JP4821174B2 - 変速機のクラッチ構造 - Google Patents

Description

本発明は、変速機に用いられるクラッチ構造に関し、自動車に搭載される変速機の技術分野に属する。

一般に、自動車に搭載される自動変速機は、変速歯車機構の動力伝達経路を多板式のクラッチ等の複数の摩擦締結装置の選択的作動により切り換えて、所定の変速段に変速するように構成されたものであるが、前記クラッチは、例えば特許文献１、２に開示されているように、次のように構成されている。

即ち、図１３に示すように、クラッチ１００は、入力側または出力側の動力伝達要素に固着されたドラム１０１と、前記動力伝達要素のうち他方の動力伝達要素に連結されたハブ１０２と、前記ドラム１０１及びハブ１０２に１枚ずつ交互にスプライン嵌合された複数枚のクラッチ板１０３…１０３とを有する。ドラム１０１は、円板状の縦壁１０１ａと、その外周縁及び内周縁から軸方向に延びる円筒状の外周壁１０１ｂ及び内周壁１０１ｃとを有する。

そして、ドラム１０１の外周壁１０１ｂと内周壁１０１ｃとの間には、軸方向に摺動可能な環状のピストン１０４が嵌合されており、該ドラム１０１とピストン１０４とによって油圧室１０５が形成されている。また、内周壁１０１ｃには、ピストン１０４を非締結側に付勢するリターンスプリング１０６の一端を支持するバネ受け部材１０７が設けられている。さらに、図示の例では、バネ受け部材１０７とピストン１０４とで、前記油圧室１０５における遠心油圧を相殺するための遠心バランス室１０７ａを形成するようになっている。

一方、前記油圧室１０５を密封するために、ドラム１０１の外周壁１０１ｂの内周面とピストン１０４の外周縁との間をシール部材１０８によりシールするシール部１０８ａと、ドラム１０１の内周壁１０１ｃの外周面とピストン１０４の内周縁との間をシール部材１０９によりシールするシール部１０９ａとが設けられている。また、前記遠心バランス室１０７ａを密封するために、ピストン１０４の内周縁とバネ受け部材１０７の外周縁との間をシール部材１１０によりシールするシール部１１０ａが設けられている。

そして、前記油圧室１０５に作動油圧が供給されると、ピストン１０４がリターンスプリング１０６に抗して移動して前記ドラム１０１側のプレート１０３…１０３とハブ１０２側のプレート１０３…１０３とが互いに圧着され、ドラム１０１とハブ１０２との間で動力の伝達が行われる。
特開平２００４−２５１３１０号公報 特開平２００４−２１１８０１号公報

ところで、近年の自動変速機では、例えばＤレンジのアイドル停車時に、クラッチがニュートラル状態に制御され、エンジン負荷の低減により燃費改善を図る所謂ニュートラルアイドルの状態に制御されることがある。さらに、このようにクラッチを完全にニュートラル状態にしてしまうと、発進時に締結ショックが生じるという問題があるので、これを回避するために、クラッチを微係合状態にするスリップ制御を行うことにより燃費改善と発進性とを両立させることがあり、このようなスリップ制御では、油圧室に供給する油圧の調整により、クラッチ締結力の微妙な制御が行われる。

しかしながら、このようなスリップ制御では、ピストンの摺動部をシールするシール部の摺動抵抗により、クラッチの微妙な締結力の制御の安定性と応答性とが低下し、精度の良いスリップ制御が阻害されるという問題がある。これに対しては、締結力の微妙な制御を行うときに、摺動抵抗の影響を小さくするために油圧室の供給する油圧を増大させることが考えられるが、クラッチ締結の際のショックの発生が問題になる。

そこで、本発明は、変速機のクラッチ構造において、微係合状態におけるクラッチ締結力の安定性及び応答性を向上させることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、回転軸上に配置されるドラムと、該ドラムの外周壁と内周壁との間に軸方向に摺動可能に収容されたピストンと、該ピストン背部の油圧室への作動圧の供給制御により締結力が制御される複数のクラッチ板とを有し、前記ピストンの内外周部に摺動部が設けられた変速機のクラッチ構造であって、前記油圧室は、前記ピストン背部の径方向の外周側に設けられた外周側油圧室と内周側に設けられた内周側油圧室とに画成され、外周側油圧室は、ドラム縦壁の外周側内面部に形成された環状凹部と、該環状凹部に嵌合するようにピストン背面に突設された環状凸部とにより形成されていると共に、前記摺動部にシール部が設けられ、該シール部の１つは、前記環状凸部の内周部と前記環状凹部の内周面との間に設けられ、環状凸部の内周面に装着されたシール部材と、ピストンの摺動範囲においてクラッチ締結位置側が非締結位置側より縮径するように形成された環状凹部の内周面とで構成されることにより、摺接力がピストンの摺動範囲においてクラッチ非締結位置側より締結位置側が小さくなるように設けられていることを特徴とする。

なお、前記クラッチ板は、変速用のクラッチの他、トルクコンバータ等の流体伝動装置の入力側と出力側とを連結するロックアップクラッチであって多板式に構成されたものが対象となる。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の変速機のクラッチ構造において、前記ドラムの縦壁には、前記外周側油圧室へ油圧を供給する油圧供給通路が設けられていると共に、該ドラムは、該油圧供給通路が設けられている部分が他の部分と異なる部材で構成されていることを特徴とする。

そして、請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の変速機のクラッチ構造において、ピストンのクラッチ板側には、遠心力による油圧室の油圧を相殺する遠心バランス室をピストンと共に形成するプレート部材が配設され、前記ピストンには、内周側油圧室の外周部と遠心バランス室とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、スリップ制御の際に、油圧室に油圧の供給制御が行われ、この油圧によりピストンがクラッチの非締結位置側から締結位置側に移動してクラッチ板が圧着されて微係合状態になる。このとき、少なくとも１つのシール部は、摺接力がピストンの摺動範囲においてクラッチ非締結位置側より締結位置側が小さくなるように設けられているので、微係合状態におけるピストンの摺動抵抗が軽減され、締結力の安定性と応答性が向上する。この結果、適正なスリップ量によりニュートラルアイドル等のスリップ制御時のドライバビリティが向上することになる。また、摺動抵抗の軽減により油圧室に供給する油圧を低減させることができるので、燃費向上が実現されると共に、締結ショックが防止される。また、ピストンが非締結位置側にあるときは、比較的大きな摺接力が確保されているので、オイル漏れが防止され、オイル漏れのエネルギロスによる燃費悪化が抑制される。

具体的には、前記油圧室が、前記ピストン背部の径方向の外周側に設けられた外周側油圧室と内周側に設けられた内周側油圧室とに画成され、外周側油圧室が、ドラム縦壁の外周側内面部に形成された環状凹部と、該環状凹部に嵌合するようにピストン背面に突設された環状凸部とにより形成されている構成において、前記１つのシール部は、前記環状凸部の内周部と環状凹部の内周面との間に設けられ、このシール部において、微係合状態では環状凸部の内周部に装着されたシール部材が環状凹部の内周面に対して摺動することになる。このとき、環状凹部の内周面がピストンの摺動範囲においてクラッチ締結位置側が非締結位置側より縮径されているので、締結位置側における摺接力が小さくなり、前記作用効果が得られる。

一方、このようなピストンを制御するために２つの油圧室が設けられたクラッチ構造においては、ピストンの受圧面積が可変であり、スリップ制御時には、外周側油圧室に油圧を供給することにより制御され、完全締結時には両方の油圧室に油圧が供給されるように構成されることがある。このような場合、前述のように締結位置でのシール力が低減されているので、微係合状態における外周側油圧室から内周側油圧室へのオイルの漏れ量が増大し、これによって微係合状態から締結状態に移行する際のピストンのストロークによる内周側油圧室の必要油量の増大が補われ、クラッチ締結時の内周側油圧室への充填遅れが防止される。

ところで、ドラムには内周側油圧室に作動油を供給する油圧供給通路が設けられることがある。この場合、ドラムは油路を加工するために切削性の良い材料が要求される。請求項２に記載の発明によれば、油圧供給通路が設けられている部分が他の部分と異なる部材で構成されているので、この部材を切削性の良い材料で構成し、加工の容易化を図ることができる。さらに、このように別部材で構成することによって、加工の自由度が向上し、該部材ひいてはドラムのコンパクト化を図ることができる。

一方、非締結要求時の遠心圧による誤締結を防止するために、遠心バランス室を設け、油圧を相殺させることが一般的に行われているが、微係合などを含む締結要求時には、遠心バランス室の充填状態の違いによる遠心油圧の違いは、締結力の違いとなり、締結のタイミングやクラッチ伝達力の違いによる駆動力への影響などが発生する。特に、始動初期の冷間時で、さらに低回転時などでは、潤滑部への作動油の供給がままならず潤滑用の油路から分配される遠心バランス室の遠心油圧が発生しない場合があり、その場合は締結力過多になる。

また、前記請求項１に示したように、油圧室が分割されている場合は、ストローク量分の油路充填状況が異なる場合があり、そのときは遠心バランス室の遠心油圧からのピストンを押し戻す力に対抗できる内周側油圧室からの押付け力が発生せず締結力不足になる。

これに対して、請求項３に記載の発明によれば、外周側油圧室への油圧のみを使う微係合状態においてのクラッチ締結力の安定を図るため、径方向で内周側油圧室までの範囲の遠心バランス室と内周側油圧室のと遠心圧が常に同じとなるように内周側油圧室の外周側に連通孔が設けられている。連通孔は、充填状態を互いに補い合いながら互いの充填状態を促進し、必然的に連通孔の両側の油圧を揃えることで遠心圧によるピストンへの力が完全に相殺されることになる。

この結果、遠心油圧の影響が低減されるので締結力制御の精度が高められ、適正なスリップ量や無駄の少ない油圧での締結が実現され、ニュートラルアイドルやスリップ制御時のドライバビリティや燃費低減作用の実現が可能となり、クラッチの耐久信頼性の向上などにも寄与する。

また、遠心バランス室側に供給された潤滑油が連通孔により内周側油圧室に供給されるので、該内周側油圧室の油圧充填状態（プリチャージ化）がよくなるため、微係合状態から締結状態に切り換えた際の応答性が向上することにもなって、ニュートラルアイドル制御から発進する際の応答性や変速時の応答性なども高まり、応答遅れによる出足感不足や変速ショックが低減される。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る車両の自動変速機１０は、主たる構成要素として、トルクコンバータ２０と、該コンバータ２０の出力により駆動される変速歯車機構として前後（以下、エンジン側を前方、反エンジン側を後方とする）に隣接して配置された第１、第２遊星歯車機構３０，４０と、これらの遊星歯車機構３０，４０でなる動力伝達経路を切り換えるクラッチやブレーキ等の複数の摩擦締結装置５１〜５５及びワンウェイクラッチ５６とを有し、これらによりＤレンジにおける１〜４速、Ｓレンジにおける１〜３速及びＬレンジにおける１〜２速と、Ｒレンジにおける後退速とが得られるようになっている。

前記トルクコンバータ２０は、エンジン出力軸１に連結されたケース２１内に固設されたポンプ２２と、該ポンプ２２に対向状に配置されて該ポンプ２２により作動油を介して駆動されるタービン２３と、該ポンプ２２とタービン２３との間に介設され、かつ、変速機ケース１１にワンウェイクラッチ２４を介して支持されてトルク増大作用を行うステータ２５と、前記ケース２１とタービン２３との間に設けられ、該ケース２１を介してエンジン出力軸１とタービン２３とを直結するロックアップクラッチ２６とで構成されている。そして、前記タービン２３の回転がタービンシャフト２７を介して遊星歯車機構３０，４０側に出力されるようになっている。

ここで、このトルクコンバータ２０の後方には、該トルクコンバータ２０のケース２１を介してエンジン出力軸１により駆動されるオイルポンプ１２が配置されている。

一方、前記第１、第２遊星歯車機構３０，４０は、いずれも、サンギヤ３１，４１と、このサンギヤ３１，４１に噛み合った複数のピニオン３２…３２，４２…４２と、これらのピニオン３２…３２，４２…４２を支持するピニオンキャリヤ３３，４３と、ピニオン３２…３２，４２…４２に噛み合ったリングギヤ３４，４４とで構成されている。

そして、前記タービンシャフト２７と第１遊星歯車機構３０のサンギヤ３１との間にフォワードクラッチ５１が、同じくタービンシャフト２７と第２遊星歯車機構４０のサンギヤ４１との間にリバースクラッチ５２が、また、タービンシャフト２７と第２遊星歯車機構４０のピニオンキャリヤ４３との間に３−４クラッチ５３がそれぞれ介設されていると共に、第２遊星歯車機構４０のサンギヤ４１を固定する２−４ブレーキ５４が備えられている。

さらに、第１遊星歯車機構３０のリングギヤ３４と第２遊星歯車機構４０のピニオンキャリヤ４３とが連結されて、これらと変速機ケース１１との間にローリバースブレーキ５５とワンウエイクラッチ５６とが並列に配置されていると共に、第１遊星歯車機構３０のピニオンキャリヤ３３と第２遊星歯車機構４０のリングギヤ４４とが連結されて、これらに出力ギヤ１３が接続されている。

そして、この出力ギヤ１３が、中間伝動機構６０を構成するアイドルシャフト６１上の第１中間ギヤ６２に噛み合わされていると共に、該アイドルシャフト６１上の第２中間ギヤ６３と差動装置７０の入力ギヤ７１とが噛み合わされて、前記出力ギヤ１３の回転が差動装置７０のデフケース７２に入力され、該差動装置７０を介して左右の車軸７３，７４が駆動されるようになっている。

ここで、前記各クラッチやブレーキ等の摩擦締結装置５１〜５５及びワンウェイクラッチ５６の作動状態と変速段との関係をまとめると、次の表１に示すようになる。

ところで、前記摩擦締結装置５１〜５５のうち、少なくとも前進段達成に用いられるクラッチ、すなわちフォワードクラッチ５１と３−４クラッチ５３には多板式のクラッチが用いられており、以下、その構造について説明する。なお、フォワードクラッチ５１と３−４クラッチ５３とは類似した構成とされているので、ここではフォワードクラッチ５１の構造についてのみ説明し、３−４クラッチ５３の構造についての説明は省略する。

図２に示すように、このフォワードクラッチ５１は、変速機ケース１１に回動自在に支持されたタービンシャフト２７に固着されたクラッチドラム５１１と、第１遊星歯車機構３０のサンギア３１（図１参照）の前方への延長部３１ａにスプライン結合されたクラッチハブ５１２と、該ハブ５１２にスプライン結合された複数枚のドライブプレート５１３ａ…５１３ａと、該ドライブプレート５１３ａ…５１３ａに対して交互に配置されると共に前記ドラム５１１にスプライン結合された複数枚のドリブンプレート５１３ｂ…５１３ｂと、前記ドラム５１１内に軸方向に摺動可能に収納され、該ドラム５１１との間に外周側油圧室５１４ａ，内周側油圧室５１４ｂを形成するピストン５１５と、タービンシャフト２７に固着され、前記ピストン５１５と共に遠心バランス室５１６を形成するプレート部材５１７とを有している。

ドラム５１１は、環状の縦壁５１１ａと、円筒状の外周壁５１１ｂ及び内周壁５１１ｃとを有し、軸心で分割される上下半分の部分の断面が略コ字状とされている。前記縦壁５１１ａの外周側かつ内面側には、環状に凹んで形成された環状凹部５１１ｄが設けられている。

前記ドラム５１１は、主に前記外周壁５１１ｂを構成する外周部材５１１ｘと、該外周部材５１１ｘの内周側端部の溶接部５１１ｓで溶接されて主に縦壁５１１ａ及び内周壁５１１ｃを構成する中間部材５１１ｙと、該中間部材５１１ｙの内周側端部の溶接部５１１ｔで溶接されてタービンシャフト２７に一体形成された内周部材５１１ｚとで構成されている。また、前記外周部材５１１ｘの材質はＪＩＳ記号名称でＳＰＣ１、中間部材５１１ｙの材質は同じくＳ１５Ｃ、内周部材５１１ｚの材質は同じくＳＣＭ４４０Ｈで構成されている。そして、前記中間部材５１１ｙには、前記外周側油圧室５１４ａに油圧を供給するための複数の連通路５１１ｙ′…５１１ｙ′（図２には１つの連通路のみを図示）が円周方向で等配分に設けられ、これらの連通路５１１ｙ′…５１１ｙ′は、ドラム内周壁５１１ｃの内周面から環状凹部５１１ｄに至るようにタービンシャフト２７に対して垂直方向に穿設されている。また、中間部材５１１ｙには、内周側油圧室５１１ｂに油圧を供給するための複数の連通路５１１ｙ″…５１１ｙ″（図２には１つの連通路のみを図示）が同じくそれぞれ円周方向で等配分に設けられている。

また、ピストン５１５の外周側には、前方に突出する環状凸部５１５ａが設けられており、該環状凸部５１５ａは前記ドラム５１１の環状凹部５１１ｄに嵌合されている。そして、ドラム５１１の環状凹部５１１ｄとピストン５１５の環状凸部５１５ａとで形成された空間が外周側油圧室５１４ａとされ、その内周側に形成された空間が内周側油圧室５１４ｂとされている。

一方、プレート部材５１７はタービンシャフト２７に固定された略板盤状の部材である。前記ピストン５１５には、環状凸部５１５ａの外周部から後方側に延長部５１５ｂが設けられ、前記プレート部材５１７の外周縁が該延長部５１５ｂの内周面に摺接するように構成されている。そして、プレート部材５１７によりピストン５１５の後方側に形成された空間が遠心バランス室５１６とされている。該遠心バランス室５１６には、タービンシャフト２７の内部に穿設された油路２７ａから連通路２７ｂを介して作動油が供給される。また、ピストン５１５には、遠心バランス室５１６と内周側油圧室５１４ｂの外周部とを連通する連通孔５１５ｃが設けられている。

一方、前記ピストン５１５が摺動する際に他の部材と対接する４つの摺動部には第１〜第４シール部５１８ａ〜５１８ｄが設けられている。前記ピストン５１５の前部には、環状の第１シール部材５１９ａが装着され、該シール部材５１９ａの各摺動部には前記第１〜第３シール部５１８ａ〜５１８ｃが設けられている。また、前記プレート部材５１７の外周縁には、環状の第２シール部材５１９ｂが装着され、該シール部材５１９ｂとピストン５１５との摺動部には前記第４シール部５１８ｄが設けられている。なお、前記第１、２シール部材５１９ａ，５１９ｂは、リップ状の突出部を有するゴム製のリップシールである。

まず、図３に拡大して示すように、第１シール部５１８ａは、ピストン５１５の内周部とドラム内周壁５１１ｃとの間に設けられ、前記第１シール部材５１９ａの内周部に前方側に突出して設けられた第１リップ部５１９ａ_１と、ドラム内周壁５１１ｃの外周面５１１ｃ′とで構成されている。ドラム内周壁５１１ｃの外周面５１１ｃ′は、ピストン５１５の摺動範囲Ｒｓにおいて、後方側が前方側に比べて縮径するように形成されている。

また、図４に拡大して示すように、第２シール部５１８ｂは、ピストン５１５の外周部とドラム外周壁５１１ｂとの間に設けられ、前記第１シール部材５１９ａの環状凸部５１５ａの外周側から前方側に設けられた第２リップ部５１９ａ_２と、ドラム外周壁５１１ｂの内周面５１１ｂ′とで構成されている。ドラム外周壁５１１ｂの内周面５１１ｂ′は、ピストン５１５の摺動範囲Ｒｓにおいて、後方側が前方側に比べて拡径するように形成されている。

さらに、図５に拡大して示すように、第３シール部５１８ｃは、ピストン５１５の環状凸部５１５ａの内周面と環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄ′との間に設けられ、前記第１シール部材５１９ａの環状凸部５１５ａの内周側から前方側に設けられた第３リップ部５１９ａ_３と、環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄ′とで構成されている。環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄ′は、後方側が前方側に比べて縮径するように形成されている。

また、図６に拡大して示すように、第４シール部５１８ｄは、ピストン５１５の延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′とプレート部材５１７の外周部との間に設けられ、前記第２シール部材５１９ｂの前方側に設けられた第４リップ部５１９ｂ_４と、前記延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′とで構成されている。延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′は、ピストン５１５の摺動範囲Ｒｓにおいて、後方側が前方側に比べて縮径するように形成されている。

ところで、図２に示すように、外周側油圧室５１４ａには、オイルポンプハウジング１２′に設けられた油路１２ａ、変速機ケース１１に設けられた油路１１ａ、及びドラム５１１の中間部材５１１ｙに設けられて環状凹部５１１ｄに至る連通路５１１ｙ′…５１１ｙ′を介して油圧が供給される。

また、内周側油圧室５１４ｂには、オイルポンプハウジング１２′に設けられた油路１２ｂ（図示せず）、変速機ケース１１に設けられた油路１１ｂ、及びドラム５１１の中間部材５１１ｙに設けられて内周側油圧室５１４ｂに至る連通路５１１ｙ″を介して油圧が供給される。

そして、外周側油圧室５１４ａ及び内周側油圧室５１４ｂに油圧が供給されたときに、ピストン５１５がリターンスプリング５１７ａに抗して後方に移動して前記ドライブプレート５１３ａ…５１３ａ及びドリブンプレート５１３ｂ…５１３ｂを圧着させ、前記ドラム５１１とハブ５１２とを結合することになる。

また、この自動変速機１０の油圧制御回路８０には、上記外周側油圧室５１４ａに供給する油圧を制御するリニアソレノイドバルブ８１と、内周側油圧室５１４ｂに供給する油圧を制御するコントロールバルブ８２とが備えられている。

このリニアソレノイドバルブ８１は、通電時にソレノイドコイルに発生する磁力によりスプール８１ａが軸方向（図面右方向）に移動することにより出力圧Ｐ１を変化させる公知のものであり、図７に示すように制御電流がＩａ以上の範囲では制御電流の増加にほぼ比例して出力圧Ｐ１が増加する特性を有している。また、制御電流がＩｃ以上の範囲は、油圧源Ｐから供給されたライン圧Ｐｌｉｎｅがそのまま出力されている状態であり、制御電流がＩａ以下の範囲は、油圧が全く出力されていない状態である。

この油圧回路８０においては、油圧源Ｐに接続されてライン圧が供給される第１入力ライン８３がリニアソレノイドバルブ８１の入力ポートに、前記油路１２ａを介して外周側油圧室５１４ａに通じる第１出力ライン８４が同バルブ８１の出力ポートに接続されている。また、上記第１出力ライン８４から分岐した制御圧ライン８５がコントロールバルブ８２の制御ポートに、上記ライン圧が供給される第２入力ライン８６が同バルブ８２の入力ポートに、油路１２ｂを介して内周側油圧室５１４ｂに通じる第２出力ライン８７が同バルブ８２の出力ポートに接続されている。

一方、制御電流がＩｂ以下では、油圧Ｐ１が小さいのでコントロールバルブ８２のスプール８２ａの移動量も少なく、第２入力ライン８６と第２出力ライン８７とは連通しない。この結果、内周側油圧室５１４ｂに供給される油圧Ｐ２はゼロとなる。

そして、制御電流がＩｂより大きくなると、油圧Ｐ１が大きくなって、コントロールバルブ８２のスプ−ル８２ａがさらに右側に移動し、この結果、第２入力ライン８６と第２出力ライン８７とが連通して、内周側油圧室５１４ｂに油圧Ｐ２が供給されることとなる。なお、制御電流がＩｃ以上の範囲は、油圧源Ｐから供給されたライン圧Ｐｌｉｎｅがそのまま出力されることになる。

ところで、クラッチの非締結時には、リニアソレノイドバルブ８１の制御電流がＩａより小さくなるように制御され、外周側、内周側油圧室５１４ａ，５１４ｂの両方から油圧がドレンされた状態になる。この状態では、ピストンに油圧は作用させないが、油圧室５１４ａ，５１４ｂには作動油が充填された状態（プリチャージの状態）になっている。

また、スリップ制御による微係合時には、リニアソレノイドバルブ８１の制御電流がＩｂ〜Ｉａ間の値に制御され、外周側油圧室５１４ａには油圧Ｐ１が供給され、内周側油圧室５１４ｂの油圧はドレンされてプリチャージ状態になる。

そして、クラッチ締結時には、リニアソレノイドバルブ８１の制御電流がＩｃより大きくなるように制御され、外周側油圧室５１４ａには油圧Ｐ１が供給され、内周側油圧室５１４ｂには油圧Ｐ２が供給される。

一方、クラッチの締結状態が変化したときに、前述の第１〜第４シール部５１８ａ〜５１８ｄのシール力が以下のように変化することになる。

即ち、第１シール部５１８ａにおいて、図８（ａ）に示すように、非締結状態では、第１シール部材５１９ａの第１リップ部５１９ａ_１がドラム内周壁５１１ｃの外周面５１１ｃ′に押付けられてシール力Ｆ１が確保される。そして、この状態から微係合状態に切り換えられた際には、ピストン５１５に作用する油圧が増大され、ピストン５１５が前方側に移動することになる。

このとき、図８（ｂ）に示すように、ピストン５１５の移動方向に沿ってドラム内周壁５１１ｃの外周面５１１ｃ′が縮径され、つまり締め代が減少するように形成されているので、第１リップ部５１９ａ_１による押付け力が減少し、シール力が、Ｆ１より小さいＦＡ〜ＦＢの範囲の値に減少することになる。さらに、クラッチ締結状態では、図８（ｃ）に示すように、第１リップ部５１９ａ_１に油圧Ｐ２が作用し、この油圧Ｐ２により第１リップ部５１９ａ_１によるドラム内周壁５１１ｃの外周面５１１ｃ′への押付け力が増大し、シール力がＦＣに増大することになる。

また、第２シール部において、非締結状態では、第１シール部材５１９ａの第２リップ部５１９ａ_２のドラム外周壁５１１ｂの内周面５１１ｂへの押付けによるシール力Ｆ２が確保される。

そして、ピストン５１５の移動方向に沿ってドラム外周壁５１１ｂの内周面５１１′が拡径され、つまり締め代が減少するように形成されているので、非締結状態から微係合状態に切り換えられた際に、第２リップ部５１９ａ_２による押付け力が減少し、シール力が、Ｆ２より小さいＦＡ〜ＦＢの範囲の値に減少することになる。さらに、クラッチ締結状態では、第２リップ部５１９ａ_２に油圧Ｐ１が作用し、第２リップ部５１９ａ_２によるドラム外周壁５１１ｂの内周面５１１ｂ′への押付け力が増大し、シール力がＦＣに増大することになる。なお、微係合状態においても油圧Ｐ１は作用するが、このときの油圧Ｐ１は小さい値であるから、シール力を増大させる作用は微小である。

さらに、第３シール部において、非締結状態では、第１シール部材５１９ａの第３リップ部５１９ａ_３の環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄ′への押付けによるシール力Ｆ３が確保される。

そして、ピストン５１５の移動方向に沿って環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄ′が縮径され、つまり締め代が減少するように形成されているので、非締結状態から微係合状態に切り換えられた際に、第３リップ部による押付け力が減少し、シール力が、Ｆ３より小さいＦＡ〜ＦＢの範囲の値に減少することになる。さらに、クラッチ締結状態では、第３リップ部５１９ａ_３に油圧Ｐ１が作用し、第３リップ部５１９ａ_３による環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄ′への押付け力が増大し、シール力がＦＣに増大することになる。なお、微係合状態においても油圧Ｐ１は作用するが、このときの油圧Ｐ１は小さい値であるから、シール力を増大させる作用は微小である。

また、第４シール部５１８ｄにおいて、非締結状態では、第２シール部材５１９ｂの第４リップ部５１９ｂ_４がピストン５１５の延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′に押付けられることによりシール力Ｆ４が確保される。

そして、ピストン５１５の移動方向に沿って延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′が拡径され、つまり締め代が減少するように形成されているので、非締結状態から微係合状態に切り換えられた際に、第４リップ部５１９ｂ_４による押付け力が減少し、シール力が、Ｆ４よりも小さいＦＡ〜ＦＢの範囲の値に減少することになる。さらに、ピストン５１５の後方へのストロークに伴って油圧バランス室５１６の油圧が高まり、第４リップ部５１９ａ_４による延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′への押付け力が増大し、シール力がＦＣに増大することになる。

このような第１〜第４シール部５１８ａ〜５１８ｄにおける特性をグラフで示すと図９（本案の設定）のような特性になる。これによると、非締結位置においては比較的高いシール力Ｆ１〜Ｆ４が確保され、この状態から油圧をＰＡに増加させるとシール力はＦＡに減少し、微係合状態では油圧がＰＡ〜ＰＢの範囲で制御され、このときシール力はＦ１〜Ｆ４よりも小さいＦＡ〜ＦＢの範囲の値となる。そして、油圧がＰＡ以上のときは、油圧の増加に比例してシール力が増加し、油圧Ｐ１、Ｐ２が両方ライン圧のときにピストン５１５に作用する油圧ＰＣが供給されたときに、最大のシール力ＦＣの状態でクラッチが締結される。

なお、前記タービンシャフト２７は請求項１に記載の変速機のクラッチ構造における回転軸に相当し、前記ドライブプレート５１３ａ及びドリブンプレート５１３ｂは同じくクラッチ板に相当し、図９に示すシール力は同じく摺接力に相当する。また、前記第１シール部材５１９ａは請求項１に記載の変速機のクラッチ構造におけるシール部材に相当し、前記連通路５１１ｙ’は請求項２に記載の変速機のクラッチ構造における油圧供給通路に相当する。

以上のような自動変速機１０のクラッチ構造の作用効果について説明する。

即ち、スリップ制御の際に、外周側油圧室５１４ａに油圧の供給制御が行われ、この油圧によりピストン５１５が後方に移動してドライブプレート５１３ａ…５１３ａ及びドリブンプレート５１３ｂ…５１３ｂが圧着され、これらが微係合状態になる。このとき、第１〜第４シール部５１８ａ〜５１８ｄは、シール力がピストン５１５の摺動範囲Ｒｓにおいてクラッチ締結位置側（後方側）が非締結位置側（前方側）よりも小さくなるように設けられているので、スリップ制御におけるピストン５１５の摺動抵抗が軽減され、締結力の安定性と応答性が向上する。この結果、適正なスリップ量によりニュートラルアイドル等のスリップ制御時のドライバビリティが向上することになる。

また、摺動抵抗の減少により要求油圧を低減させることができるので、燃費向上が実現され、締結ショックが防止される。即ち、図９のグラフに示すように、従来の油圧に対して単にシール力が比例する特性においては、摺動抵抗によるばらつきを考慮しなければならず、その分必要シール力が大きくなっていたが、本案の設定のように摺動抵抗を低減させることによって、ばらつきを考慮する必要がなくなるので、必要シール力を低減させることができ、これに伴い要求油圧が低減されるのである。さらに、油圧制御にデューティソレノイドではなくリニアソレノイドが使用されているので、微係合状態におけるオイルの漏れ量の増大による油圧Ｐ１の油圧精度のばらつきが抑制されるようになっている。

また、ピストン５１５が非締結位置（前方側）にあるときは、図９に示したように比較的高いシール力が確保されるので、オイル漏れが防止され、オイル漏れいよるエネルギロスに起因した燃費悪化が抑制される。なお、本実施の形態では、第１〜第４シール部５１８ａ〜５１８ｄの全てにおいて、微係合状態におけるシール力が低下するような特性をもたせているが、目的に合わせて、少なくとも１つのシール部にこのような特性を持たせればよい。

さらに、ピストン５１５は、締結位置側にあるときにピストン５１５全体がシール力の小さい方向に移動しようとするので、スリップ制御時のピストン５１５の傾きが抑制され、要求されるピストン５１５のストローク量が低減される。また、ピストン５１５の片当たりが抑制されるので、ドライブプレート５１３ａ…５１３ａ及びドリブンプレート５１３ｂ…５１３ｂの接触状態の安定性が向上する。これらの結果、クラッチ締結時の応答性が向上することになる。

そして、クラッチ締結初期の接触状態が安定しているので、ジャダーを抑制するようにした摩耗特性の管理が容易になるという利点もある。

次に、第１〜第４シール部５１８ａ〜５１８ｄの作用効果を個別に述べると、まず、第１シール部５１８ａにおいては、微係合状態ではピストン５１５に装着された第１シール部材５１９ａがドラム内周壁５１１ｃに対して摺動することになる。このとき、ドラム内周壁５１１ｃの外周面５１１ｃ′がピストン５１５の摺動範囲においてクラッチ締結位置側が非締結位置側より縮径されているので、締結位置側におけるシール力が小さくなり、前述の作用効果が得られることになる。

また、ピストン５１５の内周側に設けられる第１シール部５１８ａをこのように構成したことによって、ピストン５１５の外周側のシール力を小さくしたときに比べてオイル漏れの量が少なくなるという利点がある。即ち、オイル漏れの量は、シール部材５１９ａの形状、締め代、供給油圧が同等の場合は、周長に比例して増加するため、ピストン５１５の内周側の方が外周側より漏れ量が小さい。この結果、オイル漏れによる油圧エネルギのロスが抑制されて、燃費向上が図られる。なお、第１シール部５１８ａを介して漏れたオイルは、内周側油圧室５１４ｂから遠心バランス室５１６に供給されることになるので、このオイルをクラッチの潤滑のために使用することができ、スリップ制御時のクラッチの潤滑の促進により、クラッチの耐久信頼性が向上することになる。

また、第２シール部５１８ｂにおいては、微係合状態ではピストン５１５に装着された第１シール部材５１９ａがドラム外周壁５１１ｂに対して摺動することになる。このとき、ドラム外周壁５１１ｂの内周面５１１ｂ′がピストン５１５の摺動範囲Ｒｓにおいてクラッチ締結位置側が非締結位置側より拡径されているので、締結位置側におけるシール力が小さくなり、前述の作用効果が得られることになる。

しかも、ピストン５１５の摺動抵抗は、シール部材５１９ａの形状、締め代、油圧が同等の場合は、周長に比例して増加するので、ピストン５１５の外周にこのようなシール部５１８ａが設けられている場合に、効果的に摺動抵抗が減少され、顕著な効果が得られる。

一方、第３シール部５１８ｃにおいては、微係合状態では環状凸部５１５ａの内周部に装着された第１シール部材５１９ａが環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄに対して摺動することになる。このとき、環状凹部５１１ｄの内周面５１１ｄ′がピストン５１５の摺動範囲においてクラッチ締結位置側が非締結位置側より縮径されているので、締結位置側におけるシール力が小さくなり、前述の作用効果が得られる。

一方、前述のように、ピストン５１５を制御するために２つの油圧室５１４ａ，５１４ｂが設けられたクラッチ構造において、ピストン５１５の受圧面積が可変であり、スリップ制御時には、外周側油圧室５１４ａに油圧を供給することにより制御され、完全締結時には両方の油圧室５１４ａ，５１４ｂに油圧が供給されるように構成されている場合、前述のように締結位置でのシール力が低減されているので、微係合状態における外周側油圧室５１４ａから内周側油圧室５１４ｂへのオイルの漏れ量が増大し、これによって微係合状態から締結状態に移行する際のピストン５１５のストロークによる内周側油圧室５１４ｂの必要油量の増大が補われ、内周側油圧室５１４ｂへの充填遅れが防止される。

また、第４シール部５１４ｄにおいては、微係合状態ではプレート部材５１７に装着された第２シール部材５１９ｂがピストン５１５の延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′に対して摺動することになる。このとき、延長部５１５ｂの内周面５１５ｂ′が前記第２シール部材５１９ｂの摺動範囲Ｒｓにおいてクラッチ締結位置側が非締結位置側に対して拡径されているので、締結位置側におけるシール力が小さくなり、前述の作用効果が得られることになる。

一方、遠心バランス室５１６に発生する遠心圧による作用は、非締結のドライブプレート５１３ａ…５１３ａ及びドリブンプレート５１３ｂ…５１３ｂの引き摺りや誤締結を防止するために必要になる。したがって、微係合時や締結時には、遠心バランス室５１６の遠心圧の有無が管理できれば問題はなく、第４シール部５１４ｄにおけるシール力を非締結位置に比べて締結位置で小さくしても支障はない。

ところで、ドラム５１１には前記外周側油圧室５１４ａ及び内周側油圧室５１４ｂに作動油を供給する油路５１１ｙ′…５１１ｙ′が設けられている。そして、この油路５１１ｙ′…５１１ｙ′が設けられる中間部材５１１ｙが別部材で構成されているので、該中間部材５１１ｙをＳ１５Ｃといった切削性の良い材料とし、加工の容易化を図ることができる。また、油路５１１ｙ′は、縦壁５１１ａの内周面から外周側にまで設けられ、比較的長い油路になっている。これに対して、中間部材５１１ｙを別部材として構成したので、加工の自由度が向上し、特殊な加工法を用いることなく、コンパクトな油路形成が可能になり、縦壁５１１ａひいてはドラム５１１のコンパクト化を図ることができる。

また、前記油路５１１ｙ′…５１１ｙ′及び油路５１１″…５１１ｙ″は、それぞれ円周方向で等配分に設けられているので、油圧が供給されたときに、ピストン５１５に作用する油圧流動力が均等となり、ピストン５１５の傾きが防止されることになる。

一方、ドラム外周壁５１１ｂは、プレス加工等で成形されるのが一般的であるため、圧延性等の成形性の良い材料が好ましく、また、タービンシャフト２７又はシャフト２７に結合される部分は軸部分のねじりによる破損や結合部のへたりなどを防止するために高強度の高カーボン材を熱処理した材料が好ましい。これに対し、外周部材５１１ｘを成形性の良いＳＰＣ１とし、内周部材５１１ｚをＳＣＭ４４０Ｈとしたので、前記各要求を全て満たすドラム５１１が構成されることになる。また、前記各部材５１１ｘ〜５１１ｚをビーム溶接などで接合する場合、接合される部材同士を合わせたカーボン量が余り高くないので、良好に溶接することができる。

一方、非締結要求時の遠心圧による誤締結を防止するために、遠心バランス室５１６が設けられているが、微係合などを含む締結要求時には、遠心バランス室５１６の充填状態の違いによる遠心油圧の違いは、締結力の違いとなり、締結のタイミングやクラッチ伝達力の違いによる駆動力への影響などが発生する。特に、始動初期の冷間時で、さらに低回転時などでは、潤滑部への作動油の供給がままならず潤滑用の油路２７ａから分配される遠心バランス室５１６の遠心油圧が発生しない場合があり、その場合は締結力過多になる。

また、本実施の形態のように、ピストン５１５を制御する油圧室が分割されている場合は、ピストン５１５のストローク量分の油路充填状況が異なる場合があり、そのときは遠心バランス室５１６の遠心油圧からのピストン５１５を押し戻す力に対抗できる内周側油圧室５１４ｂからの押付け力が発生せず締結力不足になる。

これに対して、図１０に示すように、外周側油圧室５１４ａへの油圧のみを使う微係合状態においてのクラッチ締結力の安定を図るため、径方向で内周側油圧室５１４ｂまでの範囲の遠心バランス室５１６と内周側油圧室５１４ｂとの遠心圧が常に同じとなるように、内周側油圧室５１４ｂの外周側に連通孔５１５ｃが設けられている。連通孔５１５ｃは、充填状態を互いに補い合いながら互いの充填状態を促進し、必然的に連通孔５１５ｃの両側の油圧を揃えることで遠心圧によるピストン５１５への力が完全に相殺されることになる。

この結果、遠心油圧の影響が低減されるので締結力制御の精度が高められ、適正なスリップ量や無駄の少ない油圧での締結になることで、ニュートラルアイドルやスリップ制御時のドライバビリティや燃費低減作用の実現が可能となり、クラッチの耐久信頼性の向上などにも寄与する。

また、遠心バランス室５１６側に供給された潤滑油が連通孔５１５ｃにより内周側油圧室５１４ｂに供給されるので、該内周側油圧室５１４ｂの油圧充填状態（プリチャージ化）がよくなるため、内周側油圧室５１４ｂの油圧の調整に対する応答性が向上することにもなって、ニュートラルアイドル制御から発進する際の応答性や変速時の応答性なども高まり、応答遅れによる出足感不足や変速ショックが低減される。なお、潤滑油が内周側油圧室５１４ｂに流入することによるコンタミの影響が考えられるが、内周側油圧室５１４ｂはギヤやクラッチの下流ではないため、コンタミの流入による問題は生じない。さらに、極冷間時など遠心バランス室５１６に潤滑油が充填されていない状態では圧力バランスが崩れることになるが、一般に極冷間時にはニュートラルアイドル制御を停止させるので、このような圧力バランスの相違による影響は小さい。

ところで、本実施の形態においては、ピストン５１５に装着するシール部材５１９ａ，５１９ｂとして、リップシールが用いられているが、これの代わりにリングシールを用いてもよい。リングシールは、第１〜第３シール部５１８ａ〜５１８ｃにおいては、ピストン５１５に環状設けられた凹陥部に断面円状のゴム部材を嵌合させたものとなり、第４シール部５１８ｄにおいては、プレート部材５１７の該周縁に環状に設けられた凹陥部に同様のゴム部材を嵌合させたものとなる。

例えば、図１１に示すように、第１シール部５１８ａがリングシール５１９ｃを用いて構成されている場合、クラッチ非締結位置においては、ドラム内周壁５１１ｃの外周面５１１ｃ′の径が比較的大きいので、リングシール５１９ｃの圧着作用が大きく、大きなシール力が確保される。そして、微係合状態においては、前記外周面５１１ｃ′が縮径されているので、リングシール５１９ｃの圧着作用が小さくなり、シール力は小さくなる。

さらに、締結時においては、増大した油圧Ｐ２′がリングシール５１９ｃの前方から作用することになり、該油圧Ｐ２′は該リングシール５１９ｃは変形するように作用する。この変形によりシール力がＦＣ′に増大することになって、図９に示したようなリップシール５１９ａ，５１９ｂと同様の特性が得られる。

一方、自動変速機１０にトルクコンバータの入力側と出力側とを連結させるロックアップクラッチ（図示せず）が備えられ、該ロックアップクラッチが多板式で構成されている場合に、前述のシール部５１８ａ〜５１８ｄの構成を適用することができる。

即ち、ロックアップクラッチにおいてスリップ制御を行う際には、ある程度の油圧を発生させた停止状態から締結動作が始まるように制御することがあり、この場合油圧点での摩擦状態が動摩擦状態から静摩擦状態に移行することになって、摩擦係数が高い状態になり摺動抵抗が増大する。そのため、前述のシール部の構成を適用することによって摺動抵抗を減少させることができるので、顕著な効果が得られることになる。

本発明は、主として自動変速機に用いられるクラッチ構造に関し、自動車産業に広く好適である。

本発明の実施の形態に係る変速機の骨子図である。 同変速機のクラッチ構造の断面図及び油圧回路図である。 第１シール部の拡大断面図である。 第２シール部の拡大断面図である。 第３シール部の拡大断面図である。 第４シール部の拡大断面図である。 リニアソレノイドバルブの制御電流に対する油圧の特性を示すグラフである。 クラッチ締結状態に応じた第１シール部の説明図である。 油圧に対するシール力の特性を示すグラフである。 ピストンに作用する遠心油圧の説明図である。 リングシールの説明図である。 クラッチ締結時のリングシールの説明図である。 従来のクラッチ構造を示す説明図である。

符号の説明

１０ 自動変速機
５１ フォワードクラッチ
５１１ ドラム
５１１ａ 縦壁
５１１ｂ 外周壁
５１１ｂ′ 内周面
５１１ｃ 内周壁
５１１ｃ′ 外周面
５１１ｄ 環状凹部
５１１ｄ′ 内周面
５１１ｙ′、５１１ｙ″ 連通路
５１３ａ ドライブプレート
５１３ｂ ドリブンプレート
５１４ａ 外周側油圧室
５１４ｂ 内周側油圧室
５１５ ピストン
５１５ａ 環状凸部
５１５ｂ 延長部
５１５ｂ′ 内周面
５１５ｃ 連通孔
５１６ 遠心バランス室
５１７ プレート部材
５１８ａ〜５１８ｄ 第１〜第４シール部
５１９ａ、５１９ｂ 第１、第２シール部材

Claims (3)

1. 回転軸上に配置されるドラムと、該ドラムの外周壁と内周壁との間に軸方向に摺動可能に収容されたピストンと、該ピストン背部の油圧室への作動圧の供給制御により締結力が制御される複数のクラッチ板とを有し、前記ピストンの内外周部に摺動部が設けられた変速機のクラッチ構造であって、
   前記油圧室は、前記ピストン背部の径方向の外周側に設けられた外周側油圧室と内周側に設けられた内周側油圧室とに画成され、外周側油圧室は、ドラム縦壁の外周側内面部に形成された環状凹部と、該環状凹部に嵌合するようにピストン背面に突設された環状凸部とにより形成されていると共に、
   前記摺動部にシール部が設けられ、
   該シール部の１つは、前記環状凸部の内周部と前記環状凹部の内周面との間に設けられ、環状凸部の内周面に装着されたシール部材と、ピストンの摺動範囲においてクラッチ締結位置側が非締結位置側より縮径するように形成された環状凹部の内周面とで構成されることにより、摺接力がピストンの摺動範囲においてクラッチ非締結位置側より締結位置側が小さくなるように設けられていることを特徴とする変速機のクラッチ構造。
2. 前記請求項１に記載の変速機のクラッチ構造において、
   前記ドラムの縦壁には、前記外周側油圧室へ油圧を供給する油圧供給通路が設けられていると共に、該ドラムは、該油圧供給通路が設けられている部分が他の部分と異なる部材で構成されていることを特徴とする変速機のクラッチ構造。
3. 前記請求項１に記載の変速機のクラッチ構造において、
   ピストンのクラッチ板側には、遠心力による油圧室の油圧を相殺する遠心バランス室をピストンと共に形成するプレート部材が配設され、
   前記ピストンには、内周側油圧室の外周部と遠心バランス室とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とする変速機のクラッチ構造。

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