KR100942539B1

KR100942539B1 - 웨이브 스프링 및 이를 구비한 클러치 및 자동변속기

Info

Publication number: KR100942539B1
Application number: KR1020070120882A
Authority: KR
Inventors: 박동훈
Original assignee: 박동훈
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2010-02-12
Also published as: KR20090054153A

Abstract

자동변속기의 클러치에 사용되는 웨이브 스프링에 있어서, 복수개의 스프링 조각들이 서로 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 자동변속기의 클러치용 웨이브 스프링을 제공함으로써, 웨이브 스프링 제작시 낭비되는 스프링 판재를 줄일 수 있다.

클러치 플레이트, 웨이브 스프링, 클러치, 자동변속기

Description

웨이브 스프링 및 이를 구비한 클러치 및 자동변속기{WAVE SPRING UNIT FOR AN AUTOMATIC TRANSMISSION, AND CLUTCH AND AUTOMATIC TRANSMISSION INCLUDING THE SAME}

본 발명은 자동변속기용 웨이브 스프링에 관한 것이며, 또한 이 웨이브 스프링이 구비된 클러치 및 자동변속기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 자동변속기는 차량의 주행상태에 따라 적절한 변속단으로 자동으로 변속하여 주는 장치이다. 이러한 자동 변속을 구현하기 위하여 자동변속기 내에는, 선기어(sun gear), 링기어(ring gear), 그리고 유성 캐리어(planet carrier)를 그 작동 부재(operating member)들로 포함하는 유성기어세트(planetary gear set)를 적어도 하나 이상 포함하고, 이러한 작동 부재들의 동작을 제어하기 위하여 클러치(clutch)와 브레이크(brake)와 같은 마찰요소(friction element)가 복수개 구비된다.

그리고, 자동변속기에는, 이러한 마찰요소를 유압적으로 제어하기 위하여 유압 제어 시스템(hydraulic control system)이 구비된다. 따라서, 각 변속단에 따라 정해진 클러치와 브레이크들이 유압 제어 시스템에 의하여 결합 또는 해제되도록 제어됨으로써 각 변속단이 구현되게 된다.

마찰요소 중 클러치는 상기 유성기어세트의 작동 부재에 엔진의 동력을 전달하거나, 작동 부재들 사이의 동력전달을 매개하는 역할을 한다.

또한, 마찰요소 중 브레이크는 회전하고 있는 상기 유성기어세트의 작동 부재를 정지시키거나 회전을 못하도록 변속기 케이스에 고정시키는 역할을 한다.

이러한 클러치와 브레이크는 자동변속기뿐만 아니라 일반 기계에서도 동력의 선택적 전달 또는 입력 속도와 다른 출력 속도를 얻기 위하여 사용된다.

또한, 상기 클러치와 브레이크는 유압뿐만 아니라 공압(pneumatic)으로 작동될 수도 있다.

이러한 클러치와 브레이크는 회전하는 부재를 다른 회전 부재 또는 고정 부재에 전달하는 점에서는 차이가 있으나 마찰력에 의하여 두 부재를 연결시키는 점에서는 유사하며, 이에 따라 그 구조도 상당히 유사하다. 따라서, 여기에서 클러치라 함은 클러치와 브레이크를 포함하는 마찰요소를 모두 지칭하는 것으로 한다.

도 1은 일반적인 자동변속기의 클러치를 도시한 단면도이다. 자동변속기의 클러치에는 여러 형태가 있을 수 있으나, 여기서는 설명의 편의를 위하여 그 대표적인 형태의 한 종류를 예시하였다.

통상적인 자동변속기는, 도 1에 도시된 바와 같은 클러치를 다수 포함하고 있으며, 상기 클러치들은 유압에 의하여 작동한다.

자동변속기의 클러치(10)는 변속기 내에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 하우징(15), 상기 클러치 공간 내에 설치되어 상기 클러치 하우징(15)과의 사이에 피스톤 챔버(25)를 형성하며 상기 피스톤 챔버(25)에 입력되는 유압(hydraulic pressure)에 의하여 동작되는 피스톤(20), 상기 피스톤(20)을 기준으로 상기 피스톤 챔버(25)의 반대쪽 위치에서 상기 클러치 하우징(15) 상에 장착되어 있으며 상기 피스톤(20)과 발란스 챔버(balance chamber)(30)를 형성하는 발란스 월(balance wall)(35), 그리고 상기 피스톤(20)과 상기 발란스 월(35) 사이에 배치되어 있으며 상기 피스톤(20)에 탄성력을 제공하는 리턴 스프링(45)을 포함한다. 상기 발란스 월(35)은 지지체(80)에 의해 지지된다.

상기 자동변속기 내의 허브(75)는 양면에 마찰재(62)가 부착된 클러치 디스크들(clutch disks)(60)을 그 외주면에 스플라인(spline) 구조로 구비하고 있으며, 상기 클러치 하우징(15)은 클러치 플레이트들(clutch plates)(65)을 그 내주면에 스플라인 구조로 구비하고 있다. 이러한 클러치 디스크들(60)과 클러치 플레이트들(65)은 번갈아 배치된다.

상기 클러치 하우징(15)에는 상기 피스톤 챔버(25)와 발란스 챔버(30)에 각각 오일을 공급하는 제1,2오일 통로(50, 55)가 형성되어 있다.

피스톤 챔버(25)에 공급된 오일은 피스톤(20)을 도면에서 우측으로 가압하여 리턴 스프링(45)의 탄성력을 이기고 피스톤(20)을 도면에서 우측으로 이동시킨다. 따라서, 피스톤(20)은 축 방향을 따라 클러치 플레이트들(65)을 가압하게 되고, 이에 따라 클러치 플레이트들(65)과 클러치 디스크들(60)은 그들 사이의 마찰력에 의해 계합(engage)하게 된다.

제1오일 통로(50)를 통한 피스톤 챔버(25)에의 오일 공급이 중단되면, 피스 톤(20)은 리턴 스프링(45)의 복원력에 의해 도면에서 좌측으로 이동하게 되고, 이에 따라 서로 계합된 클러치 플레이트들(65)과 클러치 디스크들(60)은 그 계합 상태로부터 해제(disengage)되게 된다.

또한, 상기 피스톤(20)과 클러치 하우징(15) 사이에는 피스톤 챔버(25)의 밀폐를 위한 실링부재(82, 84)가 게재되어 있으며, 상기 발란스 월(35)과 피스톤(20) 사이 및 발란스 월(35)과 클러치 하우징(15) 사이에는 각각 발란스 챔버(30)의 밀폐를 위한 실링부재(86, 88)가 게재되어 있다.

한편, 상기 복수개의 클러치 플레이트들(65)과 피스톤(20) 사이에는 웨이브 스프링(wave spring)(70)이 게재되어 있다. 상기 웨이브 스프링(70)은 상기 피스톤(20)이 상기 클러치 플레이트(65)를 압착할 때의 충격을 완화시켜줌으로써 자동변속기의 변속감을 향상시키고 클러치 계합시에 나타나는 진동현상인 저더(judder)를 예방한다.

이하, 도 2를 참조로, 종래의 웨이브 스프링(70)의 제조 방법을 상세히 설명한다.

도 2는 종래의 웨이브 스프링을 제조하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 웨이브 스프링(70)은 링 형상의 림(rim)(72)과 클러치 하우징(15)에 스플라인 결합을 하기 위한 키(key)(74)를 포함한다.

종래의 웨이브 스프링의 제조 방법은, 도 2a와 같이, 판소재(90)를 림(72)과 키(74)를 포함하는 웨이브 스프링(70)의 평면 형상으로 프레스를 이용하여 절단한 뒤 이를 도 2b와 같이 별도의 프레스 공정을 통하여 웨이브 모양을 성형함으로써 웨이브 스프링(70)을 제작하였다. 따라서, 웨이브 스프링(70)을 제작하고 남은 판소재(90)는 폐기(scrap) 처리를 하였고, 이로 인해 웨이브 스프링(70)의 제조원가가 높았다. 즉, 한 변의 길이가 a인 정사각형의 판소재(90)를 이용하여 웨이브 스프링(70)을 제작하는 경우 림(72) 및 키(74)를 제작하는데 필요한 판소재(90)를 제외한 나머지 부분은 버려지게 되었다.

또한, 웨이브 스프링(70)이 클러치 하우징(15)에 스플라인 결합되어 있으므로 웨이브 스프링(70)의 림(72)에 복수개의 키(74)를 형성하여야 하였고, 이로 인해 필요한 판소재(90)의 길이(a)가 더욱 증가하여 제조원가의 상승 폭을 증가시켰다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 제조 원가가 낮은 웨이브 스프링을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 스프링은, 자동변속기의 클러치에 사용되는 웨이브 스프링으로서, 복수개의 스프링 조각들이 서로 연결되어 형성되며, 상기 복수개의 스프링 조각들은, 상기 클러치의 작동방향으로 굴곡이 형성된 제1 스프링 조각; 및 상기 클러치의 작동방향으로 굴곡이 형성된 제2 스프링 조각;을 포함하되, 상기 복수개의 스프링 조각들은 원을 형성하도록 고정되고, 상기 웨이브 스프링은 상기 제1,2 스프링 조각을 연결하는 연결부재를 더 포함하며, 상기 제1,2스프링 조각은 이격되어 형성되며, 상기 연결부재는 원형의 링인 것으로 할 수 있다.

삭제

상기 제1,2 스프링 조각들의 두께는 불균일한 것으로 할 수 있다.

삭제

상기 링의 단면이 원형 또는 사각인 것으로 할 수 있다.

삭제

본 발명에 따른 자동변속기의 클러치는, 클러치 공간을 형성하는 클러치 하우징; 상기 클러치 하우징과의 사이에 형성되는 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤; 상기 피스톤의 작동에 의하여 축방향으로 가압되는 복수개의 클러치 플레이트들; 그리고 상기 피스톤과 상기 클러치 플레이트들 사이에 배치되는 웨이브 스프링;을 포함하되, 상기 웨이브 스프링은 전술한 본 발명에 따른 웨이브 스프링인 것으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 자동변속기는 유압에 의해 동작하는 하나 이상의 클러치를 포함하는 자동 변속기로서, 상기 하나 이상의 클러치는 전술한 본 발명에 따른 클러치인 것으로 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 클러치 플레이트에 의하면, 링 형상의 웨이브 스프링을 복수개의 조각으로 분할하여 제작되므로, 웨이브 스프링의 제조 원가가 절감된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 클러치의 구조는 도 1에 도시된 통상적인 클러치의 구조와 유사하다. 따라서, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

또한, 클러치라 함은 클러치와 브레이크를 포함하는 마찰요소를 모두 지칭하는 것으로 한다.

자동변속기의 클러치(10)는 변속기 내에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 하우징(15), 상기 클러치 공간 내에 설치되어 상기 클러치 하우징(15)과의 사이에 피스톤 챔버(25)를 형성하며 상기 피스톤 챔버(25)에 입력되는 유압에 의하여 동작되는 피스톤(20), 상기 피스톤(20)을 기준으로 상기 피스톤 챔버(25)의 반대쪽 위치에서 상기 하우징(15) 상에 장착되어 있으며 상기 피스톤(20)과 발란스 챔버 (30)를 형성하는 발란스 월 (35), 그리고 상기 피스톤(20)과 상기 발란스 월(35) 사이에 배치되어 있으며 상기 피스톤(20)에 탄성력을 제공하는 리턴 스프 링(45)을 포함한다. 상기 발란스 월(35)은 지지체(80)에 의해 지지된다.

여기에서, 상기 리턴 스프링(45)은 코일 스프링인 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 아니하고 접시 스프링 등 다양한 종류의 스프링이 사용될 수 있다.

상기 자동변속기 내의 허브(75)는 마찰재(62)가 양면에 부착된 클러치 디스크들(clutch disks)(60)을 그 외주면에 스플라인(spline) 구조로 구비하고 있으며, 상기 클러치 하우징(15)은 클러치 플레이트들(clutch plates)(65)을 그 내주면에 스플라인 구조로 구비하고 있다. 이러한 클러치 디스크들(60)과 클러치 플레이트들(65)은 번갈아 배치된다.

제1오일 통로(50)를 통한 피스톤 챔버(25)에의 오일 공급이 중단되면, 피스톤(20)은 리턴 스프링(45)의 복원력에 의해 도면에서 좌측으로 이동하게 되고, 이에 따라 서로 계합된 클러치 플레이트들(65)과 클러치 디스크들(60)은 그 계합 상태로부터 해제(disengage)되게 된다.

또한, 상기 피스톤(20)과 클러치 하우징(15) 사이에는 피스톤 챔버(25)의 밀 폐를 위한 실링부재(82, 84)가 게재되어 있으며, 상기 발란스 월(35)과 피스톤(20) 사이 및 발란스 월(35)과 클러치 하우징(15) 사이에는 각각 발란스 챔버(30)의 밀폐를 위한 실링부재(86, 88)가 게재되어 있다.

한편, 상기 복수개의 클러치 플레이트들(65)과 피스톤(20) 사이에는 본 발명의 실시예들에 따른 웨이브 스프링(wave spring)(110)이 게재되어 있다. 상기 웨이브 스프링(110)은 상기 피스톤(20)이 상기 클러치 플레이트(65)를 압착할 때의 충격을 완화시켜줌으로써 자동변속기의 변속감을 향상시키고 클러치 계합 시에 나타나는 진동현상인 저더(judder)를 예방한다.

도 3과 도 4를 참조로, 본 발명의 실시예들에 따른 웨이브 스프링(110)을 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이브 스프링의 스프링 부분을 도시한 도면으로서, 도 3(a)는 그 평면도를, 도 3(b)는 그 측면도를 도시하고 있다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이브 스프링(110)은 복수개의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)로 분리되어 있으며, 상기 복수개의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)이 모여 전체적으로 링 형상의 웨이브 스프링(110)을 형성한다.
즉, 상기 복수개의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)은 원을 형성하도록 고정된다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 복수개의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)은 각각 플레이트 형상으로서, 상기 클러치(10)의 피스톤(20) 작동방향(즉, 도 3(b)에서 상하 방향)으로 굴곡(즉, 웨이브)이 형성되어 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이브 스프링(110)은 인접한 스프링 조각들을 연결하는 연결부재(210)를 더 포함한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이브 스프링(110)에서 상기 연결부재(210)는 플레이트 형상으로 형성된다.

상기 연결부재(210)는 인접한 스프링 조각들을 연결하는 몸체부(210a)와, 상기 몸체부(210a)에서 외곽으로 연장되어 형성된 스플라인 키(210b)를 포함한다. 상기 스플라인 키(210b)는, 웨이브 스프링(110)이 클러치 하우징에 결합할 때 클러치 하우징에 형성된 스플라인에 삽입됨으로써 웨이브 스프링(110)의 위치를 유지하는 역할을 하게 된다.

다시 도 3을 참조로, 이러한 복수개의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)에는, 연결부재(210)와의 결합을 위한 삽입 구멍을 형성하는 삽입홈(112)이 각각 형성되어 있다. 또한, 상기 삽입홈(112)의 가장자리에는 단차면(114)이 형성되어 있을 수 있다. 상기 삽입홈(112)은 각 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)의 양 끝단에 형성되어 있다.

도 5를 참조로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이브 스프링(110)의 제조 과정을 상세히 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이브 스프링(110)에 따르면 상기 복수개의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)의 양 끝단에 삽입 구멍(113)이 형성되어 있다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 연결부재(210)의 적당한 위치에 돌출부(102)를 형성한다. 즉, 제1다이(511)를 이용하여 연결부재(210)를 펀 칭(punching)한다. 이 경우, 제1다이(511)와 접촉하는 연결부재(210)의 일면에는 펀칭 홈(104)이 형성되고 그 반대편 면에는 돌출부(102)가 형성된다.

그 후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 웨이브 스프링(110)의 스프링 조각들(110a, 110b) 사이에 형성된 삽입 구멍(113)(도3 참고)에 상기 돌출부(102)를 삽입한다.

그 후, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 펀칭 홈(104)을 제1다이(511)로 받치고 상기 돌출부(102)를 제2다이(512)으로 두드린다. 상기 제2다이(512)에는 상기 돌출부(102)의 직경보다 그 직경이 크고 돌출부(102)가 각 조각들(110a, 110b)으로부터 돌출된 높이보다 그 깊이가 얕은 헤드 홈(132)이 형성되어 있다. 따라서, 제2다이(512)의 헤드 홈(132)으로 상기 돌출부(102)를 두드리는 경우, 상기 돌출부(102)의 끝단은 직경방향으로 펴지며 상기 각 조각들(110a, 110b)을 상기 연결부재(210)에 고정 부착시킨다.

한편, 펀칭에 의하여 형성된 상기 펀칭 홈(104)은 클러치 플레이트에 접촉하게 되므로, 펀칭 홈(104)이 매끄럽지 못한 경우 마모성 마찰이 일어날 수 있다. 따라서, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 펀칭 홈(104)의 입구 가장자리는 제1다이(511)로 펀칭 홈(104)을 펀칭할 때 상기 펀칭 홈(104)의 모서리를 곡률지게 성형할 수 있고, 별도의 연마공정을 통해 모서리를 제거할 수도 있다.

스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)은 여러 가지 실시형태로 결합될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이브 스프링의 변형된 예를 도시한 도면으로서, 도 6(a)는 도 4의 A부분에 대응되는 부분의 사시도이고, 도 6(b)는 도 6(a)의 b-b 선에 따른 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이브 스프링의 변형된 예에서는, 인접한 스프링 조각들(110a, 110b)에 면접촉하는 스프링 조각(115)이 더 포함된다. 즉, 인접한 스프링 조각들(110a, 110b)뿐만 아니라, 이에 면접촉하는 스프링 조각(115)에 의하여 탄성력이 부가되는 것이다.

이러한 구성을 위하여, 상기 스프링 조각(115)의 중앙 부위에는 연결 플레이트(210)의 돌출부(102)가 삽입되기 위한 관통홀(116)이 형성되어 있다. 즉, 이 관통홀(116)에 돌출부(102)가 삽입된 후 도 5를 참조로 전술한 바와 같은 방식으로 고정되게 된다.

도 6에서는 단지 하나의 스프링 조각(115)가 스프링 조각들(110a, 110b) 위에 적층된 예를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 길이 또는 탄성력을 달리하는 복수의 스프링 조각들이 스프링 조각들(110a, 110b) 위에 적층됨으로써 웨이브 스프링의 탄성력의 다양한 변화가 가능하다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이브 스프링의 부분 단면도로서, 도 4의 A부분에 대응되는 부분의 단면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이브 스프링(120)에서는, 상기 삽입 구멍(113)(도3 참고)의 가장 자리에 단차면(114)을 형성하여 돌출부(102)의 머리 부분이 안착되도록 할 수 있다. 즉, 돌출부(102)의 끝단과 상기 각 스프링 조각들(110a, 110b)의 일면이 평면을 이루도록 하여 필요한 경우 피스 톤(20)이 웨이브 스프링(110)이 완전히 평평(flat)해질 때까지 압착할 수 있도록 한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이브 스프링의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이브 스프링의 인접한 스프링 조각들(130a, 130b)이 결합하는 과정을 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 다른 웨이브 스프링은 각 스프링 조각들(130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 130f) 및 이들을 결합하는 연결부재인 압착클립(107)를 포함한다. 각 스프링 조각들(130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 130f)의 외주면에는 스플라인 키(230)가 형성된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이브 스프링(130)에 따르면, 상기 웨이브 스프링(130)의 각 스프링 조각들(130a, 130b)에 각각 안착홈(116)이 형성되어 있다. 이 안착홈(116)의 위치에 압착 클립(107)을 끼운 후, 압착 클립(107)의 종단을 벤딩하여 스프링 조각들(130a, 130b)을 결합하게 된다. 도면에서는 스프링 조각들(130a, 130b)의 전후면 양면에 안착홈(116)이 형성된 것을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 스프링 조각들(130a, 130b)의 전후면 중 어느 일면에만 안착홈(116)이 형성되는 것도 가능하다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이브 스프링(140)에 관한 것으로서, 인접한 스프링 조각의 변형된 연결방식을 도시한 도면이다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이브 스프링은, 각 스프링 조각들을 연결하 는 연결부재를 필요로 하지 않는다. 즉, 스프링 조각들(140a, 140b)은 서로 직접 연결되는 것이다.

이를 위하여, 제1 스프링 조각(140a)의 제2 스프링 조각(140b) 쪽 종단에는 제1 스프링 조각(140a)이 연장된 연장부(141a)가 형성된다. 제2 스프링 조각(140b)의 제1 스프링 조각(140a) 쪽 종단에는 상기 연장부(141a)와 결합하기 위한 걸림부(141b)가 형성된다. 이 연장부(141a)는 걸림부(141b)에 끼워져 벤딩(bending)에 의해 결합한다.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨이브 스프링(150)에 관한 것으로서, 인접한 스프링 조각의 변형된 연결방식을 도시한 도면이다.

본 발명의 제5 실시예에 따른 웨이브 스프링(150)은, 각 스프링 조각들을 연결하는 연결부재를 필요로 하지 않는다. 즉, 스프링 조각들(150a, 150b)은 서로 직접 연결되는 것이다.

제1 스프링 조각(150a)에는 삽입돌기(151a)가 형성된다. 제2 스프링 조각(150b)에는 상기 삽입돌기(151a)와 결합하기 위한 관통홀(151b)가 형성된다. 이 삽입돌기(151a)는 관통홀(151b)에 끼워져 압착된다.

삽입돌기(151a)가 관통홀(151b)에 끼워져 압착되는 과정은, 본 발명의 제1,2실시예에서 돌출부(102)가 삽입 구멍(113)에 끼워져 압착되는 것에 관해 설명한 바와 같은 방식으로 구현될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 웨이브 스프링(160)을 도시한 도면으로서, 도 12(a)는 그 평면도를, 도 12(b)는 도 12(a)의 B부분을 확대한 사시도이 다.

전술한 실시예들에서는, 웨이브 스프링의 스프링 조각들이 서로 맞닿아 연결된 것을 설명하였다. 물론, 압착 클립(107)에 의해 연결되는 제3실시예의 경우 인접한 스프링 조각들(130a, 130b)들이 반드시 접촉하여야만 되는 것은 아니라는 것을 자명하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 경우라도 스프링 조각들은 웨이브 스프링의 원주의 대부분을 차지하고 있는 구성이다.

본 발명의 제6 실시예에서는, 스프링 조각들(160a, 160b, 160c, 160d, 160e, 160f)이 작은 크기로 형성되어, 이들 스프링 조각들(160a, 160b, 160c, 160d, 160e, 160f)은 서로 이격되어 형성된다. 다만, 이들 스프링 조각들(160a, 160b, 160c, 160d, 160e, 160f)은 원형의 링(170)으로 서로 연결됨으로써, 웨이브 스프링 전체적으로는 원형을 형성하게 된다. 본 발명의 실시예에서 스프링 조각들(160a, 160b, 160c, 160d, 160e, 160f)은 동일한 형상과 크기로 형성된다.

도 12(b)를 참조로, 상기 스프링 조각(160a)은 그 외주 부분에 스플라인 키(162)가 형성되고, 내주 부분에 상기 원형의 링(170)이 끼워지는 링 삽입구(168)가 형성된다. 스프링 조각(160a)의 중앙부위를 중심으로 양쪽으로 웨이브(164, 166)가 형성되어 탄성력을 가지게 된다.

도 12(b)에 도시된 바와 같이, 링(170)의 절개부위(172)는 상기 링 삽입구(168) 속에 배치된다. 상기 링(170)은 그 단면이 다양하게 형성될 수 있으며, 일예로 원형 또는 사각형으로 형성된다.

도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 웨이브 스프링을 도시한 도면이다

전술한 실시예들에서는, 각 스프링 조각들이 두께가 얇고 폭이 넓은 플레이트 형상으로 형성된 예들을 설명하였다. 그러나, 본 발명의 개념이 이에 한정되는 것은 아니고, 스프링 조각들은 와이어 형상으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 제7 실시예는 그러한 예에 해당하는 것이다. 물론 와이어 형상은 두께가 두껍고 폭이 좁은 판재를 이용하여 제작할 수도 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 웨이브 스프링(170)은 와이어 형태의 스프링 조각들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f)을 포함하고, 이들 스프링 조각들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f)은 연결부재(180)에 의해 연결된다.

상기 연결부재(180)는 웨이브 스프링을 설치하는 방향에 따라 클러치 피스톤또는 클러치 플레이트와 접촉하는 서포트(184), 상기 와이어 형상의 스프링 조각들이 끼워지는 삽입부(186)를 포함한다. 상기 피스톤 서포트(184)의 상부에는 스플라인 키(182)가 형성되어 있다.

도면에서는 상기 스프링 조각의 단면이 사각형인 것을 도시하였으나, 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 원형 등 다른 형태로의 실시가 가능하다.

전술한 제1 실시예 내지 제7 실시예에서는 서로 연결된 스프링 조각들이 하나의 층을 형성하는 예를 예시하였다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다.

일예로, 전술한 제1 실시예의 변형된 예에서 상기 스프링 조각(115)의 길이가 충분히 길 경우 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)이 이루는 층 위에 스프링 조각들(115)이 다른 층을 형성할 수 있음은 물론이다.

이러한 예에 더하여, 스프링 조각들이 서로 결합하여 복수의 층을 이루는 예를 도 14를 참조로 설명한다.

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 웨이브 스프링(180)을 도시한 도면으로서, 도 14(a)는 그 사시도를, 도 14(b)는 도 14(a)의 b-b선에 따른 단면도를 도시한 도면이다.

도 14에서는, 도시의 편의상 웨이브 스프링(180)의 일부만을 도시하였다. 즉, 웨이브 스프링(180)은 전체적으로 원형을 이루는데, 도 14에서는 일예로, 그 1/3(즉, 120도)의 호에 해당하는 부분을 도시하였다. 따라서, 웨이브 스프링(180)은 도 14에 도시된 부분이 반복되어 전체적으로 원형을 이루게 된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제8 실시예에 따른 웨이브 스프링(180)은, 복수의 스프링 조각들(180a, 180b, ...,180f)이 반복적으로 연결되어 하나의 스프링 층을 이루게 되고, 그 위에는 복수개의 스프링 조각들(180a', 180b', ..., 180f')이 반복적으로 연결되어 다른 스프링 층을 이루게 된다.

상기 스프링 조각들(180a, 180b, ...,180f, 180a', 180b', ..., 180f')은 모두 그 종단에 연장부(181)가 형성되어 있고, 그 중앙에는 다른 스프링 조각의 연장부(181)가 결합하기 위한 걸림부(182)가 형성되어 있다. 본 실시예에서 걸림부(182)는 일예로 관통홀로 형성된다.

이들 스프링 조각들(180a, 180b, ...,180f, 180a', 180b', ..., 180f')은 연장부(181)의 벤딩에 의해 서로 엇갈려 결합한다.

예를 들어, 하나의 층을 이루는 스프링 조각들(180a, 180b) 위에는 이에 면접촉하는 스프링 조각(180a')이 배치된다. 스프링 조각들(180a, 180b)의 연장부들(181)은, 그 위에 배치된 스프링 조각(180a')의 관통홀(182)에 삽입되어 벤딩됨으로써, 스프링 조각들(180a, 180b)은 스프링 조각(180a')에 결합하게 된다.

마찬가지 방식으로 스프링 조각들(180a', 180b')은 스프링 조각(180b)에 결합하게 된다. 이와 같은 방식으로 모든 스프링 조각들(180a, 180b, ...,180f, 180a', 180b', ..., 180f')이 서로 결합함으로써 두 층으로 형성된 웨이브 스프링(180)이 형성되게 된다.

이러한 본 발명의 제8 실시예에 따른 웨이브 스프링(180)의 각 스프링 조각들(180a, 180b, ...,180f, 180a', 180b', ..., 180f')은 모두 동일한 형상으로 이루어 질 수 있으므로, 단지 하나의 스프링 조각 디자인만으로도 웨이브 스프링(180)을 형성할 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 스프링(110)의 제조 방법은 원호 모양의 웨이브 스프링의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 판소재(90)로부터 프레스 공정을 통해 추출하는 과정에서 웨이브 형상과 삽입 구멍(113)을 동시에 형성할 수 있어 그 제조 공정이 매우 간단해 진다.

또한, 완전한 원형의 웨이브 스프링을 찍어내는 대신 원호(圓弧) 형상의 각 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 찍어내므로 웨이브 스프링(110)의 제작 후 남는 잉여의 판소재(90)가 줄어들게 된다. 즉, 한 변의 길이가 a인 정사각형의 판소재(90)를 이용하여 웨이브 스프링(110)을 제작하는 경우 링 형 상의 웨이브 스프링(110)을 복수개의 스프링 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)로 나누어 찍게 되므로 두 변의 길이가 a 및 b인 직사각형 부분은 남게 된다. 따라서, 동일한 크기의 판소재(90)를 사용하여 더 많은 개수의 웨이브 스프링(110)을 제작할 수 있으며, 이는 제조 원가를 낮추게 된다.

도 15에서는, 본 발명의 제1실시예에 관하여 도시하였으나, 이러한 설명은 본 발명의 다른 실시예들에도 동일하게 적용된다.

한편, 본 발명의 제1 내지 제7 실시예에서는 웨이브 스프링(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170)을 6개의 조각들로 분리하여 제작하는 것을 예시하였으나 이에 한정되지 아니하고 상기 웨이브 스프링(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170)은 3개의 조각 또는 9개의 조각 등 당업자가 필요한 개수로 분리하여 제작할 수 있다.

이하에서는, 도 16 내지 도 18를 참조로, 웨이브 스프링(110)의 각 조각들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)의 형상과 이에 따른 탄성 계수의 관계를 설명한다.

도 16 내지 19는 본 발명의 실시예들에 따른 웨이브 스프링의 형상의 여러 형태와 그에 따른 스프링 특성을 도시한 개략도이다.

도 16은 웨이브 스프링(110)의 조각(110a)에 하나의 웨이브(wave)를 형성한 경우를 도시하였다. 도 16에 도시된 바와 같이, 웨이브 스프링(110)의 조각(110a)에 하나의 웨이브가 형성되어 있는 경우 웨이브가 평평해질 때까지(즉, 피스톤이 돌출부(102)에 닿을 때까지)는 피스톤(20)의 하중(F)이 가해지면 변위(S)는 선형적으로 비례하여 증가하게 된다. 그 후, 웨이브가 평평해지면 하중이 증가하여도 변 위는 증가하지 못한다.

도 17은 웨이브 스프링(110)의 조각(110a)에 두 개의 웨이브(high wave, low wave)를 형성한 경우를 도시하였다. 도 17에 도시된 바와 같이, 피스톤(20)이 작동하면 피스톤(20)은 먼저 웨이브 스프링(110)의 하이 웨이브(high wave)와 접촉하게 되고, 하이 웨이브의 아랫면이 클러치 플레이트와 접촉하기 전까지는 변위는 1차 기울기를 형성하며 선형적으로 증가한다. 그 후 피스톤(20)의 하중이 더욱 증가하게 되면 피스톤(20)은 하이 웨이브와 로 웨이브(low wave)에 동시에 접촉하게 되고 이때에는 하이 웨이브와 로 웨이브의 특성이 더하여진 2차 기울기를 갖게 된다. 상기 2차 기울기는 상기 1차 기울기보다 더 가파르게 증가한다. 그 후, 하이 웨이브 및 로 웨이브가 평평해지면(즉, 피스톤이 돌출부(102)에 닿게 되면) 하중이 증가하여도 변위가 증가하지 못한다.

도 18은 웨이브 스프링(110)의 조각(110a)의 두께가 변하는 하나의 웨이브가 형성된 경우를 도시하였다. 상기 웨이브는 그 중심으로 갈수록 두께가 두꺼워진다(t3>t2>t1). 도 16에 도시된 바와 같이, 웨이브 스프링(110)에 하중이 가해지면 웨이브가 평평해질 때까지 변위는 비선형적인 곡선 형태로 증가하게 된다.

도 19는 본 발명의 제1 실시예의 변형된 예(도 6 참고)와 같이, 인접한 스프링 조각들(110a, 110b) 위에 스프링 조각이 적층된 경우를 도시하였다. 이와 같이 스프링 조각들이 적층된 경우에는 웨이브 스프링에서 웨이브의 두께를 변화시키는 것과 동일한 효과가 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 스프링은 각 조각들에 형성된 웨이 브의 형상에 의하여 그 스프링 계수가 다단계로 조절될 수 있다. 또한, 각 조각들에 형성된 웨이브의 두께를 변화시킴으로써 그 스프링 계수를 비선형적으로 조절할 수도 있다. 또한, 다수의 조각으로 이루어지는 본 발명의 각 실시예에 따른 웨이브 스프링에서, 이들 각 조각들의 탄성계수를 달리함으로써, 전체 웨이브 스프링의 스프링 계수를 다단계로 조절할 수 있다.

이와 같이 다단계 및 비선형적인 웨이브 스프링의 특성은 자동변속기의 전진 및 후진용 클러치에 유용하게 적용될 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 스프링이 적용된 클러치와 상기 클러치가 적용된 자동변속기의 개략적인 단면도이다.

도 20에 도시된 바와 같이, 통상적인 자동변속기는 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 스프링이 적용된 클러치를 복수개 포함하고 있으며, 상기 클러치들은 유압에 의하여 작동한다. 통상적으로 자동변속기에는 4~7개 정도의 클러치가 사용되고 있으므로 하나의 클러치를 제조하는 원가를 낮추게 되는 경우 하나의 자동변속기를 제조하는 원가는 더욱 많이 낮춰지게 된다.

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.

도 1은 일반적인 자동변속기의 클러치를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이브 스프링의 스프링 부분을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이브 스프링의 전체 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이브 스프링의 제조 과정을 보인 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이브 스프링의 변형된 예를 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이브 스프링의 사시도이다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이브 스프링의 인접한 스프링 조각들이 결합하는 과정을 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이브 스프링에 관한 것으로서, 인접한 스프링 조각의 변형된 연결방식을 도시한 도면이다.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨이브 스프링에 관한 것으로서, 인접한 스프링 조각의 변형된 연결방식을 도시한 도면이다.

도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 웨이브 스프링을 도시한 도면이다.

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 웨이브 스프링을 도시한 도면이다.

도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 웨이브 스프링을 제조하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 16 내지 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 웨이브 스프링의 형상의 일예와 그에 따른 스프링 특성을 도시한 개략도이다.

Claims

자동변속기의 클러치에 사용되는 웨이브 스프링으로서,

복수개의 스프링 조각들이 서로 연결되어 형성되며,

상기 복수개의 스프링 조각들은,

상기 클러치의 작동방향으로 굴곡이 형성된 제1 스프링 조각; 및

상기 클러치의 작동방향으로 굴곡이 형성된 제2 스프링 조각;

을 포함하되,

상기 복수개의 스프링 조각들은 원을 형성하도록 고정되고,

상기 제1,2 스프링 조각을 연결하는 연결부재를 더 포함하며,

상기 제1,2스프링 조각은 이격되어 형성되며, 상기 연결부재는 원형의 링인 것을 특징으로 하는 자동변속기의 클러치용 웨이브 스프링.
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제1항에서,

상기 제1,2 스프링 조각들의 두께는 불균일한 것을 특징으로 하는 자동변속기의 클러치용 웨이브 스프링.
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제1항에서,

상기 링의 단면이 원형 또는 사각인 것을 특징으로 하는 자동변속기의 클러치용 웨이브 스프링.
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클러치 공간을 형성하는 클러치 하우징;

상기 클러치 하우징과의 사이에 형성되는 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤;

상기 피스톤의 작동에 의하여 축방향으로 가압되는 복수개의 클러치 플레이트들; 그리고

상기 피스톤과 상기 클러치 플레이트들 사이에 배치되는 웨이브 스프링;

을 포함하되,

상기 웨이브 스프링은 제1항, 제14항, 제16항 중 어느 한 항에 따른 웨이브 스프링인 것을 특징으로 하는 자동변속기의 클러치.
유압에 의해 동작하는 하나 이상의 클러치를 포함하는 자동 변속기로서, 상기 하나 이상의 클러치는 제22항에 따른 클러치인 것을 특징으로 하는 자동변속기.