 없다.
또한 선행기술은 니들베어링의 윤활작용을 좋게 유지하기 위하여 그리스나 오일과 같은 윤활제를 계속 보충해야 하는 단점도 있다. 즉, 슬립부시에 도포된 윤활제는 시간이 경과하면서 점차적으로 그 양이 줄어들게 됨으로 수시로 윤활제를 보충해야 윤활작용이 원활하게 이루어진다.
한국공개특허 10-2014-0039660호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 슬립부시의 마찰저항을 최소화 할 수 있고, 또한 윤활제를 보충하지 않아도 양호한 윤활작용이 이루어질 수 있도록 구성된 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트를 제공하는데 있다.
본 발명이 제안하는 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트는 자동차용 조향장치의 유니버설조인트를 구성하는 파이프조인트에 축방향으로 슬립이동 가능하도록 조립되는 샤프트부와, 이 샤프트부의 일측 끝단부에 형성되는 요크부로 이루어진 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트를 포함하고,
상기 샤프트부에는 샤프트부에 삽입 고정되는 슬리브와, 이 슬리브에서 돌출되는 장착부에 조립되어 파이프조인트의 내면과 접촉되는 니들베어링으로 이루어진 슬립부시가 제공되고, 상기 니들베어링의 양쪽단부는 곡면부로 이루어진 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트를 제공한다.
상기 곡면부는 반구형의 형상으로 이루어지고, 상기 곡면부의 중심부에는 윤활제 보유수단이 형성된다.
상기 윤활제 보유수단은 윤활제가 저장되는 윤활제 수용홈으로 이루어지고, 상기 윤활제 수용홈에는 니들베어링의 끝단부 외측면과 연결되는 유출통로가 형성된다.
상기 슬립부시의 장착부에는 윤활제가 흐를 수 있도록 길이방향을 따라서 홈이 형성된다.
본 발명에 의한 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트는 슬립부시에 제공된 니들베어링의 양단부가 곡면부로 형성되어 유니버설 조인트가 슬립 작동할 때 마찰계수를 최소화 할 수 있다.
또한 니들베어링의 양단부에는 그리스나 오일과 같은 윤활제가 수용될 수 있는 윤활제 수용홈이 형성되어 슬립부시 표면에 항상 충분한 윤활제가 도포되어 별도의 윤활제 공급이 필요 없고, 샤프트조인트의 슬립이동 시 노이즈가 발생되지 않고 부드럽게 작동하여 조향성능을 양호하게 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트를 정면에서 바라본 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 조립되는 슬립부시의 사시도이다.
도 3은 도 2의 슬립부시에 제공된 니들베어링의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 파이프조인트가 조립되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트 정면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 조립되는 슬립부시 및 니들베어링을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 파이프조인트가 조립되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트는 냉간단조 등을 이용하여 샤프트부(100)와 요크부(200)가 일체로 이루어지면서 샤프트부(100)에는 세레이션(110)을 성형하여 샤프트조인트(S)를 마련할 수 있다.
이렇게 세레이션(110)이 형성된 샤프트조인트(S)의 끝단부에는 뒤에서 상세하게 설명되는 슬립부시(500)가 끼워지며, 이 슬립부시(500)를 고정할 수 있도록 샤프트부(100)의 끝단부에 스냅링 고정홈(120)이 형성된다.
샤프트조인트(S)의 성형 후 세레이션(110)의 내구성, 내마모성 및 표면경도를 높일 수 있도록 샤프트부(100)에는 열처리를 할 수 있다.
또한 샤프트조인트(S)의 요크부(200)에는 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀(210)을 형성한다. 상기 연결홀(210)의 가공은 통상적인 절삭가공 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
한편 도 4에서와 같이 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트에 조립되는 상대부품인 파이프조인트(P)는 소재를 통상적인 냉간단조 등을 이용하여 파이프부(300)와 요크부(400)가 일체로 이루어지면서 파이프부(300) 내부면은 상기 샤프트조인트(S)의 세레이션(110)과 대응되는 스플라인(310)을 성형하는 방법으로 마련할 수 있다.
파이프조인트(P)의 스플라인(310)은 파이프부(300)를 성형하면서 그 내부 자체가 스플라인(310) 형상으로 성형하는 방식으로 성형할 수 있다.
이러한 파이프조인트(P)에는 본 발명의 샤프트조인트(S)와 조립하여 이를 피고정체에 고정할 수 있도록 파이프부(300)의 끝단부 둘레 면을 따라서 고정홈(320)을 형성한다.
그리고 파이프조인트(P)의 요크부(400)에는 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀(410)이 형성된다.
상기와 같은 샤프트조인트(S)의 샤프트부(110)를 파이프조인트(P)의 파이프부(300) 내부에 끼워 조립하여 유니버설 조인트를 구성하게 되는데, 이러한 유니버설 조인트를 차량에 장착하여 사용할 때 축 방향으로 부드럽게 슬립이동 할 수 있도록 샤프트부(100)에는 슬립부시(500)가 더 조립된다.
본 발명에 제공된 슬립부시(500)는 도 2에서와 같이 샤프트조인트(S)의 샤프트부(100) 외측에 삽입되는 슬리브(510)와, 상기 슬리브(510)의 외측면 길이방향을 따라서 간격을 유지하며 돌출되는 장착부(520)에 설치되어 파이프조인트(P)의 내면과 접촉되는 니들베어링(530)으로 이루어진다.
이렇게 슬립부시(500)에 제공된 베어링이 니들베어링(530)으로 이루어지면 볼 베어링을 사용할 때의 단점인 회전 토크에 의한 압흔이 발생하지 않으며, 파이프조인트(P)의 파이프부(300)와 선접촉하면서 작동하여 양호한 슬립감을 제공한다.
니들베어링(530)이 장착되는 장착부(520)는 원기둥 형상으로 이루어지며 이러한 장착부(520)에는 장착홈이 형성되어 이 장착홈에 니들베어링(530)이 억지끼움 방식으로 장착될 수 있도록 되어있다.
그리고 장착부(520)에는 길이방향을 따라서 홈(540)이 형성되어 그리스나 오일과 같은 윤활제가 흐르거나 저장될 수 있도록 구성된다.
이렇게 니들베어링(530)이 고정 지지된 슬리브(510)는 샤프트조인트(S)의 샤프트부(100) 끝단부에 끼우고 스냅링 고정홈(120)에 도시되지 않은 스냅링을 이용하여 고정할 수 있다.
상기 니들베어링(530)은 각 장착부(520)에 간격을 유지하며 복수개로 설치되거나나 또는 하나만 설치될 수도 있다.
본 실시예에서는 각 장착부(520)에 장착되는 니들베어링(530)은 복수개로 이루어지는데, 이렇게 니들베어링(530)을 복수개로 제공하는 이유는, 예를 들어 니들베어링이 한 개로 이루어질 경우 유니버설조인트가 슬립 시 어느 한 부분에 마찰이 집중되어 유니버설조인트의 직진성에 영향을 줄 수 있지만, 복수개로 이루어질 경우 마찰력이 한 부분에 집중되는 것을 방지하여 슬립이 부드럽게 이루어질 수 있도록 하여준다.
특히 상기 니들베어링(530)은 도 3에서와 같이 원기둥 형상으로 이루어지면서 그 양쪽단부는 곡면부(550)로 이루어진다. 상기 곡면부(550)의 형상은 예를 들어 반구형의 형상으로 이루어질 수 있다.
이렇게 니들베어링(530)의 양단부가 곡면부(550)로 형성되면 샤프트조인트(S)가 파이프조인트(P)를 따라서 슬립 이동 할 때 니들베어링(530)의 선단부 마찰저항이 종래에 비하여 줄어들어 마찰저항을 줄일 수 있다.
즉, 유니버설조인트가 슬립 운동할 때 마찰력이 종래보다 감소하므로 부드러운 슬립운동이 가능하여 조향장치의 조향력을 좋게 유지할 수 있다.
이러한 슬립운동이 더욱 부드럽게 유지될 수 있도록 유니버설 조인트를 조립하면서 슬립부시(500)의 표면에는 그리스나 윤활유와 같은 윤활제 등을 도포하게 되는데, 이와 같이 슬립부시(500) 표면에 제공된 윤활제가 슬립부시에 더욱 오래도록 머무르면서 지속적으로 제공될 수 있도록 니들베어링(530)의 곡면부(550)에는 윤활제 보유수단이 형성된다.
상기 윤활제 보유수단은 윤활제가 저장되는 윤활제 수용홈(560)으로 이루어질 수 있다.
상기 윤활제 수용홈(560)은 니들베어링(530)을 냉각단조공법 등으로 제조하면서 같이 형성할 수 있으며, 이때 윤활제 수용홈(560)의 일측으로는 니들베어링(530)의 끝단부 외측면과 연결되는 유출통로(570)가 형성되어 윤활제 수용홈(560)으로 윤활제가 유입되거나 배출될 수 있도록 되어있다.
상기 유출통로(570)의 단면 크기는 윤활제 수용홈(560)보다 작게 이루어져 윤활제 수용홈(560)에 저장된 윤활제가 일시에 유출되지 않고 조금씩 미세하게 배출될 수 있도록 되어있다.
이러한 윤활제 수용홈(560)은 슬립부시(500)의 표면에 그리스나 윤활유와 같은 윤활제 등을 도포하면, 윤활제가 유출통로(570)를 거쳐 윤활제 수용홈(560)으로 유입되어 저장된다.
그리고 이렇게 윤활제 수용홈(560)으로 유입된 윤활제는 액체일 경우라도 서로 끌어당기는 힘이 작용하여 쉽게 빠져나오지 못하고, 유출통로(570)가 윤활제 수용홈(560)에 비하여 좁게 이루어져 차량 운행 중 진동이 발생하더라도 외부로 쉽게 흘러나오지 않는다. 이에 따라 니들베어링(530) 및 장착부(520)와 그 주변의 슬리부(510) 표면에는 항상 윤활제가 공급될 수 있게 되며, 그러한 이유로 본 발명의 유니버설조인트는 항상 부드럽게 작동할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트(S)는 도 4와 같이 샤프트부(100) 끝단부에 슬립부시(500)를 조립한 후 그 일측단을 파이프조인트(P)의 내측으로 삽입하여 조립하게 되는데, 이렇게 조립된 샤프트조인트(S) 및 파이프조인트(P)는 세레이션(110)과 스플라인(310)은 슬립부시(500)를 통하여 회전토크를 전달할 수 있으면서 축 방향으로 슬립이동 가능한 상태가 된다.
이렇게 조립된 자동차용 유니버설 조인트는 샤프트조인트(S)의 요크부(200)에 형성된 연결홀(210)에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하여 자동차의 조향장치를 구성하는 스티어링 칼럼에 조립하고, 파이프조인트(P)의 요크부(400)에 형성된 연결홀(410)에는 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하여 자동차의 조향장치를 구성하는 기어박스에 조립하여 사용하면 된다.
이때 슬립부시(500)에 제공된 니들베어링(530)은 양쪽단부가 곡면부(550)로 이루어져 샤프트조인트(S)가 파이프조인트(P)를 따라서 슬립 이동 할 때 니들베어링(530)의 선단부 마찰저항을 최소화 하여 부드럽게 슬립운동을 할 수 있다.
또한 샤프트조인트(S)의 샤프트부(100) 및 슬립부시(500)에는 오일 또는 그리스와 같은 윤활제를 도포하게 되는데, 이때 니들베어링(530)에 형성된 윤활제 수용홈(560)에 윤활제가 수용되어 잔류하므로, 그 이후에 별도의 윤활제 공급이 없어도 충분한 윤활작용을 하여 샤프트부(100)와 파이프부(300)의 슬립이동 시 마찰계수를 낮추면서 노이즈가 발생하지 않고 조향성능을 더욱 양호하게 유지시킨다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 예시를 목적으로 설명되어 있으나 이에 제한되지는 않으며, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것도 가능하다.
S: 샤프트조인트 P: 파이프조인트
100: 샤프트부 110: 세레이션
120: 스냅링 고정홈 200, 400: 요크부
210, 410: 연결홀 300: 파이프부
310: 스플라인 320: 고정홈
500: 슬립부시 510: 슬리브
520: 장착부 530: 니들베어링
540: 홈 550: 곡면부
560: 윤활제 수용홈 570: 유출통로

Claims (6)

  1. 자동차용 조향장치의 유니버설조인트를 구성하는 파이프조인트에 축방향으로 슬립이동 가능하도록 조립되는 샤프트부와, 이 샤프트부의 일측 끝단부에 형성되는 요크부로 이루어진 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트를 포함하고,
    상기 샤프트부에는 샤프트부에 삽입 고정되는 슬리브와, 이 슬리브에서 돌출되는 장착부에 조립되어 파이프조인트의 내면과 접촉되는 니들베어링으로 이루어진 슬립부시가 제공되고,
    상기 니들베어링의 양쪽단부는 곡면부로 이루어지고, 상기 곡면부의 중심부에는 윤활제 보유수단이 형성된 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 곡면부는 반구형의 형상인 것을 특징으로 하는 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 윤활제 보유수단은 윤활제가 저장되는 윤활제 수용홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 윤활제 수용홈에는 니들베어링의 끝단부 외측면과 연결되는 유출통로가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬립부시의 장착부에는 윤활제가 흐를 수 있도록 길이방향을 따라서 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 유니버설 조인트의 샤프트조인트.
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