KR20180091889A

KR20180091889A - 리니어 프리-런 댐퍼용 가요성 랙

Info

Publication number: KR20180091889A
Application number: KR1020187019446A
Authority: KR
Inventors: 힌 비 쵸우
Original assignee: 일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-08-16
Also published as: EP3387203A1; JP2019502043A; CN108368722A; US20180313127A1; WO2017100129A1

Abstract

리니어 댐퍼를 제공하며, 이 리니어 댐퍼는, 댐퍼 하우징; 댐퍼 하우징 내에 배치된 로터(20); 및 로터(20)에 작동 가능하게 장착된 피니언(18)을 포함한다. 리니어 랙(14)은 베이스(32) 및 이 베이스(32)에 대체로 수직한 적어도 하나의 기립한 측벽(30, 34)을 구비한다. 랙(14)은 피니언(18)이 랙(14)을 따라 하나의 방향으로 이동할 때에 피니언(18)과 맞물리도록 치형(26)을 구비한다. 랙(14)은 랙(14)을 따른 피니언(18)의 이동 방향으로 따라 형성된 복수의 세장형(40)을 구비한다.

Description

리니어 프리-런 댐퍼용 가요성 랙

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2015년 12월 9일자 출원된 미국 특허 가출원 제62/265,153호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 원용된다.

피벗 가능하게 지지된 구조용 부재 등의 물체의 운동을 감쇠시키도록 감쇠 장치가 이용되고 있다. 그러한 피벗 가능하게 지지된 부분의 일례로는 자동차 내의 사물함(glove compartment)의 도어의 폐쇄 장치(closure)가 있다. 그 도어의 운동을 감쇠시키기 위해, 로터리 댐퍼 및 랙 기어 또는 랙이 흔히 이용된다. 종래의 로터리 댐퍼는 하우징에 회전 가능하게 장착된 로터를 포함한다. 로터와 하우징 사이에 규소수지 오일 등의 제동 유체가 로터가 하우징에서 회전할 때에 감쇠 작용을 위해 마련된다. 피니언이 로터 샤프트에 장착되어, 랙의 치형과 맞물린다. 댐퍼가 랙을 따라 이동함에 따라, 피니언은 랙 기어 치형과 맞물리고 그 유체 내에서 로터를 회전시켜, 피니언의 운동을 감쇠시킨다. 랙과 피니언 간의 부정확한 맞물림은 허용할 수 없는 소음을 생성하며, 예를 들면 로터리 댐퍼가 구속되지 않는다면, 진동을 겪을 시에 덜거덕거릴 수 있다. 상당한 부하에서, 피니언은 랙을 따라 슬라이딩할 수도 있다.

랙의 하나의 구성은 기립한 측부들과 바닥(floor)를 갖는 U형 단면을 포함한다. 랙의 치형은 기립한 측벽들 중 하나에 위치한다. 랙의 베이스 또는 바닥, 즉 기립한 측부들 사이의 중앙부는 중실형이며, 이에 따라 랙은 비교적 뻣뻣하고 가요성이 없다. 이는 피니언과 랙 간의 맞물림을 보장한다.

그러한 강성을 갖는 또는 비가요성의 랙을 유지하는 데에 있어서의 하나의 단점은 로터의 닙(nip)이 랙의 바닥에 마찰할 수 있다는 점이다. 몇몇 경우, 그러한 마찰로 인한 마찰력은 로터가 랙의 바닥에 속박(binding)될 정도로 높다. 작동 중에, 로터 닙은 중앙 런웨이(runway)로서 지칭되는 랙의 부분을 따라 랙의 바닥에 마찰하고 몇몇 경우에 그에 속박되는 것이 확인되었다.

이러한 랙 구조에서, 리니어 프리 런 댐퍼(linear free run damper)로부터의 저항이 부분적으로는 감쇠 방향으로의 댐퍼 조립체의 토크로부터 생성되며, 나머지 저항은 감쇠 방향 및 프리 런 방향 모두에 있어서 모든 이동 가능 구성 요소들 간의 마찰로부터 발생한다. 댐퍼에서의 잠재적 소음 및 덜거덕거림을 피하기 위해, 임의의 현저한 클리어런스를 피하도록 시스템 내에 작은 축방향 인터피어런스(interference)(로터의 회전 축선에 평행한 방향으로)가 설계된다. 이는 현재 조립체 내의 복수의 구성 요소들의 치수를 제어함으로써 달성된다.

그러한 댐퍼에 사용되는 공지의 랙이 중실형이고 가요성이 없다는 점에서, 임의의 치수 편차는 바인딩(binding)으로서도 지칭되는 과도한 수직 하중(normal load)을 야기할 수 있다. 초래되는 마찰은 크고, 구성 요소들의 치수 누적(dimensional stack-up) 및 시간의 경과에 따른 댐퍼 조립체의 전체 높이의 세틀링(settling)에 의존하여 변동하다. 마찰력이 너무 큰 경우, 댐퍼 조립체는, 랙(그 중앙 런웨이를 따라)과 접촉하게 되는 베이스에서, 전체 높이를 감소시키도록 닙에서 댐퍼 조립체의 수동 조절을 요구한다. 이는 또한 치수 및 힘의 편차를 훨씬 더 야기한다.

따라서, 랙을 따른 댐퍼 조립체의 문질러짐을 인한 마찰력을 감소 또는 제거하는 개선된 댐퍼 조립체가 필요하다. 바람직하게는 그러한 댐퍼 조립체는 지나친 "소음" 없이 원하는 감쇠 효과를 제공한다. 보다 바람직하게는, 그러한 댐퍼 조립체에서, 공차가 유지되고 마찰은 조립체의 임의의 부품을 수작업으로 조절할 필요 없이 감소된다.

리니어 댐퍼는, 댐퍼 하우징; 이 댐퍼 하우징 내에 배치된 로터; 및 이 로터에 작동 가능하게 장착된 피니언을 포함한다. 리니어 랙은 베이스 및 이 베이스에 대체로 수직한 적어도 하나의 기립한 측벽을 구비한다. 랙은 피니언이 랙을 따라 하나의 방향으로 이동할 때에 피니언과 맞물리도록 치형을 구비한다. 랙은 복수의 세장형을 구비한다. 그 슬롯은 랙을 따른 피니언의 이동 방향으로 길이가 길도록 되어 있다.

하나의 실시예에서, 랙은 베이스의 양측에 한 쌍의 기립한 측벽을 포함한다. 치형은 기립한 측부들 중 하나에 형성된다. 길이방향 축선이 바닥에 획정된다. 세장형들은 길이방향 축선으로부터 이격되어 그 양측에 형성된다.

길이방향 축선 양측의 슬롯들은 서로 엇갈린 형태로 배치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 세장형 슬롯 중 적어도 일부는 그 세장형 중 나머지와는 다른 길이를 갖는다. 하나의 실시예에서, 슬롯들의 실질적으로 전부가 동일한 길이를 갖는다.

인접한 슬롯들 사이의 간격은 브리지를 형성한다. 하나의 실시예에서, 댐퍼 하우징이 리니어 랙 상의 단부 위치에 있는 경우, 댐퍼 하우징은 브리지에 인접하게 배치된다.

슬롯은 다른 길이 및 배치 구성을 취할 수 있다. 하나의 그러한 구성에서, 적어도 하나의 짧은 슬롯이 랙의 단부에 배치된다.

본 발명의 상기한 목적 및 이점은 물론 기타 목적 및 이점들은 첨부된 청구 범위와 함께 이하의 상세한 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.

본 발명의 혜택 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 검토한 후에 당업자들에게 보다 쉽게 드러날 것이다.
도 1은 자동차를 위한 사물함 도어 등의 패널의 운동을 감쇠시키는 데에 이용되는 것과 같은 댐퍼 조립체의 하나의 사용예의 도면이며,
도 2는 프리 런 리니어 댐퍼를 위한 가요성 랙의 실시예의 평면도이며,
도 3은 가요성 랙의 실시예의 다른 평면도이며,
도 4는 가요성 랙의 실시예의 평면도이며,
도 5는 가요성 랙 상에 배치된 댐퍼 조립체의 단면도이며,
도 6은 유사한 치수의 중실 랙 및 유사한 높이 편차의 댐퍼 조립체와 비교한 가요성 랙의 힘의 편차에서의 차이를 나타내는 그래프이며,
도 7은 유사한 치수의 가요성 랙 및 유사한 높이의 댐퍼 조립체와 비교한 중실 랙의 하이 힘(high force)을 나타내는 그래프이며,
도 8은 유사한 치수의 중실 랙 및 댐퍼 조립체와 비교한 가요성 랙에서의 힘의 차이를 나타내는 그래프로서, 중실 랙에서의 댐퍼 조립체는 필요한 힘을 감소시키도록 수작업으로 조절되었으며,
도 9는 유사한 치수의 중실 랙 및 댐퍼 조립체와 비교한 가요성 랙에서의 힘의 차이를 나타내는 도면으로서, 중실 랙에서의 댐퍼 조립체는 필요한 힘을 감소시키도록 수작업으로 조절되진 않았으며,
도 10은 댐퍼 조립체가 위치한 위치에서의 가요성 랙을 따른 최대 편향을 나타내는 유한 요소 해석을 나타내는 도면이며,
도 11은 가요성 랙을 따른 하중 편향(load deflection)의 다른 도면이며,
도 12는 중실 랙 및 가요성 랙의 유사한 하중 하에서의 최대 하중 편향 그래프를 나타내는 도면이며,
도 13은 중실 랙 및 가요성 랙의 강성 그래프를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 형태로 실시될 수 있지만, 본 개시가 그 발명의 예시로 간주되어야 하고 예시하는 특정 실시예에 본 발명을 한정하고자 하지는 않는다는 조건하에 현재 바람직한 실시예를 도면에 도시하고 이하에서 설명할 것이다.

도면, 특히 도 1을 참조하면, 자동차를 위한 사물함 도어 등의 패널(8)의 운동을 감쇠시키는 데에 이용되는 댐퍼 조립체(10)의 하나의 통상적인 사용예를 도시하고 있다. 댐퍼 조립체(10)는 전체적으로 도면 부호 12로 나타낸 댐퍼 및 랙(14)을 포함한다. 댐퍼(12)는 캐리지(16)와, 로터(20)에 장착된 피니언(18)을 포함한다. 로터(20)는 로터(20)의 운동을 감소시키도록 규소수지 유체 등의 유체 내에 있다. 당업자라면 그러한 댐퍼(12)의 구성을 알 것이다. 댐퍼(12)의 도면 부호 22로 나타낸 하부는 뾰족한 또는 원추형 닙(24)을 형성하는 로터(20)의 현수부(depending portion)에 의해 형성된다.

댐퍼(12)는 적어도 부분적으로 랙(14) 내에 존재하고 랙(14)과 협동하도록 구성된다. 랙(14)은 피니언(18)과 맞물리는 복수의 치형(26)을 포함한다. 하나의 구성에서, 랙(14)은 대체로 U자형 단면을 가지며, 치형(26)은 U자형 랙(14)의 기립한 레그(30) 중 하나의 내면(28)에 형성된다. 랙(14)은 U자형 단면의 저부를 형성하고 기립한 레그(30, 34) 사이에서 연장하는 베이스 또는 바닥(32)을 구비한다. 댐퍼(12)는 랙(14) 상에 위치하고, 피니언(18)은 레그(30, 34)들 사이의 공간 내에 위치하여, 피니언(18)이 랙 치형(26)과 맞물리도록 되어 있다. 닙(24)은 랙 바닥(32) 상에 또는 그에 근접하게 배치되어, 댐퍼 조립체(10)에서의 소음 또는 덜걱거림을 감소 또는 제거한다.

랙(14)과 댐퍼(12)는 각각 운동을 감소시킬 대상물(O)과, 그 대상물(O)에 대한 다른 구조체에 각각 장착하도록 장착부(36, 38)를 포함한다. 예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 랙(14)은 사물함 도어(O)에 피벗 가능하게 장착되며, 댐퍼(12)는 피벗하는 도어(O)에 대한 정지부(S)인 자동차의 부분에 장착될 수 있다. 이러한 식으로, 도어(O)가 피벗할 때, 피니언(18) 및 랙(14)은 서로에 대해 이동하여, 도어(O)의 운동을 감쇠 또는 느리게 한다.

전술한 바와 같이, 다양한 인자가 랙(14)에 대한 피니언(18)의 이동의 용이성 또는 반대로 말해 랙(14)을 따른 피니언(18)의 운동에 대한 저항에 영향을 미칠 수 있다. 그러한 인자 중 하나는 랙(14)의 강성이다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하면, 가요성 랙(14)을 갖는 리니어 프리 런 댐퍼(12)의 실시예가 도시되어 있다. 랙(14)은 바닥(32)과 한 쌍의 기립한 레그 또는 측벽(30, 34)을 구비한다(예를 들면, 도 5 참조). 바닥(32)은 랙(14)의 길이방향 축선(A₁₄)의 양측에 복수의 세장형(40)을 구비하며, 그 길이방향 축선(A₁₄)이 중앙 런웨이(42)를 획정한다. 하나의 실시예에서, 복수의 슬롯(40)은 축선(A₁₄)의 양측에 형성된다. 슬롯(40)들은 랙(14)의 바닥(32)을 형성하는 브리지(44)에 의해 길이방향으로 서로 분리되어 있다. 슬롯(40)들은 중앙 런웨이(42)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다.

하나의 예시적인 예에서, 슬롯(40)은 약 2.5㎜의 폭(w₄₀)(랙을 가로질러 가로방향으로 측정)을 갖고, 다양한 길이, 예를 들면 25㎜ 및 10㎜의 2개의 길이(l_40a, l_40b)(랙을 따라 길이방향으로 측정)로 존재한다. 런웨이(42)의 대향한 양측의 슬롯(40)은, 런웨이의 일측에서의 슬롯들 사이의 브리지(44)가 런웨이(42)의 타측에서의 슬롯(40)과 대향하도록 서로 오프셋되어 있다(도 2 참조). 이러한 구성에서, 런웨이(42)의 일측에서의 긴 슬롯(40a)의 전체 크기는 런웨이(42)의 반대측에서의 슬롯(40)의 전체 크기와 일치하지 않는다. 게다가, 랙 치형(26)을 갖는 기립한 벽(30)에 보다 근접한 런웨이의 일측에서의 슬롯(40)은, 런웨이(42)의 반대측과 상이하게 또는 동일하게 구성될 수 있다. 슬롯(40)의 그러한 구성은 랙(14)의 길이를 따른 구조적 가요성의 변동을 감소시킨다.

도 3을 간략히 참조하면, 랙(14)은 또한, 운동이 감쇠될 대상물(O)이 어느 방향으로든 최대 위치(full position)에 있을 때(예를 들면, 사물함 도어가 완전히 개방되거나 닫힌 위치에 있을 때), 닙(24)은 랙(14)에서 일측의 슬롯(40)과 그 반대측의 브리지(44) 사이에 위치한다(전체적으로 도면 부호 46으로 나타냄). 이는 닙(24)이 2개의 슬롯(40) 사이에 위치하는 경우보다 큰 안정성을 제공하며(가요성이 보다 작거나 강성이 보다 크게 됨), 그 결과 댐퍼 조립체(10)에서의 소음 및 덜거덕거림의 가능성이 보다 적어진다. 대안적으로, 랙(14)은, 완전 개방 또는 완전 폐쇄 위치에서, 닙(24)이 긴 슬롯(40a)보다는 짧은 슬롯(40b)에 인접하게 놓이도록 구성될 수 있으며(도 3에서 도면 부호 48로 나타냄), 이는 긴 슬롯이 끝나는 곳에 근접하여 여분의 강성을 보상한다.

도 4를 참조하면, 슬롯(140)들이 대략 동일한 길이(L₁₄₀)를 갖는 가요성 랙(114)의 실시예를 도시하고 있다. 슬롯(140)들 사이의 간격(즉, 브리지(144))도 대략 동일한 길이(L₁₄₄)를 갖는다. 랙(114)의 단부의 슬롯(140a, b)들은 중간 슬롯(140)과는 약간 상이한 길이(L_140a,L_140b)를 가질 수 있고, 서로 간에는 동일 또는 상이한 길이를 가질 수 있다. 그러한 구성은 공지의 랙과 비교해 감소된 마찰력 및 소음을 유지하면서 여분의 강성을 보상할 수 있다.

치형 벽(30)과 동일 또는 반대측에서의 슬롯 길이, 간격(브리지(44)의 길이), 상대적 위치(런웨이를 사이에 두고 엇갈리게 배치됨)를 비롯한 슬롯(40)의 기타 구성들이 고려될 수 있고 본 개시의 범위 및 사상 내에 포함된다. 예를 들면, 랙(14)은 긴 슬롯들만을 갖거나, 치형 벽(30)에 긴 슬롯과 짧은 슬롯을 갖거나, 치형이 없는 벽(34)에 긴 슬롯과 짧은 슬롯을 갖거나, 두 벽(30, 34) 모두에서 긴 슬롯과 짧은 슬롯을 갖도록 구성될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 실제로, 그 슬롯들은 관통 슬롯이거나, 예를 들면 먼지의 침입을 감소시키도록 블라인드 슬롯(비관통 슬롯)일 수 있다.

보다 강성을 갖는 슬롯 미형성 랙을 따라 댐퍼(12)를 이동시키는 데에 필요한 힘과 가요성 랙(14)의 실시예에 따라 댐퍼(12)를 이동시키는 데에 필요한 힘을 비교하기 위해 다양한 측정이 이루어졌다. 그 측정 중 몇몇은 또한 댐퍼(12)를 이동시키는 데에 필요한 힘을 감소시키도록 댐퍼 닙(24)이 (공지의 댐퍼에 대해 행해진 바와 같이) 조절된 측정을 포함한다.

일례로서, 아래의 표 1은, 보다 강성을 갖거나 슬롯 미형성의 랙에 대한 가요성 또는 슬롯 형성 랙에서의 댐퍼를 이동시키는 데에 필요한 힘의 비교를 나타낸 것으로, 닙(24)이 미조절 및 수동 조절되었을 때의 결과도 나타내고 있다.

댐퍼를 이동시키기 위한 힘의 비교- 슬롯 형성 랙 대 슬롯 미형성 랙

닙 타입	전체 댐퍼 높이(㎜)	힘(N)-슬롯 형성 랙	힘(N)-중실 랙
수동 조절	16.71	8.85	8.94
미조절	17.00	9.30	10.54

강성		1.552	5.517

도 6은 보다 강성을 갖거나 슬롯 미형성의 랙과 비교한 가요성 또는 슬롯 형성 랙(14)에 있어서의 댐퍼의 높이의 치수 민감성(닙(24)의 돌출)을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 필요한 전체 힘이 중실 랙보다 가요성 또는 슬롯 형성 랙(16)에 있어서 훨씬 작을 뿐만 아니라, 필요한 힘의 민감성도 슬롯 형성 랙에서 훨씬 작다. 즉, 댐퍼의 높이가 증가함에 따라, 전통적인 슬롯 미형성 랙보다 필요한 추가적 힘이 적다(곡선의 보다 작은 기울기).

도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 가요성 랙(14)과 비교해 중실 랙에서의 동등한 힘 감소를 달성하는 한 가지 방법은, 닙(24)을 수작업으로 조절하여 댐퍼(12)의 전체 높이를 상당한 양만큼 감소시키는 것이다. 반면, 도 9를 참조하면, 댐퍼의 전체 높이(미조절 높이)를 이용하여 힘의 감소를 달성하는 보다 유리한 방법은 슬롯 형성 랙(14)을 이용하는 것이다.

도 10 및 도 11은 특정 재료로 이루어진 슬롯 형성 랙(14)을 이용하여 최대 편향 또는 하중 편향(load deflection)을 나타내는 유한 요소 해석을 도시하고 있다. 도 12 및 도 13은 긴 슬롯(완전한 슬롯)(40a)과 짧은 슬롯(40b)을 갖고 또한 런웨이(42)의 양측에 슬롯(40)(A 및 B 슬롯)을 갖는 다양한 슬롯 형성 랙(14)과 비교한 중실 랙에 있어서의 하중 편향 및 강성(㎜/N 단위)을 도시하는 것으로 도 12는 하중 편향(슬롯 형성 랙(14)에 더 큼)을 나타내고 도 13은 강성(슬롯 형성 랙(14)에서 더 작음)을 나태난다. 슬롯의 배치는 런웨이를 따른 강성 편차를 감소시키고자 한 것이다.

특정, 치수, 재료, 방향 등을 개시하였지만, 당업자라면 개시된 것 이외의 치수, 재료, 방향 등이 본 개시 및 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에 포함된다는 점을 인식하고 이해할 것이다.

본 명세서에서 언급하는 모든 특허들은 본 개시의 설명 내에서 구체적으로 그렇게 행하는 지에 관계없이 참조로 본 명세서에서 원용된다.

본 개시에서, 단수 표현의 용어들은 단수와 복수 모두를 포함하는 것으로 고려되어야 할 것이다. 반대로, 복수의 물품에 대한 임의의 언급한 적절한 경우에 단수를 포함한다.

당업자라면, 상측, 하측, 후측, 전측, 상부, 저부 등의 상대적 방향 용어는 단지 예시를 위한 것이지 본 개시의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니라는 점을 이해할 것이다.

이상으로부터, 본 개시의 신규한 개념의 진정한 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 수많은 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 특정 실시예에 대한 어떠한 한정도 의도하거나 암시하지 않는다는 점을 이해할 것이다. 본 개시는 청구 범위의 보호 범위 내에 포함되는 그러한 모든 수정을 첨부된 청구 범위에 의해 커버하고자 한 것이다.

Claims

리니어 댐퍼로서:
댐퍼 하우징;
상기 댐퍼 하우징 내에 배치된 로터;
상기 로터에 작동 가능하게 장착된 피니언;
베이스 및 이 베이스에 대체로 수직한 적어도 하나의 기립한 측벽을 포함한 리니어 랙(linear rack)
을 포함하며, 상기 랙은 상기 피니언이 상기 랙을 따라 하나의 방향으로 이동할 때에 상기 피니언과 맞물리도록 치형을 구비하며, 상기 랙은 복수의 세장형을 구비하며, 상기 슬롯은 상기 랙을 따른 피니언의 이동 방향으로 길이가 길도록 된 것인 리니어 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 랙은 상기 베이스의 양측에 한 쌍의 기립한 측벽을 포함하며, 상기 치형은 상기 기립한 측벽들 중 하나에 형성되는 것인 리니어 댐퍼.
제2항에 있어서,
길이방향 축선이 바닥에 획정되며, 세장형들은 길이방향 축선으로부터 이격되어 그 양측에 형성되는 것인 리니어 댐퍼.
제3항에 있어서,
길이방향 축선 양측의 상기 세장형들은 서로 엇갈린 형태로 배치되는 것인 리니어 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 세장형들의 실질적으로 전부가 동일한 길이를 갖는 것인 리니어 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 세장형 슬롯 중 적어도 일부는 상기 세장형 중 나머지와는 다른 길이를 갖는 것인 리니어 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 세장형들 사이의 간격은 브리지를 형성하는 것인 리니어 댐퍼.
제7항에 있어서,
상기 댐퍼 하우징이 상기 리니어 랙 상의 단부 위치에 있는 경우, 상기 댐퍼 하우징은 브리지에 인접하게 배치되는 것인 리니어 댐퍼.
제6항에 있어서,
상기 랙의 단부에 적어도 하나의 짧은 슬롯을 포함하는 것인 리니어 댐퍼.