KR101356354B1

KR101356354B1 - 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조 및 그것을 사용한 차동 장치

Info

Publication number: KR101356354B1
Application number: KR1020127031600A
Authority: KR
Inventors: 마코토 다니구치; 요시히코 우카이; 히로카즈 츠네카와; 히로유키 시오이리
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2014-01-27
Also published as: CN102939480A; EP2578904A1; JP5257555B2; WO2011151923A1; JPWO2011151923A1; KR20130012029A; US20130074648A1; EP2578904A4; EP2578904B1; CN102939480B; US9068640B2

Abstract

외주면에 기어부(4)가 형성되고, 내주면에 복수의 노치부(5)가 형성된 링 기어(3)와, 링 기어(3)가 압입되는 압입면(6)과, 압입면(6)의 단부에 노치부(5)에 압박되어 코킹되는 플랜지부(8)를 구비하는 디퍼렌셜 케이스(2)를 갖고, 압입면(6)에 링 기어(3)를 압입한 후, 플랜지부(8)를 노치부(5)에 압박함으로써 링 기어(3)에 디퍼렌셜 케이스(2)를 코킹하여 체결하는 링 기어(3)와 디퍼렌셜 케이스(2)의 체결 구조(1)에 있어서, 노치부(5)는, 단차면(14, 15)을 가지므로, 토크 전달 시에 발생하는 덜걱거림을 억제할 수 있다.

Description

링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조 및 그것을 사용한 차동 장치 {FASTENING STRUCTURE FOR RING-GEAR AND DIFFERENTIAL CASE, AND DIFFERENTIAL DEVICE USING SAME}

본 발명은, 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조 및 그것을 사용한 차동 장치에 관한 것이다.

자동차의 구동 기구에 사용되는 디퍼렌셜 기어(differential gear)는, 자동차의 구동륜을 연결하는 샤프트에 사용되고, 자동차가 커브를 돌 때에 내륜과 외륜의 속도차를 흡수하는 차동 장치의 하나이다.

간단하게 구조를 설명하면, 디퍼렌셜 기어는, 디퍼렌셜 케이스의 외측에 유지되는 링 기어와, 디퍼렌셜 케이스 내부에 설치되고, 디퍼렌셜 케이스에 설치된 피니언 기어, 그리고 피니언 기어와 맞물리는 차축에 설치된 기어로 이루어진다.

그리고 자동차의 엔진 등이 발생시키는 구동력은 디퍼렌셜 케이스에 체결되는 링 기어에 전달되고, 디퍼렌셜 케이스에 설치된 피니언 기어에 의해 차축에 설치된 기어를 회전시킴으로써 차축에 동력을 전달한다.

그 외에, 자동차에 사용되는 차동 장치로서는, 한쪽의 차륜이 무부하 상태일 때에 차축을 공전시켜 버리는 디퍼렌셜 기어의 결점을 보완한 LSD라고 불리는 것도 존재하지만, 디퍼렌셜 케이스의 외측에 링 기어를 사용한다고 하는 점에서는 동일한 구조로 된다.

그리고 이 차동 장치에 구비하는 디퍼렌셜 케이스에 링 기어를 체결하는 방법은, 종래에는 볼트를 사용하여 체결하는 방법이 채용되어 왔다.

그러나 이 볼트에서의 체결 방법을 사용하면, 볼트의 중량이나 볼트로 체결하기 위해 필요한 두께 등을 필요로 하기 때문에, 중량이 증가하는 문제가 있다.

따라서 디퍼렌셜 케이스와 링 기어의 체결을 볼트에 의한 체결에 의하지 않고, 코킹 고정에 의해 행하는 방법도 검토되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 도 8은 종래의 디퍼렌셜 기어(101)의 단면도이다. 도 9는 링 기어(103)의 일부를 확대한 사시도이다. 도 10은 링 기어(103)를 디퍼렌셜 케이스(102)에 압입하는 공정을 도시하는 도면이다. 도 11은 링 기어(103)를 디퍼렌셜 케이스(102)에 코킹 고정하는 공정을 도시하는 도면이다. 도 12는 종래의 디퍼렌셜 기어(101)에 있어서의 코킹 부분을 확대한 모식도이다.

도 8에 도시하는 디퍼렌셜 기어(101)는, 링 기어(103)가 구동력을 전달하는 구동 기어(도시하지 않음)와 맞물리도록, 자동차에 조립된다. 디퍼렌셜 기어(101)는, 디퍼렌셜 케이스(102)의 일단부에 고정된 링 기어(103)에 도시하지 않은 구동 기어로부터 회전 토크가 전달되면, 디퍼렌셜 케이스(102)가 링 기어(103)와 일체적으로 회전한다. 디퍼렌셜 케이스(102)는, 차동 기어(116)가 조립되는 조립 스페이스(117)를 구비한다. 디퍼렌셜 케이스(102)는, 조립 스페이스(117)에 피니언 샤프트(118)를 통해 피니언 기어(119)가 회전 불가능하게 고정 설치되어 있다. 피니언 기어(119)는, 차동 기어(116)에 맞물려져, 차동 기어(116)에 연결하는 차축(120)에 구동력을 전달하도록 되어 있다.

링 기어(103)는, 디퍼렌셜 케이스(102)의 일단부 외주면에 압입된 후 코킹 가공에 의해 체결되어 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 링 기어(103)의 외주면에는, 회전 토크가 부여되는 기어부(104)가 형성되어 있다. 또한, 링 기어(103)의 내주면에는, 복수의 노치부(105)가 연속해서 형성되어 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 디퍼렌셜 케이스(102)의 일단부 외주면에는, 링 기어(103)가 압입되는 압입면(106)이 환 형상으로 형성되어 있다. 압입면(106)은, 외경 치수가 링 기어(103)의 내경 치수보다 크게 설정되고, 압입 여유가 설정되어 있다. 압입면(106)의 도면 중 우측 단부면에는, 힐부(107)가 압입면(106)에 대해 수직으로 세워 설치되고, 링 기어(103)의 압입량을 규제하도록 되어 있다. 또한, 압입면(106)의 도면 중 좌측 단부면에는, 플랜지부(108)가, 압입면(106)으로부터 연장 설치되어 있다.

이와 같은 디퍼렌셜 기어(101)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 링 기어(103)를 디퍼렌셜 케이스(102)의 플랜지부(108)측으로부터 압입면(106)에 끼워 맞춘다. 링 기어(103)는, 힐부(107)에 맞닿을 때까지 압입면(106)에 압입된다. 이때, 링 기어(103)는, 노치부(105)가 힐부(107)와 반대측에 배치되도록, 압입면(106)에 압입된다. 그리고 도 11에 도시한 바와 같이, 플랜지부(108)를 노치부(105)측으로 밀어 쓰러뜨려, 노치부(105)에 대해 압박한다. 그러면, 플랜지부(108)의 재료가 각 노치부(105)에 대해 소성 유동한다. 이에 의해, 도 12에 도시한 바와 같이, 플랜지부(108)가 각 노치부(105)에 인입하도록 소성 변형되어 코킹되고, 코킹부(110)가 형성된다. 링 기어(103)는, 당해 코킹부(110)와, 힐부(107)와 링 기어(103)의 접촉 부분에 의해 끼워 넣어지도록 하여, 유지된다.

유럽 특허 출원 공개 공보 제647789호

그러나 종래의 디퍼렌셜 기어(101)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 노치부(105)가 단면 산 형상으로 성형되어 있었다. 그로 인해, 플랜지부(108)를 노치부(105)에 코킹하는 경우, 플랜지부(108)를 노치부(105)에 압박하여, 플랜지부(108)의 재료를 노치부(105)에 소성 유동시켜 코킹부(110)를 형성하는 경우에, 노치부(105)의 경사지는 경사면(111, 112)이 변형 저항으로 된다. 그로 인해, 노치부(105)는, 플랜지부(108)의 재료가 정상부(113)까지 충전되지 않아, 재료가 충전되지 않는 미충전 영역(114)이 정상부(113)에 남아 버렸다.

코킹 가공에 의해 디퍼렌셜 케이스(102)와 링 기어(103)가 체결된 디퍼렌셜 기어(101)는, 예를 들어 자동차에 적용된 경우, 링 기어(103)에 작용하는 회전 토크에 의해, 코킹부(110)가 소성 변형되어, 덜걱거림이 발생하는 경우가 있었다.

구체적으로는, 자동차가 전진하는 경우, 링 기어(103)에 정방향의 회전 토크가 전달된다. 그러면, 링 기어(103)는, 코킹부(110)와 압입면(106)의 압입 부분을 통해 디퍼렌셜 케이스(102)에 회전 토크를 전달한다. 이때, 예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 각 노치부(105)의 경사면(111)에 토크 F101이 작용한다. 코킹부(110)는, 코킹 공정 시에, 정상부(113)에 재료가 충전되지 않는 미충전 영역(114)이 형성되어 있고, 상방으로의 재료의 소성 유동이 제한되어 있지 않다. 그로 인해, 코킹부(110)는, 경사면(111)에 토크 F101이 작용하면, 도면 중 화살표 F102로 나타낸 바와 같이, 그 힘의 방향이 미충전 영역(114)[정상부(113)]을 향하여 변환되고, 경사면(111)에 접하는 재료가 상방을 향하여 부풀어 오르도록 소성 유동한다. 경사면(111)에 접하는 재료가 상방을 항하여 소성 변형하면, 그 소성 변형한 분만큼, 노치부(105)가 플랜지부(108)에 대해 토크 F101이 작용하는 방향(도면 중 우측)으로 이동하여, 코킹부(110)와 경사면(112) 사이에 간극(115)이 형성된다.

이 간극(115)이 형성된 상태에서, 자동차가 후퇴하는 경우, 링 기어(103)에는, 정방향과 반대의 회전 토크가 작용한다. 링 기어(103)는, 코킹부(110)와 압입면(106)의 압입 부분을 통해 디퍼렌셜 케이스(102)에 역방향의 회전 토크를 전달한다. 이 경우, 도 14에 도시한 바와 같이, 노치부(105)의 경사면(112)에 토크 F103이 작용한다. 상술한 바와 같이, 자동차가 전진할 때에, 경사면(112)과 코킹부(110) 사이에 간극(115)이 형성되므로, 링 기어(103)는, 역방향의 회전 토크가 전달되면, 도 14의 2점 차선이 나타내는 후퇴 개시 위치로부터, 도면 중 실선으로 나타내는 바와 같이, 노치부(105)의 경사면(112)을 코킹부(110)에 접촉시켜 간극(115)을 해소하도록, 도면 중 좌측으로 이동한다. 이 이동이, 디퍼렌셜 케이스(102)와 링 기어(103) 사이에 발생하는 덜걱거림으로 된다. 그리고, 이번에는 경사면(111)과 코킹부(110) 사이에 간극(121)이 형성된다.

디퍼렌셜 케이스(102)와 링 기어(103) 사이에 덜걱거림이 발생하면, 링 기어(103)가, 구동력을 전달하기 위한 구동 기어(도시하지 않음)에 기어부(104)를 맞물리게 하는 위치가 어긋난다. 이 경우, 기어부(104)의 맞물림이 어긋난 부분이 도시하지 않은 구동 기어에 부딪쳐 기어 노이즈를 발생시키고, 소음으로 되어 버렸다. 또한, 기어부(104)는, 토크 전달 시에, 도시하지 않은 구동 기어와의 맞물림이 어긋난 부분에 치우친 힘이 작용하여, 치면 강도를 저하시키는 경우가 있었다.

그리고 디퍼렌셜 케이스(102)와 링 기어(103) 사이에 덜걱거림이 발생하면, 디퍼렌셜 케이스(102)의 압입면(106)이 소성 변형되어 미끄럼이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 압입면(106)이 링 기어(103)의 내주면과 서로 스쳐 마모되어, 이물질이 발생한다. 또한, 압입면(106)이 닳게 됨으로써, 링 기어(103)를 압입면(106)에 압입하여 디퍼렌셜 케이스(102)에 체결하는 체결 강도가 저하되어, 디퍼렌셜 기어(101)의 내구성을 저하시킬 우려가 있다.

또한, 도 13은 종래의 디퍼렌셜 기어(101)가, 링 기어(103)로부터 디퍼렌셜 케이스(102)에 토크 F101이 전달되는 상태를 설명하는 도면이다. 도 14는 종래의 디퍼렌셜 기어(101)가, 링 기어(103)로부터 디퍼렌셜 케이스(102)에 역방향의 토크 F103이 전달되는 상태를 설명하는 도면이다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 토크 전달 시에 발생하는 덜걱거림을 억제할 수 있는 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조 및 그것을 사용한 차동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태에 관한 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조는, 외주면에 기어부가 형성되고, 내주면에 복수의 노치부가 형성된 링 기어와, 상기 링 기어가 압입되는 압입면과, 상기 압입면의 단부에 상기 노치부에 압박되어 코킹되는 플랜지부를 구비하는 디퍼렌셜 케이스를 갖고, 상기 압입면에 상기 링 기어를 압입한 후, 상기 플랜지부를 상기 노치부에 압박함으로써 상기 링 기어에 상기 디퍼렌셜 케이스를 코킹하여 체결하는 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조에 있어서, 상기 노치부는, 단차면을 갖고, 상기 노치부는, 상기 플랜지부와 반대측으로 오목하게 오목부가 상기 단차면 상에 형성되어 있다.

상기 구성의 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조는, 상기 노치부가, 상기 내주면으로부터 오목한 방향의 노치 중심선을 사이에 두고 양측에 상기 단차면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

삭제

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태에 관한 차동 장치는, 상기 어느 하나에 기재된 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조를 적용하고 있다.

상기 형태의 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조 및 그것을 사용한 차동 장치는, 링 기어에 회전 토크가 부여되면, 디퍼렌셜 케이스는, 링 기어와 압입면의 압입 부분과, 링 기어의 노치부에 플랜지부를 코킹한 코킹 부분을 통해 링 기어로부터 토크가 전달된다. 링 기어는, 디퍼렌셜 케이스의 플랜지부가 노치부에 코킹되면, 플랜지부의 재료가 노치부의 단차면에 접하도록 노치부 내를 소성 유동하고, 플랜지부를 소성 변형시켜 코킹부를 형성한다. 그로 인해, 링 기어에 회전 토크가 전달되고, 각 노치부의 측면에 토크가 작용하면, 코킹부가 당해 측면을 통해 눌려 변형되려고 한다. 그러나 코킹부는, 노치부에 형성된 단차면에 의해 변형이 저지된다. 그로 인해, 코킹부에 작용하는 힘은, 토크가 작용하는 측면과 대향하는 면을 향하여 작용한다. 토크가 작용하는 면과 대향하는 면에도, 코킹부가 접촉하고 있다. 그로 인해, 코킹부가, 토크가 작용하는 면과 대향하는 면으로부터 반력을 받는다. 이 결과, 코킹부에는, 정수압에 가까운 힘이 작용하고, 토크 전달 시에 코킹부가 변형되지 않아, 노치부와 코킹부 사이에 간극이 형성되지 않는다. 따라서 상기 형태의 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조 및 그것을 사용한 차동 장치에 따르면, 토크 전달 시에 발생하는 덜걱거림을 억제할 수 있다.

상기 구성의 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조는, 노치부가, 링 기어의 내주면으로부터 오목한 방향의 노치 중심선을 사이에 두고 양측에 단차면이 형성되어 있다. 그로 인해, 링 기어에 대해 정방향의 회전 토크가 작용할 때뿐만 아니라, 정방향과 반대인 역방향의 회전 토크가 작용한 경우라도, 링 기어의 둘레 방향으로 덜걱거림이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

상기 구성의 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조는, 플랜지부와 반대측으로 오목하게 오목부가 단차면 상에 형성되어 있다. 그로 인해, 플랜지부를 노치부에 코킹하는 경우에 단차면에 작용하는 코킹 하중의 일부가 오목부에 릴리프된다. 따라서 상기 구성의 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조에 따르면, 예를 들어 코킹 성형을 행하는 경우에 코킹 하중이 설정값을 초과해도, 단차면에 작용하는 코킹 하중을 완화하여, 노치부의 변형을 저지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 것으로, 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조의 모식도이다.
도 2는 링 기어의 내주면을 도 1의 K1 방향으로부터 본 부분 확대도이다.
도 3은 도 2의 K2 방향으로부터 본 노치부의 형상을 도시하는 도면이다.
도 4는 코킹 공정을 설명하는 도면이며, 노치부 내에 재료를 충전하기 시작한 상태를 도시한다.
도 5는 코킹 공정을 설명하는 도면이며, 노치부 내에 재료를 충전하는 상태를 도시한다.
도 6은 코킹 공정을 설명하는 도면이며, 코킹 성형 하중을 완화하는 모습을 도시한다.
도 7은 링 기어로부터 디퍼렌셜 케이스로 정방향의 회전 토크를 전달하는 토크 전달 상태를 설명하는 도면이다.
도 8은 종래의 디퍼렌셜 기어의 단면도이다.
도 9는 링 기어의 일부를 확대한 사시도이다.
도 10은 링 기어를 디퍼렌셜 케이스에 압입하는 공정을 도시하는 도면이다.
도 11은 링 기어를 디퍼렌셜 케이스에 코킹 고정하는 공정을 도시하는 도면이다.
도 12는 종래의 디퍼렌셜 기어에 있어서의 코킹 부분을 확대한 모식도이다.
도 13은 종래의 디퍼렌셜 기어가, 링 기어로부터 디퍼렌셜 케이스로 정방향의 토크가 전달되는 상태를 설명하는 도면이다.
도 14는 종래의 디퍼렌셜 기어가, 링 기어로부터 디퍼렌셜 케이스로 역방향의 토크가 전달되는 상태를 설명하는 도면이다.

다음에, 본 발명에 관한 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조 및 그것을 사용한 차동 장치의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

<링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 것으로, 링 기어(3)와 디퍼렌셜 케이스(2)의 체결 구조(1)[이하 「체결 구조(1)」이라 함]의 모식도이다. 도 2는 링 기어(3)의 내주면(3c)을 도 1의 K1 방향으로부터 본 부분 확대도이다.

도 1에 도시하는 본 실시 형태의 체결 구조(1)는, 종래 기술과 마찬가지로, 자동차의 디퍼렌셜 기어(101)(차동 장치의 일례)에 적용된다. 디퍼렌셜 기어(101)는, 링 기어(3)가 구동력을 전달하는 구동 기어(도시하지 않음)와 맞물리도록, 자동차에 조립된다. 체결 구조(1)는, 링 기어(3)와 디퍼렌셜 케이스(2)를 제외하고, 디퍼렌셜 기어(101)와 동일한 구성을 가지므로, 여기서는 링 기어(3)와 디퍼렌셜 케이스(2)를 중심으로 설명한다.

도 1에 도시하는 디퍼렌셜 케이스(2)는, 재료의 소성 유동이 일어나기 쉽도록, 주철을 재질로 한다. 디퍼렌셜 케이스(2)는, 도 10에 도시하는 종래의 디퍼렌셜 케이스(102)에 설치된 압입면(106)과 힐부(107)와 플랜지부(108)와 마찬가지로, 압입면(6)과 힐부(7)와 플랜지부(8)가 형성되어 있다. 압입면(6)은, 디퍼렌셜 케이스(2)와 동축으로 되도록, 디퍼렌셜 케이스(2)의 외주면에 환 형상으로 형성되어 있다. 힐부(7)는, 링 기어(3)를 디퍼렌셜 케이스(2)에 압입하는 양을 규제하기 위해, 압입면(6)의 도면 중 우측 단부면의 외측에 환 형상으로 설치되어 있다. 힐부(7)는, 압입면(6)에 대해 수직으로 설치되어 있다. 또한, 플랜지부(8)는, 압입면(6)의 도면 중 좌측 단부면으로부터 연장 설치되어 있다. 플랜지부(8)는, 변형 가능한 두께로 설치되어 있다. 이들 압입면(6)과 힐부(7)와 플랜지부(8)는, 절삭 가공에 의해 성형되어 있다.

도 1에 도시하는 링 기어(3)는, 저탄소강을 재질로 한다. 링 기어(3)의 표면에는, 침탄 가공이 실시되어, 경도가 높아져 있다. 링 기어(3)는, 대략 원통 형상을 이룬다. 링 기어(3)는, 내주면(3c)의 내경 치수가 디퍼렌셜 케이스(2)의 압입면(6)의 외경 치수보다 작게 되고, 환 형상의 압입면(6)에 압입되도록 되어 있다. 압입면(6)은, 디퍼렌셜 케이스(2)의 축선과 동축으로 되도록 형성되어 있다. 링 기어(3)의 외주면에는, 외부 장치로부터 회전 토크가 전달되는 기어부(4)가 형성되어 있다. 링 기어(3)의 내주면(3c)에는, 디퍼렌셜 케이스(2)의 플랜지부(8)가 코킹되는 복수의 노치부(5)가 형성되어 있다. 노치부(5)는, 플랜지부(8)를 노치부(5)측으로 절곡하여 균일하게 코킹할 수 있도록, 내주면(3c)의 도면 중 좌측 단부 개구부측으로부터 축 방향 안측(도면 중 우측)을 항하여 경사져 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 노치부(5)는, 링 기어(3)의 내주면(3c)을 따라 연속해서 형성되어 있다.

도 3은 도 2의 K2 방향으로부터 본 노치부(5)의 형상을 도시하는 도면이다.

노치부(5)는, 대략 산 형상을 이룬다. 노치부(5)는, 내주면(3c)으로부터 오목한 방향의 노치 중심선 L을 사이에 두고 경사면(11, 12)을 갖는다. 노치부(5)는, 노치 중심선 L을 사이에 두고 양측에 단차면(14, 15)이 형성되어 있다. 노치부(5)는, 노치 중심선 L 상에 오목부(16)가 형성되어 있다. 노치부(5)는, 오목부(16)를 사이에 두고 도면 중 좌우 대칭 형상으로 되도록 경사면(11, 12)과 단차면(14, 15)이 형성되어 있다. 단차면(14, 15)은, 오목부(16)와 경사면(11, 12) 사이에 평탄하게 형성되어 있다. 그로 인해, 경사면(11)과 단차면(14) 사이에는 견부(21)가 형성되어 있다. 또한, 경사면(12)과 단차면(15) 사이에는 견부(22)가 형성되어 있다. 오목부(16)는, 단차면(14, 15)의 사이로부터 도면 중 상방으로[디퍼렌셜 케이스(2)의 플랜지부(8)와 반대측으로] 오목하게 형성되어 있다. 이와 같은 노치부(5)는, 플랜지부(8)가 코킹되도록, 전체 높이 H1이 플랜지부(8)의 직경 방향의 두께 H2보다 작은 치수로 설정되어 있다. 노치부(5)는, 단조에 의해 성형되고, 경도가 디퍼렌셜 케이스(2)의 플랜지부(8)보다 높게 되어 있다.

<디퍼렌셜 케이스와 링 기어의 체결 방법>

링 기어(3)를 디퍼렌셜 케이스(2)의 플랜지부(8)측으로부터 압입면(6)에 압입한다. 링 기어(3)는, 힐부(7)에 맞닿아질 때까지 압입면(6)에 압입된다. 이때, 링 기어(3)는, 노치부(5)가 힐부(7)와 반대측에 위치하도록, 디퍼렌셜 케이스(2)에 압입된다. 그리고 플랜지부(8)를 링 기어(3)측으로 밀어 쓰러뜨리고, 노치부(5)에 강하게 압박한다. 플랜지부(8)는, 노치부(5)보다 경도가 낮으므로, 플랜지부(8)를 노치부(5)에 압박하면, 플랜지부(8)가 노치부(5)를 메우도록 소성 변형되고, 코킹된다. 이에 의해, 링 기어(3)는, 압입면(6)과의 압입 부분에 의해 디퍼렌셜 케이스(2)에 대해 동축 상에 위치 결정된다. 또한, 링 기어(3)는, 플랜지부(8)와 노치부(5)의 코킹 부분과, 힐부(7) 사이에서, 디퍼렌셜 케이스(2)에 대해 축 방향으로 위치 결정되어 유지된다.

코킹 공정에 대해, 보다 자세하게 설명한다. 도 4는 코킹 공정을 설명하는 도면으로, 노치부(5) 내에 재료를 충전하기 시작한 상태를 도시한다. 도 5는 코킹 공정을 설명하는 도면으로, 노치부(5) 내에 재료를 충전하는 상태를 도시한다. 도 6은 코킹 공정을 설명하는 도면으로, 코킹 성형 하중을 완화하는 모습을 도시한다. 또한, 플랜지부(8) 내에 기재한 도면 중 화살표는, 재료의 소성 유동 방향을 나타낸다.

도 4에 도시한 바와 같이, 플랜지부(8)를 노치부(5)에 압박하면, 플랜지부(8)는, 재료가 노치부(5)의 내부로 인입하도록 소성 유동하고, 변형된다. 이때, 플랜지부(8)의 재료는, 노치부(5)에 도면 중 좌우 대칭으로 형성된 경사면(11, 12)에 안내되어 오목부(16)를 향하여 부풀어 오르도록 변형되고, 도 5에 도시한 바와 같이 단차면(14, 15)에 접촉한다. 재료는, 단차면(14, 15)에 접촉하면, 단차면(14, 15)을 따라 도면 중 좌우 방향으로 확장되도록 소성 유동하기 시작한다. 이에 의해, 견부(21, 22)의 내측에 형성되는 미충전 영역(17, 18)이, 플랜지부(8)의 재료에 의해 매워져 간다. 그로 인해, 노치부(5)는, 플랜지부(8)의 재료가 충전되어 있지 않은 미충전 영역(17, 18)이 작아진다. 따라서 플랜지부(8)는, 노치부(5)의 단차면(14, 15)까지 채워지도록 소성 변형되고, 노치부(5)에 코킹된 코킹부(10)를 형성한다.

이때, 예를 들어 플랜지부(8)를 노치부(5)측으로 밀어 쓰러뜨려 코킹하는 공구가, 노치부(5)의 형상에 맞지 않아, 플랜지부(8)를 노치부(5)에 코킹하는 코킹 하중이 설정값보다 커지는 경우가 있다. 이 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 노치부(5)에는, 단차면(14, 15)의 사이에 외경 방향(도면 중 상방)으로 오목하게 오목부(16)가 형성되어 있으므로, 플랜지부(8)의 재료는, 단차면(14, 15)에 맞닿은 후, 코킹 하중의 일부를 오목부(16)측으로 릴리프시켜, 단차면(14, 15)에 작용하는 코킹 하중을 완화한다. 따라서 체결 구조(1)에서는, 코킹 성형을 행하는 경우에 코킹 하중이 설정값을 초과해도, 노치부(5)의 변형을 저지할 수 있다.

<토크 전달 방법>

체결 구조(1)는, 예를 들어 자동차가 전진하는 경우, 링 기어(3)가 도시하지 않은 구동 기어에 의해 정방향으로 회전된다. 링 기어(3)에 작용하는 정방향의 회전 토크는, 플랜지부(8)와 노치부(5)의 코킹부(10)와, 압입면(6)과 링 기어(3)의 압입 부분을 통해, 디퍼렌셜 케이스(2)에 전달된다. 이에 의해, 디퍼렌셜 케이스(2)는, 링 기어(3)와 일체적으로 회전된다. 디퍼렌셜 기어(101)는, 디퍼렌셜 케이스(2)의 회전을 피니언 기어(119)와 차동 기어(116)를 통해 차축(120)에 전달하고, 자동차의 내륜과 외륜의 속도차를 흡수한다.

또한, 체결 구조(1)는, 예를 들어 자동차가 후퇴하는 경우, 링 기어(3)가 도시하지 않은 구동 기어에 의해 정방향과 반대인 역방향으로 회전된다. 링 기어(3)에 작용하는 역방향의 회전 토크는, 상기한 바와 마찬가지로 하여 디퍼렌셜 케이스(2)에 전달된다.

노치부(5)에 토크가 작용한 경우에 있어서의 코킹부(10)의 변형에 대해 설명한다. 도 7은 링 기어(3)로부터 디퍼렌셜 케이스(2)로 정방향의 회전 토크를 전달하는 토크 전달 상태를 설명하는 도면이다.

예를 들어, 자동차의 전진 시에, 정방향의 회전 토크 F5가 노치부(5)의 경사면(11)에 작용하면, 코킹부(10)는 경사면(11)에 눌려 소성 변형되려고 한다. 그러나 코킹부(10)는, 미충전 영역(17, 18)을 작게 하도록, 경사면(11), 단차면(14), 단차면(15), 경사면(12)에 접촉한 상태에서 노치부(5)에 코킹되어 있다. 경사면(11)에 작용하는 회전 토크는, 도면 중 F1로 나타내는 바와 같이, 재료가 충전되어 있지 않아 강도가 약한 미충전 영역(17)이나 오목부(16)측을 향하는 도면 중 우측 상방향으로의 힘으로 변환되고, 단차면(14)에 작용한다. 단차면(14)은, 도면 중 F2로 나타낸 바와 같이, 도면 중 F1의 힘에 대한 반력을 발생시켜, 코킹부(10)의 변형을 저지한다. 갈 곳이 없는 도면 중 F2로 나타내는 반력은, 도면 중 F3으로 나타내는 바와 같이, 경사면(11)에 대향하는 경사면(12)측을 향하여 도면 중 우측 방향으로의 힘으로 변환된다. 그러나 코킹부(10)는, 경사면(12)에 접촉하고 있다. 그로 인해, 경사면(12)은, 도면 중 F3의 힘이 작용하면, 도면 중 F4로 나타내는 바와 같이 도면 중 좌측 방향으로의 반력이 발생하여, 코킹부(10)의 변형을 저지한다. 이때, 코킹부(10)는, 단차면(15)에도 접촉하여, 변형이 저지되어 있다. 이 결과, 코킹부(10)는, 자동차의 전진 시에 정수압에 가까운 힘이 작용하여 변형되지 않아, 노치부(5)와의 사이에 간극을 형성하지 않는다. 따라서 체결 구조(1)는, 링 기어(3)에 정방향의 회전 토크 F5가 작용하고, 링 기어(3)와 디퍼렌셜 케이스(2)가 정방향으로 회전하는 경우에, 링 기어(3)의 둘레 방향으로 덜걱거림이 발생하는 것이 억제된다.

한편, 예를 들어 자동차의 후퇴 시에, 정방향의 회전 토크 F5와 역방향으로 회전 토크 F6이 노치부(5)에 부여되면, 코킹부(10)가, 경사면(12)에 눌려 소성 변형되려고 한다. 그러나 코킹부(10)는, 단차면(14, 15)에 접촉하고 있으므로, 상술한 정방향의 회전 토크 F5가 경사면(11)에 작용한 경우와 마찬가지로, 경사면(12)에 작용하는 회전 토크 F6의 힘의 방향이 변환되어, 단차면(14, 15)과 경사면(11)에 의해 소성 변형이 저지된다. 이 결과, 코킹부(10)는, 자동차의 후퇴 시에 정수압에 가까운 힘이 작용하여 변형되지 않아, 노치부(5)와의 사이에 간극을 형성하지 않는다. 따라서 체결 구조(1)는, 링 기어(3)에 역방향의 회전 토크 F6이 작용하고, 링 기어(3)와 디퍼렌셜 케이스(2)가 역방향으로 회전하는 경우에, 링 기어(3)의 둘레 방향으로 덜걱거림이 발생하는 것이 억제된다.

여기서, 노치부(5)는, 노치 중심선 L을 사이에 두고 좌우 대칭 형상으로 되도록, 경사면(11, 12)과 단차면(14, 15)이 형성되어 있다. 그로 인해, 예를 들어 자동차의 후퇴 시에, 역방향의 회전 토크 F6이 전진 시의 회전 토크 F5와 동일한 정도의 힘으로 노치부(5)에 작용한 경우라도, 코킹부(10)의 소성 변형을 억제하여, 링 기어(3)의 둘레 방향으로 덜걱거림이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

그리고 체결 구조(1)는, 자동차의 전진 시와 후퇴 시에 코킹부(10)와 노치부(5) 사이에 간극이 형성되지 않으므로, 자동차가 전진과 후퇴를 반복해도, 코킹부(10)와 노치부(5)가 충돌을 반복하여 덜걱거림을 크게 하는 경우도 없다.

체결 구조(1)를 적용한 디퍼렌셜 기어(101)는, 링 기어(3)의 덜걱거림의 발생이 억제되므로, 링 기어(3)의 기어부(4)와 도시하지 않은 구동 기어의 맞물림 위치가, 토크 전달 시에 어긋나기 어렵다. 그로 인해, 기어부(4)와 도시하지 않은 구동 기어가 원활하게 맞물려, 기어 노이즈가 발생하기 어렵다고 하는 부수적 효과가 얻어진다. 또한, 디퍼렌셜 기어(101)는, 기어부(4)와 도시하지 않은 구동 기어가 정상적으로 계속해서 맞물리므로, 기어부(4)의 치면에 치우친 힘이 작용하지 않아, 기어부(4)의 치면 강도를 저하시키기 어렵다고 하는 부수적 효과가 얻어진다.

그리고 체결 구조(1)를 적용한 디퍼렌셜 기어(101)는, 링 기어(3)와 디퍼렌셜 케이스(2) 사이에 덜걱거림이 발생하지 않으므로, 노치부(5)와 코킹부(10) 사이의 간극을 해소하도록 링 기어(3)가 디퍼렌셜 케이스(2)에 대해 회전하지 않는다. 이에 의해, 링 기어(3)의 내주면이 디퍼렌셜 케이스(2)의 압입면(6)에 대해 미끄럼이 발생하여, 압입면(6)을 소성 변형시키는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 링 기어(3)와 압입면(6)의 마모에 의해 이물질이 발생하지 않는다. 또한, 링 기어(3)와 압입면(6)의 체결 강도가 저하되는 일 없어, 디퍼렌셜 기어(101)의 내구성을 장기간 유지할 수 있다고 하는 부수적 효과가 얻어진다.

<변형예>

본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되는 일 없이, 다양한 응용이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 노치부(5)의 중앙 상부에 오목부(16)를 형성하였다. 이에 대해, 오목부(16)는, 중앙부로부터 견부(21)측 또는 견부(22)측 중 어느 하나에 어긋난 위치에 형성해도 된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 오목부(16)를 사이에 두고 경사면(11, 12)과 단차면(14, 15)을 좌우 대칭으로 형성하였다. 이에 대해, 경사면(11, 12)과 단차면(14, 15)은 좌우 대칭 형상이 아니어도 된다. 구체적으로는, 단차면(14)만을 형성하거나, 단차면(15)을 단차면(14)보다 작은 폭으로 형성해도 된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 단차면(14, 15)을 평탄하게 형성하였지만, 단차면(14, 15)을 경사면(11, 12)보다 경사 각도가 작은 완만한 경사면으로 해도 된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 노치부(5)에 오목부(16)를 형성하였지만, 설정값을 초과하는 과잉의 코킹 하중이 노치부(5)에 작용한 경우라도, 노치부(5)의 변형을 방지할 수 있는 것이라면, 반드시 오목부(16)를 형성할 필요는 없다. 즉, 예를 들어 노치부(5)의 단면 형상을 사다리꼴 형상으로 해도 된다.

1 : 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조
2 : 디퍼렌셜 케이스
3 : 링 기어
4 : 기어부
5 : 노치부
6 : 압입면
8 : 플랜지부
14, 15 : 단차면
16 : 오목부

Claims

외주면에 기어부가 형성되고, 내주면에 복수의 노치부가 형성된 링 기어와, 상기 링 기어가 압입되는 압입면과, 상기 압입면의 단부에 상기 노치부에 압박되어 코킹되는 플랜지부를 구비하는 디퍼렌셜 케이스를 갖고, 상기 압입면에 상기 링 기어를 압입한 후, 상기 플랜지부를 상기 노치부에 압박함으로써 상기 링 기어에 상기 디퍼렌셜 케이스를 코킹하여 체결하는 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조에 있어서,
상기 노치부는, 단차면을 갖는 것,
상기 노치부는, 상기 플랜지부와 반대측으로 오목하게 오목부가 상기 단차면 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조.
제1항에 있어서, 상기 노치부는, 상기 내주면으로부터 오목한 방향의 노치 중심선을 사이에 두고 양측에 상기 단차면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조.
삭제
제1항 또는 제2항에 기재된 링 기어와 디퍼렌셜 케이스의 체결 구조를 적용하고 있는 것을 특징으로 하는, 차동 장치.