KR20130035156A - 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제작방법에 관한 것으로서,
종래로부터의 통상적인 타이밍벨트(1)를 역발상으로 뒤집은 타이밍벨트(2)를 외치 기어몸뚱이(3)의 외치 기어 몸뚱이 외주면(30)에 맞춰 끼우면 하나의 완성된 외치 기어의 실시 예(2000)뿐만 아니라, 타이밍벨트(1)를 내치 기어 몸뚱이(4)의 내치 기어 몸뚱이 내주면(40)에 맞춰 끼우면 또 하나의 완성된 외치 기어의 실시 예(1000)의 구조를 용이하게 구현할 수 있는 간단한 구성에 특징이 있다.
특히 타이밍벨트(1, 2)의 고유한 특성과 장점을 기어에 적용 함으로서 종래로부터의 통상적인 기어 및 그 제조기술로서는 구현키 어려웠던 운전중의 정숙성 및 무급유, 신속성, 그리고 저렴하게 다품종소량생산을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

Description

타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법{Timingbelt making use of the gear and manufacturing method thereof}

본 발명은 종래로부터의 통상적인 산업 및 일상 생활의 편익추구를 위한 각종 기계류를 비롯한 도구에서의 동력전달장치를 이루는 수단의 구성요소 중 하나인 기어 및 그 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상적인 기어의 기본구조에 있어서 톱니바퀴를 이루는 요철모양의 돌기를 만들기 위한 종래로부터의 기계적인 가공 기술과는 달리 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기한 기술분야에 따른 통상적인 기어들의 종류에는 대표적인 것으로서, 평기어, 베벨기어, 헬리컬기어, 웜기어, 캠기어 내치기어 등이 흔히 사용되고 있다.

특히 본 발명은, 본 발명인이 출원한 10-2011-0098639을 원출원으로 하여, 더욱 완성도를 높이기 위해 가장 바람직하다고 생각되는 다양한 실시 예를 실험한 경험을 통해 얻어진 실체사진들을 예시 및 참고용 도로서 추가로 첨부한 재출원이다.

기어는 통상적으로 단독이 아닌 2개 이상의 조합을 통해서 서로 맞물린 상태로 변속 및 회전방향전환 등의 복합적인 동력전달장치를 구성하기 위한 기계적 구조의 중요한 요소로서, 다양한 용도에 따른 재질과 규격의 모양 및 구조로서 제조된 것이 널리 사용되고 있음은 다 아는 사실이다.

종래로부터의 통상적인 기어의 겉보기 모양으로는, 예를 들면 가장 흔한 평기어의 경우 기어의 중심을 기준으로 하여 어느 외경방향이던 반지름이 동일한 원형의 외치 또는 내치로 된 기어를 들 수 있겠지만, 요구되는 용도에 따라서는 타원 및 달걀모양 등의 캠 기어는 물론이고, 톱니가 기어의 외경주변이 아닌 안쪽에 구성되는 내치 기어의 제조는 매우 어려운 기술에 속할 뿐만 아니라, 구동중에 발생하는 진동 및 소음을 없애는 기술은 관련 제조 및 기술계의 오랜 숙원임은 다 아는 사실이다.

이에 따라 본 발명인이 추구하는 발명의 요지는 다음과 같다.

1. 통상적인 기어에 있어서, 외주에 톱니만들기 및 그 제조방법.

2. 통상적인 기어에 있어서, 내주 안쪽에 톱니만들기 및 그 제조방법.

3. 타원형 및 다양한 모양의 캠 기어에 있어서, 내주 및 외주에 톱니만들기 및 그 제조방법.

4. 구동중에 발생하는 진동 및 소음을 대폭 억제하는 저감기술 및 그 방법.

5. 기어의 톱니만들기 및 제조를 위한 특정기술 및 전용기계가 필요없이, 단지 통상적인 공작기계 및 도구만으로도 얼마든지 산업 및 기계제작 업계의 요구에 따른 상기 1 및 2, 3 그리고 4의 기술을 충족하면서도 경우에 따라서는 대량생산은 물론, 다품종소량생산 역시 비교적 저비용으로 용이하게 제작해서 수요에 신속하게 대응할 수 있는 기어 제조기술의 확장 및 발전을 통해 관련 기술계에 널리 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 과제에 따른 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 종래로부터의 다양한 벨트들 중에서도 특히 타이밍벨트의 주요 특징인 작동 중 미끄러짐을 방지하기 위해 벨트 표면에 요철 모양으로 구성된 돌기를 통상적인 이용방식이 아니라, 오히려 기어의 톱니바퀴로서 응용하는 등의 역발상을 통해 종래로부터의 통상적인 기어들과 동등한 성능 및 유사한 구조를 저렴하게 구현함에 특징이 있다.

더욱 상세하게는, 단지 통상적인 풀리 모양을 기반으로 하되, 제조하려는 기어의 변속비 및 동력전달력 등의 조건을 반영한 설계에 따라 알맞은 규격으로 재단한 타이밍벨트의 돌기가 없는 뒷부분인 바닥면에 꼭 알맞도록 가공하는 등 준비한 기어몸뚱이의 외주 또는 내주에 맞춰 끼워 조립하는 등의 비교적 단순한 제작기술을 통해 일련의 완성된 기어를 용이하게 제조할 수 있는 구조적인 특징을 활용하여 다품종 소량생산에도 신속하게 대응할 수 있는 장점도 있음은 물론이다.

본 발명을 통한 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법을 통해 구현되는 다양한 규격의 기어들은, 종래로부터의 통상적인 기어의 역할뿐만 아니라 타이밍벨트가 갖는 고유특성인 운전 중 급유가 필요 없을 뿐만 아니라, 타의 추종을 불허할 만큼 매우 조용한 운전은 물론 정확한 구동제어가 이뤄지는 등의 장점을 모두 구현할 수 있는 특징이 있다.

특히, 종래의 통상적인 기어제작 기술만으로는 해내기 어려웠던 타원 및 달걀모양 등의 캠 기어 역시 일련의 변형 및 독특한 모양의 구성으로 이뤄지는 구조의 기어제조도 간단 및 용이하게 구현할 수 있다.

뿐만 아니라, 비교적 저렴하고도 용이한 다품종 소량은 물론 대량생산도 얼마든지 구현 가능하다는 장점이 있다.

도 1은, 본 발명에 따라 통상적인 하나의 외치 기어를 구현한 모양의 사시도.
도 2는, 통상적인 하나의 타이밍벨트의 사시도.
도 3은, 도 2의 타이밍벨트를 단지 안팎을 뒤집은 모양의 사시도.
도 4는, 도 3의 타이밍벨트를 외주에 맞춰 씌우기 위한 크기로 가공한 기어몸뚱이 모양 및 구조의 일례를 통한 사시도.
도 5는, 도 2의 타이밍벨트를 내주에 맞춰 끼울 수 있도록 가공한 기어몸뚱이 모양 및 구조의 일례를 통한 사시도.
도 6은, 도 2의 타이밍벨트를 도 5의 기어몸뚱이의 내주에 맞춰 끼워서 조립 완성한 통상적인 내치 기어의 일례를 구현한 모양의 사시도.
도 7은, 도 1의 경우와 같이 구현된 외치 기어의 외부에 또 하나의 작은 기어를 맞물린 구성의 실시 예를 통한 사시도.
도 8은, 도 6의 경우와 같이 구현된 내치 기어의 내부에 또 하나의 작은 유성기어를 맞물린 구성의 실시 예를 통한 사시도.
도 9는, 도 1에 따라 가장 바람직한 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.
도 10은, 종래로부터의 통상적인 타이밍벨트용 풀리의 실체사진을 통한 예시도.
도 11은, 통상적인 타이밍벨트용 풀리 및 기어의 실체사진을 통한 예시도.
도 12는, 도 1 또는 참고용 도 9의 구조를 조립 및 완성하기 전의 모양에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.
도 13은, 도 2의 경우에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.
도 14는, 도 3의 경우에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.
도 15는, 도 4의 경우에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.
도 16은, 도 7에 따른 하나의 통상적인 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.
도 17은, 도 7에 따른 또 하나의 통상적인 사용례로서, 참고용 도 12와 같은 한 쌍의 외치 기어(2000)들의 돌기를 임의로 맞물린 모양으로 구성한 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.
도 18은, 도 7에 따른 또 하나의 통상적인 사용례로서, 참고용 도 11 및 참고용 도 12와 같은 한 쌍의 외치 기어(2000)의 돌기에 참고용 도 11과 같은 모양의 외접기어를 맞물려서 구성한 실시 예의 실체사진을 통한 예시도.

이하는, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명을 통한 설명의 요지를 첨부한 도면 및 참고용 예시도들을 모두 함께 참조하면서 간략하게 설명한 것이다.

종래로부터의 통상적인 타이밍벨트(1)를 실시 예 및 설계규격에 따라 적절한 크기 및 폭으로 재단한 것을, 내치 기어 몸뚱이(4)의 내주면(40)에 맞춰 끼워서 고착하는 정도의 매우 간단한 구성의 조합 및 제조방법을 통해서 하나의 완성된 내치 기어의 실시 예(1000)를 용이하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 역시 동일한 원리로서 상기 타이밍벨트(1)를 종래로부터의 통상적인 모양과는 달리 본 발명의 요지 중 하나인 역발상을 통해서 단지 안팎을 뒤집는 모양변형만 해서 미리 준비한 타이밍벨트(3)를 외치 기어몸뚱이(3)의 외주면(30)에 맞춰 끼워서 고착하는 정도의 간단한 구성의 조합 및 제조방법을 통해서 또 하나의 완성된 외치 기어의 실시 예(2000) 역시 용이하게 구현할 수 있음은 물론이다.

이에 관한 보충설명에 따른 일례로서, 사실상 동일한 규격의 타이밍벨트(1 및 2)를 통상적인 사용방법에 따른 그대로인 상태를 도면으로 나타냈을 뿐인 타이밍벨트(2)의 경우는 요철모양의 돌기(100)가 안쪽을 향하며 바닥면(10)은 밖을 향하는 모양임에 비해, 이를 본 발명을 통한 역발상에 따라 단지 안팎을 뒤집은 모양의 타이밍벨트(2)의 경우는 요철모양의 돌기(200)가 밖으로 향하며 바닥면(20)은 안쪽으로 향하는 모양의 구조적 차이만 있을 뿐이다.

이하는, 본 발명을 통해 첨부한 도면 및 실시 예를 통한 참고용 예시도를 참조하면서 상세하게 설명한 것이다.

도 1은, 도 3의 타이밍벨트를 도 4의 기어몸뚱이의 외주에 맞춰 끼워서 조립 완성한 통상적인 외치 기어의 일례를 구현한 모양의 사시도다.

이와 같은 도 1을 통한 기술적 요지의 완성 및 가능성의 판단을 위한 실험에 따른 실시 예로서, 외치 기어몸뚱이(3)의 외주면(30)의 겉에다 통상적인 타이밍벨트(1)를 본 발명에 따른 역발상을 통해 단지 안팎을 뒤집은 타이밍벨트(3)를 맞춰 끼워 정렬 및 조합하는 구성을 통해서 하나의 완성된 모양 및 구조에 특징이 있는 외치 기어의 실시 예(2000)를 용이하게 구현할 수 있음을 실증해 냈음을 보충 설명하기 위한 참고용 도 12는, 도 1 또는 참고용 도 9의 구조를 조립 및 완성하기 전의 모양에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도다.

이와 더불어서 도 1 및 참고용 도 12의 구조를 이룬 기어몸뚱이(3)의 중간에 플랜지식 보스(33)를 볼트로 조여 견고하게 부착함에 따라 당장이라도 산업현장의 기계제작에 투입할 수 있을 정도로 완성된 모양을 다 갖춘 참고용 도 9는, 도 1에 따라 가장 바람직한 실시 예의 실체사진을 통한 대표적인 예시도다.

그리고 참고용 도 10은, 종래로부터의 통상적인 타이밍벨트용 풀리의 실체사진을 통한 예시도로서, 타이밍벨트를 이용한 산업현장의 동력전달장치에 널리 쓰이고 있는 실제부품인 임의의 규격 중에서 하나를 떼 낸 것을 촬영한 것으로서, 이를 더욱 설명한다면 종래로부터의 통상적인 타이밍벨트는 이와 같은 모양의 풀리에 결합 및 걸어서 동력을 전달하는 용도임을, 상기한 도 1 및 참고용 도 9의 모양과 같은 구성 및 구조로 제작함에 특징이 있는 본 발명을 통한 요지와의 차이를 참조함에 필요한 비교용이다.

뿐만 아니라 도 11은, 통상적인 타이밍벨트용 풀리 및 기어의 실체사진을 통한 예시도다. 이와 같은 참고용 도 11은 상기 참고용 도 10의 구조를 구현하기 위해 기어모양으로 가공한 중간 과정의 것으로서, 운전 중 타이밍벨트가 혹시 모를 이탈방지를 위해서 부착하는 마치 토끼 귀 모양의 양쪽 날개만 미처 조립하지 않은 상태의 통상적인 타이밍벨트용 풀리 및 기어의 실체사진을 통한 예시도다.

도 2는, 통상적으로 흔한 하나의 타이밍벨트를 예시한 사시도 및 도 2의 타이밍벨트를 단지 안팎을 뒤집은 모양의 사시도인 도 3은, 일례를 들면 사실상 동일한 규격의 타이밍벨트를, 통상적인 사용방법에 따른 그대로인 상태를 도면으로 나타냈을 뿐인 타이밍벨트(1)의 경우는 요철모양의 돌기(100)가 안쪽을 향하며 바닥면(10)이 밖을 향하는 모양임에 비해, 이를 본 발명을 통한 역발상에 따라 단지 안팎을 뒤집은 모양의 타이밍벨트(2)의 경우는 요철모양의 돌기(200)가 밖으로 향하며 바닥면(20)은 안쪽으로 향하는 모양의 구조다.

상기한 도 2 및 도 3을 더욱 보충 설명하기 위한 일례로서의 통상적인 견본을 통한 참고용 도 13은, 도 2의 경우에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도 및 참고용 도 14는, 도 3의 경우에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도다.

특히, 도 2의 타이밍벨트(1)의 안팎을 단지 뒤집은 모양의 사시도인 도 3은, 본 발명에 있어서 가장 중요한 기술적 사상의 동기유발 및 발상의 전환을 이끌어 내게되었던 첫 발견을 통한 경우로서, 종래로부터의 통상적으로는 참고용 도 10과 같은 타이밍벨트용 풀리의 요철모양의 돌기에다, 도 2를 통한 타이밍벨트(2)의 돌기(100)를 맞물려서 회전토록 하여 통상적인 동력전달이 이뤄지기 때문에, 만약 바닥면(10)이 도 3의 경우처럼 바닥면(20)이 안쪽으로 뒤집어져 있으면 이를 다시 바로잡아서 사용해야 함은 너무 당연해서 누구나 다 아는 사실이나, 본 발명인에 의해서 제작되고 있던 모종의 동력전달장치를 조립하던 어느 날 평소처럼 참고용 도 3의 모양처럼 통상적인 경우와는 달리 안팎이 뒤집혀져 있는 타이밍벨트(2)를 바로잡기 위해 매만지던 중 문뜩 혹시 이 돌기(200)를 있는 모양 그대로를 통상적인 기어의 톱니를 대신하도록 이용하면 어떨까? 라는 우연한 기회를 통해 역설적인 발상의 전환 및 동기유발로 인해서 비롯된 본 발명의 요지가 점차 구체적으로 이뤄진 시발점이 됐다.

도 3의 타이밍벨트를 외주에 맞춰 씌우기 위한 크기로 가공한 기어몸뚱이 모양 및 구조의 일례를 통한 사시도인 도 4는, 통상적인 중심축이 관통할 구멍(35)을 중심으로 하는 보스(33)를 통해 동력전달장치의 구동축이 설치되는 일련의 종래로부터의 통상적인 기어 및 벨트용 풀리 또는 그런 모양의 구조물을 본 발명의 요지를 구현하기 위해서, 통상적인 톱니바퀴가 형성되는 위치인 외치 기어몸뚱이(3)의 외주부위에다 단지 외치 기어몸뚱이 외주면(30) 및 이를 기준으로 하여, 본 발명을 통한 역발상에 따라 단지 안팎을 뒤집은 타이밍벨트(2)가 기어몸뚱이 외주면(30)에 정확하게 끼워 맞춤 및 이탈방지 등의 정렬을 위한 타이밍벨트 가이드(31)와, 추후 작동 중의 진동 및 구동력에 따른 밀림 현상으로 타이밍벨트(2)가 빠지는 등의 만약의 불상사를 방지하기 위한 타이밍벨트 이탈방지 둔덕(32) 등의 기본적 구성으로 가공 및 제조되는 간단한 구조이다.

상기한 도 4를 통한 기술적 요지의 완성 및 가능성의 판단을 위한 실험에 따른 참고용 도 15는, 도 4의 경우에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도다.

도 2의 타이밍벨트를 내주에 맞춰 끼울 수 있도록 가공한 기어몸뚱이 모양 및 구조의 일례를 통한 사시도인 도 5는, 위의 도 4로서 설명한 기본적 구성의 요령과 비슷한 제조과정을 통하는 것으로서, 중심축이 관통할 구멍(45)을 중심으로 하는 보스(43)를 통해 동력전달장치의 구동축이 설치되는 일련의 종래로부터의 통상적인 기어 및 벨트용 풀리 또는 그런 모양의 구조물을 본 발명의 요지를 구현하게 위해서, 통상적인 톱니바퀴가 형성되는 위치인 내주면(40)에 타이밍벨트(1)가 정확하게 끼워 맞춤 및 이탈방지 등의 정렬은 내치 기어몸뚱이(4)를 기준으로 이뤄지며, 추후 작동 중의 진동 및 구동력에 따라 밀려나는 현상으로 타이밍벨트(1)가 빠지는 등의 만약의 불상사를 방지하기 위한 타이밍벨트 이탈방지 둔덕(42) 등의 기본적인 구성으로 가공 및 제조되는 간단한 구조이다.

도 2의 타이밍벨트를 도 5의 기어몸뚱이의 내주에 맞춰 끼워서 조립 완성한 통상적인 내치 기어의 일례를 구현한 모양의 사시도인 도 6은, 내치 기어몸뚱이(4)의 내주면(40) 겉에다 위의 설명 및 요령과 같이 타이밍벨트(1)를 맞춰 끼워 정렬 및 조합하는 구성을 통해서 또 하나의 완성된 모양 및 구조에 특징이 있는 내치 기어 구조의 실시 예(1000)를 용이하게 구현함을 도면을 통해 설명한 것이다.

이하는, 본 발명을 통해 제시하는 요지에 따라 제조한 일련의 완성된 외치 기어의 실시 예(2000) 및 내치 기어의 실시 예(1000)가 이를 필요로 하는 현장 및 기계적 구성에서 실제로는 어떻게 적용할 수 있는가를 살펴보는 일련의 실용성을 중시한 실시 예에 관한 것이다.

도 1의 경우와 같이 구현된 외치 기어의 외부에 또 하나의 기어를 맞물린 구성의 실시 예를 통한 사시도인 도 7 및 이와 같은 도 7에 따른 하나의 통상적인 실시 예의 실체사진을 통한 예시 및 사시도인 참고용 도 16은, 도 1 및 참고용 도 9 또는 참고용 도 12의 경우는 일련의 완성된 외치 기어의 실시 예(2000)에 있어서, 외주에 톱니바퀴를 이룬 요철모양의 돌기들 중 임의의 위치에 또 하나의 외접기어(5000)를 각각의 톱니 및 돌기끼리 서로 맞물린 모양의 구성으로서 작동함에 관한 것이다.

상기한 참고용 도 16에서의 외접기어(5000)는 통상적인 실시 예에 따르면 피니언으로서, 고분자화합물질로 이뤄진 타이밍벨트(1, 2)가 아닌 두랄루민 등의 금속재질로 만들어진 통상적인 타이밍벨트용 풀리로 된 것을 외접기어로서 사용할 수도 있음을 실증적으로 설명한 것이다.

뿐만 아니라, 참고용 도 17은, 도 7에 따른 또 하나의 통상적인 사용례로서, 참고용 도 12와 같은 한 쌍의 외치 기어(2000)들의 돌기끼리 임의로 맞물린 모양으로 구성한 실시 예의 실체사진을 통한 예시도로서, 이와 같이 동질의 타이밍벨트(3)를 이용한 톱니바퀴의 구조로 된 돌기(200)들을 서로 외접기어로서 맞물려 사용할 수 있음을 실증적으로 설명한 것이다.

이와 함께 참고용 도 18은, 도 7에 따른 또 하나의 통상적인 사용례로서, 참고용 도 11 및 참고용 도 12 같은 외치 기어(2000)의 돌기에 참고용 도 11과 같은 모양의 외접기어를 맞물려서 구성한 실시 예의 실체사진을 통한 예시도로서, 이와 같이 타이밍벨트(3)를 이용한 도 1 및 참고용 도 12의 외치 기어의 돌기(200)와, 이에 맞대응 가능한 지름을 갖춘 규격의 참고용 도 11의 외치 기어는 두랄루민 등의 금속재질로 만들어진 통상적인 타이밍벨트용 풀리로 된 것을 외접기어로서 사용할 수도 있음을 실증적으로 설명한 것이다.

도 6의 경우와 같이 구현된 내치 기어의 내부에 또 하나의 기어를 맞물린 구성의 실시 예를 통한 사시도인 도 8은, 일련의 완성된 내치 기어의 실시 예(1000)에 있어서, 내주에 톱니바퀴를 이룬 요철모양의 돌기 중 임의의 위치에 일련의 유성기어 및 피니언인 내접기어(6000)를 각각의 톱니 및 돌기들끼리 맞물린 모양의 구성으로서 작동함에 관한 것이다.

이하는, 본 발명을 통한 요지의 더욱 상세한 설명 및 완성도를 높이기 위해 실시한 실험들을 통한 경험을 토대로 제시하는 종합적인 보충설명에 관한 것이다.

상기한, 도 3에 따라 돌기(200)를 겉으로 하고 바닥면(20)을 안쪽으로 향하도록 안팎을 뒤집은 타이밍벨트(2)의 안쪽 원둘레 및 내부 지름을 정확하게 측정하기가 어려우면, 업계의 통상적인 관행 및 경험에 따라 우선 가공하는 공작기계인 선반의 척에 대략적인 지름의 재료를 물려서 조금씩 깎는 중간에 타이밍벨트(2)를 여러번에 걸쳐 실제로 맞춰 끼우고 빼내다 보면 결국 가장 바람직한 외치 기어몸뚱이 외주면(30)의 정확한 지름을 알아낼 수 있는 방식을 통한 것으로서, 도 4의 경우에 따른 실시 예의 실체사진을 통한 예시도인 참고용 도 15는 이와 같이 여러 번의 시행착오를 겪으면서 가장 바람직하다고 판단되는 기어몸뚱이 외주면(30) 및 타이밍벨트(2)를 정확한 위치에 맞춰 끼울 수 있도록 하는 정렬의 기준 역할을 하는 타이밍벨트 가이드(31) 그리고 이와 같이 맞춰 끼워진 타이밍벨트(2)가 추후 작동 중의 진동 및 구동력에 따른 밀림 현상으로 혹시 빠져나가는 등 불상사를 사전에 예방하기 위한 타이밍벨트 이탈방지 둔덕(32) 역시 갖추는 등 기본적 구성의 모양으로 가공 및 제조한 간단한 구조다.

위와 마찬가지의 요령을 통해서, 도 2의 타이밍벨트를 내주에 맞춰 끼울 수 있도록 가공한 기어몸뚱이 모양 및 구조의 일례를 통한 사시도인 5는, 내치 기어몸뚱이(4)의 내주면(40) 가공 및 정확한 지름의 측정방식은 위의 도 4 및 참고용 도 15에서의 경우처럼 여러 번의 시행착오를 겪으면서, 가장 바람직하다고 판단되는 기어몸뚱이 내주면(40) 및 타이밍벨트(1)를 정확한 위치에 맞춰 끼울 수 있도록 하는 역할의 기어몸뚱이 내주면 및 타이밍벨트 가이드(4) 그리고 이와 같이 맞춰 끼워진 타이밍벨트(1)가 작동 중에 혹시 빠져나갈지 모름을 사전에 예방하기 위한 타이밍벨트 이탈방지 둔덕(42) 역시 갖추는 등 기본적 구성의 모양으로 가공 및 제조한 간단한 구조를 구현하는 방법은 동일하다.

위와 같은 기본적 구성에 있어서 도면에서는 생략되었지만 실용성을 위해 추가로 필요한 중요 기술적 요령이 있다면, 외치 기어몸뚱이 외주면(30) 및 내치 기어몸뚱이 내주면(40)에는 타이밍벨트를 꼭 알맞게 맞춰 끼웠음에도 불구하고 실제 현장에서의 동력전달작용 중에 미끄러짐이 발생할 우려가 있으므로, 외치 기어몸뚱이 외주면(30) 및 내치 기어몸뚱이 내주면(40) 표면에다 통상적으로 흔히 활용되고 있는 미끄러짐 방지를 위한 기술적 요령인 작은 흠집 내기(널링)를 실시하고, 더욱 타이밍벨트(1, 2)의 미끄럼 방지 및 이탈방지를 위해서 외주면(30) 및 내주면(40)은 물론 타이밍벨트의 바닥면(10, 20)에다 접착제를 이용할 수도 있음은 물론이다.

종래로부터의 통상적인 기어의 경우, 주로 강철 등의 금속으로 제조됨에 따라 쌍을 이뤄 변속 및 동력전달의 작용 때 발생하는 마찰에 의한 열과 진동 및 소음은 공해를 넘어 제품의 품격을 떨어뜨리는 요인 중 하나로서, 이를 줄이려는 기술적 개선 노력은 첨단기술시대인 오늘날에도 미쳐 다 해결해내지 못한 과제이다.

이와 같은 기어들 중 소음이 가장 큰 기어방식으로는 평기어 및 베벨기어가 있으며, 현재까지 평기어를 개선한 것으로는 헬리컬기어가 있고, 베벨기어를 개선한 것으로 스파이럴 베벨기어가 있으며, 자동차처럼 낮은 차축이 유리한 경우 등에서는 이의 변형으로 하이포이드기어가 널리 쓰이나, 이 모두 축 방향으로 미끄러지려는 엔트로피 특성이 원초적 단점인 바, 어느 경우나 용도와 역할에 따라 적절한 수납공간을 통한 소음차폐 및 그리이스를 비롯한 윤활유 등의 윤활분위기에서 작용토록 하고 있음은 다 아는 사실이다.

따라서 업계에서는 강철 등의 금속재질이 아닌 엔지니어링 풀라스틱 중에서도 나일론 등의 소재로 기어제작의 재료를 변경해서 소음을 줄이려는 개선노력을 하고 있지만 이 역시 장단점 때문에 큰 진전은 없는 실정이다.

상기한 기어들의 원초적 문제가 기술개발자들의 현실적인 과제임에도 불구하고, 본 발명을 통한 기술적 요지를 발상해 낸 본 발명인 역시 이에 관한 과제해결에는 애당초 관심조차 없었으나, 첫 출원(10-2011-0098639) 후 기술적 가능성 판단 및 완성도를 더욱 높이려는 실험을 통한 실증적인 다양한 실시 예의 과정 중에, 참고용 도 16 및 17 그리고 18의 사례에서 과거에는 경험할 수 없었던 매우 조용한 작동이 이뤄짐을 발견하게 되었다.

뿐만 아니라, 특히 타이밍벨트의 통상적인 사용법에 비해 어떠한 윤활유도 필요 없기 때문에, 그리이스 도포 등의 급유는 물론 소음차폐를 위한 공간에 수납하지 않았음에도 불구하고 통상적인 고속회전에서조차 비록 청진기로 들어야 할 정도는 아니지만, 일반 생활주변환경에서의 기계적 소음으로는 평가할 필요도 없을 정도임을 실증하게 됨은 그야말로 행운이었다.

따라서 본 발명인으로서는 상기처럼 애당초 의도하지 않았음에도 불구하고 발견한 행운이, 혹시 어쩌면 우연한 특정 조건에서 만의 경우는 아닐까 하는 의문에서 몇 가지의 규격을 더 제작해서 실증 실험을 해봐도 역시 마찬가지였으며, 더욱 확증을 얻기 위해서 또 다른 방법으로 실시한 재료물성에 따른 정밀한 음파실험장치를 통한 시험결과에서는 재질들의 고유진동수 특성의 다름 및 이종재질 간의 음파에너지의 전달 그리고 맥놀이의 차이 때문에 음파의 퍼짐이 차단되는 현상을 관찰할 수 있었다. 이는 즉, 종래로부터의 통상적인 기어들의 경우는 기어몸뚱이는 물론 톱니들 모두가 하나의 재료로 제조됨에 따라 작동에 따른 마찰, 진동에 의해 소음이 발생하면 해당 기어몸뚱이 자체가 울림통이 되어 공명현상으로 이어지는 결과로 기어 크기가 클수록 소음이 더 크게 발생함을 실측해 낼 수 있었던 것이다.

이와 같이 본 발명을 통한 타이밍벨트를 이용한 기어의 경우는, 기어몸뚱이를 이루는 소재가 무엇이든 상관없이 타이밍벨트를 톱니바퀴 부분의 소재로 이용하는 이종재질 구성의 음파전달 및 차단효과 덕택에 따라 의외의 큰 소음경감 효과를 발휘할 수 있게 됐다.

종래로부터의 통상적인 기어인 톱니바퀴들은 반드시 중앙에 보스가 있어야 구동축에 부착해서 일련의 작용을 할 수 있음은, 관련 업계의 상식이므로 이를 부연설명할 필요는 없음에도, 본 발명을 통한 요지의 구성 및 구조적 특징을 상기한 설명만으로는 구체적인 장점을 이해하기 어려울 것이므로, 이를 다시 더욱 상세하게 설명한다면 외치 또는 내치기어(2000, 1000)의 기어몸뚱이(3, 4)들의 중간의 주요 구성인 보스(33, 43)들은 중심에 적절한 지름의 구동축인 중심축 구멍(35, 45)을 뚫어야 할 것으로, 이와 같은 보스(33, 34)와 구동축의 결합은 통상적인 볼트, 베어링, 키 등의 부재로 실시하면 될 것으로, 특히 본 발명에 따른 도면 및 참고용 예시도에서는 기어몸뚱이(3, 4)에 별도로 제조한 플랜지식 보스를 볼트로 고정하는 방법을 채택했는 바, 그 이유는 참고용 도 10, 11 모양의 기어를 제조하기 위한 원재료가 워낙 고가품이기 때문에, 통상적인 기어제조방식처럼 기어몸뚱이에 보스까지 한꺼번에 구성되는 구조로 제조하기에는 재료 및 비용의 낭비가 심한 문제점을 일거에 해결하는 장점도 있기 때문일 뿐이므로, 이와 같은 실시 예를 반드시 따를 필요는 없다.

뿐만 아니라, 다품종소량생산은 물론 대량생산할 경우 그 제조방법에 있어서 다양한 기법의 동원이 요구되는바, 본 발명에 따른 실시 예의 경우는 관련 업계 및 발명가들의 공방에서 갖추는 기본적인 설비라 할 수 있는 선반작업으로, 통상적으로 흔한 소재인 두랄루민을 이용해서 기어몸뚱이는(3, 4) 물론 풀랜지형 보스(33, 34)들을 가공했으나, 이후 발명을 통해서 본격적으로 실시할 경우에는 프레스, 주조, 몰딩, 사출, 레이져 및 와이어커팅 등의 더욱 다양한 제조기술 및 업계의 경험과 갖춘 설비들을 감안해서 제조하는 등의 다양한 선택적 유연성에 장점이 있다.

상기한 타이밍벨트(1, 2)는 관련 업계에서 널리 알려진 종래로부터 통상적인 것을 이용했을 뿐이지만, 만약의 경우 지름이 작은 기어도 제조할 수 있는 통상적인 타이밍벨트는 시중에서 용이하게 구입은 물론 애당초 존재하지 않으므로, 본 발명의 목적과 요지를 구현하기 위해 특히 작은 지름들의 다양한 규격의 타이밍벨트를 제조해서 이를 필요로 하는 업계에 제공하는 발상의 전환을 통하면 불가능은 없다.

아울러서, 상기한 타이밍벨트는 고분자합성물질인 플라스틱 및 합성고무를 주재료로 하지만 경우에 따라서는 종래로부터의 통상적인 스테인레스 스틸, 강철, 황동, 두랄루민 등의 금속성 재료로서 제조한 것이 요구되기도 하는바, 이는 과거에는 존재하지 않던 것이므로 새롭게 제조해서 제공함이 당연한 것으로, 그 제조방법으로는 위의 금속성 재료들을 적절한 두께 및 지름으로서 둥글게 준비된 것을, 단지 돌기가 있는 롤러 또는 프레스 등의 압연 및 타격기술을 통해 톱니를 만드는 등의 또 다른 재료를 통한 타이밍벨트의 돌기 구조를 얼마든지 대량으로 제조할 수도 있을 것이므로 이런 문제에도 역시 불가능은 없다.

뿐만 아니라, 본 발명의 요지를 이루는 주요 재료 중 하나인 타이밍벨트가 갖는 원초적인 최대 장점은 무엇보다 재질의 유연성이라는 특성에 있다. 따라서 본 발명을 통해 실시하는 관련 업계의 기술개발 및 설계를 비롯한 기술 및 제조자는 상기한 다양한 기어몸뚱이(3, 4) 제작기법을 변형 및 응용해서, 예를 들면 반원형, 달걀모양 및 타원형 등의 내치 및 외치 캠기어들 역시 용의주도하게 제조할 수 있다는 가능성도, 사실상 본 발명에 따른 요지가 갖고 있는 특징인 타이밍벨트의 원초적인 유연성 및 다양한 적응성이란 장점을 더욱 적극 활용해서 소기의 목적을 달성함에 있다 해도 과언은 아닐 것이다.

이와 같이 본 발명을 통한 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법은, 종래로부터의 통상적인 기어 제조방법에 따르면 대체로 기어몸뚱이에 보스 및 톱니바퀴 모두 한꺼번에 제조함과는 달리, 본 발명의 요지를 통해 설계규격에 따른 타이밍벨트를 선정 및 재단한 것과 별도로 제조한 기어몸뚱이(3, 4)와 어떻게 조합하는가에 따라 다양한 제품을 제조할 수 있다는 재료선택 및 응용성에 특징이 있으며, 뿐만 아니라 단지 간단한 조립공정을 통하면 종래로부터의 통상적인 일련의 기어에 버금가는 기어를 마음껏 제조할 수 있다는 구조적 용이성에 장점이 있다.

뿐만 아니라, 통상적인 타이밍벨트의 원초적 특성인 강인함과 유연성에 따라 장기간에 걸쳐 사용해도 그리이스를 비롯한 윤활유가 필요 없음에 따라 먼지 및 오물들로 인해서 오염될 우려가 없으며, 작동 중 톱니들의 마찰에 따른 소음과 파손을 줄이기 위한 윤활분위기의 수납공간조차 필요가 없어서 공기 중에 노출운전을 할 수도 있다는 저비용 고효율의 기어장치를 제작할 수도 있음은 물론, 특히 통상적인 기어 전용제작기계가 필요없이 간단한 범용기계 및 기술만으로도 얼마든지 산업분야에서 다양하게 요구하는 규격과 설계를 통한 다품종소량생산은 대량생산을 통해서 저렴 및 신속하게 일련의 완성품인 기어를 제공할 수 있다는 실로 다양한 효과 및 장점들이 있다.

따라서 상기한 설명을 통한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 및 경력을 가진자에 의해 본 발명의 사상을 크게 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경은 물론 더욱 개발을 통해서 유사한 타분야에도 널리 용이한 응용이 가능하기 때문에, 상기한 실시 예 및 첨부한 도면과 참고용 도들의 경우는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으므로 한정적으로 해석하지 말아야 할 것이다.

본 발명을 통한 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법에 따라 제작한 일련의 완성된 외치 기어의 실시 예(2000) 및 내치 기어(1000)는, 통상적인 경우로서의 예를 들면 흔한 자동차 및 공작기기들의 변속장치처럼 내장한 기어들을 윤활유통에 담가 작동시키는 경우 등의 일부 용도를 제외하면 실로 다양한 분야에 널리 적용할 수 있다.

특히, 실제로는 종래로부터의 통상적인 기어의 역할을 하면서도 타이밍벨트가 갖는 고유 특성에 따라 운전 중 급유가 필요 없을 뿐만 아니라, 타의 추종을 불허할 만큼 매우 조용한 운전은 물론 정확한 구동제어가 이뤄지는 등의 장점을 모두 최대한 살려서 본 발명의 요지를 구현할 수 있는 구조적인 특징이 있다.

뿐만 아니라, 종래의 통상적인 기어제작 기술만으로는 매우 어려웠던 타원 및 달걀모양 등의 캠 기어 역시 단지 외치 및 내치 기어몸뚱이(3, 4)를 요구되는 규격의 모양으로 가공 및 제작하고, 위에서 상세하게 설명한 타이밍벨트(1, 2)를 맞춰 끼워서 조합하면 일련의 변형 및 독특한 모양의 구성으로 이뤄지는 구조의 기어제조도 용이하게 구현할 수 있음은 물론이며, 더군다나 비교적 저렴하고도 용이한 다품종 소량은 물론 대량생산도 얼마든지 구현 가능하다는 장점이 있다.

1: 타이밍벨트 2: 1을 뒤집은 모양의 타이밍벨트
3: 외치 기어몸뚱이 4: 내치 기어몸뚱이
10, 20: 타이밍벨트 바닥면 30: 외치 기어몸뚱이 외주면
31: 타이밍벨트 가이드 32, 42: 타이밍벨트 이탈방지 둔덕
33, 43: 보스 35, 45: 중심축 구멍
40: 내치 기어몸뚱이 내주면 100, 200: 요철모양 돌기
1000: 완성된 내치 기어의 실시 예 2000: 완성된 외치 기어의 실시 예
5000: 외접기어 6000: 내접기어

Claims (1)

1. 본 발명을 통한 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법에 있어서,
   도 1에서 도 18에 이르는 도면 및 실시 예를 통한, 타이밍벨트(1 및 2)의 바닥면(10, 20)을, 보스(33, 43)와, 중심축 구멍(35, 45)과, 타이밍벨트 가이드(31)와, 타이밍벨트 이탈방지 둔덕(32, 42)을 갖춘 기어몸뚱이(3 또는 4)의 외주면(30) 또는 내주면(40)에 맞취 끼우고 고착하는 방법을 통해서, 요철모양의 돌기(100, 200)를 갖춘 하나의 완성된 외치 또는 내치기어(2000, 1000)를 용이하게 구현할 수 있는 일련의 원리와 구성을 통한 간단한 구조에 특징이 있는 타이밍벨트를 이용한 기어 및 그 제조방법.
   

Images