KR20210058201A - 원웨이클러치, 이의 제조 및 설치방법 및 이를 포함하는 토크컨버터 - Google Patents

원웨이클러치, 이의 제조 및 설치방법 및 이를 포함하는 토크컨버터 Download PDF

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KR20210058201A
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Abstract

본 발명은 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌출되는 복수 개의 톱니(512)들이 형성되는 아우터레이스(510); 상기 아우터레이스(510)와 동축으로 배열되는 이너레이스(520); 및 상기 아우터레이스(510) 및 이너레이스(520) 사이에 둘레방향으로 배치되는 제어부(530);를 포함하는 원웨이클러치(500)를 제공한다.
상기 톱니(512)는 둘레방향으로 일측(512a) 및 타측(512b)을 구비하고, 상기 일측(512a) 또는 타측(512b)에는 각각 아우터레이스(510)를 일방향 또는 타방향으로 회전시키려는 회전력이 가해진다.
상기 제어부(530)는 상기 이너레이스(520)에 대한 아우터레이스(510)의 상대적인 회전방향이 상기 일방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 저지하고 상기 타방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 허용한다.
상기 일측(512a) 및 타측(512b)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명은 일측(512a) 및 타측(512b) 중에서 각도가 큰 쪽에서는 리액터바디(410)가 톱니(512)를 빠져나가기 더 어려워지고 미끄러짐에 의한 마모가 발생하지 않아서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 각도가 작은 반대쪽에 의해 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하여 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워지므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.

Description

원웨이클러치, 이의 제조 및 설치방법 및 이를 포함하는 토크컨버터{ONE-WAY CLUTCH, METHOD FOR MANUFACTURING AND INSTALLING THE SAME AND TORQUE CONVERTER COMPRISING THE SAME}
본 발명은 원웨이클러치, 이의 제조 및 설치방법 및 이를 포함하는 토크컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저비용으로 용이하게 아우터레이스의 체결력을 향상시키는 원웨이클러치, 이의 제조 및 설치방법 및 이를 포함하는 토크컨버터에 관한 것이다.
원웨이클러치는 아우터레이스, 아우터레이스와 동축이고 아우터레이스와 동심으로 설치되는 이너레이스 및 아우터레이스와 이너레이스의 사이에 배치되는 제어부를 포함하여 구성된다.
제어부는 아우터레이스와 이너레이스의 상대적인 회전방향에 따라 아우터레이스 또는 이너레이스의 회전을 허용하거나 저지한다. 제어부는 스프래그(sprag) 또는 롤러(roller) 등과 이들을 지지하는 지지부를 포함하여 구성될 수 있다.
일례로, 원웨이클러치는 차량용 토크컨버터의 리액터에 구비될 수 있다. 이에 대해 살펴본다.
차량용 토크컨버터는 엔진으로부터 전달되는 구동력(토크)을 변속기 측으로 전달하는 기계 요소이다. 상기 토크컨버터는 엔진과 변속기 사이에 구비된다. 토크컨버터는, 기동 단계에서는 유체를 통해 엔진의 구동력을 증배하여 변속기에 전달하고, 락업(lock up) 단계에서는 기계적인 직결을 통해 엔진의 구동력을 변속기에 전달한다.
일반적으로 토크컨버터는 임펠러, 터빈, 리액터를 포함하여 이루어진다. 여기에서, 리액터는 임펠러와 터빈 사이에 위치되어 터빈으로부터 나오는 유체의 흐름을 선택적으로 전환하여 임펠러로 되돌린다. 리액터는 리액터에 구비된 원웨이클러치에 의해 일방향으로만 회전이 허용되므로 상기 유체의 흐름을 선택적으로 전환할 수 있다.
리액터에 구비된 원웨이클러치는 리액터의 반경방향 내측 가장자리와 고정단 사이에 구비된다. 리액터에 구비된 원웨이클러치의 아우터레이스는 리액터에 결합되어 리액터의 회전력을 전달받을 수 있고 이너레이스는 고정단에 결합되어 고정될 수 있다.
한편, 원웨이클러치는 아우터레이스의 이너레이스에 대한 상대적 회전방향에 따라 회전을 허용하거나 저지할 수 있으므로, 아우터레이스는 아우터레이스에 회전력을 가하거나 아우터레이스를 고정시키는 외부구조체와 강하게 결합되어야 한다. 예를 들면, 상기 토크컨버터의 리액터에 구비된 원웨이클러치는 리액터와 강하게 결합되어야 한다.
원웨이클러치의 아우터레이스가 외부구조체에 강하게 결합/체결되는 방법에 관한 선행기술을 도 1 및 도 2와 함께 살펴본다.
일본공개특허 제2019-019905호(이하, 선행기술1)는 도 1과 같이, 외륜(3, 아우터레이스)이 설치대상부재(7, 외부구조체)의 끼워맞춤 홈(71)에 끼워맞추는 복수의 돌기(311)를 오목부(30)의 외경 측에 해당하는 위치에 가지는 것을 특징으로 하는 원웨이클러치를 제공한다.
그러나, 선행기술1은 외륜(3, 아우터레이스)에 회전력이 가해질 때에 소수의 홈(71) 및 돌기(311)의 측면에만 회전력이 집중될 수 있다. 따라서, 홈(71) 및 돌기(311)의 측면이 쉽게 마모될 수 있으므로 결합/체결력이 빠르게 저하될 수 있다. 또한, 홈(71) 및 돌기(311)를 정밀하게 형성하기 위해 제조비용이 증가할 수 있고 제조오차로 인하여 결합/체결력이 크게 저하될 수 있다.
미국등록특허 제8479599호(이하, 선행기술2)는 도 2와 같이, 아우터레이스(20)의 외주에 톱니모양을 형성하는 홈(22)이 형성되고 톱니모양의 표면(20a)이 크랭크샤프트(11, 외부구조체)에 압입되어 아우터레이스(20)가 크랭크샤프트(11, 외부구조체)에 고정되는 원웨이클러치를 구비하는 내연기관용 스타터를 제공한다.
그러나, 선행기술2의 톱니는 둘레방향으로 일측 및 타측이 대칭되고 기울기가 완만하므로, 크랭크샤프트(11)가 일방향으로 강하게 회전하면 크랭크샤프트(11)가 톱니 일측의 경사면을 따라 톱니로부터 쉽게 빠져나가서 아우터레이스(20)와의 결합/체결이 해제될 수 있고 이러한 과정에서 톱니 및 아우터레이스(20)가 쉽게 마모될 수 있어서 결합/체결력이 빠르게 저하될 수 있다.
특히, 톱니의 일측 또는 타측 중에서 아우터레이스의 상대적 회전이 저지되는 방향의 회전력을 받는 쪽에 더 큰 힘이 가해지므로 톱니를 대칭되게 형성하는 것은 부적절할 수 있다.
선행기술과 같이 아우터레이스와 외부구조체의 결합/체결력이 약화되거나 결합/체결이 해제되면, 원웨이클러치는 일방향의 동력을 효율적으로 전달 또는 저지할 수 없으므로, 에너지가 손실되어 에너지효율이 저감될 수 있다.
특히, 토크컨버터에서, 리액터와 아우터레이스 간 결합/체결력이 약화되면 리액터가 터빈으로부터 나오는 유체의 흐름을 선택적으로 전환할 수 없으므로 리액터에 의한 토크 증가효과도 현저하게 저감될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 아우터레이스의 외주에 구비된 톱니를 통해 저비용으로 용이하게 아우터레이스의 체결력을 향상시키는 원웨이클러치, 이의 제조 및 설치방법 및 이를 포함하는 토크컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌출되는 복수 개의 톱니(512)들이 형성되는 아우터레이스(510); 상기 아우터레이스(510)와 동축으로 배열되는 이너레이스(520); 및 상기 아우터레이스(510) 및 이너레이스(520) 사이에 둘레방향으로 배치되는 제어부(530);를 포함하는 원웨이클러치(500)를 제공한다.
상기 톱니(512)는 둘레방향으로 일측(512a) 및 타측(512b)을 구비하고, 상기 일측(512a) 또는 타측(512b)에는 각각 아우터레이스(510)를 일방향 또는 타방향으로 회전시키려는 회전력이 가해진다.
상기 제어부(530)는 상기 이너레이스(520)에 대한 아우터레이스(510)의 상대적인 회전방향이 상기 일방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 저지하고 상기 타방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 허용한다.
상기 일측(512a) 및 타측(512b)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 서로 상이하다.
상기 일측(512a)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 타측(512b)보다 더 크다.
상기 일측(512a)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 75도 내지 90도이다.
상기 타측(512b)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 20도 내지 45도이다.
상기 일측(512a) 및 타측(512b)이 이루는 사이각이 45도 내지 80도이다.
상기 톱니(512)의 반경방향 외측단부는 둘레방향으로 좁게 형성된다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 상기 어느 하나의 원웨이클러치(500); 및 내주면에 상기 톱니(512)가 결합되는 리액터바디(410)를 포함하여 구성되는 리액터(400);를 포함하는 토크컨버터(10)를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 상기 아우터레이스(510)를 제조하는 아우터레이스 제조단계(S610); 및 상기 아우터레이스(510)를 상기 리액터바디(410)에 압입하는 압입단계(S620);를 포함하는 원웨이클러치의 제조 및 설치방법(600)을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 일측(512a) 및 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 서로 상이해지도록 톱니(512)를 형성할 수 있다. 따라서, 톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)에 가해지는 서로 다른 힘의 크기에 따라 일측(512a) 및 타측(512b)의 기울기가 서로 다르게 형성될 수 있다. 구체적으로, 일측(512a) 및 타측(512b) 중에서 각도가 큰 쪽에서는 리액터바디(410)가 톱니(512)를 빠져나가기 더 어려워지며 미끄러짐에 의한 마모가 발생하지 않아서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 각도가 작은 반대쪽에 의해 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하여 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워지므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a)가 타측(512b)보다 더 커지도록 톱니(512)를 형성할 수 있다. 따라서, 아우터레이스(510)의 상대적 회전이 저지되는 방향(예컨대, 반시계방향)의 더 큰 회전력이 일측(512a)에 가해지더라도 리액터바디(410)가 각도가 더 큰 일측(512a)을 빠져나가기 어려우므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 리액터바디(410)의 내주면이 일측(512a)의 각도(a)가 큰 경사를 따라 미끄러지기 어려워서 리액터바디(410)의 내주면 및 일측(512a)이 마모되지 않으므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 타측(512b)은 더 작은 힘이 가해지므로 각도가 더 작더라도 리액터바디(410)가 타측(512b)을 빠져나가기 쉽지 않은 동시에, 타측(512b)의 완만한 경사에 의해 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하므로 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a)가 75도 내지 90도가 되도록 톱니(512)를 형성할 수 있다. 따라서, 타측(512b)보다 일측(512a)에 더 큰 힘이 가해지더라도 리액터바디(410)가 경사각이 큰 일측(512a)을 빠져나가기 어려우므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 리액터바디(410)의 내주면이 일측(512a)의 경사를 따라 미끄러지기 어려워서 리액터바디(410)의 내주면 및 일측(512a)이 마모되지 않으므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(b)가 20도 내지 45도가 되도록 톱니(512)를 형성할 수 있다. 따라서, 타측(512b)의 각도가 20도 이상으로 충분히 경사져서 리액터바디(410)가 타측(512b)을 쉽게 빠져나가기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 각도(b)가 45도 이하로 충분히 완만하여 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하므로 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)이 이루는 사이각(c)이 45도 내지 80도가 되도록 톱니(512)를 형성할 수 있다. 따라서, 사이각(c)이 45도 이상으로 충분히 벌어져서 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하므로 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 사이각(c)이 80도 이하로 충분히 각져서 아우터레이스(510)가 리액터바디(410) 내주면에 안정적으로 용이하게 압입될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 톱니(512)의 반경방향 외측단부가 둘레방향으로 좁게 형성될 수 있다. 따라서, 톱니(512)의 단부가 뾰족하여 리액터바디(410) 내주면에 안정적으로 용이하게 압입될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 토크컨버터(10)에 포함된 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있으므로 토크컨버터(10)의 토크 증가효과가 안정적으로 유지될 수 있고 에너지효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 아우터레이스 제조단계(S610)에서 소결 공정을 통해 톱니(512)가 돌출형성된 아우터레이스(510)를 제조/가공할 수 있으므로 추가 공정 없이 저비용으로 용이하게 본 발명의 아우터레이스(510)를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 압입단계(S620)에서 아우터레이스(510)를 리액터바디(410)에 압입하여 저비용으로 용이하며 안정적으로 아우터레이스(510)를 설치할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1 및 도 2는 선행기술을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크컨버터를 나타낸 반단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원웨이클러치를 나타낸 사시도, 정면도 및 좌측면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아우터레이스가 리액터바디에 압입된 상태를 나타낸 정면도 및 부분확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원웨이클러치의 제조 및 설치방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론도 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는. 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
설명의 편의 상, 토크컨버터의 회전의 중심을 이루는 축의 길이방향을 따르는 방향을 축방향이라 한다, 전후 방향 또는 축방향은 회전축과 나란한 방향으로서, 전방(앞쪽)은 어느 일 방향(제1축방향), 가령 동력원인 엔진 쪽으로 향하는 방향을 의미하고, 후방(뒤쪽)은 다른 일 방향(제2축방향), 가령 변속기 쪽으로 향하는 방향을 의미한다. 따라서 전면(앞면)이란 그 표면이 전방을 바라보는 면을 의미하고, 후면(뒷면)이란 그 표면이 후방을 바라보는 면을 의미한다.
반경방향 또는 방사 방향이라 함은 상기 회전축과 수직한 평면 상에서 상기 회전축의 중심을 지나는 직선을 따라 상기 중심에 가까워지는 방향 또는 상기 중심으로부터 멀어지는 방향을 의미한다. 상기 중심으로부터 반경방향으로 멀어지는 방향을 원심방향이라 하고, 상기 중심에 가까워지는 방향을 구심방향이라 한다.
둘레방향 또는 원주방향이라 함은 상기 회전축의 주위를 둘러싸는 방향을 의미한다. 외주라 함은 외측 둘레, 내주라 함은 내측 둘레를 의미한다. 따라서 외주면은 상기 회전축을 등지는 방향의 면이고, 내주면은 상기 회전축을 바라보는 방향의 면을 의미한다.
[토크컨버터]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크컨버터를 나타낸 반단면도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 토크컨버터(10)는 프론트커버(100), 임펠러(200), 터빈(300), 리액터(400) 및 원웨이클러치(500)를 포함하여 구성된다.
프론트커버(100)는 원판형의 부재로 이루어지고, 엔진의 크랭크축에 연결되어 엔진으로부터 구동력을 전달받아 회전할 수 있다.
임펠러(200)는 프론트커버(100)와 결합되어 프론트커버(100)의 회전에 대응하여 함께 회전할 수 있다. 임펠러(200)가 회전함에 따라 임펠러(200) 내부의 유체는 임펠러(200)의 회전 운동에너지를 가지게 되고, 원심력에 의해 반경방향 외측으로 힘을 받으며 터빈(300)으로 유동할 수 있다.
터빈(300)은 임펠러(200)보다 전방에서 임펠러(200)와 마주하도록 설치될 수 있고, 임펠러(200)로부터 유동된 유체의 힘을 전달받아 소정의 축을 중심으로 회전할 수 있다. 임펠러(200)와 터빈(300)의 회전 중심은 동축을 이룰 수 있고, 임펠러(200)와 터빈(300)은 서로 마주하여 토러스를 이룰 수 있다. 터빈(300)은 반경방향 내측에서 출력측과 연결되어 회전력을 출력할 수 있다.
리액터(400)는 임펠러(200)와 터빈(300)이 마주하는 반경방향 내측 부위에 구비될 수 있다. 리액터(400)는 임펠러(200)와 터빈(300) 사이에 위치되어 터빈(300)으로부터 나오는 유체의 흐름을 선택적으로 전환하여 임펠러(200)로 되돌릴 수 있다.
구체적으로, 리액터(400)는 환형의 리액터바디(410)와, 상기 리액터바디(410)로부터 반경방향으로 외향 연장되는 복수 개의 리액터블레이드(420)를 포함하여 구성된다.
리액터바디(410)의 내주에는 원웨이클러치(500)가 설치되고, 원웨이클러치(500)는 고정단에 의해 지지될 수 있다. 원웨이클러치(500)는 고정단에 대한 리액터(400)의 일방향으로의 회전은 저지하고, 고정단에 대한 리액터(400)의 타방향으로의 회전은 허용할 수 있다.
상기 임펠러(200)는 타방향으로 회전하고, 이에 추종하여 터빈(300)도 타방향으로 회전할 수 있다.
또한, 리액터(400)는 리액터바디(410)의 전방에 설치되는 리테이너(430)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 레테이너(430)는 리액터바디(410) 내주에 설치된 원웨이클러치(500)가 전방으로 빠져나오는 것을 방지할 수 있다.
[원웨이클러치]
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원웨이클러치를 나타낸 사시도, 정면도 및 좌측면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 원웨이클러치(500)는 아우터레이스(510), 이너레이스(520) 및 제어부(530)를 포함하여 구성될 수 있다.
[아우터레이스]
아우터레이스(510)는 링형태에 해당할 수 있고 외주면에는 복수 개의 톱니(512)를 구비할 수 있다.
톱니(512)는 아우터레이스(510)의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌출형성될 수 있다. 톱니(512)는 전술한 리액터바디(410) 등과 같은 외부구조체의 내주면에 압입될 수 있다. 따라서, 아우터레이스(510)는 리액터바디(410) 등과 같은 외부구조체와 결합/체결되어 함께 회전할 수 있다. 톱니(512)와 관련된 구체적인 사항은 도 7 및 도 8에서 후술한다.
이하, 외부구조체와 리액터바디(410)를 혼용한다.
아우터레이스(510)의 내주면은 제어부(530)에 포함된 롤러(532)의 외주면과 접촉할 수 있다.
또한, 아우터레이스(510)의 내주면은 어느 지지부(534)에서 예컨대, 시계방향의 다음 지지부(534)까지 갈수록 이너레이스(520)의 외주면까지의 거리가 점차 작아지게 형성될 수 있다. 즉, 어느 지지부(534)에서 예컨대, 시계방향의 다음 지지부(534) 쪽으로 갈수록 레이스(510, 520) 사이의 공간이 작아질 수 있다. 따라서, 원웨이클러치(500) 회전에 의해 롤러(532)가 어느 지지부(534)에서 예컨대, 시계방향의 다음 지지부(534) 쪽으로 움직이면 롤러(532)가 레이스(510, 520) 사이에 끼여서 원웨이클러치(500) 회전을 저지할 수 있다.
[이너레이스]
이너레이스(520)는 링형태에 해당할 수 있고 아우터레이스(510)와 동축으로 배열될 수 있다. 이너레이스(520)의 외주면은 제어부(530)에 포함된 롤러(532)의 외주면과 접촉할 수 있다.
이너레이스(520)의 내주면에는 고정단에 대해 회전되지 않도록 고정되는 치형을 가지는 스플라인 허브가 구비될 수 있다. 이너레이스(520)는 고정단에 결합되어 고정될 수 있다.
한편, 이너레이스(520)은 도 4 내지 도 6과 달리, 고정단과 일체로 형성될 수도 있다.
[제어부]
제어부(530)는 롤러(532), 지지부(534) 및 스프링(536)을 포함하여 구성될 수 있고, 아우터레이스(510) 및 이너레이스(520) 사이에 둘레방향으로 배치될 수 있다.
다만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제어부(530)는 도 4 내지 도 6과 달리, 롤러(532) 대신에 스프래그(sprag)를 포함하여 구성될 수도 있다.
제어부(530)는 이너레이스(520)에 대한 아우터레이스(510)의 상대적인 회전방향이 일방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 저지하고 타방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 허용할 수 있다. 일방향 및 타방향과 관련된 사항은 도 7 및 도 8에서 후술한다.
[롤러]
롤러(532)는 복수 개가 아우터레이스(510) 및 이너레이스(520) 사이에 둘레방향으로 소정의 간격을 두고 배치될 수 있고, 원통형에 해당할 수 있다. 또한, 롤러(532)는 아우터레이스(510)의 내주면 및 이너레이스(520)의 외주면과 접촉할 수 있다.
[지지부]
지지부(534)는 아우터레이스(510) 및 이너레이스(520) 사이에 둘레방향으로 배치될 수 있고 아우터레이스(510)와 일체로 형성될 수 있다.
지지부(534)는 롤러(532)들의 개수만큼 형성될 수 있고 롤러(532)들을 구획하고 롤러(532) 및 스프링(536)을 지지할 수 있다.
[스프링]
스프링(536)은 지지부(534)의 일측에 결합되어 롤러(532)를 탄성지지할 수 있다.
스프링(536)은 롤러(532)를 탄성지지함으로써, 원웨이클러치(500)가 어느 하나의 방향으로 계속하여 회전하게 할 수 있다.
[톱니]
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아우터레이스가 리액터바디에 압입된 상태를 나타낸 정면도 및 부분확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 아우터레이스(510) 외주에 형성된 톱니(512)는 리액터바디(410)의 내주면에 압입될 수 있다.
톱니(512)는 둘레방향으로 일측(512a) 및 타측(512b)을 구비할 수 있다.
리액터바디(410)가 일방향(예컨대, 반시계방향)으로 회전하면 톱니(512)의 일측(512a)에는 아우터레이스(510)를 일방향(예컨대, 반시계방향)으로 회전시키려는 회전력이 가해질 수 있다.
반면에, 리액터바디(410)가 타방향(예컨대, 시계방향)으로 회전하면 톱니(512)의 타측(512b)에는 아우터레이스(510)를 타방향(예컨대, 시계방향)으로 회전시키려는 회전력이 가해질 수 있다.
이 때에, 제어부(530)는 이너레이스(520)에 대한 아우터레이스(510)의 상대적인 회전방향이 일방향(예컨대, 반시계방향)이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 저지하고 타방향(예컨대, 시계방향)이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 허용할 수 있다.
즉, 톱니(512)의 일측(512a)에 일방향(예컨대, 반시계방향)으로 힘이 가해지면 제어부(530)에 의해 아우터레이스(510)의 상대적 회전이 저지되고, 톱니(512)의 타측(512b)에 타방향(예컨대, 시계방향)으로 힘이 가해지면 제어부(530)에 의해 아우터레이스(510)의 상대적 회전이 허용될 수 있다.
여기에서, 이너레이스(520)가 고정단에 결합되어 고정된 경우에는, 상기 상대적인 회전방향은 아우터레이스(510)의 회전방향을 의미할 수 있고 상대적 회전은 아우터레이스(510)의 회전을 의미할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 이너레이스(520)는 고정된 것으로 가정한다.
한편, 리액터바디(410)에 의해 톱니(512)의 일측(512a)에 일방향(예컨대, 반시계방향)으로 힘이 가해지면 제어부(530)는 아우터레이스(510)의 일방향(예컨대, 반시계방향) 회전을 저지하므로 톱니(512)의 일측(512a)에는 큰 힘이 가해질 수 있다.
반면에, 리액터바디(410)에 의해 톱니(512)의 타측(512b)에 타방향(예컨대, 시계방향)으로 힘이 가해지면 제어부(530)는 아우터레이스(510)의 타방향(예컨대, 시계방향) 회전을 허용하므로 톱니(512)의 타측(512b)에는 작은 힘이 가해질 수 있다.
즉, 일측(512a) 및 타측(512b)에 가해지는 힘의 크기는 서로 다를 수 있고, 일측(512a)에 가해지는 힘이 타측(512b) 보다 더 클 수 있다.
톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)에 가해지는 서로 다른 힘의 크기에 따라 일측(512a) 및 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a, b)가 서로 상이해지도록 톱니(512)를 형성하면, 서로 다른 힘의 크기에 따라 일측(512a) 및 타측(512b)의 기울기를 조절할 수 있으므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
예를 들면, 더 큰 힘이 가해지는 쪽(예컨대, 일측)의 각도가 더 커지도록 톱니(512)를 형성하면, 리액터바디(410)가 예컨대, 일측(512a)을 빠져나가기 어려우므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
또한, 더 큰 힘이 가해지는 쪽(예컨대, 일측)의 각도가 더 커지면 리액터바디(410)의 내주면이 예컨대, 일측(512a)의 경사를 따라 미끄러지기 어려워서 리액터바디(410)의 내주면 및 일측(512a)이 마모되지 않으므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
반면에, 더 작은 힘이 가해지는 쪽(예컨대, 타측)의 각도가 더 작아지도록 톱니(512)를 형성하면, 리액터바디(410)가 예컨대, 타측(512b)을 빠져나가기 쉽지 않은 동시에, 타측(512b)의 완만한 경사에 의해 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하므로 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
구체적으로, 타측(512b)보다 일측(512a)에 더 큰 힘이 가해질 수 있으므로, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a)가 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(b)보다 더 커지도록 톱니(512)를 형성할 수 있다. 여기에서, 각도(a, b)는 0도 내지 90도 사이의 값에 해당할 수 있다.
이와 같이, 일측(512a) 및 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 서로 상이해지도록 톱니(512)를 형성함으로써, 톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)에 가해지는 서로 다른 힘의 크기에 따라 일측(512a) 및 타측(512b)의 기울기가 서로 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 일측(512a) 및 타측(512b) 중에서 각도가 큰 쪽에서는 리액터바디(410)가 톱니(512)를 빠져나가기 더 어려워지며 미끄러짐에 의한 마모가 발생하지 않아서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 각도가 작은 반대쪽에 의해 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하여 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워지므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
또한, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a)가 타측(512b)보다 더 커지도록 톱니(512)를 형성함으로써, 아우터레이스(510)의 상대적 회전이 저지되는 방향(예컨대, 반시계방향)의 더 큰 회전력이 일측(512a)에 가해지더라도 리액터바디(410)가 각도가 더 큰 일측(512a)을 빠져나가기 어려우므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
또한, 리액터바디(410)의 내주면이 일측(512a)의 각도(a)가 큰 경사를 따라 미끄러지기 어려워서 리액터바디(410)의 내주면 및 일측(512a)이 마모되지 않으므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
또한, 타측(512b)은 더 작은 힘이 가해지므로 각도가 더 작더라도 리액터바디(410)가 타측(512b)을 빠져나가기 쉽지 않은 동시에, 타측(512b)의 완만한 경사에 의해 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하므로 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a)가 75도 내지 90도일 수 있다. 여기에서, 90도는 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 최대각도에 해당할 수 있다.
이와 같이, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a)가 75도 내지 90도가 되도록 톱니(512)를 형성함으로써, 타측(512b)보다 일측(512a)에 더 큰 힘이 가해지더라도 리액터바디(410)가 경사각이 큰 일측(512a)을 빠져나가기 어려우므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
또한, 리액터바디(410)의 내주면이 일측(512a)의 경사를 따라 미끄러지기 어려워서 리액터바디(410)의 내주면 및 일측(512a)이 마모되지 않으므로 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
또한, 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(b)가 20도 내지 45도일 수 있다.
이와 같이, 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(b)가 20도 내지 45도가 되도록 톱니(512)를 형성함으로써, 타측(512b)의 각도가 20도 이상으로 충분히 경사져서 리액터바디(410)가 타측(512b)을 쉽게 빠져나가기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다. 또한, 각도(b)가 45도 이하로 충분히 완만하여 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하므로 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있다.
한편, 톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)이 이루는 사이각(c)이 45도 내지 80도일 수 있다.
이와 같이, 톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)이 이루는 사이각(c)이 45도 내지 80도가 되도록 톱니(512)를 형성함으로써, 사이각(c)이 45도 이상으로 충분히 벌어져서 반경방향 내측으로 갈수록 톱니(512)의 단면적이 크게 증가하므로 톱니(512)가 변형 또는 손상되기 어려워서 아우터레이스(510)와 리액터바디(410)의 결합/체결력이 향상될 수 있고, 사이각(c)이 80도 이하로 충분히 각져서 아우터레이스(510)가 리액터바디(410) 내주면에 안정적으로 용이하게 압입될 수 있다.
또한, 톱니(512)의 반경방향 외측단부는 둘레방향으로 좁게 형성될 수 있다. 여기에서, 톱니(512)의 반경방향 외측단부는 일측(512a)의 외측단부 및 타측(512b)의 외측단부 사이의 공간을 의미할 수 있다.
이와 같이, 톱니(512)의 반경방향 외측단부가 둘레방향으로 좁게 형성됨으로써, 톱니(512)의 단부가 뾰족하여 리액터바디(410) 내주면에 안정적으로 용이하게 압입될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원웨이클러치의 제조 및 설치방법을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 원웨이클러치의 제조 및 설치방법(600)은 아우터레이스 제조단계(S610) 및 압입단계(S620)를 포함하여 구성될 수 있다.
아우터레이스 제조단계(S610)에서는, 아우터레이스(510)를 제조할 수 있다. 이 때에, 아우터레이스(510)의 외주면에는 아우터레이스(510)의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌출되는 톱니(512)를 형성/제조할 수 있다.
톱니(512)는 일방향(예컨대, 반시계방향)의 회전력이 가해지는 일측(512a)과 타방향(예컨대, 시계방향)의 회전력이 가해지는 타측(512b)을 구비하도록 형성/제조될 수 있다.
여기에서, 일방향(예컨대, 반시계방향)은 제어부(530)가 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 저지하는 방향에 해당하고 타방향(예컨대, 시계방향)은 제어부(530)가 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 허용하는 방향에 해당할 수 있다.
또한, 톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)에 가해지는 서로 다른 힘의 크기에 따라 일측(512a) 및 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a, b)가 서로 상이해지도록 톱니(512)를 형성/제조할 수 있다.
예를 들면, 더 큰 힘이 가해지는 쪽(예컨대, 일측)의 각도가 더 커지도록 톱니(512)를 형성/제조할 수 있다. 또한, 더 작은 힘이 가해지는 쪽(예컨대, 타측)의 각도가 더 작아지도록 톱니(512)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(a)가 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(b)보다 더 커지도록 톱니(512)를 형성할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 일측(512a)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도(b)가 75도 내지 90도에 해당하도록 톱니(512)를 형성/제조할 수 있다.
또한, 타측(512b)이 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 20도 내지 45도에 해당하도록 톱니(512)를 형성/제조할 수 있다.
한편, 톱니(512)의 일측(512a) 및 타측(512b)이 이루는 사이각(c)이 45도 내지 80도에 해당하도록 톱니(512)를 형성/제조할 수 있다.
또한, 톱니(512)의 반경방향 외측단부를 둘레방향으로 좁게 형성/제조할 수 있다.
지지부(534)가 아우터레이스(510)와 일체로 형성된 경우에는 지지부(534)도 함께 형성/제조할 수 있다.
한편, 종래의 아우터레이스는 소결 공정을 통해 제조/가공된다. 톱니(512)가 돌출형성된 아우터레이스(510)도 소결 공정을 통해 제조/가공될 수 있으므로 추가 공정 없이 저비용으로 용이하게 톱니(512)가 돌출형성된 아우터레이스(510)를 형성할 수 있다.
압입단계(S620)에서는, 아우터레이스(510)를 리액터바디(410)에 압입할 수 있다. 이 때에, 아우터레이스(510)의 톱니(512)가 리액터바디(410) 내주면에 압입될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 원웨이클러치(500)는 토크컨버터(10)에서만 사용되는 것은 아니고 변속기 등 다양한 부품에 사용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다.
아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 토크컨버터
100: 프론트커버 200: 임펠러
300: 터빈
400: 리액터
410: 리액터바디 420: 리액터블레이드
430: 리테이너
500: 원웨이클러치
510: 아우터레이스 512: 톱니
520: 이너레이스
530: 제어부 532: 롤러
534: 지지부 536: 스프링
600: 원웨이클러치의 제조 및 설치방법

Claims (8)

  1. 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌출되는 복수 개의 톱니(512)들이 형성되는 아우터레이스(510);
    상기 아우터레이스(510)와 동축으로 배열되는 이너레이스(520); 및
    상기 아우터레이스(510) 및 이너레이스(520) 사이에 둘레방향으로 배치되는 제어부(530);를 포함하고,
    상기 톱니(512)는 둘레방향으로 일측(512a) 및 타측(512b)을 구비하고,
    상기 일측(512a) 또는 타측(512b)에는 각각 아우터레이스(510)를 일방향 또는 타방향으로 회전시키려는 회전력이 가해지고,
    상기 제어부(530)는 상기 이너레이스(520)에 대한 아우터레이스(510)의 상대적인 회전방향이 상기 일방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 저지하고 상기 타방향이면 아우터레이스(510)의 상대적 회전을 허용하고,
    상기 일측(512a) 및 타측(512b)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 원웨이클러치(500).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 일측(512a)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 타측(512b)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 원웨이클러치(500).
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 일측(512a)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 75도 내지 90도인 것을 특징으로 하는 원웨이클러치(500).
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 타측(512b)이 상기 아우터레이스(510)의 외주면과 이루는 각도가 20도 내지 45도인 것을 특징으로 하는 원웨이클러치(500).
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 일측(512a) 및 타측(512b)이 이루는 사이각이 45도 내지 80도인 것을 특징으로 하는 원웨이클러치(500).
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 톱니(512)의 반경방향 외측단부는 둘레방향으로 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 원웨이클러치(500).
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 원웨이클러치(500); 및
    내주면에 상기 톱니(512)가 결합되는 리액터바디(410)를 포함하여 구성되는 리액터(400);를 포함하는 토크컨버터(10).
  8. 청구항 7의 토크컨버터(10)의 제조방법에 있어서,
    상기 아우터레이스(510)를 제조하는 아우터레이스 제조단계(S610); 및
    상기 아우터레이스(510)를 상기 리액터바디(410)에 압입하는 압입단계(S620);를 포함하는 원웨이클러치의 제조 및 설치방법(600).
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