(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧接方向にスプリング付勢された摩擦要素をモータによって近接離反方向に操作する自動クラッチにおいて、前記摩擦要素の操作部に、作動油の導入によって摩擦要素を離反方向に操作するオペレーティングシリンダを連結し、このオペレーティングシリンダの油路を、マスターシリンダの作動室と、このマスターシリンダに並設された補助シリンダの作動室とに並列に接続する一方で、前記モータによって駆動されるロータを設け、このロータ上の、回転中心を挟む相反位置に前記マスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドを連結すると共に、ロータの回転中心からロータ上の補助シリンダ側連結点までの距離を、ロータの回転中心からロータ上のマスターシリンダ側連結点までの距離よりも短く設定したことを特徴とする自動クラッチ。
【請求項２】
前記マスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドと、ロータ上の各連結点とを、夫々回動自在な連結部を有するコネクティングロッドを介して連結したことを特徴とする請求項１に記載の自動クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧接方向にスプリング付勢された摩擦要素をモータを駆動源として近接離反させる自動クラッチに関し、とりわけ、簡素で確実な手段によってモータの負荷を小さくできるようにした自動クラッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車に用いられるクラッチは、エンジン側摩擦要素であるフライホイールとプレッシャプレートの間に変速機側摩擦要素であるクラッチディスクが介装され、フライホイールとプレッシャプレートでクラッチディスクを挟圧することによって動力を伝達し、その挟圧を解除することによって動力を遮断するようになっている。そして、プレッシャプレートは通常ダイヤフラムスプリング等のプレッシャスプリングによって圧接（挟圧）方向に付勢されており、動力遮断や接続のための操作を行うときにはクラッチペダルにこのスプリングの力に抗する力を付与するようになっている。
【０００３】
ところで、近年クラッチペダルを廃止し、運転者が行っていたクラッチペダルの操作をモータによって行うようにした自動クラッチが開発されている。この自動クラッチは、ギヤシフト状態や、エンジン回転速度、車速等の情報がコントローラに入力され、このコントローラがこれらの情報を基に円滑なクラッチの接続と遮断ができるようにモータを制御するようになっている。ところが、このような自動クラッチにおいては、プレッシャプレートを圧接（挟圧）方向に付勢するスプリングの力に抗してモータを駆動させなければならないため、モータの負荷が大きくなり、安定したクラッチ作動を得ることがむずかしいという問題がある。
【０００４】
そこで、従来これに対処するものとして、特公平４−５６１８４号公報に示されるようなものが案出されている。
【０００５】
この自動クラッチは、駆動用のモータと、摩擦要素を操作するレリーズレバーとを複数個のギヤを介して連結すると共に、その一つのギヤに、摩擦要素を付勢するプレッシャスプリングの力に対抗するコイルタイプのアシストスプリングを付設した概略構成となっている。そして、この自動クラッチにおいては、アシストスプリングがプレッシャスプリングの力を相殺してモータにかかる負荷を小さくほぼ一定に維持できるようにしているが、クラッチ接続状態でアシストスプリングの力が作用するとプレッシャスプリングによる摩擦要素の圧接が阻害されてしまうため、クラッチ接続状態でアシストスプリングの力が作用しないようにアシストスプリングの接続点をギヤ上の特定の位置に設定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動クラッチにおいては、プレッシャスプリングの力に対抗し得る大きなばね力のアシストスプリングをギヤユニット内に組み込まなければならないうえ、ギヤ上のアシストスプリングの接続点が僅かでもずれると、アシストスプリングの力がクラッチ接続状態で作用してしまうため、アシストスプリングの組付けや調整のため作業が難しいという不具合がある。また、アシストスプリングのばね力を大きくしなければならないことから、装置の外形も大型化し易い。
【０００７】
さらに、上記自動クラッチの場合、コイルタイプのアシストスプリングによってプレッシャスプリングの力を相殺する構造となっているため、プレッシャスプリングとしてダイヤフラムスプリングを用いた場合等には、両スプリングの特性の相違からクラッチストローク全域においてプレッシャスプリングの力を安定して相殺することが難しく、駆動用のモータにかかる負荷がクラッチストローク内で大きくばらつき、クラッチ操作が不安定になり易いという不具合もある。
【０００８】
そこで本発明は、簡素でコンパクト設計が可能で、しかも、煩雑な組付けや調整の要らない容易な構造により、モータにかかる負荷をクラッチストロークの全域において同様に小さくすることのできる自動クラッチを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した課題を解決するための手段として、圧接方向にスプリング付勢された摩擦要素をモータによって近接離反方向に操作する自動クラッチにおいて、前記摩擦要素の操作部に、作動油の導入によって摩擦要素を離反方向に操作するオペレーティングシリンダを連結し、このオペレーティングシリンダの油路を、マスターシリンダの作動室と、このマスターシリンダに並設された補助シリンダの作動室とに並列に接続する一方で、前記モータによって駆動されるロータを設け、このロータ上の、回転中心を挟む相反位置に前記マスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドを連結すると共に、ロータの回転中心からロータ上の補助シリンダ側連結点までの距離を、ロータの回転中心からロータ上のマスターシリンダ側連結点までの距離よりも短く設定した。クラッチを遮断する場合に、モータの駆動によってロータを回動させると、マスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドが相反方向に変位する。このとき、ロータの回転中心からロータ上の補助シリンダ側連結点までの距離がロータの回転中心からマスターシリンダ側連結点までの距離よりも短いため、補助シリンダ側の容積変化の方がマスターシリンダ側の容積変化よりも小さくなる。このため、マスターシリンダから押し出された作動油は一部が補助シリンダの作動室に流入すると共に、残余の作動油がオペレーティングシリンダの作動室に供給される。これにより、オペレーティングシリンダはスプリングの力に抗して摩擦要素を離反方向に変位させることとなり、また、このときオペレーティングシリンダ内の作動油の圧力はスプリングの反力の増加に応じて高まる。そして、このときマスターシリンダ内と補助シリンダ内の作動油の圧力はオペレーティングシリンダ内の圧力と同圧となるため、この圧力に応じた力がマスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドに作用し、補助シリンダ側のピストンロッドに作用する力が、スプリングの力を打ち消す方向の回転トルクとしてロータに働く。また、クラッチを接続するにあたり、モータが逆方向に回転すると、同様にスプリングの反力に応じた圧力がオペレーティングシリンダ内に発生してこの圧力に応じた力がマスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドに作用し、このうちの補助シリンダ側のピストンロッドに作用する力がスプリングの力を打ち消す方向の回転トルクとしてロータに働く。
【００１０】
また、マスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドと、ロータ上の各連結点とは、夫々回動自在な連結部を有するコネクティングロッドを介して連結するようにしても良い。この場合、ロータの回転状態に拘わらず、ロータ上の連結点と各ピストンロッドの間で円滑な力の伝達が行われるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態の全体概略構成を示すもので、同図において、１は、車両のエンジンと変速機の間に介装された本発明にかかる自動クラッチであり、２は、この自動クラッチ１のクラッチ本体部である。このクラッチ本体部２は、エンジンのクランクシャフトに結合されたフライホイール５と、このフライホイール５に結合されたクラッチカバー６と、このクラッチカバー６内で変速機の入力軸７にスプライン嵌合されたクラッチディスク８と、フライホイール５と共にこのクラッチディスク８を挟圧するプレッシャプレート１０と、このプレッシャプレート１０をクラッチディスク８方向に付勢するダイヤフラムスプリング１１と、このダイヤフラムスプリング１１の内周端をフライホイール５方向に変位させてプレッシャプレート１０をクラッチディスク８から離反させるレリーズベアリング１２と、図外のクラッチハウジングに枢支され、その回動操作によってレリーズベアリング１２を進退操作させるレリーズレバー１４とを備えている。そして、上記のクラッチ本体部２は、常態においてダイヤフラムスプリング１１がプレッシャプレート１０をクラッチディスク８に押し付け、クランクシャフトから入力軸７への動力伝達を可能にしており（以下、この状態をクラッチの接続と呼ぶ。）、その状態からレリーズベアリング１２が操作されると、ダイヤフラムスプリング１１によるプレッシャプレート１０の押し付けが解除されて、クランクシャフトと入力軸７の間の動力伝達が遮断される（以下、この状態をクラッチの遮断と呼ぶ。）ようになっている。尚、この実施の形態においては、フライホイール５とプレッシャプレート１０が入力側摩擦要素を構成し、クラッチディスク８が出力側摩擦要素を構成している。
【００１３】
そして、前記摩擦要素（プレッシャプレート１０）の操作部であるレリーズレバー１４の基端にはワイヤ１５が連結されており、このワイヤ１５がオペレーティングシリンダ１６のピストンロッド１７に連結されている。このオペレーティングシリンダ１６は、その作動室１８に後述するマスターシリンダ１９から作動油が導入され、その作動油の導入によってピストンロッド１７を後退させレリーズレバー１４をクラッチ遮断方向に変位させるようになっている。このオペレーティングシリンダ１６の油路２０ａは油路２０ｂと２０ｃとに分岐し、マスターシリンダ１９の作動室２１と、このマスターシリンダ１９に並設された補助シリンダ２２の作動室２３とに並列に接続されている。また、オペレーティングシリンダ１６の背室２４は大気に開放されている。
【００１４】
マスターシリンダ１９と補助シリンダ２２は、同一受圧面積のピストン２５，２６が夫々外力を受けて進退動作する基本構成となっているが、マスターシリンダ１９は作動油を貯留するためのリザーバ２７を備えると共に、このリザーバ２７の出入ポート２８の前後をシールするためにピストン２５がタンデム構造となっている。尚、２９は、ピストン２５の後退作動時に開くチェック弁である。また、マスターシリンダ１９と補助シリンダ２２の各作動室２１，２３内には、ばね力の小さいスプリング３０，３１が収容され、これらのスプリング３０，３１によって各ピストン２５，２６の作動時における慣性力をできるだけ小さくするようにしている。
【００１５】
一方、３２は、クラッチ本体部２を駆動操作するためのモータであり、そのモータ軸３３にはウォームギヤ３４が形成され、このウォームギヤ３４が本発明におけるロータを構成するウォームホイール３５に噛合されている。このウォームホイール３５は、その回転中心Ｏを間に挟む相反位置に連結点３６，３７が設けられており、これらの連結点３６，３７に夫々コネクティングロッド３８，３９を介してマスターシリンダ１９のピストンロッド４０と補助シリンダ２２のピストンロッド４１が連結されている。尚、コネクティングロッド３８，３９の両端部はウォームホイール３５とピストンロッド４０，４１に対して回動可能に連結されており、図中３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂはコネクティングロッド３８，３９の回動可能な連結部を示す。
【００１６】
ところで、ウォームホイール３５の回転中心Ｏからマスターシリンダ１９側の連結点３６までの距離Ｒ1（以下、連結点距離Ｒ1と呼ぶ。）と、同回転中心Ｏから補助シリンダ２２側の連結点３７までの距離Ｒ2（以下、連結点距離Ｒ2と呼ぶ。）は同じではなく、補助シリンダ２２側の連結点距離Ｒ2の方がマスターシリンダ１９側の連結点距離Ｒ1よりも短く設定されている。したがって、ウォームホイール３５の回動による補助シリンダ２２側のピストン２６の変位量はマスターシリンダ１９側のピストン２５の変位量よりも小さくなり、ウォームホイール３５の回動に伴うマスターシリンダ１９と補助シリンダ２２の容積変化も補助シリンダ２２側がマスターシリンダ１９側よりも小さくなる。
【００１７】
また、４２は、前記モータ３２の回転を制御するためのコントローラであり、このコントローラ４２は、図１中４３〜５０で示す各種の検出器から信号を入力され、これらの入力信号に基づいてクラッチの遮断や接続を円滑に行えるようモータ３２の回転方向や回転角度等を適宜制御するようになっている。以下、コントローラ４２に入力信号を出力する４３〜５０の検出器について説明する。
【００１８】
４３は、運転者からクラッチの遮断要求が入ったときにオン作動し、クラッチの接続要求が入ったときにオフ作動するギヤシフトレバー・スイッチであり、このギヤシフトレバー・スイッチ４３は、例えば、図外のギヤシフトレバーの把持位置に接触スイッチを付設することによって構成される。この場合には、ギヤシフトを行うに際して運転者が最初にギヤシフトレバーを把持するとコントローラ４２にオン信号を出力し、その後ギヤシフトを完了するとコントローラ４２にオフ信号を出力する。
【００１９】
４４は、オペレーティングシリンダ１６のストローク量を検出するストロークセンサであり、４５は、クラッチ入力側の回転速度（フライホイール５の回転速度）を検出する入力回転速度センサ、４６は、クラッチ出力側の回転速度（変速機の入力軸７の回転速度）を検出する出力回転速度センサ、４７は車速センサである。
【００２０】
さらに、４８は、変速機の現在のギヤポジションと、変速機がギヤシフトを完了したことを検出するギヤポジション・センサであり、４９は、エンジンのスロットル開度を検出するスロットル開度センサ、５０は、ブレーキが作動したときにオン信号を出力するブレーキスイッチである。
【００２１】
さらにまた、この自動クラッチは、基本的にコントローラ４２で制御されるモータ３２によってレリーズレバー１４を操作するものであるが、フェイル・セーフ等の目的のために運転席にはクラッチペダル５１が設けられ、運転者がこのクラッチペダル５１を操作することによってもクラッチの遮断と接続が行えるようになっている。具体的には、前記オペレーティングシリンダ１６のピストン５２には係合孔５３を有するホルダー５４が取り付けられ、このホルダー５４に、一端がクラッチペダル５１のアーム端に連結されたクラッチワイヤ５５の他端がペダル操作時に係合するようになっている。前記クラッチワイヤ５５の他端には、係合孔５３の孔縁に係合可能な止め金５６が設けられ、この止め金５６が、クラッチペダル５１が踏み込まれたときにのみ係合孔５３の孔縁に当接するようになっている。つまり、モータ３２の作動やクラッチペダル５１の踏み込みのない初期状態において、止め金５６と係合孔５３の孔縁との間に所定のクリアランスclが確保されている。
【００２２】
以上の構成において、車両の発進時や変速時に運転者がギヤシフトレバーを把持すると、ギヤシフトレバー・スイッチ４３からクラッチ遮断信号であるオン信号がコントローラ４２に入力され、コントローラ４２がこれを受けてモータ３２をクラッチ遮断方向に回転させる。すると、ウォームホイール３５が図１中矢印Ａ方向に回転してマスターシリンダ１９と補助シリンダ２２の各ピストン２５，２６がコネクティングロッド３８，３９を介して相反方向に変位し、マスターシリンダ１９から作動油が油路２０ｂを介して押し出されると共に、その作動油の一部が油路２０ｃを介して補助シリンダ２２の作動室２３に導入される。ここで、ウォームホイール３５の回動に伴うマスターシリンダ１９と補助シリンダ２２の容積変化は、ウォームホイール３５上の連結点距離Ｒ1，Ｒ2の設定によって補助シリンダ２２側がマスターシリンダ１９側よりも小さくなるようにしてあるため、このときマスターシリンダ１９から作動油が補助シリンダ２２に導入されると、その残余の作動油が油路２０ａを通ってオペレーティングシリンダ１６の作動室１８に導入される。
【００２３】
これにより、オペレーティングシリンダ１６はピストン５２を変位させ、ワイヤ１５を介してレリーズレバー１４を回動させるようになり、その結果、オペレーティングシリンダ１６のピストン５２に、レリーズベアリング１２、レリーズレバー１４及びワイヤ１５を介してダイヤフラムスプリング１１の反力が作用し、各作動室１８，２１，２３と油路２０ａ〜２０ｃ内にはこの反力に応じた圧力Ｐ0が発生するようになる。この結果、マスターシリンダ１９と補助シリンダ２２の各ピストン２５，２６には圧力Ｐ0と受圧面積との積によって決まる力ＦA，ＦBが夫々作用し、ウォームホイール３５にはこれらの力ＦA，ＦBと連結点距離Ｒ1，Ｒ2に応じた相反方向の回転トルクＴ1，Ｔ2が作用することとなる。したがって、今仮に補助シリンダ２２が無いとすると、モータ３２は力ＦAと連結点距離Ｒ1の積と略同一のトルクＴ1でウォームホイール３５を回転させなければならないが、実際には補助シリンダ２２があり、この補助シリンダ２２からウォームホイール３５の回転方向に力ＦBと連結点距離Ｒ2の積と略同一のトルクＴ2が働くため、このトルクＴ2が助勢力となってモータ３２の必要トルクＴMは小さくなる。つまり、モータ３２の必要トルクＴMは、マスターシリンダ１９側から作用するトルクＴ1と補助シリンダ２２側から作用するトルクＴ2の差の分だけで良いこととなる。そして、このとき助勢力となるトルクＴ2は、ダイヤフラムスプリング１１の反力に比例したものであるため、オペレーティングシリンダ１６のピストン変位に伴ってダイヤフラムスプリング１１の反力（ばね荷重）が図２に示すように増大すると、この変位の増大に伴って同様に増大し、ダイヤフラムスプリング１１の反力を大きく打ち消すこととなる。したがって、図３，図４のグラフからも明らかなように、モータ３２の必要トルク（負荷）はクラッチストロークの全域において非常に小さく、しかも、ほぼ一定なものとなる。
【００２４】
また、このようにしてクラッチが遮断されると、その後コントローラ４２においてギヤシフトの完了が確認され、さらにクラッチを接続方向に変位させるべく信号がモータ３２に出力される。尚、この出力信号は、常に円滑なクラッチ接続が可能な最適なモータ３２の回転角度及び速度を得られるようにギヤポジションやエンジン回転速度（入力側回転速度）等の情報に基づいて決定される。
【００２５】
そして、こうしてモータ３２に信号が入力されると、モータ３２が逆方向に回転し、このモータ３２の回転に伴ってウォームホイール３５が図１中矢印Ｂ方向に回転する。こうしてウォームホイール３５が回転すると、マスターシリンダ１９の作動室２１の容積が拡大して補助シリンダ２２とオペレーティングシリンダ１６の各作動室２３，１８の作動油がこのマスターシリンダ１９の作動室２１へと戻されるようになるが、このときも各作動室１８，２１，２３と油路２０ａ〜２０ｃにはダイヤフラムスプリング１１の反力に応じた圧力Ｐ0が生じるため、ウォームホイール３５には、クラッチ遮断時と同様にマスターシリンダ１９側と補助シリンダ２２側から相反方向の回転トルクＴ1，Ｔ2が作用する。したがって、この場合にも、補助シリンダ２２側から作用する回転トルクＴ2がダイヤフラムスプリング１１の反力を打ち消すように働き、モータ３２の負荷はやはりクラッチストロークの全域において非常に小さくなる。
【００２６】
また、クラッチの遮断と接続を運転者がクラッチペダル５１を踏み込むことによって行う場合には、油圧を介することなくペダル操作によりオペレーティングシリンダ１６のピストン５２を直接操作する。ただし、このときピストン５２の操作に伴う作動油の流動は油路２０ａ，２０ｂを通してオペレーティングシリンダ１６の作動室１８とマスターシリンダ１９のリザーバ２７との間で行われる。
【００２７】
尚、以上の実施の形態においては、ウォームギヤ３４とウォームホイール３５を介してモータ３２の動力をマスターシリンダ１９と補助シリンダ２２に伝達するようにしたが、これに限らずモータ３２の動力を他の機構を介して両シリンダ１９，２２に伝達するようにしても良い。
【００２８】
また、上述の実施の形態においては、マスターシリンダ１９側のピストン２５と補助シリンダ２２側のピストン２６の受圧面積を同じに設定したが、ウォームホイール３５の回転に伴う補助シリンダ２２側の容積変化がマスターシリンダ１９側の容積変化以上に大きくならない範囲で、補助シリンダ２２側の受圧面積をマスターシリンダ１９側の受圧面積よりも大きくするようにしても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、圧接方向にスプリング付勢された摩擦要素の操作部に、作動油の導入によって摩擦要素を離反方向に操作するオペレーティングシリンダを連結し、このオペレーティングシリンダの油路を、マスターシリンダの作動室と、このマスターシリンダに並設された補助シリンダの作動室とに並列に接続する一方で、前記モータによって駆動されるロータを設け、このロータ上の、回転中心を挟む相反位置に前記マスターシリンダと補助シリンダの各ピストンロッドを連結すると共に、ロータの回転中心からロータ上の補助シリンダ側連結点までの距離を、ロータの回転中心からロータ上のマスターシリンダ側連結点までの距離よりも短く設定したため、モータの駆動時には、摩擦要素を付勢するスプリングの反力に応じた回転トルクがこの反力を打ち消すように補助シリンダからロータに作用することとなり、その結果、簡素でコンパクト設計が可能で、しかも、煩雑な組付けや調整の要らない構造でありながら、モータにかかる負荷をクラッチストロークの全域においてばらつき無く同様に小さくすることのできる。したがって、本発明によれば、装置のコンパクト化、及び、低コスト化が可能になると共に、安定したクラッチ作動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態を示す概略構成図。
【図２】同実施の形態を示すばね荷重−ピストン変位特性を示すグラフ。
【図３】同実施の形態を示すピストン変位−ロータ角度特性を示すグラフ。
【図４】同実施の形態を示すトルク−ロータ角度特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…自動クラッチ、
５…フライホイール（摩擦要素）、
８…クラッチディスク（摩擦要素）、
１０…プレッシャプレート（摩擦要素）、
１４…レリーズレバー（操作部）
１６…オペレーティングシリンダ、
１９…マスターシリンダ、
２１，２３…作動室、
２２…補助シリンダ、
３２…モータ、
３５…ウォームホイール（ロータ）、
３６，３７…連結点、
３８，３９…コネクティングロッド、
３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂ…連結部、
４０，４１…ピストンロッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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