KR20190077996A

KR20190077996A - 스러스트 와셔

Info

Publication number: KR20190077996A
Application number: KR1020170179633A
Authority: KR
Inventors: 김영민
Original assignee: 평화오일씰공업주식회사
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-04

Abstract

상대 회전하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 개재되어 회전축 방향으로 하중을 받으며 양 부재의 상대 회전을 지지하고, 제2 부재에 결합 고정된 환형의 스러스트 와셔가 개시된다. 개시된 스러스트 와셔는, 제1 부재에 대면하는 측면에 윤활유가 수용되는 복수의 오일 그루브가 일렬로 형성되고, 오일 그루브는 각각, 내주면 측으로 개방되게 형성된 입구부, 및 입구부에 이어지며 회전축을 중심으로 하는 원호를 따라 연장되는 것으로, 입구부에서 멀어질수록 깊이가 낮아지도록 경사진 바닥면을 갖는 가이드부를 구비한다. 제1 부재가 제2 부재에 대해 상대적으로 회전하면, 윤활유가 회전축에 대해 방사 방향으로 유동하여 입구부로 유입되고, 입구부와 이어진 가이드부의 바닥면을 따라 경사지게 이동하면서 제1 부재 측으로 가압 공급된다.

Description

스러스트 와셔{Thrust washer}

본 발명은 상대 회전하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 개재되어 회전축(軸) 방향으로 하중을 받으며 상기 양 부재 사이의 상대 회전을 지지하는 스러스트 와셔에 관한 것이다.

스러스트 와셔(thrust washer)는 회전 샤프트의 축(軸) 방향에 걸리는 스러스트 하중이 작용하는 위치에 설치되어 상기 스러스트 하중을 받으며 회전을 지지하는 와셔이다.

차량의 자동변속기 내부에도 스러스트 와셔가 사용되는 부분이 있는데, 예를 들어, 클러치 조립체(clutch assembly)의 클러치 하우징(housing)과, 센터 서포트(center support) 사이에 스러스트 와셔가 개재된다. 상기 클러치 하우징과 상기 센터 서포트 사이에 개재되는 스러스트 와셔는, 센터 서포트의 단부에 고정되며, 회전 샤프트에 결합되어 센터 서포트에 대해 상대 회전하는 클러치 하우징을 회전 가능하게 지지하는 베어링(bearing)의 역할을 수행한다.

그런데, 차량의 운행 중에 상기 클러치 하우징이 고속 회전하므로 상기 스러스트 와셔의 마모가 심해지고, 이에 따라 내구성이 저하되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0828605호

본 발명은 상대 회전하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 개재되어 회전축(軸) 방향으로 하중을 받으며 상기 양 부재의 상대 회전을 지지하는 스러스트 와셔로서, 마찰면의 윤활을 개선하여 내마모성 및 내구성이 향상된 스러스트 와셔를 제공한다.

본 발명은, 상대 회전하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 개재되어 회전축(軸) 방향으로 하중을 받으며 상기 양 부재의 상대 회전을 지지하고, 상기 제2 부재에 결합 고정된 환형(環形)의 부재로서, 상기 제1 부재에 대면(對面)하는 측면에 윤활유(lubricating oil)가 수용되는 복수의 오일 그루브(oil groove)가 일렬로 형성되고, 상기 오일 그루브는 각각, 내주면 측으로 개방되게 형성된 입구부(inlet portion), 및 상기 입구부에 이어지며 상기 회전축을 중심으로 하는 원호(圓弧)를 따라 연장되는 것으로, 상기 입구부에서 멀어질수록 깊이가 낮아지도록 경사진 바닥면을 갖는 가이드부(guide portion)를 구비하고, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상대적으로 회전하면, 윤활유가 상기 회전축에 대해 방사 방향(radial direction)으로 유동(流動)하여 상기 입구부로 유입되고, 상기 입구부와 이어진 가이드부의 바닥면을 따라 경사지게 이동하면서 상기 제1 부재 측으로 가압 공급되는 스러스트 와셔(thrust washer)를 제공한다.

상기 가이드부는 상기 입구부로부터 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상대적으로 회전하는 방향으로 연장될 수 있다.

상기 입구부의 바닥면의 깊이가 상기 입구부에서 이어지는 바닥면의 깊이보다 깊을 수 있다.

상기 입구부의 바닥면과 상기 가이드부의 바닥면의 경계 부분은 굴곡진 곡면일 수 있다.

상기 윤활유가 상기 가이드부의 바닥면이 연장되는 길이 방향으로 이동하고 상기 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로는 이동하지 않도록, 상기 가이드부는 자신의 바닥면에 단차지게 이어진 내주측 벽면 및 외주측 벽면을 더 구비할 수 있다.

본 발명의 스러스트 와셔는, 제2 부재에 대해 제1 부재가 상대 회전하면 윤활유가 입구부의 개구를 통해 유입되어 가이드부를 따라 제1 부재 측으로 가압 공급된다. 따라서, 윤활유의 낭비가 줄어 윤활유 소모량이 감소되면서도 스러스트 와셔와 제1 부재 사이의 유막(oil film)이 신뢰성 있게 유지되고, 이로 인해, 스러스트 와셔의 내마모성 및 내구성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스러스트 와셔가 적용된 장치를 도시한 분해 사시도로서, 변속기의 클러치 하우징과 센터 서포트 사이에 스러스트 와셔가 개재되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 스러스트 와셔의 사시도이다.
도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도로서, 클러치 하우징과 센터 서포트 사이에 개재된 모습을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스러스트 와셔를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스러스트 와셔가 적용된 장치를 도시한 분해 사시도로서, 변속기의 클러치 하우징과 센터 서포트 사이에 스러스트 와셔가 개재되는 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 스러스트 와셔의 사시도이며, 도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도로서, 클러치 하우징과 센터 서포트 사이에 개재된 모습을 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스러스트 와셔(10)는 차량의 자동변속기의 클러치 하우징(1)과 센터 서포트(5) 사이에 개재되고, 상기 클러치 하우징(1) 중앙의 통공(2)과 센터 서포트(5) 중앙의 통공(6)을 관통하는 회전 샤프트(미도시)의 회전축(CL) 방향으로 하중으로 받으며 상기 양 부재(1, 5)의 상대 회전을 지지한다.

구체적으로, 상기 회전 샤프트는 상기 클러치 하우징(1) 중앙의 통공(2)을 관통하여 스플라인(spline) 체결되므로, 상기 회전 샤프트가 회전할 때 상기 클러치 하우징(1)은 동축(同軸) 회전하고 상기 센터 서포트(5)는 회전하지 않는다. 상기 클러치 하우징(1) 중앙의 통공(2) 주변에는 환형(環形)의 끼움 홈(groove)(2)이 마련된다. 상기 센터 서포트(5)는 중앙에 통공(6)이 형성되도록 파이프(pipe) 형태로 돌출된 끼움 돌기(7)를 구비한다. 상기 끼움 돌기(7)의 말단에는 와셔 안착면(8)이 형성된다. 상기 와셔 안착면(8)에 스러스트 와셔(10)가 결합 고정된 상태로 상기 끼움 돌기(7)가 상기 클러치 하우징(1)에 대해 상대 회전 가능하게 상기 끼움 홈(3)에 끼워진다.

스러스트 와셔(10)는 환형(環形)의 부재로서, 플라스틱(plastic) 소재로 이루어진다. 도 2를 기준으로, 스러스트 와셔(10)의 하측면(15)이 센터 서포트 끼움 돌기(7) 말단의 와셔 안착면(8)에 안착된다. 상기 하측면(15)에서 하방 돌출된 복수의 결합 돌기(11)가 상기 와셔 안착면(8)에 형성된 복수의 와셔 결합 홀(hole)(9)에 삽입되어서 스러스트 와셔(10)가 센터 서포트(5)에 결합 고정된다. 상기 센터 서포트(5)의 끼움 돌기(7)가 상기 끼움 홈(3)에 끼워진 상태에서 스러스트 와셔(10)의 상측면(14)은 상기 클러치 하우징 끼움 홈(3)의 내측면(4)에 대면(對面) 접촉한다.

사이 클러치 하우징 끼움 홈(3)의 내측면(4)에 대면하는 스러스트 와셔(10)의 상측면(14)에는 윤활유(lubricating oil)(40)가 수용되는 복수의 오일 그루브(oil groove)(19)가 형성된다. 상기 복수의 오일 그루브(19)는 상기 회전축(CL)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 일렬로 배치된다. 상기 복수의 오일 그루브(19)는 상기 회전축(CL)에 대해 등각도 간격으로 배치될 수 있다.

각각의 오일 그루브(19)는, 스러스트 와셔(10)의 내주면(12) 측으로 개방되게 형성된 입구부(inlet portion)(20)와, 상기 입구부(20)에 이어진 가이드부(guide portion)(30)를 구비한다. 상기 입구부(20)는, 스러스트 와셔(10)의 내주면에 형성된 개구(21)와, 상기 개구(21)를 통해 윤활유(40)가 스러스트 와셔(10)의 상측면(14) 내부로 유입되도록 윤활유(40)의 유로(流路)를 한정하는 바닥면(22)과, 내측 벽면(23)과, 외측 벽면(24)을 구비한다. 상기 바닥면(22), 내측 벽면(23), 및 외측 벽면(24)은 상기 회전축(CL)을 중심으로 하는 방사 방향으로 연장되고, 상기 내측 벽면(23)과 외측 벽면(24)은 상기 바닥면(22)의 폭(width)을 한정하도록 단차지게 형성된다.

가이드부(30)는 상기 입구부(20)에 이어지며 상기 회전축(CL)을 중심으로 하는 원호(圓弧)를 따라 연장된다. 상기 가이드부(30)는 입구부(20)를 통해 가이드부(30)로 흐르는 윤활유(40)의 유로를 한정하는 바닥면(31), 내주측 벽면(32), 외주측 벽면(33), 및 말단 단차면(34)을 구비한다. 상기 바닥면(31), 내주측 벽면(32), 외주측 벽면(33)은 상기 회전축(CL)을 중심으로 하는 원호를 따라 연장된다. 상기 말단 단차면(34)은 상기 바닥면(31)의 길이(length)를 한정하도록 단차지게 형성된다.

상기 바닥면(31)은 입구부(20)에서 멀어질수록 상측면(14)으로부터의 깊이가 낮아지도록 경사지게 연장된다. 부연하면, 상기 입구부(20)에 근접한 가이드부(30)의 시작 지점에서 상기 바닥면(31)의 깊이(DG1)가, 상기 말단 단차면(34)이 형성된 가이드부(30)의 끝 지점에서 상기 바닥면(31)의 깊이(DG2)보다 깊다. 한편, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예의 스러스트 와셔(10)는 경사진 바닥면(31)의 길이 방향 말단과 상측면(14)을 단차지게 구분하는 말단 단차면(34)을 구비하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 가이드부의 바닥면의 말단과 스러스트 와셔의 상측면이 말단 단차면이 없이 직접 이어지거나, 완만한 곡면에 의해 이어지는 경우도 본 발명의 실시예에 포함된다.

내주측 벽면(32)과 외주측 벽면(33)은 상기 바닥면(31)의 폭(width)을 한정하도록 상기 바닥면(31)에 단차지게 이어진다. 상기 외주측 벽면(33)은, 상기 개구(21)를 통해 상기 입구부(20)로 유입된 윤활유(40)가 방사 방향으로 스러스트 와셔(10)를 관통하여 흘러나가지 않도록 입구부(20)의 외측 벽면(24)에 이어지고, 상기 내주측 벽면(32)은 입구부(20)의 내측 벽면(23)에 이저진다.

상기 내주측 벽면(32)과 외주측 벽면(33)에 의해 가로 막혀서, 상기 입구부(20)를 통해 가이드부(30)로 유입된 윤활유(40)는 상기 바닥면(31)이 연장되는 길이 방향으로 이동하고, 상기 길이 방향에 직교하는 바닥면(31)의 폭 방향으로는 이동하지 않게 된다. 부연하면, 상기 내주측 벽면(32)에 의해 상기 입구부(20)를 통과하여 상기 가이드부(30)로 진입한 윤활유(40)는, 상기 내주측 벽면(32)에 의해 스러스트 와셔(10)의 내주면(12) 측으로의 유동이 차단되고, 상기 외주측 벽면(33)에 의해 스러스트 와셔(10)의 외주면(13) 측으로의 유동이 차단되며, 오로지 바닥면(31)의 길이 방향, 즉 바닥면(31)의 깊이(DG1)가 가장 깊은 시작 지점에서 바닥면(31)의 깊이(DG2)가 가장 얕은 끝 지점을 향해 유동하게 된다.

상기 가이드부(30)는 상기 입구부(20)로부터 상기 클러치 하우징(1)이 상기 센터 서포트(5)가 상대적으로 회전하는 방향으로 연장된다. 부연하면, 도 1 및 도 3에 화살표로 나타낸 바와 같이 차량 운행 중에 클러치 하우징(1)은 회전축(CL)을 중심으로 센터 서포트(5)에 대해 반시계 방향(RD)으로 회전하므로, 가이드부(30)는 상기 회전축(CL)을 중심으로 하는 원호를 따라 상기 입구부(20)로부터 반시계 방향으로 연장된다. 한편, 본 발명의 스러스트 와셔에서 상기 가이드부의 연장 방향은 도 2 및 도 3에 도시된 실시예와 다를 수도 있다. 예를 들면, 스러스트 와셔의 상측면에 대면하는 제1 부재가 상기 스러스트 와셔가 결합 고정된 제2 부재에 대해 회전축을 중심으로 시계 방향으로 회전하면, 가이드부는 상기 회전축을 중심으로 하는 원호를 따라 오일 그루브의 입구부로부터 시계 방향으로 연장된다. 또한, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 회전축을 중심으로 양 방향, 즉 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전 가능하면, 이에 부합하도록 상기 가이드부는 상기 회전축을 중심으로 하는 원호를 따라 오일 그루브의 입구부로부터 시계 방향 및 반시계 방향으로 분기되어 연장된다.

상기 입구부(20)의 바닥면(22)의 깊이(DE)는 상기 입구부(20)에서 이어지는 바닥면(31)의 시작 지점의 깊이(DG1)보다 깊다. 이로 인해 가이드부(30)보다 상대적으로 폭이 좁은 입구부(20)의 내부 체적이 확장되므로 보다 많은 양의 윤활유(40)가 개구(21)를 통해 입구부(20) 내부로 유입되고, 다시 가이드부(30)로 흘러 나가게 된다.

상기 입구부(20)의 바닥면(22)과 상기 가이드부(30)의 바닥면(31)의 경계 부분은 굴곡진 곡면(26)이다. 뿐만 아니라, 상기 내측 벽면(23)과 상기 내주측 벽면(32)의 경계 부분도 굴곡진 곡면(27)이고, 상기 외측 벽면(24)과 상기 외주측 벽면(33)의 경계 부분도 굴곡진 곡면(28)이다. 입구부(20)와 가이드부(30) 사이의 경계 부분에 상기한 곡면(26, 27, 28)이 없다면, 입구부(20)로 유입된 윤활유(40)가 가이드부(30)로 진입할 때 단차진 경계 부분에서 와류(vortex)가 발생하여 오일 그루브(19) 내부에서 윤활유(40)의 압력 손실이 발생할 수 있다. 상기 스러스트 와셔(10)는 입구부(20)와 가이드부(30)가 연결되는 경계 부분을 모두 곡면 처리함으로써, 오일 그루브(19) 내부에서 윤활유(40)의 압력 손실 및 운동 에너지 손실을 최소화한다.

상기 클러치 하우징(1)이 센터 서포트(5)에 대해 상대적으로 회전하면, 윤활유(40)가 회전축(CL)에 대해 방사 방향으로 유동하여 상기 입구부(20)로 유입되고, 상기 입구부(20)와 이어진 가이드부(30)의 경사진 바닥면(31)을 따라 경사지게 이동하면서 스러스트 와셔 상측면(14)과 대면하는 클러치 하우징(1)의 끼움 홈 내측면(4) 측으로 가압 공급된다. 다시 말해, 클러치 하우징(1)의 회전 원심력에 의해 상기 입구부(20)로 유입된 윤활유(40)는 원호 방향으로 방향을 전환하여 상기 가이드부(30)의 경사진 바닥면(31)을 따라 이동하면서 상기 끼움 홈 내측면(4) 측으로 펌핑(pumping)된다.

상기 가이드부(30)로 유입된 윤활유(40)는 상기 내주측 벽면(32)와 외주측 벽면(33)에 막혀서 회전축(CL)을 향한 방향이나 그 방사 방향으로는 유출되지 않고 오로지 클러치 하우징(1)의 회전 방향(RD)과 일치되는 방향으로만 이동한다. 윤활유(40)는 베르누이 정리(Bernoulli's theorem)가 적용되는 비압축성 유체에 해당하므로, 상기 개구(21)를 통해 입구부(20)로 유입되는 양과 같은 양의 윤활유(40)가 가이드부(30)를 통해 스러스트 와셔(10)의 상측면(14)과 상기 끼움 홈 내측면(4) 사이의 틈새에 충분히 공급된다. 따라서, 윤활유(40)의 낭비가 줄어 윤활유(40)의 소모량이 감소되면서도 스러스트 와셔(10)의 상측면(14)와 클러치 하우징(1)의 끼움 홈 내측면(4) 사이의 유막(oil film)이 신뢰성 있게 유지되고, 이로 인해, 스러스트 와셔(10)의 내마모성 및 내구성이 향상된다.

한편, 상기 클러치 하우징(1)의 회전 속도가 커지면 원심력이 커지므로, 상기 개구(21)를 통해 입구부(20)로 유입되고 가이드부(30)를 통과하여 상기 스러스트 와셔 상측면(14)과 상기 끼움 홈 내측면(4) 사이 틈새로 공급되는 윤활유(40)의 양도 더 많아진다. 따라서, 클러치 하우징(1)에 체결된 회전 샤프트(미도시)가 빠른 속도로 회전하는 경우에도 스러스트 와셔(10)가 신뢰성있게 센서 서포트(5)에 대한 클러치 하우징(1)의 회전을 지지할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 스러스트 와셔(10)는 클러치 하우징(1)의 끼움 홈 내측면(4)과 센터 서포트(5)의 끼움 돌기(7) 말단의 와셔 안착면(8) 사이에 개재되는 것으로 한정하여 설명되었으나, 본 발명의 스러스트 와셔(10)가 이러한 용도에 한정된 것은 아니다. 즉, 상기 클러치 하우징(1)과 센터 서포트(5)는 상대 회전하는 제1 부재와 제2 부재를 예시에 불과하며, 본 발명의 스러스트 와셔는 다른 종류의 상대 회전하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 개재될 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 클러치 하우징 5: 센터 서포트
10: 스러스트 와셔 11: 결합 돌기
19: 오일 그루브 20: 입구부
21: 개구 30: 가이드부

Claims

상대 회전하는 제1 부재와 제2 부재 사이에 개재되어 회전축(軸) 방향으로 하중을 받으며 상기 양 부재의 상대 회전을 지지하고, 상기 제2 부재에 결합 고정된 환형(環形)의 부재로서,
상기 제1 부재에 대면(對面)하는 측면에 윤활유(lubricating oil)가 수용되는 복수의 오일 그루브(oil groove)가 일렬로 형성되고,
상기 오일 그루브는 각각, 내주면 측으로 개방되게 형성된 입구부(inlet portion), 및 상기 입구부에 이어지며 상기 회전축을 중심으로 하는 원호(圓弧)를 따라 연장되는 것으로, 상기 입구부에서 멀어질수록 깊이가 낮아지도록 경사진 바닥면을 갖는 가이드부(guide portion)를 구비하고,
상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상대적으로 회전하면, 윤활유가 상기 회전축에 대해 방사 방향(radial direction)으로 유동(流動)하여 상기 입구부로 유입되고, 상기 입구부와 이어진 가이드부의 바닥면을 따라 경사지게 이동하면서 상기 제1 부재 측으로 가압 공급되는 것을 특징으로 하는 스러스트 와셔(thrust washer).
제1 항에 있어서,
상기 가이드부는 상기 입구부로부터 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상대적으로 회전하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 스러스트 와셔.
제1 항에 있어서,
상기 입구부의 바닥면의 깊이가 상기 입구부에서 이어지는 바닥면의 깊이보다 깊은 것을 특징으로 하는 스러스트 와셔.
제3 항에 있어서,
상기 입구부의 바닥면과 상기 가이드부의 바닥면의 경계 부분은 굴곡진 곡면인 것을 특징으로 하는 스러스트 와셔.
제1 항에 있어서,
상기 윤활유가 상기 가이드부의 바닥면이 연장되는 길이 방향으로 이동하고 상기 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로는 이동하지 않도록, 상기 가이드부는 자신의 바닥면에 단차지게 이어진 내주측 벽면 및 외주측 벽면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스러스트 와셔.