JP2005282807A - 皿バネ - Google Patents

Abstract

【課題】 バネ定数を切り換え可能な皿バネを提供することを目的とする。
【解決手段】 選択されたギアに応じて、係合状態を切り換える複数の係合手段５、６と、前記それぞれの係合手段の係合状態を制御するピストン９、１３と、前記ピストンを移動するための作動油を溜める油室１０と、からなる自動変速機の係合装置において、前記係合手段と前記ピストンとの間に設けられる皿バネ２０であって、板厚方向に高さの異なる複数の凸部２１、２２を有する波形形状を備えた。
【選択図】 図５

Description

本発明は、皿バネ、特に自動変速機に用いられる皿バネに関するものである。

従来、自動変速機の前後進切換機構に備えられるクラッチと、このクラッチの係合を制御するピストンとの間に皿バネを設置するものがある。このような皿バネの一例として波形の皿バネがある（例えば、特許文献１参照）。

また皿バネに換えてコイルバネを用い、コイルバネを２個並列に設置してバネ特性を変位量に応じて段階的に変化させる技術がある（例えば、特許文献２参照）。
登録実用新案第３０９６８４２号公報 特開２００１−２５４６９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の皿バネは、一定のバネ定数を備えており、変速シフトがＲ→Ｎ→ＤやＤ→Ｎ→Ｒのような伝達トルク方向逆転時に、ショックが大きくなったり、またはショックを抑制するためバネ定数を低くすると必要なクラッチ容量に達するまでの時間が長くなるという課題がある。

また特許文献２に記載のコイルでは、前述の変速時のショックとクラッチ容量の要求要件とを両立することが可能ではあるが、２つのコイルバネを設けるため、特に軸方向のスペースが必要なり、自動変速機が大型化する恐れがある。

本発明は、設置スペースが大型化することなく、変速時のショックを低減する係合装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の発明は、選択されたギアに応じて、係合状態を選択する複数の係合手段と、前記それぞれの係合手段の係脱を制御するピストンと、前記ピストンを移動するための作動油を溜める油室と、からなる自動変速機の係合装置において、前記係合手段と前記ピストンとの間に設けられる皿バネであって、板厚方向に高さの異なる複数の凸部を有する波形形状を備える。

第２の発明は、第１の発明において、前記皿バネの凸部は、高さの高い凸部と低い凸部とからなり、前記皿バネのバネ特性は、前記ピストンが前記高い凸部にのみ接触したときに低いバネ定数となり、前記高い凸部と低い凸部とに接触した時に高いバネ定数となる。

第１の発明によれば、弾性部材のバネ定数を段階的に変化するように構成したので、シフトレンジ切換時のショックを低減し、かつ係合手段の容量を速やかに確保することができる。

第２の発明によれば、弾性部材である皿バネの形状を板厚方向に高さの異なる凸部を有するようにして、高い凸部にピストンが接触した時に低いバネ定数となり、低い凸部に接触する時に高いバネ定数となるため、低いバネ定数の時にシフトレンジ切換時のショックを低減し、かつ高いバネ定数の時に係合手段の容量を速やかに確保することができる。

図１と図２は、本発明を適用したＶベルト式無段変速機の部分概略図である。

このＶベルト式無段変速機は、エンジンの動力が伝達される入力軸１と、入力軸１の回転速度を変速し、図示しない出力軸に伝達するプライマリプーリ、セカンダリプーリおよびプライマリプーリとセカンダリプーリ間に掛け渡されるＶベルトを備える。さらに入力軸１から固定プーリ２に伝達される動力の回転方向を制御する前後進切換機構３が入力軸１と前記プライマリプーリの固定プーリ２との間に設置される。なお、本実施形態では、変速機としてＶベルト式無段変速機を用いて説明するがこれに限られない。

図２を参照すると、前後進切換機構３は、１組の遊星歯車機構４と、２つのクラッチ（フォワードクラッチ５とリバースクラッチ６）とから構成される。入力軸１の回転と同じ方向の回転をプライマリプーリの固定プーリ２に伝達する場合にはフォワードクラッチ５を係合し、入力軸１の回転と逆方向の回転をプライマリプーリの固定プーリ２に伝達する場合にはリバースクラッチ６を係合する。

前後進切換機構３を詳しく説明すると、遊星歯車機構４のリングギア４ｒは、スプラインで入力軸１と同軸に形成されたフォワードクラッチドラム７の円筒状の外壁７ａ内側に連結される。またフォワードクラッチドラム７の内壁７ｂも入力軸１と同軸に円筒状に形成され、内壁７ｂは入力軸１にスプライン結合される。

またフォワードクラッチドラム７の外壁７ａ内側には、フォワードクラッチ５のドリブンプレート５ａがスプラインで連結され、一方、ドリブンプレート５ａに係合するドライブプレート５ｂは遊星歯車機構４のサンギア４ｓに連結するハブ１５に固定される。ここで、ドリブンプレート５ａとドライブプレート５ｂは入力軸１と平行方向に積層状に構成される。つまりフォワードクラッチ５は多板式クラッチとして構成される。また、サンギア４ｓは、固定プーリ２に接続する。

遊星歯車機構４のピニオン４ｐを支持するピニオンシャフト４ｐｓが固定されるキャリア４ｃはリバースクラッチ６を介して自動変速機のケース８に固定される。リバースクラッチ６もフォワードクラッチ５と同様に、多板式クラッチとして構成される。

フォワードクラッチドラム７の外壁７ａと内壁７ｂの端部を繋ぐ側壁７ｃが形成され、これら壁により画成されるフォワードクラッチドラム７には、皿バネ２０を介してフォワードクラッチ５を入力軸と平行方向に押し付けるピストン９が設置される。ピストン９は、フォワードクラッチドラム７の側壁７ｃとの間に形成される油室１０の油圧により入力軸方向に移動し、フォワードクラッチ５を押し付け、ドリブンプレート５ａとドライブプレート５ｂ間に摩擦力を発生させ、入力軸１に伝達されたエンジンの動力をサンギア４ｓに伝達する。油室１０には入力軸１に形成された油路１ａから作動油が供給される。

ドリブンプレート５ａとピストン９との間にリング状の皿バネ２０が設置され、この皿バネ２０は、ピストン９がドリブンプレート５ａに接触する際のショックを緩和し、ドリブンプレート５ａとドライブプレート５ｂとの係合をスムースにする。この皿バネ２０の詳細形状については後述する。

フォワードクラッチドラム７に固定される一方、ピストン９の内面とシールを介して摺動するハブ１１が設置され、このハブ１１とフォワードクラッチドラム７と間にフォワードクラッチドラム７を入力軸方向に押圧するスプリング１２が設置される。このスプリング１２はピストン９をフォワードクラッチ５から離れる方向に付勢する。このようなスプリング１２を設置したため、フォワードクラッチ５の非係合時には、油室１０に作動油が供給されず、油室１０の油圧が低下し、スプリング１２の付勢力が油室１０内の油圧によるピストン９をフォワードクラッチ５方向に移動させる力を上回り、ピストン９がフォワードクラッチ５から離れる方向に移動し、フォワードクラッチ５の係合を中断する。

リバースクラッチ６を押圧し、リバースクラッチ６のドリブンプレート６ａとドライブプレート６ｂ間に摩擦力を発生させるためのピストン１３がケース８に設置され、ケース８とピストン１３との間の油室１４に作動油が供給することでピストン１３がリバースクラッチ６を押圧し、リバースクラッチ６を係合状態とする。なお、リバースクラッチ６を非係合状態とするスプリングは図示しない。

このように構成された自動変速機において、本発明の特徴的な構成である皿バネ２０の構成について、図を用いて次に説明する。

図３から図７は、本発明の皿バネ２０の詳細形状および特性を説明するための図である。図３から図５に示す皿バネ２０の形状を参照すると、皿バネ２０は、一定板厚の鋼板からなる環状のリングであって、皿バネ２０の側面形状は、板厚方向に凹凸を有する波形に形成され、波形の皿バネ２０は、高さの異なる２つの凸部、つまり第１接触部２１と第１接触部より低い第２接触部２２、および同一面上に形成される凹部２３とからなる。

前述のようにリング状の皿バネ２０は、ドリブンプレート５ａとピストン９との間に設置されており、油圧によるピストン９の移動により、皿バネ２０が入力軸方向に変形し、所定のバネ特性を発生する。

まず図５に示すように、ピストン９が皿バネ２０の第１接触部２１をドライブプレート側に押し、皿バネ２０が変形する。この間のバネ特性は、図７に示すような低い第１のバネ定数ｋ１を生じる。そして皿バネ２０がピストン９により、さらにドライブプレート側に押し込まれ、ピストン９が第２接触部２２に当ると、バネ定数ｋは第１のバネ定数ｋ１より高い第２のバネ定数ｋ２に変化する。このように本発明の皿バネ２０は、高低２つの接触部２１、２２を備えたため、皿バネ２０のバネ定数ｋを低い第１のバネ定数ｋ１から高い第２のバネ定数ｋ２に第２接触部２２への接触を境として切り換えることができる。

すなわち、皿バネ２０は前述のように一定板厚の鋼板を波形に形成し、波の高さ（凸部）を高低、２種類として高い凸部を第１接触部２１、低い凸部を第２接触部２２とした。いま、ピストン９が移動すると、まず高い第１接触部２１に当るが、ピストン９が第１接触部に接触する箇所は少なく、したがって、第１接触部に負荷される荷重は大きくなる。このため、第１接触部２１の変形量が大きくなり、言い換えると第１接触部２１にピストン９が接触している時の皿バネ２０のバネ定数は小さくなる。皿バネ２０の変位量が一定とするとバネ定数が小さくなるとドリブンプレート５ａに作用する押圧力も小さくなり、フォワードクラッチ５の伝達力が小さくなって、ショックを低減することができる。

ピストン９がさらに移動して、第２接触部２２に当ると、ピストン９がさらバネ２０に接触する箇所は、第１接触部２１と第２接触部２２とになり、したがって、各接触部に負荷される荷重が小さくなる。したがって、各接触部の変形量は小さくなり、言い換えると、ピストン９が第１、第２接触部に接触している時のさらバネ２０のバネ定数は大きくなる。このため、皿バネ２０の変位量が一定とするとバネ定数が大きくなるとドリブンプレート５ａに作用する押圧力も大きくなり、フォワードクラッチ５の伝達力が大きくなって、クラッチ容量を急速に高めることができる。

なお、この実施の形態の皿バネ２０では、第１接触部２１と第２接触部２２とが交互に形成されているが、所望のバネ特性を満足するように第１接触部２１と第２接触部２２との個数や高さ、さらに皿バネの材質や板厚を調整することはいうまでもない。

また、図８は、従来と本発明の皿バネ２０のバネ特性を比較した図である。図８から明らかなとおり、本発明の皿バネのバネ定数ｋは、第２接触点２２に接触するまでは低いバネ定数ｋ１、そして、第２接触点２２に接触した後は高いバネ定数ｋ２となるように設定される。

したがって、自動変速機の係合手段（フォワードクラッチ５）に設けられた皿バネ２０において、本発明の２つの高低の異なる凸部（第１、第２接触部２１、２２）を有する波形の皿バネ２０を用いた場合には、変位量に応じてバネ定数を段階的に変化させることができ、ピストン９が第２接触部２２に接触するまでの皿バネ２０のバネ定数ｋ１を低く抑えたため、シフトレンジ切り換え時（つまり、トルク方向の逆転が生じるＲ→Ｎ→ＤまたはＤ→Ｎ→Ｒ切り換え時）に生じるショックを抑制することができる。

一方、ピストン９が第１接触部２１に加え、第２接触部２２に接触した場合は、皿バネ２０のバネ定数が高いバネ定数ｋ２に切り換わるため、Ｎ→ＤあるいはＮ→Ｒ切り換え時からフォワードクラッチ５の締結に必要なクラッチ容量を確保するまでのタイムラグを短縮することができる。

このようにして、本発明では、皿バネのバネ特性を２段階に変化させることで、シフトレンジ切換時のショックの低減と必要クラッチ容量確保までの時間の短縮との両立を図ることができる。

また、１つの皿バネ２０で複数種類のバネ特性を発揮でき、複数のバネを組み合わせて複数種類のバネ特性を発揮する技術に対して、バネの設置スペースを縮小することができる。

なお、本実施形態では、フォワードクラッチ５のドリブンプレート５ａとピストン９との間に皿バネ２０を設置したが、リバースクラッチ６や他のクラッチに本発明の皿バネを適用してもよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。

本発明の皿バネを適用した自動変速機は、変速時のショックを低減することが可能であり、自動変速機を搭載した車両に有用である。

本発明の自動変速機の部分構成図である。 同じく自動変速機の部分構成図である。 皿バネの正面図である。 皿バネの側面図である。 本発明の皿バネの効果を説明する図である。 本発明の皿バネの効果を説明する図である。 皿バネのバネ特性を示す図である。 皿バネのバネ特性を示す図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 固定プーリ
３ 前後進切換機構
４ 遊星歯車機構
４ｓ サンギア
４ｒ リングギア
４ｃ キャリア
４ｐｓ ピニオンシャフト
５ フォワードクラッチ
５ａ ドリブンプレート
５ｂ ドライブプレート
６ リバースクラッチ
６ａ ドリブンプレート
６ｂ ドライブプレート
７ フォワードクラッチドラム
７ａ 外壁
７ｂ 内壁
７ｃ 側壁
８ ケース
９ ピストン
１０ 油室（クラッチ室）
１１ ハブ
１２ スプリング
１３ ピストン
１４ 油室
１５ ハブ
２０ 皿バネ

Claims (2)

1. 選択されたギアに応じて、係合状態を選択する複数の係合手段と、
   前記それぞれの係合手段の係脱を制御するピストンと、
   前記ピストンを移動するための作動油を溜める油室と、
   からなる自動変速機の係合装置において、
   前記係合手段と前記ピストンとの間に設けられる皿バネであって、
   板厚方向に高さの異なる複数の凸部を有する波形形状を備えたことを特徴とする皿バネ。
2. 前記皿バネの凸部は、高さの高い凸部と低い凸部とからなり、
   前記皿バネのバネ特性は、前記ピストンが前記高い凸部にのみ接触したときに低いバネ定数となり、前記高い凸部と低い凸部とに接触した時に高いバネ定数となることを特徴とする請求項１に記載の皿バネ。

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