KR101106747B1 - 클러치 - Google Patents

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KR101106747B1
KR101106747B1 KR1020110031204A KR20110031204A KR101106747B1 KR 101106747 B1 KR101106747 B1 KR 101106747B1 KR 1020110031204 A KR1020110031204 A KR 1020110031204A KR 20110031204 A KR20110031204 A KR 20110031204A KR 101106747 B1 KR101106747 B1 KR 101106747B1
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South Korea
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piston
balance
clutch
chamber
hub
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KR1020110031204A
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박동훈
Original Assignee
씨스톤 테크놀로지스(주)
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    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/12—Details not specific to one of the before-mentioned types
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D13/38—Friction clutches with axially-movable clutching members with flat clutching surfaces, e.g. discs
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D25/0638—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially with flat friction surfaces, e.g. discs with more than two discs, e.g. multiple lamellae

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Abstract

본 발명은 마찰 디스크의 수를 감소시켜, 클러치의 비 작동 시 발생하는 드래그 토크(drag torque)를 저감시키기 위한 클러치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 제한된 공간 내에서 작동 유압이 가해지는 피스톤의 면적을 증가시켜 피스톤의 작용력을 증가시키고, 이로 인해 증가된 토크 용량만큼 마찰 디스크의 수를 줄일 수 있는 유압 클러치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 클러치는,입력축과 연결되어 회전하고, 작동플레이트가 장착되는 연결허브, 상기 작동플레이트와 선택적으로 밀착되는 마찰디스크가 장착되어 상기 입력축의 회전력을 출력하는 클러치허브, 상기 연결허브와 제1피스톤 챔버를 형성하고, 상기 제1피스톤 챔버에 공급되는 오일에 의하여 제1축방향으로 이동 가능한 제1피스톤, 제2피스톤 챔버에 공급되는 오일과 제1피스톤의 제1축방향 움직임에 의하여 제1축방향으로 움직이며 상기 작동플레이트를 상기 마찰디스크에 선택적으로 밀착시키도록 되어 있는 제2피스톤, 및 상기 제2피스톤 또는 제1피스톤을 상기 제1축방향의 반대 방향인 제2축방향으로 밀어주는 리턴 스프링을 포함하고, 상기 제2피스톤 챔버는 상기 제1피스톤 챔버와 연통될 수 있다.

Description

클러치{CLUTCH}
본 발명은 피스톤의 작동력을 증대시킴으로써 마찰 디스크(friction disk) 수를 감소시켜 클러치 비계합 시 발생하는 드래그 토크(drag torque)를 저감시키거나, 클러치 작동유압을 감소시켜 작동유압의 생성에 필요한 에너지를 저감시킬 수 있는 클러치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 클러치는 입력축(혹은 구동축)의 동력을 출력축(혹은 피동축)에 전달하거나 차단하는 역할을 한다.
클러치 중에서 습식다판 마찰클러치(wet multi-plate friction clutch)의 경우, 다수개의 마찰 디스크에 유압 혹은 공압에 의해 작동하는 피스톤의 압력과 마찰 디스크 사이의 마찰력을 통해 동력을 전달하거나 차단한다.
습식다판 마찰 클러치 중에서 자동변속기 등에 사용되는 습식다판 마찰클러치(이하 클러치)는 클러치 체결 시 발생하는 열을 냉각시키고 마찰 디스크의 수명을 연장시키기 위해 마찰 디스크 사이에 항상 냉각유(cooling oil, 자동변속기의 경우 변속기 오일)을 공급하는데, 이 냉각유가 가지고 있는 점성은 클러치가 비작동 시, 즉 클러치가 해제되어 공회전하고 있을 때, 마찰 디스크와 작동 플레이트 사이에 드래그 토크(drag torque)를 발생시킨다.
이러한 드래그 토크는 클러치가 해제된 상태에서 고속으로 회전시 입력축 혹은 출력축과 연결되어 있는 다른 요소에 회전저항을 발생시켜 변속기의 효율을 저하시킨다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동변속기의 클러치를 도시한 단면도이다. 설명의 편의를 위하여 자동변속기에 적용되는 유압클러치를 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하고 일반적인 동력전달 장치 및 기계에 사용되는 클러치에도 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 자동 변속기는 입력축(미도시) 상에 클러치(100)를 포함하고 있다.
상기 클러치(100)는 상기 입력축 상에 배치되어 입력축과 연결되는 연결허브(170), 상기 연결허브(170)의 상단에 결합되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너(clutch retainer)(105), 상기 연결허브(170)와의 사이에 피스톤 챔버(piston chamber)(115)를 형성하며 상기 피스톤 챔버(115)에 공급되는 유압(hydraulic pressure)에 의하여 동작되는 피스톤(piston)(110), 그리고 상기 피스톤(110)의 상기 피스톤 챔버(115)의 반대편 위치에 배치되어 상기 피스톤(110)에 복원력을 작용하는 리턴 스프링(return spring)(150)을 포함한다.
상기 피스톤(110)의 외경부와 상기 연결허브(170) 사이 및 상기 피스톤(110)의 내경부와 상기 연결허브(170) 사이에는 각각 실링(sealing)부재(180, 190)가 개재되어 있다.
또한, 자동변속기 내의 클러치 허브(clutch hub)(130)는 복수개의 마찰 디스크들(friction disks)(125)을 그 외주면에 스플라인(spline) 구조로 구비하고 있으며, 상기 클러치 리테이너(105)는 복수개의 작동 플레이트들(operating plates)(120)을 그 내주면에 스플라인 구조로 구비하고 있다. 상기 마찰 디스크들(125)과 상기 작동 플레이트들(120)은 서로 번갈아 배치된다.
상기 입력축 및 연결허브(170)에는 작동압 공급홀(155)이 형성되어 상기 피스톤 챔버(115)에 오일이 공급된다. 이와 같이 피스톤 챔버(115)에 공급된 오일은 피스톤(110)을 도면에서 좌측으로 가압하여 리턴 스프링(150)의 탄성력을 극복하고 피스톤(110)을 도면에서 좌측으로 이동시킨다.
따라서, 피스톤(110)은 입력축의 축방향을 따라 작동 플레이트들(120)을 가압하게 되고, 이에 따라 작동 플레이트들(120)과 마찰 디스크들(125)은 그들 사이의 마찰력에 의해 계합(engage)하게 된다. 이러한 과정에 의해 입력축 및 연결허브(170)와 클러치 허브(130) 사이에는 동력이 전달되게 된다.
작동압 공급홀(155)을 통한 피스톤 챔버(115)에의 오일 공급이 중단되면, 피스톤(110)은 리턴 스프링(150)의 복원력에 의하여 도면에서 우측으로 이동하게 되고, 이에 따라 서로 계합된 작동 플레이트들(120)과 마찰 디스크들(125)은 그 계합 상태로부터 해제(disengage)되게 된다.
그런데, 작동압 공급홀(155)을 통한 피스톤 챔버(115)에의 오일 공급이 중단된 경우라도, 피스톤 챔버(115) 내의 오일이 완벽하게 배출되었다고 보장하기는 힘들다. 이 때, 자동변속기 내의 입력축은 매우 빠른 속도록 회전하고 있으므로, 피스톤 챔버(115) 내의 오일은 원심력을 받아 반지름 방향으로 이동하게 된다. 따라서 오일의 원심력에 의하여 원심유압이 발생하고 이 원심유압은 피스톤(110)을 가압하는 작용을 할 수 있다.
이러한 경우에는, 피스톤(110)이 바라던 바대로 충분히 복원되지 못하고, 작동 플레이트들(120)을 약간이나마 가압하게 되는 상황이 생길 수 있다. 이 경우, 작동 플레이트들(120)과 마찰 디스크들(125)은 그 계합 상태가 충분히 해제되지 못하고, 지속적인 마찰을 일으키게 된다. 이러한 작동 플레이트들(120)과 마찰 디스크들(125) 사이의 마찰적인 슬립(frictional slip)은 자동변속기의 내구성을 떨어뜨리고, 드래그 토크(drag torque)를 발생시켜 변속기 내에서의 동력손실을 증가시키게 된다.
이러한 작동 플레이트들(120)과 마찰 디스크들(125) 사이의 마찰적인 슬립을 줄이기 위하여, 피스톤(110)의 피스톤 챔버(115) 반대편에 발란스 챔버(balance chamber)(140)를 형성할 수 있다. 즉, 피스톤 챔버(115)에 잔존하는 오일의 원심유압에 상응하는 크기로서 그 방향이 상기 원심유압과 반대로 작용하는 원심력을 상기 발란스 챔버(140) 내의 오일에 의해 유발함으로써, 상기 피스톤 챔버(115) 내의 오일의 원심력에 이한 피스톤(110)의 이동을 막을 수 있게 되는 것이다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 리턴 스프링(150)의 피스톤(110) 반대편에 발란스 월(balance wall)(135)을 설치함으로써 발란스 월(135)과 피스톤(110) 사이에 발란스 챔버(140)를 형성하고 있다. 이러한 발란스 챔버(140)에는 발란스압 공급홀(160)을 통해 오일이 공급되어 항시 오일이 잔존하게 된다.
또한, 발란스 월(135)의 일단은 연결 허브(170)에 설치된 스냅 링(145)에 의하여 지지되고 그 타단과 피스톤(110)의 연장부(112) 사이에는 실링부재(147)가 개재되어 있다.
또한, 이와 같이 발란스 챔버에 의해 피스톤에 작용하는 원심유압이 상쇄되므로, 클러치의 회전수에 관계없이 피스톤의 공급되는 작동유압을 일정하게 제어할 수 있어, 자동변속기의 변속감(shift quality)을 향상 시킬 수 있다.
자동변속기 등에 사용되는 유압 클러치에서는, 클러치 계합 시 작동 플레이트와 마찰 디스크 사이의 슬립에 의해 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 오일을 마찰 디스크와 작동 플레이트 사이에 지속적으로 공급하여 준다.
그런데 주지하는 바와 같이 클러치의 비계합 시에는 마찰 디스크와 작동 플레이트는 일체로 회전하지 않고, 서로 다른 속도로 회전한다. 예를 들면 작동 플레이트는 클러치 리테이너와 함께 엔진 회전속도로 회전하고, 마찰 디스크는 클러치 허브에 의해 정지되어 있을 수 있다.
그런데 냉각을 위하여 공급되는 오일은 클러치 비계합 시에도 계속 공급되므로, 오일의 점성에 의해 상대 회전을 하는 마찰 디스크와 작동 플레이트 사이에 회전 저항 즉, 드래그 토크(drag torque)가 발생하게 된다.
이러한 드래그 토크는 자동변속기의 총 동력손실의 최대 40%까지 차지하며 자동변속기의 효율을 저감시키는 주요 원인이 되고 있다.
드래그 토크를 저감시키기 위해서 사용되는 마찰 디스크의 수를 감소시키는 것이 가장 바람직한 방법이나, 이럴 경우 필요한 클러치의 토크 용량을 확보하지 못하는 문제가 있다.
종래의 유압 클러치에서는 클러치의 토크 용량을 충분히 확보하기 위해서 피스톤의 면적을 크게 하거나 마찰 디스크들의 수를 늘려야 했다. 그러나 자동변속기에서와 같이 클러치의 설치 공간이 제약되는 경우에는 피스톤의 직경을 크게 하기 어려우므로 주로, 마찰 디스크들의 수를 증가시켜 클러치의 토크 용량을 확보하여 왔는데 이로 인해 드래그 토크는 더욱 증대되는 결과를 초래하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 클러치에서 발생하는 드래그 토크를 저감하여 변속기의 효율을 증대시키고, 이에 따라 차량의 연비를 향상시키고 배기가스를 저감시키는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성시키기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 클러치는,입력축과 연결되어 회전하고, 작동플레이트가 장착되는 연결허브, 상기 작동플레이트와 선택적으로 밀착되는 마찰디스크가 장착되어 상기 입력축의 회전력을 출력하는 클러치허브, 상기 연결허브와 제1피스톤 챔버를 형성하고, 상기 제1피스톤 챔버에 공급되는 오일에 의하여 제1축방향으로 이동 가능한 제1피스톤, 제2피스톤 챔버에 공급되는 오일과 제1피스톤의 제1축방향 움직임에 의하여 제1축방향으로 움직이며 상기 작동플레이트를 상기 마찰디스크에 선택적으로 밀착시키도록 되어 있는 제2피스톤, 및 상기 제2피스톤 또는 제1피스톤을 상기 제1축방향의 반대 방향인 제2축방향으로 밀어주는 리턴 스프링을 포함하고, 상기 제2피스톤 챔버는 상기 제1피스톤 챔버와 연통될 수 있다.
상기 제1피스톤은 그 외주면에 제1피스톤 연장부가 형성되고, 상기 제1피스톤 연장부의 단부는 상기 제2피스톤과 접촉할 수 있다.
상기 제1피스톤 챔버와 상기 제2피스톤 챔버는 제1오일통로에 의하여 연통될 수 있다.
상기 연결허브에는 상기 제1피스톤과 함께 상기 제1피스톤 챔버를 형성하는 허브연장부가 형성되고, 상기 제1오일통로는 상기 제1피스톤의 외주면과 상기 허브연장부의 내측면 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1피스톤연장부의 단부에는 제2오일통로가 형성되어 있으며, 상기 제2오일통로는 제2피스톤 챔버 내에서 오일의 이동을 가능할 수 있다.
상기 연결허브에 형성된 하나의 공급홀에 의하여 제1,2피스톤 챔버에 오일이 공급될 수 있다.
상기 제1피스톤을 기준으로 상기 제1피스톤 챔버의 반대측에 배치되어 상기 제1피스톤과 사이에 제1발란스 챔버를 형성하는 제1발란스월, 및 상기 제2피스톤을 기준으로 상기 제2피스톤 챔버의 반대측에 배치되어 상기 제2피스톤과의 사이에 제2발란스 챔버를 형성하는 제2발란스월을 더 포함할 수 있다.
상기 제2피스톤 챔버는 상기 제2피스톤, 상기 제1발란스 월, 그리고 상기 허브 연장부 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1,2발란스월은 각각 상기 연결허브 상에 장착될 수 있다.
상기 연결허브에는 발란스유압 공급홀이 형성되어 있고, 상기 제1,2발란스월에는 각각 상기 발란스유압 공급홀과 연통되어 제1,2발란스 챔버에 오일을 공급하는 오일통로가 형성될 수 있다.
상기 제1발란스월은 상기 연결허브 상에 장착되고, 상기 제2발란스월은 상기 제1발란스월 상에 장착될 수 있다.
상기 연결허브에는 발란스유압 공급홀이 형성되어 있고, 상기 제1발란스월에는 상기 제1,2발란스 챔버에 오일을 공급하는 오일통로가 형성될 수 있다.
상기 제1발란스월에는 상기 제2발란스월의 단부가 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 제1발란스월의 한쪽을 절곡하여 상기 제2발란스월을 고정시킬 수 있다.
상기 제2발란스월은 상기 연결허브 상에 장착되고, 상기 제1발란스월은 상기 제2발란스월 상에 장착될 수 있다.
상기 연결허브에는 발란스유압 공급홀이 형성되어 있고, 상기 제2발란스월에는 상기 제1,2발란스 챔버에 오일을 공급하는 오일통로가 형성될 수 있다.
상기 제2발란스월에는 상기 제1발란스월의 단부가 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 제2발란스월의 한쪽을 절곡하여 상기 제1발란스월을 고정시킬 수 있다.
상기 리턴 스프링은 상기 제2발란스월과 상기 제2피스톤 사이에 설치될 수 있다.
본 발명에 의하면 마찰 디스크 수를 감소시킴으로서, 클러치에서의 드래그 토크를 감소시킬 수 있다.
또한, 2개의 피스톤을 사용함으로써 낮은 클러치 작동유압으로도 1개의 피스톤을 사용하는 기존의 클러치와 동일한 토크 용량을 확보할 수 있다. 따라서 작동유압을 생성하기 위해 소모되는 동력(에너지)을 저감할 수 있어 클러치 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명이 자동변속기에 적용될 경우 변속기의 효율이 증대되어, 차량의 연비를 향상시키고 배기가스를 절감할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 클러치는, 동일한 유압에 의해 작동하는 2개의 피스톤과, 각각의 피스톤에 작용하는 원심유압을 상쇄시키기 위한 2개의 발란스월(balance wall)을 포함할 수 있다.
상기 2개의 피스톤 중 제2피스톤은 작동플레이트와 마찰 디스크를 가압하고, 다른 피스톤 즉, 제1피스톤은 상기 제2피스톤에 자기의 작동력을 더해줄 수 있다.
상기 2개의 발란스월 중, 제1발란스월은 제1피스톤에서 발생하는 원심유압을 상쇄시키고, 다른 발란스월 즉, 제2발란스월은 상기 제2피스톤에 발생하는 원심유압을 상쇄시키는 역할을 할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 클러치의 단면도이다.
도 2a 및 도2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 클러치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 클러치의 주요 구성품의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 주요 구성품이 1개의 모듈로 조립된 상태를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 클러치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 클러치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 클러치를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 주요 구성품의 분해도를 나타낸다.
본 발명의 제1실시예에 따른 클러치는 설명의 편의를 위하여 자동변속기에 적용되는 경우를 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하고 일반 동력전달 장치 및 기계에 사용되는 클러치에도 적용될 수 있다.
먼저 도 2a, 도 2b 및 도 3을 통해 제1실시예의 주요 구성품을 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 클러치(200)는 입력축(미도시) 상에 배치된다.
상기 입력축 상에는 입력축과 연결되어 동력을 전달받음과 동시에 피스톤 공간을 형성하는 연결허브(210), 상기 연결허브(210)의 상단에 결합되는 클러치 리테이너(220), 상기 클러치 리테이너(220)의 내주면에 스플라인 구조로 결합되는 복수개의 작동 플레이트들(230), 상기 작동 플레이트들(230)과 번갈아 배치되는 마찰 디스크들(240), 및 상기 마찰 디스크(240)의 내주 부분에 스플라인 구조로 연결되어 입력축의 동력을 전달받는 클러치 허브(250)가 구비되어 있다.
상기 연결허브(210) 내에는 작동유압에 의해 작동하며 그 작동력을 제2피스톤(270)에 전달하는 제1피스톤(260)이 구비되며, 상기 연결허브(210)와 상기 제1 피스톤(260) 사이에 삽입, 배치되는 제1발란스월(280), 상기 제1발란스월(280)과 결합되며, 상기 연결허브(210)와 상기 제2피스톤(270) 사이에 설치되는 제2발란스월(290)을 포함한다.
상기 제2피스톤(270)은 작동유압에 의해 작동하되 상기 제1피스톤(260)의 작동력이 더해져, 상기 제2피스톤의 상단부를 통해 상기 작동 플레이트들(230)과 상기 마찰 디스크들(240)을 가압한다.
상기 연결 허브(210)와 상기 제1피스톤(260) 및 제1발란스월(280)에 의해 제1피스톤 챔버(265)가 형성되며, 상기 제2피스톤(270)과 상기 제1발란스월(280) 및 상기 제2발란스월(290), 상기 연결허브(210)에 의해 제2피스톤 챔버(275)가 형성된다.
또한, 상기 제1발란스월(280)과 상기 제1피스톤(260)에 의해 제1발란스 챔버(285)가 형성되며, 상기 제2피스톤(270)과 상기 제2발란스월(290)에 의해 제2발란스 챔버(295)가 형성된다.
상기 제1피스톤(260)의 내경부와 상기 제1발란스월(280)의 오른쪽 내경부 사이에는 실링부재(262)가 구비되어 있고 상기 제1피스톤(260)의 제1피스톤연장부(264)와 상기 제1발란스월(280)의 외경부 사이에도 실링부재(282)가 구비되어 있다.
상기 제2피스톤(270)의 내경부와 상기 제2발란스월(290)의 오른쪽 내경부 사이에도 실링부재(272)가 구비되어 있고 상기 제2피스톤(270)의 왼쪽 제2피스톤연장부(276)와 상기 제2발란스월(290)의 외경부 사이에도 실링부재(292)가 구비되어 있다.
한편, 상기 제2피스톤(270)의 오른쪽 중앙연장부(278)와 상기 연결허브(210)의 허브연장부(206) 사이에도 실링부재(274)가 구비되며, 상기 연결허브(210)의 내경부와 상기 제1발란스월(280)의 내경부 사이에도 실링부재(212)가 구비되어 있다.
도2a, 도 2b에서는 상기 제2피스톤(270)의 오른쪽 중앙연장부(278)와 상기 연결허브(210)의 허브연장부(206) 사이에 실링부재(274)가 구비되는 것으로 되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 연결허브(210)의 상기 허브연장부(206)를 삭제하고 상기 클러치 리테이너(220)의 하단 내경부를 왼쪽으로 절곡, 돌출시켜 내경연장부(미도시)를 형성하여 상기 제2피스톤(270)의 오른쪽 중앙연장부(278)와 상기 클러치 리테이너(220)의 내경연장부 사이에 실링부재(274)가 구비되도록 할 수도 있다.
한편, 상기 제1발란스월(280)과 상기 제2발란스월(290)의 연결부에도 실링부재(294)가 구비되어 있을 수 있다.
상기 실링부재(212, 262, 274, 282, 272, 294)는 제1피스톤 챔버(265)와 제2피스톤 챔버(275)의 기밀을 유지한다. 도2a 및 도2b에서 보는 바와 같이 상기 제1피스톤 챔버(265)와 상기 제2피스톤 챔버(275)는 상호 연결되어 있으며 동일한 작동유압에 의해 작동한다.
상기 실링부재(262, 282)는 상기 제1발란스 챔버(285)의 기밀을, 상기 실링부재(272, 292)는 제2발란스 챔버(295)의 기밀을 각각 유지한다.
상기 연결허브(210)에는 클러치의 작동유압을 상기 제1피스톤 챔버(265)와 상기 제2피스톤 챔버(275)에 공급하기 위한 작동압 공급홀(216)이 구비되어 있다.
또한 상기 연결허브(210)에는 발란싱 유압을 상기 제1발란스 챔버(285)와 상기 제2발란스 챔버(295)에 공급하기 위한 발란스압 공급홀(218)이 구비되어 있다.
상기 제1발란스월(280)의 내경 왼쪽부분과 상기 제2발란스월(290)의 내경 오른쪽 부분은 억지끼워맞춤 등으로 상호 결합되도록 형성되며, 상기 제1발란스월(280)과 상기 제2발란스월(290)은 상기 연결허브(210)의 왼쪽 내경부에 설치되는 지지수단(214)에 의해 지지되어 축방향의 움직임이 제한된다. 상기 지지수단(214)으로서 스냅 링 등이 사용될 수 있다.
상기 제2피스톤(270)과 상기 제2발란스월(290) 사이에는 리턴 스프링(205)이 설치될 수 있다. 도 2a 및 도 2b, 도 3에 의하면 상기 리턴 스프링(205)으로서 디스크 스프링(disc spring)이 도시 되어 있으나 이에 한정되지 않고 코일 스프링 등 탄성력을 제공하는 스프링이면 가능하다.
지금부터는 도 2a, 도 2b 및 도3을 통해 본 발명에 따른 제1실시예의 작동원리에 대해 설명한다.
연결허브(210)에 형성되어 있는 작동압 공급홀(216)에 클러치 작동유압이 공급되면 이 작동유압은 제1발란스월(280)의 내경부 오른쪽 끝단에 구비된 오일공급통로(284)를 통해 제1피스톤 챔버(265)에 공급된다.
상기 제1피스톤 챔버(265)에 공급된 작동유압은 제1피스톤(260)을 왼쪽으로 이동시키며 작동력을 제1피스톤연장부(264)를 통해 제2피스톤(270)에 전달하게 된다.
한편, 상기 제1피스톤 챔버(265)에 공급된 유압은 상기 제1피스톤연장부(264)와 상기 연결허브(210)의 허브연장부(206) 사이에 형성된 제1오일통로(269)와 상기 제1피스톤(260)의 제1피스톤연장부(264)의 왼쪽 끝단에 설치된 제2오일통로(268)를 통해, 제2피스톤 챔버(275)에도 작용하게 된다.
따라서 제2피스톤(270)은 자기의 작동력에 상기 제1피스톤(260)의 작동력이 더해진 상태로 왼쪽으로 이동하며 리턴 스프링(205)을 압축함과 동시에, 그 상단부를 통해 작동 플레이트들(230)과 마찰 디스크들(240)을 가압하여 마찰력에 의해 클러치(200)를 계합하게 되고, 연결허브(210)에 전달된 입력축(미도시)의 동력을 출력축(미도시)과 연결된 클러치 허브(250)에 전달하게 된다.
도2a, 도 2b에서는 상기 제1오일통로(269)가 상기 제1피스톤(260)의 상기 제1피스톤연장부(264)와 상기 연결허브(210)의 허브연장부(206) 사이에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 연결허브(210)의 상기 허브연장부(206)를 삭제하고 상기 클러치 리테이너(220)의 하단 내경부를 왼쪽으로 절곡, 돌출시켜 상기 허브연장부(206)와 동일한 형상으로 내경연장부(미도시)를 형성하여 상기 제1피스톤(260)의 상기 제1피스톤연장부(264)와의 사이에 제1오일통로(269)가 형성되게 하도록 할 수도 있다.
물론 이럴 경우 상기 제2피스톤(270)의 실링부재(274)는 클러치 리테이너(220)의 상기 내경연장부와 맞닿게 된다.
한편 작동압 공급홀(216)을 통해 공급되던 유압이 차단되면, 압축되었던 상기 리턴 스프링(205)은 탄성에 의해 원래의 형태로 복원되면서, 상기 제2피스톤(270)을 오른쪽으로 이동시킨다. 이와 동시에 상기 제2피스톤(270)을 가압하던 상기 제1피스톤(260)도 상기 리턴 스프링(205)의 복원력을 상기 제2피스톤(270)을 통해 전달받아 오른쪽으로 이동하여 원래의 위치로 복귀하게 된다. 상기 제1피스톤(260)과 상기 제2피스톤(270)이 공급 유압이 차단된 상태에서 리턴 스프링(205)에 의해 원래의 위로 복귀하게 되면 클러치(200)는 해제되게 된다.
지금부터는 피스톤 챔버에 발생하는 원심유압을 상쇄시키기 위한 발란싱 구조 및 작동원리에 대해 설명한다.
연결허브(210)에 형성되어 있는 발란스압 공급홀(218)에 발란싱 유압이 공급되면 상기 발란싱 유압은 상기 연결허브(210)와 상기 제1발란스월(280) 사이에 형성된 오일포켓(oil pocket)(287)에 공급된다.
상기 오일포켓(287)에 공급된 발란싱 유압은 상기 제1발란스 월(280)에 형성된 제2오일통로(286)를 통해 제1발란스 챔버(285)에 공급되어 제1피스톤 챔버(265)에 작용하는 원심유압을 상쇄시킨다.
또한 상기 오일포켓(287)에 공급된 발란싱 유압은 상기 제1발란스월(280)의 왼쪽 끝단에 형성된 오일통로(288)와 상기 제2발란스월(290)에 형성된 오일통로(296)를 통해 제2발란스 챔버(295)에 공급되어 제2피스톤 챔버(275)에 작용하는 원심유압을 상쇄시킨다.
지금까지 설명한 클러치(200)에서, 도3에 도시된 바와 같이 제1피스톤(260) 및 실링부재(262), 제1발란스월(280) 및 실링부재(282), 제2피스톤(270) 및 실링부재(272, 274), 리턴 스프링(205)과 제2발란스월(290) 및 실링부재(292, 294)는 각각 개별적으로 상기 클러치(200)에 조립될 수도 있고, 혹은 도 4에 도시한 바와 같이 각 부품이 1개의 모듈(201)로써 미리 조립된 후 상기 클러치(200)에 장착되게 할 수도 있다.
이와 같이 주요 구성품을 1개의 모듈로써 선 조립한 후 변속기 생산라인에서 클러치에 조립하면 변속기의 생산시간을 단축시킬 수 있다.
이하 도 5를 통하여 본 발명의 제2실시예에 대해 설명한다.
도 5에 의한 본 발명의 제2실시예에 의한 클러치(300)는 본 발명의 제1실시예와 거의 동일하므로 차이점을 위주로 설명한다.
도 5에 의하면 상기 클러치(300)의 제1발란스월(380)의 내경부는 도 2a의 제1발란스월(280)보다 더 왼쪽으로 연장되어 제2피스톤(370)의 내경부가 실링부재(372)를 매개로 상기 제1발란스월(380)과 맞닿아 축방향으로 섭동하도록 되어 있다. 즉, 본 발명의 제2실시예에서는 제1발란스월(380), 연결허브(310) 및 제2피스톤(370)에 의해 제2피스톤 챔버(375)가 형성된다.
한편 상기 제1발란스월(380)의 왼쪽 끝단부에는 제2발란스월(390)을 삽입하기 위한 안착홈(389)이 구비되어 있다. 상기 제2발란스월(390)은 상기 안착홈(389)에 삽입된 뒤 고정수단(394)에 의해 상기 제1발란스월(380)에 고정된다. 즉, 본 발명의 제2실시예에서는 제1발란스월(380), 제2발란스월(390) 및 제2피스톤(370)에 의해 제2발란스 챔버(395)가 형성된다.
상기 고정수단(394)으로서 프레스(press)에 의한 코킹(caulking), 혹은 스냅 링 등이 사용될 수 있다.
제2실시예에서는 리턴 스프링(305)으로써 코일 스프링이나 다른 종류의 스프링이 사용된 예를 보였다.
제2실시예의 작동원리는 제1실시예와 거의 동일하므로 차이점에 대해서만 설명한다.
클러치 작동유압이 연결허브(310)에 구비된 작동압 공급홀(316)에 공급되면 작동유압은 제1발란스월(380)에 구비된 오일통로(384)를 통해 제1피스톤 챔버(365)에 공급된다. 또한, 상기 작동유압은 제1오일통로(369)와 제2오일통로(368)을 통해 제2피스톤 챔버(375)에도 공급된다. 상기 제1피스톤 챔버(365)와 상기 제2피스톤 챔버(375)에 공급된 작동유압은 제1피스톤(360)과 제2피스톤(370)을 작동시킨다.
발란싱 유압이 연결허브(310)에 구비된 발란스압 공급홀(318)에 공급되면 발란싱 유압은 오일포켓(387)에 전달되고, 상기 오일포켓(387)에 공급된 발란싱 유압은 상기 제1발란스월(380)에 구비된 오일통로(386)을 통해 제1발란스 챔버(385)에 공급된다. 한편 상기 오일포켓(387) 공급된 발란싱 유압은 상기 제1발란스월(380)에 구비된 또 다른 오일통로(388)을 통해 제2발란스 챔버(395)에 공급된다. 상기 제1발란스 챔버(385) 및 상기 제2발란스 챔버(395)에 공급된 발란싱 유압은 각각 상기 제1피스톤 챔버(365) 및 제2피스톤 챔버(375)에서 발생하는 원심유압을 상쇄시킨다.
이하 도 6을 통하여 본 발명의 제3실시예에 대해 설명한다.
도 6에 의한 본 발명의 제3실시예에 의한 클러치(400)는 본 발명의 제1실시예와 거의 동일하므로 차이점을 위주로 설명한다.
도 6에 의하면 상기 클러치(400)의 제2발란스월(490)의 내경부는 도 2a의 제2발란스월(290)보다 더 오른쪽으로 연장되어 제1피스톤(460)의 내경부가 실링부재(462)를 매개로 상기 제2발란스월(490)과 맞닿아 축방향으로 섭동하도록 되어 있다. 즉, 본 발명의 제3실시예에서는 제2발란스월(490), 연결허브(410) 및 제1피스톤(460)에 의해 제1피스톤 챔버(465)가 형성된다.
한편 상기 제2발란스월(490)에는 제1발란스월(480)을 삽입하기 위한 안착홈(499)이 구비되어 있다. 상기 제1발란스월(480)은 상기 안착홈(499)에 삽입된 뒤 고정수단(494)에 의해 상기 제2발란스월(490)과 고정된다. 즉, 본 발명의 제2실시예에서는 제1발란스월(480), 제2발란스월(490) 및 제1피스톤(460)에 의해 제1발란스 챔버(485)가 형성된다.
상기 고정수단(494)으로서 프레스(press)에 의한 코킹(caulking), 스냅 링, 혹은 용접 등이 사용될 수 있다.
제3실시예의 작동원리는 제1실시예와 거의 동일하므로 차이점에 대해서만 설명한다.
클러치 작동유압이 상기 연결허브(410)에 구비된 작동압 공급홀(416)에 공급되면 작동유압은 제2발란스월(490)의 오른쪽 끝단에 구비된 오일통로(484)를 통해 제1피스톤 챔버(465)에 공급된다. 또한, 상기 작동유압은 제1오일통로(469)와 제2오일통로(468)을 통해 제2피스톤 챔버(475)에도 공급된다. 상기 제1피스톤 챔버(465)와 상기 제2피스톤 챔버(475)에 공급된 작동유압은 제1피스톤(460)과 제2피스톤(470)을 작동시킨다.
발란싱 유압이 상기 연결허브(410)에 구비된 발란스압 공급홀(418)에 공급되면 발란싱 유압은 오일포켓(487)에 전달되고, 상기 오일포켓(487)에 공급된 발란싱 유압은 상기 제2발란스월(490)에 구비된 오일통로(486)을 통해 제1발란스 챔버(485)에 공급된다. 한편 상기 오일포켓(487) 공급된 발란싱 유압은 상기 제2발란스월(490)에 구비된 또 다른 오일통로(488)을 통해 제2발란스 챔버(495)에 공급된다. 상기 제1발란스 챔버(485) 및 상기 제2발란스 챔버(495)에 공급된 발란싱 유압은 각각 상기 제1피스톤 챔버(465) 및 제2피스톤 챔버(475)에서 발생하는 원심유압을 상쇄시킨다.
도 2a에서, 상기 연결허브(210)에 상기 클러치리테이너(220)가 서로 별개의 부품으로 되어 있으나, 상기 클러치리테이너(220)가 상기 연결허브(210)와 함께 동일하게 회전하는 부품이기 때문에, 상기 클러치리테이너(220)를 포함하여 모두 연결허브(210)로 통칭될 수 있다. 따라서, 상기 클러치리테이너(220)를 포함하는 상기 연결허브(210)에 상기 작동플레이트(230)가 장착되는 것으로도 설명될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서, 상기 제1발란스월(280), 상기 제2발란스월(290)이 상기 연결허브(210)에 장착되어 고정되는 구조로 설명되었으며, 상기 제1,2발란스월(280, 290)이 별도의 부품으로 상기 연결허브(210)에 장착되는 구조로 설명되어 있으나, 상기 연결허브(210)가 상기 제1발란스월(280) 또는 상기 제2발란스월(290)을 포함하여 일체로 형성될 수도 있다.
도 2a에서 상기 제1피스톤(260)은 상기 제1피스톤챔버(265)에 공급된 유압에 의해서 왼쪽방향으로 움직이는데, 설명의 편의를 위해서 상기 제1피스톤(260)은 제1방향으로 움직이는 것으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 클러치 공간 내에 2개의 피스톤(260, 270)을 설치하여 유압이 작용하는 피스톤의 면적을 넓혀 피스톤의 작용력을 증가시킬 수 있다. 따라서 기존 클러치의 설계변경 없이 클러치의 토크 용량을 증가 시킬 수 있다.
이와 같이 증가된 토크 용량만큼 마찰 디스크의 수를 감소시킬 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따르면 도2a 및 도2b에서 보는 바와 같이 마찰 디스크의 수를 6매(도1)에서 4매로 감소시킬 수 있다. 드래그 토크의 크기는 마찰 디스크의 수와 직접 비례하므로 본 발명의 실시예에서는 드래그 토크를 30% 이상 감소시킬 수 있음을 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 클러치의 토크 용량을 증가 시켜야 할 경우, 마찰 디스크의 수를 증가 시키지 않고도, 기존 클러치 공간 내에 2개의 피스톤을 효율적으로 설치함으로 충분한 토크 용량을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 클러치 공간 내에 2개의 피스톤을 효율적으로 설치하여 토크 용량을 증대 시킬 수 있으므로, 클러치에 작용하는 작동유압의 크기를 낮출 수 있다. 클러치의 작동유압이 낮아지면 오일펌프의 토출유압도 낮출 수 있으므로, 오일펌프의 구동력이 감소하여 자동변속기의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
200 : 클러치 210 : 연결허브
220 : 클러치 리테이너 230 : 작동 플레이트
240 : 마찰 디스크 250 : 클러치 허브
260 : 제1피스톤 270 : 제2피스톤
280 : 제1발란스월 290 : 제2발란스월
205 : 리턴 스프링 265 : 제1피스톤 챔버
275 : 제2피스톤 챔버 285 : 제1발란스 챔버
295 : 제2발란스 챔버 216 : 작동유압 공급홀
218 : 발란싱유압 공급홀 287 : 오일포켓
269 : 제1오일통로 268 : 제2오일통로

Claims (17)

  1. 입력축과 연결되어 회전하고, 작동플레이트가 장착되는 연결허브;
    상기 작동플레이트와 선택적으로 밀착되는 마찰디스크가 장착되어 상기 입력축의 회전력을 출력하는 클러치허브;
    상기 연결허브와 제1피스톤 챔버를 형성하고, 상기 제1피스톤 챔버에 공급되는 오일에 의하여 제1축방향으로 이동 가능한 제1피스톤;
    제2피스톤 챔버에 공급되는 오일과 제1피스톤의 제1축방향 움직임에 의하여 제1축방향으로 움직이며 상기 작동플레이트를 상기 마찰디스크에 선택적으로 밀착시키도록 되어 있는 제2피스톤; 및
    상기 제2피스톤 또는 제1피스톤을 상기 제1축방향의 반대 방향인 제2축방향으로 밀어주는 리턴 스프링; 을 포함하고,
    상기 제1피스톤은 그 외주면에 제1피스톤 연장부가 형성되고, 상기 제1피스톤 연장부의 단부는 상기 제2피스톤과 접촉하도록 되며,
    상기 제1피스톤 챔버와 상기 제2피스톤 챔버는 제1오일통로에 의하여 연통되며,
    상기 제1피스톤연장부의 단부에는 제2오일통로가 형성되어 있으며, 상기 제2오일통로는 제2피스톤 챔버 내에서 오일의 이동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 클러치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 연결허브에는 상기 제1피스톤과 함께 상기 제1피스톤 챔버를 형성하는 허브연장부가 형성되고, 상기 제1오일통로는 상기 제1피스톤의 외주면과 상기 허브연장부의 내측면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 클러치.
  5. 삭제
  6. 제1, 4항 중 어느 하나의 항에서,
    상기 연결허브에 형성된 하나의 공급홀에 의하여 제1,2피스톤 챔버에 오일이 공급되는 것을 특징으로 하는 클러치.
  7. 입력축과 연결되어 회전하고, 작동플레이트가 장착되는 연결허브;
    상기 작동플레이트와 선택적으로 밀착되는 마찰디스크가 장착되어 상기 입력축의 회전력을 출력하는 클러치허브;
    상기 연결허브와 제1피스톤 챔버를 형성하고, 상기 제1피스톤 챔버에 공급되는 오일에 의하여 제1축방향으로 이동 가능한 제1피스톤;
    제2피스톤 챔버에 공급되는 오일과 제1피스톤의 제1축방향 움직임에 의하여 제1축방향으로 움직이며 상기 작동플레이트를 상기 마찰디스크에 선택적으로 밀착시키도록 되어 있는 제2피스톤; 및
    상기 제2피스톤 또는 제1피스톤을 상기 제1축방향의 반대 방향인 제2축방향으로 밀어주는 리턴 스프링; 을 포함하되,
    상기 제2피스톤 챔버는 상기 제1피스톤 챔버와 연통되고,
    상기 제1피스톤을 기준으로 상기 제1피스톤 챔버의 반대측에 배치되어 상기 제1피스톤과 사이에 제1발란스 챔버를 형성하는 제1발란스월;
    상기 제2피스톤을 기준으로 상기 제2피스톤 챔버의 반대측에 배치되어 상기 제2피스톤과의 사이에 제2발란스 챔버를 형성하는 제2발란스월; 및
    상기 제1피스톤과 함께 상기 제1피스톤 챔버를 형성하도록 상기 연결허브에 형성되는 허브연장부; 를 더 포함하고,
    상기 제2피스톤 챔버는 상기 제2피스톤, 상기 제1발란스 월, 그리고 상기 허브연장부 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 클러치.
  8. 삭제
  9. 제7항에서,
    상기 제1,2발란스월은 각각 상기 연결허브 상에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  10. 제9항에서,
    상기 연결허브에는 발란스유압 공급홀이 형성되어 있고, 상기 제1,2발란스월에는 각각 상기 발란스유압 공급홀과 연통되어 제1,2발란스 챔버에 오일을 공급하는 오일통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  11. 제7항에서,
    상기 제1발란스월은 상기 연결허브 상에 장착되고, 상기 제2발란스월은 상기 제1발란스월 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 클러치.
  12. 제11항에서,
    상기 연결허브에는 발란스유압 공급홀이 형성되어 있고, 상기 제1발란스월에는 상기 제1,2발란스 챔버에 오일을 공급하는 오일통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  13. 제11항에서,
    상기 제1발란스월에는 상기 제2발란스월의 단부가 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 제1발란스월의 한쪽을 절곡하여 상기 제2발란스월을 고정시키는 것을 특징으로 하는 클러치.
  14. 제7항에서,
    상기 제2발란스월은 상기 연결허브 상에 장착되고, 상기 제1발란스월은 상기 제2발란스월 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 클러치.
  15. 제14항에서,
    상기 연결허브에는 발란스유압 공급홀이 형성되어 있고, 상기 제2발란스월에는 상기 제1,2발란스 챔버에 오일을 공급하는 오일통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  16. 제14항에서,
    상기 제2발란스월에는 상기 제1발란스월의 단부가 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 제2발란스월의 한쪽을 절곡하여 상기 제1발란스월을 고정시키는 것을 특징으로 하는 클러치.
  17. 제7항, 제9항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에서,
    상기 리턴 스프링은 상기 제2발란스월과 상기 제2피스톤 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 클러치.
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KR101820516B1 (ko) 2014-02-28 2018-01-22 씨스톤 테크놀로지스(주) 두 개 이상의 피스톤이 구비된 동력 전달 장치 및 리턴 스프링 하중을 결정하는 방법

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