KR102069824B1 - 차량용 샤프트 - Google Patents

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KR102069824B1
KR102069824B1 KR1020190069040A KR20190069040A KR102069824B1 KR 102069824 B1 KR102069824 B1 KR 102069824B1 KR 1020190069040 A KR1020190069040 A KR 1020190069040A KR 20190069040 A KR20190069040 A KR 20190069040A KR 102069824 B1 KR102069824 B1 KR 102069824B1
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김동욱
김성현
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서한산업(주)
한국프랜지공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 샤프트에 관한 것으로서, 본 발명은, 구동력을 전달하도록 단부가 등속조인트에 장착되어 회전하는 차량용 샤프트에 있어서, 실린더 형상을 갖는 중앙 샤프트; 상기 중앙 샤프트의 단부에 결합되며, 상기 등속조인트에 고정되는 스터브 샤프트를 포함하며, 상기 등속조인트와 결합되도록 상기 스터브 샤프트의 외주면에 스플라인 치형부가 형성되며,스플라인 치형부는 그 배치된 길이 방향을 따라서 서로 다른 크기의 오버핀 직경(OPD:Over Pin Diameter)을 갖는 다단 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트를 제공한다.
본 발명에 따르면, 등속조인트와의 견고한 상태로 결합력을 유지할 수 있고, 결합 해제 및 재결합 시에 발생할 수 있는 백래쉬를 최소화할 수 있는 차량용 샤프트가 제공된다.

Description

차량용 샤프트 {A SHAFT FOR VEHICLE }
본 발명은 차량용 샤프트에 관한 것으로서, 등속조인트와의 견고한 결합을 가능하도록 하는 차량용 샤프트에 관한 것이다.
일반적으로, 트라이포드 등속조인트(Tripod Constant Velocity Joint)는 스터브샤프트(stub shaft)에 일체로 연결된 조인트 하우징과, 조인트 하우징의 내부 트랙에 삽입되고 하프샤프트(half shaft)에 스플라인 결합되어 동력을 전달하는 스파이더(spider)와, 스파이더 외주면에 형성된 3개의 트러니언(trunnion)과, 트러니언에 삽입되어 조인트 하우징의 트랙과 트러니언 사이에서 발생하는 상대운동을 흡수하기 위한 롤러 어셈블리로 구성되어 있다.
트라이포드 등속조인트의 스터브 샤프트와 하프 샤프트가 꺽여진 경우에 조인트 하우징의 트랙, 트러니언 및 롤러어셈블리 사이에서 상대운동이 발생하고, 이 상대운동으로 인해 형성된 마찰력은 하프샤프트의 축방향으로 축력을 발생시키며, 등속조인트의 1회전시마다 축력이 3회 최대값을 갖는다.
이러한 트라이 포드 등속 조인트의 구성은 한국 등록특허 10-0741308에 개시된다.
롤러 어셈블리는 조인트 하우징에서 슬라이드 이동을 하며, 스터브 샤프트와 하프 샤프트 간의 플런징 운동을 안내하고, 이러한 플런징 운동에 의하여 두 샤프트 간의 절각이 이루어질 수 있다.
도 1 은 일반적인 등속조인트 및 차량용 샤프트의 결합 구조를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 은 일반적인 등속조인트 및 차량용 샤프트의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 등속조인트(J)는 차량용 샤프트(10)와 결합됨으로써, 차량용 샤프트(10)로부터 전달되는 회전력이 등속조인트(J)에 전달되는 구조를 갖는다.
등속조인트(J)의 내주면에 형성되는 내치형(I)이 차량용 샤프트(10)의 외주면에 형성되는 외기어에 치합된 상태에서, 등속조인트(J)에 압입력을 인가하여 억지 끼움하는 방식으로 등속조인트(J)와 차량용 샤프트(10) 간의 조립이 이루어진다.
이러한 결합 방식의 경우에, 결합력이 견고하게 유지되는 장점은 있었으나, 유지, 보수 또는 기타의 이유로 등속조인트(J)와 차량용 샤프트(10)를 결합 해제 시킨 후 재결합하는 등의 과정이 반복되는 경우에는, 차량용 샤프트(10)의 치형가 마모되거나 변형을 일으킴으로써 백래쉬(back lash) 값이 커지는 등, 결합 품질을 유지하는데 어려움이 있었다.
한국등록특허 제10-0741308호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 등속조인트와의 견고한 상태로 결합력을 유지할 수 있고, 결합 해제 및 재결합 시에 발생할 수 있는 백래쉬를 최소화할 수 있는 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트와 등속조인트 간의 결합방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 구동력을 전달하도록 단부가 등속조인트에 장착되어 회전하는 차량용 샤프트에 있어서, 실린더 형상을 갖는 중앙 샤프트; 상기 중앙 샤프트의 단부에 결합되며, 상기 등속조인트에 고정되는 스터브 샤프트를 포함하며, 상기 등속조인트와 결합되도록 상기 스터브 샤프트의 외주면에 스플라인 치형부가 형성되며,스플라인 치형부는 그 배치된 길이 방향을 따라서 서로 다른 크기의 오버핀 직경(OPD:Over Pin Diameter)을 갖는 다단 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트를 제공한다.
상기 스플라인 치형부는 스터브 샤프트의 중심선에 대해서 나선각을 갖는 나선형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 스플라인 치형부는, 제1 치형영역; 상기 제1 치형영역의 치형보다 오버 핀 직경(OPD:Over Pin Diameter)이 더 큰 치형을 갖는 제2 치형영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 치형영역에 형성된 치형의 폭이 상기 제1 치형영역에 형성된 치형의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 스플라인 치형부는, 상기 제1 치형영역과 상기 제2 치형영역을 서로 연결하며, 상기 제2 치형영역 측으로 갈수록 치형의 폭이 점진적으로 증가하는 연결 치형영역을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 치형영역은 상기 스터브 샤프트의 둘레를 따라서 서로 다른 폭을 갖는 복수개의 치형을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 치형영역에는 서로 다른 폭을 갖는 치형이 번갈아가며 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1치형 영역의 길이 방향 배치는 샤프트 또는 스터브 샤프트 중심선에 대해서 평행한 직선 형태로 이루어지고, 상기 제2치형 영역의 길이방향의 배치는 샤프트 또는 스터브 샤프트 중심선에 대해서 나선각을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트를 제공한다.
본 발명에 따르면, 등속조인트와 결합하게 되는 치형의 폭을 점진적으로 증가시킴으로써, 등속조인트와 결합시 필요한 외력(압입력)을 조립 구간별로 조절할 수 있으므로, 조립이 용이한 차량용 샤프트가 제공된다.
또한, 견고한 결합력을 유지하여야 하는 구간(제2 치형영역)의 치형 폭을 선택적으로 크게하고, 등속조인트가 이동하는 구간(제1 치형영역)의 치형 폭은 작게함으로써, 반복적인 재결합에서 마모, 변형이 발생하는 치형의 구간을 최소화하여, 백래쉬를 줄일 수 있다.
또한, 등속조인트와의 결합이 이루어지는 제2 치형영역 내에서도 치형의 폭을 서로 다르게 구성함으로써, 결합력은 유지하되, 백래쉬를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 일반적인 등속조인트 및 차량용 샤프트의 결합 구조를 도시한 것이고,
도 2는 도 1의 은 일반적인 등속조인트 및 차량용 샤프트의 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 샤프트의 개략적인 사시도이고,
도 4 및 도 5는 도 3의 차량용 샤프트의 스터브 샤프트를 확대하여 도시한 것이고,
도 6은 도 5의 스터브 샤프트의 치형의 형상을 확대하여 도시한 것이고,
도 7(a)는 도 5의 스터브 샤프트의 제1 치형영역의 오버 핀 직경을 설명하기 위한 단면도이고,
도 7(b)는 도 5의 스터브 샤프트의 제2 치형영역의 오버 핀 직경을 설명하기 위한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 샤프트의 스터브 샤프트의 치형의 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 샤프트의 스터브 샤프트의 치형의 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
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, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 샤프트에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 샤프트의 개략적인 사시도이고, 도 4 및 도 5는 도 3의 차량용 샤프트의 스터브 샤프트를 확대하여 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 스터브 샤프트의 치형의 형상을 확대하여 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 내용을 참고하여 설명하면, 본원발명의 제1 실시예에 따른 차량용 샤프트(100)는 차량용 등속조인트(J)에 장착되어, 구동원으로부터 발생하는 구동력을 전달하기 위한 샤프트 구조물로서, 중앙부(110)와 스터브 샤프트(120)를 포함한다.
상기 중앙부(110)는 본 발명의 차량용 샤프트(100)의 중앙영역을 형성하는 실린더형 구조물로서, 단부에는 후술하는 스터브 샤프트(120)가 결합된다. 중앙부(110)와 스터브 샤프트(120)는 별도로 가공되어, 용접에 의하여 견고히 결합되는 것이 바람직하나, 가공방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 스터브 샤프트(120)는 상술한 중앙부(110)의 단부에 결합되는 구조물로서, 등속조인트에 체결된다.
한편, 스터브 샤프트(120)의 외주면에는 등속조인트(J)와의 결합을 위한 스플라인 치형부(130)가 형성된다. 이러한 스플라인 치형부(130)의 구조에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에서 스플라인 치형부(130)는 스터브 샤프트(120)의 길이방향을 따라서 다수의 스플라인 기어가 형성되는 영역을 의미한다. 스플라인 치형부(130)는 축과 나란한 방향으로부터 미세하게 비틀어지게 형성된다.
다시 말하면, 스플라인 치형부(130)는 스터브 샤프트의 중심축에 대해서 사선진 방향으로 배열되며, 조인트(J)는 스터브 샤프트(120)와의 결합 과정에서 스플라인 치형부(130)의 사선 구조를 따라서 소정각도로 회전하면서 스터브 샤프트(120)에 진입하게 된다.
이러한 스터브 샤프트(120)와 등속조인트(J) 간의 결합원리 및 구조에 대한 보다 상세한 내용은 후술한다.
본 실시예에서 스플라인 치형부(130)를 이루는 영역은 제1 치형영역(140), 연결 치형영역(150), 제2 치형영역(160)으로 분리하여 설명할 수 있다.
상기 제1 치형영역(140)은 결합되는 등속조인트(J)의 진입시 최초 도달하게 되는 스플라인 치형부(130)의 영역이다. 제1 치형영역(140)에는 나선형으로 다수의 스플라인 기어가 형성된다.
이러한 제1 치형영역(140)에 형성되는 스플라인 치형은 중심으로부터 소정각도 비틀어지는 구조, 즉, 나선각(helix angle)이 형성된다. 이때, 등속조인트(J)와의 원활한 결합을 위하여 형성된 이러한 나선각은 10'±4' 수준인 것이 바람직하다. 본 발명의 도면에서는 그러한 나선각이 명확하게 표현될 수 있도록 약간 과장되게 도시하였다.
일반적으로, 각 치형(G)의 특정 지점에서의 폭을 좌우 방향 두께로 정의하고, 치형(G)와 치형(G) 사이에 일정한 직경을 갖는 구조물(핀, 구)을 삽입한 상태에서 기어의 중심으로부터 삽입된 구조물(핀, 구)까지의 거리의 두배 값을 오버 핀 직경(OPD:Over Pin Diameter)라고 정의한다.
도 7(a)는 도 5의 스터브 샤프트의 제1 치형영역의 오버 핀 직경을 설명하기 위한 단면도이고, 도 7(b)는 도 5의 스터브 샤프트의 제2 치형영역의 오버 핀 직경을 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에서 제1 치형영역(140)에 형성되는 치형(G)들의 폭(t1)은 후술하는 제2 치형영역(160)의 치형(G)들의 폭(t3)보다 작은 것이 바람직하다. 다시 말하면, 도 7(a)에 도시된 제1 치형영역(140)의 오버 핀 직경(OPD1)은 도 7(b)에 도시된 제2 치형영역(160)의 오버 핀 직경(OPD3)보다 작게 형성된다.
즉, 내부에 내치가 형성되는 등속조인트(J)를 샤프트 또는 스터브 샤프 트(120)에 진입시키는 과정에서, 등속조인트(J)는 오버 핀 직경(OPD1)이 작은 제1 치형영역(140)에는 상대적으로 원활하게 진입할 수 있으나, 오버 핀 직경(OPD3)이 큰 제2 치형영역(160)의 진입은 보다 어려운 구조를 갖도록 구성된다.
이를 다시 설명하면, 제1 치형영역(140)에서 치형(G)와 치형(G) 사이 공간의 폭이 제2 치형영역(160)에서 치형(G)와 치형(G) 사이의 공간의 폭보다 크기 때문에, 등속조인트(J)는 제1 치형영역(140)에서 보다 쉽게 이동할 수 있는 것이다. 이러한 특징에 대한 보다 상세한 내용은 후술한다.
상기 연결 치형영역(150)은 제1 치형영역(140)과 후술하는 제2 치형영역(160)을 연결하는 영역으로서, 제1 치형영역(140)과 마찬가지로 다수의 스플라인 치형이 형성된다.
연결 치형영역(150)에 형성되는 치형(G)의 폭은 제1 치형영역(140)측 단부에서 제2 치형영역(160)측 단부로 갈수록 점진적으로 커진다. 즉, 연결 치형영역(150)에서 제1 치형영역(140) 측 단부의 치형(G)의 폭(t2)는 제1 치형영역(140)의 폭(t1)에 대응되고, 제2 치형영역(160) 측 단부의 치형(G)의 폭(t2)는 제2 치형영역(160)의 폭(t3)에 대응되는 것이다.
연결 치형영역(50)에 형성된 치형(G)의 폭(t2)는 제1 치형영역(140)과 연결되는 쪽이 가장 작고, 제2 치형영역(160) 쪽으로 갈수록 짐전적으로 증가하여, 전체적으로 테이퍼진(tapered) 형상을 갖는다.
따라서, 결합을 위하여 연결 치형영역(150)에 진입하는 등속조인트(J)는, 연결 치형영역(150)의 전단부에서는 진입이 원활하나, 후단으로 갈수록 오버 핀 직경(OPD)이 점진적으로 증가하기 때문에, 등속조인트(J)의 진입을 위해 가해져야하는 외력(압입력)도 점진적으로 증가하여야만 한다.
상기 제2 치형영역(160)은 상술한 연결 치형영역(150)의 종단부로부터 연장되는 영역으로서, 다수의 스플라인 기어가 스터브 샤프트의 중심축선에 대한 사선형으로 형성된다.
제2 치형영역(160)에 형성되는 치형(G)들의 폭(t3)는 상술한 제1 치형영역(140)의 치형(G)들의 폭(t1)보다 큰 것이 바람직하다. 다시 말하면, 제2 치형영역(160)의 오버 핀 직경(OPD3)은 제1 치형영역(140)의 오버 핀 직경(OPD1)보다 크게 형성된다.
다음으로, 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 샤프트와 등속조인트 간의 결합방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 샤프트와 등속조인트 간의 결합방법은 삽입단계와 진입단계와 결합단계를 포함한다.
상기 삽입단계는 등속조인트(J)에 차량용 샤프트(100)의 단부를 삽입하는 단계이다. 즉, 스터브 샤프트(120) 상에 내치(I)가 형성되는 등속조인트(J)를 배치시킴으로써, 본격적인 결합 공정을 준비한다.
상기 진입단계는 내치(I)가 제1 치형영역(140)의 단부에 위치할 때까지 등속조인트(J)를 소정 간격 전진시키는 단계이다.
상기 결합단계는 차량용 샤프트(100)와 등속조인트(J)를 서로 결합시키는 단계이다.
본 단계에서는 등속조인트(J)의 내치(I)가 스터브 샤프트(120)의 스플라인 치형부(110)에 진입한 상태에서 등속조인트(J)에 외력을 가하여 스터브 샤프트(120)와 결합시키는 단계이다.
등속조인트(J)에 외력을 가하면 등속조인트(J)의 내치(I)가 제1 치형영역(140)을 따라 이동하게 되며, 이때, 스플라인 기어는 소정 각도를 갖고 사선형으로 형성되므로, 등속조인트(J)도 스플라인 기어의 각도에 대응하여 회전하면서 전진하게 된다.
등속조인트(J)의 내치(I)가 연결 치형영역(150)의 초입에 진입하면, 폭(t2)가 진행 방향을 따라서 점진적으로 증가하는 동시에, 오버 핀 직경(OPD)도 점진적으로 증가한다. 오버 핀 직경(OPD)의 증가하면서 등속조인트(J)의 전진을 위해 보다 큰 압입력을 필요로 하게 된다. 이에 대응하여 등속조인트(J)에는 보다 강한 외력이 가해짐으로써, 등속조인트(J)가 지속적으로 전진하여 스터브 샤프트(120)와의 결합력은 보다 견고해진다.
등속조인트(J)의 내치(I)가 제2 치형영역(160)에 도달하면, 치형(G)의 폭(t3) 및 오버 핀 직경(OPD3)은 최대가 되고, 그에 따라, 최대의 외력을 지속적으로 인가하여 등속조인트(J)를 전진시킬 수 있다.
즉, 결합력은 오버 핀 직경(OPD)의 크기에 비례하므로, 등속조인트(J)는 제2 치형영역(160)에서 가장 큰 힘으로 결합을 유지할 수 있는 것이다.
따라서, 상술한 방법에 의하면, 등속조인트(J)와 차량용 샤프트(100)를 결합시키는 과정에서 양 구성요소가 결합되는 전 구간에서 큰 힘을 지속적으로 인가할 필요없이, 필요한 구간에서만 큰 외력을 가하면 되는 것이므로, 조립이 간편하다는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 유지 및 보수 등의 목적으로 차량용 샤프트(100)를 등속조인트(J)로부터 분리 후 재결합하는 경우에도, 구성요소간 억지끼움이 일어나는 구간은 최소화될 수 있으므로, 재결합후 백래쉬(back lash)가 발생하는 구간을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 샤프트에 대하여 설명한다.
본원발명의 제2 실시예에 따른 차량용 샤프트(200)는 차량용 등속조인트(J)에 장착되어, 구동원으로부터 발생하는 구동력을 전달하기 위한 샤프트 구조물로서, 중앙부(110)와 스터브 샤프트(120)를 포함한다.
상기 중앙부(110)는 본 발명 샤프트의 중앙영역을 형성하는 실린더형 구조물로서, 단부에는 후술하는 스터브 샤프트(120)가 결합된다. 중앙부(110)와 스터브 샤프트(120)는 별도로 가공되어, 용접에 의하여 견고히 결합되는 것이 바람직하다.
상기 스터브 샤프트(120)는 상술한 중앙부(110)의 단부에 결합되는 구조물로서, 등속조인트(J)에 체결된다.
한편, 스터브 샤프트(120)의 외주면에는 등속조인트(J)와의 결합을 위한 스플라인 치형부(130)가 형성된다. 이러한 스플라인 치형부(130)의 구조에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에서 스플라인 치형부(130)는 스터브 샤프트(120)의 길이방향을 따라서 다수의 스플라인 기어가 형성되는 영역을 의미한다. 스플라인 치형부(130)는 축과 나란한 방향으로부터 미세하게 비틀어지게 형성된다. 즉, 스플라인 치형부(130)는 스터브 샤프트의 중심 축선에 대하여 사선지게 형성되며, 등속조인트(J)는 스터브 샤프트(120) 결합 과정에서 스플라인 치형부(130)의 나선형 구조를 따라서 소정각도로 회전하면서 스터브 샤프트(120)에 진입하게 된다.
본 실시예에서 스플라인 치형부(130)를 이루는 영역은 제1 치형영역(140), 연결 치형영역(150), 제2 치형영역(260)으로 분리하여 설명할 수 있다. 다만, 제1 치형영역(140), 연결 치형영역(150)의 구조는 제1 실시예와 동일한 것이므로 중복 설명은 생략하고, 본 실시예에서 제2 치형영역(260)의 치형 구조가 제1 실시예와 차이가 있으므로, 이러한 차이에 대하여만 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 샤프트의 스터브 샤프트의 치형의 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8을 참고하여 설명하면, 본 실시예의 제2 치형영역(260)에서의 치형(G)의 폭(t3a, t3b)는 일정하지 않고, 서로 다른 폭을 갖도록 구성된다. 즉, 제2 치형영역(260)에서는 큰 폭(t3b)와 작은 폭(t3a)가 번갈아가면서 형성되고, 그에 따라, 동일한 제2 치형영역(260) 내에서의 오버 핀 직경(OPD3)도 서로 다른 값을 갖는다.
다만, 제2 치형영역(260)에 형성된 치형(G)의 폭, 다시 말해, 큰 폭(t3b) 뿐만 아니라 작은 폭(t3a)도 제1 치형영역(140)에 형성된 치형(G)의 폭(t1)보다는 크게 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 제2 치형영역(260) 내의 치형(G)들이 서로 다른 폭(t3a, t3b)를 가지기 때문에, 내치(I)의 일부는 상대적으로 큰 폭(t3b)의 치형(G) 사이에 진입하여 큰 결합력을 발생시키고, 내치(I)의 나머지는 상대적으로 작은 폭(t3b)의 치형(G) 사이에 진입하여, 결합 해제 및 재결합시 발생할 수 있는 백래쉬 현상을 줄일 수 있다.
즉, 본 실시예에 의하면, 제2 치형영역(260)의 큰 폭(t3b)를 갖는 치형(G)를 통하여 차량용 샤프트(200)와 등속조인트(J) 간의 결합력의 증가효과는 유지하되, 작은 폭(t3a)를 갖는 치형(G)를 통하여 반복적인 재결합으로 인한 백래쉬 가능성은 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도9(a)와 (b)는 본 발명의 제3실시예에 대한 것이다.
제3실시예에도 스플라인 치형부(130)를 이루는 영역은 제1 치형영역(140), 연결 치형영역(150), 제2 치형영역(160)으로 분리하여 설명할 수 있다.
상기 제1 치형영역(140)은 결합되는 등속조인트(J)의 진입시 최초 도달하게 되는 스플라인 치형부(130)의 영역이다. 제1 치형영역(140)에는 나선형으로 다수의 스플라인 기어가 형성된다.
다만, 제1실시예 및 제2실시예와 다른 점은 이러한 제1 치형영역(140) 및 연결 치형영역(150)의 배치가 제1,2실시예처럼 나선형태, 즉 샤프트 또는 스터브 샤프트 축 중심으로부터 소정 각도 비틀어지는 구조가 아니라, 축 중심에 대해서 평행한 직선 방향으로 배치된다는 점이다.
그리고, 제2치형 영역(160)의 경우에만 스플라인 치형은 중심으로부터 소정각도 비틀어지는 구조, 즉, 나선각(helix angle)이 형성된다. 이때, 등속조인트(J)와의 원활한 결합을 위하여 형성된 이러한 나선각은 10'±4' 수준인 것이 바람직하다. 본 발명의 도면에서는 그러한 나선각이 명확하게 표현될 수 있도록 약간 과장되게 도시하였다.
본 실시예에서도 제1 치형영역(140)에 형성되는 치형(G)들의 폭(t1)은 후술하는 제2 치형영역(160)의 치형(G)들의 폭(t3)보다 작은 것이 바람직하다. 다시 말하면, 제1 치형영역(140)의 오버 핀 직경(OPD1)은 제2 치형영역(160)의 오버 핀 직경(OPD3)보다 작게 형성된다.
즉, 내부에 내치가 형성되는 등속조인트(J)를 샤프트 또는 스터브 샤프트(120)에 진입시키는 과정에서, 등속조인트(J)는 오버 핀 직경(OPD1)이 작은 제1 치형영역(140)에는 상대적으로 직선 방향으로 원활하게 진입할 수 있으나, 오버 핀 직경(OPD3)이 큰 제2 치형영역(160)의 진입은 보다 어려운 구조를 갖도록 구성된다.
이를 다시 설명하면, 제1 치형영역(140)에서 치형(G)와 치형(G) 사이 공간의 폭이 제2 치형영역(160)에서 치형(G)와 치형(G) 사이의 공간의 폭보다 크기 때문에, 등속조인트(J)는 제1 치형영역(140)에서 보다 쉽게 이동할 수 있는 것이다.
상기 연결 치형영역(150)은 제1 치형영역(140)과 후술하는 제2 치형영역(160)을 연결하는 영역으로서, 제1 치형영역(140)과 마찬가지로 다수의 스플라인 치형이 형성된다.
연결 치형영역(150)에 형성되는 치형(G)의 폭은 제1 치형영역(140)측 단부에서 제2 치형영역(160)측 단부로 갈수록 점진적으로 커진다. 즉, 연결 치형영역(150)에서 제1 치형영역(140) 측 단부의 치형(G)의 폭(t2)는 제1 치형영역(140)의 폭(t1)에 대응되고, 제2 치형영역(160) 측 단부의 치형(G)의 폭(t2)는 제2 치형영역(160)의 폭(t3)에 대응되는 것이다.
연결 치형영역(50)에 형성된 치형(G)의 폭(t2)는 제1 치형영역(140)과 연결되는 쪽이 가장 작고, 제2 치형영역(160) 쪽으로 갈수록 짐전적으로 증가하여, 전체적으로 테이퍼진(tapered) 형상을 갖는다.
따라서, 결합을 위하여 연결 치형영역(150)에 진입하는 등속조인트(J)는, 연결 치형영역(150)의 전단부에서는 진입이 원활하나, 후단으로 갈수록 오버 핀 직경(OPD)이 점진적으로 증가하기 때문에, 등속조인트(J)의 진입을 위해 가해져야하는 외력(압입력)도 점진적으로 증가하여야만 한다.
상기 제2 치형영역(160)은 상술한 연결 치형영역(150)의 종단부로부터 연장되는 영역으로서, 다수의 스플라인 기어가 스터브 샤프트의 중심축선에 대한 사선형으로 형성된다.
제2 치형영역(160)에 형성되는 치형(G)들의 폭(t3)는 상술한 제1 치형영역(140)의 치형(G)들의 폭(t1)보다 큰 것이 바람직하다. 다시 말하면, 제2 치형영역(160)의 오버 핀 직경(OPD3)은 제1 치형영역(140)의 오버 핀 직경(OPD1)보다 크게 형성된다
제1치형 영역(140) 및 연결 치형 영역(150)의 길이 방향의 배치는 축 중심과 동일하게 직선 형태로 되어 내륜의 스플라인 치형과의 진입 및 결합이 용이하도록 하고, 제2치형 영역(160)의 길이 방향의 배치는 축 중심에 대해서 약간의 나선각을 가지도록 하여, 억지끼움 방식의 압입으로 맞춰지면서 이탈 또는 백래쉬 발생을 예방할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상시한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110 : 중앙부 120 : 스터브 샤프트
130 : 스플라인 치형부 140 : 제1 치형영역
150 : 연결 치형영역 160 : 제2 치형영역

Claims (8)

  1. 구동력을 전달하도록 단부가 등속조인트에 장착되어 회전하는 차량용 샤프트에 있어서,
    실린더 형상을 갖는 중앙 샤프트;
    상기 중앙 샤프트의 단부에 결합되며, 상기 등속조인트에 고정되는 스터브 샤프트를 포함하며,
    상기 등속조인트와 결합되도록 상기 스터브 샤프트의 외주면에 스플라인 치형부가 형성되며,
    스플라인 치형부는 그 배치된 길이 방향을 따라서 서로 다른 크기의 오버핀 직경(OPD:Over Pin Diameter)을 갖는 다단 구조로 배치되며,
    상기 스플라인 치형부의 적어도 일부는 스터브 샤프트의 중심선에 대해서 나선각을 갖는 나선형태로 형성되되,
    상기 스플라인 치형부는,
    제1 치형영역; 상기 제1 치형영역의 치형보다 오버 핀 직경(OPD:Over Pin Diameter)이 더 큰 치형을 갖는 제2 치형영역;을 포함하고,
    상기 제2 치형영역에 형성된 치형의 폭이 상기 제1 치형영역에 형성된 치형의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스플라인 치형부는,
    상기 제1 치형영역과 상기 제2 치형영역을 서로 연결하며, 상기 제2 치형영역 측으로 갈수록 치형의 폭이 점진적으로 증가하는 연결 치형영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 치형영역은 상기 스터브 샤프트의 둘레를 따라서 서로 다른 폭을 갖는 복수개의 치형을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 치형영역에는 서로 다른 폭을 갖는 치형이 번갈아가며 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1치형 영역의 길이 방향 배치는 샤프트 또는 스터브 샤프트 중심선에 대해서 평행한 직선 형태로 이루어지고, 상기 제2치형 영역의 길이방향의 배치는
    샤프트 또는 스터브 샤프트 중심선에 대해서 나선각을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014136626A1 (ja) * 2013-03-04 2014-09-12 日立オートモティブシステムズ九州株式会社 プロペラシャフト及びプロペラシャフト用アダプタ部材

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