KR20140079791A - 전자 작동식 로킹 차동장치를 위한 복합 램프 플레이트 - Google Patents

전자 작동식 로킹 차동장치를 위한 복합 램프 플레이트 Download PDF

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Abstract

차량 차동장치(10)용 캠 부재(14)는 고내구성 합금으로 제조된 캠면(14a) 및 고밀도 자기 합금으로 제조된 클러치면(14b)을 포함한다. 캠면(14a) 및 클러치면(14b)은 단일 구성요소로 형성되거나, 또는 기계적으로 서로 결합되는 별개 구성요소로서 형성될 수 있다. 일 태양에 있어서, 고내구성 합금 및 고밀도 자기 합금 모두가 분말 금속 합금이다. 결과적으로, 캠 부재(14)는 보통 단일 구성요소에 합체시키기 어려운 최적화된 특성을 갖는 상이한 표면(14a, 14b)을 구비한다.

Description

전자 작동식 로킹 차동장치를 위한 복합 램프 플레이트{COMPOSITE RAMP PLATE FOR ELECTRONICALLY-ACTUATED LOCKING DIFFERENTIAL}
본 개시는 전자 작동식 로킹 차동장치에 관한 것으로서, 특히 복합 부품으로 이루어지는 이러한 차동장치의 구성요소에 관한 것이다.
본 개시는 일반적으로 전형적인 차량 내에 제한 및 로킹 자동장치(limited slip and locking differentials)를 포함하며, 이러한 자동 장치는 기어 하우징과, 이 하우징 내에 배치된 적어도 하나의 입력 피니언 기어 및 한쌍의 출력 사이드 기어를 포함하는 디퍼렌셜 기어(differential gear)를 포함한다. 클러치는 사이드 기어중 하나와 기어 하우징의 인접하는 표면 사이에 배치될 수 있어, 클러치는 맞물림시에 사이드 기어와 기어 케이스 사이의 회전을 지연시키거나 방지할 수 있다.
작동 메커니즘은 클러치를 맞물림 상태로 바이어싱한다. 전기 신호(예를 들면, 마이크로프로세서에서 발생된 신호)에 응답하여 클러치를 맞물리는 전자 작동 메커니즘은 전형적으로 전자기 코일을 포함한다. 전자 작동식 차동장치는 전자기적으로 작동되는 클러치를 이용하여 캠 부재와 디퍼렌셜 케이스 사이의 상대 운동을 일으킨다. 이러한 상대 운동은 로킹 칼라(locking collar)를 사이드 기어와 맞물리게 하여 차동장치를 로킹하는 축방향 이동을 일으킨다.
일부 차동장치 시스템에 있어서, 캠 부재 자체는 전자기 클러치와 결합하는 클러치면, 및 디퍼렌셜 케이스 또는 다른 구성요소 상의 대응하는 캠면과 결합하는 캠면을 갖는 캠 플레이트일 수 있다. 따라서, 클러치면은 양호한 로킹 및 로킹해제 성능을 보장하기 위해 높은 인력(tractive force) 및 낮은 보자력(coercive force)과 같은 우수한 자기 이력 특성을 가져야 하는 반면, 캠면은 높은 내마모성 및 내충격성을 가져야 한다.
본 개시의 일 태양에 따른 차량 차동장치(vehjicle differential)용 캠 부재는 고내구성 합금으로 제조된 캠면 및 고밀도 자기 합금으로 제조된 클러치면을 포함한다. 캠면 및 클러치면은 단일 구성요소로 형성되거나, 또는 기계적으로 서로 결합되는 별개 구성요소로서 형성될 수 있다. 본 개시의 일 태양에 있어서, 고내구성 합금 및 고밀도 자기 합금 모두가 분말 금속 합금(powdered metal alloy)이다.
본 개시의 다른 태양은 이러한 캠 부재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 결과적으로, 캠 부재는 보통 단일 구성요소에 합체시키기 어려운 최적화된 특성을 갖는 상이한 표면을 구비한다.
도 1은 본 개시의 일 태양에 따른 캠 부재를 포함하는 차량 차동장치의 분해도,
도 2는 클러치 부분을 나타내기 위해 다른 방향에서 바라본 도 1의 차량 차동장치의 분해도,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 캠 부재의 측면도,
도 4는 본 개시의 일 태양에 따라 도 3의 캠 부재를 제조하는데 사용되는 방법을 나타내는 흐름도,
도 5는 본 개시의 다른 태양에 따른 캠 부재의 측면도.
도 1 및 도 2는 본 개시의 태양을 나타내는 차량 차동장치(10)의 맞물림 부분의 분해도이다. 차동장치(10)는 기어 메커니즘(13)을 내장하는 디퍼렌셜 케이스(12), 및 캠 부재(14)를 포함한다. 캠 부재(14)는 디퍼렌셜 케이스(12)와 대면하는 캠면(14a) 및 반대측 상의 클러치면(14b)을 구비할 수 있다. 정상적인 직진 차량 동작 동안에, 캠 부재(14)는 디퍼렌셜 케이스(12)와 함께 회전할 수 있다. 캠 부재(14)와 디퍼렌셜 케이스(12) 사이에 상대 회전이 있는 경우, 캠면(14)은 경사지거나, 그렇지 않으면 디퍼렌셜 케이스(12) 또는 다른 맞물림 부재와 맞물리도록 구성된다. 상대 회전은 디퍼렌셜 케이스(12)를 축방향으로 이동시켜서 차동장치(10) 내의 사이드 기어(13a)를 거쳐서 로킹 메커니즘을 로킹할 수 있다.
또한, 차동장치(10)는 클러치면(14b)에 인접하여 배치된 전자석(16)을 추가로 포함한다. 전자석(16)은 신호원(도시하지 않음)과 전자석(16)을 연결시키는 커넥터(18)를 포함한다. 전자석(16)은 전기 신호에 응답하여 전압 인가 및 전압 차단될 수 있다. 전기 신호에 응답하여 전자석(16)에 전압이 인가되는 경우, 전자석(16)은 캠 부재(14)의 클러치면(14b)을 전자석(16)을 향해 끌어당길 수 있는 자기장을 발생시켜서, 디퍼렌셜 케이스(12)에 대한 캠 부재(14)의 회전을 느리게 할 수 있는 자기 항력(magnetic drag)을 생성한다. 이것에 의해, 캠 부재(14)와 디퍼렌셜 케이스(12) 사이의 상대 회전이 생긴다. 이러한 상대 회전에 의해, 캠면(14a)은 디퍼렌셜 케이스(12)에 대해 경사지게 되고, 사이드 기어(13a)를 로킹 위치로 가압할 수 있는 축방향 이동을 발생시켜서 차동장치(10)를 로킹할 수 있다.
캠면(14a) 및 클러치면(14b)이 다른 기능을 수행하기 때문에, 본 개시의 일 태양에 따른 캠 부재(14)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상이한 재료로 제조된 캠면(14a) 및 클러치면(14b)을 가질 수 있다. 특히, 캠면(14a)은 고내구성을 위해 선택된 재료로 제조될 수 있으며, 클러치면(14b)은 우수한 자기 이력 특성을 위해 선택된 재료로 제조될 수 있다. 클러치면 및 캠면 모두의 원하는 특성을 단일 재료에서 찾기는 어렵다. 저탄소 합금은 양호한 자기 이력, 낮은 보자력 및 높은 인력을 갖지만, 저탄소 합금은 보다 낮은 내구성을 갖는 경향이 있다. 캠 플레이트 내의 전체 탄소 함량을 증가시키는 것, 및/또는 캠 플레이트를 열처리하여 표면에서의 탄소 함량을 증가시키는 것은 캠 표면의 경도를 증대시킬 수 있지만, 이러한 변화는 또한 캠 플레이트의 자기 특성을 열화시킨다.
본 개시의 일 태양에 따른 캠 부재는, 필요한 성능이 어느 면에 대해서도 열화되지 않고서, 양호한 자기 특성을 갖는 클러치면 및 고내구성을 갖는 캠면을 구비한다.
캠 부재(14)를 2개의 상이한 재료로 형성하기 위해, 캠 부재(14)는 분말 금속으로 제조될 수 있다. 본 개시의 일 태양에 있어서, 캠 부재(14)의 캠면(14a) 부분은 FLN2-4408 또는 FLC-4908 등의 고탄소 금속 합금과 같은 내구성의 소결 경화성 분말 금속 합금으로 제조될 수 있다. 일 태양에 있어서, 합금 내의 탄소 비율은 약 0.8%일 수 있고, 예를 들어 0.7% 내지 0.9% 범위의 탄소 함량을 가질 수 있다. 클러치면(14b) 부분은 고밀도 자기 합금으로 제조될 수 있다. 일 태양에 있어서, 고밀도 자기 합금은 탄소를 거의 또는 전혀 함유하지 않을 수 있고, 예를 들어 0.2% 미만의 탄소 함량을 가질 수 있다. 캠면(14a) 상에 소결 경화성 합금을 사용하는 것에 의해, 캠 부재(14)를 탄소가 풍부한 환경에 배치하여 경화할 필요성을 제거할 수 있어, 경화 공정 동안에 클러치면(14b) 내로 추가적인 탄소가 인입되어, 자기 성능을 저하시키는 문제를 회피할 수 있는 것으로 나타났다.
도 4는 본 개시의 다른 양태에 따른 캠 부재(14)를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 블록(20)에서, 상기 방법은 2개의 다이 캐비티 및 이들 다이 캐비티 사이의 분리 플레이트를 갖는 다이를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(22)에서, 하나의 다이 캐비티는 캠면(14a)을 위한 고내구성 합금으로 충전될 수 있다. 블록(24)에서, 다른 다이 캐비티는 클러치면(14b)을 위한 고밀도 자기 합금으로 충전될 수 있다. 다음에, 블록(26)에서, 다이는 폐쇄될 수 있고, 분리 플레이트는 제거될 수 있다. 블록(28)에서, 캠 부재(14)는 압축 및 소결되어 단일의 일체형 피스로서 형성될 수 있다. 생성된 캠 부재(14)는 각 표면의 다른 금속학적 특성에도 불구하고 캠면(14a) 및 클러치면(14b) 모두에 대한 비교적 최상의 성능 요건을 가질 수 있는 것으로 나타났다.
도 5는 본 개시의 다른 양태에 따라 구성된 캠 부재(14)를 도시한다. 이러한 양태에 있어서, 캠면(14a) 및 클러치면(14b)은 2개의 별개 피스로서 형성될 수 있다. 캠면(14a) 및 클러치면(14b)은 스플라인(30), 탭(tab), 억지 끼워맞춤부 또는 다른 구조체와 같은 맞물림면을 통해서 기계적으로 서로 결합될 수 있다. 기계적 결합부는 전자석(16)에 전압이 인가되면 클러치면(14b)으로부터 캠면(14a)으로 토크를 전달할 수 있다.
도 5에서 캠 부재(14)는 분말 야금법에 의해 형성될 필요는 없고 임의의 다른 제조 방법에 의해 형성될 수도 있다는 것이 본 명세서에 비추어 이해될 것이다. 캠면(14a) 및 클러치면(14b)은 기계적으로 결합되고 도 3에서의 실시예와 같이 서로 접합될 필요는 없으므로, 임의의 적절한 제조 방법이 캠면(14a) 및 클러치면(14b)을 제조하는데 사용될 수 있다.
결과적으로, 복합 캠 부재(14)를 형성하는 2개의 상이한 재료는 다른 요건들에 비교적 최적화되는 것으로 나타난 상이한 표면을 가질 수 있다. 따라서, 본 개시는 분말 야금 기술 및 소결 경화 열처리와 같은 비용 효율적인 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 개시는 본질적으로 단지 예시적인 것으로, 본 개시, 그 적용 또는 용도를 제한하려는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 특정 실시예가 상세한 설명에 개시되고 도면에 도시되어 있지만, 다양한 변경이 이루어질 수도 있으며, 특허청구범위에 개시된 바와 같이 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 등가물이 그 요소의 대용으로 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 다양한 실시예 사이의 특징, 요소 및/또는 기능의 혼합 및 매칭은 본 명세서에서 분명하게 고려되며, 그에 따라 상기에 다른 기재가 없는 한, 하나의 실시예의 특징, 요소 및/또는 기능이 다른 실시예에 적절하게 합체될 수 있다는 것을 본 기술분야에 숙련된 자가 본 명세서로부터 인식할 것이다. 더욱이, 본 명세서의 개시에 그 본질적인 범위로부터 벗어남이 없이 특별한 상황 또는 재료를 맞추기 위해 많은 변형이 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 명세서의 개시를 실행하기 위해 현재 고려되는 최상의 모드로서 도면에 도시되고 상세한 설명에 기재된 특정 실시예에 본 개시가 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 범위는 상기의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위 내에 있는 임의의 실시예를 포함하고자 한다.

Claims (19)

  1. 차량 차동장치(10)용 캠 부재(14)에 있어서,
    고내구성 합금으로 제조된 캠면(14a)과,
    고밀도 자기 합금으로 제조된 클러치면(14b)을 포함하는
    차량 차동장치용 캠 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고내구성 합금은 소결 경화성 분말 금속 합금인
    차량 차동장치용 캠 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고내구성 합금은 고탄소 함금인
    차량 차동장치용 캠 부재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고내구성 합금은 0.7% 내지 0.9%의 탄소 함량을 갖는
    차량 차동장치용 캠 부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고밀도 자기 합금은 분말 금속 합금인
    차량 차동장치용 캠 부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고밀도 자기 합금은 0.2% 이하의 탄소 함량을 갖는
    차량 차동장치용 캠 부재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠면 및 상기 클러치면은 기계적으로 서로 결합되는 별개 부재로서 형성되는
    차량 차동장치용 캠 부재.
  8. 차량 차동장치(10)에 있어서,
    디퍼렌셜 케이스(12)와,
    로킹 메커니즘 및 적어도 하나의 사이드 기어를 포함하는 기어 메커니즘(13)으로서, 상기 로킹 메커니즘은 차동장치를 로킹하도록 사이드 기어와 맞물림 가능한, 상기 기어 메커니즘(13)과,
    캠면(14a) 및 클러치면(14b)을 구비하는 캠 부재(14)로서, 상기 캠면은 디퍼렌셜 케이스를 축방향으로 이동시키고 캠 부재와 디퍼렌셜 케이스 사이의 상대 회전시에 로킹 메커니즘을 로킹하도록 상기 디퍼렌셜 케이스와 맞물림 가능한, 상기 캠 부재(14)와,
    상기 캠면에 인접하여 배치된 전자석(16)을 포함하며,
    상기 캠 부재의 캠면은 고내구성 합금으로 제조되고, 상기 캠 부재의 클러치면은 고밀도 자기 합금으로 제조되는
    차량 차동장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고내구성 합금 및 고밀도 자기 합금 모두는 분말 금속 합금인
    차량 차동장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 캠면 내의 고내구성 합금은 고탄소 소결 경화성 분말 금속 합금인
    차량 차동장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 고내구성 합금은 0.7% 내지 0.9%의 탄소 함량을 갖는
    차량 차동장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 고밀도 자기 합금은 0.2% 이하의 탄소 함량을 갖는
    차량 차동장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 캠 부재의 캠면 및 클러치면은 기계적으로 서로 결합되는 별개 부재로서 형성되는
    차량 차동장치.
  14. 차량 차동장치용 캠 부재(14)를 제조하는 방법에 있어서,
    제 1 절반부 및 제 2 절반부를 구비하는 다이 캐비티를 제공하는 단계(20)와,
    캠면을 형성하기 위해 상기 제 1 절반부 내에 고내구성 합금을 배치하는 단계(22)와,
    클러치면을 형성하기 위해 상기 제 2 절반부 내에 고밀도 자기 합금을 배치하는 단계(24)와,
    캠 부재를 형성하기 위해 상기 캠면 및 상기 클러치면을 기계적으로 결합시키는 단계를 포함하는
    차량 차동장치용 캠 부재의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기계적으로 결합시키는 단계는 상기 캠 부재를 단일 유닛으로 형성하기 위해 상기 제 1 절반부와 제 2 절반부를 서로 합치시키도록 상기 다이 캐비티를 폐쇄하는 단계(26)를 포함하는
    차량 차동장치용 캠 부재의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 절반부와 제 2 절반부 사이에 분리 플레이트를 배치하는 단계(20)와,
    상기 폐쇄 단계(26) 이후에 상기 분리 플레이트를 제거하는 단계를 더 포함하는
    차량 차동장치용 캠 부재의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 절반부를 서로 압축시키는 단계(28)와,
    상기 캠 부재를 단일 유닛으로 형성하기 위해 상기 캠 부재를 소결하는 단계(28)를 더 포함하는
    차량 차동장치용 캠 부재의 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 고내구성 합금 및 고밀도 자기 합금은 분말 금속 합금인
    차량 차동장치용 캠 부재의 제조 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    캠 부재 및 클러치 부재 상에 맞물림면(30)을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 기계적으로 결합시키는 단계는 상기 캠 부재와 상기 클러치 부재의 맞물림면을 맞물리게 하는 단계를 포함하는
    차량 차동장치용 캠 부재의 제조 방법.
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