KR101293648B1 - 마찰판 및 마찰판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

부드러운 맞물림과 높은 홀딩토크를 제공하는 클러치 조립체와 이에 사용되는 클러치판이 제공된다. 마찰 페이싱은 서로 다른 마찰계수와 높이를 갖는다. 또한, 제조방법 및 상기 마찰 페이싱들의 반경 중심선에서 반경방향으로 변위된 마찰 팩과 접촉하는 피스톤을 구비한 클러치 조립체가 청구된다.

홀딩토크, 클러치 조립체, 클러치판, 마찰 페이싱, 마찰계수, 피스톤

Description

마찰판 및 마찰판 제조 방법{FRICTION PLATE AND METHOD OF FABRICATING FRICTION PLATE}

<관련출원에 대한 상호참조>

본 출원은 2006년 1월13일에 출원된 미국 가출원번호 제60/759,172호와 2006년 11월 1일에 출원된 미국 가출원번호 제60/855,786호의 이익을 주장하며 이들의 전체 명세서가 참고문헌으로서 여기에 특별히 포함된다.

본 발명의 기술분야는 클러치 조립체들과 이들에 사용된 마찰판들이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 자동차의 변속기들에 사용되는 클러치 조립체들과 마찰판들에 관한 것이다.

최근 다수의 현대식 자동차용 자동 변속기, 특히 레펠티어(Lepelltier) 구조로 알려진 자동차용 자동 변속기 디자인에 있어서, 변속기의 단일 클러치는 변속기가 작동하는 기어비(gear ratio)에 따라서 매우 다양한 조건 하에서 그 기능을 수행하도록 요구된다. 낮은 토크용량 요건을 가지면서도 다른 기어에 맞물리는 동안에는 매우 높은 홀딩토크(holding torque) 요건을 가지는 기어에서 맞물림 특성(engagement properties)은 양호하고 부드러울 필요가 있다.

상기의 필요성을 만족시키기 위해, 본 발명은 낮은 토크용량 요건을 가지면서도 다른 기어에 맞물리는 동안에는 매우 높은 홀딩토크 요건을 가지는 기어에서 양호하고 부드러운 맞물림 특성을 가진 클러치 조립체를 제공한다. 또한, 본 발명은 이와 같은 클러치 조립체들에 매우 유용한 마찰판들을 제공한다.

본 발명의 다른 특징은 본 발명이 첨부 도면들과 본 발명의 상세한 설명을 통해 더욱 상세히 개시됨으로써 당업자들에게 더 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 클러치 조립체의 부분 단면도이다.

도 2는 도 1의 클러치 조립체의 작동도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마찰판의 정면도이다.

도 4는 도 3의 4-4선에 따른 도면이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 대체 실시예에 따른 마찰판의 정면도이다.

도 6은 도 5의 6-6선에 따른 도면이다.

도 7과 도 8은 도 1에 도시된 마찰판의 사용상태를 도시한 개략도이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 대체 실시예에 따른 마찰판의 측면도이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 대체 실시예에 따른 마찰판의 정면도이다.

도 1을 참고하여 본 발명의 클러치 조립체(7)가 제공된다. 상기 클러치 조립체는 허브(10)와 클러치 하우징(12)에 의해 제공되는 두 개의 회전부재들을 갖는다. 상기 클러치 하우징(12)은 축방향으로 움직일 수 있는 다수의 압력판들(14)을 구비하고 있다. 상기 압력판들(14)은 그 외경을 따라 상기 클러치 하우징(12)과 스플라인으로 연결된다. 스냅링(16)은 상기 압력판(14)을 위한 멈추개(stop)를 제공한다. 그 내경들이 상기 허브(10)의 스플라인 부분에 설치된 다수의 마찰판들(18)은 상기 압력판들(14)을 병렬로 배치한다. 적어도 하나의 마찰판(18)과 바람직하게는 그들 모두는 다수의 마찰계수들을 가진 마찰 페이싱들(20)을 갖는다.

상기 마찰판(18)은 제1높이(24)와 제1마찰계수를 가지는 반경방향 내측 제1마찰 페이싱(22)이 구비된 마찰 페이싱(20)을 갖는다. 또한, 상기 마찰판(18)은 반경방향 외측 제2마찰 페이싱(26)을 가지며, 상기 제2마찰 페이싱(26)은 더 낮은 제2높이(28) 및 상기 제1마찰계수보다 더 큰 제2마찰계수를 가진다.

상기 클러치 하우징(12) 내에 설치되는 피스톤(30)은 상기 압력판들(14)과 마찰판들(18)에 의해 제공되는 마찰 팩을 작동시키기 위해 제공된다. 상기 마찰판 마찰 페이싱(20)의 반경 중심선(34)의 반경방향 외측에 변위된 상기 압력판들(14)의 반경방향 외측 부분을 따라서 상기 피스톤(30)은 상기 압력판들(14) 중의 하나와 접촉한다.

상기 피스톤(30)의 초기 작동에 따라, 상기 압력판들(14)의 반경방향 내측 부분은 제1마찰 페이싱들(22)과 접촉한다. 상기 압력판들(14)과 상기 제2마찰 페이 싱들(26) 사이에 이격(separation)이 여전히 존재한다. 따라서, 상기 클러치 조립체(7)는 상기 제1마찰 페이싱(22)으로 인해 부드러운 쉬프팅(shifting) 성질을 갖는 클러치의 특징을 보여준다. 상기 피스톤(30)이 더욱 작동되면, 상기 마찰 팩은 회전의 외측 반경방향 면을 따라 수축하는 축방향 변위(contracting axial deflection)를 경험하게 된다. 상기 변위는 상기 마찰판 마찰 페이싱(20)의 반경 중심선(34) 외측의 상기 마찰판들(14)과 피스톤(30)의 접촉 및 상기 제2마찰 페이싱들(26)과의 갭(gap)으로 인한 제1마찰 페이싱(22)의 압축의 함수일 것이다. 상기의 변위는 상기 제1마찰 페이싱(22)에 가해지는 압력을 증가시킨다. 상기 클러치 조립체(7)가 높은 홀딩토크로 작동될 때 요구되는 상기 피스톤(30)에 의한 추가 압력은 상기 제2마찰 페이싱(26)이 상기 압력판들(14)에 추가적으로 맞물리는 원인이 된다(도 2). 증가된 마찰 계수를 갖는 상기 제2마찰 페이싱들(26)에 대한 추가적인 마찰 맞물림은 상기 클러지 조립체(7)의 홀딩토크를 크게 향상시킨다.

도 9를 참조하면, 대체 실시예로서 제1마찰 페이싱(110)과 제2마찰 페이싱(112)을 갖는 마찰판(107)이 제공된다. 상기 제 1 마찰 페이싱(110)과 제 2 마찰 페이싱(112)은 동일한 높이를 가진다. 상기 제2마찰 페이싱(112)은 더 큰 마찰계수를 갖는다. 상기 마찰판(107)이 클러치 조립체(7)에 사용될 때, 상기 클러치 조립체의 수축하는 반경방향 변위는 제1마찰 페이싱(110)에 대한 제2마찰 페이싱(112)에 의해 전해지는 피스톤 부하의 비율을 증가시킨다. 상기 제2마찰 페이싱(112)에 의해 전달되는 비례적으로 증가된 힘은 상기 클러치 조립체의 토크 전달 용량을 증가시킨다. 또한, 이 효과는 제1마찰 페이싱(110)의 압축 탄성계수(modulus of compression), 및 (덜 빳빳한) 더 낮은 압축 탄성계수를 가지는 제1마찰 페이싱(110)과 다른 제2마찰 페이싱(112)의 압축 탄성계수를 가짐으로써 향상될 수 있다. 또한, 상기한 마찰 페이싱(22, 26)(도 1 및 도 2)은 상기 수축하는 축방향 변위로 인한 차이가 나는 부하(differential loading)에 기여하는 다른 압축 탄성계수를 가질 수 있다.

도 10을 참조하여, 대체 실시예로서 다수의 버튼형태의 제2마찰 페이싱들(160)을 둘러싸는 제1마찰 페이싱(158)을 갖는 마찰판(157)이 제공된다. 상기 제2마찰 페이싱(160)은 상기 제1마찰 페이싱(158)보다 더 큰 마찰계수와 압축 탄성계수를 갖는다. 상기 제2마찰 페이싱(160)은 더 낮은 높이를 갖는다. 작동에 있어서, 상기 마찰판(157)은 이전에 설명된 마찰판들과 같은 방식으로 작동을 한다. 상기 제2마찰 페이싱들(160)은 압력판에 맞물리고 그에 따라 마찰 페이싱의 반경방향 단부들(166, 168)과 교차하는 오일홈(164)에 의해 둘러싸여질 때 더 가열되는 경향이 있다.

도 3과 도 4를 참조하여, 바람직한 실시예로서 본 발명의 클러치 조립체 및 다른 종래의 클러치에 유용한 마찰판(207)이 도시된다. 본 실시예에서 상기 마찰판(207)은 습식 마찰판이다. 상기 마찰판(207)은 코어판(210)을 갖는다. 상기 코어판(210)은 일반적으로 탄소강 또는 플라스틱으로 제작된다. 상기 코어판(210)의 내경은 비틀림 경계면을 구동부재에 제공하기 위해 스플라인 치형(212)을 갖는다. (도시되지 않은) 다른 실시예에서, 상기 코어판(210)은 비틀림 댐퍼와 연결될 수도 있다. (도시되지 않은) 또 다른 실시예에서, 상기 코어판은 외경에 스플라인 치형 을 가질 수도 있다.

제1마찰 페이싱(214)이 상기 코어판(210)의 주된 연속 외주를 따라 적어도 일측에, 도시된 바로는 양측에 연결된다. 제1마찰 페이싱(214)은 일반적으로 BW 1777 또는 BW 4300 또는 다른 적당한 재료와 같은 파이버 형태의 마찰 페이싱이다. 상기 제1마찰 페이싱(214)은 일반적으로 0.12에서 0.14 범위의 정 마찰계수와 0.14에서 0.16 범위의 동 마찰계수를 갖는다. 상기 제1마찰 페이싱(214)은 접착제나 다른 적당한 기술에 의해 상기 코어판(210)과 연결될 수 있다. 상기 제1마찰 페이싱(214)은 바람직하게는 0.4에서 1.0mm 범위의 높이(218)를 가질 수 있다.

제2마찰 페이싱(222)이 제1마찰 페이싱(214)으로부터 반경방향으로 외측으로 이격되고 상기 코어판(210)에 그의 주된 연속 외주를 따라 연결된다. 상기 제2마찰 페이싱(222)은 상기 제1마찰 페이싱(214)의 재료와 유사하게 제조되거나 또는 이의 대체 조성과 제조물로 제작될 수 있지만, 어느 경우에도 다른 마찰계수를 가진다. 도 4에 도시된 실시예에서 상기 제2마찰 페이싱(222)은 0.16에서 0.22 범위의 더 높은 정 마찰계수와 0.15에서 0.22 범위의 동 마찰계수를 갖는다. 상기 제2마찰 페이싱(222)는 바람직하게는 상기 제1마찰 페이싱(214)의 높이(218)보다 작은 0.05mm에서 0.15 범위의 높이(224)를 갖는다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 바람직한 대체 실시예로서 마찰판(237)은 제2마찰 페이싱(244)과 일체로 형성된 제1마찰 페이싱(238)을 구비하는 단일 마찰디스크를 갖는다. 상기 제1마찰 페이싱(238)은 홈(240)에 의해 반경방향으로 상기 제2마찰 페이싱(244)에서 분리된다. 상기 코어판(210)은 마찰판(237)에 대해 이전에 설명된 상기 코어판과 동일한 것일 수 있다. 상기 마찰 페이싱들(238, 244)은 파이버를 바탕으로 한 마찰재로 제작되고, 이전에 설명된 것들과 대비될 수 있는 높이(245, 247)을 갖는다. 파이버를 바탕으로 한 마찰재는 그 마찰 특성을 변경하기 위해 다양한 첨가제를 갖거나 갖지 않는 섬유 재료일 수 있다. 상기 제2마찰 페이싱(244)은 마찰 개질 포화제가 더 큰 농도로 포화되기 때문에 더 큰 정 및 동 마찰계수를 갖는다. 예를 들어 이와 같은 포화제는 페놀, 에폭시, 폴리이미드, 또는 실리콘 재료, 이들의 혼합물, 또는 기타 적당한 재료들이다. 포화 수준은 일반적으로 마찰 특성을 향상시키는 고 농도로서 5-60중량퍼센트에서 변경한다. 제작 중에 상기 제2마찰 페이싱(244)에서 상기 제1마찰 페이싱(238)으로 포화제가 침윤하는 것을 방지하는데 도움이 되도록 상기 홈(240)이 제공된다. 상기 코어판(210)에 상기 마찰 페이싱들을 연결하기 전, 연결한 후, 또는 연결하는 동안에, 상기 홈(240)은 상기 마찰 페이싱에 형성되거나 가공될 수 있다. 상기 홈(240)의 존재는 동일한 공통 재료를 사용하여 다른 변속기들 또는 변속기나 클러치 팩에 있는 다른 위치들을 위한 다른 마찰 특성을 갖는 마찰판의 제조를 가능하게 만든다. 어떤 주어진 마찰판에 대한 특정 마찰 특성은 개별적인 마찰 페이싱들의 포화 농도를 간단하게 결정함으로써 요구에 응하여 선택될 수 있다. 포화 공정은 상기 코어판(210)에 상기 마찰 페이싱들을 연결하기 전에 또는 후에 수행될 수 있다.

작동 중(도 7 및 도 8), 상기 마찰판(207)[단지 설명을 목적으로 상기 마찰판(207)의 일측면에만 보여지는 마찰 페이싱]이 제1회전부재(262)와 비틀림 운동가능하게 연결된다. 회전디스크(264)가 제공되고 이는 제2축(268)과 비틀림 운동가능 하게 연결된다. 상기 회전디스크(264)와 상기 마찰판(207)은 서로에 대해 축방향으로 움직여 비틀림 운동가능하게 맞물릴 수 있다. 맞물림 초기에, 상기 회전디스크(264)는 상기 제2마찰 페이싱(222)과 접촉하지 않고 제1마찰 페이싱(214)과 먼저 접촉한다. 이러한 상기의 동작은 기어 쉬프트 작동에 대해 부드러운 초기 맞물림을 가능하게 만든다. 상기 회전디스크(264)에 대한 증가된 압력이 상기 제2마찰 페이싱(222)의 높이로 상기 제1마찰 페이싱(214)을 압축하여 상기 제2마찰 페이싱(222)이 맞물리기 시작한다. 이어서, 상기 회전디스크(264)는 두 마찰 페이싱들(214, 222)과 맞물려 높은 홀딩토크를 제공한다. 마찰계수, 표면적, 반경방향 폭들, 마찰 페이싱들(214, 222)의 반경에 있어서의 차이가 구체적으로 지정될 수 있고 그에 따라 두개의 마찰 페이싱들(214, 222)이 상기 회전디스크(264)에 맞물릴 때 어느 마찰 페이싱도 더 큰 토크를 전달할 수 있다. 대부분의 적용에서, 상기 제1마찰 페이싱(214)의 변형은 상기 상기 제1마찰 페이싱(214)이 클러치 맞물림 압력 하에서 상기 제2마찰 페이싱(222)의 면 두께까지 압축된다는 점이다. 상기 제2마찰 페이싱(222)의 변형 특성은 추가적인 압력이 락 업된(lock up) 클러치 팩에 가해질 때, 대부분의 추가적인 부하가 상기 제2마찰 페이싱(222)에 전달된다는 점이다.

본 발명의 바람직한 실시예가 개시되지만, 본 발명은 단지 예로서 설명된 것이라 이해될 것이고, 본 발명이 다음의 청구범위에 포함되는 한 다양한 변형들이 본 발명의 정신과 범위를 벗어나는 것 없이 이루어질 수 있다.

Claims (31)

1. 코어판;

   제1높이와 제1마찰계수를 갖고, 상기 코어판과 연결되며, 파이버 재료로 형성되는 제1마찰 페이싱; 및

   상기 제1마찰 페이싱과 일체로 형성되며 홈에 의해 상기 제1마찰 페이싱으로부터 반경방향 외측으로 이격되고, 상기 제1높이보다 낮은 높이를 가짐과 아울러 상기 파이버 재료 보다 더 큰 마찰 개질 포화제의 농도에 의해 상기 제1마찰계수보다 큰 마찰계수를 가지는 제2마찰 페이싱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰판.
2. 코어판을 설치하는 단계;

   서로 다른 높이를 갖는 제1마찰 페이싱 및 제2마찰 페이싱을 가지는 파이버 마찰링을 상기 코어판에 연결시키는 단계;

   제1마찰 페이싱의 높이와 제2마찰 페이싱의 높이를 홈을 통해 반경방향으로 이격시키는 단계; 및

   제2마찰 페이싱이 제1마찰 페이싱보다 더 큰 마찰계수를 갖도록 제2마찰 페이싱을 마찰 개질 포화제로 포화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰판 제조 방법.
3. 코어판;

   상기 코어판과 연결되는 제1마찰 페이싱; 및

   상기 제1마찰 페이싱과 다른 반경 및 높이를 가지고, 상기 제1마찰 페이싱과다른 마찰계수를 가지며, 상기 코어판과 연결되는 제2마찰 페이싱;을 포함하고,

   상기 제1마찰 페이싱 및 제2마찰 페이싱은 일체형 베이스 파이버 형태의 마찰 페이싱 재료로 형성되고, 제1마찰 페이싱과 제2마찰 페이싱의 마찰계수의 차이는 마찰 페이싱에 있는 마찰 개질 포화제의 중량퍼센트에 기인하고, 상기 포화제는 폴리이미드 재료, 페놀 재료, 에폭시 재료 및 실리콘 재료를 포함하는 그룹에서 선택되고, 제1마찰 페이싱과 제2마찰 페이싱을 분리시키는 홈이 있는 것을 특징으로 하는 마찰판.
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