JPH11173350A - ボールランプアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力トルクの方向が逆転したとき、ボールラ
ンプ作動式クラッチの結合が解除されることを防止す
る。 【解決手段】 クラッチ組立体２は、コイル30により発
生させる電磁界に応じて、制御リング14及び作動リング
12に相対回転を発生させ、ボールランプ機構５を作動さ
せる。そして、クラッチディスク10、11に締め付け力を
与えるものである。制御リング14は、制御クラッチ24を
介して遊星歯車対21と連結可能となっている。入力手段
であるフライホイール４よりも出力手段である変速機入
力軸８の回転速度が速くなると、第２の一方向クラッチ
44Ａにより、遊星歯車対21の遊星歯車42Ａの回転を止め
る。すると、変速機入力軸８の駆動力が制御リング14に
伝達される。そして、作動リング12に対し、クラッチデ
ィスク10、11に対する締め付け力を増加させる方向へ
と、制御リング14を相対回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両のドライブラ
インクラッチに関し、特に、ボールランプアクチュエー
タを使用して、摩擦ディスクをエンジンフライホイール
に押し付けるドライブラインクラッチであって、遊星歯
車対の各遊星歯車に一方向クラッチを有し、これらが協
働して、駆動走行状態及び惰性走行状態のいずれの状態
においても、ドライブラインクラッチを直結状態とする
第１の一方向クラッチを構成するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、車両のドライブラインマスタ
ークラッチは、複数のばねを使用して摩擦ディスクをフ
ライホイールに押し付けるものである。これらのばね
は、フライホイールにボルト止めされた圧力プレート組
立体内に配置されている。そして、運転者が、圧力プレ
ートばね機構を制御する機械式リンク機構を変位させる
ことによって、ドライブラインクラッチの直結及び解除
の制御をすることができる。

【０００３】また、近年では、電子制御機器を用いてド
ライブラインクラッチの操作を自動化しようとする動き
が盛んである。そして、変速機のシフト中におけるクラ
ッチの作動をさらに正確にするため、実質的に運転者の
代わりをする電気機械式または油圧式アクチュエータ
を、前記機械式リンク機構に連結して使用することが知
られている。このようなアクチュエータを使用する場合
には、機械式リンク機構は、電気制御信号に応じて操作
されることになる。この電気制御信号は、中央演算装置
において、種々の車両センサからの運転状態を表す入力
信号を処理することにより、ドライブラインクラッチの
作動時期、作動量等を決定し、この決定に基づき出力さ
れるものである。

【０００４】車両ドライブライン差動装置において、ク
ラッチ群（a clutch pack ）を押し付けるためにボール
ランプアクチュエータを使用することは既知である。参
考文献として本説明に含まれる、米国特許第4,805,486
号及び第5,092,825 号には、サーボモータの回転または
作動リング（an activation ring）上のソレノイド作動
式ブレーキシューによって起動されるボールランプアク
チュエータの作動に応じて、クラッチ群が押し付けられ
るようにした差動制限装置が開示されている。ところ
で、ボールランプ機構が他のアクチュエータより優れて
いる点は、非常に高い力増幅度（多くの場合は１００：
１以上）で、回転移動を軸方向移動に変換することにあ
る。ボールランプアクチュエータは、米国特許第5,078,
249 号に開示されているように、信号に応じて歯車クラ
ッチ群を押すことによって、歯車装置の連結及び切り離
しを行うために車両変速機にも使用されており、この特
許の開示内容は、参考として本説明に含まれる。

【０００５】以上のごとき車両用途のいずれにおいて
も、ボールランプアクチュエータの一方の、一般的に制
御リングと呼ばれる側は、コイルで発生した電磁界によ
り誘導された力により、ケース基底部に反発して作動す
るか、又は、電動モータによってケース基底部に対して
回転する。さらに大きい押し付け力を発生するために、
コイルまたはモータに供給される電流を増加させると、
それによってケース基底部に対する制御リングの作動量
が増加し、制御リングがこれと対をなす作動リングに対
して回転する。そして、制御及び作動リング内のランプ
を転動体が進むことにより、軸方向移動量及び前記クラ
ッチ群に対する押し付け力を増加させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第1,974,390
号、 第2,861,225 号、 第3,000,479 号、 第5,441,137
号、 第5,469,948 号、 第5,485,904 号及び第5,505,286
号に開示されているように、車両ドライブラインクラッ
チを押すためにボールランプアクチュエータを使用する
ことも知られており、これらの特許の開示内容も参考と
して本説明に含まれる。車両ドライブラインクラッチの
押し付け力を与えるためにボールランプアクチュエータ
を使用する場合の１つの問題点は、従来の一方向ボール
ランプ機構の構造では、車両が惰性走行状態にある時
に。押し付け力に損失が生じることにある。すなわち、
エンジン出力が低下して、ドライブライン速度がエンジ
ン速度を上回るような状態（惰性走行状態）の場合、従
来の、単一のランプを有し一方向にのみ作動するボール
ランプアクチュエータは、クラッチの結合を解除してし
まう。このため、車両にはエンジンブレーキが働かなく
なる。

【０００７】単一の傾斜角を有する一方向ボールランプ
を用いたボールランプ作動式クラッチは、車両が惰性走
行中である時等、エンジンが変速機に回転エネルギを供
給していない時に、クラッチが切り離される。惰性走行
時には、フライホイールからは変速機にも、ボールラン
プアクチュエータにも回転エネルギを供給しない。この
状況では、作動リングと制御リングの相対回転が逆転す
るため、ボールランプの軸方向変位が消失し、圧力プレ
ートがクラッチディスクから引き離される。その結果、
エンジンが変速機から切り離され、エンジンブレーキが
作用しなくなる。

【０００８】上記問題を解決するものとして、米国特許
第2,937,729 号及び第5,505,285 号には、両方向ボール
ランプ作動式クラッチが開示されている。この高コスト
で複雑な技術の場合には、ボールランプアクチュエータ
の制御リングと作動リング間に、いずれの方向の相対回
転があっても作動する両方向ランプを組み込んでいる。
しかしながら、相対回転方向を転換する際に、ボールラ
ンプアクチュエータは不作動状態を経由する必要があ
り、この際一時的にクラッチの滑りを生ずることとな
る。また、部品の製造コストが前記一方向ボールランプ
を用いた装置よりも高くなるという欠点がある。また、
当該両方向ボールランプは、装置の大きさを一定とした
場合に、制御リング及び作動リング間の回転移動量が前
記一方向ボールランプ機構に比べて減少してしまう。こ
のため、一方向ボールランプ機構が、もし車両の駆動及
び惰性走行のいずれの走行状態においても作動すること
ができるのであれば、より好ましいものとなる。

【０００９】ボールランプアクチュエータは、複数の転
動体と、制御リングと、該制御リングに向き合った作動
リングを含む。該作動リング及び制御リングには、少な
くとも３つの対向する単一ランプ面を、円周方向に延び
る半円形溝として形成している。そして、向き合った溝
（単一ランプ面）の各対に、前記転動体を１つづつ収容
している。又、前記制御リングとハウジング部材の間に
スラスト軸受けを配置することにより、前記制御リング
はフライホイール等の入力部材と共に回転可能でありか
つ連結されうる。さらに、電磁コイルが制御クラッチの
一方の部材に近接配置されており、それによって発生す
る磁界が制御クラッチを押すことにより、ボールランプ
アクチュエータの制御リングに力を加える。なお、上記
制御クラッチとしては、車両の空調用コンプレッサに一
般的に使用されているものと同様のものを用いたり、伝
達作動力を増加させるために円すい形制御クラッチを用
いることができる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、原動機によっ
て駆動されるフライホイール（入力手段）と、ボールラ
ンプ作動式クラッチにより結合される変速機入力軸（出
力手段）とによって特徴付けられる。前記ボールランプ
作動式クラッチのボールランプ機構は、複数の一方向可
変深さ溝（ランプ）を有する制御リングと、該制御リン
グの溝と少なくとも部分的に向き合い、それとほぼ同一
形状をなす一方向可変深さ溝を有する作動リングとを含
む。ボールランプアクチュエータクラッチ装置の例が、
米国特許第1,974,390 号、 第2,861,225 号、 第2,937,72
9 号、 第3,000,479 号、 第5,485,904 号及び第5,505,28
5 号に開示されている。

【００１１】本発明においては、車両の惰性走行時に、
遊星歯車対の支持リングおよび前記入力手段の間の第１
の一方向クラッチと、複数の遊星歯車に設けられた第２
の一方向クラッチとを用い、クラッチを直結することに
より、前記作動リングの反対方向への回転動作を阻止す
る。したがって、本発明によると、車両が駆動走行状態
から惰性走行状態へと移行する際に、ボールランプ機構
が作動しない状態を経由することがなくなり、クラッチ
の滑りを大幅に減少させ又は完全に回避することが可能
となる。電磁コイルを励磁させると瞬時に、車両の走行
状態に関係なく、ボールランプ機構により前記摩擦ディ
スクをエンジンフライホイールに押し付ける力を増加さ
せることができる。

【００１２】制御クラッチを作動させるために、電磁コ
イルが使用されている。この制御クラッチは、前記遊星
歯車対および第１の一方向クラッチを介して、前記制御
リングを前記変速機入力軸に摩擦結合させるものであ
る。フライホイールと車両変速機の入力軸との間に回転
速度差が存在する時はいつも、前記押し付け力が直ちに
増大するので、前記電磁コイルが励磁されると、前記ボ
ールランプ機構は前記摩擦ディスクに押し付け力を与え
る。本発明によると、前記遊星歯車対の支持リングおよ
び前記入力手段の間の第１の一方向クラッチと、遊星歯
車対の独立した各遊星歯車に対して作動する第２の一方
向クラッチの作動により、前記電磁コイルが励磁されて
いる限り、押し付け力の大きさは所定レベルに維持さ
れ、又は増加する。よって、車両が惰性走行状態に移行
する（エンジンが車両を駆動するのではなく制動する）
時も、ボールランプアクチュエータはフル作動状態を維
持する。そして、駆動走行状態でのクラッチの滑りによ
って、ボールランプ機構はクラッチディスクに対する押
し付け力を増加させる。また、惰性走行状態において何
らかの理由によりクラッチに滑りが生じた場合、前記遊
星歯車装置は、前記摩擦ディスクに対する押し付け力を
増加させる方向へと、前記制御リング及び前記作動リン
グの相対回転量を増加させる。

【００１３】本発明の課題は、入力トルクが逆転したと
きに、ボールランプ作動式クラッチの結合が解除される
ことを防止することにある。

【００１４】又、本発明は、ドライブライントルクが惰
性走行状態にあるとき、前記遊星歯車対の各遊星歯車に
作用する（第２の）一方向クラッチと、前記支持リング
およびフライホイールの間の第１の一方向クラッチとを
用い、制御リングおよび作動リングとの回転方向の位置
関係を固定することにより、複数の一方向ランプ面を有
するボールランプ作動式クラッチが、結合を解除するこ
とを防ぐことを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明は、入力手段を出力手段へ
回転可能に結合させることを許容するボールランプ作動
式ドライブラインクラッチであって、結合力を高めるた
めの複数の一方向ランプ面を有し、ドライブライントル
クが惰性走行状態にあるとき、遊星歯車対と、該遊星歯
車対の支持リングおよび前記入力手段の間で作動する一
方向クラッチとを用いることを特徴とする。

【００１６】加えて、本発明は、支持リングに取付けら
れた支持ピンに対し回転不能に固定された一方向クラッ
チに、各遊星歯車が支持されている遊星歯車対を用いる
ことにより、伝達されるドライブライントルクが逆転す
る時に、作動力を増加するための一方向ランプ面を有す
るボールランプアクチュエータの作動を許容するドライ
ブラインクラッチを提供することを特徴とする。

【００１７】また、本発明は、遊星歯車対と、変速機入
力軸に対する遊星歯車対の逆回転を防止する複数の一方
向クラッチを有する第１の一方向クラッチとを用いるこ
とにより、伝達されるドライブライントルクが逆転する
時に、作動力を増加するための一方向ランプ面を有する
ボールランプアクチュエータの作動を許容するドライブ
ラインクラッチを提供することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の原理の理解を促すため、
図面に示されている実施例を参照し、それを説明するた
めに特定の用語を使用する。しかし、それらによって発
明の範囲が制限されることはなく、本発明が関連する分
野の専門家であれば、それに示されている装置の変更及
び修正や、通常に思いつくと考えられる発明の原理のさ
らなる応用も、本発明に含まれることを理解されたい。

【００１９】また、説明の便宜上一定の用語を以下の説
明に使用する。例えば、「前方」及び「後方」は、車両
に通常に取り付けたクラッチ組立体の前方及び後方の方
向を表す。「右方向」及び「左方向」は、その用語を使
用している図面上での方向を表す。「内向き」及び「外
向き」は、それぞれ装置の構造中心に向かう方向及びそ
れから離れる方向を表す。「上方」及び「下方」は、そ
の用語を使用している図面上での方向を表す。上記用語
は全て、それらの通常の派生語及び同義語を含む。

【００２０】次に図面（これは本発明を制限するもので
はない）を参照するが、図１は、本発明を使用できる形
式の主ドライブラインクラッチ組立体２（単に「クラッ
チ組立体」ともいう）の軸方向断面図である。クラッチ
組立体２は、原動機、例えば内燃機関等（図示せず）の
出力クランク軸（図示せず）に回転駆動される、摩擦面
４Ａを有するフライホイール４（入力手段）を含み、こ
れは、ボールランプ機構５によって作動するクラッチ組
立体２により、変速機（図示せず）に結合される。クラ
ッチベルハウジング６（以下「ハウジング」ともいう）
がクラッチ組立体２を包囲して、変速機入力軸８（出力
手段）を含む変速機を支持している。変速機入力軸８に
は、その左端部に形成されたスプライン10Ｃを介して、
摩擦ディスク10Ａ及び摩擦ディスク10Ｂを有する第１ク
ラッチディスク10が、一体回転可能に結合している。変
速機入力軸８は、ここからさらに右方向へと延びて変速
機歯車機構を駆動する。

【００２１】同様に、摩擦ディスク11Ａ及び摩擦ディス
ク11Ｂを有する第２クラッチディスク11が、スプライン
11Ｃを介して変速機入力軸８と結合している。第１クラ
ッチディスク10は、フライホイール４と中間圧力プレー
ト13Ａの間で挟み付けられるのに対して、第２クラッチ
ディスク11は、中間圧力プレート13Ａと主圧力プレート
13Ｂの間で挟み付けられる。作動リング12が、皿バネワ
ッシャ18（Bellvillewasher）に対して作動すると、主
圧力プレート13Ｂから第２クラッチディスク11へ、中間
圧力プレート13Ａから第１クラッチディスク10へ、第１
クラッチディスク10からフライホイール４のフライホイ
ール摩擦面４Ａへと、軸方向力を付与する。よって、回
転力が原動機から変速機入力軸８を介して変速機へと伝
達され、最終的には車両のそれ以降のドライブラインに
伝達される。

【００２２】従来の装置は、複数の加圧ばねを使用して
クラッチ圧力プレートをフライホイールに押し付けてい
る。運転者は、クラッチの結合を解除したい時、脚で機
械式解除機構を作動させる。そして、踏力が前記圧力ば
ねの力に打ち勝つと、クラッチディスクをフライホイー
ルに対して滑らせることができる。なお、前記圧力ばね
および機械式解除機構は、本発明の特徴ではないことを
理解されたい。本発明によれば、作動リング12をフライ
ホイール４へ押し付けるために、ボールランプ機構５を
使用しており、これは、変速機シフト作業中に電子的に
運転者の代わりをするクラッチ制御ユニット15によって
制御される。

【００２３】ハウジング６は、本発明のボールランプ機
構５を含むクラッチ組立体２を部分的に包囲している。
環状制御リング14（以下「制御リング」という）をハウ
ジング等に対して作動させるボールランプアクチュエー
タは、当該分野では既知である。例えば、米国特許第5,
078,249 号に開示されているように負荷変速機歯車クラ
ッチを、また米国特許第5,092,825 号に開示されている
ように差動クラッチ群を、夫々押し付けるために使用さ
れている。この例では、コイルまたはモータと歯車機構
によって、ボールランプ制御リングをケース基底部に対
し作動させる。

【００２４】さて、１つまたは複数の（球形部材または
円筒形ローラにすることができる）転動体20Ａ、20Ｂ及
び20Ｃ（図４を参照）を、各々制御リング14及び作動リ
ング12に向かい合わせて形成された同数の制御ランプ22
Ａ、22Ｂ、22Ｃ、作動ランプ23Ａ、23Ｂ、23Ｃに沿って
移動させる（これらの各部材を、回転軸47回りに回転さ
せる）ことにより、制御リング14と作動リング12の間の
相対回転運動が生じる。制御ランプ22Ａ、22Ｂ、22Ｃお
よび作動ランプ23Ａ、23Ｂ、23Ｃ（以下、単に「ラン
プ」又は「ランプ面」ともいう）は、一方向に向かって
軸方向深さが変化している。なお、図４ないし図６に
は、後述のごとく上記構造をさらに詳細かつ正確に示し
ている。

【００２５】制御リング14はランプ22Ａ、22Ｂ及び22Ｃ
を有し、コイル30の励磁時には、クラッチリング35に対
し摩擦を生じつつ回転可能に連結される。クラッチ制御
ユニット15がリード線17を介してコイル30を励磁させる
と、制御クラッチプレート19はコイルポール32に引き寄
せられる。環状のコイル30は変速機入力軸８に巻装さ
れ、コイル支持部材31（延長保持部７によりハウジング
６に取り付けられている）により支持されている。コイ
ル30は、コイルポール32に対し間隙（an air gap）で隔
てられた状態で近接配置されている。また、コイルポー
ル32は変速機入力軸８に対し、スプライン付きスリーブ
33によって一体回転可能に支持されている。このため、
スプライン付きスリーブ33、コイルポール32、太陽歯車
54は全て、変速機入力軸８と共に回転する。コイル30
は、コイルポール32によって部分的に包囲されるように
配置され、小さな間隙を介してコイルポール32と分離し
ている。

【００２６】前述のごとく、コイル30はハウジング６に
取り付けられていることから、静止状態に保持されるの
に対して、コイルポール32は入力軸８の回転に従って回
転する。コイル30は、図１に矢印36で示されている電磁
束を発生する。この電磁束は、コイルポール32内を通っ
て制御クラッチプレート19へ流れてから、コイルポール
32を通ってコイル30に戻る。この電磁束は、制御クラッ
チプレート19をコイルポール32内へ引き込もうとする力
を発生するため、クラッチ延長部29をクラッチリング35
に接触させる。その結果として（フライホイール４と変
速機入力軸８とに回転速度差が生じたと仮定すると）、
遊星歯車対21および第１の一方向クラッチ60を介してボ
ールランプ機構５を作動させる。したがって、車両が惰
性走行状態又は駆動走行状態にあるとき、制御リング14
を作動方向へと回転させ、制御リング14にトルクを発生
させる。

【００２７】換言すれば、車両が駆動走行状態にあると
き、第２の一方向クラッチ44Ａ、44Ｂ、44Ｃ、44Ｄの回
転は固定され、第１の一方向クラッチ60は回転自在な状
態となることにより、遊星歯車対21は固定される。ま
た、惰性走行状態では、第１の一方向クラッチ60が固定
され、第２の一方向クラッチは遊星歯車42Ａ、42Ｂ、42
Ｃ、42Ｄの回転を許容する。また、車両が駆動又は惰性
走行のいずれの状態にあるときにも、フライホイール４
と変速機入力軸８との相対回転方向に関係なく、ボール
ランプ機構５は作動する。第１の一方向クラッチ60は、
支持ブロック49と、支持リング39との間で作動する。支
持リング39に取付けられた支持ピン48Ａ、48Ｂ、48Ｃ、
48Ｄ（図２参照）は、第２の一方向クラッチ44Ａ、44
Ｂ、44Ｃ、44Ｄを介して遊星歯車42Ａ、42Ｂ、42Ｃ、42
Ｄを保持する。

【００２８】第１クラッチディスク10または第２クラッ
チディスク11が原動機（エンジン）によってフライホイ
ール４を介して与えられる過大なトルクのために切り離
される、すなわち滑り始めた時、制御リング14と作動リ
ング12の間に相対回転が生ずる。すると、作動リング12
は、（後述するように）制御リング14に対し軸方向にさ
らに離間する方向へと作動する。そして、作動リング12
が、主圧力プレート13Ｂと中間圧力プレート13Ａとフラ
イホイール４の間に位置する第１、第２クラッチディス
ク10、11の摩擦ディスク10Ａ、10Ｂ、11Ａ、11Ｂに加え
る締め付け力を、増大させる。この動作は、作動リング
12に対する制御リング14の僅かな角度の回転移動によっ
て発生させることが可能であり、フライホイール４と変
速機入力軸８の間に相対回転が発生した場合には、自動
的かつ瞬間的に締め付け力の調節を行うことができる。

【００２９】また、ボールランプ転動体20Ａ、20Ｂ及び
20Ｃの各々が、制御リング14及び作動リング12のランプ
22Ａ、22Ｂ、22Ｃ、23Ａ、23Ｂ、23Ｃ（図４参照）と係
合することによって発生する軸方向力を受けるために、
支持ブロック49をスラスト軸受け56（特に形式は問わな
い）で受け止めている。

【００３０】ハウジング６を介してフライホイール４に
取付けられる支持ブロック49に対し、環状体40が回転可
能に設けられている。また、作動リング12に対し制御リ
ング14が回転することにより、作動リング12はフライホ
イール４に向けて軸方向の移動をし、第１、第２クラッ
チディスク10、11を作動リング12とフライホイール４と
の間に挟み付ける。なお、作動リング12はハウジング６
に対して回転することはできないが、軸方向へは移動可
能に取付けられている。

【００３１】制御クラッチ24（クラッチ継手）として
は、円すいクラッチを用いている。そして、制御クラッ
チ24の一方の部材は、遊星歯車対21の環状体40に連結さ
れたクラッチリング35であり、他方の部材はクラッチ延
長部29である。そして、制御クラッチプレート19に取付
けられた（制御クラッチ24を形成する）クラッチ延長部
29から延出する駆動フランジ38が、これに対応して制御
リング14より延出する溝37と、一体回転可能に係合して
いる。以上の構造により、円すいクラッチ28は、制御リ
ング14をクラッチリング35に、すなわち環状体40に摩擦
結合する。

【００３２】さらに、円すいクラッチ28のクラッチ延長
部29とクラッチリング35の少なくとも一方に摩擦材を接
着し、コイルの励磁時にこれらの部材間で所望のトルク
伝達が行われるようにすることが望ましい。クラッチ延
長部29は、それから延出している駆動フランジ38を用る
ことにより、円すいクラッチ28の一方の部材として回転
駆動することができる。このとき、駆動フランジ38が駆
動溝37に係合する構造を用いているため、半径方向及び
軸方向の位置合わせに関する問題が発生しない。もし、
この形式の制御クラッチ24を用いないと、円すいクラッ
チ28は、制御クラッチ24を構成する各部材の製造公差及
び摩耗によって、緊縛（bind）を生じやすい。

【００３３】本発明によれば、クラッチ組立体２が直結
した場合、コイルポール32はフライホイール４と同じ速
度で回転し、クラッチ組立体２の直結状態を維持するた
めに必要となるコイル30への寄生電力（parasitic elec
trical power) を、最小限に抑えることができる。従来
技術によると、制御リング14はハウジング６等に対して
作動することができるが、制御リング14との間に連続的
な滑りが発生するため、寄生エネルギ損失（parasitic
energy losses ）が大きくなり、クラッチに滑りが生じ
たときに、ボールランプ機構５が自動的に作動しなくな
る。本発明の実施の形態によると、図示のごとく、制御
クラッチ24と、第１の一方向クラッチ60と共に作動する
第２の一方向クラッチ44Ａ、44Ｂ、44Ｃ、44Ｄにより制
御される遊星歯車対21とを介して、制御リング14を変速
機入力軸８に取り付けている。よって、クラッチの滑り
により生ずるフライホイール４と変速機入力軸８との相
対的な回転を、ボールランプ機構５の作動量を増加させ
ることによって、最小限に抑えることができる。

【００３４】本発明を使用した場合、車両の駆動または
惰性走行モードのいずれの場合にも、また、たとえクラ
ッチディスク10及び11の滑りに、瞬間的に反応すること
ができる。それは、第１、第２クラッチディスク10、11
の滑りが、作動リング12と制御リング14との間の相対移
動を発生させ、摩擦結合した制御クラッチ24、制御リン
グ14側に位置する遊星歯車対21、さらにハウジング６
（圧力プレートハウジング）を介して作動リング12に達
するからである。作動リング12はハウジング６に対し一
体回転するように設けられており、ハウジング６はフラ
イホイール４に固定されいているので、これらはすべて
一緒に回転する。

【００３５】さらに、フランジ26Ａおよびハウジング26
Ｂの間で付勢ばね26が弾性力を発生することにより、ア
ーマチャー（制御クラッチプレート19）に予圧を負荷
し、（制御クラッチプレート19とコイルポール32との）
間隙を最小限に抑える。そして、コイル30が励磁を開始
する際に、制御クラッチ24が不用意に結合してしまうこ
とを防止している。制御クラッチ24に予圧が負荷されて
いない場合には、コイル30により多くの電流を流し、制
御クラッチプレート19が前記間隙を横切った後に円すい
クラッチ28に大きな力を付与することにより、制御クラ
ッチプレート19をコイルポール32内へ引き込む初期動作
を発生させる。なお、制御クラッチプレート19又はクラ
ッチ延長部29に予圧を付与するための様々な手段が利用
可能であり、これによって、クラッチ24がその作動状態
（結合状態）となるように、予圧を負荷する。

【００３６】複数の圧力プレートばね50が、ハウジング
６と作動リング12の間のばね部材として機能し、作動リ
ング12をフライホイール４から離間させることによっ
て、作動リング12を含むボールランプ機構５を、第１ク
ラッチディスク10、第２クラッチディスク11およびフラ
イホイール４から引き離す。ハウジング６はフライホイ
ール４に取付けられているので、作動リング12は、フラ
イホイール４と共に回転する。しかし、ボールランプ機
構５の圧力プレートばね50を圧縮する方向への動作を制
御することにより、フライホイール４に対し軸方向に移
動することができる。

【００３７】次に図１、図２および図３を参照する。図
２および図３は、本発明の実施の形態に係る遊星歯車対
21を、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した部分断面図
であり、車両が駆動走行状態にある場合と惰性走行状態
にある場合とを夫々示している。

【００３８】図２は、車両が駆動走行状態にあるとき、
太陽歯車54が反時計回りに回転している状態を図中矢印
Ｓで、環状体40が反時計回りに回転している状態を図中
矢印Ａで、クラッチリング35の回転方向を矢印Ｃで、夫
々表している。支持ピン48Ａ、48Ｂ、48Ｃ、48Ｄを備え
る支持リング39（図１）は、第１の一方向クラッチ60に
より、フライホイール４に対する反時計回りの回転が阻
止される。図３には、太陽歯車54および環状体40の回転
方向と、ドライブラインクラッチの滑りによりボールラ
ンプ機構５が駆動走行状態（図２）と同様に作動状態に
あることから、フライホイール４に対し逆方向に回転す
るクラッチリング35の回転方向を示している。このと
き、車両が駆動走行状態にあるか惰性走行状態にあるか
に関係なく、制御リング14がボールランプ機構５の作動
量を増加させる方向へと、遊星歯車対21が回転する状態
にある。

【００３９】遊星歯車対21は複数の遊星歯車42Ａ、42
Ｂ、42Ｃ、42Ｄを含む。これら遊星歯車の夫々は、支持
ピン48Ａ、48Ｂ、48Ｃ、48Ｄに対し回転不能に固定され
る第２の一方向クラッチ44Ａ、44Ｂ、44Ｃ、44Ｄに支持
されている。このように、遊星歯車対21には、複数の遊
星歯車および支持ピンが用いられている。遊星歯車42
Ａ、42Ｂ、42Ｃ、42Ｄは、フライホイール４と共に回転
する支持ブロック49に対し、回転可能に支持される環状
体40とかみ合っている。なお、環状体40はクラッチリン
グ35に固定されクラッチリング35と共に回転する。遊星
歯車42Ａ、42Ｂ、42Ｃ、42Ｄが回転軸47回りに回転する
際の軸方向の位置決めは、第１の一方向クラッチ60に取
付けられたクラッチリング35によってなされている。第
１の一方向クラッチ60は、第２の一方向クラッチ44Ａ、
44Ｂ、44Ｃ、44Ｄと共に作動するとき、ボールランプ機
構５の作動量を減少させる方向へと遊星歯車対21のクラ
ッチリング35が回転することを防ぐ。

【００４０】コイル30を励磁させると、遊星歯車対21が
第１の一方向クラッチ60と共に作動し、コントロールリ
ング14と作動リング12との間に、ボールランプ機構５の
作動量を増加させる方向への相対回転を与える。そし
て、車両の作動状態およびドライブラインに伝達される
トルクの状態に関係なく、第１、第２クラッチディスク
10、11に対する挟持力を増大する。

【００４１】ボールランプ機構５により発生する軸方向
力は、スラスト軸受56によって、ハウジング６を介しフ
ライホイール４に取付けられた支持ブロック49へと伝達
される。また、ボールランプ機構５により発生するこれ
とは反対方向の力は、第１、第２クラッチディスク10、
11およびフライホイール４に伝達される。なお、中間圧
力プレート13Ａを無くして一枚のクラッチディスクのみ
用いる場合を含め、クラッチディスクの数は何枚であっ
てもよい。

【００４２】図２には、太陽歯車54の相対回転方向を矢
印Ｓで示している。また、環状体40の相対回転方向を矢
印Ａで示している。さらに、クラッチリング35の相対回
転方向を矢印Ｃで示している。環状体40は、支持ブロッ
ク49と一体回転する状態にある。コイル30を励磁させた
とき、円すいクラッチ28の摩擦面により、クラッチ延長
部29を介してクラッチリング35を制御リング14に摩擦結
合する。遊星歯車42Ａ、42Ｂ、42Ｃ、42Ｄは、夫々、ク
ラッチリング35（支持リング39）に取付けられた支持ピ
ン48Ａ、48Ｂ、48Ｃ、48Ｄによって、回転可能に支持さ
れている。遊星歯車対21の太陽歯車54は、変速機入力軸
８と一体回転するように固定されている。このとき、太
陽歯車54はエンジンによって図示のごとく反時計回りに
駆動され、遊星歯車42Ａ、42Ｂ、42Ｃ、42Ｄを固定する
と、環状体40は太陽歯車54と共に回転する。したがっ
て、摩擦ディスク10Ａ、10Ｂに幾らかの滑りが生ずる
と、摩擦ディスク10Ａ、10Ｂの挟持力を増加させるため
に、ボールランプ機構５の作動量を増加させる。

【００４３】図３は、図１に示すクラッチ組立体２の、
ＩＩ−ＩＩ線に沿った部分断面図であり、車両が惰性走
行状態にある時の遊星歯車対21の相対回転を示してい
る。このとき、第２の一方向クラッチ44Ａ、44Ｂ、44
Ｃ、44Ｄが固定され、遊星歯車42Ａ、42Ｂ、42Ｃ、42Ｄ
の回転を阻止するので、支持リング39およびこれに取付
けられた支持ピン48Ａ、48Ｂ、48Ｃ、48Ｄは、フライホ
イール４と共に回転する。したがって、フライホイール
４および摩擦ディスク10Ａ、10Ｂの間に滑りが生ずる
と、図２と同様に、ボールランプ機構５の作動量が増加
し、摩擦ディスク10Ａ、10Ｂへの押付力が増大する。

【００４４】次に、ボールランプ機構５の作動を説明す
るために、図４、図５及び図６を参照する。図４には、
ボールランプ機構５を図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した断
面図を示している。また、図５及び図６は、図４のＶ−
Ｖ線における断面図であり転動体20Ａで分離された作動
リング12及び制御リング14を示している。図示のごと
く、各々軸方向深さが変化する３つのランプ22Ａ、22Ｂ
及び22Ｃ内には、約 120゜の間隔を開けて、３つの球形
の転動体20Ａ、20Ｂ及び20Ｃが配置されている。そし
て、制御リング14が作動リング12に対して回転する時、
各転動体が各ランプの内部を転動する。

【００４５】ところで、ボールランプ機構５に必要とさ
れる回転及び軸方向運動に応じて、いかなる数の球形転
動体20Ａ、20Ｂ、20Ｃ及び該当するランプ22Ａ、22Ｂ、
22Ｃ、23Ａ、23Ｂ、23Ｃを用いることもできる。この場
合、制御リング14及び作動リング12の軸方向及び半径方
向の安定性を確保するため、少なくとも３つの球形転動
体20Ａ、20Ｂ及び20Ｃを、これと同数の、制御リング14
及び作動リングに形成され等間隔に向き合ったランプ22
Ａ、22Ｂ、22Ｃ、23Ａ、23Ｂ、23Ｃ上で移動するように
用いることが必須である。なお、前述のごとく、転動体
にはボール形または円筒形ローラ等のいずれの形式を用
いてもよい。作動リング12は、変速機入力軸８の回転軸
と一致する回転軸47回りに回転するフライホイール４、
ハウジング６及び支持ブロック49と共に回転するものと
して図示されている。

【００４６】３つの半円形の円周方向ランプ22Ａ、22Ｂ
及び22Ｃランプが作動リング12の表面に形成され、それ
に対応して同一の向き合ったランプ23Ａ、23Ｂ及び23Ｃ
が制御リング14の表面（第１面）に形成されている。制
御リング14及び作動リング12は、高張力鋼で形成してい
る。また、一方向に傾斜したランプ22Ａ、22Ｂ、22Ｃ、
23Ａ、23Ｂ、23Ｃには浸炭処理を施し、Ｒｃ５５−６０
まで硬化させている。ランプ22Ａ及び23Ａについて図５
にわかりやすく示されているように、ランプ22Ａ、22
Ｂ、22Ｃ、23Ａ、23Ｂ、23Ｃに傾斜が付けられて、約12
0 ゜にわたって（実際には、ランプ間に分離部分を設け
るために 120゜より小さい）円周方向に延在している。

【００４７】制御リング14と作動リング12の間の距離66
は、制御リング14が作動リング12に対して同一回転軸上
で回転する時に、転動体20Ａが両ランプ22Ａ、23Ａ内で
転動する場合の22Ａ、23Ａのごとく対向するランプの、
回転方向の位置関係によって決定される。同様にして、
転動体20Ｂが両ランプ22Ｂ、23Ｂ内で転動し、転動体20
Ｃが両ランプ22Ｃ、23Ｃ上で転動する。そして、相対回
転は、転動部材20Ａ、20Ｂ、20Ｃと各ランプ対22Ａ、23
Ａ、22Ｂ、23Ｂ、22Ｃ、22Ｃとの位置に応じて、２つの
リング14，12を軸方向に離間接近させ、それによって作
動リング12及びフライホイール４間で第１、第２クラッ
チディスク10，11を締め付け、又は解放する力を発生さ
せる。

【００４８】図５は、支持リング48が最小位置にあっ
て、ランプ22Ａ、23Ａが一端部で整合し、転動体20Ａが
ランプ22Ａ、23Ａの最も深い部分にある時の、制御リン
グ14及び作動リング12の回転方向の位置関係を示してい
る。ここで、フライホイール４と変速機入力軸８の間に
回転速度差があると仮定する。このときコイル30を励磁
させると、制御リング14は、制御クラッチ24を介して回
転トルク入力を受け、作動リング12に対して回転する。
そして、ランプ22Ａ、23Ａが相対的に移動することによ
って、転動体20Ａがランプ面22Ａ、23Ａの上を転動す
る。転動体20Ａが両ランプ22Ａ、23Ａ上の別の位置へ移
動すると、制御リング14及び作動リング12を押し離し、
両者の距離66を図６に示すように広くする。また、ラン
プ面22Ｂ、23Ｂ上を転動する転動体20Ｂと、ランプ面22
Ｃ、23Ｃ上を転動する転動体20Ｃによっても同様な分離
力が発生する。

【００４９】図５及び図６に示すように、制御リング14
が矢印70の方向に回転することによって、基準点62、64
が互いに向き合った位置から互いの回転方向にずれた位
置へ相対変位する。制御リング14に加えられる回転トル
クに対する軸方向の移動トルクの比は非常に大きく、一
般的に１：１００以上である。よって、この軸方向変位
量の増加は様々な用途に、特にドライブラインクラッチ
に使用することができる。これは、本例で示されている
ように、車両用ドライブラインにおいて、作動リング12
を第１、第２クラッチディスク10、11及びフライホイー
ル４に押し付けるために用いることができる。ボールラ
ンプアクチュエータのさらに詳細な説明は、米国特許第
4,805,486 号に示されている。

【００５０】なお、フライホイール４が変速機入力軸８
と同一速度で回転している場合には、コイル30が励磁さ
れても、制御リング14は作動リング12と同一速度で回転
する。よって、制御リング14と作動リング12の間に相対
回転が生じないため、ボールランプ機構５は軸方向力を
増加させることはない。もし、コイル30の励磁状態を維
持すると、制御クラッチ24、コイルポール32及び遊星歯
車対21を介して、制御リング14を変速機入力軸８に電磁
的に結合することになるので、フライホイール４と変速
機入力軸８の間に相対回転が生じる。すると、制御リン
グ14と作動リング12の間には、相対回転（転動体20Ａ、
20Ｂ、20Ｃが制御リング14と作動リング12との距離66を
増加させる方向）が発生するので、作動リング12による
締め付け力が増加する。よって、フライホイール４の回
転力を利用して、第１、第２クラッチディスク10、11に
を挟みつける力を増大させることができる。

【００５１】本発明によれば、車両ドライブラインのク
ラッチアクチュエータを使用して、図１に示すように、
回転中の入力軸に相当するフライホイール４を、出力軸
相当する変速機入力軸８に連結することができる。本発
明は、コイル30が励磁されている限り、ボールランプ機
構５が第１、第２のクラッチディスク10、11の結合を切
り離してしまうことを防止する。したがって、トルク伝
達方向に関係なく、入力手段（フライホイール）と出力
手段（変速機入力軸）との間を、摩擦結合させることが
できる。

【００５２】当該技術の専門家であれば、以上説明した
内容に基づき、本発明に係るボールランプアクチュエー
タを製造し、また使用できるであろう。また、説明した
内容に基づき、本発明の特許請求の範囲を逸脱しない限
りにおいて、様々な変更および修正を加えたものも本発
明に含まれることが、当該技術の専門家には理解できる
であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボールランプアクチュエータの部分断
面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る遊星歯車対を図１の
ＩＩ−ＩＩ線に沿った部分断面図であり、車両ドライブ
ラインが駆動走行状態にあるときの様子を示すものであ
る。

【図３】本発明の実施の形態に係る遊星歯車対を図１の
ＩＩ−ＩＩ線に沿った部分断面図であり、車両ドライブ
ラインが惰性走行状態にあるときの様子を示すものであ
る。

【図４】図１に示すボールランプ機構を、ＩＶ−ＩＶ線
に沿って切断した軸方向断面図である。

【図５】図４に示すボールランプ機構を、Ｖ−Ｖ線に沿
って切断した断面図であり、ボールランプ機構が不作動
状態にあるときの様子を示すものである。

【図６】図４に示すボールランプ機構を、Ｖ−Ｖ線に沿
って切断した断面図であり、ボールランプ機構が作動状
態にあるときの様子を示すものである。

【符号の説明】

２ クラッチ組立体 ４ フライホイール ５ ボールランプ機構 12 作動リング 14 制御リング 19 制御クラッチプレート 20Ａ、20Ｂ、20Ｃ 転動体 22Ａ、22Ｂ、22Ｃ 作動ランプ 23Ａ、23Ｂ、23Ｃ 制御ランプ 24 制御クラッチ 30 コイル 32 コイルポール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの回転部材を回転結合するボールラ
   ンプアクチュエータ（２）であって、 原動機によって駆動され回転軸（47）回りに回転する入
   力手段（４）と、該入力手段（４）の回転軸（47）と共
   通の回転軸（47）を有し出力装置を回転させるための出
   力手段（８）と、 軸方向に作動するボールランプ機構（５）と、 遊星歯車対（21）と、 コイル（30）と、 第１の一方向クラッチ（60）とを含み、 前記軸方向に作動するボールランプ機構（５）は、制御
   リング（14）と作動リング（12）とを含み、前記制御リ
   ング（14）の第１面には、円周方向に延び軸方向の深さ
   が変化する複数の制御ランプ（23Ａ，23Ｂ，23Ｃ）を有
   し、該制御ランプ（23Ａ，23Ｂ，23Ｃ）の各々にはこれ
   らと同数の転動体（20Ａ，20Ｂ，20Ｃ）が１個づづ配置
   され、前記作動リング（12）は、前記制御リング（14）
   の回転軸（47）と同軸の回転軸（47）を有し、 該前記制
   御ランプ（23Ａ，23Ｂ，23Ｃ）と数、 形状及び半径方向
   位置が同一の複数の作動ランプ（22Ａ，22Ｂ，22Ｃ）を
   備え、 該作動ランプ（22Ａ，22Ｂ，22Ｃ）は前記制御ラ
   ンプ（23Ａ，23Ｂ，23Ｃ）と少なくとも部分的に向き合
   い、 前記転動体（20Ａ，20Ｂ，20Ｃ）の各々は、 前記作
   動ランプ（22Ａ，22Ｂ，22Ｃ）および対応する制御ラン
   プ（23Ａ，23Ｂ，23Ｃ）間に配置されており、 前記制御
   リング（14）は前記作動リング（12）に対して軸方向及
   び回転方向に移動可能に配置されており、 前記遊星歯車対（21）は、制御クラッチ（24）によって
   前記制御リング（14）と摩擦結合する環状体（40）と、
   該環状体（40）および太陽歯車（54）に係合する複数の
   遊星歯車（42Ａ，42Ｂ，42Ｃ，42Ｄ）とを有し、前記太
   陽歯車（54）は、前記出力手段（８）に対し一体回転可
   能に固定され、前記複数の遊星歯車（42Ａ，42Ｂ，42
   Ｃ，42Ｄ）は、支持リング（39）に支持される支持ピン
   （48Ａ，48Ｂ，48Ｃ，48Ｄ）に設けられた第２の一方向
   クラッチ（44Ａ，44Ｂ，44Ｃ，44Ｄ）によって、各々回
   転可能に支持されており、 前記コイル（30）は、前記制御クラッチ（24）内に電磁
   束（36）を発生させるものであり、 前記第１の一方向クラッチ（60）は、前記入力手段
   （４）と前記支持リング（39）とを結合し、前記入力手
   段（４）に対し、前記支持リング（39）が前記ボールラ
   ンプ機構（５）を非作動状態とする方向へ回転すること
   を防止するものであり、 前記入力手段（４）および前記出力手段（８）の相対回
   転の有無と無関係に、前記作動リング（12）に対し、前
   記ボールランプ機構（５）が作動する方向へと前記制御
   リング（14）を回転させるように、前記第２の一方向ク
   ラッチ（44Ａ，44Ｂ，44Ｃ，44Ｄ）を前記遊星歯車対21
   の内部で作動させることが可能であることを特徴とする
   ボールランプアクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記制御ランプ（23Ａ，23Ｂ，23Ｃ）お
   よび前記作動ランプ（22Ａ，22Ｂ，22Ｃ）は、軸方向の
   深さを連続的に増加させるものである請求項１記載のボ
   ールランプアクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記クラッチカップリング（24）は、電
   磁束（36）を作り出すコイル（30）と、前記電磁束（3
   6）に応じて作動する制御クラッチプレート（19）と、
   該制御クラッチプレート（19）に取付けられたクラッチ
   延長部（29）と、前記クラッチ延長部（29）に対し摩擦
   を生じつつ回転可能な関係をなすクラッチリング（35）
   とを有し、前記クラッチリング（35）および前記クラッ
   チ延長部（29）で円すいクラッチ（28）を形成すること
   を特徴とする請求項１記載のボールランプアクチュエー
   タ。
4. 【請求項４】 前記出力手段（８）の周囲に前記コイル
   （30）を配置したことを特徴とする請求項３記載のボー
   ルランプアクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記コイル（30）に電力を供給するた
   め、前記コイル（30）と電気接続されたクラッチ制御ユ
   ニット（15）を備えることを特徴とする請求項４記載の
   ボールランプアクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記制御クラッチプレート（19）は、前
   記制御リング（14）と一体回転可能に固定された前記ク
   ラッチ延長部（29）に取付けられており、前記コイル
   （30）が励磁されたときに、前記前記クラッチ延長部
   （29）が前記クラッチリング（35）と摩擦連結すること
   を特徴とする請求項１記載のボールランプアクチュエー
   タ。
7. 【請求項７】 前記入力手段（４）はフライホイールで
   あり、前記出力手段（８）は変速機入力軸であり、前記
   出力装置は変速機であることを特徴とする請求項１記載
   のボールランプアクチュエータ。