KR101921953B1 - 연통 유로 및 연통공을 구비하는 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트용 스터브 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연통 유로 및 연통공을 구비하는 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트용 스터브 샤프트에 관한 것으로서, 상세하게는 차량용 샤프트 제작시 발생하여 차량용 샤프트 내부에 채워지는 가스를 외부로 배출함으로써 차량용 샤프트의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술분야에 속한다.
이러한 본 발명은 튜브 형태의 중공 샤프트와, 상기 중공 샤프트의 단부에 접합되는 스터브 샤프트와; 상기 스터브 샤프트에 형성되는 연통 유로 및 연통 유로의 단부에 형성되는 연통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트를 제공한다.

Description

연통 유로 및 연통공을 구비하는 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트용 스터브 샤프트{ A shaft for a vechicle comprising a communication channel and a communication hole and a stub shaft for the shaft for a vechicle }

본 발명은 연통 유로 및 연통공을 구비하는 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트용 스터브 샤프트에 관한 것으로서, 상세하게는 차량용 샤프트 제작시 발생하여 차량용 샤프트 내부에 채워지는 가스를 외부로 배출함으로써 차량용 샤프트의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술분야에 속한다.

차량의 경량화를 위해 중공 샤프트 소재를 활용한 차량용 부품으로 많은 적용을 하고 있다.

특히, 구동용으로 사용되는 중공 샤프트의 경우 고객의 요구 성능을 만족하기 위해 적정 수준의 소재 물성치를 확인하여 적용해야 하며, 강도가 부족할 경우에는 중공 샤프트 소재에 열처리와 같은 후처리까지 적용하는 상황이다.

이러한 중공 샤프트는 한국공개특허 10-2011-0052967에 나타난다.

고객의 성능요구가 증대되는 상황에서 소재 선정 및 후가공이 필요한 경우에 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 중공샤프트(10)의 양 옆에는 표면에 세레이션(또는 스플라인) 처리가 되어 있는 스터브 샤프트(20)가 마찰 용접에 의하여 연결된다.

스터브 샤프트(20)는 컵 형태로 마련되는 접합부와, 접합부에 연결되며 외주면에 세레이션(또는 스플라인) 처리가 되는 연장부로 구분된다.

중공 샤프트(10)와 스터브 샤프트(20) 간의 테두리를 접합하는 경우, 고온의 열과 가스가 발생하는데, 특히 가스는 중공 샤프트(10) 내부와 스터브 샤프트(20) 내부에 충만하게 된다.

용접이 완료되면, 중공 샤프트(10) 내부 공간과 스터브 샤프트(20)의 내부 공간은 외부와 차단되고, 가스는 외부로 빠지지 못하고 그 내부에 잔류한다.

이 상태에서 강도를 증가시키기 위해서 고주파 열처리를 하면, 표면 온도 및 내부 공간 온도가 상승하고, 이에 따라서 내부의 잔류 가스가 팽창하여 내부 압력이 상승한다.

이에 의하여 중공 샤프트(10)나 스터브 샤프트(20)의 표면이나, 또는 그 용접부위에 크랙(crack)이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 문제점을 해결하기 위해 마련된 것으로서, 차량용 샤프트 내부에 잔류하는 가스를 외부로 배출시킴으로써, 차량용 샤프트의 내구성을 향상시킬 수 있는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 튜브 형태의 중공 샤프트와, 상기 중공 샤프트의 단부에 접합되는 스터브 샤프트와; 상기 스터브 샤프트에 형성되는 연통 유로 및 연통 유로의 단부에 형성되는 연통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트를 제공한다.

상기 스터브 샤프트는 중공 샤프트와 접합되고 내부에 공간이 형성되는 접합부와, 상기 접합부에서 연장되고 그 외면에 스플라인 처리되는 연장부를 포함하되, 상기 연결유로는 접합부 내부 공간과 연장부 끝단부 바깥의 외부 영역을 연통시키고, 상기 연통공은 연장부 끝단부 측면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 연결유로는 상기 스터브 샤프트의 길이 방향을 따라서 형성되며, 상기 연통공은 상기 스터브 샤프트에서 스플라인이 형성되는 연장부의 끝단부 측면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

연통공의 테두리는 내측에서 외측으로 향할수록 그 내경이 넓어지는 챔퍼 또는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 연통유로는 상기 스터브 샤프트 내측에 형성되는 대경부와, 상기 대경부에서 이어져서 스터브 샤프트 길이 방향을 따라서 연통공 방향으로 연장되는 소경부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 스터브 샤프트는 중공 샤프트와 접합되며 내부에 공간부가 형성되고 공간부 주위에 살두께부를 구비하는 접합부와, 상기 접합부에서 연장되고 외주면에 스플라인이 형성되는 연장부를 구비하되, 상기 대경부는 상기 살두께부를 관통하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 연통유로 및 연통공은 스터브 샤프트의 중심축을 따라서 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 내부에 컵 형상의 공간이 형성되는 접합부와, 상기 접합부에서 연장되고 그 외면에 스플라인 처리되는 연장부와, 상기 접합부 및 연장부를 따라서 형성되며 공간부와 연장부 바깥쪽의 외부 공간을 연통시키는 연통유로 및 연장부 끝단부에 형성되며 연통유로와 연결되는 연통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트용 스터브 샤프트를 제공한다.

연통공의 테두리는 내측에서 외측으로 향할수록 그 내경이 넓어지는 챔퍼 또는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 연통유로는 상기 스터브 샤프트 내측에 형성되는 대경부와, 상기 대경부에서 이어져서 스터브 샤프트 길이 방향을 따라서 연통공 방향으로 연장되는 소경부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 차량용 샤프트 내부의 공간과 외부를 연통시킬 수 있으므로 스터브 샤프트와 중공 샤프트의 용접에 의하여 발생하는 고온의 공기와 가스를 외부로 방출할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 고주파 열처리시 공기와 가스의 팽창으로 인하여 내부 압력이 상승할 수 있으나, 연통유로 및 연통공의 안내에 따른 배출로 인하여 내부 압력 상승이 억제되어 샤프트 표면이나 용접부위의 크랙 발생이 방지될 수 있다.

한편, 연통공 테두리의 내경은 내측에서 외측으로 갈수록 확장됨으로써 가공성 및 배출성능을 높일 수 있다.

그리고, 연통유로가 대경부와 소경부로 구별됨으로써, 가공 안정성을 높이고, 공구(드릴) 변형을 억제할 수 있으며, 샤프트 내부 공간에서 연통 유로로의 진입이 보다 수월해질 수 있다는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 의한 차량용 샤프트의 사시도이다.
도2는 본 발명에 의한 제1실시예에 따른 연결 유로를 구비하는 차량용 샤프트의 측단면도이다.
도3은 본 발명에 의한 제2실시예에 따른 연결 유로를 구비하는 차량용 샤프트의 측단면도이다.
도4는 종래 기술에 의한 차량용 샤프트의 측단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 이외의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 차량용 샤프트는 중공 샤프트(100)와, 중공 샤프트 양 옆에 마찰 용접으로 연결되는 스터브 샤프트(200)를 포함한다.

중공 샤프트(100)의 직경은 길이 방향으로 일정하고, 스터브 샤프트(200)는 중공 샤프트(100)와의 연결지점의 직경보다 그 반대 단부의 직경이 작게 이루어지며, 반대 단부에는 조인트의 내륜과 결합할 수 있는 세레이션(또는 스플라인)부가 마련된다.

여기서 T로 표시된 부분은 중공 샤프트(100)의 영역이고, S로 표시된 부분은 스터브 샤프트(200)의 영역이다.

차량용 샤프트는 조인트와 조인트를 연결하여 동력을 전달한다, 예를 들어서 인보드 조인트(예, 트라이포드 등속 조인트)와 아웃 보드 조인트(예, 버필드 등속 조인트)의 내륜에 차량용 샤프트의 스터브 샤프트(200)가 결합되어 동력 전달이 이루어진다.

한편, 스터브 샤프트(200)는 다시 중공 샤프트(100)와 접합되며 그 내부에 공간이 형성됨으로써 마치 컵(cup) 형태로 구현되는 접합부(220)와, 접합부(220)의 외경보다 작은 외경을 가지며, 접합부(220)에서 연장되고, 그 외주면에 세레이션(또는 스플라인)이 형성되는 연장부(210)를 구비한다.

후술하겠지만, 스터브 샤프트(200)에는 중공 샤프트(100)의 내부 공간 및 접합부(220)의 내부 공간을 외부와 연통시키는 연통 유로(도2참조, 230)을 구비하고, 연통유로(230)은 연장부(210)의 끝단부 측면에 형성되는 연통공(240)에 의하여 바깥 공간과 연통된다.

도2은 본 발명에 의한 제1실시예에 따른 차량용 샤프트의 측단면도이다.

중공 샤프트(100)의 양 옆에는 스터브 샤프트(200)가 각각 연결되어 있다.

중공 샤프트(100)의 단부(104)와, 스터브 샤프트(200)의 단부(204)는 마찰 용접에 의하여 단단하게 연결되어 있다.

한편, 마찰 용접시 용접에 의한 잔여물(105, 205)이 경계면의 내주면을 따라서 형성될 수 있다.

스터브 샤프트(200)는 상술한 바와 같이 접합부(220)와, 연장부(210)로 구비되고, 접합부(220) 내부에는 컵 내부 공간과 같은 공간부(211)가 형성되며, 공간부(211) 주변에는 살두께부(212)가 형성된다.

연결유로(230)은 접합부(220)와 연장부(210)에 걸쳐서 형성되는데, 상세하게는 공간부(211)에서부터 연장부(210)의 끝단부의 측면에 형성되는 연통공(240)에 이르도록 형성된다.

이에 의하여 중공 샤프트(100)의 내부 공간과 스터브 샤프트(200)의 공간부(211)가 외부 공간과 연통될 수 있고, 이에 의하여 용접시 발생하여 중공 샤프트(100)의 내부 공간과 스터브 샤프트(200)의 공간부(211)에 채워진 가스가 외부로 배출될 수 있다.

이에 의하여 고주파 열처리시에 가스의 부피가 증가하여도 중공샤프트(100)나 스터브 샤프트(200), 또는 그 용접부위를 압박하지 않고, 연결유로(230) 및 연통공(240)을 따라서 외부로 배출될 수 있다.

스터브 샤프트(200)는 중공 샤프트(100)의 양 옆에 배치되는데, 연결 유로(230) 및 연통공(240)은 두 개의 스터브 샤프트(200) 모두에 형성될 필요는 없으며, 둘 중 어느 하나에만 형성될 수 있다.

연결 유로(230)은 스터브 샤프트(200)의 중심축을 따라서 그 길이 방향을 따라서 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 연통공(240)의 테두리는 그 내경이 내부에서 외부로 갈수록 확장되는 경사면 또는 챔퍼면(241)이 형성되는 것이 바람직하다.

이는 가스의 외부 방출을 원활하게 하는 한편, 끝단부에서의 연통공(240) 및 연통 유로(230)의 가공이 보다 수월하게 이루어지도록 하기 위함이다.

연결 유로(230) 및 연통공(240)은 스터브 샤프트(200)의 연장부(210)에서 접합부(220) 방향(또는 그 반대방향)으로 중심축을 따라서 드릴링(drilling)을 수행하여 형성된다.

또는 연장부(210)에서 접합부(220) 방향으로 일부 형성하고, 그 반대 방향으로 일부 형성하여 이들을 연통시킴으로써 형성할 수도 있다.

도3은 본 발명의 제2실시예이다.

제2실시예에서는 연통 유로(230)가 단일의 내경을 갖는 것이 아니라, 대경부(231)와 소경부(232) 형태로 이중의 내경을 갖는 것이 바람직하다.

여기서 대경부(231)는 접합부(220)를 따라서 형성되고, 소경부(232)는 대경부(231)와 연결되면서 연장부(210)를 따라서 형성되는 것이 바람직하다.

특히 대경부(231)는 접합부(220)에 있는 살두께부(212)에 형성되는 것이 바람직한데, 이는 가공의 안정성을 위함이다. 여기서 살두께부(212)는 접합부(220)나 연장부(210)에 비해서 현저하게 두꺼운 부분이 되어 대경부(231)를 형성하여도 크랙이나 변형이 발생하지 않는다.

대경부(231)와 소경부(232)를 각각 형성하는 이유는 가공 편의성 때문이다.

즉, 접합부(220)에서 연장부(210) 방향으로 제1직경(예, 직경 5~6mm)을 갖는 드릴 비트를 이용하여 대경부(231)를 형성한 다음에, 보다 작은 직경(예, 3mm)을 갖는 드릴 비트를 이용하여 소경부(232)를 형성하면 소경부(232)의 가공이 보다 수월해진다.

드릴 비트의 길이가 길수록 드릴의 변형이 보다 크고 빈번하게 발생할 수 있으며 , 특히 드릴 비트의 직경이 작으면 더 심해진다.

그런데, 직경이 큰 드릴 비트로 어느정도 드릴링을 하고, 그 후 직경이 작은 드릴 비트로 드릴링을 하면 직경이 작은 드릴 비트로는 잔여 길이만큼만 드릴링을 하면 되기 때문에 가공 부하를 절감할 수 있고, 그 변형 가능성도 낮출 수 있다.

한편, 대경부(231)가 공간부(212) 및 중공 샤프트(100) 내부 공간과 가깝게 있기 때문에, 연통 유로(230)로의 가스의 유입이 보다 수월하게 이루어질 수 있다는 장점도 있다.

도2 및 도3과 같이 중공 샤프트(100)와 스터브 샤프트(200)가 마찰 용접에 의하여 접합되어 차량용 샤프트가 만들어지면, 고온의 공기와 가스가 그 내부에 충만되고 잔류할 수 있다.

그런데, 연통 유로(230) 및 연통홀(240)을 타고 고온의 공기 및 가스가 외부로 방출될 수 있다.

게다가, 고주파 열처리에 의하여 차량용 샤프트의 온도가 상승하면, 내부 공기 온도 및 가스가 팽창하지만, 연통 유로(230) 및 연통홀(240)에 의하여 팽창하는 공기 및 가스가 외부로 빠질 수 있기 때문에 이러한 공기나 가스의 팽창에 의한 내부 공간 압력 상승이 억제되고, 이에 의한 샤프트 표면 또는 용접부위 크랙이 방지된다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

100: 중공 샤프트 101: 중공부
200: 스터브 샤프트 210: 연장부
220: 접합부 230: 연통유로
231: 대경부 232: 소경부
240: 연통공

Claims (10)

1. 튜브 형태의 중공 샤프트와,
   상기 중공 샤프트의 단부에 접합되는 스터브 샤프트와,
   상기 스터브 샤프트에 형성되는 연통 유로 및 연통 유로의 단부에 형성되는 연통공을 포함하며,
   상기 스터브 샤프트는 중공 샤프트와 접합되고 내부에 공간이 형성되는 접합부와,
   상기 접합부에서 연장되고 그 외면에 스플라인 처리되는 연장부를 포함하되,
   상기 연통유로는 접합부 내부 공간과 연장부 끝단부 바깥의 외부 영역을 연통시키고, 상기 연통공은 연장부 끝단부 측면에 형성되어,
   상기 연통유로는 중공 샤프트와 스터브 샤프트의 접합부의 용접과정에서 발생하여 중공 샤프트의 내부 공간 및 스터프 샤프트 내부공간에 위치하는 가스가 외부로 이동하도록 안내하고, 상기 연통유로의 안내를 받아 이동한 가스는 상기 연통공을 통해서 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 연통유로는 상기 스터브 샤프트의 길이 방향을 따라서 형성되며, 상기 연통공은 상기 스터브 샤프트에서 스플라인이 형성되는 연장부의 끝단부 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
4. 제1항에 있어서,
   연통공의 테두리는 내측에서 외측으로 향할수록 그 내경이 넓어지는 챔퍼 또는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
5. 제1항에 있어서,
   상기 연통유로는 상기 스터브 샤프트 내측에 형성되는 대경부와, 상기 대경부에서 이어져서 스터브 샤프트 길이 방향을 따라서 연통공 방향으로 연장되는 소경부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
6. 제5항에 있어서,
   상기 스터브 샤프트는 중공 샤프트와 접합되며 내부에 공간부가 형성되고 공간부 주위에 살두께부를 구비하는 접합부와, 상기 접합부에서 연장되고 외주면에 스플라인이 형성되는 연장부를 구비하되,
   상기 대경부는 상기 살두께부를 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
7. 제1항에 있어서,
   상기 연통유로 및 연통공은 스터브 샤프트의 중심축을 따라서 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
8. 내부에 컵 형상의 공간이 형성되는 접합부와,
   상기 접합부에서 연장되고 그 외면에 스플라인 처리되는 연장부와,
   상기 접합부 및 연장부를 따라서 형성되며 공간부와 연장부 바깥쪽의 외부 공간을 연통시키는 연통유로 및 연장부 끝단부에 형성되며 연통유로와 연결되는 연통공을 포함하며,
   상기 연통유로는 접합부 내부 공간과 연장부 끝단부 바깥의 외부 영역을 연통시키고, 상기 연통공은 연장부 끝단부 측면에 형성되며,
   상기 연통유로는 스터브 샤프트의 접합부와 이에 밀착되는 상대물과의 용접과정에서 발생하여 스터프 샤프트 내부공간에 위치하는 가스가 외부로 이동하도록 안내하고, 상기 연통유로의 안내를 받아 이동한 가스는 상기 연통공을 통해서 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트용 스터브 샤프트.
9. 제8항에 있어서,
   연통공의 테두리는 내측에서 외측으로 향할수록 그 내경이 넓어지는 챔퍼 또는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트용 스터브 샤프트.
10. 제8항에 있어서,
    상기 연통유로는 상기 스터브 샤프트 내측에 형성되는 대경부와, 상기 대경부에서 이어져서 스터브 샤프트 길이 방향을 따라서 연통공 방향으로 연장되는 소경부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트용 스터브 샤프트.
    
    
    

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