特許 7031476 摩擦締結装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-28

(45)【発行日】2022-03-08

(54)【発明の名称】摩擦締結装置

(51)【国際特許分類】

   F16D 28/00 20060101AFI20220301BHJP

   F16D 13/52 20060101ALI20220301BHJP

   F16D 23/12 20060101ALI20220301BHJP

   F16H 3/44 20060101ALI20220301BHJP

【ＦＩ】

F16D28/00 Z

F16D13/52 D

F16D23/12 Z

F16H3/44 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018087468

(22)【出願日】2018-04-27

(65)【公開番号】P2019190639

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-04-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100197561

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 三喜男

(72)【発明者】

【氏名】上杉 達也

【審査官】倉田 和博

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５００９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１１７９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１６６７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５５８７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｄ ２８／００

Ｆ１６Ｄ １３／３８－１３／５６

Ｆ１６Ｄ ２３／１２

Ｆ１６Ｈ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドラムとハブの間に設けられ、前記ドラムと前記ハブに交互に係合する複数の摩擦板と、該複数の摩擦板を押圧して互いに締結させる押圧力発生部とを備えた摩擦締結装置であって、前記押圧力発生部は、
前記摩擦板をゼロタッチ状態近傍まで移動させる第１の電動アクチュエータと、
前記摩擦板をゼロタッチ状態近傍まで移動させた状態から、前記摩擦板を締結させる圧電素子からなる第２の電動アクチュエータとを備える摩擦締結装置。

【請求項2】

前記第１の電動アクチュエータは、
カム面を有し、軸回りに回転駆動される回転板と、
前記カム面に対向するカムフォロア面を有し、前記回転板の回転により軸方向に移動して前記摩擦板を移動させる可動板とを備える請求項１に記載の摩擦締結装置。

【請求項3】

前記第１の電動アクチュエータの前記回転板を回転駆動する圧電素子アクチュエータを備える請求項２に記載の摩擦締結装置。

【請求項4】

前記第１の電動アクチュエータは、前記複数の摩擦板の一端側の摩擦板に対向して設けられ、前記第２の電動アクチュエータは、前記複数の摩擦板の他端側の摩擦板に対向して設けられている請求項１から３のいずれかに記載の摩擦締結装置。

【請求項5】

前記請求項１～４のいずれかに記載の摩擦締結装置を使用した少なくとも１つのクラッチと複数のブレーキとを備えた自動変速機であって、電源オフ時に自動変速機が所定の変速段に設置されるように、前記少なくとも１つのクラッチと複数のブレーキのそれぞれの前記摩擦締結装置がノーマルオープン又はノーマルクローズのいずれかに設定されている自動変速機。

【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、駆動抵抗が大きいうえ、自動変速機の重量を増大し、大型化していた。摩擦締結装置の駆動抵抗の低減、自動変速機の軽量化及びコンパクト化を図るには、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】

従来、特許文献１には、ピエゾアクチュエータによりカムリングを回動させて圧着板を移動させることにより、クラッチを締結する自動車のクラッチ装置が記載されている。特許文献２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。

【0004】

特許文献３、４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。

【0005】

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】

【0006】

【文献】特表２０１５－５００９６５号公報

【文献】特開２００５－８３４６６号公報

【文献】特開２００５－１５５８７１号公報

【文献】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】

【0007】

本発明は前述の従来の問題に鑑みてなされたもので、押圧力は大きいが変位が小さい圧電素子アクチュエータでも締結動作を達成できるようにして、油圧レスとし、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ことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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。

【0009】

請求項１の発明は、ドラムとハブの間に設けられ、前記ドラムと前記ハブに交互に係合する複数の摩擦板と、該複数の摩擦板を押圧して互いに締結させる押圧力発生部とを備えた摩擦締結装置であって、前記押圧力発生部は、
前記摩擦板をゼロタッチ状態近傍まで移動させる第１の電動アクチュエータと、
前記摩擦板をゼロタッチ状態近傍まで移動させた状態から、前記摩擦板を締結させる圧電素子からなる第２の電動アクチュエータとを備える。
請求項１の発明によれば、ゼロタッチまでは第１の電動アクチュエータで摩擦板を移動させ、ゼロタッチからは圧電素子からなる第２の電動アクチュエータで摩擦板を押圧するので、押圧力は大きいが変位が小さい圧電素子アクチュエータでも締結動作を達成できるようにして、油圧レスとし、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。

【0010】

請求項２の発明では、前記第１の電動アクチュエータは、
カム面を有し、軸回りに回転駆動される回転板と、
前記カム面に対向するカムフォロア面を有し、前記回転板の回転により軸方向に移動して前記摩擦板を移動させる可動板とを備える。
請求項２の発明によれば、
回転板の回転により回転板のカム面と可動板のカムフォロア面とが摺接するので、可動板は位置決めされながら軸方向に移動し、確実な移動量を確保することができる。

【0011】

請求項３の発明は、前記第１の電動アクチュエータの前記回転板を回転駆動する圧電素子アクチュエータを備える。
請求項３の発明によれば、
第１の電動アクチュエータの回転板の回転駆動に圧電素子アクチュエータを用いているので、消費電力を低減できるとともに、コンパクト化を図ることができる。

【0012】

請求項４の発明では、前記第１の電動アクチュエータは、前記複数の摩擦板の一端側の摩擦板に対向して設けられ、前記第２の電動アクチュエータは、前記複数の摩擦板の他端側の摩擦板に対向して設けられている。

【0013】

請求項５の発明は、前記請求項１～４のいずれかに記載の摩擦締結装置を使用した少なくとも１つのクラッチと複数のブレーキとを備えた自動変速機であって、電源オフ時に自動変速機が所定の変速段に設置されるように、前記少なくとも１つのクラッチと複数のブレーキのそれぞれの前記摩擦締結装置がノーマルオープン又はノーマルクローズのいずれかに設定されている。
請求項５の発明によれば、故障時に所定の変速段に設定してフェイルセーフが図れる。

【発明の効果】

【0014】

請求項１の発明によれば、ゼロタッチまでは第１の電動アクチュエータで摩擦板を移動させ、ゼロタッチからは圧電素子からなる第２の電動アクチュエータで摩擦板を押圧するので、押圧力は大きいが変位が小さい圧電素子アクチュエータでも締結動作を達成できるようにして、油圧レスとし、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。

【0015】

請求項２の発明によれば、
回転板の回転により回転板のカム面と可動板のカムフォロア面とが摺接するので、可動板は位置決めされながら軸方向に移動し、確実な移動量を確保することができる。

【0016】

請求項３の発明によれば、第１の電動アクチュエータの回転板の回転駆動に圧電素子アクチュエータを使用するので、消費電力を低減できるとともに、コンパクト化を図ることができる。

【0017】

請求項４の発明によれば、第１の電動アクチュエータと第２の電動アクチュエータが摩擦板の両側に配置されるので、お互いに干渉することなく配置することができ、構成が簡単になる。

【0018】

請求項５の発明によれば、故障時に所定の変速段に設定してフェイルセーフが図れる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【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（ａ）及び摩擦締結装置の締結の組み合わせと変速段の関係を示す図（ｂ）。

【図2】本発明の実施形態に係る摩擦締結装置の非締結時の状態を示す断面図。

【図3】図２の摩擦締結装置の締結前半の状態を示す断面図。

【図4】図２の摩擦締結装置の締結後半の状態を示す断面図。

【図5】可動板と回転板の分解斜視図。

【図6】第１電動アクチュエータの回転板の回転前後の状態を示す斜視図。

【図7】第１電動アクチュエータの動作前（ｂ）と動作後（ａ）の斜視図及び正面図。

【図8】第２電動アクチュエータの電圧印加前の正面図（ａ）、左側面図（ｂ）、右側面図（ｃ）、電圧印加後の正面図（ｄ）。

【図9】第２電動アクチュエータの配置状態を示す側面図。

【図10】本発明の摩擦締結装置の変位と押圧力の関係を示す図（ａ）、従来の油圧ピストンによる摩擦締結装置の変位と押圧力の関係を示す図。

【図11】第１電動アクチュエータの回転板のストッパの２つの変形例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

【0021】

＜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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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おり、その組み合わせと変速段の関係を図１（ｂ）の締結表に示す。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。

【0031】

＜摩擦締結装置の実施形態＞
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、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０、第３ブレーキ８０に適用される摩擦締結装置１００の実施形態を図２を参照して説明する。摩擦締結装置１００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、第１クラッチ４０に適用した場合について説明する。

【0032】

第１クラッチ４０は、ドラム４１とハブ４２とを有する。第１クラッチ４０は、ドラム４１が入力軸４と一体に回転し、ハブ４２が第１ギヤセット１０、第２ギヤセット２０のサンギヤ１１、２１と一体に回転する。

【0033】

ドラム４１は、円筒形状を有している。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。

【0034】

ドラム４１とハブ４２の間には、摩擦締結装置１００が設けられている。摩擦締結装置１００は、複数の摩擦板１０１ａ、１０１ｂと、該摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧する第１電動アクチュエータ１０２と、第２電動アクチュエータ１０３とで構成されている。

【0035】

複数の摩擦板１０１ａ、１０１ｂのうち、ドラム４１の内側に配設された複数の摩擦板１０１ａ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。ハブ４２の外側に配設された複数の摩擦板１０１ｂ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。ドラム４１の摩擦板１０１ａとハブ４２の摩擦板１０１ｂは、交互に配置され、ハブ４２の摩擦板１０１ｂの両面に設けられたフェーシング材１０１ｃを介して、互いに対向している。

【0036】

第１の電動アクチュエータ１０２は、回転板１０４と、可動板１０５と、該回転板１０４を駆動する駆動部１０６とで構成されている。

【0037】

図５に示すように、回転板１０４は、円環形状を有している。回転板１０４の可動板１０５と対向する面には、周方向に３つのカム面１０４ａが形成されている。カム面１０４ａの１つは、可動板側から見て反時計回りに１２０°の範囲に上り勾配になるように傾斜している。カム面１０４ａの上り勾配の上端は段部１０４ｂを介して隣接するカム面１０４ａの上り勾配の下端に連続している。カム面１０４ａの上り坂勾配は、１～３０°が好ましい。回転板１０４の外周面には、ストッパ１０４ｃが突設されている。

【0038】

可動板１０５は、回転板１０４と同じ円環形状を有している。可動板１０５の回転板１０４と対向する面には、周方向に３つのカムフォロア面１０５ａが形成されている。カムフォロア面１０５ａの１つは、回転板側から見て反時計回りに１２０°の範囲に上り勾配になるように傾斜している。カムフォロア面１０５ａの上り勾配の上端は段部１０５ａを介して隣接するカムフォロア面１０５ａの上り勾配の下端になっている。カムフォロア面１０５ａの上り勾配は、１～３０°が好ましい。可動板１０５の外周面の３か所には、ドラム４１とスプライン結合するための、１対の突部１０５ｃが形成されている。

【0039】

駆動部１０６は、４つの圧電素子を内蔵し、これらの圧電素子に高周波パルス電圧を印加することにより、駆動端１０６ａが所定の周期で双方向に湾曲する公知の圧電素子アクチュエータである。駆動部１０６は、駆動端１０６ａが回転板１０４の外周面に接触し、図６に示すように、回転板１０４を双方向に回転駆動する。

【0040】

可動板１０５のカムフォロア面１０５ａは、図７に示すように、回転板１０４のカム面１０４ａと相補する関係にある。上り勾配の下端における厚さをｔ１、上端における厚さをｔ２とすると、回転板１０４の段部１０４ｂと可動板１０５の段部１０５ｂが当接した状態では、回転板１０４と可動板１０５の合計厚さはｔ１＋ｔ２である。回転板１０４が１２０°回転すると、回転板１０４と可動板１０５の合計厚さはｔ２＋ｔ２の厚さとなる。したがって、回転板１０４と可動板１０５を組み合わせた第１電動アクチュエータ１０２は、（ｔ２＋ｔ２）―（ｔ１＋ｔ２）＝ｔ２－ｔ１、すなわち上り勾配の高低差だけ軸方向に移動する。

【0041】

第２電動アクチュエータ１０３は、図８に示すように、フレーム１０７に圧電素子１０８を組み込んだものである。

【0042】

フレーム１０７は、鉄、アルミ等の金属材料からなり、互いに対向する外面部１０７ａ及び内面部１０７ｂと、互いに対向する１対の側面部１０７ｃ、１０７ｄとから構成されている。１対の側面部１０７ｃ、１０７ｄは、両端が外面部１０７ａ及び内面部１０７ｂに一体に連結されている、１対の側面部１０７ｃ、１０７ｄは、互いに対向する方向にＶ字形にくぼんでいる。一方の側面部１０７ｃの外面の中央には固定部１０７eが突設され、他方の側面部１０７ｄの外面の中央にはＬ字形の出力部１０７ｆが突設され、該出力部１０７ｆの先端には摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧する押圧部１０７ｇが形成されている。

【0043】

圧電素子１０８は、チタン酸バリウム、チタン酸鉛等からなる棒状の形状を有する。圧電素子１０８は、フレーム１０７の内側に収容されて、長手方向の両端がフレーム１０７の外面部１０７ａ及び内面部１０７ｂに結合されている。図２に示すように、圧電素子１０８の一端は電源１０９の一方の電極に接続され、他端は制御装置１１１により制御されるスイッチ１１０を介して、電源１０９の他方の電極に接続されている。圧電素子１０８に電圧を印加すると、図８（ａ）に示す状態から、図８（ｄ）に示すように、圧電素子１０８が長手方向に伸長するように変位し、この変位がフレーム１０７の変位拡大機構によって、１対の側面部１０７ｃ、１０７ｄが圧電素子１０８の変位方向と直角な方向、すなわち、外側に変位する。これにより、固定部１０７eが固定されているため、出力部１０７ｆの押圧部１０７ｇが摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧できるようになっている。

【0044】

なお、第２電動アクチュエータ１０３は、フレーム１０７を内側にくぼんだ形状ではなく、外側に膨らんだ形状にすれば、圧電素子１０８が長手方向に伸長するように変位したとき、１対の側面部１０７ｃ、１０７ｄが内側に変位して、出力部１０７ｆの押圧部１０７ｇが摩擦板１０１ａ、１０１ｂから後退するようにすることもできる。

【0045】

第２電動アクチュエータ１０３は、図９に示すように、摩擦板１０１ａに隣接し、摩擦板１０１ａの周囲に、スプライン結合部を除いて、等間隔で複数配置されている。第２電動アクチュエータ１０３は、固定部１０７eがドラム４１の端壁に固定され、押圧部１０７ｇが摩擦板１０１ａを押圧できるようになっている。

【0046】

第１電動アクチュエータ１０２の変位量は、摩擦板１０１ａ、１０１ｂをゼロタッチの状態まで移動させるのに必要な量であって、（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３枚とすると、第１電動アクチュエータ１０２の必要な変位量は１．２ｍｍとなる。第２電動アクチュエータ１０３の変位量は、摩擦板１０１ａ、１０１ｂをゼロタッチの状態から締結させるのに必要な量でよい。

【0047】

次に、摩擦締結装置１００を用いた第１クラッチ４０の動作について説明する。

【0048】

図２を参照すると、第１クラッチ４０の非締結時には、ドラム４１及びその摩擦板１０１ａ、第１電動アクチュエータ１０２及び第２電動アクチュエータ１０３は、図示しない入力軸４ともに回転し、ハブ４２及びその摩擦板１０１ｂは停止又は回転している。第１電動アクチュエータ１０２は、図７（ｂ）に示すように、回転板１０４のカム面１０４ａの段部１０４ｂと可動板１０５のカムフォロア面１０５ａの段部１０５ｂが当接して、回転板１０４と可動板１０５が近接した状態にある。また、第２電動アクチュエータ１０３は、出力部１０７ｆの押圧部１０７ｇが摩擦板１０１ａ、１０１ｂから後退した状態にある。

【0049】

第１クラッチ４０の締結指令により、制御装置１１１は、締結の前半で第１電動アクチュエータ１０２を作動させ、締結の後半で第２電動アクチュエータ１０３を作動させる。

【0050】

第１クラッチ４０の締結の前半では、第１電動アクチュエータ１０２の駆動部１０６に、回転板１０４が可動板側から見て時計回りに回動するように、電圧が印加される。これにより、回転板１０４が回動し、回転板１０４のカム面１０４ａが周方向に移動する。回転板１０４のカム面１０４ａに摺接するカムフォロア面１０５ａを有する可動板１０５は、回転板１０４のカム面１０４ａに押圧されて摩擦板１０１ａ、１０１ｂに向かって軸方向に移動する。回転板１０４は、１２０°回動して、そのストッパ１０４ｃが可動板１０５の図示しないスプラインに当接すると停止する。この可動板１０５の移動により、図３に示すように、摩擦板１０１ａ、１０１ｂが押されて、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのクリアランスが詰められ、ゼロタッチの状態となる。

【0051】

第１クラッチ４０の締結の後半では、スイッチ１１０がオンされ、電源１０９の電圧が圧電素子に印加される。これにより、図４に示すように、圧電素子１０８は長手方向に伸張し、フレーム１０７の変位拡大機構により出力部１０７ｆが、圧電素子１０８の変位と直角な方向、すなわちドラム４１の軸方向に変位する。この結果、第２電動アクチュエータ１０３の押圧部１０７ｇがゼロタッチ状態のドラム４１の摩擦板１０１ａ及びハブ４２の摩擦板１０１ｂを押圧する。

【0052】

第１電動アクチュエータ１０２の押圧力は、図１０（ａ）に示すように、摩擦板１０１ａ、１０１ｂがゼロタッチになるまでのクリアランス領域では、摩擦板１０１ａ、１０１ｂの摺動抵抗に打ち勝つだけの押圧力があればよい。第２電動アクチュエータ１０３の押圧力は、図１０（ａ）に示すように、ゼロタッチ状態の摩擦板１０１ａ、１０１ｂの弾性領域であり、摩擦板１０１ａ、１０１ｂを完全に締結する摩擦力が生じるだけの押圧力が必要である。

【0053】

従来の油圧ピストンを用いた摩擦締結装置では、図１０（ｂ）に示すように、クリアランス領域では、ピストンが移動するにつれ、摩擦板の摺動抵抗に加えて、ピストンのリターンスプリングの反力が増加するので、これらに打ち勝つだけの押圧力が必要であり、さらに摩擦板の弾性領域では、摩擦板を完全に締結する摩擦力が生じるだけの押圧力が必要である。したがって、油圧ピストンを用いた摩擦締結装置では、油圧ピストンによる大きな押圧力が必要であった。これに対し、前記本発明の実施形態の摩擦締結装置１００では、リターンスプリングの反力が無い分だけ、押圧力が小さくてよい。

【0054】

第１電動アクチュエータ１０２と第２電動アクチュエータ１０３の動作により、第１クラッチ４０が締結され、ハブ４２及びその摩擦板１０１ｂは、ドラム４１及びその摩擦板１０１ａ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。

【0055】

第１クラッチ４０の解放指令により、制御装置１１１は、締結時とは逆に、クラッチ解放の前半で第２電動アクチュエータ１０３を非作動にし、クラッチ解放の後半で第１電動アクチュエータ１０２を作動させる。

【0056】

クラッチ解放の前半で、スイッチ１１０がオフすると、第２電動アクチュエータ１０３の圧電素子１０８への電圧の印加が解消され、圧電素子１０８及びフレーム１０７が固有の弾性により復帰する。これにより、第２電動アクチュエータ１０３の押圧部１０７ｇが軸方向に後退し、ドラム４１の摩擦板１０１ａ及びハブ４２の摩擦板１０１ｂの押圧が無くなる。

【0057】

クラッチ解放の後半では、第１電動アクチュエータ１０２の駆動部１０６に、回転板１０４が可動板側から見て反時計回りに回動するように、電圧が印加される。これにより、回転板１０４が１２０°回動し、回転板１０４のカム面１０４ａが周方向に移動して、可動板１０５のカムフォロア面１０５ａから離間する。この結果、可動板１０５は摩擦板１０１ａ、１０１ｂとともに軸方向に移動可能となり、ゼロタッチ状態が解消されるので、第１クラッチ４０が解放され、ハブ４２及びその摩擦板１０１ｂは、その回転を停止し、ドラム４１からハブ４２への回転力が遮断される。

【0058】

第１クラッチ４０の解放が完了して非締結状態になった瞬間は、摩擦板１０１ａ、１０１ｂ及び第１電動アクチュエータ１０２の可動板１０５は互いに接触した状態にある。しかし、通常の非締結時には、相対速度のある摩擦板１０１ａ、１０１ｂ及び可動板１０５の間に、空気の流れ（フェーシング面に沿った遠心力等による気流）により圧力が発生するので、摩擦板１０１ａ、１０１ｂ及び可動板１０５は、クリアランスが拡大する方向に移動する。空気だけでなく、オイルを流すことで、摩擦板１０１ａ、１０１ｂ及び可動板１０５を引き離す力を大きくすることができる。従って、第１電動アクチュエータ１０２はオイルレス、摩擦板１０１ａ、１０１ｂのフェーシング面は少量のオイル潤滑とすることが好ましい。

【0059】

前記実施形態の摩擦締結装置１００では、ゼロタッチまでは第１電動アクチュエータ１０２で摩擦板１０１ａ、１０１ｂを移動させ、ゼロタッチからは圧電素子１０８からなる第２電動アクチュエータ１０３で摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧するので、押圧力は大きいが変位が小さい圧電素子アクチュエータでも締結動作を達成できるようにして、油圧レスとし、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。

【0060】

また、回転板１０４の回転により回転板１０４のカム面１０４ａと可動板１０５のカムフォロア面１０５ａとが摺接するので、可動板１０５は位置決めされながら軸方向に移動し、確実な移動量を確保することができる。

【0061】

第１電動アクチュエータ１０２の回転板１０４の回転駆動に圧電素子アクチュエータを使用しているので、消費電力を低減できるとともに、コンパクト化を図ることができる。

【0062】

第１電動アクチュエータ１０２と第２電動アクチュエータ１０３が摩擦板１０１ａ、１０１ｂの両側に配置されるので、お互いに干渉することなく配置することができ、構成が簡単になる。なお、第１電動アクチュエータ１０２と第２電動アクチュエータ１０３は摩擦板１０１ａ、１０１ｂのいずれの側に配置されてもよい。

【0063】

＜自動変速機のフェールセーフ＞
前記実施形態の摩擦締結装置１００は、既に述べたように、自動変速機１の第１クラッチ４０、第２クラッチ５０、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０、第３ブレーキ８０に適用される。電源オフ時に自動変速機１が所定の変速段に設置されるように、少なくとも１つのクラッチと複数のブレーキのそれぞれの摩擦締結装置１００がノーマルオープン又はノーマルクローズのいずれかに設定することにより、故障時に所定の変速段に設定してフェイルセーフを図ることができる。

【0064】

例えば、故障時には、３速又は４速に設定されるように摩擦締結装置１００をノーマルクローズにしておき、故障しても、Ｄレンジに入れて３速又は４速で走行できるようする。図１（ｂ）を参照すると、３速の場合は、第１クラッチ４０と第３ブレーキ８０をノーマルクローズにし、４速の場合は、第１クラッチ４０と第２クラッチ５０をノーマルクローズにすることができる。

【0065】

摩擦締結装置１００のノーマルクローズを達成するには、電圧を印加しないノーマル状態で、第１電動アクチュエータ１０２の可動板１０４が回転板１０５から離間して摩擦板１０１ａ、１０１ｂをゼロタッチ状態にするとともに、前述したように第２電動アクチュエータ１０３としてフレーム１０７が外側に膨らんだ形状のものを採用して、第２電動アクチュエータ１０３の出力部１０７ｆの押圧部１０７ｇが固有の弾性力により摩擦板１０１ａ、１０１ｂを押圧して、クラッチ又はブレーキを締結状態にする。電圧を印加すると、第１電動アクチュエータ１０２によりゼロタッチ状態を解消し、第２電動アクチュエータ１０３の出力部１０７ｆが後退して、クラッチ又はブレーキを非締結状態にする。

【0066】

このように、自動変速機１の少なくともいずれかの摩擦締結装置１００をノーマルクローズにして、故障時でも所定のギヤ段に設定されるようにし、Ｄレンジに入れて少なくとも自動車を安全な場所又は修理工場までは走行できるようにすることができる。

【0067】

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、第１電動アクチュエータ１０２の回転板１０４のストッパ１０４ｃの代わりに、図１１（ａ）に示すように、回転板１０４に設けたピン１０４ｄが、可動板１０５に形成した円弧状の溝１０５ｄに沿って移動し、溝端に当接することで停止させるようにしてもよい。また、回転板１０４の内周縁に設けた突起１０４eが、可動板１０５の内周縁に設けた突起１０５eに当接することで停止させるようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0068】

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】

【0069】

１ 自動変速機
４１ ドラム
４２ ハブ
１００Ａ，１００Ｂ 摩擦締結装置
１０１ａ，１０１ｂ 摩擦板
１０２ 第１電動アクチュエータ
１０３ 第２電動アクチュエータ
１０４ 回転板
１０４ａ カム面
１０５ 可動板
１０５ａ カムフォロア面
１０６ 駆動部
１０７ フレーム
１０８ 圧電素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】