KR20040039801A - 감속기어용 블랭크, 이를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감속기어용 블랭크와 이를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 금속제 바아를 소정의 길이로 절단하는 단계와; 상기 절단된 금속제 바아의 내부를 소정의 내경을 갖도록 드릴링하여 금속제 코어를 제조하는 단계와; 제조된 금속제 코어의 외면을 널링가공하는 단계와; 금속제 코어를 성형 몰드 내에 장착한 후, 성형 몰드 내에서 금속제 코어의 외주부에 MC 나일론 튜브를 캐스팅하는 단계와; 캐스팅이 완료된 MC 나일론 튜브의 외주부에 고주파를 가하는 고주파 웰딩단계와; 금속제 코어의 단부로부터 돌출된 MC 나일론 튜브를 제거하는 트리밍 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명은 바닥면에 상기 금속제 코어의 하단을 지지하는 코어 지지부가 형성된 내부 공간을 가지며, 가열수단이 내장된 몰드 몸체와; 각각 진공펌프 및 질소탱크와 연결되는 밸브를 포함하는 몰드 덮개와; 상기 가열수단 및 밸브를 조작하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지며, 상기 코어 지지부는 내부 공간의 바닥면으로부터 돌출되어 있으며 금속제 코어의 외경보다 작은 직경을 갖는다.

본 발명은 또한, 감속기어용 블랭크의 표면에 고주파를 조사하는 고주파 조사부와, 감속기어용 블랭크를 지지하기 위한 지지대와, 기기의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

감속기어용 블랭크, 이를 제조하기 위한 방법 및 장치{A reduction gear blank, and the production method and apparatus thereof}

본 발명은 감속기어용 블랭크와 이를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 파워 스티어링에 장착되어 모터에서 발생한 동력을 스티어링 컬럼에 전달하는 감속기어를 제조하기 위한 반제품인 감속기어용 블랭크와 이를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

전동식 파워 스티어링은 운전자의 스티어링 휠 조작력을 보조하기 위한 것으로서, 종래의 유압식 파워 스티어링이 유압에 의하는 것과는 달리 모터에 의해 동력을 생산한 후 이를 스티어링 컬럼에 전달하여 운전자의 스티어링 휠 조작력을 보조하는 것으로서, 엔진이 정지해 있을 때에도 차량에 탑재된 배터리에 의해 조작이 가능할 뿐만 아니라 토크 센서 등의 사용을 통해 차량의 속도에 감응하여 조작력을 변경하는 속도 감응식 파워 스티어링 장치를 용이하게 구현할 수 있는 장점으로 인해 최근 그 사용빈도가 증가하고 있는 추세이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 전동식 파워 스티어링 장치가 도시되어 있는 데, 스티어링 컬럼(10)의 하단부에 피니언 기어(11)가 위치하며, 상기 피니언 기어(11)는 차축(20)에 형성된 랙(21)에 치합되어 있다. 도 1에 도시된 장치는 운전자가 스티어링 휠을 회전시키면 그에 따라 차축(20)이 이동하면서 차륜을 회전시키는 통상적인 스티어링 장치로서, 상기 피니언 기어(11)의 하단에는 감속기어(30)가 스티어링 컬럼(10)에 고정된 상태로 장착되어 있다.

감속기어(30)의 외주에는 웜 기어(31)가 치합되어 있고, 상기 웜 기어(31)는 모터(32)의 회전축에 형성되어 있어, 모터(32)의 회전에 의해 웜 기어(31)가 회전하게 되고, 웜 기어(31)의 회전은 감속기어(30)에 소정의 감속비로 전달되어 운전자의 스티어링 휠 조작력을 보조할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 감속기어(30)는 용도의 특성 상 운전 중에 지속적으로 정회전 및 역회전을 반복하게 되는 데, 감속기어(30)의 이와 웜 기어(31)의 이 사이의 간극, 즉 백래쉬량이 클 경우 양 기어가 서로 충돌할 때 나는 소음, 즉 백래쉬 소음이 증가하게 되므로 감속기어(30)의 이는 매우 높은 정밀도록 가공되어야 하여야 한다. 또한, 백래쉬 소음의 감소를 위해 감속기어의 이 부분은 금속이 아닌 수지제품으로 제작하게 된다.

이를 통해, 보다 정밀한 기어 가공이 가능할 뿐만 아니라 백래쉬 소음의 경감이 가능하기 때문에, 일반적으로 전동식 파워 스티어링에 장착되는 감속기어는 내부에 위치하는 금속제 코어와 그 외부에 위치하는 수지제 기어부분으로 구성되고 있다.

상기 감속기어의 제조시에 있어서, 생산성의 향상을 위해 감속기어를 하나씩 제조하는 것이 아니라 원 기둥형태의 감속기어용 블랭크를 제조한 후 이를 축 방향에 수직한 방향으로 슬라이스한 후 그 외주면을 기어가공한다. 사출방식으로 기어의 이를 제작하는 것도 고려해 볼 수 있지만, 상술한 바와 같이 백래쉬 소음 감소를 위해서는 상당한 정도의 치수정밀도로 기어의 이를 가공해야 하기 때문에 사출방식의 제조방법은 적합하지 않다.

종래의 감속기어용 블랭크를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 금속제 코어의 제조방법에 대해 설명한다. 금속제 코어는 인발가공된 소정의 두께를 갖는 금속제 바아를 소정의 길이로 절단한 후, 소정의 내경을 갖도록 드릴링하여 완성한다. 도 2를 참조하면 드릴링이 완료된 금속제 코어가 나타나 있다. 그 후, 도 3과 같이 접착성을 높이기 위해서 금속제 코어의 외면에 널링가공을 행한 다음 널링가공된 표면을 세척한 후 접착조제(coupling agent)를 도포한다.

감속기어용 블랭크의 수지로는 모노머 캐스팅 나일론(Monomer Casting Nylon, 이하, 'MC 나일론'이라 한다)을 사용하는데, MC 나일론은 결정화도가 매우 높으며 인장강도 및 내마모성이 뛰어나므로 감속기어용으로 적합한 소재이다. MC 나일론은 나일론용 모노머, 촉매 및 중합개시제 등을 혼합하여 몰드내에서 캐스팅하는 방법에 의해 원하는 형상을 제조할 수 있다.

따라서, MC 나일론을 도 4에 도시된 바와 같이, 튜브형태로 제작한 후 기계가공을 하여 내부를 매끄럽게 가공하고 상기 금속제 코어와 동일한 길이를 갖도록 가공한다. 가공이 완료된 MC 나일론 튜브를 가열하여 팽창시킨 다음에 미리 제조하여 둔 금속제 코어를 MC 나일론 튜브의 내부로 삽입한다. 이때, MC 나일론 튜브의 내경은 금속제 코어의 외경보다 약간 작게 가공하여 억지끼워맞춤되도록 한다.

그 후, 금속제 코어와 MC 나일론 튜브의 조립체, 즉 감속기어용 블랭크에 고주파 웰딩처리를 행한다. 감속기어용 블랭크에 고주파를 조사하여 가열하면 금속제 코어와 MC 나일론 튜브의 접합면 부분의 MC 나일론 소재가 융해되게 되고, 고주파의 조사를 정지시키면 응고되어 금속제 코어와 MC 나일론 튜브가 단단하게 부착되게 된다.

고주파 웰딩 처리를 통해서, 금속제 코어의 널링가공된 면과 MC 나일론 튜브가 보다 치밀하게 부착될 수 있을 뿐만 아니라, 억지끼워맞춤과정 중에서 MC 나일론 튜브의 내면에 생기는 잔류응력을 해소하게 되므로 접착성이 보다 향상되도록 하는 것이다.

이렇게 제작이 완료된 감속기어용 블랭크는 축방향에 수직한 방향으로 소정의 두께를 갖도록 슬라이스한 후 외주면에 기어가공을 하여 감속기어의 제작을 완료하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 제조방법은 다음과 같은 단점을 갖고 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 제조방법은 많은 공정을 거칠뿐만 아니라 각각의공정이 모두 별도의 장치에 의해 이루어지기 때문에 제조 중에 소재의 이동이 많아지므로 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 즉, 몰드 내에서 MC 나일론 튜브를 제조한 후 이를 기계가공용 장치로 옮긴 후 내경을 다듬고 다시 금속제 코어와 삽입하는 공정을 거치기 때문에 필연적으로 MC 나일론 튜브의 이동이 증가할 수 밖에 없다. 많은 공정으로 인한 생산시간의 증가로 인해 단위시간당 생산량이 그만큼 줄어들게 된다.

또한, 고주파 웰딩이 완료된 후 MC 나일론 튜브가 냉각되면서 수축하게 되는데, 이로 인해서 감속기어용 블랭크의 양단부에서는 MC 나일론 튜브와 금속제 코어간의 결합강도가 떨어질 뿐만 아니라 심한 경우에는 서로 분리되어 간극이 생길 수도 있어, 통상적으로는 양단부에서 일정거리 내에 있는 부분은 사용하지 않고 있다. 이로 인해 하나의 블랭크에서 제조할 수 있는 감속기어의 수가 적을뿐만 아니라 제조원가도 상승하게 되는 문제점이 있다.

또한, MC 나일론 튜브는 수분이 흡수되는 경우 변형이 생길 우려가 있으므로 수분과의 접촉을 최소화하여야 하나, 상기와 같이 많은 공정을 거치게 되면 수분에 노출되는 횟수가 증가할 수 밖에 없으므로 방습처리에 드는 비용이 증가할 뿐만 아니라 불량률이 높아지며, 제품의 신뢰성도 저하되는 문제점이 있다.

고주파 웰딩시에도 억지끼워맞춤으로 인해 MC 나일론 튜브의 내면은 상당히 거친 상태가 되므로 이를 치밀하게 금속제 코어의 표면에 밀착시키기 위해서는 비교적 장시간 동안 고주파 웰딩처리를 해야한다. 이로 인해 MC 나일론 튜브의 온도가 지나치게 상승하여 MC 나일론 튜브 내에 기포가 생길 위험이 증가하게 되는데,MC 나일론 튜브 내에 기포가 존재하게 되면 접착성의 저하를 유발할 뿐만 아니라 피로파괴강도를 저하시키게 된다. 즉, 상기 기포가 크랙의 시발점이 될 수 있는 것이다.

또한, 널링 가공시에 널링 깊이가 커질수록 MC 나일론 튜브와 금속제 코어와의 접착강도는 향상되지만, 억지끼워맞춤에 의하게 되므로 널링 가공 깊이의 제한이 존재한다. 즉, 널링 가공 깊이가 지나치게 크게 되면 MC 나일가 튜브를 끼워넣을 때 더 큰 힘이 필요하게 되므로 MC 나일론 튜브에 변형이 생길 우려가 있을 뿐만 아니라, 고주파 웰딩에 의해 금속제 코어의 표면에 밀착시키려면 더욱 높은 온도로 가열해야 한다. 그러나, 상술한 바와 같이 MC 나일론 튜브의 온도가 지나치게 상승하면 MC 나일론 튜브 내에 기포가 생길 위험이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, MC 나일론 튜브의 내면을 가공하거나, MC 나일론 튜브에 금속제 코어를 끼워넣는 공정이 불필요한 감속기어용 블랭크의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 상기 감속기어용 블랭크의 제조방법에 의해 제조된 감속기어용 블랭크를 제공하는 것을 다른 목적으로 하고 있다.

본 발명은 또한, 상기 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 하고 있다.

도 1은 일반적인 전동식 조향장치의 일부를 도시한 사시도이다.

도 2는 일반적인 감속기어용 블랭크를 나타낸 사진이다.

도 3은 일반적인 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 공정에서 널링가공 전의 철심을 나타낸 사진이다.

도 4는 일반적인 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 공정에서 널링가공이 완료된 철심을 나타낸 사진이다.

도 5는 일반적인 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 공정에서 성형이 완료된 MC 나일론 튜브를 나타낸 사진이다.

도 6은 본 발명에 따른 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 공정을 도시한 흐름도이다.

도 7 내지 도 9는 각각 몰드 공정이 끝난 후의 감속기어용 블랭크의 외형, 하단부 및 상단부를 나타낸 사진이다.

도 10 내지 도 12는 각각 고주파 웰딩이 끝난 후의 감속기어용 블랭크의 외형, 하단부 및 상단부를 나타낸 사진이다.

도 13은 고주파 웰딩이 끝난 후의 감속기어용 블랭크의 단면을 나타낸 사진이다.

도 14는 본 발명에 따른 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 몰드의 외형을 도시한 사시도이다.

도 15는 도 14에 도시된 몰드의 덮개를 도시한 사시도이다.

도 16은 도 14에 도시된 몰드의 내부 단면도이다.

도 17은 도 14에 도시된 몰드의 내부에 설치되는 상부 고정구의 사시도이다.

도 18은 본 발명에 따른 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 고주파 웰딩기의 외형을 도시한 사시도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속제 바아를 소정의 길이로 절단하는 단계와; 상기 절단된 금속제 바아의 내부를 소정의 내경을 갖도록 드릴링하여 금속제 코어를 제조하는 단계와; 제조된 금속제 코어의 외면을 널링가공하는 단계와; 금속제 코어를 성형 몰드 내에 장착한 후, 성형 몰드 내에서 금속제 코어의 외주부에 MC 나일론 튜브를 캐스팅하는 단계와; 캐스팅이 완료된 MC 나일론 튜브의 외주부에 고주파를 가하는 고주파 웰딩단계와; 금속제 코어의 단부로부터 돌출된 MC 나일론 튜브를 제거하는 트리밍 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명에 의한 감속기어용 블랭크를 제조하는 방법은 MC 나일론 튜브를 별도로 제작한 후 금속제 코어에 끼워넣는 것이 아니라 성형 몰드 내에서 금속제 코어의 외주면에 직접 MC 나일론 튜브를 캐스팅함으로써 종래의 방법에 비해 제조공정을 단축시키는 것을 특징으로 하고 있는 것이다. 따라서, 제조시간을 단축하고 생산성을 향상시킬 수 있을뿐만 아니라 MC 나일론 튜브가 공기 중에 노출되는 시간을 최소화할 수 있으므로 수분흡수에 의한 변형을 최소화할 수 있다.

또한, 널링가공의 깊이를 크게 할수록 MC 나일론 튜브의 접착성을 향상시킬 수 있는데, 종래와 같이 억지끼워맞춤에 의할 경우에는 널링 깊이에 제한이 있으나, 본 발명에 의한 방법으로 제조하게 되면 종래에 비해서 널링 깊이를 더욱 크게 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 MC 나일론 튜브를 캐스팅하는 단계는, 성형 몰드 내에 MC 나일론 원료를 투입하는 단계와; 성형 몰드 내부를 -550mmHg 내지 -450mmHg의 압력에서 5초 이상 진공 분위기로 하는 단계와; 성형 몰드 내부를 0.75 내지 3.0Bar의 압력에서 MC 나일론 원료를 중합시키는 단계로 이루어지는 것이 좋다.

MC 나일론 튜브를 성형 몰드 내에서 중합시키는 과정에서 MC 나일론 튜브내에 기포가 발생하는 경우는 상술한 바와 같은 문제가 생기므로, 중합 반응 전에 이미 발생된 기포를 제거하고 중합시의 몰드 내의 압력을 높이면 기포발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 중합 전에 성형 몰드 내부를 -550mmHg 내지 -450mmHg의 압력에서 5초 이상 진공 분위기로 한다. 그러면, MC 나일론 원료를 투입하는 과정에서 발생된 기포가 팽창한 후 부력에 의해 상승하여 MC 나일론 원료의 외부로 배출되게 된다.

이때, 진공도가 낮을 수록 기포 배출성이 높아지나, 진공도가 낮은 경우 MC 나일론 원료 자체의 비등현상이 발생하므로 도달할 수 있는 압력의 하한은 -550mmHg인 것이 좋다. 또한, 압력이 -450mmHg 이상인 경우에는 기포 배출성이 지나치게 저하하므로 압력의 상한은 -450mmHg로 한다. 또한, 진공분위기에 두는 시간이 5초 미만이면 기포의 제거가 충분하지 않으므로 하한을 5초로 하는 것이 좋다.

또한, 성형 몰드 내부의 압력을 높이면 추가적으로 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, MC 나일론 원료가 금속제 코어의 표면에 보다 밀착한 상태로 부착될 수 있으므로 성형 몰드 내부를 0.75 내지 3.0Bar의 압력이 되도록 유지한 상태에서 중합을 실시한다. 압력이 0.75Bar 미만이면 기포의 발생을 억제하는데 충분하지 않고. 3.0Bar를 초과하는 경우 성형 몰드의 밀폐성의 문제가 발생하므로 성형 몰드 내부의 압력은 0.75 내지 3.0Bar로 한다.

바람직하게는, 상기 가압공정은 질소가스를 성형 몰드 내에 충전시켜서 가압하는 것이 좋다. 성형 몰드 내에 충전되는 가스는 중합과정에서 MC 나일론의 산화를 방지하고 흡습을 방지할 수 있어야 하는 데, 이러한 역할을 하는 기체는 여러가지가 있으나 질소가스는 기타의 기체에 비해서 저렴할 뿐만 아니라 안전하므로 질소가스를 사용하는 것이 좋다.

또한, 바람직하게는 상기 MC 나일론 원료를 중합시키는 단계는 상기 성형 몰드 내부에서 부분적으로 중합시킨 후 성형 몰드에서 꺼내어 가열오븐 내에서 중합을 완료하는 것이 좋다. 통상적으로 MC 나일론 원료를 완전히 중합시키는 데에는 상당한 시간이 소모되는데 모든 중합과정을 성형 몰드 내에서 완료하게 되는 경우, 생산수량을 맞추기 위해서는 상당수의 성형 몰드를 마련해야 하므로 설비비의 증가가 따르게 된다.

그러므로, 성형 몰드 내에서는 MC 나일론 원료가 형태를 유지할 수 있는 정도로만 짧은 시간 동안 1차 중합을 하고, 이를 꺼내어 전기 오븐과 같은 가열오븐 내에서 다수 개의 감속기어용 블랭크에 대해서 중합을 완료하는 것이 보다 효율적이다. 중합시간 및 중합온도는 MC 나일론 원료의 배합비율 및 성형 몰드 내부의 부피에 따라 차이가 있으나 이는 당업자에게 잘 알려져 있는 것이므로 구체적인 수치에 대해 한정하지는 않는다.

바람직하게는, 상기 고주파 웰딩 단계의 전후에 있어서, 중합된 MC 나일론튜브 내의 잔류응력을 해소하기 위한 어닐링을 실시하는 것이 좋다. 즉, 상기 중합과정은 상온에 비해서 높은 온도에서 진행되며, 고주파 웰딩 과정에 있어서도 웰딩 대상인 감속기어용 블랭크가 상온 보다 높은 온도로 가열되게 된다. 이때, 감속기어용 블랭크를 상온에서 냉각시키면 MC 나일론 튜브의 표면에서의 냉각 속도와 내부에서의 냉각 속도 차이로 인해 균열 또는 변형이 발생될 수 있으며, MC 나일론의 수축률과 금속제 코어의 수축률 차이로 인해서 역시 균열 또는 변형이 발생될 수 있으므로 어닐링을 실시하는 것이 좋다.

어닐링 시의 조건은 역시 MC 나일론 원료의 배합비율 및 감속기어용 블랭크의 크기 등에 따라 다르나, 일반적으로 어닐링 온도 및 시간이 길어질수록 밀도 및 결정화도가 증가하는 경향이 있다. 밀도 및 결정화도가 낮은 경우에는 충격강도는 향상되지만, 인장강도, 탄성률, 경도, 치수안정성, 내마모성 및 내흡습성 등이 저하되며, 반대로 밀도 및 결정화도가 높은 경우에는 이와 반대의 경향을 나타낸다.

따라서, 요구되는 특성에 맞춰서 온도 및 시간을 선택할 수 있다.

바람직하게는, 상기 MC 나일론 튜브의 길이는 상기 금속제 코어의 길이보다 길며 MC 나일론 튜브의 양단의 내경은 상기 금속제 코어의 양단의 외경보다 작은 것이 좋다. 즉, MC 나일론 튜브의 양단은 금속제 코어의 양단부의 외주부의 일부를 덮게 된다.

고주파 웰딩이 끝난 감속기어용 블랭크는 상온으로 냉각되면서 수축하게 되는데, 상기와 같은 구성에 의하면 양단부의 MC 나일론 튜브는 금속제 코어의 양단면 쪽으로 수축되면서 보다 밀착되게 된다. 이를 통해서, 감속기어용 블랭크의 양단부에 있어서 MC 나일론 튜브와 금속제 코어가 서로 벌어지는 것을 방지할 수 있으며, 감속기어용 블랭크의 양단부를 모두 제품화할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 바닥면에 상기 금속제 코어의 하단을 지지하는 코어 지지부가 형성된 내부 공간을 가지며, 가열수단이 내장된 몰드 몸체와; 각각 진공펌프 및 질소탱크와 연결되는 밸브를 포함하는 몰드 덮개와; 상기 가열수단 및 밸브를 조작하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지며, 상기 코어 지지부는 내부 공간의 바닥면으로부터 돌출되어 있으며 금속제 코어의 외경보다 작은 직경을 갖는 것을 다른 특징으로 하고 있다.

상기 구성은 금속제 코어의 외주면에 MC 나일론 튜브를 중합시키기 위한 것으로서, 진공펌프와 연결된 밸브를 통해 상기 내부 공간의 진공도를 조절할 수 있으며 질소탱크와 연결된 밸브를 통해 상기 내부 공간을 질소 가스로 충전시킬 수 있다. 또한, 상기 코어 지지부는 내부 공간의 바닥면으로부터 돌출되어 있으며 금속제 코어의 외경보다 작은 직경을 가지므로, 코어 지지부에 금속제 코어를 올려두면 금속제 코어의 하단부는 내부 공간의 바닥면과 이격된 상태로 위치하게 되어, 중합이 완료되면 금속제 코어의 하단면의 일부를 MC 나일론이 덮고 있게 된다.

바람직하게는, 상기 코어 지지부의 표면에는 몰드 몸체의 상단을 향하여 돌출된 원뿔형의 중심 고정구가 형성되는 것이 좋다. 상기 중심 고정구를 금속제 코어의 내부에 삽입하게 되면 보다 용이하게 금속제 코어를 내부 공간의 중심에 위치시킬 수 있다.

또한, 원뿔대 형상의 몸체와 상기 몰드 덮개의 하부에 접촉하는 다리를 가지며, 상기 몰드 덮개와 상기 금속제 코어의 상단면 사이에 개재되어 금속제 코어를 고정하기 위한 상부 고정구를 추가적으로 포함하며, 상기 상부 고정구가 금속제 코어측과 마주하는 면의 외경은 상기 금속제 코어의 외경보다 작은 것이 좋다.

이를 통해서, 상기 금속제 코어가 상기 내부 공간 내에서 보다 견고하게 고정될 수 있을 뿐만 아니라, 금속제 코어의 상단면에 있어서도, MC 나일론이 금속제 코어의 상단면의 외주부 일부를 덮을 수 있도록 중합된다.

본 발명은 또한, 감속기어용 블랭크의 표면에 고주파를 조사하는 고주파 조사부와, 감속기어용 블랭크를 지지하기 위한 지지대와, 기기의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 하고 있다.

바람직하게는, 상기 지지대를 상하로 이동시키기 위한 구동수단을 추가적으로 포함하며, 상기 고주파 조사부는 링 형태를 가지며, 상기 제어부는 감속기어용 블랭크의 표면을 원하는 온도로 균일하게 가열할 수 있는 지지대의 이동속도에 관한 데이터를 저장하기 위한 저장수단을 추가적으로 포함하여 저장된 데이터에 따라서 상기 구동수단을 작동시키도록 구성되는 것이 좋다.

상기 구성에 의하면, 지지대에 감속기어용 블랭크를 올린 상태에서 구동수단을 이용하여 지지대를 상하로 이동하면서 블랭크의 표면에 고르게 고주파를 조사할 수 있다. 즉, MC 나일론 튜브와 금속제 코어가 고르게 밀착하도록 하기 위해서는 금속제 코어 외주부의 온도가 400℃ 정도가 되도록 가열해야 하는 데 블랭크 표면 전체에 걸쳐서 일정한 양으로 고주파를 조사하는 경우에는 금속제 코어의 온도가부위별로 달라지기 때문에 양호한 접착력을 기대하기 어렵다.

금속제 코어의 양단부에서는 보다 많은 양의 고주파를 조사하여야 하며, 중앙부에서는 적은 양의 고주파를 조사하여야 전체적으로 균일한 온도분포를 보일 수 있으므로, 양단부 구간에서는 상기 지지대를 천천히 이동시키고 중심부에서는 빠르게 이동시킴으로써 고른 온도분포를 보일 수 있다. 이는 블랭크의 크기 및 재질에 따라서 차이가 있는 것이므로, 사전에 수차례의 실험을 걸쳐서 최적의 이동속도를 산출할 수 있으므로 이러한 내용을 데이터화하여 상기 저장수단 내에 저장하여 두면, 상기 제어부는 저장된 내용에 따라서 고주파 웰딩을 실시할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 감속기어용 블랭크의 제조방법, 성형 몰드 및 고주파 웰딩기의 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 6을 참조하면, 금속제 코어를 제조하기 위해 먼저 소정의 직경을 갖는 금속 바아를 원하는 길이로 절단한 후 드릴링을 통해 내경을 가공한다. 그 후 널링하여 표면에 요철을 부여하는데 이때 널링의 깊이는 약 2.4mm까지 가능하다. 널링 깊이가 클수록 접착력을 증가하나 고주파 웰딩 가공시에 더욱 높은 온도까지 가열해야 하므로 MC 나일론 튜브 내에 기포가 생길 우려가 있다.

널링 가공이 끝난 금속제 코어의 표면을 초음파 세척하여 이물질을 제거한 후, 접착조제를 도포한다. 금속제 코어에 도포되는 접착조제는 본 발명 이전에 사용하던 통상적인 접착조제를 사용할 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

접착조제가 건조되면 금속제 코어를 성형 몰드 내에 장착한다. 성형 몰드내로의 장착방법 및 과정은 후술할 성형 몰드의 실시예와 함께 설명하도록 한다. 금속제 코어의 장착이 완료되면 미리 준비한 MC 나일론 원료를 성형 몰드 내에 주입한다. 그 후 성형 몰드의 덮개를 덮은 후 성형 몰드 덮개에 형성된 진공밸브를 통해서 성형 몰드 내의 공기를 빼내어 진공 분위기를 조성한다.

이때, 성형 몰드 내의 진공도는 상술한 바와 같이 -550mmHg 내지 -450mmHg로 하며 이 상태에서 5초 내지 10초간 유지시킨다. 진공과정이 종료되면 상기 성형 몰드 덮개에 형성된 질소가스 밸브를 통해서 성형 몰드 내부에 질소가스를 충전시킨다. 질소가스의 압력은 0.75 내지 3.0Bar인 것이 좋으며 질소가스가 충전된 상태에서 1차 중합과정을 개시한다. 중합과정시의 몰드 내부의 온도는 160 내지 167℃ 사이로 하며 지속시간은 약 15분이다.

15분간 중합을 실시하면 액체상태의 MC 나일론 원료가 형태를 유지할 수 있을 정도의 강도를 가지게 되므로 이를 성형 몰드로부터 꺼내서 전기오븐내에 투입하여 180℃의 온도에서 2시간 동안 유지하면 중합이 완료되게 된다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, MC 나일론 튜브의 양단이 금속제 코어의 양단부의 일부, 즉 외주부의 일부를 덮고 있는 것을 볼 수 있다. 또한, 금속제 코어의 양단부와 MC 나일론 튜브가 접하고 있는 경계선이 명확하게 구분되어 있는 것을 볼 수 있다.

중합이 완료된 감속기어용 블랭크를 고주파 웰딩하기 전에 1차 어닐링을 실시한다. 이때의 어닐링 조건은 140℃의 온도에서 약 8시간 동안 방치하여 두는 것으로서, 이를 통해 MC 나일론 튜브의 물성을 최적의 조건으로 맞출 수 있을 뿐만아니라 냉각과정에서 발생되는 잔류응력을 해소할 수 있다.

1차 어닐링이 끝난 감속기어용 블랭크는 후술할 고주파 웰딩기를 이용하여 고주파 웰딩된다. 고주파 웰딩을 실시하기 전에 예열을 하게 되는데, 50℃의 온도에서 1시간 동안 유지한다. 여기서 예열온도가 50℃ 미만인 경우에는 고주파 웰딩시의 급격한 온도상승으로 인해 MC 나일론 튜브가 깨지는 현상이 발생될 수 있으며, 지나치게 높으면 고주파 웰딩으로 인한 융착 순간의 압축력이 부족하게 된다.

고주파 웰딩시에는 금속제 코어의 온도가 400℃를 유지하도록 한다. 이러한 온도에서 MC 나일론 튜브가 융해되어서 금속제 코어의 표면에 부착되게 되는 데 온도가 높으면 기포가 발생하게 되고, 낮으면 접착력이 감소하게 된다.

감속기어용 블랭크의 양단면에서는 금속제 코어가 대기와 접촉하게 되므로 열량의 일부를 대기중으로 전달하게 되므로 보다 많은 열량을 공급할 필요융 있으므로, 공급되는 열량을 위치별로 차이를 두어야 한다. 본 발명에서는 후술할 고주파 웰딩기를 사용하여 지지대의 상하 이동속도를 달리하여 공급되는 열량을 조절할 수 있는 데, 감속기어용 블랭크의 외경이 80mm이고, 금속제 코어의 외경이 51.5mm인 실시예에서는 하기의 표와 같이 이동속도를 조절하여 최적의 결과를 얻을 수 있었다.

구간	시간(초)
0 ~ 10	4
10 ~ 100	30
100 ~ 190	30
190 ~ 210	12

고주파 웰딩이 종료된 후, 1차 어닐링과 동일한 조건으로 2차 어닐링을 실시한 후, 상온까지 냉각한다.

도 10 내지 도 12를 도 7 내지 도 9와 비교하면, 고주파 웰딩 전후의 변화를 볼 수 있다. 즉, 냉각으로 인해서 MC 나일론 튜브가 금속제 코어측으로 수축하게 되는 데 이로 인해 MC 나일론 튜브가 금속제 코어에 보다 밀착하게 된다. 이는 도 13을 보면 더욱 상세하게 알 수 있는데, 금속제 코어와의 경계선에 위치하는 MC 나일론 튜브의 일부분은 금속제 코어측으로 수축을 계속 하여 반대쪽으로 밀려 올라가 있는 것을 볼 수 있다. 이로 인해, 양단부에 있어서도 금속제 코어와 MC 나일론 튜브는 틈새없이 밀착되게 되므로 종래와 같이 잘라낼 필요 없이 완제품으로 사용할 수 있는 것이다.

도 14를 참조하여, 본 발명에 따른 성형 몰드의 일실시예에 대해 설명한다.

상기 성형 몰드의 몸체(100)는 도시되지 않은 프레임에 견고하게 장착되어 있으며 몸체(100)의 내부에는 내부 공간(110)을 소정의 온도로 가열할 수 있는 가열 수단(도시되지 않음)이 설치되어 있다. 또한, 상기 몸체(100)의 일측에 위치한 몰드 덮개 지지부(120)의 상부에는 몰드 덮개(150)가 개폐가능하게 장착되어 있다. 상기 몰드 덮개 지지부(120)는 상기 프레임상에 고정된다. 상기 몰드 덮개(150)는 인력에 의해서 개폐할 수도 있으나 바람직하게는 도시된 바와 같이, 구동수단인 실린더(130)에 의해 자동으로 개폐되도록 하는 것이 좋다.

도 15를 참조하면, 상기 몰드 덮개(150)의 하부에는 두 개의 밸브(151, 152)가 설치되는데, 상기 두 개의 밸브(151, 152)는 각각 연결관(153, 154)을 통하여진공펌프 및 질소가스탱크(모두 도시되지 않음)와 연결되어 있어서 밸브를 개폐하여 몰드 내부를 진공분위기로 하거나 질소가스가 충전된 가압상태로 조절할 수 있다. 상기 밸브(151, 152)는 몰드 덮개(150) 내부에서 상하로 슬라이드 하면서 개폐된다. 또한, 상기 프레임의 일측에는 제어부(도시되지 않음)가 위치하여 덮개 및 밸브의 개폐 및 몰드 내부의 가열온도 등을 조작할 수 있도록 구성된다.

도 16을 참조하면, 상기 성형 몰드의 내부공간(110)에 금속제 코어(200) 및 상부 고정구(250)가 장착된 상태의 단면이 도시되어 있다. 내부 공간(110)의 하부에는 내부 공간(110)의 바닥면으로부터 돌출된 코어 지지부(111)가 형성되어 있다. 상기 코어 지지부(111)는 위에서 보았을 때 원의 형태를 가지며 그 직경은 금속제 코어(200)의 내경보다 크고 외경보다는 작다. 따라서, 코어 지지부(111)와 접촉하지 않는 금속제 코어의 하단면에는 MC 나일론 튜브가 부착되게 된다.

상기 코어 지지부(111)의 중앙에는 원뿔형태의 중심 고정구(112)가 설치된다. 상기 중심 고정구(112)의 최하단부의 직경은 금속제 코어(200)의 내경과 동일하도록 구성되므로 금속제 코어를 성형 몰드의 내부에 투입하는 경우에 용이하게 중심에 위치하도록 하며, 상단부의 직경은 금속제 코어의 내경보다 매우 작으므로 삽입이 용이하다.

금속제 코어의 상부에는 상부 고정구(250)가 장착된다. 도 17을 참조하면 상기 상부 고정구(250)는 전체적으로 원뿔대 형태를 가지는데 하부에는 금속제 코어의 내경에 삽입되는 돌출부(252)가 형성되어 있고, 상단면에는 상기 몰드 덮개(150)의 하부와 접촉하는 다리(254)가 형성되어 있다. 따라서, 상부고정구(250)를 금속제 코어(200)에 삽입한 후에 몰드 덮개(150)를 닫으면 몰드 덮개(150)의 하부가 상부 고정구의 다리(254)를 누르게 되므로 금속제 코어가 견고하게 고정될 수 있게 된다.

도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 웰딩기는 고주파 조사부(400), 지지대(410) 및 제어부(미도시)로 구성되어 있다. 상기 고주파 조사부(400)는 프레임(402)상에 고정되어 있는데, 통상의 고주파 웰딩기에 사용되는 것과 동일한 것을 사용할 수 있으므로 본 명세서에서는 내부 구조 및 작동에 대한 상세한 설명은 생략한다.

고주파 조사부(400)의 전면에는 고주파가 조사되는 링(404)이 고정되어 있으며, 상기 링(404)의 하부에는 지지대(410)가 위치한다. 상기 지지대는 중앙에 원기둥 형태의 돌출부(412)가 형성되어 있어, 상기 돌출부(412)에 감속기어용 블랭크가 길이방향으로 고정되도록 구성된다.

상기 지지대(410)는 구동수단인 모터(420)에 의해서 상하로 이동되도록 구성된다. 따라서, 모터(420)의 회전에 의해 상기 지지대(410)는 도 18에서 상하로 이동되어 감속기어용 블랭크의 표면 전체에 걸쳐서 고주파를 조사할 수 있다. 지지대(410)의 상하 이동속도는 도시되지 않은 제어부에 의해 제어된다.

상기 제어부에는 고주파 웰딩기를 제어하기 위한 각종 스위치가 배치되며, 내부에는 저장수단이 탑재된다. 상기 저장수단에는 감속기어용 블랭크의 내부에 위치하는 금속제 코어 표면을 400℃로 균일하게 가열할 수 있는 이동속도에 관한 데이터가 저장되며, 제어부는 저장된 데이터에 따라서 상기 모터를 구동시킨다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 종래에 비해 감속기어용 블랭크를 제조하기 위한 공정수를 대폭 감축시킬 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 억지끼워맞춤방식을 사용하지 않으므로 MC 나일론 튜브의 내면에 가해지는 변형을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 금속제 코어의 널링 깊이를 종래에 비해 증가시킬 수 있으므로 제품의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 감속기어용 블랭크의 양단부에 있어서도 틈새가 생기지 않고 충분한 접착강도를 확보할 수 있으므로 재료의 이용효율을 증가시킬 수 있어 생산비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (11)

1. 금속제 바아를 소정의 길이로 절단하는 단계와;

   상기 절단된 금속제 바아의 내부를 소정의 내경을 갖도록 드릴링하여 금속제 코어를 제조하는 단계와;

   제조된 금속제 코어의 외면을 널링가공하는 단계와;

   금속제 코어를 성형 몰드 내에 장착한 후, 성형 몰드 내에서 금속제 코어의 외주부에 MC 나일론 튜브를 캐스팅하는 단계와;

   캐스팅이 완료된 MC 나일론 튜브의 외주부에 고주파를 가하는 고주파 웰딩단계와;

   금속제 코어의 단부로부터 돌출된 MC 나일론 튜브를 제거하는 트리밍 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   MC 나일론 튜브를 캐스팅하는 단계는,

   성형 몰드 내에 MC 나일론 원료를 투입하는 단계와;

   성형 몰드 내부를 -550mmHg 내지 -450mmHg의 압력에서 5초 이상 진공 분위기로 하는 단계와;

   성형 몰드 내부를 0.75 내지 3.0Bar의 압력에서 MC 나일론 원료를 중합시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 성형 몰드 내부를 질소가스를 충전시켜 가압한 상태에서 중합시키는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 MC 나일론 원료를 중합시키는 단계는,

   상기 성형 몰드 내부에서 부분적으로 중합시킨 후 성형 몰드에서 꺼내어 가열오븐 내에서 중합을 완료하는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   고주파 웰딩 단계의 전후에 있어서, 중합된 MC 나일론 튜브내의 잔류응력을 해소하기 위한 어닐링을 실시하는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 MC 나일론 튜브의 길이는 상기 금속제 코어의 길이보다 길며 MC 나일론 튜브의 양단의 내경은 상기 금속제 코어의 양단의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조방법.
7. 바닥면에 상기 금속제 코어의 하단을 지지하는 코어 지지부가 형성된 내부 공간을 가지며, 가열수단이 내장된 몰드 몸체와;

   각각 진공펌프 및 질소탱크와 연결되는 밸브를 포함하는 몰드 덮개와;

   상기 가열수단 및 밸브를 조작하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지며, 상기 코어 지지부는 내부 공간의 바닥면으로부터 돌출되어 있으며 금속제 코어의 외경보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 코어 지지부의 표면에는 몰드 몸체의 상단을 향하여 돌출된 원뿔형의 중심 고정구가 형성되는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조장치.
9. 제7항에 있어서,

   원뿔대 형상의 몸체와 상기 몰드 덮개의 하부에 접촉하는 다리를 가지며, 상기 몰드 덮개와 상기 금속제 코어의 상단면 사이에 개재되어 금속제 코어를 고정하기 위한 상부 고정구를 추가적으로 포함하며, 상기 상부 고정구가 금속제 코어측과 마주하는 면의 외경은 상기 금속제 코어의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 제조장치.
10. 감속기어용 블랭크의 표면에 고주파를 조사하는 고주파 조사부와, 감속기어용 블랭크를 지지하기 위한 지지대와, 기기의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 고주파 웰딩기.
11. 제10항에 있어서,

    상기 지지대를 상하로 이동시키기 위한 구동수단을 추가적으로 포함하며, 상기 고주파 조사부는 링 형태를 가지며, 상기 제어부는 감속기어용 블랭크의 표면을 원하는 온도로 균일하게 가열할 수 있는 지지대의 이동속도에 관한 데이터를 저장하기 위한 저장수단을 추가적으로 포함하여 저장된 데이터에 따라서 상기 구동수단을 작동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 감속기어용 블랭크의 고주파 웰딩기.