KR20090092123A - 조향장치의 중간축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향장치의 중간축에 관한 것으로, 이는 유니버설 조인트의 일측을 구성하는 요크 조인트와 일체로 된 중공의 파이프에 슬립 이음되는 샤프트가, 타측의 요크 조인트와 분리형으로 형성되어 이 타측의 요크 조인트에 있는 요크의 축방향 구멍에 끼워지고서 조임부재로 조여지도록 구성되는 것을 특징으로 하여서, 조립이 용이하게 되어 궁극적으로 생산성의 향상으로 인해 제조단가의 인하를 도모할 수 있게 된다.

Description

조향장치의 중간축{Intermediate shaft of steering system}

본 발명은 자동차용 조향장치의 중간축에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 유니버설 조인트(universal joint)의 일측을 구성하는 요크 조인트(yoke joint)와 일체로 된 중공의 파이프에 세레이션(serration) 구조로 결합되는 샤프트가 타측의 요크 조인트와 분리형으로 형성되고서, 이 타측의 요크 조인트에 있는 요크의 구멍에 끼워지며 조여지도록 구성됨으로써, 조립이 용이하게 되어 궁극적으로 생산성의 향상으로 인해 제조단가의 인하를 도모할 수 있도록 된 조향장치의 중간축에 관한 것이다.

자동차의 안전성을 향상시키고 운전자의 조작 편의성을 위해서 자동차에는 다양한 장치가 설치되는데, 그 중에서 조향장치는 운전자가 조향휠을 돌려 자동차의 진행 방향을 자유로이 바꿀 수 있게 하는 장치로서, 자동차의 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 원하는 방향으로 변경하여 자동차를 진행시킬 수 있도록 보조하는 장치다.

조향장치는 운전자가 조향휠을 원하는 방향으로 회전시키면 조향휠에 연결된 조향축이 회전하며, 이 조향축은 유니버설 조인트로 이루어진 중간축을 통하여 랙과 피니언 기어로 구성되는 기어박스에 회전력을 전달한다.

운전자가 조작하는 조향휠 및 조향축의 회전 중심에 연결되는 중간축은 일반적으로 양단에 두 개의 요크 조인트와 하나의 슬립 조인트를 포함하여 구성된다. 요크 조인트는 두 축이 일정한 각도를 가지고 교차하고 있을 때 흔히 사용되는 이음 수단이며, 일정한 각도로 교차한 두 축의 각도가 운전 중에 변하여도 무방하도록 설계되는데, 대략 30도 이내에서 조향축의 굴절이 가능하다.

한편, 슬립 조인트는 조향축의 회전력을 전달하되, 조향축의 축방향으로 작용하는 일정 강도 이상의 힘에 의해 축이 신축될 수 있도록 하는 기능을 가진다. 일반적으로 요크 조인트와 연결되는 슬립 조인트는 회전력을 전달함과 동시에 축방향으로 슬립 가능하도록 파이프와 샤프트로 분할 형성되는데, 파이프가 샤프트를 수용하는 구조로 되어 있다.

도 1은 종래의 조향장치에 사용되는 중간축을 도시하는 사시도로서, 도시한 것과 같이 이 중간축을 구성하는 유니버설 조인트(100)는 요크 조인트(101)와, 파이프(104), 샤프트(105), 세레이션(107), 구동축(108) 및, 종동축(109)을 포함하여 구성된다.

도시한 것과 같이 상기 유니버설 조인트(100)의 양측 단에는 구동축(108) 및 종동축(109)과 각각 연결되는 요크 조인트(101)가 구성되는데, 요크 조인트(101)는 일측 단의 내부에 반경 방향으로 핀이 설치될 수 있도록 마련된 두 개의 요크(103)를 서로 교합되도록 배치하고, 그 사이에 십자형의 스파이더(102)를 설치하여 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 일측의 요크에서 타측의 요크로 회전력을 전달할 수 있도록 마련된다.

또, 슬립 조인트를 구성하는 파이프(104)와 샤프트(105) 사이에는 예컨대 세레이션(또는 스플라인:107)이 형성된다. 즉, 파이프(104)의 내주면과 샤프트(105)의 외주면을 서로 치합시키기 위한 세레이션(107)을 형성함으로써 구동축(108)의 회전력을 종동축(109)으로 전달할 뿐만 아니라 샤프트(105)가 파이프(104) 내로 인입 혹은 인출되면서 구동축(108)과 종동축(109) 사이에 생기는 길이방향의 압축력 및 신장력을 흡수한다.

이러한 구조의 중간축을 조향장치에 적용할 때에는 몇 가지 문제점이 있는바, 우선 자동차에 보다 상세하게는 상기 종동축으로 구성되는 기어박스의 입력축에 상기 중간축을 조립하기가 어렵다. 특히 샤프트와 파이프 사이의 낮은 미끄럼 성능(즉 큰 마찰)과, 이들 부재 사이의 세레이션에 도포되는 그리스의 점성 때문에 작업자가 해당 요크 조인트를 다루어 기어박스의 입력축에다 요크를 맞추기가 상당히 어렵다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 슬립 조인트를 구성하는 상기 샤프트와 파이프는 서로에 대해 슬라이딩해야 하므로 이들 사이에 약간의 유격이 있게 되는데, 이와 같은 유격으로 인해 상기 중간축이 받게 되는 토크에 따라 래틀노이즈가 발생한다고 하는 중대한 문제점이 있었다.

더구나, 전술한 바와 같은 조립을 위한 미끄럼 성능과, 래틀노이즈에 관련된 유격 사이에는 반비례의 관계가 있어서, 조립성을 고려하여 미끄럼 성능을 높이면 소음이 유발되는 한편, 이러한 소음을 없애기 위해 유격을 거의 없게 하면 미끄럼 성능이 떨어지게 된다. 이러한 연유로, 상기와 같은 구조의 중간축을 생산할 때에는, 샤프트와 파이프 사이를 짝맞춤해서 생산하게 되는데, 이는 생산성 저하의 요인이 되고 있는 실정이다.

이에 따라 조립이 용이하게 되도록 그 구조가 개선된 조향장치의 중간축이 요구되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 유니버설 조인트의 일측을 구성하는 요크 조인트와 일체로 된 중공의 파이프에 세레이션 구조로 결합되는 샤프트가 타측의 요크 조인트와 분리형으로 형성되고서, 이 타측의 요크 조인트에 있는 요크의 구멍에 끼워지며 조여지도록 구성됨으로써, 조립이 용이하게 되어 궁극적으로 생산성의 향상으로 인해 제조단가의 인하를 도모할 수 있도록 된 조향장치의 중간축을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 유니버설 조인트의 일측을 구성하는 요크 조인트와 일체로 된 중공의 파이프에 세레이션 구조로 슬립 이음되는 샤프트가, 타측의 요크 조인트와 분리형으로 형성되어 이 타측의 요크 조인트에 있는 요크의 축방향 구멍에 끼워지고서 조임부재로 조여지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 조향장치에 사용되는 중간축을 도시하는 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 조향장치의 중간축을 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 조향장치의 중간축을 도시한 사시도로서, 이에 도시한 것과 같이 중간축을 구성하는 유니버설 조인트(100)는 요크 조인트(101a,101b)와, 파이프(104), 샤프트(105), 세레이션(107), 구동축(도 1 참조) 및, 종동축(도 1 참조)을 포함하여 구성된다.

전술한 바와 같이, 상기 구동축과 종동축은 서로 평행하지 않고 일정한 각도를 이루고 있기 때문에, 이들을 연결하는 중간축은 양단에 요크 조인트(101a,101b)를 구비한 유니버설 조인트(100)를 사용해야 한다. 도 2에서와 같이, 요크 조인트(101a,101b)는 일측 단의 내부에 반경 방향으로 핀이 설치될 수 있도록 마련된 두 개의 요크(103)를 서로 교합되도록 배치하고, 그 사이에 십자형의 스파이더(102)를 설치하여 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 일측의 요크에서 타측의 요크로 회전력을 전달할 수 있도록 마련된다.

또한, 슬립 조인트를 이루는 파이프(104)와 샤프트(105) 사이에는 세레이션(또는 스플라인:107)이 형성된다. 즉, 파이프(104)의 내주면과 샤프트(105)의 외주면을 서로 치합시키기 위한 세레이션(107)을 형성함으로써 구동축의 회전력을 종동축으로 전달할 뿐만 아니라 샤프트(105)가 파이프(104) 내로 인입 혹은 인출되면서 구동축과 종동축 사이에 생기는 길이방향의 압축력 및 신장력을 흡수한다.

본 발명에 따른 조향장치의 중간축은 이에 덧붙여, 중간축의 샤프트(105)가 요크 조인트(101b)에서 착탈될 수 있으며 조임력의 해제시 슬라이딩 가능하도록, 요크 조인트(101b)의 내측에 위치되는 요크(103)에는 샤프트(105)가 끼워지는 구멍(130)이 형성되어 있으며, 볼트와 같은 조임부재(110)에 의해 가압 체결될 수 있도록 상기 구멍(130)의 일측면이 축방향으로 절개 형성되어 있다.

상기 조임부재(110)는, 이 절개 형성된 구멍(130)의 축방향 중심선으로부터 이격되게 위치되고 요크(103)의 외주면 상에 이 구멍(130)을 가로질러 형성되어 있는 체결부(131)를 관통하여서, 나사체결방식으로 상기 구멍(130)을 조이게 된다.

또, 상기 요크(103)의 구멍(130) 내에 끼워지는 샤프트(105)의 세레이션(107) 반대쪽 단부에는 적어도 부분적으로 평탄면(150)이 형성되어 있어서, 구동축 및 파이프(104)로부터 전달되는 회전력을 요크 조인트(101b) 및 종동축 쪽으로 전달할 수 있게 된다.

이들 부품은 단조(냉간) 공법을 통해 형성되는데, 소재의 재결정 이하의 온도 또는 실온 이하에서 파이프(104)와 요크(103) 등의 외형과 대응하는 구조를 갖는 다이 또는 금형 등의 단조공구를 이용하여 소재에 압력을 가하여 성형하게 된다. 이와 같이 구성되는 파이프에서는 별도로 세레이션 구조를 기계 가공할 필요가 없게 된다.

이에 따라, 본 발명의 중간축을 장착할 때에는 조향축 및 기어박스가 자동차에 조립 장착된 상태에서, 샤프트(105)에 슬립 이음되어 있는 파이프(104)에 일체로 형성된 요크 조인트(101a)를 조향축에 축방향으로 슬라이딩시켜 체결시키고 나서, 샤프트(105)에 대해 분리된 상태인 요크 조인트(101b)의 외측에 위치되는 요크(103)를 기어박스의 입력축에 축방향으로 슬라이딩시켜 체결시킨 다음, 분리되어 있는 요크 조인트(101b)의 내측에 위치된 요크(103)에 형성된 구멍(130) 내에다 샤프트(105)의 평탄면(150)이 형성된 단부를 끼우고 축방향으로 슬라이딩시킴으로써, 유니버설 조인트(100)를 매개로 조향축 및 기어박스의 입력축을 서로 연결하게 된다.

이때, 조임부재(110)의 조임력이 해제된 상태에서 연결되어 있기 때문에, 도 2에 도시된 화살표와 같이 샤프트(105)와 요크 조인트(101b) 사이에서 슬라이딩이 이루어질 뿐만 아니라, 샤프트(105)와 파이프(104) 사이에서도 슬라이딩 될 수 있어서, 전체적으로 중간축을 자동차에 장착하기가 종래보다 훨씬 용이하게 되는 장점이 있게 되는 것이다.

이어서, 중간축의 양단이 조향축 및 기어박스에 연결되면, 볼트로 된 조임부재(110)를 매개로 구멍(130)의 체결부(131)를 조임으로써, 중간축의 자동차에 대한 장착을 완료한다.

이러한 구조의 유니버설 조인트(100)는 조향장치뿐만 아니라 두 축 사이에 회전력을 전달하는 모든 장치에 적용이 가능하게 됨은 물론이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

예컨대, 요크에 구멍이 형성되지 않고 반대로 샤프트에 구멍이 형성되고서 이 구멍보다 단면크기가 작은 요크의 연장부가 상기 구멍에 끼워지는 형태로 될 수 있거나, 조향축 쪽에 있는 파이프의 세레이션 반대쪽 단부에 길이방향 절개부를 형성하고서 여기에 요크의 연장부가 삽입된 후 조임부재로 조이도록 된 형태로 될 수도 있는 변형예들이 가능하다.

또한, 도 2에는 대략 원형 단면으로 된 샤프트의 적어도 일측면에 평탄면이 형성된 구성이 나타나 있지만, 이에 한정되지 않고 샤프트의 단면형상이 삼각형, 사각형, 육각형 등 임의의 다각형으로 될 수도 있는데, 이러한 경우에는 세레이션이 생략될 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 유니버설 조인트의 일측을 구성하는 요크 조인트와 일체로 된 중공의 파이프에 슬립 이음되는 샤프트가, 타측의 요크 조인트와 분리형으로 형성되어 이 타측의 요크 조인트에 있는 요크의 축방향 구멍에 끼워지고서 조임부재로 조여지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조향장치의 중간축.
2. 제1항에 있어서, 상기 구멍의 일측면이 축방향으로 절개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조향장치의 중간축.
3. 제2항에 있어서, 상기 조임부재는, 상기 구멍을 가로질러 형성되어 있는 체결부를 관통하도록 된 볼트인 것을 특징으로 하는 조향장치의 중간축.
4. 제1항에 있어서, 상기 샤프트 중 구멍에 끼워지는 단부에는 적어도 부분적으로 평탄면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조향장치의 중간축.