KR102356016B1 - 스프링 조립체 및 이것을 구비한 토크 컨버터의 록업 장치 - Google Patents

스프링 조립체 및 이것을 구비한 토크 컨버터의 록업 장치 Download PDF

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가부시키가이샤 에쿠세디
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Abstract

본 발명은, 외측 코일 스프링의 선간(線間)과 내측 코일 스프링의 단부(端部)와의 물림을 억제함으로써, 내측 코일 스프링의 양단 1 바퀴∼3 바퀴의 버(burr) 발생을 방지하는 것, 및 내측 코일 스프링의 습동(摺動)에 의한 외측 코일 스프링의 내주면의 마모를 억제하는 것을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 스프링 조립체(13)는, 토션 진동(torsional vibration)을 흡수·감쇠시키기 위한 외측 코일 스프링(20)과, 외측 코일 스프링의 내측에 배치되는 내측 코일 스프링(21)과, 스프링 시트(22)를 구비하고 있다. 내측 코일 스프링(21)은, 외측 코일 스프링(20)보다 자유 길이가 짧다. 내측 코일 스프링(21)은, 양단(兩端)의 단면(端面)에 모따기부(21a)를 가지고, 또한 양단의 1 바퀴째의 외경(L1)이 다른 부분의 외경(L)보다 직경이 작게 되어 있다.

Description

스프링 조립체 및 이것을 구비한 토크 컨버터의 록업 장치{SPRING ASSEMBLY AND LOCK-UP DEVICE FOR TORQUE CONVERTER INCLUDING SAME}
본 발명은, 스프링 조립체, 특히, 토션 진동(torsional vibration)을 흡수·감쇠시키기 위한 스프링 조립체 및 댐퍼 기구(機構)에 관한 것이다.
차량의 클러치 디스크 조립체, 플라이휠 조립체, 토크(torque) 컨버터의 록업 클러치(lock-up cluch) 등의 댐퍼 기구에는, 토션 진동을 흡수·감쇠시키기 위해 스프링 조립체가 설치되어 있다. 스프링 조립체는, 입력측 회전 부재 및 출력측 회전 부재를 원주 방향에 있어서 탄성적으로 연결하도록 배치되어 있다. 이 스프링 조립체는, 입력측 회전 부재와 출력측 회전 부재가 상대 회전함으로써, 양 부재 사이에서 회전 방향으로 압축된다. 그리고, 이와 같은 스프링 조립체와 상대 회전 시에 마찰 저항을 발생하는 마찰 저항부를 사용함으로써, 입력측 회전 부재에 입력된 토션 진동이 흡수·감쇠한다.
이와 같은 스프링 조립체로서, 코일 스프링이 2중으로 배치된 중첩 스프링(nested springs)을 사용한 것이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 중첩 스프링을 사용한 스프링 조립체는, 외측 코일 스프링과, 외측 코일 스프링의 내부에 배치되는 내측 코일 스프링을 가지고 있다. 이 경우에는, 양 코일 스프링이 압축되는 것에 의해, 단체(單體)인 경우와 비교하여 강성(剛性)이 높아지고, 발생하는 하중도 커진다.
일본공개특허 제2004-183871호 공보
특허 문헌 1에 기재된 중첩 스프링을 사용한 스프링 조립체에서는, 내측 코일 스프링의 자유 길이가 외측 코일 스프링보다 짧게 설정되어 있으므로, 내측 코일 스프링이 외측 코일 스프링의 내부에서 회전 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
이와 같은 구성에서는, 내측 코일 스프링은, 토션 진동에 의해 압축될 때 원심력에 의해 외주측으로 이동함으로써, 외측 코일 스프링의 내주면에 습동(摺動)한다. 이 때, 내측 코일 스프링의 습동에 의해, 외측 코일 스프링의 내주면이 마모된다. 또한, 습동에 의해 내측 코일 스프링의 단부(端部)가 외측 코일 스프링의 선간(線間)에 물리면, 내측 코일 스프링의 양단(兩端) 1 바퀴(winding)로부터 3 바퀴가 닳게 되어 버(burr)가 발생하고, 버가 이물질로서 습동부 등에 혼입될 우려가 있다.
본 발명의 과제는, 외측 코일 스프링의 선간과 내측 코일 스프링의 단부와의 물림을 억제함으로써, 내측 코일 스프링의 양단 1 바퀴로부터 3 바퀴의 버 발생을 방지하는 것, 및 내측 코일 스프링의 습동에 의한 외측 코일 스프링의 내주면의 마모를 억제하는 것에 있다.
본 발명의 일측면에 따른 스프링 조립체는, 토션 진동을 흡수·감쇠시키기 위한 것이며, 외측 코일 스프링과, 외측 코일 스프링의 내부에 배치되는 내측 코일 스프링을 구비하고 있다. 내측 코일 스프링은, 외측 코일 스프링보다 자유 길이가 짧고, 양단의 단면(端面)이 모따기(chamfering) 가공되고, 또한 양단의 적어도 1 바퀴째의 외경이 다른 부분의 외경보다 직경이 작다.
그러므로, 외측 코일 스프링의 선간에 내측 코일 스프링의 단부가 물리기 어려워져, 내측 코일 스프링의 양단 1 바퀴로부터 3 바퀴의 버 발생을 억제할 수 있다.
바람직하게는, 내측 코일 스프링은 외측 코일 스프링보다 표면 경도가 낮다. 이 스프링으로는, 내측 코일 스프링의 습동에 의한 외측 코일 스프링의 내주면의 마모를, 더욱 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 스프링 조립체는, 토션 진동을 흡수·감쇠시키기 위한 것이며, 외측 코일 스프링과, 외측 코일 스프링의 내부에 배치되는 내측 코일 스프링을 구비하고 있다. 내측 코일 스프링은 외측 코일 스프링보다 표면 경도가 낮다. 이에 따라, 내측 코일 스프링의 습동에 의한 외측 코일 스프링의 내주면의 마모를 억제할 수 있다.
바람직하게는, 내측 코일 스프링은, 양단의 복수 바퀴의 외경이, 양단으로 갈수록 작아지게 되어 있다. 이에 따라, 물림이나 마모를 더 한층 억제할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 토크 컨버터의 록업 장치는, 프론트 커버로부터의 동력을, 터빈을 포함하는 토크 컨버터 본체를 통하여 트랜스미션의 입력축에 전달하는 장치이며, 프론트 커버로부터의 동력이 입력되는 입력 회전 부재와, 터빈에 연결된 출력 회전 부재와, 입력 회전 부재와 출력 회전 부재의 사이에 설치된 클러치부와, 상기한 스프링 조립체를 구비하고 있다. 스프링 조립체는, 입력 회전 부재와 출력 회전 부재를 회전 방향으로 탄성적으로 연결한다.
이상과 같은 본 발명에서는, 외측 코일 스프링의 선간과 내측 코일 스프링의 단부와의 물림을 억제하고, 내측 코일 스프링의 양단 1 바퀴로부터 3 바퀴의 버 발생을 방지하고, 또한 내측 코일 스프링의 습동에 의한 외측 코일 스프링의 내주면의 마모를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태가 채용된 토크 컨버터의 종단면의 개략도이다.
도 2는 록업 장치의 부분 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 스프링 조립체의 단면도이다.
도 4는 도 3의 확대 부분도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 의한 스프링 조립체의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 내측 코일 스프링의 단면도이다.
<제1 실시형태>
<토크 컨버터의 구성>
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 스프링 조립체의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시예로서의 스프링 조립체를 가지는 토크 컨버터(1)의 종단면의 개략도를 나타내고 있다. 도 1의 좌측에 엔진(도시하지 않음)이 배치되고, 도 1의 우측에 트랜스미션(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 도 1의 O-O가 토크 컨버터의 회전축선이다.
토크 컨버터(1)는, 토크 컨버터 본체(2)와 록업 장치(3)를 가지고 있다. 토크 컨버터 본체(2)는, 주로, 프론트 커버(4), 임펠러(5), 터빈(6) 등으로 구성되어 있다. 토크 컨버터 본체(2)의 구성은, 종래와 동일하므로, 간결하게 설명한다.
프론트 커버(4)는, 엔진의 크랭크 샤프트(crank shaft)에 연결되는 원판형의 부재이다. 프론트 커버(4)는, 임펠러(5)와 함께, 토크 컨버터(1)의 작동유실(作動油室)을 구성하고 있다. 터빈(6)은, 작동유실 내에 배치되고, 임펠러(5)에 대하여 축 방향으로 대향하여 배치되어 있다. 터빈(6)의 내주부는, 후술하는 터빈 허브(7)에 연결되어 있다. 터빈 허브(7)는 트랜스미션의 메인 드라이브 샤프트(도시하지 않음)에 연결되어 있다.
터빈 허브(7)는 원통형의 부재이다. 터빈 허브(7)는, 통형의 보스(7a)와, 그 외주면에 형성된 원판형의 플랜지(7b)로 구성되어 있다. 보스(7a)의 내주면에는, 스플라인(7c)이 형성되어 있다. 스플라인(7c)은, 트랜스미션측의 메인 드라이브 샤프트와 스플라인 걸어맞추어져 있다.
<록업 장치의 구성>
여기서는, 도 1을 사용하여, 록업 장치(3)에 대하여 설명한다. 록업 장치(3)는, 프론트 커버(4)로부터 토크를 기계적으로 터빈(6)에 전달하면서, 입력된 토션 진동을 흡수·감쇠시키기 위한 장치이다. 즉, 록업 장치(3)는, 클러치 기능과 댐퍼 기능을 가지고 있다. 록업 장치(3)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 프론트 커버(4)와 터빈(6)의 사이의 공간에 배치되어 있다. 록업 장치(3)는, 주로, 피스톤(클러치부)(10)과, 드라이브 플레이트(drive plate)(입력 회전 부재)(11)와, 드리븐 플레이트(driven plate)(출력 회전 부재)(12)와, 스프링 조립체(13)로 구성되어 있다.
피스톤(10)은, 프론트 커버(4)와 터빈(6)의 사이의 공간을 축 방향으로 분할하도록 배치되어 있다. 피스톤(10)은, 환형이면서 또한 원판형의 부재이며 토크 컨버터(1) 내의 유압의 변화에 의해 축 방향으로 이동 가능한 부재이다. 피스톤(10)의 프론트 커버(4) 측의 측면에는, 환형의 마찰 페이싱(friction facing)(15)이 고정되어 있다.
마찰 페이싱(15)은, 피스톤(10)의 외주측에 설치되고, 프론트 커버(4)의 환형이면서 또한 평탄한 마찰면(4a)에 대향하고 있다.
피스톤(10)의 외주측에는, 축 방향 트랜스미션측으로 연장되는 외주측 통형부(10a)가 형성되어 있다. 또한, 피스톤(10)의 내주 둘레에는, 축 방향 트랜스미션측으로 연장되는 내주측 통형부(10b)가 형성되어 있다. 이로써, 피스톤(10)은, 터빈 허브(7)에 대하여 축 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
드라이브 플레이트(11)는, 피스톤(10)에 고정되고, 스프링 조립체(13)를 유지하고, 또한 스프링 조립체(13)에 토크를 입력하는 입력 부재로서 기능한다. 드라이브 플레이트(11)는, 환형 플레이트 부재이며, 피스톤(10)의 외주부의 축 방향 트랜스미션측에 배치되어 있다. 드라이브 플레이트(11)는, 원주 방향으로 배열된 복수의 스프링 조립체(13)의 외주측을 지지하기 위한 유지부(11a)를 가지고 있다. 유지부(11a)는, 피스톤(10)의 외주측 통형부(10a)의 내주측와 맞닿아 있다. 또한, 드라이브 플레이트(11)는, 각각의 스프링 조립체(13)의 원주 방향 양측을 지지하기 위한 지지부(11b, 11c)를 가지고 있다. 지지부(11b)는 유지부(11a)의 일부를 반경 방향 내측으로 절곡한 것이다. 지지부(11c)는, 드라이브 플레이트(11)의 원판형 부분으로부터 축 방향 트랜스미션측으로 잘라세워진 부분(cutting paat)이다.
드리븐 플레이트(12)는, 스프링 조립체(13)로부터 토크가 출력되는 부재이다. 드리븐 플레이트(12)는, 환형이면서 또한 원판형의 부재이며, 터빈(6)과 피스톤(10)의 축 방향 사이에 배치되어 있다. 드리븐 플레이트(12)의 내주부는, 원주 방향으로 배열된 복수의 리벳(17)에 의해, 터빈 허브(7)의 플랜지(7b)에 고정되어 있다. 드리븐 플레이트(12)의 외주 둘레에는, 복수의 스프링 지지 폴(spring support pawl)(12a)이 형성되어 있다. 스프링 지지 폴(12a)은, 스프링 조립체(13)의 양 단부와 맞닿아 있다.
<스프링 조립체의 구성>
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 스프링 조립체(13)는, 외측 코일 스프링(20)과, 내측 코일 스프링(21)과, 한 쌍의 스프링 시트(22)를 가지고 있다. 양 코일 스프링(20, 21)은, 드라이브 플레이트(11)와 드리븐 플레이트(12)의 사이에서, 탄성 부재로서 기능한다. 외측 코일 스프링(20)은, 직경 방향 외측에 있어서, 원주 방향으로 등(等) 간격으로 배열되고 복수 배치되어 있다.
내측 코일 스프링(21)은, 외측 코일 스프링(20)의 내부에 배치되어 있고, 외측 코일 스프링(20)보다 자유 길이가 짧게 설정되어 있다. 내측 코일 스프링(21)의 양 단면은, 도 4에 일부를 확대하여 나타낸 바와 같이, 기계적 가공에 의해 모따기부(21a)가 형성되고, 또한 양단의 1 바퀴째의 외경(L1)이 다른 부분의 외경(L)보다 직경이 작게 되어 있다. 내측 코일 스프링(21)은 자유 상태에 있어서, 외측 코일 스프링(20) 내에서 회전 방향으로 이동 가능하다. 한 쌍의 스프링 시트(22)는, 외측 코일 스프링(20)의 양 단부에 배치된다. 그리고, 여기서는, 외측 코일 스프링(20)의 양 단부에, 스프링 시트(22)를 배치하고 있는 예를 나타내지만, 스프링 시트(22)를 배치하지 않아도 된다.
<스프링 조립체의 작동>
토크 컨버터(1)에 있어서, 록업 상태(클러치 연결 상태)로 되면, 엔진으로부터의 토크는 록업 장치(3)를 통하여 터빈 허브(7)에 전달된다. 이와 같은 상태에 있어서, 엔진측으로부터 토크 변동이 입력되면, 드라이브 플레이트(11)와 드리븐 플레이트(12)의 사이에서, 스프링 조립체(13)가 회전 방향으로 신축(伸縮)된다. 이 때, 내측 코일 스프링(21)은 원심력에 의해 외주측으로 이동하는 것에 의해, 외측 코일 스프링(20)의 내주면에 습동한다. 그러나, 내측 코일 스프링(21)의 양단의 적어도 1 바퀴째의 외경(L1)이, 다른 부분의 외경(L)보다 직경이 작으므로, 외측 코일 스프링(20)의 선간과 내측 코일 스프링(21)의 단부와의 물림을 억제할 수 있다. 또한, 양단의 단면에 형성된 모따기부(21a)에 의해서도, 외측 코일 스프링(20)의 선간과 내측 코일 스프링(21)의 단부와의 물림을 억제할 수 있다.
<제2 실시형태>
이하, 제2 실시형태에 대하여 설명한다. 제2 실시형태의 토크 컨버터 본체의 구성은, 스프링 조립체의 구성을 제외하고, 제1 실시형태와 동일하다. 따라서, 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는, 설명을 생략한다. 그리고, 이 제2 실시형태에서는, 제1 실시형태에 있어서, 코일 외경에 차이를 두지 않은 구성이며, 내측 코일 스프링에 형성된 모따기를 행하지 않아도 된다.
본 실시형태에 따른 스프링 조립체(13')는, 외측 코일 스프링(30)과, 내측 코일 스프링(31)과, 한 쌍의 스프링 시트(32)를 가지고 있다. 외측 코일 스프링(30)은, 직경 방향 외측에 있어서, 원주 방향으로 등 간격으로 배열되고 복수 배치되어 있다. 내측 코일 스프링(31)은, 외측 코일 스프링(30)의 내부에 배치되어 있고, 외측 코일 스프링(30)보다 자유 길이가 짧게 설정되어 있다. 내측 코일 스프링(31)은 자유 상태에 있어서, 외측 코일 스프링(30) 내에서 회전 방향으로 이동 가능하다. 한 쌍의 스프링 시트(32)는, 외측 코일 스프링(30)의 양 단부에 배치된다. 그리고, 여기서는, 외측 코일 스프링(30)의 양 단부에, 스프링 시트(32)를 배치하고 있는 경우의 예를 나타내지만, 스프링 시트(32)를 배치하지 않아도 된다.
여기서, 양 코일 스프링(30, 31)에는 열처리(예를 들면, 침탄질화(浸炭窒化)가 행해져 있고, 외측 코일 스프링(30)보다 내측 코일 스프링(31)의 표면 경도를 낮게 함으로써, 내측 코일 스프링(31)의 습동에 의한 외측 코일 스프링(30)의 내주면의 마모를 억제할 수 있다.
<제3 실시형태>
이하, 제3 실시형태에 대하여 설명한다. 제3 실시형태의 토크 컨버터 본체의 구성은, 제1 실시형태의 스프링 조립체에, 제2 실시형태의 특징 부분인 경도차를 더욱 추가하여 구성한 것이다. 스프링 조립체의 구성을 제외하면, 제1 실시형태와 동일하므로, 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 외측 코일 스프링과 내측 코일 스프링의 표면 경도에 차이를 두는 것에 의해, 즉 외측 코일 스프링보다 내측 코일 스프링의 표면 경도를 낮게 함으로써, 외측 코일 스프링의 내주면의 마모를 방지하면서, 습동에 의한 물림이나 버의 발생을 더욱 억제할 수 있다.
<제4 실시형태>
제4 실시형태는, 제1 및 제3 실시형태의 스프링 조립체에 있어서, 내측 코일 스프링의 구성만을 변경한 것이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 내측 코일 스프링(41)의 양 단면은, 기계적 가공에 의해 모따기부(41a)가 형성되고, 또한 양단의 복수 바퀴의 외경 L1∼L3가, 양단으로 갈수록 다른 외형 L보다 서서히 작아지게 되어 형성되어 있다.
여기서, 외측 코일 스프링에 대하여 내측 코일 스프링이 습동하여, 외측 코일 스프링을 마모시키는 것은, 내측 코일 스프링(41)의 주로 양 단부의 단면으로부터 3 바퀴 정도이다. 그래서, 본 실시형태에서는, 단면을 포함하는 3 바퀴에 대하여, 양단으로 갈수록 외경이 작아지도록 하고 있다.
이상과 같은 구성에 의해, 토션 진동에 의해 스프링 조립체가 신축될 때, 원심력에 의해 내측 코일 스프링(41)이 외주측으로 이동하고, 외측 코일 스프링의 내주면에 습동하더라도, 선간으로의 물림, 마모를 더 한층 억제할 수 있다.
[다른 실시형태]
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 구체적인 구성은 이들 실시형태로 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변경 가능하다.
1: 토크 컨버터
3: 록업 장치
4: 프론트 커버
11: 드라이브 플레이트
12: 드리븐 플레이트
13: 스프링 조립체
20, 30: 외측 코일 스프링
21, 31, 41: 내측 코일 스프링
21a, 41a: 모따기

Claims (5)

  1. 토션 진동(torsional vibration)을 흡수·감쇠시키기 위한 스프링 조립체로서,
    외측 코일 스프링; 및
    상기 외측 코일 스프링의 내부에 배치되고, 상기 외측 코일 스프링보다 자유 길이가 짧고, 자유 상태에 있어서 상기 외측 코일 스프링이 신축하는 방향으로 이동 가능하며, 양단(兩端)의 단면(端面)의 외주 둘레부가 경사면으로 모따기(chamfering) 가공되고, 또한 양단의 적어도 1 바퀴째(endmost winding)의 외경이, 다른 부분의 외경보다 직경이 작은 내측 코일 스프링
    을 포함하고,
    상기 외측 코일 스프링 및 상기 내측 코일 스프링에는, 열처리가 행해져 있고, 열처리를 행하는 것으로 상기 내측 코일 스프링의 표면 경도를 상기 외측 코일 스프링의 표면 경도보다 낮게 한,
    스프링 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내측 코일 스프링은, 양단의 복수 바퀴(winding)의 외경이, 양단으로 갈수록 작아지게 되어 있는, 스프링 조립체.
  3. 프론트 커버로부터의 동력을, 터빈을 포함하는 토크(torque) 컨버터 본체를 통하여 트랜스미션의 입력축에 전달하는 토크 컨버터의 록업 장치(lock-up device)로서,
    상기 프론트 커버로부터의 동력이 입력되는 입력 회전 부재;
    상기 터빈에 연결된 출력 회전 부재;
    상기 입력 회전 부재와 상기 출력 회전 부재의 사이에 설치된 클러치부; 및
    상기 입력 회전 부재와 상기 출력 회전 부재를 회전 방향으로 탄성적으로 연결하는 제1항 또는 제2항에 기재된 스프링 조립체
    를 포함하는 토크 컨버터의 록업 장치.
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