KR101639036B1 - 길이 가변형 샤프트 - Google Patents

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Abstract

회전축과 평행한 반원형 단면의 외측직선홈 및 상기 외측직선홈과 소정의 각도를 이루도록 기울어져 스파이럴 형태로 형성된 반원형 단면의 외측경사홈이 내주면에 형성된 제1결합부를 구비하는 제1샤프트; 상기 제1결합부에 삽입되며 상기 외측직선홈에 대응되는 반원형 단면의 내측직선홈 및 상기 내측직선홈과 소정의 각도를 이루도록 상기 외측경사홈과 반대방향으로 기울어진 스파이럴 형태로 형성된 반원형 단면의 내측경사홈이 외주면에 형성된 제2결합부를 구비하는 제2샤프트; 및 상기 외측직선홈과 상기 내측직선홈 사이에 복수개가 축방향을 따라 일렬로 배치되고, 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈 사이에는 하나가 각각 배치되는 복수개의 볼;을 포함하고, 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트가 축방향으로 신축가능하도록 결합되는 길이 가변형 샤프트를 제공하여, 회전시의 원주방향으로의 유격을 방지하고, 볼의 이탈을 방지할 수 있다.

Description

길이 가변형 샤프트{Telescopic Shaft}
본 발명은 길이 가변형 샤프트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유격을 최소화할 수 있는 길이 가변형 샤프트에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 방향 전환을 위해 사용하는 스티어링 휠은 스티어링 기어박수와의 사이에 스티어링 샤프트와 연결된다. 이때에, 스티어링 샤프트는 운전자가 스티어링 휠을 회전시키는 회전량만큼 스티어링 기어박스 내의 기어를 회전시켜 차량 휠(바퀴)의 방향을 회전시키게 된다.
한편, 이와 같은 스티어링 샤프트는 기본적으로 차종에 따라 그 길이가 정해지는 것이 일반적이나, 최근에 운전자의 체형 등을 고려하여 스티어링 샤프트의 각도 및 길이를 조절할 수 있는 가변형 스티어링 샤프트가 많이 사용되고 있다.
또한, 자동차의 드라이브 샤프트는 아웃보드용 고정형 조인트와 샤프트, 인보드용 섭동형 조인트가 사용되는데, 인보드용 조인트의 각도제한에 따라 차량의 레이아웃이 한정되고, 높은 각도와 구동력 구간에서 인보드용 조인트에서 발생하는 축력의 영향으로 차량에 진동이 발생되는 문제가 있었다. 아울러, 차량간 상이한 레이아웃으로 동일한 조인트를 사용함에도 불구하고 샤프트의 길이가 상이하여, 드라이브샤프트의 종류가 달라져 제품 혼입 및 공용화에 걸림돌이 되었다.
이와 같은 종래의 드라이브 샤프트의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 길이 변화가 가능한 드라이브 샤프트가 대한민국 등록특허 제10-0793692호(2008.1.11 등록공고)에 소개되고 있다.
한편, 상술한 가변형 스티어링 샤프트나 길이변화가 가능한 드라이브 샤프트는 축방향으로 형성된 홈에 일렬로 배치된 다수의 볼에 의해서 길이 변화가 가능함과 동시에 회전력을 전달할 수 있도록 하는 구조인데, 그 구조의 특성상 다소간의 유격이 발생할 수 밖에 없으며, 볼의 이탈을 방지하기 위한 별도의 구조나 장치가 필요하다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0793692호 (2008.01.11 공고)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유격을 최소화하고 볼의 이탈을 방지할 수 있는 길이 가변형 샤프트를 제공하는데에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트는, 회전축과 평행한 외측직선홈 및 상기 외측직선홈과 소정의 각도를 이루도록 기울어져 스파이럴 형태로 형성된 외측경사홈이 내주면에 형성된 제1결합부를 구비하는 제1샤프트; 상기 제1결합부에 삽입되며 상기 외측직선홈에 대응되는 내측직선홈 및 상기 내측직선홈과 소정의 각도를 이루도록 상기 외측경사홈과 반대방향으로 기울어진 스파이럴 형태로 형성된 내측경사홈이 외주면에 형성된 제2결합부를 구비하는 제2샤프트; 및 상기 외측직선홈과 상기 내측직선홈 사이에 복수개가 축방향을 따라 일렬로 배치되고, 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈 사이에는 하나가 각각 배치되는 복수개의 볼;을 포함하고, 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트가 축방향으로 신축가능하도록 결합될 수 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에서, 상기 외측경사홈은 짝수개가 구비되고, 어느 하나의 외측경사홈과 이에 인접한 다른 하나의 외측경사홈은 서로 반대방향으로 기울어져 형성되고, 상기 내측경사홈은 상기 외측경사홈에 대응되도록 짝수개가 구비되고, 어느 하나의 내측경사홈과 이에 인접한 다른 하나의 내측경사홈은 서로 반대방향으로 기울어져 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에서, 제1결합부는 내주면에 원주방향을 따라 외측직선홈과 외측경사홈이 번갈아 배치되고, 제2결합부는 외주면에 원주방향을 따라 내측직선홈과 내측경사홈이 번갈아 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트는, 상기 제1결합부의 내주면과 상기 제2결합부의 외주면 사이에 위치하고, 축방향으로 절개되어 형성된 제1공간부와 원주방향으로 절개되어 형성된 제2공간부를 구비하는 튜브 형상의 케이지;를 더 포함하고, 상기 외측직선홈과 상기 내측직선홈 사이에 일렬로 배치되는 복수의 볼은 상기 제1공간부에 위치하고, 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈 사이에 배치되는 하나의 볼은 상기 제2공간부에 위치할 수 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에서, 상기 제1공간부의 축방향 길이는 상기 제2공간부의 축방향 길이보다 길고, 상기 제2공간부의 원주방향 폭은 상기 제1공간부의 원주방향 폭보다 클 수 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에서, 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈은 서로 교차되도록 위치하고, 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트가 축방향으로 신축됨에 따라 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈이 교차하는 위치가 원주방향을 따라 이동할 수 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에서, 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈 사이에 배치된 하나의 볼은 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈이 교차하는 위치에 배치되어, 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 사이의 원주방향으로의 유격을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에 의하면, 상호 교차하도록 형성된 외측경사홈과 내측경사홈을 따라 구르는 볼을 구비하여, 볼이 외측경사홈과 내측경사홈이 교차하는 지점에 위치하도록 함으로써, 길이 가변시에 원주방향으로의 유격을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에 의하면, 소정 방향으로 경사진 외측경사홈 및 반대 방향으로 경사진 외측경사홈을 원주방향을 따라 교차로 배치하여, 유격을 방지하는 효과를 보다 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 길이 가변형 샤프트에 의하면, 원주방향으로 절개되어 형성된 제2공간부를 구비하는 케이지를 포함하고, 외측경사홈과 내측경사홈이 교차하는 지점에 위치한 하나의 볼이 제2공간부에 위치하도록 함으로써, 케이지를 축방향으로 일정한 위치에 유지하도록 할 수 있고, 이에 따라 볼의 이탈을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트의 일부절개 분해사시도.
도 3은 도1의 A-A'에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형샤프트의 각 부분의 펼친형상을 도시한 참고도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트의 동작을 설명하기 이한 참고도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트(100)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트(100)의 일부절개 분해사시도이며, 도 3은 도1의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형샤프트(100)의 각 부분의 펼친형상을 도시한 참고도이다.
여기에서, 설명의 편의를 위해 먼저 방향에 대해 정의하면, 축방향은 도 1에서 제1샤프트(110) 및 제2샤프트(120)의 길이방향을 의미하고, 반경방향은 제1샤프트(110)의 회전중심에서 외주면을 향하는 방향을 의미한다.
또한, 원주방향은 제1샤프트의 외주면을 따라 회전하는 방향을 의미한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트(100)는 제1결합부(111)를 구비하는 제1샤프트(110), 상기 제1결합부(111)에 삽입되는 제2결합부(121)를 구비하는 제2샤프트(120), 상기 제1결합부(111)의 내주면과 상기 제2결합부(121)의 외주면 사이에 개재되는 복수개의 볼(130), 및 상기 제1결합부(111)의 내주면과 상기 제2결합부(121)의 외주면 사이에 위치하여 상기 복수개의 볼(130)의 이탈을 방지하는 케이지(140)을 포함할 수 있다.
제1샤프트(110)는 후술하는 제2결합부(121)가 삽입되는 원통형상의 제1결합부(111)를 구비할 수 있다.
이때에, 상기 제1결합부(111)는 내주면에 회전축과 평행한 반원형 단면의 외측직선홈(111a) 및 상기 외측직선홈(111a)과 소정의 각도를 이루도록 기울어져 스파이럴 형태로 형성된 반원형 단면의 외측경사홈(111b)이 형성될 수 있다.
여기에서, 상기 외측직선홈(111a)과 상기 외측경사홈(111b)는 복수개로 구비될 수 있다.
또한, 상기 외측경사홈(111b)는 짝수개가 구비될 수 있으며, 어느 하나의 외측경사홈(111b)과 이에 인접한 다른 하나의 외측경사홈(111b)은 서로 반대방향으로 기울어져 형성될 수 있다.
한편, 상기 외측직선홈(111a)과 상기 외측경사홈(111b)은 상기 제1결합부(111)의 내주면에 원주방향을 따라 번갈아 배치될 수 있다.
즉, 외측직선홈(111a), 소정의 각도로 기울어진 외측경사홈(111b), 외측직선홈(111a), 소정의 각도로 반대방향으로 기울어진 외측경사홈(111b)의 순서로 원주방향을 따라 배치될 수 있다.
이때에 상기 외측직선홈(111a) 사이의 간격은 일정할 수 있으며, 방사상으로 배치될 수 있다.
제2샤프트(120)는 상기 제1결합부(111)에 삽입되는 원기둥 형상의 제2결합부(121)를 구비할 수 있다.
이때에, 상기 제2결합부(121)는 외주면에 상기 외측직선홈(111a)에 대응하도록 회전축과 평행한 반원형 단면의 내측직선홈(121a) 및 상기 내측직선홈(121a)과 소정의 각도를 이루도록 기울어져 스파이럴 형태로 형성된 반원형 단면의 내측경사홈(121b)이 형성될 수 있다.
여기에서, 상기 내측경사홈(121b)는 상기 외측경사홈(111b)과 기울어진 방향이 반대일 수 있다.
아울러, 상기 내측직선홈(121a)과 상기 내측경사홈(121b)은 복수개로 구비될 수 있으며, 각각 짝수개로 구비될 수 있다.
이때에, 상기 내측경사홈(121b)은 상기 외측경사홈(111b)과 마찬가지로, 어느 하나의 내측경사홈(121b)과 이에 인접한 다른 하나의 내측경사홈(121b)은 서로 반대방향으로 기울어져 형성될 수 있다.
또한, 상기 내측직선홈(121a)과 상기 내측경사홈(121b)은 상기 제2결합부(121)의 외주면에 원주방향을 따라 번갈아 배치될 수 있다.
즉, 내측직선홈(121a), 소정의 각도로 기울어진 내측경사홈(121b), 내측직선홈(121a), 소정의 각도로 반대방향으로 기울어진 내측경사홈(121b)의 순서로 원주방향을 따라 배치될 수 있다.
한편, 상기 외측경사홈(111b)과 상기 내측경사홈(121b)은 서로 반대방향으로 기울어진 외측경사홈(111b) 및 내측경사홈(121b)이 마주하도록 배치될 수 있다.
다른 한편으로, 상기 내측직선홈(121a) 사이의 간격은 일정할 수 있으며, 방사상으로 배치될 수 있다.
볼(130)은 상기 외측직선홈(111a)과 상기 내측직선홈(121a) 사이에 복수개가 일렬로 배치될 수 있다.
이때에, 상기 외측직선홈(111a)과 상기 내측직선홈(121a) 사이에 배치된 복수개의 볼은 상기 제1샤프트(110)의 회전력을 상기 제2샤프트(120)에 전달하도록 함과 동시에, 상기 제1결합부(111) 내에서 상기 제2결합부(121)가 축방향으로 원활히 슬라이딩되도록함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트(100)가 축방향으로 용이하게 신축 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 외측경사홈(111b)과 이와 반대방향으로 기울어진 내측경사홈(121b)사이에 하나가 배치될 수 있다.
이때에, 상기 외측경사홈(111b)과 상기 내측경사홈(121b)사이에 배치된 하나의 볼은 상기 제1결합부(111) 내에서 상기 제2결합부(121)가 슬라이딩 됨에 따라 원주방향을 따라 이동하게 된다.
케이지(140)는 상기 제1결합부(111)의 내주면과 상기 제2결합부(121)의 외주면 사이에 위치하도록 튜브 형상으로 구비될 수 있다.
상기 케이지(140)는 축방향으로 절개되어 형성된 제1공간부(141)와 원주방향으로 절개되어 형성된 제2공간부(142)를 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 외측직선홈(111a)과 상기 내측직선홈(121a) 사이에 일렬로 배치되는 복수의 볼(130)은 상기 제1공간부(141)에 위치할 수 있으며, 상기 외측경사홈(111b)과 상기 내측 경사홈(121b) 사이에 배치되는 하나의 볼(130)은 상기 제2공간부(142)에 위치할 수 있다.
이때에, 상기 외측경사홈(111b)과 상기 내측경사홈(121b) 사이에 배치되는 하나의 볼은 축방향으로는 움직이지 않고, 원주방향으로만 움직이게 되는데, 이에 따라 상기 케이지(140)의 위치가 축방향을 따라 움직이지 않고 유지될 수 있으며, 더불어 유격을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 케이지(140)의 위치가 유지되므로 상기 외측직선홈(111a)과 상기 내측직선홈(121a) 사이에 일렬로 배치된 복수의 볼(130)이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트(100)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트(100)의 동작을 설명하기 이한 참고도이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 외측직선홈(111a), 내측직선홈(121a) 및 제1공간부(141)은 동일 선상에 위치하고, 상기 제1공간부(141)에 볼(130)이 일렬로 배치될 수 있다.
아울러, 외측경사홈(111b)과 내측경사홈(121b)은 상호 반대방향으로 기울어져 교차하여 위치하고, 상기 외측경사홈(111b)과 상기 내측경사홈(121b)이 교차되는 지점에 하나의 볼(130)이 배치될 수 있다.
이때에, 제2공간부(142)는 상기 외측경사홈(111b)과 내측경사홈(121b)이 교차되는 지점에 배치된 하나의 볼(130)이 원주방향을 따라 움직일 수 있도록 원주방향을 따라 절개되어 구비될 수 있다.
도 5의 (b)에서 도시하는 바와 같이, 제1결합부(111)에 제2결합부(121)가 보다 깊숙히 삽입하게 될때, 상기 외측경사홈(111b)과 내측경사홈(121b)이 교차하는 부분은 축방향으로는 이동하지 않고, 원주방향을 따라 움직이게 됨을 알 수 있다.
따라서, 상기 외측경사홈(111b)과 내측경사홈(121b) 사이에 위치한 하나의 볼(130)은 상기 제2공간부(142)를 따라 원주방향으로만 이동하고, 축방향으로는 이동하지 않는다.
이에 따라, 상기 케이지(140)는 축방향으로 이동하지 않고 위치를 유지할 수 있게 된다.
이를 통하여, 상기 케이지(140)가 축방향으로 이동하여 상기 제1공간부(141)에 일렬로 위치한 복수개의 볼이 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제1공간부(141)에 일렬로 위치한 복수개의 볼은 제1샤프트(110)의 회전력을 제2샤프트(120)에 전달하거나, 반대로 제2샤프트(120)의 회전력을 제1샤프트(110)에 전달할 수 있도록 한다.
다시 말해서, 상기 제1공간부(141)에 일렬로 위치한 복수개의 볼은, 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120) 사이에 삽입되는 키와 같은 역할을 하게 된다.
이때에, 상기 외측직선홈(111a)및 내측직선홈(121a)과 상기 외측적선홈(111a) 및 상기 내측직선홈(121a) 사이에 일렬로 배치된 복수개의 볼은 회전력을 전달함에 있어, 치수의 미세한 차이로 인하여 원주방향으로 유격이 발생할 수 밖에 없다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트(100)는 상기 외측경사홈(111b)과 내측경사홈(121b) 사이에 위치한 하나의 볼이 상기 외측경사홈(111b)과 내측경사홈(121b)이 교차하는 지점에 끼는 형태가 되므로 원주방향으로의 유격을 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 길이 가변형 샤프트(100)는 외측경사홈(111b)과 내측경사홈(121b)사이에 각각 위치한 하나의 볼에 의해 원주방향으로의 유격을 방지할 수 있으며, 케이지(140)의 위치를 고정시킴으로써, 볼(130)의 이탈을 방지할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변형 샤프트
110: 제1샤프트
111: 제1결합부
111a: 외측직선홈
111b: 외측경사홈
120: 제2샤프트
121: 제2결합부
121a: 내측직선홈
121b: 내측경사홈
130: 볼
140: 케이지
141: 제1공간부
142: 제2공간부

Claims (7)

  1. 회전축과 평행한 외측직선홈 및 상기 외측직선홈과 소정의 각도를 이루도록 기울어져 스파이럴 형태로 형성된 외측경사홈이 내주면에 형성된 제1결합부를 구비하는 제1샤프트;
    상기 제1결합부에 삽입되며 상기 외측직선홈에 대응되는 내측직선홈 및 상기 내측직선홈과 소정의 각도를 이루도록 상기 외측경사홈과 반대방향으로 기울어진 스파이럴 형태로 형성된 내측경사홈이 외주면에 형성된 제2결합부를 구비하는 제2샤프트; 및
    상기 외측직선홈과 상기 내측직선홈 사이에 복수개가 축방향을 따라 일렬로 배치되는 볼과, 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈 사이에는 하나가 각각 배치되는 볼;을 포함하고,
    상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트가 축방향으로 신축가능하도록 결합되며,
    상기 제1결합부의 내주면과 상기 제2결합부의 외주면 사이에 위치하고, 축방향으로 절개되어 형성된 제1공간부와 원주방향으로 절개되어 형성된 제2공간부를 구비하는 튜브 형상의 케이지;를 더 포함하고,
    상기 외측직선홈과 상기 내측직선홈 사이에 일렬로 배치되는 복수의 볼은 상기 제1공간부에 위치하고, 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈 사이에 배치되는 하나의 볼은 상기 제2공간부에 위치하는 길이 가변형 샤프트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측경사홈은 짝수개가 구비되고, 어느 하나의 외측경사홈과 이에 인접한 다른 하나의 외측경사홈은 서로 반대방향으로 기울어져 형성되고,
    상기 내측경사홈은 상기 외측경사홈에 대응되도록 짝수개가 구비되고, 어느 하나의 내측경사홈과 이에 인접한 다른 하나의 내측경사홈은 서로 반대방향으로 기울어져 형성된 길이 가변형 샤프트.
  3. 제2항에 있어서,
    제1결합부는 내주면에 원주방향을 따라 외측직선홈과 외측경사홈이 번갈아 배치되고,
    제2결합부는 외주면에 원주방향을 따라 내측직선홈과 내측경사홈이 번갈아 배치되는 길이 가변형 샤프트.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1공간부의 축방향 길이는 상기 제2공간부의 축방향 길이보다 현저하게 길고,
    상기 제2공간부의 원주방향 폭은 상기 제1공간부의 원주방향 폭보다 큰 길이 가변형 샤프트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈은 서로 교차되도록 위치하고,
    상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트가 축방향으로 신축됨에 따라 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈이 교차하는 위치가 원주방향을 따라 이동하는 길이 가변형 샤프트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈 사이에 배치된 하나의 볼은 상기 외측경사홈과 상기 내측경사홈이 교차하는 위치에 배치되어,
    상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 사이의 원주방향으로의 유격을 방지하는 길이 가변형 샤프트.
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