KR101194348B1 - 유압브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰 디스크의 수를 감소시켜, 브레이크의 비작동시 발생하는 드래그 토크(drag torque)를 저감시킴과 동시에 조립성을 향상시킨 자동변속기용 유압브레이크에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 제한된 공간 내에서 피스톤의 면적을 증가시켜 피스톤의 작용력을 증가시키고, 이로 인해 증가된 토크 용량만큼 마찰 디스크의 수를 줄일 수 있는 피스톤 모듈이 장착된 유압브레이크에 관한 것이다.

본 발명은, 변속기 케이스에 형성되는 피스톤 공간, 상기 피스톤 공간에 삽입 되는 피스톤 모듈; 상기 피스톤 모듈에 의하여 축 방향으로 가압 되는 작동 플레이트들; 그리고 상기 작동 플레이트들과 교대로 배치되어 가압 되는 마찰 디스크들;을 포함할 수 있다.

유압브레이크, 피스톤, 리턴 스프링, 드래그 토크

Description

유압브레이크{HYDRAULIC BRAKE}

본 발명은 자동변속기에 사용되는 유압브레이크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰 디스크의 수를 감소시켜, 브레이크의 비작동시 발생하는 드래그 토크(drag torque)를 저감시킴과 동시에 조립성이 향상된 유압브레이크에 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 브레이크는 회전하고 있는 상기 유성기어세트의 작동 부재를 정지시키거나, 회전을 하지 못하도록 고정시키는 역할을 한다.

이러한 브레이크는 자동변속기뿐만 아니라 일반 기계에서도 회전부재의 정지를 위하여 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동변속기의 유압브레이크를 도시한 단면도이다. 설명의 편의를 위하여 자동변속기에 적용되는 유압브레이크를 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하고 일반 기계에도 적용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 자동 변속기의 유압브레이크(100)는 변속기 케이스(case)(110)에 설치된다.

상기 유압브레이크(100)는 상기 케이스(110)에 형성되는 실린더(130), 상기 실린더(130)에 삽입되어 입력되는 유압(hydraulic pressure)에 의하여 작동되는 피스톤(120), 그리고 상기 피스톤(120)의 상기 실린더(130)의 반대편 위치에 배치되어 상기 피스톤(120)에 복원력을 작용하는 리턴 스프링(return spring)(140)을 포함한다.

상기 피스톤(120)의 외경부 및 내경부와 상기 실린더(130) 사이에는 각각 실링부재(122, 124)가 개재되어 있다.

상기 리턴 스프링(140)은 스프링 써포트(142)에 의해 지지되며, 상기 스프링 써포트(142)는 스냅링(145)에 의해 케이스(110)에 고정된다.

또한, 자동변속기 내의 브레이크 허브(brake hub)(150)는 복수개의 마찰 디스크들(friction disks)(170)을 그 외주면에 스플라인(spline) 구조로 구비하고 있으며, 상기 케이스(110)는 복수개의 작동 플레이트들(operating plates)(160)을 그 내주면에 스플라인 구조로 구비하고 있다. 상기 마찰 디스크들(170)과 상기 작동 플레이트들(160)은 서로 번갈아 배치된다.

상기 케이스(110)에는 오일 홀(122)과 오일 포켓(oil pocket)(114)이 형성되어 상기 실린더(110)에 오일을 공급한다. 이와 같이 실린더(130)에 공급된 오일은 피스톤(120)을 도면에서 좌측으로 가압하여 리턴 스프링(140)의 탄성력을 극복하고 피스톤(120)을 도면에서 좌측으로 이동시킨다.

따라서, 피스톤(120)은 축 방향을 따라 작동 플레이트들(160)을 가압하게 되고, 이에 따라 작동 플레이트들(160)과 마찰 디스크들(170)은 그들 사이의 마찰력에 의해 계합(engage)하게 된다. 이러한 과정에 의해 브레이크 허브(150)의 회전이 정지된다.

오일 홀(112)을 통한 실린더(130)에의 오일 공급이 중단되면, 피스톤(120)은 리턴 스프링(140)의 복원력에 의하여 도면에서 우측으로 이동하게 되고, 이에 따라 서로 계합된 작동 플레이트들(160)과 마찰 디스크들(170)은 그 계합 상태로부터 해제(disengage)되게 된다. 이에 따라, 브레이크 허브(150)는 회전 가능한 상태가 된다.

그런데 자동변속기 등에 사용되는 유압브레이크(100)에서는, 브레이크 계합시 작동 플레이트(160)와 마찰 디스크(170) 사이의 슬립에 의해 발생하는 열을 냉각 시키기 위하여 오일을 마찰 디스크(170)와 작동 플레이트(160) 사이에 지속적으로 공급하여 준다.

그런데 주지하는 바와 같이 브레이크의 비계합시에는 마찰 디스크들(170)은 유성기어 부재와 연결된 브레이크 허브(150)에 의하여 임의의 속도로 회전하고, 작동 플레이트들(160)은 변속기 케이스와 연결되어 정지되어 있다.

그런데 냉각을 위하여 공급되는 오일은 브레이크 비계합시에도 계속 공급되므로, 오일의 점성에 의해 상대 회전운동을 하는 마찰 디스크들(170)과 작동 플레이트들(60) 사이에 회전 저항 즉, 드래그 토크(drag torque)가 발생하게 된다.

이러한 드래그 토크는 자동변속기의 총 동력손실의 최대 40%까지 차지하며 자동변속기의 효율을 저감시키는 주요 원인이 되고 있다.

드래그 토크를 감소시키기 위해서는 사용되는 마찰 디스크의 수를 감소시키는 것이 가장 바람직한 방법이나, 이럴 경우 필요한 브레이크의 토크 용량을 확보하지 못하는 문제가 있다.

종래의 유압 브레이크에서는 브레이크의 토크 용량을 충분히 확보하기 위해서 피스톤의 면적을 크게 하거나 마찰 디스크들의 수를 늘려야 했다. 그러나 자동변속기에서와 같이 브레이크의 설치 공간이 제약되는 경우에는 피스톤의 직경을 크게 하기 어려우므로 주로, 마찰 디스크들의 수를 증가시켜 브레이크의 토크 용량을 확보하여 왔는데 이로 인해 드래그 토크는 더욱 증가되는 결과를 초래하였다.

또한, 기존의 자동변속기의 유압브레이크는 변속기 조립라인에서 작업자가 상기 피스톤(120), 상기 리턴 스프링(140) 및 상기 스프링 써포트(142)를 상기 실린더(130)에 각각 삽입한 후, 프레스를 사용하여 상기 리턴 스프링 써포트(142)을 가압한 후, 상기 스냅 링(145)을 상기 케이스(110)에 체결하므로, 변속기의 생산 싸이클이 길어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 피스톤을 2개를 설치하되 탠덤(tandem)식으로 배열하여 주어진 설치 공간 내에서 최대한의 토크 용량을 확보하도록 하여, 마찰 디스크의 수를 감소시킬 수 있는 유압클러치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 변속기 조립라인에서 유압브레이크의 조립시간을 단축하기 위해, 피스톤, 리턴 스프링 등을 일체화시킨 피스톤 모듈로 공급함으로써, 작업자가 피스톤 모듈을 실린더에 삽입하고 프레스의 사용 없이 피스톤 모듈을 스냅 링으로 체결만 하게 함으로써 변속기의 조립시간을 대폭 단축시키는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 유압브레이크는 변속기의 케이스에 형성된 실린더, 상기 실린더 내에 설치되며 작동 유압에 의하여 작동하는 피스톤 모듈, 상기 피스톤 모듈의 작동에 의해 축 방향으로 가압되는 작동 플레이트들; 그리고 상기 작동 플레이트들과 교대로 배치되어 가압되는 마찰 디스크들;을 포함할 수 있다.

상기 피스톤 모듈은 제1피스톤, 제2피스톤, 제1리테이너, 제2리테이너 및 리턴 스프링으로 구성되며 각각이 조립되어 하나의 모듈로 되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤의 외경부는 상기 실린더와 밀착하고 그 내경부는 상기 제1리테이너의 내경부와 밀착되어 작동유압에 의해 축방향으로 왕복운동을 한다. 상기 제1피스톤의 외경부와 내경부에는 씰링부재가 각각 구비되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤의 외경부는 상기 작동 플레이트 및 상기 마찰 디스크를 가압하기 위한 연장부를 포함할 수 있다.

상기 연장부는 제2피스톤의 외경부와 고정수단에 의하여 고정되며, 상기 제2피스톤의 또 다른 외경부는 상기 제1리테이너의 외경부와 밀착된다.

또한 상기 제2피스톤의 내경부는 상기 제2리테이너와 밀착되며, 상기 제2피스톤은 작동유압에 의해 상기 제1피스톤과 함께 왕복운동을 한다. 상기 제2피스톤의 내경부와 상기 제2리테이너 사이 및 상기 제2피스톤의 외경부 및 제1리테이너의 외경부 사이에는 씰링부재가 각각 구비되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤과 상기 제1리테이너 사이에 형성되는 공간에 상기 리턴 스프링이 배치될 수 있다.

상기 제1리테이너 및 상기 제2리테이너는 프레스 등의 방법으로 가압, 조립되며, 상기 제2피스톤에 작동유압을 공급하기 위한 유로가 형성되어 있을 수 있다.

상기 실린더와 상기 피스톤 모듈 사이에는 작동유압의 밀봉을 위한 씰링부재가 설치될 수 있다.

상기 피스톤 모듈은 상기 실린더에 삽입된 후, 스냅 링에 의해 상기 케이스에 고정될 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 유압브레이크는 변속기의 케이스에 형성된 실린더, 상기 실린더 내에 설치되며 작동 유압에 의하여 작동하는 피스톤 모듈, 상기 피스톤 모듈의 작동에 의해 축방향으로 가압되는 작동 플레이트들; 그리고 상기 작동 플레이트들과 교대로 배치되어 가압되는 마찰 디스크들을 포함할 수 있다.

상기 피스톤 모듈은 제1피스톤, 제2피스톤, 리테이너 및 리턴 스프링으로 구성되며 각각이 조립되어 하나의 모듈로 되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤의 외경부는 상기 리테이너에 밀착되고 그 내경부는 상기 실리더의 내경부와 밀착되어 작동유압에 의해 축방향으로 왕복운동을 한다. 상기 제1피스톤의 외경부와 내경부에는 씰링부재가 각각 구비되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤의 내경부에는 상기 제2피스톤과 연결, 고정되기 위한 연장부가 형성되어 있을 수 있다.

상기 연장부와 상기 리테이너 사이에는 씰링부재가 구비되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤의 상기 연장부는 제2피스톤의 내경부와 고정수단에 의하여 고정된다.

상기 제2피스톤의 외경부는 상기 리테이너와 밀착되며, 상기 제2피스톤은 작동 유압에 의해 상기 제1피스톤과 함께 왕복운동을 한다.

상기 제2피스톤의 외경부 및 리테이너 사이에는 씰링부재가 구비되어 있을 수 있다.

상기 제2피스톤은 상기 작동 플레이트 및 상기 마찰 디스크를 가압하기 위한 연장부를 포함할 수 있다.

상기 제2피스톤과 상기 리테이너 사이에 형성되는 공간에 상기 리턴 스프링이 배치될 수 있다. 상기 리턴 스프링은 스냅 링에 의해 리테이너에 고정될 수 있다.

상기 리테이너에는 제2피스톤에 작동유압을 공급하기 위한 유로가 형성되어 있을 수 있다.

상기 실린더와 상기 피스톤 모듈 사이에는 작동유압의 밀봉을 위한 씰링부재가 설치될 수 있다.

상기 피스톤 모듈은 상기 실린더에 삽입된 후, 스냅 링에 의해 상기 케이스에 고정될 수 있다.

본 발명에 의하면, 제한된 공간 내에 2개의 피스톤을 효과적으로 설치하여 피스톤의 작용력을 증가시킨 피스톤 모듈을 사용함으로써. 브레이크의 크기나 마찰 다스크의 수를 증가시키지 않고도 브레이크의 토크 용량을 증가시킬 수 있다.

한편, 증가된 토크 용량만큼 마찰 디스크의 수를 감소시킬 수 있는데, 이로 인해 브레이크의 드래그 토크는 감소한다. 감소된 드래그 토크는 자동변속기의 효율을 증대시키고 이로 인해 자동차의 연비가 향상된다.

또한, 증가된 토크 용량만큼 오일펌프의 토출유압을 낮출 수도 있어 자동변속기의 효율이 증대된다.

한편, 본 발명에 의하면 변속기 조립라인에서는 피스톤, 리테이너 및 리턴 스프링 등을 미리 조립하여 일체화시킨 피스톤 모듈만 삽입하면 되므로, 기존의 상기 부품들을 별개로 각각 조립할 경우와 대비하여 생산 싸이클이 단축되는 효과가 있다.

통상 자동변속기에는 2~3개의 유압브레이크가 사용되므로 이를 모두 모듈화 시킨다면, 변속기의 효율이 큰 폭으로 향상될 뿐만 아니라 자동변속기의 생산 싸이클도 크게 짧아져 생산원가가 절감될 수 있다.

한편 기존의 유압브레이크와 대비, 본 발명의 피스톤 모듈에서는 2~3개의 부품이 증가하나, 이로 인해 고가의 마찰 디스크 및 작동 플레이트들이 다수 개 삭제되므로 오히려 변속기의 재료원가 절감에 기여할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 제1실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 비작동 상태를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 피스톤 모듈의 단면도이다.

본 발명의 실시예들에 따른 유압브레이크는 설명의 편의를 위하여 자동변속기에 적용되는 경우를 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하고 일반 기계에도 적용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 자동변속기의 유압브레이크(200)는 변속기의 케이스(210)에 형성된 실린더(230), 상기 실린더(230) 내에 설치되며 작동 유압에 의하여 작동하는 피스톤 모듈(220), 상기 피스톤 모듈(220)의 작동에 의해 축방향으로 가압되는 작동 플레이트(260)들; 그리고 상기 작동 플레이트들(160)과 교대로 배치되어 가압되는 마찰 디스크들(270)을 포함한다.

상기 피스톤 모듈(220)은 스냅 링(241)에 의하여 상기 케이스(210)에 지지,고정되며, 상기 케이스(210)에는 상기 피스톤 모듈(220)에 작동유압을 공급하기 위한 오일 홀(212)과 오일 포켓(oil pocket)(214)이 형성되어 있다. 또한, 상기 피스톤 모듈(220)과 상기 실린더(230) 사이에는 제1챔버(235)가 형성되어 있으며, 상기 제1챔버(235)는 상기 오일 포켓(214)과 연통되어 있다.

상기 피스톤 모듈(220)과 상기 케이스(210) 사이에는 작동유압의 밀봉을 위한 씰링부재(218)가 구비되어 있다.

상기 오일 홀(212)와 상기 오일포켓(214)를 통해 작동유압이 상기 제1챔버(235)에 공급되면, 상기 피스톤 모듈(220)의 상단부는 도2에서 좌측으로 이동하여 작동 플레이트들(260) 및 마찰 디스크들(270)을 가압하여 변속기내의 회전부재와 연결된 브레이크 허브(250)를 정지시킨다. (도 5 참조)

작동유압의 공급이 중단되면 상기 피스톤 모듈(220)은 내장된 리턴 스프링의 작용에 의해 원래의 위치로 복원된다.

이하 피스톤 모듈(220)의 구조와 작동원리를 도3을 통해 자세히 설명한다.

상기 피스톤 모듈(220)은 제1피스톤(222), 제2피스톤(245), 제1리테이너(280), 제2리테이너(290) 및 리턴 스프링(240)으로 구성되며 각각이 조립되어 하나의 모듈로 이루어진다.

상기 제1피스톤(222)의 외경부는 상기 실린더(230)의 외경부와 밀착되고(도2) 그 내경부는 상기 제1리테이너(280)의 내경부와 밀착되며, 상기 제1피스톤(220)은 상기 제1챔버(235)에 공급되는 작동유압에 의해 축방향으로 왕복운동하게 한다. 상기 제1피스톤(222)의 외경부와 내경부에는 씰링부재(223, 224)가 각각 구비되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤(222)의 외경부에는 상기 작동 플레이트들(260) 및 상기 마찰 디스크들(270)를 가압하기 위한 연장부(225)가 형성되어 있다.

상기 연장부(225)는 상기 제2피스톤(245)의 외경부와 고정수단(247)에 의하여 고정되며, 또한 상기 제2피스톤(245)의 외경부는 상기 제1리테이너(280)의 외경부와 밀착된다. 상기 고정수단(247)은 핀(pin), 볼트, 코킹(calking) 등과 같은 수단일 수 있다.

상기 제2피스톤(245)의 내경부는 상기 제2리테이너(290)와 밀착되며, 상기 제2피스톤(245)은 작동유압에 의해 상기 제1피스톤(222)과 함께 왕복운동을 한다. 상기 제2피스톤(245)의 내경부와 상기 제2리테이너(290) 사이 및 상기 제2피스톤(245)의 외경부 및 제1리테이너(280)의 외경부 사이에는 씰링부재(292, 285))가 각각 구비되어 있다.

상기 제1리테이너(280) 및 상기 제2리테이너(290)는 프레스 등의 방법으로 가압, 조립되며, 도4에서와 같이 상기 제2피스톤(245)에 작동유압을 공급하기 위한 유로(284, 294)가 형성되어 있을 수 있다. 또한 상기 제1리테이너(280)의 내경부의 우측일단은 상기 실린더(230)의 내벽과 맞닿아 있어 도면에서 상기 피스톤 모듈(220)의 우측방향 움직임을 제한한다. (도 2 참조)

도 3에서와 같이 상기 제1피스톤(222)과 상기 제1리테이너(280) 사이에 형성되는 공간(295)에 상기 리턴 스프링(240)이 설치될 수 있다. 상기 리턴 스프링(240)은 도시된 바와 같은 코일형 웨이브 스프링(coiled wave spring) 뿐만 아니라 접시 스프링(disc spring), 멀티 코일 스프링(multi coil spring) 등이 사용될 수 있다.

상기 피스톤 모듈(220)은 상기 실린더(230)에 삽입된 후, 상기 스냅 링(241)에 의해 상기 케이스(210)에 고정되어 도면에서 좌측방향의 움직임이 제한된다.

도 2, 도3, 도 4 및 도5에서 상기 오일 홀(216)과 상기 오일포켓(214)을 통해 상기 제1챔버(235)에 유입된 작동오일은 상기 제1피스톤(222)을 도면에서 좌측으로 가압하여 상기 리턴 스프링(240)의 반발력을 이기고 상기 작동 플레이트들(260) 및 상기 마찰 디스크들(270)을 가압하게 된다.

한편, 상기 작동오일은 도 4에서와 같이 제1리테이너(280) 및 제2리테이너(290)에 형성된 오일통로(284, 294)를 통해 제1리테이너(280), 제2리테이너(290)및 제2피스톤(245) 사이에 형성된 제2챔버(287)에도 공급되어 제2피스톤(245)에도 작용하며 상기 제2피스톤(245)을 도면에서 좌측으로 가압하게 된다.

그런데, 상기 제2피스톤(245)에 작용하는 힘은 상기 고정수단(247)을 통해 상기 제1피스톤(222)의 작용력에 더해지므로 상기 피스톤 모듈(220)은 더욱 큰 힘으로 상기 작동플레이트들(260)과 마찰 디스크들(270)을 가압하게 된다.

작동오일의 공급이 중단되면, 상기 리턴 스프링(240)의 작용에 의해 상기 제1피스톤(222)은 원래의 위치로 복원하게 되며, 상기 제1피스톤(222)과 연결된 고정수단(247)에 의해 제2피스톤(245)도 원래의 위치로 복원하게 된다.

상기 피스톤 모듈은 변속기 조립라인에 공급되기 전에 부품업체에서 미리 조립하여 납품할 수 있는데, 상기 피스톤 모듈의 바람직한 조립예를 설명하면 다음과 같다.(도 3 참조)

먼저 제1리테이너(280)와 제2리테이너(290)를 프레스 등을 통해 압입, 조립한다.

그 후 상기 제1리테이너(280) 및 제2리테이너(290)에 씰링부재(285, 292)를 각각 설치한다. 그 후 제2피스톤(245)을 상기 제1리테이너(280)와 제2리테이너(290) 사이에 삽입한다.

그 후 상기 제2리테이너(280) 상에 리턴 스프링(240)을 위치시키고 씰링부재(223, 224)가 미리 설치된 제1피스톤(222)을 제1리테이너(280)의 내경부 및 제2피스톤(245)의 외경부에 삽입한 후, 고정수단(247)을 체결하면 피스톤 모듈(220)의 조립은 완료된다.

통상적으로 유압브레이크에서 리턴 스프링은 피스톤에 일정한 예압(pre-load)를 주기 위해 스프링의 자유높이 보다 압축되어 조립되는데, 이로 인해 변속기 조립라인에서는 리턴 스프링을 가압하기 위한 프레스가 설치되어 있다.

상기 피스톤 모듈(220)에서도, 상기 제1피스톤(222)의 조립 시에는 리턴 스프링(240)을 압축하며 조립하여야 하는데 이로 인해 상기 제1피스톤(222)에는 도면에서 우측으로 반발하려는 힘이 발생한다.

그러나, 상기 제1피스톤은(222)는 상기 연장부(225)와 고정수단(247)를 통해 상기 제2피스톤(245)과 연결되어 있고, 상기 제2피스톤(245)의 우측은 제2리테이너(280)와 밀착되어 있으므로, 상기 리턴 스프링(240)의 예압에 의한 상기 제2피스톤 (245) 및 상기 제1피스톤(222)의 우측방향 움직임은 제한되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의한 피스톤 모듈(220)은 조립과정에서 그 내부에 리턴 스프링(240)의 예압이 이미 인가되어 있으므로, 변속기 생산라인에서는 프레스의 사용 없이 피스톤 모듈(220)을 실린더(230)에 삽입 후 스냅 링(241)만 체결하면 되므로 조립과정이 단순해지고, 조립시간도 대폭 단축되어 변속기의 생산원가가 절감된다. (도4참조)

또한, 본 발명에 의한 유압브레이크는 기존의 유압브레이크의 공간의 확장 없이 피스톤의 작용력을 증가시킬 수 있는 피스톤 모듈을 사용하므로, 마찰 디스크 수의 증가 없이 토크 용량을 증대 시키거나, 혹은 마찰 디스크의 수를 줄이면서 기존의 유압브레이크와 동일한 토크 용량을 유지할 수 있게 된다.

이에 따라, 유압브레이크의 비계합시 발생하는 드래크 토크를 감소시킬 수 있으며 이로 인해 변속기의 효율과 이를 사용하는 자동차의 연비를 향상 시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 제2실시예를 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 비작동 상태를 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 피스톤 모듈의 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 자동변속기의 유압브레이크(300)는 변속기의 케이스(310)에 형성된 실린더(330), 상기 실린더(330) 내에 설치되며 작동 유압에 의하여 작동하는 피스톤 모듈(320), 상기 피스톤 모듈(320)의 작동에 의해 축방향으로 가압되는 작동 플레이트(360)들; 그리고 상기 작동 플레이트들(360)과 교대로 배치되어 가압되는 마찰 디스크들(370)을 포함한 다.

상기 피스톤 모듈(320)은 스냅 링(341)에 의하여 상기 케이스(310)에 지지,고정되며, 또한 상기 케이스(310)에는 상기 피스톤 모듈(320)에 작동유압을 공급하기 위한 오일 홀(312)과 오일 포켓(oil pocket)(314)이 형성되어 있다. 또한, 상기 실린더(330)와 상기 피스톤 모듈(320) 사이에는 제1챔버(335)가 형성되어 있다.

상기 피스톤 모듈(320)과 상기 케이스(310) 사이에는 작동유압의 밀봉을 위한 씰링부재(318)가 구비되어 있다.

상기 오일 홀(312)과 상기 오일포켓(314)를 통해 작동유압이 상기 제1챔버(335)에 공급되면, 상기 피스톤 모듈(320)에는 도6에서 우측으로 작용하는 힘이 발생하여 작동 플레이트들(360) 및 마찰 디스크들(370)을 가압하여 변속기내의 회전부재와 연결된 브레이크 허브(350)를 정지시킨다. (도 9 참조)

작동유압의 공급이 중단되면 상기 피스톤 모듈(320)은 내장된 리턴 스프링의 작용에 의해 원래의 위치로 복원된다.

이하 피스톤 모듈(320)의 구조와 작동원리를 도 7을 통해 자세히 설명한다.

상기 피스톤 모듈(320)은 제1피스톤(322), 제2피스톤(345), 리테이너(380) 및 리턴 스프링(340)으로 구성되며 각각이 조립되어 하나의 모듈로 이루어진다.

상기 제1피스톤(322)의 내경부는 상기 실린더(330)의 내경부와 밀착되고(도6) 그 외경부는 상기 리테이너(380)와 밀착되며, 상기 제1챔버(335)에 공급되는 작동유압에 의해 상기 제1피스톤(322)은 축방향으로 왕복운동 한다. 상기 제1피스톤(322)의 외경부와 내경부에는 씰링부재(323, 324)가 각각 구비되어 있을 수 있다.

상기 제1피스톤(322)의 내경부에는 상기 제2피스톤(345)와 연결되기 위한 연장부(325)가 형성되어 있다. 상기 연장부(325)는 상기 제2피스톤(345)의 내경부와 고정수단(347)에 의하여 고정되며, 상기 고정수단(347)은 핀(pin), 볼트, 코킹(calking) 등과 같은 수단일 수 있다.

또한, 상기 제1피스톤(322)의 상기 연장부(325)는 상기 리테이너(380)의 내경부와 밀착되며 상기 연장부(325)와 상기 리테이너(380)의 내경부 사이에는 씰링부재(392)가 개재되어 있다.

상기 제2피스톤(345)의 외경부는 상기 리테이너(380)와 밀착되며, 상기 제2피스톤(345)은 상기 리테이너(380), 상기 제1피스톤(322) 및 상기 제2피스톤(345) 사이에 형성된 제2챔버(387)에 공급되는 작동유압에 의해 상기 제1피스톤(322)과 함께 왕복운동을 한다. 상기 제2피스톤(345)의 외경부와 상기 리테이너(380) 사이에는 씰링부재(385)가 개재되어 있다.

한편, 상기 제2피스톤(345)에는 상기 작동 플레이트들(360) 및 상기 마찰 디스크들(370)을 가압하기 위한 돌출부(375)가 형성되어 있다.

도 8에서와 같이 상기 리테이너(380)에는 상기 제2챔버(387)에 작동유압을 공급하기 위한 유로(384)가 형성되어 있을 수 있다. 또한 상기 리테이너(380)의 외경부의 좌측 일단은 상기 실린더(330)의 내벽과 맞닿아 있어 상기 피스톤 모듈(320)의 좌측방향 움직임을 제한한다.(도 6 참조)

상기 제2피스톤(345)과 상기 리테이너(380) 사이에 형성되는 공간에 리턴 스프링(340)이 설치될 수 있다. 상기 리턴 스프링(340)은 스냅 링(343)에 의해 상기 리테이너(380)에 지지, 고정된다.

상기 리턴 스프링(240)은 도시된 바와 같은 멀티 코일 스프링(multi coil spring)뿐만 아니라 코일형 웨이브 스프링(coiled wave spring), 접시 스프링(disc spring) 등이 사용될 수 있다.

상기 피스톤 모듈(320)은 상기 실린더(330)에 삽입된 후, 상기 스냅 링(341)에 의해 상기 케이스(310)에 고정되어 축방향의 움직임이 제한된다.

도 6, 도 7, 도 8 및 도 9에서 오일 홀(312)과 오일 포켓(314)을 통해 상기 제1챔버(335)에 유입된 작동오일은 상기 제1피스톤(322)을 도면에서 우측으로 가압하여 상기 리턴 스프링(340)의 반발력을 이기고 상기 작동 플레이트들(360) 및 상기 마찰 디스크들(370)을 가압하게 된다.

한편, 상기 작동오일은 도 8에서와 같이 리테이너(380)에 형성된 오일통로(384)와 제2쳄버(387)를 통해 제2피스톤(345)에도 작용하여 상기 제2피스톤(345)을 도면에서 우측으로 가압하게 된다.

그런데, 상기 제1피스톤(322)에 작용하는 힘은 상기 고정수단(347)을 통해 상기 제2피스톤(345)의 작용력에 더해지므로 상기 피스톤 모듈(320)은 더욱 큰 힘으로 상기 작동플레이트들(360)과 마찰 디스크들(370)을 가압하게 된다. (도 9)

작동오일의 공급이 중단되면, 상기 리턴 스프링(340)의 작용에 의해 상기 제2피스톤(345)는 원래의 위치로 복원하게 되며, 상기 제2피스톤(345)과 연결된 고정수단(347)에 의해 제1피스톤(322)도 원래의 위치로 복원하게 된다.

상기 피스톤 모듈(320)은 변속기 조립라인에 공급되기 전에 부품업체에서 미리 조립하여 납품할 수 있는데, 상기 피스톤 모듈(320)의 바람직한 조립예를 설명하면 다음과 같다. (도 7 참조)

먼저 리테이너(380)에 씰링부재(392)를 설치하고, 씰링부재(323, 324)가 미리 설치된 제1피스톤(322)을 리테이너(380)에 조립한다.

그 후 씰링부재(385)가 설치된 제2피스톤(345)을 리테이너(380)와 제1피스톤(322)의 연장부(325) 사이에 삽입한 후, 상기 제1피스톤(322)과 상기 제2피스톤(345)을 연결수단(347)을 통해 연결한다.

그 후 상기 제2피스톤(345) 상에 리턴 스프링(340)을 위치시키고 프레스 등으로 상기 리턴 스프링(340)을 압축한 상태에서, 스냅 링(343)을 리테이너(380)에 체결함으로써, 상기 피스톤 모듈(320)의 조립은 완료된다.

통상적으로 유압브레이크에서 리턴 스프링은 피스톤에 일정한 예압(pre- load)를 주기 위해 스프링의 자유높이 보다 압축되어 조립되는데, 이로 인해 변속기 조립라인에서는 리턴 스프링을 가압하기 위한 프레스가 설치되어 있다.

도 7의 피스톤 모듈(320)에서도, 리턴 스프링(340)을 압축하며 조립하여야 하는데 이로 인해 제2피스톤(345)에는 도면에서 좌측으로 반발하려는 힘이 발생한다.

그러나, 상기 제2피스톤(345)은 상기 리턴 스프링(340)의 반대편 측이 상기리테이너(380))와 밀착되어 있으므로, 상기 리턴 스프링(340)의 예압에 의한 상기 제2피스톤(345)의 좌측방향 움직임은 제한된다. 또한 제1피스톤(222)은 고정수단(347)에 의해 상기 제2피스톤(345)과 연결되어 있으므로 상기 제1피스톤(322)의 좌측방향 움직임도 제한된다.

이와 같이 본 발명에 의한 피스톤 모듈(320)은 조립과정에서 그 내부에 리턴 스프링(340)의 예압이 이미 인가되어 있으므로, 변속기 생산라인에서는 프레스의 사용 없이 피스톤 모듈(320)을 실린더(330)에 삽입 후 스냅 링(341)만 체결하면 되므로 조립과정이 단순해지고, 조립시간도 대폭 단축되어 변속기의 생산원가가 절감된다. (도8참조)

또한, 본 발명에 의한 유압브레이크는 기존의 유압브레이크 공간의 확장 없이 피스톤의 작용력을 증가시킬 수 있는 피스톤 모듈을 사용하므로, 마찰 디스크 수의 증가 없이 토크 용량을 증대 시키거나, 혹은 마찰 디스크의 수를 줄이면서 기 존의 유압브레이크와 동일한 토크 용량을 유지할 수 있게 된다.

이에 따라, 유압브레이크의 비계합시 발생하는 드래크 토크를 감소시킬 수 있으며 이로 인해 변속기의 효율과 이를 사용하는 자동차의 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면 도 5에서 보는 바와 같이 마찰 디스크의 수를 6매(도 1)에서 4매로 감소시킬 수 있다. 드래그 토크의 크기는 마찰 디스크의 수와 직접 비례하므로 본 발명의 실시예에서는 드래그 토크를 30% 이상 감소시킬 수 있음을 의미한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 피스톤 모듈을 사용하여 브레이크의 토크 용량을 증대시킬 수 있으므로, 브레이크에 작용하는 작동유압의 크기를 낮출 수 있다. 브레이크의 작동유압이 낮아지면 오일펌프의 토출유압도 낮출 수 있으므로, 오일펌프에서의 소모동력이 감소하여 자동변속기의 효율이 향상된다.

지금까지는 피스톤, 리테이너 및 리턴 스프링 등이 미리 조립된 클러치 모듈의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 경우에 따라서는 변속기 생산라인에서 작업자가 직접 피스톤 모듈을 구성하는 각 부품들을 직접 변속기 케이스에 조립할 수도 있다.

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 종래 기술에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 비작동 상태를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 피스톤 모듈의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 피스톤 모듈의 유압공급 통로와 피스톤모듈의 조립과정을 나타내는 단면도이다

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 마찰 디스크 수가 감소된 유압브레이크의 작동상태를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 비작동 상태를 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 피스톤 모듈의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 피스톤 모듈의 유압공급 통로와 피스톤 모듈의 조립과정을 나타내는 단면도이다

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 유압브레이크의 작동상태를 도시한 단면도이다.

Claims (19)

1. 변속기의 케이스에 형성되는 실린더;

   상기 실린더 내에 설치되며 작동 유압에 의하여 작동하는 피스톤 모듈;

   상기 피스톤 모듈의 작동에 의하여 축방향으로 가압되는 작동 플레이트들; 그리고

   상기 작동 플레이트들과 교대로 배치되어 가압되는 마찰 디스크들;

   을 포함하되,

   상기 피스톤 모듈은 상기 작동 유압에 의하여 축방향으로 이동하며 상기 작동 플레이트들과 상기 마찰 디스크들을 가압하고 서로 연결되어 함께 움직이는 제1,2피스톤과, 상기 제1,2피스톤의 축방향 움직임을 가이드하며 상기 케이스와 제1피스톤 및 제2피스톤과의 사이에 챔버를 각각 형성하여 상기 작동 유압이 제1,2피스톤에 가해지도록 하는 리테이너와, 상기 작동 유압에 대항하는 탄성력을 상기 제1피스톤 및/또는 상기 제2피스톤에 작용하는 리턴 스프링을 포함하며,

   상기 리테이너에는 상기 챔버들을 유체적으로 연통하는 유로가 형성되어 있으며,

   상기 제1,2피스톤은 고정수단에 의하여 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 케이스에는 상기 피스톤 모듈에 상기 작동 유압을 공급하기 위한 오일 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 케이스에는 하나의 오일 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 리테이너의 상기 케이스를 향하는 일단은 상기 실린더의 내벽에 맞닿아 피스톤 모듈의 케이스를 향하는 움직임을 제한하는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 피스톤 모듈의 리테이너는 상기 케이스에 장착된 스냅링에 의하여 축방향 움직임을 제한받는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤 모듈을 구성하는 부품들은 미리 조립되어 하나의 모듈로서 상기 케이스에 조립되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤 모듈을 구성하는 부품들을 별개로 구성되어 각각 케이스에 조립되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
8. 삭제
9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 리테이너는,

   상기 제1피스톤의 내경면에 밀착되고 반경 방향으로 연장되어 상기 제2피스톤의 외경면에 밀착되는 제1리테이너; 그리고

   상기 제1리테이너의 내경면에 밀착되어 상기 제1리테이너를 축방향으로 지지하며, 상기 제2피스톤의 내경면에 밀착되는 제2리테이너;

   를 포함하는 유압브레이크.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 제1리테이너와 상기 제2리테이너는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 제1리테이너와 상기 제2리테이너는 별개로 형성한 후 조립되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 제1리테이너와 상기 제1피스톤 사이에는 리턴 스프링이 배치되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
13. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

    상기 리테이너의 내주면은 상기 제1,2피스톤과 각각 밀착되며, 상기 리테이너의 내주면 중앙부는 반경 내측으로 돌출되어 상기 제2피스톤을 향하여 축방향으로 연장된 상기 제1피스톤의 연장부와 밀착되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 리턴 스프링은 상기 제2피스톤과 리테이너 또는 케이스에 장착된 스냅링 사이에서 지지되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
15. 제 5항에 있어서,

    상기 케이스와 상기 리테이너 사이에는 씰링부재가 구비된 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
16. 제 9항에 있어서,

    상기 제1피스톤의 외경면과 상기 케이스 사이 및 상기 제1피스톤의 내경면과 상기 제1리테이너 사이에는 각각 씰링부재가 구비된 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
17. 제 9항에 있어서,

    상기 제2피스톤의 외경면과 상기 제1리테이너 사이 및 상기 제2피스톤의 내경면과 상기 제2리테이너 사이에는 각각 씰링부재가 구비된 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
18. 제 13항에 있어서,

    상기 제1피스톤의 내경면과 상기 케이스 사이 및 상기 제1피스톤의 외경면과 상기 리테이너의 내주면 사이에는 각각 씰링부재가 구비된 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
19. 제 13항에 있어서,

    상기 리테이너의 중앙부와 상기 제1피스톤의 연장부 사이 및 상기 제2피스톤의 외경면과 상기 리테이너의 내주면 사이에는 각각 씰링부재가 구비된 것을 특징으로 하는 유압브레이크.

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