KR100820383B1 - 자동차용 드라이브 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 드라이브 플레이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 드라이브 플레이트의 구성중 플레이트에 관통 형성되는 플렉스홀(Flexhole)의 형상, 위치, 개수 등을 내구성을 확보할 수 있는 구조로 개선시킨 자동차용 드라이브 플레이트에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 플레이트, 링기어, CPS 휠을 포함하는 자동차용 드라이브 플레이트에 있어서, 상기 플레이트와 CPS 휠이 일체로 성형되고, 여기에 링기어가 리벳팅으로 조립된 구조로 제작되면서, 상기 플레이트에 원주방향을 따라 등간격을 이루며 관통 형성되는 복수개의 플렉스홀(Flexhole)의 형상을 반원형으로 형성한 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 플레이트를 제공한다.

드라이브 플레이트, 플렉스홀, 플레이트, 링기어, CPS 휠

Description

자동차용 드라이브 플레이트{Drive plate for vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 플레이트를 나타내는 분리 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 플레이트를 나타내는 조립사시도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 플레이트를 나타내는 정면도,

도 4는 종래의 자동차용 드라이브 플레이트를 나타내는 분리 사시도,

도 5는 자동차용 드라이브 플레이트의 장착 위치를 설명하는 개략도,

도 6은 자동차용 드라이브 플레이트에 작용하는 토크, 축방향 하중, 회전 굽힘력, 반경방향 인장력을 설명하는 개략도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 플레이트 12 : 링기어

14 : CPS 휠 16 : 리벳

18 : 토크컨버터 체결홀 20 : 리벳홀

22 : 크랭크샤프트 체결홀 24 : 플렉스홀

26 : 반원구간 28 : 직선구간

30 : 곡선이음구간

본 발명은 자동차용 드라이브 플레이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 드라이브 플레이트의 구성중 플레이트와 CPS 휠을 일체로 성형하는 동시에 플레이트에 관통 형성되는 플렉스홀(Flexhole)의 형상, 위치, 개수 등을 내구성을 확보할 수 있는 구조로 개선시킨 자동차용 드라이브 플레이트에 관한 것이다.

일반적으로 드라이브 플레이트(Drive plate)는 엔진으로부터 동력을 전달받아 자동변속기의 토크컨버터에 전달해 주는 동력전달의 매개물로서, 도 5에 도시된 바와 같이 엔진의 크랭크축과 토크 컨버터에 볼트를 매개로 체결되어진다.

종래의 드라이브 플레이트는 복합 기능을 구현하기 위해 도 4에 도시한 바와 같이 플레이트(10), 링기어(12), CPS 휠(14)의 3가지 부품(3 piece)으로 구성되어 있으며, 각각의 요구 특성이 상이하기 때문에 다른 재질로 상기 3개 부품을 각각 제작한 후 리벳(16)으로 결합하는 방식으로 제조되고 있다.

상기 3개 부품의 각 기능을 간략히 살펴보면 다음과 같다.

상기 플레이트(10)는 엔진에서 발생하는 동력을 변속기로 전달하는 부품으로, 대개 고탄소강인 SK5M을 재질로 하여 제작된다.

그리고, 상기 링기어(12)는 엔진 시동시에 시동모터에 의해 구동되며, 시동모터의 회전력(피니언 기어→링기어)을 상기 플레이트(10)에 전달하는 역할을 하는 것으로, 대개 S35C 탄소강을 재질로 하여 제작된다.

또한, 상기 CPS 휠(14)은 크랭크 포지션 센서(Crank Position Sensor; CPS)에서의 신호 감지를 위한 부품으로, S20C를 재질로 하여 제작되며, 크랭크 포지션 센서(CPS)는 점화시기와 연료분사량을 결정하여 엔진이 계속적으로 작동할 수 있도록 하는 크랭크 샤프트의 위치를 측정하는 센서이다.

상기와 같은 드라이브 플레이트의 부품 중에서 플레이트(10)는 판재 형상이며, 판재 고유의 인장강도를 요구하고, 상기 링기어(12)는 피니언 기어와의 구동으로 인하여 치강도 및 내마모성을 요구하며, 상기 CPS 휠(14)은 크랭크 포지션 센서의 신호 감지를 위해 자기적인 특성을 요구하고 있다.

이와 같이 드라이브 플레이트는 복합기능을 구현해야 하고 기능별 각기 다른 특성을 요구하므로, 종래에는 3개 부품(3 piece)의 사양으로 양산될 수 밖에 없었으며, 결국 부품수 증대로 인한 구조 복잡화, 부품별 재질 및 열처리 상이로 인한 불량률 증대(품질 저하) 및 생산성 저하, 리벳 접합시 누적 공차 증대 등의 문제점이 있었다.

한편, 자동변속기가 장착된 차량의 엔진에서 발생된 구동력을 변속기로 전달하기 위하여 상기와 같은 드라이브 플레이트를 적용하게 되는데, 이 드라이브 플레이트는 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이, 토크, 축방향 하중, 회전 굽힙력, 반경방향 인장력을 받게 된다.

즉, 상기 드라이브 플레이트는 엔진의 크랭크샤프트 끝단과 자동변속기의 토크컨버터 사이에 조립되어, 엔진의 동력을 자동변속기 측에 전달함과 함께 회전시 토크컨버터의 변형을 일부 흡수하고, 단품/조립 공차에 의해 발생되는 영향을 완화 시키는 기능을 수행하면서 엔진 운전중 토크, 축방향 하중, 회전 굽힘력, 반경방향 인장력과 같은 외력을 항상 받게 된다.

상기 각 외력을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

1) 상기 토크는 엔진 구동 토크 및 크랭크샤프트의 토셔널 바이브레이션(Torsional Vibration)에 의한 비틀림 외력이고,

2) 상기 축방향 하중(Axial Force)은 변속기의 토크 컨버터 축방향 팽창, 실린더내 폭발에 의하여 발생하는 크랭크샤프트의 굽힘력, 크랭크샤프트의 회전에 의한 추력 등에 의하여, 드라이브 플레이트에 작용하는 축방향 외력이며,

3) 상기 회전 굽힘력(Rotary Bending)은 드라이브 플레이트의 중심과 회전 중심축이 달라서 가해지는 외력으로 회전 운동이 발생됨에 따라, 드라이브 플레이트에 인장과 압축을 반복적으로 발생시키는 굽힘 하중을 말하며,

4) 상기 반경방향 인장력(Radial Tension)은 변속기의 토크 컨버터의 반경 방향 팽창에 의하여 드라이브 플레이트의 각 체결부를 반경 방향으로 잡아 당기는 인장력을 말한다.

이와 같이, 상기 드라이브 플레이트는 엔진이 운전함에 따라서, 위에서 설명한 바와 같은 여러 가지의 외력 하중을 항상 받게 되므로, 드라이브 플레이트의 내구력을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

보통, 내구력을 확보하는 방법으로는 고강도의 재질을 적용하는 방법과, 최적의 형상으로 설계하는 두 가지 방법이 있으며, 고강도 재질을 적용하는 방법은 내구력 확보가 용이하지만 제조 원가가 상승하는 단점이 있고, 고강도를 얻기 위한 열처리 공정에서 발생되는 변형 등의 이차적 문제점이 있으며, 링기어(Ring Gear)와 CPS 휠(wheel) 기능을 가진 복합 기능 드라이브 플레이트 구현시, 생산성 및 부품 정밀도가 낮은 단점이 있다.

반면에, 드라이브 플레이트의 형상을 최적화하여 설계하는 방법은 동일 크기의 하중에 대하여 발생 응력 수준이 낮아지므로, 요구 재질 강도가 낮아져 원가 절감 가능하고, 열처리 등의 공정 삭제로 열변형 문제등이 발생하지 않으므로 제품 정밀도가 높아지는 장점이 있지만, 최적화된 형상으로의 설계가 어려운 단점이 있다.

특히, 상기 드라이브 플레이트는 엔진/변속기 사이에 위치하여 복잡한 거동 특성을 가지고 있고, 이에 작용하는 외력의 종류가 다양하여, 형상 최적화를 이루어 내기가 어려운 특성을 가지고 있다.

따라서, 지금까지는 주로 드라이브 플레이트에 고강도의 재질을 적용하여, 내구력을 확보하는 방식으로 개발이 이루어져 왔으나, 앞서 설명한 여러가지 문제점을 가지고 있기 때문에 형상 최적화 설계가 시급하다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 드라이브 플레이트를 플레이트와 CPS 휠이 일체로 성형되고, 여기에 링기어가 리벳팅으로 조립된 구조로 제작하면서, 드라이브 플레이트의 구성중 플레이트에 크랭크샤프트 체결홀, 토크컨버터 체결홀, 플렉스홀, 그리고 타부품(링기어)과 체결을 위한 리벳홀 이 관통 형성되는 바, 이중 상기 플렉스홀은 드라이브 플레이트 자체만의 설계 인자로 설계 자유도가 높고, 형상/크기/위치에 따라서 드라이브 플레이트에 발생하는 응력 수준을 결정하며, 드라이브 플레이트의 스티프니스(stiffness)를 조정하는 기능을 가진 중요한 설계 변수임을 감안하여, 플레이트에 관통 형성되는 플렉스홀(Flexhole)의 형상, 위치, 개수 등을 내구성을 확보할 수 있는 구조로 개선시킨 자동차용 드라이브 플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플레이트, 링기어, CPS 휠을 포함하는 자동차용 드라이브 플레이트에 있어서, 상기 플레이트와 CPS 휠이 일체로 성형되고, 여기에 링기어가 리벳팅으로 조립된 구조로 제작되면서, 상기 플레이트에 원주방향을 따라 등간격을 이루며 관통 형성되는 복수개의 플렉스홀(Flexhole)의 형상을 반원형으로 형성한 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 플렉스홀은 플레이트의 외경방향으로 볼록한 반원구간과, 플레이트의 반경방향을 따라 형성된 직선구간과, 상기 반원구간과 직선구간을 이어주는 곡선이음구간으로 형성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 반원구간은 상기 드라이브 플레이트의 외곽측에 형성되되 작은 반경을 갖는 곡선으로 반원에 가까운 형태로 형성되고, 상기 직선구간은 드라이브 플레이트의 중심측에 형성되되 큰 반경을 갖는 곡선이면서 직선에 가까운 형태로 형성되며, 상기 곡선이음구간은 반원구간과 직선구간이 연결되 는 부분으로서 응력이 집중되지 않도록 부드럽게 곡선으로 연결된 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 플렉스홀은 플레이트의 반경방향을 따라 6개가 등간격을 이루며 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 플레이트를 나타내는 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 플레이트를 나타내는 조립사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 플레이트를 나타내는 정면도이다.

전술한 바와 같이, 드라이브 플레이트는 엔진으로부터 동력을 전달받아 자동변속기의 토크컨버터에 전달해 주는 동력전달의 매개물로서, 플레이트(10), 링기어(12), CPS 휠(14)의 3가지 부품(3 piece)으로 구성되어 있고, 각각의 요구 특성이 상이하기 때문에 다른 재질로 상기 3개 부품을 각각 제작한 후 리벳(16)으로 결합하는 방식으로 제조된다.

상기 드라이브 플레이트(100)의 플레이트(10)는 원판형 형상으로서, 그 최외곽에 원주방향을 따라 복수개의 토크컨버터 체결홀(18)과 리벳홀(20)이 교번으로 관통 형성되고, 중심부에는 복수개의 크랭크샤프트 체결홀(22)이 원주방향을 따라 관통 형성되며, 중간부분에는 복수개의 플렉스홀(24)이 원주방향을 따라 관통 형성된다.

본 발명에 따른 드라이브 플레이트(100)는 상기 플레이트(10)와 CPS 휠(14)이 일체로 성형되고, 여기에 링기어(12)가 리벳팅으로 조립된 구조로 제작되면서, 상기 플레이트(10)에 원주방향을 따라 등간격을 이루며 관통 형성되는 복수개의 플렉스홀(24: Flexhole)을 내구성을 확보할 수 있는 형상으로 형성한 점에 주안점이 있다.

상기 드라이브 플레이트(100)의 플렉스홀(24)은 드라이브 플레이트 자체만의 설계 인자로 설계 자유도가 높고, 형상/크기/위치에 따라서 드라이브 플레이트에 발생하는 응력 수준을 결정하며, 드라이브 플레이트의 스티프니스(stiffness)를 조정하는 기능을 가진 중요한 설계 변수이므로, 본 발명에서는 플렉스홀의 형상/크기/위치를 내구성을 확보할 수 있는 구조로 개선한 것이다.

보다 상세하게는, 상기 플레이트(10)의 플렉스홀(24)은 플레이트(10)의 외경방향으로 볼록한 반원구간(26)과, 플레이트(10)의 반경방향을 따라 형성된 직선구간(28)과, 상기 반원구간(26)과 직선구간(28)을 이어주는 곡선이음구간(30)으로 형성된다.

보다 상세하게는, 상기 플레이트(10)의 플렉스홀(24)은 플레이트(10)의 외경방향으로 볼록한 반원구간(26)과, 플레이트(10)의 반경방향을 따라 형성된 직선구간(28)과, 상기 반원구간(26)과 직선구간(28)을 이어주는 곡선이음구간(30)으로 형성된다.

즉, 본 발명에 따른 드라이브 플레이트는 여러가지의 외력에 대하여 내구성을 확보할 수 있는 최적의 플렉스홀 형상을 구현하는 바, 상기 플렉스홀(24)의 반 원구간(26)은 작은 반경을 갖는 곡선으로 반원에 가까운 형태로 형성되고, 상기 직선구간(28)은 큰 반경을 갖는 곡선으로 직선에 가까운 형태로 형성되며, 상기 곡선이음구간(30)은 반원구간(26)과 직선구간(28)이 연결되는 부분으로서 응력이 집중되지 않도록 만곡된 곡면으로 형성된다.

이러한 형상의 플렉스홀(24)은 플레이트(10)의 반경방향을 따라 6개가 등간격을 이루며 관통 형성된다.

이와 같은 형상을 갖는 본 발명의 드라이브 플레이트에 대한 시험예로서, 토크, 축방향 하중, 회전 굽힙력을 측정하였는 바, 그 결과는 다음의 표 1에 나타낸 바와 같다.

항목		시험 조건	시험결과
리그(Rig)시험	축방향 하중	단계별 하중 변경	±3000N까지 견딤
	회전 굽힙력	단계별 하중 변경	0.7°까지 견딤
	토크	20bar±2.000Nm	500만 사이클 이상

위의 표 1에 기재된 바와 같이, 축방향 하중은 ±3000N 이상, 회전 굽힘력은 0.7°까지, 토크는 500만 사이클 이상 견딤을 알 수 있었고, 이는 내구성이 실차에 용이하게 적용할 수 있는 수준임을 증명하는 것이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 플레이트에 의하면, 플레이트와 CPS 휠이 일체로 성형되고, 여기에 링기어가 리벳팅으로 조립된 구조로 제작하면서, 플레이트의 플렉스홀의 형상을 반원구간과 직선구간 그리고 곡선 이음구간으로 형성함으로써, 드라이브 플레이트에 작용하는 여러 가지 하중에 대한 내구력을 증대시킬 수 있다.

또한, 기존에 드라이브 플레이트의 재질 변경 및 열처리 공정 삭제 등을 통하여 원가 절감이 가능하다.

또한, 플렉스홀의 각 곡선의 반경(R)을 조정함으로써, 플렉스홀 크기를 조정하기 용이하여, 드라이브 플레이트의 스티프니스 조정 및 레이아웃 대응이 용이하다.

또한, 기존에 많이 적용되던 원형의 플렉스홀에 비하여, 홀 크기 증대가 가능하여 엔진-변속기간의 조립성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 플레이트(10), 링기어(12), CPS 휠(14)을 포함하는 자동차용 드라이브 플레이트에 있어서,

   플레이트(10)와 CPS 휠(14)이 일체로 성형되고, 여기에 링기어(12)가 리벳팅으로 조립된 구조로 제작되면서, 상기 플레이트(10)에 원주방향을 따라 등간격을 이루며 관통 형성되는 복수개의 플렉스홀(24)의 형상을 반원형으로 형성하되, 상기 플렉스홀(24)은 드라이브 플레이트의 외곽측에 형성되고 플레이트(10)의 외경방향으로 볼록하며 작은 반경을 갖는 곡선으로 반원에 가까운 형태로 형성되는 반원구간(26)과, 드라이브 플레이트의 중심측에 형성되고 플레이트(10)의 반경방향을 따라 형성되며 큰 반경을 갖는 곡선이면서 직선에 가까운 형태로 형성되는 직선구간(28)과, 반원구간(26)과 직선구간(28)이 연결되는 부분으로서 응력이 집중되지 않도록 부드럽게 곡선으로 연결되는 곡선이음구간(30)으로 형성한 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 플레이트.
4. 삭제

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