KR102104365B1 - 변속기용 싱크로나이저 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수동변속기 또는 DCT 자동변속기 등의 변속기에 적용되는 싱크로나이저 링에 관한 것으로, 링 형상이며 내면 및/또는 외면이 링의 축 방향 중 어느 한 방향으로 갈수록 지름이 작아지는 경사면으로 이루어지는 링 바디와, 상기 링 바디의 표면에 마찰 재료로 코팅되어 형성된 마찰층을 포함한다.

Description

변속기용 싱크로나이저 링{SYNCHRONIZER RING FOR TRANSMISSION}

본 발명은 수동변속기 또는 DCT 자동변속기 등의 변속기에 적용되는 싱크로나이저 링에 관한 것이다.

수동변속기의 변속방식에는 주축 위의 스플라인에 끼워진 섭동기어를 변속레버로 부축 위의 기어에 자유로 물리게 하는 섭동 기어식, 주축 위를 자유롭게 회전하는 기어와 부축 기어가 항시 물린 상태로 회전되며 변속할 때 주축 상의 스플라인에 끼워져 섭동하는 도그클러치를 주축상의 기어에 물리게 하여 회전력을 주축에 전달하는 상시 물림식, 섭동기어식과 상시 물림식의 단점을 보완할 수 있도록 구성되는 동기물림식이 있다.

이러한 동기물림식의 수동변속기에는 싱크로나이저 조립체가 사용되고 있다. 싱크로나이저 조립체는 싱크로나이저 링이 하나로 된 싱글(Single) 콘식, 싱크로나이저 링이 두 개로 된 더블(Double) 콘식, 싱글 콘식과 더블 콘식이 혼합된 복합식이 있다. 싱크로나이저 조립체는 수동변속기 뿐만 아니라 DCT 자동변속기에도 적용된다.

종래 더블 콘식 싱크로나이저 조립체의 일례로 한국등록특허 제10-1448396호에 개시된 예를 들 수 있다. 상기 등록특허에 개시된 종래 수동변속기의 싱크로나이저 조립체는 도 1에 도시된 바와 같이, 허브기어(11), 슬리브(12), 스피드기어(16), 아웃터링(13), 이너링(14), 센터링(15)을 포함한다. 허브기어(11)는 주축(1)에 스플라인 결합되어 회전된다. 이 허브기어(11)의 바깥 둘레에는 슬리브(12)가 물려 있어 변속포크의 작용으로 이동하면서 동기 작용을 수행하게 된다. 슬리브(12)는 내주면에 스플라인 치가 형성되어 변속포크 작용으로 전후 이동되도록 구성된다. 허브기어(11)의 옆에는 주축(1)에 공회전되게 장착되어 다른 축의 변속기어측에 치합되어 변속 동력을 전달하는 스피드기어(14)가 위치된다. 허브기어(11)와 스피드기어(14) 사이에는 슬리브(12)가 이동할 때 자연스럽게 동기 회전이 이루어지도록 아웃터링(13), 이너링(14), 센터링(15)이 구비된다. 그리고 아웃터링(13)과 슬리브(12) 사이에는 기어변속을 위해 슬리브(12)가 이동할 때 아웃터링(13)에 압력을 제공하는 스프링이 구비된다. 상기와 같은 종래의 싱크로나이저 조립체(10)는 변속레버에 의해 작동되는 변속포크에 의해 슬리브(12)가 이동하면 스프링이 아웃터링(13)을 스피드기어(16) 쪽으로 밀게 된다. 이때 아웃터링(13)이 이동되면서 센터링(15)에 밀착됨과 동시에 센터링(15)의 내측에서 이너링(14)이 접촉되면서 내외 방향의 마찰력에 의해 클러치 작용을 함으로써, 스피드기어(16)의 회전속도를 주축(1)의 회전속도로 동기화하게 된다.

한편, 상기한 아웃터링(13), 이너링(14), 센터링(15)과 같은 싱크로나이저 링은 도 2에 도시된 바와 같이 싱크로나이저 링을 형성하는 스틸로 된 링 바디에서 그 내면이나 또는 양면에 마찰재(21)가 형성된다.

마찰재(21)는 특수펄프섬유나 탄소섬유 등의 부직포나 직포에 수지를 함침하고 유압프레스로 가열 압착하여 시트재로 형성한 후, 여기에 양면 접착테이프를 접착하여 마찰재용 시트를 제조하고, 이 시트를 싱크로나이저 링의 형상에 맞춰 잘라 링 바디의 내, 외면에 접착함으로써 형성된다.

싱크로나이저 링에 마찰재(21)를 형성하는 종래의 과정은 위와 같이 매우 복잡하다. 특히 싱크로나이저 링의 내외면이 경사면으로 된 콘 형상 구조에서는 시트 접착 과정의 자동화가 어려워 마찰재용 시트 접착을 수작업에 의존할 수밖에 없고, 그에 따라 제조 비용의 증가가 불가피하다.

또한, 견고하고 정확한 치수와 접착강도를 얻기 위해 개별적으로 제품윤곽에 맞는 금형에 넣고 압착하여 수분간 가열 열처리를 해야 하므로 생산성이 매우 낮다.

한편, 싱크로나이저 링은 고속회전 마찰환경에서 안정적인 마찰계수를 유지하고 내마모성을 확보하기 위해 마찰면에서 발생하는 마찰열의 냉각 방열을 위한 오일 홈(22)이 형성되어야 한다. 마찰재용 시트는 이 오일 홈(22)을 고려하여 더 두꺼운 두께로 제조되어야 하기 때문에 시트 제조를 위한 원료의 낭비가 불가피하다. 또한, 마찰재용 시트를 링 바디 형상에 맞춰 자르는 과정에서도 버리게 되는 시트들이 불가피하게 발생하는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-1448396호(2014.09.30 등록)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 싱크로나이저 링이 마찰 재료로써 직접 코팅되는 마찰층을 포함함으로써 종래의 마찰재용 시트의 제작 및 부착 공정이 수반되지 않는 변속기용 싱크로나이저 링을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 변속기용 싱크로나이저 링은, 링 형상이며 내면 및/또는 외면이 링의 축 방향 중 어느 한 방향으로 갈수록 지름이 작아지는 경사면으로 이루어지는 링 바디와, 상기 링 바디의 표면에 마찰 재료로 코팅되어 형성된 마찰층을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 변속기용 싱크로나이저 링에 있어서, 상기 경사면은 마찰층을 통해 마찰 대상과 접촉되는 다수의 마찰부와, 상기 다수의 마찰부 사이에서 형성되는 홈부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변속기용 싱크로나이저 링에 있어서, 상기 링 바디는 내면 및 외면이 상기 경사면으로 이루어지고, 상기 링 바디의 내면에 포함되는 마찰부는 마찰 대상을 마주하는 면의 상기 축 방향 폭이 상기 링 바디 내면의 상기 축 방향 폭과 동일하도록 형성되고, 상기 링 바디의 외면에 포함되는 마찰부는 마찰 대상을 마주하는 면의 상기 축 방향 폭이 상기 링 바디의 외면의 상기 축 방향 폭과 동일하도록 형성되며, 상기 링 바디의 내면에 포함되는 마찰부 및 상기 링 바디의 외면에 포함되는 마찰부 중 적어도 하나는, 마찰 대상을 마주하는 면에서 상기 축 방향의 어느 한 방향 단부로부터 다른 방향 단부로 갈수록, 그리고 회전 방향 단부로부터 회전 방향의 반대 방향 단부로 갈수록 마찰 대상을 향하여 더 돌출될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변속기용 싱크로나이저 링에 있어서, 상기 마찰 재료는 불소수지를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변속기용 싱크로나이저 링의 제조방법은, (a) 스틸 소재를 프레스 성형하거나 또는 단조 성형하여, 링 형상이면서 내면 또는 외면 중 적어도 한 면이 링의 축 방향 중 어느 한 방향으로 갈수록 지름이 작아지는 경사면으로 이루어지되 상기 경사면이 마찰 대상과 접촉되는 다수의 마찰부와 상기 다수의 마찰부 사이에서 형성되는 홈부를 포함하는, 링 바디(100)를 제조하는 단계와, (b) 상기 링 바디의 표면에 불소수지를 포함하는 마찰 재료로 코팅하여 마찰층을 형성하는 단계와, (c) 상기 마찰층이 형성된 상기 링 바디를 열처리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 싱크로나이저 링의 링 바디가 마찰부 및 홈부까지 포함하도록 제조되고, 링 바디에 불소수지를 포함하는 마찰 재료로 직접 코팅하여 마찰층을 형성함으로써 싱크로나이저 링의 내마모성이 향상될 뿐만 아니라 마찰재용 시트의 제작 및 부착 공정이 불요하여 고가의 마찰재 원료의 소비량을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 제조 공정의 자동화가 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 그에 따른 제조 원가 측면에서의 경쟁력도 향상될 수 있다.

도 1은 종래 싱크로나이저 조립체를 나타낸 요부 단면도,
도 2는 종래 싱크로나이저 링을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 싱크로나이저 링의 링 바디를 나타낸 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 링 바디에서 홈부 및 결합부 형성 부분의 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 링 바디에서 마찰부 형성 부분의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 변속기용 싱크로나이저 링에 관하여, 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 싱크로나이저 링은 더블 콘식 싱크로나이저 조립체에 포함되는 아웃터링, 센터링, 이너링이나, 또는 싱글 콘식 싱크로나이저 조립체에 포함되는 싱크로나이저 링 중 하나일 수 있다. 또는 일반에 알려진 다양한 다른 싱크로나이저 조립체에 적용되는 것으로 링 형태이면서 내, 외면 중 적어도 한 면에 경사면을 갖는 싱크로나이저 링일 수 있다.

이하에서는 본 발명이 적용되는 싱크로나이저 링의 일 실시예로서, 더블 콘식 싱크로나이저 조립체에 포함되는 센터링을 일례로 제시하여 자세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 싱크로나이저 링의 링 바디를 나타낸 사시도, 도 4는 도 3에 도시된 링 바디에서 홈부 및 결합부 형성 부분의 단면도, 그리고 도 5는 도 3에 도시된 링 바디에서 마찰부 형성 부분의 단면도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기용 싱크로나이저 링은 링 바디(100)와, 여기에 코팅 형성되는 마찰층(110)을 포함한다.

링 바디(100)는 링 형상이며, 내면 및/또는 외면, 즉 내면 및 외면 중 적어도 한면이 링 바디(100)의 축 방향(도 3을 기준으로 상하방향을 말하며, 이하에서 기재되는 '축 방향'의 의미도 이와 같다) 중 어느 한 방향으로 갈수록 지름이 작아지는 경사면으로 이루어진다.

도시된 일례는 내면 및 외면 각각이 경사면으로 이루어진 링 바디(100)를 제시한다. 링 바디(100)의 내면 및 외면은 링 바디(100)의 축 방향 중 어느 한 방향, 즉 도 3을 기준으로 하방향으로 갈수록 지름이 작아지고 축 방향 중 다른 방향, 즉 도 3을 기준으로 상방향으로 갈수록 지름이 커지는 경사면으로 이루어진다.

링 바디(100)의 일측, 구체적으로 도 3을 기준으로 링 바디(100)의 상측에는 예컨대 스피드기어(미도시)에 결합되도록 돌출되는 결합부(103)가 형성될 수 있다. 도시된 링 바디(100)는 일례로서 3개의 결합부(103)가 돌출 형성된 예를 제시한다.

도시된 링 바디(100)는 내부에 결합되는 이너링, 그리고 외부에 결합되는 아웃터링과 접촉되어 마찰된다. 이하에서는 링 바디(100)가 마찰하는 이너링, 아웃터링 등과 같은 대상을 '마찰 대상'이라 칭한다.

링 바디(100)의 경사면은 다수의 마찰부(101)를 포함할 수 있다. 마찰부(101)는 링 바디(100)의 경사면에서 후술할 홈부(102)보다 마찰 대상을 향하여 상대적으로 더 돌출된 부분이다. 마찰부(101)에서 마찰 대상을 마주하는 면은, 싱크로나이저 링이 동기화 작동하도록 회전할 때 후술할 마찰층(110)을 통해 마찰 대상과 접촉하면서 마찰하게 된다. 마찰층(110)을 포함하는 링 바디(100)의 마찰부(101)가 형성된 부분의 단면을 도 5에서 나타내고 있다. 도시된 바에서 마찰층(110)을 포함하는 링 바디(100)의 두께는 종래 싱크로나이저 링에 마찰재용 시트를 부착했을 때의 두께를 고려하여 이 두께에 상응하는 두께를 가질 수 있다.

링 바디(100)의 경사면은 다수의 마찰부(101)의 사이에서 형성되는 홈부(102)를 포함할 수 있다. 이 홈부(102)는 예컨대 방열용 오일의 유통 경로가 될 수 있다. 본 실시예에 따른 싱크로나이저 링은, 부착된 마찰재용 시트에 오일 홈이 형성되었던 종래의 싱크로나이저 링과 달리 링 바디(100) 자체에 홈부(102)를 포함한다. 마찰층(110)을 포함하는 링 바디(100)의 홈부(102) 및 결합부(103)가 형성된 부분의 단면을 도 4에서 나타내고 있다.

경사면인 내면 및/또는 외면에 마찰부(101) 및 홈부(102)를 포함하는 상술한 링 바디(100)는 예컨대 스틸 소재를 프레스 성형하거나 또는 단조 성형하여 제조될 수 있다.

이와 같이 제조된 링 바디(100)는 마찰 재료를 포함하는 코팅재로 코팅되면서 표면에 마찰층(110)이 형성될 수 있다. 마찰 재료는 불소수지를 포함할 수 있다. 또한 탄소 및 기타 금속 화합물이 더 포함될 수 있다. 불소수지는 내열성, 내약품성이 우수하고 화학적으로 안정적인 재료로서, 불소수지를 포함하는 마찰층(110)에 의해 싱크로나이저 링의 내마모성이 향상된다.

링 바디(100)에 대한 마찰 재료의 코팅은 링 바디(100)의 표면에 불소수지를 포함하는 마찰 재료로 된 코팅재를 분사하거나 또는 코팅재에 링 바디(100)를 담가 함침되게 하는 과정으로 진행될 수 있다. 마찰 재료가 코팅된 링 바디(100)는 이후 열처리 과정을 거친다. 이와 같은 과정으로 링 바디(100) 표면에 마찰층(110)이 코팅 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 싱크로나이저 링은 상술한 바와 같이 링 바디(100) 자체가 마찰부(101) 및 홈부(102)를 포함하도록 제조된다. 그리고, 제조된 링 바디(100) 표면에 불소수지를 포함하는 마찰 재료가 코팅되면서 마찰층(110)이 형성된다. 따라서, 본 실시예에 따른 싱크로나이저 링은 제조 과정에서 종래의 싱크로나이저 링과 같이 마찰재용 시트를 별도로 제작하여 부착하는 공정이 불요하므로, 고가의 마찰재용 시트 제조를 위한 시트 원료의 사용이 절감된다. 또한 시트의 부착 공정이 아닌 코팅 공정으로 마찰층이 형성되므로 공정의 자동화가 가능하고 제조 공정을 크게 단순화시킬 수 있다. 그로 인해 생산선 향상과 제조 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도시된 일례와 같이, 마찰부(101)는 마찰 대상을 마주하는 면의 축 방향 폭이 링 바디(100)의 내면(또는 외면)의 축 방향 폭과 동일하도록, 다시 말해 마찰 대상을 마주하는 면은 축 방향 폭이 링 바디(100)의 내면(또는 외면)의 축 방향 폭(도 3을 기준으로 상하 방향 폭) 전체에 걸치도록, 형성될 수 있다.

마찰부(101)에서 마찰 대상을 마주하는 면은 경사진 면일 수 있다. 구체적으로 마찰부(101)는 마찰 대상을 마주하는 면에서 축 방향의 어느 한 방향 단부로부터 다른 방향의 단부로 갈수록, 그리고 회전 방향 단부로부터 회전 방향의 반대 방향 단부로 갈수록 마찰 대상을 향하여 더 돌출될 수 있다.

더 구체적으로, 다수의 마찰부(101)의 마찰 대상을 마주하는 다수의 면 중 일례로 링 바디(100)의 내면에 포함되는 도 3에서 표시된 'A'로 지시된 면을 가지고 설명하면, 마찰 대상을 마주하는 면(A)은 축 방향의 어느 한 방향 단부로부터 다른 방향의 단부로 갈수록, 즉 도 3을 기준으로 면(A)의 아래쪽 단부로부터 위쪽 단부로 갈수록 마찰 대상을 향하여, 즉 링 바디(100)의 반경 방향에서 중심을 향하는 방향으로 더 돌출될 수 있다.

그리고, 회전 방향이 도 3을 기준으로 시계방향이라고 가정한다면 마찰 대상을 마주하는 면(A)에서 회전 방향 단부로부터 회전 방향의 반대 방향 단부로 갈수록, 즉 도 3을 기준으로 면(A)의 우측 단부로부터 좌측 단부로 갈수록 마찰 대상을 향하여, 즉 링 바디(100)의 반경 방향에서 중심을 향하는 방향으로 더 돌출될 수 있다.

이와 같이 형성되는 마찰부(101)의 마찰 대상을 마주하는 면(A)은 우하측 가장자리로부터 좌상측 가장자리로 갈수록 마찰 대상을 향하여 더 돌출되는 경사진 면이 된다.

이때 회전 방향은 싱크로나이저 조립체에 의한 동기화가 이루어지는 회전 방향일 수 있으며, 이 경우 마찰부(101)의 마찰 대상을 마주하는 면(A)이 상술한 바와 같이 경사진 면으로 형성됨으로써, 싱크로나이저 링의 회전에 따른 마찰 대상과의 마찰 과정에서 초기에는 마찰력이 크지 않으면서 용이하게 접촉되다가 회전할수록 면(A)에서 점진적으로 더 돌출되는 면에 의해 마찰력이 점진적으로 커지면서 동기화가 안정적으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 경사진 면으로 이루어지는 마찰부(101)의 마찰 대상을 마주하는 면(A)은 마찰력의 점진적 증가를 더 확실히 보장하도록, 추가로 우하측 가장자리로부터 좌상측 가장자리로 갈수록 매끈한 면에서 점차 거친 면으로 이루어질 수도 있다.

이상 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 이 실시예는 바람직한 예를 나타내는 것일 뿐, 본 발명이 이 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이 실시예로부터 다양한 변형이나 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: 링 바디 101: 마찰부
102: 홈부 103: 결합부
110: 마찰층

Claims (5)

1. 링 형상이며 내면 및 외면이 링의 축 방향 중 어느 한 방향으로 갈수록 지름이 작아지는 경사면으로 이루어지는 링 바디(100) 및 상기 링 바디(100)의 표면에 마찰 재료로 코팅되어 형성된 마찰층(110)을 포함하는 변속기용 싱크로나이저 링에 있어서,
   상기 경사면은 마찰층(110)을 통해 마찰 대상과 접촉되는 다수의 마찰부(101)와, 상기 다수의 마찰부(101) 사이에서 형성되는 홈부(102)를 포함하며,
   상기 링 바디(100)의 내면에 포함되는 마찰부(101)는 마찰 대상을 마주하는 면의 상기 축 방향 폭이 상기 링 바디(100) 내면의 상기 축 방향 폭과 동일하도록 형성되고, 상기 링 바디(100)의 외면에 포함되는 마찰부(101)는 마찰 대상을 마주하는 면의 상기 축 방향 폭이 상기 링 바디(100)의 외면의 상기 축 방향 폭과 동일하도록 형성되고,
   상기 링 바디(100)의 내면에 포함되는 마찰부(101) 및 상기 링 바디(100)의 외면에 포함되는 마찰부(101) 중 적어도 하나는, 마찰 대상을 마주하는 면에서 상기 축 방향의 어느 한 방향 단부로부터 다른 방향 단부로 갈수록, 그리고 회전 방향 단부로부터 회전 방향의 반대 방향 단부로 갈수록 마찰 대상을 향하여 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마찰 재료는 불소수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 링.
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