KR20000022907A - 점성 진작 볼 램프 클러치 및 그 개선형 하우징 - Google Patents

Abstract

4륜구동 시스템용 차동장치(17)로서, 점성 커플링(29)과, 볼 램프 엑츄에이터(31)와, 클러치 팩(33)을 포함하여 구성된 장치이다. 보통의 운전조건하에서는, 대부분의 토오크가 전륜(11)으로 전달되며, 상기 장치(17)는 하나의 유닛으로서 회전한다. 전륜(11)이 슬립하기 시작하면, 입력축(15) 및 입력 커플링 부재(35)가 출력 커플링 부재(43)보다 빠르게 회전함으로써 출력 커플링 부재(43)로의 토오크 전달이 발생한다. 이때의 토오크는 볼 램프 엑츄에이터(31)내 제1 램프판(51)으로 전달되어 상기 엑츄에이터를 그 중립위치(도 3)로부터 변위시킴에 따라, 제2 램프판(52)이 상기 클러치 팩(33)에 부하를 가함으로써 하우징(25)으로부터 상기 출력축(19) 및 그에 이어 후륜(23)으로 토오크를 전달하기 시작한다. 상기 장치(17)는, 상기 입력 커플링 부재(35) 외면상의 돌기(79)와, 상기 외부 마찰 디스크(65)상의 귀(81)가 수납되는 다수의 축방향 연장 홈(77)을 갖는 단일부재를 포함하여 구성됨이 바람직한 상기 하우징(25)을 포함하고 있다. 하우징 양단의 롤오우버(76, 83)는 다양한 구성요소들을 잡아줌으로써, 단순하고 값싼 하우징 및 장치 조립방법을 제공한다.

Description

점성 진작 볼 램프 클러치 및 그 개선형 하우징{VISCOUS ACTUATED BALL RAMP CLUTCH AND IMPROVED HOUSING THEREFOR}

본 발명은 얼렌 비. 월튼(Ealen B. Walton)의 이름으로 1997년 5월 30일 출원되어 현재 특허출원 계속중인 미국특허출원 865,901호 "점성 진작 볼 램프 클러치(viscous actuation ball ramp clutch)"의 CIP출원이다.

본 발명은 4륜구동 차량의 구동라인(driveline) 시스템에 관한 것으로서 , 더욱 상세하게는, 그러한 구동라인 시스템용 차동장치에 관한 것이다. "차동"이라는 용어의 의미는 통상의 차동 기어링(gearing)의 존재를 의미하지는 않으나, 본 발명의 장치가 종래기술에 있어서의 전형적 중앙 차동장치를 대체하기 때문에, 그같은 용어를 주로 사용한다.

그러나, 본 명세서상에서 도시하고, 설명하고 또는 권리로 청구하는 바의 상기 장치는 중앙 차동장치 이외의 용도를 가지는 것으로 이해하여야 한다.

오늘날 생산되는 많은 차량에 있어서의 기본은 전륜구동 차량이다. 그러나, 많은 경우, 특히 밴(van) 또는 스포츠 차량의 경우, 적어도 특정 작업조건하에서는 4륜구동을 갖추는 것이 바람직하다.

전형적으로, 일시적 4륜구동을 달성하기 위한 구조는 복잡하고 비싸며, 또한 어떤 경우에는, 소정의 작업조건에 알맞는 4륜구동(또는 후륜구동)을 얻기 위한 일종의 컨트롤 체계를 필요로 했었다.

어떤 차량에 있어서는, 대부분의 작업조건하에서 전륜구동만을 제공하는 바, 후륜구동은 전륜이 슬립(slip)하는 경우(예컨대, 견인력이 빈약한 경우)에만 요구된다. 그러나, 종래기술에 있어서는, 전륜이 슬립을 시작할 때까지 실질적으로 후륜에는 전혀 토오크가 전달되지 않고서, 전륜구동만이 주어지는 적절한 장치를 제공하지 못했었다. 예를 들면, 미국특허 4,562,897호는 전방 트랜스액슬(transaxle) 및 후륜간 구동라인상 점성 클러치를 공개한 바 있으나, 점성 커플링을 통한 토오크의 전달, 점성 커플링의 해제, 또는 점성 커플링의 우회중 하나를 선택하기 위한 셀렉터(selector) 장치를 필요로 한다. 그러한 셀렉터 장치는 상기 구동라인 시스템에 대하여 실질적으로 복잡성 및 비용 증가를 초래하는 바, 당업자들이 주지하듯이, 특정 시스템 또는 부품을 차량에 사용할 것인지 여부를 결정함에 있어 부품값은 주요 인자로 작용한다.

전후륜 사이에 속도차가 있는 경우, 4륜 구동라인내 중앙 차동장치로서 탄성 진작 볼 램프형 마찰 클러치를 사용하여 후륜에 토오크를 전달하는 것이 미국특허 5,070,975호 및 유럽특허출원 EP 0314420호에 공지되어 있다. 이들 인용된 특허 및 출원상 장치의 토오크 전달능력은, 볼 램프 판들중 하나가 상기 점성 커플링 입력부를 포함한다는 사실로 볼 때 다소 제한적일 것으로 믿어지지만, 그 제한적 토오크 전달성에도 불구하고, 상기 인용 특허상의 장치는 전형적 차량용으로 허용 가능한 것보다 사실 비쌀 것이다. 인용 특허상의 장치가 값비싼 이유중 하나는, 서로 다른 내경으로 기계가공된 다수의 구멍, 내경용 스냅링 및 O-링 홈들, 및 일련의 내부 스플라인을 갖는 순전히 통상적 형태의 주물재 하우징을 사용하기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적은 차량 구동라인용 차동장치를 제공하는 것인 바, 개선형 하우징을 사용함으로써, 최종 어셈블리(assembly) 과정에 있어 보다 경제적 어셈블리를 얻기 위해 상기 하우징의 롤오우버(rollover)가 수반되는 특징이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 앞서 언급한 바의 목적을 이루게 하는 동시에, 점성 커플링 및 마찰 디스크 장치를 포함하는 개선형 차동장치를 제공하는 것인 바, 반발 토오크에 대항하여 상기 하우징이 점성 커플링 및 마찰 클러치를 잡아주는 특징이 있다.

상기 본 발명의 목적 및 기타 목적들은, 토오크원으로부터의 입력 토오크를 수용하도록 된 입력축을 포함하는 형태의 개선형 차동장치를 제공함으로써 달성된다. 상기 장치는, 출력장치로 구동 토오크를 제공하도록 된 출력축과, 이 출력축과 함께 회전하도록 고정된 적어도 제1 마찰 디스크 및 상기 출력축과 함께 회전하도록 고정된 적어도 제2 마찰 디스크를 포함하는 클러치 팩(pack)을 또한 포함한다. 상기 장치는, 제1 및 제2 램프 판을 포함하는 볼 램프 엑츄에이터(actuator)와, 제1 및 제2 램프 판 사이에 배치되어 이들 램프면과 맞닿은 상태로 각각 작동하는 다수의 캠 부재를 포함하여 구성되며, 상기 마찰 디스크들로 하여금 해제위치 및 결합위치 사이를 움직이도록 하는 수단을 포함하고 있다. 상기 제2 램프 판은 축방향에 있어 상기 마찰 디스크들과 인접하여 이들 마찰 디스크를 결합위치로 이동시키는 바, 이때 마찰 디스크들을 이동시키는 수단은 또한, 상기 입력축과 함께 회전하도록 고정된 입력 커플링 부재, 및 출력 커플링 부재를 포함하는 점성 커플링을 포함하여 구성된다.

상기 개선형 차동장치는, 적어도 하우징 주부분에 축방향으로 뻗쳐 있는 적어도 하나의 축방향 홈을 그 내면에 갖는 하우징 부재에 의해 특징지어진다. 제1 마찰 디스크는 그로부터 반경방향으로 연장되어 상기 축방향 연장 홈내에 배치되는 잡이부를 포함하고 있다. 상기 점성 커플링상의 입력 커플링 부재 또한 그로부터 반경방향으로 연장되어 상기 축방향 연장 홈내에 위치하는 잡이부를 포함한다. 상기 하우징 부재에는 상기 마찰 디스크들에 인접하여 반경방향 외측으로 연장된 어깨면이 형성되어 있는 바, 하우징 부재는 또한, 마찰 디스크들에 인접하여 축방향으로 연장되며 상기 어깨면과 맞닿은 상태의 선단캡를 추가로 포함한다. 이들 하우징 부재 및 선단캡는 서로를 축방향으로 잡아주기 위한 수단을 포함하고 있다. 상기 하우징 부재 및 입력 커플링 부재 또한 서로를 축방향으로 잡아주기 위한 수단을 포함하고 있다.

본 발명의 보다 제한적 실시예에 따르면, 상기 개선형 차동장치는 전체적으로 일정한 벽 두께를 갖는 단일 압인부재(stamped member)를 포함하여 구성된 하우징에 의해 특징지어진다.

도 1은 본 발명을 이용할 수 있는 형태의 구동라인 시스템을 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명의 차동장치를 나타낸 축방향 단면도이다.

도 3은 상기 차동장치의 하우징을 나타낸 사시도인 바, 여기서의 차동장치는 본 발명의 주요 실시예를 포함하고 있다.

도 4는 상기 도 2의 4-4선을 따라 취한 단면도이나, 다소 작은 척도로 나타낸다.

도 5는 상기 도 2의 5-5선을 따라 취한 단면도로서, 상기 도 4의 경우와 동일한 척도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 전륜 15 : 입력축

17 : 차동장치 19 : 출력축

23 : 후륜 25 : 하우징

29 : 점성 커플링 31 : 볼 램프 엑츄에이터

33 : 클러치 팩 51, 52 : 램프판

본 발명을 제한하기 위한 목적이 아닌 첨부도면들에 따르면, 도 1은 본 발명을 이용할 수 있는 형태의, 4륜구동 차량용 구동라인 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1의 구동라인 시스템은, 전방 트랜스액슬(13)에 의해 구동되는 한쌍의 전륜(11)을 포함한다. 트랜스액슬(13) 후방으로 연장된 것은 입력축(15)으로서, 트랜스액슬(13)내 직각 기어세트(도 1상 도시되지 않음)를 통해 전형적으로 입력 토오크를 수용하는 바, 입력축(15)의 회전속도는 상기 전륜(11)의 회전속도를 나타낸다.

상기 입력축(15)은 참조번호(17)로 표시된 중앙 차동장치와 결합된 바, 이 중앙 차동장치는, 후방 차동장치(21)에 이어 한쌍의 후륜(23)으로 토오크를 전달하는 수단이 되는 출력축(19)을 포함하고 있다. 전형적으로, 상기 장치(17)는 거꾸로 놓을 수도 있다. 즉, 상기 축(19)을 입력축으로 하고, 축(15)을 출력축으로 할 수도 있다. 따라서, 본 명세서상에서의 "입력" 및 "출력"이라는 용어는 설명을 위한 것일 뿐, 어떤 제한을 가하기 위함이 아닌 것으로 이해해야 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 "중앙 차동장치"라는 용어를 이해함에 있어서는, 통상의 차동기어 세트를 포함하는 의미만으로의 장치(17)가 아니라, 상기 입력축(15) 및 출력축(19) 사이의 차동 동작을 허용하는 보다 넓은 의미로서의 장치임을 당업자라면 잘 이해할 것이다. 주실시예에 있어서, 상기 전륜(11)은 주구동륜이고, 후륜(23)은 단지 2차적 구동륜이다. 그러나, 본 발명범위내에서 이들을 서로 반대로 할 수도 있다. 즉, 후륜을 주구동륜으로 하고, 전륜을 2차적 구동륜으로 해도 무방하다.

본 발명에 있어서는, 차량이 전방을 향해 직진하기 때문에, 이들 전륜(11) 및 후륜(23)이 통상 동일 회전속도를 갖는 것으로 하여 설명하겠지만, 전형적인 경우가 아님을 당업자라면 알 것이다. 보통 전륜이 보다 작은 반경을 갖는 등의 여러가지 이유로 인하여, 상기 전륜(11)은 전형적으로 후륜(23)보다 다소 빠르게 회전한다. 따라서, 도 1에 나타낸 바의 전형적 구동 시스템에 있어서는, 상기 중앙 구동장치(17)에 의해 전달되는 적어도 약간의 토오크가 거의 항상 있게 마련이다. 결과적으로, 상기 장치(17)가 갖추어야 할 성능조건은, 그 작동 사이클의 대부분을 하나의 "고형(solid)" 유닛으로서만 회전하는 경우에 비해 더욱 엄격하게 된다.

도 2를 주로 참조하여 중앙 차동장치(17)를 보다 상세히 설명한다. 장치(17)는 하우징(25)을 포함하는 바, 하우징(25) 내부에 각 구성요소들이 배치된 상태에 있어서, 상기 중앙 차동장치(17)는 다음의 3개 별도 부분으로 구성되어 있다. 즉, 점성 커플링(29), 볼 램프 엑츄에이터(31) 및 클러치 팩(33)이 그것이다. 이하에서 상세히 설명하겠거니와, 이들 세 부분이 기능적으로 다소 독립된 별개의 장치를 구성하는 점은 본 발명이 갖는 하나의 중요한 특징이다.

상기 점성 커플링(29)은 입력 커플링 부재(35)를 포함하는 바, 이는 후술하는 바의 방식으로 상기 하우징(25)에 고정되어 있다. 상기 입력 커플링 부재(35)에는, 상기 입력축(15)을 차동장치(17) 입력부에 볼트 체결할 수 있도록 하는 다수의 나사구멍(37)이 형성되어 있음이 바람직하다. 점성 커플링(29)은 또한 하우징(39)을 포함하고 있는 바, 상기 부재(35) 및 하우징(39)이 상호 결합되어 하나의 전체적 기능을 갖는 완비형 점성 커플링 즉, 점성 전단실(shear chamber)(41)을 이루는 형태로 되어 있다. 바람직하게는, 이들 입력 커플링 부재(35) 및 하우징(39)은, 당업자들이 주지하는 바와 같이, 하우징(39) 외주변을 따른 부재(35) 일부분의 롤오우버를 통해 조립되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 매우 가능하되 확실하지 않은 바로서, 상기 전달실(41) 내부의 점성유체를 장치(17)내 나머지 부분의 오일로부터 분리하기 위한 회전 씰(rotating seal)(베어링 세트에 사용되는 것과는 다름)이 전혀 필요치 않으며, 또한 상기 점성 전단실(41)이 영구적으로 밀봉되기 때문에, 상기 커플링(29)의 토오크 및 슬립속도는 일정하고 또한 예측 가능하게 된다. 전단실(41) 내부에 배치된 것은 출력 커플링 부재(43)인 바, 점성 커플링 분야의 당업자들이 잘 아는 바의 방법에 의하여, 이들 입력 커플링 부재(35) 및 출력 커플링 부재(43)는 참조번호 (45)로 나타낸 다수 깍지낀 형상의 면 및 홈을 형성하고 있다. 이들 면 및 홈(45) 내부의 점성유체(전형적으로, 실리콘액)로 인하여, 상기 부재(35) 및 부재(43) 사이의 상대회전은 상기 출력 커플링 부재(43)로 전달되는 전단 토오크를 유발하게 되는 바, 이들 부재(35) 및 부재(43) 사이의 속도차를 전형적으로 "슬립속도"라 한다.

상기 하우징(39)의 반경방향 내측으로 배치된 것은 참조번호 (47)로 나타낸 바의 베어링 세트로서, 그 내륜은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 출력 커플링 부재 (43)가 프레스 압입된 축(49)상에 위치해 있다. 축(49)은 상기 점성 커플링(29)을 축방향으로 벗어나 상기 볼 램프 엑츄에이터(31) 속으로 연장된다. 상기 축(49)의 나머지 기능에 대하여는 다음에 설명한다.

볼 램프 엑츄에이터(31)는, 어떤 형태의 캠 부재를 사용해도 무방한 것으로 이해해야 마땅하지만, 제1 램프판(51), 제2 램프판(52) 및 캠 부재 즉, 다수의 볼(53)을 포함하고 있다. 상기 제1 램프판(51) 및 하우징(39) 사이에 축방향으로 배치된 것은 스러스트 베어링 세트(55)인 바, 축방향 하중만이 문제되는 경우라면 황동 부싱을 사용할 수도 있겠지만, 상기 베어링 세트(55)가 니들형 베어링같은 진정 "구름(rolling)" 베어링으로 구성되어 있음은 중요한 의미를 갖는다. 그 이유 및 장점에 관해서는 다음에 더욱 상세히 설명한다.

상기 축(49) 및 제1 램프판(51)은 일련의 스플라인(57)을 통해 스플라인 결합됨이 바람직하다. 따라서, 상기 점성 커플링(29)의 출력 커플링 부재(43)는 축(49)을 통해 상기 제1 램프판(51)과 동일속도로 회전한다. 제2 램프판(52) 역시 일련의 스플라인(59)을 통해 상기 출력축(19)과 스플라인 결합상태를 이룸에 따라, 이들 제2 램프판(52) 및 출력축(19)은 동일속도로 회전하게 된다. 선택 여하에 따라서는, 상기 축(49)과 출력축(19)의 선단은, 상기 커플링 부재(43) 및 램프판 (51, 52)과 서로 일치하는 형상으로 하여 육각형으로 만들 수도 있다.

당업자들에게 잘 알려진 바의 방법으로, 상기 제1 램프판(51)에는 다수의 제1 램프면(61)이 형성된 한편, 상기 제2 램프판(52)에는 다수의 제2 램프면(62)이 형성되어 있다. 도 2에 있어서, 볼 램프 엑츄에이터(31)는 "중립" 즉, 각각의 볼(53)이 상기 램프면(61, 62)상의 "골"에 위치함으로써, 이들 램프판(51, 52)이 상대판으로부터 최소 축방향 위치에 있게 되는, 또는 달리 표현하면, 램프판(51, 52)의 전체 치수가 최소로 되는 위치에 있는 것으로 하여 나타낸다. 역시 당업자가 주지하는 바와 같이, 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)의 중립위치는, 전형적으로, 상기 클러치 팩(33)의 해제상태에 해당할 것이다. 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 램프면(61, 62)은 제1 및 제2 잡이쇠(도시하지 않음)를 포함함으로써, 엑츄에이터 (31)의 램핑을 시작하기 위해서는 상기 점성 커플링(29)내 매우 한정적인 소정의 속도차(슬립속도)를 필요로 하며, 또한 타이어 크기 등의 다양한 인자 변화로 인한 매우 경미한 차에 단순히 응답하여서는 램핑이 발생하지 않게 된다.

제2 램프판(52)에 바로 인접하여서는, 다수의 외부 마찰 디스크(65) 및 내부 마찰 디스크(67)를 포함하는 상기 클러치 팩(33)이 배치되어 있다. 상기 외부 마찰 디스크(65)는 후술하는 바의 수단에 의하여 하우징(25)과 결합상태에 있다. 내부 마찰 디스크(67)는 상기 축(19)의 외부 원통면상에 형성된 일련의 스플라인(도시하지 않음)과 결합되어 있다. 상기 마찰판들을 평편한 상태로 도시하여 설명하고 있으나, 본 발명은 그에 한정되지 않고, 콘(corn)형 부재 등 다양한 변형예의 기타 마찰장치도 사용할 수 있음은 물론이다. 따라서, 이하에서와 같이, 또한 특허청구범위에 기재된 바와 같이, 상기 "디스크"라는 용어는 모든 적절한 마찰장치를 의미하는 것으로 이해해야 한다.

본 발명의 본질적 특징은 아니지만, 상기 각각의 마찰 디스크(65, 67)에는 적당한 마찰재가 부가되어 있는 바, 본 발명의 양수인에게 양도되고 본 명세서상에 있어 참고자료로 인용되는 바의 미국특허 4,700,823에 따라 제조된 파이로리틱 카본(pyrolytic carbon), 또는 특수 장치 및 환경에 알맞는 기타 물질이 바람직하다. 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)가 중립위치로서, 클러치 팩(33)이 "해제"이면, 이들 마찰 디스크(65, 67)는, 상호 접촉되지 않음을 의미하는, 문자 그대로 해제될 수도 있으나, 보다 가능한 경우는, 각 마찰 디스크들이 상호 접촉하여 토오크를 전달할 수 있되, 실질적으로는 상기 클러치 팩(33)이 전달 가능한 최대 토오크보다 적은 상태로 됨을 당업자라면 이해할 것이다.

상기 출력축(19) 전방(도 2의 우측단)의 구멍 또는 홈에는 다수의 스프링 어셈블리(69)가 구비되어 있는 바, 주실시예에 있어서는, 물결형 또는 박판형 스프링으로 되어 있다. 상기 스프링 어셈블리(69)의 선단은 상기 제2 램프판(52)과 맞닿아 있으며, 이 스프링 어셈블리(69)의 기능은, 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)로 하여금 그 중립위치로 복귀하려는 경향을 갖도록 제2 램프판(52)를 밀어주는 것이다.

상기 도 2와 아울러 도 3, 4 및 5를 참조하여 본 발명의 주실시예를 설명한다. 상기 마찰판(65, 67)과 축방향으로 인접하여 선단캡 부재 즉, 선단캡(71)이 구비된 바, 도 2를 통해 가장 잘 나타낸 바와 같이, 상기 선단캡(71)은 상기 하우징(25)의 축방향 길이 대부분에 걸친 그 직경보다 큰 외경을 갖는다. 그러나, 하우징(25)에는 하나의 확장부(73) 및 그에 따른 내부 어깨면(75)이 형성되어 있는 바, 이 어깨면에는 상기 선단캡(71)의 인접면이 안착된다. 즉, 상기 어깨면(75)은 멈춤면으로서의 역할을 한다. 선택 여하에 따라서는, 멈춤면으로서의 역할을 수행할 다수의(예컨대, 3개쯤) 보스(boss)를 압인해 넣어도 무방하다. 상기 하우징(25)상의 확장부(73)는 롤오우버(76)를 포함하는 바, 이에 관해서는 후술한다.

도 3, 4 및 5에 잘 나타낸 바와 같이, 하우징(25)에는 다수의 축방향 연장 홈 또는 슬롯(slot)(77)이 형성된 바, 본 발명의 주실시예에 따르면, 이들 각각의 홈(77)은 상기 하우징(25) 축방향 길이의 주부분에 걸쳐 뻗어 있다. 알루미늄 주물이 바람직한 상기 입력 커플링 부재(35)에는 잡이부로서의 다수 축방향 연장 돌기(돌출부)(79)가 형성된 바, 이들 돌기(79)는, 상기 홈(77)내에 돌기들이 수용된 상태로 하여, 조립된 상기 점성 커플링(29)이 하우징(25) 내부로 삽입될 정도의 형상 및 간격을 갖는다. 조립후, 점성 커플링(31)은, 상기 돌기(79) 및 홈(77) 사이의 백래시가 비교적 작은 상태로 하여 하우징(25)내에 수용한다.

도 2 및 5를 주로 하여 설명하면, 상기 각각의 외부 마찰 디스크(65)에는 잡이부로서의 다수 "귀" 또는 탭(tab)(81)이 형성되어 있는 바, 비록 그 축방향 위치는 다르더라도 상기 홈(77)내에 각각의 귀(81)가 수용된다는 사실을 고려하여, 이들 귀(81)는 상기 돌기(79)와 대략 동일한 형상으로 되어 있다. 본 발명 범위내에서, 상기 홈(77)을 "불연속적"으로 즉, 상기 점성 커플링(31)을 둘러싼 전방 홈들, 및 상기 클러치 팩(33)을 둘러싼 후방 홈들을 형성하되 이들 사이에 전혀 홈을 갖지 않게 형성해도 무방함을 당업자라면 이해할 것이다. 그러나, 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 홈(77)은 상기 입력 커플링 부재(35) 및 출력 마찰 디스크(65) 모두를 수용하기에 충분할 정도로 축방향 연장됨으로써, 상기 하우징(25)을 단순하고 값싸게 제조할 수 있다. 주실시예에 있어서는, 또한 예로서만, 12개의 홈(77), 12개의 돌기, 및 각 마찰 디스크(65)상 12개의 귀(81)를 나타낸다.

도 2 및 3에 따르면, 하우징(25)은, 상기 점성 커플링(29)을 하우징(25)내에 잡아주기 위한 롤오우버(83)를 포함하고 있다. 본 명세서상에서 사용되는 바와 같이, "롤오우버"라는 용어는, 조립에 앞서 상기 하우징 성형과정중 만들든지, 또는 조립공정중 하나의 진정 롤오우버로서 형성하든지간에, 도 2에 나타낸 것과 같은 형상을 포함함을 의미한다. 본 발명 범위내의 상기 하우징(25)은 몇가지 방법으로 제조할 수 있으나, 상기 주실시예에 있어서의 하우징(25)은, 그 "바닥"에 롤오우버 (83)를 갖는 한편, 결국에는 그 "상단"에도 롤오우버(76)를 갖게 되는 딥드로잉된 (deep drawn) 컵형 부재로 구성되어 있다. 당업자들이 주지하는 바와 같이, 딥드로잉 공정 일부로서 또는 별도 공정에 있어서, 펀칭작업 등의 방법으로 상기 롤오우버(83)로부터 반경방향 내측의 컵 바닥 부분을 제거한다.

상기 컵형 하우징(25)이 최초로 제작된 때, 그 벽은 원통형이고, 도 2에 나타낸 바의 반경 즉, 다수 홈(77) 사이의 반경으로 되어 있다. 다음으로, 적절한 다이(die) 세트(예를 들면, 돌출다이 세트)를 사용하여 각각의 홈을 외측으로 밀어냄으로써 상기 홈(77)을 형성한다. 이들 홈(77)을 형성한 다음에는, 코이닝 (coining) 등, 상기 확장부(73)를 형성하는 공정이 이어진다. 이 공정이 완료됨에 따라, 확장부(73)는, 상기 롤오우버(76)를 그 일부분으로 갖는 원통형 벽을 이루게 된다. 금속가공 분야의 당업자라면, 확장부(73)의 벽 두께는 코이닝으로 인해 상기 하우징(25)의 경우에 비해 약간 작을 것으로 이해하겠지만, 본 명세서상의 용어에 부합되도록 여전히 "전체적으로 균일한 벽 두께"를 갖는 것으로 한다.

다음 공정은 상기 장치(17)를 조립하는 것인 바, 우선 상기 점성 커플링 (29), 볼 램프 엑츄에이터(31) 및 클러치 팩(33) 어셈블리의 전체 축방향 길이를 측정할 필요가 있다. 측정된 전체 길이를, 상기 롤오우버(83) 내측 바닥면으로부터 상기 내부 어깨면(75)에 이르는, 상기 하우징(25)내에 있어서의 측정 축방향 치수와 비교한다. 하우징(25) 내부 치수는 상기 어셈블리 전체 치수보다 항상 커야 하는 바, 이때의 치수차는, 그 일부를 적정 간격 이내로 유지하기 위해 상기 클러치 팩(33) 및 선단캡(71) 사이에 필요로 하는 심(shim)의 축방향 치수를 나타낸다.

상기 장치(17)를 실제 조립하는 경우에는, 우선 상기 하우징(25)내에 있어 그 "출력단" 으로부터, 즉 상기 확장단(73)을 거쳐 상기 점성 커플링(29)을 설치해야 하는 바, 상기 돌기(79)로 하여금 홈(77)을 따라가도록 하여, 점성 커플링(29)이 상기 도 2에 나타낸 바의 위치에 이를 때까지 밀어넣는다. 상기 입력 커플링 부재(35)는 알루미늄 주물재로 함이 보통인 바, 그 특정면이 기계가공을 필요로 할 수도 있으나, 상기 돌기(79)를 포함한 외면은 주물상태대로 남게 된다. 다음으로, 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)를 도 2상의 위치로 삽입하고, 클러치 팩(33) 어셈블리 및 출력축(19)을 도시된 바의 위치에 둔다. 이어서, 상기 필요한 수만큼의 심(도시하지 않음)을 삽입하고, 상기 어깨면(75)을 향하여 선단캡(71)을 집어넣는다.

상기 장치를 기본적으로 "조립"했을 때, 상기 선단캡(71)상에는 도 2상의 우측단을 향하는 약 20 파운드(lbs)의 추력이 축방향으로 작용하게 된다. 최종적으로, 적절한 심을 선택함으로써, 어깨면(75)에 대항하여 선단캡(71)을 잡아주는 한편, 상기 롤오우버(83) 바닥면에 대항하여서는 상기 점성 커플링(29)을 잡아주게 되는 상기 롤오우버(76)를 형성한다. 그러나, 상기 본 발명의 주실시예에 있어서의 심은, 상기 하우징내에 다양한 구성요소들을 긴밀하게 끼워넣기 위함이 아니며, 상기 램프면(61, 62)상의 잡이쇠 사용을 고려하여 마찰 디스크들 및 상기 선단캡(71) 사이에는 작은 간격이 있을 수도 있음을 주목할 필요가 있다. 이상의 설명을 읽고 이해한 시점에 있어서, 당업자라면 상기 하우징(25), 홈(77), 돌기 (79) 및 귀(81)의 치수 및 허용오차를 다양하게 선택함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있을 것으로 믿는다. 또한, 당업자의 능력 범위내라면, 하우징을 구성하는 특정 재질에 관한 지식을 근거로 한 상기 롤오우버(76)용 롤오우버 하중, 롤오우버(76)의 벽 두께 및 상기 장치내에서의 분리력을 적절히 선택할 것으로 믿어진다.

본 발명에 있어서는 하우징(25) 및 별개의 선단캡(71)를 포함하는 것으로 설명했으나, 이들 하우징 및 선단캡은 하나의 일체화된 부재로 형성할 수도 있으며, 그러한 경우, 조립순서는 우선 상기 클러치 팩(33), 이어서 볼 램프 엑츄에이터(31), 그리고 최종적으로 상기 점성 커플링(29)이 됨을 당업자라면 이해할 것이다. 그런 다음, 상기 커플링 부재(35) 외주변에 걸쳐 롤오우버(83)를 형성함으로써 모든 구성요소들이 상기 하우징(25)내에 갇힌 상태를 유지하게 된다.

(작동)

작동시, 보통의 이론적 운전조건하에 있어서, 상기 전륜(11) 및 후륜(23)은 모두 사실상 동일속도로 회전하는 바, 그에 따라 상기 입력축(15) 및 출력축(19) 역시 동일속도로 회전한다. 이러한 보통의 이론적 작동조건인 경우, 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)는 도 3에서와 같이 그 중립위치를 유지하고, 상기 입력 커플링 부재(35) 및 출력 커플링 부재(43)는 동일속도로 회전하며, 또한 상기 클러치 팩(33)은 앞서 언급한 바의 용어대로 "해제"상태로 된다. 이 조건하에서, 상기 중앙 차동장치(17) 전체는 사실상 하나의 유닛으로 회전한다.

만약, 상기 전륜(11)이 견인력을 상실하고 슬립하기 시작하거나, 또는 상기 후륜(23)보다 빨리 회전하게 되면, 상기 입력축(15) 및 하우징(25)은 출력축(19)보다 빨리 회전하기 사작할 것이다. 이러한 일이 발생하면, 상기 점성 커플링(29)은 전형적 점성 커플링과 같은 방식으로 작동한다. 즉, 출력축보다 입력측이 빨리 회전하는 가운데, 점성 전단저항(shear drag)에 의하여 상기 입력 커플링 부재(35)로부터 출력 커플링 부재(43)로 어느 정도의 토오크가 전달된다. 점성 커플링(29)을 이용하여 상기 차동장치(17)를 "속도민감"하게 즉, 상기 출력 커플링 부재(43)로 전달되는 토오크량을 전반적으로 슬립속도에 비례하도록 한 것이 본 발명의 주실시예인 바, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 토오크량은 전방 구동륜 즉, 전륜(11)의 슬립량을 나타낸다. 출력 커플링 부재(43)로 전달되는 토오크량은 이어 상기 제1 램프판(51)으로 전달된다.

상기 볼 램프 엑츄에이터(31)로 하여금 램핑을 시작토록 하기 위해 상기 점성 커플링(29)을 이용함으로써 부가적 장점을 얻게 된다. 점성 클러치 분야의 당업자들이 주지하는 바와 같이, 점성 전단저항에 의한 토오크 전달은 "댐핑(damping)" 또는 "쿠셔닝(cushioning)"효과를 제공함으로써, 상기 장치가 후륜(23)으로 토오크를 전달하기 시작함(또는 실질적으로 보다 큰 토오크를 전달하기 시작함)에 있어 거친 또는 갑작스러운 결합이 발생하지 않는다. 다른 말로 표현하자면, 상기 장치(17)는 전형적 종래기술의 경우에 비해 더욱 부드러운 결합을 제공한다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)가 종래기술상의 공지된 많은 볼 램프 엑츄에이터와는 다소 다르다. 전형적으로, 종래기술에서 사용되는 것들은 상기 램프판들 사이의 어떠한 상대회전에도 응답하는 즉, "위치민감"형이라 할 수 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 상기 스프링(69)의 추력 때문에, 제1 램프판(51) 및 제2 램프판(52) 사이에 어느 정도의 상대적 회전변위를 발생시켜 제2 램프판(52)에 있어서의 상응하는 축방향 변위, 및 상기 클러치 팩(33)에 있어서의 상응하는 부하량을 유발하기 위해서는 상기 제1 램프판(51)에 어느 정도의 토오크를 인가해야만 한다. 다른 말로 표현하면, 상기 전륜(11)의 슬립량이 클수록, 상기 점성 커플링(29)내에 있어서의 슬립량이 클 것이고, 제1 램프판(51)에 전달되는 토오크량이 클 것이며, 또한 클러치 팩(33)에 대한 부하량도 클 것인 바, 이는 상기 출력축(19)을 통해 상기 후륜(23)으로 전달되는 토오크량이 커지는 결과를 가져온다.

완비형 유닛으로 구성된 상기 점성 커플링(29)을 사용함으로써 얻어지는 중요한 장점은, 상기 램프판(51, 52)이 서로 상대회전을 시작함에 있어 상기 볼 램프 장치 즉, 볼 램프 엑츄에이터(31)로부터의 추력을 받아줄 수 있는 견고하고 고정된 반발부재 즉, 고정된(축방향) 벽 부재(즉, 몸체 또는 하우징(39))가 볼 램프 엑츄에이터(31)에 인접해 있다는 점이다. 더욱이, 상기 축방향 고정된 하우징(39)으로 인하여, 상기 하우징(39) 및 램프판(51) 사이에 구름형 스러스트 베어링(55)을 갖출 수 있다. 이렇게 하여 얻어진 최종적 구조는 매우 낮은 수준의 마찰, 그에 따라 극히 작은 히스테리시스(hysteresis)를 갖는 엑츄에이터인 바, 이로써, 상기 장치 작동상의 예측이 가능하여 차량의 보다 나은 취급 및 조향이 가능하게 된다.

즉, 본 발명의 차동장치(17)는, 보통의 운전조건하에서는 실질적으로 모든 구동 토오크가 전륜(11)으로 전달되고, 후륜(23)으로는 토오크가 아주 조금 또는 전혀 전달되지 않으나(바람직한 경우), 상기 전륜(11)이 슬립하기 시작하자마자 상기 출력축(19)을 통해 후륜(23)으로 구동 토오크가 자동 전달되는 구동라인 장치를 제공하는 바, 이때 토오크는 전륜(11)의 슬립량에 비례한다. 본 발명 범위내에 있어서, 실질적으로 전륜(11) 슬립이 발생하지 않는 경우라도 어떤 중간량의 토오크가 상기 후륜(23)으로 전달되도록 설계할 수도 있음을 당업자라면 분명히 알 것이다. 그렇게 하는 하나의 방법은, 소정의 초기하중(preload) 또는 바이어스(bias)를 상기 클러치 팩(33)에 단순 인가함으로써, 상기 점성 커플링(29)내에 어떤 슬립속도가 없는 경우라도 상기 입력축(15)으로부터 출력축(19)으로 일정량의 토오크 전달이 있도록 하는 것이다.

본 발명상의 상기 장치(17) 구조는 볼 램프 장치 즉, 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)의 완전한 축방향 이동을 가능케 하는 바, 이로써, 보다 작은 램프각을 사용할 수 있으며, 또한 보다 큰 토오크 증식(multiplication)을 제공하게 된다. 결과적으로, 비교적 작은 슬립속도에서조차, 필요에 따라서는 높은 토오크를 발생시킬 수 있는 바, 이는 상기 전륜구동 메커니즘 고장시 "림프 홈(limp home)" 능력을 제공한다. 비교적 높은 토오크 능력을 가짐에 따른 또다른 중요한 결과는 비교적 작은 슬립 동력이 발생하는 점인 바, 그에 따라서, 상기 장치의 내구성을 위하여 방출되어야만 할 열량을, 연료 경제성의 심각한 저하 없이도 비교적 적게 발생시킬 수 있다.

상기 논한 바로부터, 상기 전륜(11)의 슬립량(또는 점성 커플링(29)내 슬립속도) 사이의 관계는 상기 출력축(19)으로 전달되는 토오크량과 관계가 있으나, 그러한 관계는 점성 커플링(29)내 유체의 점성, 상기 면 및 홈(45)간 간격, 상기 제1 및 제2 램프면(61, 62)의 램프각, 상기 인접한 외부 마찰 디스크(65) 및 내부 마찰 디스크(67)간 간격, 및 상기 스프링(69)의 출력 등 많은 인자들에 의존하게 됨을 당업자라면 잘 알 것이다. 역시 당업자라면 앞서 언급한 바의 인자들 가운데 각각의 정정값을 선택함으로써 전륜(11) 슬립에 대한 상기 출력축(19)상 토오크의 바람직한 관계를 얻어낼 수 있을 것으로 믿어진다.

아울러, 상기 마찰 디스크(65, 67)를 설계하고, 그에 첨부될 적절한 마찰재를 상기 장치(17)의 작동방식에 의거 선택하는 것 역시 당업자의 능력 범위내일 것으로 믿는다. 예를 들면, 상기 클러치 팩(33)이 보통의 운전조건하에서 진정 해제(실질적으로 토오크를 전혀 전달하지 않음)된 경우라면, 평편한 강판으로 충분할 수도 있다. 반면, 장치(17)에 있어서의 "해제"라는 의미가 보통의 운전조건하에서 전토오크(full torque)의 30%가 상기 출력축(19)으로 전달되도록 설계되어 있다면, 앞서 언급한 바의 파이로리틱 카본 등, 계속적 슬립상황하의 비교적 고온에 견딜 수 있는 마찰재를 선택하는 것은 더욱 중요하다.

이상, 본 발명을 상세히 설명한 바, 그에 대한 다양한 수정 및 변형이 당업자에 의해 당연히 가능할 것으로 믿어진다. 첨부된 특허청구범위에 속하는 한의 그러한 수정 및 변형 역시 본 발명에 포함되는 것임을 밝혀둔다.

본 발명의 점성 진작 볼 램프 클러치 및 그 하우징은, 보다 단순하고 경제적인 동시에 운전성이 향상된 구조의 4륜구동 차량을 얻게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 제1 램프판(51)과, 마찰 디스크(65, 67)에 축방향으로 인접 배치되어 이들 마찰 디스크를 결합위치로 이동시키는 제2 램프판(51, 52)을 포함하는 볼 램프 엑츄에이터(31)와, 상기 제1 및 제2 램프판 사이에 배치되며 제1 및 제2 램프면(61, 62)과 각각 결합된 다수의 캠 부재(53)를 포함하고,

   입력축(15)과 함께 회전하도록 고정된 입력 커플링 부재(35), 및 출력 커플링 부재(43)를 포함한 점성 커플링(29)을 또한 포함하여 구성된,

   토오크원(13)으로부터의 입력 토오크를 수용하도록 된 입력축(15)과, 출력축 (23)으로 구동 토오크를 제공하도록 된 출력축(19)과, 상기 입력축(15)과 함께 회전하도록 고정된 적어도 제1 마찰 디스크(65), 상기 출력축(19)과 함께 회전하도록 고정된 적어도 제2 마찰 디스크(67), 및 이들 마찰 디스크를 해제위치 및 결합위치 사이에서 이동시키는 수단을 포함한 클러치 팩(33)을 포함하는 형태의 차동장치 (17)에 있어서,

   (a) 상기 장치(17)는, 그 축방향으로의 주부분 내면에 적어도 하나의 축방향 연장된 홈(77)을 갖는 하우징(25)를 포함하여 구성되며;

   (b) 상기 제1 마찰 디스크(65)는 그로부터 반경방향으로 연장되어 상기 축방향 홈(77)내에 배치되는 잡이부(81)를 포함하고, 또한, 상기 점성 커플링(29)내 입력 커플링 부재(35)는 그로부터 반경방향으로 연장되어 상기 축방향 연장 홈(77)내에 배치되는 잡이부(79)를 포함하며;

   (c) 상기 하우징(25)은 상기 마찰 디스크(65, 67)에 인접하여 반경방향 외측으로 연장된 어깨면(75)을 갖는 동시에, 상기 마찰 디스크(65, 67)에 인접하여 상기 어깨면(75)과 맞닿은 선단캡(71)을 포함하고, 이들 하우징(25) 및 선단캡(71)은 상호간 축방향 고정을 제공하는 롤오우버(76)를 포함하며;

   (d) 상기 하우징(25) 및 상기 입력 커플링 부재(35)는 상호간 축방향 고정을 제공하는 수단(83)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동장치(17).
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징(25)은 전체적으로 일정 벽두께를 갖는 단일 압인부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차동장치(17).
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징(25)은 다수의 축방향 연장된 홈(77)을 가지고, 상기 제1 마찰 디스크(65)는 상기 다수의 잡이부(81)를 가지며, 상기 입력 커플링 부재(35)는 상기 축방향 연장된 홈(77)내에 배치되는 상기 다수의 잡이부(79)를 갖는 것을 특징으로 하는 차동장치(17).
4. 제1항에 있어서, 상기 선단캡은, 상기 어깨면(75)에 대해 상기 선단캡(71)을 잡아주는 제1 롤오우버(76)를 갖는 상기 하우징 부재를 포함하여 구성되며, 별도의 선단캡(71), 및 상기 하우징(25) 및 선단캡(71) 사이의 상호간 축방향 고정을 제공하는 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차동장치(17).
5. 제1항에 있어서, 상기 수단은, 상기 볼 램프 엑츄에이터(31)에 대해 상기 점성 커플링(29)을 잡아주는 제2 롤오우버(83)를 갖는 상기 하우징 부재를 포함하여 구성되며, 하우징(25) 및 상기 입력 커플링 부재(35) 사이의 상호간 축방향 고정을 제공하는 것을 특징으로 하는 차동장치(17).