KR20050006343A - 자동차용 중공형의 드라이브 샤프트 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 중공형의 드라이브 샤프트에 관한 것으로, 특히 드라이브 샤프트는 중심이 빈 환형 튜브에 압출성형단계와 인발성형단계로 가늘고 긴형상으로 길이연장시키고, 성형된 각 가늘고 긴 2개의 튜브 양 선단끼리 접합하는 용접단계를 포함하여 제조되는 바, 중공의 환형 튜브는 소성단계를 거치면서 압출부의 외경이 인발부의 외경보다 작게 되어 있는 경우에, 압출부와 인발부 사이에 축관부를 갖춰 일체형으로 길이연장되고, 상기 용접단계에서는 성형가공된 2개의 환형 튜브의 인발부끼리 접합용접하고, 드라이브 샤프트의 양 단부의 외경 둘레로 세레이션부(serration)를 형성한다.

Description

자동차용 중공형의 드라이브 샤프트 및 이의 제조방법{Hollow drive shaft for vehicle and its manufacturing method}

본 발명은 자동차용 중공형의 드라이브 샤프트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 이 중공형의 드라이브 샤프트는 그 내부에 빈 공간부를 형성한 환형상의 튜브에 압출과 인발 등의 소성가공을 통해 직경이 상이한 압출부와 인발부를 구비토록 하며, 이들 사이로 축관부를 제공한다. 그런 후에, 각각의 성형가공된 2개의 중공형 튜브의 인발부 선단끼리 맞대어 용접한다. 용접된 드라이브 샤프트의 양 끝선단의 외부 둘레로 외경가공을 통하여 자동차의 다른 부재들과 상호작용가능코자 세레이션부를 형성한다.

일반적으로, 엔진의 동력은 변속기를 거쳐 드라이브 샤프트를 매개로 하여 바퀴까지 전달된다. 이와 같이, 드라이브 샤프트는 강한 비틈림을 받으면서 고속으로 회전하기 때문에 이에 견디도록 충분한 내구성을 갖추기 위해서 속이 비어 있는 중공의 강관이나 환봉형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.

통상적으로, 종래기술에 따른 자동차용 드라이브 샤프트는 다음과 같은 기계적 가공을 통하여 제작되었다.

당해분야의 숙련자들에게는 이미 널리 알려져 있듯이, 일반적으로 속이 비어 있는 강관형 튜브를 사용하는 것이 아니라, 속이 차 있는 솔리드 바아(solid bar)를 사용하였던 바, 특히 자동차용 중공형의 드라이브 샤프트를 제작할 수 있도록 속이 꽉 차있는 솔리드 바아에 기계적 가공, 구체적으로 기술하자면 건드릴를 이용한 드릴(drilling)작업으로 솔리드 바아의 내부에 공간을 형성시킨다.

추가로, 변속기와 차량바퀴 등과 같은 다른 부재들간의 자재이음을 위해서, 드릴작업으로 완성된 중공형의 바아는 한쪽 선단에 단조 등의 성형과정을 거친 로드를 용접수단으로 고정시킨다. 중공형의 바아와 이 바아의 한쪽 선단에 부착된 로드의 직경이 상이할 경우에는 상이한 직경차로서 걸림턱이 만들어지지 않게 축관부를 추가로 구비한다.

이상과 같이, 종래에 사용되었던 중공형의 드라이브 샤프트는 내경을 가공하거나 외경확대를 위해 솔리드 바아의 내부에 드릴작업을 필요로 하였다. 이 처럼, 내부가 꽉 찬 솔리드형 바아에 성형을 가하여 사용하기 때문에 드라이브 샤프트의 중량이 무겁다. 이에 따라 차량의 중량이 무거워지는 결과를 초래한다.

더욱이, 솔리드 바아의 내경을 가공해야 하므로 가공시간이 늘어나고 작업자들의 작업공수가 늘어가게 되어 생산의 비효율성을 제공하게 된다.

또한 자재이음을 위한 세레이션부의 형성을 위해서, 솔리드 바아의 내부에 중공부를 형성한 솔리드 바아의 선단에 부가적인 로드를 갖춰야 하는데, 로드와 드릴링된 바아는 용접수단을 통하여 견고하게 장착되나, 결과적으로 용접된 로드와 드릴링된 솔리드 바아는 고속회전에 따른 비틀림현상으로 용접부위에서 강도가 약화된다.

이상과 같이, 종래기술의 드라이브 샤프트로 야기된 다수의 문제점을 극복하면서 해결하기 위해서 본 발명에 따른 중공형 드라이브 샤프트가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 중공형 드라이브 샤프트의 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 중공형 드라이브 샤프트의 길이방향으로 절취한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 중공형 드라이브 샤프트의 제작공정도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ----- 드라이브 샤프트, 2 ----- 압출부,

3 ----- 인발부, 4 ----- 축관부,

5 ----- 세레이션부, 6 ----- 마찰용접부,

7 ----- 튜브, 10 ----- 압출방향,

20 ----- 인발방향, D ----- 다이,

P ----- 플런저, P' ----- 플러그.

이제, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 중공형의 드라이브 샤프트에 대해서 상세히 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 중공형의 드라이브 샤프트의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중공형 드라이브 샤프트의 길이방향으로 절취한 단면도로서, 이 중공형의 드라이브 샤프트(1)는 가늘고 긴 형상의 튜브(7;도 3참조)를 소재로 하여 제조되는 바, 특히 그 내부는 중공(中空)되어 있다.

가늘고 긴 중공형의 드라이브 샤프트(1)는 양 단부에 자재이음을 위한 세레이션부(5;serration)를 갖춘 인발부(3)와, 이 인발부(3) 사이에 중공의 압출부(2) 및, 도시된 바와 같이 인발부(3)와 압출부(2) 사이의 직경이 상이할 경우에는 그 사이로 축관부(4;reducer)를 구비하는데, 이 모든 부재(2,3,4)는 일체로 된 관형으로 되어 있다.

여러 번의 소성가공으로 형성된 압출부(2)와 인발부(3) 및 축관부(4)로 이루어진 환봉형상의 튜브는 중공형의 드라이브 샤프트(1)의 일측부만을 형성하는데, 소성가공 처리된 2개의 튜브(7)를 마찰용접부(6)를 기준으로 하여 대칭되게 배치시켜 맞대어서 용접한다.

본 발명에 따른 중공형의 드라이브 샤프트(1)에 대한 더욱 특징적이면서 상세한 설명은 도 3에 도시된 바와 같이 제작공정도를 참조로 하여서 이해될 것이다.

단계 100

단계(100)에 있어서, 본 발명에 따른 중공형의 드라이브 샤프트(1)를 제조하도록 가늘고 긴 형상의 튜브(7)를 제공하는 단계가 제공된다. 선택가능하기로, 작업의 편리성과 추후에 있을 소성가공를 위해서 튜브(7)에 추가적인 여러 단계를 포함시킬 수 있다.

예컨대, 중공형의 튜브(7)는 강재로 되어 있는 강관을 사용하는 것이 바람직한데, 이 튜브(7)에 가공성을 향상시키기 위해서 또는 작업자의 원하는 바 대로 성형할 수 있도록 튜브(7)에 적합한 과정을 삽입가능하다. 이에 따라서, 강관인 튜브(7)에 인발작업을 가하여 강관의 벽두께와 길이 및 외경 등을 적당하게 조절할 뿐만 아니라 전체적으로 튜브(7)에 열처리를 가하여 피막을 입힐 수도 있다. 그런 후에, 적당한 크기로 절단하는 단계들이 단계(100)에서도 실시될 수 있다.

단계 200

전술된 단계(100)로 제공된 튜브(7)는 압출부(2)를 형성하는 단계(200)를 제공한다.

소정의 크기로 제공된 튜브(7)는 작업자의 요구사항에 따라 성형가능한 빌레트상태(billet)로 되되, 양단부가 개방된 튜브(7)의 한쪽 단부는 플런저(P)에 고정된다. 바람직하기로, 플런저(P;plunger)는 T자형상으로 되어 있는데, 튜브(7)내부중공부의 직경과 동일하거나 혹은 이보다 작은 직경을 갖는 플런저(P)의 플러그(P')가 튜브(7)의 중공부 내로 삽입된다. 플런저(P)에 고정되지 않은튜브(7)의 반대쪽 단부 둘레에 다이(D;die)를 위치시킨다. 튜브(7)의 외주 둘레로 배치된 다이(D)는 도시된 화살표방향(10)으로 이동하면서 압출한다. 압출된 튜브(7)의 한 단부는 다이(D)의 설정크기에 따라서 직경이 감소되면서 단부의 길이가 연장된다. 즉, 튜브(7)의 한 단부에서 화살표로 표시된 압출방향(10)을 따라 튜브(7)의 중공부 내부로 삽입된 플러그(P')까지 다이(D)는 이동하면서 필요로 하는 직경으로 성취될 때까지 여러 번에 걸친 압출성형으로 튜브(7)의 한쪽 단부에 가늘고 긴형상의 압출부(2)가 제공된다. 이와 같이, 여러 번에 걸친 압출성형으로 튜브(7)의 한쪽 단부의 직경이 점차로 줄어들면서 길이연장된다.

덧붙여서, 당해분야의 숙련자들에게 널리 공지되듯이 다이(D)의 선단부는 테이퍼되어져서 튜브(7)의 단부에 압출가공하면서 단부를 직경감소시킬 수 있다.

단계 300

본 발명에 따른 중공형의 드라이브 샤프트의 제작단계(300)에서는 인발부(3)를 제공하기 위한 인발성형단계를 포함한다.

중공의 튜브(7)에 단계(200)를 통하여 가늘고 긴 압출부(2)의 형성 도중에, 플런저(P)의 플러그(P')가 삽입된 튜브(7)와 압출부(2) 사이로 직경차에 기인하여 튜브면이 경사진 축관부(4)가 형성된다.

단계(300)는 다이(D)를 화살표로 표시된 인발방향(20)을 따라 축관부(4)로부터 플러그(P')를 에워싼 튜브(7)의 나머지 단부로 이동하는 여러 번의 인발성형 가공작업을 가한다. 인발성형단계(300)를 거치면서, 튜브(7)의 벽두께 및 직경은 다이(D)의 설정크기에 따라서 변화가능하다. 특별하기로, 다이(D)의 인발성형으로 튜브(7)가 길이연장되면서 점차로 얇아진다. 즉, 빌레트상으로 되어 있어 가공이 용이한 강재 튜브(7)는 단계(300)로 길이연장되는 과정중에 재질이 빈 공간으로 밀려지는 현상이 발생되는 바, 이 밀려진 발레트상 강재는 압출부(2)로 유입이동된다. 이와 같이 밀려진 발레트상태의 강재는 단계(200)으로 형성된 압출부(2)의 내부로 적층되어서 중공형 튜브의 내부직경, 예컨대 압출부(2)의 벽두께가 두꺼워지거나 혹은 밀폐된다.

추가로, 차량의 출력을 높이도록 토크의 향상을 위해서 드라이브 샤프트(1)의 외경을 확대시켜야 하는 경우에는, 단계(300)에서 차량의 출력에 맞도록 튜브(7)의 외경을 확대가능하다.

단계 400

단계(400)는, 압출가공단계(200)와 인발가공단계(300)를 거친 중공형의 튜브(7)를 각 차량에 사용될 드라이브 샤프트로 사용하기 위해서 성형가공된 각각의 튜브(7)들을 맞대어서 용접하는 단계를 제공하는 것이다.

바람직하게는, 2개의 성형된 튜브(7)들을 인발부(3) 선단끼리 서로 맞대어 붙인다. 그런 후에 당해분야의 숙련자들에게 이미 알려진 마찰용접법으로 2개의 튜브(7)를 맞붙여서, 차량의 변속기의 출력을 바퀴로 전달하는 역활을 수행하게 한다. 상기 마찰용접법은 2개의 성형된 튜브(7)를 서로 반대방향으로 고속회전시켜 인발부(3)의 끝에서 마찰로 발생하는 열로 각 튜브(7)가 고정부착시키는 방법이다.각 인발부(3)끼리 맞붙여진 부분은 마찰용접으로 마찰용접부(6)가 형성되어 고정된다. 2개의 튜브(7)를 용접하기 위해서 마찰용접법만을 사용해야 할 필요는 없다.

단계 500

이상의 단계(100,200,300,400)들로 중공형의 드라이브 샤프트(1)의 외형을 구비하는데, 기술된 바와 같이 드라이브 샤프트는 엔진의 동력을 변속기를 거쳐 바퀴에 토크를 전달하도록 차량의 구성부재들과 견고하게 자재이음가능해야 한다.

이를 위해서, 본 단계(500)는 압출성형단계(200)로 가늘고 긴 형상의, 그리고 인발성형단계(300)로 그 내부의 빈 공간이 채워진 압출부(2)의 외주 둘레에 성형가공을 하는 외경가공을 통해 세레이션부(5)를 형성한다. 드라이브 샤프트(1)의 양 선단에 차량의 구성부재들과의 원활하게 자재이음이 될 수 있도록 다양한 형상으로 세레이션부(5)를 형성할 수 있음은 본 명세서 상에서 명백하게 밝히지 않아도 숙련자들에게는 충분히 이해가능할 것이다.

전술된 다수의 단계들을 포함한 제작방법으로 된 중공형의 드라이브 샤프트(1)는 기타의 교정과 마무리작업으로 더욱 용이하게 차량의 부속품으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차용 중공형의 드라이브 샤프트는 첨부도면으로 예시된 형태로만 유지되는 것이 아니라 청구범위의 범주와 범위내에서 변형 및 수정가능하다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 중공형의 드라이브 샤프트가 속이 비어 있는 튜브를 사용하므로, 특별한 중공부를 형성시키는 작업공수를 현격하게 줄이면서 차체의 중량을 줄이게 되어 연료효율향상에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 드라이브 샤프트가 중공형의 튜브에 소성가공을 통해 제조되기 때문에, 다양한 크기와 형상으로 드라이브 샤프트를 제작할 수 있다.

Claims (4)

1. 다른 부속품들과 자재이음가능한 세레이션부를 갖춘 가늘고 긴 형상의 압출부와; 그 내부가 중공되어 있으며 상기 압출부에서 일체되게 뻗어 있는 인발부;를 갖춘 튜브의 인발부 선단을 서로 맞대어 접합된 중공형의 드라이브 샤프트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 인발부와 압출부의 직경차를 완만하게 경사지게 한 축관부를 갖춘 중공형의 드라이브 샤프트.
3. 중공형의 튜브를 제공하는 단계와;

   튜브의 한쪽 단부을 가늘고 긴 형상으로 가공하는 압출성형단계;

   튜브의 반대쪽 단부를 외경확대와 외경축소 및 벽두께를 가공하는 인발성형단계 및;

   상기 압출 및 인발성형으로 처리된 각 튜브의 압출부끼리 맞대어 고정시키는 용접단계;를 포함하는 중공형 드라이브 샤프트의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 인발부에 자재이음가능한 세레이션부를 형성하는 가공단계를 추가로 포함하는 중공형의 드라이브 샤프트의 제조방법.