KR101954521B1 - 백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스플라인 축에 관한 것으로서, 특히 자성 유체와 영구자석을 구비하여 스플라인 축의 회전동작시 자성 유체의 점성을 변동시켜 백래시로 인한 소음과 진동을 최소화하는 백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축에 관한 것이다. 구성은 일단 측면에 자성 유체(magnetic fluid)를 주입하기 위한 주입구가 형성되고, 외면으로는 자기장(magnetic field)을 발생시키기 위한 자석이 외면을 감싸도록 형성되는 암형(Female Typr) 스플라인 축과, 상기 암형 스플라인 축과 결합 되고, 외면 일 측에는 자성 유체의 유출을 방지하기 위한 씰(Seal)을 수용하기 위한 실링 홈이 형성된 수형(Male Type) 스플라인 축을 포함하는 백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축에 있어서, 상기 자석의 외 측으로는 자석의 이탈을 방지하여 항상 안정된 자기장을 발생할 수 있도록 클램프가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축{Spline Shaft have Prevention Backlash Function}

본 발명은 스플라인 축에 관한 것으로서, 특히 자성 유체와 영구자석을 구비하여 스플라인 축의 회전동작시 자성 유체의 점성을 변동시켜 백래시로 인한 소음과 진동을 최소화하는 백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축에 관한 것이다.

일반적으로 자동차·공작 기계·증기터빈과 발전기의 결합 등에는 토크(torque)가 큰 회전을 전달하기 위해 축의 둘레에 같은 간격으로 4~수십 줄의 키(key) 모양의 요철(凹凸)을 붙인 스플라인 축(spline shaft)이 사용된다.

이러한 스플라인 축에는 백랙시 현상이 발생할 경우 차량운행시 구동모터의 회전력이 감속기에 직접 전달되어 감속기를 구성하는 기어에 충격이 가해져 파손이 발생할 수 있고, 또 차륜으로부터 차축을 통해 구동모터 쪽으로 진동 및 충격이 전달되어 구동모터를 손상시킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 다양한 방식으로 백래시를 최소화시키고 있다.

그러나 종래의 스플라인 축은 모터 축 회전 휠과 차축 회전 휠의 사이에 탄성 재질로 이루어진 하중 지지체가 구비된 구조로 이루어져 전달되는 진동 및 충격을 흡수함으로써 구동모터나 감속 기어가 파손되는 것을 방지하도록 되어 있기 때문에 스플라인으로 연결되는 기계적 축 연결은 백래시(backlash : 한 쌍의 기어를 맞물렸을 때 치면 사이에 생기는 틈새.)가 반드시 발생하여 비틀림과 소음 및 진동을 유발하는 문제점이 있었다.

또, 종래에는 백래시 레스 구조를 채용하는 것도 알려져 있으나 평 기어와 같은 기어 전달에는 유용하지만 축과 같이 동일한 축으로 회전되는 연결구조에서는 적용하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 백래시가 발생함에 따라 스플라인 축을 형성한 감속기와 구동모터의 손상에 의해 차륜이 원활히 회전할 수 없게 되어 차량이 정상적인 주행속도를 유지하지 못해 운행 지연이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1469372호 대한민국 공개특허 제10-2012-0005590호

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 영구자석에 의해 발생된 자장으로 자성 유체의 점성을 변화시켜 댐퍼 역할을 하거나 백래시를 방지하고 백래시로 인한 진동 및 소음을 방지하거나 최소화하는 스플라인 축을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일단 측면에 자성 유체(magnetic fluid)를 주입하기 위한 주입구가 형성되고, 외면으로는 자기장(magnetic field)을 발생시키기 위한 자석이 외면을 감싸도록 형성되는 암형(Female Typr) 스플라인 축과, 상기 암형 스플라인 축과 결합 되고, 외면 일 측에는 자성 유체의 유출을 방지하기 위한 씰(Seal)을 수용하기 위한 실링 홈이 형성된 수형(Male Type) 스플라인 축을 포함하는 백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축에 있어서, 상기 자석의 외 측으로는 자석의 이탈을 방지하여 항상 안정된 자기장을 발생할 수 있도록 클램프가 형성되는 것을 특징으로 한다.

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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 영구자석과 자성 유체를 통해 백래시를 제거함으로써, 진동과 소음을 방지하거나 최소화하는 효과가 있다.

또, 스플라인 부분 외의 공간으로도 자성 유체가 채워지도록 함으로써 축 방향 진동에 대한 댐퍼 역할은 물론 내구성 향상을 이룰 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스플라인 축의 분해 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 암형 스플라인 축에 자석과 클램프를 결합한 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 암형 스플라인 축에 수형 스플라인 축을 결합한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 스플라인 축을 반대 방향에서 바라본 도면이다.
도 5는 도 2의 A-A선 요부단면도이다.
도 6은 도 3의 B-B선 요부단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자석에 의해 자기장(자장)의 분포, 예컨대 자속 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 스플라인 축의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 스플라인 축(100)은 암형(Female Typr) 스플라인 축(110)과 수형(Male Type) 스플라인 축(120)으로 대별되어 이루어진다.

상기 암형(Female Typr) 스플라인 축(110)은 일단 측면에 자성 유체(magnetic fluid)(131)를 주입하기 위한 주입구(111)가 형성되고, 외면으로는 자기장(magnetic field : 자석이나 전류, 변화하는 전기장 등의 주위에 자기력이 작용하는 공간으로, 자계(磁界) 또는 자장(磁場)이라고도 한다.)을 발생시키기 위한 자석(132)이 외면을 감싸도록 형성된다.

상기 주입구(111)는 자성 유체(131)의 주입 후 렌치 볼트와 같은 체결수단(c)에 의해 밀폐된다.

즉, 상기 주입구(111)로 자성 유체(131)를 주입한 후 체결수단(c)을 주입구(111)에 체결하여 자성 유체(131)의 누출이 방지되도록 밀폐시킨다.

또, 상기 자석(132)은 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않아도 자성을 안정되게 유지하도록 영구자석(permanent magnet)으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 자석(132)은 하나로 형성할 수도 있으나, 상호 간격을 두고 복수 개로 형성된다.

예컨대, 상기 자석(132)과 자석(132) 사이에 간격을 형성함으로써 자석(132) 사이에 고른 자기장을 인가하여 자성 유체(131)의 점성 변화를 효율적으로 유도하게 된다.

그러나 자기장의 세기를 바꾸고자 하거나 매우 강력한 자기장이 필요할 경우에는 전류가 흐르면 자기화(磁氣化)되고, 전류를 끊으면 자기화되지 않은 원래의 상태로 되돌아가는 전자석(electromagnet)으로 형성될 수도 있다.

또, 상기 자석(132)은 주입되는 자성 유체(131)의 점성을 설계된 농도로 안정되고 고르게 유지할 수 있는 자기장을 형성하도록 암형 스플라인 축(110)의 외면에 대응하는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 자석(132)의 형태가 단순한 사각으로 형성될 경우, 곡면으로 형성되는 암형 스플라인 축(110)에 장착(설치)시 전체 면이 긴밀하게 접촉하지 못하고 일부만 접촉하게 되므로 스플라인 축에 고르고 안정된 자기장을 부여하지 못하는 경우가 발생하므로, 외면이 곡면 형태를 이루는 상기 암형 스플라인 축(110)의 외면에 긴밀하게 대응되는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 자석(132)은 영구자석일 경우 자성 유체(131)의 점성을 설계된 농도로 형성하기 위해 자석의 물리적 치수를 조정하는 것이 바람직하다.

예컨대, 스플라인 축의 크기가 작은 경우 자석의 물리적 치수를 작게 하여 자성 유체(131)의 점성을 설계된 농도로 조절하고, 스플라인 축의 크기가 큰 경우, 자석의 물리적 치수를 크게 하여 자성 유체(131)의 점성을 설계된 농도로 조절하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 자석(132)의 물리적 치수에 의해 자성 유체(131)의 점성이 조절되고 이에 따라 자성 유체(131)는 축 방향 진동에 대해 댐퍼 역할도 할 수 있다.

또, 상기 자석(132)의 외 측으로는 자석(132)의 이탈을 방지하여 항상 안정된 자기장을 발생할 수 있도록 클램프(133)가 형성된다.

상기 클램프(133)는 암형(Female Typr) 스플라인 축(110)의 외면에 형성되는 자석(132)을 견고하게 고정하도록 제1 클램프(133a)와 제2 클램프(133b)로 이루어진다.

여기서, 상기 제1 클램프(133a)와 제2 클램프(133b)는 자석(132)의 외면에 대응하도록 반원형의 밴드로 형성되고 양단 부분에는 체결을 위한 복수 개의 체결구멍(ch1), (ch2)이 형성된다.

그리고 상기 각 체결구멍(ch1), (ch2)에는 볼트와 같은 체결수단(c)과의 견고한 체결을 위한 암나사(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 클램프(133)로 자석(132)을 견고하게 고정함으로써, 항상 안정된 자기장을 발생토록 지지할 수 있다.

이와 같이, 상기 클램프(133)는 자석(132)을 견고하게 고정할 수 있는 구조라면 이에 한정하지 않고 다양한 형태로 구성될 수 있다.

상기 수형(Male Type) 스플라인 축(120)은 상기 암형 스플라인 축(110)과 결합 되고, 외면 일 측에는 자성 유체(131)의 유출을 방지하기 위한 씰(Seal) (134)을 수용하기 위한 실링 홈(121)이 형성된다.

즉, 상기 실링 홈(121)은 결합 되는 암형 스플라인 축(110)의 일단에 대응하는 위치에 형성되어 상기 씰(134)에 의해 자성 유체(131)가 외부로 유출되는 것을 차단토록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 결합 관계 및 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 수형 스플라인 축(120)을 암형 스플라인 축(110)에 삽입, 결합한다.

그리고 상기 암형 스플라인 축(110)의 일단 측면에 형성된 주입구(111)를 통해 자성 유체(131)를 주입한다.

이때, 상기 자성 유체(131)가 스플라인 부분 외의 공간까지 채워지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 자성 유체(131)의 주입이 완료된 후에는 렌치 볼트와 같은 체결수단(c)을 주입구(111)에 체결하여 자성 유체(131)의 누출이 방지되도록 밀폐시킨다

이때, 반대편인 수형 스플라인 축(120)은 실링 홈(121)에 결합 되는 씰(134)에 의해 밀폐되어 자성 유체(131)의 누출이 방지되고 일반 유체의 성질을 갖게 된다.

다음, 상기 암형 스플라인 축(110)의 외면에 자석(132)을 장착한다. 이때 상기 자석(132)은 상호 동일한 간격을 이루도록 장착하는 것이 고른 자기장을 형성할 수 있다.

계속해서, 상기 자석(132)의 외면에 클램프(133)를 밀착하여 견고하게 고정한다.

즉, 상기 제1 클램프(133a)와 제2 클램프(133b)를 자석(132)의 외면에 접지시킨 후, 양단 부분에 형성된 각 체결구멍(ch1), (ch2)으로 볼트와 같은 체결수단(c)을 삽입, 견고하게 체결한다.

따라서, 상기 자석(132)에 의해 발생 되는 자기장은 암형 스플라인 축(110)과 수형 스플라인 축(120)을 통해 자속 흐름을 구성하고 이를 통해 스플라인 축의 사이에 채워진 자성 유체(131)에도 동일한 자속이 발생 되어 자성 유체(131)의 점성을 농도 짙게 변동시킨다.

뿐 아니라, 상기 자석(132)의 자기장에 의해 자성 유체(131)의 점성이 농도 짙게 변동되면서 스플라인 축을 견고하게 지지하게 되므로 스플라인 축이 연결되는 내부 공간에서 댐퍼 역할을 하거나, 백래시를 제거함으로써 백래시에 의해 발생 되는 진동과 소음과 같은 여러 가지 부의 요소를 감소시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 스플라인 축 110 : 암형 스플라인 축
111 : 주입구 120 : 수형 스플라인 축
121 : 실링 홈 131 : 자성 유체
132 : 자석 133 : 클램프
133a : 제1 클램프 133b : 제2 클램프
134 : 씰 ch1, ch2 : 체결구멍
c : 체결수단

Claims (4)

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4. 일단 측면에 자성 유체(magnetic fluid)를 주입하기 위한 주입구가 형성되고, 외면으로는 자기장(magnetic field)을 발생시키기 위한 자석이 외면을 감싸도록 형성되는 암형(Female Typr) 스플라인 축과, 상기 암형 스플라인 축과 결합 되고, 외면 일 측에는 자성 유체의 유출을 방지하기 위한 씰(Seal)을 수용하기 위한 실링 홈이 형성된 수형(Male Type) 스플라인 축을 포함하는 백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축에 있어서,
   상기 자석의 외 측으로는 자석의 이탈을 방지하여 항상 안정된 자기장을 발생할 수 있도록 클램프가 형성되는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 기능을 갖는 스플라인 축.

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