KR100836409B1 - 자동차용 수동 변속기의 동기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 수동 변속기의 동기장치에 관한 것으로서, 외주면에 원주방향을 따라 복수개의 축 치합홈이 형성된 축과; 상기 축과 일체로 결합되며, 외주면에 원주방향을 따라 기어부가 형성된 허브와; 중앙에 상기 축이 삽입되는 관통부가 형성되고, 상기 관통부의 내주면에 상기 축 치합홈과 대응되는 기어 치합홈이 형성된 스피드 기어와; 상기 허브의 외주면에 결합되어 축방향으로 이동 가능한 슬리브와; 상기 허브의 기어부에 접촉되는 고리부와, 상기 축 치합홈 및 상기 기어 치합홈의 수와 대응되게 마련되며 상기 기어 치합홈에 걸려 있는 탄성부를 가지는 동력 전달부재를 포함하여, 상기 슬리브가 상기 스피드 기어 방향으로 이동하여 상기 탄성부를 밀면 상기 탄성부가 하향 이동하여 상기 축 치합홈에 걸리는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 종래의 부품(싱크로나이저 링, 클러치 기어, 콘, 싱크로나이저 키)을 삭제하고 본 발명의 동력 전달부재 하나만을 적용하여 동기 작동이 이루어질 수 있으므로, 동기장치 전체 중량이 저감되고, 제조 원가가 절감될 수 있다.

Description

자동차용 수동 변속기의 동기장치{SYNCHRONIZATION DEVICE OF MANUAL TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차용 수동 변속기의 동기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 동력을 기어에서 축으로 전달하기 위한 자동차용 수동 변속기의 동기장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 자동차용 수동 변속기의 동기장치를 나타낸 단면도로서, 종래의 수동 변속기의 동기장치(100)는 축(102)에 스플라인 결합되어 일체 회전하는 허브(104)와, 허브(104)의 외주면에 형성된 기어부(105)에 축방향으로 이동 가능하게 치합된 슬리브(106)와, 허브(104)의 양측에 각각 설치되어 동기완료 후 슬리브(106)와 선택적으로 치합되고 출력축과 기계적으로 연결된 스피드 기어(108)와 일체로 형성된 클러치 기어(110)와, 클러치 기어(110)의 콘(111)의 외주면에 결합되어 슬리브(106)의 이동시 축방향 작용력을 부여 받아 클러치 기어(110)와 동기 작용을 행하는 싱크로나이저 링(112)을 포함하여 구성된다.

허브(104)와 슬리브(106) 사이에는 싱크로나이저 스프링(116)에 의해 탄지되어 슬리브(106)와 함께 축방향으로 이동 가능하도록 결합된 싱크로나이저 키(114) 가 설치되어, 동기 초기시 싱크로나이저 링(112)에 축방향 작용력을 부여함과 아울러 싱크로나이저 링(112)의 동기 위치를 결정한다.

이러한 구성에 의하여, 운전자의 변속 조작에 따라 슬리브(106)가 축방향으로 이동되어 싱크로나이저 링(112)의 동기위치가 결정된 후, 슬리브(106)와 싱크로나이저 링(112)이 맞닿으면 싱크로나이저 링(112)이 슬리브(106)로부터 축방향 작용력을 부여받아 클러치 기어(110)와 동기 작용을 행한다.

즉, 슬리브(106)의 챔퍼가 싱크로나이저 링(112)의 챔퍼를 밀어서 토크와 축방향 힘을 발생시키고, 싱크로나이저 링(112)과 클러치 기어(110)의 상대 속도가 제거되면 싱크로나이저 링(112)의 움직임이 자유로워져 슬리브(106)는 싱크로나이저 링(112)을 옆으로 밀고 전진하여 기어 챔퍼를 만나서 치합을 완성한다. 기어의 결합치가 슬리브(106)를 만나고 슬리브(106)는 허브(104)를 통해서 축(102)으로 동력을 전달하게 되는 것이다.

그런데, 이러한 종래의 자동차용 수동 변속기의 동기장치에 있어서는, 슬리브, 허브, 싱크로나이저 링, 콘, 클러치 기어 등의 상호 작용으로 인해 동기 작용이 행해지는데, 이와 같이 부품들이 많아 중량이 무겁고 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 부품수를 축소하여 중량이 가볍고 제조 원가가 절감되는 자동차용 수동 변속기의 동기장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 자동차용 수동 변속기의 동기장치에 있어서, 외주면에 원주방향을 따라 복수개의 축 치합홈이 형성된 축과; 상기 축과 일체로 결합되며, 외주면에 원주방향을 따라 기어부가 형성된 허브와; 중앙에 상기 축이 삽입되는 관통부가 형성되고, 상기 관통부의 내주면에 상기 축 치합홈과 대응되는 기어 치합홈이 형성된 스피드 기어와; 상기 허브의 외주면에 결합되어 축방향으로 이동 가능한 슬리브와; 상기 허브의 기어부에 접촉되는 고리부와, 상기 축 치합홈 및 상기 기어 치합홈의 수와 대응되게 마련되며 상기 기어 치합홈에 걸려 있는 탄성부를 가지는 동력 전달부재를 포함하여, 상기 슬리브가 상기 스피드 기어 방향으로 이동하여 상기 탄성부를 밀면 상기 탄성부가 하향 이동하여 상기 축 치합홈에 걸리는 것에 의해 달성된다.

여기서, 상기 동력 전달부재의 탄성부는 상기 고리부로부터 상향 연장되어 상기 슬리브 이동시 상기 슬리브와 접촉하는 접촉면과, 상기 접촉면의 상단으로부터 하향 경사지고 단부에 상기 기어 치합홈 및 상기 축 치합홈에 걸리는 걸림편이 형성된 경사면을 가져, 상기 슬리브가 상기 스피드 기어 방향으로 이동하면, 상기 걸림편은 상기 기어 치합홈에 형성된 경사면을 따라 하향 이동되어 상기 축 치합홈에 걸리는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 부품(싱크로나이저 링, 클러치 기어, 콘, 싱크로나이저 키)을 삭제하고 본 발명의 동력 전달부재 하나만을 적용하여 동기 작동이 이루어질 수 있으므로, 동기장치 전체 중량이 저감되고, 제조 원가가 절감될 수 있는 자동차용 수동 변속기의 동기장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 수동 변속기의 동기장치(1)는 외주면에 복수개의 축 치합홈(11)이 형성된 축(10)과, 축(10)과 일체로 결합되며 외주면에 기어부(21)가 형성된 허브(20)와, 허브(20)의 후방에 위치하여 축(10)이 삽입되며 내주면에 기어 치합홈(32)이 형성된 스피드 기어(30)와, 허브(20)의 외주면에 결합되어 축방향으로 이동 가능한 슬리브(40)와, 슬리브(40)와 스피드 기어(30) 사이에 마련되며 슬리브(40)가 스피드 기어(30) 방향으로 이동시 축 치합홈(11) 및 기어 치합홈(32)에 맞물려 동력을 스피드 기어(30)에서 축(10)으로 전달하는 동력 전달부재(50)를 포함하여 이루어진다.

축 치합홈(11)은 축(10)의 외주면에 원주방향을 따라 등간격으로 복수개 형성되어 있어, 슬리브(40)가 스피드 기어(30) 방향으로 이동할 때 후술할 걸림편(58)의 하단부가 걸리는 곳이다.

스피드 기어(30)의 중앙에는 축(10)이 삽입되는 관통부(31)가 형성되어 있고, 관통부(31)의 내주면에는 기어 치합홈(32)이 원주방향을 따라 복수개 형성되어 있다.

기어 치합홈(32)은 축 치합홈(11)의 수와 일치하여, 후술할 걸림편(58)의 상단부가 걸리는 곳이다. 한편, 후술할 걸림편(58)의 상단부가 접촉하는 기어 치합 홈(32)에는 경사면(32a)이 형성되어 있고, 슬리브(40)가 이동되는 힘(도 5의 (a) 화살표 참조)에 의해 동력 전달부재(50)가 왼쪽으로 밀릴 때 이 경사면(32a)에 의해 후술할 탄성부(55)가 아래 방향(도 7의 (a) 화살표 참조)으로 안내될 수 있다.

슬리브(40)는 축방향으로 이동되어 동력 전달부재(50)를 밀어줌으로써, 동력 전달부재(50)가 스피드 기어(30) 및 축(10)에 치합되어 동기 작동이 가능하게 해준다. 따라서, 본 발명에 의한 슬리브(40)는 동력 전달부재(50)의 동기 작동 과정에만 기여를 하기 때문에 내구성 고려시 종래에 비해 보다 자유로울 수 있다. 여기서, 슬리브(40)는 슬리브 몸체(41)와, 슬리브 몸체(41)의 중앙에 형성되어 허브(20)가 삽입되는 통과부(42)로 이루어져 있다. 이 때, 통과부(42)의 내측면에는 후술할 탄성부(55)의 접촉면(56)과 접촉되는 콘면(42a)이 경사지도록 형성되어 있다.

동력 전달부재(50)는 스피드 기어(30)로부터의 동력을 축(10)으로 전달하는 기능을 하는 부품으로서, 종래에 동기 작동을 위해 필요한 싱크로나이저 링(112, 도 1 참조), 클러치 기어(110, 도 1 참조), 콘(111, 도 1 참조), 싱크로나이저 키(114, 도 1 참조) 등의 부품의 역할을 한다. 즉, 종래의 경우에는 스피드 기어(30)로 들어온 동력이 슬리브(106)와 허브(104)를 통해 축(102)으로 전달되는 구조였으나, 본 발명의 경우에는 스피드 기어(30)로 들어온 동력이 동력 전달부재(50)에 의해 바로 축(10)으로 전달되는 구조인 것이다.

이에, 상기 종래의 부품(싱크로나이저 링(112), 클러치 기어(110), 콘(111), 싱크로나이저 키(114))을 삭제하고 본 발명의 동력 전달부재(50) 하나만을 적용하 여 동기 작동이 이루어질 수 있으므로, 동기장치(1)의 전체 중량이 저감되고, 제조 원가가 절감되는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 싱크로나이저 링(112), 클러치 기어(110), 콘(111), 싱크로나이저 키(114)가 삭제됨으로써 축방향 거리가 줄어드는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 종래의 경우에는 동기 작동 이후 동기 붕괴가 일어나는 구선에서 2중 걸림이 발생하는 문제가 있었는데, 본 발명에 따르면 이러한 2중 걸림이 일어나지 않은 장점이 있다.

동력 전달부재(50)의 구조에 대해 보다 자세히 살펴보면, 동력 전달부재(50)는 환형으로 이루어져 허브(20)의 기어부(21)에 접촉되는 고리부(51)와, 축 치합홈(11) 및 기어 치합홈(32)의 수와 대응되게 마련되며 평소에 기어 치합홈(32)에 걸려 있는 탄성부(55)로 구성된다.

탄성부(55)는 고리부(51)로부터 상향 연장되어 슬리브(40) 이동시 슬리브(40)와 접촉하는 접촉면(56)과, 접촉면(56)의 상단으로부터 하향 경사지고 동기 작동시 기어 치합홈(32) 및 축 치합홈(11)에 걸리는 걸림편(58)이 형성된 경사면(57)으로 이루어져 있다. 탄성부(55)는 평소에 도 5의 (a)와 같이 원주 외측 방향으로 벌어져 기어 치합홈(32)에만 결합되어 스피드 기어(30)와 일체로 회전하므로, 축(10), 허브(20), 슬리브(40)와는 구속되지 않는 상태가 된다. 그 후, 슬리브(40)가 외력에 의해 스피드 기어(30) 방향으로 이동되면, 도 6의 (a)와 같이 슬리브(40)가 접촉면(56)과 접촉된 후 도 7의 (a)와 같이 걸림편(58)이 기어 치합홈(32)의 경사면(32a)을 따라 하향 이동되어 상단부는 기어 치합홈(32)에 치합 상태를 유지하고 하단부는 축 치합홈(11)에 치합됨으로써, 축(10), 허브(20), 슬리 브(40)와 구속된 상태가 된다. 여기서, 걸림편(58)의 하단부 및 축 치합홈(11)에 챔퍼(58a)(11a)가 각각 형성됨으로써, 블록킹 작동이 일어난 후 치합이 이루어지므로 안정적으로 치합될 수 있다. 이 때, 걸림편(58)의 하단부 및 축 치합홈(11)의 각 챔퍼(58a)(11a)는 종래의 싱크로나이저 링(112)의 챔퍼와 슬리브(106)의 챔퍼의 역할을 대신하는 것이다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 자동차용 수동 변속기의 동기장치(1)에 의한 동기 작동의 원리를 도 5 내지 도 7을 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 중립 상태에서 스피드 기어(30)는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 축(10)과 일체로 연결되어 있지 않고 상대 회전을 하고 있기 때문에 동력이 전달되지 않는다. 여기서, 동력 전달부재(50)의 탄성부(55)는 원주 외측 방향으로 벌어져서 기어 치합홈(32)에만 결합되어 스피드 기어(30)와 일체로 회전한다. 이 때, 동력 전달부재(50)는 축(10), 허브(20), 슬리브(40)와는 구속되지 않은 상태이며, 동력 전달부재(50)의 걸림편(58)의 하단부와 축 치합홈(11)은 도 5의 (b)와 같이 서로 이격된 상태이다.

그 후, 슬리브(40)가 왼쪽 방향(스피드 기어(30) 방향, 도 5의 (a) 화살표 참조)을 향해 이동하면, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 슬리브(40)의 콘면(42a)은 탄성부(55)의 접촉면(56)과 마찰을 일으키며 상대 속도 차이를 줄임으로써 동기 작동이 이루어진다. 이 때, 걸림편(58)의 챔퍼(58a)는 도 6의 (b)와 같이 축 치합홈(11)의 챔퍼(11a)에 맞닿아 블록킹이 된 상태이다.

다음, 슬리브(40)가 도 6의 (a)에서 더 왼쪽(도 6의 (a) 화살표 참조)으로 이동하면, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 걸림편(58)은 기어 치합홈(32)의 경사면(32a)을 따라 왼쪽으로 더 전진하면서 하향 이동(도 7의 (a) 화살표 참조)되어 걸림편(58)의 하단부가 축 치합홈(11)에 걸림으로써, 도 7의 (b)와 같이 치합이 안정적으로 이루어질 수 있다. 결국, 동력 전달부재(50)의 걸림편(58)이 기어 치합홈(32) 및 축 치합홈(11)에 모두 치합된 상태가 되어 스피드 기어(30)로 전달된 동력이 축(10)으로 전달될 수 있게 된다. 이 때, 걸림편(58)은 기어 치합홈(32)과 축 치합홈(11)에 동시에 물릴 수 있을 정도의 충분한 강도 및 면적을 가지고 설계되는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 동력 전달부재(50)에 의해 동기 작동이 이루어진 후, 슬리브(40)가 중립 위치로 돌아가면, 동력 전달부재(50)의 탄성부(55)의 복원력에 의해 걸림편(58)이 기어 치합홈(32) 측으로 벌어지면서 축 치합홈(11)과는 걸림이 해제되어 축(10)과의 연결이 단절된다.

도 1은 종래의 자동차용 수동 변속기의 동기장치를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 수동 변속기의 동기장치에서 축과 기어 및 허브가 결합된 상태를 도시한 사시도이고,

도 3은 도 2의 기어 및 허브에 동력 전달부재가 결합된 상태를 도시한 사시도이고,

도 4는 도 3의 구성에 슬리브가 결합된 상태를 도시한 사시도이고,

도 5의 (a)는 도 4의 A-A 선 단면도이고, (b)는 (a) 상태의 걸림편과 축 치합홈의 관계를 나타낸 단면도이고,

도 6의 (a)는 도 5(a)의 슬리브가 축방향으로 이동하여 동력 전달부재와 마찰을 일으키는 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 (a)에서 걸림편과 축 치합홈의 블록킹 작동을 나타낸 단면도이고,

도 7의 (a)는 도 6(a) 이후 걸림편이 축 치합홈에 치합된 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 (a)에서 걸림편과 축 치합홈의 치합 관계를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 동기장치 10 : 축

11 : 축 치합홈 20 : 허브

21 : 기어부 30 : 스피드 기어

31 : 관통부 31a : 경사면

32 : 기어 치합홈 40 : 슬리브

41 : 슬리브 몸체 42 : 통과부

50 : 동력 전달부재 51 : 고리부

55 : 탄성부 56 : 접촉면

57 : 경사면 58 : 걸림편

Claims (2)

1. 외주면에 원주방향을 따라 복수개의 축 치합홈이 형성된 축과;

   상기 축과 일체로 결합되며, 외주면에 원주방향을 따라 기어부가 형성된 허브와;

   중앙에 상기 축이 삽입되는 관통부가 형성되고, 상기 관통부의 내주면에 상기 축 치합홈과 대응되는 기어 치합홈이 형성된 스피드 기어와;

   상기 허브의 외주면에 결합되어 축방향으로 이동 가능한 슬리브와;

   상기 허브의 기어부에 접촉되는 고리부와, 상기 축 치합홈 및 상기 기어 치합홈의 수와 대응되게 마련되며 상기 기어 치합홈에 걸려 있는 탄성부를 가지는 동력 전달부재를 포함하여,

   상기 슬리브가 상기 스피드 기어 방향으로 이동하여 상기 탄성부를 밀면 상기 탄성부가 하향 이동하여 상기 축 치합홈에 걸리는 것을 특징으로 하는 자동차용 수동 변속기의 동기장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 동력 전달부재의 탄성부는 상기 고리부로부터 상향 연장되어 상기 슬리브 이동시 상기 슬리브와 접촉하는 접촉면과, 상기 접촉면의 상단으로부터 하향 경사지고 단부에 상기 기어 치합홈 및 상기 축 치합홈에 걸리는 걸림편이 형성된 경사면을 가져,

   상기 슬리브가 상기 스피드 기어 방향으로 이동하면, 상기 걸림편은 상기 기어 치합홈에 형성된 경사면을 따라 하향 이동되어 상기 축 치합홈에 걸리는 것을 특징으로 하는 자동차용 수동 변속기의 동기장치.

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