KR101616207B1 - 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치 - Google Patents

Abstract

기어의 회전시 치형의 맞물림 부위에서 수반되는 오일의 비산 특성을 이용하여 비산되는 오일을 특정의 위치로 강제적으로 수집한 다음, 수집된 오일을 각 윤활부위로 분산시켜 공급될 수 있도록 안내함으로써 보다 저렴한 비용으로 향상된 윤활 기능을 구현함과 더불어 구동 저항의 저감에 따른 연비의 향상을 달성할 수 있는 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치를 개시한다.
전술한 강제 윤활장치는 기어(10)의 축 지지를 위해 베어링(20)을 설치하는 격벽부재(30), 상기 격벽부재(30)에서 상기 기어(10)로부터 오일이 비산되는 영역에 설치되는 비산 차단용 구조물(40), 상기 비산 차단용 구조물(40)의 하부에서 상기 격벽부재(30)를 관통하여 형성되는 토출구멍(50), 및 상기 격벽부재(30)의 외부면(32) 보다 낮은 위치에서 상기 토출구멍(50)의 입구와 동일한 단차면(36)을 형성하는 기저부(34)를 구비한다.

Description

기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치{Forced lubrication device using gear tooth}

본 발명은 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기어의 회전시 치형의 맞물림 부위에서 비산되는 오일을 특정 위치로 수집하고 이를 각 윤활부위에 강제적으로 공급될 수 있도록 안내함으로써 저비용으로 높은 효율의 윤활 효과를 구현할 수 있는 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치에 관한 것이다.

일반적으로 축과 같이 회전 가능한 부재를 축 지지하는 베어링에 대한 윤활은 크게 두 가지의 방식으로 구분될 수 있다. 즉, 베어링에 대한 윤활은 축 부재에 장착된 기어 사이의 맞물림 부위에서 이루어지는 처닝(Churning)에 의한 오일의 비산으로 윤활을 실시하는 방식과, 별도의 윤활용 펌프를 이용한 오일의 강제적인 비산을 통해 윤활을 구현하는 방식을 그 예로 들 수 있다.

이 경우, 기어의 치형에 의한 오일의 비산 방식은 비용적 부담을 덜 수 있는 경제적 이점을 추구할 수 있으나 윤활의 효과가 상대적으로 떨어지는 단점을 가지게 되고, 펌프의 구동에 의한 강제 윤활 방식은 만족할 만한 효과를 기대할 수 있는 반면에 펌프의 추가적인 설치에 따른 경제적 부담과 함께 펌프의 구동으로 인해 전체적인 에너지의 효율이 저하되는 단점을 가지게 된다.

이에 따라 종래에는 축 부재를 지지하는 베어링을 비롯하여 각종 마찰부위에 윤활용 오일의 공급을 위해 다양한 방식의 윤활 장치를 고안하였는데, 그 일례로 대한민국 등록특허 제10-0474583호의 기어펌프를 들 수 있다. 상기 등록특허에 따른 기어펌프는 펌핑기어에 이물질이 끼였을 경우 구동모터 및 감속기어 등을 보호하기 위한 목적으로 그 상세한 구성은 다음과 같다. 즉, 등록특허의 기어펌프는 상부에 펌핑실(11)이 형성되고 하부에는 전동실(12)이 설치되며 상기 펌핑실(11)과 연통되는 흡입구(13)와 토출구(14)가 각각 형성된 케이스(10), 상기 케이스(10)의 내측에 상호 결합되고 상기 흡입구(13)에서 유입된 유체를 상기 토출구(14) 측으로 압송하며 헬리컬로 이루어진 제1,2펌핑기어(20)(30), 상기 케이스(10)의 하측에 결합되어 구동력을 제공하는 구동모터(40), 상기 구동모터(40)의 단부에 결합되고 상기 전동실(12)에 설치된 구동기어(50), 및 상기 구동기어(50)와 결합되고 상기 제1펌핑기어(20)와 동축상에 설치된 텐션부를 갖는 감속기어(60)를 포함하여 구성된다.

그런데, 상기와 같은 종래 구성의 기어펌프는 펌핑실(11)과 전동실(12), 및 상기 펌핑실(11)과 연통되는 흡입구(13)와 토출구(14)를 갖춘 케이스(10)를 비롯하여, 상기 케이스(10)의 내부에 흡입구(13)로 유입된 유체를 토출구(14) 측으로 압송하기 위해 설치된 제1,2펌핑기어(20)(30)는 물론 상기 제1,2펌핑기어(20)(30)에 대해 감속기어(60)를 매개로 구동력을 제공하기 위해 설치된 구동모터(40) 등을 포함하여 이루어진다.

따라서 종래 구성은 유체의 흡입과 토출을 위한 공간을 형성하는 케이스(10)와 함께 제1,2펌핑기어(20)(30)의 구동을 위해 감속기어(60)를 회전시키기 위한 구동모터(40)를 별도로 구비해야 하므로 앞서 언급한 오일의 강제적인 비산을 통해 윤활을 인위적으로 실시하는 방식과 유사한 범주에 속하게 된다. 이 결과, 경제적으로 보다 저렴하면서도 향상된 윤활 효과를 제공할 수 있는 새로운 방식의 강제 윤활장치에 대한 필요성이 절실하게 대두되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0474583호의 기어펌프

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 기어의 회전시 치형의 맞물림 부위에서 수반되는 오일의 비산 특성을 이용하여 비산되는 오일을 특정의 위치로 강제적으로 수집한 다음, 수집된 오일을 각 윤활부위로 분산시켜 공급될 수 있도록 안내함으로써 보다 저렴한 비용으로 향상된 윤활 기능을 구현함과 더불어 구동 저항의 저감에 따른 연비의 향상을 달성할 수 있는 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기어의 축 지지를 위해 베어링을 설치하는 격벽부재, 상기 격벽부재에서 상기 기어의 맞물림 부위로부터 오일이 비산되는 영역에 설치되는 비산 차단용 구조물, 상기 비산 차단용 구조물의 하부에서 상기 격벽부재를 관통하여 형성되는 토출구멍, 및 상기 격벽부재의 외부면 보다 낮은 위치에서 상기 토출구멍의 입구와 동일한 단차면을 형성하는 기저부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 단차면의 저부에서 상기 베어링의 설치부위를 향해 상기 격벽부재를 관통하여 형성되는 윤활통로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 비산 차단용 구조물은 상기 기어의 맞물림 부위를 향해 하향 돌출되는 돌출단부, 및 상기 돌출단부로부터 상기 기어의 외주부위를 향해 상방향으로 오목하게 연장되는 충돌면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 충돌면은 표면에 상기 토출구멍을 향해 오목하게 형성되는 다수의 수집 안내홈, 및 상기 수집 안내홈 사이를 교통 가능하게 형성되는 다수의 분지 안내홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 비산 차단용 구조물을 향해 오목하게 형성되어 상기 토출구멍의 저면측 입구에 설치되는 오일받이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 오일받이는 상기 토출구멍에서 상기 비산 차단용 구조물을 향해 자유단부가 상향 경사지게 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치는 회전 중심축에 대해 경사진 형태의 치형을 가지는 기어의 맞물림 부위에서 치형간의 압력 차이에 따라 수반되는 오일의 비산 특성을 이용하여 저비용으로 고 효율의 윤활 효과를 구현할 수 있게 된다.

이 경우, 기어의 회전시 치형의 맞물림 부위에서 발생하는 비산되는 오일은, 오일이 비산되는 부근 영역에 별도로 설치되는 특정의 구조물에 의해 단일의 위치로 강제적으로 수집된 다음 여러 윤활부위에 분산되어 재공급될 수 있으므로 베어링과 같은 회전 지지용 부품에 대한 수명을 연장할 수 있고, 특히 별도의 구동 동력이 필요하지 않으므로 연비의 향상을 도모할 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 기어의 치형간 압력 차이에 따라 발생하는 비산 오일을 이용하여 회전 지지용 부품에 대한 효과적인 윤활 기능을 구현할 수 있으므로 종래와 같이 별도의 윤활 설비를 구축하지 않고도 정상적인 윤활 성능을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 이와 더불어 보다 경제적인 윤활 효과를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강제 윤활장치에서 주요 구성부위만을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 도시 상태에서 기어만을 제외한 다음, 본 발명의 주요 구성부위를 더욱 상세하게 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 강제 윤활장치에서 주요 구성부위만을 도시한 사시도로서, 도 2에 대응되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강제 윤활장치에서 주요 구성부위만을 도시한 사시도로서, 도 2와 도 3에 각각 대응되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전체 구성을 함께 적용한 상태를 도시한 측단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1과 도 2를 참조로 하면, 본 발명에 따른 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치는 한 쌍으로 상호 치합되는 기어(10), 상기 한 쌍의 기어(10)를 각각 회전 가능하게 축 지지하는 베어링(20), 상기 베어링(20)을 장착하는 격벽부재(30), 상기 격벽부재(30)에서 상기 한 쌍의 기어(10) 사이의 치합부위를 향해 돌출되는 비산 차단용 구조물(40), 상기 비산 차단용 구조물(40)의 하부에서 상기 격벽부재(30)를 관통하는 토출구멍(50), 및 상기 토출구멍(50)의 입구에 설치되는 오일받이(60)를 포함하여 구성된다.

상기 한 쌍의 기어(10)는 회전축(미도시)에 장착되어 회전축의 회전에 따라 연동하여 회전하는 것으로 상호 치합되는 구조로 배치된다. 여기서, 상기 한 쌍의 기어(10)는 회전시 치 접촉에 변화가 연속적으로 수반되는 부위에서 이루어지는 치형간의 압력 차이에 의해 윤활용 오일을 외부로 비산시키게 된다. 이 경우, 상기 한 쌍의 기어(10)는 치형간의 맞물림 부위에서 수반되는 압력 차이를 매개로 오일의 비산 효과를 증대시키기 위해 각각의 회전 중심축에 대해 경사진 형태의 치형을 가지도록 구성되는 것이 더욱 바람직한데, 예컨대 헬리컬 기어를 그 예로 들 수 있다.

상기 베어링(20)은 상기 격벽부재(30)에 대해 외륜 부위가 고정 설치됨과 더불어 내륜 부위(미도시)는 상기 기어(10)와 축 결합되는 회전축을 안정적으로 축 지지함으로써, 상기 격벽부재(30)에 대해 상기 기어(10)의 자유로운 회전을 허용하는 역할을 수행한다.

상기 격벽부재(30)는 상기 베어링(20)을 매개로 회전축을 보다 안정적으로 설치하기 위한 일종의 지지부재에 해당하는 것으로, 변속기의 경우 센터 서포트와 같이 케이스의 중간부위에서 내부의 공간을 향해 수직하게 돌출되는 형태의 부재에 해당한다.

또한, 상기 격벽부재(30)는 상기 비산 차단용 구조물(40)의 주위에서 외부면(32) 보다 낮은 오목한 형태로서 비산되는 오일을 일시 저류하기 위한 기저부(34)를 형성한다. 즉, 상기 기저부(34)는 일종의 집유구역(集油區域)에 해당하는 것으로, 특히 상기 토출구멍(50)의 입구와 동일한 높이에서 맞닿아 교통하는 단차면(36)을 전 둘레에 걸쳐 형성한다. 이에 따라, 상기 한 쌍의 기어(10)로부터 비산된 후 상기 비산 차단용 구조물(40)과의 충돌후 낙하하는 오일은 상기 기저부(34)로 일차적으로 유입되어 저류된 다음, 오일이 가지는 자중에 의해 상기 단차면(36)을 거쳐 상기 토출구멍(50)의 내부로 이동하게 된다.

또한, 상기 단차면(36)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 베어링(20)의 설치부위를 향해 상기 격벽부재(30)를 관통하는 형태의 윤활통로(38)를 별도로 형성한다. 이에 따라, 상기 단차면(36)을 통해 상기 토출구멍(50)으로 유입된 오일 중 일부는 상기 단차면(36)의 저부에서 상기 윤활통로(38)를 거쳐 상기 베어링(20)의 설치부위를 향해 공급될 수 있으므로 상기 베어링(20)에 대한 효과적인 윤활 작용을 수행할 수 있게 된다.

상기 비산 차단용 구조물(40)은 상기 격벽부재(30)의 외부면(32)으로부터 상기 기어(10)를 향해 외부로 돌출되는 형태로서, 상기 한 쌍의 기어(10) 사이의 맞물림 부위에서 이루어지는 오일의 비산을 중간에서 차단하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 비산 차단용 구조물(40)은 상기 한 쌍의 기어(10) 사이에서 오일의 비산이 이루어지는 영역과 인접한 위치에 설치되어 외부로 비산되는 오일과 직접적으로 충돌하게 되고, 이를 통해 외부로 오일이 비산되는 것을 제한한 다음, 비산이 억제된 오일을 상기 토출구멍(50)으로 유입될 수 있도록 안내하게 된다. 이에 따라, 상기 비산 차단용 구조물(40)을 매개로 외부로의 비산이 억제된 오일은 상기 기저부(34)와 상기 단차면(36)을 순차적으로 거쳐 상기 토출구멍(50)으로 유입될 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 비산 차단용 구조물(40)은 상기 한 쌍의 기어(10) 사이의 맞물림 부위를 향해 하향 돌출되는 돌출단부(42), 및 상기 돌출단부(42)를 중심으로 좌우 양측에서 상기 한 쌍의 기어(10)에 대한 외주부위를 향해 각각 상방향으로 오목한 형태로 만곡지게 연장되는 충돌면(44)을 일체로 형성한다.

이 경우, 상기 돌출단부(42)는 상기 한 쌍의 기어(10) 사이의 치합부위에 대해 가장 인접한 영역으로 돌출됨으로써 외부로 비산되는 오일을 좌우 양측의 상기 충돌면(44)에 대해 효과적으로 안내하는 역할을 수행한다.

또한, 상기 충돌면(44)은 상기 한 쌍의 기어(10) 사이의 치합부위에서 외부로 비산되는 오일과 직접적으로 부딪쳐 비산되는 오일을 중간에서 차단한 다음, 충돌후 응집되어 자중에 의해 낙하하는 오일의 이동경로를 상기 토출구멍(50)으로 안내하는 역할을 수행한다.

특히, 상기 충돌면(44)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 토출구멍(50)을 향해 경사진 형태로서 표면에 대해 오목하게 파인 다수의 수집 안내홈(44a)을 적정 간격을 두고 이격되게 형성한다. 이때, 상기 다수의 수집 안내홈(44a) 사이는 적정 간격을 두고 이격되게 형성되는 다수의 분지 안내홈(44b)을 매개로 상호 교통 가능한 상태로 연결된다. 이에 따라, 상기 한 쌍의 기어(10)의 맞물림 부위로부터 외부로 비산되는 오일은 상기 충돌면(44)과의 접촉한 다음 상기 수집 안내홈(44a)과 상기 분지 안내홈(44b)을 통해 상기 토출구멍(50)을 향해 이동하게 되고, 최종적으로 상기 토출구멍(50)의 입구에 위치한 상기 단차면(36)을 거쳐 상기 토출구멍(50)의 내부로 유입된다.

상기 토출구멍(50)은 상기 격벽부재(30)를 관통하는 형태로 형성되는 것으로, 상기 비산 차단용 구조물(40)과의 충돌후 낙하하여 상기 기저부(34)를 거쳐 상기 단차면(36)으로 유입되는 오일을 최종적으로 유입받게 되는 일종의 집유구역(集油區域)에 해당한다. 이에 따라, 상기 토출구멍(50)은 상기 비산 차단용 구조물(40)을 거쳐 제공받은 오일을 상기 격벽부재(30)의 반대편에 위치한 다른 윤활부위로도 공급될 수 있게 하는 역할을 수행하게 된다.

상기 오일받이(60)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 토출구멍(50)의 저면측 입구에서 볼트(B)를 매개로 상기 비산 차단용 구조물(40)을 향해 견고하게 고정되도록 설치된다. 이 경우, 상기 오일받이(60)는 그 자유단부가 상기 토출구멍(50)에서 상기 비산 차단용 구조물(40)을 향해 상향 경사지게 배치되도록 설치된다. 특히, 상기 오일받이(60)의 상부면은 상기 비산 차단용 구조물(40)을 향해 오목하게 만곡진 형태로 형성되어 있어, 상기 비산 차단용 구조물(40)과의 충돌후 낙하하는 오일을 상기 토출구멍(50)의 내부로 원활하게 안내할 수 있게 된다.

따라서 상기 한 쌍의 기어(10) 사이에서 회전중 이들 사이의 맞물림 부위에서 치형간의 압력 차이에 따라 외부로 비산되는 오일은 상기 비산 차단용 구조물(40)의 저면측에 형성되는 충돌면(44)과 일차적으로 충돌한 다음, 상기 격벽부재(30)의 외부면(32)의 기저부(34)에 유입되어 저류된다. 이어, 상기 기저부(34)에 저류되는 오일은 자중에 의해 상기 단차면(36)을 거쳐 상기 토출구멍(50)의 입구로 이동하게 된다.

특히, 상기와 같은 일련의 과정에서 상기 비산 차단용 구조물(40)의 충돌면(44)과 충돌한 미세한 오일 입자는 상기 수집 안내홈(44a)과 상기 분지 안내홈(44b)을 따라 상기 기저부(34)로 직접적으로 유입되어 상기 토출구멍(50) 내부로의 진입을 더욱 촉진받을 수 있게 된다.

또한, 상기 비산 차단용 구조물(40)의 충돌면(44)과 충돌한 미세한 오일 입자 중 상기 기저부(34)로 직접 유입되지 못하고 낙하하는 오일은 상기 오일받이(60)를 통해 상기 토출구멍(50)의 내부로 안내되어 유입될 수 있게 된다.

이어, 상기 토출구멍(50)의 내부로 유입된 오일 중 일부는 상기 토출구멍(50)을 완전히 지나 상기 격벽부재(30)의 반대편에 위치한 다른 윤활부위로 공급되어 윤활 기능을 수행할 수 있고, 그 중 일부는 상기 윤활통로(38)를 통해 상기 베어링(20)의 설치부위로 직접 공급되어 베어링(20)에 대한 추가적인 윤활 작용을 담당할 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 상호 맞물려 회전하는 한 쌍의 기어(10)에서 치형간의 압력 차이에 따라 외부로 비산되는 오일을 그대로 낙하시켜 저류하는 것이 아니라, 상기 비산 차단용 구조물(40)에 의해 상기 토출구멍(50)으로 강제적으로 수집한 다음 상기 토출구멍(50)을 통해 필요한 윤활부위로 다시 재공급할 수 있으므로, 베어링과 같은 회전 지지용 부품에 대한 수명을 연장함과 더불어 구동 저항의 저감에 따른 연비 향상을 구현할 수 있게 된다.

부연하자면, 본 발명은 기어의 치형간 압력 차이에 따라 비산되는 오일을 상기 비산 차단용 구조물(40)과 상기 오일받이(60) 등의 부가적 장착부품을 매개로 윤활 대상부품에 효과적으로 제공할 수 있으므로, 종래와 같이 별도의 윤활 설비를 마련하지 않고도 달성하고자 하는 정상적인 윤활 작용을 수행할 수 있음과 더불어 보다 경제적인 윤활 효과를 제공할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10-기어 20-베어링
30-격벽부재 32-외부면
34-기저부 36-단차면
38-윤활통로 40-비산 차단용 구조물
42-돌출단부 44-충돌면
44a-수집 안내홈 44b-분지 안내홈
50-토출구멍 60-오일받이

Claims (6)

1. 기어(10)의 축 지지를 위해 베어링(20)을 설치하는 격벽부재(30);
   상기 격벽부재(30)에서 상기 기어(10)로부터 오일이 비산되는 영역에 설치되는 비산 차단용 구조물(40);
   상기 비산 차단용 구조물(40)의 하부에서 상기 격벽부재(30)를 관통하여 형성되는 토출구멍(50); 및
   상기 격벽부재(30)의 외부면(32) 보다 낮은 위치에서 상기 토출구멍(50)의 입구와 동일한 단차면(36)을 형성하는 기저부(34)를 구비하고,
   상기 비산 차단용 구조물(40)은 상기 기어(10)의 맞물림 부위를 향해 하향 돌출되는 돌출단부(42), 및 상기 돌출단부(42)로부터 상기 기어(10)의 외주부위를 향해 상방향으로 오목하게 연장되는 충돌면(44)을 구비하며,
   상기 충돌면(44)은 표면에 상기 토출구멍(50)을 향해 오목하게 형성되는 다수의 수집 안내홈(44a), 및 상기 수집 안내홈(44a) 사이를 교통 가능하게 형성되는 다수의 분지 안내홈(44b)을 구비하는 것을 특징으로 하는 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단차면(36)의 저부에서 상기 베어링(20)의 설치부위를 향해 상기 격벽부재(30)를 관통하여 형성되는 윤활통로(38)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 비산 차단용 구조물(40)을 향해 오목하게 형성되어 상기 토출구멍(50)의 저면측 입구에 설치되는 오일받이(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 오일받이(60)는 상기 토출구멍(50)에서 상기 비산 차단용 구조물(40)을 향해 자유단부가 상향 경사지게 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기어의 치형을 이용한 강제 윤활장치.
   

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