JP2016070445A - 摩擦クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】最大伝達トルク容量を大きく確保できながら、係合／解放時の伝達トルク容量の制御性の向上を図ることができる、摩擦クラッチを提供する。
【解決手段】複数のクラッチプレート１６と複数のクラッチディスク１８とが回転中心線方向に交互に並べて配置されている。クラッチプレート１６間の少なくとも１つには、ウェーブスプリング５１が介在されている。ウェーブスプリング５１により、ウェーブスプリング５１の両側のクラッチプレート１６が互いに離間する方向に弾性的に付勢されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦クラッチに関する。

たとえば、車両用の自動変速機には、摩擦クラッチが多用されている。

この自動変速機では、複数の摩擦クラッチが選択的に係合および解放されることにより、複数の変速段が構成される。そのため、変速段の切替時（変速時）には、係合状態の摩擦クラッチが解放されつつ、解放状態の別の摩擦クラッチが係合されることがある。この切替時に生じるショックを抑えるためには、それらの摩擦クラッチの伝達トルク容量を緻密に制御する必要がある。

湿式多板の摩擦クラッチの伝達トルク容量は、ピストンに加わる油圧ならびにディスクの枚数および径により定まる。ディスクの枚数および径は、既定であるので、ピストンに加わる油圧の制御により、伝達トルク容量を制御することができる。

特開２０１３−１３０２４９号公報

伝達トルク容量を緻密に制御するには、ピストンに加わる油圧を緻密に制御する必要がある。しかしながら、ピストンに加わる油圧を緻密に制御するには、油圧を調節するためのソレノイドバルブに供給される電流を精密に制御しなければならず、その制御には限界がある。

伝達トルク容量の制御性は、ピストンに加わる油圧の変化に対する伝達トルク容量の変化率（ゲイン）に左右される。すなわち、ピストンに加わる油圧の変化に対する伝達トルク容量の変化率が大きいほど、伝達トルク容量の制御性が悪くなり、変化率が小さいほど、伝達トルク容量の制御性が良くなる。たとえば、ピストンの受圧面積（油圧を受ける面積）を小さくすることにより、ピストンに加わる油圧の変化に対する伝達トルク容量の変化率を下げることができる。しかし、ピストンの受圧面積を小さくすると、摩擦クラッチの最大伝達トルク容量が低下してしまう。

本発明の目的は、最大伝達トルク容量を大きく確保できながら、係合／解放時の伝達トルク容量の制御性の向上を図ることができる、摩擦クラッチを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る摩擦クラッチは、回転中心線方向に並べて配置された複数のクラッチプレートと、クラッチプレートと回転中心線方向に交互に配置された複数のクラッチディスクと、回転中心線方向に移動可能に設けられ、回転中心線方向の一方側の最端に配置されているクラッチプレート（以下、この欄において、単に「最端のクラッチプレート」という。）を一方側から押圧するためのピストンと、ピストンの一方側に形成され、ピストンをクラッチプレート側に移動させるための油圧が供給される油室と、クラッチプレート間に介在され、その両側のクラッチプレートを互いに離間する方向に弾性的に付勢する付勢部材とを含む。

この構成によれば、複数のクラッチプレートと複数のクラッチディスクとが回転中心線方向に交互に並べて配置されている。クラッチプレート間の少なくとも１つには、付勢部材が介在されている。この付勢部材により、付勢部材の両側のクラッチプレートが互いに離間する方向に弾性的に付勢されている。

複数のクラッチプレートに対して回転中心線方向の一方側には、ピストンが回転中心線方向に移動可能に設けられている。油室内に油圧が供給されると、ピストンが油圧によりクラッチプレート側に移動し、ピストンにより、最端のクラッチプレートが他方側に押圧される。

この押圧によって、ピストンの押圧力以下の付勢力を有する付勢部材が配置されたクラッチプレート間で、クラッチプレートとクラッチディスクとが圧接される。そして、その他のクラッチプレート間、つまりピストンの押圧力よりも大きな付勢力を有する付勢部材が配置されたクラッチプレート間では、クラッチプレートとクラッチディスクとが圧接されない。

クラッチプレートと圧接されるクラッチディスクの枚数が多いほど、摩擦クラッチの伝達トルク容量が大きくなり、ピストンの押圧力の変化に対する伝達トルク容量の変化率が大きくなる。そのため、油室内に供給される油圧が低く、クラッチプレートと圧接されるクラッチディスクの枚数が少ない時には、その油圧の変化に対して、摩擦クラッチの伝達トルク容量が緩慢に変化（小さい変化率で変化）する。よって、摩擦クラッチの係合／解放の切替時に、油室内に供給される油圧の制御により、伝達トルク容量を緻密に制御することができる。その結果、摩擦クラッチの係合／解放の切替時におけるショックの発生を抑えることができる。

油室内に供給される油圧の上昇に伴い、ピストンから最端のクラッチプレートに加えられる押圧力が増し、その押圧力がすべての付勢部材の付勢力を上回ると、すべてのクラッチディスクにクラッチプレートが圧接される。その結果、ピストンによる押圧力の変化、つまり油室内に供給される油圧の変化に対して、伝達トルク容量が最大の変化率で変化する。よって、摩擦クラッチの係合／解放が完了するまでに要する時間の増大を抑制することができる。

摩擦クラッチの最大伝達トルク容量は、クラッチディスクの枚数に応じた大きさとなる。高油圧が油室に供給されることにより、すべてのクラッチディスクにクラッチプレートが圧接されるので、クラッチディスクの枚数に応じた最大伝達トルクを確保することができる。したがって、クラッチディスクの枚数を増やすことにより、摩擦クラッチの最大伝達トルクを大きく確保することができる。

なお、付勢部材をクラッチプレートの外部に配置して、付勢部材をクラッチプレートに接続する構成が考えられる。この構成と比較して、付勢部材がクラッチプレート間に介在される構成では、クラッチプレートの外部に付勢部材および付勢部材をクラッチプレートと接続する部材を配置する必要がないので、摩擦クラッチを小型に構成することができる。

付勢部材は、すべてのクラッチプレート間に介在されていてもよいが、その場合、前述の作用効果を奏するために、少なくとも１つの付勢部材には、残りの付勢部材よりも小さな付勢力を有するものが採用される。

したがって、付勢部材は、少なくとも１つのクラッチプレート間を除いて、残りのクラッチプレート間の少なくとも１つに介在されていることが好ましい。

これにより、付勢部材がすべてのクラッチプレート間に介在される構成よりも、付勢部材の個数が削減されるので、摩擦クラッチのコストを低減することができる。

本発明によれば、最大伝達トルク容量を大きく確保できながら、摩擦クラッチの係合／解放時の伝達トルク容量の制御性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る摩擦クラッチを回転中心線を含む平面で切断した断面図であり、摩擦クラッチの解放状態を示す。 図１に示される摩擦クラッチの断面図であり、摩擦クラッチの係合状態を示す。 すべてのウェーブスプリングのばね定数が互いに同じである場合について、摩擦クラッチの伝達トルク容量と油室に供給される油圧との関係を示すグラフである。 すべてのウェーブスプリングのばね定数が互いに異なる場合について、摩擦クラッチの伝達トルク容量と油室に供給される油圧との関係を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１および図２は、本発明の一実施形態に係る摩擦クラッチ１を回転中心線Ｃを含む平面で切断した断面図である。図１および図２には、摩擦クラッチ１における回転中心線Ｃに対する一方側のみが示されている。

摩擦クラッチ１は、たとえば、自動変速機または無段変速機に組み込まれて、駆動力が入力される回転体である入力軸２の回転を入力軸２と回転中心線Ｃを共通にする別の回転体３に伝達／遮断するために用いられる。

摩擦クラッチ１は、入力軸２と一体に形成されたクラッチドラム１１と、回転体３に固定されたクラッチハブ１２とを備えている。

クラッチドラム１１は、回転中心線Ｃと直交する方向、つまり回転径方向に延びる略円板状の円板部１３を有している。円板部１３の外周部１４は、クラッチハブ１２側に屈曲している。また、クラッチドラム１１は、円板部１３の外周部１４から回転中心線Ｃと平行をなす方向、つまり回転中心線方向に延びる略円筒状の円筒部１５を有している。円筒部１５の内側には、複数の円環板状のクラッチプレート１６が間隔を空けて配置され、円筒部１５には、各クラッチプレート１６の外周部がスプライン嵌合されている。

クラッチハブ１２は、クラッチドラム１１の円筒部１５と回転径方向に対向する対向部１７を有している。その円筒部１５と対向部１７との間には、複数の円環板状のクラッチディスク１８がクラッチプレート１６と回転中心線方向に交互に並ぶように配置され、対向部１７には、各クラッチディスク１８の内周部がスプライン嵌合されている。

クラッチドラム１１の内側であって、クラッチプレート１６よりもクラッチドラム１１の円板部１３側の位置には、ピストン２１が回転中心線方向に移動可能に設けられている。ピストン２１は、略円環板状をなし、入力軸２に外嵌されている。ピストン２１の外周部は、クラッチプレート１６側に屈曲して回転中心線方向に延びている。ピストン２１の外周端部は、回転径方向の外側に屈曲して、クラッチプレート１６に回転中心線方向に対向し、クラッチプレート１６を押圧するための押圧部２２を形成している。

ピストン２１のクラッチドラム１１の円板部１３側の面には、シール材２３が貼着されている。シール材２３の外周端部および内周端部は、ピストン２１の位置にかかわらず、それぞれクラッチドラム１１の円板部１３の外周部１４および入力軸２に常に接触している。

これにより、クラッチドラム１１とピストン２１との間には、入力軸２、クラッチドラム１１、ピストン２１およびシール材２３により閉鎖された油室３１が形成されている。油室３１は、入力軸２に形成された油流路３２と連通しており、油室３１には、油流路３２を通して油圧が供給／開放される。

ピストン２１に対して油室３１と反対側には、遠心油圧キャンセラ４１が配置されている。遠心油圧キャンセラ４１は、入力軸２の外周に外嵌されて、回転径方向の途中部がクランク状に屈曲した略円環板状に形成されている。遠心油圧キャンセラ４１は、入力軸２にスプライン嵌合されている。

遠心油圧キャンセラ４１の屈曲部分よりも内周側の部分とピストン２１との間には、複数のリターンスプリング４２が回転中心線Ｃを中心とする等角度間隔で介裝されている。リターンスプリング４２は、たとえば、コイルばねからなる。リターンスプリング４２の付勢力により、ピストン２１と遠心油圧キャンセラ４１とは、互いに離間する方向に弾性的に付勢されている。また、遠心油圧キャンセラ４１は、リターンスプリング４２に付勢されることにより、入力軸２に取り付けられたスナップリング４３に当接し、回転中心線方向の移動が規制されている。

遠心油圧キャンセラ４１の外周部には、遠心油圧キャンセラ４１とピストン２１との間を封止する環状のシール材４４が設けられている。これにより、ピストン２１と遠心油圧キャンセラ４１との間には、入力軸２、ピストン２１、遠心油圧キャンセラ４１およびシール材４４により閉鎖されたキャンセラ室４５が形成されている。キャンセラ室４５は、入力軸２に形成された油流路４６と連通しており、キャンセラ室４５には、油流路４６を通して作動油が供給される。

そして、ピストン２１側の最端に位置するクラッチプレート１６（以下、単に「最端のクラッチプレート１６」という。）とそれに隣り合うクラッチプレート１６との間を除いて、残りのクラッチプレート１６間には、ウェーブスプリング５１が介在されている。ウェーブスプリング５１は、回転中心線方向に弾性変形可能な環状の弾性部材であり、回転中心線方向に圧縮された状態でクラッチプレート１６間に配置されている。これにより、ウェーブスプリング５１は、その両側のクラッチプレート１６を互いに離間する方向に付勢している。そのため、クラッチプレート１６がピストン２１により押圧されていない状態では、ウェーブスプリング５１の両側のクラッチプレート１６とそのクラッチプレート１６間に配置されるクラッチディスク１８との圧接が解除されている。

この実施形態では、すべてのウェーブスプリング５１は、同一に構成されることにより、同一のばね定数を有している。そして、すべてのウェーブスプリング５１は、同じ圧縮状態でクラッチプレート１６間に配置されることにより、同一の付勢力を有している。

図３は、摩擦クラッチ１の伝達トルク容量と油室３１に供給される油圧との関係を示すグラフである。

油室３１の油圧が解放された状態では、図１に示されるように、ピストン２１がクラッチドラム１１の円板部１３に最も近接した位置に位置する。このとき、摩擦クラッチ１は、すべてのクラッチディスク１８にクラッチプレート１６が圧接していない解放状態であり、摩擦クラッチ１のトルク容量は、図３に示されるように、０である。キャンセラ室４５は、油流路４６を通して供給される作動油で満たされている。

油流路３２から油室３１に油圧が供給されると、その油圧により、図２に示されるように、ピストン２１がクラッチプレート１６側に移動し、ピストン２１の押圧部２２が最端のクラッチプレート１６に当接する。そして、ピストン２１の押圧部２２が最端のクラッチプレート１６を押圧し、最端のクラッチプレート１６とそれに隣り合うクラッチプレート１６との間で、クラッチプレート１６とクラッチディスク１８とが圧接される。その他のクラッチプレート１６間、つまりウェーブスプリング５１が配置されたクラッチプレート１６間では、クラッチプレート１６とクラッチディスク１８とが圧接されない。

クラッチプレート１６と圧接されるクラッチディスク１８の枚数が多いほど、摩擦クラッチ１の伝達トルク容量が大きくなり、ピストン２１の押圧力の変化に対する伝達トルク容量の変化率が大きくなる。そのため、最端のクラッチプレート１６とそれに隣り合うクラッチプレート１６との間でのみ、クラッチプレート１６とクラッチディスク１８とが圧接されている状態では、油室３１内に供給される油圧の変化に対して、摩擦クラッチ１の伝達トルク容量が緩慢に変化（小さい変化率で変化）する。よって、摩擦クラッチ１の係合／解放の切替時に、油室３１内に供給される油圧の制御により、伝達トルク容量を緻密に制御することができる。その結果、摩擦クラッチ１の係合／解放の切替時におけるショックの発生を抑えることができる。

油室３１内に供給される油圧の上昇に伴い、ピストン２１から最端のクラッチプレート１６に加えられる押圧力が増す。すべてのウェーブスプリング５１は、同一の構成を有し、同一の付勢力を有している。そのため、ピストン２１の押圧力がウェーブスプリング５１の付勢力を上回ると、すべてのクラッチディスク１８にクラッチプレート１６が圧接される。その結果、図３に示されるように、ピストン２１による押圧力の変化、つまり油室３１内に供給される油圧の変化に対して、伝達トルク容量が最大の変化率で変化する。よって、摩擦クラッチ１の係合／解放が完了するまでに要する時間の増大を抑制することができるとともに、最大伝達トルク容量を大きく確保することができる。

クラッチドラム１１が入力軸２と一体的に回転している状態では、キャンセラ室４５内の作動油に遠心力が作用し、キャンセラ室４５に遠心油圧が発生する。この遠心油圧により、油室３１内の遠心油圧をキャンセル（相殺）することができる。そのため、係合状態から油室３１内の油圧が開放されると、リターンスプリング４２の付勢力により、ピストン２１がクラッチドラム１１側にスムーズに移動する。

また、摩擦クラッチ１の最大伝達トルク容量は、クラッチディスク１８の枚数に応じた大きさとなる。高油圧が油室に供給されることにより、すべてのクラッチディスク１８にクラッチプレート１６が圧接されるので、クラッチディスク１８の枚数に応じた最大伝達トルクを確保することができる。したがって、クラッチディスク１８の枚数を増やすことにより、摩擦クラッチ１の最大伝達トルクを大きく確保することができる。

図４は、すべてのウェーブスプリング５１のばね定数が互いに異なる場合について、摩擦クラッチ１の伝達トルク容量と油室３１に供給される油圧との関係を示すグラフである。

前述の実施形態では、すべてのウェーブスプリング５１は、同一のばね定数を有し、同じ圧縮状態でクラッチプレート１６間に配置されることにより、同一の付勢力を有しているとした。しかしながら、これに限らず、すべてのウェーブスプリング５１は、互いに異なるばね定数を有していてもよい。

この場合、油室３１内に供給される油圧の上昇に伴い、ばね定数が小さいウェーブスプリング５１が配置されたクラッチプレート１６間から順に、クラッチプレート１６とクラッチディスク１８とが圧接されていく。そのため、図４に示されるように、ピストン２１による押圧力の変化、つまり油室３１内に供給される油圧の変化に対する伝達トルク容量の変化率は、油圧の上昇に伴って段階的に大きくなる。

前述の実施形態の構成では、図３に示されるように、伝達トルク容量の変化率のグラフが屈曲する点の油圧（すべてのクラッチディスク１８にクラッチプレート１６が圧接されるときの油圧）を含む範囲ΔＰで油圧が変化した場合、伝達トルク容量の変化量が変化量ΔＴ１となる。

これに対し、すべてのウェーブスプリング５１が互いに異なるばね定数を有する構成では、伝達トルク容量の変化率の変化が段階的であるので、図３および図４を比較して理解されるように、同じ範囲ΔＰで油圧が変化した場合、伝達トルク容量の変化量が変化量ΔＴ１よりも小さい変化量ΔＴ２となる。

したがって、すべてのウェーブスプリング５１が互いに異なるばね定数を有する構成では、油室３１内に供給される油圧の制御に求められる細やかさが軽減される。そのため、油圧を調節するためのソレノイドバルブとして、リニアソレノイドバルブよりも安価なソレノイドバルブを採用して、ソレノイドバルブに供給される電流のデューティ制御（ＰＷＭ制御）により、油室３１内に供給される油圧を制御することが可能となる。その結果、摩擦クラッチ１のコストを軽減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、ウェーブスプリング５１は、すべてのクラッチプレート１６間に介在されていてもよいが、その場合、前述の各実施形態の場合と同様の作用効果を奏するために、少なくとも１つのウェーブスプリング５１には、残りのウェーブスプリング５１よりも小さな付勢力を有するものが採用される。

したがって、ウェーブスプリング５１は、少なくとも１つのクラッチプレート１６間を除いて、残りのクラッチプレート１６間の少なくとも１つに介在されていることが好ましい。これにより、ウェーブスプリング５１がすべてのクラッチプレート１６間に介在される構成よりも、ウェーブスプリング５１の個数が削減されるので、摩擦クラッチのコストを低減することができる。

また、ウェーブスプリング５１が最端のクラッチプレート１６とそれに隣り合うクラッチプレート１６との間に介在されていない構成を取り上げたが、ウェーブスプリング５１が最端のクラッチプレート１６とそれに隣り合うクラッチプレート１６との間には、ウェーブスプリング５１が介在され、別のクラッチプレート１６間に、ウェーブスプリング５１が介在されない構成が採用されてもよい。この構成であっても、前述の実施形態の場合と同様の作用効果を奏することができる。

また、付勢部材の一例として、ウェーブスプリング５１を取り上げたが、付勢部材は、ウェーブスプリング５１に限らず、円環状に形成された弾性体、たとえば、円環状に形成された皿ばねであってもよいし、円環状に形成されたゴムまたはスポンジであってもよい。また、付勢部材は、円環状の保持板上に複数のコイルスプリングが等角度間隔で並べられた構成を有する部材であってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 摩擦クラッチ
１６ クラッチプレート
１８ クラッチディスク
２１ ピストン
３１ 油室
５１ ウェーブスプリング（付勢部材）
Ｃ 回転中心線

Claims (2)

1. 回転中心線方向に並べて配置された複数のクラッチプレートと、
   前記クラッチプレートと前記回転中心線方向に交互に配置された複数のクラッチディスクと、
   前記回転中心線方向に移動可能に設けられ、前記回転中心線方向の一方側の最端に配置されている前記クラッチプレートを前記一方側から押圧するためのピストンと、
   前記ピストンの前記一方側に形成され、前記ピストンを前記クラッチプレート側に移動させるための油圧が供給される油室と、
   前記クラッチプレート間に介在され、その両側の前記クラッチプレートを互いに離間する方向に弾性的に付勢する付勢部材とを含む、摩擦クラッチ。
2. 前記付勢部材は、少なくとも１つの前記クラッチプレート間を除いて、残りの前記クラッチプレート間の少なくとも１つに介在されている、請求項１に記載の摩擦クラッチ。

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