KR101558380B1 - 전동식 cvvt용 감속기구의 소음 저감유닛 - Google Patents

전동식 cvvt용 감속기구의 소음 저감유닛 Download PDF

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김보경
여인웅
백홍길
서지연
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Abstract

전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛이 개시된다. 개시된 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은 스프로켓과 일체화 한 하우징의 내경면에 볼 베어링의 외륜과 대향하는 내부 치차를 설치하고, 내부 치차의 내치(inner tooth)와 볼 베어링의 외륜 사이에 케이지(cage)를 통하여 복수의 롤러들을 배치하는 전동식 CVVT용 감속기구에서, 롤러들의 외주부에 충격을 완화하는 코팅층이 형성될 수 있다.

Description

전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛 {NOISE REDUCING STRUCTURE OF SPEED REDUCTION DEVICE FOR ELECTRIC CVVT}
본 발명의 실시예는 전동식 CVVT에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동모터의 출력축 회전을 캠 샤프트에 전달하여 스프로켓에 대한 회전 위상차를 변화시키는 감속기구의 소음 저감 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 연속 가변 밸브 타이밍 장치(CVVT; continuous variable valve timing, 또는 Camshaft phaser)는 엔진의 밸브 작동 시기를 조절하는 장치를 말한다.
자동차 메이커에서 많이 사용하는 일반적인 가변 밸브 타이밍 장치는 베인 타입(vane-type)의 가변 밸브 타이밍 장치로, 상대적으로 작은 공간을 차지하고, 저렴한 장점이 있다.
그러나, 이러한 베인 타입(vane-type)의 가변 밸브 타이밍 장치는 엔진의 윤활 오일을 사용하기 때문에 오일 압력이 낮은 상태에서, 빠르고 정확한 응답을 기대하기 어려운 단점이 있다.
특히, 엔진이 아이들 상태, 고온, 출발 상태 등, 엔진 오일 압력이 충분하지 않은 경우 캠 샤프트의 상대적인 위상 변동이 어렵고, 배기 가스의 과다한 유출이 발생하기도 한다.
이러한 단점을 보완할 수 있는 밸브 타이밍을 전동 모터로서 전기적으로 제어할 수 있는 전동식 CVVT에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
예를 들면, 전동식 CVVT는 엔진의 밸브를 구동하는 캠 샤프트와, 엔진으로부터 회전력을 전달받아 캠 샤프트를 회전 구동하는 스프로켓을 상대 회전 가능하게 동축 상에 배치하고, 전동 모터의 회전을 감속기구를 통하여 캠 샤프트로 전달할 수 있다.
이와 같은 전동식 CVVT는 전동 모터의 출력축 회전을 감속기구를 통하여 캠 샤프트에 전달함으로써 스프로켓에 대한 회전 위상차를 변화시키며, 엔진 밸브의 개폐 타이밍을 변경할 수 있다.
여기서, 감속기구는 스프로켓과 일체화 한 하우징의 내경면에 볼 베어링의 외륜과 대향하는 내부 치차를 설치하고, 내부 치차의 내치와 볼 베어링의 외륜 사이에 케이지를 통하여 복수의 롤러들을 배치하고 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 감속기구에서는 롤러와 케이지 사이 및 롤러와 내치 사이에 간극(backlash)이 존재하여 캠 샤프트의 토크 변동에 따른 롤러와 케이지 및 롤러와 내치의 충격에 의해 과도한 이음(noise)이 발생하고 있다.
[특허문헌 1]
일본등록특허 제5376288호(2013. 10. 04 등록)
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 감속기구의 롤러와 케이지 사이 및 롤러와 내치 사이의 간극으로 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러가 케이지에 충돌하거나 내치에 충돌하며 발생하는 이음을 저감시킬 수 있도록 한 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은, 스프로켓과 일체화 한 하우징의 내경면에 볼 베어링의 외륜과 대향하는 내부 치차를 설치하고, 내부 치차의 내치(inner tooth)와 볼 베어링의 외륜 사이에 케이지(cage)를 통하여 복수의 롤러들을 배치하는 전동식 CVVT용 감속기구에서, 상기 롤러들의 외주부에 충격을 완화하는 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 케이지에는 상기 롤러를 지지하는 포켓이 형성되고, 상기 롤러들의 외주부 및 상기 포켓의 내측면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 롤러들의 외주부 및 상기 내치의 롤러 접촉면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 롤러들의 외주부, 상기 포켓의 내측면 및 상기 내치의 롤러 접촉면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은, 스프로켓과 일체화 한 하우징의 내경면에 볼 베어링의 외륜과 대향하는 내부 치차를 설치하고, 내부 치차의 내치(inner tooth)와 볼 베어링의 외륜 사이에 케이지(cage)를 통하여 복수의 롤러들을 배치하는 전동식 CVVT용 감속기구에서, 상기 케이지에는 상기 롤러를 지지하는 포켓이 형성되고, 상기 포켓의 내측면 및 상기 내치의 롤러 접촉면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 코팅층은 폴리아마이드이미드 수지 및 상기 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 에어로겔을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 에어로겔의 내부에는 상기 폴리아마이드이미드 수지가 2중량% 이하로 존재할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은, 상기 에어로겔의 표면으로부터 최장 직경의 95% 이내의 깊이에 상기 폴리아마이드이미드 수지가 존재할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 에어로겔 각각은 상기 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 상태에서 92% 내지 99%의 기공율을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 코팅층은 50㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 있어서, 상기 코팅층은 상기 폴리아마이드이미드 수지 100중량부 대비 상기 에어로겔 5 내지 50중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 전동식 CVVT용 감속기구의 롤러들의 외주부, 포켓의 내측면 및 내치의 롤러 접촉면 등에 코팅층을 형성하므로, 롤러와 케이지 사이 및 롤러와 내치 사이의 간극과 무관하게 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러가 케이지에 충돌하거나 내치에 충돌할 때 코팅층을 통해 충격을 흡수 및 완화하며 충격 이음을 저감시킬 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소음 저감유닛이 적용되는 전동식 CVVT용 감속기구를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 얻어진 코팅층의 표면을 나타내 보인 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예와 대비한 비교예에서 얻어진 코팅층의 표면을 나타내 보인 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소음 저감유닛이 적용되는 전동식 CVVT용 감속기구를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소음 저감유닛은 엔진의 밸브 타이밍을 전동 모터로서 전기적으로 제어할 수 있는 전동식 CVVT(Continuous Variable Valve Timing)에 적용될 수 있다.
예를 들면, 전동식 CVVT는 엔진의 밸브를 구동하는 캠 샤프트와, 엔진으로부터 회전력을 전달받아 캠 샤프트를 회전 구동하는 스프로켓을 상대 회전 가능하게 동축 상에 배치하고, 전동 모터의 회전을 감속기구(100)를 통하여 캠 샤프트로 전달할 수 있다.
따라서, 전동식 CVVT는 전동 모터의 출력축 회전을 감속기구(100)를 통하여 캠 샤프트에 전달함으로써 스프로켓에 대한 회전 위상차를 변화시키며, 엔진 밸브의 개폐 타이밍을 변경할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예가 적용되는 감속기구(100)는 스프로켓(도면에 도시되지 않음)과 일체화 한 하우징(1)의 내경면에 볼 베어링(2)의 외륜(3)과 대향하는 내부 치차(4)를 설치하고, 그 내부 치차(4)의 내치(5)(inner tooth)와 볼 베어링(2)의 외륜(3) 사이에 케이지(6)(cage)를 통하여 복수의 롤러들(7)을 배치하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 내부 치차(4)의 내치(5)는 롤러(7)가 구름 접촉되는 라운드 형태의 롤러 접촉면을 형성하고 있고, 케이지(6)에는 롤러들(7)을 지지하는 공간으로서의 포켓(8)을 형성하고 있다.
상기와 같이 구성되는 전동식 CVVT용 감속기구(100)는 배경기술에서 언급한 선행기술문헌에 기재되어 있으므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 소음 저감유닛은 전동식 CVVT 감속기구(100)의 작동 시, 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극으로 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러(7)가 케이지(6)에 충돌하거나 내치(5)에 충돌하며 발생하는 이음을 저감시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은 감속기구(100)에서 롤러들(7)의 외주부에 충격을 완화하는 코팅층(10)을 형성하고 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 코팅층(10)은 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극으로 인해 포켓(8)의 내측면 및 내치(5)의 롤러 접촉면에 부딪히는 롤러(7)의 외주면 전체에 코팅 형성될 수 있다.
즉, 상기 코팅층(10)은 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극과 무관하게 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러(7)가 케이지(6)에 충돌하거나 내치(5)에 충돌할 때 충격을 흡수 및 완화하며 충격 이음을 저감시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은 제1 변형 예로서, 롤러들(7)의 외주부 및 포켓(8)의 내측면에 충격을 완화하는 코팅층(10)을 형성할 수도 있다.
상기 코팅층(10)은 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극과 무관하게 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러(7)가 케이지(6)에 충돌하거나 내치(5)에 충돌할 때 충격을 흡수 및 완화하며 충격 이음을 저감시키기 위해 롤러들(7)의 외주부 및 포켓(8)의 내측면에 코팅 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은 제2 변형 예로서, 롤러들(7)의 외주부 및 내치(5)의 롤러 접촉면에 충격을 완화하는 코팅층(10)을 형성할 수도 있다.
상기 코팅층(10)은 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극과 무관하게 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러(7)가 케이지(6)에 충돌하거나 내치(5)에 충돌할 때 충격을 흡수 및 완화하며 충격 이음을 저감시키기 위해 롤러들(7)의 외주부 및 내치(5)의 롤러 접촉면에 코팅 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은 제3 변형 예로서, 롤러들(7)의 외주부, 포켓(8)의 내측면 및 내치(5)의 롤러 접촉면에 충격을 완화하는 코팅층(10)을 형성할 수도 있다.
상기 코팅층(10)은 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극과 무관하게 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러(7)가 케이지(6)에 충돌하거나 내치(5)에 충돌할 때 충격을 흡수 및 완화하며 충격 이음을 저감시키기 위해 롤러들(7)의 외주부, 포켓(8)의 내측면 및 내치(5)의 롤러 접촉면에 각각 코팅 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은 제4 변형 예로서, 롤러(7)와 직접적으로 충돌하는 포켓(8)의 내측면 및 내치(5)의 롤러 접촉면에 충격을 완화하는 코팅층(10)을 형성할 수도 있다.
상기 코팅층(10)은 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극과 무관하게 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러(7)가 케이지(6)에 충돌하거나 내치(5)에 충돌할 때 충격을 흡수 및 완화하며 충격 이음을 저감시키기 위해 롤러(7)를 제외한 포켓(8)의 내측면 및 내치(5)의 롤러 접촉면에 코팅 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛에 적용되는 소음 저감용 코팅층(10) 및 이의 코팅 조성물에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예는 소음 저감용 코팅층으로서 고비점 유기 용매 또는 수계 용매에 분산된 폴리아마이드이미드 수지 및 저비점 유기 용매에 분산된 에어로겔을 포함하는 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 소음 저감용 코팅층은 폴리아마이드이미드 수지 및 상기 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 에어로겔을 포함한다.
본 발명의 구체적인 일 구현예에 따르면, 고비점 유기 용매 또는 수계 용매에 분산된 폴리아마이드이미드 수지 및 저비점 유기 용매에 분산된 에어로겔을 포함하는 코팅 조성물이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 폴리아마이드이미드 수지 및 에어로겔을 각각 소정의 용매에 분산시킨 후 혼합하여 얻어지는 코팅 조성물 및 이로부터 얻어지는 코팅층이 높은 기계적 물성과 내구성을 확보할 수 있고, 충격 이음이 발생하는 부위에 적용되어 그 충격 이음을 흡수 및 저감시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
최근 단열재, 충격완충재 또는 방음재 등의 분야에서 에어로겔(aerogel 또는 에어겔(air-gel))을 사용하는 방법들이 소개되고 있다. 이러한 에어로겔은 머리카락의 1만 분의 1 굵기 정도의 미세사가 얽혀 이루어지는 구조를 가지며 90% 이상의 기공율을 갖는 것을 특징으로 하며 주된 재질은 규소 산화물, 탄소 또는 유기 고분자이다.
다만, 에어로겔은 높은 취성으로 인하여 작은 충격에도 쉽게 부서지는 등 매우 취약한 강도를 보이며, 다양한 두께 및 형태로의 가공이 어렵고, 에어로겔과 기타 반응물을 혼합할 경우 용매 또는 용질이 에어로겔의 내부로 침투하여 화합물의 점도가 높아져서 혼합이 불가능하게 되므로 다른 재료와의 복합화 또는 혼합 사용이 곤란하며 다공성의 에어로겔의 특성을 나타내지 못하는 문제점이 있었다.
이에 반하여, 상기 일 구현예의 코팅 조성물에서는, 폴리아마이드이미드 수지가 고비점 유기 용매 또는 수계 용매에 분산된 상태로 존재하고, 에어로겔이 저비점 유기 용매에 분산된 상태로 존재하는데, 이에 따라 폴리아마이드이미드 수지의 용매 분산상 및 에어로겔의 용매 분산상은 서로 뭉치지 아니하고 균일하게 혼합될 수 있으며, 코팅 조성물 또한 균질한 조성을 가질 수 있다.
아울러, 상기 고비점 유기 용매 또는 수계 용매와 저비점 유기 용매는 상호 간에 쉽게 용해되거나 혼합되지 않기 때문에, 폴리아마이드이미드 수지가 고비점 유기 용매 또는 수계 용매에 분산되고 에어로겔이 저비점 유기 용매에 분산된 상태로 혼합되어 코팅 조성물을 형성함에 따라서, 상기 일 구현예의 코팅 조성물이 도포되고 건조되기 이전까지는 폴리아마이드이미드 수지와 에어로겔 간의 직접적 접촉을 최소화 할 수 있고, 에어로겔의 내부나 기공으로 폴리아마이드이미드 수지가 침투하거나 함침되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 저비점 유기 용매는 고비점 유기 용매 또는 수계 용매와 일정한 친화력을 가지고 있어서, 저비점 유기 용매에 분산된 에어로겔이 고비점 유기 용매 또는 수계 용매에 분산된 폴리아마이드이미드 수지와 물질적으로 혼합되어 균일하게 분포할 수 있게 하며, 고비점 유기 용매 또는 수계 용매 내에서 폴리아마이드이미드 수지가 균일하게 분포할 수 있게 하는 역할을 할 수 있다.
이에 따라, 상기 일 구현예의 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층에서는 에어로겔이 갖는 물성을 동등 수준 이상으로 확보할 수 있으며, 폴리아마이드이미드 수지 내에 에어로겔이 보다 균일하게 분산되어 높은 기계적 물성 및 내구성을 구현할 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 상기 일 구현예의 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층은 에어로겔의 물성 및 구조 자체를 동등 수준으로 유지할 수 있기 때문에, 높은 기계적 물성과 내구성을 확보할 수 있고, 충격 이음이 발생하는 부위에 적용되어 그 충격 이음을 흡수 및 저감시킬 수 있다.
여기서, 상기 코팅층은 도 2 내지 도 6에서와 같이 전동식 CVVT의 감속기구에서 롤러(7)의 외주부, 포켓(8)의 내측면 및 내치(5)의 롤러 접촉면 등에 적용될 수 있다.
한편, 상기 일 구현예의 코팅 조성물은 상술한 고비점 유기 용매 또는 수계 용매에 분산된 폴리아마이드이미드 수지 및 저비점 유기 용매에 분산된 에어로겔을 혼합하여 형성될 수 있다.
상기 혼합의 방법이 크게 제한되는 것은 아니며 통상적으로 알려진 물리적 혼합 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 2종류의 용매 분산상을 혼합하고 여기에 지르코니아 비드를 첨가하고 상온의 온도 및 상압력 조건에서 100 내지 500rpm의 속도로 볼 밀링하여 코팅 조성물(코팅 용액)을 제조하는 방법을 들 수 있다. 다만, 상기 폴리아마이드이미드 수지 및 에어로겔 각각의 용매 분산상을 혼합하는 방법이 상술한 예로 제한되는 것은 아니다.
상기 일 구현예의 코팅 조성물은 반복적인 고온 및 고압의 조건이 가해지는 내연 기관 내부에서 장시간 유지될 수 있는 단열 재료나 단열 구조 등을 제공할 수도 있으며, 구체적으로 상기 일 구현예의 코팅 조성물은 내연 기관의 내부면 또는 내연 기관의 부품의 코팅에 사용될 수 있고, 더 나아가 상기한 바와 같이 충격 이음이 발생하는 전동식 CVVT용 감속기구의 부품에 소음 저감용으로 적용될 수도 있다.
상기 일 구현예의 코팅 조성물에 포함될 수 있는 폴리아미드이미드 수지의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 폴리아미드이미드 수지는 3,000 내지 300,000, 또는 4,000 내지 100,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 폴리아미드이미드 수지의 중량평균분자량이 너무 작으면, 상기 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 기계적 물성이나 내구성이 충분히 확보되기 어려울 수 있으며, 상기 에어로겔 내부로 고분자 수지가 침투하기가 용이해질 수 있다.
또한, 상기 폴리아미드이미드 수지의 중량평균분자량이 너무 크면, 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 균일성 또는 균질성이 저하될 수 있으며, 코팅 조성물 내에서 에어로겔의 분산성이 떨어지거나 코팅 조성물을 도포시 도포 장치의 노즐 등을 막는 현상이 나타날 수 있고, 코팅 조성물을 열처리하는 시간이 늘어나고 열처리 온도가 높아질 수 있다.
상기 에어로겔로는 이전에 알려진 통상적인 에어로겔을 사용할 수 있으며, 구체적으로 규소 산화물, 탄소, 폴리이미드, 금속 카바이드 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함하는 성분의 에어로겔을 사용할 수 있다. 상기 에어로겔은 100㎤/g 내지 1,000 ㎤/g, 또는 300㎤/g 내지 900 ㎤/g 의 비표면적을 가질 수 있다.
상기 코팅 조성물은 폴리아마이드이미드 수지 100중량부 대비 에어로겔 5 내지 50중량부, 또는 10 내지 45중량부를 포함할 수 있다. 상기 폴리아마이드이미드 수지 및 에어로겔의 중량비는 분산 용매를 제외한 고형분의 중량비이다.
상기 폴리아마이드이미드 수지 대비 에어로겔의 함량이 너무 작으면, 예를 들어 위에서 언급한 바 있듯이 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 단열 재료나 단열 구조에서 열전도도 및 밀도를 낮추기 어려울 수 있으며, 충분한 단열성을 확보하기 어려울 수 있고, 코팅 조성물로부터 제조되는 코팅층의 내열성이 감소할 수 있다.
또한, 상기 고분자 수지 대비 상기 에어로겔의 함량이 너무 크면, 코팅 조성물로부터 얻어지는 코팅층, 코팅 필름 또는 코팅막의 기계적 물성을 충분히 확보하기 어려울 수 있으며, 코팅 조성물로부터 제조되는 코팅층에 균열이 생기는 현상이 발생하거나 그 코팅층의 도막 형태가 견고하게 유지되기 어려울 수 있다.
상기 고비점 유기 용매 또는 수계 용매 중 폴리아마이드이미드 수지의 고형분 함량은 크게 한정되는 것은 아니나, 코팅 조성물의 균일성이나 물성들을 고려하여 고형분 함량은 5중량% 내지 75중량%일 수 있다.
또한, 상기 저비점 유기 용매 중 에어로겔의 고형분 함량 또한 크게 한정되는 것은 아니나, 코팅 조성물의 균일성이나 물성들을 고려하여 고형분 함량은 5중량% 내지 75중량%일 수 있다.
상술한 바와 같이 고비점 유기 용매 또는 수계 용매와 저비점 유기 용매는 상호간에 쉽게 용해되거나 혼합되지 않기 때문에, 상기 일 구현예의 코팅 조성물이 도포되고 건조되기 이전까지는 폴리아마이드이미드 수지와 에어로겔 간의 직접적 접촉을 최소화 할 수 있고, 에어로겔의 내부나 기공으로 폴리아마이드이미드 수지가 침투하거나 함침되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 고비점 유기 용매 및 저비점 유기 용매 간의 비점 차이가 10℃이상, 또는 20℃이상, 또는 10 내지 200℃일 수 있다. 상기 고비점 유기 용매로는 110℃이상의 비점을 갖는 유기 용매를 사용할 수 있다.
이러한 고비점 용매의 구체적인 예로는 아니솔, 톨루엔, 크실렌, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 및 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 초산부틸, 시클로헥사논, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트(BCA), 벤젠, 헥산, DMSO, (N,N'-디메틸포름아미드 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기 저비점 유기 용매로는 110℃미만의 비점을 갖는 유기 용매를 사용할 수 있다.
이러한 저비점 유기 용매의 구체적인 예로는 메틸알코올, 에틸알코올, 프로필알코올, n-부틸알코올, iso-부틸알코올, tert-부틸알코올, 아세톤, 메틸렌클로라이드, 에틸렌 아세테이트, 이소프로필알코올 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
한편, 상기 수계 용매의 구체적인 예로는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
본 발명자들은 상술한 일 구현예의 코팅 조성물을 이용하여 높은 기계적 물성과 내구성을 확보할 수 있고, 충격 이음이 발생하는 전동식 CVVT의 감속기구의 부품에 적용되어 충격 이음을 저감시키는 것을 주목적으로 하는 코팅층을 제조하였다.
상기 코팅층 내에서는 에어로겔이 폴리아마이드이미드 수지 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 분산되어 있으며, 이에 따라 에어로겔로부터 구현되는 물성, 예를 들어 충격 완충 또는 방음 특성을 보다 용이하게 확보될 수 있으며, 낮은 열전도도 및 낮은 밀도가 보다 용이하게 확보될 수 있고, 또한 상기 폴리아마이드이미드 수지로부터 발현되는 특성, 예를 들어 높은 기계적 물성 및 내구성 등이 폴리아마이드이미드 수지만을 사용하는 경우와 동등 수준 이상으로 구현될 수 있다.
여기서, 상기 코팅층은 낮은 열전도도 및 높은 열용량을 가질 수도 있으며, 구체적으로 코팅층은 0.60W/m이하, 또는 0.55W/m이하, 또는 0.60W/m 내지 0.200 W/m의 열전도도를 가질 수 있고, 상기 코팅층은 1250 KJ/㎥ K 이하, 또는 1000내지 1250 KJ/㎥ K의 열용량을 가질 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 일 구현예의 코팅 조성물이 고비점 유기 용매 또는 수계 용매에 분산된 폴리아마이드이미드 수지 및 저비점 유기 용매에 분산된 에어로겔을 포함하여, 코팅 조성물이 도포되고 건조되기 이전까지는 폴리아마이드이미드 수지와 에어로겔 간의 직접적 접촉을 최소화 할 수 있기 때문에, 최종 제조된 상기 코팅층에 포함되는 에어로겔의 내부나 기공으로는 폴리아마이드이미드 수지가 침투하거나 함침되지 않을 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 에어로겔의 내부에는 폴리아마이드이미드 수지가 실질적으로 존재하지 않을 수 있으며, 예를 들어 상기 에어로겔의 내부에는 폴리아마이드이미드 수지가 2중량%이하, 또는 1중량%이하로 존재할 수 있다.
또한, 상기 코팅층에서 에어로겔은 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 상태로 존재할 수 있는데, 이 경우 에어로겔의 외부는 폴리아마이드이미드 수지와 접촉하거나 결합된 상태일 수 있으나, 에어로겔의 내부에는 폴리아마이드이미드 수지가 존재하지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층에 포함되는 에어로겔의 표면으로부터 최장 직경의 5%이상의 깊이에는 폴리아마이드이미드 수지가 존재하지 않을 수 있다. 즉, 상기 에어로겔의 표면으로부터 최장 직경의 95% 이내의 깊이에는 상기 폴리아마이드이미드 수지가 존재할 수 있다.
상기 에어로겔의 내부나 기공으로는 폴리아마이드이미드 수지가 침투하거나 함침되지 않기 때문에, 에어로겔은 폴리아마이드이미드 수지에 분산되기 이전 및 이후에 동등 수준의 기공율을 가질 수 있으며, 구체적으로 코팅층에 포함되는 에어로겔 각각은 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 상태에서 92% 내지 99%의 기공율을 가질 수 있다.
상기 구현예의 코팅층은 반복적인 고온 및 고압의 조건이 가해지는 내연 기관 내부에서 장시간 유지될 수 있는 단열 재료나 단열 구조 등을 제공할 수도 있으며, 구체적으로 상기 구현예의 코팅층은 내연 기관의 내부면 또는 내연 기관의 부품, 더 나아가서는 충격 이음이 발생하는 전동식 CVVT의 감속기구의 부품에 소음 저감용으로 적용될 수도 있다.
상기 구현예의 코팅층의 두께는 적용되는 분야 또는 위치나 요구되는 물성에 따라서 결정될 수 있으며, 예를 들어 50㎛ 내지 500㎛의 두께일 수 있다.
상기 구현예의 코팅층은 폴리아마이드이미드 수지 100중량부 대비 에어로겔 5 내지 50중량부, 또는 10 내지 45중량부를 포함할 수 있다.
상기 폴리아마이드이미드 수지 대비 에어로겔의 함량이 너무 작으면, 코팅층의 열전도도 및 밀도를 낮추기 어려울 수 있으며, 충분한 단열성을 확보하기 어려울 수 있고, 코팅층의 내열성이 감소할 수 있다.
또한, 상기 고분자 수지 대비 에어로겔의 함량이 너무 크면, 코팅층의 기계적 물성을 충분히 확보하기 어려울 수 있으며, 코팅층의 균열이 생기는 현상이 발생하거나 상기 코팅층의 도막 형태가 견고하게 유지되기 어려울 수 있다.
상기 폴리아미드이미드 수지는 3,000 내지 300,000 또는 4,000 내지 100,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 에어로겔은 규소 산화물, 탄소, 폴리이미드 및 금속 카바이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 에어로겔은 100㎤/g 내지 1,000 ㎤/g의 비표면적을 가질 수 있다.
상기 폴리아미드이미드 수지 및 에어로겔에 관한 구체적인 내용은 상기 일 구현예의 코팅 조성물에 관하여 상술한 내용을 포함한다.
한편, 상기 구현예의 코팅층은 상기 일 구현예의 코팅 조성물을 건조하여 얻어질 수 있다. 상기 일 구현예의 코팅 조성물의 건조에 사용될 수 있는 장치나 방법은 크게 한정되는 것은 아니며, 상온 이상의 온도에서 자연 건조하는 방법 또는 50℃이상의 온도로 가열하여 건조하는 방법 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 일 구현예의 코팅 조성물을 코팅 대상물, 예들 들어 전동식 CVVT용 감속기구의 부품 외부면에 코팅하고 50℃ 내지 200℃의 온도에서 반건조를 1회 이상 진행하고, 상기 반건조된 코팅 조성물은 200℃ 이상의 온도에서 완전히 건조하여 코팅층을 형성할 수 있다. 다만, 상기 구현예의 코팅층의 구체적인 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 3]
(1) 코팅 조성물의 제조
에틸 알코올에 분산된 다공성 실리카에어로겔(비표면적 약 500㎤/g)와 자일렌에 분산된 폴리아마이드이미드 수지(Solvay사 제품, 중량평균분자량 약 11,000)을 20g반응기에 주입하고, 지르코니아 비드를 첨가(440g)하고 상온 및 상압력 조건에서 150 내지 300rpm의 속도로 볼 밀링하여 코팅 조성물(코팅 용액)을 제조하였다.
(2) 코팅층의 형성
상기 얻어진 코팅 조성물을 스프레이 코팅 방식으로 전동식 CVVT용 감속기구의 부품 외부면에 도포하였다. 그리고, 상기 부품 상에 코팅 조성물을 도포하고 약150 ℃에서 약 10분간 1차 반건조를 진행한 이후에, 코팅 조성물을 재도포하고 약150 ℃에서 약 10분간 2차 반건조를 진행하였다. 상기 2차 반건조 이후에 코팅 조성물을 재차 도포하고 약250 ℃에서 약 60분간 완전 건조를 진행하여 상기 부품 상에 코팅층을 형성하였다.
[비교예 1]
자일렌에 분산된 폴리아마이드이미드 수지(Solvay사 제품, 중량평균분자량 약 11,000) 용액(PAI용액) 스프레이 코팅 방식으로 전동식 CVVT용 감속기구의 부품 외부면에 도포하였다.
그리고, 상기 부품 상에 PAI용액을 도포하고 약150 ℃에서 약 10분간 1차 반건조를 진행한 이후에, 상기 PAI용액을 재도포하고 약150 ℃에서 약 10분간 2차 반건조를 진행하였다. 상기 2차 반건조 이후에 PAI용액을 재차 도포하고 약250 ℃에서 약 60분간 완전 건조를 진행하여 상기 부품 상에 코팅층을 형성하였다.
[비교예 2]
(1) 코팅 조성물의 제조
다공성 실리카에어로겔(비표면적 약 500㎤/g)와 자일렌에 분산된 폴리아마이드이미드 수지(Solvay사 제품, 중량평균분자량 약 11,000)을 20g 반응기에 주입하고, 지르코니아 비드를 첨가(440g)하고 상온 및 상압력 조건에서 150 내지 300rpm의 속도로 볼 밀링하여 코팅 조성물(코팅 용액)을 제조하였다.
(2) 코팅층의 형성
실시예 1과 동일한 방법으로 약 200㎛ 두께의 코팅층을 형성하였다.
따라서, 상기한 실시예1에서 제조된 코팅층에서는 도 7에 나타난 바와 같이, 에어로겔 내부로 폴리아마이드이미드 수지가 침투하지 않고 에어로겔은 내부의 기공을 거의 92%이상 유지하고 있다는 점을 확인할 수 있다.
이에 반하여 비교예2에서 제조된 코팅층에서는 도 8에 나타난 바와 같이 에어로겔 내부로 폴리아마이드이미드 수지가 침투하여 기공을 거의 관찰할 수 없었다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛은 폴리아마이드이미드 수지 및 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 에어로겔을 포함하며 기계적 물성과 내구성을 확보할 수 있는 코팅층(10)을 전동식 CVVT용 감속기구(100)의 롤러들(7)의 외주부, 포켓(8)의 내측면 및 내치(5)의 롤러 접촉면 등에 형성하고 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 롤러(7)와 케이지(6) 사이 및 롤러(7)와 내치(5) 사이의 간극과 무관하게 캠 샤프트의 토크 변동에 의해 롤러(7)가 케이지(6)에 충돌하거나 내치(5)에 충돌할 때 상기한 코팅층(10)을 통해 충격을 흡수 및 완화하며 충격 이음을 저감시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
1... 하우징
2... 볼 베어링
3... 외륜
4... 내부 치차
5... 내치
6... 케이지
7... 롤러
8... 포켓
10... 코팅층
100... 감속기구

Claims (11)

  1. 스프로켓과 일체화 한 하우징의 내경면에 볼 베어링의 외륜과 대향하는 내부 치차를 설치하고, 내부 치차의 내치(inner tooth)와 볼 베어링의 외륜 사이에 케이지(cage)를 통하여 복수의 롤러들을 배치하는 전동식 연속 가변 밸브 타이밍 장치(CVVT)용 감속기구에서, 상기 롤러들의 외주부에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성되되, 상기 코팅층은 폴리아마이드이미드 수지 및 상기 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 에어로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 케이지에는 상기 롤러를 지지하는 포켓이 형성되고,
    상기 포켓의 내측면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 내치의 롤러 접촉면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 케이지에는 상기 롤러를 지지하는 포켓이 형성되고,
    상기 포켓의 내측면 및 상기 내치의 롤러 접촉면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  5. 스프로켓과 일체화 한 하우징의 내경면에 볼 베어링의 외륜과 대향하는 내부 치차를 설치하고, 내부 치차의 내치(inner tooth)와 볼 베어링의 외륜 사이에 케이지(cage)를 통하여 복수의 롤러들을 배치하는 전동식 연속 가변 밸브 타이밍 장치(CVVT)용 감속기구에서,
    상기 케이지에는 상기 롤러를 지지하는 포켓이 형성되고, 상기 포켓의 내측면 및 상기 내치의 롤러 접촉면에는 충격을 완화하는 코팅층이 형성되되, 상기 코팅층은 폴리아마이드이미드 수지 및 상기 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 에어로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  6. 삭제
  7. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 에어로겔의 내부에는 상기 폴리아마이드이미드 수지가 2중량% 이하로 존재하는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  8. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 에어로겔의 표면으로부터 최장 직경의 95% 이내의 깊이에 상기 폴리아마이드이미드 수지가 존재하는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  9. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 에어로겔 각각은 상기 폴리아마이드이미드 수지에 분산된 상태에서 92% 내지 99%의 기공율을 갖는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  10. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 코팅층은 50㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
  11. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 폴리아마이드이미드 수지 100중량부 대비 상기 에어로겔 5 내지 50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 CVVT용 감속기구의 소음 저감유닛.
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