KR101697849B1

KR101697849B1 - 다부재 기어

Info

Publication number: KR101697849B1
Application number: KR1020150007883A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 오베를레; 마르쿠스 베른하르트; 마누엘 자이델; 크리스티안 쿠쳐; 오이겐 슈토펠
Original assignee: 이엠에스 기어 에스에 운트 코. 카케아아
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2017-01-18
Also published as: KR20150088189A; US9835238B2; RU2015101965A; CN104806727A; IN2015DE00072A; BR102015001180A2; EP2899430B1; CN104806727B; ES2650398T3; EP2899430A1; US20150308555A1

Abstract

본 발명은, 기어 림(22)을 구비한 외측 부재(20)와, 내측 부재(30)와, 내측 부재(30) 및 외측 부재(20)의 형상 결합식 연결을 위한 플라스틱 소재의 연결 부재(40)를 포함하는 다부재 기어에 관한 것이다. 이때, 외측 부재(20)는 연결 부재(40)의 외주면(45)에 배치되고 내측 부재(30)는 연결 부재(40)의 내주면(44)에 배치된다. 연결 부재(40)는 추가로, 회전축(12)에 대해 바깥쪽에 수직으로 놓이며 서로 대향하는 2개의 주면(46, 47)에 복수의 홈부(48, 49)를 구비한다. 이와 관련하여 본 발명은, 연결 부재(40)의 제1 주면(46) 내 홈부들(48)이 연결 부재(40)의 제2 주면(47) 내 홈부들(49)에 비해 회전축(12)에 대해 반경방향으로, 그리고/또는 원주방향으로 서로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

다부재 기어{MULTICOMPONENT GEAR}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징들에 따른 다부재 기어에 관한 것이다.

예컨대 자동차의 전동 조향을 위해 사용되는 다부재 기어가 EP 1 777 439 B1호로부터 공지되었다. 이런 다부재 기어는 실질적으로 3개의 구성 부재로 구성된다. 실질적인 기어 림은, 플라스틱으로 형성되어 기어 림의 형성을 위해 복수의 치형부(tooth)를 갖는 외측 부재로 형성된다. 기어는, 내측 면에 통상 허브 또는 회전 샤프트로서 형성되는 인서트 부재(3)를 포함한다. 이 경우, 상기 내측 부재는 일반적으로 금속으로, 바람직하게는 강재로 형성된다. 기어 림을 포함한 외측 부재와 내측 부재는, 원추형 탕구 사출 성형(cone gate injection molding)에 의해 제조되는 연결 부재를 통해 서로 형상 결합식으로 연결된다. 플라스틱으로 사출 성형된 연결 부재는 서로 대향하는 자신의 두 주면(primary surface) 상에, 다시 말해 회전축에 대해 수직으로 놓인 외측 환형 면들 상에 보강 리브들(reinforcing rib)을 가지며, 이들 보강 리브는 회전축의 가상 중심으로부터 반경방향으로 내측 부재에서 시작하여 외측 부재의 방향으로, 기어 림을 향해 연장된다. 추가로 연결 부재의 두 주면은, 환형으로 연장되면서 내측 부재로 향하는 보강 링과 외측 부재로 향하는 추가 보강 링을 포함한다. 보강 리브들은 상기 두 보강 링 사이에서 반경방향으로 연장된다. 상기 보강 리브들 사이에서 상기 연결 부재를 반경방향으로 절단한 단면을 관찰해보면, 원주방향 연결 부재의 H자형 횡단면 윤곽이 확인된다.

다부재 기어들의 다양한 실시예들은 DE 101 27 224 A1호에도 공개되어 있다. 상기 공보의 도 8에, 마찬가지로 안쪽에 놓인 금속 허브와 플라스틱 소재의 기어 림을 구비한 다부재 기어가 도시되어 있으며, 상기 기어 림은 양측 주면에 배치된 보강 리브들을 갖는 플라스틱 디스크를 통해 금속 허브와 연결된다. 횡단면이 H자 형태로 형성된 플라스틱 소재의 연결 부재가 상기 공보의 도 10에도 도시되어 있다.

확인된 점에 따르면, 상기 다부재 기어들은 특히, 장착 공간과 특히 기어 폭이 제한적으로만 가용한 경우에도 최대한 축방향 강성을 갖는 기어가 제공되어야 할 때, 개량이 필요하다. 축방향으로 매우 강성인 기어는 중실 재료로 형성된 기어 바디에 의해 제공되는 것이 이상적일 수 있다. 그러나 이는 제조 공정에서 플라스틱을 사용할 경우 성공하지 못한다. 요컨대 후벽 플라스틱 바디의 제조는 공동 형성(cavity formation)의 문제가 있다. 이는 플라스틱 사출 성형 동안 사출 성형된 피가공재의 내부에 의도치 않은 공동들이 발생하거나, 피가공재의 표면에 압인이 발생하는 문제를 말한다. 사출 성형되는 피가공재의 벽이 더 두꺼울수록, 상기 공동들이 발생할 확률이 더 높아진다. 이론상, H자형 횡단면을 갖는 내측 부재를 형성할 수 있기는 하다. 그러나 기어와 같은 회전 대칭형 휠 바디의 경우, 상기 횡단면은 구현될 수 없는데, 그 이유는 상응하는 공동들이 사출될 수 없기 때문이다.

본 발명의 과제는, 비교적 적은 재료를 사용하면서도 축방향 강성이 높은 것을 특징으로 하는 다부재 기어를 제공하는 것이다.

상기 과제는, 플라스틱으로 형성되는 연결 부재의 두 주면 상에 각각 복수의 홈부가 제공되고, 이들 홈부가 상호 맞물릴 수 있도록 일측 주면으로부터 타측 주면으로 반경방향으로, 그리고/또는 축방향으로 서로 오프셋됨으로써 해결된다.

이때, 두 주면 상의 홈부들은, 회전축에 평행하게 보이는 단면도에서 연결 부재의 벽부의 곡류형 패턴을 제공하도록 선택되고 서로 오프셋되어 배치된다.

이 경우, 상기 홈부들은 바람직하게 회전축과 관련하여 그 두께 또는 폭이 기어 또는 연결 부재의 두께 또는 폭의 적어도 절반에 달하며, 컵 형태로 바닥부를 구비하여 형성된다.

본 발명의 범주에서, 외측 부재는 플라스틱으로 형성되고 경우에 따라 섬유 보강 처리되며, 내측 부재는 금속으로 형성된다. 이때, 내측 부재는 허브로서, 특히 강재 허브로서 형성될 수도 있고, 회전 샤프트로서 형성될 수도 있다. 본 발명의 나머지 개선예들은 도면들과 관련하여 하기 실시예에 따라 더 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 다부재 기어의 일 실시예로서, 다부재 기어의 제1 주면을 전방에서 비스듬히 바라보고 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A를 따라 도 1의 다부재 기어를 절단하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 다부재 기어의 절단선 B-B를 따라 잘라낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 다부재 기어의 절단선 C-C를 따라 잘라낸 단면도이다.
도 5는 다부재 기어(10)의 제1 주면(46)에 대한 상면도이다.
도 6은 다부재 기어의 도 1과 유사하지만, 다부재 기어가 회전축에 대해 동심으로 위치하는 단면 D-D를 따라 부분 절단된 상태로 도시된 사시도이다.

하기 도면들에서 동일한 도면 부호들은 동일한 부재들을 가리키며 동일한 의미를 갖는다.

도 1에는, 예컨대 자동차에서 전동 조향을 위한 웜 기어로서 사용될 수 있는 다부재 기어(10)의 일 실시예의 사시도가 도시되어 있다. 이 다부재 기어(10)는, 반경방향으로 회전축(12)을 중심으로 회전 대칭으로 배치된 복수의 부재로 구성된다. 다부재 기어(10)는, 자신의 외주면(25)에 기어 림(22)을 형성하기 위한 복수의 치형부(23)를 갖는 외측 부재(20)로 형성된다. 외측 부재(20)는 바람직하게는 비보강(unreinforced) 플라스틱으로 형성된다. 외측 부재(20)는, 도시된 실시예(이와 관련하여 도 2, 도 3, 및 도 4의 단면도 참조)에서 회전축(12)에 대해 그 지름이 일정치 않음으로써 단면으로 볼 때 톱니형 패턴으로 연장되는 내주면(24)을 갖는다. 이처럼 톱니형 구조나 상호 맞물림 구조는 외측 부재(20)와 하기에서 재차 설명되는 연결 부재(40) 사이의 접착성을 향상시킨다. 상기 내주면(24)에 연결 부재(40)가 연결되며, 이 연결 부재는 외측 부재(20)와 안쪽에 위치하는 내측 부재(30) 간의 형상 결합식 연결을 실현한다.

내측 부재(30)는, 도시된 것처럼, 환형 허브, 특히 금속 허브, 바람직하게는 강재 허브일 수 있다. 도시된 실시예에서 환형 내측 부재(30)는, 예컨대 회전 샤프트 상에 안착될 수 있는 내주면(34) 뿐만 아니라, 외주면(35)도 갖는다.

비록 도 1의 도면에서 환형 허브가 내측 부재(30)로서 도시되어 있긴 하지만, 이러한 환형 내측 부재 대신, 회전 샤프트, 특히 금속 회전 샤프트를 직접 내측 부재(30)로서 제공하는 것도 마찬가지로 가능하다.

외측 부재(20)와 내측 부재(30)의 형상 결합식 파지는 연결 부재(40)를 통해서, 이 연결 부재가 플라스틱 소재의 사출 성형 부품으로서 형성됨으로써 보장된다. 이러한 연결 부재(40)의 제조를 위해, 외측 부재(20) 및 내측 부재(30)가 사출 성형 금형 내에 삽입된 다음 연결 부재(40)가 사출 성형되며, 그럼으로써 연결 부재는 도 1 내지 도 4에 형성된 형태를 갖게 된다. 이 경우, 내측 부재(30)는 사출 성형 시 이른바 핀포인트 탕구(pin-point gate)를 통해 제조될 수 있다. 이 경우, 바람직하게 복수의, 예컨대 5개의 탕구(gating point)가 제공된다. 상기 복수의 탕구는 사출 성형 금형 내에 바람직하게 회전 대칭 방식으로 서로 동일한 각도로 배치된다. 도면들에서 탕구들은 도면 부호 "60"으로 표시되어 있다.

축방향으로 최대한 강성인 휠 바디의 달성을 위해, 연결 부재(40)는 두 주면(46, 47)에 최대한 많은 재료가 사용되도록 형성된다. 이는, 두 주면(46, 47) 각각이 복수의 포켓형 홈부(48, 49)를 구비함으로써 달성된다. 연결 부재(40)의 제1 주면(46)은, 도 1에서 관찰자 쪽을 향하며 회전축(12)에 대해 수직으로 놓인 연결 부재(40)의 환형 표면이다. 연결 부재(40)의 제2 주면(47)은 도 1에서는 확인되지 않으며, 관찰자로부터 먼 쪽을 향해 있다. 환형의 제1 주면(46)에는 도 1에 따라 복수의, 여기서는 10개의 포켓형 홈부(48)가 형성되어 있으며, 이들 홈부(48)는 반대편에 놓인 연결 부재(40)의 제2 주면(47)의 벽 섹션을 각각 형성하는 바닥부(48a)를 각각 갖는다. 홈부들(48)은 서로 환형으로 배치되어 각각 서로 36°만큼 오프셋된다. 이들 홈부(48)는 제1 주면(46) 상에 회전축(12)과 관련하여 서로 동일한 반경방향 간격으로 배치된다. 도시된 것처럼, 홈부들(48)은 외측 부재(20)의 방향으로 갈수록 약간 확장된다.

연결 부재(40)의 제2 주면(47) 상에도 마찬가지로 10개의 홈부(49)가 배치된다. 이 홈부들도 마찬가지로 컵 형태로 형성되고, 연결 부재(40)의 제1 주면(46)의 벽 섹션을 각각 형성하는 바닥부(49a)를 갖는다. 이들 홈부(49)는 도 5에 파선으로 표시되어 있다. 도시된 것처럼, 이들 홈부들(49)는 연결 부재(40)의 제2 주면(47) 상에서, 연결 부재(40)의 제1 주면(46) 상의 홈부들(48)에 대해 반경방향 및 원주방향으로, 각각 홈부들(48) 사이에 위치하도록 배치된다.

이러한 구성은, 연결 부재(40)의 최대한 많은 재료가 외측 면들에, 다시 말해 주면들(46, 47)에 존재하는, 축방향으로 강성인 연결 부재(40)를 보장한다. 이는 도 2의 단면도에 따라 매우 명백하게 확인된다.

도 2에는, 도 1의 다부재 기어(10)를 절단선 A-A를 따라 잘라낸 단면도가 도시되어 있다. 상기 절단선은 제1 주면(46) 상의 2개의 홈부(48) 사이에서 연장되며, 연결 부재(40)의 제2 주면(47) 상의 2개의 홈부(49)를 가로지른다.

도 3에는, 도 1의 다부재 기어(10)를 단면 (A-A)에 대해 반경방향으로 약간 오프셋된, 절단선 B-B를 따라 잘라낸 단면이 도시되어 있다. 상기 단면 (B-B)의 경우, 연결 부재(40)의 2개의 홈부(48)가 절단된다. 이 홈부들(48)은 도 3에서 분명하게 식별된다.

도 4에는, 마지막으로, 도 1의 다부재 기어(10)를, 연결 부재(40)의 제1 주면(46) 상의 상측 2개의 홈부(48)를 가로지르는 할선을 따라 잘라낸 단면 (C-C)가 도시되어 있다. 상기 단면 (C-C)의 경우, 제2 주면(47) 상의 3개의 홈부(49)가 동시에 절단된다. 이때, 상기 총 5개의 홈부(48, 49) 사이에 연결 부재(40)의 벽부들의 곡류형 패턴이 형성되는 점을 분명하게 식별할 수 있다. 연결 부재(40)의 벽부들의 이러한 곡류형 패턴은 연결 부재(40)와 그에 따른 전체 다부재 기어(10)의 필요한 축방향 강성을 보장한다. 연결 부재(40)의 벽부들의 곡류형 패턴은 제1 및 제2 주면(46, 47) 상에서 연결 부재(40)의 벽 섹션들이 교대로 엇갈려 배치되는 형상을 특징으로 하며, 이러한 벽 섹션들은 홈부들(48, 49)의 바닥부들(48a, 49a)에 기인한다.

도 5에는, 다부재 기어(10)의 상면도가 도시되어 있고, 도 6에는 부분 절단된 사시도가 도시되어 있다. 이 경우, 절단선은 다부재 기어(10)의 회전축(12)에 대해 동심으로 안내되는 단면 (D-D)를 따라 연장된다. 단면 (D-D)의 반경은, 홈부들(48, 49)을 가로질러 다부재 기어(10)의 원주면 절반 지점에서 다시 다부재 기어(10)의 외주면 쪽으로 도약하도록 선택된다. 도 6의 도면에서는, 두 주면(46, 47) 상의 홈부들(48, 49) 사이에 형성된 연결 부재(40)의 곡류형 패턴을 매우 확실하게 식별할 수 있다. 마찬가지로, 외측 부재(20)의 내주면(24)이 연결 부재(40)의 외측 면(45)의 원주방향 홈 안쪽으로 얼마나 돌출되어 있는지도 확실히 식별할 수 있다.

도 2, 도 3, 및 도 4의 단면도들에서 알 수 있듯이, 내측 부재(30)는 지름이 일정한 내주면(34)을 갖기는 한다. 그러나 외주면(35)은 연결 부재(40)의 제1 주면(46)을 향하는 면에 환형 리세스(36)를 가지며, 이 환형 리세스 내로 연결 부재(40)의 환형 돌출부(41)가 맞물린다. 그 결과, 연결 부재(40)와 내측 부재(30) 사이에 개선된 형상 결합식 연결이 보장된다. 형상 결합식 연결을 더욱 개선하기 위해, 내측 부재(30)의 외주면(35)은, 사출 성형된 재료가 확대된 접촉면을 갖도록, 적합한 치합부, 널링부, 리브부 또는 그루브들도 가질 수 있다. 치합 구조가 선택될 경우, 이 치합 구조는 구형체 형상으로도 선택될 수 있다.

그 밖에도, 연결 부재(40)의 두 주면(46, 47)을 약간 오목하게 형성하는 점도 바람직한 것으로 증명되었다. 이는, 도 2 내지 도 4의 좌측 및 우측 단면도들에서 요면(凹面)들에서 식별된다. 이로써, 다부재 기어(10)의 측면에 예컨대 볼 베어링 또는 센서와 같은 또 다른 필요한 전기 부하 요소들을 위해 부가적인 장착 공간이 확보된다.

비록 도시된 실시예에서 연결 부재(40)의 제1 주면(46) 상의 홈부들(48)이 연결 부재(40)의 제2 주면(47) 상의 홈부들(49)에 비해 반경방향으로 서로 오프셋되는 것이 바람직한 것으로서 밝혀지긴 했지만, 본 발명의 범주에서 두 주면(46, 47) 상의 홈부들(48, 49)이 원주방향으로 서로 오프셋될 뿐만 아니라, 회전축(12)과 관련해서도 서로 오프셋되기도 하고, 또는 반경방향으로만 서로 오프셋되기도 한다. 이는, 예컨대 홈부(48)는 반경방향으로 내측 부재(30)에 더 가깝게 위치하고 홈부들(49)은 동일한 원주방향으로 홈부들(48)과 외측 부재(20) 사이에서 반경방향으로 외측 부재(20)에 더 가깝게 위치하거나, 또는 이와 반대로 위치함을 의미한다. 이를 통해서도, 두 외부 면(46, 47)에 연결 부재(40)의 최대한 많은 재료가 사용될 수 있는 점이 보장될 수 있다. 그러나 도시된 실시예들과 관련하여 소개된 홈부들(48, 49)의 배치가 더욱 적합한 배치이며, 그 이유는 연결 부재(40)가 훨씬 더 강성이기 때문이다. 연결 부재(40)의 강성은, 연결 부재(40)가 보강된, 특히 섬유 보강 플라스틱으로 형성됨으로써 더욱 개선될 수 있다.

10 기어
12 회전축
20 외측 부재
22 기어 림
23 치형부
24 내주면
25 외주면
30 내측 부재
34 내주면
35 외주면
36 환형 리세스
40 연결 부재
41 환형 플랜지
44 연결 부재(40)의 내주면
45 연결 부재(40)의 외주면
46 제1 주면
47 제2 주면
48 제1 주면(46) 내 홈부
48a 바닥부
49 제2 주면(47) 내 홈부
49a 바닥부
60 탕구
A-A 단면
B-B 단면
C-C 단면
D-D 동심 단면
B 내측 부재의 폭

Claims

다부재 기어(10)이며, 하기 특징들, 즉
- 기어 림(22)을 구비한 외측 부재(20)와,
- 내측 부재(30)와,
- 내측 부재(30) 및 외측 부재(20)의 형상 결합식 연결을 위한 플라스틱 소재의 연결 부재(40)로서, 외측 부재(20)는 연결 부재(40)의 외주면(45)에 배치되고 내측 부재(30)는 연결 부재(40)의 내주면(44)에 배치되며, 회전축(12)에 대해 바깥쪽에 수직으로 놓이며 서로 대향하는 2개의 주면(46, 47)에 복수의 홈부(48, 49)를 구비한 연결 부재(40)를 포함하는, 다부재 기어에 있어서,
- 연결 부재(40)의 제1 주면(46) 내 홈부들(48)은 연결 부재(40)의 제2 주면(47) 내 홈부들(49)에 비해 회전축(12)에 대해 원주방향으로 서로 오프셋되어 배치되어, 상기 제2 주면(47) 내 홈부들(49)이 상기 제1 주면 내 홈부들(48) 사이에 배치되고, 상기 홈부들(48, 49)은 컵 형태로 각각 바닥부(48a, 49a)를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항에 있어서, 연결 부재(40)의 제1 주면(46) 상의 홈부들(48)은, 연결 부재(40)의 제2 주면(47) 상의 홈부들(49)과 관련하여, 다부재 기어(10)의, 회전축(12)에 평행하게 놓인 단면(단면 C-C) 또는 회전축(12)에 동심인 단면(단면 D-D)이 연결 부재(40)의 곡류형 패턴을 갖도록, 서로 상대적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 주면(46) 또는 제2 주면(47) 상의 홈부들(48, 49) 중 적어도 일부는 연결 부재(40)의 폭(B)의 절반보다 더 큰 폭에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 외측 부재(20)는 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 내측 부재(30)는 금속으로 형성되고, 금속 링이거나 금속 회전 샤프트인 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 주면(46) 뿐 아니라 제2 주면(47)도 복수의 홈부(48, 49)를 구비하며, 이들 홈부는 두 주면(46, 47) 각각에서 일렬로 서로 이격되어 회전축(12)에 대해 반경방향으로 동일한 간격으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 외측 부재(20)는 널링 구조물 또는 치형 구조물을 구비한 내주면(24)을 갖는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 내측 부재(30)는 연결 부재(40)를 향하는 하나 이상의 환형 리세스(36)를 가지며, 이 환형 리세스 내로 연결 부재(40)의 환형으로 돌출된 플랜지(41)가 맞물리는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 부재(40)는 자신의 두 주면(46, 47) 중 하나 이상의 주면 상에 복수의 탕구(60)를 가지며, 이들 탕구는 홈부들(48, 49) 중 2개의 홈부 사이에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 부재(40)의 내주면(44) 뿐만 아니라 외주면(45)도, 횡단면에서 볼 때, 다부재 기어(10)의 폭과 일치하는 폭(B)을 갖는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 부재(40)의 제1 주면(46) 뿐만 아니라 제2 주면(47)도 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 다부재 기어(10).