KR20010024429A - 슬라이딩 키 및 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬라이딩 키 및 무단변속기에 관한 것으로서, 회전축의 축방향으로 슬라이딩 운동이 가능하고 추종 회전가능하게 슬라이드통을 걸어 맞추는 슬라이딩 키로서, 상기 슬라이딩 키는 금속성형체와 수지체의 일체성형품이며 이것에 의해 고온, 고부하의 사용 환경하에서도 작동 불량이나 작동 불능이 생기지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

슬라이딩 키 및 무단변속기{SLIDING KEY AND CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

슬라이딩 키를 이용한 무단변속기의 풀리 구조로는 회전축과 일체 회전하는 고정 풀리와 슬라이딩 통을 구비한 가동 풀리를 슬라이딩 키에 의해 걸어 맞추는 무단변속기의 풀리 구조가 알려져 있다(일본 특개평 8-219258호 공보).

도 4 및 도 5에 의해 종래의 무단변속기의 풀리 구조를 설명한다. 도 4는 풀리 구조의 축방향 반단면도를, 도 5는 회전축 주요부의 분해 사시도를 각각 나타낸다.

도시를 생략한 엔진에 의해 회전 구동되는 회전축(4)은 베어링(5a, 5b)에 의해 변속기 본체(6)에 지지되어 있다. 회전축(4)에는 일체 형상으로 바깥측으로 돌출하는 고정 풀리(7)가 형성되어 있으며, 또, 회전축(4)의 외부둘레에 형성된 단부(4a)내에는 그 외부둘레에 길이방향으로 긴 구멍형상으로 오목하게 홈부(4b)가 원둘레 방향 등간격으로 형성되어 있다. 이 홈부(4b)에는 슬라이딩 키(1)가 끼워 맞춰지고, 이 슬라이딩 키(1)에 의해 고정풀리(7)에 대해 이접동(離接動) 가능하도록 슬라이딩 운동이 가능한 슬라이딩 통부(8a)를 갖는 가동 풀리(8)가 걸어 맞춰져 있다. 홈부(4b)에 끼워 맞춰지는 슬라이딩 키(1)는 주로 회전 또는 동력 전달용으로서, 또는 축방향의 왕복 운동 기능도 부가 기능으로서 요구된다. 또, 도 4에 있어서, 도면부호 “9”는 고정 풀리(7)와 가동 풀리(8) 사이에 걸려 부착된 V벨트이다.

종래의 슬라이딩 키(1)는 주로 금속류나 마찰계수가 작은 재료로 형성되어 있다. 마찰계수가 작은 재료로서 예를 들면 폴리이미드수지와 폴리테트라플루오로에틸렌수지와 흑연을 혼합한 재료, 또는 폴리에테르에테르케톤수지와 카본파이버 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지를 혼합한 재료등이 사용되고 있다.

그러나, 금속제 슬라이딩 키는 상대 홈이 금속인 경우, 금속끼리의 슬라이딩 운동이 되고, 특히 고온, 고부하의 사용 환경하에서는 금속끼리의 눌어붙음(seizing) 또는 녹에 의해 마찰저항이 커져 작동 불량이나 작동 불능을 일으킬 문제점이 있다. 금속대신에 볼스플라인 구조 등을 이용하면 구조가 복잡해지고 고가가 되는 문제가 있다.

또, 종래의 마찰계수가 작은 수지재료에 의한 슬라이딩 키의 경우에도 고온, 고부하의 사용 환경하에서는 용융, 변형 또는 고마찰 저항이 되어 단시간에 파괴되는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제에 대처하기 위해 이루어진 것으로서, 고온, 고부하의 사용 환경하에서도 작동 불량이나 작동 불능을 일으키지 않는 슬라이딩 키 및 그 슬라이딩 키를 이용한 무단변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 고온 무윤활 등의 특수 환경하에서 사용하는데 적합한 금속 성형체와 수지체의 복합 일체 성형품으로 이루어진 슬라이딩 키 및 그 슬라이딩 키를 이용한 무단변속기에 관한 것이다.

도 1a는 슬라이딩 키 전체의 한 예를 도시한 사시도,

도 1b는 금속 성형체의 사시도,

도 2a는 다른 슬라이딩 키 전체의 한 예를 도시한 사시도,

도 2b는 다른 금속 성형체의 사시도,

도 3a는 슬라이딩 키를 끼워 맞춘 회전축을 도시한 도면,

도 3b는 회전축의 직경 방향 단면도,

도 4는 풀리 구조의 축방향 반단면도,

도 5는 회전축 주요부의 분해 사시도,

도 6은 반복 전단피로시험기를 도시한 도면 및

도 7은 마찰시험기를 도시한 도면이다.

본 발명의 슬라이딩 키는 회전축의 축방향으로 슬라이딩 운동이 가능하고, 또 추종 회전이 가능하게 슬라이딩 통을 걸어 맞추는 슬라이딩 키로서, 상기 슬라이딩 키는 금속성형체와 수지체의 일체성형품인 것을 특징으로 한다.

또, 일체 성형품을 형성하는 수지체는 사출성형이 가능한 수지 조성물인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무단변속기는 외주부의 원둘레 방향으로 적절한 간격을 두고 복수의 홈부가 형성되며, 상기 홈부의 각각에 슬라이딩 키를 끼워 맞춘 회전축과 일체 회전하는 고정 풀리와 상기 슬라이딩 키가 수용되는 원둘레방향의 폭을 갖고 축방향으로 연장된 홈부를 상기 회전축의 외주부의 홈부에 대응시켜 간격을 두고 내주부에 복수 형성한 슬라이드통을 구비한 가동 풀리를 갖고 있으며, 상기 슬라이딩 키는 상술한 슬라이딩 키인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 슬라이딩 키는 금속 성형체와 수지체의 일체 성형품으로 하는 것에 의해 고온, 고부하에서 슬라이딩 운동하는 사용 환경하에서도 작동 불량이나 작동 불능을 일으키는 일이 없다. 또, 특히 수지체를 사출 성형이 가능한 수지 조성물로 하는 것에 의해 복잡한 형상, 구조라도 용이하게 형성할 수 있다. 이때문에 종래의 볼스플라인에 비해 소형 경량화, 저비용화가 가능해진다.

본 발명의 무단변속기는 상술한 슬라이딩 키를 이용하기 때문에 구조가 간단하고 무윤활 분위기에서 원활한 작동 성능을 갖는 무단변속기를 얻을 수 있다.

본 발명의 슬라이딩 키를 도 1a 내지 도 2b에 의해 설명한다. 도 1a 및 도 2a는 슬라이딩 키 전체의 사시도, 도 1b 및 도 2b는 금속성형체의 사시도를 각각 나타낸다.

슬라이딩 키(1)는 금속성형체(2)와 수지체(3)로 이루어져 있으며, 그 수지체(3)는 금속 성형체(2)와 일체 성형에 의해 형성되어 있다.

슬라이딩 키(1)의 형상은 후술하는 도 3에 도시한다. 회전축의 단부(4a)의 외부둘레에 형성된 홈부(4b)에 끼워 맞출 수 있고, 축방향 부하에 대해 어긋나지 않는 형상이라면 좋다. 또, 홈부(4b)에 끼워 맞추는 부위가 금속 성형체(2)가 되고, 슬라이드통부(8a)의 내부 둘레 홈부와 슬라이딩 운동하는 부위가 수지체(3)가 되는 형상이 바람직하다. 끼워 맞추는 부위를 금속 성형체(2)로 하는 것에 의해 슬라이딩 키(1)의 끼워 맞추는 힘이 향상되고, 슬라이딩 부위를 수지체(3)로 하는 것에 의해 슬라이드 통부(8a)와 회전축(4)의 슬라이딩 운동성이 향상된다.

금속 성형체(2)는 기계 가공품, 단조품, 로스트왁스품, 소결 금속품, 메탈인젝션품 등을 사용할 수 있다. 이중에서도 강도 신뢰성, 비용면에서 로스트왁스품이 바람직하다. 또, 표면의 녹을 방지하기 위해 도금 등의 표면 처리를 하는 것이 바람직하다.

금속 성형체(2)의 형상은 일체 성형했을 때 수지체(3)와 금속 성형체(2)가 무단변속기 작동중에 분리되지 않는 형상이 바람직하다. 구체적으로 예를 들면 도 1b 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 금속 성형체(2)에 홈(2a)이나 관통구멍(2b)을 설치한다. 상기 홈(2a) 및 관통구멍(2b)에 의해 일체 성형시에 수지체(3)가 상기 홈(2a) 및 관통구멍(2b)에 충전되어 수지 성형물과 금속의 복합체가 되기 때문에 본 발명의 슬라이딩 키(1)는 접착제 등을 이용하지 않고 강고한 일체 성형품이 된다. 또, 11을 라운드로 하여 수지를 흐르기 쉽게 하고 있다.

수지체(3)를 형성하는 수지 조성물은 금속 성형체(2)와 일체 성형할 수 있는 수지 조성물이면 사용할 수 있고, 그 성형 방법도 사출 성형, 압축 성형, 트랜스퍼 성형 등을 이용할 수 있다. 이중에서 사출성형할 수 있는 수지 조성물이 바람직하다. 금속 성형체(2)가 복잡한 형상이라도 용이하게 일체 성형할 수 있기 때문이다.

사출 성형할 수 있는 수지 성분으로는 열가소성 폴리이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤수지 및 폴리에테르케톤수지 등의 폴리에테르케톤계 수지, 폴리아세탈수지, 폴리아미드수지, 폴리에틸렌수지, 폴리아미드이미드수지, 폴리에테르니트릴수지, 방향족 폴리에스테르수지, 폴리페닐렌설파이드수지 등을 예시할 수 있다. 이것들은 단독으로도 2종류 이상의 수지로 이루어진 폴리머알로이나 폴리머블랜드로도 사용할 수 있다.

이중에서도 기계적 강도 및 슬라이딩 운동성이 우수한 슬라이딩 키를 얻을 수 있는 열가소성 폴리이미드수지, 폴리에테르케톤계 수지를 주성분으로 하는 수지가 바람직하다.

열가소성 폴리이미드수지는 하기 화학식 1에 나타내는 바와 같이 분자 구조의 반복 단위중에 열적 특성, 기계적 강도 등이 우수한 이미드기가 방향족기를 둘러싸면서도 열 등의 에너지가 가해지는 것에 의해 적절한 용융 특성을 나타내는 에테르 결합 부분을 복수개 갖는 구조의 이미드계 수지가 좋고, 기계적 특성, 강성, 내열성, 사출 성형성을 만족시키기위해 에테르 결합부를 반복 단위중에 2개 갖는 열가소성 폴리이미드 수지가 바람직하다.

(상기 화학식 1중, X는 직결 또는 탄소수 1∼10의 탄화수소기, 육불소화된 이소프로필리덴기, 카르보닐기, 티오기 및 설폰기로 이루어진 군에서 선택된 기를 나타내며, R1∼R4는 수소, 저급알킬기(바람직하게는 탄소수 1∼5), 저급 알콕시기(바람직하게는 탄소수 1∼5), 염소 또는 브롬을 나타내며, 서로 동일해도 달라도 좋다. Y는 탄소수 2이상의 지방족기, 고리식 지방족기, 단일 고리식 방향족기, 축합 다중 고리식 방향족기, 방향족기가 직결 또는 가교기에 의해 서로 연결된 비축합 다중 고리식 방향족기로 이루어진 군에서 선택된 4가의 기를 나타낸다.)

이와 같은 열가소성 폴리이미드수지로는 상기 화학식 1의 R1∼R4가 모두 수소인 미츠이도우아츠카가쿠샤제(三井東壓化學社製)의 상품명 오람(AURUM) 등을 예로 들 수 있다.

폴리에테르케톤계 수지는 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 갖는 수지 또는

이와 같은 반복 단위와 함께 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 폴리에테르케톤계 수지 본래의 특성이 손상되지 않을 정도로 공존시키는 수지를 말한다.)

이와 같은 폴리에테르케톤계 수지의 시판품으로는 PEEK150P(빅트렉스(VICTREX)사, 상품명), PEK220G(ICI사, 상품명), UltrapekA2000(BASF사, 상품명) 등을 예로 들 수 있다.

수지체(3)를 구성하는 수지 조성물로는 테트라플루오로에틸렌수지, 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 불화흑연, 질화붕소, 질화규소 등의 고체 윤활제, 유리섬유, 카본섬유, 위스커류 등의 보강재, 탄산칼슘, 클레이(clay), 마이카 등의 각종 충전재 등을 배합할 수 있다.

본 발명에 따른 사출 성형방법은 금속 성형체(2)가 배치된 금형내에 수지 조성물을 사출 충전하여 얻어진다. 금속 성형체(2)의 형상에 따라서는 1점 게이트방식 또는 다점 게이트 방식을 채용할 수 있다. 예를 들면 도 1a 및 도 1b에 도시한 슬라이딩 키는 2점 게이트 방식을 이용하는 것이 바람직하고, 도 2a 및 도 2b에 도시한 슬라이딩 키는 1점 게이트방식이라도 일체 성형할 수 있다.

본 발명의 무단변속기는 상술한 슬라이딩 키를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 슬라이딩 키의 사용 상태를 도 3a 및 도 3b에 도시한다. 도 3a 및 도 3b는 슬라이딩 키를 끼워 맞춘 회전축을 나타내는 도면이며, 도 3a는 회전축의 단부(4a)의 사시도, 도 3b는 슬라이딩 키를 끼워맞췄을 때의 단면도를 각각 나타낸다.

도 3a에 있어서, 회전축의 외부둘레에 형성된 단부(4a)내에는 그 외부둘레에 길이방향으로 긴 구멍형상으로 오목하게 홈부(4b)가 형성되어 있다. 홈부(4b)는 적어도 한군데, 바람직하게는 원둘레 방향 등간격으로 여러군데 형성하는 것이 바람직하다. 이 홈부(4b)에 슬라이딩 키(1)가 끼워 맞춰지고, 슬라이딩 통부를 슬라이딩 운동 가능하게 걸어 맞추고 있다(도 3b).

또, 본 발명의 무단변속기는 슬라이딩 키를 제외한 다른 구성요소는 도 4에 도시한 종래의 구성 요소로 할 수 있다.

(실시예 1∼실시예 4 및 비교예 1∼비교예 2)

수지 조성물로서 열가소성 폴리이미드수지 조성물(베어리P15010:NTN정밀수지제 상품명) 및 폴리에테르케톤계 수지 조성물(베어리PK5900:NTN정밀수지제 상품명)을, 금속 성형체로서 기계 가공품의 표면에 도금 처리한 도 1b 및 도 2b에 도시한 형상의 것을 각각 준비했다.

금형의 캐비티내에 금속성형체를 배치하고, 사출성형조건(열가소성 폴리이미드수지 조성물:압력;255MPa, 온도;410℃, 폴리에테르케톤계 수지조성물:압력;255MPa, 온도;380℃)으로 사출 성형하여 도 1a 및 도 2a에 도시한 형상의 금속 성형체와 수지체의 복합 일체 성형품인 슬라이딩 키를 얻었다.

또, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 이 수지제 슬라이딩 키는 축(4a)에 설치된 긴 원형의 홈(4b)에 끼우기 위해 축방향 양단을 그 홈(4b)과 동일 형상으로 하고, 축방향 부하에 대해 어긋나지 않도록 설정했다.

얻어진 슬라이딩 키의 평가를 반복 전단 피로 시험 및 마찰시험에 의한 마찰계수 측정에 의해 실시하였다. 반복 전단피로시험(도 6) 및 마찰시험(도 7)은 NTN법에 의해 실시하였다. 평가결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또, 비교예 1 및 비교예 2는 열가소성 폴리이미드수지 조성물 단일체 및 폴리에테르케톤계 수지 조성물 단일체를 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 얻은 슬라이딩 키를 평가한 결과이다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼실시예 4의 슬라이딩 키는 수지조성물 단체의 슬라이딩 키에 비해 3배 이상의 전단 피로 특성을 나타내며, 마찰계수는 동등했다.

또, 실시예 1 및 실시예 3의 슬라이딩 키를 이용하여 도 4에 도시한 무단변속기를 조립한 바, 온도 약 110℃, 하중 약 250kgf, 슬라이딩운동 속도 1.3mm/sec의 사용 환경하에서 눌어붙음이나 파괴를 일으키는 일이 없었다.

본 발명의 슬라이딩 키는 금속성형체와 수지체의 복합 일체 성형품이기 때문에 고온, 고부하의 사용 환경하에서 사용해도 눌어붙음이나 파괴를 일으키는 일이 없다.

또, 수지체가 사출성형 가능한 수지조성물로 이루어지기 때문에 복잡한 형상의 금속 성형체와 용이하게 복합 일체 성형할 수 있다. 그 결과, 기계적 특성이 우수하고, 저비용의 슬라이딩 키를 얻을 수 있다.

본 발명의 무단변속기는 상술한 슬라이딩 키를 사용하기 때문에 간단한 구조가 가능해지고, 소형 경량으로 저비용의 무단변속기를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 회전축의 축방향으로 슬라이딩 운동이 가능하고 추종 회전 가능하게 슬라이드통을 걸어 맞추는 슬라이딩 키에 있어서,

   상기 슬라이딩 키는 금속 성형체와 수지체의 복합 일체 성형품인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 키.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수지체는 사출성형 가능한 수지조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬라이딩 키.
3. 외주부의 원둘레 방향으로 적절한 간격을 두고 복수의 홈부가 형성되고, 이 홈부의 각각에 슬라이딩 키를 걸어 맞춘 회전축과 일체 회전하는 고정 풀리와, 상기 슬라이딩 키가 수용되는 원둘레 방향의 폭을 갖고 축방향으로 연장된 홈부를 상기 회전축의 외주부의 홈부에 대응시켜 간격을 두고 내주부에 복수 형성한 슬라이드통을 구비한 가동 풀리를 갖는 무단변속기에 있어서,

   상기 슬라이딩 키는 청구항 1에 기재된 슬라이딩 키인 것을 특징으로 하는 무단변속기.