JP5069710B2 - ピストン機構 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機などに用いられるクラッチのピストン機構に関する。

従来、自動変速機のクラッチには、摩擦係合要素を押圧するためのピストンと、固定側部材に係止されピストンに対向するスプリングリテーナと、ピストンとスプリングリテーナとの間に介装されるリターンスプリングとを備えたピストン機構が設けられている。
そして、上記リターンスプリングとして例えば多数のコイルスプリングをピストンとスプリングリテーナとの間に環状に配列していた。
しかし、上記コイルスプリングを用いたものでは、部品点数が多くなり、組付けにも手間がかかるために、コスト上昇を招いており、この対策として、例えば特開平９−１００９１１号公報には、波型に成形した１枚の板バネを波の山同士が当接するように螺旋状に巻回したウエーブスプリングを用いるようにしたピストン機構が提案されている。

図７の（ａ）はこのウエーブスプリングを用いたピストン機構におけるスプリングの支持構造を示している。ピストン４０の内側円筒部４０ａの外側に、同心状にウエーブスプリング４５を配するとともに、スプリングリテーナ５０はウエーブスプリング４５の一端を支持する外径側のスプリング当接部５１が内径部５３よりもピストン４０側へ突出するように折曲形成されている。

ピストン４０の初期位置において内側円筒部４０ａの先端とスプリング当接部５１との間には間隙ｙが設けられているとともに、ピストン４０の内側円筒部４０ａの外径はスプリングリテーナ５０の折曲部５２の内径よりも小さく設定され、ピストン４０が摩擦板４３の押圧方向にストロークしたときに内側円筒部４０ａが折曲部５２の内側に入り込んで、これにより内側円筒部４０ａがスプリングリテーナ５０と干渉しないようになっている。
ウエーブスプリング４５は、ピストン４０のストロークにより軸方向に圧縮されたときに波の山同士が突っ張り合ってばね力を得ることができるとともに、１つのピストン４０に対して１個で足りるので部品点数が顕著に減少し組み付けも簡単となる。

特開平９−１００９１１号公報

ところで、ウエーブスプリング４５はばね力を得るために圧縮されたときに波の山同士が突っ張り合うので、波の山同士が相対的にズレやすい傾向にあり、とくに径方向の剛性は低い。
一方、上記従来の支持構造ではピストン４０の内側円筒部４０ａの先端とスプリング当接部５１との間に間隙ｙが存在し、この間隙はピストン４０のストローク必要寸法ｘを確保するために避けられないものとなっている。

そして、当該間隙ｙ部分はウエーブスプリング４５の径方向の変位可能空間となり、図７の（ｂ）に示すように、ピストン４０とスプリングリテーナ５０の相対回転方向の移動を規制するものもないので、ピストンによる押圧時ウエーブスプリングの波の山同士のズレによる巻回部分４５aのスプリング外周側へのズレは径方向に広がりながらズレる一方、巻回部分４５aに連続している巻回部分４５b部においては径方向に縮径する作用が働くことで隣り合う当接部のズレが助長され、あるいは遠心力その他の外力を受けたとき、ウエーブスプリング４５の板バネの隣接する巻回部分４５ａ、４５ｂが板幅分ズレて互いに係合し合ったままの、いわゆる座屈状態となる。

座屈状態となった巻回部分は内側円筒部４０ａとスプリング当接部５１との間隙に入り込むので、ピストン４０のストロークにしたがって内側円筒部４０ａと軸方向に干渉することとなり、摩擦板４３の滑らかな押圧が阻害されて変速性能を悪化させ、あるいはスプリングリテーナ５０を位置決めしているスナップリング５５の保持力を越えてスプリングリテーナ５０の組み付け破壊を招くこととなる。

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑み、リターンスプリングにウエーブスプリングを用いたクラッチにおいて、座屈を生じさせないで、安定した変速性能が得られるようにしたピストン機構を提供することを目的とする。

本発明は、摩擦係合要素を押圧するためのピストンと、固定側部材に係止されピストンに対向するスプリングリテーナと、ピストンとスプリングリテーナとの間に介装され波型に成形した板バネを螺旋状に巻回して形成された環状のウエーブスプリングからなるリターンスプリングとを備えたピストン機構において、ピストンにはリターンスプリングより内径側においてスプリングリテーナに向かう複数の突起が周方向に間隔を存して設けられ、スプリングリテーナは、リターンスプリングより内径側においてピストンへ向かって延びる筒部を備え、該筒部の先端にピストンの突起に対応する複数の凹部が形成され、少なくともピストンが移動して摩擦係合要素が係合された状態において突起が凹部に進入されるように構成されているものとした。

本発明によれば、突起が凹部内に進入して筒部と突起が連続し、リターンスプリングが間隙へ落ち込むのを規制するので、リターンスプリングが圧縮された際に径方向にズレた板バネの巻回部分が挟まれてクラッチの締結解放機能を損ずる事態が回避される。
更には、一旦座屈状態が保持されるとリターンスプリングのバネ定数が変化して設計時のスプリング反力が得られないと言う事態も回避される。
また、凹部と当該凹部に進入する突起の係合によってピストンとスプリングリテーナ間の相対回転が抑えられるので、リターンスプリングにおける波の山同士のズレが助長されることなく、座屈が防止される。

第１の実施例にかかるクラッチを示す縦断面図である。 ピストンを示す図である。 スプリングリテーナを示す図である。 図１におけるＣ−Ｃ部断面図である。 摩擦板押圧方向にピストンがストロークした状態を示す図である。 第２の実施例を示す縦断面図である。 従来例を示す図である。

次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は第１の実施例にかかるクラッチを示す縦断面図、図２は実施例におけるピストンを示す図、そして図３は実施例におけるスプリングリテーナを示す図である。図２における（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ部の断面図である。図３における（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ部の断面図である。
とくに図１に示すように、変速機ケース１の内壁にスプライン２が形成されるとともに、スプライン２に対向して外周にスプライン６を備えるハブ部５が不図示の回転部材から延びており、ハブ部５のスプライン６に係合する複数のドライブプレート７ａと変速機ケース１のスプライン２に係合する複数のドリブンプレート７ｂとが摩擦板７として軸方向に交互に重ねて配置されている。

これらの摩擦板７を押圧するためのピストン２０が、変速機ケース１に固定された隔壁１０に形成されたリング状のシリンダ１１内に、軸方向にストローク可能に配置され、ピストン２０とシリンダ１１間に油室１３が形成されている。ピストン２０の外周縁近傍からは押圧部２１が摩擦板７に向かって軸方向に伸びている。
摩擦板７と隔壁１０の間には、スプリングリテーナ３０が設けられ、ピストン２０とスプリングリテーナ３０の間にウエーブスプリングからなるリターンスプリング１５が、ピストン２０と同心に配置されている。
ピストン２０はシリンダ１１に対応して、図２に示すように、軸方向に押圧部２１を備えたリング状であり、スプリングリテーナ３０も、図３に示すように、軸方向先端に切欠き３５を有する筒部３２を備えるリング状である。

スプリングリテーナ３０は、円盤部３１と円盤部３１の内径側から軸方向に延びる筒部３２とからなり、変速機ケース１のスプライン２部に形成した溝３に嵌め込んだスナップリング４により円盤部３１の外周縁を係止されて、軸方向が位置決めされており、また、円盤部３１にはピストン２０の押圧部２１を貫通させる通過孔３３を備えている。
押圧部２１および通過孔３３はそれぞれ周方向に等間隔に設けられている。
通過孔の周方向長さは押圧部の周方向幅よりわずかに大きく設定されて両者間の間隙を抑え、ピストン２０とスプリングリテーナ３０の相対回転を所定内に規制するようになっている。

とくに、図１に示すように、ピストン２０は油室１３と反対側に凹部２２を有し、その底壁２２ａがリターンスプリング１５の軸方向一端の当接（着座）部となっている。また、スプリングリテーナ３０は円盤部３１の通過孔３３を含む外半部３１ｂがそれより内径側の内半部３１ａよりもわずかに筒部３２の延び方向にオフセットしており、換言すれば隔壁１０側から見て内半部３１ａが凹んでいる。この内半部３１ａがリターンスプリング１５の他端の当接（着座）部となっている。
リターンスプリング１５により、ピストン２０はシリンダ底壁に底着きした初期位置方向へ付勢される。図１はピストン２０が初期位置にある状態を示しており、摩擦板７を押圧していないクラッチの解放状態である。

ピストン２０の凹部２２において、底壁２２ａからはそれぞれスプリングリテーナ３０方向へ延びる複数の突起２５が設けられ、ピストン２０の摩擦板７側に面する内径側の軸方向の端面２３は突起２５の先端を含めて面一の平坦面となっている。
図２に示すように、突起２５は内径側周面２２ｂにそって周方向に等間隔に設けられ、ここでは、押圧部２１と同一角度上に整合させて、同一個数としてある。
図１におけるＣ−Ｃ部断面図である図４に示すように、突起２５は径方向から見たときスプリングリテーナ３０に向かって先細の山形をなしており、また図１の断面において突起２５の頂部２５ａは軸方向に平行となっている。なお、ここで平行とは厳密な平行に限定されず、ピストン２０の成形型の抜き勾配も許容するものである。

突起２５を径方向で見たときの高さは、突起の頂部２５ａとリターンスプリング１５間の間隙ができるだけ小さくなるように設定され、最大でもリターンスプリング１５を形成する板バネＫ（図４参照）の板幅ｗの１／２よりも小さくするのが望ましい。
スプリングリテーナ３０の筒部３２とリターンスプリング１５間の間隙も、突起の頂部２５ａとリターンスプリング１５間の間隙と同レベルでできるだけ小さくなるように設定され、最大でもリターンスプリング１５の板幅ｗの１／２よりも小さくするのが望ましい。

筒部３２はピストン２０側の先端部にわずかな傾斜をもった縮径部３２ａを備え、この縮径部３２ａには、ピストン２０がストロークしたときの突起２５を受け入れる切欠き３５がピストン２０の各突起２５に対応させて周方向に等間隔に形成されている。ここでは図４に示すように、切欠き３５は矩形としてあるが、その開口幅は必要ストロークだけピストン２０がストロークしたときに突起２５との間にわずかな間隙が残るように設定されている。

ピストン２０が初期位置にあるときの筒部３２（縮径部３２ａ）先端と突起２５との間隙ｓはリターンスプリング１５の板バネＫの波の高さ、すなわち波の山の頂部と谷の底部間の振幅長さｄ以下に設定されれば、リターンスプリング１５が当該間隙ｓに落ち込むことはない。
切欠き３５の軸方向深さは、必要ストロークだけピストン２０がストロークしたときにも突起２５の軸方向先端が切欠き３５の底部３５ａと当接しないように設定され、また当然、筒部３２の長さも縮径部３２ａの先端がピストン２０の凹部２２の底壁２２ａに当接しない値に設定される。

図５に示すように、摩擦板押圧のためピストン２０が初期位置からストロークしたときはその突起２５がスプリングリテーナ３０の筒部３２の切欠き３５に入り込んで、軸方向にそってみたとき筒部３２と突起２５が連続した状態となる。
これにより、リターンスプリング１５はその両端を支持しているスプリングリテーナ３０の円盤部３１からピストン２０の凹部底壁２２ａにわたる全範囲で、連続した筒部３２と突起２５に規制されて所定以上の内径方向へのズレ移動を防止される。

また、ピストン２０とスプリングリテーナ３０が、押圧部２１と通過孔３３の間隙設定により相対回転を所定内に規制され、また切欠き３５内に入り込んだ突起２５も相対回転を規制されることと相俟って、リターンスプリング１５の両端を支持する各当接部（内半部３１ａ、底壁２２ａ）はリターンスプリング１５の圧縮時にも相対回転しないから波の山同士のズレが助長されることもない。

本実施例では、スプリングリテーナ３０を係止するスナップリング４が嵌め込まれているスプライン２、すなわち当該スプラインが形成された変速機ケース１が発明におけるピストンに対する固定側部材に該当し、摩擦板７が摩擦係合要素に該当する。
また、スプリングリテーナ３０の切欠き３５が発明における凹部に該当する。

本実施例は以上のように構成され、摩擦板７を押圧するためのピストン２０と、変速機ケース１に係止されピストン２０に対向するスプリングリテーナ３０と、ピストン２０とスプリングリテーナ３０との間に介装され波型に成形した板バネＫを螺旋状に巻回して形成された環状のウエーブスプリングからなるリターンスプリング１５とを備えたピストン機構において、ピストン２０にはリターンスプリング１５より内径側においてスプリングリテーナ３０に向かう複数の突起２５が周方向に間隔を存して設けられ、スプリングリテーナ３０は、リターンスプリング１５より内径側においてピストン２０へ向かって延びる筒部３２を備え、該筒部３２の先端にピストン２０の突起２５に対応する複数の切欠き３５が形成され、少なくともピストン２０が移動して摩擦板７が係合された状態において突起２５が切欠き３５に進入されるように構成されているものとしたので、これにより、リターンスプリング１５が圧縮された際に径方向にズレた板バネＫの巻回部分が筒部３２と突起２５の間に挟まれてクラッチの締結解放機能を損ずる事態が確実に回避される。
また、ピストン２０とスプリングリテーナ３０間の相対回転も切欠き３５と当該切欠きに進入する突起２５の係合によって所定内に抑えられるので、リターンスプリング１５は波の山同士のズレが助長されることなく、座屈が防止される。（請求項１に対応する効果）

ピストン２０は摩擦板７を押圧するための押圧部２１が周方向に間隔を存して突設され、スプリングリテーナ３０には押圧部２１が貫通される通過孔３３が形成され、ピストン２０がリターンスプリング１５の付勢力のみによって規制される初期位置にある状態で、少なくとも押圧部２１の先端が通過孔３３に挿入されると共に、筒部３２の先端と突起２５との間に間隙を存するように構成しているので、初期位置において切欠き３５と突起２５が係合していなくても押圧部２１と通過孔３３の係合によってピストン２０とスプリングリテーナ３０間の相対回転が所定内に抑えられることにより、リターンスプリング１５の波の山同士のズレが助長されることがなく、これによってもリターンスプリング１５の座屈が防止される。（請求項２に対応する効果）

そして、スプリングリテーナ３０の筒部３２の先端と突起２５との間の間隙ｓが、板バネＫの波の高さ以下に設定されているので、板バネＫが波形をしているリターンスプリング１５が当該間隙に落ち込むことはなく、初期位置において筒部３２と突起２５が連続していなくても座屈発生のおそれはないから、ピストン２０およびスプリングリテーナ３０のサイズ設計の自由度が高い。（請求項３に対応する効果）

ピストン２０の突起２５及びスプリングリテーナ３０の筒部３２の外周側と、リターンスプリング１５の内周側との間の径方向間隙がリターンスプリング１５を形成する板バネＫの板幅ｗの１／２よりも小さく設定されているので、板バネＫの隣接する巻回部分が相対的に板幅分ズレる可能性がなくなり、座屈の発生が確実に防止される。（請求項６に対応する効果）

また、スプリングリテーナ３０の筒部３２は先端に向かって縮径する縮径部３２ａを有しているので、リターンスプリング１５の圧縮の過程で径方向にズレた板バネＫの巻回部分が発生しても縮径部３２ａの傾斜面にガイドされてズレが減少することになる。（請求項７に対応する効果）

なお、第１の実施例では、ピストンに設ける突起２５を押圧部２１と周方向同角度位置に配置して押圧部２１と同数としたが、突起の個数は任意に設定して押圧部とは異ならせてよい。

図６は第２の実施例を示す、図１相当の縦断面図である。これは、スプリングリテーナを変速機ケース側に係止させる代わりに、隔壁側に係止させるようにした点で前実施例と異なる。
変速機ケースに固定された隔壁１０’に形成されたリング状のシリンダ１１内に、軸方向に押圧部２１’を備えたリング状のピストン２０’が軸方向にストローク可能に配置されている。ピストン２０の外周縁近傍からは押圧部２１’が摩擦板７に向かって軸方向に伸びている。
摩擦板７と隔壁１０’の間には、スプリングリテーナ３０’が設けられ、ピストン２０’とスプリングリテーナ３０’の間にウエーブスプリングからなるリターンスプリング１５が配置されている。

スプリングリテーナ３０’は、円盤部３１’と円盤部３１の径方向中間位置から軸方向に延びる筒部３２とからなり、隔壁１０’に形成した溝１２に嵌め込んだスナップリング４’により円盤部３１’の内周縁を係止されて、軸方向が位置決めされている。
なお、スプリングリテーナ３０’が押圧部２１’を越えて径方向外方へ延びる必要はないので、押圧部２１’は周方向に連続したリング状をなしているが、前実施例と同様に分割した複数個を周方向に等間隔に設けるものとしてもよい。

ピストン２０’は凹部２２を有し、その底壁２２ａがリターンスプリング１５の軸方向一端の当接部となっている。また、スプリングリテーナ３０’は円盤部３１’の筒部３２よりも外径側がスプリング当接部３１ｃとなっている。
ピストン２０’の凹部２２に複数の突起２５が周方向に等間隔に設けられ、スプリングリテーナ３０’の筒部３２は縮径部３２ａを備えて、この縮径部３２ａにピストン２０’がストロークしたときの突起２５を受け入れる切欠き３５が形成されている。
ピストン２０’の初期位置において、突起２５は切欠き３５内に位置しており、ピストンがリターンスプリング１５を圧縮したときにスプリングリテーナ３０’が回転しないようになっている。
その他の構成は前実施例と同じである。
動作は前実施例と同じである。
なお、本実施例では、スプリングリテーナ３０’を係止するスナップリング４’が嵌め込まれている隔壁１０’が発明におけるピストンに対する固定側部材に該当し、摩擦板７が摩擦係合要素に該当する。
また、スプリングリテーナ３０’の切欠き３５が発明における凹部に該当する。

本実施例は以上のように構成され、摩擦板７を押圧するためのピストン２０’と、変速機ケース１に係止されピストン２０’に対向するスプリングリテーナ３０’と、ピストン２０’とスプリングリテーナ３０’との間に介装され波型に成形した板バネＫを螺旋状に巻回して形成された環状のウエーブスプリングからなるリターンスプリング１５とを備えたピストン機構において、ピストン２０’にはリターンスプリング１５より内径側においてスプリングリテーナ３０’に向かう複数の突起２５が周方向に間隔を存して設けられ、スプリングリテーナ３０’は、リターンスプリング１５より内径側においてピストン２０’へ向かって延びる筒部３２を備え、該筒部３２の先端にピストン２０’の突起２５に対応する複数の切欠き３５が形成され、少なくともピストン２０’が移動して摩擦板７が係合された状態において突起２５が切欠き３５に進入されるように構成されているものとしたので、これにより、リターンスプリング１５が圧縮された際に径方向にズレた板バネＫの巻回部分が筒部３２と突起２５の間に挟まれてクラッチの締結解放機能を損ずる事態が確実に回避される。（請求項１に対応する効果）

また、ピストン２０’がリターンスプリング１５の付勢力のみによって規制される初期位置にある状態で、突起２５が複数の切欠き３５内に位置しているので、ピストンの初期位置およびストロークの間を通じて、ピストン２０’とスプリングリテーナ３０’間の相対回転が切欠き３５と突起２５の係合によって所定内に抑えられるので、リターンスプリング１５は波の山同士のズレが助長されることなく、座屈が防止される。（請求項４に対応する効果）

そして、ピストン２０’の突起２５及びスプリングリテーナ３０’の筒部３２の外周側と、リターンスプリング１５の内周側との間の径方向間隙がリターンスプリング１５を形成する板バネＫの板幅ｗの１／２よりも小さく設定されているので、板バネＫの隣接する巻回部分が相対的に板幅分ズレる可能性がなくなり、座屈の発生が確実に防止される。（請求項６に対応する効果）

また、スプリングリテーナ３０’の筒部３２は先端に向かって縮径する縮径部３２ａを有しているので、リターンスプリング１５の圧縮の過程で径方向にズレた板バネＫの巻回部分が発生しても縮径部３２ａの傾斜面にガイドされてズレが減少することになる。（請求項７に対応する効果）

各実施例では、突起２５は凹部２２の内径側周面２２ｂにそって設けられ、突起２５の先端がピストン２０の端面２３と面一の平坦面となっているものとしたが、凹部の深さが浅い場合などには、突起２５がその軸方向全長にわたって内径側周面２２ｂとつながっている必要はなく、突起２５が独立して底壁２２ａから延びているものとしてもよい。
また、突起２５は径方向から見たときスプリングリテーナに向かって先細の山形をなし、筒部３２の切欠き３５は矩形をなしているものとしたが、互いに相似形としてもよく、例えば切欠き３５を突起２５の山形に対応させた略Ｖ字形とすることもできる。

各実施例は摩擦板におけるドリブンプレート７ｂが変速機ケース１のスプライン２に係合して、締結時にドライブプレート７ａ側の回転部材を停止させるクラッチに適用したものを示したが本発明はこれに限定されず、回転部材同士を連結するクラッチにも適用されるものである。

本発明は、車両用その他の自動変速機に適用してとくに有効である。

１ 変速機ケース
２、６ スプライン
３ 溝
４、４’ スナップリング
５ ハブ部
７ 摩擦板
７ａ ドライブプレート
７ｂ ドリブンプレート
１０、１０’ 隔壁
１１ シリンダ
１３ 油室
１５ リターンスプリング
２０、２０’ ピストン
２１、２１’ 押圧部
２２ 凹部
２２ａ 底壁
２２ｂ 内径側周面
２３ 端面
２５ 突起
２５ａ 頂部
３０、３０’ スプリングリテーナ
３１、３１’ 円盤部
３１ａ 内半部
３１ｂ 外半部
３１ｃ スプリング当接部
３２ 筒部
３２ａ 縮径部
３３ 通過孔
３５ 切欠き（凹部）
３５ａ 底部
ｄ 振幅長さ
Ｋ 板バネ
ｓ 間隙

Claims (7)

1. 摩擦係合要素を押圧するためのピストンと、固定側部材に係止され前記ピストンに対向するスプリングリテーナと、前記ピストンと前記スプリングリテーナとの間に介装され波型に成形した板バネを螺旋状に巻回して形成された環状のウエーブスプリングからなるリターンスプリングとを備えたピストン機構において、
   前記ピストンには前記リターンスプリングより内径側において前記スプリングリテーナに向かう複数の突起が周方向に間隔を存して設けられ、
   前記スプリングリテーナは、前記リターンスプリングより内径側において前記ピストンへ向かって延びる筒部を備え、該筒部の先端に前記ピストンの前記突起に対応する複数の凹部が形成され、
   少なくとも前記ピストンが移動して前記摩擦係合要素が係合された状態において前記突起が前記凹部に進入されるように構成されていることを特徴とするピストン機構。
2. 前記ピストンは前記摩擦係合要素を押圧するための押圧部が周方向に間隔を存して突設され、
   前記スプリングリテーナには前記押圧部が貫通される通過孔が形成され、前記ピストンが前記リターンスプリングの付勢力のみによって規制される初期位置にある状態で、少なくとも前記押圧部の先端が前記通過孔に挿入されると共に、前記筒部の先端と前記突起との間に間隙を存するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のピストン機構。
3. 前記スプリングリテーナの前記筒部の先端と前記突起との間の前記間隙が、前記板バネの波の高さ以下に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のピストン機構。
4. 前記ピストンが前記リターンスプリングの付勢力のみによって規制される初期位置にある状態で、前記突起が前記複数の凹部内に位置していることを特徴とする請求項１に記載のピストン機構。
5. 前記ピストンは前記摩擦係合要素を押圧するための押圧部が周方向に突設され、
   前記スプリングリテーナは、前記押圧部より内径側に設けられ、内周縁を固定側部材に係止するように成形したことを特徴とする請求項４に記載のピストン機構。
6. 前記ピストンの前記突起及び前記スプリングリテーナの前記筒部の外周側と、前記リターンスプリングの内周側との間の径方向間隙が前記リターンスプリングを形成する板バネの板幅の１／２よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載のピストン機構。
7. 前記スプリングリテーナの前記筒部は先端に向かって縮径する縮径部を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載のピストン機構。

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