KR101936650B1 - 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법은 중공을 갖는 금속관을 준비하는 단계; 상기 금속관의 일측단을 축관 하여 축관부를 형성하는 단계; 상기 금속관 중 축관 되지 않은 미축관부의 내측면에 마찰 저감 처리를 수행하는 단계; 및 상기 미축관부의 내부로 맨드랠을 삽입하여 상기 마찰 저감 처리에 의하여 마찰을 감소시키면서 상기 미축관부의 내측면에 축 방향을 따라 직선 홈 형상을 갖는 볼 스플라인부를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING DRIVE SHAFT HAVING BALL SPLINE}
본 발명은 자동차 등에 적용되어 엔진으로부터 발생 된 동력을 후륜으로 전달할 수 있는 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 동력을 발생시키고 동력을 이용하여 특정 동작을 수행하는 장치, 예를 들면, 자동차 등은 엔진에서 발생 된 동력은 트랜스미션으로 전달되고, 트랜스미션에서는 동력 전달축(또는 등속 조인트) 등을 이용하여 전륜 또는 후륜 바퀴로 동력을 전달한다.
최근 개발된 동력 전달축은 동력 전달축의 강성을 저하 시키지 않으면서 동력 전달축을 경량화하기 위하여 주로 일체형 중공축이 널리 사용되고 있다.
그러나 일체형 중공축은 전륜 또는 후륜의 높낮이 변화, 진동 등에 의한 파손 또는 손상에 취약한 문제점을 갖는다.
최근에는 동력 전달 각도, 충격에 의한 파손을 방지하기 위하여 일체형 중공축 대신 슬라이드 방식 조립형 드라이브 샤프트가 사용되고 있다.
슬라이드 방식 조립형 드라이브 샤프트는 구동 동력 전달축, 피동 동력 전달축 및 연결 부재를 포함한다.
구동 동력 전달축 및 피동 동력 전달축은 길이 방향으로 결합 되고, 구동 동력 전달축 및 피동 동력 전달축은 연결 부재에 의하여 슬라이드 가능하게 결합 된다.
구동 동력 전달축은 단조 가공에 의하여 내부를 가공하고 이로 인해 구동 동력 전달축의 금속 조직에 쉽게 균열 등이 발생 될 수 있고, 특히 단조 가공에 긴 시간이 소요되고, 단조 공정을 수행하는 단조 설비의 부피가 매우 크고 가격이 고가인 단점을 갖는다.
본 발명은 금속 조직에 쉽게 균열 등을 발생할 수 있고, 가공에 긴 시간이 소요되며, 설비의 부피가 크고 가격이 고가인 단조 설비를 이용한 단조 공정 대신 금속 조직이 균열이 발생 되는 것을 방지하고, 가공 시간이 크게 단축되며 설비의 부피가 작고 가격이 상대적으로 낮은 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법을 제공한다.
일실시예로서, 본 발명에 따른 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법은 중공을 갖는 금속관을 준비하는 단계; 상기 금속관의 일측단을 축관 하여 축관부를 형성하는 단계; 상기 금속관 중 축관 되지 않은 미축관부의 내측면에 마찰 저감 처리를 수행하는 단계; 및 상기 미축관부의 내부로 맨드랠을 삽입하여 상기 마찰 저감 처리에 의하여 마찰을 감소시키면서 상기 미축관부의 내측면에 축 방향을 따라 직선 홈 형상을 갖는 볼 스플라인부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 마찰 저감 처리를 수행하는 단계는 상기 미축관부의 표면에 산화 피막을 형성하는 단계; 및 상기 산화 피막 상에 윤활 부재를 도포하는 단계를 포함한다.
맨드랠에 의하여 형성된 상기 볼 스플라인부는 상기 미축관부의 내주면에 복수개가 형성된다.
상기 맨드랠에 의하여 형성된 상기 볼 스플라인부의 바닥면은 곡면으로 형성된다.
상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계 이전에 상기 축관부 및 상기 미축관부를 갖는 금속관의 외주면을 고정 다이로 고정하는 단계를 더 포함한다.
상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계 이후, 상기 미축관부의 입구쪽 내주면에 반경 방향으로 볼 이탈방지 홈을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계 이후 축관부의 표면에 동력 전달용 스플라인부를 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계 이후, 상기 금속관을 열처리하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 금속 조직에 쉽게 균열 등을 발생할 수 있고, 가공에 긴 시간이 소요되며, 설비의 부피가 크고 가격이 고가인 단조 설비를 이용한 단조 공정 대신 금속 조직이 균열이 발생 되는 것을 방지하고, 가공 시간이 크게 단축되며 설비의 부피가 작고 가격이 상대적으로 낮은 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축을 제조하기 위한 모재료인 금속관을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 금속관을 축관하여 축관부 및 미축관부를 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 미축관부의 표면에 마찰 저감 처리가 수행된 것을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 'A' 부분 확대도이다.
도 6은 미축관부의 내부에 볼 스플라인부를 형성하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6 중 볼 스프라인부가 형성된 부분을 횡방향으로 절단한 단면도이다.
도 8은 미축관부의 입구쪽에 볼 이탈방지 홈을 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 9는 축관부에 형성된 동력전달용 스플라인부가 형성된 것을 도시한 단면도이다.
이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축을 제조하기 위한 모재료인 금속관을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축을 제조하기 위해서는 먼저 모 재료인 금속관(10)을 준비하는 단계가 수행된다.(단계 S10)
금속관(10)은 가공이 쉬우며 외부 충격에 의하여 깨지거나 형상이 쉽게 변형되지 않는 다양한 금속 소재들이 사용될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서, 금속관(10)의 소재는 한정하지 않기로 한다.
본 발명의 일실시예에서 금속관(10)은 내부에 중공(15)이 형성되며, 금속관(10)은 지정된 중량 및 지정된 길이로 형성된다.
도 3은 도 2에 도시된 금속관을 축관하여 축관부 및 미축관부를 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 모 재료인 금속관(10)이 마련되면, 축관부(20)를 형성하는 단계가 수행된다. (단계 S20)
축관부(20)를 형성하기 위해서 축관 공정을 진행할 때 소재가 금형에 쉽게 진입할 수 있도록 금속관(10)의 일측 단부를 포밍(forming)하는 단계가 선행될 수 있다.
축관부(20)는 금속관(10)의 외경이 감소 되도록 축관 장비를 통해 축관 되는데, 이하 본 발명의 일실시예에서 금속관(10) 중 축관부(20)가 형성되지 않은 부분은 특별히 미축관부(17)로서 정의하기로 한다.
금속관(10)에 축관부(20) 및 미축관부(17)가 형성되면, 여러 번 인발 가공을 통해 축관부(20)의 길이 및 미축관부(17)의 살 두께 등이 요구되는 치수가 되도록 반복하여 가공한다.
또한, 인발 가공이 종료되면 미축관부의 살 두께를 정밀하게 조절하기 위해 분할 금형 등을 이용하여 단조 성형이 수행될 수 있다.
이어서 축관 가공, 인발 가공 또는 단조 성형 등에 의하여 금속관(10)에 가해진 응력을 제거하고 금속관(10)을 이루는 금속 소재의 균일성을 향상시키기 위해 열처리 공정이 수행된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 미축관부의 표면에 마찰 저감 처리가 수행된 것을 도시한 단면도이다. 도 5는 도 4의 'A' 부분 확대도이다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 금속관(10)에 축관부(20) 및 미축관부(17)가 형성된 후, 미축관부(17)의 내측면에는 선택적으로 마찰 저감 처리가 수행된다. (단계 S30)
마찰 저감 처리는 후술 될 맨드랠(mandrel)에 의하여 미축관부(17)의 내측에 볼 스플라인부를 형성할 때 마찰을 크게 저감 시켜 볼 스플라인부를 정확하고 원활하게 형성할 수 있도록 하기 위하여 수행된다.
마찰 저감 처리는 먼저 미축관부(17)의 내측면을 부식시켜 산화 피막(18)을 형성할 수 있는 부식성 물질을 도포하는 과정이 수행된다. 본 발명의 일실시예에서, 미축관부(17)의 내측면을 부식시켜 산화 피막(18)을 형성할 수 있는 부식성 물질은, 예를 들어, 인산염을 포함할 수 있다.
미축관부(17)의 내측면에 부식성 물질이 도포되어 산화 피막(18)이 형성되면, 산화 피막(18) 상에 윤활 부재(19)를 도포 또는 코팅한다. 본 발명의 일실시예에서, 윤활부재(19)로서는 시판 및 상용되는 다양한 윤활제들이 포함될 수 있다.
도 6은 미축관부의 내부에 볼 스플라인부를 형성하는 과정을 도시한 단면도이다. 도 7은 도 6 중 볼 스프라인부가 형성된 부분을 횡방향으로 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 미축관부(17)의 내측에 마찰 저감 처리가 완료되면, 미축관부(17)의 내측면에 볼 스플라인부(30)를 형성하는 과정이 수행된다. (단계 S40)
미축관부(17)의 내측면에 형성되는 볼 스플라인부(30)는 맨드랠(35)에 의하여 형성된다.
맨드랠(35)은, 예를 들어, 원기둥 형상으로 형성되며, 맨드랠(35)의 표면에는 복수개가 맨드랠(35)의 축 방향을 따라 길게 형성된 스플라인 돌기부(36)가 형성된다.
스플라인 돌기부(36)는, 예를 들어, 맨드랠(35)의 표면에 축 방향을 따라, 예를 들어, 6개가 등 간격으로 형성될 수 있다. 비록 본 발명의 일실시예에서, 스플라인 돌기부(36)가 맨드랠(35)의 표면에 축 방향을 따라 6개가 등 간격으로 형성된 것이 도시 및 설명되고 있지만 이와 다르게 스플라인 돌기부(36)는, 6개 미만의 개수 또는 6개를 초과하는 개수로 형성될 수 있다.
한편 맨드랠(35)을 통해 미축관부(17)의 내측에 볼 스플라인부(30)를 형성할 때 미축관부(17)의 외경이 증가되는 등 미축관부(17)의 치수 불량이 발생되는 것을 방지하기 위해서 맨드랠(35)이 미축관부(17)에 삽입되기 이전에 축관부(20) 및 미축관부(17)를 포함하는 금속관(10)의 외측면은 고정 다이(40)에 의하여 견고하게 감싸여진 상태에서 고정된다.
이 상태에서 맨드랠(35)은 미축관부(17)의 내부로 삽입되어 직선 왕복운동 됨로써 미축관부(17)의 내부에는 도 7에 도시된 바와 같이 6개의 볼 스플라인부(30)가 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 미축관부(17)의 내측면에 형성되는 볼 스플라인부(30)는 미축관부(17)의 축 방향과 평행한 방향으로, 예를 들어, 6개가 등 간격으로 형성된다.
이때, 맨드랠(35)에 의하여 형성된 볼 스플라인부(30)는 축 방향으로 길게 형성된 그루브(groove) 형상으로 형성되며, 볼 스플라인부(30)의 바닥면은 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일실시예에서, 볼 스플라인부(30)는 반구 형상으로 형성될 수 있다.
도 8은 미축관부의 입구쪽에 볼 이탈방지 홈을 형성한 것을 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 맨드랠(35)을 통해 볼 스플라인부(30)가 형성된 후, 볼 스플라인부(30)가 형성된 미축관부(17)의 입구쪽에는 반경 방향으로 오목한 링 형상으로 볼 이탈 방지 홈(37)이 형성된다. 볼 이탈 방지 홈(37)에는 이후 볼이 결합 된 연결 부재가 볼 스플라인부(30)로부터 임의로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 링(미도시)이 장착 된다.
도 9는 축관부에 형성된 동력전달용 스플라인부가 형성된 것을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 미축관부(17)에 볼 스플라인부(30)가 형성된 후 축관부(20)의 외주면에는 동력전달용 스플라인부(50)가 형성된다.
한편, 축관부(20)의 외주면에 동력전달용 스플라인부(50)를 형성하기 전후로 축관부(20) 및 미축관부(17)를 열처리하는 공정이 수행되고 이에 더하여 도장 공정 등이 진행될 수 있다. (단계 S50)
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 금속 조직에 쉽게 균열 등을 발생할 수 있고, 가공에 긴 시간이 소요되며, 설비의 부피가 크고 가격이 고가인 단조 설비를 이용한 단조 공정 대신 금속 조직이 균열이 발생 되는 것을 방지하고, 가공 시간이 크게 단축되며 설비의 부피가 작고 가격이 상대적으로 낮은 효과를 갖는다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10...금속관 15...중공
17...미축관부 20....축관부
30...볼 스플라인부 40....고정다이
50...스플라인부

Claims (8)

  1. 중공을 갖는 금속관을 준비하는 단계;
    상기 금속관의 일측단을 축관 하여 축관부를 형성하는 단계;
    상기 금속관 중 축관 되지 않은 미축관부의 내측면에 마찰 저감 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 미축관부의 내부로 맨드랠을 삽입하여 상기 마찰 저감 처리에 의하여 마찰을 감소시키면서 상기 미축관부의 내측면에 축 방향을 따라 직선 홈 형상을 갖는 볼 스플라인부를 형성하는 단계;
    상기 미축관부의 입구쪽 내주면에 반경 방향으로 볼 이탈방지 홈을 형성하는 단계; 및
    볼이 결합 된 연결 부재가 상기 볼 스플라인부로부터 임의로 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 볼 이탈방지 홈에 결합되는 이탈 방지 링을 포함하며,
    상기 마찰 저감 처리를 수행하는 단계는
    상기 미축관부의 내측면에 산화 피막을 형성하는 단계; 및
    상기 산화 피막 상에 윤활 부재를 도포하는 단계를 포함하고,
    상기 산화 피막을 형성하는 단계에서는 상기 미축관부의 내측면에 선택적으로 부식성 물질인 인산염이 도포되어 상기 미축관부의 상기 내측면을 부식시키고,
    상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계에서 상기 볼 스플라인부는 축 방향으로 길게 형성된 그루브(groove) 형상으로 형성되며, 상기 볼 스플라인부의 바닥면은 단면이 반원 형상으로 형성되며,
    상기 미축관부의 내측면에 형성되는 상기 볼 스플라인부는 상기 미축관부의 축 방향과 평행한 방향으로 6개가 등 간격으로 형성되는 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    맨드랠에 의하여 형성된 상기 볼 스플라인부는 상기 미축관부의 내주면에 복수개가 형성된 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계 이전에
    상기 축관부 및 상기 미축관부를 갖는 금속관의 외주면을 고정 다이로 고정하는 단계를 더 포함하는 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계 이후
    축관부의 표면에 동력 전달용 스플라인부를 형성하는 단계를 더 포함하는 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 볼 스플라인부를 형성하는 단계 이후,
    상기 금속관을 열처리하는 단계를 더 포함하는 볼 스플라인을 갖는 동력 전달축의 제조 방법.
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