JP2013249871A - 摩擦係合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フォワードクラッチ5と、フォワードクラッチ5の締結・開放動作を制御するクラッチ動作パック6と、を備えた摩擦係合装置において、クラッチ動作パック6は、油圧ピストン61と、締結圧ピストン室62と、スナップリング64と、ダイヤフラムスプリング65と、ボールロック機構BLと、を有する。ダイヤフラムスプリング65は、油圧ピストン61のクラッチ側にてフォワードクラッチ5に対し付勢締結力を与える。ボールロック機構BLは、締結圧ピストン室62へON圧を作用させることでフォワードクラッチ5が付勢締結力により締結状態となる位置で油圧ピストン61が開放方向に移動するのを規制し、油圧ピストン61の移動を規制した後、締結圧ピストン室62のON圧を抜いても油圧ピストン61の開放方向への移動規制を保持する。
【選択図】図2
Description
前記摩擦係合要素動作手段は、油圧ピストンと、締結圧ピストン室と、締結反力受け部材と、弾性部材と、ロック機構と、を有する。
前記油圧ピストンは、前記摩擦係合要素に対して軸方向に変位可能に配置され、締結圧受圧面を有する。
前記締結圧ピストン室は、前記油圧ピストンの締結圧受圧面に締結圧を作用させる。
前記締結反力受け部材は、前記摩擦係合要素を挟んで前記油圧ピストンの反対側位置に設定され、前記摩擦係合要素からの締結反力を受ける。
前記弾性部材は、前記油圧ピストンの要素側端面と前記締結反力受け部材の締結反力受け面の間に介装され、前記油圧ピストンを前記締結反力受け部材に向かう締結方向に移動させることで前記摩擦係合要素に対し付勢締結力を与える。
前記ロック機構は、前記締結圧ピストン室へ締結圧を作用させ前記油圧ピストンを前記摩擦係合要素に近づく締結方向に移動させると、前記摩擦係合要素が前記付勢締結力により締結状態となる位置で前記油圧ピストンが開放方向に移動するのを規制し、前記油圧ピストンの移動を規制した後、前記締結圧ピストン室の締結圧を抜いても前記油圧ピストンの開放方向への移動規制を保持する。
すなわち、開放状態から締結状態に移行する過渡期にのみ締結圧を作用させるだけで、締結状態への移行が終了すると、締結圧ピストン室の締結圧を抜いても、ロック機構による油圧ピストンの移動規制と、油圧ピストンの移動規制位置での弾性部材による付勢締結力により、摩擦係合要素が締結保持状態に維持される。
この結果、摩擦係合要素の締結保持圧を不要とすることで、摩擦係合要素の締結動作エネルギー及びシールリングのフリクションの低減を図ることができる。
実施例1の摩擦係合装置の構成を、「全体構成」、「摩擦係合装置の構成」、「ボールロック機構の詳細構成」に分けて説明する。
図1は、実施例1の摩擦係合装置が適用されたベルト式無段変速機の前後進切り替え機構を示す。以下、図1に基づき、全体構成を説明する。
なお、トランスミッションケース7は、フォワードクラッチドラム51を、シールリング81,82,83を介し、駆動入力軸1にて支持するとともに、ON圧油路71とOFF圧油路72が形成されたドラムサポート部73を一体に有する。
フォワードクラッチドラム51は、駆動入力軸1と、シングルピニオン型遊星歯車3のリングギア32(1つの回転メンバ)と、を連結する。フォワードクラッチハブ52は、シングルピニオン型遊星歯車3のサンギア31(残り2つの回転メンバのうち、1つの回転メンバ)に連結される。つまり、フォワードクラッチ5の締結でシングルピニオン型遊星歯車3の2つの回転メンバ(サンギア31とリングギア32)が直結されることで、シングルピニオン型遊星歯車3は一体に回転し、入力回転と同じ回転方向と回転数による回転駆動力を、サンギア31を介し変速機入力軸2に伝達する。この変速機入力軸2からは、図外のプライマリプーリ→ベルト→セカンダリプーリへと回転駆動力が伝達される。
図2は、実施例1の摩擦係合装置を構成するフォワードクラッチとクラッチ動作パックの詳細を示す。以下、図2に基づき、摩擦係合装置(フォワードクラッチ5とクラッチ動作パック6)の構成を説明する。
なお、ドリブンプレート53及びドライブプレート54の枚数は、変速機の許容する入力トルクによって増減する。
なお、ダイヤフラムスプリング65は、付勢締結力によって1枚であっても良いし、2枚以上の複数枚であっても良い。
図2は、実施例1の摩擦係合装置を構成するフォワードクラッチとクラッチ動作パックの詳細を示す。以下、図2に基づき、クラッチ動作パック6に有するボールロック機構BLの詳細構成を説明する。
なお、油圧ピストン側収納部61dの深さは、ボール外径の2/5程度の寸法に設定され、油圧ピストン側テーパー面61eの傾斜角度は、45度程度の角度に設定されるが、油圧ピストン側収納部61dの深さは、変速機の設計によってはボール外径の2/5程度以上でも以下でも良く、油圧ピストン側テーパー面61eの傾斜角度は、変速機の設計によっては45度以上でも以下であっても良い。
(a) 締結圧ピストン室62へON圧(締結圧)を作用させ油圧ピストン61をフォワードクラッチ5に近づく締結方向に移動させると、フォワードクラッチ5がダイヤフラムスプリング65の付勢締結力により締結状態となる位置で油圧ピストン61が開放方向に移動するのを規制する。
(b) 油圧ピストン61の移動を規制した後、締結圧ピストン室62のON圧(締結圧)を抜いても油圧ピストン61の開放方向への移動規制を保持する。
(c) フォワードクラッチ5がダイヤフラムスプリング65の付勢締結力により締結状態となる位置で油圧ピストン61が開放方向に移動するのを規制した後、締結圧ピストン室62へON圧(締結圧)を作用させると油圧ピストン61の締結方向への移動を許容しつつ開放方向への移動規制を保持する。
(d) 開放圧ピストン室63にOFF圧(開放圧)を作用させることで、油圧ピストン61の開放方向への移動規制を解除する。
実施例1の摩擦係合装置における作用を、「フォワードクラッチの締結作用」、「フォワードクラッチの開放作用」、「ボールロック機構を用いたクラッチ締結/開放作用」、「締結保持圧が不要な比較例との対比作用」に分けて説明する。
フォワードクラッチ5の締結時における状態変化を示す図3〜図7に基づき、フォワードクラッチ5の締結作用を説明する。
フォワードクラッチ5を図1に示す開放状態から締結状態に移行するため、まず、ON圧(締結圧の初期圧)を加えると、図3(a)の矢印Aに示すように、ON圧油路71→ON圧ポート51d→ON圧連通溝67a→ON圧連通穴51eを経過し、締結圧ピストン室62にON圧(締結圧)がチャージされる。
このとき、図3(b)に示すように、ON圧はロスストローク分を詰めるために一時的な最大圧特性となり、OFF圧はゼロ圧のままで、ボール位置もロック解除位置のままである。
フォワードクラッチ5を図3に示す状態から締結状態へ進行させるため、ON圧を徐々に高めてゆくと、図4(a)の矢印Aに示すように、ON圧油路71→ON圧ポート51d→ON圧連通溝67a→ON圧連通穴51eを経過し、締結圧ピストン室62にON圧(締結圧)が作用し、図4(a)の矢印Bに示すように、油圧ピストン61がストロークする。この油圧ピストン61のストロークによる締結力が、ダイヤフラムスプリング65の付勢締結力と釣り合い、ダイヤフラムスプリング65を弾性変形させながらフォワードクラッチ5が締結状態に移行する。
このとき、図4(b)に示すように、ON圧は時間の経過と共に上昇する特性となり、OFF圧はゼロ圧のままで、ボール位置もロック解除位置のままである。
フォワードクラッチ5を図4に示す締結状態からロック状態へ進行させるため、高いON圧を維持すると、図5(a)の矢印Cに示すように、回転による遠心力と油圧によってボール68が外径方向に移動し、油圧ピストン側収納部61dにボール68が収納される。
このとき、図5(b)に示すように、ON圧は時間が経過しても高圧を維持する特性となり、OFF圧はゼロ圧のままで、ボール位置はロック解除位置からロック位置へと移動する。
フォワードクラッチ5を図5に示すロック状態からロック保持状態へ進行させるため、高いON圧を維持したままにすると、図6(a)の矢印Dに示すように、ボール保持ピストン67へのON圧作用に伴ってボール保持ピストン67が軸方向(フォワードクラッチ5に向かう方向)に移動し、油圧ピストン側収納部61dに収納されているボール68を、保持ピストン側ロック面67eにより保持する。
このとき、図6(b)に示すように、ON圧は時間が経過しても高圧を維持する特性となり、OFF圧はゼロ圧のままで、ボール位置はロック解除位置からロック位置へと移動する。
フォワードクラッチ5を図6に示すロック保持状態へと進行させた後、締結圧ピストン室62に作用させていたON圧(締結圧)をドレーンすると、図7(a)に示すように、油圧ピストン61の油圧ピストン側収納部61dに収納されているボール68を、ボール保持ピストン67の保持ピストン側ロック面67eにより保持した締結状態が維持される。
このとき、図7(b)に示すように、ON圧とOFF圧はゼロ圧のままで、ボール位置はロック位置が維持される。
フォワードクラッチ5の締結時における状態変化を示す図8〜図12に基づき、フォワードクラッチ5の開放作用を説明する。
図7(a),(b)に示すように、ON圧とOFF圧はゼロ圧のままで、ボール位置はロック位置が維持されたフォワードクラッチ5の締結状態から開放状態とするとき、まず、OFF圧(開放圧の初期圧)を加えると、図8(a)の矢印Eに示すように、OFF圧油路72→OFF圧ポート51f→OFF圧連通溝67b→OFF圧連通隙間tを経過し、開放圧ピストン室63にOFF圧(開放圧)がチャージされる。
このとき、図8(b)に示すように、ON圧はゼロ圧のままで、OFF圧は急勾配で立ち上がる特性となり、ボール位置はロック位置のままである。
フォワードクラッチ5を図8に示すロック保持状態からロック状態へ進行させるため、OFF圧を維持したままにすると、図9(a)の矢印Fに示すように、ボール保持ピストン67へのOFF圧作用に伴ってボール保持ピストン67が、保持ピストン側ロック面67eによるボール68の保持位置から保持解除位置まで、軸方向(フォワードクラッチ5から離れる方向)に移動する。
このとき、図9(b)に示すように、ON圧はゼロ圧のままで、OFF圧は立ち上がり圧を維持する特性となり、ボール位置はロック位置のままである。
フォワードクラッチ5を図9に示す状態から開放状態へ進行させるため、OFF圧を維持すると、OFF圧による油圧力とダイヤフラムスプリング65の付勢締結力の反力を合わせた力が、油圧ピストン61に作用し、図10(a)の矢印Gに示すように、油圧ピストン61がリターン方向にストロークするとともに、図10(a)の矢印Hに示すように、油圧ピストン61のストロークによりボール68をロック解除方向に押し返す。
このとき、図10(b)に示すように、ON圧はゼロ圧のままで、OFF圧は立ち上がり圧を維持する特性となり、ボール位置はロック位置からロック解除位置に向かう。
フォワードクラッチ5を図10に示す状態からさらに開放状態へ進行させるため、OFF圧を維持すると、主にOFF圧による油圧力が油圧ピストン61に作用し、図11(a)の矢印Iに示すように、油圧ピストン61が完全にリターン位置までストロークする。
このとき、図11(b)に示すように、ON圧はゼロ圧のままで、OFF圧は油圧ピストン61のリターン完了時点でゼロ圧に低下させる特性となり、ボール位置はロック解除位置となる。
フォワードクラッチ5を図11に示す開放状態へと進行させた後、開放圧ピストン室63に作用させていたOFF圧(開放圧)をドレーンすると、図12(a)に示すように、ボール68をボール保持ピストン67の保持ピストン側収納部67c側に収納した開放状態が維持される。
このとき、図12(b)に示すように、ON圧とOFF圧はゼロ圧のままで、ボール位置はロック解除位置が維持される。
フォワードクラッチ5を締結/開放するクラッチ動作パック6の特徴は、クラッチ締結に必要なピストン押し力にダイヤフラムスプリング65を使用し、油圧(ON圧とOFF圧)は開放と締結を切替える過渡期にのみ用いる構造とした点にある。
特に、実施例1の場合、ボールロック機構BLを採用した摩擦係合要素を、前進走行レンジ(Dレンジ等)で締結されるフォワードクラッチ5としたことで、前進走行レンジを選択しての走行中、締結保持圧不要状態が長時間にわたって維持される。このため、フォワードクラッチの締結保持圧を必要とする現行FWD/Cと比べた場合、図14に示すハッチングに示す領域が、締結保持圧を不要とすることによる効果代になる。
このように、油圧ピストン61のロック動作やロック解除動作にON圧供給とOFF圧供給を利用したことで、コンパクトで、かつ、簡単な構成としながら、精度の良いロック動作やロック解除動作が確保される。
したがって、コイルスプリング等に比べて狭いスペースへの設定を可能としながら、フォワードクラッチ5を締結するのに要求される高い付勢締結力が得られる。
自動変速機(step-AT,CVT含む)における多板クラッチは、入力軸と出力軸を締結させることにより、同一回転にして動力を伝える部品である。
その多板クラッチの構成部品であるクラッチドラムは、動力を伝えるためのプレートを保持し、プレートを締結させるための押し力を発生させるピストンの油圧室としての機能がある。
そのため、高容量ユニットやトルク分担比の高い遊星構造では、さらに高い荷重のダイヤフラムスプリングが必要となり、大幅なレイアウト拡大やコスト増を招く。
これにより、フォワードクラッチ5の伝達トルク容量として高トルクが求められる際に、ダイヤフラムスプリング65の反力だけではなく、締結圧ピストン室62への油圧供給による油圧力での補助が可能となった。したがって、高トルクが求められることに備え、予め高荷重のダイヤフラムスプリングにしておく必要がない。
実施例1の摩擦係合装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
前記摩擦係合要素動作手段(クラッチ動作パック6)は、
前記摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)に対して軸方向に変位可能に配置され、締結圧受圧面61aを有する油圧ピストン61と、
前記油圧ピストン61の締結圧受圧面61aに締結圧(ON圧)を作用させる締結圧ピストン室62と、
前記摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)を挟んで前記油圧ピストン61の反対側位置に設定され、前記摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)からの締結反力を受ける締結反力受け部材(スナップリング64)と、
前記油圧ピストン61の要素側端面(クラッチ側端面61c)と前記締結反力受け部材(スナップリング64)の締結反力受け面64aの間に介装され、前記油圧ピストン61を前記締結反力受け部材(スナップリング64)に向かう締結方向に移動させることで前記摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)に対し付勢締結力を与える弾性部材(ダイヤフラムスプリング65)と、
前記締結圧ピストン室62へ締結圧(ON圧)を作用させ前記油圧ピストン61を前記摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)に近づく締結方向に移動させると、前記摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)が前記付勢締結力により締結状態となる位置で前記油圧ピストン61が開放方向に移動するのを規制し、前記油圧ピストン61の移動を規制した後、前記締結圧ピストン室62の締結圧(ON圧)を抜いても前記油圧ピストン61の開放方向への移動規制を保持するロック機構(ボールロック機構BL)と、
を有する。
このため、摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)の締結保持圧を不要とすることで、摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)の締結動作エネルギー及びシールリングのフリクションの低減を図ることができる。
このため、(1)の効果に加え、摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)の伝達トルク容量として高トルクが求められる際、弾性部材(ダイヤフラムスプリング65)による付勢締結力を、締結圧ピストン室62への油圧供給による油圧力にて補助することができる。
前記油圧ピストン61の開放圧受圧面61bに開放圧(OFF圧)を作用させる開放圧ピストン室63を備え、
前記ロック機構(ボールロック機構BL)は、前記開放圧ピストン室63に開放圧(OFF圧)を作用させることで、前記油圧ピストン61の開放方向への移動規制を解除する。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、クラッチ開放時に必要な油圧(OFF圧)を低圧化したことで、フェール時に強制的に摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)を開放する際に、ポンプ残圧や低圧のサブ電動オイルポンプなどでもクラッチ開放することができる。
前記油圧ピストン61を覆うドラム部材(フォワードクラッチドラム51)の内周円筒部51aと前記ドラム部材(フォワードクラッチドラム51)から軸方向に突出する仕切り円筒壁部51bにより画成される円筒空間に配置され、締結圧(ON圧)と開放圧(OFF圧)の作用にしたがって軸方向に移動するボール保持ピストン67と、
前記仕切り円筒壁部51bに開口したボール穴51cに設けられ、前記締結圧(ON圧)または前記開放圧(OFF圧)の作用による前記油圧ピストン61及び前記ボール保持ピストン67の軸方向移動に伴って両ピストン61,67から力を受け、ロック位置とロック解除位置の間を径方向に移動するボール68と、
を備えるボールロック機構BLである。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、油圧ピストン61のロック動作やロック解除動作に締結圧供給(ON圧チャージ)と開放圧供給(OFF圧チャージ)を利用したことで、コンパクトで、かつ、簡単な構成としながら、精度の良いロック動作やロック解除動作を確保することができる。
このため、(1)〜(4)の効果に加え、狭いスペースへの設定を可能としながら、摩擦係合要素(フォワードクラッチ5)を締結するのに要求される高い付勢締結力を得ることができる。
前記第1部材は、前記駆動入力軸1と、前記遊星歯車3の1つの回転メンバ(リングギア32)と、を連結するフォワードクラッチドラム51であり、
前記第2部材は、前記遊星歯車3の残り2つの回転メンバのうち、1つの回転メンバ(サンギア31)に連結されたフォワードクラッチハブ52であり、
前記摩擦係合要素は、前記フォワードクラッチドラム51と前記フォワードクラッチハブ52の間に介装され、前進走行レンジ(Dレンジ等)の選択時に締結されるフォワードクラッチ5である。
このため、(1)〜(5)の効果に加え、締結保持圧不要状態が長時間にわたって維持される前進走行レンジ(Dレンジ等)を選択しての走行中、高いポンプ負荷低減効果を達成することができる。
1 駆動入力軸
2 変速機入力軸
3 遊星歯車
31 サンギア(回転メンバ)
32 リングギア(回転メンバ)
33 ピニオン
34 キャリア(回転メンバ)
4 リバースブレーキ
5 フォワードクラッチ(摩擦係合要素)
5a ピストン側端面
51 フォワードクラッチドラム(第1部材)
51a 内周円筒部
51b 仕切り円筒壁部
51c ボール穴
52 フォワードクラッチハブ52(第2部材)
53 ドリブンプレート(第1摩擦プレート)
54 ドライブプレート(第2摩擦プレート)
6 クラッチ動作パック(摩擦係合要素動作手段)
61 油圧ピストン
61a 締結圧受圧面
61b 開放圧受圧面
61c クラッチ側端面
62 締結圧ピストン室
63 開放圧ピストン室
64 スナップリング(締結反力受け部材)
64a 締結反力受け面
65 ダイヤフラムスプリング(弾性部材)
66 仕切りプレート
BL ボールロック機構BL(ロック機構)
67 ボール保持ピストン
68 ボール
Claims (6)
- 同軸に配置される第1部材及び第2部材のそれぞれに軸方向に摺動自在に取り付けられた第1摩擦プレート及び第2摩擦プレートによる摩擦係合要素と、前記摩擦係合要素の締結・開放動作を制御する摩擦係合要素動作手段と、を備えた摩擦係合装置において、
前記摩擦係合要素動作手段は、
前記摩擦係合要素に対して軸方向に変位可能に配置され、締結圧受圧面を有する油圧ピストンと、
前記油圧ピストンの締結圧受圧面に締結圧を作用させる締結圧ピストン室と、
前記摩擦係合要素を挟んで前記油圧ピストンの反対側位置に設定され、前記摩擦係合要素からの締結反力を受ける締結反力受け部材と、
前記油圧ピストンの要素側端面と前記締結反力受け部材の締結反力受け面の間に介装され、前記油圧ピストンを前記締結反力受け部材に向かう締結方向に移動させることで前記摩擦係合要素に対し付勢締結力を与える弾性部材と、
前記締結圧ピストン室へ締結圧を作用させ前記油圧ピストンを前記摩擦係合要素に近づく締結方向に移動させると、前記摩擦係合要素が前記付勢締結力により締結状態となる位置で前記油圧ピストンが開放方向に移動するのを規制し、前記油圧ピストンの移動を規制した後、前記締結圧ピストン室の締結圧を抜いても前記油圧ピストンの開放方向への移動規制を保持するロック機構と、
を有することを特徴とする摩擦係合装置。 - 請求項1に記載された摩擦係合装置において、
前記ロック機構は、前記摩擦係合要素が前記付勢締結力により締結状態となる位置で前記油圧ピストンが開放方向に移動するのを規制した後、前記締結圧ピストン室へ締結圧を作用させると前記油圧ピストンの締結方向への移動を許容しつつ開放方向への移動規制を保持する
ことを特徴とする摩擦係合装置。 - 請求項1又は2に記載された摩擦係合装置において、
前記油圧ピストンは、前記締結圧受圧面の反対側に開放圧受圧面を有し、
前記油圧ピストンの開放圧受圧面に開放圧を作用させる開放圧ピストン室を備え、
前記ロック機構は、前記開放圧ピストン室に開放圧を作用させることで、前記油圧ピストンの開放方向への移動規制を解除する
ことを特徴とする摩擦係合装置。 - 請求項1から3までの何れか1項に記載された摩擦係合装置において、
前記ロック機構は、
前記油圧ピストンを覆うドラム部材の内周円筒部と前記ドラム部材から軸方向に突出する仕切り円筒壁部により画成される円筒空間に配置され、締結圧と開放圧の作用にしたがって軸方向に移動するボール保持ピストンと、
前記仕切り円筒壁部に開口したボール穴に設けられ、前記締結圧または前記開放圧の作用による前記油圧ピストン及び前記ボール保持ピストンの軸方向移動に伴って両ピストンから力を受け、ロック位置とロック解除位置の間を径方向に移動するボールと、
を備えるボールロック機構である
ことを特徴とする摩擦係合装置。 - 請求項1から4までの何れか1項に記載された摩擦係合装置において、
前記弾性部材は、前記油圧ピストンの要素側端面と、前記摩擦係合要素のピストン側端面と、の間に介装されたダイヤフラムスプリングである
ことを特徴とする摩擦係合装置。 - 請求項1から5までの何れか1項に記載された摩擦係合装置において、
駆動源からの駆動入力軸と、無段変速機への変速機入力軸と、の間に遊星歯車を有する前後進切り替え機構を備え、
前記第1部材は、前記駆動入力軸と、前記遊星歯車の1つの回転メンバと、を連結するフォワードクラッチドラムであり、
前記第2部材は、前記遊星歯車の残り2つの回転メンバのうち、1つの回転メンバに連結されたフォワードクラッチハブであり、
前記摩擦係合要素は、前記フォワードクラッチドラムと前記フォワードクラッチハブの間に介装され、前進走行レンジの選択時に締結されるフォワードクラッチである
ことを特徴とする摩擦係合装置。
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