(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作範囲のトルクを駆動部材から従動部材に伝達するための複合クラッチ（２０、１２０）であって、
前記駆動部材に連結されたある数の第１の摩擦クラッチ部材（３８）と、前記従動部材に連結されたある数の第２の摩擦クラッチ部材（４２）とを備える摩擦クラッチアセンブリ（３４、１３４）と、
前記駆動部材に連結された第１の噛み合い部材（４６）と、前記従動部材に連結された第２の噛み合い部材（４８）と、前記第２の噛み合い部材（４８）に摺動自在に連結された噛み合いアーム（５４）と、前記噛み合いアーム（５４）と前記第２の噛み合い部材（４８）との間に配置され、前記噛み合いアーム（５４）を、前記第１の噛み合い部材（４６）から離間した後退位置に付勢するスプリング（５６）とを備えるドッグクラッチアセンブリ（３６、１３６）と、
前記ドッグクラッチアセンブリ（３６、１３６）に動作可能に連結されるアクチュエータアセンブリ（６０、１６０）と、
を含み、
前記アクチュエータアセンブリ（６０、１６０）が前記噛み合いアーム（５４）を前記第１の噛み合い部材（４６）と係合させ、それにより前記第１及び第２の噛み合い部材（４６、４８）が動かされて係合位置となり、
前記アクチュエータアセンブリ（６０、１６０）によって供給される力が、前記スプリング（５６）を圧縮するのに必要な力未満である間、前記第１及び第２の摩擦クラッチ部材（３８、４２）が解放位置からトルク伝達位置に動くことができる、
クラッチ。
【請求項２】
前記アクチュエータアセンブリ（６０、１６０）によって供給される前記力が、前記トルクの動作範囲のうち、前記摩擦クラッチアセンブリの運転モードである第１の部分（８４）に相当する、請求項１に記載のクラッチ。
【請求項３】
前記アクチュエータアセンブリ（６０、１６０）によって供給される力が、前記スプリング（５６）を圧縮するのに必要な力より大きい間、前記第１及び第２の噛み合い部材（４６、４８）が解放位置から係合位置に動くことができる、請求項１に記載のクラッチ。
【請求項４】
前記アクチュエータアセンブリ（６０、１６０）によって供給される前記力が、前記トルクの動作範囲のうち、前記ドッグクラッチアセンブリの運転モードである第２の部分（９０）に相当する、請求項３に記載のクラッチ。
【請求項５】
前記アクチュエータアセンブリ（６０、１６０）が前記第２の噛み合い部材（４８）を前記第１の摩擦クラッチ部材（３８）と係合させ、それにより前記第１及び第２の摩擦クラッチ部材（３８、４２）が動かされてトルク伝達位置となる、請求項１に記載のクラッチ。
【請求項６】
前記摩擦クラッチアセンブリ（３４、１３４）と前記ドッグクラッチアセンブリ（３６、１３６）とが軸方向に整列する、請求項１に記載のクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２００８年４月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／０４５，４７７号明細書に対する優先権を主張する正規の出願である。
【０００２】
本開示は、概してトルク伝達部品に関し、より詳細には、車両においてトルクを伝達するために使用されるクラッチに関する。
【背景技術】
【０００３】
車両においてトルクを伝達するため、様々なタイプのクラッチが使用されている。オートマチックトランスミッションを有する車両では、例えば、複数のクラッチを使用して選択されたギヤセットを係合したり、又は離脱させたりすることで、所望のギヤ比を得る。このために提供されるクラッチは、典型的には摩擦板クラッチであり、これは、回転自在なハブにスプライン結合される複数の内側のプレート、すなわち駆動プレートを備える。ハウジング又はケースがハブと同軸状に整列し、これは、ハブとは独立して回転するように支持される。複数の外側のプレート、すなわち従動プレートがハウジング又はケースにスプライン結合されるとともに、それらは駆動プレートの間に間置され、従って駆動プレートと従動プレートとが共通の軸上に交互に配置される。駆動プレートは、プレートの一方又は双方の側面に摩擦材料を備える。油圧ピストンなどのアクチュエータが圧力による力を加えることで、駆動プレートと従動プレートとが押し合わされて係合し、それによりハブからハウジングへのトルクの供給が可能となる。
【０００４】
摩擦板クラッチで使用されるプレートの枚数は、典型的には所望の最大トルクを伝達するように選択される。空間の制約及びアクチュエータが生成することのできる最大圧力のため、より高いトルク供給は、典型的には追加のプレートを提供することによって実現される。結果として、摩擦板クラッチは、一般に数枚のプレートを使用することで最大トルク設計に対応する。しかしながら、クラッチが解放されているか、又はアイドリング状態のとき、駆動プレートと従動プレートとの間に、それらが互いに異なる速度で回転するときに存在する粘性の剪断作用により、プレートは有害抗力トルクを生じる。この抗力トルクは、オートマチックトランスミッションの車両燃費に悪影響を及ぼすため、必要以上のプレートの使用はこの問題を悪化させる。
【０００５】
また、摩擦プレートを多く使用すると、低トルク範囲における摩擦クラッチの制御性も低下する。アクチュエータ圧力と摩擦板クラッチにより生成されるトルク供給量との間の関係は、図１の破線４によって示されるとおり、実質的に線形である。多数の摩擦プレートを使用するとき、所与のアクチュエータ圧力の増加に対するトルクの増加は比較的大きい。その結果、曲線４によって示されるとおり比較的急激な傾きとなり、これは、クラッチの圧力に対する感度が高いことを示している。上述のとおり、アクチュエータは典型的には油圧アクチュエータであり、これは作動油を使用してアクチュエータ圧力を作り出す。作動油は、電磁弁などの、操作可能に連結された制御装置を有する油圧制御弁中を流れる。従来の摩擦板クラッチはアクチュエータ圧力に対し高い感度を示すため、所望のトルクを得るための油圧制御弁の制御は一層困難である。
【０００６】
摩擦プレートと、噛み合い結合又は機械的結合との双方を用いる同期クラッチが公知である。例えば、Ｃａｌｄｗｅｌｌに対する米国特許第６，９６６，８０５号明細書は、ドッグクラッチ要素の係合前に駆動軸と従動軸との回転速度を少なくとも部分的に同期させるための摩擦機構を有する船舶用トランスミッションを開示している。この摩擦機構はいくらかのトルクを供給するが、従動軸のみが駆動軸と十分に同期するように回転し始め、トランスミッションの動作トルク範囲のうちいかなる感知され得る部分にわたる動作も意図されない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に従えば、動作範囲のトルクを駆動部材から従動部材に伝達するための複合クラッチが提供され、これは、摩擦クラッチアセンブリを有する。摩擦クラッチアセンブリは、駆動部材に連結されたある数の第１の摩擦クラッチ部材と、従動部材に連結されたある数の第２の摩擦クラッチ部材とを備える。第１の摩擦クラッチ部材と第２の摩擦クラッチ部材とは、解放位置からトルク伝達位置に動くことができ、ここで第１の摩擦クラッチ部材の数及び第２の摩擦クラッチ部材の数は、トルクの動作範囲の第１の部分にわたってトルクを伝達するように選択される。ドッグクラッチアセンブリが、駆動部材に連結された第１の噛み合い部材と、従動部材に連結された第２の噛み合い部材とを備え、ここで第１の噛み合い部材と第２の噛み合い部材とは、解放位置から係合位置に動くことができ、この係合位置では、第１の噛み合い部材と第２の噛み合い部材とが、互いに機械的に係止される。アクチュエータアセンブリが摩擦クラッチアセンブリとドッグクラッチアセンブリとに動作可能に連結され、それにより第１の摩擦クラッチ部材と第２の摩擦クラッチ部材とを解放位置とトルク伝達位置との間で選択的に動かし、及び第１の噛み合い部材と第２の噛み合い部材とを解放位置と係合位置との間で動かす。
【０００８】
本開示の別の態様に従えば、動作範囲のトルクを駆動部材から従動部材に伝達するための複合クラッチが提供され、これは、摩擦クラッチアセンブリを有する。摩擦クラッチアセンブリは、駆動部材に連結されたある数の第１の摩擦クラッチ部材と、従動部材に連結されたある数の第２の摩擦クラッチ部材とを備える。ドッグクラッチアセンブリが、駆動部材に連結された第１の噛み合い部材と、従動部材に連結された第２の噛み合い部材と、第２の噛み合い部材に摺動自在に連結された噛み合いアームと、噛み合いアームと第２の噛み合い部材との間に配置され、噛み合いアームを、第１の噛み合い部材から離間した後退位置に付勢するスプリングとを備える。アクチュエータアセンブリがドッグクラッチアセンブリに動作可能に連結され、それにより選択的に第１の摩擦クラッチ部材と第２の摩擦クラッチ部材とが解放位置とトルク伝達位置との間で動かされ、及び第１の噛み合い部材と第２の噛み合い部材とが解放位置と係合位置との間で動かされる。
【０００９】
動作範囲のトルクを駆動部材から従動部材に伝達するためのクラッチ制御システムが提供され、これは、摩擦クラッチアセンブリとドッグクラッチアセンブリとを備える複合クラッチを有する。複合クラッチは、トルクの動作範囲の第１の部分にわたっては摩擦クラッチモードで動作可能であり、及びトルクの動作範囲の第２の部分にわたってはドッグクラッチモードで動作可能である。アクチュエータアセンブリが、摩擦クラッチアセンブリに動作可能に連結される第１のアクチュエータと、機械的クラッチアセンブリに動作可能に連結される第２のアクチュエータとを備える。制御装置が、アクチュエータアセンブリに操作可能に連結され、過渡トルクに関連する移行点で摩擦クラッチモードからドッグクラッチモードに切り換えるようにプログラムされる。
【００１０】
本開示の以上の、及び他の態様及び特徴は、以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて考慮して読むことで、さらに明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の摩擦板クラッチ及び本開示に係るクラッチについてのトルク対アクチュエータ圧力をプロットしたグラフ図である。
【図２】本開示に従い作製された複合クラッチの一実施形態の概略図である。
【図３】本開示に従い作製された複合クラッチの別の実施形態の概略図である。
【図４】本開示に従い作製された複合クラッチのさらに別の実施形態の概略図である。
【図５】本開示に従い作製された複合クラッチのまたさらに別の実施形態の概略図である。
【図６】本開示に係るクラッチ制御システムを説明する概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示は、様々な変更及び代替的構造が可能であるが、その特定の例示的実施形態が図面に示され、以下に詳細に説明される。しかしながら、本開示を開示される具体的な形態に限定する意図はなく、むしろ逆に、本開示の範囲の趣旨に含まれるあらゆる変更、代替的構造及び等価物を網羅することが意図されることは理解されなければならない。
【００１３】
本明細書では複合クラッチが開示され、これは、摩擦クラッチアセンブリとドッグクラッチアセンブリとの双方を備える。摩擦クラッチアセンブリは、トルクの動作範囲の第１の部分、すなわち下側部分にわたってトルクを駆動部材から従動部材に伝達するために使用される。ドッグクラッチアセンブリは、トルクの動作範囲の第２の部分、すなわち上側部分にわたってトルクを伝達するために使用される。結果として、この複合クラッチは、ドッグクラッチの高い静的トルク容量を伴う摩擦クラッチアセンブリからの良好なシフト感という利点をもたらす。加えて、摩擦クラッチアセンブリに必要なプレートの枚数が最小限に抑えられ、従って抗力トルクが低減される。
【００１４】
複合クラッチは、所望の移行点で摩擦クラッチモードからドッグクラッチモードに切り換わるように設計及び／又は制御され得る。移行点は、所望の動作パラメータに従い選択され得る。従って、トルクの動作範囲の下側部分にわたる出力トルクの制御がより良好となる。
【００１５】
ここで図面を参照すると、図２は、オートマチックトランスミッション２２の一部分における複合クラッチ２０の概略図を提供する。オートマチックトランスミッション２２は、複合クラッチ２０を用い得る状況の一例に過ぎないことが理解されるべきである。当業者は容易に理解するであろうとおり、他の分野のトランスミッション、車両、工作機械、又は他の機械もまた、有利にはその教示を用い得る。
【００１６】
図２に示されるとおり、トランスミッション２２は、軸２６を中心に回転するように構成された駆動軸２４を備えてもよく、この駆動軸２４は、それ自体、車両（図示せず）のエンジン（同様に図示せず）の原動力によって動力が供給される。ハブ２８は駆動軸２４に取り付けられ、それと共に回転する。ハブ２８は、駆動軸２４に連結された単純な環状フランジとして提供されてもよく、又は一方向クラッチなどの、追加的な特徴又は能力を提供するように構成されてもよい。ハブ２８の外周面にはスプライン溝３０が形成される。トランスミッション２２はまた、ケース又はハウジング３２を備えてもよく、これは、駆動軸２４と同軸状に装着され、駆動軸２４とは独立して軸２６を中心に回転するように支持される。この実施形態に従えば、駆動軸２４は駆動部材又は入力部材であり、一方、ハウジング３２は従動部材又は出力部材である。
【００１７】
さらに図２を参照すると、複合クラッチ２０は、ハブ２８からハウジング３２にトルクを供給するように提供される。複合クラッチ２０は、摩擦クラッチアセンブリ３４とドッグクラッチアセンブリ３６とを備える。摩擦クラッチアセンブリ３４は、第１の摩擦部材と第２の摩擦部材とのセットを備えてもよく、これらの部材は、トルクを供給する係合状態に配置することができる。例えば、図５に最良に示されるとおり、１つ又は複数の内側摩擦プレート３８がハブ２８にスプライン結合し得る。各内側摩擦プレート３８は、プレートの両側に摩擦面４０を備え得る。或いは、各内側摩擦プレートの片側のみが、摩擦面４０を備えてもよい。加えて、１つ又は複数の外側摩擦プレート４２がハウジング３２にスプライン結合してもよく、ここで各外側摩擦プレート４２は隣接する内側摩擦プレート３８の間に配置される。内側摩擦プレート３８及び外側摩擦プレート４２は、それぞれハブ２８及びハウジング３２に取り付けられ、それと共に回転したまま、軸方向に摺動することが可能である。従って、プレート３８、４２は、プレート３８、４２が互いに接触していない解放位置と、プレート３８、４２が、内側プレート３８から外側プレート４２にトルクを伝達するのに十分な力で互いに係合するトルク伝達位置との間で動くことが可能である。
【００１８】
ドッグクラッチアセンブリ３６は、ハブ２８とハウジング３２との間の選択的な機械的連結を提供する。ドッグクラッチアセンブリ３６は、解放位置と係合位置までとの間を動くことができ、係合位置では、噛み合い部によりハブ２８がハウジング３２と機械的に結合される。図５に示される例示的実施形態に従えば、ドッグクラッチアセンブリ３６は、ハブ２８にスプライン結合する第１の噛み合い部材４６と、ハウジング３２にスプライン結合する第２の噛み合い部材４８とを備え得る。第１の噛み合い部材４６と第２の噛み合い部材４８とは、係合時に機械的に係止された結合を形成するように構成された相補的な係止面５０、５２を有する。噛み合いアーム５４が、スプライン溝を介するなどして第２の噛み合い部材４８に摺動自在に連結されてもよく、噛み合いアーム５４と第２の噛み合い部材４８との間にはスプリング５６が配置され、噛み合いアーム５４を、第１の噛み合い部材４６から離間した後退位置に保持し得る。スプリング５６を圧縮するのに十分な力が噛み合いアーム５４に加えられると、噛み合いアーム５４が第１の噛み合い部材４６に向かって摺動し、第１の噛み合い部材４６を駆動して第２の噛み合い部材４８と係合させ、それによりハブ２８をハウジング３２と機械的に結合させる。
【００１９】
摩擦クラッチアセンブリ３４とドッグクラッチアセンブリ３６とは、有利には、図２及び図５に示されるとおり、互いに対し軸方向に整列して位置決めされ得る。このように軸方向に整列させることにより、従来の摩擦板クラッチに現在割り当てられているものと同じ空間内で複合クラッチ２０を用いることが可能となり、従って周囲のトランスミッション部品に対する変更が最小限に抑えられ、又は回避される。
【００２０】
図２に戻ると、摩擦クラッチアセンブリ３４とドッグクラッチアセンブリ３６とを作動させるためのアクチュエータアセンブリ６０が提供される。例示される実施形態において、アクチュエータアセンブリ６０は、作動油により動作する油圧ピストン６２を備え、このピストン６２は、ピストン６２とハウジング２８との間に配置されるチャンバ６４内に配置される。図６に概略的に示されるとおり、チャンバ６４は、電磁弁などの油圧制御弁６６と流体連通する。次に弁６６が、作動油のリザーバ６８と流体連通する。電子制御ユニット７０が弁６６に動作可能に連結され、これは、弁６６の動作を制御するようにプログラムされる。
【００２１】
上述の複合クラッチ２０は、摩擦クラッチモードとドッグクラッチモードとの双方で動作可能である。動作中、ピストン６２が噛み合いアーム５４に係合するように作動する。初めは、ピストン６２により生じる力はスプリング５６の力以下であり、従って第２の噛み合い部材４８が摩擦クラッチアセンブリ３４に向かって軸方向に並進する。図５に示されるとおり、摩擦クラッチアセンブリ３４とドッグクラッチアセンブリ３６との間の距離が十分に大きい場合、噛み合いアーム５４はまた、第１の噛み合い部材４６とも係合し、それを摩擦クラッチアセンブリ３４に向かって摺動させる。最終的には、第２の噛み合い部材４８の端面７２が摩擦クラッチ部材の１つと係合し、それにより内側プレート３８と外側プレート４２とが駆動されて係合状態となる。示される実施形態において、第２の噛み合い部材４８は、外側摩擦プレート４２としても機能する。ピストンの力が十分なとき、内側プレートは外側プレートと摩擦係合してトルクを供給する。最初は、外側プレート４２は内側プレート３８に対して著しい滑りを示す。しかしながら、さらなるピストンの力によって滑りが減り、トルク供給量が増す。ピストンの力が、スプリング５６の力を超えるレベルまでさらに増加すると、噛み合いアーム５４によって第１の噛み合い部材４６が駆動され、第２の噛み合い部材４８と係合し得る。この時点で、ハブ２８とハウジング３２とが、ドッグクラッチアセンブリ３６を介して機械的に係止される。
【００２２】
複合クラッチ２０についてのトルクに対するアクチュエータ圧力の関係をグラフで示すため、曲線８０が図１にプロットされる。曲線８０は、第１の区間、すなわち傾きが僅かな区間８２を含み、これは、摩擦クラッチの運転モードに相当する。摩擦クラッチモードは、トルクの動作範囲が第１の、又は下側部分８４にある間に用いられる。移行点８６において、複合クラッチ２０はドッグクラッチの運転モードに切り換わり、これは第２の区間、すなわち傾きが急な区間８８に相当する。ドッグクラッチモードは、トルクの動作範囲が第２の部分、すなわち上側部分９０にある間に用いられる。この実施形態において、移行点８６は主にスプリング５６の力によって決定され、スプリング５６は、所望の結果を実現するように選択され得る。例えば、スプリング５６は、トルクの動作範囲の下側部分８４が、最大トルクの１〜９９％の上限境界に対して最大トルクの０％の下限境界を有するように選択され得る。
【００２３】
比較的傾斜が小さい第１の区間の８２は、複合クラッチ２０が、アクチュエータ圧力の変化に対してそれほど高い感度を有しないことを示す。結果として、ピストンチャンバ６４に対する作動油の流入及び流出を制御する油圧制御弁６６をより高い信頼度で操作して、所望のトルク伝達を実現し得る。しかしながら、より高いトルクでは、制御性の問題は小さくなり、従って当該の動作範囲では、有利にはドッグクラッチアセンブリが用いられ得る。
【００２４】
複合クラッチ２０に使用される内側摩擦プレート３８及び外側摩擦プレート４２の枚数は、複合クラッチ２０により提供されるトルク伝達の動作範囲の所望の部分にわたってトルクを伝達するように選択され得る。摩擦板クラッチアセンブリにより伝達されるトルクの量は、以下の式により決定される：
Ｔ＝μ×Ｐ×Ａ×Ｒ×Ｎ
式中、
Ｔはトルクであり、
μは摩擦係数であり、
Ｐはアクチュエータ圧力であり、
Ａはアクチュエータの有効面積であり、
Ｒは摩擦プレートの平均半径であり、及び
Ｎはプレートの枚数である。
【００２５】
典型的なオートマチックトランスミッション用途において、アクチュエータ圧力Ｐ、有効アクチュエータ面積Ａ、及び平均プレート半径Ｒは固定パラメータであり、従って多くの場合に、使用されるプレートの枚数のみが可変であり、それを変更することで設計要件を満たすことができる。従来の摩擦板クラッチでは、プレートの枚数は、最大トルク要求を実現するのに十分な数でなければならない。しかしながら、本明細書に記載される複合クラッチ２０は、動作範囲の上側部分におけるトルクの供給にドッグクラッチアセンブリ３６が用いられるため、そのような制約はない。むしろ、内側摩擦プレート及び外側摩擦プレートの枚数は、それらのプレートが、動作トルク範囲の一部分にわたるトルクのみを十分に供給するように選択され得る。従って、複合クラッチ２０において使用されるプレートは、大幅に少ない枚数でよい。例えば、７枚の内側両面摩擦プレートと、それに対応する枚数の外側プレートとを使用する従来の設計は、２枚の外側分離プレートによって囲まれた単一の両面摩擦プレートを有する複合クラッチ２０に置き換えることができ、これは約８５％のプレート削減となることが実証されている。
【００２６】
複合クラッチ１２０の代替的実施形態が図３に示される。複合クラッチ１２０は、概して上述の複合クラッチ２０と同じであるが、但しこれは、一方向クラッチを組み込むドッグクラッチ１３６を備える。この複合クラッチもまた、摩擦クラッチアセンブリ１３４とアクチュエータアセンブリ１６０とを備え、これらは上記と実質的に同じである。
【００２７】
複合クラッチ２２０のさらなる代替的実施形態が図４に示され、これは、改良型アクチュエータアセンブリ２６０を組み込む。複合クラッチ２２０は、摩擦クラッチアセンブリ２３４とドッグクラッチアセンブリ２３６とを備え、これらは前述の実施形態と実質的に同じである。しかしながら、アクチュエータアセンブリ２６０は、摩擦クラッチアセンブリ２３４に動作可能に連結された第１のピストン２６２と、ドッグクラッチアセンブリ２３６に動作可能に連結された第２のピストン２６４とを備える。第１のピストン２６２と第２のピストン２６４とは、互いに独立して動作可能であり、従ってスプリング５４又は摺動して摩擦クラッチと係合しなければならないドッグクラッチの必要性がなくなる。独立して動作可能なピストン２６２、２６４により、複合クラッチ２２０が摩擦クラッチモードからドッグクラッチモードに移行する点の制御を高めることが可能となる。さらに、移行点はもはや固定的ではなく、むしろ、動作パラメータに応じて異なる位置で起こるように制御することができ、従って複合クラッチ２２０のより柔軟で正確な制御がもたらされる。
【００２８】
上記は、有利には車両又は他の動力伝達装置において使用することのできる複合クラッチを提供する。複合クラッチは、摩擦クラッチとドッグクラッチとのアセンブリを備え、摩擦クラッチモード及びドッグクラッチモードでの動作を可能とする。この組み合わせは、滑らかなシフト感、低トルクでの制御性の向上、高い静的トルク容量、及び低い抗力トルクをもたらし、その一方で、装置は従来のクラッチに現在割り当てられている空間に収容され、且つ従来の摩擦クラッチについて現在利用可能なものと同じアクチュエータが使用される。この複合クラッチは、単純なハブ又は一方向クラッチのいずれに連結されてもよく、従って、以下の動作モードが可能である：（１）一方向は係止、それと逆の方向ではフリーホイール；（２）一方向は低トルク摩擦クラッチ；（３）双方向とも低トルク摩擦クラッチ；及び（４）双方向とも機械的に係止。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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