KR20160134405A

KR20160134405A - 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법

Info

Publication number: KR20160134405A
Application number: KR1020150068406A
Authority: KR
Inventors: 박인석
Original assignee: 장인열처리(주)
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-11-23

Abstract

본 발명은 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법은 요크부를 형성한 튜브유닛(10)과, 상기 튜브유닛(10) 내주연의 축선 방향으로 신축가능하게 결합되는 샤프트유닛(20)이 형성된 차량 조향장치에 적용되는 조향장치용 유니버셜조인트의 상기 튜브유닛(10) 외주연에 끼움결합되도록 상기 튜브유닛 외주연 형상에 대응되게 밀착끼움통공(110)이 형성되어 길이방향으로 길게 형성되고, 상기 밀착끼움통공(110) 내주연 일면으로부터 외주연 일면에 직교되는 부분까지의 일정두께(T)로 형성되어 침탄 열처리과정에서 상기 튜브유닛(10)이 축선상 기준에서 변형률이 최소로 방지되는 변형방지부재(100);를 이용하여 제1준비단계(S100)-제2준비단계(S200)-변형방지 전처리단계(S300), 열처리단계(S400)를 통해 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛(10) 내주연 및 샤프트유닛(20)에 침탄 열처리에 따른 경도 및 심부경도를 가지도록 처리하고, 이와 함께 튜브유닛(10)의 변형방지를 최소화가 가능하여 뒤틀림 없는 높은 품질의 튜브유닛의 생산이 가능함에 따라 요구되는 기계적 강도 및 내구성 부여가 가능한 제품 제작이 가능하며, 열처리 제품의 제작공정 단축 및 생산시간, 생산비용이 절감될 수 있으며, 재사용이 가능하여 유지비용이 절감되는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법에 관한 것이다.

Description

조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법{How to avoid using the same tube deformation and strain relief member unit of universal joints for steering systems}

본 발명은 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유니버셜조인트의 기계적 강도와 내구성을 위한 침탄열처리에서 침탄처리와 함께 튜브유닛의 열변형을 방지하여 생산이 가능함에 따라 튜브유닛의 침탄 및 열변형에 따른 제품불량률이 낮고, 요구되는 경도를 가진 변형 없는 높은 품질의 튜브유닛의 생산이 가능하며, 변형에 따른 2차 가공이 필요 없어 생산성 향상과 생산비 절감이 가능하여 보다 양질의 부품을 대량생산이 가능한 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 조향휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 동력보조 조향장치가 사용되는데, 이와 같은 동력보조 조향장치에는 기존에 유압을 이용한 유압식 조향장치(HPS; Hydraulic Power Steering System)가 차량에 널리 이용되었으나, 최근에는 유압을 사용하던 기존의 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며 환경친화적인 전동식 조향장치(EPS; Electronic Power Steering System)가 차량에 보편적으로 설치되고 있다.

이와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 조향 앵글 센서 및 조향 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 조향휠의 회전각에 따른 조속한 조향휠의 복원력을 제공하여 비상 상황에서 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.

한편, 상기와 같은 전동식 조향장치는 운전자의 조향휠 회전력을 하측으로 전달할 수 있도록 조향휠과 기어박스의 사이에 배치되는 조향컬럼의 외부에 모터가 설치되어 그 내부의 조향축을 회전시킬 수 있도록 구성되어 조향휠 조타에 따른 운전자의 조향력을 보조하게 된다.

운전자가 조향휠을 원하는 방향으로 회전시키면 조향휠에 연결된 조향축이 회전하며, 조향축은 유니버설 조인트(Universal Joint)와 중간축(Intermediate Shaft)을 통하여 랙과 피니언 기어(Rack and Pinion Gear)로 구성되는 기어 박스에 회전력을 전달한다.

이때 기어 박스는 랙과 피니언 기어에 의해 조향축의 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸어 랙바(Rack Bar)로 전달하며, 랙바는 타이어의 너클(Knuckle)과 연결된 타이로드에 힘을 전달하여 자동차의 진행방향을 변경할 수 있도록 한다.

특히, 조향축과 기어박스 사이의 축은 입력축과 출력축이 동축선상으로 일치하지 않고 일정한 각도로 기울어진 구조라는 점에서 일반적인 축의 결합 방식으로는 동력을 전달할 수 없기 때문에 조향축이 일정한 각도로 변경될 수 있는 유니버설 조인트와 중간축의 사용이 필수적이다.

도 1은 일반적인 자동차 조향장치의 개략도로서, 운전자가 조향을 조작하는 조향휠(1)로부터 조향컬럼(2), 조향축(3), 중간축(4), 기어박스(5)에 이르기 까지 일련의 축연결로 이루어져 조향휠(1)의 회전이 기어박스(5)에 전달되어 자동차의 조향을 이루게 되어 있다.

또한, 차속센서(미도시), 조향 앵글 센서 및 조향 토크 센서(미도시) 등이 구비되어 이들에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(미도시)에서 감속기의 모터를 구동시켜 저속 운행시와 고속 운행시에 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 조속한 조향휠의 복원력을 제공하여 비상 상황에서 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 되어 있다.

이러한 자동차 조향장치에서는 조향축(3)의 하단을 기어박스(5)와 연결하되, 조향축(3)은 주변 여건상 임의의 각도로 기울어진 채 기어박스(5)와 연결되도록 되어 있기 때문에 이러한 조건을 만족하기 위해서 유니버설 조인트와 중간축(4)을 사용하게 된다.

도 2는 종래 기술에 의한 자동차 조향장치 중 유니버셜 조인트를 나타내는 사시도이고, 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 중간축(4)은 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 유니버설 조인트 및 일측에 장착된 유니버설 조인트에서 전달되는 회전력을 타측에 장착된 유니버설 조인트에 전달함과 동시에 축 방향으로 신축이 가능한 샤프트유닛(20)과 튜브유닛(10)을 구비하고 있다.

중간축(4)은 축의 회전력을 전달하며 축 방향으로 작용하는 힘에 의해 축이 신축되는 것으로서, 두 개의 요크(Yoke: 30)와 하나의 스파이더(40)로 구성되는 유니버설 조인트와, 요크(30)와 일체로 형성되며 중공 형상을 가지는 튜브유닛(10), 상기 튜브유닛(10)에 삽입되어 길이 방향의 힘을 흡수하는 샤프트유닛(20)을 포함하여 구성되며, 경우에 따라서는 튜브유닛(10)과 샤프트유닛(20) 사이에 구비되는 볼(50) 또는 부시(미도시) 등을 포함하여 구성될 수도 있다.

이와 같은 구성의 차량의 자동차 조향장치의 중간축(4)의 유니버셜조인트는 조향 토오크를 구동바퀴에 전달하는 기능 부품중 하나로서, 고도의 접촉 피로강도와 내마모성이 요구되는 부품이다.

따라서, 종래 유니버셜조인트는 튜브유닛, 샤프트유닛을 침탄열처리하여 고도의 접촉 피로강도와 내마모성이 우수하도록 처리한다. 통상 열처리에는 침탄 열처리 이외에도 침탄질화방법, 복합적인 질화열처리-산질화-연질화 열처리 등이 있지만 통상 침탄 열처리가 다른 열처리 방법에 비하여 높은 온도에서 처리하고 있어 부품의 변형이 빈번하게 발생된다.

이러한, 침탄 열처리방법은 통상 저탄소강 표면에 탄소를 침투시키는 열처리방법이다. 상기 침탄 열처리방법은 일반적으로 널리 사용되고 있는 방법으로 프로판, LNG, 벤젠 등을 이용하여 탄소를 침투시킨다. 그리고, 계속해서 온도를 상승시켜가며 통상 850~930℃에서 온도변화와 시간을 조절하여 경화층, 변형량을 조절하고, 이후, 온도를 하강시켜 800~860℃, 30분 시간범위 정도 유지후 냉각제로 오일, 가스, 염욕 중 선택하여 냉각을 시킴으로써, 표면경도 및 심부 경도를 얻게 된다.

이와 같은 침탄 열처리방법에서 850~930℃ 구간에서는 온도가 상승하고, 온도에 노출되는 시간이 짧을수록 변형률이 높아지고, 800~860℃ 구간에서 온도가 높을 수록 심부경도가 높고, 낮을 수록 심부경도가 떨어진다. 또한, 냉각에서 심부경도를 크게 하고자 할 경우 오일이 심부경도가 가장크고, 그 다음으로 염욕-가스 순이다.

따라서, 각 부품간의 특성에 따라 표면경도와 심부경도를 적절히 조절하여야만 기계적 성질이 우수하고, 내구성이 향상된 제품의 생산이 가능하다.

하지만, 상술한 바와 같이 침탄 열처리방법은 상당히 높은 온도구간에서 열처리하고, 냉각함에 따른 변형률이 높은 단점이 있다. 따라서, 부품의 변형률을 조절할 수 있는 적절한 방법이 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 튜브유닛 및 샤프트유닛을 침탄열처리시, 샤프트유닛의 경우에는 봉형태로 내부에 빈 공간이 없어 샤프트의 중심축선상의 변형률은 낮아 힘을 전달하는 축의 역할을 하는 데 큰 무리가 없다. 하지만, 튜브유닛의 경우에는 내부가 중공을 형성하고 있어 사실상 열처리되는 외주연이 변형이 되면 전체 축선이 삐뚤어져 사실상 사용이 불가능하다. 이러한, 변형은 축선상 기준에서 통상 30~80㎛의 변형을 가져온다.

그러므로, 앞서 상술한 바와 같이 침탄 열처리시 튜브유닛의 열처리를 위해서는 30~80㎛보다 작은 변형률로 최소화하여 축선상의 변형이 없도록 하여야 하기 때문에 이를 위한 것이 시급히 요구되고 있는 실정이고, 이를 통해 생산성 향상과 생산비 절감 등에 큰 영향을 주는 것은 자명한 것이다.

1) 대한민국 공개특허 제10-2012-0034278호, 공개일자 2012년 04월 12일.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛을 침탄 열처리시 변형을 변형방지부재에 의해 변형방지되도록 하여 튜브유닛의 축선상의 직선도가 올바르게 형성되도록 하면서 기계적 강도와 내마모성이 우수하도록 침탄 열처리되도록 함에 따라 열처리 제품의 제작공정 단축 및 생산시간, 생산비용이 절감될 수 있고, 지속적으로 재사용이 가능한 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재는 요크부를 형성한 튜브유닛(10)과, 상기 튜브유닛(10) 내주연의 축선 방향으로 신축가능하게 결합되는 샤프트유닛(20)이 형성된 차량 조향장치에 적용되는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛에 있어서, 상기 튜브유닛(10) 외주연에 끼움결합되도록 상기 튜브유닛 외주연 형상에 대응되게 밀착끼움통공(110)이 형성되어 길이방향으로 길게 형성되고, 상기 밀착끼움통공(110) 내주연 일면으로부터 외주연 일면에 직교되는 부분까지의 일정두께(T)로 형성되어 침탄 열처리과정에서 상기 튜브유닛(10)이 축선상 기준에서 변형률이 최소로 방지되는 변형방지부재(100);가 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 변형방지부재(100)는 철 또는 비철소재 중 어느 하나로 형성되고, 일정두께(T)는 1.0mm~20.0mm이고, 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)에 따라 상기 튜브유닛(10)의 축선상 기준에서의 변형률이 2~20㎛ 인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재를 이용한 변형방지방법은 요크부를 형성한 튜브유닛(10)과, 상기 튜브유닛(10) 내주연의 축선 방향으로 신축가능하게 결합되는 샤프트유닛(20)이 형성된 차량 조향장치에 적용되는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지방법에 있어서, 차량 조향장치용 유니버셜조인트의 요크부를 형성한 튜브유닛(10)을 준비하는 제1준비단계(S100)와; 상기 튜브유닛(10) 외주연에 끼움결합되도록 상기 튜브유닛 외주연 형상에 대응되게 밀착끼움통공(110)이 형성되어 길이방향으로 길게 형성되고, 상기 밀착끼움통공(110) 내주연 일면으로부터 외주연 일면에 직교되는 부분까지의 일정두께(T)를 가진 철 또는 비철소재 중 어느 하나로 형성된 변형방지부재(100)를 준비하는 제2준비단계(S200)와; 상기 제2준비단계를 통해 준비된 변형방지부재(100)의 상기 밀착끼움통공(110)에 끼움결합되는 상기 튜브유닛(10)의 변형률를 낮추어 조절 결정하도록 상기 튜브유닛(10) 외주연을 상기 밀착끼움통공(110)에 끼움결합하고, 이를 통해 상기 튜브유닛(10)의 변형률을 최소화하여 상기 튜브유닛(10)의 내주연에 변형에 따른 간섭없이 신축가능하게 샤프트유닛(20)이 원활하게 결합되도록 처리하는 변형방지 전처리단계(S300)와; 침탄 열처리방법을 통해 상기 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛(10)과 샤프트유닛(20)을 한 번의 열처리로 상기 튜브유닛(10)의 내주연과 상기 튜브유닛(10)의 내주연에 신축가능하게 결합되는 샤프트유닛(20)의 경도는 요구되는 경도를 가지도록 처리하고, 상기 튜브유닛(10)의 축선상을 기준으로 변형률이 최소화되도록 상기 변형방지 전처리단계를 통해 결합된 상기 변형방지부재(100)를 통해 변형률이 최소화되는 열처리단계(S400);를 포함한다.

여기서, 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)는 1.0mm~20.0mm이고, 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)에 따라 상기 튜브유닛(10)의 축선상 기준에서의 변형률이 2~20㎛ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛을 침탄 열처리시 변형을 변형방지부재에 의해 변형방지되도록 하여 튜브유닛의 축선상의 직선도가 올바르게 형성되도록 하면서 기계적 강도와 내마모성이 우수하도록 침탄 열처리되도록 함에 따라 열처리 제품의 제작공정 단축 및 생산시간, 생산비용이 절감될 수 있고, 지속적으로 재사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 조향장치용 유니버셜조인트가 결합된 조향장치 전체 측면도이다.
도 2는 종래의 조향장치용 유니버셜조인트의 요부 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재의 전체 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재에 의한 튜브유닛 변형방지되는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재를 이용한 변형방지방법의 블럭도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재와 이를 이용한 변형방지방법의 실시예에 따른 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재의 전체 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재에 의한 튜브유닛 변형방지되는 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재를 이용한 변형방지방법의 블럭도이다.

본 발명에 따른 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재는 도 2에 도시된 바와 같이, 샤프트유닛(20)이 결합되는 튜브유닛(10)의 내주연에 기계적 강도와 내구성을 위한 침탄 열처리 과정에서 축선상 기준으로 변형이 발생되는 것을 방지하여 튜브유닛(10)의 축선상의 직선도를 유지하고, 이를 통해 결합되는 샤프트유닛(20)과의 상호 유기적 작용이 원활하게 이루어지도록 튜브유닛(10) 외주연 형상에 대응되게 형성되고, 일정두께(T)로 형성된 변형방지부재(100)로 커버링하여 한 번의 열처리공정으로 튜브유닛(10)의 경도부여와 변형방지를 동시에 만족할 수 있도록 형성함으로써, 상기 튜브유닛(10)의 요구되는 기계적 강도 및 내구성 부여와 함께 축선상의 직선도를 유지하기 위한 변형률을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 열처리 제품의 제작공정 단축 및 생산시간, 생산비용이 절감, 재사용으로 인한 유지비용이 절감될 수 있다. 즉, 상기 변형방지부재에 의해 튜브유닛(10)의 냉각속도를 낮춤으로써, 경도 조정시 제품 변형이 방지되어 제품불량을 최소화할 수 있는 것이다.

이와 같은 상기 변형방지부재(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 튜브유닛(10) 외주연 형상에 대응되게 형성되어 상기 튜브유닛(10) 외주연에 끼움결합된다. 그리고, 상기 변형방지부재(100)는 튜브유닛 외주연 형상에 대응되게 밀착끼움통공(110)이 형성되어 길이방향으로 길게 형성된 원통형상으로 형성된다. 여기서, 상기 밀착끼움통공(110) 내주연 일면으로부터 외주연 일면에 직교되는 부분까지의 일정두께(T)로 형성되어 열처리과정에서 상기 튜브유닛(10)의 축선상의 직선도의 변형률이 최소화되고, 열처리에 따른 내주연의 경도부여가 가능하게 열처리되도록 형성된다. 즉, 상기 변형방지부재(100)에 의해 열처리시 상기 튜브유닛(10)의 내주연에는 침탄에 따른 경도가 부여되고, 열처리과정에서 냉각시 튜브유닛(10)의 축선상의 직선도 불량을 초래하는 변형률을 최소화되어 생산됨에 따라 샤프트유닛(20)이 결합되는 튜브유닛(10)의 내주연의 축선상의 직선도 또한 유지하게 되어 불량없는 튜브유닛(10)의 생산이 가능하다.

즉, 상기 변형방지부재(100)의 밀착끼움통공(110)에 결합된 상태로 상기 튜브유닛(10)이 구비되어 있어 튜브유닛을 가열하여 팽창후, 냉각되면서 변형되는 부분을 상기 변형방지부재(100)가 거푸집과 같이 붙잡아준 상태로 냉각되기 때문에 상기 튜브유닛의 냉각에 따른 변형 및 열처리 과정에서 열변형이 방지되는 것이다. 더욱이, 상기 변형방지부재(100)에 의해 오일냉각시 직접적으로 냉각이 방지되어 냉각속도가 떨어지고, 이에 따라 상기 튜브유닛(10)의 변형이 최소화되는 것이다.

여기서, 상기 변형방지부재(100)는 하나의 실시예를 둔 것으로, 상기 변형방지부재(100)의 형상은 튜브유닛(10) 외주연 형상 및 변형률에 따라 다양한 형태로 실시 할 수 있다.

이와 같은 튜브유닛(10)을 축선상의 직선도에서 크게 벗어나지 않도록 변형률을 최소화하여 생산이 가능하도록 형성된 상기 변형방지부재(100)는 [표 1]에 나타난 바와 같이, 변형방지부재(100)의 두께에 따라 튜브유닛(10)의 변형률이 다르게 형성된다. 여기서, 상기 변형방지부재(100)는 철 또는 비철소재 중 어느 하나를 선택하여 형성하는 것이 바람직하다. 아래의 [표 1]은 철을 일정 두께 별로 가공하여 나온 결과이다.

상기 변형방지부재(100)를 튜브유닛(10)의 외주연에 결합하지 않은 상태에서는 튜브유닛의 변형률이 30~80㎛로 형성되어 통상 튜브유닛(10)의 축선상의 직선도에서 상당히 벗어나게 형성됨에 따라 불량처리되고 있다. 따라서, 상기 튜브유닛(10)의 변형률을 30㎛ 미만으로 형성하여 축선상의 직선도를 유지하도록 함에 따라 샤프트유닛이 결합되어 축선상으로 힘의 전달을 요구하는 부품으로 적합하다.

변형방지부재 두께(T=mm)	축선상 기준 0점에서 변형률(㎛)
1T~2T	14~20
3T~4T	8~13
5T	6~7
6T	5
7T~20T	4~2

따라서, [표 1]에 나타난 바와 같이, 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)는 1~20mm이고, 상기 변형방지부재의 일정두께(T)에 따라 축선상 기준을 0점으로 하여 변형률 2~20㎛ 범위에서 최소화가 가능하다. 여기서, 상기 변형방지부재(100)는 표에 나타난 바와 같이, 3T~6T의 두께를 가질 때 가장 변형률이 좋고, 경제적이다. 한편, 변형률을 보다 낮출려면 7T~20T까지 선택적으로 사용하면 되지만 효과 대비 경제성에서 떨어지고, 변형방지부재(100) 두께를 1T~2T 최저로 하여 경제성을 고려할 때에는 변형률이 높아지게 된다.

즉, 열처리에 따른 변형률은 상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 변형방지부재의 두께에 따라 조정이 가능하고, 이에 따라 요구되는 최소의 변형률에 따라 상기 변형방지부재(100)의 두께를 결정하여 튜브유닛(10)의 침탄 열처리에 적용함으로써, 불량률이 최소화된 튜브유닛(10)의 생산이 가능하다. 더욱이, 본원 발명의 변형방지부재(100)는 재사용이 가능하여 유지비용이 절감될 수 있는 것이다.

이와 같은 변형방지부재를 사용함에 있어 튜브유닛(10)의 열처리를 위해서는 통상의 열처리방법에서 고온에 따른 열변형과 냉각과정에서 변형이 발생될 수 있으나, 상기 변형방지부재(100)가 튜브유닛(10) 외주연에 결합된 상태에서는 가열시 팽창에 따른 열변형이나 냉각시 수축에 따른 변형을 방지하면서 열처리되고, 경도의 조정도 가능하게 된다.

한편, 이와 같은 변형방지부재(100)를 이용한 변형방지방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1준비단계(S100), 제2준비단계(S200), 변형방지 전처리단계(S300), 열처리단계(S400)를 통해 제작된다.

상기 제1준비단계(S100)는 튜브유닛(10)과 샤프트유닛(20)이 구성된 차량 조향장치용 유니버셜조인트를 준비한다.

상기 제2준비단계(S200)는 상기 유니버셜조인트의 튜브유닛(10) 외주연 형상에 대응되게 형성되어 끼움결합되는 밀착끼움통공(110)이 형성되고, 상기 밀착끼움통공(110)으로부터 열처리에 따른 변형방지를 위해 선택되는 일정두께(T)를 가진 변형방지부재(100)를 준비한다.

다음으로, 상기 변형방지 전처리단계(S300)는 상기 제2준비단계를 통해 준비된 변형방지조정부재(100)의 상기 밀착끼움통공(110)에 끼움결합되는 튜브유닛(10)의 변형률을 최소화하고, 튜브유닛에 경도를 부여하도록 상기 유니버셜조인트의 튜브유닛(10)을 상기 밀착끼움통공(110)에 끼움결합하여 침탄 열처리공정에서 튜브유닛(10) 및 샤프트유닛(20)에 침탄처리되어 높은 경도가 부여되고, 상기 변형방지부재의 결합에 의해 튜브유닛(10)의 열변형 및 냉각변형이 방지되어 처리한다. 여기서, 상기 변형방지부재(100)의 두께에 따라 튜브유닛(10)의 변형률의 차이가 발생되어 튜브유닛의 축선상의 직선도에 직접적 영향을 줄 수 있는 변형률이 최소화되도록 형성된다.

다음으로, 열처리단계(S400)는 상기 변형방지 전처리단계를 통한 튜브유닛(10)의 변형률이 최소화되고, 튜브유닛(10) 및 샤프트유닛(20)의 침탄 경도가 부여되도록 침탄 열처리를 통해 상기 조향장치용 유니버셜조인트를 한 번의 열처리로 튜브유닛(10)에 경도부여 및 변형률을 최소화하여 축선상의 직선도 불량으로 인한 제품불량을 줄이고, 한 번의 열처리로 별도의 후가공 없이 고품질의 상기 튜브유닛(10) 및 샤프트유닛(20)의 생산이 가능하도록 한다.

여기서, 상기 열처리단계에서는 중공을 형성한 튜브유닛(10)이 열처리 및 냉각과정에서 변형률로 인해 축선상의 직선도 불량률이 높기 때문에 튜브유닛의 외주연을 잡아주어 경도부여와 변형률을 최소화하도록 상기 변형방지부재(100)를 통해 가능한 것으로, 통상 유니버셜조인트의 튜브유닛(10) 외주연의 변형을 잡아주는 지그와 같은 역할을 수행하여 변형이 방지되는 것이다.

즉, 상기 변형방지부재(100)에 의해 튜브유닛(10)의 외주연 결합이 없을 경우에는 온도 상승에 따른 열처리 후, 냉각시 빠른 냉각속도로 인해 튜브유닛(10) 외주연의 열변형 및 냉각변형이 초래되어 별도의 2차적인 후가공이 필요하거나 제품불량으로 폐기하는 문제점을 초래하게 된다.

따라서, 앞서 [표 1]에 나타난 바와 같이, 상기 변형방지 전처리단계에서 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)를 1~20mm 범위에서 조정하고, 상기 열처리단계에서 열처리함에 따라 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)에 따른 변형률이 2~20㎛ 인 것을 확인할 수 있었고, 이는 튜브유닛(10)의 중심축선을 0점으로 기준하여 최소로 변형되도록 조정이 가능한 것은 자명한 것이며, 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)가 7mm 이상이면 상기 열처리단계에서 변형방지 효과가 더 가능하여 축선상을 기준으로 변형률을 0에 가깝게 할 수 있으나, 이는 경제적 부분과 작업용이성을 고려하여 최적의 두께로 적용하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 변형방지부재(100)를 튜브유닛(10)에 결합하여 열처리시, 온도, 시간, 냉각에 따른 유니버셜조인트의 변형없이 원하는 경도를 얻을 수 있고, 유니버셜조인트 이외에도 다양한 산업분야에서 열처리가 요구되는 부분에 변형률을 최소화하여 적용이 가능하다.

이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

1 : 조향휠 2 : 조향컬럼
3 : 조향축 4 : 중간축
5 : 기어박스 10 : 유니버셜조인트
10 : 튜브유닛 20 : 샤프트유닛
30 : 요크
100 : 경도 조정부재 110 : 기밀홈
S100 : 제1준비단계 S200 : 제2준비단계
S300 : 변형방지 전처리단계 S400 : 열처리단계

Claims

요크부를 형성한 튜브유닛(10)과, 상기 튜브유닛(10) 내주연의 축선 방향으로 신축가능하게 결합되는 샤프트유닛(20)이 형성된 차량 조향장치에 적용되는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛에 있어서,
상기 튜브유닛(10) 외주연에 끼움결합되도록 상기 튜브유닛 외주연 형상에 대응되게 밀착끼움통공(110)이 형성되어 길이방향으로 길게 형성되고, 상기 밀착끼움통공(110) 내주연 일면으로부터 외주연 일면에 직교되는 부분까지의 일정두께(T)로 형성되어 침탄 열처리과정에서 상기 튜브유닛(10)이 축선상 기준에서 변형률이 최소로 방지되는 변형방지부재(100);가 형성된 것을 특징으로 하는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 열처리 경도 조정부재.
제 1항에 있어서,
상기 변형방지부재(100)는 철 또는 비철소재 중 어느 하나로 형성되고, 일정두께(T)는 1.0mm~20.0mm이고, 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)에 따라 상기 튜브유닛(10)의 축선상 기준에서의 변형률이 2~20㎛ 인 것을 특징으로 하는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재.
요크부를 형성한 튜브유닛(10)과, 상기 튜브유닛(10) 내주연의 축선 방향으로 신축가능하게 결합되는 샤프트유닛(20)이 형성된 차량 조향장치에 적용되는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지방법에 있어서,
차량 조향장치용 유니버셜조인트의 요크부를 형성한 튜브유닛(10)을 준비하는 제1준비단계(S100)와;
상기 튜브유닛(10) 외주연에 끼움결합되도록 상기 튜브유닛 외주연 형상에 대응되게 밀착끼움통공(110)이 형성되어 길이방향으로 길게 형성되고, 상기 밀착끼움통공(110) 내주연 일면으로부터 외주연 일면에 직교되는 부분까지의 일정두께(T)를 가진 철 또는 비철소재 중 어느 하나로 형성된 변형방지부재(100)를 준비하는 제2준비단계(S200)와;
상기 제2준비단계를 통해 준비된 변형방지부재(100)의 상기 밀착끼움통공(110)에 끼움결합되는 상기 튜브유닛(10)의 변형률를 낮추어 조절 결정하도록 상기 튜브유닛(10) 외주연을 상기 밀착끼움통공(110)에 끼움결합하고, 이를 통해 상기 튜브유닛(10)의 변형률을 최소화하여 상기 튜브유닛(10)의 내주연에 변형에 따른 간섭없이 신축가능하게 샤프트유닛(20)이 원활하게 결합되도록 처리하는 변형방지 전처리단계(S300)와;
침탄 열처리방법을 통해 상기 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛(10)과 샤프트유닛(20)을 한 번의 열처리로 상기 튜브유닛(10)의 내주연과 상기 튜브유닛(10)의 내주연에 신축가능하게 결합되는 샤프트유닛(20)의 경도는 요구되는 경도를 가지도록 처리하고, 상기 튜브유닛(10)의 축선상을 기준으로 변형률이 최소화되도록 상기 변형방지 전처리단계를 통해 결합된 상기 변형방지부재(100)를 통해 변형률이 최소화되는 열처리단계(S400);를 포함하는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재를 이용한 변형방지방법.
제 3항에 있어서,
상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)는 1.0mm~20.0mm이고, 상기 변형방지부재(100)의 일정두께(T)에 따라 상기 튜브유닛(10)의 축선상 기준에서의 변형률이 2~20㎛ 인 것을 특징으로 하는 조향장치용 유니버셜조인트의 튜브유닛 변형방지부재를 이용한 경도 조정 열처리방법.