JP2005501206A - クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

摩擦板（３）をクラッチの掛かる第１方向に押圧しようとするばね装置（４）と、シリンダ（１１）及びピストン（１６）を有し、シリンダ（１１）を主チャンバ（２０）及び副チャンバ（２１）に分ける空気アクチュエータ（１０）と、クラッチが外れる第２逆方向に摩擦板（３）を動かすため、制御可能な弁装置（３２，３３）を介して主チャンバ（２０）と連通するよう配された圧縮空気源（３１）とで構成される車両用クラッチ装置。クラッチ装置はメモリー（５４）を備えたコンピュータ（５０）で構成され、メモリーには解放用軸受（１９）に対し解放用軸受（１９）位置の第２関数（Ｃ２）として加えられる所望の補助力が記憶される。クラッチ装置は、解放用軸受位置を知るよう配されたセンサ（２２）と、副チャンバの空気圧を知るよう配されたセンサ（２３）とで更に構成される。弁装置（３６）は圧縮空気源（３１）を副チャンバ（２１）に接続でき、コンピュータ（５０）は、センサ（２２，２３）から信号を受け、測定副チャンバ圧と所望副チャンバ圧との差異を知り、弁装置（３２，３３，３６）をその差異に応じて制御し、それにより補助力を提供できる。
【選択図】図７

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、
クラッチの掛かる第１方向に摩擦板を常に押圧しようとする機械的ばね装置と、
シリンダ及びその中を可動なピストンを有し、シリンダを主チャンバ及び副チャンバに分ける空気アクチュエータと、
摩擦板に接続した回転部及びピストンに接続した回転しない固定部を有する解放用軸受と、
クラッチの外れる第２逆方向に摩擦板を動かすため、制御可能な弁装置を介して主チャンバに連通するように配した圧縮空気源と、
で構成される車両用クラッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の基礎をなす先行技術を図１〜５に関して以下記述する。
【０００３】
上記したタイプのクラッチは原則的に図１に示すような押圧タイプ又は図２に示すような引張タイプであり得る。図において、クラッチの長手方向、即ち、軸線方向は読者に対し紙面の左右方向に延びる。簡略化のため、それらのクラッチの対応する構成要素は同じ参照符号で示す。
【０００４】
どちらのクラッチタイプもクラッチカバー１がエンジン（図示せず）の駆動フライホイール２に接続される。摩擦板３を軸線方向に可動に且つ回転しないよう従動シャフト（図示せず）に取付け、従動シャフトは車両の変速装置に接続可能である。摩擦板３に対し圧力板３’を介して働きかけるダイアフラムばね４は、フライホイール２と従動シャフトとの回転しない固定接続のために摩擦板３を常に押圧してフライホイール２に当接させようとしており、従ってトルクをフライホイールから従動シャフトへと伝えることが可能となる。
【０００５】
ダイアフラムばねは半径方向外方部６、中央部７及び半径方向内方部５を有し、それらが係合する解放用軸受１９の回転軸受レース１９ａ（図４）はアクチュエータ１０に接続される。押圧クラッチの場合にはアクチュエータ１０は押圧力Ｆ、即ち、図１の左方へ働く力を解放用軸受１９に及ぼすように配され、引張クラッチの場合にはアクチュエータ１０は解放用軸受１９に対して引張力、即ち、図２の右方へ働く力を及ぼすように配される。
【０００６】
押圧クラッチの場合、図１から見て取れるように、ダイアフラムばね４の半径方向外方部６が圧力板３’に当接し、ダイアフラムばねは中央部７がカップばねと同様にしてクラッチカバー１に傾動可能に接続される。ダイアフラムばね４はこれにより予張力を掛けられ、常に摩擦板をフライホイール２と係合するよう動かそうとするようになっている。
【０００７】
解放用軸受１９が距離ｓ動くと、ダイアフラムばね４は点線で示すように中央部７を中心に時計方向に傾き、半径方向外方部が反フライホイール２側に動いてクラッチが外れることができる。
【０００８】
引張クラッチの場合、図２から見て取れるように、ダイアフラムばね４の中央部７が圧力板３’に当接し、ダイアフラムばねの半径方向外方部６がクラッチカバーに当接して、ダイアフラムばねがこの外方部６を中心に傾動できる。
【０００９】
引張クラッチのダイアフラムばね４に引張力Ｆが働くと、ダイアフラムばねは反フライホイール２側の外方に距離ｓ曲げられて外方部６を中心に反時計方向に傾く結果として、中央部７が反フライホイール２側に動いてクラッチが外れる。
【００１０】
これらの図から見て取れるように、押圧クラッチの場合の、ダイアフラムばねの半径方向外方部は２アームレバーに、引張クラッチの場合の、ダイアフラムばねの対応部分は１アームレバーになぞらえることができる。
【００１１】
アクチュエータが解放用軸受に対し同じ力Ｆを加えるとすると、両タイプのクラッチについて摩擦板に対し力Ｋが得られる。
【００１２】
Ｋ ＝ Ｆ × Ｂ／Ａ、但しＢは解放用軸受から傾斜位置までの距離、Ａは傾斜位置からダイアフラムばねが摩擦板に当接する位置までの距離であり、この式がダイアフラムばねが相互に独立した、例えばセクタ形状のレバーのみから成る場合のＫとＦとの関係を示すという了解に基づいているが、この種の単純化は作動の原則を示す。
【００１３】
しかしながら、両クラッチともクラッチを外すのに同じ力が解放用軸受に対して必要であると仮定すると、引張クラッチの場合の比Ｂ／Ａは押圧クラッチの場合のそれよりも大きいので、引張クラッチの場合の方が押圧クラッチの場合よりも大きなトルクをフライホイール２から従動シャフトに伝えることができる。
【００１４】
従って、大きなトルクがフライホイールと従動シャフトの間で伝えられる車両の場合には引張クラッチを用いるのが好都合であり、アクチュエータや、クラッチ作動のために加えねばならない力を比較的小さくすることができる。
【００１５】
摩擦板に働きかけるばね装置はダイアフラムばねに加えて他のばね（図示せず）を有していてもよく、そのばね力に対しても解放用軸受はクラッチを外す際に打ち勝たねばならない。斯かるばね装置の典型的なばね特性、即ち、解放用軸受に対しばねにより解放用軸受移動距離ｓの関数として加えられる力を図３に示す。この特性を第１関数と呼ぶことができる。この力は解放用軸受により加えられる反対方向の力と等しいので、これらの力を以下Ｆとして言及する。
【００１６】
このばね特性を太い実線Ｃ１で示した図３に示すように、力Ｆは最初、最大値に到達するまでの第１距離ｓ１の間は増加し、その後、摩擦板３がもはやフライホイールに当接しない位置に解放用軸受が到達する直前まで力Ｆは僅かに減少する。この距離ｓ１の間は、クラッチは掛かっている。
【００１７】
この部分ｓ１の後に第２曲線領域ｓ２とクラッチが外れる第３曲線領域ｓ３とが続く。第１関数、即ち、ばね特性の導関数(derivative)は領域ｓ２では負であるが、領域ｓ３では再び正になり得る。第２領域ｓ２の大部分にわたり第１関数の導関数は数字的に比較的大きい。即ち、解放用軸受の移動距離が小さい割に、大きな変化が力Ｆで得られる。
【００１８】
アクチュエータが油圧アクチュエータならば、クラッチが掛かっているときの第１関数、即ちばね特性の導関数が大きく負であっても、クラッチが掛かっている状態で比例弁によりアクチュエータの良好で安定した制御を得ることができる。なぜなら、油圧流体は実際には圧縮不可能だからである。
【００１９】
大型トラックやバス等の大型車両の場合、車両の他の、例えばブレーキシステム等のシステムではアクチュエータの作動に圧縮空気が現在用いられており、それの利点としては、いろいろある中で特に、使用後の流体を溜めに戻す戻しラインを必要としない点である。
【００２０】
【特許文献１】
ＷＯ９４／１３９７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、クラッチの作動に空気アクチュエータと比例弁を使うには幾分困難があって、第２領域ｓ２での第１関数の大きな負の導関数のためにクラッチの掛かりが不正確になり得る。
【００２２】
この困難を除去するため、ダイアフラムばねと共に比較的線形の全体特性を提供する追加のばね、即ち線形化ばねを用いる試みがなされている。しかしながらこの線形化ばねは全体の力の増加を助長するし、又、個々のダイアフラムばね各々の特性に合わせなければならない。
【００２３】
又、斯かる大型車両に引張クラッチを用いるのは、クラッチアクチュエータにより解放用軸受を介し加えねばならない力が比較的小さくできるからである。
【００２４】
ＷＯ９４／１３９７２から、空気圧引張クラッチアクチュエータが公知であり、副チャンバがクラッチ装置の組立・分解時に、より具体的には、ダイアフラムばねにクラッチアクチュエータを接続するか又はダイアフラムばねからクラッチアクチュエータを取り外す際にピストンを完全に移動させるためだけのために用いられている。副チャンバはこうした適用以外には、なんら機能はなく、そしてクラッチ装置を複雑且つ高額にしている。
【００２５】
このように構築できるアクチュエータを図４に示す。アクチュエータ１０を構成する環状シリンダ１１は半径方向内方シリンダ壁１２と半径方向外方シリンダ壁１３とを有し、それらは第１端で第１円形端壁１４を介し堅く相互接続されている。シリンダ壁の第２端では、第２円形端壁１５が外方シリンダ壁にシール接続されている。シリンダ１１の端壁１４，１５間にはピストン１６が取付けられ、それの有する管状ピストンロッド１７が内側シリンダ壁１２と第２端壁１５の半径方向内端との間を気密に且つ摺動可能に延びる。ピストンロッドは解放用軸受１９の外方軸受レース１９ｂに堅く接続され、解放用軸受の内方軸受レース１９ａはダイアフラムばね４に接続されるよう配され、アクチュエータ１０に対し回転できる。従って、アクチュエータは貫通する中央通路を有し、それに通すことができる従動シャフトは摩擦板３に、例えば摩擦板と従動シャフト夫々の長手方向の歯を介して、接続できる。
【００２６】
ピストン１６が第２端壁１５及び第１端壁１４と共に、それぞれ第１シリンダチャンバである主チャンバ２０と第２シリンダチャンバである副チャンバ２１とを画成する。
【００２７】
このアクチュエータの作動に図５に示す弁装置３０を用いることができる。図ではアクチュエータ１０も概略的に示されている。
【００２８】
弁装置３０を構成する圧縮空気源３１からは、第１弁３２を介し圧縮空気を主チャンバ２０に供給して、ピストン１５を矢印Ａ方向に動かすことができる。主チャンバ２０から圧縮空気を除去するために第２弁３３が設けられている。センサ２２はピストン１５の位置を、従ってシリンダ１１に対して解放用軸受１９の位置を知る(establish)ために設けられている。弁３２，３３は車両走行時のクラッチの通常操作用に用いられる。
【００２９】
弁装置は更に第３弁３４から構成され、それを介して圧縮空気を副チャンバ２１に導入してピストンを反矢印Ａ方向に動かすことができ、それによりアクチュエータ１０をダイアフラムばね４に接続又はダイアフラムばねから切離しできる。又、第４弁３５は副チャンバ２１からの圧縮空気除去用に設けられる。圧力計２３も副チャンバ２１の空気圧測定用に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明のクラッチ装置の実施例を概略的に示す図６〜９に関して本発明を以下詳細に説明する。
【００３１】
本発明は、第１に、副チャンバ２１を備えた公知の引張タイプの空気圧クラッチアクチュエータを新たな仕方で用いて、作動時に副チャンバ２１に圧縮空気を供給することで、クラッチが掛かっているときの上記した不安定性を解消するようにばね特性を修正することに寄与できるという認識にもとづいている。
【００３２】
より明細には、これは図３に太い実線で示した曲線Ｃ１を、圧縮空気を副チャンバ２１に導入することにより、第２領域ｓ２で修正できるようにすることで達成される。副チャンバ２１の圧縮空気により加えられる力は、点線の曲線Ｃ２で示すように、解放用軸受移動路の第２関数である。
【００３３】
ばね装置で加えられる力と共に副チャンバ２１の圧縮空気で加えられる力によって、主チャンバの圧縮空気でピストンに加えられる力が、解放用軸受移動距離の領域ｓ１の太い実線Ｃ１に対し領域ｓ２及びできれば領域ｓ３に細い実曲線Ｃ３を加えて示しているように、解放用軸受移動路の第３関数となる。従って、新しい第３関数は曲線Ｃ１とＣ２の計又はオーバーレイである。図３に示すように、この領域では第３関数の導関数は増えているので、特定の距離にわたる解放用軸受の動きが第１関数の場合のような大幅な力の変化となることはもはやない。この導関数は正になる程に増やすことが可能である。一般に、適宜の第２関数を用いることにより、この領域での第３関数に所望の経路を得ることができる。
【００３４】
第２関数Ｃ２及び第３関数Ｃ３を達成するため、クラッチ装置を以下に示すように設計する。
【００３５】
図４に概略的に示すように、センサ２２をシリンダ１１に取付けることにより、シリンダ１１に対する解放用軸受１９の軸線方向位置、即ち、図３のｓ軸に沿った位置を知ることができる。副チャンバ２１の空気圧を知るためにセンサ２３もシリンダ１１に取付けることができる。
【００３６】
解放用軸受に予張力を掛けて車両作動時に回転軸受レース１９ａが常に回転するようにするのが利便なので、主チャンバ２０にはクラッチを常に外そうとする弱いばね２４を取付けることができる（図６）。
【００３７】
図６に示すように、このタイプのクラッチアクチュエータは引張クラッチ、押圧クラッチのいずれにも使えるように設計でき、ばね２４は当該クラッチの主チャンバ２０を構成するチャンバ内に取付ける。これにより、クラッチアクチュエータの価格を下げ、在庫を減らすことができる。
【００３８】
図７に示した弁装置４０は本発明による押圧クラッチ装置用である。
【００３９】
この図に示すように、圧縮空気源３１を提供し、そこから圧縮空気をアクチュエータの主チャンバ２０に第１弁３２を介し供給できる。主チャンバ２０からの空気は第２弁３３を介して排出できる。空気は副チャンバ２１に、組合わせた入出口弁３６を介し導入できる。このアクチュエータ装置にも、解放用軸受の位置測定用のセンサ２２と副チャンバ２１の空気圧測定用のセンサ２３を設ける。チャンバからの戻り空気は周囲に放出できる。
【００４０】
図８に示すように、弁装置３０，４０はコンピュータ５０で制御できる。
【００４１】
コンピュータ５０にはセンサ５１からクラッチペダル等のクラッチ作動体の位置を示す信号を供給し、この信号はクラッチの所望位置、即ち、解放用軸受１９の位置ｓを示す。更に又、コンピュータ５０にはセンサ２２からケーブル５８を介し解放用軸受１９の実際の位置を知るための信号を供給する。これらの信号を比較器５２に供給して、解放用軸受の所望位置と実際の位置とを比較して差異信号を弁制御ユニット５３に送り、該弁制御ユニットは、弁３２，３３を介し主チャンバ２０に圧縮空気を給排するための制御信号を弁装置４０に伝達する。
【００４２】
コンピュータは、クラッチ装置のばね特性Ｃ１を記憶したメモリー５４と、ばね特性及び解放用軸受の実際の位置に関する信号をケーブル５６，５７を介して供給されて副チャンバ２１の所望空気圧を計算できるユニット５５とを有する。この所望圧は圧力に関する情報を弁制御ユニット５３’に回す比較器５２’内で計算され、ケーブル５９を介して制御信号を弁装置４０の弁３６に伝え、それがこの圧力を副チャンバ２１内に提供する。
【００４３】
図８の参照番号６０は、主チャンバ２０と副チャンバ２１がピストン１６に対して結果的な力を提供することで第２関数Ｃ２を達成し、それにより、解放用軸受１９に対する力のためにその移動距離ｓの関数として最終的に第３、即ち結果の関数Ｃ３を達成することを象徴的に示している。
【００４４】
図９は、クラッチが掛かっているときに位置から計算される解放用軸受１９移動距離の関数としてフライホイール２から摩擦板３に伝えることができる力、従ってトルクを示すグラフである。
【００４５】
実線で示した曲線から見て取ることができるように、最大の伝達可能力、即ちトルクは横座標に平行に延びる曲線の部分で示される。このモーメントは車両のエンジンが発揮できる最大トルクよりも小、例えば、それの９０％とすることができる。クラッチが依然としてこのモーメントを伝えられるようにするために、圧縮空気をクラッチアクチュエータの副チャンバ２１に導入することができ、それにより図の点線で示した力で解放用軸受が摩擦板をフライホイールに押圧する。この最大力が必要になるのは比較的まれでしかないから、作動時の大半は、クラッチは実線で示したグラフ領域で機能し、追加の力を必要としない。従って、クラッチばねを比較的小さなトルクを対象に設計できるので、クラッチが小型且つ安価となる。
【００４６】
この目的のためにセンサを配して、例えば最大トルクを伝える必要があるかどうかを知ることができる。例えば追加の吸気や、絞りや、モーター駆動シャフトにより加えられるトルクを知るためにセンサを設けることができる。斯かる最大トルクを加えるという情報を含むセンサからの信号をコンピュータに送ることができ、コンピュータはこの情報に基づいて弁制御ユニット５３’を制御して副チャンバの空気圧を増加させ、それにより圧力板３’がより強く摩擦板３に対し押圧され、最大トルクを伝えることができる。
【００４７】
クラッチアクチュエータが駆動シャフトと同芯であることを上記でも図面でも示しているが、替わりにクラッチアクチュエータをこのシャフトの脇、クラッチカバーの内方又は外方に取り付けてもよいこと及びアクチュエータのピストンはレバーを介し解放用軸受に接続してもよいことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】構成要素を省略している、押圧クラッチ長手方向断面図である。
【図２】構成要素を省略している、引張クラッチ長手方向断面図である。
【図３】クラッチ作動時に、解放用軸受に対し、ばね装置が解放用軸受移動距離の関数として加える力Ｆを示すグラフである。
【図４】引張クラッチの場合の空気圧カップリングアクチュエータの断面図である。
【図５】図４に示したカップリングアクチュエータを制御する弁装置の配線図である。
【図６】引張及び押圧空気アクチュエータの断面を示し、引張アクチュエータの半分を長手方向軸線９の上側に示し、押圧アクチュエータの半分を長手方向軸線９の下側に示している。
【図７】押圧クラッチ用の弁装置の概略接続図である。
【図８】本発明による弁装置の概略機能図である。
【図９】摩擦板へとフライホイールから解放用軸受位置の関数として伝えられる力、従って、モーメントを示すグラフである。

Claims (5)

1. クラッチが掛かりトルクの伝達される第１方向に摩擦板（３）を常に押圧しようとする機械的ばね装置（４）と、
   シリンダ（１１）及びその中を可動であるピストン（１６）を有し、シリンダ（１１）を主チャンバ（２０）及び副チャンバ（２１）に分ける空気アクチュエータ（１０）と、
   摩擦板（３）に接続した回転部（１９ａ）及びピストン（１６）に接続した回転しない固定部（１９ｂ）を有する解放用軸受（１９）と、
   クラッチが外れる第２逆方向に摩擦板（３）を動かすため、制御可能な弁装置（３２，３３）を介して主チャンバ（２０）と連通するよう配された圧縮空気源（３１）とで構成される車両用クラッチ装置において、
   クラッチ装置が更に、
   副チャンバ（２１）の所望空気圧が、従って、解放用軸受（１９）に対し解放用軸受（１９）位置の第２関数（Ｃ２）として加えられる所望補助力が記憶される、メモリー（５４）を備えたコンピュータ（５０）と、
   解放用軸受の位置を知るよう配したセンサ（２２）と、
   副チャンバの空気圧を知るよう配したセンサ（２３）とで構成され、弁装置（３６）が圧縮空気源（３１）と副チャンバ（２１）との連通を提供するよう配され、コンピュータ（５０）がセンサ（２２，２３）から信号を受取り、測定副チャンバ圧と所望副チャンバ圧との差異を知り、その差異に応じて弁装置（３２，３３，３６）を制御し、それにより補助力を提供するよう配されていることを特徴とする車両用クラッチ装置。
2. コンピュータ（５０）のメモリー（５４）には、ばね装置のばね特性、即ち、解放用軸受に対しばね装置により解放用軸受（１９）位置の第１関数（Ｃ１）として加えられる力が記憶され、コンピュータ（５０）は、第１及び第２関数（それぞれＣ１、Ｃ２）のオーバーレイであって、クラッチが外される解放用軸受（１９）移動距離領域（ｓ２，ｓ３）で、同じ領域、同じ解放用軸受位置の第１関数（Ｃ１）の導関数に比べて増加した導関数を有する、第３関数（Ｃ３）を提供するよう配されていることを特徴とする請求項１によるクラッチ装置。
3. 第３関数（Ｃ３）の導関数が領域（ｓ２，ｓ３）で正であることを特徴とする請求項２によるクラッチ装置。
4. ばね装置（４）がダイアフラムばねから成るクラッチ装置において、クラッチアクチュエータの断面が環状であり、クラッチアクチュエータのピストン（１６）がダイアフラムばねの半径方向内方部（５）に働きかけるよう配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかによるクラッチ装置。
5. ばね装置（４）のみの働きかけでクラッチを介し伝え得るトルクがクラッチを介して伝え得るはずの最大トルクよりも小さく、コンピュータが、副チャンバ（２１）の空気圧を制御する弁（３６）制御ユニットに信号を送るよう配されて、この圧力を増加させ、ばね装置（４）により加え得る力に加えて圧力板（３）に追加の力を加えることをもたらし、それにより、クラッチを介して伝達できる全トルクを最大モーメントへと増加できることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかによるクラッチ装置。

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