JP2007501923A

JP2007501923A - クラッチ

Info

Publication number: JP2007501923A
Application number: JP2006530496A
Authority: JP
Inventors: メファム，シャウン，イワン; バーネス，ロバート，ジョン
Original assignee: リカルドユーケーリミテッド
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2007-02-01
Also published as: DE602004005587D1; WO2004102020A1; EP1623130A1; DE602004005587T2; CN100396950C; ATE358243T1; GB0310969D0; US7513350B2; WO2004102020A8; US20070023250A1; EP1623130B1; CN1788170A

Abstract

クラッチは二つの回転シャフトを含み、そのうちの一つ（２）は第二組のクラッチ板（１０）と協働する一つまたはそれ以上の第一クラッチ板（８）に接続され、クラッチ板は両側を油圧シリンダ内の第一および第二チャンバ（１６、１８）に露出される部分を有する作動ピストン（１２）によって作動する。トルク制御弁は、外側弁部材（４６）の円筒形開口内に回転自在かつ直線的に移動可能に受容された円筒形内側弁部材（４８）を備え、内側および外側弁部材は協働円筒面を呈し、その一つに長形の第一凹部（６４）が形成され、それはチャンバの一つ（１６）と連通し、かつもう一つの協働円筒面に二つの周方向に離間して配置された長形の第二凹部（５６５４）が加圧作動油の供給源（２６）および実質的に非加圧油圧リザーバ（３０）とそれぞれ連通して形成される。長形の凹部（６４、５６、５４）はそれらが形成された円筒面の長手方向および同一周方向に延び、外側弁部材（４６）内の内側弁部材（４８）の長手方向の移動が第一および第二の長形の凹部間の連通度を変化させるように配置される。第二クラッチ板（１０）は予め定められたばねレートのばね（８２）の片側に接続され、それは弁部材の一つにも接続され、ばねの反対側はもう一つの弁部材およびもう一つの回転シャフト（４）に接続される。

Description

本発明は、特に自動車用のクラッチに関し、それが伝達するトルクが予め定められたレベルであるかまたは予め定められたパターンで変化するように制御することのできる型のクラッチに関係する。本発明は特に、いわゆる手動自動変速機に関連して使用されるクラッチに関係する。

手動の自動車用変速機用に使用されるクラッチは本質的にトルク制御型であるが、トルク制御はユーザによって行なわれる。したがって、ユーザがギヤを切り替えた後でクラッチを離して、エンジン出力シャフトを変速機に再接続するときに、ユーザは、変速機に伝達されるトルクが徐々にその最大値に達するように、徐々にこれを行う。ギヤチェンジはこうして円滑に行なわれる一方、クラッチが突然解放されると、ギヤチェンジは、受け入れられないほどギクシャクした車両の動きを引き起こす。

しかし、手動の自動車変速機は徐々に好まれなくなり、自動変速機または手動自動変速機のいずれかによって取って代わられる。自動変速機は一般的に、手動変速機で使用されるようなギヤの噛合対を組み込まず、それらの動作は一般的に本質的に円滑である。しかし、手動自動変速機は一般的に手動変速機に類似し、ギヤホイールの噛合対を組み込む。ギヤチェンジが行なわれるときに、クラッチは例えば油圧により自動的に解離され、ギヤセレクタフォークは例えば再び油圧により移動し、次いでクラッチは再係合される。上述の通り、受け入れられないジャーキネス（がたつき）を回避するために、クラッチを徐々に再係合する必要があり、公知のトルク制御式クラッチでは、これは、徐々に増大する油圧をクラッチ板に関連付けられる油圧作動ピストンに加えることによって達成される。しかし、漸進的油圧制御弁は非常に高価である。クラッチによって伝達されるトルクの増加率の予め定められたプロファイルを達成しようとして、一般的に複雑なフィードバックシステムが使用されるが、これらのシステムは精巧さの欠如を免れず、その結果、実際に受け入れられないほどぎくしゃくしたギヤチェンジになる。

したがって、本発明の目的は、上述した問題を克服し、特に漸進的油圧弁を組み込まず、円滑なギヤチェンジが可能な、特に手動自動変速機に使用されるトルク制御クラッチを提供することである。

本発明では、クラッチは二つの回転シャフトを含み、その一つは一つまたはそれ以上の第二クラッチ板と協働する一つまたはそれ以上の第一クラッチ板に接続され、クラッチ板は両側を油圧シリンダ内の第一および第二チャンバに露出される部分を有する作動ピストンによって作動し、トルク制御弁は、外側弁部材の円筒形開口内に回転自在かつ直線的に移動可能に受容された円筒形内側弁部材を備え、内側および外側弁部材は協働円筒面を呈し、その一つに長形の第一凹部が形成され、それは前記チャンバの一つと連通し、かつもう一つの協働円筒面に二つの周方向に離間して配置された長形の第二凹部が加圧作動油の供給源および実質的に非加圧油圧リザーバとそれぞれ連通して形成され、長形の凹部はそれらが形成された円筒面の長手方向および同一周方向に延び、外側弁部材内の内側弁部材の長手方向の移動が第一および第二の長形の凹部間の連通度を変化させるように配置され、第二クラッチ板は予め定められたばねレートのばねの片側に接続され、それは弁部材の一つにも接続され、ばねの反対側はもう一つの弁部材およびもう一つの回転シャフトに接続される。

クラッチ板の作動ピストンは単動型または複動型のどちらでもよい。単動型である場合、弁の協働円筒面の一つは、第一および第二クラッチ板を押圧して相互に係合させる方向にピストンを押しやるように働く油圧シリンダ内のチャンバと連通する凹部を有する。協働面のもう一つは二つの凹部を有し、一つは加圧作動油の供給源に接続され、もう一つは非加圧油圧リザーバに接続される。クラッチを係合させたい場合、内側弁部材は、前記油圧チャンバと連通する凹部が徐々に移動して、加圧作動油の供給源と連通するもう一つの面内の凹部と連通するように、外側弁部材内で直線的に移動する。連通の面積が増加するにつれて、油圧チャンバ内の圧力が徐々に増大し、クラッチ板は相互に係合する状態まで円滑に押し込まれる。クラッチ板が「急激に動作」した場合、つまり突然相互に激しく係合すると、クラッチによって伝達されるトルクは突然にかなり増大する。このトルクの増大または「急上昇」は結果的にばねの屈従を発生させ、ばねの両側は弁部材に接続されているので、これは二つの弁部材の相対的回転を引き起こす。この回転は、二つの前記凹部間の連通の面積を低減させ、クラッチ板の係合圧力およびしたがってクラッチによって伝達されるトルクをも低減するように働くことを意味する。ばねは、トルク経路に配置された機械的部品であるので、このフィードバックは効率的かつ事実上瞬時でもあり、よってトルクの「急上昇」はそれが始まってからほぼ直後に抑制される。過度のトルクが低減すると、二つの弁部材は相互に対して逆の方向に回転し、クラッチ板の漸進的な円滑な係合が続行し、よって円滑なギヤチェンジが確保される。クラッチを解離させたい場合、以前加圧された油圧チャンバと連通している凹部が非加圧油圧リザーバと連通する対向面の凹部と連通するように、内側弁部材は反対方向に直線的に移動する。次いでクラッチ板は、例えばそれらの自然の弾力の作用または戻しばねもしくは類似物の作用により、離れるように移動し、したがって係合が外れる。

作動ピストンが複動型である場合、前記一つの円筒面に二つの長形の第一凹部が形成され、それらはそれぞれのチャンバと連通し、かつ前記もう一つの円筒面に三つの離間して配置された長形の凹部が形成され、それらのうち中央の一つは加圧作動油の供給源に接続され、他の二つは油圧リザーバに接続される。クラッチを係合させる弁の動作は基本的に上述した通りである。しかし、クラッチを解離させるときは、単動型構成の場合のような弾力またはばねもしくは類似物に依存するのとは対照的に、以前加圧された油圧チャンバが非加圧油圧リザーバに接続され、かつ以前非加圧の油圧チャンバが加圧作動油の供給源に接続されるように、内側弁部材は直線的に移動し、よって作動ピストンは確実に後退し、こうしてクラッチは確実に解離される。

したがって、単動バージョンでは、弁の協働面に三つの凹部があり、複動バージョンでは五つの凹部がある。しかし、各々の場合に、凹部の個数は示したより大きくすることができ、例えば単一の弁を使用して二つ以上の協働する組のクラッチ板を制御する場合、あるいは何らかの理由で油圧供給および戻り通路を二重にすることを希望する場合には、例えば示した数の倍数とすることができることは、理解されるであろう。

好適な実施形態では、第一凹部は外側弁部材に形成され、第二凹部は内側弁部材に形成される。
実用的実施形態では、第二クラッチ板は、出力シャフトに接続されたハブまたはクラッチ体に接続される。
トルク制御弁はクラッチ体の開口内に受容し、それと共に回転することが好ましい。また、加圧作動油の供給源は、クラッチ体と共に回転するように取り付けられたポンプであって、静止トラックと協働してそれによって往復運動するように適応されたピストンを含むポンプを備えることも好ましい。加圧作動油の供給源は、例えばばね負荷型の油圧アキュムレータを含む通路を介して、関連凹部と連通することが好ましい。

基本的に機械的フィードバック要素を構成するばねは、様々な形状をとることができるが、好適な実施形態では、内側および外側弁部材にそれぞれ接続された部材によって両側を係合された一つまたはそれ以上の板ばねまたは円錐型ばねを含み、それによって、第一および第二クラッチ板の係合を通して伝達されるトルクの突然の増加が、結果的にばねの屈従を生じ、したがって、第一および第二クラッチを係合させるように働く油圧を低減させる、第一および第二弁部材の相対的回転を生じる。

本発明のさらなる特徴および詳細は、添付の図面に関連して例として掲げる、本発明に係るトルク制御クラッチの一つの特定の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
最初に図１を参照すると、クラッチは入力シャフト２および同軸出力シャフト４を含む。入力シャフト２によって担持されるスプラインハブ６と噛合するのは第一組の環状クラッチ板８であり、それらは、クラッチ体２４と共に回転するように接続された第二組の環状クラッチ板１０と協働する。最も外側のクラッチ板１０と協働するのはクラッチピストン１２であり、その一部分１４はクラッチ円筒内に受容され、その内部はピストン部分１４によって分離された二つのチャンバ１６、１８に分割される。チャンバ１６、１８は、クラッチ体２４内に伸びるそれぞれの油圧流体供給路２０、２２と連通する。クラッチ体２４内には高圧作動油ポンプ２６も収容されており、その入口２８は逆止弁を介して作動油の非加圧タンクまたはリザーバ３０と連通し、かつその出口３２はさらなる作動油供給管路３４と連通し、それもまたクラッチ体２４内に延び、かつばね負荷油圧アキュムレータ３６を含む。ポンプ２６は、例えばばねによって外方に偏倚して環状波型静止トラック２９と摺動接触するピストン２７を含む。クラッチ体内には、タンク３０に接続されるさらなる油圧経路３８も延びる。クラッチ体２４は、下述するフィードバック結合部４０を介して出力シャフト４に接続される。

クラッチ体２４には、内部表面４４を持つ円形断面円筒穴４２が形成される。穴内には、クラッチ体２４と共に回転するように、中空円筒スプール４６が配置され、それはスプール弁の外側部材を形成する。油圧経路２０、２２、３４、および３８は全て表面４４まで延び、スプール４６内に形成された対応する経路２０、２２、３４、および３８と連通する。外側スプール４６内には、スプール弁の内側部材を形成する内側スプール４８が、回転自在かつ長手方向に摺動自在に受容される。外側および内側スプール４６、４８の一端に形成され、スプールの軸と平行に延びるのは、それぞれの実質的に直径方向に対向する結合部材５および５２の対であり、その機能は下述する。内側スプール４８は外側スプール４６から延出し、他端およびこの端に相隔たる周縁フランジの対を支持し、それはリニアアクチュエータ（図示せず）のための係合領域４９を構成する。

内側スプール４８の外面には、三つの長形の略矩形のポートまたは凹部５４、５６、５８が形成され、それらは、それら自体の幅よりわずかに大きい距離だけ周方向に離間して配置される。中央の凹部５６は、ポンプ２６の出口に接続された経路３４に連通する。他の二つの凹部５４、５８は同様の穴および経路を介して、内側スプール４８の外面にある外周溝６０と連通し、それは次に非加圧タンク３０に接続された経路３８と連通する。三つの凹部５４、５６、５８は全て、内側スプール４８の長手方向および周方向に延び、したがって短い螺旋状ポートとみなすことができる。外側スプール４６の内面には、二つのさらなる同様の短い螺旋状凹部６２、６４が形成され、それらはそれぞれ経路２２、２０および２２、２０を介して、それぞれ油圧チャンバ１６、１８と連通する。スプール弁の休止または中立位置では、様々な凹部は図４に示す相対位置にあり、そこではそれらはどれも相互に連通しない。

スプライン接続６６によって出力シャフト４に接続されるのは略円形出力ハブ６８であり、その外周には二つの直径方向に対向する切抜き穴７０が形成される。ハブ６８の外面には、リベットまたは類似物７２によって二つの離間した平行な円板７４が接続され、その外縁はさらなるリベットまたは類似物７６によって、クラッチ体と一体的な内側に延びるフランジ７８に接続される。板７４には二つの穴８０が形成され、その大きさおよび位置はハブ６８の切抜き穴７０の大きさおよび位置と一般的に一致する。板７４の一つにおける各穴８０を貫通してそれぞれの切抜き穴７０内に延びるのは、外側および内側スプールにそれぞれ接続された一つの結合部材５０および一つの結合部材５２である。結合部材５０、５２の各関連対は半径方向および周方向にもわずかに離間して配置される。それらの間にはそれぞれの弾性ベルビルワッシャ８２が挟まれる。結合部材５０、５２の各対は、ハブ６８の関連切抜き穴７０内に締まり嵌めされる。内側および外側スプール部材４６、４８はこうして、介在するベルビルワッシャを介して結合部材５０、５２を通してそれらの間で伝達される力のおかげで、実質的に一緒に回転せざるをえない。しかし、ハブ６８を通してクラッチ体２４と出力シャフト４との間に加えられるトルクが、ベルビルワッシャの弾性屈従をもたらすのに充分であり、よって関連する結合部材５０、５２のわずかな相対的一時的変位が可能である場合、スプール部材４６、４８の非常にわずかな、つまり数度程度の相対的回転は可能である。

使用中に、クラッチ板が係合しているときに、回転は入力シャフト２からクラッチ板８、１０を通してクラッチ体２４に伝達される。クラッチ体２４およびスプール弁はしたがって回転し、それらと共に油圧ポンプ２６を移動させる。ポンプ上のピストン２７はしたがって静止波型トラック２９に沿って移動し、それを半径方向に振動させ、かつしたがって加圧作動油を発生させ、それは部分的に油圧アキュムレータ３６に保存される。この目的のために、作動油は静止しているタンク３０からポンプの入口２８を通してポンプ内に引き込まれる。したがって、２９および３０の番号を除き、図１に示した全ての番号付きの構成部品は回転する。クラッチ体２４の回転は、フランジ７８を介して板７４および次いでハブ６８ないし出力シャフト４へ伝達される。ハブ６８の回転は、切抜き穴７０の表面とのそれらの係合のおかげで、ハブ６８の回転の方向に応じて結合部材５０または５２に伝達され、かつそこからベルビルワッシャを介して結合部材５２または５０に伝達される。比較的低いトルク条件下で、ベルビルワッシャは実質的に変形されずに維持され、結合部材５０、５２の対およびしたがって内側および外側スプール弁部材はそれらの正常な相対位置に留まる。

クラッチ板は、チャンバ１８への加圧作動油の供給によって係合され、それはピストン１４、１２を図１で見て右側に押しやり、したがってクラッチ板８、１０を、トルクがそれらの間で伝達されるのに十分な接触圧力で締め付け合う。リニアアクチュエータを作動させることによってチャンバ１８に油圧が加えられ、内側スプール４８を外側スプール４６内に直線的に移動させる。これは結果的に、スプール弁部材の協働面の凹部を図４に示す相対位置から、凹部５６が凹部６２と重なりかつ凹部５４が凹部６４と重なる位置へ移動させる。油圧チャンバ１８および１６はしたがってそれぞれ高圧および低圧に接続され、ピストン１４、１２は、図１で見て右側に押しやられる。リニアアクチュエータは内側スプールを安定した速度で内側に移動させ、これは結果的に、凹部５６および６２の間の連通の領域を漸進的に増加させ、したがって、理想的な場合、チャンバ１８内の圧力を円滑に増大させ、したがってクラッチ板の円滑な係合を、つまりジャーキネス無しで達成させる。しかし、実際には、クラッチ板が円滑に係合するように動かず、「急激に動作」しあるいは「急速に捕獲される」こと、つまり突然係合することは、しばしば発生し得る。この結果、伝達されるトルクの「急上昇」または突然の増加が発生し、ぎくしゃくしたギヤチェンジを生じさせるのはそのような急上昇である。しかし、そのようなトルクの急上昇が発生すると、フィードバック結合部のベルビルワッシャ８２は屈従し、したがって内側および外側スプール部材の相対的回転を生じる。この回転は凹部６２および５６の重なりの程度を低減させる方向であり、チャンバ１６内の圧力の増加率または圧力の絶対値は即座に低減され、よってトルクの急上昇が無効化され、あるいは抑制される。フィードバックは機械的であり、トルク経路の一部を形成する要素によってもたらされるので、その効果は、クラッチの即座の円滑な係合および解離であり、それによってジャーキネスまたギヤチェンジは排除される。

さらなるギヤチェンジを可能にするためにクラッチを解除すると、内側スプールは、凹部６２および５８が合致し、かつ凹部６４および５６も合致するまで、外側に移動する。次いでチャンバ１６および１８はそれぞれ高圧および低圧にさらされ、ピストンは図１で見て左側に短い距離だけ確実に移動し、クラッチ板は解離する。

上述した特定の実施形態に多くの変形を施すことができることは理解されるであろう。また、本発明に係るクラッチは、単に変速機に関連してギヤチェンジを促進する以外にも、多くの用途を持つことができることも理解されるであろう。したがって、それは例えば制御可能な量のトルクをオンデマンド四輪駆動システムを持つ車両の車軸に伝達するため、あるいは一軸上の二つの車輪間で制御可能な量のトルクを伝達するために、使用することができる。本発明に係るクラッチはしたがって、可変トルク伝達装置またはカップリングとみなすことができる。

クラッチの半分の軸方向断面図である。スプール弁ロータの平面図である。スプール弁ロータの斜視図である。スプール弁の端面図である。中立位置にあるときのスプール弁の協働ポートの相対位置を示す略図である。出力シャフトとスプール弁との間のフィードバック接続の図５における矢印５の方向の図である。出力ハブの断片図である。

Claims

二つの回転シャフトを含むクラッチであって、その一つは一つまたはそれ以上の第二クラッチ板と協働する一つまたはそれ以上の第一クラッチ板に接続され、前記クラッチ板は両側を油圧シリンダ内の第一および第二チャンバに露出される部分を有する作動ピストンによって作動し、トルク制御弁は、外側弁部材の円筒形開口内に回転自在かつ直線的に移動可能に受容された円筒形内側弁部材を備え、前記内側および外側弁部材は協働円筒面を呈し、その一つに長形の第一凹部が形成され、それは前記チャンバの一つと連通し、かつもう一つの協働円筒面に二つの周方向に離間して配置された長形の第二凹部が加圧作動油の供給源および実質的に非加圧油圧リザーバとそれぞれ連通して形成され、前記長形の凹部はそれらが形成された前記円筒面の長手方向および同一周方向に延び、前記外側弁部材内の前記内側弁部材の長手方向の移動が前記第一および第二の長形の凹部間の連通度を変化させるように配置され、前記第二クラッチ板は予め定められたばねレートのばねの片側に接続され、それは前記弁部材の一つにも接続され、前記ばねの反対側は前記弁部材のもう一つおよび前記もう一つの回転シャフトに接続されるように構成されたクラッチ。
二つの長形の第一凹部が前記一つの円筒面に形成され、それらはそれぞれのチャンバと連通し、かつ前記もう一つの円筒面に三つの離間した長形の凹部が形成され、そのうち中央の一つは前記加圧作動油の供給源に接続され、かつ他の二つは前記油圧リザーバに接続された、請求項１に記載のクラッチ。
前記第一凹部は前記外側弁部材に形成され、かつ前記第二凹部は前記内側弁部材に形成された、請求項１または２に記載のクラッチ。
前記第二クラッチ板は、出力シャフトに接続されたクラッチ体に接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載のクラッチ。
前記クラッチ体の開口にトルク制御弁が受容され、それと共に回転する、請求項４に記載のクラッチ。
前記加圧作動油の供給源は、前記クラッチ体と共に回転するように取り付けられたポンプであって、静止トラックと協働してそれによって往復運動するように適応されたピストンを含むポンプを備える、請求項４または５に記載のクラッチ。
前記加圧作動油の供給源は、油圧アキュムレータを含む通路を介して関連凹部と連通する、請求項４から６のいずれか一項に記載のクラッチ。
前記ばねは、前記内側および外側弁部材にそれぞれ接続された部材によって両側を係合された一つまたはそれ以上の板ばねまたは円錐型ばねを含み、それによって、第一および第二クラッチ板の係合を通して伝達されるトルクの突然の増加は結果的に前記ばねの屈従を生じ、したがって前記第一および第二クラッチを係合させるように働く油圧を低減させる、前記第一および第二弁部材の相対的回転を生じる、請求項１から７のいずれか一項に記載のクラッチ。