KR102491273B1 - 그리스 리테이너를 구비하는 등속조인트 - Google Patents

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Abstract

등속조인트는 길이방향 축을 따라 연장되는 관통홀을 구비하고 복수의 외측 볼 그루브를 형성하는 아우터 레이스, 상기 외측 볼 그루브와 각각 쌍을 이루는 복수의 내측 볼 그루브를 형성하는 이너 레이스, 상기 외측 볼 그루브와 상기 내측 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 공간에 각각 배치되는 복수의 볼, 상기 복수의 볼을 수용하는 볼 케이지, 그리고 상기 볼과 상기 볼 케이지가 배치되는 공간에 채워지는 그리스가 상기 관통홀을 통해서 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 관통홀을 막을 수 있도록 상기 아우터 레이스에 체결되는 그리스 리테이너를 포함한다. 상기 그리스 리테이너는 상기 볼과 상기 볼 케이지를 향해 돌출되는 볼록한 형상을 갖도록 구성된다.

Description

그리스 리테이너를 구비하는 등속조인트{Constant velocity joint having grease retainer}
본 발명은 차량의 구동력을 전달하기 위해 사용되는 등속조인트에 관한 것이고, 보다 상세하게는 아우터 레이스에 결합되는 그리스 리테이너를 구비하는 등속조인트에 관한 것이다.
등속조인트는 회전 구동력을 전달하는 장치이며 차량의 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트 등에 체결되어 회전 구동력을 전달하는 장치로 사용된다.
제파(Rzeppa) 조인트와 같은 등속조인트는 아우터 레이스(outer race), 이너 레이스(inner race), 아우터 레이스와 이너 레이스 사이에 개재되는 복수의 볼(ball), 그리고 볼을 수용하는 볼 케이지를 포함한다. 이러한 등속조인트에서, 통상적으로 아우터 레이스는 개방 사이드를 구비하며, 볼, 볼케이지 및 이너 레이스가 아우터 레이스의 개방 사이드를 통해 삽입된다. 이러한 등속조인트에서 아우터 레이스와 이너 레이스는 볼의 거동이 이루어지는 볼 그루브를 각각 구비하고, 토크 전달을 위한 볼은 아우터 레이스와 이너 레이스의 대응하는 볼 그루브에 의해 형성되는 공간에 배치된다.
이러한 등속조인트는 경량화 및 슬림한 디자인을 필요로 한다. 특히 자동차의 프로펠러 샤프트에 적용되는 등속조인트는 높은 회전속도로 회전하는 연유로 중량 감소를 위한 슬림한 디자인을 필요로 한다. 슬림한 디자인의 등속조인트는 조립 등의 취급 과정에서 볼의 이탈을 방지할 수 있는 구조를 필요로 한다. 볼의 이탈을 방지하기 위해 아우터 레이스의 끝단을 스태킹(stacking)을 통해 소성 변형시키는 방법이 사용되고 있으나, 이 방법을 적용하기 위해서는 아우터 레이스의 길이가 길어져 중량이 증가하는 문제점과 스태킹 공정의 추가로 인해 제조 원가가 상승하는 문제가 있다.
한편, 아우터 레이스는 토크 전달 과정에 발생하는 큰 하중을 견딜 수 있는 강성을 가져야 하기 때문에 볼 그루브가 형성되는 부분의 재질 및 두께 확보로 인해 중량이 증가된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 볼 그루브가 형성되는 부분과 별도로 형성되는 어댑터(adapter)를 통해 동력 전달 부재에 결합하는 방식이 사용되나, 이 방법에서는 아우터 레이스가 두 개의 파트로 이루어져 복잡한 구조를 가지고 조립 과정도 복잡한 문제가 있다.
미국 등록특허공보 US8,313,107 (2012.11.20.) 미국 등록특허공보 US9,494,199 (2016.11.15.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 아우터 레이스의 중량을 최소화하면서 볼의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있도록 구성되는 등속조인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 등속조인트는 길이방향 축을 따라 연장되는 관통홀을 구비하고 복수의 외측 볼 그루브를 형성하는 아우터 레이스, 상기 외측 볼 그루브와 각각 쌍을 이루는 복수의 내측 볼 그루브를 형성하는 이너 레이스, 상기 외측 볼 그루브와 상기 내측 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 공간에 각각 배치되는 복수의 볼, 상기 복수의 볼을 수용하는 볼 케이지, 그리고 상기 볼과 상기 볼 케이지가 배치되는 공간에 채워지는 그리스가 상기 관통홀을 통해서 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 관통홀을 막을 수 있도록 상기 아우터 레이스에 체결되는 그리스 리테이너를 포함한다. 상기 그리스 리테이너는 상기 볼과 상기 볼 케이지를 향해 돌출되는 볼록한 형상을 갖도록 구성된다.
상기 그리스 리테이너는 상기 아우터 레이스와 상기 이너 레이스의 사이의 절각 시 상기 이너 레이스 또는 상기 볼 케이지 중 하나 이상과 부딪혀 상기 볼 케이지의 회전을 제한할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 볼록한 형상은 구 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 볼록한 형상은 실린더 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 볼록한 형상은 콘(cone) 형상 또는 변형된 콘 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 볼록한 형상은 서로 연결된 구 형상 및 실린더 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 등속조인트는 길이방향 축을 따라 연장되는 제1 관통홀을 구비하고 복수의 외측 볼 그루브를 형성하는 아우터 레이스, 길이방향 축을 따라 연장되는 제2 관통홀을 구비하고 상기 외측 볼 그루브와 각각 쌍을 이루는 복수의 내측 볼 그루브를 형성하는 이너 레이스, 상기 외측 볼 그루브와 상기 내측 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 공간에 각각 배치되는 복수의 볼, 상기 복수의 볼을 수용하는 볼 케이지, 상기 볼과 상기 볼 케이지가 배치되는 공간에 채워지는 그리스가 상기 제1 관통홀을 통해서 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 제1 관통홀을 막을 수 있도록 상기 아우터 레이스에 체결되는 제1 그리스 리테이너, 그리고 상기 볼과 상기 볼 케이지가 배치되는 공간에 채워지는 그리스가 상기 제2 관통홀을 통해서 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 제2 관통홀을 막을 수 있도록 상기 이너 레이스에 체결되는 제2 그리스 리테이너를 포함한다. 상기 그리스 리테이너는 상기 볼과 상기 볼 케이지를 향해 돌출되는 볼록한 형상을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 제2 그리스 리테이너는 상기 아우터 레이스와 상기 이너 레이스의 사이의 절각 시 상기 이너 레이스 또는 상기 볼 케이지 중 하나 이상과 부딪혀 상기 볼 케이지의 회전을 제한할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 아우터 레이스를 길이방향 축을 따라 연장되는 관통홀을 구비하도록 형성하고 이 관통홀을 막는 그리스 리테이너가 볼과 볼 케이지가 배치된 공간을 향해 볼록한 형상을 갖도록 함으로써, 아우터 레이스와 이너 레이스 사이에 채워지는 그리스의 양을 줄일 수 있다. 또한 절각 시 볼 케이지 또는 이너 레이스가 볼록한 그리스 리테이너에 부딪히도록 함으로써 절각을 제한할 수 있고 이에 의해 별도의 부재나 스태킹 등 추가 공정 없이 취급 중 볼의 이탈을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 등속조인트의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 등속조인트의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 등속조인트의 아우터 레이스와 이너 레이스의 절각이 이루어진 상태에서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 등속조인트의 그리스 리테이너의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등속조인트의 그리스 리테이너의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등속조인트의 그리스 리테이너의 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 등속조인트는 별도의 동력 전달 요소에 각각 연결될 수 있도록 구성되는 아우터 레이스(outer race)(11)와 이너 레이스(inner race)(21)를 포함한다. 볼(ball)(31)은 토크를 전달하는 매개체로 작용하며 볼 케이지(ball cage)(32)의 포켓(33)에 수용되는 상태로 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21) 사이에 배치된다. 볼(31)은 복수로 구비될 수 있으며, 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21)는 서로 쌍을 이루어 각 볼(31)을 수용하는 공간을 형성하는 외측 볼 그루브(12)와 내측 볼 그루브(22)를 각각 구비할 수 있다. 외측 볼 그루브(12)와 내측 볼 그루브(22)에 의해 형성되는 공간에 배치되는 볼(31)을 통해 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21) 사이의 회전 동력 전달이 이루어진다. 도 2에는 8개 볼(31)이 구비되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나 볼(15)의 개수는 이에 한정되지 않고 6개, 10개 등 다양하게 변경될 수 있다.
아우터 레이스(11)는 길이방향 축(X1)을 따라 연장되는 관통홀(13)을 형성하고, 이너 레이스(21)도 길이방향 축(X2)을 따라 연장되는 관통홀(23)을 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 등속조인트가 차동 기어와 프로펠러 샤프트 사이에 설치되는 경우, 이너 레이스(21)는 관통홀(23)에 삽입되는 차동 기어의 출력축에 스플라인 결합을 통해 체결될 수 있고, 아우터 레이스(11)는 일단(도 1에서 좌측 단)이 용접에 의해 프로펠러 샤프트의 중공 샤프트에 결합될 수 있다.
아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21)는 서로 절각된 상태에서 동력 전달을 위한 회전이 가능하도록 구성될 수 있다. 도 1 및 도 3에는 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21)의 길이방향 축(X1, X2)이 동축을 이루는 비절각 상태와 일정한 각도를 이루는 비절각 상태가 각각 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 등속조인트는 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21)가 정해진 절각 범위 내에서 절각된 상태로 회전 가능하도록 구성된다.
볼(31)과 볼 케이지(32)가 배치된 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21) 사이의 공간은 그리스(grease)로 채워진다. 도면에 명시적으로 도시되지 않았으나, 아우터 레이스(11)의 개구를 형성하는 단(도 1에서 우측 단)과 이너 레이스(21)의 외주면 사이의 그리스 씰링을 위한 부트(boot)(50)(도 1에 점선으로 도시됨)가 구비될 수 있다. 부트(50)는 고무와 같은 형상의 변형이 가능한 재질로 형성될 수 있으며, 일측 단부는 아우터 레이스(11)에 고정된 다른 일측 단부는 이너 레이스(21)에 고정될 수 있다. 도면에는 명시되지 않았으나, 부트(50)의 양측 단부는 클램프(clamp)와 같은 클램핑 수단에 의해 아우터 레이스(11) 및 이너 레이스(21)에 각각 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 아우터 레이스(11)가 중량 감소를 위해 단일 부재로 형성되고 길이방향 축(X1)을 따라 형성되는 관통홀(13)을 구비하며, 관통홀(13)을 막아 그리스의 누출을 방지하기 위한 그리스 리테이너(grease retainer)(41)를 구비한다. 그리스 리테이너(41)는 볼(31)과 볼 케이지(32)가 배치되는 공간(16)의 일측에 배치되며 볼(31)과 볼 케이지(32)를 향해 돌출되는 볼록한 형상을 갖도록 형성된다.
그리스 리테이너(41)는 아우터 레이스(11)의 내주면에 구비되는 안착 홈(14)에 배치될 수 있다. 그리스 리테이너(41)는 스틸(steel)과 같은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 압입에 의해 안착 홈(14)에 체결될 수 있다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 그리스 리테이너(41)는 아우터 레이스(11)의 안착 홈(14)에 배치될 수 있도록 링 형상을 가지는 체결부(411), 그리고 체결부(411)에 연결되며 볼(31)과 볼 케이지(32)가 배치된 공간을 향해 볼록하게 돌출되는 씰링부(412)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 씰링부(412)는 구면 형태로 형성될 수 있다. 리테이너(41)의 씰링부(412)가 그리스가 채워지는 공간으로 볼록하게 형성됨으로써, 그리스가 채워지는 공간의 부피가 감소되어 투입되는 그리스 양이 감소될 수 있다. 투입되는 그리스 양의 감소는 등속조인트의 제조 원가 절감 및 중량 감소로 이어진다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, 아우터 레이스(11)에 체결되는 그리스 리테이너(41)는 이너 레이스(21) 또는 볼 케이지(32)의 회전 각도를 제한할 수 있도록 형성된다. 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21)의 절각 시 이너 레이스(21) 및 볼 케이지(32)가 아우터 레이스(11)에 대해 상대 회전이 발생하며, 이때 이너 레이스(23) 또는 볼 케이지(32)가 볼록하게 형성된 그리스 리테이너(41)에 부딪혀 더 이상 회전이 이루어지지 않도록 구성된다. 도 3에는 절각 시 이너 레이스(21)가 아우터 레이스(11)에 부딪혀 더 이상 절각이 이루어지는 않는 상태가 예시적으로 도시되어 있다. 이너 레이스(21) 및 볼 케이지(32)의 회전이 적정 각도 이상으로 꺾이지 않도록 함으로써 아우터 레이스(11)와 이너 레이스(21)의 절각 시 볼 케이지(32)에 수용된 볼(31)의 거동이 제한되고, 이에 의해 등속조인트의 취급 중 볼(31)의 이탈을 방지할 수 있다. 그리스 리테이너(41)를 형상을 이용하여 볼(31)이 이탈되지 않도록 함으로써, 볼의 이탈을 방지하기 위한 별도의 추가적인 스태킹 공정을 없앨 수 있으며 이에 의해 중량 감소 및 제조 원가 절감이 도모될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 이너 레이스(21)의 길이방향 축(X2)을 따라 연장되는 관통홀(23)을 막기 위한 그리스 리테이너(42)가 구비될 수 있다. 그리스 리테이너(42)는 이너 레이스(21)의 내주면에 형성되는 안착 홈(24)에 압착될 수 있는 고리 형상의 체결부(421) 및 체결부(421)에 연결되는 씰링부(422)를 구비할 수 있다. 그리스 리테이너(42)는 스틸과 같은 금속 재질로 형성될 수 있으며 이너 레이스(21)의 관통홀(23)에 압입될 수 있다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아우터 레이스(11)에 체결되는 그리스 리테이너가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 실시예에 따르면, 그리스 리테이너(60)는 실린더 형상의 씰링부(61)를 구비할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 그리스 리테이너(70)는 콘(cone) 또는 변형된 콘 형상의 씰링부(71)를 구비할 수 있다. 변형된 콘 형상은 도 5에 도시된 바와 같이 콘 형상에서 빗면이 약간 볼록하게 돌출된 형상과 같이 콘 형상에서 약간 변형된 형상을 의미한다. 도 6에 도시된 실시예에 따르면, 그리스 리테이너(80)는 서로 연결된 실린더 형상의 씰링부(81)와 구형의 씰링부(82)를 구비할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
11: 아우터 레이스(outer race)
12: 외측 볼 그루브
21: 이너 레이스(inner race)
22: 내측 볼 그루브
31: 볼(ball)
32: 볼 케이지(ball cage)
41, 60, 70, 80: 그리스 리테이너(grease retainer)
50: 부트(boot)

Claims (8)

  1. 길이방향 축을 따라 연장되는 관통홀을 구비하고 복수의 외측 볼 그루브를 형성하는 아우터 레이스,
    상기 외측 볼 그루브와 각각 쌍을 이루는 복수의 내측 볼 그루브를 형성하는 이너 레이스,
    상기 외측 볼 그루브와 상기 내측 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 공간에 각각 배치되는 복수의 볼,
    상기 복수의 볼을 수용하는 볼 케이지, 그리고
    상기 볼과 상기 볼 케이지가 배치되는 공간에 채워지는 그리스가 상기 관통홀을 통해서 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 관통홀을 막을 수 있도록 상기 아우터 레이스에 체결되는 그리스 리테이너
    를 포함하고,
    상기 그리스 리테이너는 상기 볼과 상기 볼 케이지를 향해 돌출되는 볼록한 형상을 갖도록 구성되고,
    상기 그리스 리테이너는 상기 아우터 레이스와 상기 이너 레이스의 사이의 절각 시 상기 이너 레이스 또는 상기 볼 케이지 중 하나 이상과 부딪혀 상기 볼 케이지의 회전을 제한할 수 있도록 구성되고,
    상기 그리스 리테이너는 금속 재질로 형성되어 압입에 의해 상기 아우터 레이스에 체결되는 등속조인트.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 볼록한 형상은 구 형상을 포함하는 등속조인트.
  4. 제1항에서,
    상기 볼록한 형상은 실린더 형상을 포함하는 등속조인트.
  5. 제1항에서,
    상기 볼록한 형상은 콘(cone) 형상 또는 변형된 콘 형상을 포함하는 등속조인트.
  6. 제1항에서,
    상기 볼록한 형상은 서로 연결된 구 형상 및 실린더 형상을 포함하는 등속조인트.
  7. 길이방향 축을 따라 연장되는 제1 관통홀을 구비하고 복수의 외측 볼 그루브를 형성하는 아우터 레이스,
    길이방향 축을 따라 연장되는 제2 관통홀을 구비하고 상기 외측 볼 그루브와 각각 쌍을 이루는 복수의 내측 볼 그루브를 형성하는 이너 레이스,
    상기 외측 볼 그루브와 상기 내측 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 공간에 각각 배치되는 복수의 볼,
    상기 복수의 볼을 수용하는 볼 케이지,
    상기 볼과 상기 볼 케이지가 배치되는 공간에 채워지는 그리스가 상기 제1 관통홀을 통해서 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 제1 관통홀을 막을 수 있도록 상기 아우터 레이스에 체결되는 제1 그리스 리테이너, 그리고
    상기 볼과 상기 볼 케이지가 배치되는 공간에 채워지는 그리스가 상기 제2 관통홀을 통해서 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 제2 관통홀을 막을 수 있도록 상기 이너 레이스에 체결되는 제2 그리스 리테이너
    를 포함하고,
    상기 제1 그리스 리테이너는 상기 볼과 상기 볼 케이지를 향해 돌출되는 볼록한 형상을 갖도록 구성되고,
    상기 제1 그리스 리테이너는 상기 아우터 레이스와 상기 이너 레이스의 사이의 절각 시 상기 이너 레이스 또는 상기 볼 케이지 중 하나 이상과 부딪혀 상기 볼 케이지의 회전을 제한할 수 있도록 구성되고,
    상기 제1 그리스 리테이너는 금속 재질로 형성되어 압입에 의해 상기 아우터 레이스에 체결되는 등속조인트.
  8. 삭제
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