KR20150003491A - 스티어링 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어퍼 샤프트와 로어 샤프트를 포함하는 스티어링 샤프트에 관한 것으로, 어퍼 샤프트는 어퍼 샤프트의 일측에 형성되며 내부에 로어 샤프트가 삽입되도록 로어 샤프트 쪽으로 개구된 중공부가 형성된 확관부와, 중공부의 내주면에 형성된 세레이션부, 및 확관부의 외주면에 형성된 키홈부를 포함하여 고주파 열처리 과정이 불필요해져 부품의 열변형으로 인한 조립 불량의 문제가 해소됨과 아울러 설계 자유도를 높일 수 있는 이점이 있다.

Description

스티어링 샤프트{STEERING SHAFT}

본 발명은 스티어링 샤프트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스티어링 샤프트를 구성하는 어퍼 샤프트에 키홈 및 세레이션부가 형성된 스티어링 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전동 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.

이러한 EPS는 스티어링 샤프트가 포함된 스티어링 칼럼 기구가 구비되며, 스티어링 칼럼 기구는 차량의 충돌 사고시 차체 파손에 의해 조향장치가 운전자 측으로 돌출하여 운전자에게 위해를 주는 것을 방지함과 아울러 관성에 의해 운전자가 조향장치에 부딪혔을 때의 충격을 완화할 목적으로 충격에너지 흡수구조로 제조되고 있다.

이러한 충격에너지 흡수를 위한 구조를 구체적으로 설명하면, 우선, 스티어링 샤프트는 스티어링 휠(Steering Wheel) 쪽으로 이어진 어퍼 샤프트(upper shaft)와, 이에 결합되는 로어 샤프트(lower shaft)로 구성되며, 어퍼 샤프트와 로어 샤프트가 상호 세레이션(serration) 결합되는 구조를 가짐으로써, 스티어링 샤프트가 축방향으로 압축 변형되는 구조로 이루어진다.

한편, 어퍼 샤프트의 측면에는 키(key)를 꽂아 회전시킴으로써 차량의 시동 및 주변기기 등에 공급되는 전원을 조절할 수 있도록 하는 키 셋트(Key Set)가 마련된다.

그리고, 이 키 셋트는 차량의 도난방지기능을 위해 키를 제거하면, 락킹 바(Locking Bar)가 동작하여 스티어링 샤프트 및 이와 연결된 스티어링 휠의 회전을 제한하게 된다.

도 1은 하기 특허문헌에 개시된 종래의 스티어링 샤프트의 일례를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 스티어링 샤프트는 어퍼 샤프트(2)와 로어 샤프트(4)로 구성된다.

어퍼 샤프트(2)에 세레이션부(3)가 형성되며, 로어 샤프트(4)에도 이에 대응하여 세레이션부(5)가 형성된다. 이 세레이션부(3,5)가 상호 세레이션 결합됨으로써 어퍼 샤프트(2)와 로어 샤프트(4)가 상호 압축 변형 가능하게 결합된다.

이때 어퍼 샤프트(2)에는 상기한 록킹바에 의한 스티어링 샤프트의 회전잠금을 위하여 슬롯이 형성된 록킹부재(미도시)를 용접 결합하기도 하는데, 이 경우 제조공정이 복잡해져 제품의 생산성이 저하됨은 물론, 제조 원가가 상승하는 문제가 있었다.

특히 용접시 발생하는 열에 의해 소재의 특성이 변하게 되고, 이로 인해 강도와 내구성이 떨어져 제품의 안전성과 신뢰성이 크게 저하되는 문제가 있었다.

또한, 어퍼 샤프트 제조를 위해 록킹부재를 별도로 구비해야 함으로써, 제품의 경량화도 어려웠다.

도 2에 도시된 어퍼 샤프트(2)는 상기한 문제점을 해결하기 위한 구조를 제시하는 것으로, 어퍼 샤프트(2)의 일측 부위가 확관부(6)로 형성되고, 이 확관부(6)의 외주면에 전술한 락킹바가 삽입될 수 있는 관통홀 형태의 키 홀(8)을 형성하며, 전술한 세레이션부(3)는 확관부의 아래쪽 영역(7)의 내주면에 형성된다.

이러한 구조에서는, 확관부(6)에서의 키 홀(8) 형성으로 인해 세레이션부는 확관부(6)의 아래쪽 영역(7)에 형성될 수밖에 없다. 결국, 어퍼 샤프트(2)는 전체 길이 상에서 키 홀(8)을 형성하는 확관부(6)와, 이와 이격되어 세레이션부를 형성하는 영역(7)이 모두 갖춰야 하며, 이로 인해 어퍼 샤프트(2)의 길이가 충분히 확보되어야 하는 문제를 수반한다. 따라서, 종래의 스티어링 샤프트는 설계상 필요로 어퍼 샤프트(2)의 길이를 단축시킬 필요가 있는 경우에 단축 정도에 한계를 갖는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 키 홀(8) 주위의 제품 강성 향상을 위해 고주파 열처리를 수반하게 되는데, 고주파 열처리 가공이 쉽지 않고 열처리에 따른 비용 소모로 제조 원가를 상승시키는 문제가 있다. 또한, 이러한 열처리는 어퍼 샤프트(2)의 열변형을 초래하게 되는데, 이로 인해 어퍼 샤프트(2)에 로어 샤프트(4)를 세레이션 결합할 때 조립 불량이 빈번히 발생하는 문제가 있다.

특허문헌: 한국공개특허 제10-2011-0096262호

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 설계상 자유도를 높일 수 있고, 또한 고주파 열처리에 따른 열변형 문제를 수반하지 않는 스티어링 샤프트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 스티어링 샤프트는 어퍼 샤프트와 로어 샤프트를 포함하며, 상기 어퍼 샤프트는 상기 어퍼 샤프트의 일측에 형성되며 내부에 상기 로어 샤프트가 삽입되도록 상기 로어 샤프트 쪽으로 개구된 중공부가 형성된 확관부, 상기 중공부의 내주면에 형성된 세레이션부, 및 상기 확관부의 외주면에 형성된 키홈부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스티어링 샤프트에 있어서, 상기 키홈부는 상기 확관부의 외주면에서 원주 방향을 따라 이격 형성되는 다수로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스티어링 샤프트에 있어서, 상기 키홈부는 단조 성형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스티어링 샤프트에 있어서, 상기 키홈부 형성 영역과 상기 세레이션부 형성 영역은 상기 확관부에서 상기 어퍼 샤프트의 지름방향으로 적어도 일부 영역이 서로 중첩될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 키홈부가 홈 형태로 확관부에 형성됨으로써 키홈부와 세레이션부는 지름방향에서 서로 중첩되면서 확관부에 모두 형성될 수 있다. 따라서, 설계상 자유도를 높일 수 있고, 스티어링 샤프트의 길이 설계에 있어서 단축 정도가 제한되었던 종래의 문제점은 해소될 수 있다.

뿐만 아니라, 키홈부가 전술한 바와 같이 단조 성형으로 형성됨으로써 고주파 열처리 과정이 불필요해진다. 이로 인해 열처리에 따른 형상 변형이 발생하지 않으며, 어퍼 샤프트와 로우 샤프트의 결합시 발생되는 조립 불량의 문제도 해소될 수 있다.

도 1은 종래의 스티어링 샤프트를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 어퍼 샤프트를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 샤프트의 어퍼 샤프트를 나타낸 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 A영역의 확대 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 샤프트에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있으며, 도면에 도시된 예는 다양한 실시예 중 일례로서 도시된 것에 불과하다. 이러한 도면을 참조하여 설명되었다 하여 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 결합되어 있다거나 연결되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되어 있거나 또는 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접 결합되어 있다거나 직접 연결되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 샤프트의 어퍼 샤프트를 나타낸 사시도, 도 4는 도 3에 도시된 A영역의 확대 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 샤프트는, 어퍼 샤프트(100)와 로어 샤프트(도 1의 부호 4 참조)를 포함하며, 어퍼 샤프트(100)는 어퍼 샤프트(100)의 일측에 형성되며 내부에 로어 샤프트(4)가 삽입되도록 로어 샤프트(4) 쪽으로 개구된 중공부(111)가 형성된 확관부(110)와, 중공부(111)의 내주면에 형성된 세레이션부(112), 및 확관부(110)의 외주면에 형성된 키홈부(113)를 포함한다.

어퍼 샤프트(100)는 스티어링 휠의 조작력을 스티어링 기어의 웜기어에 직접적으로 전달하는 축으로, 어퍼 샤프트(100)의 상단에는 스티어링 휠이 결합될 수 있도록 나사산이 가공되고, 하단에는 로어 샤프트(4)가 결합된다.

이러한 어퍼 샤프트(100) 제조방법의 일례를 설명하면, 먼저 튜브형의 소재를 절단기를 통해 절단하여 준비하고, 절단된 소재에 쇼트블라스트를 통해 표면의 이물질을 제거할 수 있다. 이물질이 제거된 소재의 표면을 피막 처리할 수 있으며, 소재는 피막 생성에 의해 방청성, 내식성, 내고온 산화성 등의 화학적 성질이 향상될 수 있다. 그리고 경도 내마모성이 증가될 수 있다.

표면 처리된 소재는 외경이 축소되는 축관 성형이 이루어질 수 있으며, 이러한 축관 성형으로 인해 어퍼 샤프트(100)의 일측(로우 샤프트가 결합되는 측) 부위는 축관 성형된 어퍼 샤프트(100)의 타측 부위보다 상대적으로 직경이 큰 확관부(110)를 형성하게 된다.

이처럼, 어퍼 샤프트(100)의 일측, 즉 로우 샤프트가 결합되는 측에는 확관부(110)가 형성되며, 이러한 확관부(110)의 외주면에는 키홈부(113)가 형성된다.

키홈부(113)는 단조 성형으로 형성될 수 있다. 키홈부(113)는 공지된 다양한 단조 성형방법에 의해 형성될 수 있으며, 이때 전술한 축관 성형 이전에 확관부(110)로 형성될 부위의 외주면에 미리 키홈부(113)를 형성시킬 수 있다. 단조 성형된 키홈부(113)의 내측면은 다양한 가공방법에 의해 깨끗하게 후처리 가공될 수 있다. 이러한 키홈부(113)에는 록킹바(미도시)가 안정적으로 록킹될 수 있다. 키홈부(113)는 종래의 스티어링 샤프트와 같이 관통홀 형태로 형성되는 것이 아니라, 단조 성형에 의해 확관부(110)의 외주면에서 함몰된 홈 형상으로 형성된다. 그리고, 키홈부(113)는 확관부(110)에서 원주 방향을 따라 이격되는 다수로 형성될 수 있으며, 다수의 키홈부(113)는 등간격으로 이격되도록 형성될 수 있다.

키홈부(113)가 형성된 어퍼 샤프트(100)는 압출기를 통해 가압 하중을 작용시키는 등의 공정을 통해 확관부(110)의 내부에 세레이션부(112)가 형성되도록 할 수 있다. 이러한 과정을 거친 확관부(110)의 내부에는 로우 샤프트(4)가 결합되는 쪽으로 개구된 중공부(111)가 형성됨과 아울러, 중공부(111)의 내주면에 세레이션부(112)가 형성된다.

전술한 일례로 든 제조방법에 의해 제조된 어퍼 샤프트(100)는, 확관부(110)의 외주면에 키홈부(113)가, 그리고 확관부(110)의 내주면에 세레이션부(112)가 형성되며, 이때 키홈부(113) 형성 영역과, 세레이션부(112) 형성 영역은 각 영역의 적어도 일부 영역이 어퍼 샤프트(100)의 지름방향에 대하여 상호 중첩된다. 도 4에 도시된 일례에서는 키홈부(113)의 길이 전체가 세레이션부(112)의 길이 영역 내에 중첩되는 예를 도시하고 있다.

본 실시예의 키홈부(113)가 이처럼 홈 형태로 확관부(110)에 형성됨으로써 키홈부(113)와 세레이션부(112)는 지름방향에서 서로 중첩되면서 확관부(110)에 모두 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면 종래의 스티어링 샤프트에서와 같이 키 홀이 형성되는 영역과 세레이션부가 형성되는 영역이 길이 상에서 이격되어 형성될 수밖에 없고 이로 인해 스티어링 샤프트의 길이 설계에 있어서 단축 정도가 제한되었던 문제점은 해소될 수 있다.

뿐만 아니라, 키홈부(113)가 전술한 바와 같이 단조 성형으로 형성됨으로써 고주파 열처리 과정이 불필요해진다. 따라서, 본 실시예는 열처리에 따른 형상 변형이 발생하지 않으며, 로우 샤프트(4)와의 결합시 발생되는 조립 불량의 문제도 해소될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100; 어퍼 샤프트
110; 확관부
111; 중공부
112; 세레이션부
113; 키홈부

Claims (4)

1. 어퍼 샤프트(upper shaft)와 상기 어퍼 샤프트에 세레이션(serration) 결합되는 로어 샤프트(lower shaft)를 포함하는 스티어링 샤프트(steering shaft)에 있어서,
   상기 어퍼 샤프트는,
   상기 어퍼 샤프트의 일측에 형성되며, 내부에 상기 로어 샤프트가 결합되도록 상기 로어 샤프트 쪽으로 개구된 중공부가 형성된 확관부;
   상기 중공부의 내주면에 형성된 세레이션부; 및
   상기 확관부의 외주면에 형성된 키홈부를 포함하는 스티어링 샤프트.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 키홈부는 상기 확관부의 외주면에서 원주 방향을 따라 이격 형성되는 다수로 이루어지는 스티어링 샤프트.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 키홈부는 단조 성형으로 형성되는 스티어링 샤프트.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 확관부에서, 상기 키홈부 형성 영역과 상기 세레이션부 형성 영역은 상기 어퍼 샤프트의 지름방향으로 적어도 일부 영역이 서로 중첩되는 스티어링 샤프트.

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