KR101089999B1 - 클러치 디스크 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 클러치 디스크 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 허브 플레이트의 마찰면에 거칠기 또는 요철을 적용하여, 양쪽 마찰면의 마찰계수를 증가시킨 클러치 디스크 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명은, 토크를 전달받아 회전하며, 서로 결합되어 있는 디스크 플레이트와 서브 플레이트; 디스크 플레이트와 서브 플레이트 사이에 위치하여 히스테리시스를 일으키는 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔; 그리고 디스크 플레이트와 서브 플레이트로부터 토크를 받아 일정한 시간 간격을 두고 회전하며, 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔 사이에 위치하여, 이들과 서로 마찰면을 형성하고, 마찰면에 마찰계수를 증가시키기 위한 거칠기 또는 요철을 적용한 허브 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
허브 플레이트, 코이닝, 클러치 디스크 어셈블리

Description

클러치 디스크 어셈블리{CLUTCH DISK ASSEMBLY}
본 발명은 클러치 디스크 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 허브 플레이트의 마찰면에 거칠기 또는 요철을 적용하여, 양쪽 마찰면의 마찰계수를 증가시킨 클러치 디스크 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 엔진의 동력을 전달하는데 있어 수동 트랜스미션에서는 원판 마찰 클러치가 사용되며, 자동 트랜스미션에서는 유체 클러치의 일종인 토크 컨버터가 사용되고 있다.
도 1은 종래의 클러치 디스크 어셈블리가 포함된 원판 마찰 클러치가 도시된 측단면도이다.
종래 기술에 따른 원판 마찰 클러치를 도 1을 참고하여 살펴보면, 미국 특허 제6,062,364호에 개시된 것으로 크게 플라이휠(2)과, 클러치 커버 어셈블리(3)와, 클러치 디스크 어셈블리(4)로 이루어진다. 클러치는 엔진(E)의 크랭크축(5)으로부터 트랜스미션 기구의 메인 구동축(6)에 단속적으로 토크를 전달한다. 크랭크축(6)의 끝단에는 플레이트(7)가 볼트(12)에 의하여 고정된다. 플라이휠(2)은 볼트(11)에 의하여 플레이트(7)의 외주 근방에 체결된다.
여기서, 클러치 커버 어셈블리(3)는 클러치 커버(21), 압력판(22) 및 다이어프램 스프링(23)으로 이루어진다. 클러치 커버(21)는 그 중앙에 구멍부를 가지는데, 그 구멍부를 통하여 메인 구동축(6)이 뻗어있다. 클러치 커버(21)플라이휠(2)에 고정된다. 릴리이즈 기구(8)는 축방향으로 이동 가능하게 메인 구동축(6)의 외측에 설치된다. 스트랩 플레이트(24)의 일단은 볼트(28)에 의하여 압력판(22)의 외주부에 고정되고, 타단은 클러치 커버(21)에 고정된다. 스터드 핀(26)은 두 개의 와이어 링(27)을 지지한다. 릴리이즈 기구(8)가 플라이휠(2)쪽으로 이동될 때, 릴리이즈 기구(8)는 다이아프램 스프링(23)의 내측단을 엔진(E)측으로 밀게 되고, 이에 의하여 다이어프램 스프링(23)의 외측단은 와이어 링(27)과의 접촉점을 회전 중심으로 회동 된다. 이 때, 클러치 디스크 어셈블리(4)가 플라이휠(2)과 이격되게 되어, 엔진(E)으로부터의 트랜스미션 기구로의 동력 전달이 차단된다.
또한, 클러치 디스크 어셈블리는 클러치 접촉부(31), 디스크 플레이트(32), 서브 플레이트(33), 플랜지(35), 허브(34), 코일 스프링(36)을 포함하여 이루어진다. 디스크 플레이트(32)와 서브 플레이트(33)는 핀(38)에 의하여 상호 결합된다. 디스크 플레이트(32) 및 서브 플레이트(33)와 플랜지(35)의 사이에는 마찰발생기구부(37)가 설치되는데, 이는 다수의 와셔로 이루어진다. 클러치 접촉부(31)는 플레이트(41) 및 그에 고정되는 다수의 마찰패드로 이루어진다. 플레이트(41)는 리벳(39)에 의하여 디스크 플레이트(32)에 체결된다. 메인 구동축(6)은 클러치 디스크 어셈블리(3)의 허브(34)와 스플라인 결합되는 스플라인 기어 이빨을 가진다.
동력전달경로를 살펴보면, 크랭크축(5)으로부터 전달된 토크는 플라이휠(2), 클러치 커버(21), 압력판(22) 및 클러치 접촉부(31)를 일체로 회전시키고, 클러치 접촉부(31)에 전달된 토크는 디스크 플레이트(32) 및 서브 플레이트(33), 코일 스프링(36), 플랜지(35), 허브(34), 메인 구동축(6)을 거쳐 트랜스미션 기구로 전달된다.
높은 히스테리시스 토크를 생산하기 위해서 프릭션 스프링의 하중, 프릭션 와셔 및 프릭션 부싱의 마찰계수가 높아야 하며, 프릭션 와셔 및 프릭션 부싱의 유효반경을 크게 하여 높은 히스테리시스 토크를 만들었다. 하지만, 프릭션 스프링의 하중을 높이면, 내경부의 변형이 생길우려가 있으며, 프릭션 와셔 및 프릭션 부싱의 마찰계수는 크게 차이가 없다. 또한, 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔의 유효반경을 높이게 되면, 부품간의 간섭 및 공간적 제약으로 인해 불안정한 품질 위험을 내포하는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 히스테리시스 토크를 발생시키는 허브 플레이트의 양쪽 면에 코이닝을 적용하여, 허브 플레이트의 양쪽 면의 마찰계수를 증가시켜 높은 히스테리시스 토크를 발생시키며, 불안정한 품질 위험을 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 토크를 전달받아 회전하며, 서로 결합되어 있는 디스크 플레이트와 서브 플레이트; 디스크 플레이트와 서브 플레이트 사이에 위치하여 히스테리시스를 일으키는 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔;그리고 디스크 플레이트와 서브 플레 이트로부터 토크를 받아 일정한 시간 간격을 두고 회전하며, 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔 사이에 위치하여, 이들과 서로 마찰면을 형성하고, 마찰면에 마찰계수를 증가시키기 위한 거칠기 또는 요철을 적용한 허브 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 마찰계수를 증가시키기 위한 거칠기 또는 요철은 허브 플레이트의 양면에 형성되며, 다이아몬드 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 허브 플레이트의 거칠기 또는 요철은 코이닝 가공을 통하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 코이닝 가공은 허브 플레이트의 중심홀 주변에서 프릭션 부싱 또는 프릭션 와셔와 맞닿는 영역에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의해서, 허브 플레이트의 양쪽 면의 마찰계수를 증가시켜 높은 히스테리시스를 일으키며, 높은 히스테리시스 토크를 요구하는 차량에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 히스테리시스 토크를 높이기 위하여 프릭션 와셔 및 프릭션 부싱의 유효반경을 높일 필요가 없기 때문에, 부품간의 간섭 및 공간적 제약으로 인한 불안정한 품질 리스크를 제거할 수 있다.
아울러, 높은 히스테리시스 토크를 발생시킴 으로써, 차량의 소음 및 진동 특성(NVH : Noise Vibration Harshness)을 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.
특히, 히스테리시스를 증가시킴으로서 차량의 출발시 보다 소음이나 진동이 없어 보다 정숙한 출발을 할 수 있게 된다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 클러치 디스크 어셈블리의 일 예를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 클러치 디스크 어셈블리는 클러치 접촉부, 디스크 플레이트(20), 서브 플레이트(30), 토션 스프링(90, 100), 허브 플레이트(40) 및 허브(10) 등 여러가지 부품을 포함하여 이루어진다. 클러치 접촉부는 쿠션 플레이트(60) 및 훼이싱(50)을 포함한다. 훼이싱(50)은 쿠션 플레이트(60)에 고정 결합되어 동력 입력 측, 즉 플라이휠과의 마찰 접촉에 의하여 토크를 전달받는다.
쿠션 플레이트(50)는 체결부에 의하여 디스크 플레이트(20) 및 서브 플레이트(30)와 고정 결합된다. 허브 플레이트(40)는 중앙에 관통 구멍이 형성된 원판 형상을 갖는다. 허브 플레이트(40) 중앙의 관통 구멍에는 허브(10)가 설치된다. 또한, 허브 플레이트(40)에는 원주 방향으로 복수개의 슬릿(40a)이 형성된다. 슬릿(40a)에는 토션 스프링(90, 100)이 위치한다.
토션 스프링(90, 100)은 클러치 디스크 어셈블리가 플라이휠에 접촉하는 순간 클러치 디스크 어셈블리로 충격적으로 전달되는 토크를 완충하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 토션 스프링(90, 100)으로 단순한 코일 스프링을 사용하는 것으 로 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다. 토션 스프링(100)으로는 단일 코일 스프링이 사용되는 것 이외에도, 본 실시예에서와 같이 직경이 다른 두 개의 코일 스프링(90, 100)을 겹쳐서 사용할 수도 있다. 두 개의 코일 스프링(90, 100)을 겹쳐서 사용하는 경우 클러치 디스크 어셈블리를 콤팩트하게 할 수 있는 장점이 있다.
디스크 플레이트(20) 및 서브 플레이트(30)는 허브 플레이트(40)를 사이에 두고 상호 반대측에서 허브 플레이트(40)와 평행하게 설치된다. 또한, 허브 플레이트(40)의 슬릿(40a)과 대응 위치에 원주 방향으로 복수개의 슬릿(20a, 30a)이 형성되어, 토션 스프링(90, 100)이 공통으로 장착된다. 디스크 플레이트(20) 및 서브 플레이트(30)는 전체적으로 원판 형상을 가지며, 중앙에는 허브(10)가 관통 설치될 수 있도록 구멍이 형성되어 있다. 허브 플레이트(40)는 디스크 플레이트(20)와 서브 플레이트(30)사이에 위치하며, 디스크 플레이트(20)와 서브 플레이트(30)에 서로 결합되지 않도록 설치된다. 또한, 디스크 플레이트(20) 및 서브 플레이트(30)는 쿠션 플레이트(60)에 형성된 체결부에 끼워지는 홀이 형성되어 쿠션 플레이트(60)와 고정 결합된다.
본 실시예에서 프릭션 부싱(57)은 디스크 플레이트(20)와 허브 플레이트(40) 사이에 위치하며, 프릭션 부싱(57)은 디스크 플레이트(20)와 연결된다. 이에 따라 디스크 플레이트(20) 및 서브 플레이트(30)와 허브 플레이트(40)의 상대적 회전에 의해 프릭션 부싱(57)과 마찰한다.
허브(10)는 허브 플레이트(40)의 중앙에 형성된 구멍에 위치하며, 허브(10) 의 중앙에는 트랜스미션의 메인 구동축이 스플라인 결합되어, 허브(10)에 전달된 토크는 메인 구동축을 통하여 트랜스 미션 기구로 전달된다. 허브(10)로 부터 허브플레이트(40)로 전달되는 진동을 완충시키기 위한 허브 토션 스프링(95)이 설치된다.
서브 플레이트(30)와 허브 플레이트(40)사이에는 프릭션 스프링(51), 프릭션 플레이트(52) 및 프릭션 와셔(53)가 결합된다. 프릭션 스프링(51)은 가장 자리 부분이 원주를 따라 서브 플레이트(30) 쪽으로 올라가 있는 형상을 가지며 제2 프릭션 플레이트(52)와 프릭션 와셔(53)를 허브 플레이트(40) 쪽으로 밀어 허브 플레이트(40)와 마찰을 일으키게 된다.
디스크 플레이트(20)와 허브 플레이트(40) 사이에는 프릭션 와셔(59), 프릭션 부싱(57) 및 와셔(56)가 위치한다. 프릭션 와셔(59)가 결합하여 디스크 플레이트(20) 및 프릭션 부싱(57)과의 사이에 마찰면을 형성하게 되며, 허브(10)에는 허브의 작동이 원활하도록 하기 위해서 와셔(56)가 끼워진다.
쿠션 플레이트(60)는 체결부(93)에 의하여 디스크 플레이트(20) 및 서브 플레이트(30)와 고정 결합된다. 허브 플레이트(40)는 중앙에 관통 구멍(43)이 형성된 원판 형상을 가진다. 허브 플레이트(40) 중앙의 관통 구멍(43)에는 허브(10)가 설치된다. 또한, 허브 플레이트(40)에는 원주 방향으로 복수개의 슬릿(40a)이 형성된다. 슬릿(40a)에는 토션 스프링(90, 100)이 위치한다.
일반적으로 클러치 디스크 어셈블리(100)는 엔진에서 나오는 출력을 트랜스미션으로 전달하는 과정에서 발생하는 진동 및 소음을 감쇠하기 위한 여러 가지 방 법이 있다. 그 중 클러치 디스크 어셈블리(100) 내에 많은 부품을 설치하여, 부품 상호 간에 히스테리시스를 일으키게 함으로써 이러한 목적을 이룰 수 있다.
도 3는 클러치 디스크 어셈블리의 결합을 나타낸 도면으로서, 마찰발생기구부는 마찰면을 제공하는 프릭션 플레이트(52)와, 프릭션 플레이트(52)에 탄성력을 제공하는 판스프링인 프릭션 스프링(51)이 서브 플레이트(30)와 허브플레이트(40) 사이에 설치되고, 프릭션 플레이트(52)와 일체로 형성되며 허브 플레이트(40)와 상대적인 회전으로 마찰면을 제공하는 프릭션 와셔(53)가 위치하며, 허브 플레이트(40)와 디스크 플레이트(20) 사이에 마찰면을 제공하는 다른 프릭션 부싱(57)이 설치되어 이루어진다. 여기서 프릭션 스프링(51)은 허브 플레이트(40) 및 서브 플레이트(20)의 양방향으로 댐퍼로서 기능을 수행할 수 있으며, 프릭션 와셔(53)를 허브 플레이트(40)에 밀착시키면서 히스테리시스를 발생시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 허브 플레이트를 나타낸 도면이다. 허브 플레이트(40)는 디스크 플레이트(20)와 서브 플레이트(30) 사이에 위치하며, 디스크 플레이트(20)와 서브 플레이트(40)는 결합되어, 클러치 접촉부에 의하여 전달된 토크가 쿠션 플레이트와 고정 연결된 디스크 플레이트(20)와 서브 플레이트(30)를 회전 시키면, 디스크 플레이트(20)와 서브 플레이트(30)가 토션 스프링(90, 100)의 일단에 압축력을 가하게 된다. 토션 스프링(90, 100)은 압축되고, 프릭션 부싱(57), 프릭션 와셔(53)가 마찰되면서 댕핌작용을 하게 되며, 토션 스프링(90, 100)의 타단은 허브 플레이트(40)를 밀어 회전 시키게 된다. 즉, 허브 플레이트(40)는 디스크 플레이트(20)와 서프 플레이트(30) 결합체와 일정한 시간적 간격을 두고 회전을 하 며, 허브 플레이트(40)의 회전에 따라 허브 플레이트(40)와 스플라인 결합된 트랜스미션의 입력축이 회전을 하게 되어 동력을 전달하게 된다.
디스크 플레이트(20)와 서브 플레이트(30) 사이에는 하나 이상의 프릭션 부싱(57)과 프릭션 와셔(53)가 결합하게 되고, 프릭션 부싱(57)과 프릭션 와셔(53) 사이에 허브 플레이트(40)가 위치하게 된다. 따라서, 프릭션 부싱(57)과 프릭션 와셔(53) 사이에서 허브 플레이트(40)는 마찰면을 형성하여 히스테리시스 토크를 발생 시키게 된다. 이때, 허브 플레이트(40)와 프릭션 부싱(57), 허브 플레이트(40)와 프릭션 와셔(53) 사이에서 마찰에 의해서 발생하게 되는 히스테리시스 토크를 수학식으로 나타내 보면,
Figure 112009047247951-pat00001
(1)
로서 성립하게 된다.
여기서, N은 프릭션 워셔와 프릭션 부싱에 의해서 만들어지는 마찰면수를 나타내며, μ는 마찰계수를 나타낸다. 또한, Pf는 프릭션 스프링의 하중을 나타내며, Rf는 (Ra+Rb)/2 를 나타낸다. Ra는 프릭션 와셔의 반경이며, Rb는 프릭션 부싱의 반경에 해당한다. 프릭션 스프링의 하중이란, 프릭션 스프링의 서브 플레이트에 대한 하중 값은 화살대 모양으로 나타내는데 이의 평균값을 말한다. 여기서, 히스테리시스 토크를 높이기 위해서는 마찰면수(N), 프릭션 스프링의 하중(Pf) 및 Rf를 높일 수 있으나, 상기한 바와 같은 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 프릭션 부싱(57) 또는 프릭션 와셔(53)와 허브 플레이트(40) 사이에 마찰면의 마찰계수(μ)를 높여 히스테리시스 토크를 높일 수 있게 된다.
한편, 마찰계수(μ)를 높이는 방법으로 허브 플레이트(40)의 중심홀(43) 주변에서 프릭션 부싱(57) 및 프릭션 와셔(53)가 맞닿는 부분에 거칠기 또는 요철을 주는 방법을 생각해 볼 수 있다. 즉, 마찰계수(μ)를 높이기 위해 코이닝 공정 등을 통해 허브 플레이트 표면에 거칠기 또는 요철을 형성시키며, 마찰계수(μ)를 높이기 위해서는 어떠한 형상 및 작업공정이라도 상관없다. 특히, 다이아몬드 형상(45)을 형성시켜 마찰면의 마찰계수(μ)를 최대로 높이게 되고, 이에 따라, 히스테리시스 토크 역시 높일 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 토크 그래프를 종래 기술과 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5(a)는 종래 허브 플레이트(40)의 하중 특성 그래프이며, 도5(b)는 본 발명에 따른 요철을 형성한 허브 플레이트의 하중 특성 그래프를 나타낸 도면이다. 그래프에서 오른쪽은 클러치 디스크의 정측 방향을 나타내며 왼쪽은 부측 방향을 나타낸다. 정측 방향이라함은 차량의 가속 방향을 말한다. 클러치 디스크 플레이트의 허브 플레이트(40)가 상대 회전하는 각도에 따른 하중 곡선을 나타내며, 정측방향으로 회전시 오른쪽 곡선중 윗쪽 선(강성곡선)을 따라 올라가다가 허브 플레이트(40)가 다시 제자리로 돌아오면서 아랫쪽 선(히스곡선)을 따라내려오게 된다. 이때, 윗선과 아랫선의 차이가 히스테리시스이다. 종래 발명에서는 16°에서 히스테 리시스가 1.22kgf.m을 나타냈으나, 본 발명에서는 히스테리시스가 16°에서 히스테리시스가 2.36kgf.m를 나타내고 있어 히스테리시스가 거의 2배 가까이 증가했음을 보여주고 있다. 따라서, 요철을 만든 허브 플레이트와 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔 사이에서는 종래 발명에 비해 히스테리시스가 높게 나타나므로, 높은 히스테리시스가 필요한 차량에 적용할 수 있고, 소음 및 진동 특성을 향상시키게 된다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 클러치 디스크 어셈블리를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 클러치 디스크 어셈블리의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 클러치 디스크 어셈블리를 결합한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 다이아몬드 형상의 코이닝을 적용한 허브 플레이트를 나타낸 단면도.
도 5는 종래발명과 본 발명에 따른 하중 특성 그래프를 비교하여 나타낸 도면.

Claims (4)

  1. 엔진으로부터 토크를 전달받아 회전하며, 서로 핀에 의해 결합되어 있는 디스크 플레이트와 서브 플레이트;
    디스크 플레이트와 서브 플레이트 사이에서 일정한 시간 간격을 두고 회전하는 허브 플레이트;
    디스크 플레이트와 서브 플레이트의 회전을 허브 플레이트로 전달하는 토션 스프링; 그리고
    디스크 플레이트와 허브 플레이트 및 서브 플레이트와 허브 플레이트의 사이에 위치하여 히스테리시스를 일으키는 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔;를 포함하며,
    허브 플레이트는 양면에 프릭션 부싱 및 프릭션 와셔와 서로 마찰면을 형성하고, 마찰면에 마찰계수를 증가시키기 위한 거칠기 또는 요철을 코이닝 가공을 통해 적용하는 것을 특징으로 하는 클러치 디스크 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    마찰계수를 증가시키기 위한 거칠기 또는 요철은 허브 플레이트의 양면에 형성되며, 다이아몬드 형상인 것을 특징으로 하는 클러치 디스크 어셈블리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    마찰면은 허브 플레이트의 중심홀 주변에서 프릭션 부싱 또는 프릭션 와셔와 맞닿는 영역에 이루어지는 것을 특징으로 하는 클러치 디스크 어셈블리.
  4. 삭제
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