(57)【要約】【課題】  クラッチ締結圧に起因したエネルギ・ロスを低減可能なクラッチ装置を提供する。【解決手段】  クラッチ装置は、クラッチ締結油圧をクラッチ・ピストン21に作用させてこれをクラッチ締結方向に移動させることで、第１摩擦プレート17、第２摩擦プレート18同士を弾性部材20で押圧した状態とし、この状態でロック機構32によりクラッチ・ピストン21の位置を機械的にロックする。ロック機構32は、弾性部材20の最大弾性変形位置に応じてそのロック位置を軸方向に可変にする。ロック機構32のロック時にクラッチ締結油圧低減部42でクラッチ締結油圧を運転状況に応じて低減する。【選択図】図１
2014066307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上で相対回転可能な第１部材および第２部材と、
前記第１部材および前記第２部材のうちの一方に係合された第１摩擦プレートおよび前記第１部材および前記第２部材のうちの他方に係合されたおよび第２摩擦プレートと、
前記第１部材および前記第２部材間でトルクを伝達可能とすべく、前記第１プレートと前記第２プレートとを互いに押圧するクラッチ・ピストンにクラッチ締結油圧を作用させて該ピストンをクラッチ締結方向に移動させるクラッチ締結油供給部と、
前記第１プレートと前記第２プレートとに該両プレートを押圧する弾性力を作用可能で、前記クラッチ・ピストンのクラッチ締結方向への移動時に、前記伝達トルクを担保する弾性部材と、
該弾性部材によって前記伝達トルクが担保されるとき、前記クラッチ・ピストンの軸方向への移動を機械的に規制するロック位置を、前記弾性部材の最大弾性変形位置に応じて前記軸方向に可変にするロック機構と、
該ロック機構によるロック時に前記クラッチ締結油圧を運転状況に応じて低減可能なクラッチ締結油圧低減部と、
を備えたことを特徴とするクラッチ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のクラッチ装置において、
前記ロック機構は、前記クラッチ締結油圧の供給により前記ロックし、前記クラッチ・ピストンに作用させてクラッチ解放を行うクラッチ解放圧により前記ロックを解除する、
ことを特徴とするクラッチ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のクラッチ装置において、
前記弾性部材は、ダイヤフラム・スプリングであり、
該ダイヤフラム・スプリングは、クラッチ締結継続中は完全圧縮された前記最大弾性変形位置を維持する状態になっている、
ことを特徴とするクラッチ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッチ装置において、
前記ロック機構は、前記クラッチ・ピストンに設けた第１テーパ面と、
前記クラッチ締結圧によりクラッチ締結方向へ、またクラッチ解放圧によりクラッチ解放方向へそれぞれ移動可能で、前記第１テーパ面とはテーパ角度が異なる第２テーパ面を設けたサブピストンと、
該サブピストンをクラッチ締結方向に押圧する押圧スプリングと、
前記両テーパ面の間に配設し、貫通孔を設けた静止部と、
前記貫通孔に前記クラッチ・ピストンの半径方向へ移動可能に挿入されて、前記第１テーパ面と前記第２テーパ面とに接触し、前記ロック位置で前記クラッチ・ピストン保持可能なロック部材と、
備えたことを特徴とするクラッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用変速機等に用いられ、相対回転可能な２つの部材間の一方、他方にそれぞれ係合された摩擦プレート同士を押圧することでクラッチの締結と、また摩擦プレートへの押圧力をなくすことでクラッチの解放とを、油圧の供給・排出により選択的に行うようにしたクラッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなクラッチ装置は、周知であり、たとえば特許文献１に記載のものが知られている。
このクラッチ装置は、クラッチ・ドラムの内周面にスプライン嵌合された摩擦プレートとクラッチ・ドラムの内側に配置されたクラッチ・ハブの外周面にスプライン嵌合した摩擦プレートと、油圧で作動するクラッチ・ピストンと、クラッチ・ピストンをクラッチ解放位置に押し戻すリターン・スプリングと、を備えている。
クラッチを締結するには、クラッチ締結圧油を供給してクラッチ・ピストンをこの軸方向へリターン・スプリングの弾性力に対抗しながら移動させ、上記摩擦プレート同士を押圧することでクラッチ・ドラムとクラッチ・ハブとの間でトルクを伝達可能なクラッチ締結状態とする。クラッチを解放するには、クラッチ締結圧油を排出してクラッチ・ピストンをリターン・スプリングで押し戻し、摩擦プレートへの押圧力をなくすことで上記トルクを伝えないクラッチ解放状態にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１２２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のクラッチ装置にあっては、以下の問題がある。
すなわち、従来のクラッチ装置では、クラッチ締結中は、リターン・スプリングのリターン力に打ち勝ちながら摩擦プレートに必要な押圧力を確保するため、クラッチ・ピストンに絶えず高圧のクラッチ締結油圧を付与し続けなければならず、その分、オイル・ポンプに負荷がかかり燃費が悪化するのを避けることができない。
また、クラッチ装置にあっては、このクラッチの締結中には、相対回転する部材間の油の受け渡しを行う部位に設けられたシール・リングによりクラッチ締結用油の通路からの油漏れを防ぐようにしているが、クラッチ締結中は、シール・リングに高圧のクラッチ締結圧が作用してシール・リングを上記相対回転側部材の一方に押し付けながら回転するので、これらの間にシール・リングによるフリクション・ロスが発生し、その分、燃費が悪化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、クラッチ締結油圧に起因した、クラッチ締結中に発生するエネルギ・ロスを低減することができるようにしたクラッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため、本発明によるクラッチ装置は、同軸上で相対回転可能な第１部材および第２部材のうちの一方に係合された第１摩擦プレートおよび第１部材および第２部材のうちの他方に係合された第２摩擦プレートを備え、クラッチ・ピストンにクラッチ締結油圧をクラッチ締結油供給部から作用させてこのクラッチ・ピストンをクラッチ締結方向に移動させることで第１摩擦プレートと第２摩擦プレートとを互いに押圧して、第１部材および第２部材間でトルクを伝達可能とする。
第１プレートと第２プレートとは、これらの両プレートに弾性部材からの弾性力が付与されて、クラッチ・ピストンのクラッチ締結方向への移動時に、伝達トルクを担保する。
この弾性部材により伝達トルクが担保されるとき、クラッチ・ピストンの軸方向への移動を機械的にロック位置に規制するロック機構を備え、このロック機構は、弾性部材の最大弾性変形位置に応じてそのロック位置を軸方向に可変にする。
このロック機構によるロック時にクラッチ締結油圧低減部でクラッチ締結油圧を運転状況に応じて低減可能とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるクラッチ装置にあっては、クラッチ締結継続中におけるクラッチ油圧の保持を不要とし、またこのときクラッチ締結圧で相対回転する部材間に配置されたシール・リングにフリクション・ロスの原因となる高圧のクラッチ油圧が作用しないようにして、クラッチ締結中にクラッチ締結油圧に起因したエネルギ・ロスを低減することができる。
また、この場合、弾性部材やロック機構等の製造上のばらつき、また摩擦プレートの摩耗といった経時変化をも、ロック位置を可変として自動的に吸収することができるので、設計時や製造時における余裕代を小さく抑えてコストを抑制できるのみならず、経時変化にも自動的に対応でき、その維持コストをも抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１のクラッチ装置を備えたベルト式無段変速機の前後進切り替え装置周りの断面図である。
【図２】図１のロック機構の拡大断面図である。
【図３】実施例１のクラッチ装置においてフォワード・クラッチ・ピストンがサブピストンを押圧するときの力関係を表した模式図である。
【図４】施例１のクラッチ装置においてサブピストンがフォワード・クラッチ・ピストンを押圧するときの力関係を表した模式図である。
【図５】実施例１のクラッチ装置がスリップしている半クラッチ状態を示す図である。
【図６】実施例１のクラッチ装置が締結している状態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、実施例１のクラッチ装置の全体構成を説明する。
この実施例１のクラッチ装置は、車両用ベルト式無段変速機の前後進切り替え装置を切り替えるのに用いられる。
【００１１】
まず、前後進切り替え装置について説明する。
図１は、入力軸24の上半部のみを描いてある。同図示すように、前後進切り替え装置1は、シングル・ピニオン式遊星歯車組で構成される。
この遊星歯車組は、サン・ギヤ2と、この外周に配置したリング・ギヤ3と、サン・ギヤ2とリング・ギヤ3とにそれぞれ常時噛み合う複数のピニオン4を回転自在に支持するピニオン・キャリヤ5と、を備えている。
【００１２】
サン・ギヤ2は、この内周側端部がプライマリ・プーリーの固定側シーブ6の軸方向に突出した円筒部分にスプライン係合されて前後進切り替え装置1の出力部材として機能するとともに、サン・ギヤ2のシーブ6とは反対側の側面がフォワード・クラッチ・ハブ15の内周側部分に連結されて駆動力の入力部材として機能する。
リング・ギヤ3はフォワード・クラッチ・ドラム7の外側円筒部分7aの内周面に形成されたスプラインに噛み合わされて前後進切り替え装置1の入力部材として機能する。
ピニオン・キャリヤ5は、この外周部分にブレーキ・ドラム8が連結されて前後進切り替え装置1の固定部材として機能可能である。
【００１３】
すなわち、ピニオン・キャリヤ5に連結されたブレーキ・ドラム8の外側円筒部分8aの外周面側と変速機ケースに固定された円筒状のケース側部材9Aの内周面との間には、それら両者の一方、他方にそれぞれ分けられて係合された複数の摩擦プレート10a.10bが配置されて、ブレーキ油室11へのブレーキ圧油の供給・排出に応じてブレーキ・ピストン12が進退することで、ブレーキ・ドラム8とケース側部材9Aとを締結・解放するリバース・ブレーキ13が設けられる。なお、ブレーキ・ピストン12の先端部分と摩擦プレート10との間には、リターン・スプリング14が配設される。
したがって、リバース・ブレーキ13が締結すると、ピニオン・キャリヤ5はケース側に固定されて静止する。
【００１４】
一方、リング・ギヤ3に連結されたフォワード・クラッチ・ドラム7とサン・ギヤ2に連結されたフォワード・クラッチ・ハブ15との間には、フォワード・クラッチ16が設けられる。このフォワード・クラッチ16の詳細な構造については、後で説明する。
【００１５】
フォワード・クラッチ・ドラム7に後述するように図外のエンジン等から駆動力が入力軸24等を介して入力されると、リバース・ブレーキ13が解放された状態でフォワード・クラッチ16が締結されているときは、前後進切り替え装置1は、この遊星歯車組の各回転要素が一体となって回転する。この結果、サン・ギヤ2は、直結（変速比１）となって回転駆動するので、このサン・ギヤ2に連結されたシーブ6も駆動入力と同じ回転速度、同じトルクで回転する。このとき、車両は、プーリ比に応じた変速比で前進駆動される。
【００１６】
一方、フォワード・クラッチ・ドラム7に駆動力が入力されている場合、上記とは逆に、フォワード・クラッチ16が解放された状態でリバース・ブレーキ13が締結されているときは、サン・ギヤ2は逆方向に減速回転する。このとき、車両は、プーリ比に応じた変速比で後進駆動される。
なお、フォワード・クラッチ16およびリバース・ブレーキ13の両方が解放されているときは、前後進切り替え装置1は中立状態となり、フォワード・クラッチ・ドラム7に駆動力が入力されていても、プーリのシーブ6には駆動力が伝わらない。
【００１７】
次に、フォワード・クラッチ16の詳細構造について以下に説明する。
フォワード・クラッチ16は、上述したように、フォワード・クラッチ・ドラム7の内周面側のスプラインに嵌合されて軸方向へ移動可能な複数のドライブ・プレート17と、フォワード・クラッチ・ハブ15の外周面のスプラインに嵌合されて軸方向へ移動可能な複数のドリブン・プレート18とが、軸方向に互い違いに配設されて、それらの摩擦面同士が押圧可能に重ね合わされている。
なお、フォワード・クラッチ・ドラム7とフォワード・クラッチ・ハブ15とは、それらのうちの一方が本発明の第１部材に、またそれらのうちの他方が本発明の第２部材にそれぞれ相当する。さらに、ドライブ・プレート17とドリブン・プレート18とは、それらのうちの一方が本発明の第１摩擦プレートに、またそれらのうちの他方が本発明の第２摩擦プレートに相当する。
【００１８】
上記ドライブ・プレート17のうち最も前後進切り替え装置1に近い（図１中の最左端側の）ドライブ・プレート17とフォワード・クラッチ・ドラム7に固定されたスナップ・リング19との間には、ダイヤフラム・スプリング20が配設される。ダイヤフラム・スプリング20は、本実施例では、クラッチ締結時には、完全に圧縮されるように設定してある。
なお、ダイヤフラム・スプリング20は、本発明の弾性部材に相当する。
本実施例では、スナップ・リング19は、リング・ギヤ3の側端面に当接することで軸方向の荷重を受けることができるように構成している。
【００１９】
フォワード・クラッチ・ピストン21は、フォワード・クラッチ・ドラム7の外側円筒部分7aと内側円筒部分7bとの間の筒状の空間内に挿入され、その軸方向に移動可能とされている。フォワード・クラッチ・ピストン21の外側円筒部分21aは、半径方向外側に向けて折り曲げられて図１中の右端のドライブ・プレート17に当接可能である。また、その内側円筒部分21bはこの先端部分がフォワード・クラッチ・ドラム7の内側円筒部分7bの外周面に支持される。また、内側円筒部分21bと内側円筒部分7bと間にはシール部材28が設けられる。
なお、フォワード・クラッチ・ピストン21は、本発明のクラッチ・ピストンに相当する。
【００２０】
フォワード・クラッチ・ドラム7の内側円筒部分7bの図１中の右側部分は、ケース側部材9Bの内側のボス部分9aに回転可能に支持されたフォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aの図１中の右側端部分から半径方向外側へ立ち上がった外側フランジ部分23bの外周端に連結される。なお、ケース側部材9Bは、本発明の静止部に相当する。
フォワード・サポート・ドラム23の図１中の左端側は、半径方向内側へ折り曲げられた内側フランジ部分23cの内側端部分に形成されたボス部分23dが入力軸24にスプライン嵌合される。
フォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aは、ケース側部材9Bの円筒状のボス部9aの外周面上に回転自在に支持される。なお、円筒部分23aとボス部9aの間に３個のシール部材25a、25b、25cが配設される。
【００２１】
フォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aの図１中の左端側部分の外周面上には、仕切りプレート26が取り付けられる。
仕切りプレート26は、内周端部分がスナップ・リング27により図１中で軸方向左側への移動が規制されるとともに、その外周側端部分に取り付けられたシール部材44が、フォワード・クラッチ・ピストン21の外側円筒部分21aの内周面に接触させられる。
仕切りプレート26とフォワード・クラッチ・ピストン21との間には、環状のリターン・スプリング29が設けられ、この弾性力でフォワード・クラッチ・ピストン21を解放位置(図１の位置)、すなわち、フォワード・クラッチ・ドラム7の側壁7cへ付勢して押し付け、クラッチ解放時にフォワード・クラッチ・ピストン21がドライブ・プレート17とドリブン・プレート18とを圧接することがないようにしている。
【００２２】
ここで、フォワード・クラッチ・ドラム7の側壁7cとフォワード・クラッチ・ピストン21との間には、クラッチ締結圧室30が画成される一方、仕切りプレート26とフォワード・クラッチ・ピストン21との間には、クラッチ解放圧室31が画成される。
なお、クラッチ締結圧室30は、本発明のクラッチ締結圧部に相当する。
【００２３】
以上のような構成にあって、フォワード・クラッチ・ピストン21の内側円筒状部分21bとフォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aとの間には、これらの一部を含んで構成されるロック機構32が設けられる。
このロック機構32は、クラッチ締結圧を低減あるいはなくしても、フォワード・クラッチ・ピストン21の締結位置を機械的に保持してフォワード・クラッチ・クラッチ16を締結状態に維持するものである。
ロック機構32は、フォワード・クラッチ・ピストン21の内側円筒部分21bやフォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aを含め、サブピストン33、ボール34、押圧スプリング35、およびシール部材22、28、39を備えており、以下に説明するように構成される。
【００２４】
すなわち、図１および図１中のロック機構32周辺を拡大した図２に示すように、フォワード・クラッチ・ピストン21の内側円筒状部分21bには、フォワード・クラッチ・ドラム7の側壁7cへ向かうにしたがって拡径する第１テーパ面21cが形成される。この第１テーパ面21cは、その中心軸に対し角度θ(図３、を参照)で傾斜する。本実施例では、たとえばθ＝10°に設定する。後述するように、第１テーパ面21cは、クラッチ解放位置からクラッチ締結位置まで伸びており、常にボール34に接触する。
【００２５】
一方、フォワード・クラッチ・ピストン21の内側円筒状部分21bを支持するフォワード・クラッチ・ドラム7の内側円筒部分7bには、周方向に配置されそれぞれボール34を挿通可能な複数のボール保持孔36と、これらより図２中右側の位置にクラッチ締結圧油を通すクラッチ締結圧用孔7dと、これらとは逆の先端側にシール部材28を挿入する環状のシール溝7eがそれぞれ形成してある。
ボール保持孔36は、本発明の貫通孔に相当する。
【００２６】
ここで、ボール34は、常にボール保持孔36内にあって、フォワード・クラッチ・ピストン21およびサブピストン33の位置に応じてボール保持孔36 内を半径方向に沿って移動する。ただし、サブピストン33がどの位置にあっても、ボール34は、常にボール保持孔36から半径方向内側と外側へ突出した状態にあって、フォワード・クラッチ・ピストン21の第１テーパ面21cと後述するサブピストン33の第２テーパ面33dに接触するように構成されている。
なお、ボール34を挿入したボール保持孔36の個数は、フォワード・クラッチ16での伝達可能な最大伝達トルクによって決定すればよい。
【００２７】
サブピストン33は、環状の部材であり、フォワード・クラッチ・ドラム7の内側円筒部分7bとフォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aとの間にクラッチの軸方向に移動可能に設けられる。
サブピストン33は、この外周面側にボール34の半径方向内側部分に接触し、サブピストン33の位置に応じてボール34を半径方向に沿って移動させることが可能なボール進退傾斜部33bが形成されている。このボール進退傾斜部33bは、サブピストン33の外周の一部を窪ませて形成されている。
【００２８】
ボール進退傾斜部33bの底部は、図２中右側に行くにしたがって深さが浅くなって行く第２テーパ面33dを有する。この第２テーパ面33dが、サブピストン33の中心軸となす角度ψは、フォワード・クラッチ・ピストン21の内側円筒状部分21bの第１テーパ面21cがなす角度θより大きい角度に設定される。本実施例では、たとえばψ＝25°に設定される。
【００２９】
サブピストン33の外周面でボール進退傾斜部33bより図２中左側の部分の環状のシール溝33cに挿入されたシール部材22は、フォワード・クラッチ・ドラム7の内側円筒部分7bの内周面に接触してクラッチ締結圧室30とクラッチ解放圧室31とが互いに連通しないようにしている。
また、サブピストン33の図２中の左側先端部には複数の連通溝33eが形成されて、サブピストン33が仕切りプレート26に当接した状態にあっても連通路を確保し、クラッチ解放圧室31内にクラッチ解放圧油を供給可能としている。
【００３０】
サブピストン33の図２中の右側端側面とフォワード・サポート・ドラム23の外側フランジ部23bとの間には、押圧スプリング35が配設されてサブピストン33を図２中左側へ付勢する。
このとき、サブピストン33は、押圧スプリング35に図２中左側へ付勢されると、ボール進退傾斜部33bの第２テーパ面33dがボール34をフォワード・クラッチ・ドラム7の内側円筒部分7bのボール保持孔36を形成する側壁およびフォワード・クラッチ・ピストン21の内側円筒状部分21bの第１テーパ面21cに押し付ける。しかしながら、リターン・スプリング29のリターン力は強く、フォワード・クラッチ・ピストン21は動かず、したがってボール34も動かない。
この結果、サブピストン33は、フォワード・クラッチ・ピストン21の位置より規制されて、図２中左側へ過度に移動しないように、ボール33を介してその軸方向への移動が規制されている。
【００３１】
環状のサブピストン33の内側に配置されたフォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aには、押圧スプリング35を配置した空間を通じてクラッチ締結圧室30へクラッチ締結圧油を供給・排出するクラッチ締結圧用連通孔37が形成されるとともに、クラッチ解放圧油室31へクラッチ解放圧油を供給・排出可能なクラッチ解放圧用連通孔38が形成される。
クラッチ締結圧用連通孔37とクラッチ解放圧用連通孔38とは、フォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aとサブピストン33との間に設けたシール部材39により連通しないようにされる。
【００３２】
また、ケース側部材9Bのボス部分9aには、フォワード・サポート・ドラム23の円筒部分23aに形成したクラッチ締結圧用連通孔37、クラッチ解放圧用連通孔38に連通可能にされたクラッチ締結圧用連通路40、クラッチ解放圧用連通路41が形成される。
【００３３】
なお、クラッチ締結圧用連通路40、クラッチ解放圧用連通路41は、コントロール・バルブ装置42に接続される。コントロール・バルブ装置42では、クラッチ締結圧、クラッチ解放圧を最適値に設定するとともに、それらの供給・排出のタイミングを決める。したがって、フォワード・クラッチ16の締結によりロック機構32がロックした後、クラッチ締結圧室30のクラッチ締結圧油を抜く機能もここで行われる。
したがって、コントロール・バルブ装置42は、本発明のクラッチ締結油圧低減部に相当する。
【００３４】
ここで、上記ロック機構32の原理について以下に詳しく説明する。
図３(a)は、クラッチ締結状態にあって完全圧縮されたダイヤフラム・スプリング20から弾性力（リターン力）Fで付勢されたフォワード・クラッチ・ピストン21が、ボール34を介してサブピストン33を軸方向に押圧する場合を模式的に表す。なお、リターン・スプリング29が設けられている場合には、ダイヤフラム・スプリング20の弾性力にリターン・スプリング29の荷重をさらに加味すればよい。
【００３５】
図３(b)は、そのときのフォワード・クラッチ・ピストン21の第１テーパ面21cがボール34を押圧するときの分力の関係を示す。第１テーパ面21cの角度はθであるから、リターン力Fの第１テーパ面21cに沿う方向の分力は、Fcosθ、第１テーパ面21cに垂直な方向の分力はFsinθとなる。
【００３６】
図３(c)は、ボール34に作用する分力の関係を示す。ボール34には、第１テーパ面21cからこれに垂直にFsinθの分力が作用するので、これをクラッチの軸方向の分力とその半径方向の分力ととに分けると、それぞれFsin２θ、Fsinθcosθとなる。
【００３７】
図３(d)には、サブピストン33の第２テーパ面33dを押圧する分力の関係を示す。ボール34から半径方向内側に第２テーパ面33dへ作用する力はFsinθcosθであるから、第２テーパ面33dに沿う方向の分力、第２テーパ面33dに垂直な方向の分力は、第２テーパ面33dの角度ψを用いて、それぞれFsinθcosθsinψ、Fsinθcosθcosψとなる。
【００３８】
図３(e)は、サブピストン33の第２テーパ面33dに作用するクラッチの半径方向および軸方向の分力の関係を示す。ボール34からサブピストン33の第２テーパ面33dの垂直方向に作用する力は、Fsinθcosθcosψであるから、この力の半径方向の分力、軸方向の分力は、それぞれFsinθcosθcos２ψ、Fsinθsinψcosψとなる。
【００３９】
以上から、ダイヤフラム・スプリング20のリターン力Fによりフォワード・クラッチ・ピストン21がボール34を介してサブピストン33を軸方向へ押す力は、上記軸方向の分力Fsinθsinψcosψとなる。
したがって、θを10°、ψを25°に設定した本実施例の場合では、ダイヤフラム・スプリング20のリターン力Fの約15％の力でサブピストン33を保持可能であることが分かる。
【００４０】
次に、図４(a)は、上記の場合とは逆に押圧スプリング35の付勢力Pによりサブピストン33がフォワード・クラッチ・ピストン21を軸方向に押圧する場合の力の関係を模式的に表す。
【００４１】
図４(b)は、サブピストン33の第２テーパ面33dがボール34を軸方向に押す付勢力Pで押すときの第２テーパ面33dでの分力の関係を示す。第２テーパ面33dに沿う方向の分力、第２のテーパ面33dに垂直な方向の分力は、それぞれPcosψ、Psinψとなる。
【００４２】
図４(c)は、第２テーパ面33dからボール34に作用する分力の関係を示す。そのクラッチの軸方向の分力、径方向の分力は、それぞれPsin２ψ、Psinψcosψとなる。
【００４３】
図４(d)は、ボール34がフォワード・クラッチ・ピストン21の第１テーパ面21cを垂直方向に押す力Psinψcosψの分力の関係を示す。第１のテーパ面21cに沿う方向の分力、第１テーパ面21cに垂直な方向の分力は、それぞれPsinθsinψcosψ、Pcosθsinψcosψとなる。
【００４４】
図４(e)は、ボール34からフォワード・クラッチ・ピストン21の第１テーパ面21cに垂直に作用するに作用する分力の関係を示す。この場合の径方向の分力、軸方向の分力は、それぞれPcos２θsinψcosψ、Psinθcosθsinψcosψとなる。
したがって、押圧スプリング35がフォワード・クラッチ・ピストン21を軸方向に押す力は、Psinθcosθsinψcosψである。θを10°、ψを25°に設定した本実施例の場合では、押圧力Pの約6.55％でフォワード・クラッチ・ピストン21を軸方向に押圧することになる。したがって、その押圧力は、ダイヤフラム・スプリング20の付勢力の約1％、リターン・スプリング29の荷重の約7％に相当する。
【００４５】
次に実施例１のクラッチ装置の作用につき説明する。
図１は、動力伝達がない中立状態を示す。このとき、クラッチ締結圧、クラッチ解放圧のいずれも、クラッチ締結圧室30、クラッチ解放圧室31に供給されていない。
したがって、ダイヤフラム・スプリング20はフリーの状態となっており、ドライブ・プレート17とドリブン・プレート18とが押し付けられることもないので、これらの間で伝達可能なトルクは実質的にゼロである。
フォワード・クラッチ・ピストン21は、リターン・スプリング29でフォワード・クラッチ・ドラム7の内側の側壁7cに押し付けられるクラッチ解放位置に確実に戻されその位置を維持している。
【００４６】
ロック機構32では、フォワード・クラッチ・ピストン21がクラッチ解放位置、すなわち、図１、図２中で最も右寄りの位置にあるので、その第１テーパ面21cの中で図１中最も左側にある部分がボール34に接触して、これを図１中、右下方向に向けて押圧している。
この結果、ボール34は、半径方向の最も内側にあって、そのボール34の半径方向内側部分がフォワード・クラッチ・ドラム7のボール保持孔36から半径方向内側へ突出して、サブピストン33のボール保持部33bの第２テーパ面33dに接触している。
【００４７】
したがって、サブピストン33は、押圧スプリング35でクラッチ締結方向(図１中の左方向)へ付勢されているにもかかわらず、サブピストン33が上記ボール34を介して図１において右向きの軸方向へ付勢する力（ロック力）の方が押圧スプリング35の逆方向の押圧力より強い。この結果、サブピストン33は、図１の位置に保持される。
【００４８】
今、ドライバがエンジンを稼働させた状態で、セレクト・レバーを前進レンジへ入れると、コントロール・バルブ装置42からクラッチ締結圧油がクラッチ締結圧用連通路40、クラッチ締結圧用孔37、押圧スプリング35が挿入されている空間等を通ってクラッチ締結室30へ向かう。
クラッチ締結室30がクラッチ締結圧油で満たされると、その内部の圧が高まって行き、フォワード・クラッチ・ピストン21はリターン・スプリング29のリターン力に抗して図１中左側へ移動し始め、次いでドライブ・プレート17、ドリブン・プレート18を押し付けながらダイヤフラム・スプリング20を圧縮し始める。
【００４９】
ロック機構32のボール34は、サブピストン33の第２テーパ面33dを介して押圧スプリング35から図１中左側に向けて押圧力を常に受けているが、今回はさらにサブピストン33の後面(図１中の右端側の面)に作用するクラッチ締結圧からもサブピストン33が図１中左側へ押圧されるので、クラッチ解放時よりもさらに強い力でボール34を半径方向外側へ押し出そうとする。
【００５０】
一方、このときフォワード・クラッチ・ピストン21の上記前進移動に伴い、ボール34の半径方向外側への移動を抑えていたフォワード・クラッチ・ピストン21の第１テーパ面21cも前進する結果、第１テーパ面21cとボール34との接触点も半径方向外側へ移動することとなる。すなわち、ボール34は、半径方向外側へ移動し始める。
【００５１】
このボール34の半径方向外側への移動により、ボール34に第２テーパ面33dが常に接触するように押圧スプリング35で押圧されていたサブピストン33も図１中左側へ向けて移動し始める。
【００５２】
このように、クラッチ圧の高まりに応じてダイヤフラム・スプリング20が圧縮されて行き、この圧縮による弾性力でドライブ・プレート17とドリブン・プレート18を押圧する。この結果、これら間に摩擦トルクが発生し、ドライブ・プレート17とドリブン・プレート18、したがってフォワード・クラッチ・ドラム7とフォワード・クラッチ・ハブ15とはスリップしながら入力されたトルクの一部を伝える、図５に示す半クラッチ状態となる。
【００５３】
クラッチ締結圧がさらに高まって行くと、ダイヤフラム・スプリング20が完全に圧縮され図６の状態（最大弾性変形位置にある状態）になる。この状態は、上記スリップが発せず入力された全トルクを伝達可能なクラッチ完全締結状態である。
この状態では、フォワード・クラッチ・ピストン21はもはや前進できず、したがって、この時の位置でサブピストン33やボール34の最前進位置が決まり、この位置がロック位置となる。
【００５４】
この後、所定時間後に、コントロール・バルブ装置42にてクラッチ締結室30からクラッチ締結圧油を抜く。
このときフォワード・クラッチ・ピストン21をクラッチ締結方向に押圧する油圧は無くなるが、ロック機構32が上記ロック位置で機械的にロックした状態を維持するので、フォワード・クラッチ・ピストン21も、その位置を維持する。したがって、フォワード・クラッチ16は締結状態を保ち、フォワード・クラッチ・ドラム7とフォワード・クラッチ・ハブ15とは一体となって入力された全トルクを伝えながら回転する。
【００５５】
なお、この完全締結状態にあっては、ダイヤフラム・スプリング20は完全圧縮された状態になり、そのとき発生する弾性力はドライブ・プレート17とドリブン・プレート18との間で入力された全トルクを伝えるのに必要な大きさであればよい。
また、上記完全締結状態にするにあたっては、ダイヤフラム・スプリング20を完全圧縮した状態でロック機構32のロック位置が自動的に決まるので、ダイヤフラム・スプリング20のばらつきやド経時変化によるライブ・プレート17とドリブン・プレート18の摩耗にも関わらず、常に最適なロック位置が確保される。
【００５６】
上記締結状態にあるフォワード・クラッチ16を解放するには、コントロール・バルブ装置42からクラッチ解放圧油をクラッチ解放圧用連通路41、クラッチ解放圧用連通孔38等を通ってクラッチ解放圧室31に供給する。
クラッチ解放圧室31がクラッチ解放圧油で充満され、解放圧が高まって行くと、フォワード・クラッチ・ピストン21を図１中右側に直接押す圧力も高まるとともに、サブピストン33の図１中の左端部も解放圧で図１中右側へ押圧されるようになる。
【００５７】
この結果、上記解放圧によりサブピストン33は、図１中右側へ押圧されて移動し、フォワード・クラッチ・ピストン21も上記解放油圧とダイヤフラム・スプリング20の弾性力およびリターン・スプリング29の弾性力により図１中右側へ移動する。
したがって、ボール34は、後退するサブピストン33の第２テーパ面33dに接触しながら、フォワード・クラッチ・ピストン21の後退にしたがって第１テーパ面21cにより半径方向内側へ押し込まれて行き、ロック機構32のロックが解除される。
【００５８】
ダイヤフラム・スプリング20は、圧縮弾性変形状態から元の状態に戻る結果、ドライブ・プレート17とドリブン・プレート18への押圧力はなくなり、フォワード・クラッチ・ハブ15はフォワード・クラッチ・ドラム7からフリーとなる。また、フォワード・クラッチ・ピストン21は、リターン・スプリング29によりフォワード・クラッチ・ドラム7の側壁7cに押し付けられ、その位置を維持する。
フォワード・クラッチ16の解放が確実に終えた時間が経ったら、コントロール・バルブ装置42がクラッチ解放圧室31からクラッチ解放圧油を抜いて、図１に示す状態になる。
【００５９】
以上に説明した実施例１のクラッチ装置の効果について以下に説明する。
実施例１のクラッチ装置では、クラッチ締結位置にフォワード・クラッチ・ピストン21の位置を、ダイヤフラム・スプリング20を圧縮した状態でロック機構32により保持するようにし、そのときクラッチ締結圧を抜くあるいは低減するようにしたので、クラッチ締結継続中におけるクラッチ油圧の保持が不要になる分、またこのときクラッチ締結圧で相対回転する部材間に配置されたシール部材25a〜25c等にフリクション・ロスの原因となる高圧のクラッチ油圧が作用しない分、エネルギ・ロスを低減して燃費を向上することができる。
特に、クラッチ装置がフォワード・クラッチ16であり、走行中長時間締結状態を保つので、上記効果は大きい。
【００６０】
また、ロック機構32は、ダイヤフラム・スプリング20によって伝達トルクが担保されるとき、フォワード・クラッチ・ピストン21の軸方向への移動を機械的に規制するロック位置を、ダイヤフラム・スプリング20の最大弾性変形位置、本実施例では完全圧縮位置に応じて軸方向に可変にするようにしたので、ダイヤフラム・スプリング20等の製造上のばらつきや経時変化によるドライブ・プレート17、ドリブン・プレート18の摩耗等があった場合でも、常に自動的にロック位置が決まるので、コストを易く抑えることが可能となる。
【００６１】
ロック機構32は、フォワード・クラッチ・ピストン21の第１テーパ面21c、第１テーパ面と異なるテーパ角度を有する第２テーパ面33dを設けたサブピストン33、ボール34、押圧スプリング35等で構成したので、クラッチ締結圧の付与でロック機構32をロックすることができ、クラッチ締結圧を抜いた状態でのクラッチ解放圧（したがって、解放圧は小さくできる）の付与でロックを解除することができる。また、ロック機構32は、安価に製造することができる。
【００６２】
さらに、上記ロック機構32の構成により、フォワード・クラッチ・ピストン21の反力がサブピストン33を押圧する力と、サブピストン33の反力がフォワード・クラッチ・ピストン21を押圧する力とを、ボール34、第１テーパ面21c、第２テーパ面33dを用いて分散させることができ、この結果、フォワード・クラッチ・ピストン21やサブピストン33へ応力が集中するのを抑制することが可能となる。
【００６３】
以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【００６４】
たとえば、本発明のクラッチ装置で用いる弾性部材としては、実施例１のダイヤフラム・スプリング20に限られず他のスプリングでも良い。また、その個数は複数個用いてもよく、その位置もフォワード・クラッチ・ピストン21と摩擦プレート（ドライブ・プレート7など）との間に配置するようにしてもよい。
【００６５】
また、本発明のクラッチ装置は、無段変速機に限られず、他の装置に用いてもよく、またフォワード・クラッチ以外のクラッチ装置に適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
1        前後進切り替え装置
7        フォワード・クラッチ・ドラム（第１部材；第２部材）
９B      ケース側部材（静止部）
15        フォワード・クラッチ・ハブ（第２部材；第１部材）
16        フォワード・クラッチ
17        ドライブ・プレート（第１摩擦プレート；第２摩擦プレート）
18        ドリブン・プレート（第２摩擦プレート；第１摩擦プレート）
20        ダイヤフラム・スプリング（弾性部材）
21        フォワード・クラッチ・ピストン（クラッチ・ピストン）
26        仕切りプレート
30        クラッチ締結圧室（クラッチ締結圧部）
31        クラッチ解放圧室
32        ロック機構
33        サブピストン
34        ボール
35        押圧スプリング
36        ボール保持孔(貫通孔)
42        コントロール・バルブ装置（クラッチ締結油圧低減部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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