JP6504347B2 - クラッチアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、クラッチを作動するクラッチアクチュエータに関する。

車両の変速機等に採用されているクラッチにおいて、その作動をクラッチアクチュエータにより行う技術が開発されている。例えば特許文献１には、クラッチの係合離脱をモータの駆動によって行うクラッチアクチュエータが開示されている。特許文献１のクラッチアクチュエータでは、クランク機構とスライダを組み合わせたスライダクランク機構により、モータの回転運動をスライダの直線運動に変換する構成となっており、詳しくはモータにより回転駆動される歯車の外周部付近の部位とスライド可能なピストン（スライダ）とをリンク部材で連結しており、ピストンの直線運動によってクラッチの係合離脱を行う。

更に、特許文献１は、デュアルクラッチトランスミッションにおける２つのクラッチをモータによって駆動する構成となっている。

特開２００９−２９９７３８号公報

ところで、一般的なシングルクラッチでは、スプリング等により係合方向に付勢しており、アクチュエータ等で離脱方向に作動させることが多い。
これに対し、デュアルクラッチトランスミッションでは、アクチュエータ等の故障時に変速機内での駆動系のロックを防止するために、スプリング等により離脱方向に付勢しており、アクチュエータによりクラッチを押し付けて係合する構成となっている。

このように、アクチュエータによりクラッチを押し付ける構成のクラッチ装置では、アクチュエータによってクラッチを押し付ける際に大きい押し付け力が必要となる。したがって、特許文献１のような、モータによってスライダクランク機構を介してクラッチを作動させる構成では、モータの回転トルクに対してクラッチを押し付けるためのスライダ推力が大きくなるようなリンク構成が望ましい。一方、クラッチの接続開始位置付近では、クラッチにおける伝達トルクを細かくコントロールするために、モータの回転角に対してスライダの移動距離を大きくした構成が望ましい。モータの回転トルクに対してスライダ推力を大きくするには、モータの回転角に対してスライダの移動距離を小さくすることになるので、クラッチの締結位置とクラッチの接続開始位置付近とでは相反する機能が要求されることになり、この要求を満たすようなスライダクランク機構に設定することが困難である。

また、このようなクラッチアクチュエータは、変速機に内蔵するので、スライダクランク機構の各要素の長さ等に制約があり、スライダクランク機構の設定が更に困難となってしまう。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、スライダクランク機構を介してモータによりクラッチの係合離脱を行なうクラッチアクチュエータにおいて、クラッチの押し付け力確保とクラッチの伝達力の制御精度を両立させるとともに、押し付け力の設定を容易に行なうことのできるクラッチアクチュエータを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本願発明のクラッチアクチュエータは、モータの出力軸の回転運動をスライダクランク機構により直線運動に変換して、クラッチを係合離脱させるクラッチアクチュエータであって、前記スライダクランク機構は、前記モータによりクランク軸回りに回転駆動されるクランク部材と、往復移動して前記クラッチの係合離脱を行なうスライダと、前記クランク部材の前記クランク軸から離間した先端部と前記スライダとを回転可能に連結するリンク部材と、により構成され、前記スライダの移動線に対し、前記クランク軸がオフセットして配置されるとともに、前記クランク部材が、前記スライダの移動線と垂直でかつ前記クランク軸を通る垂線から前記クラッチの押し付け方向と反対側に回転し、かつ前記クランク部材と前記リンク部材とが垂直であるときの前記スライダの移動位置を、前記クラッチが完全に開放される初期位置とする一方、前記クラッチの締結位置となる前記スライダの移動位置を、前記クラッチの接続開始から前記締結位置までの前記スライダの移動位置よりも、前記クランク部材の回転トルクに対する前記スライダによる前記クラッチの押し付け力が大きくなる位置とすることを特徴とする。

また、好ましくは、前記締結位置となる前記スライダの移動位置は、前記スライダの移動範囲の中で、前記回転トルクに対する前記押し付け力が最も大きくなる位置であるとよい。
また、好ましくは、前記クラッチは、複数の変速段の変速ギヤが２つのグループに分けられて第１の主軸及び第２の主軸のいずれかに配置された変速機の入力軸と前記第１の主軸及び前記第２の主軸との間に介装されるデュアルクラッチであるとよい。

本願発明のクラッチアクチュエータによれば、モータの駆動によってクラッチの係合離脱を行ない、モータとクラッチとの間にスライダクランク機構が介在することで、モータの駆動トルクに対してクラッチの押し付け力を非線形に制御することができる。そして、クラッチの締結位置となるスライダの移動位置を、クラッチの接続開始から締結位置までのスライダの移動位置よりも、スライダによるクラッチの押し付け力が大きくなる位置とすることで、クラッチの締結位置においてはクラッチの押し付け力を大きく、かつクラッチの接続開始から締結位置においてはモータの回転に対するスライダの移動距離を長くしてクラッチの押し付け力を細かく制御することができる。これにより、クラッチの接続の際に伝達力の制御を容易にすることができるとともに、締結後のクラッチの保持力を少ないモータの出力トルクで確保することができる。

更に、スライダの移動線に対してクランク軸がオフセットして配置されるので、当該オフセット量を変更することでモータの回転トルクに対するクラッチの押し付け力を変更することができる。これにより、スライダクランク機構の設計自由度が増し、スライダクランク機構の設定を容易にすることができる。

本実施形態のクラッチアクチュエータを採用した車両の走行駆動系の模式図である。 本実施形態のクラッチアクチュエータの構成図である。 本実施形態におけるスライダクランク機構の模式図である。 スライダクランク機構におけるスライダストロークとスライダ推力との関係の一例を示すグラフである。 クランクの回転半径を変更した場合での、スライダ推力の変化の一例を示すグラフである。 リンク長を変更した場合での、スライダ推力の変化の一例を示すグラフである。 オフセット量を変更した場合での、スライダ推力の変化の一例を示すグラフである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のクラッチアクチュエータ２０を採用した車両の走行駆動系の模式図である。
本実施形態のクラッチアクチュエータ２０は、デュアルクラッチトランスミッション１（変速機）を搭載した車両に採用されている。

図１に示すように、デュアルクラッチトランスミッション１は、第１の主軸２及び第２の主軸３を備えている。この第１の主軸２及び第２の主軸３と、フライホイール４を介してエンジン５の出力軸６に連結されるデュアルクラッチトランスミッション１の入力軸７との間には、夫々クラッチ８、９が備えられている（デュアルクラッチ１０）。第１の主軸２には偶数段の変速ギヤ、第２の主軸３には奇数段の変速ギヤが設けられており、これらの変速ギヤのうち任意のギヤを出力軸１１に設けられたギヤと係合して出力軸１１に動力を伝達する構造となっている。出力軸１１は、デフ１２を介して、車両の駆動輪１３に連結されている。

そして、２つのクラッチ８、９を交互に接続して、奇数及び偶数の変速ギヤに順次つなぎ替えることで変速時にエンジン５から駆動輪１３に切れ目の少ない動力伝達が可能となっている。
また、デュアルクラッチ１０に用いられるクラッチ８、９は、乾式単板のクラッチが用いられている。更に、クラッチ８、９は、動力を伝達しない離脱方向に向けて図示しないスプリングによって付勢されている。

クラッチ８、９は、図示しないダイヤフラムスプリングにより、プレッシャプレートを介して押し付けられて係合する。本実施形態では、クラッチアクチュエータ２０によって図示しないダイヤフラムスプリングに荷重を付与してクラッチ８、９を押し付ける構成となっている。
図２は、本実施形態のクラッチアクチュエータ２０の構成図である。

なお、図２は、デュアルクラッチ１０の２つのクラッチ８、９のうち一方のクラッチ８を係合離脱させるクラッチアクチュエータ２０について記載しており、他のクラッチ９も同様に、異なるクラッチアクチュエータ２０によって係合離脱させる。
図２に示すように、クラッチアクチュエータ２０は、モータ２１、減速機２２、スライダクランク機構２３を含んで構成されている。

減速機２２は複数の歯車によって構成され、モータ２１の出力軸の回転を減速して、最終段の扇形歯車２４を回転させる。なお、モータ２１は、例えば電気モータであって、限られた角度範囲内で回転するよう制御されており、よって扇形歯車２４も限られた角度範囲内で回転する。
スライダクランク機構２３は、クランク３０（クランク部材）と、スライダ３１と、リンク部材３２により構成されている。

クランク３０は、扇形歯車２４の回転中心軸（クランク軸３３）に一端が固定されており、扇形歯車２４の回転によって揺動する。
スライダ３１は、クラッチ８の押し付け方向に移動可能に支持されている。
リンク部材３２は、一端部（連結部３２ａ）において揺動するクランク３０の先端に回転可能に連結されるとともに、他端部（連結部３２ｂ）においてスライダ３１に回転可能に連結されている。

更に、本実施形態のスライダクランク機構２３では、クランク軸３３とスライダ３１の移動線であるスライダ軸線ｍ（スライダ移動線）とがオフセットして配置されている。
本実施形態のクラッチアクチュエータ２０は、モータ２１の回転を減速機２２により減速し、スライダクランク機構２３により直線運動に変換してスライダ３１をクラッチ８の軸線方向に直線移動させ、クラッチ８の係合離脱を行なう構成となっており、特に、モータ２１の回転トルクによってクラッチ８を押し付け方向に移動させて係合させる。

図３は、スライダクランク機構２３の模式図である。
図３に示すように、スライダクランク機構２３の構成について、クランク３０の回転半径（クランク軸３３と連結部３２ａとの間の長さ）をＡ、リンク長（リンク部材３２の連結部３２ａと連結部３２ｂとの間の長さ）をＢ、クランク軸３３とスライダ軸線ｍとのオフセット量をＣとし、モータ２１によって減速機２２を介してクランク３０に回転トルクＴを与えると、スライダ軸線ｍと垂直でかつクランク軸３３を通る線ｎ（垂線）とクランク３０との角度であるクランク角θであるときに、スライダ３１がスライダ軸線ｍ方向に押す力であるスライダ推力Ｆは、以下の式（1）で求められる。

したがって、クランク角θが変化することでスライダ推力Ｆが変化する。
また、クランク３０の回転角に対するスライダ３１の移動距離についても、クランク角θに伴って変化する。なお、スライダ３１の移動距離は、スライダ推力Ｆが小さくなるクランク角θでは大きく、スライダ推力Ｆが大きくなるクランク角θでは小さくなるといったように相反関係となる。

本実施形態では、このスライダクランク機構２３のクランク３０が線ｎからクラッチ８の押し付け方向と反対側に角度θ1回転した位置（例えばクランク３０とリンク部材３２とが垂直になる位置）を、クラッチ８が完全に開放されるスライダ初期位置（初期位置）とし、スライダ初期位置からクラッチ８の押し付け側に角度θ2回転した位置をクラッチ８が締結する締結位置とする。

なお、上記のように、スライダ３１とクラッチ８を押すプレッシャプレートとの間には、ダイヤフラムスプリングが介在しており、ダイヤフラムスプリングは、クラッチ８が接続開始してからスライダ３１の移動量が増加するに伴ってクラッチ８を押す力が増加する荷重特性であるので、このダイヤフラムスプリングの荷重特性とクラッチアクチュエータ２０によるスライダ推力Ｆの出力特性を加えて、クラッチ８の締結位置において確実に締結されるのに必要な押し付け力が得られるように設定すればよい。

図４は、スライダクランク機構２３におけるスライダストロークＳとスライダ推力Ｆとの関係の一例を示すグラフである。
本実施形態では、スライダクランク機構２３を用いることで、図４に示すように、スライダ初期位置から押し付け方向へのスライダ３１の移動量（スライダストロークＳ）とスライダ推力Ｆとが非線形の関係となる。特に、クランク３０とリンク部材３２との角度が１８０度付近でスライダ推力Ｆは急激に大きくなる。

そして、このスライダクランク機構２３によって非線形となるクラッチアクチュエータ２０の出力特性とクラッチ８の締結位置とを関連付けて設定しており、クラッチ８が締結されるスライダ３１の移動位置（締結領域Ｅ）では、クラッチ８の接続開始から締結位置までのスライダ３１の移動位置（領域Ｄ）よりもスライダ推力Ｆが大きくなるように設定されている。特にクラッチ８の締結位置では、スライダ３１の移動範囲の中で、クランク３０の回転トルクＴに対するスライダ推力Ｆが最も大きくなるように、例えばクランク３０とリンク部材３２との角度を１８０度付近の領域に設定するとよい。

なお、図４では、回転トルクＴを変更した場合でのスライダ推力Ｆを示しており、図４中のａ線が回転トルクＴの最小設定時、ｂ線が回転トルクＴの最大設定時を示している。図４に示すように、スライダストロークＳが増加するに伴ってスライダ推力Ｆが大きくなるが、回転トルクＴが小さくなるほど締結位置付近でより急激にスライダ推力Ｆが増加するようになる。

図５〜図７は、本実施形態においてスライダクランク機構２３の各部位の長さを変更した場合での、スライダ推力Ｆの変化の一例を示すグラフである。クランク３０の回転トルクＴを一定にした状態で、図５はクランク３０の回転半径Ａを変更した場合、図６はリンク長Ｂを変更した場合、図７はオフセット量Ｃを変更した場合を示す。図５〜図７において、線ａは基準値であり、線ｂは長さを基準値の１．３倍に変更した場合を示す。

図５に示すように、クランク３０の回転半径Ａを１．３倍に変更するとスライダ推力Ｆは増加する。図６に示すように、リンク長Ｂを１．３倍に変更するとスライダ推力Ｆは大幅に増加する。図７に示すように、オフセット量Ｃを１．３倍に変更すると、スライダ推力Ｆは減少する。このように、クランク３０の回転半径Ａ、リンク長Ｂ、オフセットＣのいずれを変更しても、スライダ推力Ｆ、即ちクラッチアクチュエータ２０の出力特性を変更することができる。

以上のように、本実施形態では、スライダクランク機構２３を備えたクラッチアクチュエータ２０をクラッチ８に採用することで、モータ２１による回転運動をスライダ３１の直線運動に変換する構成となっており、クランク３０の回転位置によって、モータ２１の回転トルクに対するスライダ推力Ｆが変化する。このとき、クラッチアクチュエータ２０の出力であるスライダ推力Ｆは、非線形の特性となる。そして、この非線形となるクラッチアクチュエータ２０の出力特性とクラッチ８の接続状態とを関連づけて設定することで、図４に示すように、クラッチ８の接続開始から締結するまでのクラッチストロークＳの領域（Ｄ）ではクラッチストロークＳに対するスライダ推力Ｆの増加率を抑え、クラッチ８が締結される締結領域（Ｅ）ではスライダ推力Ｆを大幅に増加させることができる。

したがって、クラッチ８の接続開始から締結するまでは、クラッチストロークＳの変化に対してスライダ推力Ｆの変化が抑えられ、モータ２１の回転角の制御によってスライダ推力Ｆを細かく制御することができる。これにより、クラッチ８の接続の際に伝達トルクの制御を精度よく行なうことができる。
また、クラッチ８の締結時（締結後）には、モータ２１の回転トルクに対してスライダ推力Ｆを大幅に大きくすることができるので、モータ２１の回転トルクを抑えた上でスライダ推力Ｆを大きく確保して、クラッチ８を確実に締結保持することができる。

更に、本実施形態では、減速機２２によってモータ２１の回転トルクを増幅してクランク３０の回転トルクＴとし、更にスライダクランク機構２３によってクランク３０の回転トルクＴから大きなスライダ推力Ｆに変換することができるので、モータ２１の必要な出力が抑えられ小型化することができる。
また、スライダクランク機構２３を用いることで、クランク３０の回転半径Ａ、リンク長Ｂ、オフセット量Ｃの各設定によって、クラッチアクチュエータ２０の出力特性を夫々変更することができるので、所望の出力特性となるようにスライダクランク機構２３の構成を容易に設定することができる。

特に、本実施形態では、クランク３０の回転半径Ａ、リンク長Ｂだけでなく、オフセット量Ｃも変更設定可能であるので、設計自由度を大幅に増加させることができる。また、オフセット量Ｃを設ける、即ちクランク軸３３とスライダ軸線ｍとをオフセットして配置することで、クランク軸３３とクラッチ８の中心軸との干渉を容易に防止することができる。

また、本実施形態では、デュアルクラッチ１０に本発明のクラッチアクチュエータ２０を採用しているが、デュアルクラッチトランスミッション１では、２個のクラッチ８、９が同時に接続されると内部でロックしてしまう虞がある。
しかし、本実施形態では、クラッチアクチュエータ２０が、減速機２２及びスライダクランク機構２３によってモータ２１からスライダ３１に動力を伝達する構造であり、スライダ３１からモータ２１へ動力を伝達可能な可逆性を有している。したがって、例えばモータ２１等の故障によりモータ２１の出力軸の回転がフリーとなった場合には、クラッチ８の離脱方向へのスライダ３１の移動が可能であり、クラッチ８の押し戻しによる自動開放が可能となり、デュアルクラッチトランスミッション１内でのロックを防止することができる。

なお、本願発明は上記実施形態に限定するものではない。例えば、スライダクランク機構２３におけるスライダ初期位置等の詳細な設定については、適宜変更してもよい。また、シングルクラッチの変速機に本願発明のクラッチアクチュエータを適用してもよい。
本願発明は、クラッチをモータによって作動させるクラッチアクチュエータにおいて、広く適用することができる。

１ デュアルクラッチトランスミッション（変速機）
２ 第１の主軸
３ 第２の主軸
８、９ クラッチ
１０ デュアルクラッチ
２０ クラッチアクチュエータ
２１ モータ
２３ スライダクランク機構
３０ クランク（クランク部材）
３１ スライダ
３２ リンク部材
３３ クランク軸
ｍ スライダ軸線（スライダ移動線）

Claims (3)

1. モータの出力軸の回転運動をスライダクランク機構により直線運動に変換して、クラッチを係合離脱させるクラッチアクチュエータであって、
   前記スライダクランク機構は、
   前記モータによりクランク軸回りに回転駆動されるクランク部材と、
   往復移動して前記クラッチの係合離脱を行なうスライダと、
   前記クランク部材の前記クランク軸から離間した部位と前記スライダとを回転可能に連結するリンク部材と、により構成され、
   前記スライダの移動線に対し、前記クランク軸がオフセットして配置されるとともに、
   前記クランク部材が、前記スライダの移動線と垂直でかつ前記クランク軸を通る垂線から前記クラッチの押し付け方向と反対側に回転し、かつ前記クランク部材と前記リンク部材とが垂直であるときの前記スライダの移動位置を、前記クラッチが完全に開放される初期位置とする一方、
   前記クラッチの締結位置となる前記スライダの移動位置を、前記クラッチの接続開始から前記締結位置までの前記スライダの移動位置よりも、前記クランク部材の回転トルクに対する前記スライダによる前記クラッチの押し付け力が大きくなる位置とすることを特徴とするクラッチアクチュエータ。
2. 前記締結位置となる前記スライダの移動位置は、前記スライダの移動範囲の中で、前記回転トルクに対する前記押し付け力が最も大きくなる位置であることを特徴とする請求項１に記載のクラッチアクチュエータ。
3. 前記クラッチは、複数の変速段の変速ギヤが２つのグループに分けられて第１の主軸及び第２の主軸のいずれかに配置された変速機の入力軸と前記第１の主軸及び前記第２の主軸との間に介装されるデュアルクラッチであることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチアクチュエータ。

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