KR101360422B1 - 시저스기어 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고가의 시저스핀을 별도로 제작하여 압입하지 않도록 하고, 시저스스프링의 양단부에 걸림홈을 형성하기 위한 정밀 와이어 컷팅 등의 고가의 가공방법을 사용하지 않고도 백래쉬 제거 및 소음 진동의 발생 방지 기능 등 시저스기어 본연의 기능을 원활하게 발휘할 수 있음은 물론, 그 강도 및 내마모성 등 기계적 특성도 향상되도록 한다.

Description

시저스기어 구조 및 그 제조방법{SCISSORS GEAR STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 시저스기어 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시저스기어의 제조비용을 저감하면서도 강도 및 내마모성 등 기계적 특성을 개선할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
시저스기어는 엔진의 캠기어 등과 같이 상호간에 치합되어 동력을 전달하는 기어연결에서 기어들 사이의 백래쉬에 의한 진동 및 소음의 발생을 방지할 수 있도록 하는 기어장치이다.
도 1은 종래의 시저스기어의 구조를 도시한 것으로서, 메인기어(500)와 서브기어(502)가 시저스스프링(504)에 의해 서로 탄성적으로 상대회동 가능하게 구성되어 있으며, 상기와 같은 메인기어(500)와 서브기어(502)의 탄성적 상대회동을 가능하게 하기 위하여, 상기 메인기어(500)와 서브기어(502)에는 상기 시저스스프링(504)의 단부가 지지되는 시저스핀(506)이 각각 구비되고, 상기 시저스스프링(504)은 양단이 상기 시전스핀들과의 접촉면적 증가와 정밀한 합치가 이루어지도록 걸림홈(508)이 형성되어 있다.
그런데, 상기한 바와 같이 메인기어(500) 및 서브기어(502)에 설치되는 상기 시저스핀(506)은 고가의 베어링강재인 크롬 도금핀으로 이루어지므로 별도로 제작하여 압입해야 하며, 상기 시저스프링의 걸림홈(508)은 정밀 와이어 컷팅의 방법으로 형성되므로 그 제조에 소요되는 비용이 고가여서, 시저스기어의 단가를 상승시키는 주요한 원인이 되고 있다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2009-0116425 A
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고가의 시저스핀을 별도로 제작하여 압입하지 않도록 하고, 시저스스프링의 양단부에 걸림홈을 형성하기 위한 정밀 와이어 컷팅 등의 고가의 가공방법을 사용하지 않고도 동등 이상의 백래쉬 제거 및 소음 진동의 발생 방지 기능을 발휘할 수 있음은 물론, 그 강도 및 내마모성 등 기계적 특성도 향상되도록 한 시저스기어 구조 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 시저스기어 구조는
동심축을 이루며 서로 상대 회동 가능하게 설치되는 메인기어 및 서브기어와;
상기 메인기어와 서브기어가 상호 회동 가능하도록 탄성력을 제공하는 원호형의 시저스스프링과;
상기 메인기어 및 서브기어의 상호 마주하는 면에 일체로 돌출되게 형성되어 상기 시저스스프링의 양단을 각각 지지하도록 된 지지돌기;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 시저스기어 제조방법은
탄소(C) 0.15~0.25 중량퍼센트, 몰리브덴(Mo) 0.5~1.5 중량퍼센트, 나머지 잔량은 철(Fe) 및 기타 1 중량 퍼센트 미만으로 구성되는 분말을 성형하여 메인기어 및 서브기어의 성형체를 각각 만드는 성형단계와;
상기 성형체를 소결하여 소결체를 만드는 소결단계와;
상기 소결체를 전조하여 치표면을 치밀화시킨 전조체를 만드는 전조단계와;
상기 전조체를 침탄 열처리하여 상기 치표면의 경도를 상승시켜 상기 메인기어 또는 서브기어를 형성하는 열처리단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고가의 시저스핀을 별도로 제작하여 압입하지 않도록 하고, 시저스스프링의 양단부에 걸림홈을 형성하기 위한 정밀 와이어 컷팅 등의 고가의 가공방법을 사용하지 않고도 백래쉬 제거 및 소음 진동의 발생 방지 기능 등 시저스기어 본연의 기능을 원활하게 발휘할 수 있음은 물론, 그 강도 및 내마모성 등 기계적 특성도 향상되도록 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 시저스기어의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 시저스기어를 구성하는 메인기어와 서브기어를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 시저스기어를 구성하는 시저스스프링과 지지돌기의 제1실시예를 설명한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 시저스스프링과 지지돌기의 제2실시예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 시저스스프링과 지지돌기의 제3실시예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 시저스스프링과 지지돌기의 제4실시예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 시저스기어 제조방법의 주요 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명 시저스기어 구조의 실시예들은 동심축을 이루며 서로 상대 회동 가능하게 설치되는 메인기어(1) 및 서브기어(3)와; 상기 메인기어(1)와 서브기어(3)가 상호 회동 가능하도록 탄성력을 제공하는 원호형의 시저스스프링(5)과; 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 상호 마주하는 면에 일체로 돌출되게 형성되어 상기 시저스스프링(5)의 양단을 각각 지지하도록 된 지지돌기(7)를 포함하여 구성된다.
즉, 종래와 같이 고가의 시저스핀을 별도로 제작하여 메인기어(1) 및 서브기어(3)에 압입하지 않고, 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 제작시에 종래 시저스핀의 역할을 수행하는 지지돌기(7)를 일체로 형성하도록 하며, 시저스스프링(5)은 단순한 단부구조를 취하여 단순 커팅이나 블랭킹 등의 간단한 제조방법으로 제작할 수 있도록 함으로써, 시저스기어의 제조에 소요되는 비용을 대폭적으로 저감할 수 있도록 한 것이다.
도 3을 참조하여, 시저스스프링(5)과 지지돌기(7)의 제1실시예를 보면, 상기 시저스스프링(5)의 단부는 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 반경방향을 따라 직선적으로 절단된 형상의 평면단부(5-1)로 이루어지고, 상기 지지돌기(7)는 상기 평면단부(5-1)에 상응하여 면접촉하는 평면을 제공하는 지지평면부(7-1)와, 상기 시저스스프링(5)의 단부가 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 반경방향 내측으로 유동하는 것을 제한하는 반경방향제어부(7-2)를 포함하여 구성되며, 이 구조는 도 2에도 적용되어 있다.
즉, 상기 시저스스프링(5)의 단부를 단순하게 직선적으로 절단하여 상기 평면단부(5-1)로 형성함에 의해 시저스스프링(5)의 제작이 용이하고 저렴하게 이루어질 수 있도록 하고, 상기 시저스스프링(5)의 단부들을 각각 지지하게 되는 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 지지돌기(7)들은 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 제작시에 후술하는 바와 같이 특정 조성의 분말로부터 일체로 소결되어 형성됨으로써, 강도 및 내마모성을 향상시키면서도 별도의 추가적인 비용이 발생하지 않도록 한 것이다.
상기 지지돌기(7)의 지지평면부(7-1)는 상기 시저스스프링(5)의 평면단부(5-1)와 면접촉을 하여 종래에 비하여 보다 넓은 면적으로 안정된 접촉 및 지지가 이루어지도록 함으로써, 접촉지지면적의 증가에 따른 응력 분산의 효과를 얻을 수 있도록 하여 상기 강도 및 내마모성 확보와 함께 그 내구성을 향상시킬 수 있도록 하며, 상기 반경방향제어부(7-2)는 상기 시저스스프링(5)의 단부가 반경방향 내측으로 이동하는 것을 억제하여 안정된 지지상태를 유지하도록 한다.
도 4를 참조하여, 상기 시저스스프링(5)과 지지돌기(7)의 제2실시예를 보면, 상기 시저스스프링(5)의 단부는 상기와 동일하게 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 반경방향을 따라 직선적으로 절단된 형상의 평면단부(5-1)로 이루어지고, 상기 지지돌기(7)는 상기 평면단부(5-1)가 삽입되어 면접촉 상태를 유지하도록 하는 오목한 사각형의 사각홈부(7-3)를 포함하도록 형성된다.
즉, 상기 제1실시예에서 상기 지지평면부(7-1)와 반경방향제어부(7-2)가 서로 직각을 이루어 ‘ㄱ’자 형태를 이루는 것에서 더 나아가, 상기 시저스스프링(5)의 평면단부(5-1)가 완전히 삽입되어 3면에서 지지가 가능하도록 상기 사각홈부(7-3)를 상기 지지돌기(7)에 구비한 것이다.
상기 시저스스프링(5)과 지지돌기(7)의 제3실시예를 보면, 도 5와 같이, 상기 시저스스프링(5)의 단부는 중앙부가 볼록한 원호형으로 절단된 원호단부(5-2)로 이루어지고, 상기 지지돌기(7)는 상기 원호단부(5-2)에 상응하여 면접촉 상태를 형성하도록 오목한 원호형의 원호홈부(7-4)를 포함하도록 형성된 구조이다.
이 구조도 상기 지지돌기(7)가 시저스스프링(5)을 시저스스프링(5) 본래의 탄성력 제공 방향인 그 원주방향으로 지지함과 아울러 그 반경방향으로도 지지하며, 상기 시저스스프링(5)의 원호단부(5-2) 전체가 상기 원호홈부(7-4) 전체에 지지되어 접촉지지면적의 증가에 따른 응력 분산의 효과를 얻을 수 있는 것이다.
도 6을 참조하여 상기 시저스스프링(5)과 지지돌기(7)의 제4실시예를 보면, 상기 시저스스프링(5)의 단부는 좁아지는 사다리꼴 형상으로 절단된 사다리꼴단부(5-3)로 이루어지고, 상기 지지돌기(7)는 상기 사다리꼴단부(5-3)에 상응하여 면접촉 상태를 형성하도록 오목한 사다리꼴의 사다리홈부(7-5)를 포함하도록 형성되며, 이 구조도 앞서의 실시예들과 마찬가지로 상기 시저스스프링(5)의 단부를 안정되게 지지함과 아울러 상기 시저스스프링(5)과의 사이에 작용하는 하중에 대하여 접촉지지면적의 증가에 따른 응력 분산의 효과를 얻을 수 있어서, 시저스기어 전체의 내구성 향상에 기여할 수 있는 것이다.
한편, 상기한 바와 같은 지지돌기(7)를 일체로 구비하는 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)는 탄소(C) 0.15~0.25 중량퍼센트, 몰리브덴(Mo) 0.5~1.5 중량퍼센트, 나머지 잔량은 철(Fe) 및 기타 1 중량 퍼센트 미만으로 구성되는 분말을 성형하여 소결하고, 전조한 후, 침탄 열처리하여 형성된다.
여기서, 상기 탄소가 0.15 중량퍼센트 미만이 되는 경우에는 열처리시 경화능의 저하 및 경도의 저하가 우려되고, 0.3 중량퍼센트를 초과할 경우에는 열처리 후 취성에 의한 내충격성 저하가 우려되며, 상기 몰리브덴이 0.5 중량퍼센트 미만일 경우에는 소재의 기계적 성질 및 경화능의 저하가 우려되고, 1.5 중량퍼센트를 초과할 경우에는 소재비의 과도 상승 및 성형성 저하가 우려된다.
보다 구체적으로 본 발명에 의한 시저스기어 제조방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 탄소(C) 0.15~0.25 중량퍼센트, 몰리브덴(Mo) 0.5~1.5 중량퍼센트, 나머지 잔량은 철(Fe) 및 기타 1 중량 퍼센트 미만으로 구성되는 분말을 성형하여 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 성형체를 각각 만드는 성형단계(S10)와; 상기 성형체를 소결하여 소결체를 만드는 소결단계(S20)와; 상기 소결체를 전조하여 치표면을 치밀화시킨 전조체를 만드는 전조단계(S30)와; 상기 전조체를 침탄 열처리하여 상기 치표면의 경도를 상승시켜 상기 메인기어(1) 또는 서브기어(3)를 형성하는 열처리단계(S40)를 포함하여 구성된다.
상기 성형단계(S10)에서는 100℃ 이상의 온도에서 상형과 하형에 상기 분말을 충진하여 압력을 가하여 성형하며, 상기 성형체의 밀도는 7.3g/cc 이상의 밀도가 되도록 성형하며, 물론 상기 지지돌기(7)를 일체로 형성한 상태로 성형된다.
상기 소결단계(S20)에서는 상기 성형체를 1100~1300℃의 환원 분위기로 30분 내지 2시간 동안 소결한다.
상기 소결온도가 1100℃ 미만일 경우, 분말간 물질확산 및 목부형성(NECKING)이 원활하지 않고, 1300℃ 초과일 경우에는 양산성이 현저하게 저하되기 때문이다.
상기 전조단계(S30)는 상기 소결단계(S20) 이후 상기 소결체를 상온으로 냉각시켜서 수행하며, 상기 소결체의 내측을 고정하고 외측에 전조 다이를 위치시켜 회전 및 가압하여 실시하여, 상기 치표면의 치밀화 깊이가 150~400㎛ 수준이 되도록 한다.
상기 치밀화 깊이가 150㎛ 미만에서는 원하는 기계적 성질을 만족시킬 수 없고, 400㎛ 초과시에는 전조에 의한 잔류응력 과다로 상기 열처리단계(S40)에서 열변형량이 증가하게 되어 불리하다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 메인기어
3; 서브기어
5; 시저스스프링
5-1; 평면단부
5-2; 원호단부
5-3; 사다리꼴단부
7; 지지돌기
7-1; 지지평면부
7-2; 반경방향제어부
7-3; 사각홈부
7-4; 원호홈부
7-5; 사다리홈부
S10; 성형단계
S20; 소결단계
S30; 전조단계
S40; 열처리단계

Claims (10)

  1. 동심축을 이루며 서로 상대 회동 가능하게 설치되는 메인기어(1) 및 서브기어(3)와;
    상기 메인기어(1)와 서브기어(3)가 상호 회동 가능하도록 탄성력을 제공하는 원호형의 시저스스프링(5)과;
    상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 상호 마주하는 면에 일체로 돌출되게 형성되어 상기 시저스스프링(5)의 양단을 각각 지지하도록 된 지지돌기(7); 를 포함하며,
    상기 시저스스프링(5)의 단부는 상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)의 반경방향을 따라 직선적으로 절단된 형상의 평면단부(5-1)로 이루어지고;
    상기 지지돌기(7)는 상기 평면단부(5-1)가 삽입되어 면접촉 상태를 유지하도록 하는 오목한 사각형의 사각홈부(7-3)를 포함하도록 형성된 것을 특징으로 하는 시저스기어 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인기어(1) 및 서브기어(3)는
    탄소(C) 0.15~0.25 중량퍼센트, 몰리브덴(Mo) 0.5~1.5 중량퍼센트, 나머지 잔량은 철(Fe) 및 기타 1 중량 퍼센트 미만으로 구성되는 분말을 성형하여 소결하고, 전조한 후, 침탄 열처리하여 형성되는 것
    을 특징으로 하는 시저스기어 구조.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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