KR20130081232A

KR20130081232A - 피벗 지지되는 2개의 미끄럼 축을 연결하기 위한 볼-타입 연결 장치

Info

Publication number: KR20130081232A
Application number: KR1020127032925A
Authority: KR
Inventors: 로랑 페브르; 다비드 까펠라
Original assignee: 제드에프 시스템므 드 디렉씨옹 나캄, 에스.아.에스.
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-07-16
Also published as: KR101822519B1; CN102906431B; US20130079165A1; EP2572113A1; BR112012029365A2; CN102906431A; WO2011144715A1; FR2960273B1; EP2572113B1; US8678939B2; FR2960273A1

Abstract

두 축 사이에 배치된 볼(3)을 통해 그 공통 축을 따라 미끄러지는 내부 축(1) 및 외부 축(2)을 연결하는 장치가 개시된다. 볼(3)은 외부 축(2)의 축방향 그루브 내에서 그리고 내부 축(1)의 축방향 그루브 내에 배치된 두 레일(45) 상에서 직접적으로 지지된다. 두 레일(45)은 모두 볼 둘레로 피벗하고, 동시에 축방향 그루브의 곡선의 켤레 프로파일을 가진 플랭크 상에서 지지되고, 축방향 그루브(31)의 바닥 상에서 지지되는 탄성 부재(70)에 의해 제 위치에 유지된다.

Description

피벗 지지되는 2개의 미끄럼 축을 연결하기 위한 볼-타입 연결 장치 {BALL-TYPE COUPLING DEVICE FOR COUPLING TWO SLIDING SHAFTS WITH PIVOTING SUPPORT}

본 발명은 그 공통의 축을 따른 2개의 미끄럼 축에 대하여 회전가능하게 연결하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 연결 장치는 특히 스티어링 기어 케이스에 연결된 중간 칼럼 부에, 또는 스티어링 휠에 연결된 상부 칼럼 부에 그것을 어댑팅(adapt)함으로써, 자동차 스티어링 칼럼(steering column)에 적용된다.

중간 축의 더욱 특수한 경우에서, 후자는 각각의 단부에 카르단 조인트(cardan joint)를 가지는데, 하나의 카르단 조인트는 스티어링 기어 케이스의 움직임 입력부에 연결되고, 다른 카르단 조인트는 그 상부 칼럼에 연결된다. 현재 자동차가 적절한 스티어링을 가지기 위해서는, 중간 축의 길이가 가변적이며, 도로 카펫(road carpet)의 프로파일 및 표면 상태에 기인하는, 차량의 전면 기어의 진동(oscillation)에 적응될 것이 요구된다. 또한 래크 피니언(rack pinion)으로의 조립을 용이하게 하기 위해 그리고 차량의 전면 충돌시 움직임을 흡수하기 위해 이러한 특성들이 요구된다.

그러므로, 중간 축은 우선적으로 가변 길이를 가져야 한다. 즉, 중간 축은 축의 중간 부분인 그 공통의 축을 따라 서로에 대하여 두 축이 미끄러지는 기능을 가져야 한다. 또한, 두 축 사이의 회전 운동 및 스티어링을 조종하기 위해 필요한 토크를 전달하는 기능이 요구된다.

켤레 프로파일(conjugated profile)을 가진 두 축 각각에 제공되는 스플라인(spline)을 사용함으로써, 두 축 사이에 토크의 전달을 결합할 가능성을 제공하는 다양한 미끄럼 축 연결 장치가 존재한다. 그러나, 이러한 타입의 장치는 현재의 자동차에서 요구되는 것인 자동차의 내구연한과 동등한 내구 사이클 후 틈새(clearance)를 가진다. 이러한 틈새의 발생을 늦추기 위해, 제조시 두 축의 미끄럼의 조절은 비교적 타이트(tight)한데, 이는 라인 조립시 비교적 큰 축방향 힘을 필요로 하여, 이러한 조립을 달성하는데 더 많은 조립 시간 및 더 많은 노동력이 요구된다.

이러한 조절은 동작의 축방향 움직임의 적절한 흡수를 허용하기 위해 정밀해야 한다. 토크의 전달시를 제외하면, 축방향 힘은 전달될 토크의 함수인데, 전달될 토그, 및 마찰 계수와 관련된 미끄럼 력이 증가한 후, 갑작스러운 축의 릴리즈(release)가 존재하면, 그곳에서 감소된 유극(play)과 함께 미끄럼의 적절한 조절을 유지하는데 유해한 저크(jerk)가 발생하고, 이는 우수한 운전감에 해롭다.

또한, 수(male) 금속 축, 및 암(female) 금속 튜브에 속하는 스플라인 부분 상에 플라스틱 주입을 사용하는 연결 장치가 존재한다. 이러한 솔루션은 상당한 토크에 대한 축방향 움직임을 흡수하는 문제점을 제공하고, 미끄럼 력은 두 부분 사이의 마찰력과 비례하여 증가한다. 또한, 플라스틱 주입의 마모는 틈새를 남긴다. 마지막 솔루션으로서, 회전하는 부재 및 스트레인 스프링이 축과 튜브 사이에 도입될 수 있다. 이러한 솔루션은 비교적 낮게 요구되는 축방향 힘을 가진 토크 하에서, 미끄럼에 대해서는 만족스럽지만, 그것이 특정한 토크 하에서 압축되는 스프링의 프리-텐셔닝(pre-tensioning) 및 강도(stiffness)와 정비례하기 때문에 각도 강성(angular rigidity)에 대해서는 문제점을 제공한다.

본 발명의 목적은 이전의 단점을 회피한 미끄럼 축을 위한 연결 장치, 즉, 전달될 토그와 무관한 축방향 힘을 필요로 하는 장치를 제안하는 것이다. 그러므로, 축방향 힘은 전달될 토크가 증가할 때 매우 작은 증가를 겪어야 함과 동시에, 전달의 강한 각도 강성을 가져야 한다. 또한, 내구 사이클 후 임의의 틈새의 발생이 없어야 하고, 두 축을 연결하는 장치는 자동차 상의 가능한 기존의 혼잡도(existing congestion) 내에 용이하게 설치될 수 있고, 설치 후 감소된 축방향 힘을 가진다. 마지막으로, 사용된 탄성 수단은 전달의 강한 각도 강성을 유지하기 위해, 토크 전달에 개입하지 않아야 한다.

본 발명은 그 공통 축의 방향을 따라 서로 미끄러지는 두 축(내부 축 및 외부 축)을 연결하는 장치에 관한 것이다. 상기 두 축을 연결하는 장치는 내부 축과 외부 축 사이에 배치된 볼들을 포함한다.

연결 장치에서, 각각의 상기 볼은 한편으로는 내부 축의 오목한 부분 내에 배치되고, 다른 한편으로는 외부 축의 오목한 부분 내에 배치된다.

각각의 상기 볼은 공통 축을 통과하고 상기 볼의 중심을 통해 지나가는 정중면(median plane)의 양측에 배치된 두 레일을 따라 움직인다. 각각의 두 레일은 두 축 중 하나의 오목한 부분과 협동하고, 각각의 상기 볼 둘레로 피벗(pivot)하고, 각각의 레일은 공통 축과 평행하다. 각각의 두 레일은 상기 오목한 부분 내에 배치되고 받쳐지는 탄성 부재에 의해 각각의 상기 볼을 향해 푸시되고, 각각의 상기 볼은 다른 축의 오목한 부분을 향해 바로 이동한다.

어셈블리는 토크 전달이 없을 때 움직이지 않고, 토크 전달이 있을 때 동작하도록 수행되고, 각각의 상기 볼은 두 축 중 하나의 오목한 부분 내에 배치되고 상기 볼 둘레로 피벗하는 대응하는 레일과, 베어링 영역을 통해, 정중면의 양측에서 항상 접촉한다. 또한, 어셈블리는 각각의 상기 레일이 모든 유극을 메우도록, 그리고 각각의 두 레일의 이탈을 방지하도록 배치된 상기 오목한 부분을 가진 베어링 영역과 항상 접촉하도록 수행되고, 각각의 상기 볼은 다른 축의 오목한 부분을 가진 베어링 영역과 항상 접촉한다.

본 발명에 따라, 두 레일을 모두 수용하는 축의 오목한 부분은 정중면의 양측에 배치된 두 플랭크를 연결하고 원형 단면을 가지는 바닥을 포함하고, 그 중심은 볼의 중심으로부터 소정 거리에서 정중면 내에 위치하고, 두 레일의 이탈을 막기 위해 상기 볼의 중심보다 상기 바닥과 더 가깝고, 두 플랭크는 모두 상기 축의 미끄럼 면의 접점에서 약간 불룩한 부분을 가진다.

본 발명에 따라, 토크를 전달할 때, 레일과 대응하는 플랭크 사이로 전달되는 힘은 상기 레일의 임의의 미끄러짐을 방지하기 위해 마찰 원뿔 내부에 위치해야 한다. 또한, 각각의 볼과, 오목한 부분의 각각의 두 플랭크를 가진 각각의 두 레일의 베어링 및 접촉 면은 모두 큰 접촉 압력을 피하기 위한 켤레 프로파일을 가진 면이다.

본 발명의 연결 장치의 동작 안전성을 높이기 위해, 약간의 틈새를 가지는 켤레 프로파일을 가진 수 그루브 및 암 그루브가 내부 축 및 외부 축 상에 배치되어 볼이 손실된 경우에도 여전히 내부 축과 외부 축 사이에서 토크가 전달될 수 있다.

연결 장치의 몇 가지 구조가 자세하게 설명된다. 하나의 구조에서, 탄성 부재가 내부 축 내에 배치된다. 다른 구조에서, 탄성 부재는 외부 축에 배치된다. 다른 구조에서, 탄성 부재는 내부 축 내에 그 일부가 배치되고, 외부 축 내에 나머지가 배치된다.

본 발명의 특별한 배치에서, 연결 장치는 하나 또는 수개의 축방향 로우(row)로 배열된 볼을 가진다.

각각의 로우의 볼에 대하여, 오목한 부분은 축방향 그루브로서 외부 축 내에 배치되고, 그 단면은 서로에 대하여 기울어져 있는 두 오목한 면을 포함하는데, 이는 볼과 접촉하게 된다.

각각의 로우의 볼에 대하여, 오목한 부분은 그 단면이 바닥 및 2개의 플랭크를 포함하는 축방향 그루브로서 내부 축 내에 배치되고, 두 플랭크는 모두 원형 단면을 가지고, 그 중심은 공통 축을 통과하고 상기 로우의 볼의 중심축을 통과하여 지나가는 정중면 상에 있고, 상기 중심은 볼의 중심보다 상기 바닥과 더 가깝다.

각각의 로우의 볼에 대하여, 두 레일은 정중면의 양측에 배치되고, 내부 축의 축방향 그루브 형태인 오목한 부분과 협동한다. 각각의 레일은 축방향 바(bar)의 형상을 가지고, 그 단면은 내측 베어링 면 및 외측 베어링 면을 가진다.

내측 베어링 면은 켤레 프로파일을 통해 상기 볼의 관련 부분과 접촉하도록 결정된 오목한 형상을 가진다. 외측 베어링 면은 켤레 프로파일을 통해 오목한 형상을 가진 대응하는 플랭크와 접촉하도록 결정된 볼록한 형상을 가진다.

각각의 두 레일은, 그 각각이 대응하는 플랭크에 대략 수직인 바닥의 대응면 상에서 받쳐지고, 서로에 대하여 기울어져 있는 두 축방향 바를 포함하는 탄성 부재에 의해 푸시되어, 레일은 그 로우의 볼 둘레로 피벗 및 회전할 수 있다.

본 발명의 다른 특정한 배치에서, 연결 장치는 하나 이상의 축방향 로우로 배열된 볼을 가진다.

각각의 로우의 볼에 대하여, 축방향 그루브 형태의 오목한 부분은 일부가 내부 축 내에 배치되고, 그 단면은 서로에 대하여 기울어져 있고, 볼과 접촉하는 2개의 오목한 면을 포함한다.

각각의 로우의 볼에 대하여, 그 단면이 바닥과 2개의 플랭크를 포함하는 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분이 내부 축에 제공되어 있는데, 두 플랭크는 모두 원형 단면을 가지고, 그 중심은 공통 축을 통과하고 상기 로우의 볼의 중심 축을 통과하여 지나가는 정중면 상에 있고, 상기 중심은 볼의 중심보다 상기 바닥과 더 가깝다.

각각의 로우의 볼에 대하여, 두 레일은 정중면의 양측에 위치하고, 외부 축의 축방향 그루브의 형상을 가지는 오목한 부분과 협동한다. 각각의 레일은 축방향 바의 형상을 가지고, 그 단면은 내측 베어링 면 및 외측 베어링 면을 가진다. 내측 베어링 면은 켤레 프로파일을 통해 상기 볼의 관련 부분과 접촉하도록 결정된 오목한 형상을 가지고, 외측 베어링 면은 켤레 프로파일을 통해 오목한 형상의 대응하는 플랭크와 접촉하도록 결정된 볼록한 형상을 가진다.

각각의 두 레일은, 그 각각이 대응하는 플랭크에 대략 수직인 바닥의 대응면 상에서 받쳐지고, 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 축방향 바를 포함하는 탄성 부재에 의해 푸시되어, 레일은 그 로우의 볼 둘레로 피벗 및 회전할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 탄성 부재는 금속이고, 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 축방향 바를 포함하고, 각각의 축방향 바에는 각각의 축 단부에서 있는 부착 부재에 의해 바닥의 대응하는 면 상에서 받쳐짐으로써, 대응하는 레일을 푸시하는 탄성 탭이 제공되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 탄성 부재는 탄성 재료이고, 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 바를 포함하고, 각각의 축방향 바에는 바닥의 대응하는 면 상에서 받쳐짐으로써, 대응하는 레일을 푸시하는 축방향의 불룩한 부분이 제공되어 있다.

본 발명의 연결 장치의 하나의 실시예에 따라, 볼은 제1의 축방향 로우 내에 배치되고, 내부 축에는 축방향 그루브가 제공되고, 외부 축에는 축방향 그루브가 제공되고, 본 장치는 제1 로우의 볼과 정반대이고, 내부 축의 축방향 그루브 내에서 그리고 외부 축의 축방향 그루브 내에서 직접적으로 지지되는 다른 로우의 볼을 포함한다.

본 발명의 연결 장치의 다른 실시예에 따라, 볼은 2개의 정반대의 축방향 로우 내에 배치되는데, 내부 축에는 2개의 정반대의 축방향 그루브가 제공되고, 외부 축에는 2개의 정반대의 축방향 그루브가 제공된다.

본 발명의 연결 장치의 다른 실시예에 따라, 볼은 횡방향으로 서로에 대해 120°에 위치하는 3개의 축방향 로우 내에 배열되고, 내부 축에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 그루브가 제공되고, 외부 축에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 그루브가 제공되어 있다.

본 발명에 따른 연결 장치는 자동차의 스티어링 칼럼의 중간 부분 또는 자동차의 스티어링 칼럼의 상부 중 하나에 적용된다.

본 발명에 따른 공통 축을 따라 두 축을 연결하는 장치는 2개의 내부 및 외부 축 각각에 대하여 그리고 각각의 로우의 볼에 대하여 항상 2개의 베어링 영역을 가지고, 이는 토크의 전달이 없을 때에도 항상 접촉한다는 이점을 가진다.

또한, 라인 조립시 요구되는 축방향 힘의 감소가 존재한다. 본 발명의 연결 장치의 정밀한 조절은 차량의 운전 동안 축방향 저크를 방지할 가능성을 제공하고, 연결 틈새의 발생을 방지함과 동시에 우수한 내구 강도를 보장한다. 또한, 토그의 전달시, 축방향 힘은 회전 및 미끄럼 접촉으로 인해 상당히 감소된다. 한편, 본 연결 장치는 토크의 전달에 개입하지 않는 탄성 수단에 의해 영향을 받지 않고, 이는 전달의 강한 각도 강성을 유지할 가능성을 제공한다. 마지막으로, 본 연결 장치는 자동차 스티어링 칼럼의 기존의 혼잡도 내에 용이하게 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 대응하는 첨부된 도면을 참조하여, 제한하지 않는 예로서 주어진, 본 발명의 몇가지 바람직한 실시예의 아래의 설명을 읽음으로써 더욱 분명하게 알게 될 것이다.
- 도 1은 본 발명의 연결 장치가 중간 칼럼 부에 적용된, 자동차 스티어링 시스템의 개략적인 사시도이다.
- 도 2는 중간 칼럼 부의 축방향의 사시도이다.
- 도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
- 도 4는 내부 축 내에 하나의 로우의 볼을 가진 본 발명의 하나의 실시예의 단면도이다.
- 도 5는 내부 축 내에 3개의 로우의 볼을 가진 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.
- 도 6, 7, 8은 2개의 레일의 상이한 포지션을 가진 도 5의 하나의 로우의 볼의 상세도이다.
- 도 9는 레일이 하나의 단면으로 도시되어 있는, 도 5에 대응하는 단면도이다.
- 도 10은 도 9의 하나의 로우의 볼의 상세도이다.
- 도 11은 외부 축 내에 하나의 로우의 볼을 가진, 도 4와 유사한 단면도이다.
- 도 12, 13, 14는 상이한 포지션의 두 레일을 가진, 외부 축 내의 하나의 로우의 볼의 상세한 단면도이다.
- 도 15는 도 12, 13, 14에 대응하는 본 발명의 단면도이다.
- 도 16은 도 2 내지 15에 도시된 탄성 부재의 사시도이다.
- 도 17은 내부 축 내에 3개의 로우의 볼을 가진 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.
- 도 18은 외부 축 내에 3개의 로우의 볼을 가진 다른 실시예의 단면도이다.
- 도 19는 도 17 및 18에 도시된 탄성 부재의 사시도이다.

본 발명은 그 공통 축을 따라 서로 미끄러지는 두 축을 회전가능하게 연결하는 장치에 관한 것이다.

이러한 연결 장치는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같은 자동차 스티어링 시스템에 특히 잘 적용된다.

도시된 스티어링 시스템은 상부 칼럼이라고도 불리는 상부 칼럼 부(6) 및 중간 축이라고도 불리는 중간 칼럼 부(7)를 가진 스티어링 칼럼을 포함한다.

상부 칼럼 부(6)는 그 상부 단부를 통해 스티어링 휠(5)에 연결되고, 그 하부 단부를 통해 중간 칼럼 부(7)에 연결된다.

중간 칼럼 부(7)는 그 상부 단부를 통해 상부 칼럼 부(6)에 연결되고, 그 하부 단부를 통해 스티어링 스템(9)의 스티어링 기어 케이스(8)에 연결된다.

중간 칼럼 부(7)는 상부 칼럼 부(6)에 대하여 10으로 참조되고, 스티어링 기어 케이스(8)에 대하여 10으로 참조된 카르단 조인트 힌지에 의해 각각의 그 단부에 연결된다.

아래에, 도 2 및 3에 도시된 중간 칼럼 부(7) 내에 형성된 연결 장치에 관하여 설명한다. 또한, 본 발명의 연결 장치는 상부 칼럼 부(6) 내에 형성될 수도 있다.

내부 축(1) 및 외부 축(2)은 도 2 및 3에 도시된 그 공통 축(4)의 방향을 따라 서로 미끄러진다. 두 축을 연결하는 장치는 아래에 서술된 상이한 실시예에서 볼(3)을 포함한다. 볼(3)은 내부 축(1)과 외부 축(2) 사이에 배치된다. 본 발명의 연결 장치에서, 각각의 상기 볼(3)은 한편으로는 내부 축(1)의 오목한 부분 내에 배치되고, 다른 한편으로는 외부 축(2)의 오목한 부분 내에 배치된다.

각각의 상기 볼(3)은 상기 볼(3) 둘레로 피벗하고, 공통 축(4)과 평행한 두 축 중 하나의 축의 오목한 부분과 협동하는 2개의 레일 상에서 움직인다. 각각의 두 레일은 상기 오목한 부분 내에 배치되고 지지되는 탄성 부재에 의해 상기 볼(3) 각각을 향해 푸시된다. 각각의 상기 볼(3)은 다른 축의 오목한 부분을 향해 직접적으로 이동한다.

본 발명에 따른 연결 장치는 토크 전달이 없을 때 움직이지 않고 토크 전달이 있을 때 동작하도록 배치되는데, 각각은 대응하는 레일과 베어링 영역을 통해, 볼(3)의 중심을 통과하고 공통 축(4)을 통과하여 지나가는 정중면의 각 측상에서, 항상 접촉하는 상기 볼(3)을 가진다. 상기 레일은 두 축 중 하나의 오목한 부분 내에 배치되고, 본 발명의 본질적인 특징에 따라 상기 볼(3) 둘레로 피벗한다. 본 발명의 다른 본질적인 특징에 따라, 각각의 상기 레일은 상기 오목한 부분과 베어링 영역을 통해 항상 접촉하고, 제조 허용공차로 인한 모든 틈새를 메우도록, 그리고 두 레일 서로의 이탈을 방지하도록 배치되고, 각각의 상기 볼(3)은 다른 축의 오목한 부분과 베어링 영역을 통해 항상 접촉한다.

중간 부분(7) 전체는 도 2의 사시도에 그리고 도 3의 분해도에 도시되어 있다. 내부 축(1) 및 외부 축(2)은 그 공통 축(4)을 따라 볼(3)을 통해 미끄러진다. 중간 칼럼 부(7)는 카르단 조인트(10)를 통해 스티어링 기어 케이스(8)에 연결되고, 그것은 카르단 조인트(10)를 통해 상부 칼럼 부(6)에 연결된다.

연결 디바이스는 하나 또는 수개의 축방향 로우 내에 배치된 볼(3)들을 포함하는데, 1개의 축방향 로우는 도 4 및 11에 도시되어 있고, 2개의 축방향 로우는 동일한 도 4 및 11과 유사하게 도시되어 있고, 3개의 축방향 로우는 도 3, 5, 9, 15, 17, 및 18에 도시되어 있다.

도 3의 분해도, 및 도 5, 9, 및 17의 단면도에 도시된 연결 디바이스는 3개의 축방향 로우(20) 내에 배치된 볼들을 포함하다. 축방향 로우(20)는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 위치한다. 내부 축(1)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 위치하는 3개의 축방향 그루브(31)가 제공되어 있다. 외부 축(2)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 위치하는 3개의 축방향 그루브(32)가 제공되어 있다.

각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(32)은 외부 축(2) 내에 형성되는데, 그 단면은 서로에 대하여 기울어져 있고 볼(3)과 접촉하는 2개의 오목한 면(33, 34)을 포함한다.

각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(31)이 내부 축(1) 내에 형성되는데, 그 단면은 바닥(35) 및 2개의 플랭크(36, 37)를 포함한다. 두 플랭크(36, 37)는 모두 원형 단면을 가지고, 그 중심(40)은 공통 축(4)을 통과하고 상기 로우(20)의 볼(3)의 중심축을 통과하여 지나가는 정중면(30) 상에 있다. 상기 중심(40)은 상기 볼의 중심으로부터 소정 거리에 있고, 두 레일(45)의 이탈을 막기 위해, 볼(3)의 중심보다 상기 바닥(35)과 더 가깝다. 또한, 각각의 플랭크(36, 37)는 내부 축(1)의 미끄럼 면(21)의 접점에서 각각의 플랭크(36, 37) 외부에 있는, 대응하는 약간 불룩한 부분(38, 39)을 포함한다.

각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 정중면(30)의 양측에 배치된 2개의 레일(45)이 존재한다. 레일(45)은 내부 축(1)의 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(31)과 협동한다.

각각의 레일(45)은 축방향 바의 형상을 가지고, 그 단면은 내측 베어링 면(46) 및 외측 베어링 면(47)을 가진다.

내측 베어링 면(46)은 오목한 형상을 가지고, 상기 볼(3)의 관련 부분과 접촉하도록 결정된다. 내측 베어링 면(46)은 상기 볼(3)의 관련 부분과 켤레 프로파일을 가진다. 외측 베어링 면(47)은 볼록한 형상을 가지고, 오목한 형상의 대응하는 플랭크(36, 37)와 접촉하도록 결정된다. 외측 베어링 면(47) 및 대응하는 플랭크(36, 37)는 켤레 프로파일을 가진다. 플랭크(36, 37) 및 볼(3)의 일부분과 레일(45)의 켤레 프로파일은 감소된 접촉 압력을 가질 가능성을 제공한다. 또한, 토크 전달 동안, 레일(45)과 대응하는 플랭크(36, 37) 사이에서 전달되는 힘은 도 10에 도시된 바와 같이, 접촉면의 마찰 원뿔 내에 위치하고, 이는 레일(45)의 임의의 미끄러짐을 방지한다.

각각의 두 레일(45)은 탄성 부재(70(도 16) 또는 80(도 19))에 의해 푸시된다. 탄성 부재(70, 80)는 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 축방향 바(71, 72 또는 81, 82)를 포함한다. 각각의 축방향 바(71, 72 또는 81, 82)는 대응하는 플랭크(36, 37)에 대략 수직인 바닥(35)의 대응하는 면(41, 42) 상에서 받쳐져서, 레일(45)은 제조 허용공차로 인한 모든 틈새를 메우기 위해 로우(20)의 볼(3) 둘레로 피벗 및 회전할 수 있다. 다양한 포지션이 도 6 내지 8에 도시되어 있는데, 도 6은 조립중인 것이고, 도 7 및 8은 각각 극단적인 포지션에 대한 것이다.

도 11, 15, 및 18에 따른 단면도에 도시된 연결 장치는 3개의 축방향 로우(20)로 배치된 볼(3)들을 포함한다. 축방향 로우(20)는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 위치한다. 내부 축(1)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 위치하는 3개의 축방향 그루브(51)가 제공되어 있다. 외부 축(2)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 위치하는 3개의 축방향 그루브(52)가 제공되어 있다.

각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(51)이 내부 축(1) 내에 배치되는데, 그 단면은 서로에 대하여 기울어져 있고, 볼(3)과 접촉하게 되는 2개의 오목한 면(53, 54)을 포함한다.

각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(52)이 외부 축(2) 내에 배치되는데, 그 단면은 바닥(55), 및 2개의 플랭크(56, 57)를 포함한다. 두 플랭크(56, 57)는 원형 단면을 가지고, 그 중심(60)은 공통 축(4)을 통과하고 상기 로우(20)의 볼(3)의 중심 축을 통과하여 지나가는 정중면(30) 상에 있다. 상기 중심(60)은 볼(3)의 중심으로부터 소정 거리에 있고, 두 레일(65)의 이탈을 막기 위해 볼(3)의 중심보다 상기 바닥(55)과 더 가깝다. 또한, 각각의 플랭크(56, 57)는 외부 축(2)의 미끄럼 면(22)과의 접점에서, 각각의 플랭크(56, 57) 외부에 있는 대응하는 약간 불룩한 부분(58, 59)을 포함한다.

각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 정중면(30)의 양측에 배치된 2개의 레일(65)이 존재한다. 레일(65)은 외부 축(2)의 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(52)과 협동한다.

각각의 레일(65)은 축방향 바의 형상을 가지고, 그 단면은 내측 베어링 면(66) 및 외측 베어링면(67)을 가진다.

내측 베어링 면(66)은 오목한 형상을 가지고, 상기 볼(3)의 관련 부분과 접촉하도록 결정된다. 내측 베어링 면(66)은 상기 볼(3)의 관련 부분과 켤레 프로파일을 가진다. 외측 베어링 면(67)은 볼록한 형상을 가지고, 오목한 형상의 대응하는 플랭크(56, 57)와 접촉하도록 결정된다. 대응하는 외측 베어링 면(67) 및 플랭크(56, 57)는 켤레 프로파일을 가진다. 플랭크(56, 57) 및 볼(3)의 일부분과 레일(65)의 켤레 프로파일은 감소된 접촉 압력을 가질 가능성을 제공한다. 또한, 토크 전달 동안, 레일(65)과 대응하는 플랭크(56, 57) 사이에서 전달되는 힘은, 도 10에 도시된 바와 같이, 접촉면의 마찰 원뿔 내에 위치하고, 이는 레일(65)의 임의의 미끄러짐을 방지한다.

각각의 두 레일(65)은 탄성 부재(70(도 16) 또는 80(도 19))에 의해 푸시된다. 탄성 부재(70, 80)는 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 축방향 바(71, 72 또는 81, 82)를 포함한다. 각각의 두 축방향 바(71, 72 또는 81, 82)는 대응하는 플랭크(56, 57)에 대략 수직인 바닥(55)의 대응하는 면(61, 62) 상에서 받쳐져서, 레일(65)은 제조 허용공차로 인한 모든 틈새를 메우도록 로우(20)의 볼(3) 둘레로 피벗 및 회전할 수 있다. 다양한 포지션이 도 12, 13, 및 14에 도시되어 있는데, 도 12는 설치중인 것이고, 도 13은 극단적인 포지션에 대한 것, 도 14는 보통의 포지션에 대한 것이다.

도면에 도시된 실시예와 무관하게, 각각의 두 레일(45 또는 65)은 탄성 부재(70 또는 80)에 의해 푸시될 수 있다. 도 16에 도시된 탄성 부재(70)는 금속이고, 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 축방향 바(71 및 72)를 포함한다. 각각의 축방향 바(71 또는 72)에는 레일(45 또는 65)을 푸시하는 탄성 탭(73)이 제공되어 있다. 각각의 축방향 바(71 또는 72)에는 도 3 내지 16에 도시된 바와 같이, 각각의 축 단부에 대응하는 부착 부재(74 및 75)가, 바닥(35 또는 55)의 대응면(41, 42 또는 61, 62) 상에 제공되어 있다.

도 19에 도시된 탄성 부재(80)는 탄성 재료이고, 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 축방향 바(81 및 82)를 포함한다. 각각의 축방향 바(81 또는 82)에는 레일(45 또는 65)을 푸시하는, 대응하는 축방향의 불룩한 부분 또는 돌기(boss)(83 또는 84)가 제공되고, 그것은 도 17, 18, 및 19에 도시된 바와 같이, 바닥(35 또는 55)의 대응하는 면(41, 42 또는 61, 62) 상에서 받쳐진다.

도 4, 5, 11, 및 15에 명확히 도시된 바와 같이, 내부 축(1)은 수 그루브(23)가 제공되어 있는 미끄럼 면(21)을 가지고, 외부 축(2)은 암 그루브(24)가 제공되어 있는 미끄럼 면(22)을 가진다. 내부 축(1)의 미끄럼 면(21)은 상기 내부 축(1)의 외측면에 대응하고, 외부 축(2)의 미끄럼 면(22)은 상기 축(2)의 내측면에 대응한다. 수 그루브(23) 및 암 그루브(24)는 어느 정도의 유극을 가진 켤레 프로파일을 가져, 볼(3)이 손실된 경우에도, 여전히 내부 축(1)과 외부 축(2) 사이에서 토크가 전달될 수 있다.

도 4 및 11에 도시된 바와 같이, 볼(3)은 제1 축방향 로우(20) 내에 놓여지고, 내부 축(1)에는 축방향 그루브(31 또는 51)가 제공되고, 외부 축(2)에는 축방향 그루브(32 또는 52)가 제공된다. 제2 축방향 로우(19)의 볼(3)은 제1 축방향 로우(20)의 볼(3)과 정반대에 있고, 그것은 외부 축(2)의 축방향 그루브(32) 내에서 직접적으로 지지된다.

도 4 및 11과 함께 시작하지만, 도면에 도시되지는 않은 본 발명의 다른 실시예에서, 볼은 2개의 정반대의 로우(20) 내에 놓여진다. 내부 축(1)에는 2개의 정반대의 축방향 그루브(31, 51)가 제공되고, 외부 축(2)에는 2개의 정반대의 축방향 그루브(32, 52)가 제공된다.

도 3, 5, 9, 15, 17 및 18에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 볼(3)은 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 로우(20) 내에 놓여진다.

내부 축(1)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 그루브(31, 51)가 제공된다.

외부 축(2)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 그루브(32, 52)가 제공된다.

도면에 도시되지 않은 실시예에서, 탄성 부재(70 또는 80)는 그 일부가 내부 축(1) 내에 배치되고, 나머지가 외부 축(2) 내에 배치되고, 상기 탄성 부재(70, 80)는 관련 축(1, 2)과 협동하는 2개의 대응하는 레일(45 또는 65)을 푸시한다.

본 디바이스는 아래와 같은 방식으로 동작한다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 시스템을 설치하기 위해, 레일(45)은 볼(3)과 레일(45) 사이에 유극을 만드는 스프링(70)을 압축시키기 위해 사용된다.

스프링이 설치된 후, 레일(45)이 릴리즈되고, 레일(45)이 스프링(70)에 의해 푸시되고, 본 시스템이 제 위치에 셋팅되어, 제조 허용공차로 인한 유극을 메울 수 있게 된다. 도 7, 8은 본 시스템의 극단적인 포지션을 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 레일(45)은 볼(3)의 중심에 대응하는 회전 축 둘레로 피벗하는데, 이 축은 두 축(1 및 2) 모두의 공통 축(4)과 평행하다.

레일(45)은 레일이 볼(3)을 통해 축(2) 내에 배치된 면과 접촉하게 될 때 제 위치로 셋팅된다.

이 단계에서, 두 축(1 및 2) 모두는 볼(3)을 통해 서로에 대하여 미끄러질 수 있는데, 이는 비교적 약한 미끄럼 힘을 얻을 가능성을 제공한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 축(1) 및 튜브(2)로의 공통 축(4) 둘레의 토크(14)의 전달 동안, 가상의 레버 암(16)에 의해 주어지는 접선력(tangential force)(11)은 축(2)과 볼(3) 사이에 수직항력(normal force)(12)을 발생시킨다.

이러한 수직항력(12)은 볼과 레일 접촉부를 통과하여 레일(45)과 축(1) 사이에 힘(13)을 발생시킨다.

본 시스템이 임의의 움직임 없이 토크를 전달할 수 있게 하기 위해서는, 이 힘(13)이 축과 레일 사이의 접촉에 기인하는 마찰 원뿔(15) 내에 포함되어야 한다.

차량의 내구연한 동안, 스프링의 피로도는 그것이 토크 전달 동안 고려사항이 아니기 때문에 본 시스템에 별 영향을 주지 않을 것이고, 따라서 연결 장치의 강도 손실이 적을 것이다.

Claims

그 공통 축(4)의 방향을 따라 서로 미끄러지는 내부 축(1) 및 외부 축(2), 두 축을 연결하는 장치로서,
상기 두 축을 연결하는 장치는 내부 축(1)과 외부 축(2) 사이에 배치된 볼(3)들을 포함하고,
각각의 상기 볼(3)들은 한편으로는 내부 축(1)의 오목한 부분 내에, 다른 한편으로는 외부 축(2)의 오목한 부분 내에 배열되고,
- 각각의 상기 볼(3)들은 공통 축(4)을 통과하고 상기 볼(3)의 중심을 통과하여 지나가는 정중면(30)의 양측에 배치된 2개의 레일(45, 65) 상에서 이동하고,
- 각각의 두 레일(45, 65)은 두 축(1, 2) 중 하나의 오목한 부분(31, 52)과 협동하고, 각각의 상기 볼(3) 둘레로 피벗하고, 각각의 레일(45, 65)은 상기 공통 축(4)과 평행하고;
- 각각의 두 레일(45, 65)은 상기 오목한 부분(31, 52) 내에 배치되고 지지되는 탄성 부재(70, 80)에 의해 각각의 상기 볼(3)을 향해 푸시되고;
- 각각의 상기 볼(3)은 다른 축(2, 1)의 오목한 부분(32, 51)을 향해 직접적으로 이동하여:
- 토크 전달이 없을 때 움직이지 않고, 토크 전달이 있을 때 동작하고,
- 각각의 상기 볼(3)은 상기 볼(3) 둘레로 피벗하고, 두 축(1, 2) 중 하나의 오목한 부분(31, 52) 내에 배치된 대응하는 레일(45, 65)과, 베어링 영역을 통해 정중면(30)의 각 측면에서 항상 접촉하고;
- 각각의 상기 레일(45, 65)은 모든 유극을 메우고 각각의 두 레일(45, 65)의 이탈을 방지하도록 배치된, 상기 오목한 부분(31, 52)과 베어링 영역을 통해 항상 접촉하고;
- 각각의 상기 볼(3)은 다른 축(2, 1)의 오목한 부분(32, 51)과 베어링 영역을 통해 항상 접촉하는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제1 항에 있어서, 상기 두 레일(가이드)(45, 65)을 수용하는 축(1, 2)의 오목한 부분(31, 52)은 정중면(30)의 양측에 위치하는 2개의 플랭크(36, 37-56, 57)를 연결하는 바닥(35, 55)을 포함하고, 두 플랭크(36, 37-56, 57)는 모두 원형 단면을 가지고, 그 중심(40, 60)은 두 레일(45, 65) 모두의 이탈을 방지하기 위해, 상기 볼(3)의 중심으로부터 소정 거리에서 상기 볼(3)의 중심보다 상기 바닥(35, 55)과 더 근접하게 정중면(30) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제2 항에 있어서, 토크의 전달 동안, 레일(45, 65)과 대응하는 플랭크(36, 37-56, 57) 사이에서 전달되는 힘은 상기 레일(45, 65)의 임의의 미끄러짐을 방지하기 위해 마찰 원뿔 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제2 항에 있어서, 각각의 볼(3)과, 오목한 부분(31, 52)의 각각의 두 플랭크(36, 37-56, 57)와 접촉하는, 각각의 두 레일(45, 65)의 두 베어링 면은 큰 접촉 압력을 피하기 위해 켤레 프로파일을 가진 면인 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제2 항에 있어서, 축(1, 2)의 오목한 부분(31, 52)의 각각의 두 플랭크(36, 37-56, 57)는 상기 축(1, 2)의 미끄럼 면(21, 22)의 접점에서 두 플랭크(36, 37-56, 57) 외부의 약간 불룩한 부분(38, 39-58, 59)을 포함하는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 약간의 유극을 포함하는 켤레 프로파일을 가진 수 그루브(23) 및 암 그루브(24)는 볼(3)이 고장난 경우에도 내부 축(1)과 외부 축(2) 사이에서 토크가 전달될 수 있도록 내부 축(1) 상과 외부 축(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 부재(70, 80)는 상기 내부 축(1) 내에 배치되고, 내부 축(1)과 협동하는 두 레일(45)을 푸시하는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 부재(70, 80)는 상기 외부 축(2) 내에 배치되고, 외부 축(2)과 협동하는 두 레일(65)을 푸시하는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 부재(70, 80)는 그 일부가 상기 내부 축(1) 내에, 나머지는 외부 축(2) 내에 배치되고, 상기 탄성 부재(70, 80)는 관련 축(1, 2)과 협동하는 2개의 대응하는 레일(46, 65)을 푸시하는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제2 항에 있어서, 볼(3)은 하나 이상의 축방향 로우(20) 내에 배치되고,
- 각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(32)이 외부 축(2) 내에 배치되고, 그 단면은 서로에 대하여 기울어져 있고, 볼(3)과 접촉하게 되는 2개의 오목한 면(33, 34)을 포함하고,
- 각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(31)이 내부 축(1) 내에 배치되고, 그 단면은 바닥(35) 및 두 플랭크(36, 37)를 포함하고, 두 플랭크(36, 37)는 모두 원형 단면을 가지고, 그 중심(40)은 공통 축(4)을 통과하고 상기 로우(20)의 볼(3)의 중심 축을 통과하여 지나가는 정중면(30) 상에 있고, 상기 중심(40)은 볼(30)의 중심보다 상기 바닥(35)과 더 가깝고;
- 각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 두 레일(45)은 정중면(30)의 양측에 배치되고, 내부 축(1)의 축방향 그루브의 형상을 가진 볼록부(31)와 협동하고, 각각의 레일(45)은 축방향 바의 형상을 가지고, 그 단면은:
· 켤레 프로파일을 통해, 상기 볼(3)의 관련 부분과 접촉하도록 결정된 오목한 형상을 가진 내측 베어링 면(46); 및
· 켤레 프로파일을 통해, 오목한 형상의 대응하는 플랭크(36, 37)와 접촉하도록 결정된 볼록한 형상을 가진 외측 베어링 면(47);을 포함하고,
- 각각의 두 레일(45)은 서로에 대하여 기울어져 있고 그 각각이 대응하는 플랭크(36, 37)에 대략 수직인 바닥(35)의 대응하는 면(41, 42) 상에서 받쳐지는 2개의 축방향 바(71, 72-81, 82)를 포함하는 탄성 부재(70, 80)에 의해 푸시되어, 레일(45)은 로우(20)의 볼(3) 축 둘레로 피벗 및 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제2 항에 있어서, 볼은 하나 이상의 축방향 로우(20) 내에 배치되고,
- 각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(51)이 내부 축(1) 내에 배치되고, 그 단면은 서로에 대하여 기울어져 있고 볼(3)과 접촉하게 되는 2개의 오목한 면(53, 54)을 포함하고;
- 각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(52)이 외부 축(2) 내에 배치되고, 그 단면은 바닥(55) 및 2개의 플랭크(56, 57)를 포함하고, 두 플랭크(56, 57)는 모두 원형 단면을 가지고, 그 중심(60)은 공통 축(4)을 통과하고 상기 로우(20)의 볼(3)의 중심 축을 통과하여 지나가는 정중면(30) 상에 있고, 상기 중심(60)은 볼(3)의 중심보다 상기 바닥(55)과 더 가깝고;
- 각각의 로우(20)의 볼(3)에 대하여, 두 레일(65)은 정중면(30)의 양측에 배치되어 있고, 외부 축(2)의 축방향 그루브의 형상을 가진 오목한 부분(52)과 협동하고, 각각의 레일(65)은 축방향 바의 형상을 가지고, 그 단면은:
· 켤레 프로파일을 통해, 상기 볼(3)의 관련 부분과 접촉하도록 결정된 오목한 형상을 가진 내측 베어링 면(66); 및
· 켤레 프로파일을 통해, 오목한 형상의 대응하는 플랭크(56, 57)와 접촉하도록 결정된 볼록한 형상을 가진 외측 베어링 면(67)을 포함하고,
- 각각의 두 레일(65)은 서로에 대하여 기울어져 있고, 각각이 대응하는 플랭크(56, 57)에 대략 수직인 바닥(55)의 대응면(61, 62) 상에서 받쳐지는 두 축방향 바(71, 72-81, 82)를 포함하는 탄성 부재(70, 80)에 의해 푸시되어, 레일(65)은 로우(20)의 볼(3) 둘레로 피벗 또는 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제10 항 또는 제11 항에 있어서, 탄성 부재(70)는 금속이고, 두 축방향 바(71, 72)는 서로에 대하여 기울어져 있고, 각각의 축방향 바(71, 72)는:
· 대응하는 레일(45, 65)을 푸시하는 탄성 탭(73)이 제공되어 있고,
· 각각의 축 단부에 부착 부재(74, 75)를 가지고,
· 바닥(35, 55)의 대응하는 면(41, 42-61, 62) 상에서 받쳐지는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제10 항 또는 제11 항에 있어서, 상기 탄성 부재(80)는 탄성 재료이고, 서로에 대하여 기울어져 있는 2개의 축방향 바(81, 82)를 포함하고, 각각의 축방향 바(81, 82)는:
· 상기 대응하는 레일(45, 65)을 푸시하는 축방향의 불룩한 부분 또는 돌기(83, 84)가 제공되어 있고,
· 상기 바닥(35, 55)의 상기 대응하는 면(41, 42-61, 62) 상에서 받쳐지는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 볼(3)은 제1 축방향 로우(20) 내에 배열되고, 내부 축(1)에는 축방향 그루브(31, 51)가 제공되어 있고, 외부 축(2)에는 축방향 그루브(32, 52)가 제공되어 있고,
- 다른 축방향 로우(19)의 볼(3)은 제1 로우의 볼(20)과 정반대에 있고, 내부 축(1)의 축방향 그루브(51) 내에서 그리고 외부 축(2)의 축방향 그루브(32) 내에서 직접적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 볼(3)은 2개의 정반대의 축방향 로우(20) 내에 배치되고;
- 내부 축(1)에는 2개의 정반대의 축방향 그루브(31, 51)가 제공되어 있고;
- 외부 축(2)에는 2개의 정반대의 축방향 그루브(32, 52)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 볼(3)은 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 로우(20) 내에 배치되고,
- 내부 축(1)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 그루브(31, 51)가 제공되어 있고,
- 외부 축(2)에는 횡방향으로 서로에 대해 120°에 배치된 3개의 축방향 그루브(32, 52)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서, 자동차 스티어링 칼럼의 중간 부(7)에 적용되는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서, 자동차 스티어링 칼럼의 상부(6)에 적용되는 것을 특징으로 하는 두 축을 연결하는 장치.