KR100824427B1 - 양방향으로 작동하는 일방 롤러 클러치 구조체 및 이에 사용되는 탄성 케이지 부재 - Google Patents

Abstract

탄성 케이지 부재를 포함하는 양방향으로 작동하는 일방 클러치 구조체가 개시된다. 상기 클러치 구조체는 내부 및 외부 레이스 부재 사이에 배치되는 복수의 롤러 부재를 구비한다. 또한 레이스 부재들 사이에는 탄성 케이지 부재가 배치되어 롤러부재를 지지하고 클러치 조립체가 결합될 때 롤러 부재에 부가되는 부하의 크기를 감소시키도록 작용한다. 롤러 부재가 케이지 부재의 포켓에 배치되고, 일체로 형성된 탄성 단편들이 각 포켓의 롤러 부재 일편 또는 양편에 배치된다. 각각의 포켓들 사이 또는 롤러 부재들 사이의 하나 또는 두 개의 탄성 부재들이 하나 이상의 홈과 함께 케이지 구조체에 탄성을 제공된다. 이러한 탄성 케이지 부재는 클러치 구조체에 적용되는 부하의 크기를 감소시키고, 케이지 부재의 피로 파열과 수명단축을 방지한다. 다른 실시 형태에서는 롤러 부재에 편중된 힘을 제공하는 분리된 금속 탄성 부재를 구비한 일체형 사출 성형 탄성 케이지 구조체가 사용된다.

Description

양방향으로 작동하는 일방 롤러 클러치 구조체 및 이에 사용되는 탄성 케이지 부재{Roller-Type Bi-directional One-Way Clutch Mechanism and Compliant Cage therefor}

도 1은 본 발명에 따른 일방 클러치 구조체를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 탄성 케이지 부재의 사시도,

도 3은 도 2의 케이지 부재의 측면도,

도 4는 도 2와 도 3의 케이지 부재의 단면도로서, 도 3의 4-4 라인에서 화살표 방향의 단면을 도시한 단면도,

도 5는 도 4에 도시된 케이지 부재의 부분 확대도,

도 6 내지 10은 본 발명의 케이지 부재의 다른 실시예들을 도시한 도면,

도 11 내지 15는 본 발명의 다른 실시예(또는 그 부분)를 도시한 도면으로, 축상 추출 과정에 의하여 몰딩되는 탄성 케이지 부재에 탄성 부재를 사용하는 예를 도시한 도면이다.

본 발명은 일방 롤러-타입의 클러치 구조체와 이에 사용되는 개선된 탄성 케이지 부재에 관한 것이다.

오늘날 일방향으로 또는 양방향으로 작동하는 다양한 유형의 일방 롤러 클러치 구조체가 사용되고 있다. 이러한 롤러 클러치 구조체는 후륜 차동기, 차량이나 장치의 변속기 등 회전 기계를 이용하는 다른 기계적 산업 기기에 사용될 수 있으나, 특히 차량의 동력 분배 장치에 사용될 수 있다. 동력 분배 장치에서, 이 시스템은 구동 휠에 미끄러짐이 발생할 때마다 구동휠로부터 전달되는 토크를 비구동 휠로 전달한다.

양방향으로 작동하는 롤러 클러치 구조체에서, 내부 레이스 부재의 외부면은 전형적으로 굴곡이 있는 캠-타입 면을 가지는데, 각 캠 사이에는 롤러 부재가 위치된다. 이러한 클러치 조립체에서 롤러들은 피동축을 선택된 방향으로 구동하기 위하여 구동축 및 피동축 사이에 진동하는 쐐기를 형성한다.

이러한 구조체 중 대부분은 양방향 장치이고, 일반적으로 한 방향 구동에서 다른 방향 구동으로 변환시키기 위하여 스프링이나 시프팅 구조체와 같은 장치가 필요하다는 점에서 매우 복잡하다.

또한, 클러치 구조체가 결합될 때, 끝단에 부하가 걸리는데, 이 부하의 크기가 상당히 커질 수 있다. 보통의 공차범위 내에서도 롤러 지름들, 캠 면들, 롤러 작동 거리 등에서 발생하는 미소한 오차가 케이지 구조체의 피로(Fatigue)를 유발하고, 따라서 케이지와 클러치 구조체의 수명을 단축시킬 수 있다.

예컨대, 종래의 일방 롤러-타입 클러치 조립체가 미국특허 4,848,508에 기술되어 있다. 또한 다른 종래의 클러치 조립체가 미국 특허 5,195,604 와 5,307,911 과 5,443,147 및 5,542,515 에 나타나 있다.

본 발명의 목적은 클러치 구조체를 위한 향상된 일방 케이지 구조체를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 양방향으로 작동하는 일방 클러치 구조체를 위한 향상된 케이지 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 클러치 구조체에 적용되는 부하의 크기를 감소시키고, 케이지 구조체의 피로와 수명단축을 최소화할 수 있는 클러치 조립체의 케이지 구조체를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 더 경제적으로 제조될 수 있는 클러치 조립체의 탄성 케이지 구조체를 제공하는 것이다.

종래의 케이지-타입의 일방 롤러 클러치 구조체의 문제점과 단점들은 본 발명에 의하여 극복될 수 있다. 본 발명은 특히 양방향 작동에 사용되는, 향상된 케이지 부재를 구비한 롤러-타입 일방 클러치 구조체를 제공한다. 이 케이지 부재는 바람직하게는 클러치 구조체에 탄성을 제공하는 스프링과 유사한 기능을 하는 부분을 구비한다. 클러치 구조체가 결합되고 부하가 걸리면, 캠과 캠, 롤러와 롤러 사이의 형상의 차이는 케이지 부재의 원주면에 부하를 가하게 된다. 상기 탄성 부재는 이러한 부하의 크기를 감소시키고, 케이지 부재의 피로 파열과 다른 수명 단축을 방지한다.

원형의 케이지 부재는 원주면 둘레에 복수의 포켓(Pocket)을 형성하는 복수의 가로 부재를 포함하고, 각 포켓에는 롤러 부재가 배치된다. 상기 가로 부재는 상기 포켓을 형성하는 측면이 상기 롤러 부재의 형상에 맞추어 곡면으로 형성되며, 상기 가로 부재에는 측면 가까이에 복수의 홈이 형성된다. 다른 실시 형태에 따르면, 하나, 둘 또는 그 이상의 홈이 각 포켓 부재의 적어도 하나의 측면에 인접하여 제공된다. 또한, 탄성을 증가시키기 위하여 스프링과 유사한 기능을 하는 탄성 부재가 각각의 포켓 부재의 측면에 인접하여 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 탄성 케이지에 복수의 분리된 탄성 부재가 결합된다. 이러한 탄성 부재는 케이지 부재의 원주면 둘레에 롤러 부재와 접촉하도록 배치된다. 또한, 상기 탄성 부재는 클러치 구조체에 필요한 탄성을 제공한다. 이러한 케이지 부재의 형상 및 구조는 축방향 추출 작업으로 사출 성형 공정에 의해 제조되도록 형성되므로 제조가 용이하다.

본 발명의 특성, 잇점 및 장점들은 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통한 상세한 설명에 의하여 더욱 명확해 질 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 클러치 구조체는 참조부호 10으로 표시되어 있다. 클러치 구조체(10)는 외부 레이스 부재(12)와 내부 레이스 부재(14), 외부 및 내부 레이스 부재 사이에 위치된 복수의 롤러 부재(16) 및 케이지 장치 또는 부재(18)를 포함한다. 내부 레이스 부재(14)의 외부면은 캠-타입 면(15)를 갖는다.

본 발명은 많은 사용예 또는 적용예를 가지는데, 예컨대 차량의 동력 분배 장치, 차량의 후륜 차동기, 차량 및 장치의 차동기 그리고, 회전 기계를 이용하는 다른 산업 기기에 사용될 수 있다. 이러한 사용예 중 하나가 예컨대 미국 특허 제 4,848,508 호에 나타나 있다.

종래의 클러치 구조체에서, 외부 레이스 부재(12)의 외부면(20)에는 서로 대응되도록 여러가지 상호 잠금 구조, 치(tooth) 구조, 또는 스플라인 구조가 구비되고, 클러치 구조체가 위치되는 기계적 구조체 또는 구조의 구동부가 제공된다. 이러한 점에서, 복수의 스플라인(Spline) 또는 치 부재(22)가 도 1에 도시되어 있다.

이와 유사하게 내부 레이스 부재(14)의 내부면(24)에는, 내부 레이스 부재 내부에 배치되는 샤프트 또는 다른 부재에 결합될 수 있도록 복수의 치 부재(26) 또는 유사한 스플라인-타입의 구조를 가질 수 있다.

롤러 부재(16)는 종래의 어떤 유형이라도 상관없으나, 둥근 실린더 형상을 갖는 것이 바람직하다. 롤러 부재는 고 강도 또는 강화 스틸 등과 같은 금속 재료로 만들어지며, 그러한 재료의 인발 와이어를 잘라 제조될 수 있다.

본 발명에 사용되기에 바람직한 케이지 장치 또는 부재(18)가 도 1 내지 5에 도시되어 있다. 이 케이지 부재(18)는 원형 링 형상을 가지고, 바람직하게는 나일론(Nylon) 또는 섬유 유리로 보강된 엔지니어링 폴리머(Polymer) 등의 프라스틱 재질로 만들어진다. 케이지 부재를 금속 또는 그와 유사한 재질로 만들어질 수도 있으나 바람직하지는 않다.

복수의 가로 부재(34)가 케이지 부재(18)의 원주면 둘레에 포켓(30)을 형성하도록 제공된다. 상기 포켓은 케이지 부재의 원주면 둘레에 위치되며, 각각 롤러 부재(16)가 위치된다. 바람직하게는 상기 포켓은 클러치 조립체의 부하 성능을 최대화하기 위하여 고른 크기를 갖는다.

각 가로 부재 또는 포켓(30)의 측면(32)들은 롤러 부재(16)의 형상에 맞추어 곡면으로 형성된다. 포켓들(30) 중 하나에 위치되는 롤러 부재(16')가 도 5에 이점 쇄선으로 도시되어 있다.

상기 가로 부재(34)에는 홈들(38)이 형성되며, 이 홈들(38)에 의하여 가로 부재(34)의 몸체와 탄성 부재들(또는 박편)(36)이 구분된다. 탄성 부재들(36)은 롤러 부재의 외부면과 접촉한다. 상기 홈들(38)은, 롤러 부재에 부하가 걸릴 때 탄성 부재(36)가 변형되도록 틈새를 제공한다.

탄성 부재(36)는 그 외부 모서리(40)에서 연결되지 않는다(도 2와 도 3 참조). 따라서, 탄성 부재가 초과 부하를 생성치 않고 쉽게 변형될 수 있다. 이러한 탄성 부재는 또한 클러치 구조체의 여러 부재들 사이의 공차를 수용한다. 롤러 지름, 캠과 캠 사이 거리, 캠 면의 롤러 이동 거리 등의 크기의 미소한 차이는 케이지 부재에 부적합한 힘을 부과할 수 있기 때문이다. 이러한 부적합한 힘은 시간이 지나면서 케이지 부재의 피로(Fatigue) 파열을 발생시켜 클러치 구조체의 수명을 단축시킬 수 있다.

탄성 부재 또는 단편(36)은 일방 클러치 구조체(10)에 탄성을 제공한다. 클러치가 결합되고 레이스 부재들에 부하가 부과되면, 내부 레이스 부재(14)의 외부면(15)에서 캠과 캠 사이의 형상의 차이 또는 롤러와 롤러(16) 사이의 형상의 차이는 케이지 부재(18)의 원주면에 불균일한 부하가 부과되게 된다. 그러나, 상기 탄성 부재 또는 단편(36)은 이러한 부하의 크기를 줄여 케이지 재료의 피로 파열 또는 다른 유형의 수명 단축을 방지한다.

본 발명에 따른 탄성 케이지 장치 또는 부재의 다른 실시예가 도 6 내지 10에 도시되어 있다. 도 6에서, 탄성 케이지 부재(50)는 가로 부재 몸체 부분(52)의 크기가 더 작으며, 롤러 부재(16')가 배치되는 각 포켓(58) 사이에 홈의 쌍들(54,56)이 제공된다. 각 포켓들은 곡면으로 형성된 측면(60)을 가지고, 홈에 의하여 형성된 한 쌍의 탄성 부재(62,64)를 가진다. 상기 탄성 부재(62,64)의 쌍은 클러치 구조체에 적용되는 부하의 크기를 줄일 수 있는 추가적인 탄성을 제공한다.

도 7은 가로 부재(72)와 복수의 포켓(74), 각 포켓에 인접하여 배치되는 복수의 탄성 부재(76)를 가지는 케이지 장치 또는 부재(70)의 다른 실시예를 도시한 것이다. 상기 탄성 부재(76)는 가로 부재(72)의 몸체와의 사이에 홈(78)을 포함한다. 탄성 부재(76)는 또한 클러치 구조체(10)가 결합되었을 때 더 쉽게 휘어져 구조체에 가해지는 부하를 더 쉽게 흡수할 수 있도록 얕은 콘형상의 하단면(80)을 가진다.

다른 탄성 케이지 부재(90)의 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 이 케이지 부재(90)는 복수의 포켓(92)과 각 포켓 사이에 위치된 가로 부재(94) 및 롤러 부재(참조 부호 16'의 이점 쇄선으로 표시)의 일면에 위치된 곡면(98)을 가지는 복수의 탄성 부재(96)를 가진다. 각각의 탄성 부재(96)의 근처에 홈(100)이 제공되고, 케이지 부재에 탄성을 추가하기 위하여 제2의 더 작은 홈들(102)이 제공된다. 이 제2 홈들(102)은 탄성 부재(96)에 제공되어, 탄성 부재를 더 유연하게 한다.

도 9와 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다. 도 9의 탄성 케이지 부재(110)는 복수의 포켓(112)과 가로 부재(114)와 탄성 부재(116)를 포함한다. 하나의 탄성 부재(116)는 각 롤러(16') 사이에서 그 일면에 위치된다. 이 탄성 부재들(116)은 또한 롤러(16')의 일면에 대응되는 곡면(118)을 가지는 반면, 상기 가로 부재들(114)은 롤러(16')의 나머지 일면에 대응되는 곡면(120)을 가진다. 각 탄성 부재(116)에는 한 쌍의 홈(122,124)이 제공되며, 그 중 하나의 홈(122)은 방사상 외부로 오픈되고, 나머지 하나의 홈(124)는 방사상 내부로 오픈된다.

도 10의 탄성 케이지 부재(130)는 복수의 포켓(132)과 복수의 가로 부재(134) 및 복수의 탄성 부재(136)를 가진다. 상기 탄성 부재(136) 중의 하나는 각 롤러(16')의 일면에 배치되고, 각 탄성 부재는 롤러의 굴곡에 대응되는 곡면(138)을 가지며, 롤러는 두 개의 인접한 탄성 부재 사이에 놓인다. 충분한 탄성을 가지도록 각 탄성 부재는 한 쌍의 홈(140)을 가진다. 본 실시예에서, 이 홈들은 케이지 부재의 방사상 내부로 오픈된다.

도 11 내지 15는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로, 본 실시예에서 케이지 부재는 직선 추출 또는 축상 추출 사출 성형 공정에 의해 일체로 형성되며(축상 추출 방향은 화살표 148로 표시됨), 분리된 탄성 부재들이 사용된다. 도 13에서 케이지 부재는 참조부호 150으로 표시되어 있다. 분리된 탄성 부재가 도 11과 12에 나타나 있다.

케이지 부재(150)의 두 개의 단면도가 도 14와 도 15에 도시되어 있다. 케이지 부재는 그 가장자리 둘레에 고른 크기를 갖는 복수의 개구(152)를 가진다. 롤러 부재(160)는 클러치 구조체가 조립될 때 각각의 개구에 배치된다. 방사상으로 서로 엇갈리게 배열된 지지 부재(154,156)가 롤러 부재의 축상 공간을 유지하기 위하여 두개의 면 또는 각 개구(152)의 끝단에 제공된다. 축상으로 엇갈리게 배열된 지지 부재들(162,164)은 각각의 롤러 개구 사이에 배치된다. 각각의 지지 부재(162,164) 사이는 분리된 탄성 부재(180)가 설치될 수 있도록 슬롯(Slot) 또는 개구(166)로 형성된다(도 11과 12 참조).

바람직하게는 스프링 스틸 또는 그 유사 부재로 만들어지는 탄성 부재(180)가, 개구(166)에 중심부(182)가 위치되고 두 개의 단부(184)가 인접한 롤러 개구(152)에 위치되도록 케이지 부재(150)에 배치된다. 상기 탄성 부재에는 롤러 부재(160)에 편중된 힘을 제공하기 위하여 일단에 박판 스프링 요소(186)가 제공된다. 탄성 부재(180)를 케이지 부재(150)에 고정할 필요가 있다면, 도 12A에 도시된 바와 같이 복수의 탭 또는 갈고리 형상의 부재(190)가 탄성 부재에 제공될 수 있다. 상기 갈고리 형상의 부재(190)는 케이지 부재를 형성하는 재질에 파고들어 탄성 부재를 케이지 부재에 견고하게 고정한다.

스롯(160)은 달리 케이지 부재의 동일한 축상면에 제공될 수 있다. 본 실시예에서는 탄성 부재(180)가 케이지 부재에 축방향으로 슬라이딩 되도록 조립될 수 있다.

상기한 바와 같이, 롤러들 사이의 탄성 부재는 케이지 부재에 부과되는 부하의 크기를 줄이고 피로와 다른 수명 단축 요인을 방지한다. 포켓에 인접하여 형성된 복수의 홈은 롤러 부재가 부하를 받아 이동할 때 탄성 부재가 변형될 수 있는 틈새를 제공한다. 따라서, 탄성 부재는 초과 부하를 생성하지 않고 쉽게 변형될 수 있다. 탄성 부재는 또한 클러치 구조체의 구성 요소들 사이의 공차의 차이를 수용할 수 있다.

삭제

Claims (14)

1. 내부 레이스 부재와 외부 레이스 부재;

   상기 내부 및 외부 레이스 부재 사이에 위치되고 원주면 둘레에 포켓들(Pocket)을 형성하는 복수의 가로 부재를 가지는 원형의 케이지 부재;

   상기 포켓들에 각각 배치되는 복수의 롤러 부재;를 포함하며,

   상기 가로 부재는 상기 포켓을 형성하는 측면이 상기 롤러 부재의 형상에 맞추어 곡면으로 형성되고,

   상기 가로 부재에는 복수의 홈이 형성되며,

   상기 복수의 홈 중 적어도 두 개의 홈은, 상기 포켓에 위치된 롤러 부재의 배치 및 이동에 대하여 탄성을 제공하기 위하여, 상기 포켓을 형성하는 각각의 측면 가까이에 배치되고,

   상기 두 개의 홈 중 하나는 방사상 외부로, 나머지 하나는 방사상 내부로 오픈되는 것을 특징으로 하는 롤러 클러치 구조체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 가까이에 배치된 적어도 두 개의 홈은 각각의 포켓의 각 측면 바로 옆에 배치되는 것을 특징으로 하는 롤러 클러치 구조체.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 측면과 홈 사이에는 탄성 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤러 클러치 구조체.
4. 제 3 항에 있어서, 두 개의 탄성 부재가 상기 포켓의 각 측면 가까이에 형성되는 것을 특징으로 하는 롤러 클러치 구조체.
5. 내부 레이스 부재와 외부 레이스 부재, 상기 내부 및 외부 레이스 부재 사이에 위치되는 복수의 롤러 부재를 포함하는 롤러 클러치 구조체에 사용되는 탄성 케이지 부재에 있어서,

   탄성 재질로 형성되고, 상기 내부 및 외부 레이스 부재 사이에 위치되는 원형의 링 부재를 포함하며,

   상기 링 부재는 원주면 둘레에 고르게 배치되는 포켓들을 형성하는 복수의 가로 부재를 구비하고, 각각의 가로 부재는 상기 롤러 부재 중 하나가 수용될 수 있도록 상기 포켓을 형성하는 측면이 상기 롤러 부재의 형상에 맞추어 곡면으로 형성되고,

   상기 링 부재는 복수의 홈을 구비하고, 상기 복수의 홈 중 적어도 두 개의 홈은 포켓을 형성하는 각각의 측면 가까이에 배치되며;

   상기 두 개의 홈 중 하나는 방사상 외부로, 나머지 하나는 방사상 내부로 오픈되는 것을 특징으로 하는 탄성 케이지 부재.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 두 개의 홈은 각각의 포켓의 각 측면 바로 옆에 배치되는 것을 특징으로 하는 탄성 케이지 부재.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 측면과 홈 사이에는 탄성 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 케이지 부재.
8. 제 7 항에 있어서, 두 개의 탄성 부재가 상기 포켓의 각 측면 가까이에 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 케이지 부재.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

Images