KR100386344B1 - 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조 - Google Patents

파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명의 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조는 정류자 전동기의 로터 샤프트에 형성된 웜 샤프트와의 기어 배열에 사용하되, 상기 웜 샤프트와 기어 결합되도록 외원주면에 톱니를 형성하고, 제1관통구(401)가 형성된 원형의 디스크 홈(403)의 바닥면에 원형격벽(402)을 형성한 웜 기어(400)와, 상기 웜 기어(400)의 디스크 홈(403)에 안착되고, 축심에 제2관통구(201)를 형성하며, 원주면에 일정 간격으로 다수의 스프링 고정구(202)들을 부착한 완충 디스크(200)와, 상기 완충 디스크(200)의 스프링 고정구(202)들과 상기 웜 기어(400)의 고정 슬릿(406)들에 억지 끼움식으로 결합되는 다수의 굴곡형 판 스프링(100,110)들과, 상기 완충 디스크(200)의 드라이브 홈(203)들에 삽입되는 드라이브 핀(303)들을 돌출 형성하고, 축심에 축결합용 구멍(301)을 형성하고 있는 도그판(300)을 포함하고, 상기 굴곡형 판 스프링(100,110)들이 상기 웜 기어(400)에 형성된 간극(404)에서 잦은 휨변형을 수반하는 움직임으로 충격을 감쇄/흡수하는 기능을 갖는다.

Description

파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조{MULTI-DAMPING STRUCTURE FOR THE DRIVER OF POWER WINDOW MOTOR}
본 발명은 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조에 관한 것으로서, 전원을 이용하여 차량의 창문의 개폐시 사용하는 파워 윈도우 모터(일명 WLM ; Window Lifting Motor)에 장착된 드라이브 장치의 기어 배열 구조에 관한 것이다.
일반적으로 드라이버(driver)라 함은 링크 기구, 캠 기구 또는 기어 조합에서 동력이 들어오는 원동절(原動節)을 의미한다.
특히, 기어 조합에서의 드라이버 구조는 고속의 모터 동력을 저속으로 감속시켜 큰 토크를 발생시키는 감속장치의 기어배열을 의미한다.
이런 모터용 드라이버 구조는 모터 동력을 이용하여 산업 전반의 구동 메커니즘에 사용되었으며, 특히 자동차 분야에서는 와이퍼, 자동차 창문 개폐 장치, 후사경 구동장치, 전동 시트 등에 폭넓게 이용되어서, 차량 운전의 편의성과 고품격의 승차감을 제공한다.
한편 일반적인 파워 윈도우 모터는 유리창 바로 밑에 장착된 레귤레이터 장치를 구비하여 차량의 창문을 열고 닫는다. 그러한 파워 윈도우 모터는 차량의 유리창과 레귤레이터 장치를 들어올릴 수 있는 토크를 발생시키며, 원터치 유리창 하강 및 승강 작동을 위한 전자 제어 장치에 의해 제어된다.
이런 파워 윈도우 모터는 통상적으로 기어박스 내에 배열된 웜 기어 구조를통해서, 높은 토크를 발생시키고 있으나, 앞서 언급한 원터치 유리창 하강및 승강시 전자 제어 장치에 의한 급격한 감속 및 정지 움직임에 의해서 웜 기어의 톱니가 파손되거나, 레귤레이터의 메커니즘에 충격을 가져오는 단점이 있었다.
종래 기술의 파워 윈도우 모터는 미국 공개 특허 제4,899,608호에 개시된 바와 같이 정류자 전동기와 웜 기어 구조를 이용한 것이다. 이 특허는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 로터 샤프트를 회전시키는 브러시 모터부(1)와 감속 기어 배열을 내장하도록 용기 형상을 갖는 기어 케이스(6)를 포함한다. 그리고, 기어 케이스(6)는 브러시 모터부(1)의 플랜지에 볼트 결합되어 있으며, 분해 조립이 가능한 케이스 커버(61)를 갖는다.
기어 케이스(6)의 내부에는 로터 샤프트로부터 가로축 방향으로 연장된 웜 샤프트(7)가 배열되어 있다. 웜 샤프트(7)는 기어 케이스(6)의 내부에서 웜 기어 (4)와 맞물리게 기어 결합되고, 이 웜 기어(4)의 축심에 체결된 출력 샤프트(5)를 감속 회전시키는 역활을 한다.
이런 파워 윈도우 모터는 급격한 감속 및 정지에 의해 웜 기어 구조의 파손을 최소화하도록, 웜 기어(4)의 내부에 충격 감쇄용 재질의 댐핑 라이너와 같은 완충 디스크(2)를 구비하고 있다. 이 완충 디스크(2)에는 일체형으로 웜 기어(4)의 안쪽 평면에 일체형으로 형성된 돌기(14)들과 맞추어져 구동될 수 있는 3개의 드라이브 홈(24)들이 원주방향으로 일정 간격을 갖게 형성되어 있고, 축방향으로 약간 돌출된 스프링 립(21;spring lips)이 형성되어 있다. 그리고, 도그판(3 ; dog plate)에는 일정 간격으로 3개의 드라이브 핀(31)들이 형성되어 있다. 이런도그판(3)의 드라이브 핀(31)들은 조립시 완충 디스크(2)에 형성된 드라이브 관통구(28)들에 각각 삽입되어 모터의 구동력을 웜 기어(4)에 전달한다. 그리고, 도그판(3)은 출력 샤프트(5)와 결합된다. 이렇게 결합된 출력 샤프트(5)는 베어링에 의해서 회전가능하게 기어 케이스(5)에 결합되고, 피동 기어(5)를 구비하여, 외부로 감속/감쇄된 토크를 전달한다.
이와 유사한 종래의 파워 윈도우 모터는 미국 공개 특허 제4,748,865호의 '일체형 댐퍼 및 드라이버 구조'와 제5,566,592호의 '3홀 댐퍼와 3핀 드라이버'와 PCT국제출원 공개번호 WO0008349호 및 제 WO0008350호의 '6등분된 일체형 댐퍼'에서 찾아 볼 수 있다.
이들 특허들은 공통적으로 웜 기어 안쪽에 댐핑 라이너 혹은 완충 디스크와 도그판을 장착하여 동력 전달은 물론이고, 유사시 충격을 감쇄시키는 역활을 갖도록 구성한 웜 기어 배열에 초점을 맞추고 있다. 즉, 이 특허들은 일반적인 모터의 감속효과와 완충효과를 구현한 댐퍼구조와, 대동소이 하게 차이가 있는 도그판의 형상을 갖고 있다.
그러나 종래 기술에 따른 파워 윈도우 모터는 복잡한 실장 부재들간의 조립 구조와 조립 공차에 따라 소음이 발생하거나, 작동이 원활하게 실현되지 못하고, 상대적으로 불량 발생률이 높은 단점이 있다.
또한, 종래의 파워 윈도우 모터는 제조공정이 상대적으로 어려워 제조 단가가 높고, 기계적 조립에 따른 엔드 결합에 문제가 발생시 작동이 정지되거나, 웜휠과 웜 기어의 맞춤 부위의 톱니들이 파손되는 단점이 있다.
또한, 종래 기술의 파워 윈도우 모터는 웜 기어의 안쪽에 단일의 완충 디스크 또는 동일 목적으로 분리된 댐핑 라이너들을 구비함으로써, 단계적으로 충격을 흡수할 수 없고, 이에 따라 웜 기어 구조에 무리가 가는 단점이 있다.
상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 본 발명의 목적은 다수의 굴곡형 판 스프링들과 완충 디스크에 의한 다중의 댐핑 작용으로 차량의 유리문의 급격한 정지시 웜 기어에 가해지는 충격을 단계적으로 안정되게 감소시킬 수 있는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조를 제공하는데 있다.
도 1a는 종래의 파워 윈도우 모터의 드라이브 장치 배열을 설명하기 위한 부분 단면도,
도 1b는 도 1a에 도시된 드라이브 장치의 결합관계를 설명하기 위한 단면도,
도 1c는 도 1a에 도시된 드라이브 장치의 중요부위를 설명하기 위한 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조를 설명하기 위한 분해 사시도,
도 3a와 도 3b는 도 2에 도시된 파워 윈도우 모터의 작동 방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,110 : 굴곡형 판 스프링 200 : 완충 디스크
201 : 제2관통구 202 : 스프링 고정구
203 : 드라이브 홈 300 : 도그판
301 : 축결합용 구멍 303 : 드라이브 핀
400 : 웜 기어 401 : 제1관통구
402 : 원형격벽 403 : 디스크 홈
406 : 고정 슬릿 500 : 출력샤프트
본 발명은 정류자 전동기의 로터 샤프트에 형성된 웜 샤프트와의 기어 배열에 사용되는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조에 있어서, 상기 웜 샤프트와 기어 결합되도록 외원주면에 톱니를 형성하고, 제1관통구가 형성된 원형의 디스크 홈의 바닥면에 상기 웜기어의 내측면과 일정한 간격을 가지고 수직으로 형상 되어있는 원형격벽을 형성한 웜 기어와, 상기 웜 기어의 원형격벽의 내측에 안착되고, 축심에 제2관통구를 형성하며, 원주면에 일정 간격으로 다수의 스프링 고정구들을 부착한 완충 디스크와, 상기 완충 디스크의 스프링 고정구에 형성된 수직슬릿들과 상기 웜 기어의 고정 슬릿들에 억지 끼움식으로 결합되는 다수의 굴곡형 판 스프링들과, 상기 완충 디스크의 드라이브 홈들에 삽입되는 드라이브 핀들을 저면에 돌출 형성하고, 축심에 축결합용 구멍을 형성하고 있는 도그판을 포함하고, 상기 굴곡형 판 스프링들이 상기 웜 기어에 형성된 간극에서 잦은 휨변형을 수반하는 움직임으로 충격을 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조에 의해 그 목적이 달성된다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 3a와 도 3b는 도 2에 도시된 파워 윈도우 모터의 작동방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 정류자 전동기의 로터 샤프트에 형성된 웜 샤프트와 기어 결합되어 기어 케이스에 안착되는 웜 기어(400)와, 이 웜 기어(400)의 내부에 안착되는 완충 디스크(200)를 고정시킴과 동시에 부가적으로 댐핑 작용을 돕는 굴곡형 판 스프링(100,110)들과, 도그판(300) 및, 출력샤프트(500) 로 이루어져 있다.
웜 기어(400)는 통상의 파워 윈도우 모터의 구동력을 전달받게 기어 케이스에 장착될 수 있는 직경을 갖고, 외원주면에 톱니를 형성하고 있으며, 원형의 디스크 홈(403)을 형성하고 있다. 디스크 홈(403)의 바닥면 축심에는 출력 샤프트(500)를 관통시킬 수 있는 제1관통구(401)가 형성되어 있다. 또한, 디스크 홈(403)에는 완충 드스크(200)의 안착이 가능한 직경을 내측면으로 하는 원형격벽(402)이 형성되어 있다. 따라서, 원형격벽(402)과 웜 기어(400)의 내측면(409) 사이에는 원주방향으로의 간극(404)이 형성된다. 여기에서, 원형격벽(402)은 충격의 감쇄/완충시 완충 디스크(200)의 측면 변형을 막고, 완충 디스크(200)가 독립적인 댐핑 작용을 하도록 돕는 역활을 한다.
또한, 이 원형격벽(402)에는 굴곡형 판 스프링(100,110)들을 개재시키기 위한 두개의 관통 슬릿(405)들이 일정간격을 유지하면서 형성되어 있다. 이와 함께 원형 격벽(402)과 마주보는 웜 기어(400)의 내측면(409)에는 상기 관통 슬릿(405)들을 연장하는 가상선과 수직한 가상선이 만나는 위치에 굴곡형 판 스프링(100,110)들을 고정 시키기 위한 고정 슬릿(406)들이 형성되어 있다.
굴곡형 판 스프링(100,110)들은 본 발명의 다중 댐핑 작용을 수행하는 첫 번째 수단으로서, 재질은 스프링강으로 n개의 주름을 가지고 있어서 탄성력을 더욱 증가 시키고, 상기 굴곡형 판 스프링(100,110)의 탄성력에 의해서 상술한 웜 기어(400)에 형성된 간극(404)에서 잦은 휨 변형을 수반하는 움직임(스프링 놀림)을 발생하고, 이를 이용해 1차적으로 충격을 감쇄시키는 역활을 한다. 그러한 굴곡형 판 스프링(100,110)들은 탄성을 갖는 판형의 부재를 몸체부는 n개의 주름을 가지는 굴곡형으로 형성하고 양끝단은 수직하게 절곡하여 만든것으로서, 웜 기어(400)의 고정 슬릿(406)들에 각각 억지 끼움식으로 결합될 수 있는 두께를 갖는다. 즉, 굴곡형 판 스프링(100,110)들은 완충 디스크(200)에 체결될 수 있게 축심방향으로 꺽인 제1끝단(101)과, 이 제1끝단(101)으로부터 연장되면서 원형격벽(402)의 원주율에 대응하게 휘어진 몸체부(102)와, 이후 몸체부(102)의 끝단에서 바깥쪽으로 수직으로 꺽여서 고정 슬릿(406)에 삽입되는 제2끝단(103)으로 이루어져 있다.
완충 디스크(200)는 본 발명의 다중 댐핑 작용을 수행하는 두 번째와 세 번째 수단으로서, 탄성력 있는 고무재질로 형성되어 있기 때문에, 2차적으로 충격을 감쇄시키는 역할을 한다. 그러한 완충 디스크(200)에는 원주면에 일정 간격으로 'ㄷ'자 단면의 블록 형상을 갖는 스프링 고정구(202)들이 부착되어 있다. 여기에서, 스프링 고정구(202)들은 완충 디스크(200)에 비해 월등한 강성을 갖는 우레탄, 강화 고무, 플라스틱 재질을 갖고, 외원주면에 수직 슬릿(209)을 형성하여 굴곡형 판 스프링(100.110)들이 각각 억지 끼움식으로 결합될 수 있는 역할을 한다. 즉, 스프링 고정구(202)들은 굴곡형 판 스프링(100,110)들의 완충 작용시 잦은 움직임으로 인하여 완충 디스크(200)의 체결부위가 손상되는 것을 막는 역할을 함과 동시에, 완충 디스크(200)와 접촉된 부위를 변형시킴으로써, 충격 감쇄작용을 한다. 또한, 완충 디스크(200)는 축심에 출력 샤프트(500)를 관통시킬 수 있는 제2관통구(201)들이 형성되어 있고, 일정간격으로 4개의 드라이브 홈(203)들이 형성되어 있다.
그리고, 도그판(300)에는 상술한 완충 디스크(200)의 드라이브 홈(203)들에 각각 삽입될 수 있는 중공형 파이프 형상의 드라이브 핀(303)들이 도그판(300)의 저면에 형성되어 있다. 이들 드라이브 핀(303)들은 원주각 조정에 따른 판금 작업을 통해 돌출되게 일체형으로 형성될 수 있고, 필요에 따라 별도의 드라이브 핀(303)들을 용접에 의해 접합시킬 수 있다. 또한, 이러한 과정으로 제작된 도그판(300)들은 상대적으로 중량이 커지지 않은 상태에서 더욱 큰 내구성을 갖게 되며, 원형의 디스크 형상을 유지함으로써 비틀림도 매우 적게 된다.
이런 도그판(300)은 축심에 축결합용 구멍(301)을 형성하고 있다. 여기에서축결합용 구멍(301)은 출력 샤프트(500)의 각진 끼움단(501)에 삽입될 수 있도록 평행한 내측면들을 갖는 타원형에 가까운 구멍으로서, 출력 샤프트(500)에 회전력을 전달할 때 서로 미끄러지지 않는 체결상태를 제공한다.
또한, 출력 샤프트(500)의 반대쪽 단부에는 외부로 감속된 토크를 전달하기 위한 기어부재 또는 링크부재(502)가 형성되어 있다.
아래에서, 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조의 작동관계에 대해서 상세히 설명하겠다.
도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 웜 기어(400)는 기어 케이스(60)의 내부에 회전가능하게 안착된다. 이때, 웜 기어(400)의 톱니들은 웜 샤프트(70)와 기어 결합되어 로터의 구동력을 전달받게 된다. 즉, 로터의 회전으로 인하여 로터 샤프트가 회전하고, 이 로터 샤프트에 일체형으로 형성된 웜 샤프트(70)가 회전한다(r). 웜 샤프트(70)는 웜 기어(400)를 륜축을 중심으로 회전시킨다(b). 이런 경우, 구동력은 웜 기어(400)와 굴곡형 판 스프링(100,110)들과 완충 디스크(200)를 통해 드라이브 핀(303)들에 전달됨으로써, 드라이브 핀(303)들을 갖는 도그판(300)과 출력 샤프트(500)가 회전하게 된다(c).
이렇게 정상 회전시, 굴곡형 판 스프링(100)들은 발생 가능한 웜 기어의 떨림현상 혹은 연성 진동에 대하여, 1차적으로 스프링 놀림에 충격 감쇄의 효과를 발생시킨다. 즉, 굴곡형 판 스프링(100,110)들은 n개의 주름진 형상의 몸체부(102)에서 스프링 놀림을 일으키고, 또한 제1끝단부(101) 및 제2끝단부((103)에서 휨변형을 일으킴으로써 복원력을 발생시키고, 이 복원력으로 미세한 진동 발생시의 충격을 감쇄시키는 역활을 하게 된다.
또한, 완충 디스크(200)는 고무 재질상의 특성에 따라 완충 작용을 수행하고, 웜 기어(400)의 정상 회전시 쉽게 발생되는 연성 진동과 미세한 떨림 현상을 제거한다. 즉, 완충 디스크(200)에서는 드라이브 핀(303)과의 접촉부위(d)가 약간 주름지면서 완충 작용을 함과 동시에 구동력을 전달하게 된다.
그러나, 신체의 일부 또는 물체가 자동차의 창문틀과 유리창 사이에 끼는 경우와 같은 비정상 회전시에는 출력 샤프트(500)는 순간적으로 정지되지만, 파워 윈도우 모터의 전자 제어회로는 이를 실시간으로 제어하지 못하여, 약간의 딜레이 타이밍 동안 웜 샤프트(70)를 계속해서 회전(r')시키는 경우가 있다.
이런 딜레이 타이밍 동안, 웜 기어(400)의 구동력에 의해 상대적인 충격이 발생되고, 이때 굴곡형 판 스프링(100,110)들의 주름진 형상의 몸체부(102)들은 각각 웜 기어(400)의 내측면(409)에 밀착하면서 더 큰 탄성을 발생시킴과 동시에, 제1끝단부(101)및 제2끝단부(103)가 더욱 휨변형을 발생시키면서 충격을 1차적으로 감쇄시킨다. 이렇게 1차적으로 감쇄된 충격은 완충 디스크(200)에 전달된다.
완충 디스크(200)는 상술한 굴곡형 판 스프링(100,110)들의 제1끝단부(101)를 체결한 각각의 스프링 고정구(202)들에 의해서 약간 찌그러지면서 2차적으로 충격을 완화시킨다.
이후, 완충 디스크(200)는 드라이브 핀(303)과의 접촉부위(d)에서 더욱 압축되면서 3차적으로 스프링 판(100)들을 통해 전달된 충격을 감쇄시키는 역활을 한다.
따라서, 본 발명은 굴곡형 판 스프링(100,110)들과 완충 디스크(200)에 의해 점진적으로 충격을 완충시킨다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조는 굴곡형 판 스프링들과 완충 디스크를 이용하여 점진적으로 충격을 감쇄/완충 시킴으로써, 보다 효과적인 충격 흡수 효율을 갖게 되며, 상대적으로 웜 기어와 웜 샤프트의 기어 배열을 보호할 수 있고, 뛰어난 충격 감쇄 역할과 함께 기밀하면서 내구성 있는 웜 기어 구조를 실현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조는 완충 디스크의 원주면에 부착된 스프링 고정구들로 굴곡형 판 스프링들을 고정함으로써, 확실한 지지력과 충격 감쇄 효과를 기대할 수 있는 장점과 함께, 상대적으로 윔 기어 내부의 댐핑 구조를 콤팩트하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 정류자 전동기의 로터 샤프트에 형성된 웜 샤프트와의 기어 배열에 사용되는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조에 있어서,
    상기 웜 샤프트와 기어 결합되도록 외원주면에 톱니를 형성하고, 제1관통구 (401)가 형성된 원형의 디스크 홈(403)의 바닥면에 원형격벽(402)을 형성한 웜 기어(400)와,
    상기 웜 기어(400)의 디스크 홈(403)에 안착되고, 축심에 제2관통구(201)를 형성하며, 원주면에 일정 간격으로 다수의 스프링 고정구(202)들이 부착한 완충 디스크(200)와,
    상기 완충 디스크(200)의 스프링 고정구(202)들과 상기 웜 기어(400)의 고정 슬릿(406)들에 억지 끼움식으로 결합되는 다수의 굴곡형 판 스프링(100,110)들과,
    상기 완충 디스크(200)의 드라이브 홈(203)들에 삽입되는 드라이브 핀(303)들을 돌출 형성하고, 축심에 축 결합용 구멍(301)을 형성하고 있는 도그판(300)을 포함하고,
    상기 굴곡형 판 스프링(100,110)들이 상기 웜 기어(400)에 형성된 간극(404)에서 잦은 휨변형을 수반하는 움직임으로 충격을 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원형격벽(402)에는 상기 굴곡형 판 스프링(100,110)들을 개재시키기 위한 다수개의 관통 슬릿(405)들이 일정간격을 유지하면서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡형 판 스프링(100.110)들은 상기 완충 디스크(200)에 체결될 수 있게 축심방향으로 수직하게 꺽인 제1끝단(101)과, 상기 원형격벽(402)의 원주율에 대응하게 휘어지며, n개의 주름을 갖는 몸체부(102)와, 상기 몸체부(102)의 끝단에서 바깥쪽으로 수직으로 꺽여서 고정 슬릿(406)에 삽입되는 제2끝단(103)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 완충 디스크(200)의 스프링 고정구(202)들은 'ㄷ'자 단면의 블록 형상을 갖고, 상기 굴곡형 판 스프링(100,110)들이 각각 억지 끼움식으로 결합될 수 있도록 수직 슬릿(209)을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터의 드라이버용 다중 댐핑 구조.
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