KR101155646B1 - 클러치 및 이를 포함하는 자동 변속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤에 잔류하는 원심유압에 대항하는 원심력을 발생하도록 리턴 스프링에 원심력 발생 수단을 설치함으로써 작동 성능 및 내구성을 향상시킨 클러치 및 이를 포함하는 자동 변속기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 클러치는, 입력축 상에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너; 상기 클러치 리테이너와의 사이에 피스톤 챔버를 형성하며, 상기 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤; 상기 피스톤의 상기 피스톤 챔버 반대편에 배치되어 상기 피스톤 챔버의 유압에 대항하는 탄성력을 상기 피스톤에 제공하는 리턴 스프링; 상기 피스톤과의 사이에 발란스 챔버를 형성하고, 상기 리턴 스프링을 지지하는 발란스 월; 및 서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤의 작동에 의하여 상기 입력축의 동력을 선택적으로 클러치 허브에 전달하는 복수개의 마찰 디스크 및 작동 플레이트;를 포함하되, 상기 리턴 스프링은 환형의 림과, 상기 림과 제1설정 각도를 이루며 상기 림의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거를 포함하는 접시 스프링이고, 상기 발란스 챔버는 오일을 공급 받아 상기 피스톤 챔버의 원심유압에 대항하는 원심유압을 형성하며, 상기 리턴 스프링에는 상기 발란스 챔버의 원심유압과 함께 상기 피스톤 챔버의 상기 원심유압에 대항하는 원심력을 상기 피스톤에 제공하는 원심력 발생 수단이 설치되어 있을 수 있다.
클러치, 리턴 스프링, 질량체

Description

클러치 및 이를 포함하는 자동 변속기{CLUTCH AND AUTOMATIC TRANSMISSION PROVIDED WITH THE SAME}
본 발명은 클러치 및 이를 포함하는 자동 변속기에 관한 것으로서, 피스톤에 잔류하는 원심유압에 대항하는원심력을 발생하도록 리턴 스프링에 원심력 발생 수단을 설치함으로써 작동 성능 및 내구성을 향상시킨 클러치 및 이를 포함하는 자동 변속기에 관한 것이다.
일반적으로 자동변속기는 차량의 주행상태(예를 들어, 차속 및 스로틀 개도등)에 따라 목표 변속단으로의 변속을 자동으로 수행한다. 이러한 자동변속을 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.
또한, 자동변속기에는 이러한 마찰요소를 유압적으로 제어하기 위하여 유압제어 시스템(hydraulic control system)이 구비된다. 따라서, 각 변속단에 따라 정 해진 클러치와 브레이크들이 유압 제어 시스템에 의하여 결합 또는 해제되도록 제어됨으로써 각 변속단이 구현된다.
마찰요소 중 클러치는 상기 유성기어세트의 작동 부재에 엔진의 동력을 전달하거나, 작동 부재들 사이의 동력전달을 매개하는 역할을 한다.
이러한 클러치는 자동변속기뿐만 아니라 일반 기계에서도 동력의 선택적 전달을 위하여 사용된다.
도 1은 종래기술에 의한 클러치를 도시한 단면도이다. 설명의 편의를 위하여자동변속기에 적용되는 유압 클러치를 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하고 일반 기계에도 적용될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 통상적인 자동변속기는 입력축(15) 상에 클러치(10)가 배치되어 있다.
상기 클러치(10)는 상기 입력축(15) 상에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너(clutch retainer)(11), 상기 클러치 리테이너(11)와의 사이에 피스톤 챔버(piston chamber)(16)를 형성하며 상기 피스톤 챔버(16)에 입력되는 유압(hydraulic pressure)에 의하여 작동되는 피스톤(piston)(17), 그리고 상기 피스톤(17)의 상기 피스톤 챔버(16)의 반대편 위치에 배치되어 상기 피스톤(17)에 복원력을 작용하는 리턴 스프링(return spring)(18)을 포함한다.
상기 피스톤(17)의 외경부와 상기 클러치 리테이너(11) 사이 및 상기 피스톤(17)의 내경부와 상기 클러치 리테이너(11) 사이에는 각각 실링부재(23, 24)가 배치되어 피스톤 챔버(16)의 기밀을 유지한다.
또한, 자동변속기 내의 클러치 허브(clutch hub)(13)는 복수개의 마찰 디스크들(friction disk)(14)을 그 외주면에 스플라인(spline) 구조로 구비하고 있으며, 상기 클러치 리테이너(11)는 복수개의 작동 플레이트들(operating plates)(12)을 그 내주면에 스플라인 구조로 구비한다. 상기 복수개의 마찰 디스크들(14)과 상기 작동 플레이트들(12)은 서로 번갈아 배치된다.
상기 클러치 리테이너(11)에는 제1오일 홀(19a)이 형성되어 상기 피스톤 챔버(16)에 오일이 공급된다. 이와 같이 피스톤 챔버(16)에 공급된 오일은 피스톤(17)을 도면에서 우측으로 가압하여 리턴 스프링(18)의 탄성력을 극복하고 피스톤(17)을 도면에서 우측으로 이동시킨다.
이에 따라, 상기 피스톤(17)은 입력축의 축방향을 따라 작동 플레이트(12)를 가압하게 되고 작동 플레이트(12)와 마찰 디스크(14)는 상호 마찰력에 의해 계합(engage)하게 된다. 이러한 과정에 의해 입력축(15)과 클러치 허브(13) 사이에 동력이 전달된다.
또한, 제1오일 홀(19a)을 통한 피스톤 챔버(16)에의 오일 공급이 중단되면, 피스톤(17)은 리턴 스프링(18)의 복원력에 의하여 도면에서 좌측으로 이동하게 되고, 이에 따라 서로 계합된 작동 플레이트(12)와 마찰 디스크(14)는 그 계합 상태로부터 해제(disengage or release)된다.
그런데, 제1오일 홀(19a)을 통한 피스톤 챔버(16)에의 오일 공급이 중단된 경우라도, 피스톤 챔버(16) 내의 오일이 완벽하게 배출되었다고 보장하기는 힘들다. 이 때, 자동변속기 내의 입력축(15)은 매우 빠른 속도록 회전하고 있으므 로, 피스톤 챔버(16) 내의 오일은 원심력을 받아 반경 바깥쪽으로 이동하게 된다. 따라서 오일의 원심력에 의하여 피스톤 챔버(16)에 원심유압이 발생하고 이 원심유압은 피스톤(17)을 도면에서 우측으로 가압하는 작용을 할 수 있다.
이러한 경우에는, 피스톤(17)이 바라던 바대로 충분히 복원되지 못하고, 작동 플레이트들(12)을 약간이나마 가압하게 되는 상황이 생길 수 있다. 이 경우, 작동 플레이트들(12)과 마찰 디스크들(14)은 그 계합 상태가 충분히 해제되지 못하고, 지속적인 마찰을 일으키게 된다. 이러한 작동 플레이트들(12)과 마찰 디스크들(14) 사이의 마찰적인 슬립(frictional slip)은 자동변속기의 내구성을 떨어뜨리고, 동력손실을 증가시키게 된다.
이러한 작동 플레이트들(12)과 마찰 디스크들(14) 사이의 마찰적인 슬립을 줄이기 위하여, 피스톤(17)의 피스톤 챔버(16) 반대편에 발란스 챔버(balance chamber)(26)를 형성할 수 있다. 즉, 피스톤 챔버(16)에 잔존하는 오일의 원심유압에 상응하는 크기로서 그 방향이 상기 원심유압과 반대로 작용하는 원심유압을 상기 발란스 챔버(26) 내의 오일에 의해 유발함으로써, 상기 피스톤 챔버(17) 내의 오일의 원심유압에 의한 피스톤(17)의 이동을 막을 수 있게 되는 것이다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤(17)의 피스톤 챔버(16) 반대편에 발란스 월(balance wall)(21)을 설치함으로써 발란스 월(21)과 피스톤(17) 사이에 발란스 챔버(26)를 형성하고 있다. 이러한 발란스 챔버(26)에는 제2오일 홀(19b)을 통해 오일이 공급 된다.
또한, 발란스 월(21)의 일단은 클러치 리테이너(11)에 설치된 스냅 링(22)에 의하여 지지되고 그 타단과 피스톤(17) 사이에는 실링부재(25)가 개재되어 있다.
상기한 바와 같이, 클러치(10)의 작동 성능 및 내구성을 향상시키기 위하여클러치 설계시 피스톤 챔버(16)의 원심유압과 발란스 챔버(26)의 원심유압이 정확히 같아지도록 설계하여야 하나, 주어진 공간의 제약상 발란스 챔버(26)의 외경이 피스톤 챔버(16)의 외경보다 작게 설계되는 경우가 많다. 이 경우, 원심유압은 회전 반경에 비례하므로 피스톤 챔버(16)의 원심유압이 발란스 챔버(26)의 원심유압보다 크게 되어 피스톤 챔버(16)로의 유압의 공급이 차단되어도 작동 플레이트들(12)과 마찰 디스크들(14)은 그 계합 상태가 충분히 해제되지 못할 수 있다.
또한, 피스톤 챔버(16)의 원심유압과 발란스 챔버(26)의 원심유압이 같아지도록 설계할 경우에도, 제작상의 공차 등의 이유로 피스톤 챔버(16)의 원심유압이 발란스 챔버(26)의 원심유압보다 더 커져 피스톤(17)이 부분적으로 작동할 수도 있다.
상기와 같은 문제점을 방지하기 위한 방법으로, 리턴 스프링(18)의 하중(또는 탄성 계수)을 크게 하는 방법이 있으나, 최근에 개발되는 6, 7, 8속의 자동변속기에 사용되는 클러치는 기존의 자동변속기들에 비하여 더 빠르게 고속회전을 하므로 피스톤 챔버(16)의 원심유압이 기존의 것들에 비하여 더욱 크게 되어 리턴 스프링(18)의 하중을 크게 하는 것만으로는 한계가 있다. 또한, 리턴 스프링(18)의 하중을 증가시키려면 리턴 스프링(18)의 크기가 커져야 되며, 하중이 커질수록 리턴 스프링(18)의 내구수명은 악화된다.
더욱이, 피스톤 챔버(16)의 원심유압은 입력축(15)의 회전 속도의 제곱에 비례하는데 반하여 리턴 스프링(18)의 하중은 입력축(15)의 회전 속도와는 관계가 없으므로, 클러치(10)의 원활한 작동을 위해서는 입력축(15)의 최고 회전속도에서 피스톤 챔버(16)의 원심유압을 극복할 수 있을 정도로 리턴 스프링(18)의 하중을 키워야 한다. 그러나, 이러한 방법은 리턴 스프링(18)의 크기가 커지게 되고 내구수명이 악화되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 리턴 스프링의 하중을 증가시키지 않으면서 질량체를 접시 스프링에 설치함으로써 결과적으로 리턴 스프링의 하중을 증가시키는 효과가 있도록 하는 것이다.
여기에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 리턴 스프링(18)으로 접시 스프링이 사용되는 경우로 한정한다. 접시 스프링은 환형의 림(rim)(18a)과 상기 림(18a)에 대하여 제1설정 각도(α)를 이루며 상기 림(18a)의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거(finger)(18b)를 포함한다. 상기 리턴 스프링(18)의 림(18a)은 상기 발란스 월(21)에 닿아 지지되고 상기 리턴 스프링(18)의 핑거(18b)는 상기 피스톤(17)에 닿아 탄성력을 상기 피스톤(17)에 가한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 접시 스프링에 질량체(mass body or weight)를 설치하여 피스톤 챔버 내의 잔류하는 오일에 의하여 발생되는 원심유압에 대항하도록 함으로써 스프링의 하중을 증가시키지 않으면서도 안정적인 작동을 확보할 수 있는 클러치를 제공하는데 있다.
더욱이, 질량체에 의한 원심력은 피스톤 챔버의 원심유압과 동일하게 입력축의 회전속도의 제곱에 비례하므로 질량체의 무게와 장착위치만을 적절하게 선정하여 입력축의 회전속도의 모든 영역에서 피스톤 챔버의 원심유압에 대항할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 클러치를 구비하는 자동 변속기를 제공함으로써 차량의 연비 및 성능을 향상시키는 데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1,2,3실시예들에 따른 클러치는, 입력축 상에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너; 상기 클러치 리테이너와의 사이에 피스톤 챔버를 형성하며, 상기 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤; 상기 피스톤의 상기 피스톤 챔버 반대편에 배치되어 상기 피스톤 챔버의 유압에 대항하는 탄성력을 상기 피스톤에 제공하는 리턴 스프링; 상기 피스톤과의 사이에 발란스 챔버를 형성하고, 상기 리턴 스프링을 지지하는 발란스 월; 및 서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤의 작동에 의하여 상기 입력 축의 동력을 선택적으로 클러치 허브에 전달하는 복수개의 마찰 디스크 및 작동 플레이트;를 포함하되, 상기 리턴 스프링은 환형의 림과, 상기 림과 제1설정 각도를 이루며 상기 림의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거를 포함하는 접시 스프링이고, 상기 발란스 챔버는 오일을 공급 받아 상기 피스톤 챔버의 원심유압에 대항하는 원심유압을 형성하며, 상기 리턴 스프링에는 상기 발란스 챔버의 원심유압과 함께 상기 피스톤 챔버의 상기 원심유압에 대항하는 원심력을 상기 피스톤에 제공하는 원심력 발생 수단이 설치되어 있을 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 클러치에서, 상기 원심력 발생 수단은 상기 리턴 스프링의 림과 핑거에 설치된 질량체이며, 상기 질량체의 무게 중심은 상기 리턴 스프링과 상기 발란스 월의 접촉면으로부터 축방향으로 설정 거리만큼 상기 피스톤을 향하여 이격되어 있을 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 클러치에서, 상기 원심력 발생 수단은 상기 핑거 중 일부를 제2설정 각도만큼 더 구부림으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 클러치에서, 상기 제2설정 각도로 구부러진 핑거들 중 일부에는 질량체가 부착되어 있을 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 클러치는, 입력축 상에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너; 상기 클러치 리테이너의 사이에 피스톤 챔버를 형성하며, 상기 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤; 상기 피스톤의 상기 피스톤 챔버 반대편에 배치되어 상기 피스톤 챔버의 유압에 대항하는 탄성력을 상기 피스톤에 제공하는 리턴 스프링; 상기 리턴 스프링이 상기 피스톤에 탄성 력을 제공하도록 상기 리턴 스프링을 지지하는 지지체; 및 서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤의 작동에 의하여 상기 입력축의 동력을 선택적으로 클러치 허브에 전달하는 복수개의 마찰 디스크 및 작동 플레이트;를 포함하되, 상기 리턴 스프링은 환형의 림과, 상기 림과 제1설정 각도를 이루며 상기 림의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거를 포함하는 접시 스프링이고, 상기 리턴 스프링에는 상기 피스톤 챔버의 원심유압에 대항하는 원심력을 상기 피스톤에 제공하는 원심력 발생 수단이 설치되어 있을 수 있다.
상기 원심력 발생 수단은 상기 리턴 스프링의 림과 핑거에 설치된 질량체이며, 상기 질량체의 무게 중심은 상기 리턴 스프링과 상기 발란스 월의 접촉면으로부터 축방향으로 설정 거리만큼 상기 피스톤을 향하여 이격되어 있을 수 있다.
상기 원심력 발생 수단의 원심력이 상기 피스톤 챔버의 원심유압과 같아지도록 상기 질량체의 무게와 장착위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자동 변속기는 유압에 의해 동작하는 하나 이상의 클러치를 포함하며, 상기 클러치는 본 발명의 실시예들에 따른 클러치일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스프링의 하중을 증가시키지 않으면서 질량체를 접시 스프링에 복수개 설치함으로써 피스톤 챔버의 원심유압에 대항할 수 있으므로 클러치의 작동 성능과 내구성이 향상되고 차량의 연비가 향상될 수 있다.
또한, 질량체의 원심력은 피스톤 챔버의 원심유압과 마찬가지로 입력축의 회전속도의 제곱에 비례하므로 질량체의 무게와 장착위치만을 적절하게 선정하여 입 력축의 회전속도의 모든 영역에서 피스톤 챔버의 원심유압에 대항할 수 있게 된다.
더 나아가, 상기 질량체의 원심력만으로 상기 피스톤 챔버의 원심유압에 대항할 수 있을 정도로 상기 질량체의 질량을 크게 하면, 발란스 챔버 및 발란스 챔버에 오일을 공급하는 오일 홀을 생략할 수 있으므로 클러치 리테이너의 전장을 감소시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 클러치의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 클러치(100)는 클러치 리테이너(111), 피스톤(130), 리턴 스프링(140), 그리고 발란스 월(161)을 포함한다.
클러치 리테이너(111)는 전체적으로 'ㅌ'자 형상이며, 축방향으로 연장된 세개의 부분(내경부, 중간부, 그리고 외경부)을 포함한다. 상기 내경부와 중간부는 일체로 형성되어 있고, 외경부는 상기 중간부에 용접 등의 방법으로 결합되는 것이 통상적이다. 상기 클러치 리테이너(111)는 입력축(110) 상에 장착되어 있으며, 클러치(100)의 부품들이 장착될 수 있는 클러치 공간을 형성한다. 상기 클러치 리테이너(111)의 내경부에는 제1,2오일 홀(114, 115)이 형성되어 있다.
피스톤(130)은 상기 클러치 공간에 배치되어 있으며, 상기 클러치 리테이너(111)의 내주면 형상과 유사하다. 즉, 상기 피스톤(130)은 상기 클러치 리테이너(111)의 내경부에 맞닿은 내경부(131), 상기 클러치 리테이너(111)의 중간부와 맞닿은 외경부(132), 그리고 상기 외경부(132)에서 반경 바깥쪽으로 연장되어 있는 작동부(133)가 일체로 형성되어 있다. 상기 클러치 리테이너(111)의 내경부와 상기 피스톤(130)의 내경부(131) 사이에는 실링부재(182)가 개재되고 상기 클러치 리테이너(111)의 중간부와 상기 피스톤(130)의 외경부(132) 사이에도 실링부재(181)가 개재되어 상기 클러치 리테이너(111)와 상기 피스톤(130) 사이에는 피스톤 챔버(120)가 형성된다. 상기 피스톤 챔버(120)는 제1오일 홀(114)을 통해 유압을 공급받을 수 있으며, 이와 같이 공급된 유압에 의하여 피스톤(130)은 도면에서 우측으로 움직이게 된다.
리턴 스프링(140)은 상기 피스톤(130)의 상기 피스톤 챔버(120) 반대편 위치에 배치되어 상기 피스톤 챔버(120)의 유압에 대항하는 탄성력을 상기 피스톤(130)에 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따른 클러치에서는 원심력을 발생시키는 원심력 발생 수단이 상기 리턴 스프링(140)에 설치되며, 이를 위하여 상기 리턴 스프링(140)으로는, 도 4에 도시된 바와 같은, 접시 스프링이 사용된다. 리턴 스프링(140)은 환형의 림(141)과, 상기 림(141)에 대하여 제1설정 각도(α)를 이루며 상기 림(141)의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거(142)를 포함한다. 상기 림(141)은 상기 발란스 월(161)에 의하여 지지되며, 상기 핑거(142)는 상기 림(141)에 제1설정 각도(α)만큼 피스톤(130) 방향으로 구부러져 상기 피스톤(130)에 닿아 있다. 또한, 상기 리턴 스프링(140)에는 피스톤 챔버(120)에 잔류하는 오일의 원심유압에 대항하는 원심력을 발생시키는 원심력 발생 수단이 설치되어 있는데, 본 발명의 제1실시예에 따른 클러치(100)에서는 상기 원심력 발생 수단으로 질량체(150)가 사용된다. 상기 질량체(150)는 상기 림(141)과 핑거(142)에 적어도 하나 이상 설치되어 있는데, 상기 질량체(150)의 무게 중심은 상기 리턴 스프링(140)과 상기 발란스 월(161)의 접촉면으로부터 축방향으로 설정 거리만큼 피스톤(130)을 향하여 이격되어 있다. 상기 설정 거리 및 질량체의 장착 위치는 피스톤 챔버(120)에 잔류하는 오일의 원심유압에 따라 당업자가 용이하게 설정할 수 있다.
발란스 월(161)은 상기 피스톤(130)을 기준으로 피스톤 챔버(120) 반대편의 클러치 리테이너(111) 상에 배치되어 있다. 즉, 상기 발란스 월(161)의 일단은 상기 클러치 리테이너(111)의 내경부에 장착되며 발란스 월(161)의 타단과 상기 피스톤(130)의 외경부(132) 사이에는 실링 부재(183)가 개재되어 있다. 이에 따라, 상기 발란스 월(161)과 상기 피스톤(130) 사이에는 발란스 챔버(160)가 형성되며, 상기 발란스 챔버(160)는 제2오일 홀(115)을 통하여 오일을 공급 받아 상기 질량체의원심력과 함께 피스톤 챔버(120)에 잔류하는 오일에 의한 원심유압에 대항하는 원심유압을 형성한다. 또한, 상기 발란스 월(161)은 상기 클러치 리테이너(111)에 장착된 스냅링(165)에 의하여 축방향 움직임을 제한받는다.
또한, 상기 클러치(100)는 입력축(110)의 회전동력을 클러치 허브(170)에 전달하는데, 이를 위하여 상기 클러치 허브(170)는 복수개의 마찰 디스크들(112)을 그 외주면에 스플라인 구조로 구비하고 있으며, 상기 클러치 리테이너(111)의 외경 부는 복수개의 작동 플레이트들(113)을 그 내주면에 스플라인 구조로 구비한다. 이러한 마찰 디스크(112)와 작동 플레이트(113)는 상호 교번적으로 배치된다. 또한, 상기 피스톤(130)의 작동부(133)는 피스톤(130)의 외경부(132)로부터 반경 외측으로 연장되어 상기 작동 플레이트(113)에 가깝게 배치된다.
따라서, 상기 제1오일 홀(114)을 통하여 피스톤 챔버(120)에 오일이 공급되면 상기 피스톤(130)의 작동부(133)는 도면에서 우측으로 이동하여 상기 작동 플레이트(113)와 상기 마찰 디스크(112)를 가압하게 되므로 상호 계합 상태로 된다.
피스톤 챔버(120)로의 오일 공급이 중단되면, 피스톤(130)은 리턴 스프링(140)의 복원력에 의하여 도면에서 좌측으로 이동하게 되고, 이에 따라 서로 계합된 작동 플레이트(113)와 마찰 디스크(112)는 그 계합 상태로부터 해제된다.
그러나, 클러치(100)가 고속으로 회전하고 있는 상태에서는 상기 피스톤 챔버(120) 내부에 오일이 완전히 배출되지 않고 잔류하게 되며, 이러한 잔류 오일에 의해 원심유압이 발생된다. 그러나, 발란스 챔버(160)에서 발생되는 원심유압과 질량체(150)의 원심력에 의하여 상기 피스톤 챔버(120)의 원심유압은 균형을 이루게 되어 클러치(100)가 완전히 해제되게 된다. 이에 대하여, 도 5 및 도 6을 참조로, 더욱 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 클러치에서 질량체에 의하여 발생되는 힘의 관계를 도시한 개략도이다.
질량체(150)의 무게 중심은 입력축(110)으로부터 R만큼 떨어져 ω의 각속도 로 회전하고 있으므로 반경방향으로 원심력(Fc)이 발생하고 그 크기는 다음과 같다.
Fc = m * R * ω2
여기에서, m은 질량체(150)의 질량이다.
또한, 질량체(150)의 원심력(Fc)에 의하여 피스톤(130)에 작용하는 힘(Fa)은다음과 같다.
Fa = (S / L) * Fc
여기에서, S는 리턴 스프링(140)과 발란스 월(161)이 맞닿은 지점부터 질량체(150)의 무게 중심까지의 축방향 거리이고, L은 리턴 스프링(140)과 발란스 월(161)이 맞닿은 지점부터 리턴 스프링(140)과 피스톤(130)이 맞닿은 지점까지의 반경방향 거리이다.
위의 식들로부터 질량체(150)가 피스톤(130)에 작용하는 힘(Fa)은 피스톤 챔버(120)의 원심유압과 동일하게 입력축(110)의 회전속도(ω)의 제곱에 비례함을 알 수 있다.
도 6은 피스톤(130)에 작용하는 힘의 관계를 도시한 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 피스톤 챔버(120)의 원심유압에 의하여 피스톤(130)에 작용하는 힘(Fp)은 도면에서 우측으로 작용하고, 발란스 챔버(160)의 원심유압에 의하여 피스톤에 작용하는 힘(Fb)과 질량체(150)가 피스톤(130)에 작용 하는 힘(Fa)은 좌측으로 작용한다. 따라서, 피스톤 챔버(120)의 원심유압에 비하여 발란스 챔버(160)의 원심유압이 작게 되더라도 질량체의 원심력에 의하여 발생되는 힘이 상기 피스톤 챔버(120)의 원심유압에 대항하므로 세 가지 힘이 균형을 맞출 수 있다.
또한, 상기 세 가지의 힘은 모두 입력축(110)의 회전속도(ω)의 제곱에 비례하므로, 리턴 스프링(140)의 하중을 키우지 않고서도 모든 회전속도 영역에서 질량체(150)의 질량 및 장착위치만을 적절하게 선정함으로써 피스톤 챔버(120)에 잔류하는 오일에 의하여 발생되는 원심유압에 대항할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조로, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 클러치를 상세히 설명한다. 본 발명의 다른 실시예들에 따른 클러치는 본 발명의 제1실시예에 따른 클러치와 그 구조가 유사하다. 따라서, 중복되는 구성에 대하여는 간략하게만 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 클러치의 단면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 클러치(200)는 입력축(210) 상에 장착되어 있으며 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너(211), 상기 클러치 리테이너(211)와의 사이에 피스톤 챔버(220)를 형성하고, 내경부(231), 외경부(232), 그리고 작동부(233)를 포함하는 피스톤(230), 상기 피스톤(230)의 피스톤 챔버(220) 반대편에 배치되어 상기 피스톤(230)에 탄성력을 제공하는 리턴 스프링(240), 상기 피스톤(230)과의 사이에 발란스 챔버(260)를 형성하고 상기 리턴 스프링(240)을 지지하는 발란스 월(261), 그리고 서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤(230)의 작동에 의하여 상기 입력축(210)의 동력을 선택적으로 클러치 허브(270)에 전달하는 복수개의 마찰 디스크(212)들 및 작동 플레이트들(213)을 포함한다.
상기 피스톤 챔버(220)는 제1오일 홀(214)을 통해 유압을 공급받고 상기 발란스 챔버(260)는 제2오일 홀(215)을 통해 오일을 공급받는다.
또한, 상기 피스톤(230)의 외경부(232)와 클러치 리테이너(211) 사이 및 상기 피스톤(230)의 내경부(231)와 클러치 리테이너(211) 사이에는 각각 실링부재(281, 282)가 개재되어 있다.
또한, 상기 발란스 월(261)의 일단은 스냅링(265)에 의하여 지지되고 상기 발란스 월(261)의 타단과 피스톤(230)의 외경부(232) 사이에는 실링부재(283)가 개재되어 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 클러치(200)에서도 리턴 스프링(240)은 림과 핑거(242a, 242b)를 포함하는 접시 스프링이고, 원심력 발생 수단이 리턴 스프링(240)에 설치되어 있다. 다만, 원심력 발생 수단은 상기 핑거(242a, 242b) 중 일부 핑거(242b)를 피스톤(230) 측으로 더 구부림으로써 형성된다. 즉, 핑거들(242a, 242b)도 질량을 갖고 있으므로 상기 핑거들(242a, 242b) 중 일부 핑거(242b)를 제2설정 각도(β)만큼 상기 피스톤(230) 측으로 더 구부리면 입력축(110)으로부터 핑거(242b)의 무게중심까지의 반경방향 거리 R이 증가하고, 리턴 스프링(240)과 발란스 월(261)의 접촉부로부터 핑거(242b)의 무게중심까지의 축방향 거리 S가 증가하므로 리턴 스프링(240)이 피스톤(230)에 작용하는 힘 Fa가 증가하게 된다. 따라서, Fa는 발란스 챔버(260)의 원심유압과 함께 피스톤 챔버(220)의 원심유압에 대항하게 된다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 의한 클러치의 단면도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 클러치(300)는 입력축(310) 상에 장착되어 있으며 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너(311), 상기 클러치 리테이너(311)와의 사이에 피스톤 챔버(320)를 형성하고, 내경부(331), 외경부(332), 그리고 작동부(333)를 포함하는 피스톤(330), 상기 피스톤(330)의 피스톤 챔버(320) 반대편에 배치되어 상기 피스톤(330)에 탄성력을 제공하는 리턴 스프링(340), 상기 피스톤(330)과의 사이에 발란스 챔버(360)를 형성하고 상기 리턴 스프링(340)을 지지하는 발란스 월(361), 그리고 서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤(330)의 작동에 의하여 상기 입력축(310)의 동력을 선택적으로 클러치 허브(370)에 전달하는 복수개의 마찰 디스크(312)들 및 작동 플레이트들(313)을 포함한다.
상기 피스톤 챔버(320)는 제1오일 홀(314)을 통해 유압을 공급받고 상기 발란스 챔버(360)는 제2오일 홀(315)을 통해 오일을 공급받는다.
또한, 상기 피스톤(330)의 외경부(332)와 클러치 리테이너(311) 사이 및 상기 피스톤(330)의 내경부(331)와 클러치 리테이너(311) 사이에는 각각 실링부재(381, 382)가 개재되어 있다.
또한, 상기 발란스 월(361)의 일단은 스냅링(365)에 의하여 지지되고 상기 발란스 월(361)의 타단과 피스톤(330)의 외경부(332) 사이에는 실링부재(383)가 개재되어 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 클러치(300)에서도 리턴 스프링(340)은 림과 핑거(342a, 342b)를 포함하는 접시 스프링이고, 원심력 발생 수단이 리턴 스프링(340)에 설치되어 있다. 다만, 원심력 발생 수단은 상기 핑거(342a, 342b) 중 일부 핑거(342b)를 피스톤(330) 측으로 더 구부리고 이와 같이 더 구부러진 핑거(342b) 중 일부에 질량체(350)를 부착함으로써 형성된다. 즉, 상기 핑거들(342a, 342b) 중 일부 핑거(342b)를 제2설정 각도(β)만큼 상기 피스톤(330) 측으로 더 구부리고 이 핑거(342b) 중 일부에 질량체(350)를 부착하면 핑거(342b)와 질량체(350)의 원심력에 의하여 리턴 스프링(340)이 피스톤(330)에 작용하는 힘 Fa가 증가하게 된다. 따라서, Fa는 발란스 챔버(360)의 원심유압과 함께 피스톤 챔버(320)의 원심유압에 대항하게 된다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 의한 클러치의 단면도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 클러치(400)는 입력축(410) 상에 장착되어 있으며 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너(411), 상기 클러치 리테이너(411)와의 사이에 피스톤 챔버(420)를 형성하고, 내경부(431), 외경부(432), 그리고 작동부(433)를 포함하는 피스톤(430), 상기 피스톤(430)의 피스톤 챔버(420) 반대편에 배치되어 상기 피스톤(430)에 탄성력을 제공하는 리턴 스프링(440), 상기 리턴 스프링(440)이 상기 피스톤(430)에 탄성력을 제공하도록 상기 리턴 스프링(440)을 지지하는 지지체(461), 그리고 서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤(430)의 작동에 의하여 상기 입력축(410)의 동력을 선택적으로 클러치 허브(470)에 전달하는 복수개의 마찰 디스크(412)들 및 작동 플레이트들(413)을 포함한다.
상기 피스톤 챔버(420)는 제1오일 홀(414)을 통해 유압을 공급받는다.
또한, 상기 피스톤(430)의 외경부(432)와 클러치 리테이너(411) 사이 및 상기 피스톤(430)의 내경부(431)와 클러치 리테이너(411) 사이에는 각각 실링부재(481, 482)가 개재되어 있다.
또한, 상기 지지체(461)의 일단은 스냅링(465)에 의하여 지지된다.
본 발명의 제4실시예에 따른 클러치(400)에서도 리턴 스프링(440)은 림과 핑거를 포함하는 접시 스프링이고, 원심력 발생 수단이 리턴 스프링(440)의 림과 핑거에 설치된 질량체(450)이다. 다만, 상기 질량체(450)는 홀로 피스톤 챔버(420)의 원심유압에 대항할 수 있을 정도고 그 질량이 충분히 크다. 이 경우, 별도의 발란스 챔버를 생략할 수 있고, 이러한 발란스 챔버에 유압을 공급하기 위한 제2오일 홀 또한 생략이 가능해지므로 클러치 리테이너(411)의 전장을 감소시키고 클러치의 구조를 간단히 할 수 있는 효과를 나타낸다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 종래기술에 의한 클러치를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 클러치에 적용되는 리턴 스프링의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 클러치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 클러치에 적용되는 리턴 스프링을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 3에서 질량체에 의하여 발생되는 힘의 관계를 도시한 개략도이다.
도 6은 도 3의 피스톤에 작용하는 힘의 관례를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 클러치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 의한 클러치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 의한 클러치의 단면도이다.

Claims (8)

  1. 입력축 상에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너;
    상기 클러치 리테이너와의 사이에 피스톤 챔버를 형성하며, 상기 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤;
    상기 피스톤의 상기 피스톤 챔버 반대편에 배치되어 상기 피스톤 챔버의 유압에 대항하는 탄성력을 상기 피스톤에 제공하는 리턴 스프링;
    상기 피스톤과의 사이에 발란스 챔버를 형성하고, 상기 리턴 스프링을 지지하는 발란스 월; 및
    서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤의 작동에 의하여 상기 입력축의 동력을 선택적으로 클러치 허브에 전달하는 복수개의 마찰 디스크 및 작동 플레이트;
    를 포함하되,
    상기 리턴 스프링은 환형의 림과, 상기 림에 대하여 제1설정 각도(α)만큼 구부러져 있으며 상기 림의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거를 포함하는 접시 스프링이고,
    상기 발란스 챔버는 오일을 공급 받아 상기 피스톤 챔버의 원심유압에 대항하는 원심유압을 형성하며,
    상기 리턴 스프링에는 상기 발란스 챔버의 원심유압과 함께 상기 피스톤 챔버의 상기 원심유압에 대항하는 원심력을 상기 피스톤에 제공하는 원심력 발생 수단이 설치되어 있고,
    상기 원심력 발생 수단은 상기 리턴 스프링의 림과 핑거에 설치된 질량체이며, 상기 질량체의 무게 중심은 리턴 스프링과 발란스 월의 접촉면으로부터 축방향으로 설정 거리(S)만큼 상기 피스톤을 향하여 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  2. 삭제
  3. 입력축 상에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너;
    상기 클러치 리테이너와의 사이에 피스톤 챔버를 형성하며, 상기 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤;
    상기 피스톤의 상기 피스톤 챔버 반대편에 배치되어 상기 피스톤 챔버의 유압에 대항하는 탄성력을 상기 피스톤에 제공하는 리턴 스프링;
    상기 피스톤과의 사이에 발란스 챔버를 형성하고, 상기 리턴 스프링을 지지하는 발란스 월; 및
    서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤의 작동에 의하여 상기 입력축의 동력을 선택적으로 클러치 허브에 전달하는 복수개의 마찰 디스크 및 작동 플레이트;
    를 포함하되,
    상기 리턴 스프링은 환형의 림과, 상기 림에 대하여 제1설정 각도(α)만큼 구부러져 있으며 상기 림의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거를 포함하는 접시 스프링이고,
    상기 발란스 챔버는 오일을 공급 받아 상기 피스톤 챔버의 원심유압에 대항하는 원심유압을 형성하며,
    상기 리턴 스프링에는 상기 발란스 챔버의 원심유압과 함께 상기 피스톤 챔버의 상기 원심유압에 대항하는 원심력을 상기 피스톤에 제공하는 원심력 발생 수단이 설치되어 있고,
    상기 원심력 발생 수단은 상기 핑거 중 일부를 제2설정 각도(β)만큼 더 구부림으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 클러치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2설정 각도로 구부러진 핑거들 중 일부에는 질량체가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  5. 입력축 상에 배치되어 클러치 공간을 형성하는 클러치 리테이너;
    상기 클러치 리테이너의 사이에 피스톤 챔버를 형성하며, 상기 피스톤 챔버에 입력되는 유압에 의하여 작동하는 피스톤;
    상기 피스톤의 상기 피스톤 챔버 반대편에 배치되어 상기 피스톤 챔버의 유압에 대항하는 탄성력을 상기 피스톤에 제공하는 리턴 스프링;
    상기 리턴 스프링이 상기 피스톤에 탄성력을 제공하도록 상기 리턴 스프링을 지지하는 지지체; 및
    서로 교번하여 배치되어 있으며 상기 피스톤의 작동에 의하여 상기 입력축의 동력을 선택적으로 클러치 허브에 전달하는 복수개의 마찰 디스크 및 작동 플레이트;
    를 포함하되,
    상기 리턴 스프링은 환형의 림과, 상기 림에 대하여 제1설정 각도(α)만큼 구부러져 있으며 상기 림의 내주면에 반경 내측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 핑거를 포함하는 접시 스프링이고,
    상기 리턴 스프링에는 상기 피스톤 챔버의 원심유압에 대항하는 원심력을 상기 피스톤에 제공하는 원심력 발생 수단이 설치되어 있고,
    상기 원심력 발생 수단은 상기 리턴 스프링의 림과 핑거에 설치된 질량체이며, 상기 질량체의 무게 중심은 리턴 스프링과 발란스 월의 접촉면으로부터 축방향으로 설정 거리만큼 상기 피스톤을 향하여 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 원심력 발생 수단의 원심력이 상기 피스톤 챔버의 원심유압과 같아지도록 상기 질량체의 무게와 장착위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 클러치.
  8. 유압에 의해 동작하는 하나 이상의 클러치를 포함하는 자동 변속기로서, 상기 하나 이상의 클러치는 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 및 제 7항 중 어느 하나의 항에 따른 클러치인 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
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