KR19990067666A - 조작력 작동 시스템 - Google Patents

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이브스 제이 켐퍼
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이브스 제이 켐퍼
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Abstract

조작력 작동 시스템은 장전 부재와 반작용 부재사이에 직렬로 배치된 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)과 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)을 구비한다. 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)은 처음에 이완된 상태에 있으며, 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)은 처음에 에너지가 장전된 저장 상태에 있다. 가동 제어 장치(24)는 적어도 네가티브상태의 접시 스프링과 맞물려서, 제어 장치가 이동하면 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 포지티브상태의 접시 스프링으로 저장된 에너지를 해제한다. 양 포지티브상태의 및 네가티브상태의 스프링내에 저장된 조합된 에너지는 반작용 부재와 장전 부재사이로 인가된다. 시스템의 적용이 제어력을 이동하도록 최소 제어력, 자동차 클러치와 같은 반작용 부재 및 장전 부재사이에 힘이 인가된 후에 제거될 수도 있는 제어력 또는 마찰 브레이크와 같은 인가된 힘을 최소로 하도록 발생되어야 하는 제어력으로 제공되는 것에 따라서, 접시 스프링은, 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 에너지 이완율이 포지티브상태의 접시 스프링에 의한 에너지 저장율보다 작거나 큰 것과 실질적으로 동일하도록 설계된다.

Description

조작력 작동 시스템
많은 다른 형태의 장치가 힘 작동 시스템을 이용하며, 이 힘 작동 시스템에 의해 스프링에 장전된 에너지는 부품상의 장전력을 보강하도록 해제되며, 장전력은 제거되어 스프링에 에너지가 재저장된다. 통상적으로, 힘 작동 시스템은 형성된 기계적 장점을 가진 제어 장치를 사용하여, 장전력을 제거하거나 장전력을 해제하도록 제어하기 위해 필요한 제어력은 장전력과 비교할 때 상대적으로 작다. 이러한 기본 형태의 힘 작동 시스템은 예로서 클러치 및 브레이크와 같은 마찰 장치와, 유체 제어 밸브와, 클램프와 같은 수조작 장치와, 폐쇄 유지 장치 및 다른 스프링 작동 장치를 비롯하여 광범위하게 적용된다.
자동차 전동 또는 시동 클러치는 조작력 작동 시스템의 보다 적용가능한 것중 하나이며, 스프링에 저장된 상대적으로 큰 양의 에너지는 해제되는 동안에 제어되어야 하며 스프링에 재저장된다. 이러한 클러치는 마찰식으로 결합된 토크 전달 장치를 이용하며, 이 장치는 완전히 결합될 때 미끄러짐이 발생하지 않고 스프링력에 의해 서로 고정되어 유지되어야 하며, 맞물림 동안에 갑작스런 전동의 전이를 방지하도록 제어하에서 결합되어야 한다. 종래에는 자동차 클러치의 비교적 큰 힘 작동 스프링은 레버, 볼 램프 또는 다른 힘 감소 장치를 포함하는 제어 시스템에 의해 작동되어 왔으며, 상기 힘 감소 장치는 예컨대 푸트 페달에 의해 제어될 수도 있다.
자동차 시동 클러치용의 종래의 제어 시스템은 복잡하고 공간을 많이 차지하며, 그 작동을 위해 필요한 에너지의 양이 많기 때문에 자동화에 부응하지 않는다. 이러한 양상으로 인해서, 자동차내에 탑재한 컴퓨터의 개발이 있어 왔으며, 이러한 개발은 이것이 사용되는 시동 클러치 및 전동장치의 작동을 자동화하는데 유리하다. 이러한 자동화를 성취하기 위한 최근의 많은 시도에도 불구하고, 클러치 스프링의 해제를 후퇴시키고 제어하는데 필요한 에너지는 주요 장해물로 되어 왔다.
따라서, 큰 스프링력을 발휘할 수 있지만 비교적 작은 제어 에너지로 작동할 수 잇는 조작력 작동 시스템이 반드시 필요하였다. 이러한 요구는 자동차 클러치 적용 뿐만아니라 장전하거나 해제하도록 스프링 저장 에너지가 해제 및 후퇴되는 많은 다른 곳에도 적용된다.
발명의 요약
본 발명의 이러한 장점 및 목적은 부분적으로는 후술하는 설명에 기술되어 있으며 그리고 이러한 설명으로부터 자명해지거나, 본 발명을 실시할 수 있도록 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 장점 및 목적은 첨부한 특허청구범위에 특별히 지적한 요소 및 그 조합에 의해 실현되고 성취할 수 있다.
장점을 성취하도록 그리고 본 발명의 목적에 따라, 실시하고 광범위하게 기술한 본 발명의 조작력 작동 시스템은 장전 부재와 반작용 부재사이에 직렬로 배치된 포지티브상태의 스프링 및 네가티브상태의 접시 스프링을 포함한다. 바람직하게는 반드시 접시 스프링은 아니지만 포지티브상태의 스프링은, 네가티브상태의 접시 스프링이 초기에 장전된 반전된 상태로부터 에너지를 해제할 때 장전된 상태와 이완된 상태사이에서 작동한다. 가동 제어 장치는 적어도 네가티브상태의 스프링과 맞물려서, 제어 장치가 이동하면 그 내에 저장된 에너지를 포지티브상태의 접시 스프링으로 전달하기 위해 네가티브상태의 접시 스프링의 에너지를 해제한다. 따라서, 양 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링내에 저장된 조합된 에너지는 반작용 부재와 장전 부재사이에 가해진다.
다른 실시예에서, 본 발명은 장전 부재와 반작용 부재사이에 작동력을 인가하는 방법을 포함한다. 이 방법은 포지티브상태의 스프링이 처음에 이완되고 그리고 네가티브상태의 접시 스프링이 처음에 에너지가 장전되어 있도록 상기 장전 부재와 상기 반작용 부재사이에 직렬로 포지티브상태의 스프링 및 네가티브상태의 접시 스프링을 배치하는 단계와, 상기 네가티브상태의 접시 스프링의 에너지를 포지티브상태의 스프링으로 가해서 양 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링내에 저장된 조합된 에너지가 상기 반작용 부재와 상기 장전 부재사이에 가해진 에너지와 실질적으로 동일하도록 하는 단계를 포함한다.
상술한 설명과 하기의 상세한 설명은 실시예이며, 단지 예시적인 것이지 본 발명의 제한하지 않는다.
본 발명의 조작력 작동 시스템에 관한 것이며, 특히 작동력이 장전된 스프링의 제어된 해제에 의해 공급되는 작동 시스템에 관한 것이다. 작동 시스템은 전동 클러치 또는 마찰 브레이크와 같은 마찰 장치용의 수직력을 보강하는데 적용할 수 있지만, 다른 곳에도 적용될 수 있다.
본 명세서의 일부를 구성하도록 이뤄진 첨부 도면은 본 발명의 몇몇 실시예를 도시한 것이며, 그 설명과 더불어 본 발명의 원리를 설명하는데 도움을 준다.
도 1은 자동차 시동 클러치에 적용된 본 발명의 작동 시스템을 도시하는 부분 단면도,
도 2는 다른 작동 상태에 있는 도 1의 작동 시스템을 도시하는 부분 단면도,
도 2a는 도 2에 표시되어 있는 원 부분을 확대 도시한 도면,
도 3은 도 1의 클러치의 작동 시스템이 완전히 폐쇄된 상태를 도시하는 부분 단면도,
도 4는 접시 스프링의 힘 대 편향의 특성을 도시하는 그래프,
도 5는 개별 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 링의 힘/편형 특성이 각각 곡선으로 도시되어 있는 그래프,
도 6은 도 5와 유사하지만 도 5의 접시 스프링과는 상이하게 설계한 것으로 각 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 링의 힘/편향 특성을 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 작동기의 작동 원리를 개략적으로 도시하는 도면,
도 8은 접시 링의 매개변수를 도시하는 단면도,
도 9는 디스크 브레이크에 적용된 본 발명의 작동 시스템을 도시하는 부분 단면도,
도 9a는 도 9에 표시되어 있는 원 부분을 확대 도시한 도면,
도 10은 작동된 상태에서의 브레이크를 구비한 도 9의 작동 시스템을 도시하는 부분 단면도,
도 11은 선형 모터 제어기를 포함하도록 변형된 것으로 도 9의 작동 시스템을 도시하는 부분 단면도,
도 12는 디스크 브레이크용의 변형된 작동 시스템을 도시하는 부분 단면도,
도 13 및 도 14는 도 12의 작동 시스템으로서 새로운 마찰 디스크를 구비한 브레이크의 해제된 상태와 적용된 상태를 각각 도시하는 도면,
도 15 및 도 16은 도 12의 작동 시스템으로서 디스크 브레이크의 마찰 패드가 마모된 것으로 해제된 상태와 적용된 상태를 각각 도시하는 부분 단면도,
도 17은 본 발명의 작동 시스템이 연료 인젝터 밸브에 적용된 것을 도시하는 부분 단면도,
도 17a는 도 17에 표시되어 있는 원 부분을 확대 도시한 도면,
도 18은 다른 작동 상태에 있는 도 18의 작동 시스템을 도시하는 부분 단면도.
이제 첨부 도면에 예로서 도시된 본 발명의 예시적인 실시예를 상세히 설명한다. 가능하면, 동일한 참조부호는 전체 도면에서 동일하거나 유사한 요소를 가리킨다.
본 발명의 작동 시스템의 작동은 네가티브상태의 접시 스프링의 특성에 따라 많이 좌우되기 때문에, 우선 전형적인 접시 스프링(Bs)의 치수로서 외경(DE), 내경(DI), 두께(t) 및 원뿔 높이(ho)가 표시된 도 8을 참조하여 설명한다.
접시 스프링의 힘 편향 특성의 예는 도 4에 도시되어 있다. 특히, 상대적인 힘 단위는 도 4에서 곡선(C)의 세로좌표상에 표시되어 있는 반면에, 상대적인 편향 단위는 가로좌표에 표시되어 있다. 정지 상태에서 접시 스프링은 예컨대 도 8에 도시된 상태일 것이다. 또한, 이러한 상태는 F/Fo = 0이고 s/ho = 0인 경우에 도 4에서의 아이콘(B1)으로 표시되어 있다. 축방향력(F)이 접시 스프링에 가해진다면, 축방향에서의 편향(s)은 감소된 높이의 아이콘(B2)으로 표시된 바와 같이 이뤄지지만, 가해진 힘은 도 4에 도시된 곡선(C)의 측면상에 도시된 바와 같이 대략 0.45의 편향(s/ho)을 나타내는 곡선(C)의 최상부의 좌측인 최대값으로 증가한다. 계속 편향되면, 아이콘(B3, B4, B5)으로 표시한 바와 같이 가해진 힘은 최대값에 도달한 후에 감소되기 시작하며, 곡선(C)의 측면상에서 곡선(C)의 최상부의 우측으로 감소되어 제로까지 감소한다. 이러한 편향 방법에서, s/ho = 1인 경우에 접시 링의 형상은 아이콘(B4)으로 나타낸 바와 같이 평평한 형상으로 된다. 또한, 평평한 형상을 지난후에, 가해진 힘은 곡선(C)을 따라 더 감소되어 제로까지 되며, 최대 편향시에 있어서는 아이콘(B5)으로 표시한 바와 같이, 반전되거나 젖혀진다.
설명 및 청구범위에서 사용한 "네가티브상태의 접시 링(negative Belleville spring)"이라는 용어는 초기에 에너지가 장전되고 그리고 도 4의 예에서 s/ho가 0.45와 1.25 사이 또는 반전된 스프링에서 대체로 최대 스프링력과 제로사이에서 작동하는 접시 스프링을 가리킨다. 사용한 "포지티브상태의 접시 스프링(positive Belleville spring)"이라는 용어는 초기에 장전되지 않거나 이완된 그리고 도 4에 도시된 곡선(C)의 좌측으로 따라 작동하는 접시 스프링이나, 초기 형상과 최대 장전된 스프링력의 지점사이에서 대체로 편향된 스프링을 가리킨다. 편향된 포지티브상태의 접시 스프링의 에너지 저장 및 이완율이 대체로 선형이기 때문에, 다른 형태의 스프링은 포지티브상태의 접시 스프링으로 대체될 수도 있다. 따라서, 본 설명과 특허청구범위에서 사용한 용어 "포지티브상태의 스프링(positive spring)"은 도 4의 곡선(C)의 좌측에 도시된 힘/이동 특성을 나타내는 접시 스프링 및 다른 스프링의 일반적인 표시로서 사용하는 것이다.
네가티브상태의 접시 스프링의 중요한 특징은, 아이콘(B5)에 의해 표시된 상태로부터 그 내에 저장된 에너지가 해제되는 경우 해제된 에너지의 힘이 최대값에서 최소값으로, 즉 도 4에 도시된 곡선(C)의 우측에서 표시된 바와 같이 편향(s)이 감소될 때 증가한다는 것이다.
본 발명에 따르면, 힘 작동 시스템에는 2개의 스프링이 직렬로 제공되어 있는데, 2개의 스프링중 하나는 네가티브상태의 접시 스프링이며, 다른 하나는 포지티브상태의 스프링이다. 따라서, 네가티브상태의 접시 스프링은 처음에 사전장전된 반면에, 포지티브상태의 스프링은 장전되고 장전되지 않은 스프링으로서 작동한다.
도 1 내지 도 3에서, 일반적으로 플라이휠(12), 클러치 쿠션(14), 압력 플레이트(16) 및 백 플레이트(18)와 같은 종래의 부품을 자동차 클러치 구성이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3에는 도시하지 않았지만, 백 플레이트(18)는 이와 함께 회전하도록 플라이휠(12)에 고정되어 있고, 본 기술분야에 공지된 바와 같이 플라이휠(12)에 대한 축방향 변위에 대항하여 고정되어 있다. 또한, 압력 플레이트(16)는 3개의 스프링 세트(19)에 의해 플라이휠 또는 선택적으로 백 플레이트와 함께 회전하도록 결합되어 있으며, 상기 스프링 세트(19)는 압력 플레이트를 플라이휠로부터 당기는 경향이 있는 축방향력이 가해진다. 입력 동력은 플라이휠(12)을 통해 클러치(10)에 가해진다. 출력 동력은 클러치가 폐쇄되거나 또는 결합될 때 반경방향 디스크(20)를 통해 클러치(10)로부터 적당한 출력 샤프트(도시하지 않음)까지 전달된다. 도 1 내지 도 3에서는 단지 부품의 반부가 도시되어 있다. 실제로, 모든 도시된 실시예는 중심축(22)을 중심으로 대칭이며 중심축(22)을 중심으로 회전가능하다.
본 발명에 따르면, 자동차 클러치(10)는 장전 부재와 반작용 부재사이에 직렬로 설치된 초기에 이완된 포지티브상태의 스프링 및 초기에 장전되고 젖혀진 네가티브상태의 접시 스프링을 포함하는 조작력 작동 시스템(controlled force actuating system)을 구비하고 있다. 가동 제어 장치는 적어도 네가티브상태의 접시 스프링과 맞물려 있어서 제어 장치의 운동을 네가티브상태의 접시 스프링과 포지티브상태의 접시 스프링사이에서 에너지를 전후방으로 전달한다. 포지티브상태의 스프링으로부터 네가티브상태의 스프링까지의 에너지 전달과, 그 반대로의 전달은 반작용 부재와 장전 부재사이에 적용된 힘을 변화시킨다.
도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, 제어력(Fc)에 응답하여 축방향 이동하는 수단을 가진 강성 제어 원뿔체(24)는 클러치(10)를 작동시키는데 사용된다. 하나의 압력 플레이트(16)에 그리고 다른 하나는 제어 원뿔체(24)에 결합된 한쌍의 분할 링(26)은 원뿔체(24)가 압력 플레이트(16)를 클러치 쿠션(14)으로부터 당길 수 있게 한다. 이와 관련해서, 환형 스프링(19)은 제어 원뿔체에 의한 이러한 작용에 대항하여 약한 바이어스력을 발생하여 분할 링(26)의 접촉을 보장한다. 바람직하게, 제어 원뿔체를 이동시키는 제어력(Fc)은 선형 전기 모터(도시하지 않음)에 의해 공급되지만, 솔레노이드와 같은 다른 저동력 장치에 의해 또는 후술한 바와 같이 수동 작동 장치에 의해 공급될 수도 있다.
네가티브상태의 접시 링(Bn)은 백 플레이트(18), 반작용 부품 및 제어 원뿔체(24)사이로 연장하는 반면에, 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)은 제어 원뿔체(24) 및 압력 플레이트(16)와, 장전된 부품사이로 연장한다. 특히, 내부 및 외부 에지를 갖도록 구성이 환형인 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)이 배열되며, 그 내부 에지는 백 플레이트(18)의 내부 축방향 플랜지(18a)와 결합되며, 그 외부 에지는 제어 원뿔체(24)의 축방향 부분(24b)상의 내부 리브(24a)와 부착되어 있다. 축방향 부분(24b)에 결합된 분할 링(27)은 리브(24a)와 협동하여 네가티브상태의 접시 링(Bn)의 내부 에지를 포착한다. 또한 형상이 환형이지만 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)보다 직경이 큰 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)이 배치되며, 그 내부 에지는 제어 원뿔체의 축방향 부분(24b)상의 외부 리브(24c)에 부착되어 있다. 압력 플레이트(16)상의 핑거(28)는 압력 플레이트의 이동이 클러치 쿠션(14)에 의해 억제되자 마자 백 플레이트 플랜지(18a)상에서의 네가티브상태의 접시 스프링의 내부 에지의 운동을 제한하는 기능을 한다.
종래의 클러치 작동에 있어서, 스프링 작동력은 압력 플레이트(16)를 플라이휠쪽으로 그리고 클러치 쿠션(14)에 대항하여 강제하는데 사용된다. 그러나 본 발명의 주요 실시예는 스프링 작동력이 제어 원뿔체(24)에 가해진 매우 작은 제어력(Fc)에 의해 제어된다는 것에 관한 것이다. 특히, 제어 원뿔체(24)가 도 1 내지 도 3에서 좌측의 방향으로 이동함으로써 네가티브상태의 접시 스프링이 그 내에 저장된 해재력을 개시하고 증분식으로 강한 작동력을 외부 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)에 가하게 한다. 외부 포지티브상태의 접시 스프링이 제어 원뿔체에 의해 네가티브상태의 접시 스프링에 직렬로 결합되기 때문에, 네가티브상태의 접시 스프링에 의해 해제된 에너지를 수용하며, 백 플레이트와 압력 플레이트사이에서 큰 작동력이 발생하여 압력 플레이트를 플라이휠쪽으로 강제하는 경향이 있다. 하지만, 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 에너지를 해제하고 네가티브상태의 접시 스프링으로 에너지를 복귀시키는데에는 단지 작은 작동력이 요구된다. 이러한 작동은 도 5의 그래프를 참조하면 잘 이해될 수 있다.
도 5에서, 2개의 곡선(Cn, Cp)은 각기 클러치(10)내의 접시 스프링(Bn, Bp)의 힘/편향 특성을 나타낸다. 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)의 최초 상태는 곡선(Cn)상의 지점(N1)에 표시되어 있으며, 포지티브상태의 접시 스프링(Bp0의 최초 이완된 상태가 곡선(Cp)상의 지점(P1)으로 표시되어 있다. 2개의 곡선(Cn, Cp)의 수직 관계는 접시 스프링(Bn, Bp)의 디자인을 나타내며, 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)에 의해 이완된 힘의 정도는 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)내에 저장된 힘의 정도를 초과한다. 따라서, 제어 원뿔체(24)상의 제어력(Fc)의 부재시에, 도 1 내지 도 3의 실시예에서 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)은 해제되고 각 곡선(Cp, Cn)상의 지점(P1, N2)에서 포지티브상태의 접시 스프링(Bn)을 장전하기 시작한다. 이러한 지점에서 제어력(Fc1)은 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 에너지가 해제되는 것을 억제하는 것이며, 제어력(Ec1)의 크기는 접시 스프링(Bn)에 의해 발휘되며, 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)에 의해 저장되거나 평형화된 힘의 차이로 표시된다. 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)으로부터 에너지를 해제하는 것이 진행될 때, 제어력(Fc)은 도 5의 곡선상의 상태에 의해 지점(P2, N3)에서 알 수 있는 바와 같이 실질적으로 변화하지 않는다. 또한, 이러한 지점에서 클러치(10)내의 백 플레이트(18)에 의해 나타난 반작용 부재와 압력 플레이트(16)에 의해 나타난 장전 부재사이에서 발생된 힘은 힘(F1)으로 설정된다. 곡선(Cn, Cp)이 교차하는 도 5의 지점(Inp)에서, 제어력(Fc3)은 제로가 되며, 반작용 부재와 장전된 부재사이에서 2개의 스프링에 의해 발휘된 합성력은 최대 힘(F2)으로 증가된다. 더우기, 스프링은 제어력이 없이 이 상태를 유지하며, 장전력(F2)을 유지한다.
클러치(10)를 개방하거나 또는 압력 플레이트(18a)를 쿠션 패드(14)로부터 이동시키기 위해서, 예컨대 제어력(Fc)이 제어 원뿔체(24)상에서 발휘되어 에너지 이동을 현재 장전된 포지티브상태의 접시 스프링(Bp)으로부터 네가티브상태의 접시 스프링(Bn)으로 역전시키며, 포지티브상태의 스프링(Bp)에 의해 공급되고 네가티브상태의 스프링(Bn)에 의해 저장된 에너지의 차이는 제어력의 발생과 제어 원뿔체의 이동에 의해 제공된다. 자동차 클러치의 종래의 푸트 페달 작동이 유지되어 클러치(10)를 분리시켜 유지시켜야 하며, 클러치를 결합시켜 유지하기 위해서는 제어력이 가해지지 않는다.
도 9 및 도 10에서, 본 발명의 조작력 작동기는 백 플레이트(38)에 고정된 마찰 패드(36)에 의해 해제가능하게 결합된 캘리퍼(32) 및 디스크(34)를 가진 디스크 브레이크(30)내에 사용된다. 디스크(34)는 캘리퍼(32)에 대해 회전가능하며, 마찰 패드(36)를 구비한 백 플레이트는 회전하지 않도록 공지된 디스크 브레이크 구조 및 작동에 따라 캘리퍼(34)에 대해 고정된다.
도시된 실시예에서, 축방향 부분(40a) 및 반경방향 부분(40b)을 가진 축방향으로 이동가능한 셔틀(40)이 설치되어, 반경방향 부분(40b)이 포지티브상태의 접시 스프링(Sp)과 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)사이에 위치된다. 이러한 실시예에서, 환형 접시 스프링(Sp, Sn)은 스프링의 내외부 에지가 중첩하는 크기로 되어 있다. 따라서, 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)의 내부 에지는 셔틀(40)의 반경방향 부분(40b)의 한 측면과 결합하며, 포지티브상태의 접시 스프링(Sp)의 외부 에지는 반경방향 부분(40b)의 대향 측면과 결합한다. 또한, 포지티브상태의 접시 스프링(Sp)의 내부 에지는 백 플레이트(38)와 결합된 압력 플레이트(42)와 맞물리며, 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)의 외부 에지는 압력 플레이트(38)상의 축방향 핑거(42a)와 맞물린다. 핑거(42a)는 도 1 내지 도 3의 클러내의 핑거(28)와 동일한 방법으로 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)과 맞물린다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 셔틀(40)의 축방향 부분(40a)은 도 9에서 처음에 캘리퍼(32)의 후벽부(32a)에 반대로 위치된 보강재(44)와 맞물리도록 반경방향 부분(40b)으로부터 연장된다. 코일(46a) 및 브리치(46b, breech)를 구비한 솔레노이드는 셔틀의 반경방향 부분(42a)과 보강재(44)사이에 위치되어 보강재(44)쪽으로 이동하는 것을 방지한다. 따라서, 솔레노이드(46)에 전압을 가하면 브레이크(30)가 분리되는 도 9의 위치로부터 브레이크가 결합되는 도 10의 위치까지 자기적으로 보강재(44)를 끌어당긴다. 셔틀(40)을 이동시키면 보강재(44)를 이동시켜서 접시 스프링(Sn, Sp)상의 제어력(Fc)을 발휘한다.
보강재(44) 및 셔틀(40)상의 솔레노이드(46)에 의해 발휘된 제어력(Fc)하에서의 작동과 더불어 도 9 및 도 10의 실시예의 접시 스프링(Sn, Sp)의 설계 특성은 도면중 도 6 및 도 7을 참조하면 잘 이해될 수 있다. 도 6은 각기 곡선(Csn, Csp)상에서의 각 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링의 힘/이동 특성을 도시하는 그래프이다. 도 6은 도 5의 스타일과 비교될 수 있지만, 도 6에의 스프링 이동 단위당 네가티브상태의 접시 스프링에 의해 해제된 힘은 포지티브상태의 접시 스프링(Sp)내에 저장된 스프링 이동 단위당 힘보다 작다. 결과적으로, 도 6에서 양 스프링이 힘이 가해진 힘이 제로시에 평형인 지점(P)에서 곡선(Csn, Csp)은 교차한다. 또한, 이러한 상태는 도 9에 도시된 상태에 대응하는데, 즉 브레이크(10)는 분리되어 있고 솔레노이드(46)에 의해 제어력이 부재시의 상태에서 유지된다. 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)으로부터의 에너지를 해제하기 시작하도록 제어력이 가해지자 마자, 네가티브상태의 접시 스프링에 의해 발휘된 힘은 도 6의 곡선(Csn)에 의해 반영된 바와 같이 증가할 것이다. 그러나, 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)으로부터 포지티브상태의 접시 스프링(Sp)까지의 에너지가 이동함으로서 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)에 의해 해제된 힘을 초과하는 힘이 요구될 것이다. 이러한 부가된 힘은 본 실시예에서 네가티브상태의 접시 스프링에 의해 해제된 힘에 부가된 제어력(Fc)으로서 솔레노이드에 의해 공급된다. 더우기, 브레이크(30)가 완전히 결합될 때, 완전히 결합된 위치를 유지하는데 제어력(Fc)이 요구된다. 제어력의 부재시에, 포지티브상태의 접시 스프링은 네가티브상태의 접시 스프링을 지점(p)까지 리턴시키는데 필요한 힘보다 충분하게 큰 힘을 갖는다.
브레이크(30)에 사용된 힘 작동 시스템의 작동은 도 7에 더 도시되어 있다. 따라서, 도 7의 좌측에 도시된 바와 같이 접시 스프링(Sn, Sp)에 의해 발휘된 힘은 제로이지만, 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)으로부터의 에너지를 해제를 증대시키도록 셔틀의 이동에 의해 최대로 진행된다.
도 11에 있어서, 도 9 및 도 10에 도시된 브레이크(30)의 변형된 브레이크(30a)는 솔레노이드가 선형 모터(50)로 교체된 것으로 도시되어 있다. 특히, 선형 모터(50)는 캘리퍼(32a)내의 축방향 변위를 방지하도록 고정된 외부 하우징(52)을 포함하며, 캘리퍼(32b)에 대해서 반대 방향으로 중앙 나사 샤프트(54)를 축방향으로 전진시키도록 작동할 수 있다. 샤프트(54)는 도 9 및 도 10에서 셔틀(40)의 환형부(40b)와 동일하게 기능하는 반경방향 플레이트(56)를 수반한다. 도 12 내지 도 16에는 도 11에 도시된 브레이크(30a)의 변형된 브레이크(30b)가 도시되어 있다. 본 실시예에서 기본적으로는 브레이크 및 스프링 부품이 사용되지만, 반경방향 플레이트(56)가 그 내측단부에 부착되는 나사 가요성 케이블(60)이 그 외측 표면내의 일련의 원주방향 홈을 가진 내측 너트 부재(62)와 나사식으로 맞물리는 조작력 장치를 구비하고 있다. 너트 부재는 슬립 링(64)에 의해 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)의 외측 에지로부터 이격되어 있으며, 스프링형 래칫 톱니멈춤쇠(66)에 의해 슬립 링(64)에 대해 유지된다. 래칫 멈춤쇠는 슬립 링(64)으로부터 변위되지 않도록 너트 부재(62)를 유지하는 방법으로 너트의 외부상의 홈과 맞물린다. 이러한 장치의 목적은 사용시의 마모 결과로서 마찰 패드(36)의 두께를 감소시키기 위해 보상하는 것이다.
브레이크(10b)의 실시예의 작동은 도면의 도 13 내지 도 16을 참조하면 이해될 수 있다. 도 13 및 도 14에서, 브레이크는 마찰 패드(36)가 비교적 새것어여서 두께가 최대인 상태하에서 해제 상태와 브레이크 맞물림 상태를 각각 도시한 것이다. 도 15 및 도 16은 각기 동일한 상태를 도시한 것이지만 얇거나 낡은 마찰 패드를 구비한 것으로 도시되어 있다. 도 13에 도시된 해제된 상태에서, 케이블(60)의 최초 이동은 너트 부재(62)로 하여금 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)에 대항하여 슬립 링(60)을 전진시키게 한다. 패드(36)가 디스크(34)와 맞물리자 마자, 케이블은 접시 스프링(Sn Sp)이 작동하여 디스크(34)에 대해 패드(36)의 마찰력을 발생하게 한다. 톱니멈춤쇠 부재(66)는 너트 부재(62)를 이동된 위치에서 유지할 것이다. 따라서, 마찰 패드내에 마모가 발생할 때, 조작력 작동기 장치가 자동적으로 보상할 것이다.
도 17 및 도 18은, 본 발명의 조작력 작동 시스템이 참조부호(70)로 일괄적으로 표시된 연료 주입 시스템과 결합되어 도시되어 있으며, 상기 연료 주입 니들의 이동은 유압 스풀 밸브의 작동을 통해서 제어된다. 이러한 적용시에, 각기 동일한 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링은 작동기를 마찰 브레이크 변형예에 적용한 것에 대한 상술한 설명에서의 반경방향 플레이트(56)와 함께 사용된다. 이러한 적용에 있어서, 밸브 본체(72)는 스프링력에 의해 전진되어 시트(74)와 결합되며, 시트로부터 후퇴된다. 밸브의 후퇴된 상태가 도 17에 도시되어 있으며, 밸브의 결합된 상태가 도 18에 도시되어 있다.
밸브(70)의 반경방향 플레이트(56)는 밸브 본체(72)와 무관하게 이동할 수 있도록 보강재(76)에 결합된다. 또한, 보강재(76)는 내부 원통형 표면을 가진 고정 브리치(78)내에서 수직으로 이동가능하다. 전자기 코일(82)은 브리치(78)내에 고정된다.
코일(82)은 브리치(78)의 하부에 대해 보강재(76)를 상방으로 당김으로써 도 17에 도시된 바와 같이 시트로부터 밸브 본체(72)를 후퇴시키도록 에너지가 가해진다. 이러한 위치에서, 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)은 그 아래에 위치된 슬립 링(84)으로부터 이격된다.
전자기 코일(82)이 비작동 상태로 되는 경우, 밸브 본체(72)상에 가해진 유압력은 밸브 본체(72) 및 보강재(76)를 시트(74)쪽으로 이동시킬 것이다. 네가티브상태의 접시 스프링(Sn)은 스프링의 외측 에지가 정지부(84)와 맞물릴 때까지 보강재(76)와 함께 이동할 것이다. 정지부(84)와 네가티브상태의 접시 스프링의 이러한 맞물림은 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 에너지를 해제하기 시작하여 밸브 본체(72)를 이동시켜 시트(74)와 단단히 맞물리게 한다. 본 발명의 다른 실시예는 설명한 본 발명의 상세한 설명 및 실시를 고려하면 본 기술분야에 숙련된 자들에 의해 이뤄질 수 있다. 본 설명 및 실시예는 단지 예로서 기술된 것이며, 본 발명의 진정한 영역 및 범위는 첨부된 특허청구범위에 기술되어 있다.

Claims (16)

  1. 조작력 작동 시스템(a controlled force actuating system)에 있어서,
    장전 부재와 반작용 부재사이에 직렬로 배열되고, 처음에 이완된 상태에 있는 포지티브상태의 스프링(a positive Belleville spring) 및 처음에 에너지가 장전된 저장 상태에 있는 네가티브상태의 접시 스프링(a negative Belleville spring)과,
    제어 장치가 이동하여 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 포지티브상태의 스프링으로 저장된 에너지를 해제함으로써, 반작용 부재와 장전 부재사이의 양 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링내에 저장된 조합된 에너지를 가하도록 적어도 네가티브상태의 접시 스프링과 맞물리는 가동 제어 장치를 포함하는
    조작력 작동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네가티브상태의 접시 스프링으로부터의 에너지 이완율은 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율과 실질적으로 동일하며, 이에 의해 제어 장치를 이동시키는데 필요한 제어력을 최소화하는
    조작력 작동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 네가티브상태의 접시 스프링으로부터의 에너지 이완율은 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율보다 크며, 이에 의해 제어 장치는 에너지 이완력 및 에너지 저장력사이의 차이와 실질적으로 동일한 양으로 에너지를 이완시키는 것을 억제하는 제어력을 발휘하는
    조작력 작동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 네가티브상태의 접시 스프링으로부터의 에너지 이완율은 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율보다 작으며, 이에 의해 제어 장치는 에너지 이완력 및 에너지 저장력사이의 차이와 실질적으로 동일한 양으로 에너지를 이완에 부가하여 제어력을 발휘하는
    조작력 작동 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링을 각 초기 상태로 복귀시키도록 반전가능한
    조작력 작동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링은 그 형상이 환형이며 내부 에지 및 외부 에지를 구비하며, 상기 제어 장치는 하나의 접시 스프링의 내부 에지와, 다른 하나의 접시 스프링의 외부 에지와 결합하는
    조작력 작동 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부 및 외부 에지는 각각 내경 및 외경을 규정하며, 하나의 접시 스프링의 내경은 다른 접시 스프링의 외경보다 크며, 상기 제어 장치는 포지티브상태의 및 네가티브상태의 스프링사이에 축방향으로 결합하는 부분을 구비하고 있는
    조작력 작동 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부 및 외부 에지는 각각 내경 및 외경을 규정하며, 하나의 접시 스프링의 내경은 다른 접시 스프링의 외경보다 작으며, 상기 제어 장치는 포지티브상태의 및 네가티브상태의 스프링사이에 축방향으로 결합하는 부분을 구비하고 있는
    조작력 작동 시스템.
  9. 자동차 클러치에 있어서,
    회전가능한 동력 입력부를 동력 출력부에 해제가능하게 맞물리는 마찰 패드와,
    수직력을 마찰 패드에 전달하도록 배치된 압력 플레이트와,
    상기 동력 입력부와 함께 회전가능하며 상기 압력 플레이트로부터 이격된 백 플레이트와,
    압력 플레이트와 백 플레이트사이에 직렬로 배열되고, 처음에 이완된 상태에 있는 포지티브상태의 스프링 및 처음에 에너지가 장전된 저장 상태에 있는 네가티브상태의 접시 스프링과,
    제어 장치가 이동하여 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 포지티브상태의 스프링으로 저장된 에너지를 해제함으로써, 백 플레이트와 압력 플레이트사이의 양 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링내에 저장된 조합된 에너지를 가하도록 적어도 네가티브상태의 접시 스프링과 맞물리는 가동 제어 장치를 포함하는
    자동차 클러치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 네가티브상태의 접시 스프링으로부터의 에너지 이완율은 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율보다 크며, 이에 의해 제어 장치는 에너지 이완력 및 에너지 저장력사이의 차이와 실질적으로 동일한 양으로 에너지를 이완시키는 것을 억제하는 제어력을 발휘하는
    자동차 클러치.
  11. 마찰 브레이크에 있어서,
    고정된 지지체와,
    회전가능한 부재와,
    상기 회전가능한 부재와 마찰 결합하도록 고정된 지지체상에 장착된 마찰 패드와,
    마찰 패드와 고정된 지지체사이에 직렬로 배열되고, 처음에 이완된 상태에 있는 포지티브상태의 스프링 및 처음에 에너지가 장전된 저장 상태에 있는 네가티브상태의 접시 스프링과, 제어 장치가 이동하여 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 포지티브상태의 스프링으로 저장된 에너지를 해제함으로써, 고정된 지지체와 마찰 패드사이의 양 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링내에 저장된 조합된 에너지를 가하도록 적어도 네가티브상태의 접시 스프링과 맞물리는 가동 제어 장치를 구비한 조작력 작동 시스템을 포함하는
    마찰 브레이크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 네가티브상태의 접시 스프링으로부터의 에너지 이완율은 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율보다 작으며, 이에 의해 제어 장치는 에너지 이완력 및 에너지 저장력사이의 차이와 실질적으로 동일한 양으로 에너지를 또한 이완시키도록 제어력을 발휘하는
    마찰 브레이크.
  13. 장전 부재와 반작용 부재사이에 조작력을 인가하는 방법에 있어서,
    포지티브상태의 스프링이 처음에 이완되고 그리고 네가티브상태의 접시 스프링이 처음에 에너지가 장전되어 있도록 상기 장전 부재와 상기 반작용 부재사이에 직렬로 포지티브상태의 스프링 및 네가티브상태의 접시 스프링을 배치하는 단계와,
    상기 네가티브상태의 접시 스프링의 에너지를 포지티브상태의 스프링으로 가해서 양 포지티브상태의 및 네가티브상태의 접시 스프링내에 저장된 조합된 에너지가 상기 반작용 부재와 상기 장전 부재사이에 가해진 에너지와 실질적으로 동일하도록 하는 단계를 포함하는
    조작력 인가 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 에너지가 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율과 실질적으로 동일한 저장율로 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 해제되어, 에너지 해제 및 에너지 저장을 제어하는데 필요한 힘을 최소로 하는
    조작력 인가 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 에너지가 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율보다 큰 저장율로 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 해제되며, 에너지 이완력 및 에너지 저장력사이의 차이와 실질적으로 동일한 양으로 에너지의 해제를 억제하는 제어력을 발휘하는
    조작력 인가 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 에너지가 포지티브상태의 스프링에 의한 에너지 저장율보다 작은 저장율로 네가티브상태의 접시 스프링으로부터 해제되며, 에너지 이완력 및 에너지 저장력사이의 차이와 실질적으로 동일한 양으로 에너지의 해제에 부가하여 제어력을 발휘하는
    조작력 인가 방법.
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