KR101320628B1

KR101320628B1 - 유압브레이크

Info

Publication number: KR101320628B1
Application number: KR1020100101614A
Authority: KR
Inventors: 박동훈
Original assignee: 씨스톤 테크놀로지스(주)
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2013-10-23
Also published as: KR20120058663A

Abstract

본 발명은 내부에 브레이크 작동을 위한 공간이 형성되는 케이스와, 상기 케이스 내에 유압 작동 공간을 형성하는 실린더와, 상기 실린더 내에 설치되어 유압에 의해 작동되는 피스톤 모듈과, 상기 피스톤 모듈에 의해 축방향으로 가압되는 작동 플레이트들 및 상기 작동 플레이트들과 교대로 배치되는 마찰 디스크들을 포함하고, 상기 피스톤 모듈은 상기 실린더 내로 유입되는 작동 유압에 의해 축방향으로 이동하는 제1피스톤과, 상기 제1피스톤에 상기 작동 유압에 대항하는 탄성력을 제공하는 탄성부재와, 그 외경부가 상기 제1피스톤의 외경부에 이동 가능하게 결합되고 그 내경부가 상기 탄성부재에 접하도록 설치되는 제2피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압브레이크에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 작동 플레이트와 마찰 디스크의 수를 감소시킴으로써 브레이크의 비작동시 발생하는 드래그 토크(drag torque)를 저감시킬 수 있고, 조립성을 향상시킬 수 있다.

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(143, 144)가 개재되어 있다.

상기 리턴 스프링(140)은 스냅링(145)에 의해 케이스(110)에 고정, 지지된다.

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(115)이 형성되어 상기 실린더(130)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(115)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)을 상기 실린더(130)에 각각 삽입한 후, 프레스를 사용하여 상기 리턴 스프링(140)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, 피스톤의 힘을 기구학적으로 증대시켜 주어진 설치 공간 내에서 최대한의 토크 용량을 확보하도록 하여, 마찰 디스크의 수를 감소시킬 수 있는 유압브레이크를 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 발명은 유압브레이크를 제공한다. 몇몇 실시예에서 상기 유압브레이크는 내부에 브레이크 작동을 위한 공간이 형성되는 케이스; 상기 케이스 내에 유압 작동 공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더 내에 설치되어 유압에 의해 작동되는 피스톤 모듈; 상기 피스톤 모듈에 의해 축방향으로 가압되는 작동 플레이트들; 및 상기 작동 플레이트들과 교대로 배치되는 마찰 디스크들;을 포함하고, 상기 피스톤 모듈은 상기 실린더 내로 유입되는 작동 유압에 의해 축방향으로 이동하는 제1피스톤과, 상기 제1피스톤에 상기 작동 유압에 대항하는 탄성력을 제공하는 탄성부재와, 그 외경부가 상기 제1피스톤의 외경부에 이동 가능하게 결합되고 그 내경부가 상기 탄성부재에 접하도록 설치되는 제2피스톤을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1피스톤의 외경과 내경이 상기 실린더의 내주면과 접하는 부분에는 씰링부재가 각각 설치될 수 있다.
상기 제1피스톤의 외경부는 축방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 연장부를 포함하고, 상기 제2피스톤의 외경부는 상기 연장부의 내주면에 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 연장부에는 축방향으로 가이드홀이 형성되고, 상기 제2피스톤에는 상기 가이드홀에 대응하는 가이드홈이 형성되며, 상기 가이드홀을 통과하여 상기 가이드홈에 체결되는 가이드핀에 의해 상기 제2피스톤이 상기 제1피스톤에 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 탄성부재는 링 형상의 제1림; 그리고 상기 제1림의 내주면에서 반경 내측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 제1핑거;를 포함할 수 있다.
상기 피스톤 모듈은 상기 탄성부재의 강도를 보강하는 서브 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 플레이트는 상기 제1림에 밀착되며 링 형상의 제2림; 그리고 상기 제2림의 내주면에서 반경 내측으로 돌출되며 상기 제1핑거와 교대로 배치되는 적어도 하나 이상의 제2핑거;를 포함할 수 있다.
상기 제1핑거의 끝단과 상기 제2핑거의 끝단은 축방향 및 반경 방향으로 근처에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 실린더에 장착되는 스냅 링에 의하여 상기 제1핑거의 끝단부와 상기 제2핑거의 끝단부는 동시에 지지되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2피스톤의 외경부에는 상기 작동 플레이트들과 상기 마찰 디스크들을 가압하기 위한 가압부가 축방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 피스톤 모듈은 상기 제1피스톤, 상기 탄성부재 및 상기 제2피스톤을 하나의 모듈로 하여 미리 제작되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1피스톤은 상기 탄성부재를 통하여 상기 제2피스톤에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하고, 상기 제2피스톤은 상기 제1피스톤으로부터 전달받은 작동유압에 해당하는 힘을 가압력으로 변환하여 상기 작동 플레이트에 전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1피스톤이 상기 탄성부재에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하는 지점의 반경은 상기 탄성부재가 상기 제2피스톤에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하는 지점의 반경보다 커서 상기 가압력은 상기 작동유압에 해당하는 힘보다 커지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제한된 공간 내에서 피스톤의 힘을 기구학적으로 증대시키는 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 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, 본 발명으로 인해 고가의 마찰 디스크 및 작동 플레이트들이 다수 개 삭제되므로 오히려 변속기의 재료원가 절감에 기여할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 비작동 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 모듈의 조립 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 모듈의 분해 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 모듈의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 모듈의 분해 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동변속기의 유압브레이크의 비작동 상태를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 모듈의 조립도, 도 4는 피스톤 모듈의 분해단면도이다. 도 5는 피스톤 모듈의 작동상태를 나타내며, 도 6은 피스톤 모듈의 분해 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 유압브레이크는 설명의 편의를 위하여 자동변속기에 적용되는 경우를 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하고 유압이나 공압 등을 사용하는 일반 기계에도 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 자동변속기의 유압브레이크(200)는 변속기의 케이스(210)에 형성된 실린더(230)와, 상기 실린더(230) 내에 설치되며 작동 유압에 의하여 작동하는 피스톤 모듈(220)과, 상기 피스톤 모듈(220)의 작동에 의해 축방향으로 가압되는 작동 플레이트들(260) 그리고 상기 작동 플레이트들(260)과 교대로 배치되어 가압되는 마찰 디스크들(270)을 포함할 수 있다.
상기 케이스(210)은 브레이크 작동을 위한 공간을 제공하는 부분으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 케이스(210)의 일측에는 실린더(230)가 형성되어 피스톤 모듈(220)이 상기 실린더(230) 내부에 장착될 수 있다.
또한, 상기 케이스(210)에서 상기 피스톤 모듈(220)이 장착되는 내주면 상에는 상기 피스톤 모듈(220)을 고정하기 위한 장착 홈(231)이 형성될 수 있다. 상기 피스톤 모듈(220)이 상기 실린더(230) 내부에 장착된 상태에서 스냅 링(245)를 장착 홈(231)에 결합함으로써 피스톤 모듈(220)을 고정하고 이탈을 방지한다.
상기 케이스(210)의 일측면에는 피스톤 모듈(220)이 장착된 상기 실린더(230) 내부로 작동유압을 공급하기 위하여 외부와 연결된 오일 홀(215)이 형성될 수 있다.
상기 케이스(210)의 타측 내주면에는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 작동 플레이트들(operating plates)(260)이 스플라인(spline) 구조로 설치될 수 있다.
그리고, 상기 케이스(210)의 내부에는 상기 작동 플레이트들(260)과 번갈아 배치되는 복수개의 마찰 디스크들(friction disks)(270)이 구비될 수 있다. 상기 복수개의 마찰 디스크들(270)은 자동변속기 내의 브레이크 허브(brake hub)(250)의 외주면에 스플라인(spline) 구조로 설치될 수 있다.
작동 플레이트들(260)과 마찰 디스크들(270)은 그들 사이의 마찰력에 의해 계합(engage)하게 되고 이로 인해 브레이크 허브(250)의 회전이 정지된다.
상기 피스톤 모듈(220)은 작동 유압에 의해 상기 작동 플레이트(260)들을 일측에서 가압함으로써 상기 작동 플레이트들(260)과 상기 마찰 디스크들(270)을 계합시키는 힘을 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 피스톤 모듈(220)은 제1피스톤(290), 제2피스톤(280), 탄성부재(240), 서브 플레이트(255) 및 가이드핀(285) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1피스톤(290)은 상기 실린더(230) 내로 유입되는 작동 유압에 의해 축방향으로 이동하여 작동 유압에 의한 힘을 전달하는 역할을 한다. 상기 제1피스톤(290)은 도 2 또는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 실린더(230)의 내주면에 밀착되며 링 형상으로 형성된다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1피스톤(290)의 외경과 내경에서 상기 실린더(230)의 내주면과 접하는 부분에는 원주를 따라 홈이 형성되고, 여기에 씰링부재(243, 244)가 각각 설치됨으로써 오일의 누설을 방지하고 먼지와 같은 외부의 이물질이 실린더(230) 내부로 침투하는 것을 방지한다.
한편, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1피스톤(290)의 외경부에는 상기 제2피스톤(280)을 가이드하기 위하여 축방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 연장부(222)를 포함할 수 있다.
상기 연장부(222)의 중앙 부분에는 소정 길이로 가이드홀(224)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2피스톤(280)의 외주면 상에는 소정 깊이로 가이드홈(286)이 형성되어 상기 가이드홀(224)를 관통한 가이드핀(285)이 상기 가이드홈(286)에 체결될 수 있다. 이러한 구조로 인해 상기 제2피스톤(280)의 외주면은 상기 제1피스톤(290)의 상기 연장부(222)의 외경 측의 내주면에 섭동 가능하게 밀착되며, 상기 가이드홀(224)의 길이에 따라 상기 제2피스톤(280)의 섭동 범위가 정해진다.
상기 제2피스톤(280)은 상기 작동 플레이트들(260)과 상기 마찰 디스크들(270)들을 직접 가압하는 부분으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1피스톤(290)과 상기 탄성부재(240)의 이동에 의해 전달되는 힘으로 상기 작동 플레이트들(260)의 일측을 직접 가압하게 된다. 이에 따라 상기 작동 플레이들(260)은 상기 마찰 디스크들(270)과 계합하여 브레이크 허브(250)의 회전을 정지시키게 된다.
하나 또는 다수의 실시예에서 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제2피스톤(280)의 외경부에는 상기 작동 플레이트(260)를 가압하기 위한 가압부(282)가 축방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2피스톤(280)의 내경부는 상기 탄성부재(240)와 접촉부(287)를 통해 접하도록 설치될 수 있다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 접촉부(287)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2피스톤(280)의 끝단부의 모서리 부분이 될 수 있으며, 모서리 부분을 곡면으로 형성하여 상기 탄성부재(240)와 접하도록 할 수 있다.
상기 탄성부재(240)는 상기 제1피스톤(290) 및 상기 제2피스톤(280) 사이에 설치되어, 외경부는 상기 제1피스톤(290)의 내주면을 가압하여 상기 작동 유압에 대항하는 탄성력을 제공하고, 일측은 상기 제2피스톤(230)의 내경부와 접하도록 설치된다.
이로 인해 상기 제2피스톤(280)은 도 2에 단면도로 도시된 바와 같이 상기 제1피스톤(290)의 외경과 상기 탄성부재(240)을 사이를 연결하게 되며, 지렛대 원리가 작용되어 유압에 의해 작동 플레이트들(260)을 가압하는 힘을 증가시키는 역할을 한다. 즉, 상기 제1피스톤(290)이 상기 탄성부재(240)에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하는 지점의 반경이 상기 탄성부재(240)가 상기 제2피스톤(280)에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하는 지점의 반경보다 크므로 상기 제2피스톤(280)이 상기 작동 플레이트들(260)을 가압하는 힘은 상기 작동유압에 해당하는 힘보다 커지게 된다. 이에 대해서는 하기 유압브레이크의 작동원리를 설명하는 부분에서 보다 자세하게 설명한다.
하나 또는 다수의 실시예에서, 상기 탄성부재(240)는 도 2 또는 도 6에 도시된 바와 같이 환형의 리턴 스프링(240)으로서 링 형상의 제1림(242)과, 상기 제1림(242) 내주면에서 반경 내측으로 돌출되어 상기 실린더 내부에 설치되는 적어도 하나 이상의 제1핑거(241)를 포함할 수 있다.
상기 리턴 스프링(240)의 제1핑거(241)는 상기 케이스(210)의 내주면에 설치되어 상기 리턴 스프링(240)을 지지하고, 상기 제1림(242)는 상기 제1피스톤(290)의 외경측 내주면을 탄성적으로 가압하게 된다.
한편, 이 경우 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2피스톤(280)의 내경부는 상기 제1림(242)의 내경부 일측과 접하도록 설치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 상기 리턴 스프링(240)이 상기 실린더의 내주면에 설치된 상태에서 상기 케이스(210)의 장착 홈(231)에 스냅 링(245)을 장착하여 상기 제1핑거(241)을 지지하고 고정할 수 있다.
한편, 상기 리턴 스프링(240)과 상기 제1피스톤(290) 사이에는 서브 플레이트(255)가 설치될 수 있다.
상기 서브 플레이트는(255)는 피스톤 모듈(220) 작동시 상기 리턴 스프링(240)의 강도를 보강하는 역할을 한다.
서브 플레이트(255)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 전체적으로 상기 리턴 스프링(240)과 유사한 링 형상의 구조를 가질 수 있다.
하나 또는 다수의 실시예에서, 상기 서브 플레이트(255)의 외경부는 링 형상의 제2림(256)으로써 상기 제1피스톤(290) 내주면과 접촉하고 있고, 그 내경부에는 상기 제2림(256)의 내주면에서 반경 내측으로 돌출되어 상기 케이스(210) 내부에 설치되는 적어도 하나 이상의 제2핑거(257)가 형성될 수 있다.
상기 제2핑거(257)는 도 2 또는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1핑거(241)와 교대로 배치함으로써 상기 실린더(230)에 함께 설치될 수 있다. 상기 리턴 스프링(240)과 상기 서브 플레이트(255)를 접촉하면 제1림(242)과 제2림(256) 부분은 서로 밀착되며, 제1핑거(241)와 제2핑거(257)는 번갈아 배치된다. 이 경우 상기 제1핑거(241)의 끝단과 상기 제2핑거(257)의 끝단은 축방향 및 반경 방향으로 근처에 위치할 수 있다.
이 상태에서 상기 피스톤 모듈(220)을 상기 실린더(230) 내부에 장착한 후 상기 케이스(210)의 장착 홈(231)에 스냅링(245)을 장착 하여 상기 제1핑거(241)와 상기 제2핑거(257)를 동시에 지지할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 피스톤 모듈(220)은 제1피스톤(290), 제2피스톤(280), 리턴 스프링(240), 서브 플레이트(255) 및 가이드핀(285) 등을 미리 조립하여 일체로 이루어진 모듈로 제작할 수 있다.
이와 같이 미리 조립하여 일체화시킨 피스톤 모듈(220)은 상기 실린더(210) 내부에 삽입하고 스냅링(245)만 장착하면 설치가 끝나게 되므로, 기존의 상기 부품들을 별개로 각각 조립할 경우와 대비하여 생산 싸이클이 단축되고, 교체가 용이하게 되는 효과가 있다.
이하 본 발명의 실시예에 의한 상기 피스톤 모듈(220)의 작동원리에 대해 설명한다. 도 5는 피스톤 모듈의 작동상태를 나타낸다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 작동유압이 상기 오일 홀(215)을 통해 상기 실린더(230)에 공급되면 상기 제1피스톤(290)은 도면에서 좌측으로 이동한다.
이때 상기 제1피스톤(290)과 접촉하고 있던 상기 서브 플레이트(255)는 상기 리턴 스프링(240)에 피스톤력(F1)을 전달하며 상기 리턴 스프링(240)과 함께 좌측으로 움직인다. 그런데, 상기 리턴 스프링(240)은 상기 제2피스톤(280)과 상기 접촉부(287)를 통해 접촉하고 있으므로 상기 리턴 스프링(240)의 움직임이 상기 제2피스톤(280)에 전달되어 상기 제2피스톤의 상기 가압부(282)는 상기 작동 플레이트(260)를 가압하게 되어 유압브레이크가 작동하게 된다. 즉, 상기 제1피스톤(290)의 유압에 의한 힘이 서브 플레이트(255), 리턴 스프링(240) 및 접촉부(287)를 통해 제2피스톤(280)에 전달되는 것이다.
작동유압이 해제되면 상기 리턴 스프링(240)은 상기 서브 플레이트(255) 및 상기 제1피스톤(290)을 도면에서 우측으로 이동시켜 원래의 위치로 되돌려, 브레이크의 작동이 해제된다. 이때 상기 제2피스톤(280)은 상기 가이드홀(224)에 삽입된 상기 가이드핀(285)에 의해 원래의 위치(도 5에서 우측)로 복귀된다.
한편, 상기 서브 플레이트는(255)는 상기 리턴 스프링(240)의 강도를 보강하기 위해 설치된 것으로 경우에 따라서는 생략되어, 제1피스톤(290)의 힘이 직접 리턴 스프링(240)을 통해 제 2피스톤(280)에 작용하게 할 수도 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이 제1피스톤(290)의 피스톤력(F1)이 상기 제2피스톤(280)에 전달될 때 리턴 스프링(240)의 레버 효과에 의해 상기 제2피스톤(280)이 상기 작동 플레이트들(260)을 가압하는 힘은 증대되어 나타나는데 그 원리를 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시한 바와 같이 작동유압에 의해 상기 제1피스톤(290)에 작용하는 피스톤력(F1)은 제1작용점(a)를 통해 서브 플레이트(255) 및 리턴 스프링(240)에 작용하고, 상기 제2피스톤(280)은 리턴 스프링(240)과 제2작용점(b)에서 접촉하여 리턴 스프링(240)으로부터 가압력(F2)을 전달받는다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 피스톤 모듈(220)의 구조의 경우 상기 제1작용점(a)은 상기 리턴 스프링(240)이 상기 제1피스톤(290)의 외측 내주면을 가압하여 복원력을 제공하는 지점에 형성되고, 상기 제2작용점(b)은 상기 제2피스톤(280)의 내경부가 상기 리턴 스프링(240)의 일측과 접하는 지점에 형성된다.
따라서 제2작용점(b)은 제1작용점(a)보다 힌지점(o)에 가깝게 위치하게 되고, 이에 따라 리턴 스프링(240)이 제2피스톤(280)에 전달하는 가압력(F2)은 리턴 스프링(240)이 제1피스톤(290)으로부터 전달받는 작동 유압에 해당하는 힘(F1)보다 커지게 된다. 즉, 지렛대 원리에 의하여 [식 1]과 같은 관계식이 성립된다.
[식 1]
F1 * L1 = F2 * L2
여기서, L1은 리턴 스프링(240)이 장착되는 힌지점(o)으로부터 제1작용점(a)까지의 수직 거리이며, L2는 힌지점(o)으로부터 제2작용점(b)까지의 수직 거리이다.
도 5에 도시된 바와 같이, L1이 L2보다 크므로 제2피스톤(280)의 가압력(F2)은 작동 유압에 해당하는 제1피스톤(290)의 피스톤력(F1)보다 커지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 동일한 작동 유압에 의하여 발생하는 피스톤 모듈(혹은 제2 피스톤)의 가압력(F2)이 증가하게 되는 효과가 있다.
즉, 동일한 작동 유압 하에서 단순하게 제1피스톤(290)을 이동시켜 생성되는 피스톤력(F1)만으로 작동 플레이트(260)를 가압하는 것 보다, 상기 제2피스톤(280)의 외경부를 상기 제1피스톤(290)의 외경 측에 결합하고, 상기 제2피스톤(280)의 내경부를 상기 리턴 스프링(240)의 일측에 접촉시킴으로써 지렛대 원리에 의해 더 큰 힘(F2)으로 작동 플레이트(260)를 가압할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 마찰 디스크(270)의 수를 줄이더라도 충분한 토크 용량을 확보할 수 있게 된다. 도1과 도2를 비교해 보면 마찰 디스크(270)의 수가 6매에서 3매로 줄어든 것을 볼 수 있다. (50% 감소)
한편 본 발명에 의한 피스톤 모듈(220)은 조립과정에서 그 내부에 리턴 스프링(240)의 예압이 이미 인가되어 상기 가이드핀(285)에 의해 지지되므로, 변속기 생산라인에서는 프레스의 사용 없이 피스톤 모듈(220)을 실린더(230)에 삽입 후 스냅 링(245)만 체결하면 되므로 조립과정이 단순해지고, 조립시간도 대폭 단축되어 변속기의 생산원가가 절감된다.
또한, 본 발명에 의한 유압브레이크는 기존의 유압브레이크의 공간의 확장 없이 피스톤의 작용력을 증가시킬 수 있는 피스톤 모듈(220)을 사용하므로, 마찰 디스크 수의 증가 없이 토크 용량을 증대시키거나, 혹은 마찰 디스크의 수를 줄이면서 기존의 유압브레이크와 동일한 토크 용량을 유지할 수 있게 된다.
이에 따라, 유압브레이크의 비계합시 발생하는 드래그 토크(drag torque, 유체 이음에서 슬립률 100%인 경우의 입력축 토크)를 감소시킬 수 있으며 이로 인해 변속기의 효율과 이를 사용하는 자동차의 연비를 향상시킬 수 있다.
드래그 토크(drag torque)의 크기는 마찰 디스크의 수와 직접 비례하므로 본 발명의 실시예에서는 드래그 토크를 50% 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, 리턴 스프링 및 서브 플레이트 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.

삭제

200: 유압브레이크 210: 케이스
220: 피스톤 모듈 230: 실린더
240: 탄성부재 250: 브레이크 허브
260: 작동 플레이트 270: 마찰 디스크
280: 제2피스톤 290: 제1피스톤

Claims

내부에 브레이크 작동을 위한 공간이 형성되는 케이스;
상기 케이스 내에 유압 작동 공간을 형성하는 실린더;
상기 실린더 내에 설치되어 유압에 의해 작동되는 피스톤 모듈;
상기 피스톤 모듈에 의해 축방향으로 가압되는 작동 플레이트들; 및
상기 작동 플레이트들과 교대로 배치되는 마찰 디스크들;
을 포함하고,
상기 피스톤 모듈은 상기 실린더 내로 유입되는 작동 유압에 의해 축방향으로 이동하는 제1피스톤과, 상기 제1피스톤에 상기 작동 유압에 대항하는 탄성력을 제공하는 탄성부재와, 그 외경부가 상기 제1피스톤의 외경부에 이동 가능하게 결합되고 그 내경부가 상기 탄성부재에 접하도록 설치되는 제2피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제1항에 있어서,
상기 제1피스톤의 외경과 내경이 상기 실린더의 내주면과 접하는 부분에는 씰링부재가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제2항에 있어서,
상기 제1피스톤의 외경부는 축방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 연장부를 포함하고, 상기 제2피스톤의 외경부는 상기 연장부의 내주면에 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제3항에 있어서
상기 연장부에는 축방향으로 가이드홀이 형성되고, 상기 제2피스톤에는 상기 가이드홀에 대응하는 가이드홈이 형성되며,
상기 가이드홀을 통과하여 상기 가이드홈에 체결되는 가이드핀에 의해 상기 제2피스톤이 상기 제1피스톤에 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제4항에 있어서,
상기 탄성부재는
링 형상의 제1림; 그리고
상기 제1림의 내주면에서 반경 내측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 제1핑거;
를 포함하는 유압브레이크.
제5항에 있어서,
상기 피스톤 모듈은 상기 탄성부재의 강도를 보강하는 서브 플레이트를 더 포함하는 유압브레이크.
제6항에 있어서,
상기 서브 플레이트는
상기 제1림에 밀착되며 링 형상의 제2림; 그리고
상기 제2림의 내주면에서 반경 내측으로 돌출되며 상기 제1핑거와 교대로 배치되는 적어도 하나 이상의 제2핑거;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제7항에 있어서,
상기 제1핑거의 끝단과 상기 제2핑거의 끝단은 축방향 및 반경 방향으로 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제8항에 있어서,
상기 실린더에 장착되는 스냅 링에 의하여 상기 제1핑거의 끝단부와 상기 제2핑거의 끝단부는 동시에 지지되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제1항에 있어서,
상기 제2피스톤의 외경부에는 상기 작동 플레이트들과 상기 마찰 디스크들을 가압하기 위한 가압부가 축방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제1항에 있어서,
상기 피스톤 모듈은 상기 제1피스톤, 상기 탄성부재 및 상기 제2피스톤을 하나의 모듈로 하여 미리 제작되는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제1항에 있어서,
상기 제1피스톤은 상기 탄성부재를 통하여 상기 제2피스톤에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하고, 상기 제2피스톤은 상기 제1피스톤으로부터 전달받은 작동유압에 해당하는 힘을 가압력으로 변환하여 상기 작동 플레이트에 전하는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.
제12항에 있어서,
상기 제1피스톤이 상기 탄성부재에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하는 지점의 반경은 상기 탄성부재가 상기 제2피스톤에 작동유압에 해당하는 힘을 전달하는 지점의 반경보다 커서 상기 가압력은 상기 작동유압에 해당하는 힘보다 커지는 것을 특징으로 하는 유압브레이크.