KR20110111214A - 트라이포드 등속 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 구동축의 등속 조인트에 관한 것이다. 본 트라이포드 등속 조인트는 일단이 축 방향으로 함몰되고 함몰된 부분의 내주면에 축 방향으로 형성되는 세 개의 수용 홈을 구비하는 아우터 레이스, 상기 수용 홈 각각의 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 양측에 형성된 볼 그루브에 상기 아우터 레이스의 축 방향으로 각각 복수 개 배치되는 볼, 상기 수용 홈 각각에 수용되고 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 양단에 상기 복수 개 배치된 볼과 맞닿는 볼 트랙 홈을 구비하는 이너 레이스, 그리고 상기 이너 레이스의 상기 아우터 레이스의 반경 방향으로 통공된 홀마다 각각 삽입되도록 상기 아우터 레이스의 반경 반향으로 돌출되는 세 개의 트러니언을 구비하는 스파이더 몸체를 포함하고, 상기 볼 그루브와 상기 볼 트랙 홈은 상기 복수 개 배치된 볼이 상기 아우터 레이스의 축 방향으로만 구름 또는 슬라이딩 운동이 가능하도록 상기 복수 개 배치된 볼을 지지한다. 본 발명에 의하면 축방향 유기력(GAF)의 발생을 최소화하여 소음진동(NVH) 성능이 개선되고, 부품의 개수나 크기를 줄여 제조원가를 낮출 수 있다.

Description

트라이포드 등속 조인트{Tripod constant velocity joint}

본 발명은 자동차용 구동축의 등속 조인트에 관한 것이다.

등속 조인트는 보통 전륜 구동차에서 종감속 장치에 연결된 구동차축에 설치되어 바퀴에 동력을 전달하는데 사용된다. 이때 구동축과 피구동축의 접점이 교차각의 이등분선 상에 있게 함으로써 등속으로 동력을 전달하는 특성을 갖는다.

이러한 등속 조인트 중 트라이포드 등속 조인트는 일반적으로 세 개의 트러니언(trunnion)이 돌출 형성되는 스파이더(spider), 트러니언의 외주면에 구비되는 링 형상의 이너 롤러(inner roller), 이너 롤러의 외주면에 구비되는 링 형상의 니들 롤러(needle bearing), 니들 롤러의 외주면에 구비되는 아우터 롤러(outer roller), 그리고 아우터 롤러를 수용하는 롤러 트랙 홈을 구비한 하우징의 구성을 포함한다.

종래의 트라이포드 등속 조인트는 스파이더의 축과 하우징의 축이 일정한 각도를 이루는 상태(Joint Angulation, 장착 각 형성 상태)에서 회전 구동이 이루어졌을 때 아우터 롤러의 실제 회전 방향이 하우징의 롤러 트랙 홈과 일정각도를 이루게 되어 간섭 등으로 인한 마찰이 발생되었다. 또한 이러한 마찰력으로 인하여 축 방향으로도 힘이 발생하게 되는데, 이를 축방향유기력(GAF, Generated Axial Force)이라 한다.

다만 이러한 종래의 트라이포드 등속 조인트는 작동되는 과정에서 조인트의 장착 각도(joint angle)나 적용 토크(torque)가 증가하게 될 경우, 상술한 기본적인 내부 부품의 구성의 한계 상 축방향유기력의 상승이 불가피하였고, 이로 인해 차체가 흔들리게 되는 셔더(shudder) 현상 등 소음진동(NVH, Noise, Vibration, Harshness)이 문제되었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 축방향유기력(GAF)의 발생을 최소화하여 소음진동(NVH) 성능이 개선되고, 부품의 개수나 크기를 줄여 제조원가를 낮출 수 있는 트라이포드 등속 조인트를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트는 일단이 축 방향으로 함몰되고 함몰된 부분의 내주면에 축 방향으로 형성되는 세 개의 수용 홈을 구비하는 아우터 레이스, 상기 수용 홈 각각의 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 양측에 형성된 볼 그루브에 상기 아우터 레이스의 축 방향으로 각각 복수 개 배치되는 볼, 상기 수용 홈 각각에 수용되고 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 양단에 상기 복수 개 배치된 볼과 맞닿는 볼 트랙 홈을 구비하는 이너 레이스, 그리고 상기 이너 레이스의 상기 아우터 레이스의 반경 방향으로 통공된 홀마다 각각 삽입되도록 반경 반향으로 돌출되는 세 개의 트러니언을 구비하는 스파이더 몸체를 포함하고, 상기 볼 그루브와 상기 볼 트랙 홈은 상기 복수 개 배치된 볼이 상기 아우터 레이스의 축 방향으로만 구름 또는 슬라이딩 운동이 가능하도록 상기 복수 개 배치된 볼을 지지한다.

상기 볼 트랙 홈은 상기 아우터 레이스의 축 방향으로 미리 설정된 길이만큼 형성될 수 있다.

상기 미리 설정된 길이는 상기 아우터 레이스, 상기 볼, 상기 이너 레이스, 그리고 상기 스파이더 몸체의 실제 작동구간인 제이-후크(J-Hook) 선도 내에서는 상기 볼이 구름 운동으로 이동될 수 있도록 하는 길이일 수 있다.

상기 미리 설정된 길이는 비상용구간에서는 상기 볼이 슬라이딩 운동으로 이동될 수 있도록 하는 길이일 수 있다.

상기 볼 그루브와 상기 볼 트랙 홈은 상기 볼과 1점 접촉을 하도록 상기 아우터 레이스의 축 방향에 수직인 단면이 상기 볼의 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 형상 또는 상기 볼과 2점 접촉을 하는 고딕 아크(gothic arc), 타원, 또는 연속된 곡선 형상일 수 있다.

상기 볼 트랙 홈은 상기 복수 개 배치된 볼의 상기 아우터 레이스의 축 방향으로의 이탈을 방지하기 위해 상기 아우터 레이스의 축 방향의 양단에 형성되는 이탈 방지 턱을 포함할 수 있다.

상기 볼 트랙 홈은 상기 복수 개 배치된 볼이 상기 아우터 레이스의 축 방향 중 한쪽으로만 몰리는 것을 방지하기 위해 상기 아우터 레이스의 축 방향의 중간에 형성되는 몰림 방지 턱을 포함할 수 있다.

상기 몰림 방지 턱은 상기 볼 트랙 홈에서 상기 아우터 레이스의 축 방향의 중앙에 형성되고, 상기 복수 개 배치된 볼은 짝수 개로 상기 몰림 방지 턱을 사이에 두고 동일하게 나뉠 수 있다.

상기 이너 레이스의 홀은 내주면이 축 대칭으로 볼록한 곡선 형상 또는 쌍곡선(hyperbola) 형상일 수 있다.

상기 트러니언은 돌출된 방향에 수직인 단면에 있어서 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 폭보다 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭이 더 좁게 형성될 수 있다.

상기 이너 레이스의 홀은 통공된 방향에 수직인 단면이 원형일 수 있다.

상기 이너 레이스의 홀은 통공된 방향에 수직인 단면이 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 폭보다 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭이 더 넓게 형성되는 트랙(track)형 또는 타원형일 수 있다.

상기 트러니언은 돌출된 방향에 수직인 단면이 원형인 실린더 형상일 수 있다.

상기 이너 레이스의 홀은 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭이 상기 트러니언의 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭보다 미리 설정된 값만큼 더 넓을 수 있다.

상기 미리 설정된 값은 상기 아우터 레이스의 축 방향에 대해 상기 스파이더 몸체가 기울어지는 각도의 탄젠트(tangent) 값과 상기 이너 레이스의 홀이 형성된 두께와의 곱 이상일 수 있다.

상기 이너 레이스의 홀은 내주면이 평평한 원통 또는 실린더 형상이고, 상기 트러니언은 외주면이 볼록한 곡면 형상일 수 있다.

상기 아우터 레이스의 축 방향을 상기 복수 개 배치된 볼의 정면 또는 배면 방향으로 보았을 때 상기 복수 개 배치된 볼이 측면 방향으로 이동되는 것을 제한하도록 상기 복수 개 배치된 볼의 측면을 감싸는 볼 케이스를 더 포함할 수 있다.

상기 복수 개 배치된 볼이 상기 아우터 레이스의 축 방향을 따라 서로 이격되어 있도록 상기 복수 개 배치된 볼이 각각 따로 삽입되는 복수의 이격 홀을 구비하는 볼 케이지를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 축 방향으로 이동 가능하도록 배치된 복수 개의 볼을 통해 아우터 레이스와 이너 레이스가 맞물리도록 함으로써, 미끄럼 마찰(sliding friction)의 발생을 최소화하여 축방향유기력(GAF)의 발생을 저감시킬 수 있다.

또한, 이러한 아우터 레이스, 이너 레이스, 그리고 볼의 구성을 통하여 종래보다 부품의 개수나 크기를 줄여 제조원가를 낮출 수 있다.

또한, 이너 레이스의 홀의 내주면과 트러니언의 외주면 중 어느 하나에 볼록한 곡면 형상이 형성되도록 함으로써, 트러니언을 통해 이너 레이스에 작용하는 하중과 아우터 레이스에서 지지하는 하중의 작용점을 최대한 일치시켜 불필요한 롤링(rolling), 피칭(pitching)에 의한 축방향유기력(GAF)의 발생을 최소화시켜 소음진동(NVH) 성능이 개선될 수 있다.

또한, 장착 각 형성 방향으로 이너 레이스의 홀과 트러니언 사이에 소정의 간격이 형성되도록 함으로써, 아우터 레이스에 대해 스파이더 몸체가 기울어지는 장착 각 형성 시의 이너 레이스와 트러니언 간의 간섭을 줄일 수 있어, 그로 인한 마찰 및 축방향유기력 발생을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트가 적용되는 전륜구동축을 측면에서 바라본 개략적인 입체도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 내부를 나타낸 개략적인 정면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선을 따라 절개한 종단면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절개한 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 이너 레이스의 단면도와 평면도이다.
도 6은 종래의 트라이포드 등속 조인트의 스트로킹 운동 시(a)와 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 스트로킹 운동 시(b)의 각 구성 간의 상대속도의 차이에 따른 마찰 발생 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 스트로킹 운동 시의 볼의 움직임을 나타낸 그래프 및 개념도이다.
도 8은 이너 레이스의 다양한 형상에 따른 볼의 배치 상태와 토크가 작용하였을 때 트러니언으로부터 이너 레이스에 가해지는 하중과 볼의 저항하중을 나타낸 개략도이다.
도 9는 볼 그루브 및 볼 트랙 홈에 볼이 지지되는 일례를 나타낸 개략도이다.
도 10은 이너 레이스의 홀과 트러니언의 한 형상을 나타낸 단면도와 평면도이다.
도 11은 이너 레이스의 홀과 트러니언의 다른 형상을 나타낸 단면도와 평면도이다.
도 12는 이너 레이스의 홀과 트러니언의 또 다른 형상을 나타낸 단면도와 평면도이다.
도 13은 토크가 가해졌을 때 도 10 및 도 11의 이너 레이스의 홀과 트러니언의 형상에 따른 트러니언과 아우터 레이스 간의 작용 하중을 나타낸 단면도이다.
도 14는 토크가 가해졌을 때 도 12의 이너 레이스의 홀과 트러니언의 형상에 따른 트러니언과 아우터 레이스 간의 작용 하중을 나타낸 단면도이다.
도 15는 볼 케이스의 적용 상태를 나타낸 개략도이다.
도 16은 볼 케이지의 적용 상태를 나타낸 개략도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트가 적용되는 전륜구동축을 측면에서 바라본 개략적인 입체도이다. 또한 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 내부를 나타낸 개략적인 정면도이고, 도 3은 도 2의 III-III선을 따라 절개한 종단면도이며, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절개한 횡단면도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 이너 레이스의 단면도와 평면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트(100)는 아우터 레이스(1)(outer race), 볼(2)(ball), 이너 레이스(3)(inner race), 그리고 스파이더 몸체(4)(spider body)를 포함한다. 이러한 구성을 통해 본 트라이포드 등속 조인트(100)를 간략히 설명하면, 아우터 레이스(1)와 이너 레이스(3) 사이에 2개 이상씩 구비된 볼(2)이 아우터 레이스(1)와 이너 레이스(3)의 양쪽을 2점 이상 지지하며 그 사이에서 구름 운동(rolling motion)을 하면서 아우터 레이스(1)와 이너 레이스(3) 간의 구동력을 전달하는 장치이다.

우선, 앞서 열거한 구성에 대해 간략히 살펴본다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 아우터 레이스(1)는 일단이 축 방향으로 함몰되고 함몰된 부분의 내주면에 축 방향으로 형성되는 세 개의 수용 홈(11)을 구비한다. 도 1을 참조하면, 아우터 레이스(1)는 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 가장 바깥쪽에서 나머지 구성들을 둘러싸고 있는 구성이다. 이러한 아우터 레이스(1)의 내측에 세 개의 수용 홈(11)을 구비해두고, 수용 홈(11)마다 후술할 볼(2), 이너 레이스(3), 그리고 스파이더 몸체(4)의 트러니언(41)의 구성을 각각 수용한다. 또한, 도 2 및 도 4에서 보았을 때 아우터 레이스(1) 내측의 수용 홈(11)의 양측에는 볼(2)을 수용하는 볼 그루브(111)가 형성되어 있으며, 이는 아우터 레이스(1)의 축 방향을 따라 동일한 단면 형상으로 뻗어 있을 수 있다.

그리고 볼(2)은 수용 홈(11) 각각의 아우터 레이스(1)의 둘레 방향의 양측에 형성된 볼 그루브(111)에 아우터 레이스(1)의 축 방향으로 각각 복수 개 배치된다. 이러한 볼(2)은 아우터 레이스(1)의 축 방향으로 구름 또는 슬라이딩 운동을 하는 롤러 역할을 할 수 있는 구성으로, 볼 롤러나 볼 베어링이라 명할 수 있다. 예시적으로 도 5를 참조하면, 볼(2)은 세 개의 수용 홈(11) 각각의 양측에 형성되어 있는 볼 그루브(111)마다 2개 또는 3개 이상씩 배치될 수 있다. 이때 복수의 볼(2)이 배치되는 방향은 볼(2)의 구름 또는 슬라이딩 운동이 일어나는 방향인 아우터 레이스(1)의 축 방향이다.

또한 이너 레이스(3)는 수용 홈(11) 각각에 수용되고 아우터 레이스(1)의 둘레 방향의 양단에 복수 개 배치된 볼(2)과 맞닿는 볼 트랙 홈(31)을 구비한다. 이러한 이너 레이스(3)는 수용 홈(11)에 직접적으로 맞닿거나 맞물려 수용되는 것은 아니다. 예시적으로 도 2 및 도 4를 참조하면, 볼 트랙 홈(31)에 맞닿도록 배치되는 볼(2)의 다른 부분이 수용 홈(11)에 형성된 볼 그루브(111)에도 맞닿도록 구성되므로, 이처럼 볼 트랙 홈(31)와 볼 그루브(111)의 사이에 배치되는 볼(2)을 통해 수용 홈(11)에 수용되는 형태를 갖는다. 또한 이너 레이스(3)는 예를 들면 중앙에 홀(32)이 통공되어 있는 직육면체 형상일 수 있으며, 이러한 직육면체 형상의 양측면에는 각각 복수 개 배치되는 볼(2)이 소정의 거리만큼 구름 운동할 수 있는 영역을 확보해주는 볼 트랙 홈(31)이 함몰되어 있을 수 있다. 이러한 볼 트랙 홈(31)이 형성되는 직육면체 형상의 방향이 아우터 레이스(1)의 축 방향이 되도록 아우터 레이스(1)의 수용 홈(11)의 내부에 볼(2)을 매개로 하여 맞물려 배치될 수 있다.

그리고 스파이더 몸체(4)는 이너 레이스(3)의 아우터 레이스(1)의 반경 방향으로 통공된 홀(32)마다 각각 삽입되도록 반경 반향으로 돌출되는 세 개의 트러니언(41)을 구비한다. 본 트라이포드 등속 조인트(100)가 구동되면 스파이더 몸체(4)가 축 방향으로 회전하면서 반경 방향으로 돌출되어 있는 세 개의 트러니언(41)을 통해 이너 레이스(3)에 토크를 작용하여 이와 맞물려 있는 아우터 레이스(1)에 회전력을 전달한다. 세 개의 트러니언(41)은 스파이더 몸체(4)로부터 스파이더 몸체(4)의 반경 방향으로 돌출되어 있지만, 이너 레이스(3)의 홀(32)은 스파이더 몸체(4)의 반경 방향이 아닌 아우터 레이스(1)의 반경 방향으로 통공되어 있다. 따라서 아우터 레이스(1)와 스파이더 몸체(4)의 축이 나란한 경우에는 이너 레이스(3)의 홀(32)의 통공된 방향과 나란하게 트러니언(41)이 홀(32)에 삽입될 수 있겠으나, 아우터 레이스(1)에 대해 스파이더 몸체(4)가 기울어져 각도가 형성되는 경우(장착 각 형성, joint angulation)에는 이너 레이스(3)의 홀(32)에 트러니언(41)이 비스듬하게 삽입될 수 있다.

이와 같은 구성을 보다 상세히 살피기 전에, 이러한 구성에 따른 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 주요한 작용 및 효과를 먼저 간략히 살펴본다.

도 2, 도 4, 그리고 도 5를 참조하면, 아우터 레이스(1)의 수용 홈(11)에 형성되어 있는 볼 그루브(111)와 이너 레이스(3)의 볼 트랙 홈(31)은 복수 개 배치된 볼(2)이 아우터 레이스(1)의 축 방향으로만 구름 또는 슬라이딩 운동이 가능하도록 복수 개 배치된 볼(2)을 지지한다.

예시적으로 도 4에 나타난 바와 같이, 아우터 레이스(1)의 축 방향에 직각인 단면상에서 볼(2)은 볼 그루브(111)와 볼 트랙 홈(31)에 의해 볼(2)의 양측이 맞물려 있어, 볼(2)은 아우터 레이스(1)의 둘레 방향이나 반경 방향으로는 이동할 수 없도록 구성된다. 반면 도 5의 (a)의 단면을 위에서 바라본 이네 레이스(3)의 평면도 형태의 도면인 도 5의 (b)를 참조하면, 도 5의 (b)에서 상하 방향이 아우터 레이스(1)의 축 방향이 되며, 이러한 아우터 레이스(1)의 축 방향으로는 볼(2)이 구름 또는 슬라이딩 운동으로 볼 그루브(111)와 볼 트랙 홈(31)의 사이를 이동할 수 있도록 되어 있다.

도 6은 종래의 트라이포드 등속 조인트의 스트로킹 운동 시(a)와 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 스트로킹 운동 시(b)의 각 구성 간의 상대속도 차이에 따른 마찰 발생 상태를 나타낸 도면이다.

도 6의 (a)를 참조하면, 종래의 트라이포드 등속 조인트는 구동 시 c점의 트러니언(220) 부분에서 토크가 작용하게 되고 조인트 전체의 축 방향, 즉 도면에서 보았을 때 좌우 방향으로 스트로킹(stroking) 운동이 일어나게 된다. 이때 c점에서 오른쪽 방향으로 V의 속도로 스트로킹 운동이 진행되고 이에 따라 전체적으로 반시계 방향의 롤링 운동이 이루어지려는 경향이 있다고 하면, 아우터 롤러(230)의 a점 부분만 하우징(210)에 접촉되어 롤링 운동이 이루어지는 것은 아니다. 즉 아우터 롤러(230)의 롤링 및 피칭 운동에 의해 a점의 반대쪽인 아우터 롤러(230)의 b점 부분도 하우징(210)에 접촉되게 된다. 이와 같이 아우터 롤러(230)가 a점과 b점에 모두 접촉하게 될 때 롤링 운동이 이루어지기 위해서는 a점에서 요구되는 속도는 0인 반면 반대편인 b점에서는 중앙인 c점의 2배인 2V의 속도가 요구된다.

이처럼 종래에는 스트로킹 운동이 이루어지려면 a점과 b점간의 상대속도에 있어서 스트로킹 운동 속도보다 2배 큰 차이가 형성되어야 하므로, 2V의 속도가 요구되는 b점 부분에서 슬라이딩으로 인한 미끄럼 마찰(sliding friction)이 발생하게 되고, 이로 인해 축방향유기력(GAF)이 발생되는 문제가 있었다.

도 6의 (b)를 참조하면, 본 트라이포드 등속 조인트(100)는 구동 시 c점의 트러니언(41) 부분에서 아우터 레이스(1)의 한 수용 홈(11)의 두 볼 그루브(111) 중 한 쪽 방향(도면에서 위쪽 방향)으로 토크가 작용하게 되고 아우터 레이스(1)의 축방향, 즉 도면에서 보았을 때 좌우 방향으로 스트로킹 운동이 일어나게 되는 것은 종래와 동일하다. 하지만 이러한 스트로킹 운동을 처리하는 구성과 그로 인한 작용 및 효과에 있어서 차이를 보인다. 즉 c점에서 오른쪽 방향으로 V의 속도로 스트로킹 운동이 진행되면 도면에서 위쪽의 볼 트랙 홈(31)에 배치된 볼(2)들은 반시계 방향으로의 롤링 운동이 이루어지려는 경향이 생기고 도면에서 아래쪽의 볼 트랙 홈(31)에 배치된 볼(2)들은 시계 방향으로의 롤링 운동이 이루어지려는 경향이 생긴다. 이 중 위쪽의 볼 트랙 홈(31)에 배치된 볼(2)을 살피면, c점이 V의 속도일 때 볼(2)의 중심 부분인 d점에는 그 절반인 V/2의 속도만이 요구되며 아우터 레이스(1)의 수용 홈(11)의 볼 그루브(111)와 볼(2)이 맞닿게 되는 a점에서는 이동 속도가 요구되지 않으며, 마찬가지로 b점에서도 이동 속도가 요구되지 않는다.

즉 본 트라이포드 등속 조인트(100)에 의하면, 아우터 레이스(1)의 한 수용 홈(11)의 두 볼 그루브(111)와 볼(2)이 각각 맞닿는 부분인 a점과 b점에 요구되는 속도가 0으로 동일하여 상대속도의 차이가 발생하지 않게 되므로, 종래와 같이 상대속도 차이에 의한 미끄럼 마찰이 없어 축방향유기력(GAF)도 발생하지 않게 되는 작용 및 효과가 있다.

다음으로, 이너 레이스(3)의 하위 구성인 볼 트랙 홈(31)의 구성에 관하여 살핀다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 스트로킹 운동 시의 볼의 움직임을 나타낸 그래프 및 개념도이다. 또한 도 8은 이너 레이스의 다양한 형상에 따른 볼의 배치 상태와 토크가 작용하였을 때 트러니언으로부터 이너 레이스에 가해지는 하중과 볼의 저항하중을 나타낸 개략도이다.

볼 트랙 홈(31)은 아우터 레이스(1)의 축 방향으로 미리 설정된 길이만큼 형성될 수 있다. 도 7의 좌측 그래프는 스트로크(stroke) 및 장착 각도(joint angle)에 관한 그래프이다. 일반적으로 조인트가 차량에 장착되어 작동 시, 바퀴의 회전, 범프(bump), 또는 리바운드(rebound) 등의 차량의 거동에 따라 조인트가 각도를 가지고 중심점이 이동하게 되는데, 이 중심점의 위치와 각도의 변화를 그래프로 나타내면 통상적으로 "J"와 유사한 형태를 가짐으로 해서 이를 제이-후크(J-Hook) 선도라고 한다. 또한 여기서 장착 각도라 함은 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 구동 시 아우터 레이스(1)의 축에 대해 스파이더 몸체(4)의 축이 기울어져 소정의 각도(a)가 형성될 수 있는데, 이를 의미한다. 또한 이러한 장착 각도가 형성되는 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 구동 상태를 장착 각 형성(Joint Angulation)이라 한다. 이러한 도 7의 좌측 그래프를 참조하면, 장착 각도가 0일 때는 스트로크 되는 범위가 넓다가 장착 각도가 커질수록(스파이더 몸체(4)가 아우터 레이스(1)에 대해 많이 기울어질수록) 스트로크 되는 범위가 좁아짐을 알 수 있다. 이 중 가운데의 구름 영역(rolling area) 부분은 볼(2)이 구름 운동으로 이동되는 부분이고, 양측의 슬라이딩 영역(sliding area) 부분은 볼(2)이 슬라이딩으로 이동되는 부분이다.

이에 따라 볼 트랙 홈(31)의 미리 설정된 길이는 아우터 레이스(1), 볼(2), 이너 레이스(3), 그리고 스파이더 몸체(4)의 실제 작동구간인 제이-후크(J-Hook) 선도 내에서는 볼(2)이 구름 운동으로 이동되고, 비상용구간에서는 볼(2)이 슬라이딩 운동으로 이동될 수 있도록 하는 길이일 수 있다. 이때, 비상용구간에서는 반드시 볼(2)이 슬라이딩 운동으로 이동될 수 있도록 미리 설정된 길이가 결정되는 것은 아니며, 필요에 따라 비상용구간에서는 볼(2)이 슬라이딩 운동으로 이동될 수도 있게 미리 설정된 길이를 결정할 수 있다.

이와 같이 볼 트랙 홈(31)의 길이를 설정함으로써, 볼 트랙 홈(31)의 길이를 효율적으로 줄일 수 있어 이너 레이스(3)의 크기를 작게 하여 무게 및 원가절감을 이룰 수 있다.

도 7의 우측 개념도를 참조하면, "Rolling"이라고 표기된 구름 운동 구간에서는 트러니언(41)의 중심이 L만큼 스트로크 될 때 볼(2)은 구름 운동으로 그 절반인 L/2 만큼 이동된다. 이에 따라 아우터 레이스(1)의 축 방향 길이도 줄일 수 있다. 또한 "Sliding"이라고 표기된 슬라이딩 구간에는 볼(2)이 굴러가는 것이 아니라 미끄러져 이동되므로, 트러니언(41)의 중심이 스트로크되는 L만큼 볼(2)도 이동된다.

한편 도 8을 참조하면, 앞서 살핀 사항과 함께 복수 개 배치된 볼(2)의 개수나 크기, 후술할 볼 트랙 홈(31)의 몰림 방지 턱(312)의 구비 여부 등을 고려하여 볼 트랙 홈(31)의 미리 설정된 길이를 결정할 수 있다.

도 8의 (a)의 왼쪽 그림과 같이, 양측의 볼 트랙 홈(31)에 각각 복수 개 배치된 볼(2)이 힘이 작용하는 트러니언(41)의 중심으로부터 벗어나 볼 트랙 홈(31)의 같은 쪽으로 모두 몰려 있게 되면, 복수 개 배치된 볼(2)이 힘을 전달하는 중심과 힘이 작용하는 트러니언(41)의 중심 간에 오프셋(offset)이 발생하게 되지만, 반대쪽 볼(2)이 받쳐줌으로써 이너 레이스(3)의 회전(ratating)은 일어나지 않는다.

하지만 도 8의 (a)의 오른쪽 그림과 같이, 양측의 볼 트랙 홈(31)에 각각 복수 개 배치된 볼(2)이 힘이 작용하는 트러니언(41)의 중심으로부터 벗어나 볼 트랙 홈(31)의 서로 다른 쪽으로 몰려 있게 되면, 앞서 언급한 오프셋을 반대쪽 볼(2)이 받쳐주지 못하므로 이너 레이스(3)의 회전이 발생하게 된다.

이와 같은 이너 레이스(3)의 회전을 방지하기 위하여 이를테면 도 8의 (b) 내지 (c)와 같은 이너 레이스(3)의 형상 및 볼(2) 배치가 이루어질 수 있다. 즉 도 8의 (b) 내지 (c)와 같이, 복수 개 배치된 볼(2)이 볼 트랙 홈(31)에서 한쪽으로 몰려 있지 않도록 볼 트랙 홈(31)의 미리 설정된 길이를 결정할 필요가 있다.

도 8의 (b)를 참조하면, 볼(2)은 볼 트랙 홈(31)마다 두 개씩 배치된 상태이고, 볼 트랙 홈(31)의 길이는 두 개의 볼(2) 각각의 중심이 모두 트러니언(41)의 중심에서 한쪽으로 몰려 있지 않을 정도의 길이로 미리 설정될 수 있다. 이를 통해 트러니언(41)의 중심으로부터 작용하는 힘이 두 개의 볼(2)에서 2점 지지될 수 있으므로, 이너 레이스(3)의 회전이 방지될 수 있다.

또한 도 8의 (c)를 참조하면, 후술할 몰림 방지 턱(312)을 볼 트랙 홈(31)의 중간에 구비함으로써, 몰림 방지 턱(312)을 사이에 두고 두 개의 볼(2)을 나누어 배치하여 두 개의 볼(2)이 트러니언(41)의 중심에서 한쪽으로 몰려가지 않도록 하였다. 이에 따라 두 개의 볼(2)은 트러니언(41)의 중심으로부터 작용하는 힘을 나누어 받게 되므로, 이너 레이스(3)의 회전이 방지될 수 있다. 이 경우에는 볼(2)이 한쪽으로 쏠리지 않도록 인위적으로 몰림 방지 턱(312)을 형성해두었으므로, 볼 트랙 홈(31)의 길이를 미리 설정해둠에 있어서 도 8의 (b)보다는 자유로울 수 있다. 다만 앞서 살핀 제이-후크 선도 등을 감안하여 결정함이 바람직하다.

그리고 도 8의 (d)는 도 8의 (b)와 유사한 예로 다만 볼(2)의 개수를 늘리고 크기를 줄인 경우이다. 볼(2)은 볼 트랙 홈(31)마다 세 개씩 배치된 상태이고, 볼 트랙 홈(31)의 길이는 세 개의 볼(2) 각각의 중심이 전부 트러니언(41)의 중심에서 한쪽으로 몰려 있지 않을 정도의 길이로 미리 설정될 수 있다. 도 8의 (b)와의 차이는 볼(2)의 직경과 개수인데, 볼(2)의 개수를 늘림으로써 볼 트랙 홈(31)의 길이를 보다 길게 설정할 수 있으며, 이때 볼(2)의 직경을 조절하여 미리 설정된 길이의 크기를 조정할 수 있다.

한편 도 3, 도 5, 그리고 도 8을 참조하면, 볼 트랙 홈(31)은 복수 개 배치된 볼(2)의 아우터 레이스(1)의 축 방향으로의 이탈을 방지하기 위해 아우터 레이스(1)의 축 방향의 양단에 형성되는 이탈 방지 턱(311)을 포함할 수 있다. 즉 이탈 방지 턱(311)은 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 스트로킹(stroking) 운동 시 볼(2)이 구름 운동 중에 이너 레이스(3)의 볼 트랙 홈(31)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 볼 트랙 홈(31)의 양단(아우터 레이스(1)의 축 방향에 있어서의 양단)에 위치하는 돌기 형상일 수 있다.

도 3, 도 5, 그리고 도 8의 (c)를 참조하면, 볼 트랙 홈(31)은 복수 개 배치된 볼(2)이 아우터 레이스(1)의 축 방향 중 한쪽으로만 몰리는 것을 방지하기 위해 아우터 레이스(1)의 축 방향의 중간에 형성되는 몰림 방지 턱(312)을 포함할 수 있다.

즉 몰림 방지 턱(312)은 트러니언(41)이 이너 레이스(3)를 통해 아우터 레이스(1)에 힘을 전달할 때, 볼(2)이 힘의 전달 중심으로부터 한쪽에 몰려 있음으로 인해 불필요한 토크가 발생되는 것을 방지하기 위한 구성이다. 다시 말하면, 이너 레이스(3)의 볼 트랙 홈(31)의 중간에 복수 개 배치된 볼(2)의 위치를 균형 있게 잡아주기 위한 구성이 몰림 방지 턱(312)일 수 있다.

예시적으로 도 5 및 도 8의 (c)를 참조하면, 몰림 방지 턱(312)은 볼 트랙 홈(31)에서 아우터 레이스(1)의 축 방향의 중앙에 형성되고, 복수 개 배치된 볼(2)은 짝수 개로 몰림 방지 턱(312)을 사이에 두고 동일하게 나뉠 수 있다.

다음으로, 아우터 레이스(1)의 수용 홈(11)의 볼 그루브(111) 및 이너 레이스(3)의 볼 트랙 홈(31)의 형상에 관하여 살핀다.

도 9는 볼 그루브 및 볼 트랙 홈에 볼이 지지되는 일례를 나타낸 개략도이다.

볼 그루브(111)와 볼 트랙 홈(31)은 볼(2)과 1점 접촉을 하도록 아우터 레이스(1)의 축 방향에 수직인 단면이 볼(2)의 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 형상, 볼(2)과 2점 접촉을 하는 고딕 아크(gothic arc), 타원, 또는 연속된 곡선 형상일 수 있다.

예시적으로 도 9의 (a)를 참조하면, 볼 그루브(111)와 볼 트랙 홈(31)이 각각 볼(2)의 반경보다 큰 일정한 곡률 반경을 갖도록 형성되어 있으므로, 각각 볼(2)과 1점에서 단일 접촉되어 양측에서 볼(2)을 지지할 수 있다.

또한 도 9의 (b)를 참조하면, 볼 그루브(111)와 볼 트랙 홈(31)이 고딕 아크 형상으로 형성되어 있으므로, 각각 볼(2)과 2점에서 이중으로 접촉되어 양측에서 볼(2)을 지지할 수 있다. 참고로, 고딕 아크(gothic arc)라 함은 하중이나 모멘트의 전달에 있어서 접촉면을 늘려 안정적인 전달이 이루어지도록 하기 위한 곡선으로, 볼(2)의 양측에 각각 2점씩 총 4점에 접촉되도록 한다. 이러한 고딕 아크 형상에 의한 볼(2)의 지지를 통해 보다 부드러운 모션을 통한 하중의 전달이 가능해지므로 반복적인 하중 전달에 있어서도 유리할 수 있다.

그리고 도면에는 도시되지 않았으나 볼 그루브(111)와 볼 트랙 홈(31)은 타원 형상으로 이루어져 볼(2)과 2점 접촉될 수도 있으며, 이 외에도 2점 접촉을 가능하게 하는 연속되는 곡선 형상으로 이루어질 수도 있다.

다음으로, 이너 레이스(3)의 홀(32)과 스파이더 몸체(4)의 트러니언(41)의 형상에 관하여 살핀다.

도 10은 이너 레이스의 홀과 트러니언의 한 형상을 나타낸 단면도와 평면도이고, 도 11은 이너 레이스의 홀과 트러니언의 다른 형상을 나타낸 단면도와 평면도이며, 도 12는 이너 레이스의 홀과 트러니언의 또 다른 형상을 나타낸 단면도와 평면도이다.

또한 도 13은 토크가 가해졌을 때 도 10 및 도 11의 이너 레이스의 홀과 트러니언의 형상에 따른 트러니언과 아우터 레이스 간의 작용 하중을 나타낸 단면도이고, 도 14는 토크가 가해졌을 때 도 12의 이너 레이스의 홀과 트러니언의 형상에 따른 트러니언과 아우터 레이스 간의 작용 하중을 나타낸 단면도이다.

도 10을 참조하면, 이너 레이스(3)의 홀(32)은 내주면이 축 대칭으로 볼록한 곡선 형상 또는 쌍곡선(hyperbola) 형상일 수 있다. 여기서 축 대칭으로 볼록한 곡선 형상은 일정한 곡률 반경을 갖는 구면 형상일 수 있다. 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 구동 시 트러니언(41)이 아우터 레이스(1)의 반경 방향으로 위치가 변하더라도, 항상 이너 레이스(3)의 내주면의 볼록한 한 지점을 통해 하중을 일정하게 전달하도록 하기 위함이다.

예를 들어 도 13을 참조하면, 본 트라이포드 등속 조인트(100)에 토크가 인가되었을 때 스파이더 몸체(4)로부터 트러니언(41)을 통해 가해지는 하중의 작용점과 이를 아우터 레이스(1)의 수용 홈(11)의 볼 그루브(111)에서 지지하는 하중의 작용점이 항상 동일한 축선 상에 있어 오프셋이 발생하지 않으므로, 이너 레이스(3)의 회전이 일어나지 않아 간섭에 의한 불필요한 하중이 작용하지 않게 된다. 도 13의 (a)는 트러니언(41)이 돌출 방향으로 약간 상승되어 있는 경우이고, 도 13의 (b)는 트러니언(41)이 돌출 방향에서 약간 하강되어 있는 경우인데, 두 경우 모두 작용 하중과 지지 하중 간에 오프셋이 발생하지 않음을 알 수 있다.

또한 도 10을 참조하면, 트러니언(41)은 돌출된 방향에 수직인 단면에 있어서 아우터 레이스(1)의 둘레 방향의 폭보다 아우터 레이스(1)의 축 방향의 폭이 더 좁게 형성될 수 있다. 도 10의 아래쪽에 도시된 평면도에서, 상하 방향이 아우터 레이스(1)의 둘레 방향이고 좌우 방향이 아우터 레이스(1)의 축 방향이다. 여기서 트러니언(41)은 상하 방향의 폭보다 좌우 방향의 폭이 더 좁게 형성되어 있음을 알 수 있다. 참고로, 트러니언(41)의 좌우 방향(아우터 레이스(1)의 축 방향)의 면은 스파이더 몸체(4)를 제작할 때의 단조면을 그대로 이용하면 제조원가를 줄일 수 있다.

도 10의 (b)를 참조하면, 장착 각도로 인해 트러니언(41)이 이너 레이스(3)의 내주면의 상하측에 접촉되어 간섭이 발생되지 않도록, 장착 각 형성 방향의 트러니언(41)의 폭(아우터 레이스(1)의 축 방향의 폭)을 토크를 이너 레이스(3)에 전달하는 방향의 트러니언(41)의 폭(아우터 레이스(1)의 둘레 방향의 폭)보다 좁게 할 수 있다.

이때 도 10에 나타난 바와 같이, 이너 레이스(3)의 홀(32)은 통공된 방향에 수직인 단면이 원형일 수 있다. 즉 이너 레이스(3)의 홀(32)은 원형으로 형성되는데 반해, 트러니언(41)은 상하 및 좌우 방향의 폭이 다르게 형성되도록 함으로써, 장착 각 형성 방향에 대한 트러니언(41)과 이너 레이스(3)의 간섭을 최소화할 수 있다.

한편 도 11을 참조하면, 이너 레이스(3)의 홀(32)은 도 10의 형상과는 다르게 통공된 방향에 수직인 단면이 아우터 레이스(1)의 둘레 방향의 폭보다 아우터 레이스(1)의 축 방향의 폭이 더 넓게 형성되는 트랙(track)형 또는 타원형일 수 있다. 그리고 트러니언(41)은 돌출된 방향에 수직인 단면이 원형인 실린더 형상일 수 있다. 앞서 살핀 도 10에서는 이너 레이스(3)의 홀(32)이 원형인 대신 트러니언(3)의 장착 각 형성 방향의 폭을 좁게 형성하였다면, 도 11의 예에서는 트러니언(3)을 원형의 실린더 형상으로 두는 대신 이너 레이스(3)의 홀(32)의 장착 각 형성 방향(아우터 레이스(1)의 축 방향)의 폭을 넓혔다. 또한 도 11의 예에도 앞서 살핀 도 13의 상태가 적용될 수 있다.

도 10 및 도 11을 종합하여 살펴보면, 이너 레이스(3)의 홀(32)은 아우터 레이스(1)의 축 방향의 폭이 트러니언(41)의 아우터 레이스(1)의 축 방향의 폭보다 미리 설정된 값만큼 더 넓을 수 있다. 여기서 도 10 및 도 11의 (b)를 참조하면, 미리 설정된 값은 아우터 레이스(1)의 축 방향에 대해 스파이더 몸체(4)가 기울어지는 각도(a), 즉 장착 각도의 탄젠트(tangent) 값(tan a)과 이너 레이스(3)의 홀(32)이 형성된 두께(H)와의 곱(H tan a) 이상일 수 있다.

즉 발생될 수 있는 장착 각도의 범위(-a에서 +a) 내에서 트러니언(41)과 이너 레이스(3)의 간섭이 발생되지 않는 폭(H tan a)만큼 이너 레이스(3)의 홀(32)의 장착 각 형성 방향의 폭이 더 넓게 형성되도록 한 것이다. 이를 통해 장착 각 형성 시 스파이더 몸체(4) 및 이로부터 돌출된 트러니언(41)이 기울어진 상태에서도, 트러니언(41)이 이너 레이스(3)에 대해 아우터 레이스(1)의 반경 방향으로의 운동이 가능하고 이너 레이스(3)에 구동력을 전달 수 있게 된다.

그리고 이와 같이 이너 레이스(3)와 트러니언(41)의 원주 방향 또는 반경 방향의 간격(clearance)을 조정하여 둠으로써, 차량의 아이들(idle)(엔진동력이 인가된 상태에서 브레이크를 밟은 상태) 시 차량의 진동이 본 트라이포드 등속 조인트(100)를 타고 전달되지 않도록 진동을 흡수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 장착 각 형성 시 트러니언(41)의 이너 레이스(3)에 대한 간섭을 더욱 최소화하기 위해, 이너 레이스(3)의 홀(32)의 내주면의 상하측을 곡선 처리할 수 있다. 만약에 트러니언(41)이 더욱 기울어져 이너 레이스(3)의 홀(32)의 내주면의 상하측에 닿게 되더라도 그 부분이 곡선 처리되어 있다면 간섭이 덜할 수 있고 손상의 발생이 방지될 수 있다.

한편 도 12를 참조하면, 이너 레이스(3)의 홀(32)은 내주면이 평평한 원통 또는 실린더 형상이고, 트러니언(41)은 외주면이 볼록한 곡면 형상일 수 있다. 즉 도 10 및 도 11의 경우와는 반대로, 트러니언(41)이 볼록하고 이너 레이스(3)의 홀은 평평한 경우이다. 장착 각도가 형성됨으로 인해 트러니언(41)이 이너 레이스(3)의 홀(32)의 내주면과 접촉되는 위치가 달라질 수 있는데(도 12의 (a)에서 (b)), 이때 트러니언(41)의 외주면을 볼록한 곡면 형상으로 함으로써, 이러한 접촉되는 위치의 변화를 최소화하여 흡수할 수 있다. 예시적으로 트러니언(41)의 외주면은 구면의 형상으로 형성될 수 있다. 트러니언(41)의 외주면이 구면 형상으로 형성됨으로써 장착 각 형성 시 이너 레이스(3)의 홀(32)의 내주면과의 간섭이 최소화될 수 있다. 또한 이와 같이 트러니언(41)의 형상을 조정하여 둠으로써, 차량의 아이들 시 차량의 진동이 본 트라이포드 등속 조인트(100)를 타고 전달되지 않도록 진동을 흡수할 수 있다.

다만 도 14를 참조하면, 도 12의 경우에는 도 10 및 도 11의 경우와는 달리 본 트라이포드 등속 조인트(100)에 토크가 인가되었을 때 스파이더 몸체(4)로부터 트러니언(41)을 통해 가해지는 하중의 작용점과 이를 아우터 레이스(1)의 수용 홈(11)의 볼 그루브(111)에서 지지하는 하중의 작용점이 항상 동일한 축선 상에 있을 수 없다. 도 14의 (a)와 같이 트러니언(41)의 볼록한 곡면 부분(하중을 이너 레이스(3)에 전달하는 작용점 부분)이 볼 그루브(111)에서 지지하는 하중의 작용점과 동일한 축선 상에 있다면 오프셋이 발생하지 않을 수 있지만, 도 14의 (b)와 같이 트러니언(41)의 볼록한 곡면 부분이 볼 그루브(111)에서 지지하는 하중의 작용점과 어긋나는 축선 상에 있다면 오프셋(d)이 발생하므로 이너 레이스(3)의 회전이 발생하게 된다. 이에 따라 볼 그루브(111)와 볼(2) 사이에 도 14의 (b)에 연직 화살표로 표시된 것과 같은 힘이 작용하게 되는데, 그렇더라도 본 트라이포드 등속 조인트(100)는 도 6의 (b)와 같이 양단의 볼 그루브(111)에서 지지하는 힘에 의해 이너 레이스(3)와 볼(2)의 회전을 제한할 수 있고, 스트로킹 방향과 볼(2)의 구름 이동 방향이 항상 일치하며, 볼(2)과 볼 그루브(111)가 맞닿는 부분, 그리고 볼(2)과 볼 트랙 홈(31)이 맞닿는 부분 간의 상대속도의 차이가 없어, 이로 인해 축방향유기력(GAF)이 발생하지는 않는다.

다음으로, 본 트라이포드 등속 조인트(100)에 포함될 수 있는 볼(2)의 이동을 제한하거나 볼(2)의 구동을 제어하는 구성에 관하여 살핀다.

도 15는 볼 케이스의 적용 상태를 나타낸 개략도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트(100)는 아우터 레이스(1)의 축 방향을 복수 개 배치된 볼(2)의 정면 또는 배면 방향으로 보았을 때 복수 개 배치된 볼(2)이 측면 방향으로 이동되는 것을 제한하도록 복수 개 배치된 볼(2)의 측면을 감싸는 볼 케이스(5)(ball case)를 더 포함할 수 있다. 즉 볼 케이스(5)는 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 조립 시 볼(2)의 누락을 방지하고, 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 스트로킹 운동 시 볼(2)이 구름 운동 중에 이너 레이스(3)의 볼 트랙 홈(31)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 볼(2)을 잡아주는 역할을 할 수 있다. 또한 이러한 볼 케이스(5)의 설치를 통해 볼(2)의 이탈이 방지되므로 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 조립도 용이해질 수 있다.

도 16은 볼 케이지의 적용 상태를 나타낸 개략도이다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트(100)는 복수 개 배치된 볼(2)이 아우터 레이스(1)의 축 방향을 따라 서로 이격되어 있도록 복수 개 배치된 볼(2)이 각각 따로 삽입되는 복수의 이격 홀(61)을 구비하는 볼 케이지(6)(ball cage)를 더 포함할 수 있다. 볼 케이지(6)는 트러니언(41)이 이너 레이스(3)와 볼(2)을 통해 아우터 레이스(1)에 힘을 전달할 때 볼(2)이 2점 이상에서 지지되도록 볼(2)이 볼 트랙 홈(31)의 한쪽에 몰리는 것을 방지하기 위한 구성이다. 또한 볼(2) 사이의 접촉이 없도록 하기 위함이기도 하며, 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 조립 시 또는 작동 시에 볼(2)의 이탈을 방지하기 위함이기도 하다. 여기서 복수의 이격 홀(61)은 볼(2) 사이를 이격시키는 역할도 하지만, 볼(2)이 이너 레이스(3)로부터 이탈되지 않도록 하는 역할도 할 수 있다.

그리고 도 16의 (b)를 참조하면, 볼 케이지(6)의 양면에 이너 레이스(3)가 통과하여 지나갈 수 있는 이너 레이스 홀(62)이 구비될 수 있다. 즉 볼(2)과 볼 케이지(6)가 일체로 구동하고, 이너 레이스(3)는 이너 레이스 홀(62)을 통해 볼(2) 및 볼 케이지(6)와는 별도로 구동됨으로써, 볼(2)의 구름 운동이 제한되지 않는다.

한편 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 조립 후, 이너 레이스(3)와 볼(2)이 아우터 레이스(1)의 외부로 빠져나오지 않도록 아우터 레이스(1)에 스테이킹(staking) 공정을 추가할 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.

100. 트라이포드 등속 조인트
1. 아우터 레이스 11. 수용 홈
111. 볼 그루브 2. 볼
3. 이너 레이스 31. 볼 트랙 홈
311. 이탈 방지 턱 312. 몰림 방지 턱
32. 홀 4. 스파이더 몸체
41. 트러니언 5. 볼 케이스
6. 볼 케이지 61. 이격 홀
62. 이너 레이스 홀

Claims (18)

1. 일단이 축 방향으로 함몰되고 함몰된 부분의 내주면에 축 방향으로 형성되는 세 개의 수용 홈을 구비하는 아우터 레이스,
   상기 수용 홈 각각의 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 양측에 형성된 볼 그루브에 상기 아우터 레이스의 축 방향으로 각각 복수 개 배치되는 볼,
   상기 수용 홈 각각에 수용되고 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 양단에 상기 복수 개 배치된 볼과 맞닿는 볼 트랙 홈을 구비하는 이너 레이스, 그리고
   상기 이너 레이스의 상기 아우터 레이스의 반경 방향으로 통공된 홀마다 각각 삽입되도록 반경 반향으로 돌출되는 세 개의 트러니언을 구비하는 스파이더 몸체를 포함하고,
   상기 볼 그루브와 상기 볼 트랙 홈은 상기 복수 개 배치된 볼이 상기 아우터 레이스의 축 방향으로만 구름 또는 슬라이딩 운동이 가능하도록 상기 복수 개 배치된 볼을 지지하는 트라이포드 등속 조인트.
2. 제1항에서,
   상기 볼 트랙 홈은 상기 아우터 레이스의 축 방향으로 미리 설정된 길이만큼 형성되는 트라이포드 등속 조인트.
3. 제2항에서,
   상기 미리 설정된 길이는 상기 아우터 레이스, 상기 볼, 상기 이너 레이스, 그리고 상기 스파이더 몸체의 실제 작동구간인 제이-후크(J-Hook) 선도 내에서는 상기 볼이 구름 운동으로 이동될 수 있도록 하는 길이인 트라이포드 등속 조인트.
4. 제3항에서,
   상기 미리 설정된 길이는 비상용구간에서는 상기 볼이 슬라이딩 운동으로 이동될 수 있도록 하는 길이인 트라이포드 등속 조인트.
5. 제1항에서,
   상기 볼 그루브와 상기 볼 트랙 홈은 상기 볼과 1점 접촉을 하도록 상기 아우터 레이스의 축 방향에 수직인 단면이 상기 볼의 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 형상 또는 상기 볼과 2점 접촉을 하는 고딕 아크(gothic arc), 타원, 또는 연속된 곡선 형상인 트라이포드 등속 조인트.
6. 제1항에서,
   상기 볼 트랙 홈은 상기 복수 개 배치된 볼의 상기 아우터 레이스의 축 방향으로의 이탈을 방지하기 위해 상기 아우터 레이스의 축 방향의 양단에 형성되는 이탈 방지 턱을 포함하는 트라이포드 등속 조인트.
7. 제1항에서,
   상기 볼 트랙 홈은 상기 복수 개 배치된 볼이 상기 아우터 레이스의 축 방향 중 한쪽으로만 몰리는 것을 방지하기 위해 상기 아우터 레이스의 축 방향의 중간에 형성되는 몰림 방지 턱을 포함하는 트라이포드 등속 조인트.
8. 제7항에서,
   상기 몰림 방지 턱은 상기 볼 트랙 홈에서 상기 아우터 레이스의 축 방향의 중앙에 형성되고,
   상기 복수 개 배치된 볼은 짝수 개로 상기 몰림 방지 턱을 사이에 두고 동일하게 나뉘는 트라이포드 등속 조인트.
9. 제1항에서,
   상기 이너 레이스의 홀은 내주면이 축 대칭으로 볼록한 곡선 형상 또는 쌍곡선(hyperbola) 형상인 트라이포드 등속 조인트.
10. 제9항에서,
    상기 트러니언은 돌출된 방향에 수직인 단면에 있어서 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 폭보다 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭이 더 좁게 형성되는 트라이포드 등속 조인트.
11. 제9항에서,
    상기 이너 레이스의 홀은 통공된 방향에 수직인 단면이 원형인 트라이포드 등속 조인트.
12. 제9항에서,
    상기 이너 레이스의 홀은 통공된 방향에 수직인 단면이 상기 아우터 레이스의 둘레 방향의 폭보다 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭이 더 넓게 형성되는 트랙(track)형 또는 타원형인 트라이포드 등속 조인트.
13. 제12항에서,
    상기 트러니언은 돌출된 방향에 수직인 단면이 원형인 실린더 형상인 트라이포드 등속 조인트.
14. 제9항에서,
    상기 이너 레이스의 홀은 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭이 상기 트러니언의 상기 아우터 레이스의 축 방향의 폭보다 미리 설정된 값만큼 더 넓은 트라이포드 등속 조인트.
15. 제14항에서,
    상기 미리 설정된 값은 상기 아우터 레이스의 축 방향에 대해 상기 스파이더 몸체가 기울어지는 각도의 탄젠트(tangent) 값과 상기 이너 레이스의 홀이 형성된 두께와의 곱 이상인 트라이포트 등속 조인트.
16. 제1항에서,
    상기 이너 레이스의 홀은 내주면이 평평한 원통 또는 실린더 형상이고,
    상기 트러니언은 외주면이 볼록한 곡면 형상인 트라이포드 등속 조인트.
17. 제1항에서,
    상기 아우터 레이스의 축 방향을 상기 복수 개 배치된 볼의 정면 또는 배면 방향으로 보았을 때 상기 복수 개 배치된 볼이 측면 방향으로 이동되는 것을 제한하도록 상기 복수 개 배치된 볼의 측면을 감싸는 볼 케이스를 더 포함하는 트라이포드 등속 조인트.
18. 제1항에서,
    상기 복수 개 배치된 볼이 상기 아우터 레이스의 축 방향을 따라 서로 이격되어 있도록 상기 복수 개 배치된 볼이 각각 따로 삽입되는 복수의 이격 홀을 구비하는 볼 케이지를 더 포함하는 트라이포드 등속 조인트.

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