JP2007253207A - 皿ばねの製造方法およびクラッチ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製造コストを低減することができる皿ばねの製造方法および皿ばねを備えたクラッチ装置を提供する。
【解決手段】 クラッチ装置は、クラッチドラムを内部に有する2つのクラッチ機構を備えている。各クラッチ機構のクラッチドラムの内部における従動プレートとピストンとの間に、リング状の親皿ばねおよび子皿ばねのそれぞれが設けられている。親皿ばねおよび子皿ばねは、同一の板厚を有している。子皿ばねでは、内周部に複数のスリットが形成され、弾性変形における平坦時発生荷重が所望値に調整されている。このような親皿ばねおよび子皿ばねのそれぞれのブランク1A,2Aは、プレス加工によって同一の板厚を有する板材から得る。特に子皿ばねが、親皿ばねの内側に収まる大きさを有する場合、子皿ばねのブランク2Aを親皿ばねのブランク1Aの内側領域から打ち抜く。
【選択図】 図4

Description

本発明は、皿ばねの製造方法と、互いに外径の異なる複数の皿ばねを備えた多板式クラッチ装置に係り、特に皿ばねの製造歩留を向上させる技術に関する。
輸送機械のクラッチ装置は、湿式多板式クラッチ機構を備えている。湿式多板式クラッチ機構は、略有底円筒状をなすクラッチドラムを備え、クラッチドラムには、軸線方向に移動可能に設けられた底面側の従動プレートとピストンとの間に、リング状の皿ばねが設けられている(たとえば特許文献1)。皿ばねは、その内周縁部がピストンによって支持されるとともに、その外周縁部が底面側の従動プレートによって支持されるように配置されている。皿ばねは、皿形状から略平坦になるように弾性変形することによって、クラッチ機構のクラッチ締結時に生じるショックを吸収する。
上記のような皿ばねの特性では、弾性変形において皿ばねが略平坦になるとき、すなわち皿ばねの変位量が、高さHと板厚Tとの差で規定されるストローク長ST(図6参照)に達したときの発生荷重(以下、平坦時発生荷重)が、クラッチ機構の設計値として必要である。平坦時発生荷重は、皿ばねの外径、内径、板厚T、およびストローク長STに依存するが、それらのうち皿ばねの外径、内径、およびストローク長STは、クラッチ機構の設計値として予め決定されている。これにより、平坦時発生荷重は、板厚Tにより調整されている。
特開平9−32918号
ところで、CVT(Continuously Variable Transmission)車やAT(Automatic Transmission)車のクラッチ装置には、互いの軸線が一致するとともに、大きさの異なる複数のクラッチ機構を備えている装置があり、各クラッチ機構には、そのクラッチドラムに対応した外径を有する皿ばねが配置されている。この場合、皿ばねのそれぞれの平坦時発生荷重が同一ではないのが通常であるから、皿ばねのそれぞれは板厚の異なる材料から製造されている。
しかしながら、皿ばねのブランクを打ち抜いた後の材料はスクラップにする以外になく、皿ばねの場合にはスクラップになる部分が非常に多い。このため、皿ばねの材料歩留が悪く、製造コストが割高となっていた。
したがって、本発明は、製造コストを低減することができる皿ばねの製造方法、および、それにより得られる皿ばねを備えた安価なクラッチ装置を提供することを目的としている。
本発明の皿ばねの製造方法は、プレス加工によって板材からリング状の複数のブランクを打ち抜き、複数のブランクのそれぞれを皿ばねに成形する製造方法であって、プレス加工時に、複数のブランクの少なくとも一つの外周部または内周部に複数のスリットを形成するとともに、外径の小さなブランクを外径の大きなブランクの内側領域から打ち抜くことを特徴としている。
上記のように外周部または内周部に複数のスリットが形成された皿ばねでは、それへの荷重の印加により、皿形状から略平坦になるように弾性変形するが、このときの皿ばねの発生荷重はスリットにより低減される。これにより、皿ばねが略平坦になるとき、すなわち皿ばねの変位量が、高さHと板厚Tとの差で規定されるストローク長ST(図6参照)に達したときの発生荷重(以下、平坦時発生荷重)が低減される。したがって、本発明のように同一の板材から外径の大きな皿ばねおよび外径の小さな皿ばねを得る場合、その板材の板厚を、必要な平坦時発生荷重が大きな皿ばねの板厚に一致させるとともに、必要な平坦時発生荷重が小さな皿ばねにスリットを形成する。
これついて、図3を参照して説明する。図3は、各種皿ばねのストローク長STと平坦時発生荷重Pの関係図であり、(A)は、外径の大きな親皿ばねの板厚が、外径の小さな子皿ばねの板厚より大きい場合の関係図、(B)は、外径の小さな子皿ばねの板厚が、外径の大きな親皿ばねの板厚より大きい場合の関係図である。なお、図3に示すストローク長ST ,STの大小関係および平坦時発生荷重P,Pの大小関係は任意に設定できることは言うまでもない。
まず、図3(A)の場合について説明する。外径の大きな皿ばね(以下、親皿ばね)では、点Aで示されるストローク長STおよび平坦時発生荷重Pを必要とし、外径の小さな皿ばね(以下、子皿ばね)では、点Bで示されるストローク長STおよび平坦時発生荷重はPを必要とする場合を考える。点Aの特性を満足する親皿ばねとして、スリットが形成されていない板厚がTの親皿ばねがある。点Bの特性を満足する皿ばねとして、スリットが形成されていない板厚がT(<T)の子皿ばねがある。
ここで、子皿ばねおよび親皿ばねを同一の板材から得るために、子皿ばねの板厚をTに設定すると、板厚が大きくなるため、点Cで示される平坦時発生荷重P(>P)を示す子皿ばねとなって、所望の平坦時発生荷重Pを有する子皿ばねを得ることができない。しかしながら、この場合、子皿ばねの外周部または内周部にスリットを形成してスリット付子皿ばねにすると、上記のようにスリットによって平坦時発生荷重を低減することができる。これにより、スリット付子皿ばねでは、板厚の大きな親皿ばねと同じ板厚Tに設定しても、スリットの形状や数、スリットどうしの間隔を適宜設計することにより、所望の平坦時発生荷重Pを示す子皿ばねを得ることができる。
次に、図3(B)の場合について説明する。図3(B)の場合では、点Aの特性を満足する親皿ばねの板厚が子皿ばねの板厚よりも小さく設定されている点(すなわち、T>T)が、図3(A)の場合と異なる。
親皿ばねおよび子皿ばねを同一の板材から得るために、親皿ばねの板厚をTに設定すると、板厚が大きくなるため、点Dで示される平坦時発生荷重P(>P)を示す親皿ばねとなって、所望の平坦時発生荷重Pを有する親皿ばねを得ることができない。しかしながら、この場合、親皿ばねの外周部または内周部にスリットを形成してスリット付親皿ばねにすると、上記のようにスリットによって平坦時発生荷重を低減することができる。これにより、スリット付親皿ばねでは、板厚の大きな子皿ばねと同じ板厚Tに設定しても、スリットの形状や数、スリットどうしの間隔を適宜設計することにより、所望の平坦時発生荷重Pを示す親皿ばねを得ることができる。
以上のように、本発明の皿ばねの製造方法では、上記スリットの形状や数、スリットどうしの間隔を適宜設計することにより、それぞれが所望の平坦時発生荷重を示す複数の皿ばねを同一の板材から得ることができる。また、外径の小さなブランクを外径の大きなブランクの内側領域から打ち抜くので、原材料である板材を有効に使用することができる。また、外径の大きな皿ばねと外径の小さな皿ばねのブランクの打ち抜きを同時に行うことができる。以上のように、皿ばねの材料歩留を向上させることができ、かつ製造工程数を減少させることができるので、製造コストを低減することができる。
本発明のクラッチ装置は、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、リング状の皿ばねを備えるとともに、互いの軸線が一致する複数のクラッチ機構を備えた装置であって、複数のクラッチ機構の皿ばねは、同一の板厚を有するとともに、互いに異なる外径を有し、皿ばねの少なくとも一つの外周部または内周部に、複数のスリットが形成されていることを特徴としている。
本発明のクラッチ装置では、互いに同一の板厚を有する皿ばねの少なくとも一つの外周部または内周部に複数のスリットが形成されているので、それらスリットの形状や数、スリットどうしの間隔を適宜設計することにより、それぞれが所望の平坦時発生荷重を示す複数の皿ばねを同一の板材から得ることができる。これにより、皿ばねの材料歩留を向上させることができるので、皿ばねを低価格にすることができる。したがって、装置を低価格にすることができる。
ここで、本発明のクラッチ装置では、種々の構成を用いることができる。たとえば、外径の小さな皿ばねは、外径の大きな皿ばねのリング形の内側に収まる大きさを有することができる。この態様では、皿ばねの製造時のプレス加工において外径の小さなブランクを外径の大きなブランクの内側領域から打ち抜くので、製造工程数を減少させることができる。したがって、皿ばねをさらに低価格にすることができるので、装置をさらに低価格にすることができる。
本発明の皿ばねの製造方法によれば、プレス加工時に、複数のブランクの少なくとも一つの外周部または内周部に複数のスリットを形成するとともに、外径の小さなブランクを外径の大きなブランクの内側領域から打ち抜くので、複数のブランクの少なくとも一つの外周部または内周部に形成された複数のスリットの形状や数、スリットどうしの間隔を適宜設計することにより、それぞれが所望の平坦時発生荷重を示す複数の皿ばねを同一の板材から得ることができる等の効果が得られる。
本発明のクラッチ装置によれば、それぞれが所望の平坦時発生荷重を示す皿ばねを低価格にすることができるので、装置を低価格にすることができる等の効果が得られる。
(1)皿ばねの構成
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1,2は、本発明の一実施形態に係る親皿ばね(外径の大きな皿ばね)1,子皿ばね(外径の小さな皿ばね、スリット付子皿ばね)2の構成を表す図である。図1の(A)は平面図、(B)は(A)の1B−1B線の側断面図、図2の(A)は平面図、(B)は(A)の2B−2B線の側断面図である。
親皿ばね1は、リング状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11が形成されている。子皿ばね2は、リング状の皿形状をなす本体20を備え、本体20の中心部に円形状の孔21が形成されている。本体20の内周部には、略矩形状の複数のスリット22が円周方向に等間隔に形成されている。親皿ばね1の外径は、子皿ばね2の外径よりも大きい。特に本実施形態では、子皿ばね2は、親皿ばね1の内側に収まる大きさを有する。親皿ばね1および子皿ばね2の板厚はともにT、親皿ばね1および子皿ばね2の高さはH,Hである。
ここで、本実施形態では、図3(A)の点Aに示すように、親皿ばね1のストローク長はST、平坦時発生荷重はPである。子皿ばね2は、内周部にスリット22を有するスリット付子皿ばねであるから、図3(A)の点Bに示すように、子皿ばね2のストローク長および平坦時発生荷重は、STおよびPであって、板厚がTより小さなTの子皿ばねのものと同じである。
なお、本発明が適用されるスリットは、図2(A)に示されるスリット22に限定されるものではなく、種々の構成を用いることができる。たとえば、スリットの形状や数は任意に設定することができる。また、複数のスリット22,22どうしの間隔は、等しくなくてもよく、任意に設定することができる。さらに、スリット22を子皿ばね2の内周部に形成する代わりに、子皿ばね2の外周部に形成してもよい。
(2)皿ばねの製造方法
次に、親皿ばね1および子皿ばね2の製造方法について、おもに図4を参照して説明する。図4は、親皿ばね1および子皿ばね2のブランク1A,2Aの構成を表す図であり、(A)は断面図、(B)は(A)の3B−3B線における側断面図である。まず、プレス加工によって、板厚Tの板材からリング形のブランク1Aを打ち抜き、ブランク1Aの内側領域からリング状のブランク2Aを打ち抜く。このときにブランク2Aの内周部に、スリット22Aを円周方向に等間隔に形成する。
次いで、常温でブランク1A,2Aに曲げ成形を行う。そして、皿形状のブランク1A,2Aに熱処理(焼入れ・焼戻し)を行うことにより、皿形状のブランク1Aから親皿ばね1が得られ、皿形状のブランク2Aから子皿ばね2が得られる。なお、ブランク1A,2Aへの曲げ成形および熱処理を同時に行ってもよい。
(3)クラッチ機構の構成
上記の皿ばね1,2は、図5に示すようなクラッチ装置30に適用することができる。図5は、クラッチ装置30の構成を表す側断面図である。クラッチ装置30は、たとえば自動車のCVT車に使用され、湿式多板式リバース用クラッチ機構100と湿式多板式フォワード用クラッチ機構200を備えている。フォワード用クラッチ機構200は、リバース用クラッチ機構100の内側における略円筒状の空洞部に収容され、リバース用クラッチ機構100と同一の回転軸線を有している。
リバース用クラッチ機構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複数のスプライン溝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、クラッチドラム101のスプライン溝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(図5の左側)には、軸線方向に移動可能にピストン105が配置されている。クラッチドラム101とピストン105との間には、作動油が供給される油圧室(図示略)が形成されている。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(図示略)の一端部が固定されている。リターンスプリングは、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、上記親皿ばね1が配置されている。この場合、親皿ばね1は、本体10の内周縁部がピストン105によって支持されるとともに、本体10の外周縁部が従動プレート103によって支持されるように配置されている。これにより、親皿ばね1は、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を支持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。
フォワード用クラッチ機構200は、略有底円筒状をなすクラッチドラム201を備えている。クラッチドラム201は、リバース用クラッチ機構100のクラッチハブ102の内側の略円筒状の空洞に収容されている。クラッチドラム201の内周面には、軸線方向に延在する複数のスプライン溝が円周方向に等間隔に形成されている。クラッチドラム201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202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が円周方向に等間隔に形成されている。
クラッチドラム201とクラッチハブ202との間には、クラッチドラム201のスプライン溝に嵌合する従動プレート203と、クラッチハブ202のスプライン溝に嵌合する駆動プレート204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201の底面側には、軸線方向に移動可能にピストン205が配置されている。クラッチドラム201とピストン205との間には、作動油が供給される油圧室206が形成されている。ピストン205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207の一端部が固定されている。リターンスプリング207の他端部は、クラッチドラム201に設けられたスプリングリテーナ208に固定されている。リターンスプリング207は、ピストン205をクラッチドラム201の底面側へ付勢している。
クラッチドラム201の底面側の従動プレート203とピストン205との間には、上記子皿ばね2が配置されている。この場合、子皿ばね2は、本体20の内周縁部が従動プレート203によって支持されるとともに、本体20の外周縁部がピストン205によって支持されるように配置されている。これにより、子皿ばね2は、軸線方向に移動可能となっている。クラッチドラム201の開口側には、従動プレート203および駆動プレート204を支持するためのリテーニングプレート209が配置されている。リテーニングプレート209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210が配置されている。
(4)クラッチ機構の動作
次に、皿ばね1,2が適用されたクラッチ機構100,200の動作について、おもに図5を参照して説明する。リバース用クラッチ機構100はCVT車の後退走行のときに使用され、フォワード用クラッチ機構200はCVT車の前進走行のときに使用される。なお、各クラッチ機構100,200は、各走行において同様な動作をするので、ここでは、フォワード用クラッチ機構200の動作を説明し、リバース用クラッチ機構100の動作の説明は省略する。
油圧室206に作動油を供給すると、油圧により駆動されたピストン205がリターンスプリング207の付勢力に抗して軸線方向の開口側に移動し、子皿ばね2を介して、クラッチドラム201の底面側の従動プレート203を押圧する。すると、交互に配置されている従動プレート203および駆動プレート204とリテーニングプレート209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209がスナップリング210に押接されると、互いに対向する従動プレート203および駆動プレート204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201とクラッチハブ202との間のトルク伝達が可能となる。このとき、子皿ばね2は、皿形状から略平坦に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。このときの子皿ばね2の平坦時発生荷重は、図3(A)の点Bに示すようにPである。
次に、油圧室206への作動油の供給を停止すると、ピストン205がリターンスプリング207の付勢力によって、クラッチドラム201の底面側に押し戻される。すると、従動プレート203および駆動プレート204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、子皿ばね2の形状が元の状態に戻る。
本実施形態の皿ばねの製造方法では、複数のブランク1A,2Aの少なくとも一つの外周部または内周部に複数のスリット22Aを形成するので、それらスリット22Aの形状や数、スリットどうしの間隔を適宜設計することにより、それぞれが所望の平坦時発生荷重を示す親皿ばね1および子皿ばね2を同一の板材から得ることができる。また、子皿ばね2のブランク2Aを親皿ばね1のブランク1Aの内側領域から打ち抜くので、原材料である板材を有効に使用することができる。また、外径の大きな皿ばねと外径の小さな皿ばねのブランクの打ち抜きを同時に行うことができる。以上のように、親皿ばね1および子皿ばね2の材料歩留を向上させることができ、かつ製造工程数を減少させることができるので、製造コストを低減することができる。
本実施形態のクラッチ装置30では、互いに同一の板厚を有する親皿ばね1および子皿ばね2の少なくとも一つの外周部または内周部に複数のスリット22が形成されているので、それらスリット22の形状や数、スリット22,22どうしの間隔を適宜設計することにより、それぞれが所望の平坦時発生荷重を示す親皿ばね1および子皿ばね2を同一の板材から得ることができる。これにより、親皿ばね1および子皿ばね2の材料歩留を向上させることができるので、親皿ばね1および子皿ばね2を低価格にすることができる。したがって、装置30を低価格にすることができる。
特に、親皿ばね1および子皿ばね2の製造時のプレス加工において外径の小さなブランク2Aを外径の大きなブランク1Aの内側領域から打ち抜くので、製造工程数を減少させることができる。したがって、親皿ばね1および子皿ばね2をさらに低価格にすることができるので、装置30をさらに低価格にすることができる。
(5)変形例
以上のように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、子皿ばね2の内周部(あるいは外周部)にスリット22を形成するようにしたが、たとえば図3(B)に示す場合のように親皿ばね1の内周部あるいは外周部にスリットを形成してもよい。また、親皿ばね1および子皿ばね2の外周部に、半径方向外側へ突出する歯を複数形成してもよい。親皿ばね1および子皿ばね2の歯は、クラッチ機構100,200におけるクラッチドラム101,102のスプライン溝に嵌合し、クラッチドラム101,102に対する親皿ばね1および子皿ばね2の相対回転を防止する機能を有する。
さらに、上記実施形態では、クラッチ装置30は2つのクラッチ機構100,200を備えるようにしたが、これに限定されるものではなく、互いの軸線が一致する3以上のクラッチ機構を備えるようにしてもよい。この場合、各クラッチ機構に適用される皿ばねでは、上記実施形態と同様にして、その内周部あるいは外周部にスリットを適宜形成し、同一の板厚を有する板材から得ることにより、各皿ばねを各クラッチ機構に対応した平坦時発生荷重に調整する。加えて、上記実施形態では、本発明を自動車のCVT車の多板式クラッチ装置に適用したが、これに限定されるものではない。たとえば、本発明を、自動車のAT車や、建設機械、自動二輪などの輸送機械の多板式クラッチ装置に適用することができる。
また、上記実施形態では、同一の板材から得た親皿ばね1および子皿ばね2を同一のクラッチ装置30に適用したが、これに限定されるものではなく、親皿ばね1および子皿ばね2を別々に、互いに異なるクラッチ装置に適用してもよいのは言うまでもない。さらに、上記実施形態では、クラッチ機構100,200における親皿ばね1および子皿ばね2の発生荷重として、それらが略平坦になるときの平坦時発生荷重を用いるようにしたが、これに限定されるものではなく、それらが略平坦になる前の所望のストローク長STのときの発生荷重を用いることができるのは言うまでもないことである。
本発明の一実施形態に係る親皿ばねの構成を表し、(A)は平面図、(B)は(A)の1B−1B線の側断面図である。 本発明の一実施形態に係る子皿ばねの構成を表し、(A)は平面図、(B)は(A)の2B−2B線の側断面図である。 本発明の各種皿ばねのストローク長STと平坦時発生荷重Pの関係図であり、(A)は、外径の大きな親皿ばねの板厚が、所望の平坦時発生荷重を示す外径の小さな子皿ばねの板厚より大きい場合、(B)は、外径の小さな子皿ばねの板厚が、所望の平坦時発生荷重を示す外径の大きな親皿ばねの板厚より大きい場合の関係図である。 図1,2の親皿ばねおよび子皿ばねのブランクの構成を表す図であり、(A)は断面図、(B)は(A)の3B−3B線における側断面図である。 図1,2の親皿ばねおよび子皿ばねを適用した多板式クラッチ装置の構成を表す側断面図である。 皿ばねの側部の構成を表し、ストローク長ST、板厚T、および高さHの関係を示す側断面図である。
符号の説明
1…親皿ばね(外径の大きな皿ばね)、2…子皿ばね(外径の小さな皿ばね)、30…クラッチ装置、100,200…クラッチ機構、101,201…クラッチドラム(第1部材)、103,203…従動プレート(第2部材)、105,205…ピストン(第3部材)

Claims (3)

  1. プレス加工によって板材からリング状の複数のブランクを打ち抜き、
    前記複数のブランクのそれぞれを皿ばねに成形する皿ばねの製造方法において、
    前記プレス加工時に、前記複数のブランクの少なくとも一つの外周部または内周部に複数のスリットを形成するとともに、外径の小さなブランクを外径の大きなブランクの内側領域から打ち抜くことを特徴とする皿ばねの製造方法。
  2. 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、リング状の皿ばねを備えるとともに、互いの軸線が一致する複数のクラッチ機構を備えたクラッチ装置において、
    前記複数のクラッチ機構の皿ばねは、同一の板厚を有するとともに、互いに異なる外径を有し、前記皿ばねの少なくとも一つの外周部または内周部に、複数のスリットが形成されていることを特徴とするクラッチ装置。
  3. 外径の小さな皿ばねは、外径の大きな皿ばねの内側に収まる大きさを有することを特徴とする請求項2に記載のクラッチ装置。
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