JP2020183798A - デュアルクラッチ及び当該デュアルクラッチを備えた電気式原動機 - Google Patents

Abstract

【課題】分解整備性能等の作業性に優れたデュアルクラッチを提供する。【解決手段】特許第５７４８０８６号公報に示されるデュアルクラッチ系脱構造を前提とし、更に、第１出力軸１０２の突出部分と第１クラッチディスク１１６を、回転方向には固定されつつ軸方向に相対移動可能な状態で結合し、第２クラッチディスク１１０が当接・離間する第２フライホイールプレート１３６を、第１クラッチディスク１１６が当接・離間する第１フライホイールプレート１３２から分離可能に構成すると共に第２クラッチディスク１１０の当接領域αよりも軸心側に貫通孔１３２ａを設け、第１クラッチディスク１１６を押圧する第１プレッシャープレート（押圧部材）１１８の直径Ｄ１をこの貫通孔１３２ａの直径ｄ１よりも小さく構成して分解可能とする。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるクラッチの技術分野に関し、特に、奇数段と偶数段とで２系統のクラッチを持つデュアルクラッチの技術分野に関する。

近年、動力伝達効率の良さや、変速時ショックの小ささ、更には変速時間の短さ等の観点から、奇数段のギアセットに繋がる出力軸と偶数段のギアセットに繋がる出力軸とを同軸に配置し、この２つの出力軸に対して動力の伝達を切り替えるデュアルクラッチの普及が進んでいる。

出願人自身も、同軸配置された２つの出力軸のうち内側に位置する第１出力軸１０２を外側に位置する第２出力軸１０４よりも突出して配置し、第１出力軸１０２の突出部分に第１クラッチディスク１１６を接続し、第２出力軸１０４にスリーブ１０６を介して第２クラッチディスク１１０を接続し、第２出力軸１０４とスリーブ１０６及びスリーブ１０６と第２クラッチディスク１１０をそれぞれスプライン結合することによって、スリーブ１０６の軸方向の移動を構造的に許容させ、このスリーブ１０６の軸方向の動きによって、第１クラッチディスク１１６の係脱を行うというデュアルクラッチ係脱機構に関する発明を行い、特許も取得している（特許文献１を参照）。なお、当段落で使用している符号は特許文献１の符号をそのまま使用している。

特許第５７４８０８６号公報

しかしながら、デュアルクラッチはその構造の複雑さから整備性能に乏しく、不具合が生じた場合には（たとえそれがクラッチディスクのみ交換すれば回復できるような不具合であったとしても）、基本的にアッセンブリーでの交換が基本であり、修理コストが非常に高くなるといった問題があった。

そこで本発明は、こういった問題点を解決するべくなされたものであって、分解整備性能等の作業性に優れたデュアルクラッチを提供する事をその課題としている。

上記課題を解決するべく、本願発明は、第１出力軸と第２出力軸とを同軸に配置し、この２つの出力軸に対して動力の伝達を切り替えるデュアルクラッチ構造であって、前記２つの出力軸のうち内側に位置する第１出力軸が外側に位置する第２出力軸よりも突出して配置され、前記第１出力軸の突出部分に第１クラッチディスクが接続され、前記第２出力軸にスリーブを介して第２クラッチディスクが接続され、前記スリーブは、前記第２出力軸と回転方向には固定されつつ当該第２出力軸に対して軸方向に相対移動可能な状態で結合され、前記第２クラッチディスクは、前記スリーブと回転方向には固定されつつ当該スリーブに対して軸方向に相対移動可能な状態で結合され、更に、前記スリーブの一端側に前記第１クラッチディスクを押圧する為の押圧部材が接続され、他端側にアクチュエータが接続され、更に、前記第１出力軸の突出部分と前記第１クラッチディスクは、回転方向には固定されつつ軸方向に相対移動可能な状態で結合され、前記第２クラッチディスクが当接・離間する第２フライホイールプレートは、前記第１クラッチディスクが当接・離間する第１フライホイールプレートから分離可能に構成されると共に前記第２クラッチディスクの当接領域よりも軸心側に貫通孔が設けられ、前記押圧部材の直径が前記貫通孔の直径よりも小さくなるように構成されることを特徴とする。

このように構成したことによって、第１クラッチディスクと第２クラッチディスクとの間で、構造的に分離することが可能となった。即ち、クラッチディスクの摩耗程度のメンテナンスであれば容易に行うことができるので、アッセンブリー交換等の費用のかかるメンテナンスを回避することができる。なお、このように構成できるのは、発明者が特許を取得しているデュアルクラッチ系脱構造（特許第５７４８０８６号）の存在が前提となって実現できるのである。

本発明を適用することで、分解整備性能等の作業性に優れたデュアルクラッチを提供することができる。

本発明の実施形態の一例として示したにデュアルクラッチであって、分離前の状態を示した図である。 本発明の実施形態の一例として示したにデュアルクラッチであって、分離後の状態を示した図である。 第２フライホイールプレートを正面方向（図１の矢視ＩＩＩ方向）から示した図であって、第１プレッシャープレート（押圧部材）との位置関係を示した図である。 電気モータにデュアルクラッチ構造を組み合わせた動力伝達経路を示した概略図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例であるデュアルクラッチ１００について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現している部分があり、実際の製品と必ずしも一致しない部分があることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。なお、動力伝達の流れに従い、動力源の近い側を「上流側」、動力源から離れる側を「下流側」と表現する場合がある。

〈デュアルクラッチの構成〉
図１に示すデュアルクラッチ１００は、２つの出力軸を同軸に配置し、この２つの出力軸に対して原動機（図面では電気モータ１６０）からの動力の伝達を切り替える為の装置である。

同軸配置された２つの出力軸のうち内側に位置するのが第１出力軸１０２、外側に位置するのが第２出力軸１０４である。第１出力軸１０２は、第２出力軸１０４よりも上流側（電気モータ１６０側）に突出するように配置構成されている。なお、デュアルクラッチ１００の下流側にギヤセットを配置する場合においては、奇数段のギアセットが第１出力軸１０２及び第２出力軸１０４のいずれに繋げられるのかは自由である。同様に、偶数段のギアセットが、第１出力軸１０２及び第２出力軸１０４のいずれに繋げられるのかも自由である。

第１出力軸１０２は、その先端部分において、第１クラッチディスク１１６とスプライン結合している。即ち、第１出力軸１０２の突出部分と第１クラッチディスク１１６とは、回転方向には固定されつつ軸方向に相対移動可能な状態で結合されている。

第１クラッチディスク１１６は、ウェーブワッシャー１４０を介してフライホイール１３０に組付けられる。なお、このウェーブワッシャー１４０の存在によって、第１クラッチディスク１１６とフライホイール１３０（より正確にはフライホイールを構成する第１フライホイールプレート１３２）とのスムースな離間が可能となる。ただし、ウェーブワッシャー１４０を省略して構成することも可能である。

本実施形態におけるフライホイール１３０は、第１フライホイールプレート１３２と、この第１フライホイールプレート１３２に、ボルト１３８によって組付けられる第２フライホイールプレート１３６で構成される。第２フライホイールプレート１３６は、中心に貫通孔１３６ａが形成された略ドーナツ形状の部材である。

第１クラッチディスク１１６は第１出力軸１０２とスプライン結合されているため、第１出力軸１０２が回転するとそれに伴って第１クラッチディスク１１６も回転する。また、第１クラッチディスク１１６は、自由状態では、ウェーブワッシャー１４０によって、第１フライホイールプレート１３２からある程度の隙間をもって離れるように構成されている。

第１クラッチディスク１１６の反第１フライホールプレート１３２側には、第１プレッシャープレート（押圧部材）１１８が配置される。この第１プレッシャープレート１１８に軸方向の押圧力が加わると、第１クラッチディスク１１６を第１フライホイールプレート１３２に押し当て、それによってフライホイール１３０の回転が第１クラッチディスク１１６を介して第１出力軸１０２に伝達される構成となっている。

図３に示したように、第１プレッシャープレート（押圧部材）１１８の直径Ｄ１は、第２フライホイールプレート１３２に設けられた貫通孔１３２ａの直径ｄ１よりも小さくなるように構成されている。即ち、第１プレッシャープレート（押圧部材）１１８は、第２フライホイールプレート１３２における第２クラッチディスク１１０の当接領域αよりも軸心側に設けられた貫通孔１３２ａに出入りできるサイズとされている。

同様に、第２フライホイールプレート１３６に接近して、第２クラッチディスク１１０が配置されている。第２クラッチディスク１１０は、スリーブ１０６を介して第２出力軸１０４に固定されており、第２クラッチディスク１１０が回転するとそれに伴って第２出力軸１０４は回転する。また、第２クラッチディスク１１０は、自由状態では、第２フライホイールプレート１３６から僅かな隙間をもって離れるように構成されている。なお図面上では、第２クラッチディスク１１０はプレッシャープレートと一体化した構成とされているが、別部品として構成してもよい。

この第２クラッチディスク１１０に軸方向の押圧力が加わると、第２クラッチディスク１１０が第２フライホイールプレート１３６に当接し、それによってフライホイール１３０の回転が第２出力軸１０４に伝達される構成となっている。また、第２クラッチディスク１１０は、スラスト軸受１２４を介して軸方向に進退動する第２アクチュエータ１２０に繋がっている。このスラスト軸受１２４は、第２アクチュエータ１２０によって軸方向に引かれても分解せず、第２アクチュエータ１２０の引っ張り力を第２クラッチディスク１１０に伝えることが可能となっている。

上述した通り、第２クラッチディスク１１０は、スリーブ１０６を介して第２出力軸１０４に固定されているが、第２出力軸１０４とスリーブ１０６の結合及びスリーブ１０６と第２クラッチディスク１１０の結合は、いずれも、スプライン結合（回転方向には固定されているが軸方向には相対的に移動可能な状態で結合）されている。ただし、スプライン結合に限らず、回転方向に固定されつつ軸方向に相対的に移動可能な結合である限り、それ以外の結合様式を採用することも可能である。

スリーブ１０６は、一端側がスラスト軸受１２８を介して第１プレッシャープレート１１８に連結される。またスリーブ１０６の他端側は、スラスト軸受１２６を介して軸方向に進退動する第１アクチュエータ１２２に繋がっている。なお、これらスラスト軸受１２６、１２８は、第１アクチュエータ１２２によって軸方向に引かれても分解せず、第１アクチュエータ１２２の引っ張り力を第１プレッシャープレート１１８に伝えることが可能となっている。

このように、第２出力軸１０４に対して二重にスプライン結合を施すことによって、第２クラッチディスク１１０の回転をスリーブ１０６を介して第２出力軸１０４に伝達しつつ、スリーブ１０６自体は、第１アクチュエータ１２２の進退動に連動して軸方向に自由に動くことができる構成となっている。

また、フライホイール１３０は電気モータ１６０の出力軸１６２に連結固定されており、この電気モータ１６０は当該電気モータ１６０を取り囲むケーシング１５０に固定されている。このケーシング１５０は、デュアルクラッチ１００側にも延在し、ボルト１５４を介してクラッチケーシング１５２と連結される。

〈デュアルクラッチの作用・機能〉
図１は、所謂ニュートラル状態にあり、フライホイール１３０の回転は、第１出力軸１０２にも第２出力軸１０４にも伝達されていない。

図示はしないが、第１アクチュエータ１２２が作動して軸方向（上流側）に進動すると、スラスト軸受１２６、スリーブ１０６及びスラスト軸受１２８介して第１プレッシャープレート１１８が押し出され、第１クラッチディスク１１６を第１フライホイールプレート１３２に押し当てる。これにより、フライホイール１３０の回転が、第１出力軸１０２に伝達されることとなる。

所望の段階で、動力の伝達を、第１出力軸１０２側から第２出力軸１０４側へ切り替える必要が生じるが、その場合は、第１アクチュエータ１２２を退動させると共に第２アクチュエータを進動させることによって切り替えられる。

第２アクチュエータ１２０が作動して軸方向（上流側）に進動すると、スラスト軸受１２４を介して第２クラッチディスク１１０を第２フライホイールプレート１３６に押し当てる。これにより、フライホイール１３０の回転が、第２出力軸１０４に伝達されることとなる。

以降はこの繰り返しによって、フライホイール１３０の回転が、第１出力軸１０２若しくは第２出力軸１０４のいずれかに伝達されるように切り替えられる。

このように、第２出力軸１０４とスリーブ１０６、及び、スリーブ１０６と第２クラッチディスク１１０とはそれぞれスプライン結合、換言すると「回転方向には共に回転するも軸方向には相対的に移動可能な結合」によって結合されている。その結果、スリーブ１０６が軸方向（スラスト方向）に自由に動くことが許容されるので、その軸方向の移動を利用して、第１クラッチディスク１１６を係脱する為の操作力（第１アクチュエータ１２２が進退動する力）を伝達するのである。

即ち、同軸配置された２つの出力軸のうち内側に位置する第１出力軸１０２を外側に位置する第２出力軸１０４よりも突出して配置し、第１出力軸１０２の突出部分に第１クラッチディスク１１６を接続し、第２出力軸１０４にスリーブ１０６を介して第２クラッチディスク１１０を接続し、第２出力軸１０４とスリーブ１０６及びスリーブ１０６と第２クラッチディスク１１０をそれぞれスプライン結合することによって、スリーブ１０６の軸方向の移動を構造的に許容させ、このスリーブ１０６の軸方向の動きによって、第１クラッチディスク１１６の係脱を行うのである。

更に、本実施形態におけるデュアルクラッチ１００においては、第１出力軸１０２の突出部分と第１クラッチディスク１１６は、軸方向に抜き差し可能にスプライン結合される。加えて、第２クラッチディスク１１０が当接・離間する第２フライホイールプレート１３６は、第１クラッチディスク１１６が当接・離間する第１フライホイールプレート１３２から分離可能に構成されると共に第２フライホイールプレート１３６における第２クラッチディスク１１０の当接領域αよりも軸心側（中心側）に貫通孔１３２ａが設けられ、第１プレッシャープレート（押圧部材）１１８の直径Ｄ１がこの貫通孔１３２ａの直径ｄ１よりも小さくなるように構成されていた。

このように構成したことによって、図２に示しているように、第１クラッチディスク１１６から第１出力軸１０２を引き抜くと同時に、貫通孔１３２ａから第１プレッシャープレート１１８を引き抜くことができるため、結果として、第１クラッチディスク１１６と第２クラッチディスクと１１０との間で、構造的に分離することが可能となっている。即ち、クラッチディスクの摩耗程度のメンテナンスであれば容易に行うことができるので、アッセンブリー交換等の費用のかかるメンテナンスを回避することができるといった分解整備性能に優れたデュアルクラッチを提供することが可能となっている。

なお、第１出力軸１０２が引き抜かれた第１クラッチディスク１１６は、フライホイール１３０の中に留まったままとなる。必要に応じてフライホイール１３０を構成する第２フライホイールプレート１３６を取り外すことにより、第１クラッチディスク１１６を取り出すことが可能となる。

なお、スリーブ１０６と第１プレッシャープレート１１８の間にスラスト軸受１２８を配置し、更に、スリーブ１０６と第１アクチュエータ１２２の間にもスラスト軸受１２６を配置している。

第１出力軸１０２と第２出力軸１０４に、例えば、異なる減速比をもつギアセット（図示していない）が接続されると、第１出力軸１０２と第２出力軸１０４は基本的に異なる回転数で回転することになる。しかしながら、このようにスラスト軸受１２６、１２８を配置して構成することによって、これら軸受１２６、１２８部分でその回転差を吸収でき、スリーブ１０６自体は第２出力軸１０４と常に連動して回転しながら第１アクチュエータ１２２の動きに応じて軸方向に移動することが可能となる。即ち、スムーズな切り替え（第１出力軸１０２と第２出力軸１０４の動力伝達の切り替え）が可能となっている。

なお上記は、あくまで本発明を適用した一つの具体的な実施例であって、本発明は上記説明した具体的な構造に限定されるものではない。例えば、上記は第１出力軸側のクラッチも第２出力軸側のクラッチも、所謂「単板」の構成として説明しているが、「多板」の構成にも問題なく適用することが可能である。また、上記では特段説明していないが、乾式のデュアルクラッチにも湿式のデュアルクラッチにも問題なく適用することが可能である。

〈その他〉
第１出力軸と第２出力軸とを同軸に配置し、この２つの出力軸に対して動力の伝達を切り替えるデュアルクラッチであって、
前記２つの出力軸のうち内側に位置する第１出力軸が外側に位置する第２出力軸よりも突出して配置され、
前記第１出力軸の突出部分に第１クラッチディスクが接続され、
前記第２出力軸にスリーブを介して第２クラッチディスクが接続され、
前記スリーブは、前記第２出力軸と回転方向には固定されつつ当該第２出力軸に対して軸方向に相対移動可能な状態で結合され、
前記第２クラッチディスクは、前記スリーブと回転方向には固定されつつ当該スリーブに対して軸方向に相対移動可能な状態で結合され、
更に、前記スリーブの一端側に前記第１クラッチディスクを押圧する為の押圧部材が接続され、他端側にアクチュエータが接続されるデュアルクラッチと、
原動機としての電気モータに組み合せることにより、
前記デュアルクラッチ自体が２段階の変速機として機能する電気式原動機。

図４に示しているように、電気モータ１６０とデュアルクラッチ１００を組み合せると、それのみで少なくとも２速の変速機として機能させることが可能となる。通常、トルク特性に乏しい内燃機関式原動機においては、更にギアセットと組み合わせる必要があるが、０回転から大きな回転トルクを取り出せ且つトルクバンドが広い電気モータの場合は、２速の変速機との組み合せであっても十分なメリットを見出すことができる（もちろんより多段の構成を排除するものではない）。

例えば、減速時にシフトダウンすることにより、回生制動力の向上を見込むことが可能となる。即ち、回生時の発電量を増やし、走行距離を伸ばすことが可能となる。走行距離を伸すことができれば、その分だけコストのかかるバッテリーを小さくすることが可能となり、より低廉な価格で電気自動車を生産することができるため、ひいては電気自動車そのものの普及に大きく貢献することができる。

一方で、電気自動車であっても、車両重量は同様に存在する。電気自動車の動力源である電気モータを内燃機関と比較すれば、変速時等にクラッチプレートの回転数に合わせて即時に制御・調速できるものの、完全に調速できるわけではない。特に重量のある車両の変速時の衝撃を摩擦で低減するためにも、摩擦クラッチの存在は有効に機能し得る存在である。

また、電気モータは内燃機関と異なり、０回転、０速度からの発進が可能であり、発進時や渋滞時にクラッチを意図的に滑らせる（半クラッチ）必要もないため、熱害をそれほど心配する必要がなく、（湿式タイプに比べて）低コストで伝達効率に優れた乾式単板タイプのクラッチの採用が却って望ましく、そういった観点からも、電気モータにデュアルクラッチを組み合わせて２速の変速機として機能させることは、優れた相乗効果を発揮するものである。

なお、図４に示したように、デュアルクラッチ１００の下流側に、第１出力軸１０２と第２出力軸１０４のそれぞれの動力伝達を個別にＯＮ−ＯＦＦできるシフト機構１７０を設けることが望ましい。図４における符号１７２及び１７４は、内周面にギアが形成されたスリーブであり、外周面に形成された溝にシフトフォーク（図示していない）が嵌合して左右にスライド可能とされている。これらスリーブ１７２、１７４のスライドにより、シフト機構１７０の中心軸１７１と、デュアルクラッチの２つの出力軸１０２、１０４に繋がる各ギヤ１７３、１７５との連結がＯＮ−ＯＦＦされる。

このように構成すれば、走行時に使用しない側への回転力（ディファレンシャル１８０を介して伝わる車輪１９０の回転力）をシフト機構１７０の部分で遮断することができる。即ち、余計な部品を回転させるためにエネルギーが消費されないため、燃費（電費）や騒音の低減等の効果が発揮される。

１００・・・デュアルクラッチ
１０２・・・第１出力軸
１０４・・・第２出力軸
１０６・・・スリーブ
１１０・・・第２クラッチディスク
１１６・・・第１クラッチディスク
１１８・・・第１プレッシャープレート
１２０・・・第２アクチュエータ
１２２・・・第１アクチュエータ
１２４、１２６、１２８・・・スラスト軸受
１３０・・・フライホイール
１３２・・・第１フライホイールプレート
１３６・・・第２フライホイールプレート
１３８・・・ボルト
１５０、１５２・・・ケーシング
１５４・・・ボルト
１６０・・・電気モータ

Claims (1)

1. 第１出力軸と第２出力軸とを同軸に配置し、この２つの出力軸に対して動力の伝達を切り替えるデュアルクラッチ構造であって、
   前記２つの出力軸のうち内側に位置する第１出力軸が外側に位置する第２出力軸よりも突出して配置され、
   前記第１出力軸の突出部分に第１クラッチディスクが接続され、
   前記第２出力軸にスリーブを介して第２クラッチディスクが接続され、
   前記スリーブは、前記第２出力軸と回転方向には固定されつつ当該第２出力軸に対して軸方向に相対移動可能な状態で結合され、
   前記第２クラッチディスクは、前記スリーブと回転方向には固定されつつ当該スリーブに対して軸方向に相対移動可能な状態で結合され、
   更に、前記スリーブの一端側に前記第１クラッチディスクを押圧する為の押圧部材が接続され、他端側にアクチュエータが接続され、
   更に、
   前記第１出力軸の突出部分と前記第１クラッチディスクは、回転方向には固定されつつ軸方向に相対移動可能な状態で結合され、
   前記第２クラッチディスクが当接・離間する第２フライホイールプレートは、前記第１クラッチディスクが当接・離間する第１フライホイールプレートから分離可能に構成されると共に前記第２クラッチディスクの当接領域よりも軸心側に貫通孔が設けられ、
   前記押圧部材の直径が前記貫通孔の直径よりも小さくなるように構成される
   ことを特徴とするデュアルクラッチ。

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