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1. (WO2019050054) DRIVE SHAFT FOR VEHICLE
Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6   7  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

8  

과제 해결 수단

9   10   11   12   13   14  

발명의 효과

15  

도면의 간단한 설명

16   17   18  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32  

산업상 이용가능성

33  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

도면

1   2   3  

명세서

발명의 명칭 : 차량의 드라이브 샤프트

기술분야

[1]
본 발명은 차량의 구동 계통에 사용되는 드라이브 샤프트에 관한 것이다.

배경기술

[2]
차량의 구동 라인에 사용되는 드라이브 샤프트는 중간 샤프트(intermediate shaft)와 그 양측에 각각 설치되는 등속 조인트를 포함한다.
[3]
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.
[4]
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. 이때, 인너 샤프트는 인보드(in-board) 조인트의 내부 조인트 부재에 연결되고 아웃터 하우징은 아웃보드(out-board) 조인트의 내부 조인트 부재에 연결된다.
[5]
이러한 중간 샤프트 구조에서, 아웃보드 조인트에 연결되는 부재, 즉 아웃터 하우징의 직경이 작은 것이 유리한데, 아웃보드 조인트에 연결되는 아웃터 하우징이 두께가 얇은 중공 실린더 형상을 가지기 때문에 구조적 강도의 확보 등의 필요성에 의해 직경 축소에 한계가 있다.
[6]
[선행기술문헌]
[7]
미국 등록특허공보 US6,585,602 (등록일: 2003년 07월 01일)

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[8]
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 볼 스플라인 구조의 플런징 기능을 갖는 중간 샤프트에서 아웃보드 조인트에 연결되는 부재의 직경을 감소가 용이한 드라이브 샤프트를 제공하는 것이다.

과제 해결 수단

[9]
본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트는, 인보드(in-board) 조인트, 아웃보드(out-board) 조인트, 일측 단부는 상기 인보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결되고 타측 단부는 길이 방향의 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 일측 단부는 상기 보어에 삽입되고 타측 단부는 상기 아웃보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결되는 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.
[10]
상기 볼 스플라인 구조는 길이 방향으로 연장되며 상기 보어에 구비되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 길이 방향으로 연장되며 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 볼 트랙에 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 슬리브 형태의 볼 케이지를 포함할 수 있다.
[11]
상기 인너 샤프트는 상기 아웃보드 조인트의 상기 인너 조인트 멤버에 연결되는 제1 단부, 그리고 상기 인너 볼 그루브가 형성되는 제2 단부를 포함할 수 있고, 상기 제1 단부의 직경이 상기 제2 단부의 직경보다 작도록 형성될 수 있다.
[12]
상기 인너 샤프트는 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 중간에 배치되는 중간부를 더 포함할 수 있고, 상기 중간부의 직경은 상기 제1 단부의 직경보다 크고 상기 제2 단부의 직경보다 작도록 형성될 수 있다.
[13]
상기 인보드 조인트와 상기 아웃보드 조인트는 각각 제파(Rzeppa) 조인트일 수 있다.
[14]
한편, 본 발명의 실시예에 따른 인보드 조인트와 아웃보드 조인트를 구비하는 드라이브 샤프트의 중간 샤프트는, 일측 단부는 상기 인보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결될 수 있도록 구성되고 타측 단부는 길이 방향의 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 일측 단부는 상기 보어에 삽입되고 타측 단부는 상기 아웃보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결될 수 있도록 구성되는 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.

발명의 효과

[15]
본 발명에 의하면, 볼 스플라인 구조를 이용한 플런징 기능을 갖는 드라이브 샤프트에서 아웃터 하우징을 인보드 조인트에 연결하고 인너 샤프트를 아웃보드 조인트에 연결함으로써, 아웃보드 조인트의 내측 조인트 멤버에 연결되는 인너 샤프트의 단부의 직경의 감소가 용이해진다.

도면의 간단한 설명

[16]
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 개략적인 사시도이다.
[17]
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
[18]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 인너 샤프트의 단면도이다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[19]
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
[20]
도 1 및 도 2를 참조하면, 드라이브 샤프트(1)는 인보드(in-board) 조인트(2)와 아웃보드(out-board) 조인트(3)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.
[21]
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.
[22]
인보드 조인트(2)와 아웃보드 조인트(3)는 중간 샤프트(intermediate shaft)에 의해 서로 연결된다. 중간 샤프트는 볼 스플라인 구조를 이용하여 플런징(plunging) 기능을 갖도록 구성되며, 아웃터 하우징(6), 인너 하우징(7), 그리고 볼 스플라인 구조를 포함한다. 이때, 인보드 조인트(2) 및 아웃보드 조인트(3)의 개방 측을 각각 둘러싸는 부트(4, 5)가 구비될 수 있다.
[23]
아웃터 하우징(6)의 한 쪽 단부(61)는 인보드 조인트(2)의 인너 조인트 멤버(22)에 연결되고 다른 쪽 단부(62) 길이 방향의 보어(bore)(63)를 구비한다. 아웃터 하우징(6)의 단부(61)는 인보드 조인트(2)의 인너 조인트 멤버(22)와 함께 회전하도록 인보드 조인트 멤버(22)에 체결되며, 예를 들어 스플라인 결합에 의해 인보드 조인트 멤버(22)의 관통홀(222)에 체결될 수 있다.
[24]
인너 샤프트(7)의 한 쪽 단부(71)는 아웃터 하우징(6)의 단부(62)에 구비되는 보어(63)에 삽입되고, 다른 쪽 단부(73)는 아웃보드 조인트(3)의 인너 조인트 멤버(32)와 함께 회전하도록 인너 조인트 멤버(32)에 체결된다. 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 아웃터 하우징(6)에 삽입되는 인너 샤프트(7)의 단부(71)와 아웃보드 조인트(3)의 인너 조인트 멤버(32)에 체결되는 단부(73)는 중간부(72)에 의해 서로 연결된다.
[25]
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.
[26]
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 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 아웃터 볼 그루브(81)는 아웃터 하우징(6)의 개방 측의 끝단에서부터 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.
[27]
복수의 인너 볼 그루브(82)는 아웃터 하우징(6)의 복수의 아웃터 볼 그루브(81)와 각각 짝을 이루어 복수의 볼 트랙(ball track)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 트랙을 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.
[28]
복수의 볼(83)이 아웃터 볼 그루브(81)와 인너 볼 그루브(82)에 의해 형성되는 볼 트랙에 일렬로 배열된다. 이때, 볼(83)은 길이 방향으로 이동 가능하게 배치된다.
[29]
볼 케이지(84)는 슬리브(sleeve) 형태를 가지며 아웃터 하우징(6)과 인너 샤프트(7) 사이에 개재된다. 볼 케이지(84)는 복수의 볼(83)을 수용하며 길이 방향으로 이동 가능하게 배치된다.
[30]
한편, 도 3을 참조하면, 인너 샤프트(7)의 양측 단부(71, 73) 중 아웃보드 조인트(3)의 인너 조인트 멤버(32)에 연결되는 단부(73)의 직경(D1)이 인너 볼 그루브(82)가 형성되는 단부(71)의 직경(D2)보다 작도록 형성된다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 양측 단부(71, 73)의 중간에 배치되는 중간부(72)의 직경은 아웃보드 조인트(3)의 인너 조인트 멤버(32)에 연결되는 단부(73)의 직경(D1)보다 크고 인너 볼 그루브(82)가 형성되는 단부(71)의 직경(D2)보다 작도록 형성될 수 있다. 이에 의해 인너 샤프트(7)의 직경이 단계적으로 감소될 수 있어 구조적 강도가 향상될 수 있고 제조가 용이해진다.
[31]
드라이브 샤프트에서 아웃보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결되는 부재의 직경의 감소에 의해 드라이브 샤프트의 컴팩트화가 가능하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 종래의 드라이브 샤프트와는 반대로 아웃터 하우징을 인보드 조인트 측에 배치하고 인너 샤프트를 아웃보드 조인트 측에 배치함으로써, 하우징보다 상대적으로 직경이 작게 형성될 수 있는 인너 샤프트가 아웃보드 조인트에 연결되어 아웃보드 조인트의 인너 조인트 부재에 연결되는 인너 샤프트의 단부를 원하는 직경까지 감소시키는 것이 용이해진다.
[32]
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.

산업상 이용가능성

[33]
본 발명은 차량의 드라이브 샤프트에 관한 것으로 산업상 이용가능성이 있다.

청구범위

[청구항 1]
인보드(in-board) 조인트, 아웃보드(out-board) 조인트, 일측 단부는 상기 인보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결되고 타측 단부는 길이 방향의 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 일측 단부는 상기 보어에 삽입되고 타측 단부는 상기 아웃보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결되는 인너 샤프트, 그리고 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함하는 드라이브 샤프트.
[청구항 2]
제1항에서, 상기 볼 스플라인 구조는 길이 방향으로 연장되며 상기 보어에 구비되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 길이 방향으로 연장되며 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 볼 트랙에 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 슬리브 형태의 볼 케이지를 포함하는 드라이브 샤프트.
[청구항 3]
제1항에서, 상기 인너 샤프트는 상기 아웃보드 조인트의 상기 인너 조인트 멤버에 연결되는 제1 단부, 그리고 상기 인너 볼 그루브가 형성되는 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부의 직경이 상기 제2 단부의 직경보다 작도록 형성되는 드라이브 샤프트.
[청구항 4]
제3항에서, 상기 인너 샤프트는 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 중간에 배치되는 중간부를 더 포함하고, 상기 중간부의 직경은 상기 제1 단부의 직경보다 크고 상기 제2 단부의 직경보다 작도록 형성되는 드라이브 샤프트.
[청구항 5]
제1항에서, 상기 인보드 조인트와 상기 아웃보드 조인트는 각각 제파(Rzeppa) 조인트인 드라이브 샤프트.
[청구항 6]
인보드 조인트와 아웃보드 조인트를 구비하는 드라이브 샤프트의 중간 샤프트로서, 일측 단부는 상기 인보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결될 수 있도록 구성되고 타측 단부는 길이 방향의 보어(bore)를 구비하는 아웃터 하우징, 일측 단부는 상기 보어에 삽입되고 타측 단부는 상기 아웃보드 조인트의 인너 조인트 멤버에 연결될 수 있도록 구성되는 인너 샤프트, 그리고 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징이 길이 방향으로 상대 이동이 가능하도록 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징을 연결하는 볼 스플라인 구조를 포함하는 중간 샤프트.
[청구항 7]
제6항에서, 상기 볼 스플라인 구조는 길이 방향으로 연장되며 상기 보어에 구비되는 복수의 아웃터 볼 그루브, 길이 방향으로 연장되며 상기 복수의 아웃터 볼 그루브와 짝을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하도록 상기 인너 샤프트의 외면에 형성되는 복수의 인너 볼 그루브, 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 볼 트랙에 배치되는 복수의 볼, 그리고 상기 복수의 볼을 수용하며 상기 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 인너 샤프트와 상기 아웃터 하우징 사이에 개재되는 슬리브 형태의 볼 케이지를 포함하는 중간 샤프트.
[청구항 8]
제6항에서, 상기 인너 샤프트는 상기 아웃보드 조인트의 상기 인너 조인트 멤버에 연결되는 제1 단부, 그리고 상기 인너 볼 그루브가 형성되는 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부의 직경이 상기 제2 단부의 직경보다 작도록 형성되는 중간 샤프트.
[청구항 9]
제8항에서, 상기 인너 샤프트는 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 중간에 배치되는 중간부를 더 포함하고, 상기 중간부의 직경은 상기 제1 단부의 직경보다 크고 상기 제2 단부의 직경보다 작도록 형성되는 드라이브 샤프트.
[청구항 10]
제6항에서, 상기 인보드 조인트와 상기 아웃보드 조인트는 각각 제파(Rzeppa) 조인트인 드라이브 샤프트.

도면

[도1]

[도2]

[도3]