JP2007205572A - ラップ・スプリング・クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】制御可能なトルク伝達をすることにより、自走車両の駆動系に能動素子として使用できるラップ・スプリング・クラッチを提供する。
【解決手段】第一のシャフト４と、巻き方向で第一のシャフト４の周りに巻かれ、二つのラップ・スプリング端部７、８を有するラップ・スプリング３を具備し、第一のシャフト４と同心になるようにラップ・スプリング３の周りに配置された第二の中空シャフト１を具備し、ラップ・スプリング端部７、８の少なくとも一方に、ラップ・スプリング３の巻き方向と反対方向に制御された接線力を加えるためのアクチュエータ２により特徴づけられるラップ・スプリング・クラッチ１０に関する。
【選択図】図２

Description

本発明は請求項１の前文に記載のラップ・スプリング・クラッチに関する。

エンジン及び自走車両の駆動の自動化及び電子制御において、適切な特性を備えたクラッチはますます重要度が高くなってきている。主に要求されることは、高いトルク変動性、短い反応時間、小さい構造占有スペース、クラッチ・アクチュエータの小さい作動力と消費電力、全使用寿命期間においてできるだけ変わらない挙動があげられる。今日、多様なアクチュエータ・システムを備えた多板クラッチが主流として使用されている。このようなクラッチのタイプは、電気式、電気油圧式、空気圧式、機械式またはＭＲＦ／ＥＲＦがあり得る。周知のシステムにおいては、伝達部及びアクチュエータ・システムの両方でトルク要求が増加するのに伴い費用が高くなっている。システムの一体化はますます難しくなってきており、そのためのコストが上昇している。

請求項１の前文と同様の一般的に知られるラップ・スプリング・クラッチは、受動素子としてのみ、例えばトルク・リミッタとして、またはオン／オフ機能をもつだけの設計の能動素子として、これまで使用されてきた。

したがって、本発明の目的は、制御可能なトルク伝達を可能にすることにより、例えば、自動化制御された駆動系、とりわけ自走車両の駆動系に能動素子として使用できる請求項１の前文で特定された形式のラップ・スプリング・クラッチを提供することである。

この目的は、請求項１に記載する特徴により達成される。

従来より周知のアクティブ・クラッチ・システムと比較して本発明によるラップ・スプリング・クラッチの特別な有利な点の中に数えられるのは、第一に、低重量及び低慣性だけでなく低抗力モーメントを達成したことである。さらに、本発明によるラップ・スプリング・クラッチは、小さな構造占有スペースしか必要とせず、例えば、自走車両に通常搭載される電源で充足できるほどの低電力消費を示す。

さらに、本発明によるラップ・スプリング・クラッチは、システムの複雑度が低いため、ほとんど故障せず、ユニットを追加する必要もなく、低い製造・保守コストにより特徴づけられる。

下位請求項は、本発明の有益な展開に言及する。

本発明のさらなる詳細、利点及び特徴は、図面を参照した実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。

ラップ・スプリング・クラッチの一般的に可能な構造の説明のために、図１は固定シャフトＢ上に偏向配置されたラップ・スプリングＡを示す。回転方向に応じて、駆動部材のセグメントＣは、陥凹部Ｅ及びＦの中にまたは陥凹部Ｅ及びＦを貫通して突き出ている二つのスプリング端部Ａ１及びＡ２に作用する。出力側に負荷がある場合、セグメントＤは、各スプリング端部Ａ１またはＡ２を介してフォーム・クロージャにより共回転する。駆動超過トルク（drive overrunning torque）が出力側で生成されそうな場合には、セグメントＤは、ラップ・スプリングＡの各スプリング素子Ａ１またはＡ２を介して阻止動作を行うことになる。

このシステムは、セグメントＣ及びＤ並びにスプリング端部Ａ１及びＡ２のそれぞれの側面間に最小の隙間をとっており、回転方向に依存しない。ラップ・スプリングＡの巻き方向も機能に影響を及ぼさない。

固定シャフトＢの代わりに、同等の構造体をハウジング内のスリーブ（図１では特に詳細には図示しない）に設けてもよい。これに伴い、ラップ・スプリングＡの端部Ａ１及びＡ２は、適宜に内側に曲げられる。

図２及び３に示したラップ・スプリング・クラッチ１０は、ラップ・スプリング３が周りに巻かれた第一のシャフト４、第一のシャフト４の周りに所定の巻き方向に巻かれているラップ・スプリング３、及び例示の場合では互いに反対方向に放射状に延設する二つのラップ・スプリング端部７及び８を有する。

さらに、ラップ・スプリング・クラッチ１０は、第一のシャフト４と同心になるようにラップ・スプリング３の周りに配置される第二の中空シャフト１を具備する。例示した実施形態では、この第二のシャフト１は、第二のシャフト１がラップ・スプリング３の巻き方向でのみ放射状のラップ・スプリング端部７及び８に当接可能なように、陥凹部（図示を簡易にしたために図面では特に詳細には示してない）を有する。

さらに、本発明によるラップ・スプリング・クラッチ１０は、ラップ・スプリング端部７及び８の少なくとも一方に、それぞれ、ラップ・スプリング３の巻き方向と反対方向に制御された接線力を加えるために備えられたアクチュエータ２を具備する。アクチュエータ２を備えたこと及び巻き方向と反対方向にラップ・スプリング端部７及び／または８に作用するその動作は、本発明のラップ・スプリング・クラッチ１０のトルク伝達を制御可能なものにする。なぜなら、オン／オフ機能しかもたない従来より周知のラップ・スプリング・クラッチとは大きく異なり、接線力の印加の制御性は、ラップ・スプリング３が狙いどおりの所作で滑動することができる中間的な状態を実現し、それにより伝達すべきトルクの制御が可能になるからである。

この目的を達成するために、ラップ・スプリング３と第一のシャフト４のそれぞれの接触面は、コーティングなしで、または同一のコーティングで、または異なるコーティングで選択的に形成することができる。これらのコーティングは、好適には、紙、カーボン、焼結材またはモリブデンからなることが可能である。

さらに、摩擦面は、乾燥した状態または流動体中、好適にはオイル中で互いに摺動するようにすることができる。

先にすでに説明したように、第二のシャフト１は、制御可能なトルクを通じ、ラップ・スプリング３を介して第一のシャフト４と伝達可能（can be communicated）である。

第二のシャフト１の上方に配置されるアクチュエータ２は、例えば、電気サーボ・モータの形態で構成することができる。好適には、アクチュエータ２は、回転方向が一方向である一実施形態においては、接線方向に制御された力を、対応するラップ・スプリング端部７または８に与える。回転方向が選択可能な（これも実現可能である）実施形態では、アクチュエータは、対応するラップ・スプリング端部７または８に制御された力を負荷する。

ラップ・スプリング・クラッチ１０の機能は次のとおりである。

トルクは、シャフト４を介して導入される。回転方向に応じて、シャフト１がラップ・スプリング端部７または８の一方の陥凹部の表面に接触すると、図２においてそれぞれ矢印５Ａ及び５Ｂで示される力が発生する。ラップ・スプリング３は、この力によって締め付けられる。この過程で、ラップ・スプリング３はその内径をシャフト４に接触させる。シャフト４とラップ・スプリング３との間の摩擦力が、伝達されたトルクを生み出し、同時にラップ・スプリング３の圧縮を行う。摩擦力が相応して増すにつれて、圧縮は伝達されたトルクと共に増加する。アクチュエータ２を使用しない場合、トルクは、ラップ・スプリング・クラッチ１０の最大トルクに自増幅により適合する。

概して、本発明のラップ・スプリング・クラッチ１０の以下に述べる構成が実現可能である。

アクチュエータ２は、シャフト１と共回転可能である。非接続状態のラップ・スプリング端部７または８に対してアクチュエータが制御された力で作用する（図２において、それぞれ矢印６Ａ及び６Ｂ）という制限によって、トルクはアクチュエータ２により制御される。これによりラップ・スプリング３はそこにかかる荷重を解除され、伝達可能なトルクが減少される。アクチュエータの作用力ひいては伝達可能なトルクの決定は、固定値として設定された操作変数として与えることできる。

好適には、アクチュエータ２は、図２及び３においてブロック９で示される制御システムに統合される。そして、例えば、自走車両における車輪スリップまたはスロットル・バルブ位置などの適当なパラメータに直接的または間接的に依存して、トルクは直接的または間接的に決定される。

本発明のラップ・スプリング・クラッチ１０の第二の好適な実施形態は、その基本的機能については先に説明した第一の実施形態と同様である。本実施形態では、アクチュエータ２がハウジング（図２及び３では特に詳細には図示しない）に固定される。前記アクチュエータが、それぞれ非接続状態であるラップ・スプリング端部７及び８に対して、それぞれ制御された力６Ａ及び６Ｂで作用することによりトルクは制御される。これによりラップ・スプリング３はそこにかかる荷重を解除され、伝達可能なトルクが減少される。この目的を達成するために、アクチュエータ２の加圧素子（図２及び３では特に詳細には図示しない）が、なるべく、対応するラップ・スプリング端部７及び８をそれぞれ追従するようにされる。こうすることによって、速度を理想的にしかも直接的に、要求に応じて制御することができる。

本発明のラップ・スプリング・クラッチ１０の第三の好適な実施形態において、基本的機能は、この場合も実施形態１及び２と同様である。しかし、本実施形態では、アクチュエータ２をシャフト４に統合することができる。本実施形態においても、前記アクチュエータが、それぞれ非接続状態であるラップ・スプリング端部７及び８に対して、それぞれ制御された力６Ａ及び６Ｂで作用することによりトルクは制御される。本実施形態においても、ラップ・スプリング３はそこにかかる荷重を解除され、伝達可能なトルクが減少される。本実施形態でも備えられている、アクチュエータ２の加圧素子が、必要に応じて、対応するラップ・スプリング端部７及び８をそれぞれ追従するようにされる。したがって、本実施形態でも、エンジン、好適には燃焼機関に関する回転速度を理想的にしかも直接的に、要求に応じて制御することができる。

非常に簡略図化した、ラップ・スプリング・クラッチの概略構造の正面図 非常に簡略図化した、本発明によるラップ・スプリング・クラッチの正面図 非常に簡略図化した、図２によるラップ・スプリング・クラッチの側面図

符号の説明

１ 第二の中空シャフト
２ アクチュエータ
３ ラップ・スプリング
４ 第一のシャフト
５Ａ、５Ｂ 力の矢印
６Ａ、６Ｂ 力の矢印
７、８ ラップ・スプリング端部
９ 制御手段
１０ ラップ・スプリング・クラッチ
Ａ ラップ・スプリング
Ｂ 固定シャフト
Ａ１、Ａ２ スプリング端部
Ｃ、Ｄ セグメント

Claims (10)

1. − 第一のシャフト（４）と、
   − 巻き方向で第一のシャフト（４）の周りに巻かれ、二つのラップ・スプリング端部（７、８）を有するラップ・スプリング（３）と、
   − 第一のシャフト（４）と同心になるようにラップ・スプリング（３）の周りに配置された第二の中空シャフト（１）とを具備し、
   − ラップ・スプリング端部（７、８）の少なくとも一方に、ラップ・スプリング（３）の巻き方向と反対方向に制御された接線力を加えるためのアクチュエータ（２）により特徴づけられるラップ・スプリング・クラッチ（１０）。
2. 適当なパラメータに依存してアクチュエータ（２）を制御する制御手段（９）により特徴づけられる請求項１に記載のラップ・スプリング・クラッチ。
3. ラップ・スプリング（２）と第一のシャフト（４）との接触面は、同一の材料または異なる材料のコーティングによって形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラップ・スプリング・クラッチ。
4. コーティング材料は、紙、カーボン、焼結物またはモリブデンであることを特徴とする請求項３に記載のラップ・スプリング・クラッチ。
5. 接触面は乾燥した状態で互いに摺動することを特徴とする、または接触面は流動体中、好適にはオイル中で互いに摺動することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のラップ・スプリング・クラッチ。
6. アクチュエータ（２）は電気サーボ・モータの形態で構成されること、またはアクチュエータ（２）は空気圧式、油圧式、圧電式、または磁気式の装置であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のラップ・スプリング・クラッチ。
7. 第二の中空シャフト（１）は、第二のシャフト（１）がラップ・スプリング（３）の巻き方向でのみ、互いに反対方向に放射状に延設するラップ・スプリング端部（７、８）に当接可能なように、陥凹部を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のラップ・スプリング・クラッチ。
8. アクチュエータ（２）は二つのシャフト（１または４）のいずれか一つで、または固定されたハウジング部で支持されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のラップ・スプリング・クラッチ。
9. アクチュエータ（２）はクラッチ・ハウジングに配置されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のラップ・スプリング・クラッチ。
10. アクチュエータ（２）は第一のシャフト（４）に統合されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のラップ・スプリング・クラッチ。

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