JP3932085B2 - Clutch piston mechanism - Google Patents
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Description
【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7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、上記フランジ部は全体としてその外周側ほど上記クラッチプレートに対して離隔する向きに傾斜しているとともに、そのフランジ部の上記端面部の最内周部位を含む領域が上記クラッチプレートの表面と平行な平坦面とされていることによって特徴づけられる(請求項1)。
【0010】
また、同じ目的を達成するため、請求項2に係る発明のクラッチピストン機構は、同じく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、上記フランジ部は全体としてその外周側ほど上記クラッチプレートに対して接近する向きに傾斜しているとともに、そのフランジ部の上記端面部の最内周部位を含む領域が上記クラッチプレートの表面と平行な平坦面とされていることによって特徴付けられる。
【0011】
ここで、以上の請求項1もしくは2に係る発明のクラッチピストン機構においては、クラッチピストンを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上記クラッチプレートに当接して押圧する平坦面となるように機械加工による追加工を施した構成(請求項3)を採用することができる。
【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、請求項1に係る発明においては、クラッチピストンのフランジ部を全体としてその外周ほどクラッチプレートから離隔する向きに傾斜させ、そのクラッチプレートを押圧する端面部の最内周部位を含む領域をクラッチプレートの表面と平行な平坦面とし、これによって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】
一方、請求項2に係る発明においては、上記したフランジ部を全体としてその外周ほどクラッチプレートに 接近する向きに傾斜させ、その上で、クラッチピストンを押圧する端面部の最内周部位を含む領域をクラッチプレートの表面と平行な平坦面とし、これによって上記と同様に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、上記と同等の作用効果を得る。
【0015】
そして、上記の請求項1,2の構成を実現する具体的構成は、請求項3に係る発明のように、クラッチピストンをプレス成形品として、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を施す構成であり、この構成により、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。
【0016】
【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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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、全体として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。すなわち、プレス成形工程において、フランジ部11の外周側を意識的に後退させるとともに、そのフランジ部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、図2にΔで示されるフランジ部11の最内周部位から所定寸法だけ外周側に広がる領域に追加工を施すことにより、その領域をクラッチプレート8aに対して平行な平坦面を形成している。
【0021】
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の最内周部位を含む平坦面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の最内周部位を含む平坦面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。
【0022】
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、図示のように、フランジ部11を全体としてその外周ほどクラッチプレート8aに近づく向きに傾斜させるとともに、そのフランジ部11のクラッチプレート8aへの対向面である下端面11aに、上記と同様に機械加工、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においても、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。
【0023】
以上の図3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4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5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5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8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のテストピースの固定面Fに対する当接位置は、それよりも内側のフランジ部11の下端面の最内周近傍を含む位置であった。
【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6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をクラッチプレートに対して平行な平坦面とし、その平坦面により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。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態の構成を示す要部断面図である。
【図2】 図1の要部断面図である。
【図3】 本発明の他の実施の形態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。
【図4】 本発明の有用性を確認するための行った実験に用いたテストピースの説明図である。
【図5】 本発明の有用性を確認するために行った実験方法の説明図である。
【図6】 本発明を適用したクラッチピストンと従来のクラッチピストンについて、押圧動作時に作用する最大応力を、有限要素法に基づく構造解析により求めた結果を示すグラフである。
【図7】 従来のクラッチピストン機構に用いられているクラッチピストンの構造例を示す断面図である。
【図8】 図7に示す従来のクラッチピストン機構のフランジ部近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 クラッチピストン
11 フランジ部
11a フランジ部下端面(クラッチプレート押圧面)
2 ハウジング
3 シリンダ孔
4 スプリング支持プレート
5 リターンスプリング
6,7 ポート
8 クラッチ
8a クラッチプレート
8b クラッチディスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a clutch piston mechanism that is provided in an automatic transmission such as an automobile and that performs a shifting operation by pressing a clutch plate.
[0002]
[Prior art]
In general, an automatic transmission such as an automobile is provided with a clutch piston mechanism that operates by hydraulic pressure, and a clutch plate is pressed by a piston of the clutch piston mechanism to perform a shift operation.
[0003]
In this type of clutch piston mechanism, a metal clutch piston that is normally slidable in the axial direction in the cylinder hole and biased away from the clutch plate by a return spring is hydraulically applied. The clutch piston is moved to the clutch plate side, and the clutch piston is brought into contact with and pressed against a clutch plate which is a metal annular body.
[0004]
As the clutch piston, a press-molded product is generally used, and a clutch piston having a cross-sectional view shown in FIG. 7 is conventionally used. The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the clutch piston mechanism is an important safety part in an automatic transmission such as an automobile, and its required performance is required to have a long life such as a 10-year warranty and maintenance-free.
[0006]
In the conventional clutch piston shown in FIG. 8 , since the whole is a press-molded product and the end surface portion of the
[0007]
Variations in the stress distribution acting during the operation of the
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and aims to provide a clutch piston mechanism that is lighter and more accurate than conventional ones while satisfying performance requirements for this type of mechanism such as long life and maintenance-free. Yes.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a clutch piston mechanism according to the present invention has a clutch piston disposed in a cylinder hole so as to be slidable in the axial direction, and a flange formed so as to project annularly around the clutch piston. In the clutch piston mechanism configured to press the clutch plate by the end surface portion of the portion, the flange portion as a whole is inclined in the direction away from the clutch plate toward the outer peripheral side, and the flange portion The region including the innermost peripheral portion of the end surface portion is characterized by being a flat surface parallel to the surface of the clutch plate (Claim 1).
[0010]
In order to achieve the same object, the clutch piston mechanism of the invention according to
[0011]
Here, in the clutch piston mechanism of the invention according to
[0012]
The present invention seeks to achieve the intended purpose by stabilizing the contact position (pressing force support position) of the clutch piston with respect to the clutch plate, thereby eliminating variations in the stress distribution acting during operation of the clutch piston. Is.
[0013]
That is, in a clutch piston having a flange portion for pressing the clutch plate around it, the pressure resistance during the operation, that is, the pressing operation of the clutch plate is the contact position with respect to the clutch plate (pressing force support position). It has been confirmed by structural analysis by the present inventors that is improved as the distance from the inner peripheral side of the flange portion approaches. Accordingly, in the invention according to
[0014]
On the other hand, in the invention according to
[0015]
And the concrete structure which implement | achieves the structure of said 1st, 2nd is by the machining to the end surface part which faces a clutch plate of a flange part as a press-molded article like the invention which concerns on
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the
[0017]
The
[0018]
A
[0019]
Now, the
[0020]
The
[0021]
According to the above-described embodiment of the present invention, when the
[0022]
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the
[0023]
Also in the embodiment shown in FIG. 3 described above, the
[0024]
Next, in order to verify the effectiveness of each of the above embodiments, the results of examining the pressure resistance of the
[0025]
The survey results are shown in [Table 1]. In this [Table 1], ○ indicates that there was no permanent deformation, and × indicates that there was permanent deformation. Here, the contact position with respect to the fixed surface F at the time of pressing the fixed surface F, the test pieces of grinding
[0026]
[Table 1]
[0027]
As is clear from this [Table 1], permanent deformation is less likely to occur and the pressure resistance increases as the grinding allowance increases and the contact position with respect to the fixed surface F becomes the inner peripheral side of the end surface portion of the
[0028]
In addition, as a result of investigating the maximum stress generated during the pressing operation with various pressures using the finite element method for the conventional test piece with zero grinding allowance and the test piece with 0.2 mm grinding allowance shown graphically in Figure 6. In this graph, YP represents the yield stress of a high strength steel plate for automobiles that is frequently used as the material of the
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the clutch piston mechanism configured to form the flange portion on the clutch piston and press the clutch piston by the end surface portion of the flange portion, at least the innermost circumference of the end surface portion of the flange portion of the clutch piston Since the region including the part is a flat surface parallel to the clutch plate and the clutch plate is pressed by the flat surface , the stress acting on the clutch piston when the clutch plate is pressed is stable on the low side. This eliminates the need for a safety-aware design due to variations in stress distribution due to press forming accuracy as in the past, and as a result, compared to this type of conventional clutch piston, while ensuring stable performance and longevity. It becomes possible to reduce the thickness by reducing the wall thickness, improving the responsiveness, improving the fuel efficiency of the car, and against the environment Improvements, as well as to achieve improved car total balance. In addition, since the stress can be reduced by suppressing variations in the stress distribution, it is possible to select a material with relatively low strength that is easy to process, and it is possible to facilitate press processing and improve its accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of a
FIG. 4 is an explanatory diagram of a test piece used in an experiment conducted to confirm the usefulness of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an experimental method performed to confirm the usefulness of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the result of structural analysis based on the finite element method for the maximum stress acting during the pressing operation for the clutch piston to which the present invention is applied and the conventional clutch piston.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a structural example of a clutch piston used in a conventional clutch piston mechanism.
8 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the flange portion of the conventional clutch piston mechanism shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1
2
Claims (3)
上記フランジ部は全体としてその外周側ほど上記クラッチプレートに対して離隔する向きに傾斜しているとともに、そのフランジ部の上記端面部の最内周部位を含む領域が上記クラッチプレートの表面と平行な平坦面とされていることを特徴とするクラッチピストン機構。A clutch piston is arranged in the cylinder hole so as to be slidable in the axial direction, and the clutch plate is configured to press the clutch plate by an end surface portion of a flange portion formed in an annular shape around the clutch piston. In the piston mechanism,
The flange portion as a whole is inclined in a direction away from the clutch plate toward the outer peripheral side, and a region including the innermost peripheral portion of the end surface portion of the flange portion is parallel to the surface of the clutch plate. A clutch piston mechanism characterized by a flat surface .
上記フランジ部は全体としてその外周側ほど上記クラッチプレートに対して接近する向きに傾斜しているとともに、そのフランジ部の上記端面部の最内周部位を含む領域が上記クラッチプレートの表面と平行な平坦面とされていることを特徴とするクラッチピストン機構。 A clutch piston is arranged in the cylinder hole so as to be slidable in the axial direction, and the clutch plate is configured to press the clutch plate by an end surface portion of a flange portion formed in an annular shape around the clutch piston. In the piston mechanism,
The flange portion as a whole is inclined toward the outer peripheral side so as to approach the clutch plate, and a region including the innermost peripheral portion of the end surface portion of the flange portion is parallel to the surface of the clutch plate. A clutch piston mechanism characterized by a flat surface .
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