KR101421334B1

KR101421334B1 - 자동차 조향장치의 중간축

Info

Publication number: KR101421334B1
Application number: KR1020120021775A
Authority: KR
Inventors: 김준혁
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2014-07-18
Also published as: KR20130100520A

Abstract

본 발명은 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 중간축을 자동차에 조립하는 과정에서 샤프트와 요크의 오조립을 방지함으로써 자동차의 주행중 안전사고를 방지하고, 샤프트와 요크의 결합부위에서 발생되는 래틀 노이즈를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

자동차 조향장치의 중간축{Intermediate Shaft of Steering Apparatus for Vehicle}

본 발명은 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차 조향장치의 중간축에 있어서, 중간축을 자동차에 조립하는 과정에서 샤프트와 요크의 오조립을 방지함으로써 자동차의 주행중 안전사고를 방지하고, 샤프트와 요크의 결합부위에서 발생되는 래틀 노이즈를 방지하는 자동차 조향장치의 중간축에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 조향장치는 운전자가 조향휠을 원하는 방향으로 회전시키면 조향휠에 연결된 조향축이 회전하며, 조향축은 중간축이 유니버설 조인트(Universal Joint)와 슬립 조인트(Slip Joint)를 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 각으로 기울어진 구조라는 점에서 일반적인 축의 결합 방식으로는 동력을 전달할 수 없기 때문에 조향축이 일정한 각도로 변경될 수 있는 중간축과 유니버설 조인트의 사용이 필수적이다.

도 1은 일반적인 중간축을 사용한 자동차 조향장치의 개략도이고, 도 2는 일반적인 자동차 조향장치의 중간축과 유니버설 조인트 및 슬립 조인트를 나타내는 사시도, 도 3은 도 2의 중간축에서 요크와 조향축과의 결합 상태를 나타내는 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 일반적으로 자동차의 조향장치에서는 조향축(130)의 하단을 기어박스(180)와 연결하되, 조향축(130)은 주변 여건상 임의의 각도로 기울어진 채 기어박스(180)와 연결하도록 되어 있기 때문에 이러한 조건을 만족하기 위해서 중간축(100)을 사용하게 된다.

여기서 중간축(100)란 유니버설 조인트(110)와 외측 부재(122), 내측 부재(124) 등으로 이루어져 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 부재를 통칭하는 용어로 사용된다.

이러한 중간축(100)은 일측이 조향휠(170)과 결합된 조향축(130)에 연결되고, 타측이 기어박스(180)에 연결되어 조향휠(170)에서 발생하는 회전력을 기어박스(180)를 통해 차륜에 전달하는 장치이다.

조향컬럼(150)은 외측튜브(145), 내측튜브(140) 및 마운팅브라켓(160)을 포함하여 구성되며 외측튜브(145)는 조향휠(170) 측에 형성되고 내부에는 외측튜브(145)보다 지름이 작아 충격시 내부로 삽입 가능한 내측튜브(140)가 마련된다. 외측튜브(145) 및 내측튜브(140)는 중공 형태의 튜브로 형성되어 조향축(130)이 원활하게 회전할 수 있게 된다.

이러한 중간축(100)은 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달하는 유니버설 조인트(110) 및 일측에 장착된 유니버설 조인트(110)에서 전달되는 회전력을 타측에 장착된 유니버설 조인트(110)에 전달함과 동시에 축 방향으로 신축이 가능한 슬립 조인트(120)를 포함하여 구성된다.

유니버설 조인트(110)는 두 개의 요크(Yoke: 113)와 하나의 스파이더(115)로 구성되어 있고, 슬립 조인트(120)는 축의 회전력을 전달하며 축 방향으로 작용하는 힘에 의해 축이 신축되는 것으로서, 중공의 형상을 가지는 외측 부재(122), 외측 부재(122)에 삽입되어 길이 방향으로 운동하는 내측 부재(124) 및 외측 부재(122)와 내측 부재(124) 사이에 구비되는 볼(125)을 포함하여 구성된다.

외측 부재(122)는 내부가 중공인 형상을 가지며, 외측 부재(122)의 내부로 환봉 형상을 가진 내측 부재(124)가 삽입되어 연결되는데, 외측 부재(122)의 내주면 양측에는 축 방향으로 길게 형성되며 볼(125)이 삽입되어 내측 부재(124)가 외측 부재(122)로부터 인입되거나 인출되는 슬립 운동시 함께 이동하도록 외측 가이드홈(122a)이 형성되어 있다.

내측 부재(124)는 일측이 유니버설 조인트(110)와 연결되고 타측이 외측 부재(122)와 결합하여 회전력을 전달함과 동시에 외측 부재(122)의 내부로 삽입되어 축 방향으로 슬립되면서 입력축과 출력축 사이의 길이 방향의 하중을 흡수하는 부재이다.

이러한 내측 부재(124)의 외주면에는 외측 부재(122)의 외측 가이드홈(122a)에 삽입되는 볼(125)이 안정적이고 원활하게 이동할 수 있도록 이와 대향되는 위치에 길이 방향으로 형성된 내측 가이드홈(124a)이 구비되어 있다.

볼(125)은 외측 부재(122) 및 내측 부재(124)에 각각 형성된 외측 가이드홈(122a) 및 내측 가이드홈(124a)에 밀착되게 삽입되어 구름 마찰되며 슬립되는데, 내측 부재(124)가 회전하면 외측 부재(122)가 따라서 회전함으로써, 입력축의 회전력을 출력축으로 전달하게 된다.

그러나, 도 3의 우측 도면과 같이 요크(113)의 볼트홀(113a)로 조향축(130)의 세레이션부(133)를 완전히 삽입시키지 않은 상태에서 볼트를 체결하게 되면, 볼트가 조향축(130)의 볼트결합홈(131)을 통과하지 못한 채로 결합하기 때문에, 조향축(130)의 단부가 요크(113)로부터 빠져나올 수 있게 된다.

이와 같이 볼트의 불완전한 체결로 조향축(130)과 요크(113)가 오조립되게 되면, 자동차의 주행 중 조향축(130)이 요크(113)의 볼트홀(113a)로부터 빠져나오게 되고, 중간축(100)을 통한 조향력의 전달이 불가능하게 되어서, 결국 사고로 이어질 수 있는 큰 문제점으로 되었다.

본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로 조향장치의 중간축에 있어서, 중간축을 자동차에 조립하는 과정에서 샤프트와 요크의 오조립을 방지함으로써 자동차의 주행중 안전사고를 방지하고, 샤프트와 요크의 결합부위에서 발생되는 래틀 노이즈를 방지하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단부에 원주방향을 따라 오목한 볼트결합홈이 형성되어 있고, 상기 볼트결합홈으로부터 축방향의 양측에 형성된 세레이션부와, 상기 세레이션부의 끝단에서 직경이 축소되며 축방향으로 연장 형성된 연장부를 구비한 샤프트; 내주면에 상기 샤프트의 세레이션부와 대응되는 세레이션부가 형성되어 있는 샤프트 결합홀이 형성되어 있고, 일측에 상기 샤프트 결합홀과 연통되는 볼트 결합홀이 구비된 요크; 상기 샤프트와 요크의 오조립시 상기 샤프트와 요크가 슬립이 발생되도록, 상기 샤프트의 연장부에 결합되는 슬립부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 중간축을 자동차에 조립하는 과정에서 샤프트와 요크의 오조립을 방지함으로써 자동차의 주행중 안전사고를 방지하고, 샤프트와 요크의 결합부위에서 발생되는 래틀 노이즈를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 일반적인 중간축을 사용한 자동차 조향장치의 개략도,
도 2는 일반적인 자동차 조향장치의 중간축과 유니버설 조인트 및 슬립 조인트를 나타내는 사시도,
도 3은 도 2의 중간축에서 요크와 조향축과의 결합 상태를 나타내는 단면도,
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축 중 슬립부재의 일측과 타측을 나타내는 분해사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축 일부를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축 중 슬립부재의 일측과 타측을 나타내는 분해사시도, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 자동차 조향장치의 중간축 일부를 나타내는 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차 조향장치의 중간축은, 단부에 원주방향을 따라 오목한 볼트결합홈(303)이 형성되어 있고, 상기 볼트결합홈(303)으로부터 축방향의 양측에 형성된 세레이션부(305)와, 상기 세레이션부(305)의 끝단에서 직경이 축소되며 축방향으로 연장 형성된 연장부(307)를 구비한 샤프트(301); 내주면에 상기 샤프트(301)의 세레이션부(305)와 대응되는 세레이션부가 형성되어 있는 샤프트 결합홀이 형성되어 있고, 일측에 상기 샤프트 결합홀과 연통되는 볼트 결합홀(113a)이 구비된 요크(113); 상기 샤프트(301)와 요크(113)의 오조립시 상기 샤프트(301)와 요크(113)가 슬립이 발생되도록, 상기 샤프트(301)의 연장부(307)에 결합되는 슬립부재(300)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어서 자동차 조향장치의 중간축은 작업자가 중간축을 자동차에 조립하는 과정에서 샤프트(301)와 요크(113)의 오조립을 방지하고, 샤프트(301)와 요크(113)의 결합부위에서 발생되는 래틀 노이즈를 방지하게 되어 있다.

중간축은 운전자의 조향휠 조작시 회전력을 전달하는 것으로 자동차에 조립시 조립성을 위해 축방향으로 신축이 가능하도록 내측 부재와 외측 부재가 신축되는 구조를 구비하고 있으며, 중간축의 양단에 구비된 요크(113)에는 샤프트(301)가 결합된다.

샤프트(301)는 단부에 원주방향을 따라 오목한 볼트결합홈(303)이 형성되어 있어서 샤프트(301)와 요크(113)의 결합시 요크(113)의 볼트 결합홀(113a)에 체결되는 볼트가 볼트결합홈(303)에 지지되어 샤프트(301)와 요크(113)의 이탈을 방지하게 되어 있다.

또한, 볼트결합홈(303)으로부터 축방향의 양측에는 세레이션부(305)가 형성되어 있어서 샤프트(301)를 요크(113)의 샤프트 결합홀에 삽입하고 볼트로 체결하여 고정된 상태에서 조향축이 회전할 때 샤프트(301)와 요크(113)에 슬립이 발생되지 않게 샤프트 결합홀의 세레이션부와 맞물림 결합되게 되어 있다.

그리고, 샤프트(301)의 세레이션부(305) 끝단에는 연장부(307)가 구비되어 슬립부재(300)가 결합되게 되어 있는데, 연장부(307)는 세레이션부(305)의 끝단에서 직경이 축소되며 축방향으로 연장 형성된다.

샤프트(301)와 결합되는 요크(113)는 내주면에 샤프트(301)의 세레이션부(305)와 대응되는 세레이션부가 형성되어 있는 샤프트 결합홀이 형성되어 샤프트(301)의 세레이션부(305)와 맞물림 결합되고, 요크(113)의 일측에는 샤프트 결합홀과 연통되는 볼트 결합홀(113a)이 구비되어 볼트에 의해 샤프트(301)가 이탈되지 않게 요크(113)와 결합하게 되어 있다.

슬립부재(300)는 샤프트(301)와 요크(113)의 오조립시 샤프트(301)와 요크(113)가 슬립이 발생되도록 하여 오조립 여부를 확인하게 해주는 것으로, 샤프트(301)의 연장부(307)에 결합되는 부시(310)와 부시(310)의 외측에 결합되며 외주면이 평평하게 형성되는 캡(320)을 포함하여 구성된다.

즉, 샤프트(301)의 볼트결합홈(303)이 요크(113)의 볼트 결합홀(113a)의 위치까지 충분히 삽입되지 않고 볼트를 체결하는 경우 샤프트(301)가 요크(113)의 샤프트 결합홀 내측에서 슬립이 발생되며 헛돌게 됨으로써, 샤프트(301)와 요크(113)의 오조립을 확인할 수 있게 되어 있다.

그리고, 캡(320)의 내주면에는 축방향의 일측에 대경부(323)가 형성되고 타측에는 소경부(325)가 형성되어 있고, 이와 결합되는 부시(310)의 축방향 일측에는 캡(320)의 대경부(323)에 삽입되는 수개의 결합부(313)가 원주방향으로 소정거리 이격되며 형성되어 있어서 부시(310)를 캡(320)에 삽입하면 결합부(313)가 대경부(323)에 삽입되며 결합하게 된다.

또한, 소경부(325)에는 수개의 요홈부(327)가 원주방향으로 소정거리 이격되며 형성되어 있고, 부시(310)의 축방향 타측 즉, 결합부(313)의 반대쪽에는 경방향으로 돌출되어 소경부(325)의 요홈부(327)에 삽입되는 수개의 돌기부(311)가 형성되어 부시(310)와 캡(320)의 결합후 부시(310)와 캡(320)이 헛도는 것을 방지하게 되어 있다.

한편, 샤프트(301)의 연장부(307)에는 원주방향을 따라 오목한 체결홈(307a)이 형성되어 있고 부시(310)는 결합부(313)들의 사이에 수개의 지지부(315)가 형성되어 있는데, 지지부(315)의 끝단부에는 경방향 내측으로 절곡되어 샤프트(301)의 체결홈(307a)에 안착되는 체결부(315a)가 구비되어 있어서 샤프트(301)와 부시(310)가 정확한 위치에서 결합하게 되며 또한, 샤프트(301)와 요크(113)의 오조립시 샤프트(301)가 체결부(315a)에 지지되면서 슬립이 이루어지게 되어 있다.

샤프트(301)와 요크(113)의 슬립은 샤프트(301)가 부시(310)의 내측에서 헛돌거나, 캡(320)이 요크(113)의 샤프트 결합홀 내측에서 헛돌게 되면서 이루어지게 된다.

또한, 부시(310)의 축방향 타측 끝단 즉, 결합부(313)의 반대쪽 끝단에는 경방향 외측으로 절곡되어 캡(320)의 끝단부를 감싸는 절곡부(317)가 형성되어 있는데, 절곡부(317)는 원주방향으로 소정거리 이격되며 수개가 형성될 수 있다.

따라서, 부시(310)에 절곡부(317)가 형성됨으로 인하여 샤프트(301)와 요크(113)의 조립 후 샤프트(301)의 축방향 진동에 의해 유발되는 캡(320)의 축방향 유격에 의해 캡(320)과 샤프트(301)의 접촉에 의한 래틀 노이즈를 방지할 수 있게 되어 있다.

또한, 절곡부(317)의 양측에는 축방향으로 잘라진 절개부(317a)가 형성되어 있어서 부시(310)를 캡(320)의 내측에 삽입할 때 절곡부(317)가 내측으로 탄성 변형되면서 삽입되도록 하여 조립이 용이하게 되어 있다.

이와 같은 캡(320)은 스틸 재질로 단조 형성되거나 소결로 형성될 수 있으며, 부시(310)는 내마모성과 저마찰성이 우수하고 소정의 휨과 강성을 구비하며 열에 의한 신축성이 적은 재질로 형성될 것이 요구되므로, 이와 같은 성질을 구비하는 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱계열 재질로 형성된다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면, 중간축을 자동차에 조립하는 과정에서 샤프트와 요크의 오조립을 방지함으로써 자동차의 주행중 안전사고를 방지하고, 샤프트와 요크의 결합부위에서 발생되는 래틀 노이즈를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

113: 요크 113a: 볼트 결합홀
300: 슬립부재 310: 부시
311: 돌기부 313: 결합부
315: 지지부 317: 절곡부
320: 캡 323: 대경부
325: 소경부 327: 요홈부

Claims

단부에 원주방향을 따라 오목한 볼트결합홈이 형성되어 있고, 상기 볼트결합홈으로부터 축방향의 양측에 형성된 세레이션부와, 상기 세레이션부의 끝단에서 직경이 축소되며 축방향으로 연장 형성된 연장부를 구비한 샤프트;
내주면에 상기 샤프트의 세레이션부와 대응되는 세레이션부가 형성되어 있는 샤프트 결합홀이 형성되어 있고, 일측에 상기 샤프트 결합홀과 연통되는 볼트 결합홀이 구비된 요크;
상기 샤프트와 요크의 오조립시 상기 샤프트와 요크가 슬립이 발생되도록, 상기 샤프트의 연장부에 결합되는 부시와, 상기 부시의 외측에 결합되며 외주면이 평평하게 형성되는 캡을 포함하는 슬립부재;
를 포함하되,
상기 부시의 축방향 타측 끝단에 경방향 외측으로 절곡되어 상기 캡의 끝단부를 감싸는 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 캡의 내주면에는 축방향의 일측에 대경부가 형성되고 타측에는 소경부가 형성되며, 상기 부시의 축방향 일측에는 상기 대경부에 삽입되는 수개의 결합부가 원주방향으로 소정거리 이격되며 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
제 3 항에 있어서,
상기 소경부에는 수개의 요홈부가 원주방향으로 소정거리 이격되며 형성되고, 상기 부시의 축방향 타측에는 경방향으로 돌출되어 상기 요홈부에 삽입되는 수개의 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
제 3 항에 있어서,
상기 샤프트의 연장부에는 원주방향을 따라 오목한 체결홈이 형성되고, 상기 부시는 상기 결합부들의 사이에 형성되되 끝단부에 경방향 내측으로 절곡되어 상기 체결홈에 안착되는 체결부가 구비되어 있는 수개의 지지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 절곡부는 원주방향으로 소정거리 이격되며 형성되고, 상기 절곡부의 양측에는 축방향으로 잘라진 절개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치의 중간축.