KR20220154340A - 토크 컨버터 - Google Patents

Abstract

프론트 커버와 임펠러 쉘간의 결합에 따른 열 변형을 최소화시킨 토크 컨버터가 제공된다. 축방향으로 연장되는 통형부를 구비한 프론트 커버, 외주 에지를 구비한 임펠러 쉘을 포함하고, 상기 프론트 커버의 통형부의 선단부와 상기 임펠러 쉘의 외주 에지가 축방향으로 중첩되어 적어도 부분적으로 접촉하는 중첩 면을 형성하되, 이 중첩 면에 도포된 구조용 접착제에 의해 프론트 커버와 임펠러 쉘이 서로 고정되도록 이루어진가 제공된다.

Description

토크 컨버터{TORQUE CONVERTER}

본 발명은 토크 컨버터에 관한 것이고, 상세하게는, 프론트 커버와 임펠러 쉘간의 결합에 따른 열 변형을 최소화시킨 토크 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 토크 컨버터는 차량의 엔진과 변속기 사이에 설치되어 유체를 이용하여 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 장치이다. 이러한 토크 컨버터는, 엔진의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러, 이 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 환류하는 오일의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 리액터 또는 스테이터를 포함한다.

엔진의 구동력은 임펠러 쉘에 결합된 프론트 커버를 통해 임펠러에 전달되는데, 프론트 커버와 임펠러 쉘 간의 결합에는 용접, 이를테면 원주 용접, 펌프 허브 용접, 러그 용접, 또는 파일럿 용접 등이 사용되어 왔다.

공개특허공보 10-2011-0112423에는 프론트 커버와 임펠러 쉘 간의 용접이 예시되어 있다. 도 1을 참고하면, 임펠러(2)의 임펠러 쉘(15)과 프론트 커버(10)의 외주 에지들이 서로 접하는 부위를 따라 원주방향으로 용접부(검은 점으로 표시)가 형성된다. 그 결과, 프론트 커버(10)와 임펠러(2)가 내부에 작동유가 충전된 유체실을 형성하게 된다.

그러나, 용접을 이용한 결합은 열 변형에 따른 저더(judder)의 발생과 같은 진동 또는 이상 마모 현상을 초래할 수 있고, 중량 증대가 수반된다. 또한, 용접 불량시 스패터나 노치가 발생하기 쉬운데, 그 원인 분석을 위한 분해나 보수 등의 재작업이 불가하다.

이와 같은 단점에도 불구하고, 체결 부위 간의 안정적인 결합이 가능하다는 점에서 용접이 계속 사용되고 있는 실정이다.

본 발명은 토크 컨버터의 프론트 커버와 임펠러 쉘 간 결합에 따른 열변형을 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 프론트 커버와 임펠러 쉘 간 결합에 수반되는 중량 증가를 최소화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토크 컨버터는 다음 양태들 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.

본 발명의 한 양태는, 축방향으로 연장되는 통형부를 구비한 프론트 커버, 외주 에지를 구비한 임펠러 쉘을 포함하고, 상기 프론트 커버의 통형부의 선단부와 상기 임펠러 쉘의 외주 에지가 축방향으로 중첩되어 적어도 부분적으로 접촉하는 중첩 면을 형성하되, 이 중첩 면에 도포된 구조용 접착제에 의해 프론트 커버와 임펠러 쉘이 서로 고정되도록 이루어진 토크 컨버터이다.

본 발명의 다른 양태는, 프론트 커버와 임펠러 쉘 간에 요구되는 고정 강도에 따라 상기 중첩 면의 폭이 결정되는 토크 컨버터이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 통형부의 선단부와 상기 외주 에지가 접촉하는 면이 테이퍼진 토크 컨버터이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 중첩 면에 하나 이상의 돌기-홈 구조가 구비된 토크 컨버터이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 프론트 커버와 상기 임펠러 쉘의 고정시 상기 통형부의 선단의 단부 또는 상기 외주 에지의 단부에 피난 홈이 형성되도록 이루어진 토크 컨버터이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 구조용 접착체가 에폭시 계열 접착제인 토크 컨버터이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 프론트 커버와 상기 임펠러 쉘을 서로 고정하는데 있어 용접이 사용되지 않는 토크 컨버터이다.

본 발명에 따르면 토크 컨버터의 프론트 커버와 임펠러 쉘 간 결합에 따른 열변형이 회피되므로, 열변형에 따른 저더 등 진동이 방지된다.

또한, 본 발명에 따르면 프론트 커버와 임펠러 쉘 간 결합에 따른 중량 증가가 최소화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 프론트 커버와 임펠러 쉘 간 결합 작업이 간소해지고, 용접에 비해 상대적으로 낮은 숙련도, 저가의 장비, 낮은 에너지 비용을 요한다.

또한, 본 발명에 따르면 프론트 커버와 임펠러 쉘 간 결합시, 용접 불량에 따른 스패터가 발생하지 않고, 용접 비드 현상에 따른 노치의 응력 집중이 야기되지 않는다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 토크 컨버터의 일례이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 컨버터의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분의 확대도이다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 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 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제 한되지 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 특징 들이나 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

실시예의 토크 컨버터는 축을 기준으로 대칭을 이루므로, 작도의 편의 상, 축을 기준으로 반만 도시할 수 있다. 또한 설명의 편의상, 토크 컨버터의 회전의 중심을 이루는 축의 길이방향을 따르는 방향을 축방향이라 한다, 즉 전후 방향 또는 축방향은 회전축과 나란한 방향으로서, 전방(앞쪽)은 동력원인 어느 일 방향, 가령 차량 구동 모터를 쪽으로 향하는 방향을 의미하고, 후방(뒤쪽)은 다른 일 방향, 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 방사방향이라 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.

둘레방향 측면이라 함은 그 면의 법선이 둘레방향을 향하는 면을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 컨버터의 종단면 개략도이다. 토크 컨버터의 종단면은 회전축에 대칭되므로 설명의 편의상 상부만 도시하였다.

토크 컨버터는, 엔진의 크랭크 샤프트(도시하지 않음)로부터 트랜스미션의 입력 샤프트(도시하지 않음)에 토크의 전달을 행하기 위한 장치이다. 도 2의 좌측에 도시하지 않은 엔진이 배치되고, 우측에 도시하지 않은 트랜스미션이 배치된다. 도 2에 나타낸 R-R 선이 토크 컨버터의 회전 축선이다.

프론트 커버(10)는, 원판형의 부재이며, 엔진의 크랭크샤프트 선단에 근접하여 배치되어 있다. 프론트 커버(10)의 중심부에는 센터 보스(13)가 고정되어 있다. 프론트 커버(10)의 외주측이며 또한 엔진측에는, 원주 방향으로 등간격으로 복수 개의 너트(14)가 고정되어 있다.

임펠러(1)는, 주로, 임펠러 쉘(2)과, 임펠러 쉘(2)의 내측에 배열된 복수 개의 임펠러 블레이드(3)와, 임펠러 쉘(2)의 중심부에 고정된 임펠러 허브(4)로 구성되어 있다.

터빈(5)은 유체실 내에서 임펠러(1)에 축 방향으로 대향하여 배치되어 있다. 터빈(5)은, 터빈 쉘(6)과, 터빈 블레이드(7)와, 터빈 허브(8)를 구비하고 있다. 터빈 쉘(6)은, 환형의 부재로서, 중심부에서 터빈 허브(8)에 고정되어 있다

터빈 블레이드(7)는, 터빈 쉘(6)의 내부에 고정되는 부재로서, 원주 방향으로 배열되어 복수 개 배치되어 있다.

임펠러(1)와 터빈(5) 사이에 스테이터(9)가 배열되어 있다. 임펠러(1) 및 터빈(5) 조립체의 축 방향 맞은 편에 코일 스프링(12)을 구비한 록업 클러치(11)가 배열되어 있다.

전체적으로 볼 때, 프론트 커버(10)와 임펠러 쉘(2)이 토크 컨버터의 케이싱을 형성하고 있다.

프론트 커버(10)의 외주부에는, 축 방향 트랜스미션측으로 연장되는 통형부(10a)가 형성되어 있다. 이 외주 통형부(10a)의 선단부(10b)에 임펠러(1)의 임펠러 쉘(2)의 외주 에지(2a)가 고정된다. 프론트 커버(10)와 임펠러 쉘(2)은 전체적으로 컵 형태를 가지므로, 마치 개구부 지름이 비슷한 두 개의 컵을 개구부끼리 맞댄 것과 유사하다.

도 2를 보면, 프론트 커버(10)의 선단부(10b) 내벽에 임펠러 쉘(2)의 외주 에지(2a)의 외벽이 접하도록 프론트 커버(10)와 임펠러 쉘(2)이 중첩된다. 다시 말해, 프론트 커버(10)의 선단부(10b)가 임펠러 쉘(2)의 외주 에지(2a)보다 반경방향 외측에 위치하도록 중첩된다. 물론, 이와 반대의 경우도 가능하다(도 1 참조).

종래기술에서는, 이렇게 중첩된 부위를 원주 둘레로 용접함으로써 프론트 커버(10)와 임펠러 쉘(2)을 고정시켰다. 그러나, 용접 부위를 따라 열변형이 일어나기 쉬워서 전술한 바와 같은 문제점이 야기되었다.

본 발명에서는 용접대신 접착제를 사용하여 양 부재를 고정시키도록 한 것이다.

도 3은 도 2에 점선으로 표시된 중첩부(A)를 확대한 도면이다.

프론트 커버(10)의 통형부(10a)에서 축방향 말단에 위치한 선단부(10b) 및 그 단부(10c), 그리고 임펠러 쉘(2)의 외주 에지(2a) 및 그 단부(2b)가 도시되어 있다.

선단부(10b)와 외주 에지(2a)가 축방향으로 중첩되어 중첩 면(15)이 형성된다. 이 중첩 면(15)은 도 3에서 선단부(10b)의 내벽 표면, 또는 외주 에지(2a)의 외벽 표면 중 중첩 부분을 지칭하거나, 이들 사이의 가상의 면을 지칭할 수 있다. 중첩 면(15)은 선단부(10b) 및 외주 에지(2a)의 내측 또는 외측 둘레를 따라 원주방향으로 연장된다.

중첩 면(15)에 구조용 접착제가 도포되므로 이를 접착 면이라 지칭할 수 있다. 선단부(10b)와 외주 에지(2a)를 중첩시키기 전에 중첩 면(15)에 접착제가 도포될 수 있다. 구조용 접착제로는 에폭시 게열 접착제가 유리하다. 접착제의 성능은 냉간압연 강판을 기준으로, 중첩 전단 강도(Lap shear stress) 25 MPa 이상, T-peel 강도 180N/25mm 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상업적으로 입수가능한 3M™ Scotch-Weld™ Epoxy Adhesive 2214 Hi-Temp 또는 3M™ Scotch-Weld™ Metal Bonder Acrylic Adhesive DP8407NS Gray를 사용할 수 있다.

동일한 하중 하에서 접촉면적이 넓어지면 단위면적당 하중인 응력이 낮아져 보다 높은 하중에 대응할 수 있으므로, 축방향 중첩 폭(W)을 조절함으로써 원하는 토크 및 압력에 대응하는 것이 가능하다.

접착 면의 밀착력을 높이기 위해, 통형부(10a)의 선단부(10b)와 외주 에지(2a)가 접촉하는 면에 약 3~5°가량의 테이퍼를 적용할 수 있다. 이는 프론트 커버-임펠러 쉘 조립 시 조립이 원활해지는 장점도 얻을 수 있다.

프론트 커버-임펠러 쉘 접합부는 주로 내압에 의한 축방향을 하중을 받게 되는데 이러한 하중에 대한 구조강성을 높이고 ATF(Automatic Transmission Fluid)가 누유되지 않도록 하는 씰링효과를 높이기 위해, 접합 면(15)에 돌기 및 대응 홈(16)을 형성할 수 있다. 돌기-홈 구조(16)의 개수는 필요에 따라 하나 또는 둘 이상일 수 있다.

조립 시 일부 접착제가 밀려서 안으로 들어갈 수 있는데 이러한 여분의 접착제가 토크 컨버터 내부로 유입되어 발생할 수 있는 문제를 미연에 방지하고자 조립 위치 끝단에 빈 공간, 즉 피난 홈(17)을 만들어줌으로써 접착제의 유입 방지할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 구성에 따르면, 다음과 같은 부수적 효과도 얻을 수 있다. 즉, 용접이 곤란한 재료, 또는 이종 재료간 접합이 가능하다. 또한, 불량 발생시 원인 분석을 위한 분해 및 보수 등의 재작업이 가능하다. 구조용 접착제로 접합한 부품을 제거하는 방법으로는 분해 맞춤형 제형 또는 기능성 첨가재 등 다양한 기술이 제시되어 있다.

이와 같이 본 발명은 기존 용접부를 구조용 접착제로 대체하는 것에 대해 기술하였다. 고정 강도의 요구조건에 따라 구조용 접착제와 용접을 혼용하는 것도 가능할 것이다. 다만, 중첩 부위 전체에 걸쳐 용접하는 대신 추가의 고정력을 부가하기에 충분할만큼의 간헐적 용접으로 열변형과 중량 증대를 최소화하는 것이 필요하다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 임펠러 2: 임펠러 쉘
2a: 외주 에지 2b: 단부
3: 임펠러 블레이드 4: 임펠러 허브
5: 터빈 6: 터빈 쉘
7: 터빈 블레이드 8: 터빈 허브
9: 스테이터 10: 프론트 커버
10a: 통형부 10b: 선단부
10c: 단부 11: 록업 클러치
12: 코일 스프링 13: 센터 보스
14: 너트 15: 중첩 면
16: 돌기-홈 구조 17: 피난 홈
A: 중첩부 R-R: 회전 축선
W: 중첩 폭

Claims (7)

1. 축방향으로 연장되는 통형부를 구비한 프론트 커버;
   외주 에지를 구비한 임펠러 쉘;
   을 포함하고,
   상기 프론트 커버의 통형부의 선단부와 상기 임펠러 쉘의 외주 에지가 축방향으로 중첩되어 적어도 부분적으로 접촉하는 중첩 면을 형성하되, 이 중첩 면에 도포된 구조용 접착제에 의해 프론트 커버와 임펠러 쉘이 서로 고정되도록 이루어진
   토크 컨버터.
2. 제 1 항에 있어서,
   프론트 커버와 임펠러 쉘 간에 요구되는 고정 강도에 따라 상기 중첩 면의 폭이 결정되는
   토크 컨버터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 통형부의 선단부와 상기 외주 에지가 접촉하는 면이 테이퍼진
   토크 컨버터.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 중첩 면에 하나 이상의 돌기-홈 구조가 구비된
   토크 컨버터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 프론트 커버와 상기 임펠러 쉘의 고정시 상기 통형부의 선단의 단부 또는 상기 외주 에지의 단부에 피난 홈이 형성되도록 이루어진
   토크 컨버터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 구조용 접착체가 에폭시 계열 접착제인
   토크 컨버터.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 프론트 커버와 상기 임펠러 쉘을 서로 고정하는데 있어 용접이 사용되지 않는
   토크 컨버터.

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