JP2005282811A - 自動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルク逆転時の変速ショックを低減する自動変速機の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 動力源に接続する入力軸１と、駆動輪に接続する出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に設置され、前記入力軸の回転方向に対する前記出力軸の回転方向を制御する前後進切換機構３とを備え、前記前後進切換機構は、入力軸の回転方向と同じ方向の回転を前記出力軸に伝達するときに係合する第１クラッチ５と、入力軸の回転方向と逆方向の回転を前記出力軸に伝達するときに係合する第２クラッチ６と、前記第１、第２クラッチの係脱を制御するピストン９、１３とを備えた自動変速機において、前記第１、第２クラッチの少なくとも一方と前記ピストンとの間に介装され、前記ピストンの変位を前記クラッチに伝達するとともに、変位量に応じてバネ定数が段階的に変化する皿バネ２０を設けた。
【選択図】 図５

Description

本発明は、自動変速機に関するものである。

従来、自動変速機の前後進切換機構に備えられるクラッチと、このクラッチの係合を制御するピストンとの間にリング状の皿バネを設置するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−３２９１８号公報

しかしながら、従来の皿バネのバネ特性は、一定のバネ定数を備えており、変速シフトがＲ→Ｎ→ＤやＤ→Ｎ→Ｒのような伝達トルク方向逆転時に、ショックが大きくなったり、またはショックを抑制すると必要なクラッチ容量に達するまでの時間が長くなるという課題がある。

上記の問題を鑑み、本発明は、トルク方向逆転時のショックの低減と必要なクラッチ容量に達するまでの時間の短縮とを両立する自動変速機を提供することを目的とする。

本発明の第１の発明は、動力源に接続する入力軸と、駆動輪に接続する出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に設置され、前記入力軸の回転方向に対する前記出力軸の回転方向を制御する前後進切換機構とを備え、前記前後進切換機構は、前記入力軸の回転方向と同じ方向の回転を前記出力軸に伝達するときに係合する第１クラッチと、前記入力軸の回転方向と逆方向の回転を前記出力軸に伝達するときに係合する第２クラッチと、前記第１、第２クラッチの係脱を制御するピストンとを備えた自動変速機において、前記第１、第２クラッチの少なくとも一方と前記ピストンとの間に介装され、前記ピストンの変位を前記クラッチに伝達するとともに、変位量に応じてバネ定数が段階的に変化する皿バネを設けた。

第２の発明は、第１の発明において、前記皿バネが、所定変位量までバネ定数が低く、所定変位量以上でバネ定数が高くなる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記皿バネが、その表裏面に板厚方向に高さの異なる凸部を有し、前記凸部を介して前記ピストンと前記クラッチに接触する波形形状を有する。

第４の発明は、第３の発明において、前記皿バネのバネ特性が、前記ピストンと前記クラッチが前記高い凸部にのみ接触したときに低いバネ定数となり、前記高い凸部と低い凸部とに接触した時に高いバネ定数となる。

第１の発明によれば、前後進切換機構のクラッチとピストンの間に設置した皿バネのバネ定数を段階的に変化するように構成したので、車両が前進時から後進に切り換わる、あるいは後進から前進に切り変わるシフトレンジ切換時に伝達トルクが逆転するためクラッチの係合状態が切り換わりショックが生じるが、ピストンとクラッチとの間に設置した皿バネのバネ定数を低下させ、前後進切換時のショックを低減し、かつ、切換後には皿バネのバネ定数を高いバネ定数に切り換えるため、クラッチの容量を速やかに高めることができる。

第２から第４の発明によれば、弾性部材である皿バネの形状を板厚方向に高さの異なる凸部を有するようにして、高い凸部にピストンが接触した時に低いバネ定数となり、低い凸部に接触する時に高いバネ定数となるため、低いバネ定数の時にシフトレンジ切換時のショックを低減し、かつ高いバネ定数の時にクラッチの容量を速やかに確保することができる。

図１と図２は、本発明を適用したＶベルト式無段変速機の部分概略図である。

このＶベルト式無段変速機は、エンジンの動力が伝達される入力軸１と、入力軸１の回転速度を変速し、図示しない出力軸に伝達するプライマリプーリ、セカンダリプーリおよびプライマリプーリとセカンダリプーリ間に掛け渡されるＶベルトを備える。さらに入力軸１から固定プーリ２に伝達される動力の回転方向を制御する前後進切換機構３が入力軸１と前記プライマリプーリの固定プーリ２との間に設置される。なお、本実施形態では、変速機としてＶベルト式無段変速機を用いて説明するがこれに限られない。

図２を参照すると、前後進切換機構３は、１組の遊星歯車機構４と、２つのクラッチ（フォワードクラッチ５とリバースクラッチ６）とから構成される。フォワードクラッチ５が係合され、リバースクラッチ６が非係合の場合には、入力軸１の回転と同方向の回転が図示しない出力軸に伝達され、一方、リバースクラッチ６が係合され、フォワードクラッチ５が非係合の場合には、入力軸１の回転と逆方向の回転がプライマリプーリの固定プーリ２に伝達される。

前後進切換機構３を詳しく説明すると、遊星歯車機構４のリングギア４ｒは、スプラインで入力軸１と同軸に形成されたフォワードクラッチドラム７の円筒状の外壁７ａ内側に連結される。またフォワードクラッチドラム７の内壁７ｂも入力軸１と同軸に円筒状に形成され、内壁７ｂは入力軸１にスプライン結合される。

またフォワードクラッチドラム７の外壁７ａ内側には、フォワードクラッチ５のドリブンプレート５ａがスプラインで連結され、一方、ドリブンプレート５ａに係合するドライブプレート５ｂは遊星歯車機構４のサンギア４ｓに連結するハブ１５に固定される。ここで、ドリブンプレート５ａとドライブプレート５ｂは入力軸１と平行方向に積層状に構成される。つまりフォワードクラッチ５は多板式クラッチとして構成される。また、サンギア４ｓは、固定プーリ２に接続する。

遊星歯車機構４のピニオン４ｐを支持するピニオンシャフト４ｐｓが固定されるキャリア４ｃはリバースクラッチ６を介して自動変速機のケース８に固定される。リバースクラッチ６もフォワードクラッチ５と同様に、多板式クラッチとして構成される。

フォワードクラッチドラム７の外壁７ａと内壁７ｂの端部を繋ぐ側壁７ｃが形成され、これら壁により画成されるフォワードクラッチドラム７には、皿バネ２０を介してフォワードクラッチ５を入力軸と平行方向に押し付けるピストン９が設置される。ピストン９は、フォワードクラッチドラム７の側壁７ｃとの間に形成される油室１０の油圧により入力軸方向に移動し、フォワードクラッチ５を押し付け、ドリブンプレート５ａとドライブプレート５ｂ間に摩擦力を発生させ、入力軸１に伝達されたエンジンの動力をサンギア４ｓに伝達する。油室１０には入力軸１に形成された油路１ａから作動油が供給される。

ドリブンプレート５ａとピストン９との間にリング状の皿バネ２０が設置され、この皿バネ２０は、ピストン９がドリブンプレート５ａに接触する際のショックを緩和し、ドリブンプレート５ａとドライブプレート５ｂとの係合をスムースにする。この皿バネ２０の詳細形状については後述する。

フォワードクラッチドラム７に固定される一方、ピストン９の内面とシールを介して摺動するハブ１１が設置され、このハブ１１とフォワードクラッチドラム７と間にフォワードクラッチドラム７を入力軸方向に押圧するスプリング１２が設置される。このスプリング１２はピストン９をフォワードクラッチ５から離れる方向に付勢する。このようなスプリング１２を設置したため、フォワードクラッチ５の非係合時には、油室１０に作動油が供給されず、油室１０の油圧が低下し、スプリング１２の付勢力が油室１０内の油圧によるピストン９をフォワードクラッチ５方向に移動させる力を上回り、ピストン９がフォワードクラッチ５から離れる方向に移動し、フォワードクラッチ５の係合を中断する。

リバースクラッチ６を押圧し、リバースクラッチ６のドリブンプレート６ａとドライブプレート６ｂ間に摩擦力を発生させるためのピストン１３がケース８に設置され、ケース８とピストン１３との間の油室１４に作動油が供給することでピストン１３がリバースクラッチ６を押圧し、リバースクラッチ６を係合状態とする。なお、リバースクラッチ６を非係合状態とするスプリングは図示しない。

このように構成された自動変速機において、本発明の特徴的な構成である皿バネ２０の構成について、図を用いて次に説明する。

図３から図７は、本発明の皿バネ２０の詳細形状および特性を説明するための図である。図３から図５に示す皿バネ２０の形状を参照すると、皿バネ２０は、一定板厚の鋼板からなる環状のリングであって、皿バネ２０の側面形状は、板厚方向に凹凸を有する波形に形成され、波形の皿バネ２０は、高さの異なる２つの凸部、つまり第１接触部２１と第１接触部より低い第２接触部２２、および同一面上に形成される凹部２３とからなる。

前述のようにリング状の皿バネ２０は、ドリブンプレート５ａとピストン９との間に設置されており、油圧によるピストン９の移動により、皿バネ２０が入力軸方向に変形し、所定のバネ特性を発生する。

まず図５に示すように、ピストン９が皿バネ２０の第１接触部２１をドライブプレート側に押し、皿バネ２０が変形する。この間のバネ特性は、図７に示すような低い第１のバネ定数ｋ１を生じる。そして皿バネ２０がピストン９により、さらにドライブプレート側に押し込まれ、ピストン９が第２接触部２２に当ると、バネ定数ｋは第１のバネ定数ｋ１より高い第２のバネ定数ｋ２に変化する。このように本発明の皿バネ２０は、高低２つの接触部２１、２２を備えたため、皿バネ２０のバネ定数ｋを低い第１のバネ定数ｋ１から高い第２のバネ定数ｋ２に第２接触部２２への接触を境として切り換えることができる。

すなわち、皿バネ２０は前述のように一定板厚の鋼板を波形に形成し、波の高さ（凸部）を高低、２種類として高い凸部を第１接触部２１、低い凸部を第２接触部２２とした。いま、ピストン９が移動すると、まず高い第１接触部２１に当るが、ピストン９が第１接触部に接触する箇所は少なく、したがって、第１接触部に負荷される荷重は大きくなる。このため、第１接触部２１の変形量が大きくなり、言い換えると第１接触部２１にピストン９が接触している時の皿バネ２０のバネ定数は小さくなる。皿バネ２０の変位量が一定とするとバネ定数が小さくなるとドリブンプレート５ａに作用する押圧力も小さくなり、フォワードクラッチ５の伝達力が小さくなって、ショックを低減することができる。

ピストン９がさらに移動して、第２接触部２２に当ると、ピストン９がさらバネ２０に接触する箇所は、第１接触部２１と第２接触部２２とになり、したがって、各接触部に負荷される荷重が小さくなる。したがって、各接触部の変形量は小さくなり、言い換えると、ピストン９が第１、第２接触部に接触している時のさらバネ２０のバネ定数は大きくなる。このため、。皿バネ２０の変位量が一定とするとバネ定数が大きくなるとドリブンプレート５ａに作用する押圧力も大きくなり、フォワードクラッチ５の伝達力が大きくなって、クラッチ容量を急速に高めることができる。

なお、本実施の形態では、バネ定数を高低２種類の特性を達成するために波形の皿バネを用いたが、例えば、コイルバネを用いてバネ特性に変化を持たせるようにしてもよい。また、この実施の形態の皿バネ２０では、第１接触部２１と第２接触部２２とが交互に形成されているが、所望のバネ特性を満足するように第１接触部２１と第２接触部２２との個数や高さ、さらに皿バネの材質や板厚を調整することはいうまでもない。

このように本発明では、フォワードクラッチ５のドリブンプレート５ａとドライブプレート５ｂとの係合初期には、ピストン９の移動を低いバネ定数ｋ１の皿バネ２０を介してドリブンプレート５ａに伝達するようにしたので、伝達トルクが小さくなり、トルクの伝達方向が逆転するシフトレンジが前後進切り換え時、つまりＲ→Ｎ→ＤあるいはＤ→Ｎ→Ｒ切り換え時のショックを低減することができる。また、皿バネ２０の第２接触部２２にピストン９が接触してからは、皿バネ２０のバネ定数が高いバネ定数ｋ２に切り換わり、フォワードクラッチ５の係合に必要なクラッチ容量に達するまでの時間を短縮することができる。

図８は、本発明の皿バネ２０を用いた場合の効果を説明する図である。図において、実線で示す特性が本発明の皿バネ２０を用いた時の特性である。一点鎖線が従来の特性、破線が従来のショック対策特性を示す。前後進切り換え時のＲ→Ｎ→Ｄ切換を例として説明する。

時刻ｔ１でＮ→Ｄに切り換わり、油室１０の油圧の上昇を指令する指令値が出される。指令値の出力から遅れて、時刻ｔ２で、クラッチ容量が増加し、ドライブシャフトトルクの変動、つまりショックが生じる。ショックは時刻ｔ３でピークとなるが、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの皿バネ２０のバネ定数は、低い第１のバネ定数ｋ１であり、従来技術のピークに比べて、バネ定数が低い分、フォワードクラッチ５に伝達されるピストン９のクラッチ押圧力を抑制し、ドライブシャフトに伝達されるトルクを制限してショックのピークを低減することができる。

そしてピークが生じる時刻ｔ３以降は、皿バネ２０のバネ定数が高い第２のバネ定数ｋ２に切り換わり、従来技術と同じく時刻ｔ５の時点で、必要クラッチ容量が確保される。また、ショックのピークが過ぎてから皿バネ２０のバネ定数を第２のバネ定数に切換えることで、従来のショック対策特性、つまり皿バネのバネ特性が低いバネ定数の場合には必要クラッチ容量に達する時刻ｔ７を、時刻ｔ６まで短縮し、従来技術と同等にすることができる。

また、図９は、従来と本発明の皿バネ２０のバネ特性を比較した図である。図９から明らかなとおり、本発明の皿バネのバネ定数は、第２接触部２２に接触するまでは、従来の皿バネのバネ定数より低く、従来のショック対策特性のバネ定数と同等である。そして、第２接触部２２に接触した後は、従来のバネ定数より高く設定される。

したがって、本発明の２つの高低の異なる凸部（第１、第２接触部２１、２２）を有する皿バネ２０を用いた場合には、変位量に応じてバネ定数を段階的に変化させることができ、ピストン９が第２接触部２２に接触するまでの皿バネ２０のバネ定数ｋ１を低く抑えたため、シフトレンジ切り換え時（つまり、トルク方向の逆転が生じるＲ→Ｎ→ＤまたはＤ→Ｎ→Ｒ切り換え時、図６中、時刻ｔ３）に生じるショックを抑制することができる。

一方、ピストン９が第２接触部２２に接触した後は、皿バネ２０のバネ定数が高いバネ定数ｋ２に切り換わるため、Ｎ→ＤあるいはＮ→Ｒ切り換え時（時刻ｔ１）からフォワードクラッチ５の締結に必要なクラッチ容量を確保するまでのタイムラグ（時刻ｔ７からｔ６までの時間）を従来と同等に維持することができる。

このようにして、本発明では、皿バネのバネ特性を２段階に変化させることで、シフトレンジ切換時のショックの低減と必要クラッチ容量確保までの時間の維持との両立を図ることができる。

なお、本実施形態では、ピストン９とフォワードクラッチ５のドリブンプレート５ａとの間に皿バネ２０を設置したが、リバースクラッチ６のドリブンプレート６ａとピストン１３との間に皿バネを設置することで、シフトレンジの前後進切り換え時のショックをさらに低減することができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。

本発明を適用した自動変速機は、前後進切り換え時のショックを低減することが可能であり、自動変速機を搭載した車両に有用である。

本発明の自動変速機の部分構成図である。 同じく自動変速機の部分構成図である。 皿バネの正面図である。 皿バネの側面図である。 本発明の皿バネの効果を説明する図である。 本発明の皿バネの効果を説明する図である。 皿バネのバネ特性を示す図である。 本発明を時系列で説明するタイミングチャートである。 皿バネのバネ特性を示す図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 固定プーリ
３ 前後進切換機構
４ 遊星歯車機構
４ｓ サンギア
４ｒ リングギア
４ｃ キャリア
４ｐｓ ピニオンシャフト
５ フォワードクラッチ（第１クラッチ）
５ａ ドリブンプレート
５ｂ ドライブプレート
６ リバースクラッチ（第２クラッチ）
６ａ ドリブンプレート
６ｂ ドライブプレート
７ フォワードクラッチドラム
７ａ 外壁
７ｂ 内壁
７ｃ 側壁
８ ケース
９ ピストン
１０ 油室（クラッチ室）
１１ ハブ
１２ スプリング
１３ ピストン
１４ 油室
１５ ハブ
１６ ピストン座
２０ 皿バネ

Claims (4)

1. 動力源に接続する入力軸と、
   駆動輪に接続する出力軸と、
   前記入力軸と前記出力軸との間に設置され、前記入力軸の回転方向に対する前記出力軸の回転方向を制御する前後進切換機構とを備え、
   前記前後進切換機構は、前記入力軸の回転方向と同じ方向の回転を前記出力軸に伝達するときに係合する第１クラッチと、前記入力軸の回転方向と逆方向の回転を前記出力軸に伝達するときに係合する第２クラッチと、前記第１、第２クラッチの係脱を制御するピストンとを備えた自動変速機において、
   前記第１、第２クラッチの少なくとも一方と前記ピストンとの間に介装され、前記ピストンの変位を前記クラッチに伝達するとともに、変位量に応じてバネ定数が段階的に変化する皿バネを設けることを特徴とする自動変速機。
2. 前記皿バネは、所定変位量までバネ定数が低く、所定変位量以上でバネ定数が高くなることを特徴とする請求項１に記載の自動変速機。
3. 前記皿バネは、その表裏面に板厚方向に高さの異なる凸部を有し、前記凸部を介して前記ピストンと前記クラッチに接触する波形形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の自動変速機。
4. 前記皿バネのバネ特性は、前記ピストンと前記クラッチが前記高い凸部にのみ接触したときに低いバネ定数となり、前記高い凸部と低い凸部とに接触した時に高いバネ定数となることを特徴とする請求項３に記載の自動変速機。

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