KR20060049071A - 엇걸린 치들의 높이를 가지는 능동 클러치 - Google Patents

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KR20060049071A
KR20060049071A KR1020050071035A KR20050071035A KR20060049071A KR 20060049071 A KR20060049071 A KR 20060049071A KR 1020050071035 A KR1020050071035 A KR 1020050071035A KR 20050071035 A KR20050071035 A KR 20050071035A KR 20060049071 A KR20060049071 A KR 20060049071A
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clutch
ring
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KR1020050071035A
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러셀 티. 캐피토
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아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 제 1 클러치 링과 제 2 클러치 링을 가지는 능동 클러치를 구비한다. 능동 클러치는 제 1 의 클러치 링에 연결된 제 1 의 복수개의 치들를 더 구비한다. 제 1의 복수개의 치들은 제 1 세트의 치들과 제 2 세트의 치들을 구비한다. 제 1 세트의 치들은 상기 제 2 세트의 치들 보다 높다. 엇걸린 치의 높이 구성은 치의 래쉬(lash)가 작게되는 보다 효과적인 맞물림을 제공한다.

Description

엇걸린 치들의 높이를 가지는 능동 클러치{Positive clutch with staggered teeth height}
도 1 은 종래의 능동 클러치의 통상적인 제 1 클러치 링과 통상적인 제 2 클러치 링에 대한 사시도이다.
도 2 는 복수개의 클러치 치와 그 사이에 있는 공간들을 가진 도 1 의 제 1 클러치 링의 정면도이다.
도 3 은 함께 맞물리도록 위치된 도 1 의 제 1 클러치 링과 제 2 클러치 링의 측면도이다.
도 4 는 본 발명의 원리에 따라 구성된 2 개 속도의 전체 휘일 구동 시스템을 가진 차량의 하부에 대한 부분적인 평면도이다.
도 5 는 본 발명의 원리에 따라 구성된 후방 차동 장치에 직접적으로 장착된 구동 유니트를 도시하는 도 4 의 후방 차축 조립체에 대한 사시도이다.
도 6 은 도 5 의 구동 유니트에 대한 분해된 조립체이다.
도 7 은 높은 범위의 구성과 낮은 범위의 구성을 도시하는 도 6 의 구동 유니트의 단면도이다.
도 8 내지 도 12 는 본 발명의 원리에 따라 구성된 능동 클러치의 제 1 클러치 링과 제 2 클러치 링의 측면도로서, 능동 클러치의 각 측부의 회전, 연결 및 맞 물림의 진전을 나타낸다.
도 13 은 본 발명의 원리에 따라 구성된 제 1 클러치 링의 단순화된 정면도이다.
도 14 는 본 발명의 원리에 따라 구성된 제 1 클러치 링의 단순화된 정면도로서 가장자리 처리부를 나타낸다.
도 15 는 도 14 의 클러치 치의 정면도이며 다양한 대안의 가장자리 처리부를 도시한다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
10. 능동 클러치 12. 클러치 링
14. 클러치 링 20. 공간
본 발명은 차량의 동력 트레인(power train)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엇걸린 치의 높이를 가진 능동 클러치(positive clutch)에 관한 것이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 능동 클러치의 일부가 도시되어 있으며 도면 번호 10 으로 표시되어 있다. 능동 클러치(10)는 제 1 의 클러치 링(12)과 제 2 의 클러치 링(14)을 구비한다. 제 1 의 복수개의 치(16)는 제 1 의 클러치 링(12) 위에 위치되며 제 2 의 복수개의 치(18)는 제 2 의 클러치 링(14) 위에 위치된다. 능동 클러치(10)가 맞물릴 때, 제 1 의 클러치 링(12)과 제 2 의 클러치 링(14)이 연결되어서 더 이상 서로에 대하여 회전할 수 없도록 함께 맞물린다. 예시적인 마찰 클러치(미도시)와는 달리, 능동 클러치(10)는 맞물렸을 때 미끄러지지 않는다.
대부분의 경우에, 제 1 클러치 링(12)은 제 2 클러치 링(14)과 회전 정렬되지 않으며, 따라서 제 1 클러치 링(12)이나 또는 제 2 클러치 링(14)은 제 1 의 복수개의 치(16)를 제 2 의 복수개의 치(18)와 정렬시키도록 서로에 대하여 회전하여야 한다. 보다 상세하게는, 제 1 의 클러치 링(12)은 제 1 의 복수개의 치(16)들 사이에 공간(20)을 구비한다. 제 1 의 클러치 링(12)과 마찬가지로, 제 2 의 클러치 링(14)도 제 2 의 복수개의 치(18) 사이에 공간(22)들을 구비한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 능동 클러치(10)의 정렬과 맞물림은 제 1 의 복수개의 치(16)가 제 2 클러치 링(14)의 공간(22)들 안으로 움직일 것을 필요로 한다. 이와 유사하게, 제 2 의 복수개의 치(18)는 제 1 클러치 링(12)의 공간(20) 안으로 움직일 필요가 있다. 능동 클러치(10)의 정렬과 맞물림을 용이하게 하도록, 공간(20,22)들은 복수개의 치(16,18)들보다 크다. 공간(20,22)들이 (치(16,18)에 비하여 각각) 클수록, 클러치(10)가 맞물리는 것이 용이하다. 그러나, 능동 클러치(10)의 치들 사이의 상대적으로 큰 공간들은 전체적으로 증가된 소음과 진동을 초래한다.
도 2를 참조하면, 클러치 링(12)의 기하 형상은 그 자체가 반경 방향 좌표로 설명되는 것이 알맞다는 것이 이해될 것이다. 복수개의 치(16,18)들중 각각의 치는 클러치 링(12,14) 위에서 특정한 양의 원주상 공간을 점유할 수 있다. 보다 상세하게는, 예를 들면 각각의 치가 (도면 번호 24 로 표시된 바와 같이) 약 28 도의 원 주상 공간을 점유할 수 있는 반면에, 그들 사이의 공간(20,22)들은 (도면 번호 26 으로 표시된 바와 같이) 약 32 도의 원주상 공간을 점유할 수 있다. 이러한 배치로써, 도 2 에 도시된 바와 같이 각각의 치 사이에 4 도의 간극 또는 래쉬(lash)를 가진 6 개의 치들이 존재한다.
위에서 언급된 바와 같이, 유사한 능동 클러치에서 래쉬(lash)가 적은 경우에 비교하면 래쉬가 많이 존재할 때 능동 클러치(10)와 맞물리게 하는 것이 용이하다. 그러나 래쉬가 크게 되면 움직임과 달가닥거림을 야기하는 치들 사이의 공간이 많기 때문에 능동 클러치(10)가 소음과 진동을 야기하게 된다. 소음과 진동을 감소시키도록, 치 사이의 래쉬는 감소될 수 있다. 그러나, 래쉬의 감소는 능동 클러치(10)의 각각의 클러치 링(12,14)이 서로에 대하여 계속 회전하여 능동 클러치(10)가 맞물릴 때까지 소음과 진동을 발생시킬 것이기 때문에 능동 클러치의 맞물릴 수 없는 것에 기인하는 부가적인 소음과 진동을 야기할 수도 있다.
본 발명은 제 1 의 클러치 링과 제 2 의 클러치 링을 가지는 능동 클러치를 구비한다. 능동 클러치는 제 1 의 클러치 링에 연결된 제 1 의 복수개의 치들을 더 구비한다. 제 1 의 복수개의 치들은 제 1 세트의 치와 제 2 세트의 치를 구비한다. 제 1 세트의 치는 상기 제 2 세트의 치 보다 크다.
본 발명의 다른 적용 범위는 이후에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명과 특정의 예들이 본 발명의 다양한 구현예들을 표시할지라도, 이는 단지 예시의 목적으로만 의도된 것이며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다.
본 발명은 상세한 설명, 첨부된 청구항과 첨부된 도면들을 참조하여 보다 완전하게 이해될 것이다.
본 발명의 다양한 구현예들에 대한 다음의 설명들은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 본 발명과, 그것의 적용 또는 용도를 제한하도록 의도된 것은 아니다.
도 4 를 참조하면, 예시적인 2 개 속도 전체 휘일 구동 시스템(two speed all wheel drive system)이 차량(102)의 하부 표면으로부터 도시되어 있다. 차량(102)은 엔진(104), 전동부(105) 및 구동 트레인을 구비하는데, 구동 트레인은 중앙의 차동 장치(108) 및 동력 테이크 오프 장치(power take off unit, 110)를 구비할 수 있다. PTU 입력 샤프트(112)는 중앙 차동 장치(108)를 PTU(110)에 연결시킬 수 있다. 좌측의 절반 샤프트(114)는 중앙의 차동 장치(108)에 회전 가능하게 결합될 수 있어서, 구동 토크를 전방 휘일 세트(118)의 좌측 전방 휘일(116)에 제공한다. 우측 절반 샤프트(120)는 PTU(110)를 통하여 중앙 차동 장치(108)에 회전 가능하게 연결될 수 있어서 구동 토크를 우측 전방 휘일(122)에 제공한다. 우측 전방 휘일(122)과 좌측 전방 휘일(116) 양쪽은 전방 휘일 세트(118)를 형성한다.
구동 토크는 PTU(110)로부터 제 1 샤프트 부분(126)과 제 2 샤프트 부분(128)을 각각 가질 수 있는 지주 샤프트(124)를 통하여 구동 유니트(130)로 분배될 수 있다. 구동 유니트(130)는 차량(102)의 후방 차축(132)에 직접적으로 장착될 수 있다. 후방 차축(132)은 차동 장치(134)와 좌측 후방 차축 샤프트(136)를 구비할 수 있는데, 이것은 차동 장치(134)에 결합되고 회전 토크를 후방 휘일 세트(140)의 좌측 후방 휘일(138)로 전달한다. 후방 차축(132)은 우측 후방 차축 샤프트(142)를 구비하는데, 이것은 차동 장치(134)에 결합될 수 있고 구동 토크를 우측 후방 휘일(144)로 전달한다. 우측 후방 휘일(144)과 좌측 후방 휘일(138) 양쪽은 후방 휘일 세트(140)를 형성하도록 결합된다. PTU (110)와 중앙 차동 장치에 대한 상세한 사항을 포함하는 구동 트레인의 다양한 구성 요소들과 차량(102)에 대한 보다 상세한 설명은 함께 양도된 미국 특허 출원 제 10/797,717 호 (2004.3.10.)의 "2 개 속도의 전체 휘일 구동 시스템"에 개시되어 있으며, 이것은 본원에 참조로서 포함된다.
도 5를 참조하면, 지주 샤프트(124)에 결합된 제 1 의 연결구 절반(146)은 지주 샤프트(124)로부터 구동 유니트(130)로의 구동 토크의 전동을 용이하게 하도록 구동 유니트(130)와 결합된 제 2 의 연결구 절반부(148)와 결합될 수 있다. 구동 유니트(130)는 (도 7을 참조하여 가장 잘 나타낸 바와 같이) 후방 차축(132)의 하우징에 연결될 수 있는 하우징(150)을 구비할 수 있다. 변환 유니트(152)는 하우징(150)에 결합될 수 있다. 구동 토크는 구동 유니트(130)를 거쳐서 후방 차축(132)을 통하여 후방 휘일 세트(140)(도 4 에 도시됨)에 전동될 수 있다. 변환 유니트(152)는 예를 들면 차량(102)에 의해 통상적으로 제공되는 전기 동력원으로부터 작동될 수 있는 전기 액튜에이터를 구비할 수 있다. 예시적인 변환 유니트는 조셉 폴락 코포레이션 (메사츄세트, 보스톤)에서 상업적으로 판매하는 것이다. 변환 유니트(152)는 변환 포크(shift fork, 154)를 병진시키는 선형의 액튜에이터(미도시)를 구비할 수 있다 (도 6 에 보다 상세하게 설명되어 있다). 변환 유니트(152) 의 변환은 선형의 액튜에이터에 제한된 것은 아니며 솔레노이드 작동기, 진공 다이아프램, 유압 작동기, 케이블 또는 유사한 적절한 장치를 이용하여 달성될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 구동 장치(130)는 행성 운반부(156)를 구비할 수 있다. 행성 운반부(planet carrier, 156)는 복수개의 핀(158)들을 구비하며, 그 각각은 베어링(162) 상에서 복수개의 행성 기어(160)들중 하나를 지지한다. 행성 운반부(156)는 링 기어(164) 안에서 회전할 수 있다. 제 1 의 클러치 링(166)은 회전을 위해서 행성 운반부(156)와 결합될 수 있다. 제 1 의 클러치 링(166)은 복수개의 고정구(미도시)에 의해서 연결될 수 있거나, 또는 그렇지 않으면 행성 운반부(156)에 적절하게 연결될 수 있다.
변환 칼러(shift collar, 168)는 링 기어(164)와 맞물림 가능하게 연결될 수 있으며 링 기어(164) 안에서 변환 방향 "A" 또는 변환 방향 "B"로 병진 운동할 수 있다. 제 2 의 클러치 링(170)은 예를 들면 용접이나 또는 다른 적절한 고정 기술에 의해서 변환 칼러(168)의 내표면에 고정되게 연결될 수 있다. 제 3 의 클러치 링(172)은 제 2 의 연결구 절반부(148)와 회전을 위해서 고정되게 결합될 수 있다. 태양 기어 샤프트(174)는 회전을 위해서 제 2 의 연결구 절반부(148)와 결합될 수 있으며 제 3 의 클러치 링(172), 변환 칼러(168), 제 2 의 클러치 링(170), 제 1 의 클러치 링(166), 링 기어(164) 및 행성 운반부(156)들의 각각을 통해서 배치될 수 있고, 여기에서 태양 기어 샤프트(174)의 태양 기어(176)는 복수개의 태양 기어(160)들과 맞물림 가능하게 연결된다. 변환 포크(154)는 한쌍의 가지(178)를 가지 는데, 이러한 가지는 변환 유니트(152)에 의한 변환 포크(154)의 변위가 변환 칼러(168)를 변환 방향 "A" 또는 변환 방향 "B" 로 병진 운동시키도록 변환 칼러(168)의 고리형 채널(180) 안에 배치될 수 있다.
변환 포크(154)는 변환 방향 "A"에 배치될 수 있어서, 제 2 클러치 링(170)의 복수개의 클러치 치(182)들이 제 1 클러치 링(166)의 복수개의 클러치 치(184)들과 맞물리는 위치로 변환 칼러(168)와 제 2 클러치 링(170)을 병진 운동시킨다. 변환 방향 "A" 에서의 변위는 링 기어(164)를 행성 운반부(156)로 잠그게 되어서 높은 범위 또는 상대적으로 고속의 비율로 제 2 의 연결구 절반부(148)와 행성 운반부(156) 사이의 토크 전동을 용이하게 한다. 따라서, 변환 방향 "A" 에서의 변위는 행성 운반부(156), 링 기어(164) 및 태양 기어 샤프트(174)들이 서로의 사이에서 상대적인 움직임이 없이 각각 회전되는 것을 초래한다.
변환 포크(154)는 변환 방향 "B"로 변위될 수 있어서, 제 2 의 클러치 링(170)의 대향하는 측상의 복수개의 클러치 치(186)들이 제 3 의 클러치 링(172) 위의 복수개의 클러치 치(188)들과 맞물리는 위치로 변환 칼러(168)와 제 2 의 클러치 링(170)을 병진 운동시킨다. 이러한 위치에서, 링 기어(164)는 행성 기어(160)가 속도의 감속과 토크의 배가를 가능하게 하는 정지 상태로 잠기게 됨으로써, 구동 토크는 낮은 범위, 또는 상대적으로 저속의 비율로 제 2 의 연결구 절반부(148)와 행성 운반부(156) 사이에서 전동된다. 다양한 대안의 구현예들에서, 제 1 의 클러치 링(166)은 제 3 의 클러치 링(172)과 연결될 수 있어서 제 2 의 클러치 링(170)을 생략한다는 점이 이해되어야 한다. 또한 제 1 의 클러치 링(166)과 제 3 의 클러치 링(172)이나 또는 그것의 결합은 2 개 부재들의 연결과 분리를 필요로 하는 무수한 적용예에서 적용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 후방 차축(132, 도 5)은 입력 피니언(190)을 구비할 수 있는데, 이것은 스플라인(splined)의 입력 샤프트(192)를 가지며, 당업계에서 공지된 방식으로 구동 토크를 차동 장치(134)(도 5)로 전동시킨다. 간단히 설명하자면, 입력 피니언(190)은 구동 토크를 차동 기어(134)의 링 기어(미도시)로 전동시킬 수 있어서, 그것이 차동 장치(134)가 후방 차축(132)의 하우징 안에서 회전되게 한다. 한쌍의 측부 기어(미도시) 및 복수개의 피니언(미도시)을 구비할 수 있는 기어 세트(미도시)가 구동 토크를 좌측과 우측의 차축 샤프트(136,142)(도 5)로 전동시키도록 채용될 수 있다 (도 5). 너트 또는 볼트와 같은 고정구(194)가 행성 운반부(156)(도 6)를 입력 샤프트(192)로 고정되지만 움직일 수 있게 결합시키도록 채용될 수 있다. 입력 샤프트(192)는 행성 운반부(156)의 짝을 이루는 내측 스플라인의 부분(196)과 맞물리게 연결될 수 있다. 하우징(150)은 하우징 플랜지(198)를 구비할 수 있다. 차축(200)은 차동 장치 플랜지(204)를 구비할 수 있는 차동 장치 하우징(202) 안에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 하우징 플랜지(198)와 차동 장치 플랜지(204)는 복수개의 고정구(206)를 사용하여 고정되지만, 제거 가능하게 함께 결합된다. 하우징(150)은 또한 구동 유니트(130)와 후방 차축(132)의 다양한 구성 요소들이 문자 "C"에 의해 표시된 공통의 중심선 둘레에 정렬 가능하도록 하기 위하여 차동 장치 플랜지(204)의 짝을 이룬 특징부(210)와 미끄러지게 맞물리는 파일롯 특징부(pilot feature, 208)를 구비할 수도 있다.
태양 기어 샤프트(174)는 베어링 세트(212)에 의해 공통의 중심선 "C"을 따라서 하우징(150) 안에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 샤프트 시일(214)은 태양 기어 샤프트(174)와 하우징(150) 사이의 접합을 시일하도록 채용될 수 있다. 태양 기어 샤프트(174) 상의 태양 기어(176)는 복수개의 행성 기어(160)와 맞물리게 연결된다. 행성 기어(160)는 다시 링 기어(164)의 내측으로 치를 가진 표면(164a)과 회전 가능하게 맞물린다. 링 기어(164)는 제 1 의 베어링(216)과 제 2 의 베어링(218)에 의해서 행성 운반부(156)의 외측 직경 위에 회전 가능하게 지지된다. 복수개의 고정부(220)는 제 3 의 클러치 링(172)이 하우징(150)의 일부에 결합되도록 채용될 수 있다.
도 7 은 공통의 중심선 "C" 아래에서 구동 유니트(130) 부분의 작동의 높은 범위 또는 고속 모드 상태 동안에 구동 유니트(130)에 대한 구성을 도시한다. 작동의 낮은 범위 또는 저속 모드 구성은 공통의 중심선 "C"의 위에 도시되어 있다. 고속 범위의 작동 조건에 있어서, 제 2 의 클러치 링(170)과 제 1 의 클러치 링(166)이 함께 맞물리도록 변환 칼러(shift collar, 168)가 변환된다. 이러한 상태에서, 태양 기어 샤프트(174)를 통해서 수용된 구동 토크가 행성 기어(160)를 통하여 링 기어(164)로 그리고 변환 칼러(168)로부터 행성 운반부(156)로 전동되도록 제 2 클러치 링(170) 상의 복수개의 클러치의 치(182)는 제 1 클러치 링(166)상의 복수개의 클러치 치(184)와 맞물린다. 행성 운반부(156)는 그에 의해서 입력 피니언(190)을 통하여 차동 장치(134)로 구동 토크를 높은 범위로 전동시킨다.
도 7에서 공통의 중심선 "C" 위에 도시된 작동의 낮은 범위 또는 저속 모드 에서, 변환 칼러(168)는 도 7 에 도시된 바와 같이 좌측으로 변위되어서, 제 2 클러치 링(170)의 클러치 치(186)가 제 3 클러치 링(172)의 개별 클러치 치(188)와 맞물리게 한다. 제 3 클러치 링(172)은 하우징(150)에 고정되게 맞물리기 때문에, 링 기어(164)는 그에 의해서 변환 칼러(168)를 통하여 하우징(150)과 접지되며 회전할 수 없다. 따라서 태양 기어 샤프트(174)로부터의 구동 토크는 낮은 범위로 태양 기어(176)를 통하여 행성 기어(160)로, 그리고 행성 운반부(156)로 직접적으로 전동됨으로써 행성 운반부(156)가 태양 기어(176)에 대하여 소정의 속도 비율로, 예를 들면 제한적인 것은 아니지만 1:3 의 비율로 구동된다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)의 부분들은 2 개의 클러치 링(166,170)들의 점진적인 맞물림이 도시될 수 있도록 나태낸 것이다. 도 8 내지 도 12 에 있어서, 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)의 일부만이 도시되어 있어서, 단지 3 개의 치들이 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)에 대하여 각각 도시되어 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)의 하나 또는 양쪽이 전기 액튜에이터, 스프링 또는 다른 적절한 장치들중 어느 것에 의해서 대향의 클러치 링을 향하여 바이어스(bias)될 수 있다는 점도 이해될 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 클러치 링(166)이나 또는 제 2 클러치 링(170)이 대향의 클러치 링에 대하여 회전하지 않았다면 능동 클러치(222)의 맞물림이 발생하지 않도록 제 1 클러치 링(166)이 제 2 클러치 링(170)과 정렬되지 않는다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 제 1 클러치 링(166)이나 또는 제 2 클러치 링(170)은 서로에 대하여 회전을 계속한다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 제 1 클러치 링(166)이 제 2 클러치 링(170)과 맞물릴 때까지 클러치는 회전을 계속할 것이라는 점이 또한 이해될 것이다. 더욱이, 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)은 시계 방향이나 또는 시계 반대 방향으로 능동 클러치(22)와 맞물리도록 서로에 대하여 회전할 수 있다.
능동 클러치(222)의 맞물림을 용이하게 하도록 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)은 전체적으로 도면 번호 224 로 표시된 엇걸린 치의 높이 구성을 가진다. 제 1 클러치 링(166)은 복수개의 제 1 의 치(226)들 및, 제 1 지원부(230)에 연결된 복수개의 제 2 의 치(228)들을 구비할 수 있다. 각각의 제 2 의 치(228)들은 제 1 의 치(226)들 보다 작으며 제 1 의 치들 사이에 제 2 의 치들이 안착된다. 제 2 클러치 링(170)은 복수개의 제 3 의 치(232)들 및 제 2 지원부(236)에 연결된 복수개의 제 4 의 치(234)들을 가질 수 있다. 제 1 클러치 링(166)과 유사하게, 각각의 제 4 의 치(234)들은 제 3 의 치(232)들보다 작으며 제 3 의 치들 사이에 제 4 의 치들이 안착된다.
제 1 의 지원부(230)상에 형성된 제 1 의 클러치 링 공간(238)들은 제 1 클러치 링(166)의 치(226,228)들 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제 2 의 지원부(236)상에 형성된 제 2 의 클러치 링 공간(240)들은 제 2 클러치 링(170)의 치 (232,234)들 사이에 배치된다. 도 8 내지 도 12 에 도시된 바와 같이, 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)과 함께, 치(226,228,232 및 234)들은 도 6 및 도 13 에 도시된 다르게 완성된 클러치 링(166,170)들의 예시적인 부분들로서 도시되었다는 점이 이해될 것이다.
계속 도 8 내지 도 12를 참조하면, 제 1 클러치 링(166)은 2 개의 링(166,170)들과 맞물리도록 제 2 의 클러치 링(170)에 대하여 움직일 수 있다. 도 8 에 있어서, 제 1 치(226)의 하나의 단부면(226a)은 제 3 치(232)의 단부면(232a)과 접촉한다. 이러한 위치에서, 능동 클러치(222)는 맞물릴 수 없다. 따라서, 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)은 서로에 대하여 계속 회전하여야 한다. 도 9 에 있어서, 제 3 의 치(232)들중 하나는 제 1 의 치(226)들중 하나를 지나서 계속 회전하였다. 능동 클러치(222)는 이러한 위치에서 맞물리도록 시도될 수 있지만, 대부분의 경우에서, 제 1 클러치 링(166) 또는 제 2 클러치 링(170)상의 회전력은 클러치 링(166,170)들이 계속 회전하도록 맞물림을 방지할 것이다.
도 10 을 참조하면, 제 1 의 클러치 링(166)은 제 2 의 클러치 링(170)에 대하여 계속 움직인다. 제 3 의 치(232)들중 하나의 단부면(232a)은 제 2 의 치(228)들중 하나의 단부면(228a)과 접촉하게 된다. 더욱이, 제 4 의 치(234)들중 하나의 단부면(234a)은 제 1 의 치(226)들중 하나의 단부면(226a)과 접촉하게 된다. 이러한 예에서, 능동 클러치(222)는 여전히 맞물릴 수 없으며 제 1 클러치 링(166)은 제 2 클러치 링(170)에 대하여 계속 회전한다.
도 11 을 참조하면, 제 3 의 치(232)들중 하나의 측부(232b)가 제 1 의 치(226)들중 하나의 측부(226b)와 접촉되도록 제 2 의 치(228)들중 하나를 지나서 전진되었다. 이러한 예에서는 제 1 의 치(226)들중 하나와 제 3 의 치(232)들중 하나 사이의 간섭 때문에 제 1 클러치 링(166)은 더 이상 제 2 클러치 링(170)에 대하여 움직일 수 없다는 점이 이해되어야 한다. 더욱이, 하나 또는 양쪽의 클러치 링 (166,170)들이 대향하는 클러치 링을 향하여 바이어스되는데, 이는 2 개의 링(166,17)들이 도 12 에 도시된 맞물림 상태로 가는 것을 돕는다.
도 12 에 있어서, 능동 클러치(222)가 맞물린다. 예를 들면, 제 1 의 부재(242)는 제 1 의 클러치 링(166)과 연결되고 제 2 의 부재(244)는 제 2 의 클러치 링(170)과 연결된다. 제 1 부재(242)를 통해 전동된 회전력은 능동 클러치(222)를 통하여 제 2 의 부재(244)로 전동될 것이다.
도 13 을 참조하면, 제 1 클러치 링(166)은 도 8 에 도시된 바와 같은 제 1 클러치 링(166)의 부분으로서 유사하게 구성될 수 있어서, 클러치 링(166)의 치가 엇걸린 높이의 구성(224)을 가진다. 따라서, 보다 높은 치는 도면 번호 246 으로 표시되는 반면에 보다 작은 치는 도면 번호 248 로 표시되며 그 사이의 공간에는 도면 번호 250 으로 표시된다. 제 1 클러치 링(166)이 원형인 특징인 것이 반경 방향 좌표에 적절하다는 점이 이해될 것이다. 그러한 목적을 위해서, 치(259,248)들은 전체적인 클러치 링 원을 약 28 도의 원주 간격으로 각각 둘러쌀 수 있으며, 그들 사이의 간격(250)들은 도면 번호 250a 로 표시된 클러치 링 원의 대략 32 도의 원주 간격을 점유할 수 있다. 더욱이, 높은 치(246)와 짧은 치(248)는 원호 형상을 가진다. 보다 상세하게는, 높은 치(246)가 2 개의 만곡된 측부(246a) 및 상부(246c)에서 만나는 2 개의 직선 측부(246b)를 가진다. 마찬가지로, 짧은 치(248)는 2 개의 만곡된 측부(248a) 및 상부(248c)에서 만나는 2 개의 직선 측부(248b)를 가진다.
제 1 의 클러치 링(166)이 도 2 에 도시된 바와 같은 종래의 클러치 링과 유 사하게 구성되었다면, 공간(250)들은 맞물림 슬롯을 제공할 것이며 슬롯 안으로 대향하는 클러치 링의 치가 끼워질 것이다. 도 2 의 종래의 클러치의 예에서, 맞물림 슬롯은 대략 32 도이다. 그러나 본 발명에서는 맞물림 슬롯이 효과적으로 확대됨으로써, 맞물림 슬롯이 제공된 예에서 도면 번호 250b 로 표시된 바와 같이 92 도로 확대된다.
확대된 맞물림 슬롯(250b)은 각각의 대향하는 클러치 링의 높은 치(246)들이 접촉을 이루고 (예를 들면, 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)의 높은 치(226,232)들이 각각 접촉을 이룸) 서로를 지나서 회전을 계속하기 때문에 작동될 수 있다. 더욱이, 제 1 의 클러치 링(166) 또는 제 2 의 클러치 링(170)은 대향하는 클러치 링에 보다 근접하게 전진함으로써 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170) 사이의 거리를 근접시킨다. 이러한 지점에서, 높은 치(246)는 치에 인접한 공간내에 맞물리거나 또는 계속 회전할 수 있어서 다음의 짧은 치(248)와 접촉하게 된다 (예를 들면, 도 8 의 제 1 클러치 링(166)의 치(228)들중 하나와 접촉함).
일단 높은 치(246)가 대향하는 클러치 링의 짧은 치(248)를 지나서 전진하면, 높은 치(246)는 대향하는 클러치 링의 다음의 높은 치(246)의 측부와 만나게 될 것이다. 제 1 클러치 링(166)과 제 2 클러치 링(170)들이 서로를 향하여 바이어스되기 때문에, 치들 사이의 간섭은 능동 클러치(222)를 맞물리도록 강제한다. 높은 치(246)는 그것이 접촉하게 되었던 대향하는 높은 치를 지나서 더 이상 회전할 수 없기 때문에 능동 클러치(222)가 맞물린다. 따라서, 대향하는 클러치 링은 제 1 클러치 링의 회전 속도로 가속되며 따라서 능동 클러치는 도 12 에 도시된 바와 같 이 맞물린다. 대조적으로, 종래의 능동 클러치(10)(도 1)에서 치는 맞물림 슬롯(26)(도 2)에 들어가야만 하거나 또는 맞물림 슬롯(26)을 놓쳐서 다음의 맞물림 슬롯(26)이 그 아래로 회전할 때까지 기다려야한다.
위에서 설명된 바와 같이, 맞물림 슬롯은 치보다 크게 되어서 치가 맞물림 슬롯 안으로 맞물리는 것을 증진시킨다. 예를 들면, 맞물림 슬롯(26)(도 2)은 원형의 클러치 링의 32 도를 점유할 수 있는 반면에, 치는 28 도를 점유할 수 있다. 그러한 예를 가지고, 치와 맞물림 슬롯 사이에 4 도의 전체적인 갭(gap)이 있게 된다. 이러한 4 도의 넓은 갭이 래쉬(lash) 또는 간극으로 지칭된다. 본 발명에 있어서, 클러치 링의 치가 종래의 능동 클러치(10)에서 요구하는 방식으로 맞물림 슬롯 안에 진입할 필요가 없기 때문에 래쉬 및 간극은 감소될 수 있다. 간극 또는 래쉬의 감소는 치와 그보다 큰 맞물림 슬롯 사이의 갭에 기인한 소음과 진동의 발생을 개선한다. 더욱이, 제 1 클러치 링은 맞물림 이전에 제 1 의 높은 치와 짧은 치의 세트만을 지나서 회전할 필요가 있기 때문에 소음과 진동이 더욱 감소된다. 대조적으로, 종래의 능동 클러치(10)는 치가 맞물림 슬롯에 들어가서 맞물릴 때까지 계속 회전하여야 한다.
도 14 를 참조하면, 제 1 클러치 링(166) 또는 제 2 클러치 링(170)으로부터의 예시적인 치가 도시되어 있으며 참조 번호 252a 로 표시되어 있다. 치(252a)는 참조 번호 254 로 표시된 가장자리 처리부를 가진다. 가장자리 처리부(254)는 모따기나 또는 소정의 반경으로 만곡시키는 것을 포함할 수 있다. 가장자리 처리부(254)는 모따기(chamfering), 반경 범위내 처리(radiusing), 경사화(beveling) 또 는 다른 적절한 가장자리 처리를 포함하지만, 가장자리 처리부(254)는 도면 번호 256 으로 표시된 가장자리 처리부의 높이를 구비한다. 가장자리 처리부의 높이는 도면 번호 258 로 표시된 가장자리 처리부(254)의 시작으로부터 치(252)의 상부(260)까지의 거리로 한정된다는 점이 이해될 것이다. 이를 염두에 두면, 높은 치(252a)(예를 들면, 도 8에서 제 1 의 치(226)들중의 하나)와 짧은 치(252b)(예를 들면, 도 8에서 치(228)들중 하나) 사이의 높이 차이(262)는 가장자리 처리 높이(256)의 약 2 배보다 크다 (즉, 높이 차이(262) ≥ 약 2 * (가장자리 처리부 높이(256)). 도 15 에 있어서, 가장자리 처리부(254)는 다양한 구성으로 예시적인 클러치의 치(264)에 도시되어 있다. 이를 위해서, 가장자리 처리부(254)들은 다양한 각도(266)에서의 모따기, 둥근 가장자리(268) 및 다양한 형상에서의 경사를 구비할 수 있다.
본 발명의 설명은 본질적으로 예시적인 것에 불과하며, 따라서 본 발명의 요지로부터 이탈하지 않는 변형들은 본 발명의 범위 안에 있도록 의도된다. 그러한 변형들은 발명의 사상과 범위를 이탈하지 않은 것으로 간주되어야 한다.
본 발명은 차량등의 능동 클러치에서 적용되어 소음과 진동을 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 제 1 의 클러치 링과 제 2 의 클러치 링을 가지는 능동의 클러치로서,
    능동의 클러치는 제 1 의 클러치 링에 연결된 제 1 의 복수개의 치들을 가지고, 상기 제 1 의 복수개의 치들은 제 1 세트의 치들과 제 2 세트의 치들을 구비하며,
    상기 제 1 세트의 치들은 상기 제 1 세트의 치들보다 큰 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 의 클러치 링과 연결되도록 구성된 제 2 클러치 링에 연결된 제 2 의 복수개의 치들을 더 구비하고, 상기 제 2 의 복수개의 치들은 제 3 세트의 치들과 제 4 세트의 치들을 구비하며,
    상기 제 3 세트의 치들은 상기 제 4 세트의 치들보다 큰 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 세트의 치들중 하나의 치는 상기 제 1 세트의 치들중 2 개의 치들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 치들중 하나의 치는 소정의 가장자리 처리부 높이를 구비하는 가장자리 처리부를 가진 가장자리를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가장자리 처리부는 경사부인 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 가장자리 처리부는 반경 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 치들는 상기 가장자리 처리 높이의 적어도 2 배의 양으로 상기 제 2 세트의 치들 보다 높은 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 치들의 상부는 상기 제 2 세트의 치들의 상부와 평행한 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 클러치 링은 시계 방향과 시계 반대 방향들중 하나인 상대 운동에 의해 제 2 클러치 링과 맞물리는 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  10. 적어도 2 개의 높은 제 1 의 치들과 적어도 2 개의 짧은 제 1 의 치들을 가지며, 각각의 짧은 제 1 의 치가 한쌍의 상기 높은 제 1 의 치들 사이에 배치되는 제 1 클러치 링; 및
    적어도 상기 2 개의 높은 제 2 의 치들과 상기 적어도 2 개의 짧은 제 2 의 치들을 가지며, 각각의 짧은 제 2 의 치가 한쌍의 제 2 의 높은 치들 사이에 배치되는 제 2 의 클러치 링;을 구비하는 능동 클러치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 1 의 높은 치들, 제 1 의 짧은 치들, 제 2 의 높은 치들 및 제 2 의 짧은 치들 각각은 소정의 가장자리 처리부 높이의 가장자리 처리부를 가지는 가장자리를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가장자리 처리부는 경사부인 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가장자리 처리부는 반경 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 높은 제 1 의 치들은, 상기 가장자리 처리부 높이의 적어도 2 배인 양으로, 상기 적어도 2 개의 짧은 제 1 의 치들보다 높은 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 높은 제 2 의 치들은, 상기 가장자리 처리부 높이의 적어도 2 배인 양으로, 상기 적어도 2 개의 짧은 제 2 의 치들보다 높은 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 높은 제 1 의 치들의 상부는 상기 적어도 2 개의 짧은 제 1 치들의 상부와 평행한 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 높은 제 2 의 치들의 상부는 상기 적어도 2 개의 짧은 제 2 의 치들의 상부와 평행한 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    제 1 클러치 링은 시계 방향과 시계 반대 방향들중 하나인 상대 운동에 의해 제 2 클러치 링과 맞물리는 것을 특징으로 하는 능동 클러치.
  19. 적어도 2 개의 높은 제 1 의 치들과 적어도 2 개의 짧은 제 1 의 치들을 가지는 제 1 의 클러치 링을 제공하는 단계;
    적어도 2 개의 높은 제 2 의 치들과 적어도 2 개의 짧은 제 2 의 치들을 가지는 제 2 의 클러치 링을 제공하는 단계;
    상기 제 1 의 클러치 링과 상기 제 2 의 클러치 링을 함께 움직이는 단계; 및,
    상기 적어도 2 개의 높은 제 1 의 치들중 하나의 치의 측부가 상기 적어도 2 개의 높은 제 2 의 치들중 하나의 치의 측부와 접촉할 때까지 상기 제 1 의 클러치 링, 상기 제 2 의 클러치 링 및 그것의 결합체들중 하나를 회전시키는 단계;를 구비하는 능동 클러치의 맞물림 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 1 의 클러치 링과 제 2 의 클러치 링들중 하나를 회전시키는 단계를 더 구비하며, 그들 사이의 상대 운동은 시계 방향과 시계 반대 방향들중 하나로 되는 것을 특징으로 하는 능동 클러치의 맞물림 방법.
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