KR20170134709A - 차동 케이스 - Google Patents

Abstract

차동 기어 세트를 위한 케이스는, 축 둘레로 회전 가능하고 상기 차동 기어 세트를 지지하는 캐리어(3)이며, 상기 축 둘레로 원통면을 이루는 끼워맞춤면과, 상기 끼워맞춤면으로부터 경 방향으로 돌출하고, 축 방향을 향한 맞닿음면을 가진 플랜지를 구비한 캐리어(3)와, 상기 캐리어와 조합하여 상기 차동 기어 세트를 수용하는 챔버를 구획하는 커버(5)이며, 상기 플랜지의 외주에 끼워맞추도록 축 방향으로 돌출하고 그 단면이 상기 맞닿음면과 축 방향으로 가지런해지도록 치수가 정해진 가장자리부를 구비한 커버(5)와, 상기 끼워맞춤면에 끼워 맞춰지는 내주면과, 상기 맞닿음면에 적어도 부분적으로 맞닿는 배면과, 상기 축 둘레의 토크를 수용하기 위한 기어 이를 구비하고, 상기 맞닿음면 및 상기 단면의 사이에 환상의 홈을 유지하도록 치수가 정해진 링 기어(7)와, 상기 홈을 메워 상기 캐리어, 상기 커버 및 상기 링 기어를 일체로 결합하는 용접 금속(15W)을 구비한다.

Description

차동 케이스

본 개시는, 차동 기어 세트를 위한 케이스에 관한 것이고, 특히 2피스로 분할 가능하면서 조립 후는 용접에 의해 일체로 할 수 있는 케이스에 관한 것이다.

주지대로, 자동차는 한 개 또는 그 이상의 차동 기어를 구비하고, 그 각각은, 출력축 사이의 차동을 허용하기 위한 차동 기어 세트를 내포하며, 예를 들어 차동 케이스에 입력된 토크를 한 쌍의 출력축으로 차동적으로 전달한다.

차동 케이스 내에는, 차동을 제한하기 위한 기구 등이 동시에 수용되는 경우가 있다. 이러한 기구 등을 케이스 내에 반입하기 위해, 2개 이상으로 분할할 수 있는 2피스형 케이스가 이용되는 경우가 있다. 2피스형 케이스에서는, 부품을 케이스 내에 반입한 후, 커버를 장착하고, 이들을 서로 체결한 후에, 혹은 이들의 고정을 겸하여, 링 기어가 케이스에 체결된다. 체결을 위한 볼트는, 링 기어로부터 케이스로 전달되는 토크를 부담해야만 하므로, 대형이며 강력한 것을 이용하지 않을 수 없다.

볼트를 대신하여 용접을 이용하는 기술이 제안되고 있다. 특허 문헌 1, 2는, 관련하는 기술을 개시한다.

일본국 특허 출원 공개 2010-91046호 미국 특허 출원 공개 2007/0287570A1

상기 서술한 기술에 의하면 용접에 의한 고정이 가능하게 되지만, 그로 인해 케이스 및 커버에 복잡한 구조가 필요하게 된다. 복잡한 구조는 가공 정밀도의 추구에는 불리하고, 또 물론 가공 비용을 현저하게 증대시킨다.

이하의 개시에 관련되는 대상은, 심플한 구조면서 용접에 의한 강고한 고정을 가능하게 한다.

일 국면에 의한 차동 기어 세트를 위한 케이스는, 축 둘레로 회전 가능하고 상기 차동 기어 세트를 지지하는 캐리어이며, 상기 축 둘레로 원통면을 이루는 끼워맞춤면과, 상기 끼워맞춤면으로부터 경 방향으로 돌출하고, 축 방향을 향한 맞닿음면을 가진 플랜지를 구비한 캐리어와, 상기 캐리어와 조합하여 상기 차동 기어 세트를 수용하는 챔버를 구획하는 커버이며, 상기 플랜지의 외주에 끼워맞추도록 축 방향으로 돌출하고 그 단면(端面)이 상기 맞닿음면과 축 방향으로 가지런해지도록 치수가 정해진 가장자리부를 구비한 커버와, 상기 끼워맞춤면에 끼워 맞춰지는 내주면과, 상기 맞닿음면에 적어도 부분적으로 맞닿는 배면(背面)과, 상기 축 둘레의 토크를 수용하기 위한 기어 이를 구비하며, 상기 맞닿음면 및 상기 단면 사이에 환상의 홈(groove)을 유지하도록 치수가 정해진 링 기어와, 상기 홈을 메워 상기 캐리어, 상기 커버 및 상기 링 기어를 일체로 결합하는 용접 금속을 구비한다.

도 1은, 일 실시 형태에 의한 차동 기어 및 케이스의 입면 단면도이다.
도 2는, 단부를 확대하여 보이는 캐리어의 입면 단면도이다.
도 3은, 가장자리부를 확대하여 보이는 커버의 입면 단면도이다.
도 4는, 내주면 및 배면을 확대하여 보이는 링 기어의 입면 단면도이다.
도 5는, 제1 예에 의거하는, 조합된 캐리어, 커버 및 링 기어의 입면 단면도이다.
도 6은, 제2 예에 의거하는, 조합된 캐리어, 커버 및 링 기어의 입면 단면도이다.
도 7은, 제3 예에 의거하는, 조합된 캐리어, 커버 및 링 기어의 입면 단면도이다.
도 8은, 제4 예에 의거하는, 조합된 캐리어, 커버 및 링 기어의 입면 단면도이다.
도 9는, 제5 예에 의거하는, 조합된 캐리어, 커버 및 링 기어의 입면 단면도이다.
도 10은, 제6 예에 의거하는, 조합된 캐리어, 커버 및 링 기어의 입면 단면도이다.
도 11은, 용접 후의 캐리어, 커버 및 링 기어의 입면 단면도이다.

도 1 내지 7을 참조하여 이하에 몇 개의 예시적인 실시 형태를 설명한다.

이하의 설명 및 청구의 범위를 통해, 축이란 단어는, 특별한 설명이 없으면, 차동 장치의 회전축을 의미한다. 또 상하 혹은 좌우를 구별하는 경우가 있는데, 이들은 설명의 편의를 위한 것에 지나지 않고, 실시 형태를 제한하는 것은 아니다. 또 이하에 있어서 베벨 기어 세트를 이용한 차동 제한형 차동 장치(LSD)를 예를 들어 설명하는데, 본 실시 형태는 어떤 형식의 차동 장치에도 적용할 수 있다.

도 1을 참조하건대, 차동 기어(1)는, 대체로 캐리어(3)와, 커버(5)와, 링 기어(7)와, 차동 기어 세트(11)를 구비한다. 차동 기어 세트(11)는 캐리어(3)에 지지되어 함께 회전한다. 링 기어(7)로부터 입력된 토크는, 캐리어(3)를 회전시키는데, 차동 기어 세트(11)는 오른쪽 및 왼쪽의 사이드 기어 사이에서 차동을 허용하므로, 입력된 토크는 오른쪽 및 왼쪽의 차축에 차동적으로 분배된다.

캐리어(3)는, 예를 들어 주철로 이루어지는 주발에 유사한 형상의 용기이다. 주철의 예로는, JIS FCD450이나 FCD600, ASTM 65-45-12나 80-55-06인데, 반드시 이것에 한정되지는 않는다.

캐리어(3) 내에는, 또한, 차동을 제한하기 위한 다판 클러치(13) 및 이것을 구동하는 캠 멤버(9)나, 그 외의 부품이 조합될 수 있다. 이들은 차동 장치의 형식에 따라 적당하게 선택되는 것으로서, 필수적인 요소는 아니다.

도 2를 참조하건대, 캐리어(3)는, 커버(5)가 없는 상태에 있어서, 한쪽의 단(도에서는 좌단)에 있어서 개구하고, 이러한 개구를 통해 기어 세트(11)나 그 외의 부품을 반입할 수 있다. 개구 주위의 단면(31)에는 커버(5)가 맞닿는다. 커버(5)의 체결을 위해 단면(31)은 복수의 나사 구멍을 가질 수 있다.

단면(31)의 근방으로부터는 플랜지가 경 방향으로 외방으로 돌출하고 있고, 그 외주면(35)에는 커버(5)의 가장자리부가 끼워맞춰진다. 또 이 플랜지에 인접하여, 축 둘레로 대칭인 원통면인 끼워맞춤면(39)을 캐리어(3)는 구비하고, 링 기어(7)는 이러한 끼워맞춤면(39)에 끼워맞춰진다. 끼워맞춤면(39)은 바람직하게는 캐리어(3)의 본체보다 아주 약간 대경이다. 또한 플랜지에 있어서 끼워맞춤면(39)을 향한 맞닿음면(37)에는, 링 기어(7)의 배면이 맞닿는다. 이것과 반대측의 면(33)은 커버(5)의 내면에 대향하나, 반드시 커버(5)에 맞닿지는 않는다.

도 3을 참조하건대, 커버(5)는, 예를 들어 저탄소강으로 이루어지는 대략 원형의 덮개이다. 저탄소강의 예로는, JIS S30C나 S32C, ISO C30, AISI/SAE 1030 등인데, 반드시 이것에 한정되지는 않는다.

커버(5)는, 캐리어(3)의 단면(31)이 맞닿는 내면(51)을 구비한다. 커버(5)는 내면(51)과는 상이한 다른 내면(53)을 가질 수 있으나, 도 1로부터 이해된 대로, 이러한 내면(53)은 캐리어(3)에 있어서 대응하는 면(33)과 맞닿지 않아도 된다. 즉, 오로지 단면(31)과 내면(51)의 맞닿음에 의해 캐리어(3)와 커버(5)의 축 방향의 위치 결정을 할 수 있다.

또 커버(5)의 가장자리부는, 내면(51, 53)보다 캐리어(3)를 향해 축 방향으로 돌출하고 있고, 캐리어(3)의 플랜지에 끼워맞춰진다. 가장자리부의 내주면(55)은, 플랜지의 외주면(35)에 밀접하게 접하도록 치수가 정해지고, 이로써 캐리어(3)와 커버(5)가 경 방향에 위치 결정된다. 위치 결정된 양태로 양자를 고정하도록, 볼트 등에 의한 체결을 이용할 수 있고, 커버(5)는 상기 서술한 나사 구멍에 대응하는 관통 구멍을 가질 수 있다.

상세하게는 후에 서술하나, 가장자리부에 있어서 링 기어(7)를 향한 단면(57)은, 캐리어(3) 및 링 기어(7)와의 용접에 제공되는 면이다. 커버(5)가 캐리어(3)에 끼워맞춰졌을 때, 이러한 단면(57)은, 캐리어(3)의 플랜지의 맞닿음면(37)과 대략 맞추어져, 바람직하게는 단일의 면을 이룬다. 그로 인해, 내면(51)으로부터 단면(57)까지의 폭(W)은, 캐리어(3)의 단면(31)으로부터 맞닿음면(37)까지의 폭(W)과 동일하게 할 수 있다.

도 4를 참조하건대, 링 기어(7)는, 예를 들어 크롬몰리브덴강으로 이루어지는 환상의 부재이며, 환상으로 줄지은 기어 이를 가진다. 크롬몰리브덴강의 예로는, JIS SCM420, ISO 18CrMo4, AISI/SAE 4130 등인데, 반드시 이것에 한정되지는 않는다. 이들 어느 한쪽을 가공한 후에, 기어 이에 침탄에 의한 경화를 실시하여 이용할 수 있다.

링 기어(7)는, 기어 이로부터 볼 때 배면의 측에, 또 그 내주에, 캐리어(3) 및 커버(5)와 결합하기 위한 구조를 갖는다. 이러한 구조에 있어서 내주면(75)은 캐리어(3)의 끼워맞춤면(39)에 끼워맞춰지고, 이러한 구조에 있어서 배면(71)은, 적어도 부분적으로는 플랜지의 맞닿음면(37)에 맞닿는다. 또 이러한 배면(71)이 경 방향으로 외방으로 노출되도록, 배면(71)은 링 기어(7)의 본체보다 축 방향으로 아주 약간 돌출한다. 배면(71)과 내주면(75) 사이는, 모따기되어 있어도 된다.

지금까지의 설명에 의해 이해된 대로, 서로의 맞닿음 및 끼워맞춤에 의해, 도 5 내지 도 10에 도시한 대로, 캐리어(3), 커버(5) 및 링 기어(7)는 서로 위치 결정된다. 캐리어(3)에 링 기어(7)를 끼워 맞춰지는 데에, 수축 끼워맞춤이나 압입을 이용할 수 있다. 3개의 구성 요소를 서로 조합하여 위치 결정한 후, 3개의 구성 요소는 동시에 용접되나, 이러한 상태에 있어서 3개의 구성 요소의 사이에 홈(15A-15F)이 유지되어 있어도 된다. 이미 서술한 대로 배면(71)이 축 방향으로 아주 약간 돌출되어 있기 때문에, 홈(15A-15F)은 경 방향으로 외방으로 노출되어 있어 용접의 편의를 제공하고 있다. 홈(15A-15F)은, 단면이 V자형 혹은 다른 임의의 형태로 할 수 있다.

홈을 유지하도록, 예를 들어 링 기어(7)의 배면(71)에 있어서 외주측이 홈 가공되어 있어도 되고, 개선면(베벨면)(73)의 배면(71)에 대한 각도 θ는 예를 들어 0도를 초과하고 15도 이하이다. 개선면(73)을 포함하는 배면(71)을 맞닿음면(37)에 맞닿게 하면, 도 5에 도시한 바와 같이 3개의 구성 요소의 사이에 홈(15A)이 유지된다.

배면(71)을 개선 가공하는 것을 대신하여, 맞닿음면(37) 및 단면(57)의 어느 한쪽 또는 양방을 개선 가공해도 된다. 배면(71)을, 개선 가공된 맞닿음면(37)에 맞닿게 하면, 도 6에 도시한 바와 같이 3개의 구성 요소의 사이에 홈(15B)이 유지된다.

물론 도 7에 도시한 바와 같이, 배면(71), 맞닿음면(37) 및 단면(57) 모두를 개선 가공해도 된다. 3개의 구성 요소의 사이에 홈(15C)이 유지된다. 이러한 형상은, 용접을 하기 쉬운 점에서 상기 서술한 2개의 예보다 유리하다.

또 오로지 배면(71)과 단면(57)만을 개선 가공해도 된다. 이 경우는 도 8에 도시한 바와 같이, 배면(71)과 단면(57)의 사이에 홈(15D)이 유지되는데, 이러한 홈(15D)의 바닥은 배면(71)과 맞닿음면(37)의 계면에 이를 수있다. 가공의 노력이 경감되는 점에서는, 다른 예보다 유리하다.

이상의 어느 쪽의 예에 있어서도 홈의 바닥은 날카롭게 뾰족해져 있고, 홈은 소위 V자이지만, 도 9에 도시한 바와 같이 홈(15E)의 바닥이 둥그스름해도 되고, 혹은 평탄 그 외의 적당한 형상이어도 된다. 이들 형상은, 홈의 바닥에 있어서 용접 금속의 용해를 재촉하는 점에서, 다른 예보다 유리하다.

또 이상의 어느 쪽의 예에 있어서도, 단면(57)이 캐리어(3)의 플랜지의 맞닿음면(37)과 대략 맞추어져, 단일의 면을 이루고 있는데, 도 10에 도시한 바와 같이 맞춰져 있지 않아도 된다. 배면(71)이 개선 가공되는 한에 있어서 홈(15F)의 바닥은 배면(71)과 맞닿음면(37)의 계면에 이를 수 있으므로, 용접에 문제는 생기지 않는다. 이러한 예는, 가공 정밀도로의 요구도가 낮은 점에서는 다른 예보다 유리하다.

어쨌든, 홈(15A-15F)은, 커버(5)와 링 기어(7)의 사이뿐만 아니라, 캐리어(3)와 링 기어(7)의 사이에도 이르러, 3개의 구성 요소가 상호 용접되는 것을 보증한다. 또 홈(15A-15F)은, 바람직하게는 축 둘레로 연속하여 일주하게 한다.

용접은, 예를 들어 레이저 용접에 의할 수 있다. 도 5 내지 도 10과 같이 캐리어(3), 커버(5) 및 링 기어(7)를 서로 조합하여, 그 둘레 방향 외측으로부터 내측을 향해, 홈(15A-15F)의 내부에 포커스하여 레이저를 조사하고, 동시에 캐리어(3), 커버(5) 및 링 기어(7)를 일체로 회전하게 한다. 그러면, 도 11과 같이 홈(15A-15F)의 내부에 용접 금속(15W)이 용해되어, 3개의 구성 요소가 서로 접합된다.

레이저 용접을 대신하여, 전자빔 용접이나 플라즈마 아크 용접 등의 다른 용접 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어 전자빔 용접에 의하면, 효율적으로 충분한 두께의 용접부를 형성할 수 있다.

용접은, 바람직하게는 축 둘레로 연속하여 일주한다. 용접 후도 볼트에 의한 체결은 남겨도 되고, 혹은 볼트를 제거해도 된다.

본 실시 형태에 의하면, 캐리어(3)와 링 기어(7)가 용접에 의해 직접 접합된다. 토크는 링 기어(7)로부터 입력되어 캐리어(3)에 전달되는데, 링 기어(7)가 캐리어(3)에 직접 접합되고, 오로지 용접부가 토크의 전달을 담당하므로, 볼트는 토크의 전달을 부담할 필요가 없으며, 혹은 이것을 생략할 수 있다. 볼트가 피로에 의해 파괴되는 염려가 적어, 강고한 구조가 제공된다.

또 상호 끼워맞추어 맞닿게 하는 것만으로 캐리어(3), 커버(5) 및 링 기어(7)가 정밀하게 상호 위치 결정된다. 정밀도를 확보하기 위해 다른 특별한 수단을 필요로 하지 않는다.

캐리어(3), 커버(5) 및 링 기어(7)는 용접에 의해 일체화하나, 각각에 별개의 소재를 적용할 수 있다. 전체를 동일한 소재로 제조할 필요가 없으므로, 보다 저비용으로 할 수 있고, 또 각 부위마다 최적인 소재를 선택할 수 있다.

또 본 실시 형태에 의하면, 용접을 위해 복잡한 구조를 채용할 필요가 없다. 또 1회의 용접을 하는 것만으로 캐리어(3), 커버(5) 및 링 기어(7)의 상호의 접합이 완결된다. 캐리어(3)와 링 기어(7), 및 캐리어(3)와 커버(5)를 개별적으로 용접할 필요가 없어, 저비용의 조립이 가능하다.

복수의 개소를 개별적으로 용접한 경우에는, 열에 의한 일그러짐이 비대칭성을 초래하여, 차동 기어와 같은 회전 기계에는 중대한 문제를 일으킬 수 있다. 그러나 본 실시 형태에 의하면, 용접부가 축 둘레로 연속하여, 열에 의한 일그러짐은 축 대칭적이 되므로, 중대한 문제를 일으키지 않는다.

적절한 실시 형태에 의해 본 발명을 설명했는데, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 개시 내용에 의거하여, 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가지는 자가, 실시 형태의 수정 내지 변형에 의해 본 발명을 실시하는 것이 가능하다.

산업상의 이용 가능성

심플한 구조이면서 용접에 의한 강고한 고정이 가능한 케이스가 제공된다.

Claims (5)

1. 차동 기어 세트를 위한 케이스로서,
   축 둘레로 회전 가능하고 상기 차동 기어 세트를 지지하는 캐리어이며, 상기 축 둘레로 원통면을 이루는 끼워맞춤면과, 상기 끼워맞춤면으로부터 경 방향으로 돌출하고, 축 방향을 향한 맞닿음면을 가진 플랜지를 구비한 캐리어와,
   상기 캐리어와 조합하여 상기 차동 기어 세트를 수용하는 챔버를 구획하는 커버이며, 상기 플랜지의 외주에 끼워맞추도록 축 방향으로 돌출하고 그 단면(端面)이 상기 맞닿음면과 축 방향으로 가지런해지도록 치수가 정해진 가장자리부를 구비한 커버와,
   상기 끼워맞춤면에 끼워 맞춰지는 내주면과, 상기 맞닿음면에 적어도 부분적으로 맞닿는 배면(背面)과, 상기 축 둘레의 토크를 수용하기 위한 기어 이를 구비한 링 기어와,
   상기 캐리어, 상기 커버 및 상기 링 기어를 일체로 결합하는 용접 금속을 구비하며,
   상기 캐리어의 상기 맞닿음면, 상기 커버의 상기 단면 및 상기 링 기어의 상기 배면 중 어느 하나 이상은, 외방으로 노출되고 상기 배면과 상기 맞닿음면의 계면에 이르는 환상의 홈(groove)을 유지하도록 치수가 정해지며, 상기 용접 금속은 상기 홈을 메우고 있는, 케이스.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 캐리어의 상기 맞닿음면, 상기 커버의 상기 단면 및 상기 링 기어의 상기 배면은, 상기 홈이 상기 캐리어의 상기 맞닿음면, 상기 커버의 상기 단면 및 상기 링 기어의 상기 배면의 전체에 걸치도록 치수가 정해져 있는, 케이스.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 홈은 상기 축 둘레로 연속하여 일주하고 있는, 케이스.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 링 기어의 상기 배면과, 상기 캐리어의 상기 맞닿음면 중 어느 하나 이상은, 상기 배면과 상기 맞닿음면의 접촉면으로부터 기울어진 베벨면을 이루며, 이로써 상기 홈이 유지되는, 케이스.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 캐리어의 단면은, 상기 커버의 내면에 맞닿으면 상기 커버의 단면이 상기 맞닿음면에 축 방향으로 가지런해지도록 치수가 정해져 있는, 케이스.

Images