JP2006125632A - パック隙間調整可能クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦ディスクの厚さと鋼鉄ディスクの厚さにばらつきがある場合でも、製造工程においてクラッチパックのパック隙間が適切な値に調整されることを可能にする。
【解決手段】パック隙間調整機構を有する電磁クラッチであり、出力軸と、圧力板と、圧力板によって作動するクラッチパックを備えている。圧力板とクラッチパックとは出力軸にスプライン結合されている。クラッチパックにスプライン結合されたクラッチハウジングもあり、圧力板が力を受けた場合にクラッチパックから力を受け取る。圧力板はクラッチパックのパック隙間を画定し、パック隙間調整機構によってパック隙間が調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、様々な自動車用途において使用されるクラッチパック(clutch pack)のパック隙間(pack clearance)の調整に関する。

湿式クラッチ摩擦システムは、広く自動変速機及び伝達ケース(transfer case)の分野で使用されている。多くのクラッチでは、摩擦係合時にトルク伝達を提供するために、多くの鋼鉄ディスクに挟み込まれる複数の摩擦ディスクを用いる。この形式の構造は、ブレーキ用途にも使用されている。摩擦係合は、摩擦ディスクと鋼鉄ディスクとの間の摩擦係合を実行させるために、ハウジング内に配置されたピストンを介して成し遂げられる。ピストンは、係合位置（例えば、圧力がかけられている場合）と非係合位置（例えば、圧力が取り除かれ、戻しバネがピストンを元の位置へ戻した場合）との間で、ハウジングの空間内を線形に移動する。係合位置と非係合位置との間の移動量は、しばしばパック隙間或いは「ランニング」隙間(running clearance)と称される。

クラッチパックが係合されていない場合、隙間は鋼鉄ディスク要素に挟み込まれた摩擦ディスク要素との間に空間を与える。これは２つの要求を満たすものであり、第１は摩擦ディスク要素が鋼鉄ディスク要素から独立に回転できるようにすることであり、第２は変速機内の回転損失(spin loss)の低減のためである。個別の各要素の間に十分な隙間が無いと、回転損失が抵抗トルク(drag torque)を生じさせてしまう。このことは、変速機（又は伝達ケース）の効率を低下させ、燃料消費率にも影響を与える。パック隙間はまた、係合時間にも影響を与え、即ちピストンはパックが完全に係合されて完全なトルク伝達が生じる前にパック隙間の距離だけ移動しなければならない。大きなパック隙間は長い係合時間という結果を導き、それはまたクラッチが何処に使用されているかに依存して変速機或いは伝達ケースの性能に影響を与える。変速機及び伝達ケースが技術的に改善された場合に、相当に短い変速時間が求められる。

製造工程においてしばしば生じる１つの問題は、クラッチパック内で用いられる摩擦ディスクと鋼鉄ディスクに生じる厚みのばらつき(variation)である。これら両要素の厚みに関するこれらのばらつきは、クラッチパックが一旦組み立てられたときのランニング隙間のばらつきや、変速時間や回転損失特性に影響を与える原因となる。一般的に、パック隙間調整はシムの使用を通して成し遂げられる。シムはクラッチパック内の余剰隙間を吸収するので、力をかけるピストンはパックを係合するための調整された距離を移動する。

本発明は、摩擦ディスクの厚さと鋼鉄ディスクの厚さにばらつきがある場合でも、製造工程においてパック隙間が特定の値に調整されることを可能にする。本発明は調整可能パック隙間構造を有する電磁クラッチであり、出力軸と、圧力板と、圧力板によって作動するクラッチパックを備えている。圧力板とクラッチパックとは出力軸にスプライン結合(splined)されている。クラッチパックにスプライン結合されたクラッチハウジングもあり、圧力板が力を受けた場合にクラッチパックから力を受け取る。圧力板の軸方向移動がクラッチパックのパック隙間を画定し、パック隙間調整機構によってパック隙間が調整される。

パック隙間調整機構は、第１の実施形態において、前記出力軸の軸受によって支持されるネジ付面を有するベースカムを有する。ベースカムはネジ付板にねじ込まれている。ネジ付板の時計周り又は反時計回りの回転によって、ベースカムが出力軸に沿って軸方向に移動し、クラッチパックのパック隙間を変化させる。

第２の実施形態におけるパック隙間調整機構は、２つの要素からなる圧力板を有し、その第１要素は一連の調整ストッパを有し、第２要素はこれらの調整ストッパを受け入れる一連の対応凹部を有する。第１要素を第２要素に対してずらす（間欠送りする）と、２つの要素の間に変位が生じ、パック隙間を調整する。

第３の実施形態におけるパック隙間調整機構は、第１側に螺旋傾斜面を有するカム板と、カム板の螺旋傾斜面に接触する螺旋傾斜面を有する圧力板を備えている。カム板は出力軸上でずらすことができ、そして螺旋傾斜面が前記圧力板を、パック隙間を増大もしくは減少させるように動かす。

本発明の更なる応用領域は、以下に記載した詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明及び特定の具体例は、本発明の望ましい実施形態を示しながら、単に例示の目的のためだけであり、本発明の範囲を限定しようとするものではない、と理解するべきである。

本発明は、以下の詳細な説明と添付図面からより完全に理解されるようになるであろう。
望ましい実施形態についての以下の説明は本質的に単に例示であり、本発明及びその応用もしくは使用を限定する意図のものではない。

図１，３及び４は、自動車の動力伝達経路の伝達ケース(transfer case)に組み込まれたボールランプ組立体(ball ramp assembly)と、圧力板１４と、クラッチパック１６を有する電磁クラッチ即ちクラッチ組立体１０を示している。図１〜４ａに示す発明の実施形態は、クラッチが使用される他の領域にも組み込むことができることは想像される。例えば、この発明は車軸差動装置(axle differential)と共に、手動及び自動変速機の両方で使用することができる。また、組み立て中に隙間をずらさなければならない他の領域においても、本発明を使用することは可能である。例えば、自動車のブレーキシステムにおいて、ディスクブレーキのピストンに対して移動の程度を設定する必要がある。ここに説明される調整可能カムは、そのような用途に使用できる。

クラッチパック１６は、交互に挟み込まれる、ハブ２２にスプライン結合された摩擦ディスク２０と、ハウジング２４にスプライン結合された鋼鉄ディスク１８を備えている。クラッチパックが係合されていない場合、鋼鉄ディスク１８と摩擦ディスク２０は、相互に独立に回転できる。図１に示すように、クラッチパック１６に力をかける圧力板１４は、カム板３０の表面２９に当接する表面３１を備えている。クラッチハウジング２４は、鋼鉄ディスク１８にスプライン結合され、またスプロケット４２に連結される。スプロケット４２はチェーン４４によって周囲が部分的に囲まれている。チェーン４４はまた、車輪に動力を供給する他のスプロケット（図示略）に巻きついている。

ボールランプ組立体１２は、カム板３０と、ボール３２と、ベースカム３４と電磁石３８とを備えている。カム板３０は一次出力軸３６にスプライン結合され、ベースカム３４は出力軸３６にはスプライン結合されていないが、むしろ独立に回転する。カム板３０とベースカム３４の両方は、ボール３２を保持するカム面４０を有している。正常な動作において、クラッチパック１６を係合するために、電磁石３８は励起され、カム板３０とベースカム３４との間の相対移動が生じる。これが生じた場合、ボール３２はカム板３０とベースカム３４のカム４０のランプを転がり上がる。このことは、ベースカム３４とカム板３０を分離させる原因となる。カム板３０がベースカム３４から押し離された場合、クラッチパック１６に力を掛けるために圧力板１４に力を掛ける。一旦クラッチパックに力が掛かったら、一次出力軸３６、ボールランプ１２、そしてクラッチパック１６及びハウジング２４、スプロケット４２、そして最後にチェーン４４を介してトルクが伝達される。チェーンは他の出力軸（図示略）に連結された他のスプロケットに連結される。

作動中に、圧力板１４はその非係合位置から完全作動位置へ移動する。圧力板１４が移動するその距離は、パック隙間もしくは「ランニング」隙間として知られている。パック隙間は、クラッチパック１６が係合されていない場合に、挟み込まれた鋼鉄ディスク１８と摩擦ディスク２０との間に適切な空間を存在させるために必要である。この空間は、回転損失を低減もしくは無くし、摩擦ディスク２０の早まった磨耗を防ぐために必要である。

図１に示すパック隙間調整機構１１は、ネジ付板３５にねじ込まれた内部ネジ面を有するベースカム３４を有している。ネジ付板３５は一次出力軸３６にはスプライン結合されておらず、代わりに一次出力軸３６から独立に回転するように、軸受３９に当接している。パック隙間はスパナレンチ４１を用いて調整される。ネジ付板３５を回転させるためにスパナレンチ４１が使用された場合、ベースカム３４は軸方向に移動し、どちらの方向にネジ付板３５が回転させられたかに依存して、圧力板１４に近接するか更に離れるかのどちらかである。ベースカム３４はまた、ネジ付板３５を回転させながらベースカム３４を適所に保持するためのずらし具(indexing tool)を受け入れる凹部３７を有している。ベースカム３４を移動させると、ボールランプ組立体１２全体が圧力板１４と共に軸方向に移動させる原因となる。圧力板１４を軸方向に移動させると、パック隙間が変化する。この実施形態は、一旦クラッチパック１６とボールランプ組立体１２が組み立てられても、パック隙間の調整が可能であり、全体システムの交差を計る(spans)ことを可能にしている。

図２〜３に示すパック隙間調整機構１３は、２つの別個の要素からなる圧力板１４を有し、その第１要素１５は一連の第１調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを備え、これらは第１要素１５の内周部の回りに繰り返し並んでいる。各調整ストッパはお互いに対して異なる長さであり、ストッパは最も短いＡで始まり最も長いＥまで徐々に長くなって行く。一連の第１調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれ第２要素１７の対応する凹部Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’に当接する。対応する凹部Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’はまた、第２要素１７の外周部の回りに列状に繰り返され、第１要素１５の各調整ストッパを受け入れるのに適して異なる深さである。第１要素１５はクラッチパック１６に当接し、第２要素１７はカム板２０に当接する。第２要素１７が組み立て中に第１要素１５に対してずらされた（indexed)場合、第１調整要素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、対応する凹部Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’とずれたようになる。要素の他の要素に対してずらす（間欠送りする）と、第２要素１７に対する第１要素１５の軸方向位置が変化し、こうしてクラッチパック１６のパック隙間が変化する。パック隙間の変化量は、第１要素１５と第２要素１７とが相互にどの程度ずらされたかに依存するが、これは調整ストッパの様々な深さのためである。この実施形態において、ベースカム３４は１つの構成要素であり、圧力板１４及びカム板３０は図１に示すものとそれぞれ同じ面２９，３１を有している。

パック隙間調整機構１９の第３の実施形態が図４及び図４ａに示されており、ここでクラッチパック１６に力を掛ける圧力板１４はカム板３０の螺旋面２６に係合する螺旋面２８を有している。

パック隙間は、ボールランプ１２が製造工程中に組み立てられ、一次出力軸３６のカム板３０をずらすことで調整される。カム板３０の螺旋面２８は、圧力板１４の螺旋面２６に係合する。カム板３０がずらされた場合、カム板３０の螺旋面２８もずらされる。このことで、クラッチパック１６と共に、カム板３０に対して圧力板１４の位置を変化させる。カム板３０は、圧力板１４がクラッチパック１６に近接し又は離間移動するようにずらされ、パック隙間を増大もしくは減少させる。カム板３０をずらすことは、パック隙間の累積的変化を生じさせ、この隙間の累積的変化は一次出力軸３６のスプラインの数に依存する。多数のスプラインはカム板が小さな累積量でずらされることを可能にし、さらに有限のパック隙間範囲の可能性を実現する。パック隙間を調整できる能力を持つことは、摩擦ディスク２０と鋼鉄ディスク１８の製造において生じる厚さのばらつきの補償を可能にする。

本発明の説明は本質的に単に例示であり、従って、本発明の範囲を逸脱しない変更は本発明の範囲に含まれる。そのような変更は、本発明の精神及び範囲からはなれるものと考えるべきではない。

本発明の第１の望ましい実施形態の断面図であって、ベースカムが軸にスプライン結合されていないネジ付きリングにねじ込まれ、隙間がスパナレンチで調整される（dialed)。 本発明の第２の実施形態の断面図であって、圧力板が２つの要素を備え、それぞれは様々な深さの凹部を有し、ずらした場合にパック隙間を調整する。 本発明の第２の実施形態に係る圧力板の拡大した斜視図である。 本発明の第３の実施形態の断面図であって、パック隙間を調整するために出力軸上でカム板がずらされている。 圧力板のカム面の斜視図である。

Claims (18)

1. 調整可能なパック隙間構造１１，１３，２３を有する電磁クラッチ１０であって、
   出力軸３６と、
   圧力板１４と、
   前記圧力板１４と係合できる第１側のクラッチパック１６であって、前記圧力板１４とクラッチパック１６とは前記出力軸３６にスプライン結合されているクラッチパック１６と、
   前記クラッチパック１６にスプライン結合され、第２側で前記クラッチパック１６と係合できるクラッチハウジング２４であって、前記圧力板１４が前記クラッチパック１６のパック隙間を画定するクラッチハウジング２４と、
   パック隙間調整機構１１，１３，１９であって、前記パック隙間は前記電磁クラッチ１０の製造工程中に前記圧力板１４の前記クラッチパック１６に対する位置を調整することによって調整されるパック隙間調整機構を備えていることを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記電磁クラッチ１０は、
   前記出力軸３６の軸受によって支持されるネジ付板３５と係合するネジ付内面を有するベースカム３４を更に備え、
   前記ネジ付板３５の時計周り又は反時計回りの回転によって、前記ベースカム３４が前記出力軸３６に沿って軸方向に移動し、前記クラッチパック１６のパック隙間を変化させる請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記電磁クラッチ１０は、
   前記圧力板１４が、一連の調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが形成されている第１要素１５を更に有し、
   前記圧力板１４が、前記調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを受け入れるための一連の対応凹部Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’が形成されている第２要素１７を更に有し、前記第１要素１５を前記第２要素１５に対してずらした場合に、前記第１要素１５と第２要素１７との間に変位が生じ、前記パック隙間を調整することを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
4. 前記電磁クラッチ１０は、
   第１側に螺旋傾斜面２６を有するカム板３０と、
   前記カム板３０の螺旋傾斜面２６に接触する螺旋傾斜面２８を有する圧力板１４を備え、前記カム板３０は前記出力軸３６上でずらすことができ、そして螺旋傾斜面２６が前記圧力板１４を前記パック隙間を増大もしくは減少させるように動かすことを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
5. 可変パック隙間の電磁クラッチ１０であって、
   出力軸３６と、
   圧力板１４を有する、前記出力軸３６に配置されたクラッチパック１６と、
   ベースカム３４とカム板３０とを有し、前記出力軸３６と作動可能に関連するボールランプ組立体１２であって、前記ベースカムは１またはそれ以上のカム面４０を第１側に有し、前記カム板３０は１又はそれ以上のカム面４０を第１側に有し、前記第２側は前期圧力板１４に当接するボールランプ組立体１２と、
   前記ベースカム３４とカム板３０のカム面４０によって適所に保持される１またはそれ以上のボールを備え、前記ベースカム３４とカム板３０がお互いの相対移動によって前記出力軸３６に沿って離れるように軸方向に移動し、これによって前記圧力板１４に圧力を掛け、前記クラッチパック１６を係合し、前記クラッチパック１６のパック隙間は製造工程中に前記電磁クラッチ１０に組み込まれたパック隙間調整機構１１，１２，２３によって調整されることを特徴とする電磁クラッチ。
6. 前記電磁クラッチ１０において、
   前記ベースカム２４はネジ付内面を更に有し、
   前記ネジ付板３５は前記出力軸３６の軸受３９によって指示され、
   前記ベースカム３４は前記ネジ付板３５にねじ込まれ、前記ネジ付板３５の回転によって前記ベースカム３４は前記出力軸３６に沿って軸方向に移動し、これにより前記クラッチパック１６のパック隙間を増大させ或いは減少させることを特徴とする請求項５に記載の電磁クラッチ。
7. 電磁クラッチ１０であって、
   一組の調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを有する圧力板１４の第１要素と、
   前記調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを受け入れるための一組の対応凹部Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’を有する前記圧力板１４の第２要素１７とを更に備え、前記第１要素１５を前記第２要素１７に対してずらすことで、前記第１要素１５と第２要素１７との間に軸方向変位を生じさせ、前記パック隙間を調整することを特徴とする請求項５に記載の電磁クラッチ。
8. 電磁クラッチ１０であって、
   螺旋傾斜面２６を有する前記カム板３０と、
   前記カム板３０の螺旋傾斜面２６に接触する螺旋傾斜面２８を有する圧力板１４とを更に備え、前記出力軸３６のカム板３０をずらすことによって、前記圧力板１４が前記出力軸３６に沿って軸方向に移動し、前記カム板３０と圧力板１４との間に変位を生じさせ、前記パック隙間を調整することを特徴とする請求項５に記載の電磁クラッチ。
9. パック隙間が調整可能なクラッチ組立体１０であって、
   出力軸に取り付けられたクラッチパック１６と、
   前記クラッチパック１６に力を掛ける圧力板１４と、
   第１側に１又はそれ以上のカム面４０を有し第２側で前記圧力板１４に接触する、前記出力軸３６にスプライン結合されたカム板３０と、
   前記カム板３０の前記カム面４０と相補的な第１側の１又はそれ以上のカム面４０を有する、前記出力軸３６上で自由に回転できるベースカム３４であって、前記カム面４０の第１側は前記クラッチ組立体１０が係合された場合に前記カム板３０の１又はそれ以上のカム面４０に動作可能に係合できるベースカム３４と、
   前記パック隙間を調整するために前記クラッチ組立体１０に組み込まれるパック隙間調整機構１１，１３，２３とを備え、前記カム板３０に対する前記ベースカム３４の相対回転は、前記カム板３０と前記圧力板１４の軸方向変位を生じさせ、前記クラッチパックに力を加えることを特徴とするクラッチ組立体。
10. 請求項９に記載のクラッチ組立体１０であって、前記パック隙間調整機構１１は、前記出力軸３６に取り付けられた軸受３９に当接するネジ付板３５と、前記ネジ付板３５にねじ込まれるネジ付内面を有するベースカム３４とからなることを特徴とするクラッチ組立体。
11. 請求項１０に記載のクラッチ組立体１０であって、前記ネジ付板上のベースカム３４を回転させることによって前記ベースカム３４を軸方向に移動させることで、前記クラッチパック１６のパック隙間を調整することを特徴とするクラッチ組立体。
12. 請求項９に記載のクラッチ組立体１０であって、前記パック隙間調整機構１３は、第１要素１５の内面を囲む一連の調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを有する第１要素と、第２要素１７の内面を囲む一連の凹部Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’を有する第２要素１７を有する圧力板１４からなることを特徴とするクラッチ組立体。
13. 請求項１２のクラッチ組立体１０であって、前記第２要素１７の一連の凹部Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’は、第１要素１５の調整ストッパＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを受け入れるために用いられることを特徴とするクラッチ組立体。
14. 請求項１２のクラッチ組立体１０であって、前記第１要素１５を前記第２要素１７に対してずらすことで、前記第１要素１５は前記第２要素１７に対して前記出力軸に沿って移動し、前記パック隙間を調整することを特徴とするクラッチ組立体。
15. 請求項９のクラッチ組立体１０であって、前記パック隙間調整機構は、前記圧力板１４の対応螺旋傾斜面２６に接触する螺旋傾斜面２６を有するカム板３０を備えることを特徴とするクラッチ組立体。
16. 請求項１５のクラッチ組立体１０であって、前記カム板３０を前記出力軸３６上でずらした場合に、前記圧力板１４の螺旋傾斜面２８と前記カム板３０の螺旋傾斜面２６は、前記出力軸３６に沿って軸方向に沿って前記圧力板１４を移動させ、前記パック隙間を調整することを特徴とするクラッチ組立体。
17. 請求項９のクラッチ組立体１０であって、前記ベースカム３４は、前記カム板３０の前記１又は２以上のカム面４０と、前記ベースカム３４の１又はそれ以上の前記カム面４０によって適所に保持された一連のボール３２によって前記カム板３０に動作可能に係合できることを特徴とするクラッチ組立体。
18. 請求項１７のクラッチ組立体１０であって、前記一連のボールは、前記ベースカム３４と前記カ無板３０との相対回転が生じた場合に、前記ベースカム３４の１又はそれ以上のカム面４０と、前記カム板３０の１又はそれ以上のカム面４０とに沿って回転することを特徴とするクラッチ組立体。

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