JP4882835B2 - 摩擦係合装置 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦係合装置に関するものである。特に、この発明は、主に自動車の自動変速機に備えられ、ピストンの押圧力により摩擦係合をするクラッチ、ブレーキなどの摩擦係合装置に関するものである。

自動車に設けられる自動変速機などに備えられる摩擦係合装置は、例えば、一方の回転体の回転を他方の回転体に伝達するクラッチや、回転中の回転体の回転を減速させるブレーキとして設けられている。このような従来の摩擦係合装置では、外部から押圧力を与えることにより摩擦係合が可能な摩擦材とプレートとからなる係合要素と、油圧により作動し、係合要素に対して押圧力を与えるピストンとを備えている。これにより、係合要素を摩擦係合させる場合には、係合要素に対してピストンで押圧力を与え、係合要素を摩擦係合させることにより、係合要素を介して回転が伝達される、または回転を減速することができる。

しかし、このようにピストンで係合要素に対して押圧力を与えることにより係合要素を摩擦係合させる場合、ピストンに油圧を作用させてから係合要素に対して押圧力を与えるまでの時間が長いと、係合要素が摩擦係合をするまでの時間が長くなり、応答時間が長くなる。このため、従来の摩擦係合装置では、摩擦係合をさせる際の応答時間の短縮を図っているものがある。

例えば、特許文献１に記載の摩擦係合装置では、ピストンを、係合要素に対して最も早く摩擦係合力を与える第１ピストンと、第１ピストンの摩擦係合力付与のための動きに続いて係合要素に対して摩擦係合力を与える第２ピストンとにより構成している。これにより、係合要素に対して摩擦係合力を与える際に、第１ピストンによって係合要素に対して早く摩擦係合力を与えることができるので、摩擦係合を行なう際における応答時間を短縮させることができる。

特開平１０−１４８２２１号公報

しかしながら、ピストンは通常、その周囲に設けられる壁部との間にクリアランスを有して設けられているため、ピストンの作動時に作動方向に対して傾斜して作動する場合がある。この場合、ピストンが係合要素に対して接する際には、傾斜したピストンのうち係合要素に近付いている部分から接するため、係合要素に対する押圧力も、この部分から高くなる。

また、このようなピストンの傾斜は、ピストンを作動させる場合にピストンに作用させる油圧に対してランダムに発生するため、ピストンが係合要素に対して押圧力を与えるタイミングや強さもランダムになる。このため、係合要素を摩擦係合させることによって伝達する伝達トルクにバラツキが発生し、同じ油圧を与えても伝達トルクがバラつく虞がある。これにより、伝達トルクを任意に制御するのが困難になり、所望の係合特性を得ることが困難なものとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、係合要素に対して作用するピストンの押圧力のバラツキを抑制し、伝達トルクの制御性の向上を図ることができる摩擦係合装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る摩擦係合装置は、少なくとも一方が回転体として設けられた２つの係合体を摩擦係合により係合可能に形成されると共に前記回転体の回転トルクを前記摩擦係合により前記係合体間で伝達可能な係合要素と、前記回転体の回転軸を中心とする周方向における全周に渡って前記係合要素に対して押圧力を与えることにより前記係合要素を前記摩擦係合させることのできる第１ピストンと、前記第１ピストンに設けられており、且つ、前記第１ピストンが前記係合要素に対して押圧力を与える際に前記第１ピストンよりも先に前記周方向における一部の範囲で前記係合要素に対して押圧力を与える第２ピストンと、を備えることを特徴とする。

この発明では、第１ピストンに設けられる第２ピストンは、第１ピストンが係合要素に対して押圧力を与える際に、第１ピストンよりも先に、回転体の回転軸を中心とする周方向における一部の範囲で係合要素に対して押圧力を与えることができるように設けられている。このため、第１ピストン及び第２ピストンによって係合要素に対して押圧力を作用させる際に、常に回転軸を中心とする周方向における同じ位置から作用させることができる。これにより、係合要素を摩擦係合させる際に係合要素に押圧力を与えるタイミングや強さを、係合要素を摩擦係合させるごとに同じタイミングや強さにすることができる。従って、係合要素を摩擦係合させることにより係合体間で回転トルクを伝達する際における伝達トルクの伝達タイミングを、係合要素を摩擦係合させるごとに一定にすることができ、任意のタイミングで伝達することができる。この結果、係合要素に対して作用するピストンの押圧力のバラツキを抑制し、伝達トルクの制御性の向上を図ることができる。

また、この発明に係る摩擦係合装置は、前記第１ピストンには、前記第１ピストンが前記係合要素から離れる方向の付勢力を前記第１ピストンに与える複数の付勢手段が接続されており、前記複数の付勢手段のうち前記第２ピストンに最も近い位置に配設される前記付勢手段は、少なくとも他の一部の前記付勢手段の前記付勢力よりも前記付勢力が小さいことを特徴とする。

この発明では、複数の付勢手段のうち、第２ピストンに最も近い位置に配設される付勢手段の付勢力が、他の付勢手段の付勢力よりも小さくなっているので、第１ピストンと第２ピストンとにより係合要素に対して押圧力を与える際に、第１ピストンは第２ピストンが設けられている付近から係合要素に近付く。このため、第２ピストンは、より第１ピストンよりも先に係合要素に接し易くなり、より確実に第１ピストンよりも先に係合要素に対して押圧力を与えることができる。従って、第１ピストンや第２ピストンの作動を開始してから、第２ピストンが係合要素に接触し、係合要素が摩擦係合をするまでの時間を短くすることができる。この結果、係合要素の係合速度を向上させることができる。

また、この発明に係る摩擦係合装置は、前記周方向における前記第２ピストンが設けられている位置は、前記係合要素のうち少なくとも他の一部よりも放熱性が高い部分の前記周方向における位置と同じ位置であることを特徴とする。

この発明では、回転体の回転軸を中心とする周方向において第２ピストンが設けられている位置は、係合要素のうち放熱性が高い部分の周方向における位置と同じ位置になっている。このため、第２ピストンから押圧力を受けて他の部分よりも発熱し易い状態でも、容易に放熱することができる。つまり、第２ピストンは、係合要素を摩擦係合させる際に第１ピストンよりも先に係合要素に押圧力を与えるため、係合要素における第２ピストンから押圧力を受ける部分は、他の部分よりも発熱し易くなっている。このため、周方向における第２ピストンの位置を、係合要素のうち放熱性が高い部分の周方向における位置と同じ位置にすることにより、第２ピストンから押圧力を受けて他の部分よりも発熱し易い状態でも、容易に放熱することができる。従って、第１ピストンよりも先に係合要素に押圧力を与える第２ピストンを設けた場合でも、摩擦係合の特性を維持することができる。この結果、伝達トルクの制御性を長時間維持することができる。

本発明に係る摩擦係合装置は、係合要素に対して作用するピストンの押圧力のバラツキを抑制し、伝達トルクの制御性の向上を図ることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る摩擦係合装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係る摩擦係合装置を示す概略図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。同図に示す摩擦係合装置１は、車両（図示省略）に備えられる自動変速機（図示省略）に設けられており、自動変速機が変速をする際におけるクラッチとして設けられている。詳しくは、この自動変速機は、回転軸７５を中心に回転可能な外側回転体５０と、この外側回転体５０に内設されると共に回転軸７５を中心に回転可能な内側回転体７０とを備えている。このように形成される自動変速機に設けられる摩擦係合装置１は、プレート１０と摩擦材２０とからなる係合要素５を有しており、プレート１０と摩擦材２０とを摩擦係合させることにより、外側回転体５０と内側回転体７０とを係合可能に設けられている。即ち、外側回転体５０と内側回転体７０とは、係合要素５の摩擦係合により係合する係合体として設けられている。

詳しくは、係合要素５のプレート１０は、略円板状に形成された第１プレート１１と第２プレート１２とを有しており、第１プレート１１と第２プレート１２とは、共に外側回転体５０の内壁５１に、回転軸７５の軸方向に離間して並べて接続されている。その向きは、第１プレート１１と第２プレート１２との形状である円板の軸方向が、回転軸７５と同じ方向になる向きで設けられている。また、この第１プレート１１と第２プレート１２とには、共に円板の内側に開けられた穴である穴部１５が形成されており、内側回転体７０は、この第１プレート１１と第２プレート１２との穴部１５の内側に配設されている。

また、第１プレート１１と第２プレート１２とには、円板の外周部分に切欠き部（図示省略）が形成されている。また、第１プレート１１と第２プレート１２とが外側回転体５０の内壁５１に接続される部分には、内壁５１から回転軸７５の方向、即ち、回転軸７５を中心とする径方向における内方に突出した突出部（図示省略）が設けられている。第１プレート１１と第２プレート１２とは、突出部が切欠き部に入り込むことにより、外側回転体５０の内壁５１に接続されている。また、このように第１プレート１１と第２プレート１２との切欠き部に入り込む突出部は、回転軸７５の軸方向に沿って形成されている。このため、第１プレート１１と第２プレート１２とは、回転軸７５を中心とする周方向においては外側回転体５０に対する向きは変化せず、回転軸７５の軸方向には移動可能に設けられている。

また、外側回転体５０の内壁５１には、第２プレート１２における第１プレート１１側に位置する面の反対側の面側に、内壁５１から、回転軸７５を中心とする径方向における内方に突出したプレート保持部２５が接続されている。第２プレート１２は、第１プレート１１側に位置する面の反対側の面が、このプレート保持部２５に対向している。

また、外側回転体５０の内壁５１には、第１プレート１１から見て第２プレート１２が位置している側の反対側に、ピストン３０が配設されている。このピストン３０は、第１ピストン３１と第２ピストン３２とにより形成されており、第１ピストン３１は、断面が略矩形の形状で形成されたリング状の形状で形成されている。第１ピストン３１は、第１ピストン３１の形状であるリングの中心軸が、外側回転体５０や内側回転体７０の回転軸７５と重なる向きで、外側回転体５０に内設されている。この第１ピストン３１は、このようにリング状の形状で形成されることにより、外側回転体５０や内側回転体７０の回転軸７５を中心とする周方向における全周に渡って係合要素に対して押圧力を与えることにより、係合要素５を摩擦係合させることができるように設けられている。

また、第１ピストン３１には、当該第１ピストン３１の厚さ方向、つまり、回転軸７５の軸方向に貫通する穴である貫通穴３５が形成されている。この第１ピストン３１に形成される貫通穴３５は、回転軸７５を中心とする周方向における所定の位置に設けられている。

また、第２ピストン３２は、直径が第１ピストン３１の貫通穴３５の直径とほぼ同じ大きさになる略円柱形の形状で形成されており、第１ピストン３１の貫通穴３５に配設されている。また、第２ピストン３２の長さは、回転軸７５の軸方向における第１ピストン３１の厚さよりも短くなっている。このように、第２ピストン３２は第１ピストン３１に設けられており、また、第２ピストン３２は第１ピストン３１の貫通穴３５に配設されるため、この第２ピストン３２は、回転軸７５、或いは第１ピストン３１の形状であるリングの中心軸を中心とする周方向における所定の位置に設けられている。

なお、第２ピストン３２が設けられている位置は、回転軸７５を中心とする周方向において、係合要素５のうち放熱性が高い部分が位置している位置と同じ位置であるのが好ましい。つまり、回転軸７５を中心とする周方向における第２ピストン３２が設けられている位置は、係合要素５のうち少なくとも他の一部よりも放熱性が高い部分の周方向における位置と同じ位置であるのが好ましい。

また、外側回転体５０の内壁５１には、第１ピストン３１が配設されると共に第１ピストン３１を回転軸７５の軸方向に移動可能に支持するピストン支持部５５が形成されている。このピストン支持部５５は、第１ピストン３１の外径とほぼ同じ径で形成され、回転軸７５を中心とする径方向における内側方向に向けて形成された面からなる外側支持部５６と、前記径方向における外側支持部５６の内側に位置し、径方向における外側方向に向けて形成された面からなる内側支持部５７とを有している。この内側支持部５７は、第２ピストン３２の内径とほぼ同じ径で形成されており、外側支持部５６と内側支持部５７とは対向している。

また、外側支持部５６と内側支持部５７とは、第１プレート１１側の反対側に位置する双方の端部が、第１プレート１１方向に向けて形成された面である端面６０によって接続されている。このため、外側支持部５６と内側支持部５７と端面６０とは、リング状に形成された溝状の形状で形成されている。

第１ピストン３１は、外側支持部５６と内側支持部５７との間に配設されており、第１ピストン３１の形状であるリングの中心軸が外側回転体５０の回転軸７５と重なる向きで配設されている。つまり、第１ピストン３１は、外周面３６が外側支持部５６に対向し、内周面３７が内側支持部５７に対向する向きで配設されている。これにより、第１ピストン３１と外側支持部５６と内側支持部５７と端面６０とに囲まれた空間は閉ざされた空間となる。このように、第１ピストン３１と外側支持部５６と内側支持部５７と端面６０とに囲まれた空間は、第１ピストン３１に油圧を作用させる作動油が注入される油室６５として形成される。この油室６５には、油室６５内の油圧を調整するための作動油が通る油通路６６が接続されており、油通路６６は、油室６５内の油圧を調整可能な油圧調整手段（図示省略）に接続されている。

また、外側回転体５０には、第１プレート１１が設けられている部分と外側支持部５６との間に、回転軸７５を中心とする径方向における外方に凹んで形成されたスプリング室６８が設けられている。このスプリング室６８は、外側支持部５６よりも、径方向における外方に位置している。また、第１ピストン３１には、外周面３６に、径方向における外方に突出したスプリング接続部４１が設けられている。

このように、第１ピストン３１に設けられるスプリング接続部４１は、第１ピストン３１をピストン支持部５５に配設した状態においては、スプリング室６８内に位置する。また、スプリング室６８内に位置するスプリング接続部４１とスプリング室６８とには、付勢手段であるリターンスプリング４０が接続されている。

このリターンスプリング４０は、回転軸７５を中心とする周方向において複数設けられており、スプリング接続部４１における第１プレート１１側の部分と、スプリング室６８における第１プレート１１側の部分とに接続されている。リターンスプリング４０は、このようにスプリング接続部４１とスプリング室６８とに接続された状態で、スプリング接続部４１とスプリング室６８とに対して双方が離れる方向の付勢力を与えている。

リターンスプリング４０は、このようにスプリング接続部４１とスプリング室６８とが離れる方向の付勢力を双方に与えることにより、スプリング接続部４１、即ち第１ピストン３１が係合要素５から離れる方向の付勢力を第１ピストン３１に与えている。このように、第１ピストン３１には、第１ピストン３１が係合要素５から離れる方向の付勢力を第１ピストン３１に与える複数のリターンスプリング４０が接続されている。

また、係合要素５の摩擦材２０は、摩擦材支持部２１を介して内側回転体７０に接続されている。この摩擦材２０は、第１プレート１１や第２プレート１２と同様に、内側に穴が開けられた略円板状の形状で形成されていると共に、摩擦係数が高い部材により形成されている。また、摩擦材２０は、当該摩擦材２０の形状である円板の中心軸と内側回転体７０の回転軸７５とが重なる向きで配設される。即ち、内側回転体７０は、摩擦材２０の内側に設けられている、或いは、摩擦材２０は、内側回転体７０の周囲に設けられている。

また、摩擦材支持部２１は、この向きで配設される摩擦材２０の内側の穴と内側回転体７０との間に位置しており、円板状の形状で、摩擦材２０と内側回転体７０とに接続されている。詳しくは、摩擦材支持部２１は、円板の中心付近に穴が開けられており、この穴の内側に内側回転体７０が通り、内側回転体７０に接続されている。また、摩擦材２０は、回転軸７５を中心とする径方向における摩擦材支持部２１の外端部に接続されている。つまり、摩擦材支持部２１の外周部分には摩擦材２０が接続されており、摩擦材支持部２１の内周部分には内側回転体７０が接続されている。摩擦材２０は、このように摩擦材支持部２１を介して内側回転体７０に接続されている。また、摩擦材支持部２１は、回転軸７５の軸方向における厚さが、同方向における摩擦材２０の厚さよりも薄くなっており、回転軸７５の軸方向において弾力性を有している。

このように、摩擦材支持部２１によって内側回転体７０に接続される摩擦材２０は、内側回転体７０を外側回転体５０に内設した状態では、外側回転体５０に接続される第１プレート１１と第２プレート１２との間に配設される。つまり、係合要素５は、第１プレート１１、摩擦材２０、第２プレート１２の順番で並べて配設されている。

この実施例に係る摩擦係合装置１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。図３は、図１に示す摩擦係合装置を摩擦係合させる際における経過時間に対する油圧の変化とピストンストロークの変化と伝達トルクの変化とを示す説明図である。車両の運転中には、自動変速機のクラッチとして設けられる摩擦係合装置１の係合要素５を摩擦係合させたり解放させたりすることにより、自動変速機を変速させる。このように設けられる摩擦係合装置１の係合要素５を解放させる場合には、油室６５の油圧８０を低くする、或いは油圧８０を０にする。この油室６５は、第１ピストン３１と外側支持部５６と内側支持部５７と端面６０とにより形成されているが、第１ピストン３１は、リターンスプリング４０によって、係合要素５から離れる方向、即ち、端面６０に近付く方向の付勢力が与えられている。これにより、第１ピストン３１は係合要素５から離れ、第１プレート１１から離れる。（図１参照）。また、第１ピストン３１が係合要素５から離れている場合には、第１ピストン３１に設けられている第２ピストン３２も係合要素５から離れる。つまり、第１ピストンストローク８１と第２ピストンストローク８２とは、共に０になる。

第１ピストン３１が係合要素５から離れている場合、係合要素５の第１プレート１１、摩擦材２０、第２プレート１２には、回転軸７５の軸方向においてそれぞれが近付く方向の力が与えられておらず、第１プレート１１と第２プレート１２とは、回転軸７５の軸方向に移動可能に設けられている。このため、第１プレート１１と摩擦材２０、及び摩擦材２０と第２プレート１２とは、それぞれ隙間を有しており、係合要素５は解放された状態になる。

ここで、第１プレート１１と第２プレート１２とは、回転軸７５を中心とする周方向においては外側回転体５０に対する向きは変化しないように外側回転体５０に接続されているのに対し、摩擦材２０は、内側回転体７０に接続されている。これにより、外側回転体５０や内側回転体７０の回転時には、第１プレート１１と第２プレート１２とは外側回転体５０と一体となって回転し、摩擦材２０は内側回転体７０と一体となって回転する。

このため、外側回転体５０と内側回転体７０とで回転差がある場合、第１プレート１１や第２プレート１２と摩擦材２０との間にも回転差が生じるが、係合要素５が解放された状態では、第１プレート１２や第２プレート１２と摩擦材２０とは接しないため、これらの間には摩擦力は発生しない。この場合、係合要素５によって伝達する伝達トルク８３は０になり、係合要素５は、外側回転体５０と内側回転体７０との間で伝達トルク８３を伝達しない。このため、外側回転体５０と内側回転体７０とは、それぞれ独立して回転軸７５を中心として回転する。

図４は、図１に示す摩擦係合装置の摩擦係合開始時の状態を示す説明図である。係合要素５を摩擦係合させる場合には、油圧調整手段によって油通路６６を介して油室６５内に作動油を送り、油室６５内の油圧８０を上昇させる。油室６５内の油圧８０が上昇した場合、この油圧８０は第１ピストン３１と第２ピストン３２とに作用する。ここで、この油圧８０は、第１ピストン３１と第２ピストン３２とに対して係合要素５方向の力となって作用するが、第１ピストン３１には、リターンスプリング４０によって、係合要素５から離れる方向の付勢力が与えられている。

これに対し、第２ピストン３２には、油圧８０を上昇させることにより係合要素５方向の力に対抗する力が与えられていない。このため、油室６５内の油圧８０を上昇させることにより係合要素５方向の力が与えられた第１ピストン３１と第２ピストン３２とは、共に係合要素５の方向に移動するが、ピストン３０の移動の初期段階では、その移動量は第１ピストン３１の移動量よりも第２ピストン３２の移動量の方が大きくなる。つまり、油圧８０の上昇を開始する油圧上昇時８５には、第２ピストン３２の移動量である第２ピストンストローク８２は、第１ピストン３１の移動量である第１ピストンストローク８１よりも大きくなるが、第１ピストン３１と第２ピストン３２とは、共に係合要素５に接触してないため、伝達トルク８３は０である（図３参照）。

ピストン３０の移動の初期段階において、第１ピストン３１よりも移動量が大きくなる第２ピストン３２は、第１ピストン３１が係合要素５の第１プレート１１に近付くよりも先に第１プレート１１に近付く。このように、第１ピストン３１よりも先に第１プレート１１に近付いた第２ピストン３２は、第１ピストン３１が第１プレート１１に接触するよりも先に第１プレート１１に接触する。

係合要素５を摩擦係合させる場合には、油室６５内の油圧８０は、第２ピストン３２が第１プレート１１に接触した後も上昇させる。このため、第２ピストン３２は、第１プレート１１に接触した後も係合要素５の方向へ移動し続け、係合要素５の第１プレート１１に対して摩擦材２０の方向への押圧力を与える。この第１プレート１１は、回転軸７５の軸方向に移動可能に設けられているため、第２ピストン３２から押圧力が与えられた第１プレート１１は、回転軸７５の軸方向に沿って摩擦材２０の方向に移動し、摩擦材２０に接触する。

第２ピストン３２からの押圧力により接触する第１プレート１１と摩擦材２０とのうち、第１プレート１１は外側回転体５０と一体となって回転し、摩擦材２０は内側回転体７０と一体となって回転する。このため、外側回転体５０と内側回転体７０とで回転差がある場合、第１プレート１１と摩擦材２０との間にも回転差が生じ、第２ピストン３２からの押圧力により接触した第１プレート１１と摩擦材２０との間には、摩擦力が発生する。

この場合、第１プレート１１と摩擦材２０とは、摩擦力によってお互いの回転差が小さくなる方向に力が働き、この力は外側回転体５０と内側回転体７０と回転差を小さくする方向の力となって外側回転体５０と内側回転体７０とに作用する。つまり、第２ピストン３２の押圧力によって接触した状態の第１プレート１１と摩擦材２０とは、双方が接触することによる摩擦力により、外側回転体５０と内側回転体７０との回転トルクを外側回転体５０と内側回転体７０との間で伝達する。即ち、第１プレート１１と摩擦材２０とは、摩擦係合をする。

このように、第２ピストン３２が係合要素５の第１プレート１１に接触する第２ピストン接触時８６には、第２ピストン３２が第１プレート１１に接触した状態においても油圧８０を上昇させることにより、第１プレート１１に対して押圧力を与える。これにより、第１プレート１１と摩擦材２０との間に摩擦力が発生するため、外側回転体５０と内側回転体７０との回転トルクが双方の間で伝達され、係合要素５による伝達トルクは大きくなる（図３参照）。

また、第２ピストンストローク８２は、第２ピストン接触時８６には第２ピストン３２が第１プレート１１に接触するため、この時点が第２ピストンストローク８２の最大値に近くなり、第２ピストンストローク８２は、その後油圧８０を上昇させ続けた場合、第１プレート１１の移動に合わせて僅かに変化する。これに対し、第１ピストンストローク８１は、油圧８０の上昇に伴い大きく変化する。また、第２ピストン３２が第１プレート１１に接触した後も油圧を上昇させ続けた場合、第２ピストン３２が第１プレート１１に与える押圧力は、油圧８０の上昇に伴い強くなるため、第１プレート１１と摩擦材２０との間の摩擦力は大きくなる。このため、摩擦係合力は大きくなるので、係合要素５によって伝達する回転トルクは大きくなり、伝達トルク８３は大きくなる。

図５は、図１に示す摩擦係合装置が摩擦係合した状態を示す説明図である。第２ピストン３２が第１プレート１１に接触した後も油室６５の油圧８０を上昇させ続けた場合、油圧８０によって第１ピストン３１に作用する係合要素方向に力は、リターンスプリング４０によって第１ピストン３１に与えられる付勢力に打ち勝ち、第１ピストン３１は油圧８０の高さに応じて係合要素５の方向に移動する。これにより、第１ピストン３１は、係合要素５に近付き、係合要素５の第１プレート１１に接触する。

係合要素５を摩擦係合させる場合には、油室６５内の油圧８０は第１ピストン３１が第１プレート１１に接触した後も上昇させる。このため、第１ピストン３１は係合要素５の方向へ移動し続け、係合要素５の第１プレート１１に対して摩擦材２０の方向への押圧力を与える。この場合、第２ピストン３２から第１プレート１１に対する押圧力も、油室６５内の油圧の上昇に伴い高くなる。これにより、第１プレート１１は、より強い力で摩擦材２０に押し付けられ、第１プレート１１と摩擦材２０との摩擦力は強くなる。

この状態で、油室６５の油圧８０がさらに上昇した場合、第１プレート１１に対する第１ピストン３１と第２ピストン３２の押圧力、即ちピストン３０の押圧力は、さらに強くなり、第１プレート１１が摩擦材２０に押し付けられる力は、さらに強くなる。

このように、摩擦材２０に対する第１プレート１１からの押圧力が強くなった場合、摩擦材２０は、回転軸７５の軸方向に弾力性を有している摩擦材支持部２１により内側回転体７０に接続されているため、摩擦材支持部２１が弾性変形をすることにより、第１プレート１１の押圧力の方向に移動する。即ち、摩擦材２０は、第２プレート１２の方向に移動する。第２プレート１２の方向に移動した摩擦材２０は、第２プレート１２に接触し、第２プレート１２と摩擦材２０との間で摩擦力が発生する。

また、このように摩擦材２０が第１プレート１１から押圧力を受けて第２プレート１２の方向に移動する場合、第１プレート１１も摩擦材２０に接触したまま摩擦材２０と共に第２プレート１２の方向に移動する。このため、摩擦材２０が第２プレート１２に接触した場合、摩擦材２０は回転軸７５の軸方向において第１プレート１１と第２プレート１２とに挟まれ、双方に接触した状態になる。また、第２プレート１２における第１プレート１１が位置する側の反対側には、プレート保持部２５が設けられているため、第２プレート１２は、プレート保持部２５の方向への移動が規制されている。このため、この状態でピストン３０が係合要素５の第１プレート１１に押圧力を与えることにより、第１プレート１１と摩擦材２０との間、及び摩擦材２０と第２プレート１２との間には、高い押圧力が発生し、摩擦力が強くなる。

つまり、第２プレート１２はプレート保持部２５によって、ピストン３０が第１プレート１１に与える押圧力の方向の移動が規制されているため、第１プレート１１と摩擦材２０と第２プレート１２とが接触した状態でピストン３０が第１プレート１１に押圧力を与えても、第１プレート１１と摩擦材２０と第２プレート１２とは、押圧力の方向には移動しない。このため、この状態でピストン３０が第１プレート１２に押圧力を与えた場合、第１プレート１１と摩擦材２０と第２プレート１２とは、ピストン３０とプレート保持部２５とによって挟まれる。

従って、この状態でピストン３０が係合要素５の第１プレート１１に押圧力を与えた場合、第１プレート１１と摩擦材２０との間、及び摩擦材２０と第２プレート１２との間には、高い押圧力が発生し、この押圧力の高さに伴って、摩擦力が強くなる。つまり、摩擦係合力が強くなるので、係合要素５によって伝達する回転トルクは大きくなり、伝達トルク８３は大きくなる。

このように、第２ピストン３２と共に第１ピストン３１も係合要素５の第１プレート１１に接触する第１ピストン接触時８７には、第１ピストン３１と第２ピストン３２とが第１プレート１１に接触した状態においても油圧８０を上昇させることにより、第１プレート１１に対して強い押圧力を与える。

つまり、第２ピストン３２のみが第１プレート１１に接触した場合、第２ピストン３２は、回転軸７５を中心とする周方向における一部の範囲で係合要素に対して押圧力を与える。これに対し、第１ピストン３１と第２ピストン３２とが第１プレート１１に接触した場合には、第１ピストン３１と第２ピストン３２とは、回転軸７５を中心とする周方向における全周に渡って係合要素５に対して押圧力を与える。このため、第１ピストン３１と第２ピストン３２とより係合要素５に対して押圧力を与える場合、押圧力を与える面積は、第２ピストン３２のみから係合要素５に対して押圧力を与える場合よりも大きくなる。従って、第１プレート１１に対して与える押圧力、即ち、係合要素５に対して与える押圧力は、第２ピストン３２のみで与える場合よりも、第１ピストン３１と第２ピストン３２とで与える場合の方が強くなる。

これにより、第１プレート１１と摩擦材２０、及び摩擦材２０と第２プレート１２との間の摩擦力が大きくなるため、摩擦係合力も大きくなる。このため、外側回転体５０と内側回転体７０との間では、より大きな回転トルクが伝達され、係合要素５による伝達トルクは、第２ピストン３２のみが第１プレート１１に接触していた場合よりも大きくなる（図３参照）。このように、係合要素５は、ピストン３０からの押圧力により摩擦係合し、外側回転体５０と内側回転体７０との間では、係合要素５の摩擦係合時の強い摩擦係合力により、大きな伝達トルクが伝達される。

以上の摩擦係合装置１は、第１ピストン３１に設けられる第２ピストン３２は、第１ピストン３１が係合要素５に対して押圧力を与える際に、第１ピストン３１よりも先に、回転軸７５を中心とする周方向における一部の範囲で係合要素５に対して押圧力を与えることができるように設けられている。このため、第１ピストン３１及び第２ピストン３２によって係合要素５に対して押圧力を作用させる際に、常に回転軸７５を中心とする周方向における同じ位置から作用させることができる。

つまり、ピストン３０によって係合要素５に対して押圧力を与える場合には、常に第２ピストン３２が最初に係合要素５に接触し、第２ピストン３２から係合要素５に対して押圧力を与える。これにより、係合要素５を摩擦係合させる際において係合要素５に押圧力を与えるタイミングや強さを、係合要素５を摩擦係合させるごとに同じタイミングや強さにすることができる。従って、係合要素５を摩擦係合させることにより外側回転体５０と内側回転体７０との間で回転トルクを伝達する際における伝達トルクの伝達タイミングを、係合要素５を摩擦係合させるごとに一定にすることができ、任意のタイミングで伝達することができる。

換言すると、係合要素５に対してピストン３０から押圧力が与える場合に、常に回転軸７５を中心する周方向において第２ピストン３２が設けられている位置から与えるため、係合要素５を摩擦係合させる際に、常に同じ位置から摩擦係合させることができる。これにより、係合要素５を摩擦係合させるごとに同じタイミングで摩擦係合をさせることができるので、外側回転体５０と内側回転体７０との間で回転トルクを伝達する際における伝達トルクの伝達タイミングを、任意のタイミングにすることができる。この結果、係合要素５に対して作用するピストン３０の押圧力のバラツキを抑制し、伝達トルクの制御性の向上を図ることができる。

また、回転軸７５を中心とする周方向において第２ピストン３２が設けられている位置を、係合要素５のうち放熱性が高い部分の周方向における位置と同じ位置にすることにより、係合要素５において第２ピストン３２から押圧力を受ける部分は、第２ピストン３２から押圧力を受けて他の部分よりも発熱し易い状態でも、容易に放熱することができる。つまり、第２ピストン３２は、係合要素５を摩擦係合させる際に第１ピストン３１よりも先に係合要素５に押圧力を与えるため、係合要素５における第２ピストン３２から押圧力を受ける部分は、他の部分よりも発熱し易くなっている。

このため、周方向における第２ピストン３２の位置を、係合要素５のうち放熱性が高い部分の周方向における位置と同じ位置にすることにより、第２ピストン３２から押圧力を受けて他の部分よりも発熱し易い状態でも、容易に放熱することができる。従って、第１ピストン３１よりも先に係合要素５に押圧力を与える第２ピストン３２を設けた場合でも、摩擦係合の特性を維持することができる。この結果、伝達トルクの制御性を長時間維持することができる。

なお、第１ピストン３１には複数のリターンスプリング４０が接続されているが、リターンスプリング４０による第１ピストン３１への付勢力は、均等でなくてもよい。例えば、複数のリターンスプリング４０のうち第２ピストン３２に最も近い位置に配設されるリターンスプリング４０は、他のリターンスプリング４０の付勢力よりも付勢力を小さくしてもよい。このように、リターンスプリング４０の付勢力を変化させることにより、第１ピストン３１と第２ピストン３２とにより係合要素５に対して押圧力を与える際に、第１ピストン３１を、第２ピストン３２が設けられている付近から係合要素５に近付かせることができる。

これにより、第２ピストン３２は、より第１ピストン３１よりも先に係合要素５に接し易くなり、より確実に第１ピストン３１よりも先に係合要素５に対して押圧力を与えることができる。従って、第１ピストン３１や第２ピストン３２の作動を開始してから、第２ピストン３２が係合要素５に接触し、係合要素５が摩擦係合をするまでの時間を短くすることができる。この結果、係合要素５の係合速度を向上させることができる。このため、リターンスプリング４０は、複数のリターンスプリング４０のうち第２ピストン３２に最も近い位置に配設されるリターンスプリング４０の付勢力が、少なくとも他の一部のリターンスプリング４０の付勢力よりも小さくなっているのが好ましい。

また、実施例に係る摩擦係合装置１では、第２ピストン３２は、第１ピストン３１に１つの第２ピストン３２が設けられているのみであるが、第２ピストン３２は複数設けても構わない。図６は、実施例に係る摩擦係合装置の変形例を示す説明図である。第１ピストン３１に設けられる第２ピストン３２は、図６に示すように、１つの第１ピストン３１に複数設けてもよい。また、第２ピストン３２を複数設ける場合における第２ピストン３２の大きさは、全て同じ大きさにしてもよく、または図６に示すように異なる大きさにしてもよい。このように第２ピストン３２を複数設けることにより、第２ピストン３２による第１プレート１１（図１参照）への作用を、さらに詳細にコントロールできるため、より確実に係合要素５（図１参照）の係合状態に適合させることができる。

つまり、係合要素５にピストン３０の押圧力を与える際に、例えば係合要素５の放熱性等により、係合要素５において押圧力を与える位置の望ましい順番がある場合、第２ピストン３２を複数設けて、その順番で係合要素５に第２ピストン３２によって押圧力を与えることにより、より確実に所望の係合状態にすることができる。この結果、より確実に係合要素５による伝達トルクの制御性の向上を図ることができる。

また、実施例に係る摩擦係合装置１は、自動変速機のクラッチとして設けられており、係合要素５の摩擦係合により係合する係合体である外側回転体５０と内側回転体７０とは、共に回転軸７５を中心として回転可能な回転体となっているが、係合体は、双方が回転体でなくてもよい。例えば、摩擦係合装置１は、自動変速機のブレーキとして設けられていてもよい。この場合、係合要素５の摩擦係合により係合する２つの係合体のうち、一方が回転体として設けられ、他方は静止体として設けられ、摩擦係合をした場合には、回転体の回転トルクが、係合体間で伝達される。

この場合においても、第１ピストン３１よりも先に第２ピストン３２で係合要素に対して押圧力を与えることにより、係合要素５を摩擦係合させることにより係合体間で回転トルクを伝達する際における伝達トルクの伝達タイミングを、係合要素を摩擦係合させるごとに一定にすることができることができる。つまり、係合要素５は、少なくとも一方が回転体として設けられた２つの係合体を摩擦係合により係合可能に形成されると共に、回転体の回転トルクを摩擦係合により係合体間で伝達可能に設けられていればよく、第２ピストン３２は、この係合要素５に対して第１ピストン３１よりも先に押圧力を与えることができるように設けられていればよい。このように係合要素５と第１ピストン３１、第２ピストン３２を設けることにより、係合要素５に対して作用するピストン３０の押圧力のバラツキを抑制し、伝達トルクの制御性の向上を図ることができる。

また、実施例に係る摩擦係合装置１では、係合要素５は、第１プレート１１と第２プレート１２との２枚のプレート１０と、１枚の摩擦材２０とにより形成されているが、係合要素５は、これ以外の数により構成されていてもよい。また、第１プレート１１と第２プレート１２とは、これらに設けられた切欠き部に、外側回転体５０に設けられた突出部が入り込むことよって外側回転体５０に接続されることにより、プレート１０は回転軸７５の軸方向に移動可能に設けられているが、プレート１０の接続手段は、これ以外の手段でもよい。同様に、摩擦材２０は、弾力性を有する摩擦材支持部２１によって内側回転体７０に接続されることにより、摩擦材２０は回転軸７５の軸方向に移動可能に設けられているが、摩擦材２０の接続手段は、これ以外の手段でもよい。また、外側回転体５０にプレート１０が接続され、内側回転体７０に摩擦材２０が接続されているが、これらは反対でもよい。係合要素５は、摩擦係合装置１の摩擦係合時に伝達する伝達トルクの大きさに応じて、適切な構成で形成されていればよい。

以上のように、本発明に係る摩擦係合装置は、ピストンの押圧力により摩擦係合が可能な摩擦係合装置に有用であり、特に、車両の自動変速機に備えられるクラッチやブレーキに適している。

本発明の実施例に係る摩擦係合装置を示す概略図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 図１に示す摩擦係合装置を摩擦係合させる際における経過時間に対する油圧の変化とピストンストロークの変化と伝達トルクの変化とを示す説明図である。 図１に示す摩擦係合装置の摩擦係合開始時の状態を示す説明図である。 図１に示す摩擦係合装置が摩擦係合した状態を示す説明図である。 実施例に係る摩擦係合装置の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ 摩擦係合装置
５ 係合要素
１０ プレート
１１ 第１プレート
１２ 第２プレート
１５ 穴部
２０ 摩擦材
２１ 摩擦材支持部
２５ プレート保持部
３０ ピストン
３１ 第１ピストン
３２ 第２ピストン
３５ 貫通穴
３６ 外周面
３７ 内周面
４０ リターンスプリング
４１ スプリング接続部
５０ 外側回転体
５１ 内壁
５５ ピストン支持部
５６ 外側支持部
５７ 内側支持部
６０ 端面
６５ 油室
６６ 油通路
６８ スプリング室
７０ 内側回転体
７５ 回転軸
８０ 油圧
８１ 第１ピストンストローク
８２ 第２ピストンストローク
８３ 伝達トルク
８５ 油圧上昇時
８６ 第２ピストン接触時
８７ 第１ピストン接触時

Claims (2)

1. 少なくとも一方が回転体として設けられた２つの係合体を摩擦係合により係合可能に形成されると共に前記回転体の回転トルクを前記摩擦係合により前記係合体間で伝達可能な係合要素と、
   前記回転体の回転軸を中心とする周方向における全周に渡って前記係合要素に対して押圧力を与えることにより前記係合要素を前記摩擦係合させることのできる第１ピストンと、
   前記第１ピストンに設けられており、且つ、前記第１ピストンが前記係合要素に対して押圧力を与える際に前記第１ピストンよりも先に前記周方向における一部の範囲で前記係合要素に対して押圧力を与える第２ピストンと、
   を備え、
   前記第１ピストンには、前記第１ピストンが前記係合要素から離れる方向の付勢力を前記第１ピストンに与える複数の付勢手段が接続されており、
   前記複数の付勢手段のうち前記第２ピストンに最も近い位置に配設される前記付勢手段は、少なくとも他の一部の前記付勢手段の前記付勢力よりも前記付勢力が小さいことを特徴とする摩擦係合装置。
2. 前記周方向における前記第２ピストンが設けられている位置は、前記係合要素のうち少なくとも他の一部よりも放熱性が高い部分の前記周方向における位置と同じ位置であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦係合装置。

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