KR20190031380A - 중간축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 튜브와 제2 튜브가 끼워지는 단면 형상을 각각 육각형 형상으로 형성하고, 이들 육각형 형상이 끼워 맞춤 방식으로 끼워져서 리테이너와 토크 볼의 안내를 받을 수 있게 구성하므로, 리테이너나 토크 볼이 파손되더라도 제1 튜브와 제2 튜브 자체로 어느 정도 토크 전달이 이루어지게 하여 비상시 안전하게 토크 전달을 할 수 있다. 특히, 본 발명은 이들 폭 단면을 정육각형 형상으로 형성함으로써, 토크 전달을 위해 가해진 외력을 골고루 분산할 수 있게 하여 내구성 향상과 더불어 토크 전달이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 폭 단면의 모서리를 라운드 지게 구성하므로, 토크 전달을 위해 전해진 외력이 모서리 부분에 집중하지 않게 하여 안전하게 토크 전달 작용이 이루어질 수 있다.

Description

중간축{INTERMEDIATE SHAFT}

본 발명은 중간축에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1 튜브의 내주 폭 단면과 제2 튜브의 외주 폭 단면을 각각 육각형 형태로 형성하여 리테이너나 토크 볼이 파손되더라도 이들 제1 및 제2 튜브가 서로 끼워 맞춤 방식으로 맞물려서 회전과 길이 조절할 수 있게 하여 긴급 상황에서도 안전하게 축 기능을 수행할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 자동차에서 핸들의 조향을 담당하는 샤프트는 하나로 구성하기도 하나, 탑승자의 체형에 알맞게 조절할 수 있게 적어도 두 개로 나눠서 구성하기도 한다. 이때, 통상 두 개로 나눴을 때 핸들과 가까운 쪽을 주축이라고 하고, 기어 박스와 연결하는 부분을 중간축(Intermediate Shaft)이라고 한다. 이러한 중간축은 단순 설계할 때 장착 위치 등을 고려하여 나눈 때도 있으나, 체형에 알맞게 샤프트의 길이 조절을 목적으로 신축할 수 있게 구성하기도 한다. 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)에는 이러한 중간축에 관한 기술이 개시되어 있다.

(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2017-0020968호

자동차 조향장치의 중간축에 관한 것으로, 일단부에 요크가 결합되는 중공 형상으로 내주면에 축 방향의 내주홈이 수개가 구비되어 있는 외측 부재, 일단부가 외측 부재로 삽입되어 슬라이딩되며, 슬라이딩 구간의 외주면에 축 방향의 외주홈이 수개가 구비되어 있는 내측 부재, 내주홈과 외주홈에 삽입되어 회전하는 볼을 포함하되, 내주홈과 외주홈 중 어느 한쪽은 볼의 외주면과 1점 접촉하고, 다른 한쪽은 볼의 외주면과 2점 접촉하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축을 제공한다.

(특허문헌 2) 한국등록특허 제1736950

인너 튜브에 끼워진 아웃터 튜브 끝을 마감하는 덮개 안에 놓이도록 인너 튜브에 와셔를 끼운 다음 이 덮개를 코킹(Caulking) 처리하여 고정하고, 인너 튜브에는 끝에 스냅 링을 끼워서 토크 전달 부재가 빠지지 않게 구성함으로써, 중간축의 길이 조절이나 토크 전달 과정에서 발생한 외력을 받아 토크 전달 부재가 아웃터 튜브 바깥으로 돌출하거나 인너 튜브 끝에서 빠지는 현상을 방지하여 토크 전달이 원활하게 이루어질 수 있게 한 중간축을 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 스냅 링의 외주에 내주에 각각 돌기를 형성하고, 외주에 형성한 바깥 돌기가 아웃터 튜브에 중량 감소 등을 목적으로 길이 방향으로 형성한 요 홈이나 토크 볼을 장착하기 위한 가이드 홈을 따라 움직이고, 내주에 형성한 안쪽 돌기가 스냅 링을 설치하기 위한 인너 튜브의 링 홈에 형성한 고정 홈에 끼워져서 고정되게 구성함으로써, 중간축이 토크를 받을 때 이들 돌기가 토크 볼과 같은 기능을 하게 하고, 또한 이러한 기능은 토크 전달 부재를 조립할 때 토크 볼을 조립하지 않거나 조립하더라도 중간축의 사용으로 토크 볼이 파손이나 리테이너에서의 이탈 등으로 그 기능을 상실하더라도 이 스냅 링이 토크 볼 역할을 하게 하여 안전하게 토크 전달이 이루어질 수 있도록 보조할 수 있게 한 중간축을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

(특허문헌 3) 한국공개특허 제10-2017-0065328호

자동차 조향장치의 중간축에 관한 것으로, 내주면에 축방향으로 긴 수개의 제1홈이 형성되어 있는 외측부재, 중공의 원통형상으로 외측부재에 삽입되며 제1홈에 대응되는 위치의 외주면에 축방향으로 긴 제2홈이 형성되고, 수개의 제2홈에는 외주면과 내주면을 관통하며 축방향으로 긴 결합홈이 형성된 내측부재, 외측부재와 내측부재의 사이에 삽입되는 중공의 원통형상으로, 제1홈과 제2홈을 따라서 구름 운동하는 회전부재가 구비되는 슬립부시, 수개의 결합홈에 결합되어 돌출되며 회전부재와 구름마찰하는 중공의 탄성핀, 중공형상으로 외주면이 탄성핀의 회전부재 반대측에 접하게 결합되어 탄성핀을 회전부재 방향으로 지지해주는 공차흡수부재를 포함한다.

하지만, 이러한 기존의 중간축은 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 리테이너의 제작 불량이나 강한 외부 충격 등으로 리테이너가 파손되거나 토크 볼을 안정적으로 지지하지 못하면, 토크 볼이 서로 마주하는 두 개의 스플라인에서 이탈할 우려가 있다.

(2) 이러한 스플라인에서의 토크 볼 이탈은 중간축의 길이 조절에도 어려움을 주나, 특히 중간축을 회전시킬 때 토크가 제대로 전달되지 않아 중간축을 원하는 방향으로 회전할 수 없거나 회전하더라도 회전하는 정도가 달라져서 회전 제어를 상실함에 따라 다른 사고로 이어질 우려가 있다.

한국공개특허 제10-2017-0020968호 (공개일 : 2017.02.27) 한국등록특허 제1736950호 (등록일 : 2017.05.11) 한국공개특허 제10-2017-0065328호 (공개일 : 2017.06.13)

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 제1 튜브와 제2 튜브가 끼워지는 내주 폭 단면과 외주 폭 단면을 각각 육각형 형상으로 형성하고, 이들 육각형 형상이 끼워 맞춤 방식으로 끼워져서 리테이너와 토크 볼의 안내를 받을 수 있게 구성하므로, 리테이너나 토크 볼이 파손되더라도 제1 튜브와 제2 튜브 자체로 어느 정도 토크 전달이 이루어지게 하여 비상시 안전하게 토크 전달을 할 수 있게 한 중간축을 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 이들 폭 단면을 정육각형 형상으로 형성함으로써, 토크 전달을 위해 가해진 외력을 골고루 분산할 수 있게 하여 내구성 향상과 더불어 토크 전달이 원활하게 이루어질 수 있게 한 중간축을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이러한 폭 단면의 모서리를 라운드 지게 구성하므로, 토크 전달을 위해 전해진 외력이 모서리 부분에 집중하지 않게 하여 안전하게 토크 전달 작용이 이루어질 수 있게 한 중간축을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중간축은, 한쪽에 요크를 갖추고, 내주에 길이 방향으로 미리 정한 간격을 두고 여러 개의 제1 스플라인(110)을 형성한 제1 튜브(100); 한쪽에 요크를 갖추고, 외주에 상기 제1 스플라인(110)과 마주하는 제2 스플라인(210)이 형성되며, 상기 제1 튜브(100)에 길이 방향으로 끼워져서 길이 조절할 수 있게 끼워지는 제2 튜브(200); 상기 제1 및 제2 튜브(100, 200) 사이에 장착하고, 상기 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 끼워져서 제1 및 제2 튜브(100, 200)의 길이를 조절할 수 있게 안내하는 리테이너(300); 및 상기 각 리테이너(300)에 양단이 각각 상기 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 접하여 제자리에서 구를 수 있게 장착한 여러 개의 토크 볼(311);을 포함하되;, 상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면과 제2 튜브(200)의 외주 폭 단면은, 각각 육각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면과 제2 튜브(200)의 외주 폭 단면은, 각각, 정육각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면과 제2 튜브(200)의 외주 폭 단면은, 각각, 모서리 부분이 라운드지게 형성한 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 제1 튜브(100)와 제2 튜브(200)는, 끼워 맞춤 방식으로 끼워져서 토크 전달할 수 있게 장착한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 중간축은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 제1 및 제2 튜브를 각각 그 폭 단면이 육각형 형상으로 제작하여 끼워 맞춤 방식으로 끼워져서 조립하므로, 제1 및 제2 튜브 사이에 장착하는 리테이너나 토크 볼이 파손되더라도 비상시에 이들 제1 및 제2 튜브를 통해 토크를 전달하게 할 수 있어 안전사고를 예방할 수 있다.

(2) 특히, 제1 및 제2 튜브의 폭 단면을 각각 정육각형으로 형성하므로, 토크를 전달할 때 가해지는 외력을 골고루 분산하게 하여 더욱 안정적으로 토크 전달이 이루어질 수 있다.

(3) 또한, 이들 정육각형의 각 모서리 부분은 라운드 지게 형성함으로써, 토크 전달할 때 전해진 외력이 모서리 부분에 집중하는 현상을 방지하여 제1 및 제2 튜브가 쉽게 파손되지 않게 하여 안전성을 더욱 높일 수 있게 된다.

[도 1]은 본 발명에 따른 중간축의 전체 형상을 보여주는 사시도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 중간축의 구성을 보여주기 위해 분해한 사시도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 제1 및 제2 튜브의 결합 상태를 보여주기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명에 따른 중간축은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 길이 방향으로 끼워져서 길이 조절할 수 있게 장착한 제1 및 제2 튜브(100, 200), 이들 제1 및 제2 튜브(100, 200) 사이에 장착하는 리테이너(300), 그리고 리테이너(300)에 설치하여 토크를 전달하는 여러 개의 토크 볼(311)을 포함한다.

특히, 상기 제1 및 제2 튜브(100, 200)는 폭 단면이 육각형 형상으로 이루어지면서 서로 끼워 맞춤 방식으로 끼워서 사용할 수 있게 구성하므로, 리테이너(300)나 토크 볼(311)이 파손되더라도 이들 제1 및 제2 튜브(100, 200)의 끼워 맞춤 방식을 통해 비상시에도 안전하게 토크를 전달할 수 있게 한 것이다.

이때, 상기 제1 및 제2 튜브(100, 200)는 폭 단면은 각각 정육각형 형상으로 형성하고 그 모서리를 라운드 지게 구성함으로써, 토크 전달할 때 전해진 외력을 골고루 분산할 수 있게 하면서 모서리 부분에 집중되지 않게 하여 토크 전달이 더욱 원활하게 이루어질 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1 튜브(100)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 한쪽에 샤프트와 연결할 수 있도록 요크(120)를 갖추고, 다른 한쪽에는 내주에 길이 방향으로 제1 스플라인(110)을 형성한다. 이때, 제1 스플라인(110)은 제1 튜브(100)의 내주에 미리 정한 간격, 바람직하게는 같은 간격으로 길이 방향을 따라 형성함으로써, 토크를 전달할 때 골고루 토크를 분산하여 전달이 이루어질 수 있게 구성한다.

특히, 제1 스플라인(110)은, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 후술할 토크 볼(311)의 일부가 끼워져서 길이 방향으로 움직이면서 중간축의 길이 조절이 이루어지게 하고, 또한 중간축이 회전할 때는 토크 볼(311)이 스플라인과 간섭을 받게 하여 토크를 전달할 수 있게 하기 위한 구성을 말한다. 이에, 제1 스플라인(110)은 여기에 끼워지는 토크 볼(311)의 단면 형상과 같이 호 형태로 제작하여 제1 스플라인(110)과 토크 볼(311) 사이의 접촉 효율을 높여 토크 전달이 원활하게 이루어지고 쉽게 파손되지 않게 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 스플라인(110)은 이웃한 두 개의 제1 스플라인(110)의 간격을 다르게 제작할 수도 있으나, 바람직하게는 같은 간격으로 형성함으로써, 각 제1 스플라인(110)에 장착할 리테이너(300)에 토크가 균일하게 분산하여 안전하게 토크 전달이 이루어질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

이렇게 이루어진 상기 제1 튜브(100)는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 후술할 제2 튜브(100)를 수용할 공간, 즉 제1 스플라인(110)을 형성한 내주의 폭 단면을 육각형 형태로 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 제1 튜브(100)와 제2 튜브(200)가 끼워 맞춤 방식으로 끼워지게 구성하고, 리테이너(300)와 토크 볼(311) 등이 파손되는 비상 상황이 발생하더라도 이들 끼워 맞춤 방식으로 결합한 제1 튜브(100)와 제2 튜브(200)를 이용하여 토크 전달이 이루어질 수 있게 하기 위함이다. 여기서, "끼워 맞춤"은 제1 튜브(100)에 제2 튜브(200)를 끼워서 조립할 때 약간의 틈새를 두어 리테이너(300)를 장착할 수 있는 공간을 두나, 어느 하나의 튜브를 돌렸을 때는 다른 하나의 튜브에 간섭을 받게 하여 리테이너(300)와 토크 볼(311)이 파손되는 비상 상황이 발생하더라도 이들 제1 및 제2 튜브(100, 200)만으로도 어느 정도 토크 전달이 이루어질 수 있을 정도의 맞춤을 말한다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면은 정육각형 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 이는, 제1 및 제2 튜브(100, 200)를 끼워서 돌렸을 때 가해지는 토크가 정육각형 단면의 각 면에 골고루 분산시킬 수 있게 구성함으로써, 토크가 어느 한쪽에 쏠리지 않고 안정적으로 분산되게 하여 비상시에도 토크 전달이 원활하게 이루어질 수 있게 하기 위함이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면은, 가장자리 부분을 라운드 지게 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 비상시 토크를 전달할 때 외력이 단면의 모서리 부분에 집중됨에 따라 모서리 부분이 파손을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.

제2 튜브(200)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 한쪽에 샤프트와 연결할 수 있도록 요크(220)를 갖추고, 다른 한쪽에는 외주에 길이 방향으로 제2 스플라인(210)을 형성한다.

이때, 상기 제2 스플라인(210)은, [도 3]과 같이, 상술한 제1 스플라인(110)과 마주하는 위치에 각각 형성하며, 그 폭 단면 형상도 제1 스플라인(110)과 같은 형태로 제작한다.

이러한 제2 튜브(200)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 제1 튜브(100)에 길이 방향으로 끼워서 길이 방향으로 길이 조절할 수 있도록 장착한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제2 튜브(200)는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 제2 스플라인(210)을 형성하여 제1 튜브(100)에 끼우는 부분의 폭 단면을 육각형 형태, 가장 바람직하게는 정육각형 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 튜브(200)는 제1 튜브(100)에 끼워 맞춤 방식으로 끼워지고, 그 폭 단면의 가장자리는 라운드 지게 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 관해서는 상술한 제1 튜브(100)를 설명하면서 이미 하였으므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

리테이너(300)는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 상술한 제1 및 제2 튜브(100, 200) 사이에 장착한다. 이때, 상기 리테이너(300)는 양쪽 면에 서로 마주하게 형성한 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 끼워져서 제1 및 제2 튜브(100, 200)의 길이 조절을 안내할 뿐만 아니라 제1 및 제2 튜브(100, 200)를 회전할 때 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 걸려 토크 전달이 이루어지게 형성한다.

이러한 리테이너(300)는 예시적으로, 실린더 또는 육각형 형상으로 제작하여 제1 및 제2 튜브(100, 200) 사이에 한 번에 삽입하여 장착하는 일체형 리테이너일 수도 있다.

또한, 상기 리테이너(300)는 제1 및 제2 튜브(100, 200)에 길이 방향으로 서로 마주하도록 길게 형성한 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 끼워지도록 여러 개로 구성할 수 있다. 이는 실린더 형상의 일체형 리테이너에서 발생할 수 있는 리테이너가 뒤틀리면서 작동 불량 상태가 되는 현상을 방지할 수 있고, 부분적으로 고장나거나 파손된 리테이너만 교환하면 되므로 유지 보수가 편리할 뿐만 아니라, 리테이너(300)를 쉽게 제작하여 편리하게 사용할 수 있게 한 것이다.

토크 볼(311)은, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 상술한 각 서로 마주하는 제1 및 제2 스플라인(110, 210)마다 그 길이 방향을 따라 미리 정한 개수, 예를 들어서, 3~8개씩 배치하여 제자리에서 회전할 수 있게 장착한다.

이때, 각 토크 볼(311)은 리테이너(300)를 중심으로 양쪽이 각각 바깥으로 돌출하여 서로 마주하는 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 밀착하여 구름 작용할 수 있게 장착한다.

이렇게 장착한 토크 볼(311)은 양쪽이 제1 및 제2 스플라인(110, 210)의 길이 방향을 따라 움직이면서 중간축의 길이 조절이 원활하게 이루어지게 하고, 또한 이들 제1 및 제2 스플라인(110, 210)의 양측 면에 간섭을 받아 중간축을 회전할 때 토크를 전달하게 된다.

한편, 상기 토크 볼(311)은 리테이너(300)가 실린더 형상일 때는 리테이너(300) 외주에 그 길이 방향을 따라 나란하게, 바람직하게는 스플라인과 마주하는 위치에 나란하게 정해진 간격으로 장착하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 제1 튜브와 제2 튜브를 그 폭 단면이 육각형 형상으로 제작하여 끼워 맞춤 방식으로 구성하므로, 리테이너나 토크 볼이 파손 등으로 제기능을 상실하더라도 제1 및 제2 튜브로 토크 전달이 이루어질 수 있게 하여 안전성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 제1 튜브와 제2 튜브의 폭단면을 정육각형 형태로 형성하여 토크 전달이 균일하게 분산하게 하고, 동시에 정육각형의 모서리 부분을 라운드 지게 구성하여 토크가 모서리 부분에 집중하는 것을 방지하게 하여 중간축의 내구성을 높이면서도 안전하게 사용할 수 있게 한 것이다.

100 : 제1 튜브
110 : 제1 스플라인
120, 220 : 요크
200 : 제2 튜브
210 : 제2 스플라인
300 : 리테이너
311 : 토크 볼

Claims (4)

1. 한쪽에 요크를 갖추고, 내주에 길이 방향으로 미리 정한 간격을 두고 여러 개의 제1 스플라인(110)을 형성한 제1 튜브(100); 한쪽에 요크를 갖추고, 외주에 상기 제1 스플라인(110)과 마주하는 제2 스플라인(210)이 형성되며, 상기 제1 튜브(100)에 길이 방향으로 끼워져서 길이 조절할 수 있게 끼워지는 제2 튜브(200); 상기 제1 및 제2 튜브(100, 200) 사이에 장착하고, 상기 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 끼워져서 제1 및 제2 튜브(100, 200)의 길이를 조절할 수 있게 안내하는 리테이너(300); 및 상기 각 리테이너(300)에 양단이 각각 상기 제1 및 제2 스플라인(110, 210)에 접하여 제자리에서 구를 수 있게 장착한 여러 개의 토크 볼(311);을 포함하되,
   상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면과 제2 튜브(200)의 외주 폭 단면은,
   각각 육각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 중간축.
   
2. 제1 항에서,
   상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면과 제2 튜브(200)의 외주 폭 단면은, 각각,
   정육각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 중간축.
   
3. 제1 항에서,
   상기 제1 튜브(100)의 내주 폭 단면과 제2 튜브(200)의 외주 폭 단면은, 각각,
   모서리 부분이 라운드지게 형성한 것을 특징으로 하는 중간축.
   
4. 제1 항 내지 제3 항에서,
   상기 제1 튜브(100)와 제2 튜브(200)는,
   끼워 맞춤 방식으로 끼워져서 토크 전달할 수 있게 장착한 것을 특징으로 하는 중간축.

Images