KR100551766B1 - 필요에 따라 작동되는 윤활장치를 구비한 다중 디스크 마찰장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마찰 장치(10,110)에 관한 것으로 공통축 둘레를 회전하며, 클러치 하우징(16,116)을 이루는 구동부(12,112)와 피동부(14,114), 이 구동부와 피동부(12,14,112,114)를 연결 및 분리시켜 토크를 전달 및 차단하는 클러치부(20,120)를 포함하여 구성된다. 클러치 하우징(16,116) 내부에는 피스톤 조립체(42,142)가 구비되어, 클러치 하우징(16,116)과 피스톤 조립체(42,142)사이에 팽창실(44,144)을 형성하게 된다. 이 팽창실(44,144)에는 압력 유체 즉, 냉각제 공급원이 연통되어 있는데, 피스톤 조립체(42,142)는 팽창실로 유입되는 이러한 냉각제의 압력에 따라 작동 및 해제위치로 이동하여 클러치부(20,120)를 작동시키게 되고, 따라서 구동부와 피동부(12,14; 112,114)가 접촉 또는 분리 작동을 하게 된다. 이러한 과정에서 피스톤 조립체(42,142)는 냉각윤활제의 흐름을 제어하게 되는데 구동부와 피동부 (12,14;112,114)가 접촉하였을 때에는 클러치부(20,120)를 외경에서 내경까지 고르게 또한 충분히 냉각할 수 있고, 구동부와 피동부(12,14;112,114)가 분리되었을 때에는 클러치부(20,120)로 유입되는 냉각제의 흐름을 멈출 수 있도록 작동하게 되는 것이다.
마찰 장치, 구동부, 피동부, 클러치부, 냉각제

Description

필요에 따라 작동되는 윤활장치를 구비한 다중 디스크 마찰장치 {Multi-Disk Friction Device Having Forced Lubrication on Demand}
도 1은 오픈 팩 모드에 있는 본 발명에 따른 마찰 장치의 부분 측단면도
도 2는 도 1의 마찰 장치에서 클러치 또는 브레이크가 작동할 때의 마찰 장치의 부분 측단면도
도 3은 오픈 팩 모드에 있는 본 발명에 따른 마찰 장치의 다른 실시예의 부분 측단면도
도 4는 도 3의 마찰 장치에서 클러치 또는 브레이크가 작동할 때의 마찰 장치의 부분 측단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10,110: 마찰 장치 12, 112: 구동부
14, 114: 피동부 16, 116: 클러치 하우징
18, 118: 쓰러스트 베어링(thrust bearing)
20, 120: 클러치부 22, 122: 플레이트
24, 30, 124, 130: 스플라인(spline)
26, 126: 구동 허브 28, 128: 마찰 디스크
32, 130: 피동 허브 38, 138: 압력 플레이트
34, 36, 134, 136: 고정 링(retaining ring)
40, 140: O-링 42, 142: 피스톤 조립체
44, 144: 팽창실 46, 146: 압력 포트
48, 148: 바이어싱 멤버 50: 루브 댐(lube dam)
52: 스프링 54: 고정구(retainer)
56: 스프링 엔드 58, 158: 피스톤 본체
60, 160: 외부링 62, 162: 오리피스(orifice)
64, 164: 오프닝(opening) 66, 166: 드레인(drain)
68, 168: 배출구 70, 170: 제 1 부분
72, 172: 제 2 부분 74, 174: 가장자리 지지면
76: 외부링 내경 78: 외부링 외경
80: 탄성 시일(seal) 82: 외부링 연장턱
84, 184: 정지 부재 86: 리턴 부재
150: 밸런스 댐(balance dam) 186: 비드(bead)
190: 통로
본 발명은 변속기, 차동기, 브레이크 등에 사용되는 클러치 기관 또는 브레이크 기관에 관한 것으로 더욱 상세하게는 냉각이 필요할때 선택적으로 작동하는 윤활장치를 구비한 다중 디스크 마찰 클러치 또는 브레이크 기관에 관한 것이다.
다중 디스크 마찰 장치는 육상 차량등의 클러치나 브레이크 조립체에 널리 사용 되는 장치이다. 일반적으로 챠량은 세부분 즉, 내연 엔진과 같은 동력생성부와, 동력전달부 및 회전하는 바퀴로 나눌 수 있는데, 이중 동력전달부는 전형적으로 변속기를 일컫는 것이다. 엔진에서 생성된 토크(torque)와 스피드(speed)는 상기 변속기에서 차량의 움직임에 필요한 동력으로 변환되게 되는데, 이러한 변속기는 캐리어(carrier) 및 외부 링 기어(ring gear)에 의하여 지지되는 중간 평판 기어나 내부 선 기어(sun gear)등을 구비하는 하나 이상의 기어 세트와 이 기어 세트의 기어 레이쇼(gear ratio)를 변환하기 위한 여러 요소들로 구성되어 진다. 다중 디스 클러치는 이러한 변속기나 차동기에서 홀딩 장치로서 설치되는 마찰 장치인데, 웨트 브레이크(wet break)등 여러 육상 차량의 제동 기관으로도 널리 사용되어 질 수 있다.
다중 디스크 클러치 또는 브레이크 기관은 서로 교차하여 배치되는 플레이트 세트와 마찰 디스크 세트를 구비하고 있는데, 이러한 플레이트와 디스크는 지속적으로 공급되는 윤활제가 도포된 상태에서 서로 접촉하지 않고 오픈 모드 작동을 하게 된다. 상기 클러치 또는 브레이크 기관은 또한 일반적으로 피스톤 조립체를 포함한다. 예컨대 특정한 기어 레인지에서 기어 세트의 작동요소가 연결되면 피스톤 은 플레이트와 마찰 디스크가 서로 접촉할 수 있도록 작동되게 된다. 또한, 어떤 경우에는 변속기나 차동기에 서로 다른 구동커넥션을 형성하도록 하거나 작동시 서로 다른 기어 레이쇼를 동시에 제공할 수 있도록 하기 위하여 또는 구성요소를 브레이크 하기 위하여 다수의 다중 마찰 장치가 구비될 수도 있다.
서로 교차하여 설치된 플레이트와 마찰 디스크의 접촉면이 마찰면이 되는데,마찰 장치가 작동하면 운동에너지가 열 에너지로 변환되어 마찰면에 상당량의 열이 발생하게 된다. 이와 같은 과정에서 마찰면이 너무 뜨거워지면, 마찰면이 손상되어 클러치나 브레이크의 작동 효율이 저하된다. 따라서, 마찰 장치가 작동하면 발생되는 열은 즉시 식혀주어야 하는 것이다.
다중 디스크 마찰 클러치 또는 브레이크 시스템은 작동시 발생하는 열을 냉각하기 위하여 자동 변속액(ATF-automatic transmission fluid)과 같은 냉각제를 지속적으로 공급해 주게 되는데, 이러한 냉각제는 디스크 내경 또는 그 주위에서 공급되고, 원심력을 받아 마찰면을 따라 외경으로 전달되게 된다. 이때 원심력은 플레이트의 둘레가 내부보다 외부가 더 크기 때문에 연결된 마찰 장치 사이에 냉각제를 용이하게 전달할 수 있게 하는 반면, 냉각제의 입자를 분쇄하여 마찰면에 대한 냉각제의 냉각효율 감소시키는 문제점이 있는 것이다.
한편, 디스크가 접촉되지 않았을 때에는 냉각이 거의 또는 전혀 필요없게 되는데, 종래의 냉각 시스템에서는 이러한 불필요한 냉각제를 클러치나 브레이크에 지속적으로 공급하게 되어 있다. 이러한 과정에서 냉각제는 클러치 또는 브레이크에 의하여 연결되는 구동부와 피동부의 회전 속도의 차이 때문에 교차 연결된 플레 이트와 마찰 디스크에 의하여 전단력을 받게 되고, 따라서 냉각제의 전단점성이 저하되어 변속 효율이 감소되고 궁극적으로 연료 효율이 저하되는 결과를 가져오게 되는 것이다.
또한, 오픈 팩 모드에서 즉, 냉각제가 불필요할 때 냉각제가 마찰 장치로 직접 유입되면, 냉각제는 접촉되어 작동하는 냉각이 필요한 마찰 장치에는 사용되지 못하게 된다. 이러한 이유로 변속기와 차동기 또는 브레이크 시스템에 필요한 오일량이 증가되고, 따라서 불필요하게 펌프 용량도 증가되어야 하는 것이다.
이러한 문제들을 해결하기 위하여 마찰 장치가 작동되면 클러치부에 선택적으로 냉각제를 공급하고, 마찰 장치가 분리되면 선택적으로 냉각제의 공급을 중단하는 방법이 사용되어 왔으나, 이러한 방법은 대체로 작동이 복잡하고, 제작비가 많이 드는 문제점이 있는 것이다.
따라서, 클러치나 브레이크가 작동되는 등 필요할 때에는 선택적으로 냉각될 수 있고, 클러치나 브레이크가 분리되는 등 불필요할 때에는 선택적으로 냉각제 공급을 중단할 수 있고, 더불어 냉각이 필요할 때에는 마찰 디스크가 충분히 냉각제와 접촉할 수 있도록 하는 냉각 시스템을 가지는 마찰 장치의 제공이 시급한 상황이다.
본 발명의 마찰 장치는 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 공통축 둘레를 회전하며 클러치 하우징을 이루는 구동부와 피동부를 구비하고 있으 며, 상기 구동부와 피동부 사이에는 클러치부가 설치되어 구동부와 피동부를 연결 및 분리시켜 토크의 전달 및 차단을 제어하게 된다. 또한, 피스톤 조립체가 상기 클러치 하우징 내부에 구비되며 하우징과의 사이에는 팽창실을 형성하게 되며, 압력 유체의 공급원이 상기 팽창실과 연통되어 있다. 상기 피스톤 조립체는 구동부와 피동부가 접촉 또는 분리하도록 클러치부를 작동시키기 위하여 작동 또는 해제 위치로 이동할 수 있도록 하기 위하여 팽창실 유체의 압력에 반응하도록 되어 있다.
피스톤 조립체는 둘레에 고리형으로 배치된 외부링을 가지는 피스톤 본체를 포함하며, 상기 외부링은 내부를 관통하는 적어도 하나의 오리피스를 구비하는데,상기 외부링은 오리피스가 클로즈 되고 구동부와 피동부가 분리되는 제 1 위치와, 상기 오리피스가 압력 유체를 통과시켜 클러치부로 흘려 보내 구동부와 피동부가 클러치부를 통하여 접촉될 때 이 클러치부를 냉각하는 제 2 위치사이를 움직일 수 있게 되어 있다.
따라서, 피스톤 조립체는 구동부와 피동부가 접촉되었을 때는 인접한 플레이트와 디스크 사이의 클러치부의 외경에서부터 내경까지 균질하게 냉각할 수 있도록 압력이 작용하는 냉각제의 흐름을 제어하게 되며, 구동부와 피동부가 분리되었을 때는 클러치부에서 냉각제의 흐름을 멈출 수 있도록 작동된다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 마찰 장치는 클러치 또는 브레이크가 작동될때와 같이 클러치부에서 냉각제가 필요할 때에는 공급해 주고, 클러치 또는 브레이크가 작동되지 않을 때와 같이 클러치부에서 냉각제가 필요하지 않을 때에는 공급을 중단할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 필요에 따라 선택적으로 냉각 작용을 할 수 있게 한 마찰 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주입되는 냉각 윤활제가 클러치부의 외경에서부터 내경까지 작용 원심력의 반대 방향으로 전달되어 접촉된 마찰 장치를 고르게 그리고 충분히 윤활 할 수 있게 한 마찰 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 오픈 팩 모드에서 냉각제의 전단점성력의 손실을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 시스템과 비교하여 더 적은 용량의 펌프를 사용하도록 하여 변속기, 차동기, 또는 브레이크 시스템 등의 원가를 절감하게 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적은 종래의 복잡한 기술에 비하여 효과적으로 작동하고, 제작비가 절감되는 클러치 또는 브레이크 기관과 같은 본 발명의 마찰 장치에 의하여 달성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 클러치 또는 브레이크 기관의 마찰 장치(10)에 관한 것으로 주로 변속기, 차동기 또는 브레이크 구조와 연결되어 사용되어진다.
예컨대, 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 일반적으로 변속기관은 내연 엔진과 같은 기본 동력기관와 연동 작동하는 인풋 샤프트(input shaft)를 포함하여 구성되며, 특히 자동차에 사용되는 변속기관은 드라이브 샤프트(drive shaft)와 차동축과 같은 동력전달요소를 통하여 휠과 연동 작동되는 아웃풋 샤프트(output shaft)를 더 포함하며, 상기 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트 사이에는 적어도 하나 또는 복수의 기어세트가 설치된다. 즉, 변속기관은 상기 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트 및, 기어세트를 케이스 내부에 포함하게 되는 것이다.
상기 기어세트에는 변속기 기어율 변화를 위하여 여러 부가적인 요소들이 구비되는데, 여기에는 적어도 하나의 마찰 장치가 포함된다. 또한, 변속기의 기어율을 변환할 때 기어세트의 동력 차단 및 공급을 위하여 수개의 마찰 장치가 구비될 수 있음은 본 발명의 관련 분야에서는 관용의 기술로 인정되는 것이다.
상기에서는 자동차와 관련하여 기술하였으나 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 자동차 이외의 산업기기의 변속기, 차동기 및 브레이크 구조에 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 이하에서 사용되는 "클러치"라는 용어는 모든 타입의 변속기, 차동기 및 브레이크 시스템에 사용되는 클러치나 브레이크를 포함하는 개념으로 생각하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 하나의 실시예를 나타낸 것으로 동일 장치의 다른 위치를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 마찰 장치(10)는 구동부(12)와 피동부(14)를 포함하여 구성되는데, 이 구동부(12)와 피동부(14)는 공통축(도시되지 않음) 둘레를 회전하며, 함께 클러치 하우징(16)을 이룬다. 상기 구동부(12)와 피동부(14) 사이에는 변속기의 여러 부분에서 발생되는 축방향 부하를 전달하기 위한 쓰러스트 베 어링(thrust bearing)(18)이 끼워진다.
또한, 상기 구동부(12)와 피동부(14) 사이에는 그 일부분이 브래킷에 의하여 지지되는 고리형의 클러치부(20)가 배치되어 토크를 전달 또는 차단할 수 있도록 구동부(12)와 피동부(14)을 접촉 또는 분리시키는 역할을 하게 된다. 상기 클러치부(20)는 구동 허브(26)에 스플라인(spline)(24)으로 연결되는 복수의 고리형 플레이트(22)과 피동 허브(32)에 역시 스플라인(30)으로 연결되는 복수의 원형 마찰 디스크(28)가 서로 교차하여 끼워지는 구조로 되어 있는데, 상기 고리형 클러치부(20)의 플레이트(22)과 디스크(28)는 모두 구동 허브(26)의 스플라인(24)에서 대강의 외경을 형성하고 피동 허브(32)의 스플라인(30)에서 대강의 내경을 이루게 된다.
도 1의 위치에서 클러치부의 고리형 플레이트(22)과 마찰 디스크(28)는 접촉하지 않은 채로 인접 회전하도록 되어 있는데, 상기 고리형 플레이트(22)와 마찰 디스크(28)는 마찰 접촉 위치로 이동할 수 있도록 구동 또는 피동 허브(26,32)에 대하여 축방향 이동 가능하여 플레이트(22)와 디스크(28) 사이에는 상대적인 회전이 감소하거나 제거된다. 또한, 클러치부(20)의 양단에 위치하도록 구동 허브(26)에 설치되는 한 쌍의 고정링(34,36)과 O-링 패킹(40)을 구비한 압력 플레이트(38)가 플레이트(22)와 디스크(28)의 움직임을 제한하며, 디스크와 플레이트가 맞물려 들어갈때, 클러치부(20)는 그 외경에서 실링이 된다.
이러한 플레이트(22)와 디스크(28)의 축방향 운동은 클러치 하우징(16) 내부에 구비되는 피스톤 조립체(42)의 작동에 기인하는데, 상기 피스톤 조립체(16)는 클러치 하우징(16)과의 사이에 팽창실(44)를 형성하며, 상기 팽창실은 압력 포트(46)를 통하여 압력 유체의 공급원과 연통되어 있다. 즉 상기 피스톤 조립체(42)에서는 팽창실(44)내의 유체의 압력에 따라 피스톤이 작동 위치와 해제 위치로 이동하게 되는데, 이러한 피스톤의 운동이 클러치부(20)를 움직여 주어 구동부(12)와 피동부(14)는 접촉 또는 분리할 수 있게 된다.
또한, 상기 피스톤 조립체(42)를 해제 위치로 이동할 수 있도록 바이어싱 멤버(biasing member)(48)가 구비되어 지는데, 상기 바이어싱 멤버(biasing member)(48)는 피동 허브(32) 아래에 위치하는 루브 댐(lube dam)(50) 바로 아래에 설치된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 바이어싱 멤버(biasing member)(48)는 일단(56)이 피스톤 조립체(42)에 대하여 기울어진 채 맞닿아 있고, 타단은 고정구(54)에 의하여 고정되는 스프링(52)을 구비하는 리턴 스프링 조립체(48)로 되어 있다.
여기서, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자는 팽창실과 바이어싱 멤버의 기능을 서로 바꾸어 바이어싱 멤버가 클러치부를 접촉시키는 기능을 하도록 설치할 수 있으며, 또한 상기 바이어싱 멤버는 스프링 조립체에 국한되지 않고 일반적으로 알려진 바이어싱 조립체들을 적용할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 클러치부(20)가 작동하기 직전에 플레이트(22)와 디스크(28)는 상대적인 회전속도가 영이 될 때까지 서로 마찰 접촉을 하게 된다. 이러한 과정에서 플레이트(22)와 디스크(28)는 변속기, 차동기, 브레이크 시스템등의 특정한 용도에 따라 한 속도로 함께 회전하거나 회전을 멈추게 된다. 어떤 경우라도, 플레이트(22)와 디스크(28)가 접촉하는 동안은 운동 에너지가 열 에너지로 변환되어 상당량의 열이 발생하게 되므로, 이러한 열을 냉각해 주어야만 하는 것이다.
그러기 위하여, 피스톤 조립체(42)는 원주 둘레에 외부링(60)을 갖는 피스톤 본체(58)를 포함하여 구성되며, 상기 외부링(60)에는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 오리피스(62)가 내부를 관통하여 형성되는데, 공통축을 중심으로 아치형으로 이격되어 배치된다. 상기 외부링(60)은 피스톤 조립체(42)의 본체(58)와는 따로 작동할 수 있어, 도 1에 도시된 바와 같이 오리피스(62)가 닫혀지고, 구동부와 피동부(12,14)가 분리되어 있는 제 1 위치에서 도 2에 도시된 바와 같이 팽창실(44)로 유입된 압력 유체를 오리피스(62)를 통하여 클러치부(20)로 공급할 수 있도록 오리피스(62)가 오픈되는 제 2 위치 사이를 이동하게 된다. 도 2의 상태에서 클러치 하우징(16)은 클러치부(20)의 외경에서 실링이 이루어지며, 상기와 같이 유입된 압력 유체는 클러치 하우징(16)의 클러치부(20)를 외경에서부터 내경까지 채우게 된다.
더욱 상세하게 설명하면, 압력 유체는 클러치부에 작용하는 원심력의 방향과 반대의 방향으로 구동 허브(26)로부터 플레이트(22)와 마찰 디스크(28)를 통과하여 피동 허브(32)까지 유입되게 되는데, 각각의 플레이트(22)와 마찰 디스크(28)는 마찰면을 더욱 효과적으로 냉각할 수 있도록 홈을 구비할 수도 있다. 이와 같이 하여 압력 냉각제는 클러치부의 외경에서 내경까지 마찰면에 충분히 공급될 수 있고, 따라서 클러치의 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 또한, 냉각제를 원심력 의 작용 방향과 반대의 방향으로 공급해 줌으로써 냉각제의 입자가 쪼개져 작아지는 것을 막을 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 통상 AFT가 사용되는 압력 유체는 구동부와 피동부가 접촉될 때 클러치부(20)를 냉각시키게 되는데, 초과 유체는 압력 플레이트(38)에 인접한 오프닝(64)을 통하여 클러치 하우징(16)을 빠져나가 외부의 ATF 저장고(도시되지 않음)로 드레인(66) 되게 된다.
본 발명의 마찰 장치(10)에는 또한 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 배출관(68)이 클러치 하우징(16)에 형성되는데, 본 실시예에서는 구동 허브(26)에 형성되어 있다. 상기 외부링(60)은 도 1에서와 같이 구동부와 피동부(12,14)가 분리되었을 때에는 압력 유체를 클러치부(20)로부터 배출할 수 있도록 배출관(68)을 오픈시키게 되고, 도 2에서와 같이 구동부와 피동부(12,14)가 연결되었을 때는 배출관(68)을 클로즈시키게 된다. 따라서, 클러치부(20)가 분리되어 비교적 적은 열이 발생할 때에는 배출관(68)은 오픈되고 압력 유체는 외부링(60)의 오리피스(62)를 통과하지 못하게 되어, 하우징(16) 내부의 유체는 배출구(68)를 통하여 드레인 된다. 그러나, 클러치부가 접촉할 때에는 배출구(68)는 외부링(60)에 의하여 클로즈 되어지는데, 그 과정을 이하에서 상세히 설명하고자 한다.
외부링(60)의 피스톤 본체(58)에 대한 효율적인 작동을 위하여 피스톤 본체(58)는 회전공통축에 대하여 전체적으로 직경방향으로 연장된 제 1 부분(70)과 회전공통축에 대하여 전체적으로 축방향으로 연장된 제 2 부분(72)으로 이루어지는데, 상기 제 2 부분(72)은 가장자리 지지면(74)을 포함하고. 외부링(60)은 제 1 위 치와 제 2 위치 사이에서 상기 가장자리 지지면(74)에 의하여 축방향으로 지지될 수 있다. 또한, 상기 가장자리 지지면(74)은 도 2에 도시된 바와 같이 외부링(60)이 제 2 위치로 이동한 후 다시 제 1 위치로의 환원을 시작하기 전까지 외부링(60)에 대하여 슬라이딩 운동을 할 수 있게 되어 있다.
외부링(60)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내경(76)과 외경(78)을 갖는데, 탄성을 갖는 시일(80)이 상기 내경과 외경(76,78) 둘레에 설치되어 있다. 상기 외부링(60)은 클러치 하우징(16)과 맞닿아 제 1 위치를 결정하는 원형턱(82)을 구비하고 있는데, 외부링 외경(78)으로부터 직경방향으로 연장 형성되어 있다.
또한, 클러치 하우징(16)에는 정지 부재(84)가 구비되어 도 2에서와 같이 오리피스(62)가 오픈되고, 배출구(68)가 클로즈된 상태에서 상기 원형턱(82)과 함께 외부링의 위치를 결정하게 된다. 상기 정지 부재(84)는 원주 내부방향으로 연장된 플랜지 또는 링형태로 형성되어 있는데, 즉 외부링(60)에 형성되어 있는 원형턱(82)은 제 2 위치에서 정지 부재(84)와 접촉하게 되는 것이다.
그리고, 피스톤 조립체(42)의 피스톤 본체(58)에는 리턴 부재(86)가 구비되어 오리피스(62)가 클로즈되고 배출구(68)가 오픈된 상태에서 외부링(60)의 원형턱(82)과 함께 외부링(60)을 제 2 위치에서 제 1 위치로 이동시키게 된다. 상기 리턴 부재(86)는 피스톤 조립체(42) 본체(58)의 가장자리 지지면(74) 원심끝으로부터 외부로 배치되고, 외부링(60)을 향하여 축방향으로 연장되어 있는데, 피스톤 조립체(42)의 본체(58)가 바이어싱 멤버(48)에 의하여 기울어져 있어서 피스톤이 해제 위치로 이동할 때 외부링(60)과 접촉하게 된다.
도 3과 도 4는 유사한 구조를 가지는 본 발명의 마찰 장치(110)의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 참조 번호는 도 1의 실시예의 번호에 100을 증가시켜 사용하였다.
마찰 장치(110)는 공통축(도시되지 않음) 둘레를 회전하고, 클러치 하우징(116)을 형성하는 구동부(112)와 피동부(114)를 구비하고 있으며, 상기 구동부와 피동부(112,114) 사이에는 쓰러스트 베어링(thrust bearing)(118)이 배치되어 변속기의 여러 부분들에서 발생하는 축방향 부하를 전달하게 된다.
상기 구동부와 피동부 사이에는 또한 브래킷에 의하여 지시되는 고리형 클러치부(120)가 설치되는데, 구동부(112)와 피동부(114)를 연결 및 분리시켜 토크를 전달 및 차단하게 된다. 상기 클러치부(120)는 구동 허브(126)에 스플라인(124)으로 연결된 복수의 고리형 플레이트(122)와 피동 허브(132)에 스플라인(130)로 연결된 복수의 고리형 마찰 디스크(128)가 서로 교차하여 끼워지는 형태로 형성된다. 이와 같이 플레이트(122)와 디스크(128)로 구성된 클러치부(120)는 구동 허브(126)의 스플라인(124)에서 대강의 외경을 이루고, 피동 허브(132)의 스플라인(130)에서 대강의 내경을 이룬다.
도 3의 위치에서는 플레이트(122)와 디스크(128)는 서로 접촉하지 않은채 인접 회전하도록 되어 있는데, 상기 플레이트(122)와 디스크(128)는 마찰 접촉 위치로 이동할 수 있도록 구동 또는 피동 허브(126,132)에 대하여 축방향 이동 가능하여 플레이트(122)와 디스크(128)사이의 상대적인 회전이 감소하거나 제거할 수 있게 된다. 또한, 상기 클러치부(120)의 양단에 위치하도록 구동 허브(126)에 설치되 는 한쌍의 고정링(134,136)과 O-링 패킹(140)을 구비한 압력 플레이트(138)가 상기 플레이트(122)와 디스크(128)의 움직임을 제한하며, 디스크와 플레이트가 맞물려 들어갈 때 클러치부(120)는 그 외경에서 실링이 된다.
이러한 디스크와 플레이트의 축방향 운동은 클러치 하우징(116) 내부에 구비되는 피스톤 조립체(142)의 작동에 기인하는데, 상기 피스톤 조립체(142)는 클러치 하우징(116)과의 사이에 팽창실(144)을 형성하며, 상기 팽창실(144)은 압력 포트(146)를 통하여 압력 유체의 공급원과 연통되도록 되어 있다. 상기 피스톤 조립체(142)는 팽창실(144)의 유체의 압력에 반응하여 작동 및 해제 위치로 이동하게 되는데, 이러한 피스톤 조립체의 이동에 따라 클러치부가 접촉 또는 분리하여 구동부와 피동부(112,114)를 각각 연결 또는 분리하도록 작동하게 되는 것이다.
또한, 상기 피스톤 조립체(142)를 해제 위치로 이동시키기 위하여 바이어싱 멤버(148)가 구비될 수 있는데, 상기 바이어싱 멤버(148)는 클러치 하우징(116) 내부에서 밸런스 댐(150)의 좌측에 설치된다. 바이어싱 멤버로서 본 실시예에서는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤 조립체(142)과 밸런스 댐(150) 사이에 벨빌 스프링(148)이 설치되어 있다.
본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자는 팽창실(144)과 바이어싱 멤버(148)의 기능을 바꾸어 바이어싱 멤버(148)가 클러치부(120)를 작동하도록 설치할 수 있으며, 또한 바이어싱 멤버(148)는 벨빌 스프링에 국한되지 않고, 종래의 알려진 바이어싱 구조체들을 적용할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 클러치부(120)가 작동하기 직전에는 플레이트(122)와 디스 크(128)는 서로 회전 상대속도가 영이 될 때까지 서로 마찰 접촉을 하게 된다. 이러한 상태에서 플레이트(122)와 디스크(128)는 변속기나 차동기 또는 브레이크 시스템등 특정한 용도에 따라 한 속도에서 함께 회전하거나 또는 회전을 멈추게 된다. 어떤 경우라도, 플레이트(122)와 디스크(128)가 접촉하는 동안에는 운동 에너지가 열 에너지로 변환되어 상당량의 열이 발생하게 되므로, 이러한 열은 냉각해 주어야만 하는 것이다.
그러기 위하서, 도 3과 도 4에 도시된 피스톤 조립체(142)는 외주면에 외부링(160)을 가지는 피스톤 본체(158)를 포함하며, 상기 외부링(160)에는 내부를 관통하는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 오리피스(162)를 공통축을 중심으로 서로 아치형으로 이격되어 배치되어 있다.
또한, 상기 외부링(160)은 도 3에서와 같이 오리피스(162)가 클로즈되고 구동부와 피동부(112,114)가 분리되는 제 1 위치에서 도 4 에서와 같이 팽창실(144)로부터 압력 유체가 클러치부(120)로 유입될 수 있도록 오리피스(162)가 오픈되는 상태의 제 2 위치 사이를 상기 피스톤 본체(158)와는 독립하여 움직이게 된다. 도 4의 위치에서 클러치 하우징(116)은 클러치부(120)의 외경에서 실링이 되며, 압력 유체가 클러치 하우징(116)을 클러치부(120)의 외경에서부터 내경까지 채워지게 된다.
더욱 상세하게 설명하면, 압력 유체가 구동 허브(126)에서부터 플레이트와 디스크를 거쳐 피동 허브(132)까지 작용 원심력의 반대방향으로 클러치(120)부로 유입되게 되는데, 각각의 플레이트(122)와 마찰 디스크(128)는 마찰면의 냉각 효율 을 향상시킬 수 있도록 홈을 구비할 수 있다. 이와 같이 하여 압력 냉각제를 클러치부의 외경에서부터 내경까지 냉각제의 마찰면에 충분히 공급될 수 있고, 따라서 클러치의 냉각효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 또한, 냉각제를 작용 원심력과 반대의 방향으로 공급함으로써 냉각제의 입자가 쪼개져 분쇄되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
상기한 바와 같이, 통상 ATF가 사용되는 압력 유체는 구동부와 피동부가 접촉될 때 클러치부(120)를 냉각시키게 되는데, 초과 유체는 압력 플레이트(138)에 인접하는 오픈닝(164)을 통하여 클러치 하우징(164)을 빠져나가 외부의 ATF 저장구(도시되지 않음)로 드레인(166) 되게 된다.
또한, 본 발명의 마찰 장치(110)는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 배출구(168)를 클러치 하우징(116) 내부에 구비하게 되는데, 본 실시예에서는 구동 허브(126)에 형성되어 있다. 상기 외부링(160)은 도 3에서와 같이 구동부와 피동부(112,114)가 분리되었을 때 압력 유체가 클러치부(120)로부터 배출할 수 있도록 배출구(168)를 오픈시키게 되고, 도 4에서와 같이 구동부와 피동부(112,114)가 연결되었을 때는 배출구(168)를 클로즈시키게 된다. 따라서, 클러치부(120)가 분리되어 비교적 적은 열이 발생할 때에는 배출구(168)는 오픈되고 압력 유체는 외부링(160)의 오리피스(162)를 통과하지 못하게 되어, 하우징(16) 내부의 유체는 배출구(168)를 통하여 배출되게 된다. 그러나, 클러치부(120)가 접촉할 때에는 배출구(168)는 외부링(160)에 의하여 클로즈 되어지는데, 그 과정을 이하에서 상세히 설명하고자 한다.
피스톤 본체(158)에 대한 외부링(160)의 상대적인 작동을 효율적으로 하기 위하여 피스톤 본체(158)는 전체적으로 회전축에 대해 작경방향으로 연장된 제 1 부분(170)과 전체적으로 축방향으로 연장된 제 2 부분(172)으로 이루어지는데, 상기 제 2 부분은 가장자리 지지면(174)을 포함하고, 외부링(160)은 상기 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 가장자리 지지면(174)에 의하여 축방향으로 지지될 수 있다. 또한, 가장자리 지지면(174)은 도 4에서와 같이 외부링(160)이 제 2 위치에 도달한 후 제 1 위치로 환원을 시작하기 전까지 외부링(160)에 대하여 슬라이딩 운동을 할 수 있게 되어 있다.
또한, 상기 피스톤 조립체(142) 본체(158)의 제 1 부분(170)에는 적어도 하나 바람직하게는 복수의 통로(190)가 형성되어 팽창실(144)로부터 외부링(160)에 형성된 복수의 오리피스(162)로 유입되는 압력 유체의 흐름을 제어하게 된다. 상기 다수의 통로(190)는 피스톤 조립체(142)가 도 3에서와 같이 벨빌 스프링(148)에 의하여 왼편으로 기울어지는 해제 위치에 있을 때 클로즈되고, 도 4에서와 같이 피스톤 조립체(142)가 작동 위치에 있을 때에는 통로(190)는 오픈된다. 따라서, 도 3과 도 4에 도시된 실시예에서는 압력 냉각제의 외부링(160)으로의 유입은 피스톤 조립체(142) 본체(158)의 제 1 부분(170)의 통로(190)를 통하여 제어된다.
클러치 하우징(116)에는 내부 직경 방향으로 연장된 플랜지 또는 링형으로 형성된 정지 부재(184)가 구비되는데, 상기 정지 부재(184)는 도 4에서와 같이 오리피스(162)가 오픈되고 배출구(168)가 클로즈 될때 외부링(160)의 제 2 위치를 결정하도록 작동하고, 외부링(160)은 제 2 위치에서 상기 정지 부재(184)와 접촉하게 된다.
또한, 피스톤 조립체(142)의 본체(158)에는 리턴 부재(186)가 구비되는데, 외부링(160)이 제 2 위치로부터 오리피스(162)가 오픈되고, 배출관(168)이 오픈되는 제 1 위치로 이동하도록 작동하게 된다. 도 3과 도4 에 도시된 실시예에서는 상기 리턴 부재로서 피스톤 조립체(142) 본체(158)의 가장자리 지지면(174) 둘레에 배치되는 원형비드(186)가 사용되고 있는데, 상기 비드(186)는 외부링(160)과 결합하여 외부링(160)을 제 2 위치에서 제 1 위치로 이동시키게 된다.
상기에서는 본발명을 실시예를 중심으로 상세하게 설명하였다. 상기 설명에 있어 용어들은 한정적으로 보다는 묘사적인 단어를 주로 사용하고자 하였다.
본 발명은 상기한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기본 원리에 벗어나지 않는 범위내에서 변형이 가능하다 할 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 청구항의 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마찰 장치는 클러치 또는 브레이크 등이 작동하여 클러치부의 냉각이 필요할 때에는 냉각제를 공급해 주고, 클러치 또는 브레이크가 작동되지 않아 클러치부의 냉각이 필요하지 않을 때에는 냉각제 공급을 중단할 수 있는 즉, 필요에 따라 선택적으로 냉각 작용을 할 수 있다.
또한, 냉각제를 작용 원심력에 반대방향으로 공급함으로써 냉각제 입자가 쪼개지는 것을 방지하여 냉각효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 주입되는 냉각 윤 활제가 클러치부의 외경에서부터 내경까지 고르게 전달되어 접촉상태의 마찰 장치를 충분히 윤활하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Claims (8)

  1. 공통축 둘레를 회전하며, 클러치 하우징(16,116)을 이루는 구동부(12,112) 및 피동부(14,114)와;
    내경과 외경을 가지고, 토크의 전달과 차단을 위하여 상기 구동부와 피동부 (12,14;112,114)를 연결 및 분리하도록 작동하는 고리형의 클러치부(20,120)와;
    상기 클러치 하우징(16,116) 내부에 구비되며, 클러치 하우징(16,116)과의 사이에 팽창실(44,144)을 이루는 피스톤 조립체(42,142)와;
    상기 팽창실(44,144)로 통하는 압력 유체의 송급원을 포함하고,
    상기 피스톤 조립체(42,142)는 상기 팽창실(44,144)로 유입되는 유체의 압력에 반응하여 작동위치와 헤제 위치 사이를 왕복함으로써 상기 클러치부를 작동시켜 구동부와 피동부(12,14;112,114)를 연결 또는 분리시키도록 작동하고,
    상기 피스톤 조립체(42,142)는 원주 둘레에 외부링(60,160)을 갖는 피스톤 본체(58,158)를 포함하여 구성되고, 상기 외부링(60,160)은 내부를 관통하여 상기 공통축을 중심으로 아치형으로 이격되어 배치되는 하나 또는 복수의 오리피스(62,162)를 구비하며, 상기 외부링(60,160)은 상기 오리피스(62,162)가 클로즈되고 상기 구동부와 피동부(12,14;112,114)가 분리되는 제 1 위치와, 상기 오리피스(62,162)가 오픈되고 상기 구동부와 피동부(12,14;112,114)가 상기 클러치부에 의하여 작동가능하게 연결될 때 상기 압력 유체가 상기 오리피스를 통해 클러치부로 유입되어 냉각을 수행하는 제 2 위치 사이를 이동할 수 있도록 설치되고,
    상기 피스톤 조립체(42,142)는 상기 구동부와 피동부(12,14;112,114)가 연결되었을 때 클러치부(20,120)의 외경에서부터 내경까지 고르게 냉각할 수 있고 구동부와 피동부(12,14;112,114)가 분리되었을 때는 압력 유체가 상기 클러치부(20,120)로 유입되는 것을 차단할 수 있도록, 압력 유체의 흐름을 제어하도록 작동함을 특징으로 하는 마찰 장치(10,110).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 유체는 상기 팽창실(44,144)로부터 상기 오리피스(62,162)를 통과하여 상기 클러치부(20,120)로 유입됨을 특징으로 하는 마찰 장치(10,110).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 본체(58,158)는 가장자리 지지면(74,174)을 포함하며, 상기 가장자리 지지면(74,174)상에는 상기 외부링(60,160)이 설치되어 축방향으로 지지되어 상기 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 움직이고, 상기 외부링(60,160)이 제 2 위치에 도달한 후 제 1 위치로 돌아가기 전에 상기 가장자리 지지면(74,174)은 외부링에 대하여 슬라이딩 운동함을 특징으로 하는 마찰 장치(10,110).
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마찰 장치(10,110)는 적어도 하나의 배출구(68,168)구비하여, 상기 외부링(60,160)이 구동부와 피동부(12,14;112,114)가 분리되었을 때는 압력 유체를 상기 클러치부(20,120)에서 배출할 수 있도록 상기 배출구(68,168)를 오픈하도록 움직이고, 구동부와 피동부(12,14;112,114)가 연결되었을 때는 배출구(68,168)가 클로즈되도록 작동함을 특징으로 하는 마찰 장치(10,110).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 클러치 하우징(16,116)은 상기 외부링(60,160)과 상호작용하는 정지 부재(84,184)를 구비하여, 상기 오리피스(62,162)가 오픈되고 상기 배출구(68,168)가 클로즈되었을 때 상기 외부링(60,160)의 제 2 위치를 결정해주고, 상기 피스톤 조립체(42,142)의 피스톤 본체 상기 외부링(60,160)과 상호작용하는 리턴 부재(86,186)를 구비하여 상기 오리피스(62,162)가 클로즈되고 상기 배출구(68,168)가 오픈되었을 때 상기 외부링(60,160)이 제 2 위치에서 제 1 위치로 리턴되도록 작동하는 것을 특징으로 하는 마찰 장치(10,110).
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 외부링(60,160)은 상기 클러치 하우징(16,116)과 접촉하여 상기 외부링의 제 1 위치를 결정하는 작경방향으로 연장된 외부턱(82,182)을 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 장치(10,110).
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 조립체(142)의 본체(158)는 상기 공통회전축에 대하여 전체적으로 외측 방향으로 연장된 제 1 부분(170)과 상기 공통 회전축에 대하여 전체적으로 축방향으로 연장된 제 2 부분(172)를 포함하여 구성되며, 상기 제 2 부분(172)은 상기 외부링(160)이 지지되어 이동되는 가장자리 지지면(174)을 포함하며, 상기 제 1 부분(170)에는 다수의 통로(190)가 구비되어 압력 유체가 상기 팽창실(144)로부터 외부링(160)에 형성된 복수의 오리피스(162)로 유입되는 것을 제어하며 상기 피스톤 조립체(142)가 해제 위치에 있을 때에는 상기 통로는 클로즈되고, 상기 피스톤 조립체(142)가 작동 위치에 있을 때에는 오픈되는 것을 특징으로 하는 마찰 장치(10,110).
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