JP7206626B2 - friction fastening device - Google Patents
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Description
本発明は自動車の自動変速機におけるクラッチ、ブレーキに適用される摩擦締結装置に関する。
BACKGROUND OF THE
従来、自動車の自動変速機のクラッチ、ブレーキ等の摩擦締結装置は、油圧ポンプによる油圧により駆動されるので、自動変速機の重量を増大し、大型化していた。摩擦締結装置を用いた自動変速機の軽量化及びコンパクト化を図るには、小さな油圧で大きな締結力を発生させる倍力機構の採用により油圧ポンプを縮小すること、また電気的アクチュエータを用いることにより油圧レスとすることが有効である。 2. Description of the Related Art Conventionally, frictional engagement devices such as clutches and brakes in automatic transmissions of automobiles are driven by hydraulic pressure from a hydraulic pump, which increases the weight and size of the automatic transmission. In order to reduce the weight and size of an automatic transmission that uses a friction coupling device, it is necessary to reduce the size of the hydraulic pump by adopting a booster mechanism that generates a large coupling force with a small amount of hydraulic pressure, and to use an electric actuator. It is effective to use no hydraulic pressure.
前者の倍力機構は、従来より採用されていない。これは、従来のドラムとハブの間に設けた複数の摩擦板をピストンで押圧する構造では、ピストンの駆動方向と摩擦板の押圧方向が同一であるため、ピストンの駆動力に対して摩擦板の押圧力を増大させることができないからである。 The former booster mechanism has not been adopted conventionally. This is because in the conventional structure in which the piston presses a plurality of friction plates provided between the drum and the hub, the driving direction of the piston and the pressing direction of the friction plates are the same. This is because it is not possible to increase the pressing force of
後者の電気的アクチュエータとして、特許文献1には、導電性高分子チューブを束ねて螺旋状に巻回したアクチュエータエレメントを円筒状のシリンダと円筒状のピストンとで区画される空間に収納した高分子アクチュエータを用いたクラッチ装置が提案されている。しかし、導電性高分子チューブの伸縮力をアクチュエータの作動力に効果的に変換することが難しいうえ、部品点数が増加し、構造が複雑であるとう問題がある。
As the latter electric actuator,
特許文献2、3には、ゲル状の電場応答性体積相転移高分子と電解質が封入された弾性容器をシリンダとピストンとの間に収納した高分子アクチュエータを用いたクラッチ装置が提案されている。しかし、このものはゲル状の高分子と電解質を弾性容器に封入しているため、耐久性に欠けるという問題がある。 Patent Documents 2 and 3 propose a clutch device using a polymer actuator in which an elastic container in which a gel-like electroresponsive volume phase transition polymer and an electrolyte are enclosed is housed between a cylinder and a piston. . However, since this product encloses a gel-like polymer and an electrolyte in an elastic container, it has a problem of lacking in durability.
このような従来の問題から、摩擦締結装置への電気的アクチュエータの利用は実用化されていない。電気的アクチュエータには、圧電式(圧電セラミック)と誘電式(高分子アクチュエータ)とがある。圧電式は、押力は大きいが、変位が少なく、誘電式は、変位量が大きいが、押力は小さいという欠点がある。このため、クラッチやブレーキ等の摩擦締結装置に適用するには、圧電式アクチュエータには変位を拡大する機構が要求され、誘電式アクチュエータには倍力機構が要求される。 Due to such conventional problems, the use of electric actuators in frictional fastening devices has not been put to practical use. Electrical actuators include piezoelectric (piezoelectric ceramic) and dielectric (polymer actuators). The piezoelectric type has a large pressing force but a small displacement, and the dielectric type has a large amount of displacement but a small pressing force. Therefore, in order to apply them to frictional fastening devices such as clutches and brakes, piezoelectric actuators are required to have a mechanism for increasing displacement, and dielectric actuators are required to have a boosting mechanism.
本発明は前述の従来の問題に鑑みてなされたもので、押圧力の増大を確保し、軽量化及びコンパクト化を図ることができる摩擦締結装置を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a frictional fastening device that can secure an increase in pressing force and can be made lighter and more compact.
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following measures.
請求項1の発明では、
ドラムとハブに設けられた互いに対向する摩擦面と、該摩擦面に作用させる押圧力を発生する押圧力発生手段とを備えた摩擦締結装置であって、
前記摩擦面は、
前記ドラムに設けられ、前記ドラムの軸方向に対して傾斜した第1摩擦面と、
前記ハブに設けられ、前記ハブの軸方向に対して傾斜し、前記第1摩擦面と対向する第2摩擦面とで構成され、
前記ハブが前記ドラムに対して軸方向に移動可能に設けられ、
前記押圧力発生手段は、前記ハブに対して前記ハブの軸方向に押圧力を発生させ、前記ハブを軸方向に移動させるように構成され、
前記ハブを軸方向に押圧する押圧部材が設けられ、
前記押圧力発生手段が、2つの電極板と、該2つの電極板の間に介在される高分子部材とからなる高分子アクチュエータで構成され、一側の電極板の外周縁が前記ドラムに形成された結合部に結合され、他側の電極板の内周縁が前記押圧部材に形成された押圧部に結合されている。
In the invention of
A friction fastening device comprising friction surfaces facing each other provided on a drum and a hub, and pressing force generating means for generating a pressing force acting on the friction surfaces,
The friction surface is
a first friction surface provided on the drum and inclined with respect to the axial direction of the drum;
a second friction surface provided on the hub, inclined with respect to the axial direction of the hub, and opposed to the first friction surface;
wherein the hub is axially movably provided with respect to the drum;
The pressing force generating means is configured to generate a pressing force against the hub in the axial direction of the hub to move the hub in the axial direction,
A pressing member is provided for axially pressing the hub,
The pressing force generating means is composed of a polymer actuator composed of two electrode plates and a polymer member interposed between the two electrode plates, and the outer peripheral edge of one electrode plate is formed on the drum. The inner peripheral edge of the electrode plate on the other side is coupled to the pressing portion formed on the pressing member.
請求項2の発明では、
ドラムとハブに設けられた互いに対向する摩擦面と、該摩擦面に作用させる押圧力を発生する押圧力発生手段とを備えた摩擦締結装置であって、
前記摩擦面は、
前記ドラムに設けられ、前記ドラムの軸方向に対して傾斜した第1摩擦面と、
前記ハブに設けられ、前記ハブの軸方向に対して傾斜し、前記第1摩擦面と対向する第2摩擦面とで構成され、
前記ハブが前記ドラムに対して軸方向に移動可能に設けられ、
前記押圧力発生手段は、前記ハブに対して前記ハブの軸方向に押圧力を発生させ、前記ハブを軸方向に移動させるように構成され、
前記ハブは、第1筒部と該第1筒部より小径の第2筒部とを備えた第1ハブと、該第1ハブの第1筒部又は第2筒部とスプライン係合され、前記第2摩擦面を備えた第2ハブとからなり、
前記押圧力発生手段は、2つの電極板と、該2つの電極板の間に介在される高分子部材とからなる高分子アクチュエータで構成され、一側の電極板が前記第2ハブに形成された押圧部に結合され、他側の電極板が前記第1ハブの第1筒部と第2筒部のうち前記第2ハブがスプライン結合していない方に形成された結合部に結合されている。
In the invention of claim 2,
A friction fastening device comprising friction surfaces facing each other provided on a drum and a hub, and pressing force generating means for generating a pressing force acting on the friction surfaces,
The friction surface is
a first friction surface provided on the drum and inclined with respect to the axial direction of the drum;
a second friction surface provided on the hub, inclined with respect to the axial direction of the hub, and opposed to the first friction surface;
wherein the hub is axially movably provided with respect to the drum;
The pressing force generating means is configured to generate a pressing force against the hub in the axial direction of the hub to move the hub in the axial direction,
the hub is spline-engaged with a first hub having a first tubular portion and a second tubular portion having a diameter smaller than that of the first tubular portion, and the first tubular portion or the second tubular portion of the first hub; a second hub having the second friction surface;
The pressing force generating means is composed of a polymer actuator including two electrode plates and a polymer member interposed between the two electrode plates, and one electrode plate is formed on the second hub. The electrode plate on the other side is connected to a connecting portion formed in the first cylindrical portion and the second cylindrical portion of the first hub to which the second hub is not spline-connected.
請求項3の発明では、前記高分子アクチュエータは、軸方向に複数設けられている。 In the invention of claim 3 , a plurality of the polymer actuators are provided in the axial direction.
請求項4の発明では、前記高分子アクチュエータの2つの電極板が結合される前記複数の押圧部と複数の結合部との少なくともいずれかは、反摩擦板側に向かって広がる階段状に形成されている。
In the invention of
請求項5の発明では、
前記高分子アクチュエータに電圧を印加することによる収縮動作によって前記複数の押圧部を押圧するように構成されている。
In the invention of
It is configured to press the plurality of pressing portions by a contraction operation caused by applying a voltage to the polymer actuator.
請求項6の発明では、
ドラムとハブに設けられた互いに対向する摩擦面と、該摩擦面に作用させる押圧力を発生する押圧力発生手段とを備えた摩擦締結装置であって、
前記摩擦面は、
前記ドラムに設けられた第1摩擦板に設けられ、前記ドラムの軸方向に対して垂直な第1摩擦面と、
前記ハブに設けられた第2摩擦板に設けられ、前記ハブの軸方向に対して垂直で、前記第1摩擦面と対向する第2摩擦面とで構成され、
前記押圧力発生手段は、押圧力発生方向に対して傾斜する押圧面が設けられた押圧部材を有し、
前記押圧部材の押圧面により、前記第1摩擦板又は前記第2摩擦板を前記ドラム又は前記ハブの軸方向に押圧するように構成されている。
In the invention of
A friction fastening device comprising friction surfaces facing each other provided on a drum and a hub, and pressing force generating means for generating a pressing force acting on the friction surfaces,
The friction surface is
a first friction surface provided on a first friction plate provided on the drum and perpendicular to the axial direction of the drum;
a second friction surface provided on a second friction plate provided on the hub, perpendicular to the axial direction of the hub and opposed to the first friction surface;
The pressing force generating means has a pressing member provided with a pressing surface inclined with respect to the pressing force generating direction,
The pressing surface of the pressing member presses the first friction plate or the second friction plate in the axial direction of the drum or hub .
請求項7の発明では、前記押圧力発生手段が、2つの電極板と、該2つの電極板の間に介在される高分子部材とからなる高分子アクチュエータで構成され、
前記高分子アクチュエータに電圧を印加することによる収縮動作時に前記高分子部材の面方向の伸張動作によって前記押圧部材を変位させるように構成されている。
In the invention of claim 7 , the pressing force generating means is composed of a polymer actuator comprising two electrode plates and a polymer member interposed between the two electrode plates,
The pressure member is displaced by an extension operation in the plane direction of the polymer member when the polymer actuator is contracted by applying a voltage.
請求項8の発明では、前記高分子アクチュエータは、前記押圧部材の押圧面が前記第1摩擦板と前記第2摩擦板に平行になるように、前記2つの電極板のいずれか一方が前記ドラムに固定されている。 According to the eighth aspect of the invention, the polymer actuator is configured such that one of the two electrode plates is positioned on the drum such that the pressing surface of the pressing member is parallel to the first friction plate and the second friction plate. is fixed to
請求項9の発明では、前記第1摩擦板に前記高分子アクチュエータの押圧部材の押圧面と摺接する前記ドラムの軸方向に対して傾斜した押圧力受部を備え、
前記高分子アクチュエータは、前記押圧部材の押圧面が前記第1摩擦板の前記押圧力受部と平行になるように、前記2つの電極板のいずれか一方が前記ドラムに固定されている。
In the ninth aspect of the invention, the first friction plate is provided with a pressing force receiving portion inclined with respect to the axial direction of the drum that is in sliding contact with the pressing surface of the pressing member of the polymer actuator,
One of the two electrode plates of the polymer actuator is fixed to the drum so that the pressing surface of the pressing member is parallel to the pressing force receiving portion of the first friction plate.
請求項1の発明によれば、高分子アクチュエータによる押圧力の発生方向と、摩擦面に直角に作用する押圧力の作用方向とが異なる。これによって、楔の作用により摩擦面に作用する押圧力を増大することができる。このため、変位は大きいが押圧力が小さい高分子アクチュエータの押圧力の増大を確保することができる。これにより、摩擦締結装置を油圧レスとすることができ、駆動抵抗の低減、軽量化及びコンパクト化を図ることができる。 According to the first aspect of the invention, the direction in which the pressing force is generated by the polymer actuator is different from the direction in which the pressing force acting perpendicularly to the friction surface acts. Thereby, the pressing force acting on the friction surface can be increased by the action of the wedge. Therefore, it is possible to secure an increase in the pressing force of the polymer actuator, which has a large displacement but a small pressing force. As a result, the frictional fastening device can be made hydraulicless, and drive resistance can be reduced, and weight reduction and compactness can be achieved.
請求項2の発明によれば、高分子アクチュエータによる押圧力の発生方向と、摩擦面に直角に作用する押圧力の作用方向とが異なる。これによって、楔の作用により摩擦面に作用する押圧力を増大することができる。このため、変位は大きいが押圧力が小さい高分子アクチュエータの押圧力の増大を確保することができる。これにより、摩擦締結装置を油圧レスとすることができ、駆動抵抗の低減、軽量化及びコンパクト化を図ることができる。 According to the second aspect of the invention, the direction in which the pressing force is generated by the polymer actuator is different from the direction in which the pressing force acting perpendicularly to the friction surface acts. Thereby, the pressing force acting on the friction surface can be increased by the action of the wedge. Therefore, it is possible to secure an increase in the pressing force of the polymer actuator, which has a large displacement but a small pressing force. As a result, the frictional fastening device can be made hydraulicless, and drive resistance can be reduced, and weight reduction and compactness can be achieved.
請求項3の発明によれば、変位は大きいが押圧力が小さい高分子アクチュエータの押圧力を、複数の高分子アクチュエータの数だけ増大することができる。 According to the third aspect of the present invention, the pressing force of a polymer actuator having a large displacement but a small pressing force can be increased by the number of polymer actuators.
請求項4の発明によれば、複数の結合部と複数の押圧部とが反摩擦板側に向かって広がっているので、複数の高分子アクチュエータを順次組み付けることができ、組立が容易になる。また、反摩擦板方向に離れるにしたがって複数の高分子アクチュエータの高分子部材を増大することができ、押圧部の押圧力をさらに増大することができる。 According to the fourth aspect of the invention, since the plurality of connecting portions and the plurality of pressing portions are widened toward the side opposite to the friction plate, the plurality of polymer actuators can be sequentially assembled, facilitating assembly. Become. In addition, the polymer members of the plurality of polymer actuators can be increased as they are separated in the direction opposite to the friction plate, and the pressing force of the pressing portion can be further increased.
請求項5の発明によれば、高分子アクチュエータが発生する力が大きい収縮動作によって押圧部に大きな押圧力を作用させることができ、押圧部の押圧力をさらに増大することができる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、押圧力発生方向に対して傾斜する押圧部材の押圧面により第1摩擦板又は第2摩擦板をドラム又はハブの軸方向に押圧して、ドラム又はハブの軸方向に垂直な第1摩擦面と第2摩擦面からなる摩擦面に押圧力を作用させるので、押圧力発生手段による押圧力の発生方向と、摩擦面に直角に作用する押圧力の作用方向とが異なる。これによって、楔の作用により摩擦面に作用する押圧力を増大することができる。このため、押圧力発生手段は小さい押圧力を発生するものでよく、摩擦締結装置及びこれを使用する自動変速装置を軽量化及びコンパクト化することができる。
According to the invention of
請求項7の発明によれば、高分子部材の面方向の伸長動作による押圧力を利用している。この面方向の伸長による押圧力は、厚さ方向の収縮による押圧力よりも小さいが、面方向の伸長による押圧力の発生方向は、摩擦面に直角に作用する押圧力の作用方向と異なっているので、楔の作用により摩擦面に作用する押圧力を増大することができる。 According to the invention of claim 7 , the pressing force due to the stretching action in the surface direction of the polymer member is utilized. The pressing force due to the expansion in the plane direction is smaller than the pressing force due to the contraction in the thickness direction, but the direction in which the pressing force is generated due to the expansion in the plane direction is different from the direction in which the pressing force acts perpendicular to the friction surface. Therefore, the pressing force acting on the friction surface can be increased by the action of the wedge.
請求項8の発明によれば、押圧部材の押圧面が第1摩擦板と第2摩擦板に平行で、第1摩擦板を直接押圧するので、配置構成が簡単になる。 According to the eighth aspect of the invention, the pressing surface of the pressing member is parallel to the first friction plate and the second friction plate, and directly presses the first friction plate, so that the arrangement and construction can be simplified.
請求項9の発明によれば、押圧部材の押圧面が、ドラムの軸方向に対して傾斜した第1摩擦板の押圧力受け部に平行であるので、高分子アクチュエータを第1摩擦板と第2摩擦板に平行に配設することができ、高分子アクチュエータの配置が容易になる。 According to the ninth aspect of the invention, the pressing surface of the pressing member is parallel to the pressing force receiving portion of the first friction plate inclined with respect to the axial direction of the drum. The two friction plates can be arranged in parallel, which facilitates the arrangement of the polymer actuator.
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
<自動変速機の構成>
まず、本発明の摩擦締結装置が用いられる一例の自動変速機の構成を図1に基づいて説明する。この自動変速機1は、フロントエンジンフロントドライブ車等のエンジン横置き式自動車に適用されるもので、主たる構成要素として、エンジン出力軸2に取り付けられたトルクコンバータ3と、該トルクコンバータ3の出力回転が入力軸4を介して入力される変速機構5とを有し、該変速機構5が入力軸4の軸心上に配置された状態で、変速機ケース6に収納されている。
<Configuration of automatic transmission>
First, the configuration of an automatic transmission in which the frictional engagement device of the present invention is used will be described with reference to FIG. This
そして、該変速機構5の出力回転が、同じく入力軸4の軸心上において該入力軸4の中間部に配置された出力ギヤ7からカウンタドライブ機構8を介して差動装置9に伝達され、左右の車軸9a、9bが駆動されるようになっている。
The output rotation of the
前記トルクコンバータ3は、エンジン出力軸2に連結されたケース3aと、該ケース3a内に固設されたポンプ3bと、該ポンプ3bに対向配置されて該ポンプ3bにより作動油を介して駆動されるタービン3cと、該ポンプ3bとタービン3cとの間に介設され、かつ、前記変速機ケース6にワンウェイクラッチ3dを介して支持されてトルク増大作用を行うステータ3eと、前記ケース3aとタービン3cとの間に設けられ、該ケース3aを介してエンジン出力軸2とタービン3cとを直結するロックアップクラッチ3fとで構成されている。そして、タービン3cの回転が前記入力軸4を介して変速機構5に伝達されるようになっている。
The torque converter 3 includes a
一方、変速機構5は、第1、第2、第3プラネタリギヤセット(以下、単に「第1、第2、第3ギヤセット」という)10、20、30を有し、これらが変速機ケース6内における前記出力ギヤ7の反トルクコンバータ側において、トルクコンバータ側から順に配置されている。
On the other hand, the
また、変速機構5を構成する摩擦要素として、前記出力ギヤ7のトルクコンバータ側に、第1クラッチ40及び第2クラッチ50が配置されていると共に、出力ギヤ7の反トルクコンバータ側には、第1ブレーキ60、第2ブレーキ70及び第3ブレーキ80がトルクコンバータ側から順に配置されており、さらに、第1ブレーキ60に並列にワンウェイクラッチ90が配置されている。
As friction elements constituting the
前記第1、第2、第3ギヤセット10、20、30は、いずれもシングルピニオン型のプラネタリギヤセットであって、サンギヤ11、21、31と、これらのサンギヤ11、21、31にそれぞれ噛み合った各複数のピニオン12、22、32と、これらのピニオン12、22、32をそれぞれ支持するキャリヤ13、23、33と、ピニオン12、22、32にそれぞれ噛み合ったリングギヤ14、24、34とで構成されている。
The first, second and third gear sets 10, 20 and 30 are all single pinion type planetary gear sets, and include sun gears 11, 21 and 31 and respective gears meshing with these sun gears 11, 21 and 31. It comprises a plurality of
そして、前記入力軸4が第3ギヤセット30のサンギヤ31に連結されていると共に、第1ギヤセット10のサンギヤ11と第2ギヤセット20のサンギヤ21、第1ギヤセット10のリングギヤ14と第2ギヤセット20のキャリヤ23、第2ギヤセット20のリングギヤ24と第3ギヤセット30のキャリヤ33が、それぞれ連結されている。そして、第1ギヤセット10のキャリヤ13に前記出力ギヤ7が連結されている。
The
また、第1ギヤセット10のサンギヤ11及び第2ギヤセット20のサンギヤ21は、前記第1クラッチ40を介して入力軸4に断接可能に連結されており、第2ギヤセット20のキャリヤ23は、前記第2クラッチ50を介して入力軸4に断接可能に連結されている。
The
さらに、第1ギヤセット10のリングギヤ14及び第2ギヤセット20のキャリヤ23は、並列に配置された前記第1ブレーキ60及びワンウェイクラッチ90を介して変速機ケース6に断接可能に連結されており、第2ギヤセット20のリングギヤ24及び第3ギヤセット30のキャリヤ33は、前記第2ブレーキ70を介して変速機ケース6に断接可能に連結されており、さらに、第3ギヤセット30のリングギヤ34は、前記第3ブレーキ80を介して変速機ケース6に断接可能に連結されている。
Further, the
以上の構成により、この変速機構5によれば、第1、第2クラッチ40、50及び第1、第2、第3ブレーキ60、70、80の締結状態の組み合わせにより、前進6速と後退速とが得られるようになっている。なお、第1ブレーキ60はエンジンブレーキを作動させる1速でのみ締結され、エンジンブレーキを作動させない1速では、ワンウェイクラッチ90がロックすることにより1速を形成する。
With the above configuration, according to this
<摩擦締結装置の第1実施形態>
続いて、前記自動変速機1の第1クラッチ40、第2クラッチ50に適用される摩擦締結装置100Aの実施形態について説明する。第1クラッチ40、第2クラッチ50に適用される摩擦締結装置100Aは基本的に同じ構造であるため、第1クラッチ40に適用される摩擦締結装置100Aを図2に基づいて説明する。
<First embodiment of friction fastening device>
Next, an embodiment of a
第1クラッチ40は、ドラム41とハブ42とを有する。
The first clutch 40 has a
ドラム41は、入力軸4に連結された軸部41aを有し、該入力軸4と一体に回転する。ドラム41は、軸部41aと反対側に環状の端壁41bを有している。端壁41bの内面には、ドラム41の内面から半径方向内方に間隔を隔てて筒部41cが形成されている。ドラム41の内面と筒部41cの内面には、第1摩擦面101aが形成されている。第1摩擦面101aは、ドラム41の軸方向に対して、端壁41bからハブ側に向かって径が大きくなるように傾斜している。
The
ハブ42は、第1ハブ42aと第2ハブ42bとから構成されている。第1ハブ42aは、ドラム41の筒部41cよりより小径で、ドラム41の内側に該ドラム41と同心に配置されている。第1ハブ42aは、第1ギヤセット10、第2ギヤセット20のサンギヤ11、21に連結された軸部42cを有し、サンギヤ11、21と一体に回転する。第2ハブ42bは、筒状で、第1ハブ41aの外周にスプライン結合され、ドラム41及び第1ハブ42aに対して、軸方向に移動可能になっている。第2ハブ42bは、第1ハブ42aの軸部42cと反対側に端壁42dを有している。端壁42dの内面には、第2ハブ42bの外面から間隔を隔てて筒部42eが形成されている。第2ハブ42bの外面と筒部42eの外面には、第2摩擦面101bが形成されている。第2摩擦面101bは、ハブ42の軸方向に対して、端壁42dからドラム側に向かって径が小さくなるように、第1摩擦面101aと同じ角度で傾斜し、第2摩擦面101bに設けられたフェーシング材42fを介して、第1摩擦面101aと互いに対向している。
The
ドラム41とハブ42の間には、摩擦締結装置100Aが設けられている。摩擦締結装置100Aは、前記ドラム41の第1摩擦面101aと、前記ハブ42の第2摩擦面101bと、前記第2摩擦面101bを有する第2ハブ42bを押圧する押圧部材102(以下、本実施形態では「ピストン」という。)と、該ピストン102を駆動する第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cとで構成されている。
A
第1摩擦面101aと第2摩擦面101bの構成は、既に説明した通りである。第1摩擦面101aと第2摩擦面101bは摩擦面を構成する。第1摩擦面101aと第2摩擦面101bのドラム41とハブ42の軸に対する傾斜角度をθ、第1摩擦面101aと第2摩擦面101bの摩擦係数をμとすると、μ<tanθであれば、ドラム41とハブ42が噛み合った状態から、ハブ42を噛み込むことなく抜くことができる。したがって、摩擦係数μを0.11とすると、傾斜角度は、θ>6.28°とする必要がある。
The configurations of the
ピストン102は、図3に示すように、円筒形状を有し、ドラム41の内側に配設されている。ピストン102の摩擦面側の端部は、第2ハブ42bの端壁42dにローラベアリング102aを介して連結されている。ピストン102の反摩擦面側の端部には軸部102bを有し、該軸部102bはドラム41の軸部41aにスプライン結合によって軸方向に移動可能に、且つドラム41と一体に回転可能に配置されている。ピストン102の外周面には、反摩擦面側に向かって広がる階段状に設けられることにより、複数の押圧部102cが軸方向に所定間隔で形成されている。一方、ピストン102の外周面と対向するドラム41の内周面にも、反摩擦面側に向かって広がる階段状に設けられることにより、複数の結合部41dが軸方向に所定間隔で形成されている。
The
第1高分子アクチュエータ103aについて説明すると、該第1高分子アクチュエータ103aは、図3に示すように、支持板104と、可動板105と、高分子部材106とで構成されている。
The
支持板104は、環状の形状を有し、図4に示すように、高分子部材106と対向する面には第1電極板104aが一体に設けられている。支持板104と第1電極板104aとの間は電気的に絶縁されている。支持板104の外周縁は、ドラム41の結合部41dに適宜手段により結合されている。支持板104の内周縁は、ピストン102のローラベアリング102aと第1押圧部102cの間の外周面よりも大きい内径を有している。第1電極板104aは、支持板104の外周面に設けた第1端子104bに導電部104cを介して電気的に接続されている。第1端子104bは、ドラム41の内面に設けた第1接点107と接続されている。
The
可動板105は、環状の形状を有し、高分子部材106と対向する面には第2電極板105aが一体に設けられている。可動板105と第2電極板105aとの間は電気的に絶縁されている。可動板105の外周縁は、ドラム41の第1結合部41dと第2結合部41dの間の内面より小さい外径を有している。可動板105の内周縁は、支持板104の内径より小さい内径を有し、ピストン102の第1押圧部102cを押圧できるようになっている。また、可動板105の内周縁は、軸方向に移動しないように第1押圧部102cに適宜手段により結合されている。第2電極板105bは、可動板105の外周面に設けた第2端子105bに導電部105cを介して電気的に接続されている。第2端子105bは、ピストン102の内面に設けた第2接点110と接続されている。
The
高分子部材106は、環状の形状を有し、一方の端面は支持板104の第1電極板104aに接合され、他方の端面は可動板105の第2電極板105aに接続されている。高分子部材106は、高い誘電率と弾性を有するアクリル、シリコン等のエラストマー106aと中間電極106bとを軸方向に積層したものである。対向する中間電極106bの一方は支持板104の第1電極板104aに接続され、他方は可動板105の第2電極板105aに接続されている。第1電極板104aと第2電極板105aの間に電圧を印加すると、図4(a)の状態から、図4(b)に示すように厚み方向に収縮するとともに面方向に伸長し、電圧を解放すると、固有の弾性により図4(a)の状態に復帰する。
高分子部材106の必要な変位量は、(クラッチクリアランス+クラッチ摩耗量)×摩擦板枚数で計算される。クラッチクリアランスを0.3mm、クラッチ摩耗量を0.1mm、摩擦板枚数を4枚とすると、高分子部材の必要な変位量は1.2mmとなる。
高分子部材106の電圧印加時の発生力は、材料の比誘電率×真空の誘電率×(電圧/膜厚)2で求められ、変位量は、材料の比誘電率×真空の誘電率×(電圧/膜厚)2/弾性係数で求められるので、膜厚が小さい程大きい発生力と変位量が得られる。このため、高分子材料は、できるだけ薄いエラストマーをできるだけ多数積層して必要な変位量が得られるようにすることが好ましい。また、複数の高分子アクチュエータを設けることで、1つの高分子アクチュエータで得られる発生力を高分子アクチュエータの数だけ倍増することができる。
The necessary displacement amount of the
The force generated by the
第2高分子アクチュエータ103b、第3高分子アクチュエータ103cは、第1高分子アクチュエータ103aと同じ構成であるが、図2に示すように、第1アクチュエータ103aよりも、面積の大きい支持板104、可動板105、高分子部材106が使用されている。
The
第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cの支持板104の第1電極板104aは、ドラム41の内部を経て、入力軸4を支持する変速機ケース6の軸受6aに設けたブラシ等の接続部品108を介して、変速機ケース6の外部に設けた電源109の一方の電極に接続されている。同様に、第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cの可動板105の第2電極板105aは、ピストン102の内部、ピストン102の軸部102b、ドラム41の軸部41aを経て、変速機ケース6の軸受6aに設けたブラシ等の接続部品111を通り、電源109の他方の電極に、図示しない制御装置によりオンオフされるスイッチ112を介して、接続されている。
The
なお、図5に示すように、可動板105の内周縁に少なくとも3個の突起105dを等間隔に設けて、この複数の突起105dによりピストン102の第1押圧部102cを押圧するようにしてもよい。また、高分子部材106は、図5に示すように、周方向に複数に分割したセグメント状のものでもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 5, at least three
次に、摩擦締結装置100Aを用いた第1クラッチ40の動作について説明する。
Next, operation of the first clutch 40 using the
図2(a)を参照すると、第1クラッチ40の非締結時には、ドラム41及びその第1摩擦面101a、ピストン102、及び高分子アクチュエータ103a、103b、103cは、入力軸4とともに回転し、ハブ42及びその第2摩擦面101bは停止又は回転している。第1クラッチ40の締結指令によりスイッチ112がオンすると、電源109の電圧が第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cに印加される。これにより、図2(b)に示すように、第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cの高分子部材106が軸方向に収縮し、可動部材105がピストン102の第1、第2、第3押圧部102cを押圧する。この結果、ピストン102が摩擦面側に向かって移動し、ピストン102がローラベアリング102aを介して第2ハブ42bを押圧するので、第2ハブ42bが軸方向に移動し、第2ハブ42bの第2摩擦面101bがドラムの第1摩擦面101aに圧接して、第1クラッチ40が締結される。これにより、ハブ42は、ドラム41とともに回転し、ドラム41の回転力がハブ42を介して第1、第2ギヤセット10、20のサンギヤ11、21に伝達される。なお、ピストン102と第2ハブ42bの間にはローラベアリング102aが介在しているので、ハブ42がドラム41と異なる速度で回転している場合でも、ピストン102により第2ハブ42bを軸方向に移動させることができる。
Referring to FIG. 2A, when the first clutch 40 is not engaged, the
第1クラッチ40の解放指令によりスイッチ112がオフすると、第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cへの電圧の印加が解消され、第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cの高分子部材106が固有の弾性により復帰し、可動部材105がピストン102の第1、第2、第3押圧部102cを引き戻す。この結果、ピストン102が反摩擦面側に向かって移動し、図2(a)の状態に復帰する。これにより、ドラム41の第1摩擦面101a及びハブ42の第2摩擦面101bの押圧が無くなるので、第1クラッチ40が解放され、ハブ42は、その回転を停止し又は当所の回転状態に戻り、ドラム41からハブ42への回転力が遮断される。
When the
前記実施形態の摩擦締結装置100Aによれば、高分子アクチュエータ103a、103b、103cによりハブ42を軸方向に移動させ、ドラム41とハブ42の軸方向に傾斜した第1摩擦面101aと第2摩擦面101bからなる摩擦面に押圧力を作用させるので、高分子アクチュエータ103a、103b、103cによる押圧力の発生方向と、摩擦面に直角に作用する押圧力の作用方向とが異なる。これによって、楔の作用により摩擦面に作用する押圧力を増大することができる。押圧力発生方向と摩擦面の角度θが6.28°の場合、高分子アクチュエータ103a、103b、103cによる押圧力の発生方向の力をFact.とし、摩擦面に直角に作用する力をFcl.とすると、倍力係数Fcl./Fact.=1sinθ=9.15倍となる。このため、押圧力発生手段としての高分子アクチュエータ103a、103b、103cは小さい押圧力を発生するものでよく、摩擦締結装置100A及びこれを使用する自動変速装置を軽量化及びコンパクト化することができる。
According to the
前記実施形態の摩擦締結装置100Aでは、軸方向に配置された複数の高分子アクチュエータ103a、103b、103cによりピストン102の複数の押圧部102cを押圧するので、変位は大きいが押圧力が小さい高分子アクチュエータの押圧力の増大を確保することができる。これにより、摩擦締結装置100Aを油圧レスとすることができ、駆動抵抗の低減、自動変速機1の軽量化及びコンパクト化を図ることができる。
In the
また、複数の高分子アクチュエータ103a、103b、103cは、それぞれ、支持板104の外周縁がドラム41の複数の結合部41dの一つに結合され、可動板105の内周縁が複数の押圧部102cの一つに結合されているので、ドラム41とピストン102の間に複数の高分子アクチュエータ103a、103b、103cを軸方向に並べて配置することができ、構造が簡単で、組み付けが容易になる。
In addition, each of the plurality of
ドラム41の複数の結合部41dとピストン102の複数の押圧部102cとは、反摩擦面側に向かって広がっているので、複数の高分子アクチュエータ103a、103b、103cを順次組み付けることができ、組立が容易になる。また、反摩擦面方向に離れるにしたがって複数の高分子アクチュエータ103a、103b、103cの高分子部材106を増大することができ、ピストン102の押圧力をさらに増大することができる。
Since the plurality of connecting
高分子アクチュエータ103a、103b、103cは、電圧を印加することによる収縮動作によってピストン102の複数の押圧部102cを押圧してピストン102を作動させるように構成されているので、ピストンに大きな押圧力を作用させることができ、ピストンの押圧力をさらに増大することができる。
The
第1実施形態の摩擦締結装置100Aは、第1クラッチ40、第2クラッチ50に適用したが、第1ブレーキ60、第2ブレーキ70、第3ブレーキ80にも適用することができる。これらのブレーキに適用する場合には、ドラム41が変速機ケース6と一体で回転しないこと、ハブ42が第1ギヤセット10のリングギヤ14又はキャリア13であること、ピストン102が変速機ケース6に軸方向に移動可能に支持する点を除いて、前述した第1クラッチ40に適用される摩擦締結装置100Aと同様に構成することができる。
Although the
第1実施形態の摩擦締結装置100Aでは、第1摩擦面101aと第2摩擦面101bの傾斜を逆にしてもよい。この場合、第1摩擦面101aをドラム41bの筒部41cの外周面に形成し、第2摩擦面101bを第2ハブ42bの内周面に形成し、第2ハブ42bの第2摩擦面101bがドラム41の第1摩擦面101aに外側から摩擦結合するようにする。
In the
また、第1実施形態の摩擦締結装置100Aでは、押圧力発生手段として、高分子アクチュエータ103a、103b、103cを採用しているが、高分子アクチュエータに代えて油圧駆動のピストンにより第2ハブ42bを駆動するようにしてもよい。
Further, in the
<摩擦締結装置の第2実施形態>
前記第1実施形態の摩擦締結装置100Aでは、ドラム41に固定した高分子アクチュエータ103a、103b、103cによりピストン102を介して第2ハブ42を押圧して、第2ハブ42の第2摩擦面101bをドラム41の第1摩擦面101aに摩擦締結するようにしたが、図6に示す第2実施形態の摩擦締結装置100Bは、第1ハブ42aに固定した高分子アクチュエータ103a、103b、103cにより第2ハブ42bを押圧して第2ハブ42bの第2摩擦面101bをドラム41の第1摩擦面101aに摩擦締結することができる。
<Second embodiment of friction fastening device>
In the
以下、図6に示す第2実施形態の摩擦締結装置100Bを具体的に説明する。なお、第2実施形態の摩擦締結装置100Bは、特記する以外は、第1実施形態の摩擦締結装置100Aと同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。
Hereinafter, the
第1クラッチ40は、ドラム41とハブ42とを有する。図2の第1クラッチ40と異なり、図6の第1クラッチ40は、ドラム41が、図6において左側に配置されて第1ギヤセット10、第2ギヤセット20のサンギヤ11、21に連結され、ハブ42が、右側に配置されて、入力軸4に連結されている。
The first clutch 40 has a
ドラム41は、該ドラム41の内面から半径方向内方に間隔を隔てて筒部41cが形成されている。ドラム41の内面と筒部41cの内面には、第1摩擦面101aが形成されている。第1摩擦面101aは、ドラム41の軸方向に対して、端壁41bからハブ側に向かって径が大きくなるように傾斜している。
The
ハブ42は、第1ハブ42aと第2ハブ42bとから構成されている。第1ハブ42aは、第1筒部42gと、該第1筒部42gより小径の第2筒部42hとを備えている。第2ハブ42bは、筒状で、第1ハブ42aの第1筒部42gの内周にスプライン結合され、ドラム41及び第1ハブ42aに対して、軸方向に移動可能になっている。第2ハブ42aは、内周面に半径方向に延びる中間壁42iを有している。中間壁42iの内周縁には、第2ハブ42bの内面から間隔を隔てて筒部42eが形成されている。第2ハブ42bの外面と筒部42eの外面には、第2摩擦面101bが形成されている。第2摩擦面101bは、ハブ42の軸方向に対して、中間壁42iからドラム側に向かって径が小さくなるように、第1摩擦面101aと同じ角度で傾斜し、第2摩擦面101bに設けられたフェーシング材42fを介して、第1摩擦面101aと互いに対向している。
The
ドラム41とハブ42の間には、摩擦締結装置100Bが設けられている。摩擦締結装置100Bは、前記ドラム41の第1摩擦面101aと、前記第2ハブ42の第2摩擦面101bと、前記第2ハブ42bと、前記第2ハブ42bを駆動する第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cとで構成されている。
A
第2ハブ42bの内周面には、反摩擦面側に向かって広がる階段状に設けられることにより、複数の押圧部42jが軸方向に所定間隔で形成されている。一方、第2ハブ42bの内周面と対向する第1ハブ42aの第2筒部42hの外周面にも、反摩擦面側に向かって広がる階段状に設けられることにより、複数の結合部42kが軸方向に所定間隔で形成されている。
A plurality of
第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cは、第1実施形態のものと同様の構成であるが、ピストンではなく第2ハブ42bを押圧するように配置されている。すなわち、支持板104の内周縁は、ハブ42の第2筒部42hの結合部42kに適宜手段により結合されている。また、可動板105の外周縁は、支持板104の外径より大きい外径を有し、第2ハブ42bの押圧部42jを押圧できるようになっている。また、可動板105の外周縁は、押圧部42jに適宜手段により結合されている。
The first, second, and
次に、摩擦締結装置100Bを用いた第1クラッチ40の動作について説明する。
Next, operation of the first clutch 40 using the
図6(a)を参照すると、第1クラッチ40の非締結時には、ハブ42の第1ハブ42a、第2ハブ42b、第2ハブ42bの第2摩擦面101b、及び高分子アクチュエータ103a、103b、103cは、入力軸4とともに回転し、ドラム41及びその第1摩擦面101aは停止又は回転している。第1クラッチ40の締結指令によりスイッチ112がオンすると、電源109の電圧が第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cに印加される。これにより、図6(b)に示すように、第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cの高分子部材106が軸方向に収縮し、可動部材105が第2ハブの第1、第2、第3押圧部42jを押圧する。この結果、第2ハブ42bが摩擦面側に向かって移動し、第2ハブ42bの第2摩擦面101bがドラム41の第1摩擦面101aに圧接して、第1クラッチ40が締結される。これにより、ドラム41は、ハブ42とともに回転し、ハブ42の回転力がドラム41を介して第1、第2ギヤセット10、20のサンギヤ11、21に伝達される。
Referring to FIG. 6A, when the first clutch 40 is not engaged, the
第1クラッチ40の解放指令によりスイッチ112がオフすると、第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cへの電圧の印加が解消され、第1、第2、第3高分子アクチュエータ103a、103b、103cの高分子部材106が固有の弾性により復帰し、可動部材105が第2ハブ42bの第1、第2、第3押圧部42jを引き戻す。この結果、第2ハブ42bが反摩擦面側に向かって移動し、図6(a)の状態に復帰する。これにより、ドラム41の第1摩擦面101a及びハブ42の第2摩擦面101bの押圧が無くなるので、第1クラッチ40が解放され、ドラム41は、その回転を停止し又は当初の回転状態に戻り、ハブ42からドラム41への回転力が遮断される。
When the
なお、第2実施形態の摩擦締結装置100Bでは、第2ハブ42bを第1ハブ42aの第1筒部42gにスプライン結合したが、第2筒部42hにスプライン結合してもよい。また、第1摩擦面101aと第2摩擦面101bの傾斜を逆にしてもよい。この場合、ドラム41の第1摩擦面101aはドラム41の外周面と筒部41cの外周面に形成し、第2ハブ42bの第2摩擦面101bは、第2ハブ42bの内周面と筒部42eの内周面に形成し、第2ハブ42bの第2摩擦面101bがドラム41の第1摩擦面101aに外側から摩擦結合するようにする。
Although the
さらに、第2実施形態の摩擦締結装置100Bでは、押圧力発生手段として、高分子アクチュエータ103a、103b、103cを採用しているが、高分子アクチュエータに代えて油圧駆動のピストンにより第2ハブ42bを駆動するようにしてもよい。
Furthermore, in the
図7は、高分子アクチュエータ103a、103b、103cの変形例である。図7の高分子アクチュエータ103aの支持板104と可動板105は、図4の高分子アクチュエータ103aと逆に配置され、すなわち、摩擦板に支持板105、反摩擦板側に支持板104が配置されている。また、高分子部材106は、図4の高分子アクチュエータ106のようにエラストマー106aと中間電極106bとを軸方向に積層するのではなく、エラストマー106aと中間電極106bと半径方向に積層したものである。第1電極板104aと第2電極板105aに電圧を印加すると、高分子部材106は、半径方向に収縮し、軸方向に伸張するので、この軸方向に伸張するときの力により可動板105がピストン102の押圧部102cを押圧する。
FIG. 7 shows modifications of the
<摩擦締結装置の第3実施形態>
前記第1実施形態の摩擦締結装置100Aと、前記第2実施形態の摩擦締結装置100Bでは、ドラム41とハブ42に傾斜した摩擦面を形成し、ハブ42の軸方向に押圧力を発生させて、押圧力の発生方向と、摩擦面に直角に作用する押圧力の作用方向とを異ならせているが、図8に示すように、ドラム41とハブ42の摩擦板113に軸方向に対して垂直な摩擦面101a、102bを形成し、押圧力発生手段である高分子アクチュエータ103を押圧力発生方向がドラム41とハブ42の軸方向に対して傾斜するように設けて、押圧力発生方向に対して傾斜した押圧面114bを有する押圧部材114を介して、ドラム41とハブ42の摩擦板113を軸方向に押圧するようにすることができる。
<Third embodiment of friction fastening device>
In the
以下、図8に示す第3実施形態の摩擦締結装置100Cを具体的に説明する。なお、第3実施形態の摩擦締結装置100Cは、クラッチとブレーキのいずれにも適用できるが、説明の便宜上、クラッチであるかブレーキであるかを特定せずに説明する。
Hereinafter, the
ドラム41は、円筒形状を有し、回転又は停止している。ハブ42は、ドラム41より小径の円筒形状を有し、ドラム41の内側に該ドラム41と同心に配置されている。
The
ドラム41とハブ42の間には、摩擦締結装置100Cが設けられている。摩擦締結装置100Cは、複数の摩擦板113a、113bと、該摩擦板113a、113bを押圧する高分子アクチュエータ103と、押圧部材114とで構成されている。
A
複数の摩擦板113a、113bのうち、ドラム41の内側に配設された複数の摩擦板113aは、ドラム41にスプライン結合されて軸方向に移動可能に、且つドラム41と一体に回転可能に配置されている。摩擦板113aには、ドラム41の軸方向に直角な第1摩擦面101aが形成されている。ハブ42の外側に配設された複数の摩擦板113bは、ハブ42にスプライン結合されて軸方向に移動可能に、且つハブ42と一体に回転可能に配置されている。摩擦板113bのフェーシング部材113cの表面には、ハブ42の軸方向に直角な第2摩擦面101bが形成されている。ドラム41の摩擦板113aとハブ42の摩擦板113bは、交互に配置され、ハブ42の摩擦板113bの両面に設けられたフェーシング材113cを介して、互いに対向している。
Of the plurality of
高分子アクチュエータ103は、その全体の形状を除いて、第1実施形態、第2実施形態の高分子アクチュエータ103a、103b、103cと同様に、支持板104と、可動板105と、高分子部材106とで構成されているので、その詳細な構成の説明は省略する。高分子アクチュエータ103は、第1実施形態、第2実施形態の高分子アクチュエータ103a、103b、103cのように環状ではなく、図9に示すように、矩形の形状を有し、ドラム41の内周に等間隔に複数配設されている。
The
高分子アクチュエータ103は、厚さ方向の中心線がドラム41とハブ42の軸方向に対して傾斜するように配設されている。高分子アクチュエータ103の支持板104は、ドラム41の内面に結合されている。高分子アクチュエータ103の第1側面は、第1摩擦板113aに斜めに対向し、第1摩擦板113aに対して斜め方向の変位が許容されている。高分子アクチュエータ103の第1側面の反対側の第2側面は、ドラム41に設けた規制板115に接触して、その面方向の変形が規制されている。高分子アクチュエータ103の第1側面と第2側面に直角な第3側面と第4側面は、自由変形可能になっているが、規制板で変形を規制されていてもよい。高分子アクチュエータ103の可動板105の1辺は、規制板115に沿って移動可能になっている。
The
押圧部材114は、ドラム41の軸方向の断面が三角形の部材で、ドラム41とハブ42の軸方向に対して傾斜し、高分子アクチュエータ103に取り付けられる取付面114aと、ドラム41とハブ42の軸方向に直角な、換言すれば、第1摩擦板113aに平行な押圧面114bとを有する。押圧部材114は、その取付面114aが高分子アクチュエータ103の第1側面に取り付けられているが、高分子アクチュエータ103の厚さ方向の変形及び面方向の変形は許容している。
The pressing
高分子アクチュエータ103の支持板104と可動板105に設けられた図示しない電極板に電圧を印加すると、図8(a)の状態から、図8(b)に示すように厚み方向に収縮するとともに面方向に伸長し、電圧を解放すると、固有の弾性により図8(a)の状態に復帰する。高分子アクチュエータ103は、面方向に伸長するときの押圧力を押圧部材114を介して第1摩擦板113aと第2摩擦板113bを押圧するようになっている。
When a voltage is applied to electrode plates (not shown) provided on the
次に、摩擦締結装置100Cを用いたクラッチの動作について説明する。
Next, the operation of the clutch using the
図8(a)を参照すると、クラッチの非締結時には、ドラム41及びその摩擦板113a、高分子アクチュエータ103、及び押圧部材114は、図示しない入力軸とともに回転し、ハブ42及びその摩擦板113bは停止又は回転している。クラッチの締結指令によりスイッチ112がオンすると、電源109の電圧が高分子アクチュエータ103に印加される。これにより、図8(b)に示すように、高分子アクチュエータ103の高分子部材106が軸方向に収縮するとともに面方向に伸張し、押圧部材114が、ドラム41とハブ42の軸付方向に対して斜めに、ドラム41とハブ42の中心に向かって移動する。この結果、押圧部材114の押圧面114bがドラム41の第1摩擦板113aに対して摺接しながら、ドラム41の第1摩擦板113aとハブ42の第2摩擦板113bを押圧するので、クラッチ40が締結され、ハブ42及びその摩擦板113bは、ドラム41及びその摩擦板113aとともに回転し、ドラム41の回転力がハブ42に伝達される。
Referring to FIG. 8A, when the clutch is not engaged, the
クラッチの解放指令によりスイッチ112がオフすると、高分子アクチュエータ103への電圧の印加が解消され、高分子アクチュエータ103の高分子部材106が固有の弾性により復帰し、押圧部材114が、ドラム41とハブ42の軸付方向に対して斜めに、ドラム41とハブ42の中心から離れるように移動する結果、図8(a)の状態に復帰する。これにより、ドラム41の第1摩擦板113a及びハブ42の第2摩擦板113bの押圧が無くなるので、クラッチ40が解放され、ハブ42及びその摩擦板113bは、その回転を停止し、又は当初の回転状態に戻り、ハブ42からドラム41への回転力が遮断される。
When the
前記第3実施形態の摩擦締結装置100Cによれば、押圧力発生方向に対して傾斜する押圧部材114の押圧面114bにより第1摩擦板113a又は第2摩擦板113bをドラム41又はハブ42の軸方向に押圧して、ドラム41又はハブ42の軸方向に垂直な第1摩擦板113aと第2摩擦板113bの摩擦面101a、101bに押圧力を作用させるので、高分子アクチュエータ103による押圧力の発生方向と、摩擦面101a、101bに直角に作用する押圧力の作用方向とが異なる。これによって、楔の作用により摩擦面101a、102bに作用する押圧力を増大することができる。押圧力発生方向と押圧面114bの間の角度θが6.28°の場合、高分子アクチュエータ103による押圧力の発生方向の力をFact.とし、摩擦面101a、101bに直角に作用する力をFcl.とすると、倍力係数Fcl./Fact.=1sinθ=9.15倍となる。このため、押圧力発生手段としての高分子アクチュエータ103は小さい押圧力を発生するものでよく、摩擦締結装置及びこれを使用する自動変速装置を軽量化及びコンパクト化することができる。
According to the friction fastening device 100</b>C of the third embodiment, the
前記第3実施形態の摩擦締結装置100Cによれば、高分子部材106の面方向の伸長動作による押圧力を利用している。この面方向の伸長による押圧力は、厚さ方向の収縮による押圧力よりも小さいが、面方向の伸長による押圧力の発生方向は、摩擦面101a、101bに直角に作用する押圧力の作用方向と異なっているので、楔の作用により摩擦面101a、101bに作用する押圧力を増大することができる。
According to the
前記第3実施形態の摩擦締結装置100Cによれば、押圧部材114の押圧面114bが第1摩擦板113aと第2摩擦板113bに平行で、第1摩擦板113aを直接押圧するので、配置構成が簡単になる。
According to the
<摩擦締結装置の第4実施形態>
前記第3実施形態の摩擦締結装置100Cは、高分子アクチュエータ103をドラム41とハブ42の軸方向に対して斜めに配置したが、図10に示すように、高分子アクチュエータ103をドラム41とハブ42の軸方向に対して直角に配置することもできる。
<Fourth Embodiment of Friction Fastening Device>
In the
以下、図10に示す第4実施形態の摩擦締結装置100Dを具体的に説明する。なお、第4実施形態の摩擦締結装置100Dは、特記する以外は、第3実施形態の摩擦締結装置100Cと同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。
Hereinafter, the
ドラム41の複数の第1摩擦板113aのうち、高分子アクチュエータ103に隣接する第1摩擦板113aの高分子アクチュエータ側の面には、ドラム41の軸方向に対して傾斜した押圧力受部116が突設されている。押圧力受部116は、半径方向内方に向かうにつれて反摩擦面側に離れるように傾斜している。
Of the plurality of
高分子アクチュエータ103は、厚さ方向の中心線がドラム41とハブ42の軸方向に平行に配設されている。
The
押圧部材114は、ドラム41の軸方向の断面がL字形の部材で、ドラム41とハブ42の軸方向に平行で、高分子アクチュエータ103に取り付けられる取付面114aと、ドラム41とハブ42の軸方向に対して傾斜し、押圧力受部116と対向し、該押圧力受部116と平行な押圧面114bとを有している。
The pressing
次に、摩擦締結装置100Dを用いたクラッチの動作について説明する。
Next, the operation of the clutch using the
図10(a)を参照すると、クラッチの非締結時には、ドラム41及びその摩擦板113a、高分子アクチュエータ103、及び押圧部材114は、図示しない入力軸とともに回転し、ハブ42及びその摩擦板113bは停止又は回転している。クラッチの締結指令によりスイッチ112がオンすると、電源109の電圧が高分子アクチュエータ103に印加される。これにより、図10(b)に示すように、高分子アクチュエータ103の高分子部材106が厚さ方向に収縮するとともに面方向に伸張し、押圧部材114が、ドラム41とハブ42の軸付方向に直角に、ドラム41とハブ42の中心に向かって移動する。この結果、押圧部材114の押圧面114bがドラム41の第1摩擦板113aの押圧力受部116に対して摺接しながら、ドラム41の第1摩擦板113aとハブ42の第2摩擦板113bを押圧するので、クラッチ40が締結され、ハブ42及びその摩擦板113bは、ドラム41及びその摩擦板113aとともに回転し、ドラム41の回転力がハブ42に伝達される。
Referring to FIG. 10(a), when the clutch is not engaged, the
クラッチの解放指令によりスイッチ112がオフすると、高分子アクチュエータ103への電圧の印加が解消され、高分子アクチュエータ103の高分子部材106が固有の弾性により復帰し、押圧部材114が、ドラム41とハブ42の軸付方向に直角に、ドラム41とハブ42の中心から離れるように移動する結果、図10(a)の状態に復帰する。これにより、ドラム41の第1摩擦板112a及びハブ42の第2摩擦板113bの押圧が無くなるので、クラッチ40が解放され、ハブ42及びその摩擦板113bは、その回転を停止し、又は当初の回転状態に戻り、ドラム41からハブ42への回転力が遮断される。
When the
前記第4実施形態の摩擦締結装置100Dによれば、押圧部材114の押圧面114bが、ドラム41の軸方向に対して傾斜した第1摩擦板113aの押圧力受部116に平行であるので、高分子アクチュエータ103を第1摩擦板113aと第2摩擦板113bに平行に配設することができ、高分子アクチュエータ103の配置が容易になる。
According to the
本発明は前記実施形態に限るものではなく、種々変更することができる。例えば、ブレーキに適用する場合、前記第1、第2実施形態では、ギアセットのリングギアをハブとしたが、ピニオンのキャリアをハブとしてもよい。また、高分子アクチュエータの高分子部材の形状としては、前記第1、第2実施形態では環状又はそのセグメント状に形成したが、小円形の高分子部材を環状の支持板と可動板の間に周方向に配設してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various ways. For example, when applied to a brake, the ring gear of the gear set is used as the hub in the first and second embodiments, but the pinion carrier may be used as the hub. In the first and second embodiments, the shape of the polymer member of the polymer actuator is ring-shaped or segment-shaped. may be placed in
以上のように、本発明に係る摩擦締結装置は、自動車の変速機のクラッチ、ブレーキに
好適に利用される可能性がある。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the frictional engagement device according to the present invention may be suitably used for clutches and brakes of transmissions of automobiles.
1 自動変速機
41 ドラム
41b 結合部
42 ハブ
42a 第1ハブ
42b 第2ハブ
42j 押圧部
42k 結合部
100A~100D 摩擦締結装置
101a 第1摩擦面
10bb 第2摩擦面
102 ピストン(押圧部材)
102c 押圧部
103,103a,103b,103c 高分子アクチュエータ
104 支持板
105 可動板
106 高分子部材
113a 第1摩擦板
113b 第2摩擦板
114 押圧部材
114b 押圧面
116 押圧力受部
1
42
101a First friction surface 10bb
102c
Claims (9)
前記摩擦面は、
前記ドラムに設けられ、前記ドラムの軸方向に対して傾斜した第1摩擦面と、
前記ハブに設けられ、前記ハブの軸方向に対して傾斜し、前記第1摩擦面と対向する第2摩擦面とで構成され、
前記ハブが前記ドラムに対して軸方向に移動可能に設けられ、
前記押圧力発生手段は、前記ハブに対して前記ハブの軸方向に押圧力を発生させ、前記ハブを軸方向に移動させるように構成され、
前記ハブを軸方向に押圧する押圧部材が設けられ、
前記押圧力発生手段が、2つの電極板と、該2つの電極板の間に介在される高分子部材とからなる高分子アクチュエータで構成され、一側の電極板の外周縁が前記ドラムに形成された結合部に結合され、他側の電極板の内周縁が前記押圧部材に形成された押圧部に結合されている摩擦締結装置。 A friction fastening device comprising friction surfaces facing each other provided on a drum and a hub, and pressing force generating means for generating a pressing force acting on the friction surfaces,
The friction surface is
a first friction surface provided on the drum and inclined with respect to the axial direction of the drum;
a second friction surface provided on the hub, inclined with respect to the axial direction of the hub, and opposed to the first friction surface;
wherein the hub is axially movably provided with respect to the drum;
The pressing force generating means is configured to generate a pressing force against the hub in the axial direction of the hub to move the hub in the axial direction,
A pressing member is provided for axially pressing the hub,
The pressing force generating means is composed of a polymer actuator composed of two electrode plates and a polymer member interposed between the two electrode plates, and the outer peripheral edge of one electrode plate is formed on the drum. A frictional fastening device coupled to a coupling portion, wherein the inner peripheral edge of the electrode plate on the other side is coupled to a pressing portion formed on the pressing member.
前記摩擦面は、
前記ドラムに設けられ、前記ドラムの軸方向に対して傾斜した第1摩擦面と、
前記ハブに設けられ、前記ハブの軸方向に対して傾斜し、前記第1摩擦面と対向する第2摩擦面とで構成され、
前記ハブが前記ドラムに対して軸方向に移動可能に設けられ、
前記押圧力発生手段は、前記ハブに対して前記ハブの軸方向に押圧力を発生させ、前記ハブを軸方向に移動させるように構成され、
前記ハブは、第1筒部と該第1筒部より小径の第2筒部とを備えた第1ハブと、該第1ハブの第1筒部又は第2筒部とスプライン係合され、前記第2摩擦面を備えた第2ハブとからなり、
前記押圧力発生手段は、2つの電極板と、該2つの電極板の間に介在される高分子部材とからなる高分子アクチュエータで構成され、一側の電極板が前記第2ハブに形成された押圧部に結合され、他側の電極板が前記第1ハブの第1筒部と第2筒部のうち前記第2ハブがスプライン結合していない方に形成された結合部に結合されている摩擦締結装置。 A friction fastening device comprising friction surfaces facing each other provided on a drum and a hub, and pressing force generating means for generating a pressing force acting on the friction surfaces,
The friction surface is
a first friction surface provided on the drum and inclined with respect to the axial direction of the drum;
a second friction surface provided on the hub, inclined with respect to the axial direction of the hub, and opposed to the first friction surface;
wherein the hub is axially movably provided with respect to the drum;
The pressing force generating means is configured to generate a pressing force against the hub in the axial direction of the hub to move the hub in the axial direction,
the hub is spline-engaged with a first hub having a first tubular portion and a second tubular portion having a diameter smaller than that of the first tubular portion, and the first tubular portion or the second tubular portion of the first hub; a second hub having the second friction surface;
The pressing force generating means is composed of a polymer actuator including two electrode plates and a polymer member interposed between the two electrode plates, and one electrode plate is formed on the second hub. and the electrode plate on the other side is connected to a connecting portion formed in the first cylindrical portion and the second cylindrical portion of the first hub to which the second hub is not spline-connected. Fastening device.
前記摩擦面は、
前記ドラムに設けられた第1摩擦板に設けられ、前記ドラムの軸方向に対して垂直な第1摩擦面と、
前記ハブに設けられた第2摩擦板に設けられ、前記ハブの軸方向に対して垂直で、前記第1摩擦面と対向する第2摩擦面とで構成され、
前記押圧力発生手段は、押圧力発生方向に対して傾斜する押圧面が設けられた押圧部材を有し、
前記押圧部材の押圧面により、前記第1摩擦板又は前記第2摩擦板を前記ドラム又は前記ハブの軸方向に押圧するように構成されている摩擦締結装置。 A friction fastening device comprising friction surfaces facing each other provided on a drum and a hub, and pressing force generating means for generating a pressing force acting on the friction surfaces,
The friction surface is
a first friction surface provided on a first friction plate provided on the drum and perpendicular to the axial direction of the drum;
a second friction surface provided on a second friction plate provided on the hub, perpendicular to the axial direction of the hub and opposed to the first friction surface;
The pressing force generating means has a pressing member provided with a pressing surface inclined with respect to the pressing force generating direction,
A friction fastening device configured to press the first friction plate or the second friction plate in the axial direction of the drum or the hub by a pressing surface of the pressing member.
前記高分子アクチュエータに電圧を印加することによる収縮動作時に前記高分子部材の面方向の伸張動作によって前記押圧部材を変位させるように構成されている請求項6に記載の摩擦締結装置。 The pressing force generating means is composed of a polymer actuator comprising two electrode plates and a polymer member interposed between the two electrode plates,
7. The frictional fastening device according to claim 6, wherein the pressure member is displaced by an extension operation in the surface direction of the polymer member when the polymer actuator is contracted by applying a voltage.
前記高分子アクチュエータは、前記押圧部材の押圧面が前記第1摩擦板の前記押圧力受部と平行になるように、前記2つの電極板のいずれか一方が前記ドラムに固定されている請求項7に記載の摩擦締結装置。 The first friction plate is provided with a pressing force receiving portion inclined with respect to the axial direction of the drum, which is in sliding contact with the pressing surface of the pressing member of the polymer actuator,
In the polymer actuator, either one of the two electrode plates is fixed to the drum so that the pressing surface of the pressing member is parallel to the pressing force receiving portion of the first friction plate. 8. The friction fastening device according to 7.
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