JP7383901B2 - 摩擦締結装置 - Google Patents

Description

本発明は自動車の自動変速機におけるクラッチ、ブレーキに適用される摩擦締結装置に関する。

従来、自動車の自動変速機のクラッチ、ブレーキ等の摩擦締結装置は、油圧ポンプによる油圧により駆動されるので、駆動抵抗が大きいうえ、自動変速機の重量を増大し、大型化していた。摩擦締結装置の駆動抵抗の低減、自動変速機の軽量化及びコンパクト化を図るには、電気的アクチュエータを用いることにより油圧ポンプレスとすることが有効である。

従来、特許文献１には、導電性高分子チューブを束ねて螺旋状に巻回したアクチュエータエレメントを円筒状のシリンダと円筒状のピストンとで区画される空間に収納した高分子アクチュエータを用いたクラッチ装置が提案されている。しかし、導電性高分子チューブの伸縮力をアクチュエータの作動力に効果的に変換することが難しいうえ、部品点数が増加し、構造が複雑であるとう問題がある。

特許文献２、３には、ゲル状の電場応答性体積相転移高分子と電解質が封入された弾性容器をシリンダとピストンとの間に収納した高分子アクチュエータを用いたクラッチ装置が提案されている。しかし、このものはゲル状の高分子と電解質を弾性容器に封入しているため、耐久性に欠けるという問題がある。

このような従来の問題から、摩擦締結装置への電気的アクチュエータの利用は実用化されていない。電気的アクチュエータには、圧電式（圧電セラミック）と誘電式（高分子アクチュエータ）とがある。圧電式は、押力は大きいが、変位が少なく、誘電式は、変位量が大きいが、押力は小さいという欠点がある。このため、クラッチやブレーキ等の摩擦締結装置に適用するには、圧電式アクチュエータには変位を拡大する機構が要求され、誘電式アクチュエータには倍力機構が要求される。

近年、誘電式アクチュエータとして、誘電層を２層の電極層で挟持し、電極間に電圧を印加したときにクーロン力で誘電層が収縮するときの収縮力を利用する高分子アクチュエータが注目されている。この高分子アクチュエータの収縮力を摩擦締結装置のピストンに作用させて摩擦板を押圧する場合、押力を大きくしたいという要求がある。また、摩擦板間のクリアランスが無くなって所謂ゼロタッチになるまでは、さほど押力は必要ないが、ゼロタッチになった後は、摩擦板を締結させるために大きな押力を要する。このように、高分子アクチュエータを利用する場合には、ゼロタッチの前後で押力を変化させたいという要求がある。

特開２００５－８３４６６号公報 特開２００５－１５５８７１号公報 特開２０１１－１０６５６４号公報

本発明は前述の従来の問題に鑑みてなされたもので、高分子アクチュエータの押力を大きくするとともに、摩擦板のゼロタッチの前後で押力を変化させることができる摩擦締結装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を講じている。

請求項１の発明は、第１部材と第２部材の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材に交互に係合する複数の摩擦板と、該摩擦板を軸方向に押圧して前記第１部材と前記第２部材を締結する押圧ピストンとを備えた摩擦締結装置であって、
前記押圧ピストンを押圧するための油圧発生手段を備え、
前記油圧発生手段は、
前記押圧ピストンが作動する押圧ピストン作動室に油圧供給路を介して接続された油圧発生室と、
前記油圧発生室に設けられた油圧発生ピストンと、
前記油圧発生ピストンを押圧する高分子アクチュエータと、
前記高分子アクチュエータを収容し、該高分子アクチュエータの容積変化により油圧を供給する油圧供給室と、
前記油圧供給室と前記油圧供給路を連通する油圧導入路とから構成されている。

請求項２の発明は、前記高分子アクチュエータは、ピストン軸を介して前記油圧発生ピストンを押圧するように構成され、前記油圧発生ピストンと前記ピストン軸とは相対移動可能に設けられ、前記高分子アクチュエータの容積変化により低圧の油圧を供給している間は前記油圧発生ピストンが停止して前記ピストン軸が移動し、低圧の油圧の供給を終えると前記油圧発生ピストンと前記ピストン軸が同時に移動するように構成されている。

請求項３の発明は、前記油圧供給室に油圧供給ピストンが設けられ、
前記油圧供給ピストンは、前記油圧発生ピストンと連結されて該油圧発生ピストンと連動するように構成され、
前記高分子アクチュエータは、前記油圧供給ピストンと前記油圧供給室の内壁との間に設けられている。

請求項４の発明は、前記油圧導入路に、前記油圧供給室から前記油圧供給路への油圧の供給を許容するワンウェイバルブが設けられている。

請求項５の発明は、前記ワンウェイバルブと前記油圧供給室の間の前記油圧導入路と前記油圧発生室とを連通する連通路が設けられ、
前記連通路は、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロとなるまで前記油圧発生ピストンが移動する間は、前記油圧発生ピストンの加圧側と連通し、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロとなったときに、前記油圧ピストンによって塞がれ、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロを超えて前記油圧発生ピストンが移動する間は、前記油圧発生ピストンの非加圧側と連通するように構成されている。

請求項６，７の発明は、前記高分子アクチュエータの変位により低圧の油圧を供給する低油圧供給室と、該低油圧供給室と前記油圧導入路とを連通する低油圧導入路とをさらに備える。

請求項８の発明は、前記低油圧供給室に低油圧供給ピストンが設けられ、
前記低油圧供給ピストンは、前記油圧供給ピストンと前記油圧発生ピストンと連結されて前記油圧供給ピストンと前記油圧発生ピストンと連動するように構成され、
前記高分子アクチュエータは、前記油圧供給ピストンと前記油圧供給室の内壁との間に設けられている。

請求項１の発明によれば、高分子アクチュエータにより油圧発生室の油圧発生ピストンを押圧して油圧発生室に油圧を発生させ、この油圧により押圧ピストン押圧する。このため、従来の油圧ポンプに比べて摩擦締結装置の重量が低減し、駆動抵抗が減少するとともに、油圧発生ピストンより高分子アクチュエータの面積を大きくすることで、押力を増大することができる。

また、油圧発生ピストンによる油圧発生室内の容積変化に加えて、高分子アクチュエータの容積変化により油圧を発生させるので、押圧ピストンの移動量と押力を確保することができる。

請求項２の発明によれば、低圧の油圧を供給して摩擦板のクリアランス詰めを行っている間、油圧発生ピストンは移動しないので、油圧発生ピストンの非加圧側が負圧にならない。このため、油圧発生ピストンの移動を妨げる方向の力は生じないので、高分子アクチュエータの作動力を小さくすることができる。

請求項３の発明によれば、油圧発生ピストンと油圧発生ピストンの連動により、油圧供給ピストンによる油圧供給室内の油圧を、油圧発生ピストンによる油圧発生室の油圧と同じタイミングで油圧供給路に供給することができる。

請求項４の発明によれば、油圧発生ピストンによる油圧発生室の油圧が油圧導入路を経て油圧供給室に逆流するのを防止することができる。

請求項５の発明によれば、摩擦板のゼロタッチの前後で押力を変化させることができる。また、ワンウェイバルブで閉じられる油圧導入路の圧力上昇を防止することができる。

請求項６，７の発明によれば、低油圧供給室の作動油の量で摩擦板のクリアランス詰めを行うための作動油の容量を確保することができ、高分子アクチュエータを小型化することができる。

請求項８の発明によれば、１つの高分子アクチュエータにより、低油圧供給ピストンと油圧供給ピストンと油圧発生ピストンと連動させることができるので、装置を小型化することができる。

本発明の摩擦締結装置が適用される自動変速機の概略図である。 第１クラッチと第１ブレーキの摩擦締結装置の断面図。 摩擦締結装置の油圧発生装置の第１実施形態を示す断面図。 高分子アクチュエータの電圧印加前（ａ）及び電圧印加後（ｂ）を示す断面図。 摩擦締結装置の制御装置の回路図。 摩擦締結装置の油圧発生装置の開放（ａ）から作動油充填（ｂ）までの動作を示す断面図。 摩擦締結装置の油圧発生装置の締結（ａ）から開放（ｂ）までの動作を示す断面図。 摩擦締結装置の油圧発生装置の油圧発生ピストンの時間的推移と発生力の関係を示す図。 油圧発生装置の第２実施形態を示す断面図。 図９の油圧発生装置の開放（ａ）から作動油充填（ｂ）までの動作を示す断面図。 図９の油圧発生装置の締結（ａ）から開放（ｂ）までの動作を示す断面図。 油圧発生装置の油圧発生ピストンの変形例を示す断面図。 油圧発生装置の第３実施形態を示す断面図。 油圧発生装置の第４実施形態を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

＜自動変速機の構成＞
まず、本発明の摩擦締結装置が用いられる一例の自動変速機の構成を図１に基づいて説明する。この自動変速機１は、フロントエンジンフロントドライブ車等のエンジン横置き式自動車に適用されるもので、主たる構成要素として、エンジン出力軸２に取り付けられたトルクコンバータ３と、該トルクコンバータ３の出力回転が入力軸４を介して入力される変速機構５とを有し、該変速機構５が入力軸４の軸心上に配置された状態で、変速機ケース６に収納されている。

そして、該変速機構５の出力回転が、同じく入力軸４の軸心上において該入力軸４の中間部に配置された出力ギヤ７からカウンタドライブ機構８を介して差動装置９に伝達され、左右の車軸９ａ、９ｂが駆動されるようになっている。

前記トルクコンバータ３は、エンジン出力軸２に連結されたケース３ａと、該ケース３ａ内に固設されたポンプ３ｂと、該ポンプ３ｂに対向配置されて該ポンプ３ｂにより作動油を介して駆動されるタービン３ｃと、該ポンプ３ｂとタービン３ｃとの間に介設され、かつ、前記変速機ケース６にワンウェイクラッチ３ｄを介して支持されてトルク増大作用を行うステータ３ｅと、前記ケース３ａとタービン３ｃとの間に設けられ、該ケース３ａを介してエンジン出力軸２とタービン３ｃとを直結するロックアップクラッチ３ｆとで構成されている。そして、タービン３ｃの回転が前記入力軸４を介して変速機構５に伝達されるようになっている。

一方、変速機構５は、第１、第２、第３プラネタリギヤセット（以下、単に「第１、第２、第３ギヤセット」という）１０、２０、３０を有し、これらが変速機ケース６内における前記出力ギヤ７の反トルクコンバータ側において、トルクコンバータ側から順に配置されている。

また、変速機構５を構成する摩擦要素として、前記出力ギヤ７のトルクコンバータ側に、第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０が配置されていると共に、出力ギヤ７の反トルクコンバータ側には、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０がトルクコンバータ側から順に配置されており、さらに、第１ブレーキ６０に並列にワンウェイクラッチ９０が配置されている。

前記第１、第２、第３ギヤセット１０、２０、３０は、いずれもシングルピニオン型のプラネタリギヤセットであって、サンギヤ１１、２１、３１と、これらのサンギヤ１１、２１、３１にそれぞれ噛み合った各複数のピニオン１２、２２、３２と、これらのピニオン１２、２２、３２をそれぞれ支持するキャリヤ１３、２３、３３と、ピニオン１２、２２、３２にそれぞれ噛み合ったリングギヤ１４、２４、３４とで構成されている。

そして、前記入力軸４が第３ギヤセット３０のサンギヤ３１に連結されていると共に、第１ギヤセット１０のサンギヤ１１と第２ギヤセット２０のサンギヤ２１、第１ギヤセット１０のリングギヤ１４と第２ギヤセット２０のキャリヤ２３、第２ギヤセット２０のリングギヤ２４と第３ギヤセット３０のキャリヤ３３が、それぞれ連結されている。そして、第１ギヤセット１０のキャリヤ１３に前記出力ギヤ７が連結されている。

また、第１ギヤセット１０のサンギヤ１１及び第２ギヤセット２０のサンギヤ２１は、前記第１クラッチ４０を介して入力軸４に断接可能に連結されており、第２ギヤセット２０のキャリヤ２３は、前記第２クラッチ５０を介して入力軸４に断接可能に連結されている。

さらに、第１ギヤセット１０のリングギヤ１４及び第２ギヤセット２０のキャリヤ２３は、並列に配置された前記第１ブレーキ６０及びワンウェイクラッチ９０を介して変速機ケース６に断接可能に連結されており、第２ギヤセット２０のリングギヤ２４及び第３ギヤセット３０のキャリヤ３３は、前記第２ブレーキ７０を介して変速機ケース６に断接可能に連結されており、さらに、第３ギヤセット３０のリングギヤ３４は、前記第３ブレーキ８０を介して変速機ケース６に断接可能に連結されている。

以上の構成により、この変速機構５によれば、第１、第２クラッチ４０、５０及び第１、第２、第３ブレーキ６０、７０、８０の締結状態の組み合わせにより、前進６速と後退速とが得られるようになっている。なお、第１ブレーキ６０はエンジンブレーキを作動させる１速でのみ締結され、エンジンブレーキを作動させない１速では、ワンウェイクラッチ９０がロックすることにより１速を形成する。

＜摩擦締結装置の構成＞
続いて、前記自動変速機１の第１クラッチ４０、第２クラッチ５０、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０、第３ブレーキ８０に適用される摩擦締結装置１００の実施形態について説明する。第１クラッチ４０、第２クラッチ５０は基本的に同じ構造であり、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０、第３ブレーキ８０も基本的に同じ構造であるため、第１クラッチ４０と第１ブレーキ６０の構造と、これらに適用される摩擦締結装置１００を図２に基づいて説明する。

第１クラッチ４０は、本発明の第１部材であるドラム４１と、本発明の第２部材であるハブ４２とを有する。ドラム４１は、入力軸４に連結された軸部４１ａと、径方向に延びるプレート部４１ｂとを有し、該入力軸４と一体に回転する。ハブ４２は、ドラム４１より小径で、ドラム４１の内側に該ドラム４１と同心に配置されている。ハブ４２は、第１ギヤセット１０、第２ギヤセット２０のサンギヤ１１、２１に連結された軸部４２ａを有し、サンギヤ１１、２１と一体に回転する。

ドラム４１とハブ４２の間には、摩擦締結装置１００が設けられている。摩擦締結装置１００は、複数の摩擦板１０１ａ、１０１ｂと、該摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧する押圧ピストン１０２と、押圧ピストン作動室１０３と、油圧発生装置１０４とで構成されている。

複数の摩擦板１０１ａ、１０１ｂのうち、ドラム４１の内側に配設された複数の摩擦板１０１ａは、ドラム４１にスプライン結合されて軸方向に移動可能に、且つドラム４１と一体に回転可能に配置されている。ハブ４２の外側に配設された複数の摩擦板１０１ｂは、ハブ４２にスプライン結合されて軸方向に移動可能に、且つハブ４２と一体に回転可能に配置されている。ドラム４１の摩擦板１０１ａとハブ４２の摩擦板１０１ｂは、交互に配置され、互いに対向している。複数の摩擦板１０１ａ、１０１ｂは、軸方向の一側で、スナップリング１０１ｃによりドラム４１に軸方向の移動が拘束されたリテーナ１０１ｄと対向し、軸方向の他側で押圧ピストン１０２と対向している。

押圧ピストン１０２は、軸方向に移動可能に設けられ、反締結方向に図示しないリターンスプリングにより付勢され、先端で摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧するようになっている。

押圧ピストン作動室１０３は、押圧ピストン１０２とドラム４１のプレート部４１ｂとの間に形成されている。

油圧発生装置１０４については、後に詳細に説明する。

第１ブレーキ６０は、本発明の第１部材であるドラム６１が変速機ケース６と一体で回転しないこと、本発明の第２部材であるハブ６２が第１ギヤセット１０のリングギヤ１４であること、押圧ピストン作動室１０３が押圧ピストン１０２と変速機ケース６との間に形成されていることを除いて、前述した第１クラッチ４０と同様の構成を有しているので、対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。

＜油圧発生装置の第１実施形態＞
図３は、第１クラッチ４０、第１ブレーキ６０の油圧発生装置１０４を示す。油圧発生装置１０４は、油圧シリンダ１０５と、油圧発生ピストン１０６と、油圧供給ピストン１０７と、高分子アクチュエータ１０８と、制御装置１０９とからなっている。

油圧シリンダ１０５は、内部に油圧発生室１１０を形成する円筒状の第１シリンダ１０５ａと、内部に油圧供給室１１１を形成する円筒状の第２シリンダ１０５ｂとからなる。第２シリンダ１０５ｂは第１シリンダ１０５ａより径が大きく、中間壁１０５ｃを介して第１シリンダ１０５ａに連続している。中間壁１０５ｃの内面には、固定板１１２が固定されている。固定板１１２の中心には貫通穴１１２ａが形成されている。

油圧発生ピストン１０６は、第１シリンダ１０５ａの油圧発生室１１０に収容されている。油圧発生ピストン１０６の外周面には、第１シリンダ１０５ａの内壁面との間を封止するシール１０６ａが設けられている。

油圧供給ピストン１０７は、第２シリンダ１０５ｂの油圧供給室１１１に収容されている。油圧供給ピストン１０７の外周面には、第２シリンダ１０５ｂの内壁面との間を封止するシール１０７ａが設けられている。油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７は、固定板１１２の貫通穴１１２ａを貫通して中心軸上に設けられたピストン軸１１３により連結されている。

高分子アクチュエータ１０８は、第２シリンダ１０５ｂの油圧供給ピストン１０７と、中間壁１０５ｃの固定板１１２との間に配設されている。高分子アクチュエータ１０８は、ピストン軸１１３を囲むような円環状を有し、外径は第２シリンダ１０５ｂの内径より小さく、内径はピストン軸１１３の外径より大きい。高分子アクチュエータ１０８は、周方向に複数個に分割されたものでもよい。

第１シリンダ１０５ａの油圧発生室１１０の加圧側は、油圧供給路１１４を介して図２に示す押圧ピストン作動室１０３に連通している。油圧発生室１１０の非加圧側は、固定板１１２の貫通穴１１２ａを介して、第２シリンダ１０５ｂの油圧供給室１１１の加圧側に連通している。第２シリンダ１０５ｂの油圧供給室１１１の加圧側は、油圧導入路１１５を介して油圧供給路１１４に接続されている。第２シリンダ１０５ｂの油圧供給室１１１の非加圧側は、通気口１１６を介して大気に解放されている。油圧導入路１１５には、油圧供給室１１１から油圧供給路１１４への油圧の導入を許容するワンウェイバルブ１１７が配設されている。ワンウェイバルブ１１７と油圧供給室１１１の間の油圧導入路１１５と、油圧発生室１１０との間には、両者を連通する連通路１１８が設けられている。

油圧シリンダ１０５の内部のうち、第１シリンダ１０５ａの油圧発生ピストン１０６の加圧側及び非加圧側、及び第２シリンダ１０５ｂの油圧供給ピストン１０７の加圧側に、作動油が収容されている。第２シリンダの１０５ｂの容積のうち、高分子アクチュエータ１０８の容積を除く容積（以下、「隙間容積」という。）は、第１シリンダ１０５ａの容積より大きく形成されている。このため、第１シリンダ１０５ａの油圧発生ピストン１０６が加圧側に移動している間、第２シリンダ１０５ｂから油圧発生ピストン１０６の非加圧側に作動油が流入するが、この作動油の流入量を隙間容積から差し引いた量の作動油が油圧導入路１１５を介して供給される。

高分子アクチュエータ１０８は、図４に示すように、第１電極板１２１と、第２電極板１２２と、第１電極板１２１と第２電極板１２２の間に挟持された高分子部材１２３とが積層されて構成されている。

高分子アクチュエータ１０８の第１電極板１２１は固定板１１２に電気的に絶縁された状態で結合され、固定板１１２に設けた第１接点１１９とのみ電気的に接続されている。同様に、高分子アクチュエータ１０８の第２電極板１２２は、電気的に絶縁された状態で油圧供給ピストン１０７に結合されているが、固定板１１２に設けた第２接点１２０とのみ電気的に接続されている。

高分子部材１２３は、高い誘電率と弾性を有するアクリル、シリコン等のエラストマー１２３ａと中間電極１２３ｂとを軸方向に積層したものである。対向する中間電極１２３ｂの一方は第１電極板１２１に接続され、他方は第２電極板１２２に接続されている。第１電極板１２１と第２電極板１２２の間に電圧を印加すると、図４（ａ）の状態から、図４（ｂ）に示すように厚み方向に収縮するとともに面方向に伸長し、電圧を解放すると、固有の弾性により図４（ａ）の状態に復帰する。

図３に戻ると、高分子アクチュエータ１０８の第１電極板１２１は、第１接点１１９から固定板１１２を経て、制御装置１０９に接続され、同様に、高分子アクチュエータ１０８の第２電極板１２２は、第２接点１２０から、固定板１１２を経て、制御装置１０９に接続されている。

図５は、油圧発生装置１０４の制御装置１０９を示す。高分子アクチュエータ１０８の第１電極板１２１は、電源１２４の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１２５の第１出力端子１２５ａに第１スイッチ１２６を介して接続されるとともに、第２スイッチ１２７及び電圧低下用抵抗１２８を介して接地されている。高分子アクチュエータ１０８の第２電極板１２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２５の第２出力端子１２５ｂに接続されるとともに、接地されている。

＜摩擦締結装置の動作＞
次に、第１クラッチ４０の摩擦締結装置の動作について説明する。

図２を参照すると、第１クラッチ４０の非締結時には、ドラム４１及びその摩擦板１０１ａ、押圧ピストン１０２は、入力軸４とともに回転し、ハブ４２及びその摩擦板１０１ｂは停止している。押圧ピストン１０２は、図示しないリターンスプリングにより反摩擦板側に付勢されている。一方、図６（ａ）に示すように、油圧発生装置１０４の油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７は、高分子アクチュエータ１０８により、非加圧側端（図において上端）に移動している。

第１クラッチ４０の締結指令により第１スイッチ１２６がオンすると、電源１２４の電圧が高分子アクチュエータ１０８に印加される。これにより、図６（ａ）に示すように、高分子アクチュエータ１０８が軸方向に収縮し、径方向に拡張する。

図６（ｂ）に示すように、高分子アクチュエータ１０８が収縮すると、油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７が連動して移動する。油圧発生ピストン１０６の移動により、油圧発生室１１０の加圧側の容積が減少し、内部の作動油が油圧供給路１１４を介して押圧ピストン作動室１０３に充填される。これと同時に、油圧供給ピストン１０７の移動と高分子アクチュエータ１０８の径方向の拡張とにより、油圧供給室１１１の加圧側の容積が減少し、内部の作動油が油圧導入路１１５を介して油圧供給路１１４に導入される。

油圧供給路１１４を介して図２に示す押圧ピストン作動室１０３に作動油が充填されると、押圧ピストン１０２が摩擦板側に向かって移動し、ドラム４１の摩擦板１０１ａ及びハブ４２の摩擦板１０１ｂを押圧する。これにより、摩擦板１０１ａ、１０１ｂが移動し、摩擦板１０１ａ、１０１ｂ間のクリアランスが詰められてゆく。

図６（ｂ）に示すように、油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７の移動により油圧発生ピストン１０６のシール１０６ａが連通路１１８を塞いだ時点で、押圧ピストン作動室１０３への作動油の充填が完了し、摩擦板１０１ａ、１０１ｂはゼロタッチとなる。

図７（ａ）に示すように、油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７がさらに移動し、油圧発生ピストン１０６のシール１０６ａが連通路１１８を超えると、油圧発生ピストン１０６の非加圧側の負圧により、連通路１１８を介して油圧導入路１１５内の作動油が油圧発生ピストン１０６に非加圧側に流入するので、ワンウェイバルブ１１７が閉じ、連通路１１８が閉じる。この結果、油圧発生ピストン１０６がさらに移動することにより、押圧ピストン作動室１０３の油圧が上昇する。一方、ワンウェイバルブ１１７が閉じ、連通路１１８が閉じているので、油圧供給室１１１内の油圧上昇が防止される。

図２に示す押圧ピストン作動室１０３の油圧が上昇することにより、押圧ピストン１０２がさらに摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧するので、第１クラッチ４０が締結され、ハブ４２及びその摩擦板１０１ｂは、ドラム４１及びその摩擦板１０１ａとともに回転し、ドラム４１の回転力がハブ４２を介して第１、第２ギヤセット１０、２０のサンギヤ１１、２１に伝達される。

第１クラッチ４０の解放指令により第１スイッチ１２６がオフすると、高分子アクチュエータ１０８への電圧の印加が解消され、図７（ｂ）に示すように、高分子アクチュエータ１０８の高分子部材１２３が固有の弾性により復帰する。押圧ピストン作動室１０３内の作動油は、油圧供給路１１４を介して油圧発生室１１０に戻るとともに、連通路１１８及び油圧導入路１１５を介して油圧供給室１１１に戻る。この結果、押圧ピストン１０２が図示しないリターンスプリングの付勢力により反摩擦板側に向かって移動し、図２の状態に復帰する。これにより、ドラム４１の摩擦板１０１ａ及びハブ４２の摩擦板１０１ｂの押圧が無くなるので、第１クラッチ４０が解放され、ハブ４２及びその摩擦板１０１ｂは、ドラム４１及びその摩擦板１０１aとの回転同期から開放され、ドラム４１からハブ４２への回転力が遮断される。

制御装置１０９の第１スイッチ１２６をオフしても、高分子アクチュエータ１０８には電荷が残っており、摩擦締結装置１００の作動状態が保持されることがある。そこで、制御装置１０９の第１スイッチ１２６をオフしたときに第２スイッチ１２７をオンすることで、高分子アクチュエータ１０８に残った電荷をグランドに落として、摩擦締結装置１００の作動状態を開放することができる。

一方、第１ブレーキ６０の摩擦締結装置１００の動作は、第１ブレーキ６０の締結により、ハブ６２及びその摩擦板１０１ｂはその回転を停止し、第１ブレーキ６０の解放により、ハブ６２及びその摩擦板１０１ｂはその回転を再開する以外は、第１クラッチ４０の摩擦締結装置１００の動作と同様であるので、説明を省略する。

図８は、摩擦締結装置１００の油圧発生ピストン１０６の移動変位に基づく発生力と時間との関係を示す。ａ点で第１スイッチ１２６をオンしてからｂ点までのクリアランス領域は、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランスを詰めている間であり、発生力は小さくてよい。クリアランス領域では、高分子アクチュエータ１０８の押圧力に基づく油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７の移動による油圧シリンダ１０５の容積変化と、高分子アクチュエータ１０８の径方向の拡張に基づく高分子アクチュエータ１０８と第２シリンダ１０５ｂの間の隙間容積の変化を利用する。ｂ点において、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランスが無くなりゼロタッチになると、油圧発生ピストン１０６の移動により油圧を上昇させて発生力を増大させ、ｃ点で締結を完了する。ｃ点で第１スイッチ１２６をオフしても、高分子アクチュエータ１０８に電荷が残っているので、締結状態は保持される。ｄ点で第２スイッチ１２７をオンすると、高分子アクチュエータ１０８の電荷がグランドに落とされるので、ｅ点まで発生力が減少してゆき、ｆ点に至ると摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランスが元に戻る。したがって、第１スイッチ１２６をオフした後、第２スイッチ１２７をオンするタイミングを変更することで、摩擦締結装置１００の締結状態を制御することができる。

前記実施形態による摩擦締結装置１００では、高分子アクチュエータ１０８により油圧発生室１１０の油圧発生ピストン１０６を押圧して油圧発生室１１０に油圧を発生させ、この油圧により押圧ピストン１０２を押圧する。このため、従来の油圧ポンプに比べて摩擦締結装置１００の重量が低減し、駆動抵抗が減少する。また、油圧発生ピストン１０６より高分子アクチュエータ１０８の面積を大きくすればするほど、押力を増大することができる。

また、油圧発生ピストン１０６による油圧発生室１１０内の容積変化に加えて、高分子アクチュエータ１０８の容積変化により油圧を発生させるので、押圧ピストン１０２の移動量と押力を確保することができる。

さらに、油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７の連動により、油圧供給ピストン１０７による油圧供給室１１１内の油圧を、油圧発生ピストン１０６による油圧発生室１１０の油圧と同じタイミングで油圧供給路１１４に供給することができる。

以上説明した摩擦締結装置１００の油圧発生装置１０４は、小型で軽量の高分子アクチュエータとシリンダからなるので、従来のオイルポンプを用いた油圧発生装置と比べて１個当たりの重量が小さく、またクラッチ又はブレーキ１個当たりの重量も小さいので、油圧系全重量を軽量化することができる。

次に本発明の他の実施形態について説明するが、特記以外は前記第１実施形態の油圧発生装置１０４と同一又は実質的に同一の構成と作用を有するので、対応する部分には同一符号を附して説明を省略する。

＜油圧発生装置の第２実施形態＞
図９の油圧発生装置２００は、内部に低油圧供給室２０１を形成する円筒状の第３シリンダ１０５ｄを有している。第３シリンダ１０５ｄは、第１シリンダ１０５ａと第２シリンダ１０５ｂの間に設けられ、第２シリンダ１０５ｂより大きい径を有している。第１シリンダ１０５ａ、第２シリンダ１０５ｂ、第３シリンダ１０５ｄの径をそれぞれ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３とすると、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係がある。第３シリンダ１０５ｄの容量は、第２シリンダの前記隙間容積と合わせて、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランス詰めに必要な容量以上あればよい。第３シリンダ１０５ｄと第１シリンダ１０５ａとの間に第１中間壁１０５ｅが設けられ、第３シリンダ１０５ｄと第２シリンダ１０５ｂとの間に第２中間壁１０５ｆが設けられている。

第３シリンダ１０５ｄの低油圧供給室２０１には、低油圧供給ピストン２０２が収容されている。低油圧供給ピストン２０２の外周面には、第３シリンダ１０５ｄの内壁面との間を封止するシール２０２ａが設けられている。低油圧供給ピストン２０２は、第１中間壁１０５ｅを貫通する第１ピストン軸１１３ａにより油圧発生ピストン１０６と連結されるとともに、第２中間壁１０５ｆを貫通し第１ピストン軸１１３ａと同軸の第２ピストン軸１１３ｂにより油圧供給ピストン１０７と連結されている。

第１ピストン軸１１３ａは、第１軸封部材２０３ａにより第１中間壁１０５ｅに対して摺動可能に封止され、第２ピストン軸１１３ｂは、第２軸封部材２０３ｂにより第２中間壁１０５ｆに対して摺動可能に封止されている。第３シリンダ１０５ｄの低油圧供給ピストン２０２の加圧側は、低油圧導入路２０４を介して、ワンウェイバルブ１１７と油圧供給室１１１の間の油圧導入路１１５に連通し、低油圧供給ピストン２０２の非加圧側は、通気口２０５を介して図示しないオイルパンの油中又は大気に解放されている。

第３シリンダ１０５ｄの低油圧供給ピストン２０２の加圧側には、第１シリンダ１０５ａと第２シリンダ１０５ｂと同様に、作動油が収容されている。第１シリンダ１０５ａの油圧発生ピストン１０６と、第２シリンダ１０５ｂの油圧供給ピストン１０７と、第３シリンダ１０５ｄの低油圧供給ピストン２０２が加圧側に移動している間、第２シリンダ１０５ｂの前記隙間容積に第３シリンダ１０５ｄの加圧側の容積を加えた大容量の作動油が油圧導入路１１５を介して供給される。

なお、第３シリンダ１０５ｄの通気口２０５を設けずに、第３シリンダ１０５ｄの低油圧供給ピストン２０２の非加圧側と第２シリンダ１０５ｂの油圧供給ピストン１０７の加圧側を連通させてもよい。この場合、第１シリンダ１０５ａの油圧発生ピストン１０６が加圧側に移動している間、第２シリンダ１０５ｂから第３シリンダ１０５ｄの低油圧供給ピストン２０２の非加圧側に作動油が流入するが、この作動油の流入量を隙間容積から差し引いた量の作動油が第２シリンダ１０５ｂから油圧導入路１１５を介して供給される。

図９の油圧発生装置２００の動作について説明する。

図１０（ａ）に示すように、高分子アクチュエータ１０８が電圧の印加により収縮すると、油圧発生ピストン１０６、低油圧供給ピストン２０２、及び油圧供給ピストン１０７が連動して移動する。油圧発生ピストン１０６の移動により、油圧発生室１１０の加圧側の容積が減少し、内部の作動油が油圧供給路１１４を介して押圧ピストン作動室１０３に充填される。これと同時に、油圧供給ピストン１０７の移動と高分子アクチュエータ１０８の径方向の拡張とにより、油圧供給室１１１の加圧側の容積が減少し、内部の作動油が油圧導入路１１５を介して油圧供給路１１４に導入される。また、低油圧供給ピストン２０２の移動により、低油圧供給室２０１の加圧側の容積が減少し、内部の作動油が低油圧導入路２０４を介して油圧導入路１１５に流入し、油圧供給室１１１の作動油とともに、油圧導入路１１５を介して油圧供給路１１４に導入される。これにより、摩擦板１０１ａ、１０１ｂが移動し、摩擦板１０１ａ、１０１ｂ間のクリアランスが詰められてゆく。

図１０（ｂ）に示すように、油圧発生ピストン１０６、油圧供給ピストン１０７、及び低油圧供給ピストン２０２の移動により油圧発生ピストン１０６のシール１０６ａが連通路１１８を塞いだ時点で、押圧ピストン作動室１０３への作動油の充填が完了し、摩擦板１０１ａ、１０１ｂはゼロタッチとなる。

図１１（ａ）に示すように、油圧発生ピストン１０６、油圧供給ピストン１０７、及び低油圧供給ピストン２０２がさらに移動し、油圧発生ピストン１０６のシール１０６ａが連通路１１８を超えると、油圧発生ピストン１０６の非加圧側の負圧により、連通路１１８を介して油圧導入路１１５内の作動油が油圧発生ピストン１０６に非加圧側に流入するので、ワンウェイバルブ１１７が閉じ、連通路１１８が閉じる。この結果、油圧発生ピストン１０６がさらに移動することにより、押圧ピストン作動室１０３の油圧が上昇する。一方、ワンウェイバルブ１１７が閉じ、連通路１１８が閉じているので、油圧供給室１１１内の油圧上昇が防止される。

押圧ピストン作動室１０３の油圧が上昇することにより、押圧ピストン１０２がさらに摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧するので、第１クラッチ４０が締結される。

高分子アクチュエータ１０８への電圧の印加が解消されると、図１１（ｂ）に示すように、高分子アクチュエータ１０８が固有の弾性により復帰する。押圧ピストン作動室１０３内の作動油は、油圧供給路１１４を介して油圧発生室１１０に戻るとともに、連通路１１８、低油圧導入２０４、及び油圧導入路１１５を介して低油圧供給室２０１と油圧供給室１１１に戻る。

この結果、押圧ピストン１０２が図示しないリターンスプリングの付勢力により反摩擦板側に向かって移動し、ドラム４１の摩擦板１０１ａ及びハブ４２の摩擦板１０１ｂの押圧が無くなるので、第１クラッチ４０が解放される。

前記第２実施形態では、低油圧供給室２０１を設けたので、油圧供給室１１１からの作動油の容量に低油圧供給室２０１の作動用の容量を付加した大容量の作動油を供給し、摩擦板１０１ａ，１０１ｂのクリアランスを迅速に詰めてゼロタッチにすることができる。

また、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランス詰めに必要な容量の大部分を第３シリンダ１０５ｄで確保するようにすれば、第２シリンダ１０５ｂと高分子アクチュエータ１０８の大きさを小さくすることができ、油圧発生装置２００の小型化と軽量化を図ることができる。

＜第１シリンダにおける油圧発生ピストンの変形例＞
図１２は、前記第１実施形態及び前記第２実施形態における油圧発生室１１０の油圧発生ピストン１０６の変形例である。この油圧発生ピストン１０６には、ピストン軸１１３が相対移動可能に設けられている。すなわち、油圧発生ピストン１０６には、ピストン軸１１３の一端に形成された小径の摺動部２０６が軸封部材２０７を介して摺動可能に貫通する中心孔２０８が設けられている。また、油圧発生ピストン１０６の加圧側には、油圧発生ピストン１０６を非加圧側に付勢する復帰ばね２０９が収容されている。油圧発生ピストン１０６の非加圧側には、油圧発生室１１０の中間壁１０５ｃに当接する肩部２１０が油圧発生ピストン１０６と一体に設けられ、これにより油圧発生ピストン１０６とピストン軸１１３の一端との間にピストン軸１１３の移動を許容する隙間寸法ｓが確保されている。

この変形例の油圧発生ピストン１０６の動作を説明すると、電圧の印加による高分子アクチュエータ１０８（図３、図９参照）の容積変化により低圧の油圧を供給して摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランス詰を行っている間は、図１２（ａ）から図１２（ｂ）に示すように、油圧発生ピストン１０６が停止してピストン軸１１３のみが移動する。低圧の油圧の供給を終えると、図１２（ｃ）に示すように、復帰ばね２０９の付勢力に抗して油圧発生ピストン１０６とピストン軸１１３が同時に移動する。これにより、高圧の油圧が油圧供給路１１４を介して供給される。電圧の印加の解消により高分子アクチュエータ１０８が復帰すると、ピストン軸１１３と油圧発生ピストン１０６が復帰ばね２０９の付勢力により復帰し、作動油が油圧発生室１１０内に戻る。

このように、低圧の油圧を供給して摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランス詰めを行っている間、油圧発生ピストン１０６は移動しないので、油圧発生ピストン１０６の非加圧側が負圧にならない。このため、油圧発生ピストン１０６の移動を妨げる方向の力は生じないので、高分子アクチュエータ１０８の作動力を小さくすることができる。

＜油圧発生装置の第３実施形態＞
図１３に示す油圧発生装置３００は、前記第１実施形態の油圧発生装置１０４のワンウェイバルブ１１７及び連通路１１８を無くし、第１シリンダ１０５ａと第２シリンダ１０５ｂを同径にして構造を単純化し、制御装置３０１による高分子アクチュエータ１０８の電圧制御により、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランス詰めと押圧力発生の両方を油圧発生ピストン１０６と油圧供給ピストン１０７の２つのピストンで行うものである。

具体的には、図１３の油圧発生装置３００は、制御装置３０１により、高分子アクチュエータ１０８に印加される電圧が制御される。すなわち、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランス詰めを行う間は、電圧を時間に比例して所定の第１電圧まで立ち上げ、クリアランス詰めが完了すると、第１電圧より高い第２電圧を印加して、摩擦板１０１ａ、１０１ｂに対する押圧力を発生させる。

なお、第３実施形態の油圧発生装置３００において、ピストン軸１１３を中間壁１０５ｃに対して軸封し、図２の構造を採用することができる。この場合、高分子アクチュエータ１０８の外側と内側が連通するように油圧供給ピストン１０７に溝３０２を設けて、高分子アクチュエータ１０８の内側の作動油を当該溝３０２を介して高分子アクチュエータ１０８の外側に逃がすことが好ましい。

＜油圧発生装置の第４実施形態＞
図１４に示す油圧発生装置４００は、前記第３実施形態の油圧発生装置３００の油圧導入路１１５と油圧供給ピストン１０７を無くして、構造をさらに単純化したものである。すなわち、油圧発生装置４００の高分子アクチュエータ１０８は前記第３実施形態のような油圧供給室１１１ではなく、油圧シリンダ１０５と一体に設けられたケーシング４０１のアクチュエータ収容室４０２に収容されている。アクチュエータ収容室４０２は油圧発生室１１０と中間壁４０１ａを隔てて対向している。高分子アクチュエータ１０８の第２電極板１２２は、前記第３実施形態における油圧供給ピストン１０７の代わりに、可動板４０３に電気的に絶縁された状態で結合され、可動板４０３はピストン軸１１３を介して油圧発生ピストン１０６に連結されている。油圧発生ピストン１０６の非加圧側は、通気口４０４を介してオイルポンプの油中又は大気に解放されている。アクチュエータ収容室４０２は、通気口４０５を介して大気に解放されている。ピストン軸１１３は、中間壁４０１ａに対して軸封部材４０６を介して摺動可能に封止されている。

図１４の油圧発生装置４００は、制御装置４０７により、第３実施形態と同様に、高分子アクチュエータ１０８に印加される電圧が制御される。

本発明は前記実施形態に限るものではなく、種々変更することができる。例えば、前記実施形態では第１シリンダ１０５ａと第２シリンダ１０５ｂは一体であるが、別箇に構成してもよい。また、高分子アクチュエータ１０８は周方向に複数に分割してもよい。

以上のように、本発明に係る摩擦締結装置は、自動車の変速機のクラッチ、ブレーキに
好適に利用される可能性がある。

１ 自動変速装置
４０ 第１クラッチ
４１ ドラム（第１部材）
４２ ハブ（第２部材）
５０ 第２クラッチ
６０ 第１ブレーキ
６１ ドラム（第１部材）
６２ ハブ（第２部材）
７０ 第２ブレーキ
８０ 第３ブレーキ
１００ 摩擦締結装置
１０１ａ 摩擦板
１０１ｂ 摩擦板
１０２ 押圧ピストン
１０３ 押圧ピストン作動室
１０４ 油圧発生装置
１０５ 油圧シリンダ
１０６ 油圧発生ピストン
１０７ 油圧供給ピストン
１０８ 高分子アクチュエータ
１０９ 制御装置
１１０ 油圧発生室
１１１ 油圧供給室
１１２ 固定板
１１３ ピストン軸
１１４ 油圧供給路
１１５ 油圧導入路
１１６ 通気口
１１７ ワンウェイバルブ
１１８ 連通路
１２６ 第１スイッチ
１２７ 第２スイッチ
２００ 油圧発生装置
２０１ 低油圧供給室
２０２ 低油圧供給ピストン
２０４ 低油圧導入路
２０５ 通気口
２０６ 摺動部
２０９ 復帰ばね
２１０ 肩部
３００ 油圧発生装置
３０１ 制御装置
４００ 油圧発生装置
４０１ ケーシング
４０２ アクチュエータ収容室
４０３ 可動板
４０４ 通気口
４０５ 通気口
４０７ 制御装置

Claims (10)

1. 第１部材と第２部材の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材に交互に係合する複数の摩擦板と、該摩擦板を軸方向に押圧して前記第１部材と前記第２部材を締結する押圧ピストンとを備えた摩擦締結装置であって、
   前記押圧ピストンを押圧するための油圧発生手段を備え、
   前記油圧発生手段は、
   前記押圧ピストンが作動する押圧ピストン作動室に油圧供給路を介して接続された油圧発生室と、
   前記油圧発生室に設けられた油圧発生ピストンと、
   前記油圧発生ピストンを押圧する高分子アクチュエータと、
   前記高分子アクチュエータを収容し、該高分子アクチュエータの容積変化により油圧を供給する油圧供給室と、
   前記油圧供給室と前記油圧供給路を連通する油圧導入路とから構成されていることを特徴とする摩擦締結装置。
2. 前記高分子アクチュエータは、ピストン軸を介して前記油圧発生ピストンを押圧するように構成され、前記油圧発生ピストンと前記ピストン軸とは相対移動可能に設けられ、前記高分子アクチュエータの容積変化により低圧の油圧を供給している間は前記油圧発生ピストンが停止して前記ピストン軸が移動し、低圧の油圧の供給を終えると前記油圧発生ピストンと前記ピストン軸が同時に移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦締結装置。
3. 前記油圧供給室に油圧供給ピストンが設けられ、
   前記油圧供給ピストンは、前記油圧発生ピストンと連結されて該油圧発生ピストンと連動するように構成され、
   前記高分子アクチュエータは、前記油圧供給ピストンと前記油圧供給室の内壁との間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦締結装置。
4. 前記油圧導入路に、前記油圧供給室から前記油圧供給路への油圧の導入を許容するワンウェイバルブが設けられている請求項１又は２に記載の摩擦締結装置。
5. 前記油圧導入路に、前記油圧供給室から前記油圧供給路への油圧の導入を許容するワンウェイバルブが設けられている請求項３に記載の摩擦締結装置。
6. 前記ワンウェイバルブと前記油圧供給室の間の前記油圧導入路と前記油圧発生室とを連通する連通路が設けられ、
   前記連通路は、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロとなるまで前記油圧発生ピストンが移動する間は、前記油圧発生ピストンの加圧側と連通し、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロとなったときに、前記油圧ピストンによって塞がれ、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロを超えて前記油圧発生ピストンが移動する間は、前記油圧発生ピストンの非加圧側と連通するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の摩擦締結装置。
7. 前記ワンウェイバルブと前記油圧供給室の間の前記油圧導入路と前記油圧発生室とを連通する連通路が設けられ、
   前記連通路は、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロとなるまで前記油圧発生ピストンが移動する間は、前記油圧発生ピストンの加圧側と連通し、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロとなったときに、前記油圧ピストンによって塞がれ、前記複数の摩擦板がクリアランスゼロを超えて前記油圧発生ピストンが移動する間は、前記油圧発生ピストンの非加圧側と連通するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の摩擦締結装置。
8. 前記高分子アクチュエータの変位により低圧の油圧を供給する低油圧供給室と、該低油圧供給室と前記油圧導入路とを連通する低油圧導入路とをさらに備えることを特徴とする請求項１、２、４又は６のいずれかに記載の摩擦締結装置。
9. 前記高分子アクチュエータの変位により低圧の油圧を供給する低油圧供給室と、該低油圧供給室と前記油圧導入路とを連通する低油圧導入路とをさらに備えることを特徴とする請求項３、５又は７のいずれかに記載の摩擦締結装置。
10. 前記低油圧供給室に低油圧供給ピストンが設けられ、
    前記低油圧供給ピストンは、前記油圧供給ピストンと前記油圧発生ピストンと連結されて前記油圧供給ピストンと前記油圧発生ピストンと連動するように構成され、
    前記高分子アクチュエータは、前記油圧供給ピストンと前記油圧供給室の内壁との間に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の摩擦締結装置。

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