KR20100090017A - 인터미디어트 샤프트 어셈블리 - Google Patents

인터미디어트 샤프트 어셈블리 Download PDF

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KR20100090017A
KR20100090017A KR1020090009254A KR20090009254A KR20100090017A KR 20100090017 A KR20100090017 A KR 20100090017A KR 1020090009254 A KR1020090009254 A KR 1020090009254A KR 20090009254 A KR20090009254 A KR 20090009254A KR 20100090017 A KR20100090017 A KR 20100090017A
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ball bearing
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김영주
손호철
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한국델파이주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 인터미디어트 샤프트 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 길이 방향으로 구멍이 형성되고 내주면에 길이 방향으로 복수의 홈이 형성된 아웃터 샤프트, 상기 아웃터 샤프트의 구멍에 삽입되고 상기 아웃터 샤프트의 홈과 대응되도록 외주면에 길이 방향으로 복수의 홈이 형성된 이너 샤프트, 상기 아웃터 샤프트와 상기 이너 샤프트 사이에 장착되는 슬라이딩 부재를 포함하며, 상기 슬라이딩 부재는, 상기 아웃터 샤프트의 홈과 상기 이너 샤프트의 홈에 의해 형성된 홀에 삽입된 볼 베어링과, 상기 아웃터 샤프트의 홈과 상기 이너 샤프트의 홈에 의해 형성된 다른 홀에 삽입되어 상기 이너 샤프트의 외벽에 선접촉하는 접촉부재와, 상기 볼 베어링과 상기 접촉부재가 장착되는 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아웃터 샤프트, 이너 샤프트, 슬라이딩 부재, 볼 베어링, 접촉부재, 슬리브

Description

인터미디어트 샤프트 어셈블리{intermediate shaft assembly}
본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 인터미디어트 샤프트 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에는 그 진행방향을 조절하기 위해 바퀴의 방향을 조절할 수 있는 조향장치(steering system)가 장착된다.
도 1에는 일반적인 차량용 조향장치가 개략적으로 도시되어 있다.
조향장치의 기본적인 작동 개념은, 차량의 조향 휠(steering wheel)(1)을 조작하여 바퀴가 연결되어 있는 너클(knucle)을 회전시킴으로써 바퀴의 회전으로 차량의 진행방향이 결정되도록 하는 것이다.
즉, 조향 휠(1)을 회전시키면 조향 휠(1)과 연결되어 있고 조향 칼럼(steering column)(3)이 둘러싸고 있는 조향 샤프트(5)가 회전한다. 그러면 조향 샤프트(5)에 연결된 조향 기어(6)가 작동하여 타이 로드(4)를 이동시키게 되고, 최종적으로 타이 로드(4)에 연결된 너클을 회전시켜 바퀴를 회전시키게 된다.
도 2 및 도 3에는 상술한 차량용 조향장치의 일부를 구성하는 종래의 인터미디어트 샤프트 어셈블리(intermediate shaft assembly)의 일례가 도시되어 있다. 여기서, 도 2는 종래의 인터미디어트 샤프트 어셈블리의 측면도이고, 도 3은 도 2의 A-A 방향으로의 단면도이다.
인터미디어트 샤프트 어셈블리는 아웃터 샤프트(200), 이너 샤프트(100), 슬라이딩 부재(300)를 구비한다.
아웃터 샤프트(200)의 중앙에는 길이 방향으로 구멍이 형성되고, 구멍의 내주면에는 홈이 형성되어 있다.
이너 샤프트(100)는 아웃터 샤프트(200)의 구멍에 삽입되고, 이너 샤프트(100)의 외주면에는 아웃터 샤프트(200)의 홈과 마주하도록 홈이 형성되어 있다.
이너 샤프트(100)가 아웃터 샤프트(200)의 구멍으로 슬라이딩 될 수 있도록 슬라이딩 부재(300)가 삽입된다. 슬라이딩 부재(300)는 복수의 볼 베어링(301)과 각각의 볼 베어링(301)이 장착된 슬리브(302)를 구비하고, 아웃터 샤프트(200)와 이너 샤프트(100) 사이에 장착된다. 또한 슬라이딩 부재(300)는 스티어링 휠을 운전자가 회전시킬 때 아웃터 샤프트(200)와 이너 샤프트(100) 사이에서 동력이 전달될 수 있도록 연결되어, 스티어링 컬럼에서 전달되는 회전력을 스티어링 기어로 전달되게 한다.
그러나 이러한 종래의 볼-슬리브 방식의 인터미디어트 샤프트 어셈블리의 경우, 차량의 조립성 향상을 위하여, 회전 강성(torsional stiffness)이나 슬라이딩 힘(sliding force)을 축소할 경우, 시간이 경과함에 따라 래쉬(lash) 및 노이즈 발생 등의 내구 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 슬라이딩 부재에 코일 스프링을 사용하여 내구성을 높이고, 노이즈의 발생을 방지할 수 있는 인터미디어트 샤프트 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 길이 방향으로 구멍이 형성되고 내주면에 길이 방향으로 복수의 홈이 형성된 아웃터 샤프트, 상기 아웃터 샤프트의 구멍에 삽입되고 상기 아웃터 샤프트의 홈과 대응되도록 외주면에 길이 방향으로 복수의 홈이 형성된 이너 샤프트, 상기 아웃터 샤프트와 상기 이너 샤프트 사이에 장착되는 슬라이딩 부재를 포함하며, 상기 슬라이딩 부재는, 상기 아웃터 샤프트의 홈과 상기 이너 샤프트의 홈에 의해 형성된 홀에 삽입된 볼 베어링과, 상기 아웃터 샤프트의 홈과 상기 이너 샤프트의 홈에 의해 형성된 다른 홀에 삽입되어 상기 이너 샤프트의 외벽에 선접촉하는 접촉부재와, 상기 볼 베어링과 상기 접촉부재가 장착되는 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 상기 접촉부재가 중공의 코일 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 상기 접촉부재가 테프론 코팅이 된 금속제 핀 또는 자기 윤활제가 함유된 플라스틱 핀인 것을 특징으 로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 상기 코일 스프링 및 상기 볼 베어링 중 하나 이상의 부재와 상기 아웃터 샤프트의 홈 사이에 상기 하나 이상의 부재를 탄성 지지하는 판 스프링이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 상기 판 스프링을 걸 수 있도록 상기 아웃터 샤프트의 홈의 양끝단에 걸림턱이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 상기 아웃터 샤프트의 홈의 내측에 상기 판 스프링의 일부분을 지지할 수 있도록 지지돌기가 상기 걸림턱으로부터 연장되면서 돌출되게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 상기 코일 스프링의 중공에 비틀림 저항 및 강성을 높이기 위해 핀이 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 상기 볼 베어링 및 상기 접촉부재가 교호되게 장착된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 코일 스프링을 사용하여 코일 스프링이 아웃터 샤프트와 이너 샤프트에 선접촉 하게 함으로써, 내구성을 높이고, 노이즈의 발생을 방지할 수 있으며 조향 응답성을 높일 수 있다.
또한 코일 스프링과 아웃터 샤프트 사이에 판 스프링을 설치함으로써, 코일 스프링과 아웃터 샤프트 사이의 유격 및 회전 방향으로의 래쉬를 줄여 노이즈 발생 을 억제할 수 있다.
또한 코일 스프링의 중공에 플라스틱 또는 금속으로 형성된 핀을 삽입함으로써, 코일 스프링이 찌그러지는 것을 최소화할 수 있어 내구성을 높일 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리의 측단면도, 도 5는 도 4의 B-B 방향으로의 단면도, 도 6은 도 5의 C, D 부분의 확대도, 도 7은 본 발명에 사용되는 코일 스프링의 도면이다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리는 아웃터 샤프트(110), 이너 샤프트(120), 슬라이딩 부재(130)를 포함한다.
아웃터 샤프트(110)에는 길이 방향으로 구멍이 형성되고, 내주면에 복수의 홈(111)이 형성된다. 홈(111)은 그 단면이 반구 형태로 아웃터 샤프트(110)의 길이 방향을 따라 형성된다.
이러한 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)의 양 끝단부에는 판 스프링(137)이 걸리도록 걸림턱(112)이 형성된다. 상기 걸림턱(112)에는 판 스프링(137)의 일단이 지지된다.
여기서 판 스프링(137)은 이하에서 설명되는 슬라이딩 부재(130)의 코일 스프링(134) 및 볼 베어링(132) 중 하나 이상의 부재와 아웃터 샤프트(110) 사이에 설치된다. 그리고 판 스프링(137)은 코일 스프링(134) 및/또는 볼 베어링(132)을 탄성 지지함으로써, 코일 스프링(134) 및/또는 볼 베어링(132)과 아웃터 샤프트(110) 사이에서 유격을 줄일 수 있다.
또한 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)에는 지지돌기(114)가 형성된다.
상기 지지돌기(114)는 판 스프링(137)의 일부분을 지지할 수 있도록 걸림턱(112)으로부터 연장되면서 돌출되게 형성된다.
따라서 걸림턱(112)과 지지돌기(114)로 인해 판 스프링(137)이 탄성을 갖게 된다.
상세히 설명하면, 판 스프링(137)을 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)에 설치하면, 판 스프링(137)의 한쪽 끝단이 걸림턱(112)에 걸려지고, 지지돌기(114)에 의해 판 스프링(137)의 일부분이 지지된다. 그리고 판 스프링(137)의 다른 한쪽 끝단이 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)에 지지된다.
판 스프링(137)은 지지돌기(114)와 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)에 지지될 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 홈(111)의 내벽과 판 스프링(137) 사이에는 공간(115)이 형성된다. 따라서 판 스프링(137)이 휘어질 수 있는 공간(115)이 확보됨으로써, 판 스프링(137)이 탄성을 갖게 되어 코일 스프링(134) 및/또는 볼 베어링(132)을 탄성 지지하게 된다.
이너 샤프트(120)는 아웃터 샤프트(110)의 구멍에 삽입되고, 외주면에는 단면이 반구 형태로 형성된 복수의 홈(123)이 형성된다. 이너 샤프트(120)의 홈(123)은 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)과 대응되게 형성되어 이너 샤프트(120)를 아웃터 샤프트(110)의 구멍에 삽입했을 때 하나의 홀을 형성하게 된다.
슬라이딩 부재(130)는 아웃터 샤프트(110)와 이너 샤프트(120) 사이에 장착된다. 이러한 슬라이딩 부재(130)는 볼 베어링(132), 접촉부재(134), 슬리브(136)을 포함한다.
볼 베어링(132)은 이너 샤프트(120)의 홈(123)과 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)에 의해 형성되는 홀에 위치되어 스티어링 휠에 충격이 가해졌을 때 슬라이딩 될 수 있도록 구름 운동을 한다.
도 5에는 볼 베어링(132)이 슬리브(136)에 120°간격을 이루면서 결합된 것이 예시되어 있다.
여기서 슬리브(136)는 볼 베어링(132)과 후술하는 접촉부재(134)를 고정시키는 역할을 수행한다. 슬리브(136)는 관 형상으로 형성되고, 슬리브(136)에는 볼 베어링(132) 또는 접촉부재(134)를 고정할 수 있도록 홀(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
접촉부재(134)는 도 7에 도시된 바와 같은 코일 스프링(134)으로 형성될 수 있다. 이러한 코일 스프링(134)은 이너 샤프트(120)의 홈(123)과 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)에 의해 형성된 홀 중에서 볼 베어링(132)이 설치되지 않은 홀에 위치한다(도 5 참조), 그리고 볼 베어링(132)과 마찬가지로 스티어링 휠에 충격이 가해졌을 때 이너 샤프트(120)가 아웃터 샤프트(110) 내부로 슬라이딩 될 수 있도록 하고, 스티어링 휠 회전 시 아웃터 샤프트(110)와 이너 샤프트(120) 사이에 회전력을 전달하는 역할을 수행한다.
이때 도 4에 도시된 바와 같이, 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)과 이너 샤프 트(120)의 홈(123) 사이에서 코일 스프링(134)이 선접촉된다. 따라서 응답성이 우수하고 접촉 면적이 볼 베어링(132)에 비해 넓기 때문에 내구성을 높일 수 있다.
도 5에는 코일 스프링(134)이 120°간격을 이루면서 볼 베어링(132)과 교호되게(alternatively) 슬리브(136)에 결합되어 있는 모습이 예시적으로 도시되어 있다. 즉, 볼 베어링(132)과 코일 스프링(134)은 번갈아 가면서 위치한다.
또한, 도 4에는 예시적으로, 코일 스프링(134)이 아웃터 샤프트(110)의 홈(111)과 이너 샤프트(120)의 홈(123)에 의해 형성되는 각각의 홀에 2개씩 장착되어 있는 모습이 도시되어 있다.
한편, 본 실시예에서 접촉부재는 코일 스프링(134)으로 형성되었으나 이와 다르게 핀으로 형성될 수 있다. 이러한 핀으로는 외주면에 테프론이 코팅된 금속제 핀 또는 2황화 몰리브덴(MoS2)와 같은 자기윤활제가 함유된 플라스틱 핀이 사용될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리를 보여주는 부분 확대도이다.
상술된 판 스프링(137)을 사용하지 않고 간단하게 중공의 코일 스프링(134)만으로도 회전 강성, 래쉬, 슬라이딩 힘을 조절하여 내구성을 향상시킬 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인터미디어트 샤프트 어셈블리를 보여주는 부분 확대도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 코일 스프링(134)의 중공에 핀(138)을 삽입하여 적당한 슬라이딩 힘을 구현할 수 있고 강성을 높일 수 있으며 또한 코일 스프링(134)의 내구성을 높일 수 있다. 이러한 핀(138)은 플라스틱 또는 금속 재질로 형성될 수 있다.
즉, 스티어링 휠에 충격이 발생하면, 슬라이딩 부재(130)의 볼 베어링(132)과 코일 스프링(134)을 이용하여 이너 샤프트(120)가 아웃터 샤프트(110)의 내부로 슬라이딩 된다. 이때 코일 스프링(134)의 중공이 비어 있는 경우 코일 스프링(134)이 찌그러짐에 따라 적당한 슬라이딩 힘이 유지될 수 없다. 따라서 코일 스프링(134)의 중공에 핀(138)을 삽입함으로써, 적당한 슬라이딩 힘이 유지될 수 있다.
이와 같이, 코일 스프링(134)의 중공에 핀(138)을 삽입함으로써, 코일 스프링(134)의 비틀림 및 찌그러짐을 방지할 수 있고 코일 스프링(134)의 강성을 높일 수 있으며 내구성도 높일 수 있다.
또한, 핀(138)을 삽입함으로써, 스티어링 휠의 작동에 대한 인터미디어트 샤프트 어셈블리의 응답성도 높일 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.
도 1은 일반적인 차량용 조향장치의 개략도이다.
도 2는 종래의 인터미디어트 샤프트 어셈블리의 측단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 방향으로의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터미디어트 샤프트의 측단면도이다.
도 5는 도 4의 B-B 방향으로의 단면도이다.
도 6은 도 5의 C, D 부분의 확대도이다.
도 7은 본 발명에 사용되는 코일 스프링의 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터미디어트 샤프트를 보여주는 부분 확대도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인터미디어트 샤프트를 보여주는 부분 확대도이다
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 아웃터 샤프트　　　 111 : 아웃터 샤프트의 홈
112 : 걸림턱 114 : 지지돌기
120 : 이너 샤프트 123 : 이너 샤프트의 홈
130 : 슬라이딩 부재　　　132 : 볼 베어링
134 : 코일 스프링 137 : 판 스프링

Claims (8)

  1. 길이 방향으로 구멍이 형성되고 내주면에 길이 방향으로 복수의 홈이 형성된 아웃터 샤프트, 상기 아웃터 샤프트의 구멍에 삽입되고 상기 아웃터 샤프트의 홈과 대응되도록 외주면에 길이 방향으로 복수의 홈이 형성된 이너 샤프트, 상기 아웃터 샤프트와 상기 이너 샤프트 사이에 장착되는 슬라이딩 부재를 포함하는 인터미디어트 샤프트 어셈블리에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재는, 상기 아웃터 샤프트의 홈과 상기 이너 샤프트의 홈에 의해 형성된 홀에 삽입된 볼 베어링과, 상기 아웃터 샤프트의 홈과 상기 이너 샤프트의 홈에 의해 형성된 다른 홀에 삽입되어 상기 이너 샤프트의 외벽에 선접촉하는 접촉부재와, 상기 볼 베어링과 상기 접촉부재가 장착되는 슬리브를 포함하는 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
  2. 제1항에서,
    상기 접촉부재는 중공의 코일 스프링인 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
  3. 제1항에서,
    상기 접촉부재는 테프론 코팅이 된 금속제 핀 또는 자기 윤활제가 함유된 플라스틱 핀인 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
  4. 제2항에서,
    상기 코일 스프링 및 상기 볼 베어링 중 하나 이상의 부재와 상기 아웃터 샤프트의 홈 사이에 상기 하나 이상의 부재를 탄성 지지하는 판 스프링이 설치되는 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
  5. 제4항에서,
    상기 판 스프링을 걸 수 있도록 상기 아웃터 샤프트의 홈의 양끝단에 걸림턱이 형성된 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
  6. 제5항에서,
    상기 아웃터 샤프트의 홈의 내측에는 상기 판 스프링의 일부분을 지지할 수 있도록 지지돌기가 상기 걸림턱으로부터 연장되면서 돌출되게 형성된 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
  7. 제2항에서
    상기 코일 스프링의 중공에는 비틀림 저항 및 강성을 높이기 위해 핀이 장착되는 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
  8. 제1항에서,
    상기 볼 베어링 및 상기 접촉부재는 교호되게 장착된 인터미디어트 샤프트 어셈블리.
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