(57)【要約】【課題】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し、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摩擦締結装置を提供する。【解決手段】ドラム４１とハブ４２の間に設けられた摩擦面１０１ａ、１０１ｂ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１０３ａ、１０３ａ、１０３ｃとを備える。押圧力発生手段による押圧力の発生方向と、摩擦面に作用する押圧力の作用方向とが異なる。摩擦面は、ドラムに設けられ、ドラムの軸方向に対して傾斜した第１摩擦面１０１ａと、ハブに設けられ、ハブの軸方向に対して傾斜し、第１摩擦面と対向する第２摩擦面１０１ｂとで構成されている。押圧力発生手段は、ドラム又はハブに対してドラム又はハブの軸方向に押圧力を発生させ、ドラム又はハブを軸方向に移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラムとハブの間に設けられた摩擦面と、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、
前記押圧力発生手段による押圧力の発生方向と、前記摩擦面に作用する押圧力の作用方向とが異なる摩擦締結装置。
【請求項２】
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、
前記押圧力発生手段は、前記ドラム又は前記ハブに対して前記ドラム又は前記ハブの軸方向に押圧力を発生させ、前記ドラム又は前記ハブを軸方向に移動させるように構成されている請求項１に記載の摩擦締結装置。
【請求項３】
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、
前記ハブを軸方向に押圧するピストンが設けられ、
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ピストンに形成された押圧部に結合されている請求項２に記載の摩擦締結装置。
【請求項４】
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請求項２に記載の摩擦締結装置。
【請求項５】
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請求項３又は４に記載の摩擦締結装置。
【請求項６】
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請求項５に記載の摩擦締結装置。
【請求項７】
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ピストンの複数の押圧部を押圧して前記ピストンを作動させるように構成されている請求項３から６のいずれかに記載の摩擦締結装置。
【請求項８】
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請求項１に記載の摩擦締結装置。
【請求項９】
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請求項８に記載の摩擦締結装置。
【請求項１０】
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請求項９に記載の摩擦締結装置。
【請求項１１】
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請求項９に記載の摩擦締結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−８３４６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５５８７１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１０６５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
請求項１の発明は、ドラムとハブの間に設けられた摩擦面と、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、
前記押圧力発生手段による押圧力の発生方向と、前記摩擦面に作用する押圧力の作用方向とが異なるように構成されている。
【００１１】
請求項２の発明では、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、
前記押圧力発生手段は、前記ドラム又は前記ハブに対して前記ドラム又は前記ハブの軸方向に押圧力を発生させ、前記ドラム又は前記ハブを軸方向に移動させるように構成されている。
【００１２】
請求項３の発明では、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、
前記ハブを軸方向に押圧するピストンが設けられ、
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ピストンに形成された押圧部に結合されている。
【００１３】
請求項４の発明では、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。
【００１４】
請求項５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。
【００１５】
請求項６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。
【００１６】
請求項７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ピストンの複数の押圧部を押圧して前記ピストンを作動させるように構成されている。
【００１７】
請求項８の発明では、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請求項１に記載の摩擦締結装置。
【００１８】
請求項９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。
【００１９】
請求項１０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。
【００２０】
請求項１１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。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、押圧力発生手段による押圧力の発生方向と、摩擦面に作用する押圧力の作用方向とが異なるので、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。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。
【００２２】
請求項２の発明によれば、押圧力発生手段によりドラム又はハブを軸方向に移動させ、
ドラムとハブの軸方向に傾斜した第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。
【００２３】
請求項３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。
【００２４】
請求項４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。
【００２５】
請求項５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。
【００２６】
請求項６の発明によれば、ドラムの複数の結合部とピストンの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、ピストンの押圧力をさらに増大することができる。
【００２７】
請求項７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。
【００２８】
請求項８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。
【００２９】
請求項９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。
【００３０】
請求項１０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。
【００３１】
請求項１１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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の摩擦締結装置が適用される自動変速機の概略図である。
【図２】クラッチに適用される第１実施形態の摩擦締結装置の非締結時（ａ）及び締結時（ｂ）の状態を示す断面図。
【図３】摩擦締結装置のピストン及び高分子アクチュエータの分解斜視図。
【図４】高分子アクチュエータの電圧印加前（ａ）及び電圧印加後（ｂ）を示す拡大断面図。
【図５】高分子アクチュエータの変形例を示す斜視図。
【図６】クラッチに適用される第２実施形態の摩擦締結装置の非締結時（ａ）及び締結時（ｂ）の状態を示す断面図。
【図７】高分子アクチュエータの他の変形例の電圧印加前（ａ）及び電圧印加後（ｂ）を示す拡大断面図。
【図８】第３実施形態の摩擦締結装置の非締結時（ａ）及び締結時（ｂ）の状態を示す断面図。
【図９】図８（ａ）の高分子アクチュエータ側から見た側面図。
【図１０】第４実施形態の摩擦締結装置の非締結時（ａ）及び締結時（ｂ）の状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。
【００３４】
＜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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
＜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。
【００４５】
第１クラッチ４０は、ドラム４１とハブ４２とを有する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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を押圧するピストン１０２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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
＜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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
＜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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
＜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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
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。
【符号の説明】
【０１１０】
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
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
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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