WO2011062090A1 - クラッチアクチュエータ - Google Patents

Abstract

　動力源への負荷を低減させることができるクラッチアクチュエータを提供する。動力源と、動力源から出力された回転動力が伝達されることにより回転するスクリュー部材と、スクリュー部材が回転することによりスクリュー部材の回転軸方向に移動するナット部材と、所定の部材（例えば、ハウジング）にスライド可能に支持されるとともに、ナット部材の移動によってストロークし、かつ、当該ストロークによってクラッチの断接、半接合操作を行う出力ロッドと、を備える。

Description

クラッチアクチュエータ

［関連出願の記載］
　本発明は、日本国特許出願：特願２００９－２６３９４０号（２００９年１１月１９日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
　本発明は、クラッチの断接、半接を行うクラッチアクチュエータに関する。

　従来、既存のマニュアルトランスミッションにアクチュエータを取り付け、運転者の意思若しくは車両状態により一連の変速操作（クラッチの断接、ギヤシフト、セレクト）を自動的に行うシステムが知られている。こうしたシステムにおいて、クラッチの断接、半接を行うクラッチアクチュエータは、クラッチのダイヤフラムスプリング等の姿勢を変化させるため、電動モータなどの動力源と出力ロッドを備えている。出力ロッドのストロークには大きな力が必要であり、大きな力を発生する動力源では大型化に繋がる。そのため、従来のクラッチアクチュエータでは、必要とされる動力源の駆動力を抑え、さらに、動力源が非通電状態でもストローク位置を自己保持するため、動力源と出力ロッドとの間の動力伝達経路においてウォームとウォームホイールを用いたウォームギヤを用いて減速を行っている。

　このようなクラッチアクチュエータの従来技術として、特許文献１では、動力源と、該動力源により回転駆動される回転体（ウォーム）と、該回転体と連結され一体的に回転する従動回転体（ウォームホイール）と、該従動回転体と相対回転可能に連結される出力ロッドと、を備え、該出力ロッドの移動により、クラッチの断接、半接合操作を行うクラッチ用アクチュエータにおいて、前記回転体と前記従動回転体との間に連結部材を配置し、前記回転体と前記従動回転体が同一平面に配設されず、前記従動回転体は、一端がハウジングに支持されるアシストスプリングにて、該従動回転体の回転が助勢されるものが開示されている。このクラッチ用アクチュエータでは、出力ロッドの端部が従動回転体（ウォームホイール）における回転軸から径方向にずれた位置に回転可能に連結されており、この連結部分の円周移動量を利用して出力ロッドをストロークさせている。

　また、特許文献２では、クラッチアクチュエータにおいて、ウォームホイールの外周面の所定の位置にカム面を設け、出力ロッドの端部にカム面を転動するロールが回転可能に取り付け、ハウジングに揺動可能に取り付けられたレバーの先端にロールの回転軸が揺動可能に取り付けられたものが開示されている。このクラッチアクチュエータでは、カム面の円周移動に伴うロールの位置移動を利用して出力ロッドをストロークさせている。

特開２００４－３０１２３８号公報 独国特許出願公開第１９７２３３９４号明細書（Ｆｉｇ．１７）

　なお、上記特許文献１、２の全開示内容はその引用をもって本書に繰込み記載する。以下の分析は、本発明によって与えられたものである。

　しかしながら、特許文献１に記載のクラッチ用アクチュエータでは、出力ロッドの端部が従動回転体（ウォームホイール）における回転軸から径方向にずれた位置に回転可能に連結されているため、出力ロッドの中心軸の延長線上にウォームホイールの回転軸が常に存在するわけではない。そのため、出力ロッドの延在方向の延長線上からウォームホイールの回転軸が外れると、出力ロッドに加わる荷重（押し戻し荷重）によってウォームホイールを押し戻す（逆回転側）方向にトルクが発生し、動力源への負荷が大きくなり、消費電力が大きくなる。

　また、特許文献２に記載のクラッチアクチュエータでは、レバーの揺動によってロールが変位するとともに、ウォームホイールのカム面の円周移動によってロールが変位するので、出力ロッドの中心軸の延長線上にウォームホイールの回転軸が常に存在するわけではない。そのため、出力ロッドに加わる荷重（押し戻し荷重）がウォームホイールを押し戻す（逆回転側）方向にトルクが発生し、動力源への負荷が大きくなり、消費電力が大きくなる。

　本発明の主な課題は、動力源への負荷を低減させることができるクラッチアクチュエータを提供することである。

　本発明の一視点においては、クラッチアクチュエータにおいて、動力源と、前記動力源から出力された回転動力が伝達されることにより回転するスクリュー部材と、前記スクリュー部材が回転することにより前記スクリュー部材の回転軸方向に移動するナット部材と、所定の部材にスライド可能に支持されるとともに、前記ナット部材の移動によってストロークし、かつ、前記ストロークによってクラッチの断接を行う出力ロッドと、を備える。

　本発明の前記クラッチアクチュエータにおいて、前記動力源の出力軸と前記スクリュー部材とを変位可能かつ相対回転不能に連結する等速ジョイントを備えることが好ましい。

　本発明の前記クラッチアクチュエータにおいて、前記動力源から出力された回転動力を減速して前記スクリュー部材に伝達する一又は複数段の減速機構を備えることが好ましい。

　本発明の前記クラッチアクチュエータにおいて、前記減速機構は、前記動力源の前記出力軸と一体に回転するドライブギヤと、前記ドライブギヤと噛み合うとともに、前記ドライブギヤよりも径が大きく、かつ、前記スクリュー部材と一体に回転するドリブンギヤと、を備えることが好ましい。

　本発明の前記クラッチアクチュエータにおいて、前記スクリュー部材を回転可能に保持するハウジングを備えることが好ましい。

　本発明によれば、出力ロッドに加わる荷重をウォームホイール（又はギヤ部材）の回転軸の軸受で受けることが可能となり、ウォームホイール（又はギヤ部材）を押し戻す（逆回転側）方向へのトルクが軽減できるため、動力源への負担が軽減され、省電力化が可能である。

本発明の実施例１に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した断面図である。 本発明の実施例１に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した図１のＸ－Ｘ´間の断面図である。 本発明の実施例２に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した断面図である。 本発明の実施例２に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した図３のＸ－Ｘ´間の断面図である。

　本発明の実施形態に係るクラッチアクチュエータでは、動力源（図１の３）と、前記動力源から出力された回転動力が伝達されることにより回転するスクリュー部材（図１の６）と、前記スクリュー部材が回転することにより前記スクリュー部材の回転軸方向に移動するナット部材（図１の１１）と、所定の部材（例えば、図１のハウジング２）にスライド可能に支持されるとともに、前記ナット部材の移動によってストロークし、かつ、前記ストロークによってクラッチの断接を行う出力ロッド（図１の９）と、を備える。

　なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

　本発明の実施例１に係るクラッチアクチュエータについて図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した断面図である。図２は、本発明の実施例１に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した図１のＸ－Ｘ´間の断面図である。

　クラッチアクチュエータ１は、出力ロッド９を進退移動させてクラッチ（図示せず）の断接、半接を行う電動型のアクチュエータであり、電子制御装置（図示せず）による駆動制御に応じて係合状態を変化させるようにクラッチを操作する。ここで、半接とは、クラッチの係合が開始され、かつ、クラッチが完全に係合する前の状態を指す。図１及び図２のクラッチアクチュエータ１は、出力ロッド９が被操作対象物（例えば、機械式であればレリーズフォーク、油圧式であれば油圧ピストン）を押し込む方向（図１の右方向）又は引き込む方向（図１の左方向）に荷重をかけるような形態のクラッチに用いられる。クラッチアクチュエータ１は、主な構成部品として、ハウジング２と、電動モータ３と、回転センサ４と、等速ジョイント５と、スクリュー部材６と、ベアリング７、８と、出力ロッド９と、保持部材１０と、ナット部材１１と、ブッシュ１２と、を有する。

　ハウジング２は、電動モータ３の出力軸３ａから出力ロッド９までの動力伝達経路上の部品を収容する部材である。ハウジング２は、複数の部材を組み合わせた収容体とすることができる。ハウジング２は、車両の適宜箇所に固定される。ハウジング２には、電動モータ３の本体が外部に配され、かつ、電動モータ３の出力軸３ａの先端部が内部に配されるように、電動モータ３が取り付けられている。ハウジング２は、所定の間隔をおいて出力軸３ａを挿通するための貫通穴（図示せず）を有する。ハウジング２は、ベアリング７を介してスクリュー部材６（シャフト部６ａ）を回転可能に保持するための保持部２ａ、２ｂを有する。保持部２ａ、２ｂには、ベアリング７が電動モータ３側へ移動しようとする荷重を受けるように、ベアリング７の外輪が固定されている。ハウジング２は、ベアリング８を介してスクリュー部材６（シャフト部６ｂ）を回転可能に保持するための保持部２ｃ、２ｄを有する。保持部２ｃ、２ｄには、ベアリング８が出力ロッド９側へ移動しようとする荷重を受けるように、ベアリング８の外輪が固定されている。保持部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、保持部材１０と抵触しないように形成されている。ハウジング２は、ブッシュ１２を介して出力ロッド９をストローク可能に支持する。

　電動モータ３は、直流駆動の動力源である。電動モータ３は、電子制御装置（図示せず）からの制御により出力軸３ａを正逆両方向に回転駆動する。電動モータ３は、出力軸３ａが出力ロッド９の中心軸と同軸になるように、ハウジング２に取り付けられている。出力軸３ａには、回転センサ４が取り付けられている。出力軸３ａの先端部は、等速ジョイント５を介して、スクリュー部材６のシャフト部６ａと連結されている。出力軸３ａは、スクリュー部材６のシャフト部６ａとの変位（偏芯）が生じても等速ジョイント５によって変位（偏芯）が吸収され、スクリュー部材６と同期して回転する。

　回転センサ４は、電動モータ３の出力軸３ａの回転角度を検出するセンサである。回転センサ４は、ハウジング２内に収納されている。回転センサ４は、検出した回転角度に係る信号を電子制御装置（図示せず）に向けて出力する。なお、電子制御装置では、マップ、プログラムに基づいて、回転センサ４からの回転角度に係る信号に応じて、出力ロッド９が所定のストローク位置となるように電動モータ３を制御することになる。

　等速ジョイント５は、電動モータ３の出力軸３ａとスクリュー部材６のシャフト部６ａとを変位（偏芯）可能に連結する部材である。等速ジョイント５は、ハウジング２内に収納されている。等速ジョイント５は、出力軸３ａとシャフト部６ａとを相対回転不能とし、出力軸３ａの回転動力をシャフト部６ａに伝達する。等速ジョイント５は、電動モータ３の出力軸３ａの軸方向に伸縮可能なものであってもよい。

　スクリュー部材６は、外周面の一部にスクリュー面（雄ねじ面）を有する柱状の部材である。スクリュー部材６は、ハウジング２内に収納されている。スクリュー部材６は、ナット部材１１に対して回転可能に螺合する。スクリュー部材６は、正方向に回転すると回転軸方向の一方（ベアリング７側）にナット部材１１を移動させ、逆方向に回転すると回転軸方向の他方（ベアリング８側）にナット部材１１を移動させる。スクリュー部材６は、回転軸方向の両側においてスクリュー面を有さないシャフト部６ａ、６ｂを有する。スクリュー部材６の中心軸は、出力ロッド９の中心軸の延長線上に配されていることが好ましい。シャフト部６ａは、電動モータ３側に延在したスクリュー部材６の回転軸となる部分である。シャフト部６ａは、ベアリング７の内輪に相対回転不能に固定されており、ベアリング７を介してハウジング２の保持部２ａ、２ｂに回転可能に支持されている。シャフト部６ａの先端部は、等速ジョイント５を介して、電動モータ３の出力軸３ａと連結されている。シャフト部６ｂは、出力ロッド９側に延在したスクリュー部材６の回転軸となる部分である。シャフト部６ｂは、ベアリング８の内輪に相対回転不能に固定されており、ベアリング８を介してハウジング２の保持部２ｃ、２ｄに回転可能に支持されている。

　ベアリング７は、スクリュー部材６のシャフト部６ａを回転可能に支持する軸受であり、ハウジング２に取り付けられている。ベアリング７は、外輪と内輪との間に複数のボールが配されたボールベアリングを用いることができる。ベアリング７の内輪は、スクリュー部材６のシャフト部６ａと相対回転不能に固定されている。ベアリング７の外輪は、ハウジング２の保持部２ａ、２ｂに固定されている。

　ベアリング８は、スクリュー部材６のシャフト部６ｂを回転可能に支持する軸受であり、ハウジング２に取り付けられている。ベアリング８は、外輪と内輪との間に複数のボールが配されたボールベアリングを用いることができる。ベアリング８の内輪は、スクリュー部材６のシャフト部６ｂと相対回転不能に固定されている。ベアリング８の外輪は、ハウジング２の保持部２ｃ、２ｄに固定されている。

　出力ロッド９は、ストロークによってクラッチの断接、半接合操作を行う棒状の部材である。出力ロッド９は、先端部分がハウジング２の外部に出ており、先端部分にて被操作対象物（例えば、機械式であればレリーズフォーク、油圧式であれば油圧ピストン）を押付け又は引き付ける。出力ロッド９は、中間部分にて、ブッシュ１２を介してハウジング２にストローク可能に支持されている。出力ロッド９は、末端部分がハウジング２の内部に収容されており、末端部分の端部に保持部材１０が固定されている。出力ロッド９は、保持部材１０を介してナット部材１１が組みつけられており、保持部材１０及びナット部材１１とともに一体的にストロークする。出力ロッド９は、中心軸の延長線上にスクリュー部材６及び出力軸３ａの中心軸が配されるように設定されていることが好ましい。出力ロッド９は、スクリュー部材６の回転に伴ってナット部材１１及び保持部材１０を介してストロークする。

　保持部材１０は、出力ロッド９に固定されるとともにナット部材１１を保持するための部材である。保持部材１０は、ハウジング２内に収納されている。保持部材１０は、ベアリング７、８、及びハウジング１の保持部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと抵触しないように形成されている。

　ナット部材１１は、内周面にスクリュー面（雌ねじ面）を有する部材である。ナット部材１１は、ハウジング２内に収納されている。ナット部材１１は、スクリュー部材６に対して回転可能に螺合する。ナット部材１１は、スクリュー部材６が正方向に回転すると回転軸方向の一方（ベアリング７側）に移動し、逆方向に回転すると回転軸方向の他方（ベアリング８側）に移動する。ナット部材１１は、保持部材１０に対して相対回転不能に固定されている。

　ブッシュ１２は、出力ロッド９を中心軸の方向にストローク可能に支持する部材であり、ハウジング２に支持されている。

　次に、本発明の実施例１に係るクラッチアクチュエータの動作について説明する。

　出力ロッド９を引き付ける際、まず、電動モータ３の出力軸３ａが正方向に回転駆動すると、出力軸３ａの回転動力が等速ジョイント５を介してスクリュー部材６に伝達され、スクリュー部材６の正方向の回転によってナット部材１１がベアリング７側に移動し、ナット部材１１の移動によって保持部材１０を介して出力ロッド９が電動モータ３側に引き付けられ、出力ロッド９が被操作対象物（例えば、機械式であればレリーズフォーク、油圧式であれば油圧ピストン）を引き付ける。このとき、出力ロッド９が被操作対象物から荷重（引き戻し荷重）を受ける場合、当該引き戻し荷重が、出力ロッド９、保持部材１０、ナット部材１１、スクリュー部材６、ベアリング８、及びハウジング２を介して車両で受けられることになる。そのため、当該引き戻し荷重があっても、電動モータ３への負荷がなく、消費電力が大きくなることがない。

　出力ロッド９を押し出す際、まず、電動モータ３の出力軸３ａが逆方向に回転駆動すると、出力軸３ａの回転動力が等速ジョイント５を介してスクリュー部材６に伝達され、スクリュー部材６の逆方向の回転によってナット部材１１がベアリング８側に移動し、ナット部材１１の移動によって保持部材１０を介して出力ロッド９が押し出され、出力ロッド９が被操作対象物（例えば、機械式であればレリーズフォーク、油圧式であれば油圧ピストン）を押し付ける。このとき、出力ロッド９が被操作対象物から荷重（押し戻し荷重）を受ける場合、当該押し戻し荷重が、出力ロッド９、保持部材１０、ナット部材１１、スクリュー部材６、ベアリング７、及びハウジング２を介して車両で受けられることになる。そのため、当該押し戻し荷重があっても、電動モータ３への負荷がなく、消費電力が大きくなることがない。

　実施例１によれば、出力ロッド９が被操作対象物からの引き戻し荷重又は押し戻し荷重を受けても、当該引き戻し荷重又は当該押し戻し荷重が、出力ロッド９、保持部材１０、ナット部材１１、スクリュー部材６、及びベアリング７又はベアリング８を介してハウジング２で受けることが可能となり、電動モータ３の出力軸３ａの回転を逆転させる方向にトルクが発生しないので、電動モータ３への負担がなく、省電力化が可能である。
また、当該引き戻し荷重又は当該押し戻し荷重をハウジング２で受けることで、電動モータ３と回転センサ４を強度上有利にできる。さらに、電動モータ３の出力軸３ａとスクリュー部材６の回転軸を同軸にできるため、従来技術のように電動モータから出力ロッドの間の動力伝達経路上にウォーム及びウォームホイールからなるすべり歯車減速機構を用いたものと比べて、軸受けの数を低減させることができ、装置の小型化が可能である。

　本発明の実施例２に係るクラッチアクチュエータについて図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施例２に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した断面図である。図４は、本発明の実施例２に係るクラッチアクチュエータの構成を模式的に示した図３のＸ－Ｘ´間の断面図である。

　実施例２は、実施例１の変形例であり、電動モータ３の出力軸３ａとスクリュー部材６のシャフト部６ａとの間の動力伝達経路上において、等速ジョイント（図１の５）を用いるのをやめ、ピニオンギヤ１４及びドリブンギヤ１５からなる減速機構を設けたものである。その他の構成は、実施例１と同様である。

　ピニオンギヤ１４は、電動モータ３の出力軸３ａに連結された歯車であり、減速機構の構成部品である。ピニオンギヤ１４は、ハウジング２内に収容されている。ピニオンギヤ１４は、電動モータ３の出力軸３ａによって駆動回転する。ピニオンギヤ１４は、ドリブンギヤ１５と噛み合っている。ピニオンギヤ１４の外周面には、例えば、平歯車、はすば歯車、やまば歯車が形成されている。ピニオンギヤ１４は、ドリブンギヤ１５の半径よりも小さく構成されている。

　ドリブンギヤ１５は、ピニオンギヤ１４と噛み合う減速機構の構成部品である。ドリブンギヤ１５は、ハウジング２内に収容されている。ドリブンギヤ１５は、スクリュー部材６のシャフト部６ａに対し相対回転不能に固定されている。ドリブンギヤ１５は、スクリュー部材６及びベアリング７、８を介してハウジング２に回転可能に支持されている。ドリブンギヤ１５の外周面には、例えば、平歯車、はすば歯車、やまば歯車が形成されている。ドリブンギヤ１５は、ピニオンギヤ１４の半径よりも大きく構成されている。

　次に、本発明の実施例２に係るクラッチアクチュエータの動作について説明する。

　出力ロッド９を引き付ける際、まず、電動モータ３の出力軸３ａが正方向に回転駆動すると、出力軸３ａの回転動力がピニオンギヤ１４及びドリブンギヤ１５によって減速されてスクリュー部材６に伝達され、スクリュー部材６の正方向の回転によってナット部材１１がベアリング７側に移動し、ナット部材１１の移動によって保持部材１０を介して出力ロッド９が電動モータ３側に引き付けられ、出力ロッド９が被操作対象物（例えば、機械式であればレリーズフォーク、油圧式であれば油圧ピストン）を引き付ける。このとき、出力ロッド９が被操作対象物から荷重（引き戻し荷重）を受ける場合、当該引き戻し荷重が、出力ロッド９、保持部材１０、ナット部材１１、スクリュー部材６、ベアリング８、及びハウジング２を介して車両で受けられることになる。そのため、当該引き戻し荷重があっても、電動モータ３への負荷がなく、消費電力が大きくなることがない。

　出力ロッド９を押し出す際、まず、電動モータ３の出力軸３ａが逆方向に回転駆動すると、出力軸３ａの回転動力がピニオンギヤ１４及びドリブンギヤ１５によって減速されてスクリュー部材６に伝達され、スクリュー部材６の逆方向の回転によってナット部材１１がベアリング８側に移動し、ナット部材１１の移動によって保持部材１０を介して出力ロッド９が押し出され、出力ロッド９が被操作対象物（例えば、機械式であればレリーズフォーク、油圧式であれば油圧ピストン）を押し付ける。このとき、出力ロッド９が被操作対象物から荷重（押し戻し荷重）を受ける場合、当該押し戻し荷重が、出力ロッド９、保持部材１０、ナット部材１１、スクリュー部材６、ベアリング７、及びハウジング２を介して車両で受けられることになる。そのため、当該押し戻し荷重があっても、電動モータ３への負荷がなく、消費電力が大きくなることがない。

　実施例２によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、電動モータ３の出力軸３ａとスクリュー部材６のシャフト部６ａとの間の動力伝達経路上にピニオンギヤ１４及びドリブンギヤ１５からなる減速機構を設けることで、電動モータ３の出力軸３ａとスクリュー部材６の回転軸とをずらすことができ、軸方向に装置を小型化することができ、かつ、大きな減速比を得ることができる。また、高エンジントルク用の操作力の大きなクラッチカバーにも対応できる。

本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施例ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

　１　クラッチアクチュエータ
　２　ハウジング
　２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ　保持部
　３　電動モータ（動力源）
　３ａ　出力軸
　４　回転センサ
　５　等速ジョイント
　６　スクリュー部材
　６ａ、６ｂ　シャフト部
　７、８　ベアリング
　９　出力ロッド
　１０　保持部材
　１１　ナット部材
　１２　ブッシュ
　１４　ピニオンギヤ（ドライブギヤ）
　１５　ドリブンギヤ

Claims (5)

1. 　動力源と、
   　前記動力源から出力された回転動力が伝達されることにより回転するスクリュー部材と、
   　前記スクリュー部材が回転することにより前記スクリュー部材の回転軸方向に移動するナット部材と、
   　所定の部材にスライド可能に支持されるとともに、前記ナット部材の移動によってストロークし、かつ、前記ストロークによってクラッチの断接を行う出力ロッドと、
   を備えるクラッチアクチュエータ。
2. 　前記動力源の出力軸と前記スクリュー部材とを変位可能かつ相対回転不能に連結する等速ジョイントを備える請求項１記載のクラッチアクチュエータ。
3. 　前記動力源から出力された回転動力を減速して前記スクリュー部材に伝達する一又は複数段の減速機構を備える請求項１又は２記載のクラッチアクチュエータ。
4. 　前記減速機構は、
   　前記動力源の前記出力軸と一体に回転するドライブギヤと、
   　前記ドライブギヤと噛み合うとともに、前記ドライブギヤよりも径が大きく、かつ、前記スクリュー部材と一体に回転するドリブンギヤと、
   を備える請求項３記載のクラッチアクチュエータ。
5. 　前記スクリュー部材を回転可能に保持するハウジングを備える請求項１乃至４のいずれか一に記載のクラッチアクチュエータ。

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