| 【発明の名称】 |
クラッチピストン機構 |
| 【発明者】 |
【氏名】笠原 文明
【氏名】應矢 敏明
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| 【要約】 |
【課題】長寿命、メンテナンスフリー等のこの種の機構に対する要求性能を満たしながら、従来に比してクラッチピストンを軽量化することのできるクラッチピストン機構を提供する。
【解決手段】クラッチプレート８ａを押圧すべく、クラッチピストン１の周囲に突出形成されたフランジ部１１の端面部１１ａが、少なくともその最内周部位を含む領域においてラッチプレート８ａに当接して押圧するように構成することで、クラッチプレート８ａの押圧動作時にクラッチピストン１に作用する応力を低い側で安定させ、クラッチピストン１の薄肉化と軽量化を図る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シリンダ孔内に軸方向に摺動可能にクラッチピストンが配置されているとともに、そのクラッチピストンの周囲に円環状に突出形成されたフランジ部の端面部によりクラッチプレートを押圧するように構成されたクラッチピストン機構において、上記クラッチピストンのフランジ部の上記端面部が、少なくともその最内周部位を含む領域において上記クラッチプレートに当接して押圧するように構成されていることを特徴とするクラッチピストン機構。
【請求項２】 上記クラッチピストンがプレス成形品であり、そのフランジ部の上記端面部が、内周側ほど上記クラッチプレートに接近した錐面によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のクラッチピストン機構。
【請求項３】 上記クラッチピストンがプレス成形品であり、そのフランジ部の上記端面部が、少なくともその最内周部位を含む領域が上記クラッチプレートに当接して押圧するように機械加工による追加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載のクラッチピストン機構。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の自動変速機に設けられて、クラッチプレートを押圧して変速動作を行うためのクラッチピストン機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車等の自動変速機には、一般に、油圧により動作するクラッチピストン機構が設けられ、このクラッチピストン機構のピストンによってクラッチプレートを押圧して変速動作を行うようになっている。
【０００３】この種のクラッチピストン機構においては、通常、シリンダ孔内に軸方向に摺動可能に設けられ、かつ、リターンスプリングによってクラッチプレートから離隔する向きに付勢された金属製のクラッチピストンを、油圧によってクラッチプレート側に移動させ、そのクラッチピストンを金属製の環状体であるクラッチプレートに当接させてこれを押圧するように構成されている。
【０００４】クラッチピストンとしては、一般にプレス成形品が用いられ、従来、図８に断面図を示すような形状のものが用いられている。この例におけるクラッチピストン８１は、その一端部の周囲に円環状に突出するフランジ部８２が形成され、そのフランジ部８２の端面部をクラッチプレート８３に当接させて、クラッチプレート８３を図中下方に押圧してクラッチをＯＮ／ＯＦＦするようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、クラッチピストン機構は、自動車等の自動変速機における重要保安部品であり、その要求性能として、１０年保証やメンテナンスフリーといった長寿命化が求められている。
【０００６】図８に示した従来のクラッチピストンにおいては、全体がプレス成形品であってそのフランジ部８２の端面部についてもプレス仕上げとなっているため、クラッチプレート８３に対する当接位置、つまりクラッチプレート８３の押圧力支持位置がプレス加工による成形精度に起因してばらつく。この押圧力支持位置が変化すると、クラッチピストン８１に作用する応力分布に差が生じることが、有限要素法によるシュミレーション並びに実験の双方によって確認できている。
【０００７】クラッチピストン８１の動作時に作用する応力分布のばらつきは、製品寿命に大きな差が生じる原因となるため、その設計に当たっては、製造工程における成形のばらつきを考慮して、安全を見た設計とならざるを得ない。その結果、従来のこの種のクラッチピストン機構においては、クラッチピストンの板厚の増加による重量増大、並びにそれに伴う応答性の低下、および、高強度材料（一般に難加工材料である）の使用によるクラッチピストンのプレス精度の低下に伴う製品精度の低下、といった種々の弊害が生じている。
【０００８】本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、長寿命、メンテナンスフリーといったこの種の機構に対する要求性能を満たしながら、従来に比して軽量で高精度のクラッチピストン機構の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明のクラッチピストン機構は、シリンダ孔内に軸方向に摺動可能にクラッチピストンが配置されているとともに、そのクラッチピストンの周囲に円環状に突出形成されたフランジ部の端面部によりクラッチプレートを押圧するように構成されたクラッチピストン機構において、クラッチピストンのフランジ部の上記端面部が、少なくともその最内周部位を含む領域において上記クラッチプレートに当接して押圧するように構成されていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１０】ここで、本発明においては、以上の構成を実現するより具体的な構成として、クラッチピストンをプレス成形品とし、そのフランジ部の上記端面部を、内周側ほどクラッチプレートに接近する向きに傾斜した錐面によって形成する構成（請求項２）を採用することができる。
【００１１】また、他の構成として、クラッチピストンを上記と同様にプレス成形品とするとともに、そのフランジ部の上記端面部を、少なくともその最内周部位を含む領域がクラッチプレートに当接して押圧するように機械加工による追加工を施した構成（請求項３）を採用することもできる。
【００１２】本発明は、クラッチプレートに対するクラッチピストンの当接位置（押圧力支持位置）を安定させることにより、クラッチピストンの動作時に作用する応力分布のばらつきをなくすことで、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１３】すなわち、周囲にクラッチプレートを押圧するためのフランジ部が形成されたクラッチピストンにおいては、その動作時、つまりクラッチプレートの押圧動作時における耐圧性は、クラッチプレートに対する当接位置（押圧力支持位置）がフランジ部の内周側に近づくほど向上することが、本発明者らによる構造解析によって確かめられた。そこで、本発明においては、クラッチピストンのフランジ部が、その最内周部位を含む領域においてクラッチプレートに対して当接してこれを押圧するように構成することで、クラッチピストンの動作時における応力分布を、耐圧性が高くなる状態で安定させる。これにより、応力分布のばらつき分の安全を見越した設計が不要となり、従来に比して肉厚を薄くすることができるとともに、プレス加工が容易で精度を出しやすい比較的低強度の材料を用いることができ、これにより、軽量かつ高精度のクラッチピストンが得られる。
【００１４】そして、この種のクラッチピストンがプレス成形品であることを勘案した場合、上記のようにフランジ部の最内周部位を含む領域をクラッチプレートの押圧力支持位置とする構成を実現する具体的な構成の一つは、請求項２に係る発明のように、フランジ部のクラッチプレートに向く端面部を、内周側ほどクラッチプレートに接近した錐面によって形成する構成であり、他の一つは、請求項３に係る発明のように、フランジ部のクラッチプレートに向く端面部に機械加工による追加工施す構成であり、これらのいずれの構成においても、クラッチプレートへの押圧支持位置を安定してフランジ部の最内周部位を含む領域とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態の構成を示す要部断面図で、図２はそのクラッチピストン１のフランジ部１１の近傍の拡大図である。
【００１６】全体として偏平な略環状をしたクラッチピストン１は、ハウジング２に形成されたシリンダ孔３内に軸方向（図中上下方向）に摺動可能に設けられている。シリンダ孔３内には、ハウジング２に固定されたスプリング支持プレート４が臨んでおり、このスプリング支持プレート４に一端が保持されたリターンスプリング５によって、クラッチピストン１は図中上方に付勢されている。
【００１７】スプリング支持プレート４の外周にはシール部材４ａが固着されており、このシール部材４ａはクラッチピストン１の裏面側（図中下面側）の内周面に全周にわたって接触している。また、クラッチピストン１の表面側（図中上面側）の外周および内周には、シリンダ孔３に対して摺動接触するシール部材１ａが固着されており、これらの各シール部材４ａおよび１ａによって、シリンダ孔３内は、クラッチピストン１よりも上方の圧力室Ａと、クラッチピストン１とスプリング支持プレート４の間に形成された油室Ｂに仕切られた状態となっている。そして、ハウジング２には、圧力室Ａおよび油室Ｂをそれぞれ外部に対して連通させるためのポート６およびポート７が形成されている。以上の構成により、通常はリターンスプリング５の付勢力によって図示のようにシリンダ孔３内の上限に位置しているクラッチピストン１は、ポート６を介して圧力室Ａ内に圧油を供給することによって、リターンスプリング５の付勢力に抗して図中下方に移動するようになっている。
【００１８】さて、クラッチピストン１はプレス成形体であって、その周囲に円環状に突出形成されたフランジ部１１を有している。そして、このフランジ部１１に対向して、クラッチプレート８ａおよびクラッチディスク８ｂからなるクラッチ８が配置されており、クラッチピストン１が油圧により図中下方に移動したとき、フランジ部１１の下端面１１ａがクラッチプレート８ａを下方に押圧するようになっている。クラッチプレート８ａはハウジング２に対して例えばスプライン結合によって図中上下方向に変位自在に支持されており、このクラッチプレート８ａが図中下方に押圧されることにより、クラッチディスク８ｂに対して摩擦係合されてクラッチ８が繋がった状態となる。
【００１９】クラッチピストン１の周囲から円環状に突出したフランジ部１１は、当該クラッチピストン１の中心軸Ｃに対して直角とはなっておらず、図２に示すように、その外周ほどクラッチプレート８ａから離隔するような角度に成形されている。これにより、フランジ部１１の下端面１１ａは、その内周側ほどクラッチプレート８ａに接近する円錐面を形成している。このフランジ部１１の中心軸Ｃに対する直角からの逸脱角度θは、クラッチピストン１のプレス成形工程におけるフランジ部１１の角度成形誤差に比して充分に大きな角度に設定されている。
【００２０】以上の本発明の実施の形態によると、クラッチピストン１が下降したときには、このクラッチピストン１のプレス成形精度に起因してフランジ部１１の中心軸に対する角度に多少の誤差が生じていても、常にフランジ部１１の最内周部位がクラッチプレート８ａに当接してこれを押圧することになる。ここで、クラッチピストン１のクラッチプレート８ａに対する当接・押圧位置が、フランジ部１１の内周側となるほど、後述するようにクラッチピストン１の耐圧性が向上し、従って、以上の実施の形態によれば、プレス加工精度に影響されることなく、常にフランジ部１１の最内周部位がクラッチプレート８ａに当接するため、その状態での応力分布に従って、クラッチピストン１の肉厚並びに材料を用いた設計を行うことができ、プレス加工精度のばらつきに起因するクラッチプレート８ａに対する当接位置の変化分を見越した設計をしていた従来のこの種のクラッチピストンに比して軽量化並びに高精度化を図ることができる。
【００２１】次に、本発明の他の実施の形態について述べる。図３はそのクラッチピストン１のフランジ部１１の近傍の断面図である。この例における特徴は、フランジ部１１のクラッチプレート８ａへの対向面である下端面１１ａに、機械加工、例えば研削加工や旋盤加工等、による追加工を施すことにより、フランジ部１１の下端面１１ａの最内周部位を含む全面を、クラッチプレート８ａの表面と平行な平坦面としている。図３において、Δで示されている部分が追加工による削除部分を示している。
【００２２】ここで、機械加工による追加工で平坦化する領域は、以上のようにフランジ部１１の下端面１１ａの全面とするほか、図４に要部断面図を示すように、フランジ部１１の最内周部位から所定寸法だけ外周側に広がる領域のみとし、それより外周側の領域については、クラッチプレート８ａから遠ざかるように、プレス成形工程において意識的に後退させた構成を採用してもよい。なお、この図４においても、追加工による削除部分はΔで示されている。
【００２３】以上の図３および図４に示す実施の形態においても、クラッチピストン１は、常に最内周部位を含む一定領域において安定してクラッチプレート８ａに当接するため、先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００２４】次に、以上の各実施の形態の有効性を実証するため、クラッチピストン１のフランジ部の端面形状を変化させ、その耐圧性を実験により調査した結果について言及する。この実験においては、図５に示すように、プレス成形により製造されて、そのフランジ部１１が成形工程におけるスプリングバック等によって、外周側が一定の若干角度だけクラッチプレート８ａ側に接近するように傾斜した従来品であるクラッチピストン１をテストピースとして用いた。そして、そのフランジ部１１の端面部を研削加工により追加工してクラッチプレート８ａと平行な平坦面を形成するとともに、その追加工時における研削代δを種々に変化させ、それぞれのテストピースについて実際のクラッチピストン機構を模した実験装置に組み込み、図６に示すように、クラッチプレートに見立てた固定面Ｆに対してフランジ部１１の端面部を種々の圧力のもとに押しつけ、図６においてαで示される最も変形しやすい部位における永久変形の有無を調査した。
【００２５】調査結果を〔表１〕に示す。この〔表１〕において、○は永久変形が無かったことを示し、×は永久変形が有ったことを示している。ここで、固定面Ｆの押圧時における固定面Ｆに対する当接位置は、従来品である研削代０のテストピースが、図９にそのフランジ部近傍の拡大断面図を示すように直径ＤP の位置であり、研削代０．２０ｍｍのテストピースが、図２に示すように、それよりも内側の直径ＤA の位置であった。
【００２６】
【表１】
【００２７】この〔表１〕から明らかなように、研削代を多くして固定面Ｆに対する当接位置がフランジ部１１の端面部の内周側となるほど、永久変形が生じにくく、耐圧性が向上することが確かめられた。
【００２８】また、従来品である研削代０のテストピースと、研削代０．２ｍｍのテストピースについて、有限要素法を用いた構造解析により、種々の圧力による押圧動作時において発生する最大応力を調査した結果を図７にグラフで示す。このグラフにおいて、ＹＰはクラッチピストン１の材質として多用されている自動車用高張力鋼板の降伏応力を表している。このグラフからも明らかなように、クラッチピストン１の押圧力支持位置がフランジ部１１の内周側となるほど、降伏応力の発生圧力並びに永久変形の発生圧力が大きくなり、本発明の構成による耐圧性の向上効果を確認することができた。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、クラッチピストンにフランジ部を形成し、そのフランジ部の端面部によりクラッチピストンを押圧するように構成されたクラッチピストン機構において、クラッチピストンのフランジ部の端面部の少なくとも最内周部位を含む領域でクラッチプレートを押圧するように構成しているから、クラッチプレートの押圧時にクラッチピストンに作用する応力が低い側で安定し、従来のようにプレス成形精度に起因する応力分布のばらつき分の安全を見越した設計が不要となる結果、安定した性能および寿命を確保しながら、従来のこの種のクラッチピストンに比してその肉厚を削減して重量を軽減することが可能となり、応答性の向上、自動車の燃費の向上、対環境性の向上、並びに車のトータルバランスの向上を達成することができる。また、応力分布のばらつきを抑えて作用応力を低減できるために、比較的低強度の加工しやすい材料を選定することが可能となり、プレス加工の容易化とその精度の向上を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１２４７
【氏名又は名称】光洋精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月５日（１９９９．１１．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９０６０８
【弁理士】
【氏名又は名称】河▲崎▼ 眞樹
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２７７５（Ｐ２００１−１３２７７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３１５９５８ |
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