JP2006220236A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、輸送機械の多板式クラッチ機構のクラッチ締結時などに生じるショックの吸収のために用いられる皿ばねに係り、特にクラッチドラムに対する相対回転防止用の歯を備えた皿ばねの改良技術に関する。
輸送機械の変速装置には、クラッチ機構として湿式多板式クラッチ機構が使用されている。湿式多板式クラッチ機構には、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する皿ばねが用いられている。図4は、従来の皿ばね200を適用した多板式クラッチ機構100の構成を表す拡大側断面図である。多板式クラッチ機構100は、略有底円筒状をなすクラッチドラム101を備え、その内周面には軸線方向に延在するスプライン溝101Aが円周方向に複数形成されている。クラッチドラム101の内部には、それと回転軸線位置が一致する筒状のクラッチハブ102が設けられ、その外周面には軸線方向に延在するスプライン溝102Aが円周方向に複数形成されている。
クラッチドラム101とクラッチハブ102との間には、クラッチドラム101のスプライン溝101Aに嵌合する従動プレート103と、クラッチハブ102のスプライン溝102Aに嵌合する駆動プレート104とが、軸線方向に移動可能に所定の間隔をおいて交互に配置されている。クラッチドラム101の底面側には、ピストン105が軸線方向に移動可能に設けられている。ピストン105とクラッチドラム101との間に油圧室106が形成されている。
クラッチドラム101の底面側の従動プレート103とピストン105の間には、中心に孔が形成された円形の皿形状をなす皿ばね200が設けられている。皿ばね200は、その外周側の縁部の表面が従動プレート103によって支持されるとともに、その内周側の縁部の裏面がピストン105によって支持されるように配置されている。
上記のような多板式クラッチ機構100では、油圧室106に作動油を供給すると、油圧により駆動されたピストン105が、皿ばね200を介して、クラッチドラム101の底面側の従動プレート103を押圧する。すると、底面側の従動プレート103がクラッチドラム101の開口側に移動して、互いに対向する従動プレート103および駆動プレート104の摩擦面が係合し、クラッチ締結が行われる。このとき、皿ばね200は、皿形状から略平たくなるように弾性変形することによって、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する。
ところで、上記皿ばね200は、円形状をなしているため、クラッチ機構100の回転動作時にクラッチドラム101に対して相対回転しやすい。このため、クラッチドラム101の内壁への皿ばね200の衝突が頻繁に起こり、その結果、クラッチドラム101の内壁に傷が生じるという問題があった。
そこで、上記のような問題を解決するために、図5に示すように、中心に孔310Aが形成された円形の皿形状をなす本体310の外周部に、複数の歯311を形成した皿ばね300が提案されている(たとえば特許文献1および特許文献2)。皿ばね300では、その歯311がクラッチドラム101の内周面のスプライン溝101Aと嵌合するように、本体310がクラッチドラム101の内部に設置されるので、上記のような皿ばね300の相対回転を防止することができる。
しかしながら、上記皿ばね300では、クラッチ締結時における弾性変形の際、歯311の根元部に応力集中が発生するため、皿ばね300の耐久性が大きく低下するという問題があった。
そこで、歯311の根元部における発生応力を小さくするために、歯311の根元部の円弧部311Aの曲率半径Rを大きくすることが考えられる。ところが、この場合、歯311の根元部の円弧部311Aが、円周方向に拡がるようにして半径方向外側に突出するため、クラッチドラム101のスプライン溝101Aの形状がシャープである場合、クラッチドラム101の回転時に歯311とスプライン溝101Aとの間に大きな干渉が生じる。このため、歯311によるスプライン溝101Aの摩耗が大きくなる。また、歯311の側面部の直線部311Bの長さLが小さくなるため、歯311のスプライン溝101Aとの嵌合面積が小さくなる。このため、歯311とスプライン溝101Aとの接触面圧が増大し、歯311によるスプライン溝101Aの摩耗が大きくなる。特に、近年の自動車の保証走行距離の増大に対応するために、皿ばね300には高耐久性が要求されているから、上記のような問題は深刻である。
したがって、本発明は、クラッチ締結時における歯の根元部における発生応力を低減することができるのはもちろんのこと、歯によるスプライン溝の摩耗を低減することができる皿ばねを提供することを目的としている。
本発明の皿ばねは、筒状の第1部材の内部で軸線方向に移動可能に設けられた第2部材と第3部材との間に配置される皿ばねであって、円形の皿形状をなす本体の外周部に、第1部材の内周面に形成された溝に嵌合する歯を半径方向外側へ突出するように形成し、歯の根元部に、歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる応力緩和部を形成し、応力緩和部は、半径方向に前記歯の根元部を切欠いてなる第1円弧部と、円周方向に歯の根元部を切欠いてなる第2円弧部とを有し、第1円弧部の一端部は、本体の外周部に滑らかに接続し、第2円弧部の一端部は、第1円弧部の他端部に滑らかに接続するとともに、第2円弧部の他端部は、歯の側面部との境界部に滑らかに接続することを特徴としている。
ここで、図3を参照して、本発明の皿ばねについて説明する。図3は、本発明の皿ばねの各種形態に関する歯の根元部の曲率半径Rの大きさとそこに発生する応力との関係を説明するための図であり、曲線(a)は、従来の皿ばね(以下、皿ばねa)の特性を表し、曲線(b)は、半径方向および円周方向に歯の根元部を円弧状に切欠いてなる応力緩和部を備えた本発明の皿ばね(以下、皿ばねb)の特性を表している。
従来の皿ばねaでは、歯の根元部の曲率半径Rを大きくすると、そこに発生する応力は小さくなる。しかしながら、この場合、歯の根元部の円弧部が円周方向に拡がるように半径方向外側に突出するため、上記したようにクラッチドラムのスプライン溝の形状がシャープである場合、歯とスプライン溝との間で大きな干渉が生じる。このため、歯によるスプライン溝の摩耗量が大きくなる。また、歯の側面部の直線部の長さが小さくなるため、歯のスプライン溝との嵌合面積が小さくなり、歯のスプライン溝との接触面圧が増大し、歯によるスプライン溝の摩耗が大きくなる。このため、歯の根元部の曲率半径Rの大きさを曲線(a)のP点の値よりも大きく設定すると、耐久性が著しく低下するから、曲率半径RをP点の値よりも大きく設定することができない。
これに対して、本発明の皿ばねbでは、半径方向および円周方向に歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる応力緩和部を備えているので、クラッチドラムのスプライン溝の形状がシャープである場合、従来の皿ばねaよりも歯の根元部の曲率半径Rを大きく設定しても、歯とスプライン溝との干渉が生じない。したがって、本発明の皿ばねbでは、従来の皿ばねaと比較して、歯の根元部の曲率半径RをS点で示されるような大きな値に設定することができるので、クラッチ締結時に歯の根元部に発生する応力を低減することができる。
本発明の皿ばねでは、半径方向および円周方向に歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる第1円弧部および第2円弧部を有する応力緩和部を備えているので、歯の根元部は、半径方向外側に突出することなく大きな曲率半径Rを有することができる。これにより、上記皿ばねを輸送機械のクラッチ機構の従動プレートとピストンとの間に配置した場合、応力緩和部によって、クラッチ締結時に歯の根元部に発生する応力を低減することができる。また、クラッチドラムのスプライン溝の形状がシャープである場合でも、クラッチドラムの回転時における歯とスプライン溝との干渉を防止することができるので、歯によるスプライン溝の摩耗を低減することができる。したがって、高耐久性を有することができるので、自動車の保証走行距離の増大に対応することができる。
(1)実施形態の構成
(A)皿ばね
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る皿ばね1の構成を表す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B線の側断面図、(C)は(A)の部分拡大図である。皿ばね1は、円形の皿形状をなす本体10を備え、本体10の中心部に円形状の孔10Aが形成されている。本体10の外周部には、略矩形状をなすとともに半径方向外側に突出する複数(たとえば6個)の歯11が円周方向に等間隔に形成されている。歯11は、たとえば下記クラッチ機構100に適用された場合、クラッチドラム101に対する皿ばね1の相対回転を防止する機能を有している。なお、本発明が適用される歯は、図1に示される歯11に限定されるものではなく、種々の形状の歯に適用することができるのは言うまでもない。たとえば、本体10の外周面に対して折れ曲がらずに、本体10の外周面に沿って延在する形状の歯に適用することができる。また、歯11の数を6にしたが、これに限定されるものではなく、その数は任意に設定できる。
(A)皿ばね
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る皿ばね1の構成を表す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B線の側断面図、(C)は(A)の部分拡大図である。皿ばね1は、円形の皿形状をなす本体10を備え、本体10の中心部に円形状の孔10Aが形成されている。本体10の外周部には、略矩形状をなすとともに半径方向外側に突出する複数(たとえば6個)の歯11が円周方向に等間隔に形成されている。歯11は、たとえば下記クラッチ機構100に適用された場合、クラッチドラム101に対する皿ばね1の相対回転を防止する機能を有している。なお、本発明が適用される歯は、図1に示される歯11に限定されるものではなく、種々の形状の歯に適用することができるのは言うまでもない。たとえば、本体10の外周面に対して折れ曲がらずに、本体10の外周面に沿って延在する形状の歯に適用することができる。また、歯11の数を6にしたが、これに限定されるものではなく、その数は任意に設定できる。
歯11の根元部には、半径方向および円周方向に略円弧状に切欠かれてなる応力緩和部12が形成されている。応力緩和部12は、たとえば下記クラッチ機構100に適用した場合、そのクラッチ締結時に歯11の根元部に発生する応力集中を緩和する機能を有する。応力緩和部12は、本体10の外周部側から歯11の側面部側に向かって順に形成されている円弧状の円弧部12A,12Bを有する。
円弧部12A,12Bは、半径方向および円周方向に略円弧状に切欠かれてなる。円弧部12Aの一端部は、本体10の外周部に滑らかに接続している。円弧部12Bの一端部は、円弧部12Aの他端部に滑らかに接続している。円弧部12Bの他端部は、歯11の側面部に滑らかに接続している。
(B)クラッチ機構
上記の皿ばね1は、図2に示すようなクラッチ機構100に適用することができる。図2は、クラッチ機構100の構成を表しており、(A)は拡大側断面図、(B)は分解図である。なお、図2(B)では、クラッチハブ102の図示は省略している。
上記の皿ばね1は、図2に示すようなクラッチ機構100に適用することができる。図2は、クラッチ機構100の構成を表しており、(A)は拡大側断面図、(B)は分解図である。なお、図2(B)では、クラッチハブ102の図示は省略している。
クラッチ機構100は、たとえば自動車のAT車に使用される湿式多板クラッチである。クラッチ機構100は略有底円筒状をなすクラッチドラム101(第1部材)を備え、その内周面には、軸線方向に延在する複数のスプライン溝101Aが円周方向に等間隔に形成されている。クラッチドラム101の内部には、それと回転軸線位置が一致する筒状のクラッチハブ102が設けられ、その外周面には、軸線方向に延在する複数のスプライン溝102Aが円周方向に等間隔に形成されている。
クラッチドラム101とクラッチハブ102との間には、それぞれの中心に円形状の孔が形成された円板状の従動プレート103(第2部材)と駆動プレート104とが所定の間隔をおいて交互に配置されている。従動プレート103には、外周縁に複数の歯が円周方向に等間隔に形成され、これら歯がスプライン溝101Aに嵌合している。これにより、従動プレート103はクラッチドラム101に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。駆動プレート104には、内周縁に複数の歯が円周方向に等間隔に形成され、これら歯がスプライン溝102Aに嵌合している。これにより、駆動プレート104はクラッチハブ102に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。
クラッチドラム101の底面側には、軸線方向に移動可能にピストン105(第3部材)が配置されている。クラッチドラム101の底面とピストン105との間には、作動油が供給される油圧室106が形成されている。ピストン105は、油圧室106に供給される作動油によって軸線方向に駆動される。ピストン105の開口側表面には、そこに印加される圧力によって伸縮するリターンスプリング107の一端部が固定されている。リターンスプリング107の他端部は、クラッチドラム101に設けられたスプリングリテーナ108に固定されている。リターンスプリング107は、ピストン105をクラッチドラム101の底面側へ付勢している。
クラッチドラム101の底面側の従動プレート103とピストン105との間には、上記皿ばね1が配置されている。この場合、皿ばね1は、歯11がスプライン溝101Aにスプライン嵌合し、かつ本体10の外周側の縁部の表面が従動プレート103によって支持されるとともに、本体10の内周側の縁部の裏面がピストン105によって支持されるように配置されている。これにより、皿ばね1はクラッチドラム101に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。
クラッチドラム101の開口側には、従動プレート103および駆動プレート104が軸線方向へ所定量以上移動するのを規制するためのリテーニングプレート109が配置されている。リテーニングプレート109には、外周縁に複数の歯が円周方向に等間隔に形成され、これら歯がスプライン溝101Aに嵌合している。これにより、リテーニングプレート109はクラッチドラム101に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。リテーニングプレート109の開口側表面には、それの外部への離脱防止のためのスナップリング110が配置されている。スナップリング110は、クラッチドラム101の開口側端部に形成されたリング溝に係止している。
(2)実施形態の動作
次に、皿ばね1が適用されたクラッチ機構100の動作について、主に図2(A)を参照して説明する。
次に、皿ばね1が適用されたクラッチ機構100の動作について、主に図2(A)を参照して説明する。
油圧室106に作動油を供給すると、油圧により駆動されたピストン105がリターンスプリング107の付勢力に抗して軸線方向の開口側に移動し、皿ばね1を介して、クラッチドラム101の底面側の従動プレート103を押圧する。すると、交互に配置されている従動プレート103および駆動プレート104とリテーニングプレート109は、軸線方向の開口側に移動する。このような移動によって、リテーニングプレート109がスナップリング110に押接されると、互いに対向する従動プレート103および駆動プレート104の摩擦面が係合してクラッチ締結が行われる。これにより、クラッチドラム101とクラッチハブ102との間のトルク伝達が可能となる。
このとき、皿ばね1は、皿形状から略平たくなるように弾性変形することにより、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する。この場合、皿ばね1の弾性変形時に歯11の根元部に発生する応力は、応力緩和部12によって低減される。また、応力緩和部12は、半径方向外側に突出していないので、クラッチドラム101の回転時における歯11とスプライン溝101Aとの干渉が防止される。
次に、油圧室106への作動油の供給を停止すると、ピストン105がリターンスプリング107の付勢力によって、クラッチドラム101の底面側に押し戻される。すると、従動プレート103および駆動プレート104の摩擦面の係合が解除されてクラッチ締結が解除されるとともに、皿ばね1の形状が元の状態に戻る。
上記実施形態では、半径方向および円周方向に歯11の根元部を略円弧状に切欠いてなる円弧部12A,12Bを有する応力緩和部12を備えているので、歯11の根元部は、半径方向外側に突出することなく大きな曲率半径Rを有することができる。これにより、上記皿ばね1を輸送機械のクラッチ機構100の従動プレート103とピストン105との間に配置した場合、応力緩和部12によって、クラッチ締結時に歯11の根元部に発生する応力を低減することができる。また、クラッチドラム101のスプライン溝101Aの形状がシャープである場合でも、クラッチドラム101の回転時における歯11とスプライン溝101Aとの干渉を防止することができるので、歯11によるスプライン溝101Aの摩耗を低減することができる。したがって、高耐久性を有することができるので、自動車の保証走行距離の増大に対応することができる。
(3)変形例
以上、上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では、自動車のAT車に使用される湿式多板クラッチに本発明の皿ばねを適用したが、これに限定されるものではない。たとえば、本発明の皿ばねは、建設機械や自動二輪などの輸送機械の多板式クラッチ機構に適用することができる。
以上、上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では、自動車のAT車に使用される湿式多板クラッチに本発明の皿ばねを適用したが、これに限定されるものではない。たとえば、本発明の皿ばねは、建設機械や自動二輪などの輸送機械の多板式クラッチ機構に適用することができる。
1…皿ばね、10…本体、11…歯、12…応力緩和部、12A,12B…円弧部(第1円弧部,第2円弧部)、101…クラッチドラム(第1部材)、103…従動プレート(第2部材)、101A…スプライン溝(溝)、105…ピストン(第3部材)
Claims (1)
- 筒状の第1部材の内部で軸線方向に移動可能に設けられた第2部材と第3部材との間に配置される皿ばねにおいて、
円形の皿形状をなす本体の外周部に、前記第1部材の内周面に形成された溝に嵌合する歯を半径方向外側へ突出するように形成し、
前記歯の根元部に、その歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる応力緩和部を形成し、
前記応力緩和部は、半径方向に前記歯の根元部を切欠いてなる第1円弧部と、円周方向に前記歯の根元部を切欠いてなる第2円弧部とを有し、
前記第1円弧部の一端部は、前記本体の外周部に滑らかに接続し、
前記第2円弧部の一端部は、前記第1円弧部の他端部に滑らかに接続するとともに、前記第2円弧部の他端部は、前記歯の側面部との境界部に滑らかに接続することを特徴とする皿ばね。
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