KR20050027220A - 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치 - Google Patents

듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치 Download PDF

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Abstract

제2유압실린더(34)의 실린더 튜브(56)는 제1유압실린더(32)의 피스톤(38)으로부터 분리되어 제공되고 입력 샤프트(22)에 일체로 고정된다. 제1클러치(C1)의 마찰부재 (48) 및 (50)과 제2클러치(C2)의 마찰부재 (68) 및 (70)은 커넥팅드럼(46)에 부착되는 스냅 링(52)에 의하여 제1방향으로의 이동이 방지된다. 제1클러치(C1)의 마찰부재 (48) 및 (50)은 상기 피스톤(38)에 의하여 마찰식으로 맞물리고, 제2클러치(C2)의 마찰부재 (68) 및 (70)은 피스톤(58)에 의하여 마찰식으로 맞물린다.

Description

듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치{DUAL CONNECTING AND DISCONNECTING APPARATUS}
본 발명은 클러치나 브레이크 등의 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(connecting and disconnecting apparatus)에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 발명은 1쌍의 커넥팅 및 디스커넥팅 장치들이 축선 방향으로 직렬로(in series) 배치되는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치에 관한 것이다.
복수의 유성 기어세트(planetary gearset), 클러치 및 브레이크를 사용하는 차량용 자동 트랜스미션(vehicular automatic transmission)이 공지되어 있다. 일본국 특개평 제2001-304355호에 개시된 자동 트랜스미션에는, (i) 유압 유체(hydraulic fluid)를 압력챔버내로 공급함으로써 피스톤이 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치의 축선과 평행한 제1방향으로 이동되는 제1유압실린더; (ii) 공통 지지부재(common support member)(즉, 입력 샤프트(2))상에 일체로(integrally) 제공되고 상기 제1유압실린더에 대해 상기 제1방향에 인접한 피스톤의 제1유압실린더와 동심을 이루고(concentric), 유압 유체를 압력챔버내로 공급함으로써 피스톤이 이동되는 제2유압실린더; (ⅲ) 상기 지지부재에 일체로 장착되는 제1유압실린더의 실린더 튜브의 측벽부상에 제공되고, 상기 축선을 중심으로 센터링되고(centered) 상기 제1방향으로 돌출되어 나가는 원통형 커넥팅드럼; (ⅳ) 상기 제2유압실린더보다 상기 제1방향쪽으로 더 멀리에 위치된 제1마찰맞물림장치(즉, 클러치)로서, (a) 제1커넥팅부재(즉, 선 기어)에 대하여 축선을 중심으로 회전가능한 커넥팅드럼상에 제공되고, 상기 커넥팅드럼에 대해서는 회전 불가능한 복수의 마찰부재, 및 (b) 상기 제1커넥팅부재상에 제공되고, 상기 제1커넥팅부재에 대하여 회전불가능한 복수의 마찰부재를 구비하며, 상기 커넥팅드럼을 통해 상기 제1유압실린더의 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 지지부재를 상기 제1커넥팅부재와 연결시키고 상기 제1커넥팅부재의 복수의 마찰부재들을 이용하여 상기 커넥팅드럼의 복수의 마찰부재들을 맞물어 주는 상기 제1마찰맞물림장치; 및 (v) 제2유압실린더 보다 상기 제1방향쪽으로 더 멀리에 위치하고 상기 제1맞물림장치에 대해 상기 축선 방향으로 인접한 제2마찰맞물림장치(즉, 클러치)로서, (a) 제2커넥팅부재(즉, 선 기어)에 대하여 축선을 중심으로 회전가능한 커넥팅드럼상에 제공되고, 상기 커넥팅드럼에 대해서는 회전 불가능한 복수의 마찰부재, 및 (b) 상기 제2커넥팅부재상에 제공되고, 상기 제2커넥팅부재에 대하여 회전불가능한 복수의 마찰부재를 구비하며, 상기 커넥팅드럼을 통해 상기 제2유압실린더의 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 지지부재를 상기 제2커넥팅부재와 연결시키고 상기 제2커넥팅부재의 복수의 마찰부재들을 이용하여 상기 커넥팅드럼의 복수의 마찰부재들을 맞물어 주는 상기 제2마찰맞물림장치를 구비한 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치가 제공된다. 또한, 상기 제1유압실린더의 피스톤은 제2유압실린더의 실린더 튜브로서의 역할을 한다. 상기 피스톤은 그에 대해 회전불가능하도록 커넥팅드럼과 맞물린다. 상기 제2마찰맞물림장치의 마찰부재들은 그에 대해 회전불가능하도록 상기 피스톤에 피팅(fit)되고, 상기 피스톤에 부착되는 스토퍼부재(stopper member)(즉, 스냅 링(snap ring))에 의하여 피스톤내에서 유지된다.
하지만, 이러한 유형의 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치에서는, 실린더 유형의 제1실린더내의 제2마찰맞물림장치 및 제2유압실린더가 축선방향으로 이동할 수 있기 때문에, 이러한 부분들의 슬라이딩 저항등이 압력챔버들 중 하나에서 다른 압력챔버내의 유압에 영향을 미치는 유압을 초래한다. 결과적으로, 제1마찰맞물림장치의 맞물림 토크와 제1마찰맞물림장치의 맞물림 토크 둘 모두를 미세하게 제어하기가 어려워, 상기 두 마찰맞물림장치의 사용을 제한한다.
또한, 상기 제2마찰맞물림장치의 마찰부재들은 그에 대해 회전불가능하도록 제1유압실린더에 피팅되기 때문에, 원통형 드럼 및 스플라인 티스(spline teeth) 등이 피스톤과 실린더 튜브상에 제공되는 커넥팅드럼에도 제공되어야 하며, 이는 복잡한 피스톤의 형상과 높은 제조비용을 초래한다. 또한, 토크는 제2마찰맞물림장치가 맞물릴 때 제1유압실린더의 피스톤을 통해 전달되기 때문에, 상기 제1유압실린더의 피스톤의 작동 저항은 제2마찰맞물림장치가 맞물릴지 해제될지의 여부에 의존하여 변화되며, 이는 상기 제1마찰맞물림장치를 맞물거나 해제할 때의 엔젠 토크의 변환 제어(transitional control)를 어렵게 만든다.
도 1a는 본 발명이 적용된 차량용 자동 트랜스미션의 가상도;
도 1b는 각각의 속도를 달성하기 위한 마찰 요소들의 맞물림/해제 조합을 나타내는 표;
도 2는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 예시적인 실시예의 정렬 그래프;
도 3은 도 1a에 나타낸 차량용 자동 트랜스미션의 클러치(C1 및 C2) 부분을 상세히 도시한 단면도;
도 4는 도 3에 나타낸 클러치(C2)의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재와 제1유압실린더 사이의 관계를 나타낸 도;
도 5a는 마찰부재들이 제2클러치(C2)의 커넥팅드럼과 어떻게 맞물리는지를 상세히 도시한, 도 3에 나타낸 예시적 실시예의 국부화된 단면도;
도 5b는 제1클러치(C1)의 커넥팅드럼, 스페이서 및 마찰부재들이 서로 어떻게 맞물리는지를 상세히 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적 실시예를 나타내는, 도 3에 대응되는 단면도;
도 7은 본 발명의 추가적인 예시적 실시예를 도시한, 역시 도 3에 대응되는 단면도이다.
상술된 문제들의 관점에서, 본 발명의 목적은 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치가 제1유압실린더의 실린더 튜브상에 일체로 제공되는 커넥팅드럼에 장착되고, 상기 마찰맞물림장치들 둘 모두의 맞물림 토크가 동시에 높은 정확도를 가지고 미세하게 제어될 수 있으며, 상기 피스톤의 형상이 단순화되어 전체 장치가 쉽고 저렴하게 제조될 수 있는 듀얼 커넥팅 디스커넥팅 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1측면에 따른 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치는, (a) 유압 유체를 압력챔버내로 공급함으로써 피스톤이 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치의 축선과 실질적으로 평행한 제1방향으로 이동되는 제1유압실린더; (b) 공통 지지 부재상에 일체로 제공되고 상기 제1유압실린더에 대해 상기 제1방향에 인접한 피스톤의 제1유압실린더와 동심을 이루며 유압 유체를 압력챔버내로 공급함으로써 피스톤이 이동되는 제2유압실린더; (c) 상기 지지부재에 일체로 장착되는 제1유압실린더의 실린더 튜브의 측벽부상에 제공되고 상기 축선을 중심으로 센터링되고 상기 제1방향으로 돌출되어 나가는 원통형 커넥팅드럼; (d) 상기 제2유압실린더보다 상기 제1방향쪽으로 더 멀리에 위치되는 제1마찰맞물림장치로서, (i) 제1커넥팅부재에 대하여 축선을 중심으로 회전가능한 커넥팅드럼상에 제공되고 상기 커넥팅드럼에 대하여 회전불가능한 마찰부재 및 (ii) 제1커넥팅부재상에 제공되고, 상기 제1커넥팅 부재에 대하여 회전불가능한 마찰부재를 포함하며, 상기 커넥팅드럼을 통하여 상기 제1유압실린더의 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 지지부재를 상기 제1커넥팅부재와 연결시키고 상기 커넥팅드럼의 마찰부재와 상기 제1커넥팅부재의 마찰부재를 맞물어주는 상기 제1마찰맞물림장치; 및 (e) 상기 제2유압실린더보다 상기 제1방향쪽으로 더 멀리에 위치하고 상기 제1마찰맞물림장치에 대해 축선 방향에 인접한 제2마찰맞물림장치로서, (i) 제2커넥팅부재에 대하여 축선을 중심으로 회전가능한 커넥팅드럼상에 제공되고 상기 커넥팅드럼에 대하여 회전불가능한 마찰부재 및 (ii) 제2커넥팅부재상에 제공되고, 상기 제2커넥팅부재에 대하여 회전불가능한 마찰부재를 포함하며, 상기 커넥팅드럼을 통하여 상기 제2유압실린더의 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 지지부재를 상기 제2커넥팅부재와 연결시키고 상기 커넥팅드럼의 마찰부재와 상기 제2커넥팅부재의 마찰부재를 맞물어주는 상기 제2마찰맞물림장치를 구비하며, (f) 상기 제2유압실린더의 실린더 튜브는 상기 제1유압실린더의 피스톤으로부터 별도로 제공되고 상기 지지부재에 일체로 고정되며, (g) 상기 제1마찰맞물림장치의 마찰부재들과 상기 제2마찰맞물림장치의 마찰부재들은, 상기 제1방향에 대향되는 방향으로부터 상기 제1방향쪽에서 그것의 단부로부터 상기 커넥팅드럼내로 피팅되고, 상기 커넥팅드럼에 일체로 부착되는 스토퍼부재에 의하여 상기 제1방향으로 이동하는 것이 방지되는 것을 특징으로 한다.
상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치에 따르면, 상기 제2유압실린더의 실린더 튜브는 상기 제1유압실린더의 피스톤으로부터 별도로 제공되고 상기 지지부재에 일체로 고정된다. 또한, 상기 제1마찰맞물림장치의 마찰부재들과 상기 제2마찰맞물림장치의 마찰부재들은 커넥팅드럼에 부착되는 스토퍼부재에 의하여 상기 제1방향으로 이동하는 것이 방지된다. 결과적으로, 상기 제1마찰맞물림장치의 마찰부재들과 상기 제2마찰맞물림장치의 마찰부재들은 피스톤에 의하여 가압될 때 마찰식으로 맞물린다. 따라서, 제1유압실린더 및 제2유압실린더가 상기 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치를 각각 맞물어주고 해제시킬 수 있다. 결과적으로, 제1마찰맞물림장치의 맞물림 토크 및 제2마찰맞물림장치의 맞물림 토크가 동시에 높은 정확도를 가지고 미세하게 제어될 수 있으며, 이는 상기 마찰맞물림장치 쌍이 사용될 수 있는 모드들의 자유도를 증가시킨다. 예를 들어, 상기 마찰맞물림장치의 쌍은 클러치 대 클러치 시프팅(clutch-to-clutch shifting)을 위해 사용될 수 있고, 그중 하나가 맞물려 있는 동안 다른 하나는 해제된다.
또한, 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치는, (a) 상기 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치 가운데, 축선 방향으로 제1방향 측면에 대향되는 측면상에 배치되는 하나의 마찰맞물림장치의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재가 상기 커넥팅드럼에 장착되어 그에 대해 회전불가능하도록 하고, (b) 상기 제1방향 측면상에 위치한 다른 마찰맞물림부재의 마찰부재를 맞물어 주는 유압실린더의 피스톤이 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재에 형성된 노치를 통해 연장되고 상기 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재에 대하여 맞닿도록 되어 있을 수도 있다.
이러한 구조에 따르면, 상기 축선방향으로 상기 제1방향 측면에 대향되는 측면상의, 즉 제2유압실린더에 인접하게 배치되는 하나의 마찰맞물림부재의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재는 상기 커넥팅드럼에 직접적으로 장착되어 그에 대해 회전불가능하도록 되어 있다. 또한, 상기 제1방향 측면상에 위치되는 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재를 맞물어 주는 유압실린더의 피스톤은 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재에 제공되는 노치를 통하여 연장되고 상기 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재에 대하여 맞닿는다. 따라서, 상기 마찰부재를 상기 제1유압실린더의 피스톤에 피팅하여 그에 대해 회전불가능하도록 할 경우가 있을 때 피스톤상에 원통형 드럼 및 스플라인 티스 등을 제공할 필요가 없으며, 이는 편리하게 수행된다. 결과적으로, 피스톤의 형상이 단순화되어, 전체 장치를 보다 쉽고 저렴하게 만들 수 있게 된다. 또한, 다른 마찰맞물림장치를 맞물어 주는 유압실린더의 피스톤의 작동 저항이 하나의 마찰맞물림장치가 맞물릴지 또는 해제될지의 여부에 따라 변화될지에 대한 우려가 없고, 따라서 상기 다른 마찰맞물림장치의 맞물림 및 해제동안 맞물림 토크의 변환 제어 등이 상기 하나의 마찰맞물림장치가 맞물릴지 또는 해제될지의 여부와는 무관하게 높은 정확도로 수행될 수 있다.
또한, 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치는, (a) 상기 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치 가운데, 축선 방향으로 제1방향 측면에 대향되는 측면상에 배치되는 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재가, 상기 제1방향 측면으로부터, 커넥팅드럼에 피팅되는 스페이서(spacer)에 의하여 상기 제1방향으로 이동하는 것이 방지되어 그에 대해 회전불가능하도록 하고, (b) 상기 제1방향 측면상에 위치한 다른 마찰맞물림장치의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재가 그에 대해 회전불가능하도록 상기 스페이서에 피팅되고 스토퍼부재에 의하여 상기 스페이서와 함께 상기 제1방향으로 이동하는 것이 방지되도록 이루어질 수도 있다.
이러한 구조에 따르면, 상기 축선방향으로 상기 제1방향 측면에 대향되는 측면상의 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재, 즉 제2유압실린더에 인접하게 배치되는 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재는 상기 스페이서를 통해 스토퍼부재에 의하여 상기 제1방향으로 이동되는 것이 방지된다. 결과적으로, 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재와 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재를 위한 별도의 스토퍼부재들이 제공되는 경우와 비교하여 축선 방향으로 장치의 길이 치수가 짧아질 수 있다. 또한, 통상적으로 스토퍼부재로서 스냅 링이 사용된다. 하지만, 상기 스냅 링은 커넥팅드럼의 조립용 환상 홈(annular groove)내로 피팅되는 경우 반경방향으로 압축되어야(또는 상기 환상 홈내로 피팅된 후에 반경 방향으로 확장되어야) 하기 때문에, 상기 스냅 링의 반경방향의 치수는 상기 마찰부재와의 맞물림을 위해 필요한 반경방향의 치수를 증가시키되, 다른 마찰맞물림부재와 맞물리는 피스톤과의 간섭을 피하기 위하여 스냅 링이 압축(또는 확장)되는 양(즉, 상기 커넥팅드럼내의 환상 홈내에 피팅될 스냅 링의 양)만큼만 증가되도록 할 필요가 있다. 하지만, 상기 스페이서가 사용되는 경우, 그것의 반경방향 치수는 상기 마찰부재를 맞물어주는데 필요한 치수와 동일할 필요가 있고 그 보다 커서는 안되기 때문에, 상기 스페이서의 반경방향 치수는 상기 스냅 링의 반경 방향 치수에 비해 감소될 수 있다.
또한, 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재와 실질적으로 평행해지도록 상기 커넥팅드럼으로부터 떨어져 실질적으로 직각으로 구부러진 환상 플랜지(annular flange)가 상기 스페이서의 단부상에 일체로 제공될 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 상기 플랜지는 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재가 상기 제1방향으로 이동하는 것을 방지하는 상기 스페이서상에 제공되기 때문에, 피스톤으로부터의 압력이 마찰부재의 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 결과적으로, 국부적인 열의 발생 및 불균일한 마찰이 억제되고 상기 마찰맞물림장치의 내구성 및 맞물림 힘 등의 관점에서의 성능이 향상된다. 또한, 상기 스페이서와 접촉하는 압력 플레이트(즉, 마찰부재)는 보다 얇거나 전체적으로 균일하게 제거될 수 있어서, 비용을 줄이고 전체 길이가 축소될 수 있다. 또한, 상기 플랜지를 제공함으로써, 스페이서 자체의 강성(rigidity)이 증가되어, 스페이서가 커넥팅드럼 및 스플라인 둘 모두에 대하여 회전불가능하도록 상기 커넥팅드럼과 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재와 피팅되는 스페이서상의 스플라인을 형성하는 작업이 보다 용이해짐으로써, 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치는 상기 스페이서가 상기 커넥팅드럼과 일체로 제공되는 맞댐부(abutting portion)에 의하여 상기 제1방향에 대향되는 방향으로 이동하는 것이 방지되어 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재의 피팅을 가능하게 하고 상기 맞댐부와 스토퍼부재 사이의 제 위치에서 유지된다.
따라서, 상기 하나의 마찰맞물림장치가 해제되는 경우, 상기 제1방향에 대향되는 방향으로 이동하는 스페이서에 의하여 야기되는 동력전달의 효율성 및 연료 효율성의 열화와 상기 마찰맞물림장치가 해제될 때 상기 마찰부재들이 맞물림으로부터 슬립(slip)되어 드래깅 손실(dragging loss) 및 상기 마찰부재들을 연소(burn)시킬수 있는 열의 조성(heat buildup)이 초래되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치는, 예를 들어 마찰맞물림장치로서의 역할을 하는 브레이크 및 클러치의 작동 상태에 따라 복수의 속도들 및 전진과 후진간의 전환을 위한, 유성기어 타입의 자동 트랜스미션이나 전진-후진 전환장치(forward-reverse switching apparatus)와 같은 차량의 동력전달장치에 적용된다. 또한, 본 발명의 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치는 차량에 사용되는 동력전달장치 이외의 동력전달장치에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 유압실린더 및 마찰맞물림장치는, 예를 들어 형상이 원통형이며 세장형 지지부재(elongated support member)를 중심으로 센터링된다. 커넥팅드럼는 제1유압실린더의 실린더 튜브의 외측 실린더에 일체로 연결되어 그로부터 연속적으로 되어 있다. 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치는 커넥팅드럼의 내주 측면상에 하우징된다. 하지만, 상기 제1유압실린더의 내측 실린더로부터 연속하도록 커넥팅드럼을 제공하는 형태, 원통형 지지부재를 사용하여 상기 커넥팅드럼의 외주 측면상에 상기 마찰맞물림장치를 배치시키거나 상기 커넥팅드럼의 내측상에 상기 마찰맞물림장치를 배치시키는 형태, 또는 중앙부를 갖는 디스크형상의 피스톤이 제2유압실린더로서의 역할을 하도록 하는 장치를 채용하는 형태 등과 같은 다양한 여타 형태들도 실행가능하다.
상기 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치 둘 모두에 있어서, 서로에 대하여 회전가능한 두 부재들 각각에 2이상의 마찰부재가 제공되는 브레이크 및 다중 디스스크(multiple-disk) 클러치를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 대안적으로는, 상기 두 부재들 각각에 제공되는 단 하나의 마찰부재만이 존재하는 단일 디스크 마찰맞물림장치를 채용하는 것도 가능하다.
지지부재와 제1커넥팅부재 또는 제2커넥팅간의 동력전달은, 동력이 상기 지지부재로부터 상기 제1커넥팅부재 또는 제2커넥팅부재로 전달되거나 상기 제1커넥팅부재 또는 제2커넥팅부재로부터 상기 지지부재로 전달되도록 이루어질 수 있거나, 또는 동렬전달의 방향이 특정 조건에 따라 균일하게 변화될 수 있다. 또한, 상기 지지부재, 제1커넥팅부재 및 제2커넥팅부재 모두는 축선을 중심으로 회전가능할 수도 있다. 대안적으로, 상기 축선을 중심으로 회전하지 않도록 상기 부재들 중 어느 하나가 하우징 등에 고정될 수도 있다. 또한, 상기 제1커넥팅부재 및 제2커넥팅부재는, 그들이 서로 연결되지 않고 서로에 대하여 회전가능하거나, 서로 연결되어 함께 회전되도록 구성될 수도 있다.
제2마찰맞물림장치는 하나의 마찰맞물림장치이고, 제1마찰맞물림장치는 또 다른 마찰맞물림장치인 것이 바람직하나, 그 역도 가능하다.
또한, 상기 하나의 마찰맞물림장치의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재는 그에 대해 회전불가능하도록 상기 커넥팅드럼에 직접적으로 장착된다. 대안적으로는, 관련 기술과 유사하게, 다른 마찰맞물림장치를 맞물어 주는 피스톤이 그에 대해 회전불가능하도록 상기 커넥팅드럼에 맞물리고, 제1방향으로의 마찰부재들의 움직임이 커넥팅드럼에 장착되는 1이상의 스토퍼부재에 의하여 억제되는 한, 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재들은 그들 모두가 축선 방향으로는 이동가능하나 그에 대해 회전은 불가능하도록 상기 피스톤에 장착될 수 있다.
또한, 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재들은 그에 대해 회전불가능하도록 스페이서에 피팅되고, 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재들은 상기 스페이서에 의해 제1방향으로 이동하는 것이 억제될 수 있다. 또한, 상기 하나의 마찰맞물림장치 및 다른 마찰맞물림장치 둘 모두의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재들은 그에 대해 회전불가능하도록 상기 커넥팅드럼에 피팅되고, 상기 제1방향으로의 상기 마찰부재들의 이동은 상기 마찰맞물림장치 각각을 위한 별도의 스토퍼부재에 의하여 억제될 수 있다.
상기 스페이서는 다른 마찰맞물림장치 및 커넥팅드럼 모두에 피팅되어 이들 모두에 대하여 회전불가능하도록 구성되기 때문에, 예를 들어 상기 스페이서의 원통형 내주면 및 외주면상에 스플라인이 제공된다. 하지만, 프레스를 이용하여 그것을 벤딩 또는 드로잉함으로써 직경의 치수가 주변부(periphery)를 중심으로 주기적으로 변화되는 물결 형상(wavy shape)이 되도록 스페이서를 형성시킬 수도 있다. 물결무늬(wave)는 스플라인으로서의 역할을 하도록 사용될 수 있고 쉽고 저렴하게 제조될 수 있다. 또한 커넥팅드럼을 유사한 프레스 작업에 의해 물결 형상으로 형성시킴으로써, 스플라인들이 상기 커넥팅드럼상에 쉽고 저렴하게 형성될 수도 있다.
또한, 소정의 맞댐부가 제공될 수 있다. 이 경우에는, 예를 들어 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재들이 피팅되는 커넥팅드럼 부분의 치수들을, 스페이서가 피팅되는 커넥팅드럼 부분의 치수와는 상이하게 제조함으로써 스텝(step)이 형성될 수 있으며, 이 스텝이 상기 맞댐부로서 사용될 수 있다. 즉, 상기 커넥팅드럼이 외주 측면상에 위치되는 경우, 스페이서가 피팅되는 부분의 커넥팅드럼의 직경을, 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재들이 피팅되는 부분에서보다 크게 제조함으로써, 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재들이 작은 직경부와 큰 직경부간의 스텝(즉, 맞댐부)에 대하여 맞닿게 됨으로써, 상기 스페이서가 상기 제1방향에 대향되는 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재들이 다른 마찰맞물림장치를 맞물어 주는 피스톤을 통해 커넥팅드럼에 피팅되어 그에 대하여 회전불가능하도록 구성되는 경우에도, 피스톤이 피팅되는 부분의 직경의 치수를 스페이서가 피팅되는 부분의 직경의 치수와 상이하게 제조함으로써 소정의 스텝이 제공될 수 있다. 상기 맞댐부는 내주 측면 또는 외주 츠견 중 하나로 돌출되어 상기 스페이서를 맞물어 주는 돌출부(protrusion)일 수 있다. 예를 들어, 스페이서의 이동은 반경 방향으로 나사결합되는 볼트와 같은 별도의 부재인 맞댐부를 커넥팅드럼에 고정시킴으로써 방지될 수도 있다. 이러한 방식으로, 다양한 형태들이 실행가능하다.
지금부터는, 본 발명의 제1실시예를 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명이 적용된 차량용 자동 트랜스미션의 가상도이다. 도 1b는 여러 속도를 얻기 위한 마찰요소들의 맞물림/해제 조합들을 나타내는 표이다. 상기 차량용 자동 트랜스미션(10)은 FF(즉, 전륜 엔진, 전륜구동) 차량 등에 사용하기 위하여 횡방향으로 장착되는 트랜스미션이며, 단일 축선상에 제1트랜스미션부(14) 및 제2트랜스미션부(20)를 포함한다. 상기 제1트랜스미션부(14)는 그것의 주 구성요소로서 이중 피니언 형태의 제1유성기어세트(12)를 가지는 한편, 상기 제2트랜스미션부(20)는 그것의 주 구성요소로서 단일 피니언 형태의 제2유성기어세트(16) 및 이중 피니언 형태의 제3유성기어세트(18)를 갖는다. 상기 차량용 자동 트랜스미션(10)은 입력 샤프트(22)로부터 회전을 받아 그것을 변화시키고 출력 기어(24)로 상기 변화된 회전을 출력한다. 상기 입력 샤프트(22)는 엔진 등을 운용(run)하는 구동원에 의하여 구동되는 토크 컨버터의 터빈 샤프트와 같은 입력부재에 대응된다. 상기 출력 기어(24)는 출력부재에 대응되며 상이한 기어 유닛을 통해 좌측 및 우측 피구동 바퀴들을 구동한다. 차량용 자동 트랜스미션(10)은 그것의 중앙선 또는 축선에 대하여 실질적으로 대칭이다. 도 1a에는, 상기 중앙선 아래의 절반이 생략되었다.
제1트랜스미션부(14)의 많은 부분을 구성하는 제1유성기어세트(12)는 선 기어(S1), 캐리어(CA1) 및 링 기어(R1)를 포함한다. 상기 선 기어(S1)는 입력 샤프트(22)에 연결되고 그에 의해 구동되는 한편, 캐리어(CA1)는 제3브레이크(B3)를 통해 회전되지 않는 케이스(26)에 고정된다. 상기 링 기어(R1)는 중간 출력부재로서의 역할을 하여, 동력을 출력하는 한편 입력 샤프트(22)보다 느린 속도로 회전된다. 또한, 함께 제2트랜스미션부(20)의 많은 부분을 구성하는 제2유성기어세트(16) 및 제3유성기어세트(18)는 4개의 회전요소(RM1 내지 RM4)로서의 역할을 하는 4개의 부분에서 함께 커플링된다. 보다 상세하게는, 상기 제3유성기어세트(18)의 선 기어(S3)는 제1회전요소(RM1)으로서의 역할을 하고; 상기 제2유성기어세트(16)의 링 기어(R2) 및 상기 제3유성기어세트(18)의 링 기어(R3)는 함께 커플링되어 제2회전요소(RM2)로서의 역할을 하고; 상기 제2유성기어세트(16)의 캐리어(CA2) 및 상기 제3유성기어세트(18)의 캐리어(CA3)는 함께 커플링되어 제3회전요소(RM3)로서의 역할을 하며; 상기 제2유성기어세트(16)의 선 기어(S2)는 제4회전요소(RM4)로서의 역할을 한다. 상기 제2유성기어세트(16) 및 제3유성기어세트(18)는 함께, 상기 캐리어(CA2 및 CA3)뿐만 아니라 링 기어(R2 및 R3)가 공통 부재로서 공유되는 라비뇨형 기어열(Ravigneaux type planetary gear train)을 형성하며, 상기 제2유성기어세트(16)의 피니언기어 또한 제3유성기어세트(18)의 제2피니언기어로서의 역할을 한다.
상기 제1회전요소(RM1)(즉, 선 기어(S3))는 제1브레이크(B1)에 의해 그것을 케이스(26)에 커플링시킴으로써 회전이 선택적으로 방지될 수 있다. 상기 제2회전요소(RM2)(즉, 링 기어(R2 및 R3))는 제1클러치(C1)에 의하여 입력 샤프트(22)에 선택적으로 커플링되고, 제2브레이크(B2)를 이용하여 그것을 케이스(26)에 커플링시킴으로써 회전이 선택적으로 방지될 수 있다. 상기 제4회전요소(RM4)(즉, 선 기어(S2))는 제2클러치(C2)를 통해 입력 샤프트(22)에 선택적으로 커플링될 수 있다. 상기 제1회전요소(RM1)(즉, 선 기어(S3))는 중간 출력부재로서의 역할을 하는 제1유성기어세트(12)의 링 기어(R1)에 일체로 연결된다. 상기 제3회전요소(RM3)(즉, 캐리어(CA2 및 CA3))는 출력 기어(24)에 일체로 연결되고 그에 대한 회전을 출력한다. 상기 제1브레이크(B1), 제2브레이크(B2), 제3브레이크(B3), 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)는 함께, 그들 모두가 유압실린더에 의하여 맞물리는 다중 디스크 유압 마찰맞물림장치로서의 역할을 한다. 상기 제2브레이크(B2)와 함께, 역 방향의 회전은 방지하면서 상기 제2회전요소(RM2)의 전방 회전(즉, 입력 샤프트(22)의 방향과 동일한 방향으로의 회전)을 가능하게 하는 원웨이 클러치(one-way clutch:F)가 상기 제2회전요소(RM2)와 케이스(26) 사이에 제공된다.
도 2는 직선들을 이용하여 상기 제1트랜스미션부(14) 및 제2트랜스미션부(20)의 회전요소들 각각의 회전속도를 예시하고 있는 정렬 그래프이다. 도면에서 하부의 수평선은 "0"의 회전속도를 나타내고, 도면 상부의 수평선은 "1.0"의 회전속도, 즉 입력 샤프트(22)의 회전속도와 동일한 회전속도를 나타낸다. 또한, 상기 제1트랜스미션부(14)에 대응되는 수직선들은, 왼쪽에서 오른쪽으로 순서대로, 선 기어(S1), 링 기어(R1) 및 캐리어(CA1)를 나타내며, 제1유성기어세트(12)의 기어비(ρ1)(=선 기어의 티스의 개수/링 기어의 티스의 개수)에 따라 설정된 선들간의 간격을 갖는다. 이와 유사하게, 제2트랜스미션부(20)는 순서대로 왼쪽에서 오른쪽으로, 상기 제1회전요소(RM1)(즉, 선 기어(S3)), 상기 제2회전요소(RM2)(즉, 링 기어(R2 및 R3)), 상기 제3회전요소(RM3)(즉, 캐리어(CA2 및 CA3)) 및 상기 제4회전요소(RM4)(즉, 선 기어(S2))를 나타내며, 제2유성기어세트(16)의 기어비(ρ2) 및 제3유성기어세트(18)의 기어비(ρ3)에 따라 설정된 그들간의 간격을 갖는다.
상기 정렬 그래프에서 알 수 있듯이, 상기 제4회전요소(RM4)가 입력 샤프트(22)와 일체로 회전하고 제2회전요소(RM2)가 회전하는 것이 방지되도록 상기 제2클러치(C2)와 제2브레이크(B2)가 맞물리는 경우, 출력 기어(24)에 커플링되는 제3회전요소(RM3)는 "1st"로 나타낸 회전속도로 회전하고, 최대 기어비를 갖는 제1속도 "1st"가 얻어진다. 상기 제4회전요소(RM4)가 입력 샤프트(22)와 일체로 회전하고 제1회전요소(RM1)가 회전하는 것이 방지되도록 상기 제2클러치(C2)와 제1브레이크(B1)가 맞물리는 경우, 제3회전요소(RM3)는 "2nd"로 나타낸 회전속도로 회전하고, 상기 제1속도 "1st"의 기어비보다 작은 기어비를 갖는 제2속도 "2nd"가 얻어진다. 상기 제4회전요소(RM4)가 입력 샤프트(22)와 일체로 회전하고 제1회전요소(RM1)가 제1트랜스미션부(14)를 통해 입력 샤프트(22)보다 느린 속도로 회전하도록, 상기 제2클러치(C2)와 제3브레이크(B3)가 맞물리는 경우, 제3회전요소(RM3)는 "3rd"로 나타낸 회전속도로 회전하고, 상기 제2속도 "2nd"의 기어비보다 작은 기어비를 갖는 제3속도 "3rd"가 얻어진다. 상기 제2트랜스미션부(20)가 입력 샤프트(22)와 일체로 회전하도록 상기 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 맞물리는 경우, 상기 제3회전요소(RM3)는 "4th"로 나타낸 회전속도로 회전하고, 즉 상기 제3회전요소(RM3)는 입력 샤프트(22)와 동일한 속도로 회전되고, 상기 제3속도 "3rd"의 기어비보다 작은 기어비를 갖는 제4속도 "4th"가 얻어진다. 상기 제4속도 "4th"는 1:1의 기어비를 갖는다. 상기 제2회전요소(RM2)가 입력 샤프트(22)와 일체로 회전하고 제1회전요소(RM1)가 제1트랜스미션부(14)를 통해 입력 샤프트(22)보다 느린 속도로 회전하도록, 상기 제1클러치(C2)와 제3브레이크(B3)가 맞물리는 경우, 상기 제3회전요소(RM3)는 "5th"로 나타낸 회전속도로 회전하고, 상기 제4속도 "4th"의 기어비보다 작은 기어비를 갖는 제5속도 "5th"가 얻어진다. 상기 제2회전요소(RM2)가 입력 샤프트(22)와 일체로 회전하고 제1회전요소(RM1)가 회전하는 것이 방지되도록 상기 제1클러치(C1)와 제1브레이크(B1)가 맞물리는 경우, 상기 제3회전요소(RM3)는 "6th"로 나타낸 회전 속도로 회전하고, 상기 제5속도 "5th"의 기어비보다 작은 기어비를 갖는 제6속도 "6th"가 얻어진다. 나아가, 상기 제2회전요소(RM2)가 회전하는 것이 방지되고 상기 제1회전요소(RM1)가 상기 제1트랜스미션부(14)를 통해 입력 샤프트(22)보다 느린 속도로 회전하도록 제2브레이크(B)와 상기 제3브레이크(B3)가 맞물리는 경우, 상기 제3회전요소(RM3)는 "Rev"로 나타낸 회전 속도로 역회전하고, 역회전 속도 "Rev"가 얻어진다.
도 1b의 표는, 제1클러치(C1), 제2클러치(C2), 제1브레이크(B1), 제2브레이크(B2) 및 제3브레이크(B3)의 각각의 속도 및 작동 상태들간의 관계를 나타내고 있다. 단일 원은 맞물림을 나타내고 이중 원은 단지 엔진 브레이킹과의 맞물림을 나타낸다. 원웨이 클러치(F)는 상기 제1속도 "1st"를 얻기 위해 사용되는 제2브레이크(B2)와 함께 제공되기 때문에, 제2브레이크(B2)가 분리(take off)되면(즉, 가속되면) 항시 제2브레이크(B2)를 맞물어줄 필요는 없다. 또한, 각각의 속도에 대한 기어비는 제1유성기어세트(12)의 기어비(ρ1), 제2유성기어세트(16)의 기어비(ρ2) 및 제3유성기어세트(18)의 기어비(ρ3)에 따라 적절하게 설정된다.
도 3은, 지지부재로서의 역할을 하는 입력 샤프트(22)와, 제1커넥팅부재로서의 역할을 하는 제2회전요소(RM2) 및 상기 제2커넥팅부재로서의 역할을 하는 제4회전요소(RM4)간의 동력의 전달을 가능하게 하고 차단하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(30)의, 중앙선 또는 축선 0으로부터의 상부 절반을 상세하게 나타낸 단면도이다. 또한, 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(30)에는 상기 제1클러치(C1)와 마찰식으로 맞물리는 제1유압실린더(32) 및 상기 제2클러치(C2)와 마찰식으로 맞물리는 제2유압실린더(34)가 제공된다. 상기 제1유압실린더(32) 및 제2유압실린더(34)는 둘 모두 원통형이며 그들이 축선 0을 중심으로 입력 샤프트(22)와 함께 회전하도록, 동일 축선상에서 그를 중심으로 센터링되는 상기 입력 샤프트(22)에 일체로 부착된다.
상기 제1유압실린더(32)에는 실린더 튜브(36) 및 피스톤(38)이 제공된다. 도 3에서 오른쪽으로 개방된, 저부, 즉 단부를 갖는 원통형상으로 형성되는 실린더 튜브(36)는 상기 입력 샤프트(22)에 부착되어 그에 대해 회전불가능하게 구성될 뿐만 아니라 축선 방향(즉, 축선(0)의 방향)으로(즉 도면에서 좌측 및 우측 방향으로) 이동할 수도 없도록 구성된다. 상기 피스톤(38)은 상기 피스톤 튜브(36) 내측에 피팅되어 상기 축선(0)을 따라 이동할 수 있도록 되어 있다. 유압 유체는, 상기 피스톤(38)이 제1방향, 즉 도면에서 우측으로 가압되어 나가, 상기 제1클러치(C1)를 마찰식으로 맞물도록 유압 유체 통로(hydraulic fluid passage:41)로부터 실린더 튜브(36)와 상기 피스톤(38) 사이의 압력챔버(40)내로 공급된다. 고무 등으로 만들어지는 시일 부재(seal member:42,44)는 상기 압력챔버(40)를 밀봉하기 위하여 피스톤(38)의 내주부 및 외주부에 고정된다. 또한, 원통형 커넥팅드럼(46)은 상기 입력 샤프트(22)에 일체로 부착되는 실린더 튜브(36)의 측벽부(본 실시예에서는 외주 측면의 외측 실린더부)에 일체로 부착된다. 상기 커넥팅드럼(46)은 축선(0)을 중심으로 센터링되고 제1방향으로 연장되어 나간다. 제1클러치(C1)는 상기 커넥팅드럼(46)의 내주 측면에 부착되어 그에 대해 회전불가능하게 구성된 다중 마찰부재(48) 및 상기 제2회전요소(SM2)에 부착되어 상기 다중 마찰부재들(48) 사이에서 번갈아서 그에 대해 회전불가능하도록 구성된 다중 마찰요소(50)를 포함한다. 상기 피스톤(38)은 상기 마찰부재 48과 마찰부재 50을 마찰식으로 맞물어서 상기 제2회전요소(RM2)를 상기 입력 샤프트(22)에 연결시킨다.
제2유압실린더(34)는 제1방향(즉 도 3에서 우측)으로, 상기 제1유압실린더(32)에 인접하게 제공된다. 상기 제2유압실린더(34)는 실린더 튜브(56) 및 피스톤(58)을 포함한다. 상기 실린더 튜브(56)는 도 3에서 우측으로 개방된 저부, 즉 단부를 갖는 원통형이다. 상기 실린더 튜브(56)는 상기 입력 샤프트(22)에 장착되어 그에 대해 회전불가능하고, 축선 방향(즉, 축선(0)의 방향)으로 이동할 수 없도록 구성된다. 상기 피스톤(58)은 상기 실린더 튜브(56) 내측에 피팅되어 축선방향으로 이동할 수 있도록 구성된다. 상기 피스톤(58)이 제1방향, 즉 도면에서 우측으로 가압되어 나가 상기 제2클러치(C2)를 마찰식으로 맞물도록, 유압 유체 통로(61)로부터 실린더 튜브(56)와 상기 피스톤(58) 사이의 압력챔버(60)내로 유압 유체가 공급된다. 고무 등으로 만들어지는 시일 부재(62,64)는 상기 압력챔버(60)를 밀봉하기 위하여 상기 피스톤(58)의 내주부 및 외주부에 고정된다. 또한, 상기 제2클러치(C2)는, 상기 제2유압실린더(34)와 제1클러치(C1) 사이에 있고 상기 제1클러치(C1)에 인접하도록 상기 제2유압실린더(34)로부터 제1방향으로의 소정 위치, 즉 상기 제2유압실린더(34)보다 도면에서 우측으로 더 먼 위치에서 상기 커넥팅드럼(46)의 내주 측면에 장착된다. 상기 제2클러치(C2)는, 상기 커넥팅드럼(46)의 내주 측면에 부착되어 그에 대해 회전불가능하도록 구성되는 다중 마찰부재(68) 및 상기 제4회전요소(RM4)에 부착되어 상기 다중 마찰부재(68) 사이에 번갈아서 그에 대해 회전불가능하도록 구성되는 다중 마찰부재(70)를 포함한다. 상기 피스톤(58)은 상기 마찰부재(68) 및 상기 마찰부재(70)을 마찰식으로 맞물어서 상기 제4회전요소(RM4)를 상기 입력 샤프트(22)에 연결시킨다.
상기 제1클러치(C1)의 마찰부재 48 및 마찰부재 50과 상기 제2클러치(C2)의 마찰부재 68 및 마찰부재 70은, 제1방향에 대향되는 방향으로부터, 상기 제1방향 측면상의 그것의 단부로부터 상기 커넥팅드럼(46)내로 삽입된다. 즉 상기 도면에서 좌측으로 삽입된다. 상기 제1클러치(C1)의 마찰부재(48) 및 상기 제2클러치(C2)의 마찰부재(68)는 스플라인 맞물림 등에 의해 상기 커넥팅드럼(46)과 맞물린다. 이와 마찬가지로, 상기 제1클러치(C1)의 마찰부재(50) 및 상기 제2클러치(C2)의 마찰부재(70)는 스플라인 맞물림 등에 의해 각각 상기 제2회전요소(RM2) 및 상기 제4회전요소(RM4)와 맞물린다. 또한, 상기 마찰부재(68)는, 커넥팅드럼(46)에 일체로 부착되어 그에 대해 회전불가능하도록 구성된 스플라인인, 스페이서(72)에 의하여 상기 제2클러치(C2) 측면으로부터 제1방향으로의 이동이 방지된다. 상기 마찰부재들(68)은 상기 스페이서(72)에 의하여 제 위치에서 유지되는 압력 플레이트(74)와 피스톤(58) 사이에서 함께 가압된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 마찰부재(68)에서 이격된 4 곳의 동일한 거리에는 노치(68a)들이 제공되는 한편, 상기 피스톤(38)으로부터 제1방향으로 연장되는 제1유압실린더(32)의 상기 피스톤(38)상에는 상기 마찰부재(68)의 노치(68a)에 대응되는 위치에 4개의 맞물림부(engaging prong:38a)가 제공된다. 이들 맞물림부(38a)는 상기 제1클러치(C1)로 가는 중간의 노치(68a)들을 통하여 연장된다. 또한, 상기 제1클러치(C1)의 커넥팅드럼(46)의 측면상의 마찰부재(48)는 스상기 스페이서(72)에 고정되어 그에 대해 회전불가능하도록 구성된 스플라인이다. 상기 마찰부재(48)들은 상기 스페이서(72)를 제 위치에서 유지시키는 스냅 링(52)에 의하여 제1방향으로 이동하는 것이 방지된다. 따라서, 상기 마찰부재(48)들은 상기 스냅 링(52)에 의하여 제 위치에서 유지되는 압력 플레이트(54)와 피스톤(58) 사이의 마찰부재(50)에 대하여 가압된다. 본 실시예에 따르면, 축선(0)을 따르는 방향으로 제1방향에 대향되는 측면, 즉 도 3에서 좌측 측면상에 장착되는 제2클러치(C2)는 하나의 마찰맞물림장치이고, 상기 제1클러치(C1)는 다른 마찰맞물림장치이며, 상기 스냅 링(52)은 스토퍼부재로서의 역할을 한다.
도 5a는 마찰부재(68)가 제2클러치(C2)의 커넥팅드럼(46)과 어떻게 맞물리는지를 상세히 도시한 단면도이다. 상기 커넥팅드럼(46)은, 프레스를 이용하여 드로잉 또는 벤딩함으로써 직경의 치수가 주변부 주위에서 주기적으로 변화되는 물결 형상으로 형성되며, 그에 따른 내주면상의 물결무늬들이 스플라인으로서 사용된다. 그 다음, 커넥팅드럼(46)과 마찰부재(68)들이 서로에 대하여 회전되지 않도록 상기 스플라인들은 마찰부재(68)의 외주부상에 형성되는 스플라인들과 맞물린다. 또한, 도 5b는 제1클러치(C1)의 마찰부재(48), 커넥팅드럼(46) 및 스페이서(72)가 서로 어떻게 맞물리는지를 상세히 도시한 단면도이다. 상기 스페이서(72)는, 위와 유사한 방식으로 프레스를 이용한 드로잉 또는 벤딩에 의하여 직경의 치수가 주변부 주위에서 주기적으로 변화되는 물결 형상으로 형성되며, 그에 따라 생성된 내주면 및 외주면의 물결무늬들은 스플라인으로서 사용된다. 이들 스플라인들은, 스페이서(72)가 상기 커넥팅드럼(46) 및 마찰부재(48) 둘 모두에 대하여 회전불가능하도록 커넥팅드럼(46)의 외주부상에 형성되는 물결무늬 또는 스플라인들과 맞물릴뿐만 아니라 마찰부재(48)의 외주부상에 형성되는 스플라인들과도 맞물린다. 이러한 방식으로, 프레스를 이용한 드로잉 또는 벤딩에 의하여 스플라인으로서 형성될 수 있는 물결무늬들을 사용함으로써, 상기 커넥팅드럼(46) 및 스페이서(72)는 쉽고 저렴하게 구성될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 제2유압실린더(34)는 또한 입력 샤프트(22)와 일체로 제공되는 캔슬 플레이트(cancel plate:80)를 구비한다. 상기 캔슬 플레이트(80)와 피스톤(58) 사이에는 원심력 유압 캔슬링 챔버(centrifugal hydraulic pressure canceling chamber:82)가 형성된다. 상기 원심력 유압 캔슬링 챔버(82)는 압력챔버(60)로부터 피스톤(58)의 대향되는 측면상에 있다. 유압 유체가 유압 유체 통로(83)로부터 상기 원심력 유압 캔슬링 챔버(82)내로 도입되면, 그것이 축선(0)을 중심으로 회전할 때 상기 압력챔버(60)내에서 발생되는 원심력 유압이 상쇄되어 나간다. 상기 피스톤(58)에는 원통형 외측 실린더부(84)가 제공된다. 고무 등으로 만들어진 시일 부재(86)는 캔슬 플레이트(80)의 외주 에지에 고정되고 외측 실린더부(84)의 내주면에 대하여 슬라이딩된다. 이러한 시일 부재(86)는 피스톤(58)에 의한 이동이 가능하도록 하는 한편, 외측 실린더부(84)의 내주면과 상기 캔슬 플레이트(80) 사이에 밀봉을 제공한다. 상기 원심력 유압 캔슬링 챔버(82) 내측에는 압력챔버(60)내의 유압이 하강하여 제2클러치(C2)를 해제시킬 때 도 3에서 좌측으로 피스톤(58)을 복원시키는 복원스프링(88)이 있다.
또한, 상기 제2유압실린더(32)는 캔슬 플레이트로서 제2유압실린더(34)의 실린더 튜브(56)를 사용한다. 실린더 튜브(56)와 피스톤(58) 사이에는 원심력 유압 캔슬링 챔버(90)가 형성된다. 상기 원심력 유압 캔슬링 챔버(90)는 압력챔버(40)로부터 피스톤(38)의 대향 측상에 있다. 유압 유체 통로(91)로부터 원심력 유압 캔슬링 챔버(90)내로 유압 유체가 도입되면, 그것이 축선(0)을 중심으로 회전하면서 압력챔버(40)내에서 발생되는 원심력 유압이 상쇄되어 나간다. 상기 피스톤(38)에는 실린더 튜브(56)의 외주 측면에 피팅되는 원통형 외측 실린더부(92)가 제공된다. 고무 등으로 만들어지는 시일 부재(94)는 실린더 튜브(56)의 외주 에지에 고정되고 외측 실린더부(92)의 내주면에 대하여 슬라이딩된다. 상기 시일 부재(94)는 피스톤(38)에 의한 이동을 가능하게 하는 한편, 외측 실린더부(92)와 실린더 튜브(56) 사이에 밀봉을 제공한다. 원심력 유압 캔슬링 챔버(90) 내측에는 압력챔버(40)내의 유압이 강하하여 제2클러치(C1)를 해제시킬 때 도 3에서 좌측으로 피스톤(38)을 복원시키는 복원스프링(96)이 있다.
본 실시예에 따르면, 제2유압실린더(32)의 실린더 튜브(36)과 피스톤(38) 및 제2유압실린더(34)의 실린더 튜브(56), 피스톤(58) 및 캔슬 플레이트(80) 모두는 프레스를 이용한 드로잉에 의하여 금속 시팅(sheeting)으로 만들어진다. 하지만, 대안적으로 그들은 캐스트, 다이-캐스트, 단조 등에 의하여 이루어지고, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등으로 만들어진다.
본 예시에 따른 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(30)에서, 제2유압실린더(34)의 실린더 튜브(56)는 제1유압실린더의 피스톤(58)으로부터 분리되어 제공되고 입력 샤프트(22)에 일체로 고정되는 한편, 제1클러치(C1)의 마찰부재 48과 마찰부재 50 및 제2클러치(C2)의 마찰부재 68 및 마찰부재 70 모두는 커넥팅드럼(46)에 부착되는 스냅 링(52)에 의하여 제1방향으로 이동하는 것이 방지된다. 결과적으로, 제1클러치(C1)의 마찰부재 48 및 마찰부재 50이 피스톤(38)에 의해 함께 가압되는 경우, 그들은 서로 마찰식으로 맞물린다. 이와 마찬가지로, 마찰부재 68 및 마찰부재 70이 피스톤(58)에 의하여 함께 가압되는 경우, 그들 역시 서로 마찰식으로 맞물린다. 따라서, 제1유압실린더(32) 및 제2유압실린더(34)는 각각 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)를 맞물고 해제시킨다. 결과적으로, 제1클러치(C1)의 맞물림 토크 및 제2클러치(C2)의 맞물림 토크를 높은 정확도를 가지고 동시에 미세하게 제어할 수 있어, 상기 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)가 사용될 수 있는 모드들의 자유도를 향상시킨다.
또한, 제2유압실린더(34)에 인접하게 배치되는 제2클러치(C2)의 커넥팅드럼(46) 측면상의 마찰부재(68)는 커넥팅드럼(46)에 직접적으로 피팅되어 그에 대해 회전불가능하도록 구성되는 스플라인이다. 상기 제1유압실린더(32)의 피스톤(38)은, 축선 방향(즉, 축선(0)의 방향)으로 제2클러치(C2)의 제1방향 측면상에 배치되는 제1클러치(C1)와 맞물린다. 상기 제1유압실린더(32)의 피스톤(38)은 마찰부재(68)의 노치(68a)를 통하여 연장되고, 상기 제1클러치(C1)의 마찰부재 48 및 마찰부재 50에 대하여 가압된다. 따라서, 제1유압실린더(32)의 피스톤(38)에 제2클러치(C2)의 마찰부재(68)를 피팅하여 그들이 그에 대해 회전불가능하도록 해야 하는 경우가 있을 때, 피스톤(38)상에 실린더드럼 및 스플라인 티스 등을 제공할 필요가 없어서, 편리하게 수행된다. 결과적으로 피스톤(38)의 형상이 단순화되어 전체 장치를 보다 쉽고 저렴하게 제조할 수 있다. 나아가, 제1유압실린더(32)의 피스톤(38)의 작동 저항이 제2클러치(C2)가 맞물릴지 해제될지의 여부에 따라 변화되는데 따른 우려가 없어서, 상기 제1클러치(C1)의 맞물림 및 해제동안의 맞물림 토크의 변환 제어 등이 상기 제2클러치(C2)의 맞물림 또는 해제 여부와는 무관하게, 높은 정확도를 가지고 수행될 수 있다.
또한, 상기 제2클러치(C2)의 마찰부재 68과 마찰부재 70이 제1방향으로 이동하는 것을 방지하기 위하여 스페이서(72)를 통한 스냅 링(52)을 사용함으로써, 스냅 링이 제1클러치(C1) 측면상에서와 동일한 방식으로, 상기 제2클러치(C2)의 마찰부재 68 및 마찰부재 70을 제 위치에서 유지시키는데 사용되는 경우와 비교하여, 축선 방향(즉, 축선(0)의 방향)으로의 길이 치수가 감소될 수 있다. 또한, 상기 스냅 링은 커넥팅드럼(46)에의 조립을 위해 환상 홈내로 피팅되는 경우 반경 방향으로 압축되어야 하기 때문에, 스냅 링의 반경방향 치수가 압력 플레이트(74)와의 맞물림을 위해 필요한 반경방향 치수보다 크되, 상기 스냅 링이 압축되는 양만큼만(즉, 상기 커넥팅드럼(46)의 환상 홈내로 피팅될 스냅 링의 양만큼만) 증가시켜, 상기 유압실린더(32) 피스톤(38)의 맞물림부(38a)와의 간섭을 피하도록 할 필요가 있다. 하지만, 상기 스페이서(72)가 사용되는 경우에는, 그것의 반경 방향 치수가 상기 압력 플레이트(74)와 맞물리는데 필요한 치수와 같고 더 클 필요는 없기 때문에, 상기 스페이서(72)의 반경 방향 치수가 상기 스냅 링의 반경 방향 치수에 비해 감소될 수 있다.
이제부터는, 본 발명에 따른 제2실시예에 대하여 설명하기로 한다. 다음의 제2실시예에서는, 제1실시예의 부재와 실질적으로 동일한 부재들은 동일한 참조부호 및 특성들을 갖는 것으로 하고 그에 대한 설명은 생략할 것이다.
상기 제1실시예에서는, 압력 플레이트(74)의 외주부에 대하여 맞닿는 원통형 스페이서(72)가 사용된다. 하지만, 대안적으로는 상기 스페이서(72)의 단부가 도 6의 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(100)에 나타낸 바와 같이, 압력 플레이트(74)와 실질적으로 평행한 플랜지(102)로 형성될 수도 있다. 이 경우에, 상기 압력 플레이트(74)는 상기 플랜지(102)에 의하여 넓은 면적에 걸쳐 지지되기 때문에, 피스톤(58)으로부터의 압력은 마찰부재 68 및 마찰부재 70의 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 분포된다. 결과적으로, 국부적인 열의 발생 및 불균일한 마찰이 억제되고, 제2클러치(C2)의 내구성 및 맞물림 힘 등의 관점에서의 성능이 향상된다. 또한, 압력 플레이트(74)가 보다 얇게 만들어지거나 또는 전체적으로 균일하게 제거될 수 있어, 비용을 절감하고 전체 길이를 단축시킬 수 있다. 또한, 상기 플랜지(102)를 제공함으로써, 스페이서(72) 자체의 강성이 증가되어, 물결무늬가 스플라인으로서의 역할을 하는 물결 형상으로 그를 프레싱하는 작업 등이 보다 용이해짐으로써 제조비용을 절감할 수 있다.
마찰부재(68)를 이용할 때와 마찬가지로 플랜지(102)에는 노치들이 제공되어, 피스톤(38)의 맞물림부(38a)가 그를 통해 연장될 수 있도록 한다. 또한, 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(100)에는, 피스톤(38)의 맞물림부(38a)가 커넥팅드럼(46)에 대하여 회전불가능하도록, 상기 커넥팅드럼(46)상의 스플라인(즉, 물결무늬부)와 맞물리는 상기 피스톤(38)의 맞물림부(38a)상에 물결 형상 맞물림 티스(wavy shaped meshing teeth:104)가 제공된다. 상기 피스톤(38)은, 예를 들어 캐스트, 다이-캐스트 또는 단조되고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등으로 만들어질 수 있다. 또한, 이와 유사한 맞물림 티스가 제1실시예에 제공될 수도 있다.
도 6에 나타낸 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(100)와 비교하여, 도 7에 나타낸 제3실시예에 따른 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치(110)는, 스페이서(72)가 피팅되는 커넥팅드럼(46) 부분의 반경 방향 치수, 즉 (도 7에서 우측으로) 개방된 측면인 제1방향 측면상의 부분의 반경 방향 치수가, 제2클러치(C2)가 피팅되는 커넥팅드럼(46) 부분의 반경 방향 치수보다 상대적으로 크고, 상기 스페이서(72)가 상이한 직경의 두 부분들 사이의 스텝(112)에 대하여 맞닿는 한편 상기 마찰부재(68)가 피팅될 수 있도록 구성된다. 결과적으로, 상기 스페이서(72)가 제1방향에 대향되는 방향으로 이동하는 것이 방지되고, 상기 스페이서(72)는 상기 스텝(112)과 스냅 링(52) 사이의 제 위치에서 유지된다. 상기 스텝(112)은 상기 커넥팅드럼(46)과 일체로 제공되는 맞댐부에 대응된다.
이 경우에, 상기 스페이서(72)는 상기 스텝(112)과 상기 스냅 링(52) 사이에서 축선방향의 제 위치에서 유지되기 때문에, 제2클러치(C2)가 해제되는 경우에 대향되는 방향으로 이동하는 스페이서(72)에 의해 야기되는 동력전달의 효율성 및 연료 효율성의 열화와, 마찰부재 68 및 마찰부재 70이 맞물림에서 슬립되어 상기 마찰부재 68 및 마찰부재 70을 연소시킬 수 있는 열의 조성 및 드래깅 손실을 초래하는 것을 방지할 수 있다.
도면을 참조하여 몇가지 실시예들에 대하여 상술하였으나, 본 명세서에서 많은 수정례 및 변형례들이 당업자들에 의해 쉽게 구성될 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 모든 수정례 및 변형예들은 본 발명의 의도된 범위내에 포함된다.
상기 제2유압실린더(34)의 실린더 튜브(56)는 제1유압실린더(32)의 피스톤(38)으로부터 분리되어 제공되고, 입력 샤프트(22)에 일체로 고정된다. 제1클러치(C1)의 마찰부재(48,50) 및 제2클러치(C2)의 마찰부재(48,50)는 커넥팅드럼(46)에 부착되는 스냅 링(52)에 의하여 제1방향으로 이동하는 것이 방지된다. 상기 제1클러치(C1)의 마찰부재(48,50)는 피스톤(38)에 의하여 마찰식으로 맞물리고, 상기 제2클러치(C2)의 마찰부재(48,50)는 피스톤(58)에 의하여 마찰식으로 맞물린다.

Claims (8)

  1. 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치로서,
    유압 유체를 제1압력챔버내로 공급함으로써, 피스톤이 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치의 축선과 평행한 제1방향으로 이동되는 제1유압실린더;
    공통 지지부재상에 일체로 제공되고, 상기 제1유압실린더에 대해 상기 제1방향에 인접한 위치에서 상기 제1유압실린더와 동심을 이루며, 유압 유체를 제2압력챔버내로 공급함으로써 피스톤이 상기 제1방향으로 이동되는 제2유압실린더;
    상기 지지부재에 일체로 장착되는 상기 제1유압실린더의 실린더 튜브의 측벽부상에 제공되고, 상기 축선을 중심으로 센터링되며 상기 제1방향으로 연장되는 원통형 커넥팅드럼;
    상기 제2유압실린더보다 상기 제1방향 측면으로 더 멀리에 위치된 제1마찰맞물림장치로서, (i) 제1커넥팅부재에 대하여 상기 축선을 중심으로 회전가능한 커넥팅드럼상에 제공되고, 상기 커넥팅드럼에 대해서는 회전 불가능한 제1마찰부재, 및 (ⅱ) 상기 제1커넥팅부재상에 제공되고, 상기 제1커넥팅부재에 대하여 회전불가능한 제2마찰부재를 구비하며, 상기 커넥팅드럼을 통해 상기 제1유압실린더의 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 지지부재를 상기 제1커넥팅부재와 연결시키고 상기 제1커넥팅부재의 제2마찰부재를 이용하여 상기 커넥팅드럼의 제1마찰부재를 맞물어 주는 상기 제1마찰맞물림장치; 및
    제2유압실린더 보다 상기 제1방향 측면으로 더 멀리에 위치하고 상기 제1마찰맞물림장치에 대해 상기 축선 방향으로 인접한 제2마찰맞물림장치로서, (i) 제2커넥팅부재에 대하여 상기 축선을 중심으로 회전가능한 커넥팅드럼상에 제공되고, 상기 커넥팅드럼에 대해서는 회전 불가능한 제3마찰부재, 및 (ⅱ) 상기 제2커넥팅부재상에 제공되고, 상기 제2커넥팅부재에 대하여 회전불가능한 제4마찰부재를 구비하며, 상기 커넥팅드럼을 통해 상기 제2유압실린더의 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 지지부재를 상기 제2커넥팅부재와 연결시키고 상기 제2커넥팅부재의 제4마찰부재를 이용하여 상기 커넥팅드럼의 제3마찰부재를 맞물어 주는 상기 제2마찰맞물림장치를 구비한 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치에 있어서,
    상기 제2유압실린더의 실린더 튜브는 상기 제1유압실린더의 피스톤으로부터 분리되어 제공되고, 상기 지지부재에 일체로 고정되며,
    상기 제1마찰맞물림장치의 상기 제1마찰부재 및 상기 제2마찰부재와 상기 제2마찰맞물림장치의 제3마찰부재 및 제4마찰부재는 상기 제1방향에 대향되는 방향에서 상기 제1방향 측면상의 그의 단부로부터 상기 커넥팅드럼내로 피팅되고, 상기 커넥팅드럼에 일체로 부착되는 스토퍼부재에 의하여 상기 제1방향으로의 이동이 방지되는 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치 가운데, 상기 축선 방향으로 상기 제1방향 측면에 대향되는 측면상에 배치되는 하나의 마찰맞물림장치의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재가 상기 커넥팅드럼에 장착되어 그에 대해 회전불가능하도록 구성되고,
    상기 제1방향 측면상에 위치한 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재를 맞물어 주는 유압실린더의 피스톤이 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재에 형성된 노치를 통해 연장되고 상기 다른 마찰맞물림장치의 마찰부재에 대하여 맞닿도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1마찰맞물림장치 및 제2마찰맞물림장치 가운데, 상기 축선 방향으로 상기 제1방향 측면에 대향되는 측면상에 배치되는 상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재가, 상기 제1방향 측면으로부터, 상기 커넥팅드럼에 피팅되는 스페이서(spacer)에 의하여 상기 제1방향으로 이동하는 것이 방지되어 그에 대해 회전불가능하도록 구성되고,
    상기 제1방향 측면상에 위치한 상기 다른 마찰맞물림장치의 커넥팅드럼 측면상의 마찰부재가, 상기 스페이서에 피팅되어 그에 대해 회전불가능하도록 구성되며, 스토퍼부재에 의하여 상기 스페이서와 함께 상기 제1방향으로 이동하는 것이 방지되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1마찰부재 및 상기 제2마찰부재는 상기 제1유압실린더의 피스톤과 상기 스토퍼부재 사이에서 함께 가압되고, 상기 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 맞물리며;
    상기 제3마찰부재 및 상기 제4마찰부재는 스페이서를 통해 상기 제1유압실린더의 피스톤과 상기 스토퍼부재에 사이에서 함께 가압되고, 상기 피스톤을 상기 제1방향으로 이동시킴으로써 맞물리는 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재와 실질적으로 평행하도록 상기 커넥팅드럼으로부터 떨어져 실질적으로 직각으로 굽은 환상 플랜지가 상기 스페이서의 단부상에 일체로 제공되는 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나의 마찰맞물림장치의 마찰부재의 피팅이 가능하도록, 상기 스페이서는 상기 커넥팅드럼과 일체로 제공되는 맞댐부에 의하여 상기 제1방향에 대향되는 방향으로 이동하는 것이 방지되고, 상기 맞댐부와 상기 스토퍼부재 사이의 제 위치에서 유지되는 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치의 회전 입력 샤프트인 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1마찰맞물림장치의 상기 제1마찰부재 및 상기 제2마찰부재는 복수로 제공되고;
    상기 제2마찰맞물림장치의 상기 제3마찰부재 및 상기 제4마찰부재는 복수로 제공되는 것을 특징으로 하는 듀얼 커넥팅 및 디스커넥팅 장치.
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