JP4519840B2 - 自動変速機のクラッチアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、自動車の機器操作アクチュエータに係わり、特に自動車用機械式自動変速機の発進クラッチを操作するアクチュエータに関する。

自動車用の発進クラッチの操作アクチュエータでは、操作中に発進クラッチからの大きな反力を受ける。反力が大きいのは、自動車を駆動するためのエンジントルクを伝達するために、クラッチの摩擦材を圧着させる強力なばねが取り付けられているためである。このクラッチのばねには皿ばね（ダイヤフラムスプリング）が通常用いられ、その形状の利点から、クラッチをコンパクトで回転遠心力に対して強いものとすることができている。しかし、皿ばねは荷重とたわみ量の間に非線形特性を持つため、クラッチの摩擦材が新品で厚みのある場合と使用により摩耗して摩擦材の厚みが減少した場合では、皿ばねの反力が大きく変化する。この反力の変化は即、クラッチの操作力の増加につながり、一般に摩耗時にはクラッチは重く操作性の悪いものとなっている。そこで、クラッチの操作性を新品時から摩耗時まで一定で維持し変速品質を保つためには、クラッチの反力が変わらないようにする必要がある。これはクラッチの摩擦材の摩耗による厚みの減少を相殺する機構を用いれば実現でき、
例えば、クラッチの機構内で操作力を伝達する部分にテーパー部を持った部材を設け、摩耗した量だけテーパー部の噛み合いを進ませ距離を変化させて厚みの減少を相殺する方式が考案されている。
従来の例としては、特開２００１−１８２７５６号公報に、テーパー部を持ったアジャストウエッジ部材を用いて摩耗量を補償する機構が記載されている。

しかしながら、上記の従来技術の構成では、非常に大きな力のかかるクラッチ部分で摺動面を持つ部材を移動させてアジャスト動作を行うため、アジャストを行う際の温度や湿度、振動等の条件の変化でアジャスト量が変化してしまい、これが、不確定要素となり、精密なクラッチ操作を行う機械式自動変速機では制御の高精度化に対してマイナス要素となっていた。また、クラッチ部で摩耗量を補正するため、摩耗量が制御側で把握できず、クラッチの摩擦材の摩耗量に起因する特性の変化や、クラッチディスクの交換時期を制御側で抑えることができなかった。
本発明の目的は、クラッチの摩擦材の摩耗による反力の変化を的確に補正する機構をアクチュエータ内に組み込んで負荷を減らし、アクチュエータの操作性を上げつつ、体格を小型化することで、変速品質を向上させつ、小型軽量で、自動車の燃費向上に貢献でき、また、クラッチの摩耗量を計測できるアクチュエータを提供することにある。
本発明は、電気的に制御可能な駆動源と、クラッチ反力に対抗する補助力を前記駆動源の発生する駆動力に付勢し、駆動源の駆動力を減少させるアシスト部と、前記駆動源の発生する駆動力と前記アシスト部の発生する補助力をクラッチに伝える力伝達部とを有するクラッチアクチュエータにおいて、前記アシスト部は、クラッチの反力伝達手段、例えばレリーズフォークと前記力伝達手段の連接位置が前記力伝達手段の直動方向に移動すると、前記アシスト部の発生する補助力の大きさを変える補助力変動部を備えるクラッチアクチュエータを提供する。
そして、クラッチの摩耗剤の摩耗に起因するクラッチ反力の変化に対応して前記補助変動部は補助力を追従させて大きくすることを行う。
また、前記補助変動部は、前記力伝達部に接触し、かつアシストばねに係合され、クラッチ反力によって回動し、クラッチ操作方向へのセット角度がクラッチの摩擦材の摩耗に伴って９０°に近づくようにした回転部材を備えるアクチュエータを提供する。

第１図は、本発明による操作アクチュエータを用いて自動車のクラッチを操作する一実施例の概略構成図を示した図である。
第２図は、操作対象であるクラッチの動作を示した図である。
第３図は、クラッチの摩擦材の摩耗によって変化するクラッチ反力の変化を示した図である。
第４図は、本発明によるアクチュエータを用いて自動車のクラッチを操作する一実施例においてクラッチの摩擦材が摩耗した状態を示した図である。
第５図は、クラッチの摩擦材が新品である場合と摩耗している場合のアシスト手段の動作状態を示した図である。
第６図は、本発明の他の実施例を示した図である。

電気的に制御可能な駆動手段（駆動部）と、クラッチ反力に対抗する補助力を駆動力手段の発生する力に付勢し、クラッチ操作に必要な駆動手段の駆動力を減少させるアシスト手段（アシスト部）と、該駆動手段の発生する力と該アシスト手段の発生する補助力をクラッチへ伝える力伝達手段（力伝達部）とを有するクラッチアクチュエータであって、該アシスト手段の発する補助力の大きさが、クラッチの摩擦材の摩耗に起因する力伝達手段の直動方向への連接位置の移動と共に変化し、クラッチの摩擦材の摩耗に起因するクラッチ反力の変化に該補助力の大きさが追従し、該駆動手段に必要な操作力をクラッチの摩擦材の新品時から摩耗時まで、通じて低減するクラッチアクチュエータを提供する。
前記クラッチアクチュエータであって、アシスト手段内部で回転トルクを発生させ、回転トルクを直動力に変換して補助力とする形式をとり、該変換の際、該回転トルクの回転中心を支点として回転するアームに回転トルクを作用させ、アーム上の回転する作用点からクラッチ操作方向の直動成分を取り出して該補助力とするものであって、クラッチの反力が大きいクラッチの摩擦材の摩耗状態でのアームとクラッチ操作方向の角度と、クラッチの反力が小さいクラッチの摩擦材の摩耗状態でのアームとクラッチ操作方向の角度を比べた場合、クラッチの反力が大きい角度の方が、アームの回転トルクから補助力への力の伝達効率が上であるようにしたクラッチアクチュエータを提供する。
該アシスト手段がクラッチへ作用させる補助力の大きさの変化をアシスト手段内に設けたアームあるいはカム機構により、発生させることを行う。
該アシスト手段がクラッチへ作用させる補助力の大きさの変化をアシスト手段内に設けた回転に対する直動部の直動距離が変化する不等ピッチねじ機構により、発生させるようにしてもよい。

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図を用いて説明する。
第１図は本発明の実施例によるクラッチアクチュエータを用いて自動車のクラッチ２を操作する実施例の概略構成図である。ここで、クラッチやアクチュエータの可動部に対してトランスミッションのケースや車体など動かない部分を総じてベースと記載する。駆動源となる駆動手段（部）４はモータ４Ａと送りねじ４Ｂ、ナット４Ｃから構成され、図示しないコントローラにより電気的に制御される。モータ４Ａが回転すると、送りねじ４Ｂとナット４Ｃの回転機構により直動の駆動力（直動方向の駆動力）を発生するものであり、ベースに固定されている。駆動手段４の出力はナット４Ｃの回転から得られ、これは力伝達手段を構成するアーム５Ｃに、さらに操作対象であるクラッチ２の反力伝達手段であるレリーズフォーク３Ａの操作端へと伝えられる。ここで、アーム５Ｃはベースに対してクラッチの操作方向に運動自由に固定される。なお、アーム５Ｃでは通常レリーズフォーク３Ａが円弧運動することによる操作端の位置ずれを吸収する機構を備えているが、本実施例では省略し、同様の機能は実現されているものとする。アシスト手段（部）５は、アーム５Ａとアシストばね５Ｂからなる、アーム５Ａはベースに固定された回転部５Ｇを有し、回転部５Ｇの回転中心周りに回転運動し一端に配される伝達部５Ｈはアーム５Ｃに接している。ばね５Ｂは理想特性を有し、アーム５Ａに対して、クラッチ２の反力に相反する回転トルクＴＡを付加することができる。ばね５Ｂによって作られた回転トルクＴＡはアーム５Ａを通じて力伝達手段に伝達され、さらに操作対象であるクラッチ２のレリーズフォーク３Ａの操作端へと伝えられる。このとき、ばね５Ｂによる補助力５Ｆは、クラッチ反力３Ｆと反対方向にはたらく力となり、駆動手段４の負荷を軽減するように作用している。すなわち、アシスト手段５は、クラッチ２の反力の変化に伴い、レリーズフォーク３Ａと力伝達手段のアーム５Ｃとの連接面と力伝達手段の操作端である連接端との直動方向の位置が移動し変化することによってアシスト手段５の発生する補助力の大きさを変え得る補助力変動部を備える。この例の場合、補助力変動部はアーム５Ａ、ばね５Ｂ等によって構成される。クラッチ２の摩耗に起因するクラッチの反力の変化に対応して補助力変動部は補助力を追従させて変化させて、例えば大きくしていく。また、力伝達手段のアーム５Ｃの位置を計測する図示しないセンサが取り付けられ、図示しないコントローラへセンサ信号が取り込まれている。
第２図にクラッチ２の詳細をクラッチが解放された状態で示す。クラッチ２はエンジンの出力軸１に取り付けられたフライホイール２Ａと一体となって形成される。フライホイール２Ａに回転方向に拘朿されて取り付けられているプレッシャープレート２Ｂとフライホイール２Ａの間にクラッチディスク２Ｃをはさみ込み、トルクをフライホイール２Ａからクラッチディスク２Ｃへ伝達する。クラッチディスク２Ｃには変速機の入力軸６が取り付けられる。ダイヤフラムスプリング２Ｄはクラッチカバー２Ｅとプレッシャープレート２Ｂの間に配置され、支点２Ｇによりクラッチカバーに固定されている。外部から力を加えない状態では、ダイヤフラムスプリング２Ｄは、支点２Ｇとプレッシャープレート２Ｂの間で開こうとし、プレッシャープレート２Ｂをフライホイール２Ａの方向に押し付け、クラッチディスク２Ｃを挟む力を作り出している。ここで、ダイヤフラムスプリング２Ｄの一端はクラッチ中心部へと伸びており、中心部にあるレリーズベアリング３Ｂと接している。ここで、レリーズベアリング３Ｂを押し込むと、ダイヤフラムスプリング２Ｄが支点２Ｇを中心としてたわむことにより、プレッシャープレート２Ｂの押し付け力が減少するようになっている。
レリーズベアリング３Ｂの押し込みはレリーズフォーク３Ａを操作して行われる。すなわち、クラッチ２はレリーズフォーク３Ａを通じてレリーズベアリング３Ｂを押し込むと、クラッチが解放され、押し込む力を無くすとダイヤフラムスプリング２Ｄの反力で戻り締結状態となる。
さて、上記構成の本発明の実施例でのクラッチアクチュエータの動作について説明すれば以下のようである。
クラッチ２を解放する動作を行う場合は、駆動手段４に図示しないコントローラから電力を供給しモータ４Ａの駆動力を発生させる。発生した駆動力は送りねじ４Ｂとナット４Ｃの回転により直動方向の力となり、力伝達手段のアーム５Ｃに伝えられ、クラッチ２のレリーズフォーク操作端を押し込むように作用しクラッチ２を解放する。クラッチ２の解放動作が始まると、アクチュエータはクラッチ反力３Ｆを受ける。ここで、アシスト手段５から生み出される補助力５Ｆをクラッチ反力３Ｆと対抗する方向に作用させてあるので、駆動手段４の負荷が減り、少ない駆動力でクラッチ２を操作することを可能としている。ここで、クラッチ２の使用が進みクラッチ２の摩擦材が摩耗してくるとクラッチディスク２Ｃの厚さが減少するため、締結および解放の連接点の位置が変わると共に、クラッチ反力の大きさも変化する。このクラッチ反力の変化を第３図に示す。
これは、摩耗によるクラッチディスク２Ｃの厚さの減少によってダイヤフラムスプリング２Ｄのたわみ量が変化することと、ダイヤフラムスプリング２Ｄの荷重−たわみ曲線が非線形であることによって生じる現象である。このため、クラッチ２の新品時から摩耗時まで効果的に、駆動手段４の負荷を減らすためには、アシスト手段５から生み出される補助力５Ｆもクラッチの摩耗量に応じて変化するようにする。
本実施例では摩耗によりクラッチディスク２Ｃの厚さが減少した場合（第４図）、レリーズフォーク３Ａも押し戻され、新品の場合よりもアクチュエータに近づいてくることを利用し、新品時にはアシスト手段内に配置したアーム５Ａと力伝達手段のアーム５Ｃの作動方向のセット角度θが小さく（第５図（ａ）、例えば、約６０度）、摩耗時にはセット角度θが大きく（第５図（ｂ）、９０度近く）なる。すなわち、補助力変動部は、前述の力伝達手段に接触し、かつアシストばね５Ｂを備え、クラッチの反力によって回動し、クラッチ操作方向へのセット角度がクラッチの摩擦材の摩耗に伴って９０度に近づくようにされた回転部材を備える。この回転部材と前述のアシストばね５Ｂとは係合させられる。アシストばね５Ｂにより発生する回転トルクＴＡによるアームの駆動力７は、力伝達手段に伝えられる際、セット角度θの影響を受け、アームの駆動力７にｓｉｎθを乗じた値となる。したがって、セット角度θが小さいクラッチ新品時には力伝達手段に伝えられる力８は小さく、セット角度θが大きいクラッチ磨耗時には力伝達手段に伝えられる力８は大きくなる。尚、アシストばね５Ｂ自体も取り付け長さが変化しているが、アシストばね５Ｂは理想特性を有しており、取り付け長さの変化に対して不変であるか、図示しない長さ調整機構を有しており、アシストばね５Ｂが発生する回転トルクＴＡがクラッチの新品時から摩耗時まで変化しないように調整しているとする。
以上のように、本実施例によれば、アシスト手段５から生み出される補助力５Ｆもクラッチの摩耗量に応じて変化させることができ、クラッチを操作する駆動手段にかかる負荷をクラッチ新品時から、摩耗時まで同一にでき、変速品質を一定に保つことができる。また、クラッチ２の摩耗量を補償する機構無しに構成できるため、複雑な部品が無いため、高信頼のアクチュエータを構成できる。また、クラッチ２の摩耗量をアクチュエータのセンサで検出できる。

本発明の他の実施例を第６図を用いて説明する。
第６図は本発明による他の実施例であるアクチュエータを用いて自動車のクラッチ２を操作する他の実施例の概略構成図である。先の実施例と同一の構成には同一の番号を付してあり、説明は先の実施例の説明を援用するものとする。ここで、第１図に示す実施例との相違点は、アシスト手段５にある。本実施例のアシスト手段５は、カム機構を構成するカム５Ｄとアシストばね５Ｂからなる回転部材である、カム５Ｄはベースに固定された回転中心周りに回転運動し力伝達手段のアーム５Ｃに接している。ばね５Ｂは理想特性を有し、カム５Ｄに対して、クラッチの反力に相反する回転トルクＴＡを付加するものとする。ばね５Ｂによって作られた回転トルクＴＡはカム５Ｄを通じて推力に変換され力伝達手段のアーム５Ｃに伝達される。アーム５Ｃから更に伝達手段であるクラッチ２のレリーズフォーク３Ａの操作端へと伝えられる。このとき、ばね５Ｂによる補助力５Ｆは、クラッチ反力３Ｆと反対方向にはたらく力となり、駆動手段４の負荷を軽減するように作用している。
さて、上記構成のクラッチアクチュエータの動作について説明すれば以下のようである。
クラッチ２を解放する動作を行う場合は、駆動手段４に図示しないコントローラから電力を供給しモータ４Ａの駆動力を発生させる。発生した駆動力は送りねじ４Ｂとナット４Ｃの回転により直動方向の力となり、伝達手段に伝えられ、クラッチ２のレリーズフォーク３Ａの操作端（連接端）を押し込むように作用しクラッチ２を解放する。クラッチ２の解放動作が始まると、アクチュエータはクラッチ反力３Ｆを受ける。ここで、アシスト手段５から生み出される補助力５Ｆをクラッチ反力３Ｆと対抗する方向に作用させてあるので、駆動手段４の負荷が減り、少ない駆動力でクラッチ２を操作することを可能としている。
本実施例では摩耗によりクラッチディスク２Ｃの厚さが減少した場合、レリーズフォーク３Ａも押し戻され、新品の場合よりもアクチュエータに近づいてくることを利用し、新品時にはアシスト手段５内に配置したカム５Ｄから伝達手段のアーム５Ｃへの変換効率を低く設定し、摩耗時には変換効率を高く設定する。アシストばね５Ｂにより発生する回転トルクＴＡは、力伝達手段に伝えられる際、変換効率の影響を受ける。したがって、変換効率が小さいクラッチ新品時には力伝達手段に伝えられる力は小さく、変換効率が大きいクラッチ磨耗時には力伝達手段に伝えられる力は大きくなる。
以上のように、本実施例によれば、アシスト手段５から生み出される補助力５Ｆの変化をクラッチ２の摩耗量に応じて変換効率が変わるカム５Ｄを用いることでより正確にすることができ、クラッチ２を操作する駆動手段にかかる負荷をクラッチ新品時から、摩耗時まで同一にでき、変速品質をさらに一定に保つことができる。また、クラッチ２の摩耗量を補償する機構無しに構成できるため、複雑な部品が無いため、高信頼のアクチュエータを構成できる。また、クラッチ２の摩耗量をアクチュエータのセンサで検出できる。
また、本実施例では、アシスト手段５から力伝達手段へ作用させるアシスト力の大きさを可変とするため、アーム５Ａ、５Ｃや、カム５Ｄなどの機械的仕組みを用いたが、同様の効杲が得られるのであれば、例えば、回転に対してナットが進む距離がナットの位置によって変化する不等ピッチねじ機構を有する可変ピッチスクリューや、クラッチ２の摩耗状態に応じて反力が変化するばねや、バネの座の位置を移動させる手段を用いても良い。
以上のように本発明によれば、クラッチディスクの厚さに対応してアシスト力としての補助力の大きさを調節することができ、特にクラッチから受ける反力をクラッチ新品時から摩耗時まで、効果的にアシスト手段で受け持ち、駆動手段にかかる負荷を一定することができる。これにより、クラッチの操作を常に一定の品質で行えるアクチュエータとすることができる。

Claims (3)

1. 電気的に制御可能な駆動源と、クラッチ反力に対抗する補助力を前記駆動源の発生する駆動力に付勢し、駆動源の駆動力を減少させるアシスト部と、前記駆動源の発生する駆動力と前記アシスト部の発生する補助力をクラッチに伝える力伝達部と、クラッチの反力伝達手段と前記力伝達手段の連接位置が前記力伝達手段の直動方向に移動すると、前記アシスト部の発生する補助力の大きさを変える補助力変動部を備え、前記補助力変動部は、クラッチの摩擦材の摩耗に起因するクラッチの反力の変化に対応して、補助力を追従させて変化させることを特徴とするクラッチアクチュエータにおいて、
   前記補助力変動部は、前記力伝達部に接触し、かつアシストばねを有し、クラッチの反力によって回動し、クラッチ操作方向へのセット角度がクラッチの摩擦材の摩耗に伴って９０°に近づくようにした回転部材を備えているクラッチアクチュエータ。
2. 請求項１において、前記回転部材は、アームであることを特徴とするクラッチアクチュエータ。
3. 請求項１において、前記回転部材は、カム機構であることを特徴とするクラッチアクチュエータ。

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