JPWO2015194196A1 - 皿ばね - Google Patents

Abstract

撓み量に対してばね定数が増大する特性により板厚を増加させることなく要求される荷重の確保を容易にすることを可能とする皿ばねを提供する。周回皿形状のばね部（３）を有し、軸方向に相対移動して接近離反する一対の回転部材、例えばアウタープレート（７）及びピストン（９）間にばね部（３）が介設される皿ばね（１）であって、ばね部（３）は、例えばアウタープレート（７）に当接させるためのアール断面形状部（１１）と、アール断面形状部（１１）に連続しばね部（３）の内径側又は外径側の少なくとも一方に形成されて例えばピストン（９）に当接させ両回転部材間で密着状に狭圧可能とするための直線断面形状部（１３）とを有することを特徴とする。

Description

本発明は、自動車用オートマチックトランスミッションなどの多板式クラッチ機構のクラッチ締結時などに生じるショックの吸収のためなどに用いられる皿ばねに関する。

従来、自動車用オートマチックトランスミッション（ＡＴ）や金属ベルト式自動変速機（ＣＶＴ）などの多板式クラッチ機構では、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する皿ばねが用いられている。

図１８は、特許文献１に記載された従来の皿ばね２００を適用した多板式クラッチ機構１００の構成を表す要部拡大断面図である。多板式クラッチ機構１００は、略有底円筒状をなすクラッチドラム１０１を備え、その内周面には軸線方向に延在するインナースプライン１０３が形成されている。クラッチドラム１０１の内部には、クラッチハブ１０５が同芯状に配置され、その外周面にはスプライン１０７が形成されている。

クラッチドラム１０１とクラッチハブ１０５との間には、摩擦クラッチ１０９のアウタープレート１１１及びインナープレート１１３が交互に配置されている。アウタープレート１１１は、クラッチドラム１０１のインナースプライン１０３に係合し、インナープレート１１３は、クラッチハブ１０５のスプライン１０７に係合している。

摩擦クラッチ１０９の一側には、油圧アクチュエーター１１５のピストン１１７が配置され、同他側には、受圧プレート１１９が配置されている。油圧アクチュエーター１１５は、ピストン１１７とクラッチドラム１０１との間に油圧室１２１を備えている。

摩擦クラッチ１０９のアウタープレート１１１と油圧アクチュエーター１１５のピストン１１７との間には、皿ばね２００が介設されている。この皿ばね２００は、外周側が摩擦クラッチ１０９のアウタープレート１１１に対向し、内周側に油圧アクチュエーター１１５のピストン１１７が対向する。

かかる多板式クラッチ機構１００では、油圧室１２１に作動油を供給すると、油圧により駆動されたピストン１１７が、皿ばね２００を介し摩擦クラッチ１０９のアウタープレート１１１及びインナープレート１１３を受圧プレート１１９に対して押圧する。

この押圧で摩擦クラッチ１０９が押圧力に応じて締結され、クラッチドラム１０１とクラッチハブ１０５との間のトルク伝達が制御される。

このとき、皿ばね２００は、ピストン１１７の押圧によりアウタープレート１１１に対して弾性変形し、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する。

かかる皿ばね２００の一般的な荷重特性は、図１９（Ａ）、（Ｂ）のように一定の撓み量を越えると撓み量に対してばね定数が減少する特性である。このため、要求される荷重を確保するためには皿ばね２００の板厚を増加させる必要があり、限られたスペースへの組付けに無理を伴うという問題があった。

特開２００８−７５８７７号公報

解決しようとする問題点は、要求される荷重を確保するためには皿ばねの板厚を増加させる必要があり、限られたスペースへの組付けに無理を伴う点である。

本発明は、一定の撓み量を越える撓み量に対してもばね定数が増大する特性により板厚を増加させることなく要求される荷重の確保を容易にすることを可能とするため、周回皿形状のばね部を有し、軸方向に相対移動して接近離反する一対の回転部材間に前記ばね部が介設される皿ばねであって、前記ばね部は、前記回転部材の一方に当接させるためのアール断面形状部と、このアール断面形状部に連続し前記ばね部の内径側又は外径側の少なくとも一方に形成されて前記回転部材の他方に当接させ前記両回転部材間で密着状に狭圧可能とするための直線断面形状部とを有することを特徴とする。

本発明は、上記構成であるから、一対の回転部材が軸方向に相対移動して接近するとアール断面形状部の回転部材の一方への当接位置が内径側又は外径側へ滑らかに移動し、一定の撓み量を越える撓み量に対してもばね定数が減少することなく増大する。したがって、皿ばねの板厚を増加させることなく要求される荷重を確保することが容易となる。

しかも、直線断面形状部は、両回転部材間で密着状に狭圧可能であるため、ばね部の荷重特性が安定する。

（Ａ）は、皿ばねの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線矢視断面図である。（実施例１） ばね部の断面図である。（実施例１） 皿ばねの荷重特性図である。（実施例１） アール断面形状部の曲率中心位置を示すばね部の断面図である。（実施例１） アール断面形状部の曲率中心位置の相違による皿ばねの荷重特性の相違を示す荷重特性図である。（実施例１） アール断面形状部の曲率半径を示すばね部の断面図である。（実施例１） アール断面形状部の曲率半径の相違による皿ばねの荷重特性の相違を示す荷重特性図である。（実施例１） ばね部の各所の位置関係を示す断面図である。（実施例１） アール断面形状部を複数の曲率で形成したばね部の断面図である。（実施例２） 皿ばねの荷重特性図である。（実施例２） 内外径側に爪を備えたばね部の断面図である。（実施例３） 内外径側に爪を備えたばね部の断面図である。（実施例３） （Ａ）は、内径側にレバーを備えた皿ばねの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線矢視断面図である。（実施例３） （Ａ）は、外径側に爪を備えた皿ばねの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線矢視断面図である。（実施例３） ばね部の断面図である。（実施例４） 図１５のばね部の外径側の径方向長さに応じた荷重の変動を示すグラフである。（実施例４） 図１５のばね部の外径側の径方向長さの変化に応じた荷重とストロークとの関係による荷重特性の変動を示すグラフである。（実施例４） 皿ばねの取り付けを示す多板式クラッチ機構の要部断面図である。（従来例） （Ａ）、（Ｂ）は、皿ばねの荷重特性図である。（従来例）

一定の撓み量を越える撓み量に対してもばね定数が増大する特性により皿ばねの板厚を増加させることなく要求される荷重の確保を容易とすることを可能とするため、ばね部は、回転部材の一方に当接させるためのアール断面形状部と、このアール断面形状部に連続しばね部の内径側又は外径側の少なくとも一方に形成されて回転部材の他方に当接させ両回転部材間で密着状に狭圧可能とするための直線断面形状部とを有することで実現した。

［皿ばねの構造］
図１（Ａ）は、皿ばねの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線矢視断面図、図２は、ばね部の断面図、図３は、皿ばねの荷重特性図である。

図１、図２のように、皿ばね１は、周回皿形状のばね部３を有している。ばね部３の内径内には、孔５を備えている。この皿ばね１のばね部３が、軸方向に相対移動して接近離反する一対の回転部材間に介設されて用いられる。

例えば図１８と同様に、皿ばね１は、自動車用オートマチックトランスミッション（ＡＴ）や金属ベルト式自動変速機（ＣＶＴ）などの多板式クラッチ機構に組み付けられ、一対の回転部材の一方はとしては、摩擦クラッチのアウタープレート７、同他方としては、油圧アクチュエーターのピストン９となる。

この場合、皿ばね１の内径側がアウタープレート７に対するピストン９の押圧で密着状に狭圧可能となる。なお、アウタープレート７及びピストン９は、略して図示している。

なお、皿ばね１の組み付けは、特に限定されるものではなく、摩擦クラッチの受圧プレートとクラッチドラム側のストッパとを一対の回転部材として両者間に組み付けることなどでもよい。

この場合、皿ばね１の外径側が両回転部材で密着状に狭圧可能となる。また内径側の後述する直線断面形状部はなくすこともできる。

ばね部３は、均一の板厚で形成され、アール断面形状部１１と直線断面形状部１３とを有する。

ばね部３は、プレスによって形成され、アール断面形状部１１は、回転部材の一方であるアウタープレート７などに当接させるためのものである。本実施例では自由状態でアール断面形状部１１の中央部が接点となりアウタープレート７に当接する。

アール断面形状部１１の曲率半径Ｒ、中心角θ（図示せず）は、後述の式を満たす限り任意に設定することができる。アール断面形状部１１の曲率中心は、アウタープレート７に対するアール断面形状部１１の接点を通りアウタープレート７の回転軸芯に平行な直線上に位置する。

なお、アール断面形状部１１は双曲線、楕円曲線、その他の曲線で構成することもできる。

直線断面形状部１３は、アール断面形状部１１に連続し前記ばね部３の内径側及び外径側に形成され、内径側直線断面形状部１３ａ及び外径側直線断面形状部１３ｂを有している。図２において内径側直線断面形状部１３ａは、明確化のために一対の太線で範囲を示す。なお、直線断面形状部１３は、内径側又は外径側の一方に形成することもできる。この場合、直線断面形状部１３の形成されない外径側又は内径側に至るようにアール断面形状部１１が形成される。

内径側直線断面形状部１３ａは、回転部材の他方であるピストン９に当接させ両回転部材であるアウタープレート７及びピストン９間で密着状に狭圧可能とする。この狭圧において、アール断面形状部１１はアウタープレート７及びピストン９間で狭圧されない。したがって、内径側直線断面形状部１３ａをアウタープレート７及びピストン９間で確実に密着状に狭圧することができ、荷重特性を正確に得ることができる。

内径側直線断面形状部１３ａ及び外径側直線断面形状部１３ｂのアール断面形状部１１への連続は、段差や角部を有することなく連続的に滑らかに行われる。具体的には、アール断面形状部１１の各端部のアール接線方向に内径側直線断面形状部１３ａ及び外径側直線断面形状部１３ｂが延設されている。

なお、本実施例では外径側直線断面形状部１３ｂをアウタープレート７に平行な角度となるように設定することも可能である。

［荷重特性］
そして、図１８と同様にして皿ばね１が組み付けられた多板式クラッチ機構では、油圧室に作動油を供給すると、油圧により駆動されたピストン９が、皿ばね１の内径側直線断面形状部１３ａの内径側縁部を押圧し始め、押圧力の増大と共に内径側直線断面形状部１３ａがアウタープレート７への密着方向へ変位する。

この変位によりアール断面形状部１１のアウタープレート７に対する接点が漸次内径側に移動してばね定数を高める。

したがって、ピストン９の押圧力が皿ばね１のアール断面形状部１１を介して摩擦クラッチのアウタープレート７に伝達され、アウタープレート７及び図示しないインナープレートが受圧プレートに対して押圧される。

この押圧で摩擦クラッチが押圧力に応じて締結され、クラッチドラムとクラッチハブとの間のトルク伝達が制御される。

このとき、皿ばね１は、前記のようにアール断面形状部１１のアウタープレート７に対する接点を漸次内径側に移動させながら弾性変形し、前記のようにばね定数を増大させながらクラッチ締結時に生じるショックを吸収する。

かかる皿ばね１の荷重特性は、図３のように一定の撓み量を越えても撓み量に対してばね定数が増大して荷重も増大するものとなる。このため、皿ばね１は、板厚を増大させなくても要求される荷重を容易に確保することができる。

すなわち、限られたスペースへの皿ばね１の組付けに無理を伴うことなく容易に行うことが可能となる。

図４は、アール断面形状部の曲率中心位置を示すばね部の断面図、図５は、アール断面形状部の曲率中心位置の相違による皿ばねの荷重特性の相違を示す荷重特性図である。

図４において、アール断面形状部１１のアウタープレート７に対する接点の位置は、回転部材の回転中心に対し、アール中心の位置（Ｒ中心の位置）：φＡとして特定することができる。このＲ中心の位置：φＡを変化させることで、初期の力点が変化するため、荷重の大小をコントロールすることが可能である。Ｒ中心の位置の限界は、内径側か外径側に直線断面形状部１３が設けられなくなる位置となる。

かかるＲ中心の位置：φＡの変化による皿ばね１の荷重特性は、図５のようになる。φＡが小さくなるとストロークに対する荷重の立ち上がりが大きくなり、撓み量に対するばね定数の増大をより大きくすることができる。

図６は、アール断面形状部の曲率半径を示すばね部の断面図、図７は、アール断面形状部の曲率半径の相違による皿ばねの荷重特性の相違を示す荷重特性図である。

図６において、アール断面形状部１１の曲率半径Ｒの大きさを変化させることで初期の着力点が変化するので、荷重の大小をコントロールすることが可能である。Ｒの大きさの上限値は、内径側か外径側に直線断面形状部１３が設けられなくなる大きさとなる。

かかる曲率半径Ｒの変化による皿ばね１の荷重特性は、図７のようになる。Ｒが大きくなるとストロークに対する荷重の立ち上がりが大きくなり、撓み量に対するばね定数の増大をより大きくすることができる。

図８は、ばね部の各所の位置関係を示す断面図である。

上記のように、ばね部３は、アール断面形状部１１を有し、内径側か外径側に直線断面形状部１３が存在する形態となる。この制約は、次のように規定することができる。

直線断面形状部１３がばね部３の内径側に形成され、アール断面形状部１１の曲率半径：Ｒ、アール断面形状部１１の内径側中心角：θ１、アール断面形状部１１の曲率中心の径方向位置：φＡ、ばね部３の内径：φＤ１、内径側直線断面形状部１３ａのアウタープレート７に対するキャンバー角度：αとしたとき、前記ばね部３は、
Ｒ×ｔａｎθ１＜（Ａ−Ｄ１）/cosα
が成立する。

なお、内径側中心角θ１は、アール断面形状部１１のアウタープレート７に対する接点とアール断面形状部１１の曲率中心とを結ぶ半径Ｒによって、アール断面形状部１１の中心角を分割した場合の内径側のものを意味する。

直線断面形状部１３がばね部３の外径側に形成され、アール断面形状部１１の曲率半径：Ｒ、アール断面形状部１１の外径側中心角：θ２、アール断面形状部１１の曲率中心の径方向位置：φＡ、ばね部３の外径：φＤ２、外径側直線断面形状部１３ｂのアウタープレート７に対するキャンバー角度：βとしたとき、前記ばね部３は、
Ｒ×ｔａｎθ２＜（Ｄ２−Ａ）/cosβ
が成立する。

なお、外径側中心角θ２は、上記のようにアール断面形状部１１の中心角を分割した場合の外径側のものを意味する。

このようにして、皿ばね１の板厚を増加させることなく、アール断面形状部１１により変形に応じてばね定数を高め、要求される荷重を容易に確保することが容易となる。

また、皿ばね１の板厚を増加させる必要がないから、多板クラッチ機構等の限られたスペースへの組付けに無理がない。

しかも、直線断面形状部１３は、両回転部材間であるアウタープレート７及びピストン９間で密着状に狭圧可能であるため、ばね部３の荷重特性が安定するとともに、摩擦クラッチの締結制御を的確に行わせることができる。

図９、図１０は、本発明の実施例２に係り、図９は、アール断面形状部を複数の曲率で形成したばね部の断面図、図１０は、皿ばねの荷重特性図である。

図９において、本実施例の皿ばね１Ａのばね部３Ａは、アール断面形状部を複数の曲率半径Ｒ１、Ｒ２で形成し、第１、第２アール断面形状部１１Ａａ、１１Ａｂを相互に滑らかに連続させた。第１アール断面形状部１１Ａａが外径側直線断面形状部１３Ａｂに滑らかに連続し、第２アール断面形状部１１Ａｂが内径側直線断面形状部１３Ａａに滑らかに連続することは、実施例１同様である。

かかる曲率半径Ｒの変化による皿ばね１Ａの荷重特性は、図１０のようになる。Ｒ１の作動範囲にＲ２の作動範囲を連続させ、撓み量に対するばね定数の増大をより大きくすることができる。

その他、構造の変形及び作用効果は実施例１同様である。

図１１〜図１４は、本発明の実施例３に係り、図１１、図１２は、内外径側に爪を備えたばね部の断面図、図１３（Ａ）は、内径側にレバーを備えた皿ばねの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線矢視断面図、図１４（Ａ）は、外径側に爪を備えた皿ばねの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線矢視断面図である。

この実施例３は、ばね部の内径側又は外径側の少なくとも一方に係合用の凸部として爪やレバーを備えた。

図１１の皿ばね１Ｂのばね部３Ｂは、爪として内径爪３Ｂａ及び外径爪３Ｂｂを備えている。アール断面形状部１１Ｂ、内径側直線断面形状部１３Ｂａ、外径側直線断面形状部１３Ｂｂを備えていることは実施例１と同様である。

図１２の皿ばね１Ｃのばね部３Ｃは、爪として内径爪３Ｃａ及び外径爪３Ｃｂを備え、ている。内径爪３Ｃａ及び外径爪３Ｃｂは、ばね部３Ｃに対して相互に逆方向へ折り曲げられている。アール断面形状部１１Ｃ、内径側直線断面形状部１３Ｃａ、外径側直線断面形状部１３Ｃｂを備えていることは実施例１と同様である。

図１３の皿ばね１Ｄのばね部３Ｄは、レバーとして内径レバー３Ｄａを備えている。アール断面形状部１１Ｄ、内径側直線断面形状部１３Ｄａ、外径側直線断面形状部１３Ｄｂを備えていることは実施例１と同様である。

図１４の皿ばね１Ｅのばね部３Ｅは、爪として外径爪３Ｅｂを備えている。アール断面形状部１１Ｅ、内径側直線断面形状部１３Ｅａ、外径側直線断面形状部１３Ｅｂを備えていることは実施例１と同様である。

図１５〜図１７は、本発明の実施例４に係り、図１５は、ばね部の断面図、図１６は、図１５のばね部の外径側の径方向長さに応じた荷重の変動を示すグラフ、図１７は、図１５のばね部の外径側の径方向長さに応じた荷重とストロークとの関係による荷重特性の変動を示すグラフである。

実施例４の皿ばね１Ｆは、実施例１の構造を前提に、ばね部３Ｆの外径側の部分である外径側直線断面形状部１３Ｆｂの径方向長さＬ（＝Ｄ２−Ａ）を、その径方向長さＬに応じた荷重変動特性に基づいて設定したものである。

荷重変動特性は、図１６のように、外径側直線断面形状部１３Ｆｂの径方向長さＬの増加に応じて非線形（曲線状）に漸次荷重が増加するようになっている。なお、図１６では、異なる径方向長さＬを有する皿ばね１Ｆを特定のストロークで撓ませた状態の荷重を対比したものとなっている。

かかる荷重変動特性の荷重の増加は、外径側直線断面形状部１３Ｆｂの径方向長さＬが増加すると、ばね部３Ｆの剛性が高まることに基づいている。また、荷重の増加は、外径側直線断面形状部１３Ｆｂの体積増加に依存するため、外径側直線断面形状部１３Ｆｂの径方向長さＬの増加に対して非線形となる。

この図１６の荷重変動特性に基づいて外径側直線断面形状部１３Ｆｂの径方向長さＬを設定すると、長さ設定に応じて図１７の二点鎖線で示すように荷重とストロークとの関係による荷重特性が変動する。

すなわち、荷重特性の変動としては、図１６のように特定のストロークでの荷重が増減すると、これに応じて図１７の荷重特性において対応するストロークでの荷重（例えば点Ｐ）が増減する。

この荷重（例えば点Ｐ）の変動に応じ、荷重特性は、全体としてストロークに対する荷重の立ち上がりが変動することになる。具体的には、外径側直線断面形状部１３Ｆｂの径方向長さＬが大きくなれば、ストロークに対する荷重の立ち上がりが大きくなり、ストローク（撓み量）に対するばね定数の増大をより大きくすることができる。逆に、径方向長さＬが小さくなれば、ストロークに対する荷重の立ち上がりが小さくなる。

従って、本実施例の皿ばね１Ｆでは、外径側直線断面形状部１３Ｆｂの径方向長さＬの設定により、荷重特性をコントロールすることが可能となる。しかも、本実施例の皿ばね１Ｆでは、径方向長さＬの増減に応じて非線形に荷重を増減させることができるため、径方向長さＬを大きくしてばね定数の増大をより大きくする場合でも、径方向長さＬが不用意に大きくなることを抑制することができ、限られたスペースへの組付けに無理がない。

その他、本実施例は、構造の変形及び作用効果は実施例１と同様である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ 皿ばね
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ ばね部
３Ｂａ、３Ｃａ、３Ｃａ 内径爪（凸部）
３Ｂｂ、３Ｃｂ、３Ｃｂ、３Ｅｂ 外径爪（凸部）
３Ｄａ 内径レバー（凸部）
１１、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ アール断面形状部
１１Ａａ 第１アール断面形状部（アール断面形状部）
１１Ａｂ 第２アール断面形状部（アール断面形状部）
１３ 直線断面形状部
１３ａ、１３Ａａ、１３Ｂａ、１３Ｃａ、１３Ｄａ、１３Ｅａ、１３Ｆａ 内径側直線断面形状部
１３ｂ、１３Ａｂ、１３Ｂｂ、１３Ｃｂ、１３Ｄｂ、１３Ｅｂ、１３Ｆｂ 外径側直線断面形状部
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ 曲率半径
θ アール断面形状部の中心角
φＡ アール断面形状部の曲率中心の径方向位置
φＤ１ ばね部の内径
α、β キャンバー角度

Claims (6)

1. 周回皿形状のばね部を有し、軸方向に相対移動して接近離反する一対の回転部材間に前記ばね部が介設される皿ばねであって、
   前記ばね部は、前記回転部材の一方に当接させるためのアール断面形状部と、このアール断面形状部に連続し前記ばね部の内径側又は外径側の少なくとも一方に形成されて前記回転部材の他方に当接させ前記両回転部材間で密着状に狭圧可能とするための直線断面形状部とを有する、
   ことを特徴とする皿ばね。
2. 請求項１に記載の皿ばねであって、
   前記ばね部は、前記アール断面形状部を複数の曲率半径で形成した、
   ことを特徴とする皿ばね。
3. 請求項１記載の皿ばねであって、
   前記直線断面形状部が前記ばね部の内径側に形成され、前記アール断面形状部の曲率半径：Ｒ、前記アール断面形状部の内径側中心角：θ１、前記アール断面形状部の曲率中心の径方向位置：φＡ、前記ばね部の内径：φＤ１、前記内径側の直線断面形状部の前記回転部材の一方に対するキャンバー角度：αとしたとき、
   前記ばね部は、
   Ｒ×ｔａｎθ１＜（Ａ−Ｄ１）/cosα
   が成立する
   ことを特徴とする皿ばね。
4. 請求項１記載の皿ばねであって、
   前記直線断面形状部が前記ばね部の外径側に形成され、前記アール断面形状部の曲率半径：Ｒ、前記アール断面形状部の外径側中心角：θ２、前記アール断面形状部の曲率中心の径方向位置：φＡ、前記ばね部の外径：φＤ２、前記外径側の直線断面形状部の前記回転部材の一方に対するキャンバー角度：βとしたとき、
   前記ばね部は、
   Ｒ×ｔａｎθ２＜（Ｄ２−Ａ）/cosβ
   が成立する
   ことを特徴とする皿ばね。
5. 請求項１〜４の何れか１項記載の皿ばねであって、
   前記ばね部の内径側又は外径側の少なくとも一方に係合用の凸部を備えた、
   ことを特徴とする皿ばね。
6. 請求項１〜５の何れか１項記載の皿ばねであって、
   前記ばね部の外径側の部分の径方向長さは、該部分の径方向長さの増加に応じて非線形に漸次荷重が増加する前記ばね部の荷重変動特性に基づいて設定された、
   ことを特徴とする皿ばね。
   
   

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