KR20170140727A

KR20170140727A - 차량의 드라이브 샤프트

Info

Publication number: KR20170140727A
Application number: KR1020160073415A
Authority: KR
Inventors: 장달수; 서종욱
Original assignee: 이래에이엠에스 주식회사
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-12-21
Also published as: KR101891134B1

Abstract

차량의 드라이브 샤프트의 중간 샤프트는, 길이 방향으로 연장되는 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 상기 아웃터 하우징의 보어에 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 삽입되는 인너 샤프트, 그리고 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함한다. 상기 볼 스플라인 구조는 상기 보어에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 각각의 볼 트랙에 일렬로 이동 가능하게 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 볼 케이지를 포함한다. 상기 볼 트랙 내에 일렬로 배치된 복수의 볼의 유격은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 증가한다.

Description

차량의 드라이브 샤프트{Driveshaft for vehicles}

본 발명은 차량의 구동 계통에 사용되는 드라이브 샤프트에 관한 것이다.

차량의 구동 라인에 사용되는 드라이브 샤프트는 중간 샤프트(intermediate shaft)와 그 양측에 각각 설치되는 등속 조인트를 포함한다.

드라이브 샤프트의 중간 샤프트는 플런징(plunging) 기능을 갖는 샤프트로 구성되는 경우가 있으며, 이러한 플런징 기능을 갖는 중간 샤프트는 일반적으로 볼 스플라인(ball spline) 구조를 이용한다.

플런징 기능을 갖는 중간 샤프트는 아웃터 하우징(outer housing), 인너 샤프트(inner shaft), 그리고 이들 사이에 개재되는 볼 스플라인 구조를 포함한다. 볼 스플라인 구조는 아웃터 하우징의 내면에 형성되는 아웃터 볼 그루브, 인너 샤프트의 외면에 형성되는 인너 볼 그루브, 이들 볼 그루브에 배치되는 복수의 볼, 그리고 복수의 볼을 수용하는 볼 케이지로 구성된다. 이러한 볼 스플라인 구조를 갖는 중간 샤프트에서 볼을 통해서 아웃터 하우징과 인너 샤프트 사이의 토크 전달이 이루어진다.

이와 같은 중간 샤프트에 토크가 걸렸을 때 아웃터 하우징 또는 인너 샤프트의 변형이 일어나면서 볼의 원활한 롤링(rolling) 동작이 이루어지지 못할 수 있다. 이러한 경우 볼의 이동 시 슬라이딩(sliding)이 발생하면서 마찰이 발생하게 되고, 이 과정에서 동력 손실이 발생하여 동력 전달 효율이 저하된다. 또한 볼의 슬라이딩 동작에 의해 제품의 손상이 발생할 수도 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 미국 등록특허 US6,793,583은 일렬로 배치되는 복수의 볼의 직경을 다르게 하여 원활한 작동이 이루어지게 하였으며, 구체적으로 일렬로 배치되는 복수의 볼 중 중심부에 배치되는 볼의 직경이 양쪽 외측에 배치되는 볼들의 직경보다 크도록 하였다.

그러나 토크 전달 시에 아웃터 하우징의 개방 측 단부의 변형이 가장 크게 되는데, 미국 등록특허 US6,793,583에서와 같이 볼의 직경이 조절되면 개방 측 단부의 볼 주위의 유격이 먼저 없어지면서 슬라이딩이 발생하는 문제가 있으며, 또한 아웃터 하우징의 개방 측의 반대 쪽 단부에서는 볼과 그루브 사이의 유격이 너무 커서 토크 전달 효율이 저하되는 문제가 있었다.

미국 등록특허공보 US6,793,583 (등록일: 2004년 09월 21일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 토크 전달 효율을 가지며 안정적인 작동이 담보되는 볼 스플라인 구조를 가지는 드라이브 샤프트를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 드라이브 샤프트의 중간 샤프트는, 길이 방향으로 연장되는 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 상기 아웃터 하우징의 보어에 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 삽입되는 인너 샤프트, 그리고 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함한다. 상기 볼 스플라인 구조는 상기 보어에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 각각의 볼 트랙에 일렬로 이동 가능하게 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 볼 케이지를 포함한다. 상기 볼 트랙 내에 일렬로 배치된 복수의 볼의 유격은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 증가한다.

상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있으며, 상기 복수의 볼의 직경은 동일할 수 있고, 상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 증가하도록 형성될 수 있다.

상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있고, 상기 복수의 볼의 직경은 동일할 수 있으며, 상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 감소하도록 형성될 수 있다.

상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있고, 상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있으며, 상기 볼 트랙에 일렬로 배열된 복수의 볼의 직경은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 감소할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 드라이브 샤프트의 중간 샤프트는, 길이 방향으로 연장되는 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 상기 아웃터 하우징의 보어에 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 삽입되는 인너 샤프트, 그리고 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함한다. 상기 볼 스플라인 구조는 상기 보어에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 각각의 볼 트랙에 일렬로 이동 가능하게 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 볼 케이지를 포함한다. 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배치되는 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리 중 하나 이상을 조절함으로써, 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼 중 상기 보어의 개방측 단에 가장 가까운 볼의 유격이 나머지 볼의 유격보다 크도록 구성된다.

상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리는 상기 아웃터 볼 그루브의 길이 방향으로의 형태, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼의 직경 중 하나 이상을 변화시켜 조절될 수 있다.

상기 아웃터 볼 그루브는 길이방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 상기 인너 샤프트의 중심 축으로부터 멀어지도록 경사지는 형태를 가질 수 있다.

상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 직경이 점차 감소할 수 있다.

상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리는 상기 인너 볼 그루브의 길이 방향으로의 형태, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼의 직경 중 하나 이상을 변화시켜 조절될 수 있다.

상기 인너 볼 그루브는 길이방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 상이 인너 샤프트의 중심 축에 가까워지도록 경사지는 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트는, 중간 샤프트, 그리고 상기 중간 샤프트의 양단에 각각 구비되는 인보드 조인트 및 아웃보드 조인트를 포함한다. 상기 중간 샤프트는 길이 방향으로 연장되는 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 상기 아웃터 하우징의 보어에 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 삽입되는 인너 샤프트, 그리고 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함한다. 상기 볼 스플라인 구조는 상기 보어에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 각각의 볼 트랙에 일렬로 이동 가능하게 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 볼 케이지를 포함한다. 상기 볼 트랙 내에 일렬로 배치된 복수의 볼의 유격은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 증가한다.

상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배열된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있고, 상기 복수의 볼의 직경은 동일할 수 있으며, 상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배열된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심축까지의 거리가 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 증가하도록 형성될 수 있다.

상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배열된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있고, 상기 복수의 볼의 직경은 동일할 수 있으며, 상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배열된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 감소하도록 형성될 수 있다.

상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있고, 상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있으며, 상기 복수의 볼의 직경은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 감소할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트는 중간 샤프트, 그리고 상기 중간 샤프트의 양단에 각각 구비되는 인보드 조인트 및 아웃보드 조인트를 포함한다. 상기 중간 샤프트는 길이 방향으로 연장되는 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 상기 아웃터 하우징의 보어에 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 삽입되는 인너 샤프트, 그리고 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함한다. 상기 볼 스플라인 구조는 상기 보어에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 각각의 볼 트랙에 일렬로 이동 가능하게 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 볼 케이지를 포함한다. 상기 볼 트랙에 일렬로 배치되는 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배치되는 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리 중 하나 이상을 조절함으로써, 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼 중 상기 보어의 개방측 단에 가장 가까운 볼의 유격이 나머지 볼의 유격보다 크도록 구성된다.

상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리는 상기 아웃터 볼 그루브의 길이 방향으로의 형태, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼의 직경 중 하나 이상을 변화시켜 조절될 수 있다.

상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리는 상기 인너 볼 그루브의 길이 방향으로의 형태, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼의 직경 중 하나 이상을 변화시켜 조절될 수 있다.

상기 인너 볼 그루브는 길이방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 상기 인너 샤프트의 중심 축에 가까워지도록 경사지는 형태를 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 아웃터 하우징의 보어의 개방측 단에 가까운 볼의 유격이 상대적으로 더 크게 되므로, 토크 전달 시에 아웃터 하우징 또는 인너 샤프트의 변형이 발생하는 경우에 변형이 상대적으로 큰 영역에 배치되는 볼의 유격이 상대적으로 크기 때문에, 변형에 의한 볼의 끼임 및 마찰 증가를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 볼의 유격을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 볼의 유격을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 볼의 유격을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 드라이브 샤프트(1)는 인보드(in-board) 조인트(2), 아웃보드(out-board) 조인트(3), 그리고 중간 샤프트(intermediate shaft)(10)를 구비한다. 인보드 조인트(2)와 아웃보드 조인트(3)는 회전 동력 전달 및 절각이 가능한 등속 조인트일 수 있으며, 예를 들어 제파(Rzeppa) 조인트일 수 있다.

도 2를 참조하면, 인보드 조인트(2)는 아웃터 조인트 멤버(21)와 인너 조인트 멤버(22)를 포함한다. 아웃터 조인트 멤버(21)는 인너 조인트 멤버(22)를 수용하는 공간을 형성하도록 일측이 개방되도록 형성된다. 아웃터 조인트 멤버(21)의 내면에는 복수의 아웃터 볼 그루브(211)가 형성되고, 인너 조인트 멤버(22)의 외면에는 아웃터 볼 그루브(211)에 대응하는 인너 볼 그루브(221)가 형성된다. 아웃터 볼 그루브(211)와 인너 볼 그루브(221)의 조합에 의해 볼 트랙(ball track)이 형성되며, 볼 트랙에 토크 전달 기능을 하는 볼(24)이 배치된다. 볼 케이지(ball cage)(23)가 볼(24)을 수용하는 상태로 아웃터 조인트 멤버(21)와 인너 조인트 멤버(22) 사이에 개재된다. 예를 들어, 볼 트랙의 개수는 여섯 개, 여덟 개 등일 수 있다. 마찬가지로, 아웃보드 조인트(3)도 아웃터 볼 그루브(311)를 가지는 아웃터 조인트 멤버(31), 인너 볼 그루브(321)를 가지는 인너 조인트 멤버(33), 볼(34), 그리고 볼 케이지(33)를 포함한다.

중간 샤프트(10)는 인보드 조인트(2)와 아웃보드 조인트(3)를 서로 연결하여 토크 전달이 가능하도록 작용하며 축 방향으로 길이가 가변될 수 있는 플런징(plunging) 기능을 갖도록 형성된다. 중간 샤프트(10)는 아웃터 하우징(6), 인너 샤프트(7), 그리고 볼 스플라인 구조(8)를 포함한다. 이때, 인보드 조인트(2) 및 아웃보드 조인트(3)의 개방 측을 각각 둘러싸는 부트(4, 5)가 구비될 수 있다. 인너 샤프트(7)는 중심 축(LA)을 가질 수 있으며, 아웃터 하우징(6)은 그 중심 축이 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA)과 일치하도록 동축으로 배열된다.

아웃터 하우징(6)의 한 쪽 단부(61)는 아웃보드 조인트(3)의 인너 조인트 멤버(32)와 함께 회전하도록 이에 연결될 수 있다. 한편, 아웃터 하우징(60)의 다른 쪽 단부(62)는 인너 샤프트(7)와의 체결을 위한 보어(bore)(63)를 구비한다. 보어(63)는 도 2에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

그리고 인너 샤프트(7)의 한 쪽 단부(71)는 인보드 조인트(2)의 인너 조인트 멤버(22)와 함께 회전하도록 이에 연결될 수 있다. 인너 샤프트(7)의 다른 쪽 단부(72)는 아웃터 하우징(6)의 보어(63)에 삽입된다.

볼 스플라인 구조(8)가 인너 샤프트(7)와 아웃터 하우징(6)이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 인너 샤프트(7)와 아웃터 하우징(6)을 연결한다. 볼 스플라인 구조(8)는 아웃터 하우징(6)의 보어(63)에 길이 방향으로 연장되는 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)(81), 인너 샤프트(7)의 외면에 길이 방향으로 연장되는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)(82), 복수의 볼(83), 그리고 볼 케이지(84)를 포함한다.

아웃터 볼 그루브(81)는 아웃터 하우징(6)의 보어(63)에 길이 방향으로 연장되어 형성된다. 아웃터 볼 그루브(81)는 보어(63)를 형성하는 면에서 반경 방향 외측으로 함몰되어 형성될 수 있으며, 반원 형태, 고딕 형상 등의 단면 형상을 가질 수 있다. 아웃터 볼 그루브(81)는 아웃터 하우징(6)의 보어(63)의 개방측의 단(즉, 인너 샤프트가 삽입되는 쪽의 단)에서부터 미리 정해진 길이만큼 연장될 수 있다. 복수의 아웃터 볼 그루브(81)는 원주 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있으며, 예를 들어 여섯 개의 아웃터 볼 그루브(81)가 형성될 수 있다.

복수의 인너 볼 그루브(82)는 아웃터 하우징(6)의 복수의 아웃터 볼 그루브(81)와 각각 짝을 이루어 복수의 볼 트랙(ball track)(80)을 형성한다. 인너 볼 그루브(82)는 인너 샤프트(7)의 표면에서 반경 방향 내측으로 함몰되어 형성될 수 있으며, 반원 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 인너 볼 그루브(82)는 관 형태의 볼 트랙(80)을 형성하도록 아웃터 볼 그루브(81)의 위치에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 이때, 인너 볼 그루브(82)은 아웃터 하우징(6)의 보어(63)에 삽입되는 인너 샤프트(7)의 선단에서부터 미리 정해진 길이만큼 연장될 수 있다.

복수의 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(81)와 인너 볼 그루브(82)에 의해 형성되는 각각의 볼 트랙(80)에 일렬로 배열된다. 이때, 볼(83)은 길이 방향으로 이동 가능하게 배치된다.

볼 케이지(84)는 슬리브(sleeve) 형태를 가질 수 있으며 아웃터 하우징(6)과 인너 샤프트(7) 사이에 개재된다. 볼 케이지(84)는 복수의 볼(83)을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 배치된다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 각 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)의 유격이 보어(63)의 개방측 단(도 2에서 우측 단)으로 갈수록 점차 증가한다. 즉, 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)이 동일한 유격을 가지는 것이 아니라, 개방측 단에 더 가까이 위치하는 볼(83)이 더 큰 유격을 갖도록 형성되는 것이다. 여기서 유격은 반경 방향(도 2에서 상하 방향)으로의 유격 또는 볼 트랙(80)의 폭 방향(도 2에서 깊이 방향)으로의 유격을 의미할 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)의 유격이 점차로 증가하는 것이 아니라, 보어(62)의 개방측 단에 가장 가까운 볼의 유격이 나머지 볼의 유격보다 크도록 형성될 수도 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 볼의 유격 조건은 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(81)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 각 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리, 그리고 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 볼(83)이 인너 볼 그루브(81)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 각 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리 중 하나 이상을 조절함으로써 달성될 수 있다. 이하에서, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.

먼저, 도 3은 아웃터 볼 그루브(81)의 형태의 길이 방향으로의 변화를 통해 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(81)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 각 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리가 조절되는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)는 도 2의 ①, ②, ③선을 따라 절개한 단면을 보여주는 도면이고, 도 3의 (b)는 도 2에서 인너 조인트(7)의 중심 축(LA)과 나란한 선을 따라 절개한 단면을 보여주는 도면이다. 도시의 편의를 위해, 도 2에는 5개의 볼이 일렬로 배열되나, 도 3에서는 이 중 2개는 생략하고 3개의 볼만 도시되었다. 도 3의 (b)에서 점선은 아웃터 하우징(6)의 보어(63)를 형성하는 면을 나타낸다.

본 실시예에서는 아웃터 볼 그루브(81)는 길이 방향(도 3에서 좌우 방향)을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 보어(63)의 개방측 단(도 3에서 우측 단)으로 갈수록 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA)으로부터 멀어지도록 경사지는 형태를 가진다. 이때, 인너 볼 그루브(82)는 길이 방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA)과 나란할 수 있으며, 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)의 직경은 일정할 수 있다. 이에 따라, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(81)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리(D1, D2, D3)가 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼(83)이 더 커지게 되며(D1<D2<D3), 그에 따라 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(81)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 볼(83)의 유격(C1, C2, C3)이 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼일수록 더 커지게 된다(C1<C2<C3).

도 4는 인너 볼 그루브(82)의 형태의 길이 방향으로의 변화를 통해 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)이 인너 볼 그루브(82)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 각 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리가 조절되는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 도 3의 (a) 및 (b)에 각각 대응하는 도면이다. 도 4의 (b)에서 점선은 아웃터 하우징(6)의 보어(63)를 형성하는 면을 나타낸다.

본 실시예에서는 인너 볼 그루브(82)는 길이 방향(도 4에서 좌우 방향)을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 보어(63)의 개방측 단(도 4에서 우측 단)으로 갈수록 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA)에 가까워지도록 경사지는 형태를 가진다. 이때, 아웃터 볼 그루브(81)는 길이 방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA)과 나란할 수 있으며, 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)의 직경은 일정할 수 있다. 이에 따라, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 볼(83)이 인너 볼 그루브(82)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리(D4, D5, D6)가 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼(83)이 더 작아지게 되며(D4>D5>D6), 그에 따라 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 볼(83)이 인너 볼 그루브(82)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 볼(83)의 유격(C4, C5, C6)이 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼일수록 더 커지게 된다(C4<C5<C6).

도 5는 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 볼(83)의 직경의 변화를 통해 볼 트랙(80)에 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)이 인너 볼 그루브(82)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 각 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리, 및 복수의 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(83)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 각 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리가 조절되는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 도 3의 (a) 및 (b)에 각각 대응하는 도면이다. 도 5의 (b)에서 점선은 아웃터 하우징(6)의 보어(63)를 형성하는 면을 나타낸다.

본 실시예에서는 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼(83)의 직경이 보어(63)의 개방측 단(도 4에서 우측 단)에 가까울수록 작아지도록 형성될 수 있다. 이때, 아웃터 볼 그루브(81) 및 인너 볼 그루브(82)는 길이 방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 각각 가지면서 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA)과 각각 나란할 수 있다. 이에 따라, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 볼(83)이 인너 볼 그루브(82)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리(D7, D8, D9)가 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼(83)이 더 작아지게 되며(D7<D8<D9), 그에 따라 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 볼(83)이 인너 볼 그루브(82)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 볼(83)의 유격(C7, C8, C9)이 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼일수록 더 커지게 된다(C7<C8<C9). 한편, 도면에는 나타내지 않았으나, 도 5에서 볼(83)이 아웃터 그루브(81)의 표면에 밀착된 위치에 있는 경우, 볼(83)의 중심과 인너 샤프트(7)의 중심 축(LA) 사이의 거리가 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼(83)이 더 커지게 되며, 그에 따라 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(81)의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 볼(83)의 유격이 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼일수록 더 커지게 된다.

이러한 구조에 의해 아웃터 하우징(6)의 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼(83)의 유격이 더 커지게 되며, 이에 의해 변형이 가장 큰 아웃터 하우징(6)의 보어(63)의 개방측 단에 가까운 볼의 유격이 상대적으로 커지게 된다. 이에 의해, 토크 전달 시에 변형이 발생하더라도 변형이 큰 영역에 배치되는 볼이 상대적으로 큰 유격을 가지므로 볼의 끼임 현상, 마찰 증가 현상 등을 방지할 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.

1: 드라이브 샤프트
2: 인보드 조인트
3: 아웃보드 조인트
4, 5: 부트
21, 31: 아웃터 조인트 멤버
22, 32: 인너 조인트 멤버
211, 311: 아웃터 볼 그루브
221, 321: 인너 볼 그루브
23, 33: 볼 케이지
24, 34: 볼
6: 아웃터 하우징
63: 보어
7: 인너 샤프트
8: 볼 스플라인 구조
81: 아웃터 볼 그루브
82: 인너 볼 그루브
83: 볼
84: 볼 케이지

Claims

차량의 드라이브 샤프트의 중간 샤프트로서,
길이 방향으로 연장되는 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징,
상기 아웃터 하우징의 보어에 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 삽입되는 인너 샤프트, 그리고
상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함하고,
상기 볼 스플라인 구조는
상기 보어에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 아웃터 볼 그루브,
상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 인너 볼 그루브,
상기 각각의 볼 트랙에 일렬로 이동 가능하게 배치되는 복수의 볼, 그리고
상기 복수의 볼을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 볼 케이지를 포함하며,
상기 볼 트랙 내에 일렬로 배치된 복수의 볼의 유격은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 증가하는 중간 샤프트.
제1항에서,
상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성되고,
상기 복수의 볼의 직경은 동일하며,
상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 증가하도록 형성되는 중간 샤프트.
제1항에서,
상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성되고,
상기 복수의 볼의 직경은 동일하며,
상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 감소하도록 형성되는 중간 샤프트.
제1항에서,
상기 인너 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성되고,
상기 아웃터 볼 그루브는 상기 일렬로 배치된 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축까지의 거리가 일정하도록 형성되며,
상기 볼 트랙에 일렬로 배열된 복수의 볼의 직경은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 점차 감소하는 중간 샤프트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 중간 샤프트, 그리고
상기 중간 샤프트의 양단에 각각 구비되는 인보드 조인트 및 아웃보드 조인트를 포함하는 드라이브 샤프트.
차량의 드라이브 샤프트의 중간 샤프트로서,
길이 방향으로 연장되는 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징,
상기 아웃터 하우징의 보어에 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 삽입되는 인너 샤프트, 그리고
상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함하고,
상기 볼 스플라인 구조는
상기 보어에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 아웃터 볼 그루브,
상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 길이 방향으로 연장되어 형성되는 복수의 인너 볼 그루브,
상기 각각의 볼 트랙에 일렬로 이동 가능하게 배치되는 복수의 볼, 그리고
상기 복수의 볼을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 볼 케이지를 포함하며,
상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배치되는 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리 중 하나 이상을 조절함으로써, 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼 중 상기 보어의 개방측 단에 가장 가까운 볼의 유격이 나머지 볼의 유격보다 크도록 구성되는 중간 샤프트.
제6항에서,
상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 볼이 상기 아웃터 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리는 상기 아웃터 볼 그루브의 길이 방향으로의 형태, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼의 직경 중 하나 이상을 변화시켜 조절되는 중간 샤프트.
제7항에서,
상기 아웃터 볼 그루브는 길이방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 상기 인너 샤프트의 중심 축으로부터 멀어지도록 경사지는 형태를 가지는 중간 샤프트.
제7항에서,
상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 직경이 점차 감소하는 중간 샤프트.
제6항에서,
상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼이 상기 인너 볼 그루브의 표면에 밀착된 위치에 있을 때의 상기 각 볼의 중심과 상기 인너 샤프트의 중심 축 사이의 거리는 상기 인너 볼 그루브의 길이 방향으로의 형태, 그리고 상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼의 직경 중 하나 이상을 변화시켜 조절되는 중간 샤프트.
제10항에서,
상기 인너 볼 그루브는 길이방향을 따라 전체적으로 동일한 단면 형상을 가지면서 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 상이 인너 샤프트의 중심 축에 가까워지도록 경사지는 형태를 가지는 중간 샤프트.
제10항에서,
상기 볼 트랙에 일렬로 배열되는 복수의 볼은 상기 보어의 개방측 단으로 갈수록 직경이 점차 감소하는 중간 샤프트.
제6항 내지 제12항 중 어느 한 항의 중간 샤프트, 그리고
상기 중간 샤프트의 양단에 각각 구비되는 인보드 조인트 및 아웃보드 조인트를 포함하는 드라이브 샤프트.