JP4917754B2 - 皿ばね - Google Patents

Description

本発明は、輸送機械の多板式クラッチ機構のクラッチ締結時などに生じるショックの吸収のために用いられる皿ばねに係り、特にクラッチドラムに対する相対回転防止用の歯を備えた皿ばねの改良技術に関する。

輸送機械の変速装置には、クラッチ機構として湿式多板式クラッチ機構が使用されている。湿式多板式クラッチ機構には、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する皿ばねが用いられている。図４は、従来の皿ばね２００を適用した多板式クラッチ機構１００の構成を表す拡大側断面図である。多板式クラッチ機構１００は、略有底円筒状をなすクラッチドラム１０１を備え、その内周面には軸線方向に延在するスプライン溝１０１Ａが円周方向に複数形成されている。クラッチドラム１０１の内部には、それと回転軸線位置が一致する筒状のクラッチハブ１０２が設けられ、その外周面には軸線方向に延在するスプライン溝１０２Ａが円周方向に複数形成されている。

クラッチドラム１０１とクラッチハブ１０２との間には、クラッチドラム１０１のスプライン溝１０１Ａに嵌合する従動プレート１０３と、クラッチハブ１０２のスプライン溝１０２Ａに嵌合する駆動プレート１０４とが、軸線方向に移動可能に所定の間隔をおいて交互に配置されている。クラッチドラム１０１の底面側には、ピストン１０５が軸線方向に移動可能に設けられている。ピストン１０５とクラッチドラム１０１との間に油圧室１０６が形成されている。

クラッチドラム１０１の底面側の従動プレート１０３とピストン１０５の間には、中心に孔が形成された円形の皿形状をなす皿ばね２００が設けられている。皿ばね２００は、その外周側の縁部の表面が従動プレート１０３によって支持されるとともに、その内周側の縁部の裏面がピストン１０５によって支持されるように配置されている。

上記のような多板式クラッチ機構１００では、油圧室１０６に作動油を供給すると、油圧により駆動されたピストン１０５が、皿ばね２００を介して、クラッチドラム１０１の底面側の従動プレート１０３を押圧する。すると、底面側の従動プレート１０３がクラッチドラム１０１の開口側に移動して、互いに対向する従動プレート１０３および駆動プレート１０４の摩擦面が係合し、クラッチ締結が行われる。このとき、皿ばね２００は、皿形状から略平たくなるように弾性変形することによって、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する。

ところで、上記皿ばね２００は、円形状をなしているため、クラッチ機構１００の回転動作時にクラッチドラム１０１に対して相対回転しやすい。このため、クラッチドラム１０１の内壁への皿ばね２００の衝突が頻繁に起こり、その結果、クラッチドラム１０１の内壁に傷が生じるという問題があった。

そこで、上記のような問題を解決するために、図５に示すように、中心に孔３１０Ａが形成された円形の皿形状をなす本体３１０の外周部に、複数の歯３１１を形成した皿ばね３００が提案されている（たとえば特許文献１および特許文献２）。皿ばね３００では、その歯３１１がクラッチドラム１０１の内周面のスプライン溝１０１Ａと嵌合するように、本体３１０がクラッチドラム１０１の内部に設置されるので、上記のような皿ばね３００の相対回転を防止することができる。

特開２００１−２９５８６０号 特開平９−３２９１５５号

しかしながら、上記皿ばね３００では、クラッチ締結時における弾性変形の際、歯３１１の根元部に応力集中が発生するため、皿ばね３００の耐久性が大きく低下するという問題があった。

そこで、歯３１１の根元部における発生応力を小さくするために、歯３１１の根元部の円弧部３１１Ａの曲率半径Ｒを大きくすることが考えられる。ところが、この場合、歯３１１の根元部の円弧部３１１Ａが、円周方向に拡がるようにして半径方向外側に突出するため、クラッチドラム１０１のスプライン溝１０１Ａの形状がシャープである場合、クラッチドラム１０１の回転時に歯３１１とスプライン溝１０１Ａとの間に大きな干渉が生じる。このため、歯３１１によるスプライン溝１０１Ａの摩耗が大きくなる。また、歯３１１の側面部の直線部３１１Ｂの長さＬが小さくなるため、歯３１１のスプライン溝１０１Ａとの嵌合面積が小さくなる。このため、歯３１１とスプライン溝１０１Ａとの接触面圧が増大し、歯３１１によるスプライン溝１０１Ａの摩耗が大きくなる。特に、近年の自動車の保証走行距離の増大に対応するために、皿ばね３００には高耐久性が要求されているから、上記のような問題は深刻である。

したがって、本発明は、クラッチ締結時における歯の根元部における発生応力を低減することができるのはもちろんのこと、歯によるスプライン溝の摩耗を低減することができる皿ばねを提供することを目的としている。

本発明の皿ばねは、筒状の第１部材の内部で軸線方向に移動可能に設けられた第２部材と第３部材との間に配置される皿ばねにおいて、円形の皿形状をなす本体の外周部に、第１部材の内周面に形成された溝に嵌合する歯を半径方向外側へ突出するように形成し、本体の外周部と歯の直線部との境界部である歯の根元部に、その歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる応力緩和部を形成し、応力緩和部は、歯の根元部における本体側を半径方向に凹状をなすように切欠いてなる第１円弧部と、歯の根元部における歯の直線部側を円周方向に凹状をなすように歯の根元部を切欠いてなる第２円弧部とを有し、第１円弧部の一端部は、本体の外周部に滑らかに接続し、第２円弧部の一端部は、第１円弧部の他端部に滑らかに接続するとともに、第２円弧部の他端部は、歯の側面部との境界部に滑らかに接続することを特徴としている。

ここで、図３を参照して、本発明の皿ばねについて説明する。図３は、本発明の皿ばねの各種形態に関する歯の根元部の曲率半径Ｒの大きさとそこに発生する応力との関係を説明するための図であり、曲線（ａ）は、従来の皿ばね（以下、皿ばねａ）の特性を表し、曲線（ｂ）は、半径方向および円周方向に歯の根元部を円弧状に切欠いてなる応力緩和部を備えた本発明の皿ばね（以下、皿ばねｂ）の特性を表している。

従来の皿ばねａでは、歯の根元部の曲率半径Ｒを大きくすると、そこに発生する応力は小さくなる。しかしながら、この場合、歯の根元部の円弧部が円周方向に拡がるように半径方向外側に突出するため、上記したようにクラッチドラムのスプライン溝の形状がシャープである場合、歯とスプライン溝との間で大きな干渉が生じる。このため、歯によるスプライン溝の摩耗量が大きくなる。また、歯の側面部の直線部の長さが小さくなるため、歯のスプライン溝との嵌合面積が小さくなり、歯のスプライン溝との接触面圧が増大し、歯によるスプライン溝の摩耗が大きくなる。このため、歯の根元部の曲率半径Ｒの大きさを曲線（ａ）のＰ点の値よりも大きく設定すると、耐久性が著しく低下するから、曲率半径ＲをＰ点の値よりも大きく設定することができない。

これに対して、本発明の皿ばねｂでは、半径方向および円周方向に歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる応力緩和部を備えているので、クラッチドラムのスプライン溝の形状がシャープである場合、従来の皿ばねａよりも歯の根元部の曲率半径Ｒを大きく設定しても、歯とスプライン溝との干渉が生じない。したがって、本発明の皿ばねｂでは、従来の皿ばねａと比較して、歯の根元部の曲率半径ＲをＳ点で示されるような大きな値に設定することができるので、クラッチ締結時に歯の根元部に発生する応力を低減することができる。

本発明の皿ばねでは、半径方向および円周方向に歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる第１円弧部および第２円弧部を有する応力緩和部を備えているので、歯の根元部は、半径方向外側に突出することなく大きな曲率半径Ｒを有することができる。これにより、上記皿ばねを輸送機械のクラッチ機構の従動プレートとピストンとの間に配置した場合、応力緩和部によって、クラッチ締結時に歯の根元部に発生する応力を低減することができる。また、クラッチドラムのスプライン溝の形状がシャープである場合でも、クラッチドラムの回転時における歯とスプライン溝との干渉を防止することができるので、歯によるスプライン溝の摩耗を低減することができる。したがって、高耐久性を有することができるので、自動車の保証走行距離の増大に対応することができる。

（１）実施形態の構成
（Ａ）皿ばね
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る皿ばね１の構成を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の側断面図、（Ｃ）は（Ａ）の部分拡大図である。皿ばね１は、円形の皿形状をなす本体１０を備え、本体１０の中心部に円形状の孔１０Ａが形成されている。本体１０の外周部には、略矩形状をなすとともに半径方向外側に突出する複数（たとえば６個）の歯１１が円周方向に等間隔に形成されている。歯１１は、たとえば下記クラッチ機構１００に適用された場合、クラッチドラム１０１に対する皿ばね１の相対回転を防止する機能を有している。なお、本発明が適用される歯は、図１に示される歯１１に限定されるものではなく、種々の形状の歯に適用することができるのは言うまでもない。たとえば、本体１０の外周面に対して折れ曲がらずに、本体１０の外周面に沿って延在する形状の歯に適用することができる。また、歯１１の数を６にしたが、これに限定されるものではなく、その数は任意に設定できる。

歯１１の根元部には、半径方向および円周方向に略円弧状に切欠かれてなる応力緩和部１２が形成されている。応力緩和部１２は、たとえば下記クラッチ機構１００に適用した場合、そのクラッチ締結時に歯１１の根元部に発生する応力集中を緩和する機能を有する。応力緩和部１２は、本体１０の外周部側から歯１１の側面部側に向かって順に形成されている円弧状の円弧部１２Ａ，１２Ｂを有する。

円弧部１２Ａ，１２Ｂは、半径方向および円周方向に略円弧状に切欠かれてなる。円弧部１２Ａの一端部は、本体１０の外周部に滑らかに接続している。円弧部１２Ｂの一端部は、円弧部１２Ａの他端部に滑らかに接続している。円弧部１２Ｂの他端部は、歯１１の側面部に滑らかに接続している。

（Ｂ）クラッチ機構
上記の皿ばね１は、図２に示すようなクラッチ機構１００に適用することができる。図２は、クラッチ機構１００の構成を表しており、（Ａ）は拡大側断面図、（Ｂ）は分解図である。なお、図２（Ｂ）では、クラッチハブ１０２の図示は省略している。

クラッチ機構１００は、たとえば自動車のＡＴ車に使用される湿式多板クラッチである。クラッチ機構１００は略有底円筒状をなすクラッチドラム１０１（第１部材）を備え、その内周面には、軸線方向に延在する複数のスプライン溝１０１Ａが円周方向に等間隔に形成されている。クラッチドラム１０１の内部には、それと回転軸線位置が一致する筒状のクラッチハブ１０２が設けられ、その外周面には、軸線方向に延在する複数のスプライン溝１０２Ａが円周方向に等間隔に形成されている。

クラッチドラム１０１とクラッチハブ１０２との間には、それぞれの中心に円形状の孔が形成された円板状の従動プレート１０３（第２部材）と駆動プレート１０４とが所定の間隔をおいて交互に配置されている。従動プレート１０３には、外周縁に複数の歯が円周方向に等間隔に形成され、これら歯がスプライン溝１０１Ａに嵌合している。これにより、従動プレート１０３はクラッチドラム１０１に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。駆動プレート１０４には、内周縁に複数の歯が円周方向に等間隔に形成され、これら歯がスプライン溝１０２Ａに嵌合している。これにより、駆動プレート１０４はクラッチハブ１０２に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。

クラッチドラム１０１の底面側には、軸線方向に移動可能にピストン１０５（第３部材）が配置されている。クラッチドラム１０１の底面とピストン１０５との間には、作動油が供給される油圧室１０６が形成されている。ピストン１０５は、油圧室１０６に供給される作動油によって軸線方向に駆動される。ピストン１０５の開口側表面には、そこに印加される圧力によって伸縮するリターンスプリング１０７の一端部が固定されている。リターンスプリング１０７の他端部は、クラッチドラム１０１に設けられたスプリングリテーナ１０８に固定されている。リターンスプリング１０７は、ピストン１０５をクラッチドラム１０１の底面側へ付勢している。

クラッチドラム１０１の底面側の従動プレート１０３とピストン１０５との間には、上記皿ばね１が配置されている。この場合、皿ばね１は、歯１１がスプライン溝１０１Ａにスプライン嵌合し、かつ本体１０の外周側の縁部の表面が従動プレート１０３によって支持されるとともに、本体１０の内周側の縁部の裏面がピストン１０５によって支持されるように配置されている。これにより、皿ばね１はクラッチドラム１０１に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。

クラッチドラム１０１の開口側には、従動プレート１０３および駆動プレート１０４が軸線方向へ所定量以上移動するのを規制するためのリテーニングプレート１０９が配置されている。リテーニングプレート１０９には、外周縁に複数の歯が円周方向に等間隔に形成され、これら歯がスプライン溝１０１Ａに嵌合している。これにより、リテーニングプレート１０９はクラッチドラム１０１に対して相対回転できないが軸線方向に移動可能となっている。リテーニングプレート１０９の開口側表面には、それの外部への離脱防止のためのスナップリング１１０が配置されている。スナップリング１１０は、クラッチドラム１０１の開口側端部に形成されたリング溝に係止している。

（２）実施形態の動作
次に、皿ばね１が適用されたクラッチ機構１００の動作について、主に図２（Ａ）を参照して説明する。

油圧室１０６に作動油を供給すると、油圧により駆動されたピストン１０５がリターンスプリング１０７の付勢力に抗して軸線方向の開口側に移動し、皿ばね１を介して、クラッチドラム１０１の底面側の従動プレート１０３を押圧する。すると、交互に配置されている従動プレート１０３および駆動プレート１０４とリテーニングプレート１０９は、軸線方向の開口側に移動する。このような移動によって、リテーニングプレート１０９がスナップリング１１０に押接されると、互いに対向する従動プレート１０３および駆動プレート１０４の摩擦面が係合してクラッチ締結が行われる。これにより、クラッチドラム１０１とクラッチハブ１０２との間のトルク伝達が可能となる。

このとき、皿ばね１は、皿形状から略平たくなるように弾性変形することにより、クラッチ締結時に生じるショックを吸収する。この場合、皿ばね１の弾性変形時に歯１１の根元部に発生する応力は、応力緩和部１２によって低減される。また、応力緩和部１２は、半径方向外側に突出していないので、クラッチドラム１０１の回転時における歯１１とスプライン溝１０１Ａとの干渉が防止される。

次に、油圧室１０６への作動油の供給を停止すると、ピストン１０５がリターンスプリング１０７の付勢力によって、クラッチドラム１０１の底面側に押し戻される。すると、従動プレート１０３および駆動プレート１０４の摩擦面の係合が解除されてクラッチ締結が解除されるとともに、皿ばね１の形状が元の状態に戻る。

上記実施形態では、半径方向および円周方向に歯１１の根元部を略円弧状に切欠いてなる円弧部１２Ａ，１２Ｂを有する応力緩和部１２を備えているので、歯１１の根元部は、半径方向外側に突出することなく大きな曲率半径Ｒを有することができる。これにより、上記皿ばね１を輸送機械のクラッチ機構１００の従動プレート１０３とピストン１０５との間に配置した場合、応力緩和部１２によって、クラッチ締結時に歯１１の根元部に発生する応力を低減することができる。また、クラッチドラム１０１のスプライン溝１０１Ａの形状がシャープである場合でも、クラッチドラム１０１の回転時における歯１１とスプライン溝１０１Ａとの干渉を防止することができるので、歯１１によるスプライン溝１０１Ａの摩耗を低減することができる。したがって、高耐久性を有することができるので、自動車の保証走行距離の増大に対応することができる。

（３）変形例
以上、上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では、自動車のＡＴ車に使用される湿式多板クラッチに本発明の皿ばねを適用したが、これに限定されるものではない。たとえば、本発明の皿ばねは、建設機械や自動二輪などの輸送機械の多板式クラッチ機構に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る皿ばねの構成を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の側断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の部分拡大図である。 図１の皿ばねを適用したクラッチ機構の構成を表す図であり、（Ａ）は拡大側断面図、（Ｂ）は分解図である。 本発明の皿ばねに関する歯の根元部の曲率半径Ｒの大きさとそこに発生する応力との関係を説明するための図である。 従来の皿ばねを適用した多板式クラッチ機構の構成を表す側断面図である。 従来の他の皿ばねの構成を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の側断面図、（Ｃ）は（Ａ）の部分拡大図である。

符号の説明

１…皿ばね、１０…本体、１１…歯、１２…応力緩和部、１２Ａ，１２Ｂ…円弧部（第１円弧部，第２円弧部）、１０１…クラッチドラム（第１部材）、１０３…従動プレート（第２部材）、１０１Ａ…スプライン溝（溝）、１０５…ピストン（第３部材）

Claims (1)

1. 筒状の第１部材の内部で軸線方向に移動可能に設けられた第２部材と第３部材との間に配置される皿ばねにおいて、
   円形の皿形状をなす本体の外周部に、前記第１部材の内周面に形成された溝に嵌合する歯を半径方向外側へ突出するように形成し、
   前記本体の外周部と前記歯の直線部との境界部である前記歯の根元部に、その歯の根元部を略円弧状に切欠いてなる応力緩和部を形成し、
   前記応力緩和部は、前記歯の根元部における本体側を半径方向に凹状をなすように切欠いてなる第１円弧部と、前記歯の根元部における歯の直線部側を円周方向に凹状をなすように前記歯の根元部を切欠いてなる第２円弧部とを有し、
   前記第１円弧部の一端部は、前記本体の外周部に滑らかに接続し、
   前記第２円弧部の一端部は、前記第１円弧部の他端部に滑らかに接続するとともに、前記第２円弧部の他端部は、前記歯の側面部との境界部に滑らかに接続することを特徴とする皿ばね。

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