JP2004197830A - カップリング - Google Patents

Abstract

【課題】大きな増幅機能を持ちながら、低コストで、小型軽量に構成する。
【解決手段】トルク伝達部材２、３の間に配置され、ギア比と噛み合い抵抗と噛み合いスラスト力と噛み合い反力などによる増幅機能を有するヘリカルギア構成のギア組４と、アクチュエータ６によって締結され、ギア組４に負荷抵抗を与える摩擦クラッチ５とを備え、ギア組４に掛かる摩擦クラッチ５の負荷抵抗を増すことにより、アクチュエータ６による摩擦クラッチ５の締結力制御によって伝達トルクの大きさを制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力伝達系などに用いられ、一対のトルク伝達部材間でトルク伝達するカップリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−３２９５６２号公報（特許文献１）に図４のような駆動力伝達装置５０１が記載されている。
【０００３】
この駆動力伝達装置５０１は、回転ケース５０３、インナーシャフト５０５、多板式のメインクラッチ５０７、ボールカム５０９、プレッシャープレート５１１、カムリング５１３、多板式のパイロットクラッチ５１５、アーマチャ５１７、電磁石５１９などから構成されている。
【０００４】
駆動力伝達装置５０１は４輪駆動車において、２輪駆動走行時に切り離される後輪とトランスファとを連結する後輪側プロペラシャフトを分断して配置されており、回転ケース５０３は前側のプロペラシャフトに連結され、インナーシャフト５０５は後側のプロペラシャフトに連結されている。
【０００５】
電磁石５１９を励磁すると、磁束ループ５２１が形成されてアーマチャ５１７が吸引され、パイロットクラッチ５１５を押圧し締結させる。パイロットクラッチ５１５が締結されると、パイロットトルクが生じてボールカム５０９にエンジンの駆動力が掛かり、発生したカムスラスト力によってメインクラッチ５０７が押圧され、駆動力伝達装置５０１（メインクラッチ５０７）が連結されて後輪側に駆動力が伝達され、車両は４輪駆動状態になる。
【０００６】
また、電磁石５１９の励磁電流を制御すると、パイロットクラッチ５１５の滑り率に変化が生じてボールカム５０９のカムスラスト力が変わり、メインクラッチ５０７の押圧力が変化して後輪に送られる駆動力の大きさが変わるから、前後輪間の駆動力配分比を制御できる。
【０００７】
また、電磁石５１９の励磁を停止すると、パイロットクラッチ５１５が開放されてボールカム５０９のカムスラスト力が消失し、メインクラッチ５０７が開放されて駆動力伝達装置５０１の連結が解除され、後輪側が切り離されて車両は２輪駆動状態になる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３２９５６２号公報（第６頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、駆動力伝達装置５０１のようなトルクの主伝達経路に多板式のメインクラッチ５０７を用いた装置では、大トルクを伝達する多板クラッチに特有のスティックスリップ音（クラッチ板の断続的な滑りに起因する騒音）を避けることは難しい。
【００１０】
また、上記駆動力伝達装置５０１では、ボールカム５０９（カム機構）を用いているので、カムフォロアとカム部材のガタにより両部材間の相対回転方向が逆転する際、カムフォロアがカム部材に設けたカム溝内で中立状態が生じる。この時には、プレッシャープレートへのカムフォロアによるスラスト力が保持できなくなるため、トルク抜けが発生する。この結果、レスポンスが遅くなる上に、ガタに伴う騒音が発生する。
【００１１】
そこで、本発明は、スリップスティック音の発生を大幅に抑制することができ、トルク抜けが生じることのないカップリングの提供を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のカップリングは、一対のトルク伝達部材と、前記両トルク伝達部材間に配置されたギア組と、前記ギア組に負荷抵抗を付与する摩擦クラッチと、 前記摩擦クラッチの締結力を締結制御するアクチュエータとを備え、前記ギア組が、ギア比を有して前記摩擦クラッチから与えられた前記負荷抵抗を増す増幅機能が得られると共に、前記アクチュエータによって前記摩擦クラッチの締結力を制御し、前記両トルク伝達部材間の伝達トルクを制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明では、ギア比を有したギア組を用いたことにより、このギア比による負荷抵抗（伝達トルク）を増す増幅機能が得られる上に、例えば、構成するギアの間で噛み合い抵抗が発生するギア組では、この噛み合い抵抗に見合った増幅率でトルクや速度が増幅される。また、摩擦クラッチの締結力を制御し、ギア組に付与する負荷抵抗を調整することによりこの負荷抵抗に応じてギア組自体で負荷抵抗を増大することができる。この場合、一方のトルク伝達部材に摩擦クラッチに伝達された小さなトルクに対して、他方のトルク伝達部材から出力されるトルクは、ギア組によって増幅されて大きなトルクとなる。この結果、摩擦クラッチの締結によって伝達される小さいなトルクをアクチュエータによって締結・制御することで、他方のトルク伝達部材から出力される大きなトルクの制御を行うことができる。
【００１４】
また、請求項１の発明では、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材に一方のトルク伝達部材からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音を大幅に抑制することができる。
【００１５】
さらに、請求項１の発明では、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載されたカップリングであって、前記ギア組が、各ギア間での噛み合い抵抗を有することを特徴とし、請求項１の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００１７】
これに加えて、請求項２のカップリングでは、確実かつ大きな増幅機能が得られる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載された発明であって、
前記ギア組が、前記一対のトルク伝達部材間に少なくとも３種類のギアを有し、１つ目は一対のトルク伝達部材と連結するギア、２つ目は前記１つ目のギアと噛み合うピニオンギヤ、３つ目は前記ピニオンギアと噛み合うギアを連結したギア組であり、前記トルク伝達部材の一方に、前記ピニオンギアを回転自在に収容する収容孔が設けられ、前記摩擦クラッチが、前記サイドギアの他方と前記一方のトルク伝達部材との間に配置され、前記ギア組において、前記３種類のギアがトルクを受けて生じる噛み合い反力により前記ピニオンギアが収容孔に押圧されて摩擦抵抗が生じ、これら両摩擦抵抗による増幅機能が得られることを特徴とする。
【００１９】
請求項３のカップリングでは、ギア組の構成及びギア組により発生し、増大することができる負荷抵抗（摩擦抵抗）の発生箇所を特定したものであり、摩擦クラッチを締結させた状態で、例えば、ピニオンギアの収容孔が設けられたトルク伝達部材から入力したトルクは、収容孔からそれぞれのピニオンギアを介して他方のトルク伝達部材側ギアに伝達され、他方のトルク伝達部材から出力されると共に、この間、ヘリカルギア組のギア比と噛み合い抵抗とによってトルクが増幅される。
【００２０】
また、摩擦クラッチの抵抗がギア組に付加されることにより、ギア組固有のギア比と噛み合い抵抗による増幅機能が加わるため数倍から約十倍にわたる大きな増幅機能が得られる。
【００２１】
さらに、摩擦クラッチによる負荷抵抗を調整すれば、トルクと速度差とを広い範囲で任意に（オンデマンドで）調整することができる。
【００２２】
また、ギア組自身のギア比と噛み合い抵抗を変えることにより、増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【００２３】
また、摩擦クラッチを開放すると、ギア組の各構成ギアが相対回転可能になり、これに伴って、ピニオンギアが収容孔と共に公転し、各ギアが自転（空転）することによって、トルクの伝達が遮断される。
【００２４】
こうして、請求項３のカップリングは、請求項１または請求項２の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００２５】
また、例えばギア組がヘリカルギアによって構成された場合には、上記の機能に加えて、ヘリカルギアの噛み合いスラスト力と噛み合い反力とにより噛み合い抵抗（摩擦抵抗）が生じて増幅機能を増すことができ、さらに大きな増幅機能が得られる。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項１に記載されたカップリングであって、前記ギア組が、インターナルギアと、サンギアと、これらを連結するプラネタリーギアを支持するキャリヤの３箇の相対回転部材からなるプラネタリーギア組であり、前記トルク伝達部材の一方と他方が、前記３相対回転部材の内の２者と各別に連結され、前記摩擦クラッチが、前記トルク伝達部材に連結された相対回転部材の内のいずれかと、前記３相対回転部材の他の１者との間に配置されていることを特徴としている。
【００２７】
請求項４のカップリングでは、例えば、インターナルギアを入力側のトルク伝達部材に連結し、キャリヤ（プラネタリーギアキャリヤ）を出力側のトルク伝達部材に連結し、摩擦クラッチをインターナルギアとサンギアとの間に配置すれば、入力側トルク伝達部材から入力したトルクは、インターナルギアからプラネタリーギアとキャリヤを介して出力側のトルク伝達部材に伝達され、この間に、プラネタリーギア組が持つギア比によって伝達トルクが増幅される。
【００２８】
また、摩擦クラッチの抵抗をインターナルギアとサンギアとの間に負荷することにより、プラネタリーギア組のギア比による増幅機能の数倍から約十倍にわたる大きな増幅機能が得られる。
【００２９】
さらに、摩擦クラッチによるこの負荷抵抗を調整すれば、トルクと速度とを広い範囲で任意に（オンデマンドで）調整することができる。
【００３０】
また、プラネタリーギア組自身のギア比を変えることにより、増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【００３１】
また、摩擦クラッチを開放すると、上記構成例の場合、インターナルギアとサンギアとが相対回転可能になり、プラネタリーギアの公転に伴ってキャリヤが回転し、サンギアが自転（空転）するから、トルクの伝達をオンデマンドで遮断することができる。
【００３２】
こうして、請求項４のカップリングは、請求項１の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００３３】
なお、各ギアをヘリカルギアとすることにより、ギアの噛み合いスラスト力により各ギア端面（スラスト方向面）に対して摩擦抵抗（増幅機能）をさらに増大させることができる。
【００３４】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載されたカップリングであって、前記アクチュエータが、電磁石であることを特徴とし、請求項１〜４の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００３５】
また、請求項５のカップリングは、アクチュエータに電磁石を用いたことにより、流体圧式のアクチュエータを用いた構成と異なって、高価なポンプとその駆動源及び圧力ラインの引き回しなどが不要であり、構造簡単、低コストで、配置スペースが狭くてすみ、小型軽量に構成され、車載性に優れる上に、増幅機能を調整する際のレスポンスと、トルクを断続する際のレスポンスが速く、高い信頼性が得られる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態のカップリング１について、図１、図２を用いて説明する。図１は、カップリング１を示す断面図、図２は図１のII−II線に沿って切断した断面図である。このカップリング１は、４輪駆動車において２輪駆動走行時に切り離される後輪（リヤデフ）とトランスファとを連結する後輪側プロペラシャフトを分断して配置されている。
【００３７】
カップリング１は、一対のトルク伝達部材２、３と、両トルク伝達部材２、３間に配置されギア比による増幅機能を有するギア組４と、ギア組４に負荷抵抗を付与する摩擦クラッチ５と、摩擦クラッチ５の締結力を締結制御するアクチュエータ６とを備えている。そして、本実施形態のカップリング１は、ギア組４が、ギア比を有して摩擦クラッチ５から与えられた負荷抵抗を増す増幅機能が得られると共に、アクチュエータ６によって摩擦クラッチ５の締結力を制御し、両トルク伝達部材２、３間の伝達トルクを制御する。
【００３８】
一対の伝達部材２、３の一方のトルク伝達部材２は、ステンレス鋼（非磁性材料）で作られたケーシング本体７と、鉄系合金（磁性材料）で作られたロータ８とから構成されている。ケーシング本体７は、円筒状で一側に大径の開口部９が形成され、他側に小径の開口部を形成するボス部１０が形成されている。ケーシング本体７の内側は、開口部９側が中空部１１でボス部１０側は中実部１２となっている。中空部１１の内部には開口部９側からスプライン部１３が形成されている。この中空部１１は、開口部９に溶接された円板状の上記ロータ８によって閉塞されている。ロータ８の半径方向の中間部には、非磁性体からなるリング１４が設けられている。
【００３９】
また、ロータ８の中心部からは、入力軸１５が一体に突設されている。ケーシング本体７の中実部１２には、図２に示すように中心部に大径の収納孔１６が設けられ、この収納孔１６の開口部９側であって収納孔１６の中心からずれた位置に後述するヘリカルピニオンギア２３、２４（２つ目のギア、但しピニオンギア２３、２４の一方側を使用して後述するヘリカルサイドギア２７と連結しても良い）が収納される収納孔小径の１７、１８が設けられている。これらの収納孔１７、１８は対称位置に設けられ、それぞれ収納孔１６と連通している。さらに、収納孔１６に連通すると共に、収納孔１７、１８にそれぞれ連通し後述するヘリカルピニオンギア２５、２６が収納される収納孔１９、２０が設けられている。中心部に設けられた大径の収納孔１６には後述するヘリカルサイドギア２２（１つ目のギア）が収容され、このヘリカルサイドギア２２に他方のトルク伝達部材３が一体に形成されている。
【００４０】
他方のトルク伝達部材３は、ヘリカルサイドギア２２の中心部から突出した出力軸２１からなり、この出力軸２１は、ケーシング本体７のボス部１０の小径の開口部からケーシング本体７の外方へ突出している。これらの両トルク伝達部材２、３間に上記ギア組４が配置されている。
【００４１】
ギア組４は、大径の収納孔１６に収納された上記ヘリカルサイドギア２２と、このヘリカルサイドギア２２に噛み合った状態で収納孔１７、１８にそれぞれ収納された長軸のヘリカルピニオンギヤ２３、２４と、ヘリカルピニオンギヤ２３、２４に噛み合った状態で収納孔１９、２０内に収納された短軸のヘリカルピニオンギヤ２５、２６と、ヘリカルピニオンギア２５、２６に噛み合うヘリカルサイドギア２７（３つ目のギア）とで構成されている。そして、各収納孔１６、１７、１８、１９、２０に収納されて互いに噛み合った状態のヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２６は、ケーシング本体７の内周にスナップリング２８によって位置決めされたスラストリング２９によってケーシング本体７内に位置決めされている。また、ヘリカルサイドギア２７のロータ８側は、スラストリング２９を貫通して延設されており、支承軸部３０が一体に設けられている。支承軸部３０の先端側は、ロータ８に形成された支承部３１に回転自在に支承されている。また、支承軸部３０の外周には、摩擦クラッチ５が連結される歯部３２が設けられている。
【００４２】
摩擦クラッチ５は、ケーシング本体７の上記スプライン部１３に外側が噛み合っている複数枚の外側摩擦板３３と、支承軸部３０の歯部３２に内側が噛み合うと共に、外側摩擦板３３と互い違いに配置された複数枚の内側摩擦板３４とで形成されている。摩擦クラッチ５は、外側摩擦板３３と内側摩擦板３４とが締結した状態では、ケーシング本体７に伝達された回転駆動力を支承軸部３０を介してヘリカルサイドギア２７に伝達する。この摩擦クラッチ５は、アクチュエータ６によってその締結力が制御される。
【００４３】
アクチュエータ６は、非磁性材料性のロータ８の外側に配置された電磁石３５と、摩擦クラッチ５を挟んでロータ８の反対側に配置されたアーマチャ３６とで構成されている。電磁石３５は、電磁コイル３７と、この電磁コイル３７を覆うコア３８とで形成されている。コア３８は、ボールベアリング（不図示）等を介して入力軸１５に支持されている。そして、電磁コイル３７を励磁すると、発生する磁力線により磁束ループ３９が形成され、この磁束ループ３９によってアーマチャ３６がロータ８側に移動することで摩擦クラッチ５が締結する。この場合、電磁コイル３７への通電電流を調節することで摩擦クラッチ５の締結力を調節することができ、これによってギア組４に付与する負荷抵抗を調節することができる。
【００４４】
上述したように一対のトルク伝達部材２、３の間には１つ目としてのヘリカルサイドギア２２と２つ目としてのヘリカルピニオンギア２３及びヘリカルピニオンギア２４と、３つ目としてのヘリカルサイドギア２７とによる４種類のギアからなるギア組が配置されている。
【００４５】
以下に、カップリング１の作動について説明する。
【００４６】
電磁コイル３５が非励磁状態のとき、入力軸１５に回転駆動力が入力されると、ロータ８が回転し、ケーシング本体７が回転する。ケーシング本体７が回転すると、ヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２５がケーシング本体７と共に入出力軸１５、２１を中心に回転する（公転）。ヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２６がケーシング本体７と共に回転（公転）すると、ヘリカルピニオンギア２５、２６と噛み合っているヘリカルサイドギア２２もケーシング本体７と共に回転（公転）する。このとき、出力軸２１に負荷が加わっていない場合には、ヘリカルサイドギア２２と一体の出力軸２１はケーシング本体７と共に回転する。
【００４７】
この状態から、出力軸２１に負荷が加わると、出力軸２１がケーシング本体７と共に回転しようとするのを妨げるのでヘリカルサイドギア２２が収容孔１６内で回転する（自転）する。ヘリカルサイドギア２２が収容孔１６内で回転（自転）すると、このヘリカルサイドギア２２と噛み合っているヘリカルピニオンギア２３、２４が収容孔１７、１８内で回転（自転）する。さらに、ヘリカルピニオンギア２３、２４が収容孔１７、１８内で回転（自転）すると、ヘリカルピニオンギア２５、２６が収容孔１９、２０内で回転（自転）する。ヘリカルピニオンギア２５、２６が収容孔１９、２０内で回転（自転）すると、ヘリカルピニオンギア２５、２６と噛み合っているヘリカルサイドギア２７が、ケーシング本体７の回転方向と逆方向に回転し、支承軸部３０も同方向へ回転する。
【００４８】
この場合、ヘリカルサイドギア２２、ヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２６、ヘリカルサイドギア２７は、ヘリカルギアで形成されているので、その噛み合い反力によって、ギアの圧力角方向（回転軸と直交する半径方向）にヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２７は互いに押圧し合ってヘリカルピニオンギアの支持面としてのギア外周面で収納孔１７、１８、１９、２０の内壁へ押し付けられて摩擦抵抗が発生する。さらに、ヘリカルギアでピニオンギヤ、サイドギアが形成されているので、ギアのネジレ角方向（回転軸と平行する軸方向）に発生したスラスト力によって、ヘリカルサイドギア２２、ヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２７の端面は、ケーシング本体７の側壁及びスラストリングに押圧されて摩擦抵抗が発生する。これらの噛み合い反力による摩擦抵抗やスラスト力による摩擦抵抗が発生すると、収納孔１７、１８、１９、２０内でのヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２６の回転（自転）が規制され、ヘリカルサイドギア２２、２７の回転（自転）も規制される。この結果、これらの摩擦抵抗に応じた力分だけ、ヘリカルサイドギア２３、２４、２５、２６、ヘリカルサイドギア２２、２７はケーシング本体７によって強制的に回転されて出力軸２１に回転駆動力（トルク）が伝達される。
【００４９】
ここで、電磁コイル３７に通電して励磁すると、アーマチャ３６がロータ８側に引き寄せられて摩擦クラッチ５を締結する。摩擦クラッチ５が締結すると、支承軸部３０をケーシング本体７と同方向に回転させようとするため、支承軸部３０の回転を妨げようとする。すなわち、ヘリカルサイドギア２７に負荷抵抗が加わってヘリカルサイドギア２７の回転（自転）が規制される。ヘリカルサイドギア２７の回転（自転）が規制されると、ヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２６の回転（自転）も規制され、ヘリカルサイドギア２２の回転（自転）も規制されるので、ヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２６、ヘリカルサイドギア２２の公転によって強制的に出力軸２１がケーシング本体７と共に回転され、ケーシング本体７から回転駆動力（トルク）が伝達される。
【００５０】
この場合、電磁コイル３７への通電電流値を大きくして、摩擦クラッチ５の締結力にギアの摩擦力が加わり、ピニオンギア２３、２４、２５、２６の自転は完全に停止し、これにより入力軸１５側の回転駆動力（トルク）が出力軸２１側へ全て伝達される。
【００５１】
また、電磁コイル３７への通電電流値を調節すると、すなわち、外側摩擦板３３と内側摩擦板３５との間で滑りを生じた状態で摩擦クラッチ５が締結するとヘリカルピニオンギア２３、２４、２５、２６の自転が許容されるので、ケーシング本体７から出力軸２１へ伝達されるトルクを調節することができる。
【００５２】
従って、電磁コイル３７への励磁電流を制御し、摩擦クラッチ５の締結力を調節することでヘリカルサイドギア２７への負荷抵抗（小さなトルク）を調節することができ、摩擦クラッチ５によって伝達されたトルクに対して出力軸２１に伝達されるトルクを増幅することができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、アクチュエータ６によって摩擦クラッチ５の締結力を制御し、ギア組４に付与する負荷抵抗を調整することにより、ギア組４による負荷抵抗を増し、一対のトルク伝達部材間の伝達トルクの大きさを制御することができる。この場合、一方のトルク伝達部材２から摩擦クラッチ５に伝達された小さなトルクに対して他方のトルク伝達部材３から出力されるトルクは、ギア組４の上記噛み合い反力による摩擦抵抗、スラスト力による摩擦抵抗、摩擦クラッチ５による負荷抵抗によって増幅されて大きなトルクとなる。この結果、摩擦クラッチ５の締結によって伝達される小さなトルクをアクチュエータ６によって締結・制御することで、他方のトルク伝達部材３から出力される大きなトルクの制御を行うことができる。
【００５４】
また、本実施形態のカップリング１では、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材３に一方のトルク伝達部材２からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音が発生することを大幅に抑制することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態のカップリング１では、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【００５６】
加えて、ギア組４のギア比を調節することにより、カップリング１による増幅機能を広い範囲で任意に調整することが可能であり、カップリング１を介して後輪側に送られる駆動力の大きさを変えて前後輪の駆動力配分比を制御することができる。例えば、旋回走行中にこのような駆動力配分比の制御（カップリング１による伝達トルクの増幅機能調整）を行うと、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態のカップリング１は、上記のように、ギア組４の固有に噛み合い抵抗値による増幅機能が得られる上に、摩擦クラッチ５の抵抗をギア組４に負荷することによってギア組４の固有の増幅機能の数倍から数十倍にわたる大きな増幅機能が得られ、さらに、摩擦クラッチ５の負荷抵抗を調整することにより全体の伝達トルクを広い範囲で調整することができる。
【００５８】
このように電磁式カップリング１の増幅率を調整すれば、操舵、加速、減速などの走行条件や、路面条件に応じ、オンデマンドで前後輪間のトルク配分比を調整することができ、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【００５９】
また、ギア組４自身のギア比と噛み合い抵抗値を変えることにより、増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【００６０】
また、電磁式カップリング１は、カム機構を用いないから、カム機構のガタ、ガタによるレスポンスの低下と騒音などから解放されている。
【００６１】
また、メインクラッチ５０７、パイロットクラッチ５１５、ボールカム５０９、カムリング５１３、アーマチャ５１７、電磁石５１９などの部材を用いて構成された従来の駆動力伝達装置５０１と較べて、電磁式カップリング１は構造が簡単で、低コストであると共に、小型軽量に構成されるから、それだけ良好な車載性が得られる。
【００６２】
また、電磁式カップリング１は、アクチュエータに電磁石３５を用いたことにより、例えば、流体圧式のアクチュエータを用いた構成と異なって、高価なポンプとその駆動源及び圧力ラインの引き回しなどが不要であり、構造簡単、低コストで、配置スペースが狭くてすみ、小型軽量で、車載性に優れる上に、増幅機能を調整し、トルクを断続する際のレスポンスが速く、高い信頼性が得られる。
【００６３】
なお、電磁式カップリング１では、入力軸１５を出力側にし、出力軸２１を入力側にしてもよい。
【００６４】
［第２実施形態］
次に第２実施形態のカップリング２０１について図３を用いて説明する。本実施形態のカップリング２０１は、第１実施形態のカップリング１のギア組４の構成が異なり、ヘリカルサイドギアとヘリカルピニオンギアの組み合わせに変えてプラネタリーギア組が用いられている。
【００６５】
図３に示すように、カップリング２０１は、一対のトルク伝達部材２０２、２０３と、両トルク伝達部材２０２、２０３間に配置されギア比による増幅機能を有するギア組２０４と、ギア組２０４に負荷抵抗を付与する摩擦クラッチ２０５と、摩擦クラッチ２０５の締結力を締結制御するアクチュエータ２０６とを備えている。そして、本実施形態のカップリング２０１は、ギア組２０４において、ギア比による増幅機能が得られ、また、摩擦クラッチ２０５から与えられた負荷抵抗によって増幅機能が得られると共に、アクチュエータ２０６によって摩擦クラッチ２０５の締結力を制御し、ギア組に掛かる負荷抵抗を調整することにより、ギア組２０４による両トルク伝達部材２０２、２０３間の伝達トルクを制御する。
【００６６】
一対の伝達部材２０２、２０３の一方のトルク伝達部材２０２は、ステンレス鋼（非磁性材料）で作られたケーシング本体２０７と、鉄系合金（磁性材料）で作られたロータ２０８とから構成されている。ケーシング本体２０７は、円筒状で一側に大径の開口部２０９が形成され、他側に小径の開口部を形成するボス部３００が形成されている。ケーシング本体２０７の内側には中空部３０１が形成され、内壁にはスプライン部３０２が設けられている。中空部３０１は、開口部２０９に溶接された円板状の上記ロータ２０８によって閉塞されている。このロータ２０８の半径方向の中間部には、非磁性体からなるリング３０３が設けられている。また、ロータ２０８の中心部からは、入力軸３１５が一体に突設されている。
【００６７】
他方のトルク伝達部材２０３は、ケーシング本体２０７内に収納されたキャリヤ３１６の中心部から突出した出力軸３１７からなり、この出力軸３１７は、ケーシング本体２０７のボス部３００の小径の開口部からケーシング本体２０７の外方へ突出している。これらの両トルク伝達部材２０２、２０３間にギア組２０４が配置されている。
【００６８】
ギア組２０４は、インターナルギア（３箇の相対回転部材の内の２者）３１８と、このインターナルギア３１８に噛み合うプラネタリーギア３１９と、プラネタリーギア３１９を支持するキャリヤ（３箇の相対回転部材の内の２者）３２０と、プラネタリーギア３１９と噛み合うサンギア（３箇の相対回転部材の内の２者）３２１とで構成されている。インターナルギア３１８は、ケーシング本体２０７の内壁に設けたスプライン部３０２からなる。キャリヤ３２０は、前方支持部材３２２と後方支持部材３２３とで形成され、これらの間に設けられた支持軸３２４に上記プラネタリーギア３１９が回転自在に支持されている。また、後方支持部材３２３の中心部から前述した出力軸３１７が一体に突設されている。サンギア３２１は、ケーシング本体２０７の中心部に配置された円筒部材３２５の一端側の外周に設けられている。この円筒部材３２５の他端側は、ロータ２０８の支承部３３５に支承される支承軸部３２６が一体に設けられている。また、支承軸部３２６の外周部までサンギア３２１が設けられており、摩擦クラッチ２０５が連結されている。
【００６９】
摩擦クラッチ５２０は、ケーシング本体２０７の上記スプライン部３０２に外側が噛み合っている複数枚の外側摩擦板３２７と、支承軸部３２６の歯部３２８に内側が噛み合うと共に、外側摩擦板３２７と互い違いに配置された複数枚の内側摩擦板３２９とで形成されている。この摩擦クラッチ２０５は、外側摩擦板３２７と内側摩擦板３２９とが締結した状態では、ケーシング本体２０７に伝達された回転駆動力を支承軸部３２６を介してサンギア３２１に伝達する。この摩擦クラッチ２０５は、アクチュエータ２０６によってその締結力が制御される。
【００７０】
アクチュエータ２０６は、非磁性材料性のロータ２０８の外側に配置された電磁石３３０と、摩擦クラッチ２０５を挟んでロータ２０８の反対側に配置されたアーマチャ３３１とで構成されている。電磁石３３０は、電磁コイル３３２と、この電磁コイル３３２を覆うコア３３３とで形成されている。コア３３３は、ボールベアリング（不図示）等を介して入力軸３１５に支持されている。そして、電磁コイル３３２を励磁すると、発生する磁力線により磁束ループ３３４が形成され、この磁束ループ３３４によってアーマチャ３３１がロータ２０８側に移動することで摩擦クラッチ２０５が締結する。この場合、電磁コイル３３２への通電電流を調節することで摩擦クラッチ２０５の締結力を調節することができ、これによってギア組２０４に付与する負荷抵抗を調節することができる。
【００７１】
以下に、カップリング２０１の作動について説明する。
【００７２】
電磁コイル３３２が非励磁状態のとき、入力軸３１５に回転駆動力が入力されると、ロータ２０８が回転し、ケーシング本体２０７が回転する。ケーシング本体２０７が回転すると、インターナルギア３１８と噛み合っているプラネタリーギア３１９がケーシング本体２０７と共に回転（公転）し、キャリヤ３１６がケーシング本体２０７と共に回転する。また、プラネタリーギア３１９と噛み合っているサンギア３２１が回転し、円筒部材３２５もケーシング本体２０７と共に回転する。このとき、出力軸３１７に負荷が加わっていない場合には、キャリヤ３１６と一体の出力軸３１７はケーシング本体２０７と共に回転する。
【００７３】
この状態から、出力軸３１７に負荷が加わると、出力軸３１７がケーシング本体２０７と共に回転しようとするのを妨げるのでプラネタリーギア３１９が支持軸３２４を中心に回転（自転）する。プラネタリーギア３１９が自転するとサンギア３２１がケーシング本体２０７と逆方向へ回転する。
【００７４】
ここで、電磁コイル３３２に通電して励磁すると、アーマチャ３３１がロータ２０８側に引き寄せられて摩擦クラッチ２０５を締結する。摩擦クラッチ２０５が締結すると、円筒部材３２５をケーシング本体２０７と同方向に回転させようとするため、サンギア３２１の回転を妨げようとする。すなわち、サンギア３２１に負荷抵抗が加わってプラネタリーギア３１９の回転（自転）が規制される。プラネタリーギア３１９の回転（自転）が規制されると、キャリヤ３１６の回転（公転）も規制されるので出力軸３１７がケーシング本体２０７と共に回転されてケーシング本体２０７から出力軸に回転駆動力（トルク）が伝達される。
【００７５】
この場合、電磁コイル３３２への通電電流値を大きくして、摩擦クラッチ２０５を完全に締結した場合には、サンギア３２１はケーシング本体２０７と一体に回転し、プラネタリーギア３１９の回転（自転）も完全に停止するので、ケーシング本体２０７の回転駆動力はキャリヤ３２１を介して出力軸３１７側へ全て伝達される。
【００７６】
また、電磁コイル３３２への通電電流値を調節すると、すなわち、外側摩擦板３２７と内側摩擦板３２９との間で滑りを生じた状態で摩擦クラッチ２０５が締結するとプラネタリーギア３１９の自転が許容されるので、ケーシング本体７から出力軸２１へ伝達されるトルクを調節することができる。
【００７７】
従って、電磁コイル３３２への励磁電流を制御し、摩擦クラッチ２０５の締結力を調節することでサンギア３２１への負荷抵抗（小さなトルク）を調節することができ、摩擦クラッチ２０５によって伝達されたトルクに対して出力軸３１７に伝達されるトルクを増幅することができる。
【００７８】
また、本実施形態のカップリング２０１では、ギア組としてプラネタリー式のギア組を用いているので、インターナルギア３１８、サンギア３２１、プラネタリーギア３１９の歯数比によるトルク増幅機能を持っており、上記したトルクを伝達する間、このギア比によってもトルクが増幅される。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態によれば、アクチュエータ２０６によって摩擦クラッチ２０５の締結力を制御し、ギア組２０４に付与する負荷抵抗を調整することにより、ギア組２０４による増幅機能を制御することができる。この場合、一方のトルク伝達部材２０２から摩擦クラッチ２０５に伝達された小さなトルクに対して他方のトルク伝達部材２０３から出力されるトルクは、ギア組２０４の上記噛み合い反力による摩擦抵抗、スラスト力による摩擦抵抗、摩擦クラッチ２０５による負荷抵抗によって増幅されて大きなトルクとなる。この結果、摩擦クラッチ２０５の締結によって伝達される小さなトルクをアクチュエータ２０６によって締結・制御することで、他方のトルク伝達部材２０３から出力される大きなトルクの制御を行うことができる。
【００８０】
また、本実施形態のカップリング２０１では、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材２０３に一方のトルク伝達部材２０２からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音を大幅に抑制することができる。
【００８１】
さらに、本実施形態のカップリング２０１では、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【００８２】
加えて、ギア組２０４のギア比を調節することにより、カップリング２０１による伝達トルクを広い範囲で任意に調整することが可能であり、カップリング２０１を介して後輪側に送られる駆動力の大きさを変えて前後輪の駆動力配分比を制御することができる。例えば、旋回走行中にこのような駆動力配分比の制御（カップリング１によるトルクの伝達トルクの調整）を行うと、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【００８３】
このように電磁式カップリング２０１の増幅率を調整すれば、操舵、加速、減速などの走行条件や、路面条件に応じ、オンデマンドで前後輪間のトルク配分比を調整することができ、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【００８４】
また、ギア組２０４自身のギア比と噛み合い抵抗値を変えることにより、増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【００８５】
また、電磁式カップリング２０１は、カム機構を用いないから、カム機構のガタ、ガタによるレスポンスの低下と騒音などから解放されている。
【００８６】
また、メインクラッチ５０７、パイロットクラッチ５１５、ボールカム５０９、カムリング５１３、アーマチャ５１７、電磁石５１９などの部材を用いて構成された従来の駆動力伝達装置５０１と較べて、電磁式カップリング１は構造が簡単で、低コストであると共に、小型軽量に構成されるから、それだけ良好な車載性が得られる。
【００８７】
また、電磁式カップリング２０１は、アクチュエータに電磁石３３０を用いたことにより、例えば、流体圧式のアクチュエータを用いた構成と異なって、高価なポンプとその駆動源及び圧力ラインの引き回しなどが不要であり、構造簡単、低コストで、配置スペースが狭くてすみ、小型軽量で、車載性に優れる上に、増幅機能を調整し、トルクを断続する際のレスポンスが速く、高い信頼性が得られる。
【００８８】
なお、電磁式カップリング２０１では、入力軸３１５を出力側にし、出力軸３１７を入力側にしてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、ギア比を有したギア組を用いたことにより、このギア比による負荷抵抗（伝達トルク）を増す増幅機能が得られる上に、例えば、構成するギアの間で噛み合い抵抗が発生するギア組では、この噛み合い抵抗に見合った増幅率でトルクや速度が増幅される。
【００９０】
また、摩擦クラッチの締結力を制御し、ギア組に付与する負荷抵抗を調整することによりこの負荷抵抗に応じてギア組自体で負荷抵抗を増大することができる。この場合、一方のトルク伝達部材に摩擦クラッチに伝達された小さなトルクに対して、他方のトルク伝達部材から出力されるトルクは、ギア組によって増幅されて大きなトルクとなる。この結果、摩擦クラッチの締結によって伝達される小さいなトルクをアクチュエータによって締結・制御することで、他方のトルク伝達部材から出力される大きなトルクの制御を行うことができる。
【００９１】
また、請求項１の発明では、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材に一方のトルク伝達部材からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音を大幅に抑制することができる。
【００９２】
さらに、請求項１の発明では、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【００９３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の構成と同等の作用・効果を得ることができる。これに加えて、請求項２のカップリングでは、確実かつ大きな増幅機能が得られる。
【００９４】
請求項３の発明によれば、ギア組の構成及びギア組により発生し、増大することができる負荷抵抗（摩擦抵抗）の発生箇所を特定したものであり、摩擦クラッチを締結させた状態で、例えば、ピニオンギアの収容孔が設けられたトルク伝達部材から入力したトルクは、収容孔からそれぞれのピニオンギアを介して他方のトルク伝達部材側ギアに伝達され、他方のトルク伝達部材から出力されると共に、この間、ヘリカルギア組のギア比と噛み合い抵抗とによってトルクが増幅される。
【００９５】
また、摩擦クラッチの抵抗がギア組に付加されることにより、ギア組固有のギア比と噛み合い抵抗による増幅機能が加わるため数倍から約十倍にわたる大きな増幅機能が得られる。
【００９６】
さらに、摩擦クラッチによる負荷抵抗を調整すれば、トルクと速度差とを広い範囲で任意に（オンデマンドで）調整することができる。
【００９７】
また、ギア組自身のギア比と噛み合い抵抗を変えることにより、増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【００９８】
また、摩擦クラッチを開放すると、ギア組の各構成ギアが相対回転可能になり、これに伴って、ピニオンギアが収容孔と共に公転し、各ギアが自転（空転）することによって、トルクの伝達が遮断される。
【００９９】
こうして、請求項３のカップリングは、請求項１または請求項２の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【０１００】
また、例えばギア組がヘリカルギアによって構成された場合には、上記の機能に加えて、ヘリカルギアの噛み合いスラスト力と噛み合い反力とにより噛み合い抵抗（摩擦抵抗）が生じて増幅機能を増すことができ、さらに大きな増幅機能が得られる。
【０１０１】
請求項４の発明によれば、例えば、インターナルギアを入力側のトルク伝達部材に連結し、キャリヤ（プラネタリーギアキャリヤ）を出力側のトルク伝達部材に連結し、摩擦クラッチをインターナルギアとサンギアとの間に配置すれば、入力側トルク伝達部材から入力したトルクは、インターナルギアからプラネタリーギアとキャリヤを介して出力側のトルク伝達部材に伝達され、この間に、プラネタリーギア組が持つギア比によって伝達トルクが増幅される。
【０１０２】
また、摩擦クラッチの抵抗をインターナルギアとサンギアとの間に負荷することにより、プラネタリーギア組のギア比による増幅機能の数倍から約十倍にわたる大きな増幅機能が得られる。
【０１０３】
さらに、摩擦クラッチによるこの負荷抵抗を調整すれば、トルクと速度とを広い範囲で任意に（オンデマンドで）調整することができる。
【０１０４】
また、プラネタリーギア組自身のギア比を変えることにより、増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【０１０５】
また、摩擦クラッチを開放すると、上記構成例の場合、インターナルギアとサンギアとが相対回転可能になり、プラネタリーギアの公転に伴ってキャリヤが回転し、サンギアが自転（空転）するから、トルクの伝達をオンデマンドで遮断することができる。
【０１０６】
こうして、請求項４のカップリングは、請求項１の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【０１０７】
なお、各ギアをヘリカルギアとすることにより、ギアの噛み合いスラスト力により各ギア端面（スラスト方向面）に対して摩擦抵抗（増幅機能）をさらに増大させることができる。
【０１０８】
請求項５の発明によれば、請求項１〜４の構成と同等の作用・効果を得ることができる。また、請求項５のカップリングは、アクチュエータに電磁石を用いたことにより、流体圧式のアクチュエータを用いた構成と異なって、高価なポンプとその駆動源及び圧力ラインの引き回しなどが不要であり、構造簡単、低コストで、配置スペースが狭くてすみ、小型軽量に構成され、車載性に優れる上に、増幅機能を調整する際のレスポンスと、トルクを断続する際のレスポンスが速く、高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に用いられたヘリカルギア構成のギア組と、各ヘリカルギアの収容孔とを示す図面である。
【図３】第２実施形態の断面図である。
【図４】従来例の断面図である。
【符号の説明】
２０１ カップリング
２０２ トルク伝達部材
２０３ トルク伝達部材
２０４ ギア組
２０５ 摩擦クラッチ
２０６ アクチュエータ

Claims (5)

1. 一対のトルク伝達部材（２、３、２０２、２０３）と、
   前記両トルク伝達部材間に配置されたギア組（４、２０４）と、
   前記ギア組（４、２０４）に負荷抵抗を付与する摩擦クラッチ（５、２０５）と、
   前記摩擦クラッチ（５、２０５）の締結力を締結制御するアクチュエータ（６、２０６）とを備え、
   前記ギア組（４、２０４）が、ギア比を有して前記摩擦クラッチ（５、２０５）から与えられた前記負荷抵抗を増す増幅機能が得られると共に、
   前記アクチュエータ（６、２０６）によって前記摩擦クラッチ（５、２０５）の締結力を制御し、前記両トルク伝達部材（２、３、２０２、２０３）間の伝達トルクを制御することを特徴とするカップリング（１、２０１）。
2. 請求項１に記載されたカップリング（１、２０１）であって、
   前記ギア組（４）が、各ギア間での噛み合い抵抗を有して、前記負荷抵抗を増すことを特徴とするカップリング（１、２０１）。
3. 請求項１または請求項２に記載されたカップリング（１）であって、
   前記ギア組（４）が、前記一対のトルク伝達部材間に少なくとも３種類のギアを有し、１つ目は一対のトルク伝達部材と連結するギア（２２、２７）、２つ目は前記１つ目のギア（２２、２７）と噛み合うピニオンギヤ（２３、２４、２５、２６）、３つ目は前記ピニオンギア（２３、２４、２５、２６）と噛み合うギア（２２、２７）を連結したギア組（４）であり、
   前記トルク伝達部材の一方（２）に、前記ピニオンギア（２３、２４、２５、２６）を回転自在に収容する収容孔（１７、１８、１９、２０）が設けられ、
   前記摩擦クラッチ（５）が、前記サイドギア（２２）の他方と前記一方のトルク伝達部材との間に配置され、
   前記ギア組（４）において、前記３種類のギアがトルクを受けて生じる噛み合い反力により前記ピニオンギア（２３、２４、２５、２６）が収容孔（１７、１８、１９、２０）に押圧されて摩擦抵抗が生じ、これら両摩擦抵抗による増幅機能が得られることを特徴とするカップリング（１）。
4. 請求項１に記載されたカップリング（２０１）であって、
   前記ギア（２０４）組が、インターナルギア（３１８）、サンギア（３２１）と、これらを連結するプラネタリーギア（３１９）を支持するキャリヤ（３１６）の３箇の相対回転部材からなるプラネタリーギア組（２０４）であり、
   前記トルク伝達部材の一方（２０２）と他方（２０３）が、前記３相対回転部材の内の２者と各別に連結され、
   前記摩擦クラッチ（２０５）が、前記トルク伝達部材に連結された相対回転部材の内のいずれかと、前記３相対回転部材の他の１者との間に配置されていることを特徴とするカップリング（２０１）。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載された（カップリング１、２１０）であって、
   前記アクチュエータ（６、２０６）が、電磁石（３５、３３０）であることを特徴とするカップリング。

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