JP2009511845A - ラッチ型リニア・アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギの寄生消費を低減し，そのための追加的な装置や制御部材を必要としない流体圧作動型のアクチュエータを提案する。
【解決手段】 本発明に係るアクチュエータは，ハウジング（２）と，流体チャンバ（４）と，流体チャンバ（４）内での流体圧変化に応じてハウジング（２）内で中心軸線（１）方向に進退する作動部材（２６）とを具える。作動部材（２６）のための相前後する二つの復帰位置を限定する双安定ラッチ（１８，２０）が更に設けられ，そのラッチが所定位置への前進に際してアクチュエータの安定状態を切り換える。

Description

本発明はリニア・アクチュエータに関し，特に，機械の回転機構に関連するクラッチ用のラッチ型アクチュエータに関するものである。

リニア・アクチュエータは，典型的には，流体圧が作用しているか否かに応じて進退運動を行うものである。

クラッチは，駆動系の係合・解放を司るため，典型的には，所要に応じてトルク伝達を許容するために機械に設けられる。この種クラッチは，リニア・アクチュエータにより駆動されることがある。本明細書において，用語「クラッチ」とは，そのような選択的に係合可能な装置を包含しており，異なる名称で認知されている可能性のある装置を除外するものではない。

この種クラッチの使用例としては，互いに結合した複数の遊星歯車列を具え，その相対回転部分を選択的に拘束することにより入出力間での異なる変速比を達成する流体圧型／遊星歯車式の車両用自動変速機が挙げられる。このような変速機における回転部分は互いに拘束するか，又は変速機ケーシング上に接地することがあり，その目的のために係合・解放可能なクラッチが設けられる。ある種のクラッチは，遊星歯車列におけるリングギヤ上に係合させ得るブレーキバンドとして構成されることがある。

このようなクラッチを作動させるため，エンジン又は変速機で駆動されるポンプにより加圧される作動流体源が設けられる。選択されたクラッチに対し，適当なバルブシステム及びガバナにより作動流体を供給して，所望の速度比を達成するものである。

クラッチは，典型的には非加圧時に解放状態とされている。換言すれば，流体圧は，クラッチを係合させ，かつ係合状態に維持するために使用されるのである。そして，流体圧が供給されなくなるとクラッチが解放され，その解放を援助するために適当なばね復元力を作用させることがある。

この種の変速機における問題点は，作動流体を，係合状態にあるクラッチに関連するアクチュエータ内で圧力下に維持する必要があり，したがって可動部材がデタントによって係止される手動式装置と対比してエネルギの寄生消費が大きいことである。

本発明が解決しようとする課題は，このようなエネルギの寄生消費を低減又は解消することができ，しかも，そのための追加的な装置や制御部材を必要としないアクチュエータを提案することである。

本発明は，ハウジングと，流体チャンバと，該流体チャンバ内における流体圧の変化に応じてハウジング内で中心軸線方向に進退する作動部材とを具える流体圧作動型のアクチュエータであって，作動部材のための相前後する二つの復帰位置を限定する双安定ラッチを更に含み，該ラッチが所定位置への前進に際して状態を切り換えることを特徴とするアクチュエータを提供するものである。

本発明に係るアクチュエータは，好適には，作動部材を復帰位置に向けて附勢するための弾性手段を更に含む。この場合，使用時にアクチュエータは附勢力に抗して前進し，好適には初期のプリロード下にあるものである。

双安定ラッチにより，作動部材は，その休止位置に向けて復帰する際に，前後する二つの復帰位置の何れか一方を占める。これらの復帰位置は，二つの安定状態を有する構成要素，例えば変速機のクラッチの作動状態および不作動状態に対応させることができる。作動部材は，例えば，クラッチにおける被動プレート用圧力プレート等からなる締結部材に作用させることができる。好適な実施形態では，アクチュエータはクラッチの回転軸線に対して同軸的に配置する。

好適な実施形態において，双安定ラッチは，入力部材と，出力部材と，これら入力部材及び出力部材を共に附勢するためのばねとを具える。さらに，双安定ラッチにおける入力部材及び出力部材は，一方向性のラチェットにより相対回転を許容するよう互いに噛み合う歯を有し，ラチェットの各動作段階が双安定ラッチの一方又は他方の安定状態に対応する。一方向性のラチェットは，例えば入力部材及び出力部材における歯の相互に直接対向する側面に適当な角度を付与した構成として実現することができ，歯の他方の側面は，概ね中心軸線周りでの半径方向面内に配置されている。

好適には，ハウジングが中心軸線と同軸の円形断面形状を有し，前記入力部材及び出力部材がハウジング内に配置されたリングを具え，該リング及びハウジングが回り止め部を有し，出力部材が作動部材の所定位置において回り止め部から解放されている。好適な実施形態において，ハウジングは端部が開放したドラムからなり，リングの外歯と噛み合わせ可能な内歯スプラインを有し，そのスプラインのピッチはリングのラチェット移動距離の半分に対応している。スプラインは，中心軸線に沿うリングの軸線方向運動を許容し，出力リングを解放させることにより相対的なラチェット運動を行わせるに適合した長さを有する。スプラインピッチの１／２ずつのラチェット運動により，出力リングは交互にスプライン内に向けて附勢され，又は相対的に前進した位置においてスプラインの端部に係留される。

好適には，前記復帰位置のうちの最も後退した復帰位置において作動部材が入力部材を介してハウジングに向けて附勢され，前記復帰位置のうちの最も前進した復帰位置において作動部材が出力部材を介してハウジングに向けて附勢される。すなわち，ハウジングは，弾性手段により，入力部材及び出力部材の一方又は他方を介して及ぼされる復帰荷重に応動するものである。

好適な実施形態においては，ベルビルばねを作動部材のための弾性的な復帰手段として使用し，これに対して出力部材は，比較的弱い圧縮コイルばねにより入力部材に向けて附勢する。これらのばねは，その大部分に亘って軸線方向に共存させるのが好適である。

ドラム状ハウジング内には，中心軸線上での出力用のクラッチ被動プレートを配置することができる。クラッチは，ドラム内に駆動プレート及び被動プレートが交互に配置され，ハウジングの開口内に適当なスナップリングで保持された多板クラッチとして構成することができる。駆動プレートは，例えば，ドラム内面にスプライン結合され，開口部に向けての軸線方向の相対的なクランプ運動を行う構成とする。

好適な実施形態において，ドラム状ハウジングの端壁は側壁と共に流体チャンバを限定し，そのチャンバ内にはピストン又はダイヤフラムが配置されて軸線方向運動を作動部材に伝達する。双安定型ラッチの入力部材に直接的に作用するピストンを配置することができる。

このように，本発明によれば，圧力パルスを反復的に作用させてクラッチ等の構成要素を連続的に係合及び解放させることが可能である。自動的な車両用変速機に関しては，一方の双安定状態でクランプ圧を，流体圧を作用させずに維持することができるため，寄生的なエネルギ損失を排除することが可能である。さらに，構成要素を典型的なクラッチハウジングに内蔵することができ，したがって外装型のラッチ等は回避することができる。

本発明は，アクチュエータの中間的な状態を必要としない調節機構として特に適合している。特に重要な特徴は，一方向的な反復運動によってアクチュエータを，双安定状態の間で交互に切り替え可能としたことである。

以下，本発明を図示の例示的な実施形態に基づいて更に詳述する。

図１及び２は湿式クラッチ・アクチュエータ組立体の半裁縦断面図であり，この組立体は回転軸線１に関して対称的である。

クラッチは円筒カップ状のハウジング２を具え，このハウジングは適当な軸受（図示せず）により対称軸線１を中心として回動可能に支持されている。ハウジング内面には軸線方向に延在する内歯スプライン３が設けられており，これらの内歯スプライン３は，軸線方向に互いに離間して配置された数個の環状駆動プレート５における外歯スプライン４と係合するものである。駆動プレート５の相互間には，環状の被動プレート６が交錯配置されている。被動プレート６は内歯スプライン７を有し，これらの内歯スプライン７は，やはり回転軸線１を中心として回動可能な円形被動部材９におけるスプライン８と係合するものである。

ストッパ部材１０（例えば，弾性スナップリング）をハウジング２における開放した開口部内に配置して，プレート５，６の左向き変位を規制する。ハウジング２及び被動部材９は，駆動力を相互間で伝達すべき変速機における適宜の構成要素に接続される入力部材及び出力部材を構成するものである。駆動方向は逆転させることができ，その場合には駆動プレートが被動プレートとなり，被動プレートが駆動プレートとなる。

典型的には，被動プレート６は，普通鋼よりなる駆動プレート５と摩擦係合する適当な摩擦材料で構成されている。しかし，適切なトルク容量が確保できれば，適当な任意の材料を組み合わせることができる。

ハウジング２の端壁１１により管状チャンバ１４を限定し，そのチャンバ内に管状ピストン１２を中心軸線１に沿って往復動可能に配置する。ピストン１２は通常のエラストマ・シール１３を有し，端壁１１はチャンバ１４のための流体流路１６を限定するよう肉厚を有している。

ピストン１２と，互いに交錯配置されたプレート５，６との間には，ラッチ機構を配置する。このラッチ機構は駆動リング１８と，軸線方向に離間したラッチリング２０とを具え，これらのリングには，後述する態様により双安定状態を付与し得る歯付き係合部２２，２４が設けられている。リング１８，２０は外歯３２を有し，これらの外歯３２は，ハウジング２の内周面に設けたスプライン３４と係合するものである。したがって，リング１８，２０は，後述する場合を除き，相対回転が阻止されている。

ラッチリング２０は切頭円錐形状の圧縮コイルばね３８により，図面における右向きに附勢され，この圧縮コイルばね３８は，スプライン３の端部に設けられているストッパに対して作用するものである。

駆動リング１８はその内周部において左向きに延在し，ベルビルばね２８のためのばね座を限定する作動リング２６と当接する。ベルビルばね２８の他側は，交錯配置したプレート５，６のうちの最外側プレートに対し，半径方向の略中間位置において当接している。

上述した各構成要素はハウジング２の開口部から順次に組み込むことができ，べりビルばね２８により互いに離間する方向に附勢されて，ピストン１２を復帰状態に着座させるものである。図１の配置において，駆動リング１８及びラッチリング２０は，第１の双安定状態にあって互いに近接している。この状態では，互いに交錯配置したプレート５，６はガタツキを生じない程度の軽い接触下にあるが，十分なトルクを伝達することはできない。ベルビルばね２８の反力は，駆動リング１８及びピストン１２を介してハウジング２に伝達される。

図２の配置においては，リング１８，２０が更に左側に位置する第２の双安定状態にある。したがって，べりビルばね２８が十分なクランプ荷重を作用させ，プレート５，６はその両者間で十分なトルクを伝達することができる。この状態で，ベルビルばね２８の反力はラッチリング２０を介してハウジング２に伝達される。駆動リング１８及びピストン１２には荷重が及ぼされないが，これらは，シール１３からの摩擦により左側位置に維持される傾向を呈する。

図３ａ〜３ｈは，リング１８，２０における歯型部２２，２４の展開図である。各構成要素は，初めは図１の状態（すなわち，クラッチの解放状態）にあるものと仮定する。歯型部２２，２４は図３ａに示すとおりである。

流路１６を経て圧力を作用させると，駆動リング１８が左向きに附勢され，図３ｂに示すように歯型部３２を，スプライン３４を超える位置まで変位させる。この軸線方向変位状態でラッチリング２０は自由回転可能であり，図３ｃに示すように駆動リング１８と完全に係合するまで矢印２１方向に自由回転する。この自由回転は，接触点５０の斜面と，コイルばね３８のばね力とに起因するものである。

流路１６内の圧力を解放すると，ベルビルばね２８が作動リングを後退方向に附勢し，その結果としてラッチリング２０は，そのスプライン３２が図２に示すようにスプライン３４と噛み合うまで，右向きに移動する。この時点において，ラッチリング２０の更なる右向き移動は阻止され，クラッチプレート５，６は図２に示す係合状態に維持される。

ベルビルばね２８の力／変位特性を有利に活用することにより，ラッチリング２０が最左側状態に向けて附勢される図３ｂの状態において，クラッチパックに作用させる荷重を減少させることが可能である。ラッチリングが右向きに移動すると，ベルビルばね２８により及ぼされる力が増加する。したがって，クラッチパックの磨耗に応じてクランプ力を徐々に増加させることが可能である。

クラッチを解放するためには，流路１６を経て圧力を再び作用させる（図３ｅ）。ラッチリング２０が再び変位してスプラインから解放され（図３ｆ），ラッチリングのスプライン３２がスプライン３４と整合するまで矢印２１方向に回転する（図３ｇ）。その結果，ラッチリングが休止位置（図３ｈ）まで復帰し，その休止位置においてクラッチパックは解放されており，ベルビルばね２８はほぼ弛緩状態となる。

図３ａ及び図３ｈを対比すれば明らかなとおり，相対的な軸線方向位置は同一であるが，ラッチリング２０は駆動リング１８に対して割り出し変位している。歯型部３２，３４の配置が対称的かつ連続的であることにより，流路１６内で圧力の無限サイクリングを容易に生じさせ，クラッチパック５，６を反復的に係合及び解放させることが可能である。

割り出し変位は圧力の反復的負荷により達成され，連続作動を保障するために追加的な方向性機構は不要である。さらに，クラッチの外装エンベロープは実質的な変更を要するものではない。

図１は本発明に係るアクチュエータを含むクラッチを解放状態で示す半裁縦断面図である。 図２は図１のアクチュエータの係合状態を示す同様な縦断面図である。 図３ａ〜３ｈは，図１及び２のアクチュエータの双安定状態を規定する相互係合部を示す一連の展開図である。

符号の説明

１ 中心軸線
２ ハウジング
４ 流体チャンバ
５，６ クラッチプレート
１２ ピストン
１８ 入力部材としての駆動リング
２０ 出力部材としてのラッチリング
２６ 作動部材
２８ 弾性手段としてのベルビルばね
３２，３４ 回り止め部
３８ 圧縮コイルばね

Claims (10)

1. ハウジング（２）と，流体チャンバ（４）と，該流体チャンバ（４）内における流体圧の変化に応じて前記ハウジング（２）内で中心軸線（１）方向に進退する作動部材（２６）とを具える流体圧作動型のアクチュエータであって，前記作動部材（２６）のための相前後する二つの復帰位置を限定する双安定ラッチ（１８，２０）を更に含み，該ラッチが所定位置への前進に際して状態を切り換えることを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のアクチュエータであって，前記作動部材（２６）を復帰位置に向けて附勢するための弾性手段（２８）を更に含むことを特徴とするアクチュエータ。
3. 請求項１又は２に記載のアクチュエータであって，前記双安定ラッチが入力部材（１８）と，出力部材（２０）と，これら入力部材及び出力部材を共に附勢するためのばね（３８）とを具え，前記入力部材及び出力部材が一方向的なラチェットにより相対回転を許容するよう互いに噛み合う歯を有し，各ラチェット動作段階が前記双安定ラッチの一方又は他方の状態に対応することを特徴とするアクチュエータ。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータであって，前記ハウジング（２）が前記中心軸線（１）を中心とする円形断面形状を有し，前記入力部材及び出力部材が前記ハウジング内に配置されたリング（１８，２０）を具え，該リング及び前記ハウジングが回り止め部（３２，３４）を有し，前記出力部材（２０）が前記作動部材の所定位置において前記回り止め部から解放されていることを特徴とするアクチュエータ。
5. 請求項４に記載のアクチュエータであって，前記作動部材（２６）は，前記復帰位置のうち最も後退した後退位置において前記入力部材（１８）を介して前記ハウジング（２）に向けて附勢され，前記復帰位置のうち最も前進した復帰位置において前記出力部材（２０）を介して前記ハウジング（２）に向けて附勢されることを特徴とするアクチュエータ。
6. 請求項５に記載のアクチュエータであって，前記作動部材（２６）を復帰状態に向けて附勢するベルビルばね（２８）と，前記出力部材（２０）を前記入力部材（１８）に向けて附勢する圧縮コイルばね（３８）とを更に具えることを特徴とするアクチュエータ。
7. 請求項４〜６の何れか一項に記載のアクチュエータであって，前記ハウジング（２）内に配置されたクラッチ被動プレート（６）を更に具え，該クラッチ被動プレート（６）は，前記中心軸線（１）上で回動可能な出力部を有し，かつ，前記双安定ラッチの一方の状態においてトルクを伝達し，前記双安定ラッチの他方の状態においてスリップすることを特徴とするアクチュエータ。
8. 請求項６又は７に記載のアクチュエータであって，前記ハウジング（２）内でスライド可能であるも相対回転が拘束されたクラッチ圧力プレートを更に含み，前記作動部材（２６）は前記圧力プレートに対して前記ベルビルばね（２８）を介して作用することを特徴とするアクチュエータ。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載のアクチュエータであって，前記流体チャンバ（４）が前記ハウジング内に配置されていることを特徴とするアクチュエータ。
10. 請求項９に記載のアクチュエータであって，前記流体チャンバ（４）が，その内部で前記中心軸線（１）に沿ってスライド可能であり，かつ，前記入力部材（１８）を前進方向に向けて附勢するピストン（１２）を含むことを特徴とするアクチュエータ。

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