KR100531444B1 - 변속기용 싱크로나이저링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속기용 싱크로나이저링에 관한 것이며, 서로 상이한 재질이 복합적으로 단일체를 이루면서 구성되는 싱크로나이저링을 제공한다. 본 발명은 변속기의 주축상에 설치되어, 주축의 슬리브 및 구동축의 구동기어가 서로 교합되도록, 클러치작용을 하면서 슬리브 및 구동축의 회전수를 동기화시키는 싱크로나이저링에 있어서, 외주면에는 원주방향으로 형성되는 복수개의 스플라인(12)을 갖는 환상의 스틸재 스플라인부(10) 및; 이 스플라인부(10)의 일측면에서 원주방향을 따라 원추모양으로 돌출 성형되어 스플라인부(10)와 동일체를 이루되, 스플라인부(10)와 상이한 플라스틱재로 이루어지고, 외주면에는 상기 슬리브에 걸리는 적어도 두개의 걸림돌기(26)가 등간격으로 형성되며, 내주면에는 미끄럼방지슬릿(24)이 표면에 형성되어, 클러치작용을 유효화시키는 복수개의 마찰돌기(22)가 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 원통형의 바디부(20);를 포함한다. 따라서, 교합부위에 해당하는 스플라인부(10)와, 기능부위에 해당하는 바디부(20)가 서로 상이한 스틸재 및 플라스틱재로 성형되어 동일체를 이루므로, 스플라인부(10) 및 바디부(20)의 고유기능이 보다 효과적으로 발휘된다.

Description

변속기용 싱크로나이저링{SYNCHRONIZER RING FOR TRANSMISSIOM}

본 발명은 싱크로메시형 변속기의 주축상에 설치되는 싱크로나이저링에 관한 것으로서, 회전수 차이를 갖는 주축의 슬리브 및 구동축의 구동기어를 서로 교합시키는 역할을 하는 싱크로나이저링에 관한 것이다.

일반적으로 싱크로매시형 변속기의 주축에는 싱크로나이저 허브가 스플라인 결합되며, 이 싱크로나이저 허브의 외주면에는 시프트포크에 의하여 축방향으로 이동하는 슬리브가 스플라인 결합된다.

그리고, 싱크로나이저 허브의 일측에는 싱크로나이저콘이 결합되며, 이 싱크로나이저콘의 외주면에는 주축의 축방향으로 이동하는 링형상의 원통형 싱크로나이저링이 설치된다.

이러한, 싱크로나이저링은 슬리브에 의하여 싱크로나이저콘상에서 이동하면서 클러치작용을 하며, 이에 따라 슬리브가 싱크로나이저 허브와 대향하는 구동축의 구동기어에 교합되도록 안내하는 역할을 한다. 물론, 슬리브는 싱크로나이저링에 의하여 구동기어에 교합하며, 교합시 슬리브는 싱크로나이저링과 우선적으로 교합한 후, 싱크로나이저링과 함께 구동기어에 교합한다.

이때, 슬리브 및 구동기어는 서로 다른 회전수로 회전되며, 클러치작용을 하는 싱크로나이저링은 슬리브 및 구동기어가 서로 교합되도록 정렬작용(슬리브의 스플라인과 구동기어의 이빨이 서로 물리도록 하는 작용)을 하면서 회전수를 동기화시킨다.

따라서, 슬리브 및 구동기어는 회전수가 동기화됨에 따라, 기어의 마멸과 파손이 발생하지 않으면서 서로 교합된다.

한편, 싱크로나이저링은 슬리브 및 구동기어의 교합시(클러치작용시), 외주면에 형성된 스플라인이 금속재 슬리브의 내주면에 형성된 스플라인과 회전하면서 교합하며, 이에 따라 싱크로나이저링은 싱크로나이저콘과 접촉된 내주면에 마찰이 발생한다.

즉, 싱크로나이저링의 외주면에 형성된 스플라인은, 금속재의 슬리브에 형성된 스플라인과 빈번하게 접촉하는 교합부위이고, 스플라인의 반대편에 위치한 내주면은 싱크로나이저콘과 마찰하는 기능부위이다.

이에 따라, 슬리브와 접촉하는 싱크로나이저링의 교합부위(스플라인을 포함하는 주변)는 강성 및 내구성이 확보되어야 하며, 마찰이 발생하는 싱크로나이저링의 기능부위(내주면을 포함하는 주변)는 내마모성 및 내열성이 확보되어야 한다.

따라서, 일반적인 싱크로나이저링은 강성 및 내구성, 그리고 내마모성 및 내열성이 특별히 요구되므로, 고력의 황동이나 스틸로 제조되며, 스틸재의 경우에는 마찰력 향상을 위하여 그 내주면에는 몰리브덴이 코팅된다.

여기서, 이러한 일반적인 싱크로나이저링의 제조방법에 대하여 간략히 설명하면, 일반적인 싱크로나이저링은, 먼저 황동이나 스틸재의 빌릿(봉)을 프레스금형에서 펀칭하여 드로잉가공하면, 스플라인이 외주면에 동일체로 형성된 관모양의 원통형 몸체를 갖는 싱크로나이저링이 제조된다.

그리고, 이 싱크로나이저링의 내주면에 마찰재인 몰리브덴을 코팅하면, 싱크로나이저링의 제조가 완료된다. 즉, 황동이나 스틸재의 싱크로나이저링은 내주면에 몰리브덴이 코팅된다.

이때, 원통형으로 형성되는 싱크로나이저링은, 클러치작용의 수행이 가능한 강성이 자체적으로 확보되도록 소정의 두께를 갖는다.

그러나, 이와 같은 일반적인 싱크로나이저링은 고가의 황동 및 스틸로 전체를 성형함에 따라, 제조비용 및 제조시간이 과도하게 소요되는 문제가 있다.

또한, 단일체로 이루어진 싱크로나이저링을 한번의 펀칭으로 드로잉가공하려면, 뚜꺼운 두께(지름이 큰)의 빌릿을 이용하여야 하므로, 드로잉가공이 매우 난이한 문제가 있다.

즉, 싱크로나이저링의 전체가 소정의 두께를 갖는 원통형(관모양) 금속재로 형성되어야 하므로, 그 두께에 적합한 두꺼운 빌릿(지름이 큰 빌릿)을 사용하여야 하며, 이에 따라 빌릿의 두께에 비례한 빌릿의 강도 강화로 인하여, 펀칭에 의한 프레스 성형작업이 매우 어려워지는 문제가 있다.

또한, 싱크로나이저링 전체가 금속재로 성형됨에 따라, 기능부위에서 발생하는 마찰저항을 감소시키는 것이 사실상 불가능하다는 문제도 있다.

다시 말하면, 싱크로나이저링을 금속재로 성형하면, 그 재질상의 특성으로 인하여 마찰계수를 더 이상 향상시키는 것이 불가능하다.

이에 따라, 본 발명의 출원인은 저비용으로 단시간에 제조할 수 있는 싱크로나이저링의 연구에 몰두하였다.

한편, 본 발명의 출원인은 본 발명의 출원에 앞서, "싱크로나이저링용 복합카본 성형방법(출원번호: 제10-2003-0031995호)"을 대한민국 특허청에 2003년 5월 20일자로 출원한 바가 있으며, 이 선 출원된 발명은 싱크로나이저링의 내주면에 삽입되는 슬립링을 카본플라스틱으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

여기서, 본 발명의 출원인은 선출원된 발명을 다시한번 확인해 보는 과정에서 본 발명을 착안하여, 본 발명을 출원하게 되었다.

본 발명은 교합부위와 기능부위가 서로 상이한 재질로 복합구성되는 동시에 단일체로 제조되며, 기능부위를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 기능부위의 마찰계수를 향상시킬 수 있는 변속기용 싱크로나이저링을 제공하기 위함이 그 목적이다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 변속기용 싱크로나이저링은, 변속기의 주축상에 설치되어, 회전수 차이를 갖는 주축의 슬리브 및 구동축의 구동기어가 서로 교합되도록, 클러치작용을 하면서 슬리브 및 구동축의 회전수를 동기화시키는 싱크로나이저링에 있어서, 외주면에는 원주방향으로 형성되는 복수개의 스플라인을 갖는 환상의 금속재 스플라인부 및; 이 스플라인부의 일측면에서 원주방향을 따라 원추모양으로 돌출 성형되어 스플라인부와 동일체를 이루되, 스플라인부와 상이한 재질로 이루어지고, 외주면에는 전술된 슬리브에 걸리는 적어도 두개의 걸림돌기가 등간격으로 형성되며, 내주면에는 미끄럼방지슬릿이 표면에 형성되어, 클러치작용을 유효화시키는 복수개의 마찰돌기가 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 원통형의 바디부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 교합부위 및 기능부위에 해당하는 스플라인부 및 바디부는 중량의 스틸재 및 경량의 플라스틱재를 각각 적용할 수 있다.

따라서, 스플라인부 및 바디부가 서로 상이한 스틸재 및 플라스틱재로 성형되어 동일체를 이룸에 따라, 바디부를 스플라인부 보다 저가인 재료로 형성할 수 있으므로, 궁극적으로는 싱크로나이저링의 중량을 절감시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 변속기용 싱크로나이저링을 설명하면 다음과 같며, 첨부된 도 1은 본 발명에 의한 싱크로나이저링을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 싱크로나이저링의 스플라인부를 도시한 사시도이다.

첨부된 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 싱크로나이저링은, 외주면에는 원주방향으로 형성되는 복수개의 스플라인(12)을 갖는 환상의 금속재 스플라인부(10) 및; 이 스플라인부(10)의 일측면에서 원주방향을 따라 원추모양으로 돌출 성형되어 스플라인부(10)와 동일체를 이루는 동시에, 스플라인부(10)와는 상이한 재질로 형성된 원통형의 바디부(20);를 포함한다.

이때, 바디부(20)는 외주면에 도 1에 도시된 바와 같이, 변속기의 슬리브(미도시)에 걸리는 적어도 두개의 걸림돌기(26)가 등간격으로 형성되고, 내주면에는 미도시된 주축상의 싱크로나이저콘에 결합이 가능하도록 테이퍼가 형성된다.

또한, 바디부(20)는 내주면에 윤활유가 유동하는 미끄럼방지슬릿(24)이 표면에 형성되어, 클러치작용을 유효하게 하는 복수개의 마찰돌기(22)가 원주방향을 따라 등간격으로 형성된다.

여기서, 바디부(20)는 마찰이 발생하는 기능부위이므로 예컨대, 내마모성과 내열성 및 탄성력을 가지며, 열경화성수지를 주성분으로 하는 플라스틱재, 특히 강화플라스틱재나 카본플라스틱재로 성형하여, 이 재질의 특성에 의하여 바디부(20)에 형성된 마찰돌기(22)의 마찰력이 향상되도록 구성하였다.

물론, 마찰돌기(22)에 가해지는 마찰력은 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 싱크로나이저링과 슬리브의 교합시(클러치작용시) 발생한다.

이렇게, 재질의 특성에 의하여 마찰돌기(22)의 마찰력이 향상되는 이유는, 프라스틱이 보유한 여러가지 특성 중에서 내열성과 탄성력이, 종래의 황동이나 스틸 보다 월등히 크기 때문이며, 이로 인하여 마찰돌기(22)가 미도시된 싱크로나이저콘에 보다 긴밀하게 밀착되기 때문이다.

한편, 스플라인부(10)는 여러가지 금속중에서 강성 및 내구성을 갖는 스틸재로 형성하여, 스플라인부(10)의 외주면에 돌출 형성된 스플라인(12)이, 재질의 특성에 의하여 마모가 방지되도록 구성하는 것이 바람직하다.

그러면, 본 발명에 의한 싱크로나이저링은 강성 및 내구성을 갖는 중량의 스틸재 스플라인부(10) 및, 이 스플라인부(10)에 비하여 내마모성이 뛰어날 뿐만 아니라, 상대적으로 값이 싼, 저가의 경량 플라스틱재 바디부(20)로 구성할 수 있다.

이때, 스플라인부(10)에는 바디부(20)와 서로 교합함으로써, 스플라인부(10)에 대한 바디부(20)의 부착력을 강화시키는 동시에, 스플라인부(10)와 바디부(20)의 비틀림모멘트를 극복하는 파형돌기(14);를 형성한다.

이러한, 파형돌기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 바디부(20)가 성형되는 일측면에서 원주방향을 따라 일체로 돌출형성한다.

이에 따라, 바디부(20)는 파형돌기(14)를 통해 스플라인부(10)에 부착되며, 이로 인하여 스플라인부(10)에 직접 부착되는 것 보다 부착면적이 확대됨으로써, 스플라인부(10)에 대한 부착력이 대폭적으로 강화된다.

즉, 스플라인부(10)에 파형돌기(14)를 형성하면, 파형돌기(14)의 굴곡에 의하여 바디부(20)와 스플라인부(10)의 접촉면적이, 파형돌기(14)가 없는 경우 보다 확대된다.

따라서, 바디부(20)는 더욱 견고하게 스플라인부(10)에 부착된다.

이러한, 스플라인부(10) 및 파형돌기(14)는 프레스금형으로 성형하여, 스플라인부(10) 및 파형돌기(14)가 한번의 펀칭작업에 의하여, 냉간상태에서 단일체로 성형되도록 구성하는 것이 바람직하다.

그러면, 스플라인부(10) 및 파형돌기(14)를 별개로 제각각 형성할 필요 없이, 한번의 펀칭작업으로 성형할 수 있다.

물론, 스플라인부(10) 및 파형돌기(14)를 한번의 펀칭작업으로 성형할 수 있는 이유는, 도시된 바와 같이 스플라인부(10)가 얇은 두께를 갖는 판상의 링모양으로 형성되기 때문이다. 즉, 스플라인부(10)의 얇은 두께로 인하여, 펀칭이 용이하게 실시되기 때문이다.

한편, 이러한 본 발명에 의한 싱크로나이저링의 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 싱크로나이저링을 제조하려면, 스플라인부(10)를 우선적으로 성형하여야 하며, 이에 따라 스틸재의 빌릿을 프레스금형으로 펀칭한다. 이때, 펀칭되는 빌릿은 스플라인부(10)의 얇은 두께로 인하여, 지름이 작은 빌릿이 사용된다.

따라서, 빌릿은 프레스금형에 의하여 스플라인(12) 및 파형돌기(14)를 갖는 스플라인부(10)로 사상(事象)되며, 지름이 작음에 따라 한번의 펀칭작업으로 사상된다.

물론, 프레스금형은 스플라인(12) 및 파형돌기(14)를 갖는 스플라인부(10)를 한번의 펀칭작업으로 성형할 수 있도록 설계되어야 함은 자명하다.

이렇게, 스플라인부(10)가 프레스성형되면, 스플라인부(10)를 콤파운드가 삽입된 배럴(미도시)에 투입하여 표면을 샌딩한 다음, 배출시켜 수세나 산세등으로 탈지한 후, 바디부(20)가 부착되는 파형돌기(14) 및 스플라인부(10)의 일측면에 열경화성 접착제를 도포한다.

그리고, 이 스플라인부(10)를 바디부(20) 성형용 몰드(미도시)에 삽입한 후, 파형돌기(14)를 포함하는 스플라인부(10)의 접착제도포면에 강화플라스틱재나 카본플라스틱재 레진(Resin)을 충전한다.

물론, 몰드는 도 1에 도시된 바와 같은 바디부(20)를 성형할 수 있도록, 설계되어야 함은 자명하다.

즉, 몰드의 중앙에는 바디부(20)의 마찰돌기(22) 형성용 홈이 형성된 코어가 마련되어야 한다.

계속해서, 레진의 충전이 완료되면, 몰드를 밀폐하고 열간등방가압으로 레진을 소결시켜서 바디부(20)를 성형한다.

이렇게, 바디부(20)가 소결로 성형되면, 스플라인부(10) 및 바디부(20)가 일체로 형성된다.

이어서, 바디부(20)의 성형이 완료되면, 바디부(20)를 냉각시킨 다음, 선반과 같은 가공장치를 이용하여, 바디부(20)의 마찰돌기(22) 표면에 미끄럼방지슬릿(24)을 형성한다.

그러면, 미끄럼방지슬릿(24)의 형성을 마지막으로, 본 발명에 의한 싱크로나이저링은 완성된다.

이와 같이 제조된 본 발명에 의한 싱크로나이저링은, 변속기에 설치되어 클러치작용을 할 때, 스플라인부(10)와 바디부(20)에서 비틀림모멘트가 발생한다.

이러한, 비틀림모멘트가 발생하는 이유는 싱크로나이저링의 클러치작용시, 슬리브와 교합하는 스플라인부(10)의 스플라인(12)이, 마찰돌기(22)로 축방향 하중을 전달하여 마찰력을 발생시키기 때문이며, 이 마찰력에 의하여 구동기어의 회전속도가 증·감하면서 싱크로나이저링의 스플라인부(10)에는 비틀림모멘트가 발생한다.

하지만, 스플라인부(10)의 파형돌기(14)가 바디부(20)와 교함된 구조를 취함에 따라, 파형돌기(14)는 일체를 이루는 바디부(20)를 강제로 회전시킨다.

따라서, 스플라인부(10) 및 바디부(20)는 비틀림모멘트를 자연스럽게 극복하면서 동일한 속도록 회전한다.

또한, 본 발명에 의한 싱크로나이저링은, 고속회전되어도 단속가공으로 바디부(20)에 복수개로 형성된 마찰돌기(22) 사이의 홈(마찰돌기와 마찰돌기 사이의 단속가공된 홈), 그리고 마찰돌기(22)의 표면에 형성된 미끄럼방지슬릿(24)에 의하여 마찰력이 향상될 뿐만 아니라, 클러치작동이 원활하게 수행된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 싱크로나이저링은, 링모양을 취하는 판상의 스플라인부(10)와 원통형의 바디부(20)를, 서로 상이한 재질로 복합하여 형성할 수 있으며, 특히 스플라인부(10)를 얇은 판상으로 성형함에 따라, 스플라인부(10)를 프레스 금형으로 용이하게 제조할 수 있으므로, 싱크로나이저링의 제조시간을 단축시킬 수 있다.

좀더 부연설명하면, 종래의 싱크로나이저링은 서로 상이한 재질의 스플라인부(10)와 바디부(20)로 이루어진 본 발명과 달리, 하나의 금속재(황동이나 스틸)로 이루어짐에 따라, 많은 양의 금속이 필요하여 지름이 큰(두꺼운) 빌릿을 프레스금형으로 성형하여야 했으며, 펀칭시 빌릿이 두꺼워 성형이 다소 난이하였다.

하지만, 본 발명에 의한 싱크로나이저링은 스플라인부(10)의 두께가 매우 얇음에 따라, 지름이 작은(얇은 두께) 빌릿을 사용하므로, 용이하게 프레스 성형을 실시할 수 있다.

상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소 및 형상, 구조 등은 변형하여 실시할 수 있으며, 이러한 변형은 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 싱크로나이저링은, 교합부위 및 기능부위에 해당하는 스플라인부와 바디부가 서로 상이한 스틸재 및 플라스틱재로 성형되어 동일체를 이룸에 따라, 바디부를 스플라인부 보다 저가인 재료로 형성할 수 있으므로, 제조비용을 대폭 절감(금속재로만 형성된 종래의 싱크로나이저링에 비하여 약 60% 이상의 비용을 절감시킬 수 있음)시킬 수 있는 효과가 있으며, 이에 더하여 싱크로나이저링의 중량도 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래에는 싱크로나이저링이 하나의 금속재로 성형됨에 따라, 두꺼운 빌릿을 프레스 성형하여 싱크로나이저링을 제조하였을 뿐만 아니라, 프레스 성형된 싱크로나이저링의 내주면에 마찰력이 향상되도록 몰리브덴을 코팅하였으나, 본 발명은 얇은 두께의 빌릿을 사용하므로, 용이하게 프레스 성형을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 마찰부위가 프라스틱재로 형성되어 몰리브덴 코팅의 생략이 가능하여, 제조시간 및 제조비용을 더욱 절감시킬 수 있는 효과도 있다.

아울러, 바디부가 강화플라스틱재나 카본플라스틱재로 형성됨에 따라, 바디부에서 발생하는 마찰력을 대폭적으로 향상시킬 수 있으므로, 싱크로나이저링의 내열성으로 인해 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래와 같은 몰리브덴 코팅작업을 생략할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 싱크로나이저링을 도시한 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 싱크로나이저링의 스플라인부를 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스플라인부 12 : 스플라인

14 : 파형돌기 20 : 바디부

22 : 마찰돌기 24 : 미끄럼방지슬릿

26 : 걸림돌기

Claims (5)

1. 변속기의 주축상에 설치되어, 회전수 차이를 갖는 주축의 슬리브 및 구동축의 구동기어가 서로 교합되도록, 클러치작용을 하면서 슬리브 및 구동축의 회전수를 동기화시키는 싱크로나이저링에 있어서,

   외주면에는 원주방향으로 형성되는 복수개의 스플라인(12)을 갖는 환상의 금속재 스플라인부(10) 및;

   상기 스플라인부(10)의 일측면에서 원주방향을 따라 원추모양으로 돌출 성형되어 스플라인부(10)와 동일체를 이루되, 스플라인부(10)와 상이한 재질로 이루어지고, 외주면에는 상기 슬리브에 걸리는 적어도 두개의 걸림돌기(26)가 등간격으로 형성되며, 내주면에는 미끄럼방지슬릿(24)이 표면에 형성되어, 클러치작용을 유효화시키는 복수개의 마찰돌기(22)가 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 원통형의 바디부(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스플라인부(10)는 금속재 중에서 높은 강성 및 내구성을 갖는 스틸재로 형성하여, 스플라인부(10)의 외주면에 형성된 상기 스플라인(12)이, 재질의 특성에 의하여 마모가 방지되도록 구성한 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저링.
3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 스플라인부(10)는 상기 바디부(20)가 성형되는 일측면에서, 원주방향을 따라 일체로 돌출형성되어, 스플라인부(10)에 성형되는 바디부(20)와 서로 교합함으로써, 스플라인부(10)에 대한 바디부(20)의 부착력을 강화시키는 동시에, 스플라인부(10)와 바디부(20)에서 발생하는 비틀림모멘트를 극복시키는 파형돌기(14);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저링.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 스플라인부(10) 및 파형돌기(14)는 프레스금형으로 성형하여, 스플라인부(10) 및 파형돌기(14)가 냉간상태에서 단일체로 성형되도록 구성한 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저링.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 바디부(20)는 내마모성과 내열성 및 탄성력을 가지며, 열경화성수지를 주성분으로 하는 강화플라스틱재나 카본플라스틱재로 성형하여, 이 재질의 특성에 의하여 바디부(20)의 내주면에 형성된 마찰돌기(22)의 마찰력이 증가하도록 구성한 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저링.