JP2005083466A - Polymer actuator and clutch device - Google Patents

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JP2005083466A JP2003315809A JP2003315809A JP2005083466A JP 2005083466 A JP2005083466 A JP 2005083466A JP 2003315809 A JP2003315809 A JP 2003315809A JP 2003315809 A JP2003315809 A JP 2003315809A JP 2005083466 A JP2005083466 A JP 2005083466A
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Tatsuhiro Tomari
辰弘 泊
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer actuator for generating great axial output. <P>SOLUTION: A coating of a conductive polymeric material is formed around a solid electrolyte. A plurality of conductive polymer tubes are combined whose coatings elongate when the potential of the conductive polymeric material is higher than the potential of the solid electrolyte. The combined conductive polymer tubes are spirally coiled to form an actuator element 29. The actuator element 29 with its diameter being restricted from expanding is stored in a cylinder 27 and a piston 28 slidably fitted to each other and the actuator element 29 elongates with the potential of the conductive polymeric material being higher than the potential of the solid electrolyte. Then, the actuator element 29 with its diameter restricted from expanding is deformed to elongate in the axial direction of coiling, and so the piston 28 is pushed out of the cylinder 27 and the polymer actuator A generates great axial output. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体電解質との間でマイナスイオンの授受を行うことで伸縮する導電性高分子材料を用いた高分子アクチュエータと、その高分子アクチュエータを駆動源として用いたクラッチ装置とに関する。   The present invention relates to a polymer actuator using a conductive polymer material that expands and contracts by exchanging negative ions with a solid electrolyte, and a clutch device using the polymer actuator as a drive source.

2枚の板状の導電性高分子の間に電解質層を挟んで高分子アクチュエータを構成し、両導電性高分子にそれぞれプラス電位およびマイナス電位を与えて一方の導電性高分子を伸長させて他方の導電性高分子を収縮させることで、高分子アクチュエータを湾曲する方向に駆動するものが、下記特許文献1により公知である。   A polymer actuator is constructed by sandwiching an electrolyte layer between two plate-like conductive polymers, and one conductive polymer is stretched by applying a positive potential and a negative potential to both conductive polymers, respectively. Patent Document 1 below discloses that a polymer actuator is driven in a bending direction by contracting the other conductive polymer.

また自動車の動力伝達系に配置されるクラッチ装置に、コイルの励磁によりコアに吸引されるアマチュアの押圧力でクラッチディスクおよびクラッチプレートを相互に係合させる電磁クラッチを採用し、その締結力の大きさをコイルに供給する電流の大きさにより制御するものが、下記特許文献2により公知である。
特開2003−152234号公報 特開2002−211259号公報
In addition, an electromagnetic clutch that engages the clutch disk and the clutch plate with the pressing force of the armature that is attracted to the core by the excitation of the coil is adopted in the clutch device arranged in the power transmission system of the automobile, and the fastening force is large. It is known from Patent Document 2 below that the length is controlled by the magnitude of the current supplied to the coil.
JP 2003-152234 A JP 2002-2111259 A

しかしながら上記従来の高分子アクチュエータは、導電性高分子の湾曲という形で出力が発生するために用途が限定されるだけでなく、出力の大きさも充分ではなかった。また上記従来の電磁クラッチは、クラッチディスクおよびクラッチプレートの摩耗量の増加に応じてコアおよびアマチュア間のエアギャップが増加すると、その締結応答性が次第に低下したり、安定した締結力が得られなくなったりする問題があった。   However, since the conventional polymer actuator generates an output in the form of a curved conductive polymer, its use is not limited, and the output is not sufficient. In addition, when the air gap between the core and the arm increases as the wear amount of the clutch disk and the clutch plate increases, the conventional electromagnetic clutch gradually decreases its engagement response or cannot obtain a stable engagement force. There was a problem.

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、大きな軸方向出力を発生可能な高分子アクチュエータを提供するとともに、その高分子アクチュエータを用いた締結応答性が高いクラッチ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a polymer actuator capable of generating a large axial output and to provide a clutch device having high fastening response using the polymer actuator. And

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、固体電解質の周囲に導電性高分子材料の皮膜を形成し、導電性高分子材料の電位を固体電解質の電位よりも高くしたときに前記皮膜が伸長する導電性高分子チューブを複数本束ねるとともに、束ねた導電性高分子チューブを螺旋状に巻回したアクチュエータエレメントをケーシングの内部に拡径を規制した状態で収納し、導電性高分子材料の電位を固体電解質の電位よりも高くしたときにアクチュエータエレメントがケーシング内で巻回軸方向に伸長する変形を作動力とすることを特徴する高分子アクチュエータが提案される。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a film of a conductive polymer material is formed around the solid electrolyte, and the potential of the conductive polymer material is made higher than the potential of the solid electrolyte. Bundling a plurality of conductive polymer tubes that extend the film when the height is raised, and storing the actuator element in which the bundled conductive polymer tubes are spirally wound inside the casing in a state where the diameter expansion is restricted. There is proposed a polymer actuator characterized in that when the potential of the conductive polymer material is made higher than the potential of the solid electrolyte, the actuator element has a deformation that extends in the direction of the winding axis in the casing.

また請求項2に記載された発明によれば、請求項1に記載の高分子アクチュエータを使用したクラッチ装置であって、第1部材に支持した第1摩擦係合要素と第2部材に支持した第2摩擦係合要素とを前記高分子アクチュエータの作動力で一体に係合させることを特徴するクラッチ装置が提案される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a clutch device using the polymer actuator according to the first aspect, wherein the first frictional engagement element supported by the first member and the second member are supported. A clutch device is proposed in which the second frictional engagement element is integrally engaged by the actuation force of the polymer actuator.

尚、実施例のハウジング20は本発明の第1部材に対応し、実施例のスリーブ21は本発明の第2部材に対応し、実施例のクラッチプレート22L,22Rは本発明の第1摩擦係合要素に対応し、実施例のクラッチディスク24L,24Rは本発明の第2摩擦係合要素に対応し、実施例のシリンダ27およびピストン28は本発明のケーシングに対応する。   The housing 20 of the embodiment corresponds to the first member of the present invention, the sleeve 21 of the embodiment corresponds to the second member of the present invention, and the clutch plates 22L and 22R of the embodiment are the first frictional engagement of the present invention. The clutch disks 24L and 24R of the embodiment correspond to the second friction engagement element of the present invention, and the cylinder 27 and the piston 28 of the embodiment correspond to the casing of the present invention.

請求項1の構成によれば、固体電解質の周囲に導電性高分子材料の皮膜を形成した導電性高分子チューブを複数本束ねたものを螺旋状に巻回したアクチュエータエレメントをケーシングの内部に収納し、導電性高分子材料の電位を固体電解質の電位よりも高くしてアクチュエータエレメントをケーシング内で伸長させると、その拡径がケーシングにより規制されたアクチュエータエレメントが巻回軸方向に伸長するように変形することで、高分子アクチュエータが大きな軸方向出力を発生して汎用性が高められる。   According to the configuration of claim 1, the actuator element in which a plurality of bundles of conductive polymer tubes in which a film of a conductive polymer material is formed around the solid electrolyte is spirally wound is housed inside the casing. When the potential of the conductive polymer material is made higher than that of the solid electrolyte and the actuator element is extended in the casing, the actuator element whose diameter is restricted by the casing is extended in the winding axis direction. Deformation increases the versatility of the polymer actuator by generating a large axial output.

請求項2の構成によれば、第1部材に支持した第1摩擦係合要素と第2部材に支持した第2摩擦係合要素とを前記高分子アクチュエータの軸方向出力で一体に係合させるので、第1、第2摩擦係合要素が摩耗してクラッチクリアランスが増加しても、そのクラッチ装置の非締結時に予め高分子アクチュエータに所定の電圧を印加して軸方向に変位させることで、前記クラッチクリアランスを適正な大きさに調整してクラッチ装置の締結応答性を確保することができる。   According to the structure of Claim 2, the 1st friction engagement element supported by the 1st member and the 2nd friction engagement element supported by the 2nd member are integrally engaged by the axial direction output of the said polymer actuator. Therefore, even if the first and second friction engagement elements wear and the clutch clearance increases, by applying a predetermined voltage to the polymer actuator in advance when the clutch device is not engaged, The clutch clearance can be adjusted to an appropriate size to ensure the fastening response of the clutch device.

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.

図1〜図7は本発明の一実施例を示すもので、図1は駆動力配分装置の構造を示す図、図2は図1の2部拡大図、図3は図1の3部拡大図、図4は図3の4部拡大図、図5は導電性高分子チューブの斜視図、図6は中低車速域での左旋回時における駆動力配分装置の作用を示す図、図7は中低車速域での右旋回時における駆動力配分装置の作用を示す図である。   FIGS. 1 to 7 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing the structure of a driving force distribution device, FIG. 2 is an enlarged view of part 2 of FIG. 1, and FIG. FIG. 4, FIG. 4 is an enlarged view of four parts of FIG. 3, FIG. 5 is a perspective view of the conductive polymer tube, FIG. 6 is a diagram showing the operation of the driving force distribution device when turning left in the middle and low vehicle speed range, FIG. These are figures which show the effect | action of the driving force distribution apparatus at the time of the right turn in a medium-low vehicle speed area.

図1に示すように、フロントエンジン・フロントドライブの車両の車体前部に横置きに搭載したエンジンEの左端にトランスミッションMが接続されており、これらエンジンEおよびトランスミッションMの後部に駆動力配分装置Tが配置される。駆動力配分装置Tの左端および右端から左右に延びる左ドライブシャフトALおよび右ドライブシャフトARには、それぞれ左前輪WFLおよび右前輪WFRが接続される。   As shown in FIG. 1, a transmission M is connected to the left end of an engine E mounted horizontally on the front body of a front engine / front drive vehicle, and a driving force distribution device is arranged at the rear of the engine E and transmission M. T is arranged. A left front wheel WFL and a right front wheel WFR are connected to the left drive shaft AL and the right drive shaft AR that extend left and right from the left end and the right end of the driving force distribution device T, respectively.

駆動力配分装置Tは、トランスミッションMから延びる入力軸1に設けた入力ギヤ2に噛み合う外歯ギヤ3から駆動力が伝達される差動装置Dを備える。差動装置Dはダブルピニオン式の遊星歯車機構よりなり、前記外歯ギヤ3と一体に形成されたリングギヤ4と、このリングギヤ4の内部に同軸に配設されたサンギヤ5と、前記リングギヤ4に噛み合うアウタプラネタリギヤ6および前記サンギヤ5に噛み合うインナプラネタリギヤ7を、それらが相互に噛み合う状態で支持するプラネタリキャリヤ8とから構成される。差動装置Dは、そのリングギヤ4が入力要素として機能するとともに、一方の出力要素として機能するサンギヤ5が右出力軸9Rを介して右前輪WFRに接続され、また他方の出力要素として機能するプラネタリキャリヤ8が左出力軸9Lを介して左前輪WFLに接続される。   The driving force distribution device T includes a differential device D that transmits a driving force from an external gear 3 that meshes with an input gear 2 provided on an input shaft 1 that extends from a transmission M. The differential device D is composed of a double pinion planetary gear mechanism, and a ring gear 4 formed integrally with the external gear 3, a sun gear 5 disposed coaxially inside the ring gear 4, and the ring gear 4. The outer planetary gear 6 that meshes with the planetary carrier 8 that supports the inner planetary gear 7 that meshes with the sun gear 5 in a state where they mesh with each other. In the differential device D, the ring gear 4 functions as an input element, and the sun gear 5 that functions as one output element is connected to the right front wheel WFR via the right output shaft 9R, and the planetary that functions as the other output element. The carrier 8 is connected to the left front wheel WFL via the left output shaft 9L.

駆動力配分装置Tは、左右の前輪WFL,WFR間でトルク伝達するトルク伝達手段10を備える。トルク伝達手段10のキャリヤ部材11は右出力軸9Rの外周に回転自在に支持されており、円周方向に90°間隔で配置された4本のピニオン軸12の各々に、第1ピニオン13、第2ピニオン14および第3ピニオン15を一体に形成した3連ピニオン部材16が回転自在に支持される。   The driving force distribution device T includes torque transmission means 10 that transmits torque between the left and right front wheels WFL, WFR. The carrier member 11 of the torque transmission means 10 is rotatably supported on the outer periphery of the right output shaft 9R, and each of the four pinion shafts 12 arranged at intervals of 90 ° in the circumferential direction has a first pinion 13, A triple pinion member 16 integrally formed with the second pinion 14 and the third pinion 15 is rotatably supported.

右出力軸9Rの外周に回転自在に支持されて前記第1ピニオン13に噛み合う第1サンギヤ17は、差動装置Dのプラネタリキャリヤ8に連結される。また右出力軸9Rの外周に固定された第2サンギヤ18は前記第2ピニオン14に噛み合う。更に、右出力軸9Rの外周に回転自在に支持された第3サンギヤ19は前記第3ピニオン15に噛み合う。   A first sun gear 17 that is rotatably supported on the outer periphery of the right output shaft 9R and meshes with the first pinion 13 is connected to the planetary carrier 8 of the differential device D. The second sun gear 18 fixed to the outer periphery of the right output shaft 9R meshes with the second pinion 14. Further, the third sun gear 19 rotatably supported on the outer periphery of the right output shaft 9R meshes with the third pinion 15.

実施例における第1ピニオン13、第2ピニオン14、第3ピニオン15、第1サンギヤ17、第2サンギヤ18および第3サンギヤ19の歯数は以下のとおりである。   The number of teeth of the first pinion 13, the second pinion 14, the third pinion 15, the first sun gear 17, the second sun gear 18, and the third sun gear 19 in the embodiment is as follows.

第1ピニオン13の歯数 Zb=17
第2ピニオン14の歯数 Zd=17
第3ピニオン15の歯数 Zf=34
第1サンギヤ17の歯数 Za=32
第2サンギヤ18の歯数 Zc=28
第3サンギヤ19の歯数 Ze=32
第3サンギヤ19は右クラッチCRを介してトルク伝達手段10のハウジング20に結合可能であり、右クラッチCRの係合によってキャリヤ部材11の回転数が増速される。またキャリヤ部材11は左クラッチCLを介してハウジング20に結合可能であり、左クラッチCLの係合によってキャリヤ部材11の回転数が減速される。そして前記左クラッチCLおよび右クラッチCRは、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニットUにより制御される。
Number of teeth of the first pinion 13 Zb = 17
Number of teeth of second pinion 14 Zd = 17
Number of teeth of third pinion 15 Zf = 34
Number of teeth of the first sun gear 17 Za = 32
Number of teeth of second sun gear 18 Zc = 28
Number of teeth of the third sun gear 19 Ze = 32
The third sun gear 19 can be coupled to the housing 20 of the torque transmission means 10 via the right clutch CR, and the rotation speed of the carrier member 11 is increased by the engagement of the right clutch CR. The carrier member 11 can be coupled to the housing 20 via the left clutch CL, and the rotation speed of the carrier member 11 is reduced by the engagement of the left clutch CL. The left clutch CL and the right clutch CR are controlled by an electronic control unit U including a microcomputer.

電子制御ユニットUは、エンジントルクTe、エンジン回転数Ne、車速Vおよび操舵角θを所定のプログラムに基づいて演算処理し、前記左クラッチCLおよび右クラッチCRを制御する。   The electronic control unit U calculates the engine torque Te, the engine speed Ne, the vehicle speed V, and the steering angle θ based on a predetermined program, and controls the left clutch CL and the right clutch CR.

次に、図2に基づいて差動装置Dおよびトルク伝達手段10の構造を更に詳細に説明する。   Next, the structure of the differential device D and the torque transmission means 10 will be described in more detail with reference to FIG.

遊星歯車機構よりなる差動装置Dのリングギヤ4および外歯ギヤ3は、左側板36および右側板37に挟まれて複数本のボルト38で固定される。右側板37に形成した筒状の支持部37aが、差動装置Dのケーシングを兼ねるトルクコンバータケース39にローラベアリング40を介して支持され、かつ左側板36に形成した支持部36aの外周がローラベアリング35を介してトルクコンバータケース39に支持されるとともに、前記支持部36aの内周に左出力軸9Lの外周が相対回転自在に嵌合する。プラネタリキャリヤ8は左側板41および右側板42を複数本のボルト43で結合してなり、左側板41に形成した結合部41aに左出力軸9Lがスプライン結合される。右出力軸9Rの外周に嵌合する筒状のスリーブ44は、ニードルベアリング45を介して右出力軸9Rに支持されるとともに、ボールベアリング46を介してトルクコンバータケース39に支持される。右側板42に一体に形成した結合部42aとスリーブ44の左端とがスプライン結合され、スリーブ44の右端に3連ピニオン部材16の第1サンギヤ17がスプライン結合される。サンギヤ5は左側板41の結合部41aの外周にニードルベアリング47を介して相対回転自在に支持されており、その右端に一体に形成した結合部5aに右出力軸9Rの左端がスプライン結合される。   The ring gear 4 and the external gear 3 of the differential device D composed of a planetary gear mechanism are sandwiched between a left side plate 36 and a right side plate 37 and fixed by a plurality of bolts 38. A cylindrical support portion 37a formed on the right side plate 37 is supported by a torque converter case 39 also serving as a casing of the differential device D via a roller bearing 40, and the outer periphery of the support portion 36a formed on the left side plate 36 is a roller. While being supported by the torque converter case 39 via the bearing 35, the outer periphery of the left output shaft 9L is fitted to the inner periphery of the support portion 36a so as to be relatively rotatable. The planetary carrier 8 is formed by connecting the left side plate 41 and the right side plate 42 with a plurality of bolts 43, and the left output shaft 9 </ b> L is splined to a connecting portion 41 a formed on the left side plate 41. A cylindrical sleeve 44 fitted to the outer periphery of the right output shaft 9R is supported by the right output shaft 9R through a needle bearing 45 and supported by the torque converter case 39 through a ball bearing 46. The coupling portion 42 a formed integrally with the right side plate 42 and the left end of the sleeve 44 are spline coupled, and the first sun gear 17 of the triple pinion member 16 is spline coupled to the right end of the sleeve 44. The sun gear 5 is supported on the outer periphery of the coupling portion 41a of the left side plate 41 through a needle bearing 47 so as to be relatively rotatable, and the left end of the right output shaft 9R is spline coupled to the coupling portion 5a formed integrally with the right end thereof. .

トルク伝達手段10のハウジング20の左端はトルクコンバータケース39の右端に嵌合し、トルク伝達手段10のキャリヤ部材11の左右両端は、一対のボールベアリング48,49によりトルクコンバータケース39およびハウジング20にそれぞれ支持される。3連ピニオン部材16の第2サンギヤ18は右出力軸9Rの外周にスプライン結合され、3連ピニオン部材16の第3サンギヤ19は、右出力軸9Rの外周に相対回転自在に嵌合するスリーブ21の左端に一体に形成される。   The left end of the housing 20 of the torque transmission means 10 is fitted to the right end of the torque converter case 39, and the left and right ends of the carrier member 11 of the torque transmission means 10 are connected to the torque converter case 39 and the housing 20 by a pair of ball bearings 48 and 49. Each is supported. The second sun gear 18 of the triple pinion member 16 is splined to the outer periphery of the right output shaft 9R, and the third sun gear 19 of the triple pinion member 16 is fitted to the outer periphery of the right output shaft 9R so as to be relatively rotatable. It is formed integrally with the left end of.

次に、図3に基づいて左右のクラッチCL,CRの構造を説明する。尚、左右のクラッチCL,CRは、左右の出力軸9L,9Rの軸線Lに直交する対称面Pに関して実質的に左右対称な構造を有しているため、その代表として右クラッチCRの構造を説明する。左クラッチCLの構成要素の符号は、右クラッチCRの構成要素の符号の添字「R」を「L」に変えたものである。   Next, the structure of the left and right clutches CL and CR will be described with reference to FIG. The left and right clutches CL and CR have a structure that is substantially symmetric with respect to the symmetry plane P perpendicular to the axis L of the left and right output shafts 9L and 9R. explain. The reference numerals of the components of the left clutch CL are obtained by changing the suffix “R” of the components of the right clutch CR to “L”.

ハウジング20の内周面に5枚のクラッチプレート22Rと1枚のストッパプレート23Rとが回転不能かつ軸方向移動可能にスプライン嵌合しており、これらのクラッチプレート22Rおよびストッパプレート23Rに交互に重ね合わされた5枚のクラッチディスク24Rが、スリーブ21の右端外周に設けたガイド部25Rに回転不能かつ軸方向移動可能にスプライン嵌合する。そして左端のクラッチプレート22Rとハウジング20との間に複数個(例えば8個)の高分子アクチュエータAが軸線Lまわりに等間隔で配置される。   Five clutch plates 22R and one stopper plate 23R are spline-fitted on the inner peripheral surface of the housing 20 so as to be non-rotatable and axially movable, and are alternately overlapped with the clutch plates 22R and the stopper plates 23R. The five clutch disks 24R thus formed are spline-fitted to the guide portion 25R provided on the outer periphery of the right end of the sleeve 21 so as not to rotate but to move in the axial direction. A plurality of (for example, eight) polymer actuators A are arranged around the axis L at equal intervals between the leftmost clutch plate 22R and the housing 20.

尚、左クラッチCLのクラッチディスク24Lは、キャリヤ部材11と一体のガイド部25Lに回転不能かつ軸方向移動可能にスプライン嵌合する。   The clutch disc 24L of the left clutch CL is spline-fitted to the guide portion 25L integral with the carrier member 11 so as not to rotate but to move in the axial direction.

図4から明らかなように、高分子アクチュエータAは、ハウジング20の凹部20aに嵌合してクリップ26で係止された有底円筒状のシリンダ27と、このシリンダ27の内部に摺動自在に嵌合して左端のクラッチプレート22Rを押圧可能な有底円筒状のピストン28と、シリンダ27およびピストン28により区画される円筒状の空間に螺旋状に巻かれて収納されたアクチュエータエレメント29とを備える。アクチュエータエレメント29は、図5に示す導電性高分子チューブ30を約100本程度束ね、その両端部を固定リング31,31(図4参照)でかしめて固定したものである。   As apparent from FIG. 4, the polymer actuator A includes a cylindrical cylinder 27 with a bottom fitted into the recess 20 a of the housing 20 and locked by a clip 26, and slidable within the cylinder 27. A bottomed cylindrical piston 28 that can be fitted and press the clutch plate 22R at the left end, and an actuator element 29 that is spirally wound and accommodated in a cylindrical space defined by the cylinder 27 and the piston 28. Prepare. The actuator element 29 is obtained by bundling about 100 conductive polymer tubes 30 shown in FIG. 5 and fixing the both ends thereof by fixing with fixing rings 31 and 31 (see FIG. 4).

図5に示すように、導電性高分子チューブ30は細い金属線をコイル状に巻いたコイル部材32を導電性高分子材料33の薄い皮膜(例えば厚さ20μm)で覆い、その内部に固体電解質34を充填して構成される。導電性高分子チューブ30の直径は約0.25mmであり、それを束ねたアクチュエータエレメント29の直径は約4.5mmである。   As shown in FIG. 5, the conductive polymer tube 30 covers a coil member 32 in which a thin metal wire is wound in a coil shape with a thin film (for example, 20 μm thick) of a conductive polymer material 33, and a solid electrolyte is contained therein. 34 is configured. The diameter of the conductive polymer tube 30 is about 0.25 mm, and the diameter of the actuator element 29 bundled with the conductive polymer tube 30 is about 4.5 mm.

導電性高分子材料33は例えばポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンおよびこれらの誘導体のうちの一種、あるいは複数種の混合物で構成される。また固体電解質34は、非水電池電解質に使用されるリチウム塩と、このリチウム塩を溶解する溶媒と、溶媒を保持する高分子マトリクスとによって構成される。導電性高分子材料33および固体電解質34にそれぞれプラス電位およびマイナス電位を与えると、導電性高分子材料33に固体電解質34中のマイナスイオンが吸収されて膨張し、逆に導電性高分子材料33および固体電解質34にそれぞれマイナス電位およびプラス電位を与えると、導電性高分子材料33から固体電解質34中のマイナスイオンが放出されて収縮する。このとき、僅かに1V〜3Vの電圧を加えるだけで導電性高分子材料33は15%程度の伸縮率と22MPa程度の出力を発生することができ、かつ0.2秒程度の応答時間で伸長状態および収縮状態を切り替えることができる。   The conductive polymer material 33 is composed of, for example, one or a mixture of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, and derivatives thereof. The solid electrolyte 34 includes a lithium salt used for the nonaqueous battery electrolyte, a solvent that dissolves the lithium salt, and a polymer matrix that holds the solvent. When a positive potential and a negative potential are applied to the conductive polymer material 33 and the solid electrolyte 34, respectively, negative ions in the solid electrolyte 34 are absorbed and expanded by the conductive polymer material 33. Conversely, the conductive polymer material 33 is expanded. When a negative potential and a positive potential are applied to the solid electrolyte 34, negative ions in the solid electrolyte 34 are released from the conductive polymer material 33 and contract. At this time, the conductive polymer material 33 can generate an expansion ratio of about 15% and an output of about 22 MPa with only a voltage of 1 V to 3 V, and stretches with a response time of about 0.2 seconds. The state and the contraction state can be switched.

しかして、電子制御ユニットUからの指令で右クラッチCRを締結すべく高分子アクチュエータAのアクチュエータエレメント29の導電性高分子チューブ30の導電性高分子材料33にプラス電圧を印加して固体電解質34にマイナス電圧を印加すると、アクチュエータエレメント29がその長手方向に伸長する。このとき、シリンダ27およびピストン28により区画される円筒状の空間に螺旋状に巻かれて収納されたアクチュエータエレメント29は、その螺旋の径が増加する方向に膨張できないため、その螺旋の巻回軸方向に旋回しながら伸長してシリンダ27からピストン28を押し出す方向に駆動する。その結果、クラッチプレート22Rおよびクラッチディスク24Rが係合して、ハウジング20にスプライン嵌合するクラッチプレート22Rと、ガイド部25Rにスプライン嵌合するクラッチディスク24Rとが一体化され、ガイド部25Rを支持するスリーブ21がハウジング20に結合される。   Accordingly, a positive voltage is applied to the conductive polymer material 33 of the conductive polymer tube 30 of the actuator element 29 of the polymer actuator A in order to fasten the right clutch CR in accordance with a command from the electronic control unit U, thereby solid electrolyte 34. When a negative voltage is applied to the actuator element 29, the actuator element 29 extends in the longitudinal direction. At this time, the actuator element 29 spirally wound and accommodated in the cylindrical space defined by the cylinder 27 and the piston 28 cannot expand in the direction in which the diameter of the spiral increases. The cylinder 28 is driven to extend in a direction that pushes the piston 28 from the cylinder 27 while rotating in the direction. As a result, the clutch plate 22R and the clutch disc 24R are engaged, and the clutch plate 22R that is spline-fitted to the housing 20 and the clutch disc 24R that is spline-fitted to the guide portion 25R are integrated to support the guide portion 25R. A sleeve 21 is coupled to the housing 20.

同様にして、電子制御ユニットUからの指令で左クラッチCLを締結すべく、高分子アクチュエータAのアクチュエータエレメント29の導電性高分子チューブ30の導電性高分子材料33にプラス電圧を印加して固体電解質34にマイナス電圧を印加すると、アクチュエータエレメント29伸長してシリンダ27からピストン28を押し出す方向に駆動する。その結果、ハウジング20にスプライン嵌合するクラッチプレート22Lと、キャリヤ部材11の右端外周に設けたガイド部25Lにスプライン嵌合するクラッチディスク24Lとが一体化され、ガイド部25Lを支持するキャリヤ部材11がハウジング20に結合される。   Similarly, a positive voltage is applied to the conductive polymer material 33 of the conductive polymer tube 30 of the actuator element 29 of the polymer actuator A in order to fasten the left clutch CL in accordance with a command from the electronic control unit U. When a negative voltage is applied to the electrolyte 34, the actuator element 29 is extended and driven in a direction to push the piston 28 out of the cylinder 27. As a result, the clutch plate 22L that is spline-fitted to the housing 20 and the clutch disk 24L that is spline-fitted to the guide portion 25L provided on the outer periphery of the right end of the carrier member 11 are integrated, and the carrier member 11 that supports the guide portion 25L. Is coupled to the housing 20.

上記構成の駆動力配分装置Tにより、図6に示すように車両の中低車速域での左旋回時には、電子制御ユニットUからの指令で左クラッチCLを締結することで、キャリヤ部材11がハウジング20に結合されて回転を停止する。このとき、右前輪WFRと一体の右出力軸9Rと、左前輪WFLと一体の左出力軸9L(即ち、差動装置Dのプラネタリキャリヤ8)とは、第2サンギヤ18、第2ピニオン14、第1ピニオン13および第1サンギヤ17を介して連結されているため、右前輪WFRの回転数NRは左前輪WFLの回転数NLに対して次式の関係で増速される。   With the driving force distribution device T having the above-described configuration, the carrier member 11 is mounted on the housing by engaging the left clutch CL in response to a command from the electronic control unit U when turning left in the middle and low vehicle speed range of the vehicle as shown in FIG. 20 to stop rotation. At this time, the right output shaft 9R integral with the right front wheel WFR and the left output shaft 9L integral with the left front wheel WFL (that is, the planetary carrier 8 of the differential device D) are the second sun gear 18, the second pinion 14, Since it is connected via the first pinion 13 and the first sun gear 17, the rotational speed NR of the right front wheel WFR is increased with respect to the rotational speed NL of the left front wheel WFL according to the following equation.

NR/NL=(Zd/Zc)×(Za/Zb)
=1.143 …(1)
上述のようにして右前輪WFRの回転数NRが左前輪WFLの回転数NLに対して増速されると、図6に斜線を施した矢印で示したように、旋回内輪である左前輪WFLのトルクの一部を旋回外輪である右前輪WFRに伝達し、車両の左旋回をアシストして旋回性能を高めることができる。
NR / NL = (Zd / Zc) × (Za / Zb)
= 1.143 (1)
When the rotational speed NR of the right front wheel WFR is increased with respect to the rotational speed NL of the left front wheel WFL as described above, the left front wheel WFL that is the turning inner wheel is indicated by the hatched arrow in FIG. Is transmitted to the right front wheel WFR, which is the outer turning wheel, and the left turning of the vehicle is assisted to improve the turning performance.

尚、キャリヤ部材11を左クラッチCLにより停止させる代わりに、左クラッチCLの締結力を適宜調整してキャリヤ部材11の回転数を減速すれば、その減速に応じて右前輪WFRの回転数NRを左前輪WFLの回転数NLに対して増速し、旋回内輪である左前輪WFLから旋回外輪である右前輪WFRに任意のトルクを伝達することができる。   Instead of stopping the carrier member 11 with the left clutch CL, if the rotational speed of the carrier member 11 is reduced by appropriately adjusting the fastening force of the left clutch CL, the rotational speed NR of the right front wheel WFR is reduced according to the deceleration. The speed is increased with respect to the rotation speed NL of the left front wheel WFL, and an arbitrary torque can be transmitted from the left front wheel WFL that is the turning inner wheel to the right front wheel WFR that is the turning outer wheel.

一方、図7に示すように車両の中低車速域での右旋回時には、電子制御ユニットUからの指令により右クラッチCRを締結することにより、スリーブ21がハウジング20に結合されて回転を停止する。その結果、スリーブ21に第3サンギヤ19を介して接続された第3ピニオン15も回転を停止するため、右出力軸9Rの回転数に対してキャリヤ部材11の回転数が増速され、左前輪WFLの回転数NLは右前輪WFRの回転数NRに対して次式の関係で増速される。   On the other hand, as shown in FIG. 7, when turning right in the middle and low vehicle speed range of the vehicle, the right clutch CR is engaged by a command from the electronic control unit U, so that the sleeve 21 is coupled to the housing 20 and stops rotating. To do. As a result, since the third pinion 15 connected to the sleeve 21 via the third sun gear 19 also stops rotating, the rotational speed of the carrier member 11 is increased with respect to the rotational speed of the right output shaft 9R, and the left front wheel The rotation speed NL of the WFL is increased according to the following equation with respect to the rotation speed NR of the right front wheel WFR.

NL/NR={1−(Ze/Zf)×(Zb/Za)}
÷{1−(Ze/Zf)×(Zd/Zc)}
=1.167 …(2)
上述のようにして左前輪WFLの回転数NLが右前輪WFRの回転数NRに対して増速されると、図7に斜線を施した矢印で示したように、旋回内輪である右前輪WFRのトルクの一部を旋回外輪である左前輪WFLに伝達することができる。この場合にも、右クラッチCRの締結力を適宜調整してキャリヤ部材11の回転数を増速すれば、その増速に応じて左前輪WFLの回転数NLを右前輪WFRの回転数NRに対して増速し、旋回内輪である右前輪WFRから旋回外輪である左前輪WFLに任意のトルクを伝達し、車両の右旋回をアシストして旋回性能を高めることができる。
NL / NR = {1- (Ze / Zf) × (Zb / Za)}
÷ {1- (Ze / Zf) × (Zd / Zc)}
= 1.167 (2)
When the rotation speed NL of the left front wheel WFL is increased with respect to the rotation speed NR of the right front wheel WFR as described above, the right front wheel WFR that is the turning inner wheel is indicated by the hatched arrow in FIG. A part of the torque can be transmitted to the left front wheel WFL which is a turning outer wheel. Also in this case, if the rotational force of the carrier member 11 is increased by appropriately adjusting the engaging force of the right clutch CR, the rotational speed NL of the left front wheel WFL is changed to the rotational speed NR of the right front wheel WFR according to the increased speed. On the other hand, an arbitrary torque can be transmitted from the right front wheel WFR, which is the inner turning wheel, to the left front wheel WFL, which is the outer turning wheel, to assist the right turning of the vehicle and improve the turning performance.

この場合にも、スリーブ21を右クラッチCRにより停止させる代わりに、右クラッチCRの締結力を適宜調整してスリーブ21の回転数を減速すれば、その減速に応じて左前輪WFLの回転数NLを右前輪WFRの回転数NRに対して増速し、旋回内輪である右前輪WFRから旋回外輪である左前輪WFLに任意のトルクを伝達することができる。   Also in this case, instead of stopping the sleeve 21 with the right clutch CR, if the rotational speed of the sleeve 21 is decelerated by appropriately adjusting the fastening force of the right clutch CR, the rotational speed NL of the left front wheel WFL according to the deceleration. Can be increased with respect to the rotational speed NR of the right front wheel WFR, and arbitrary torque can be transmitted from the right front wheel WFR that is the turning inner wheel to the left front wheel WFL that is the turning outer wheel.

(1)式および(2)式を比較すると明らかなように、第1ピニオン13、第2ピニオン14、第3ピニオン15、第1サンギヤ17、第2サンギヤ18および第3サンギヤ19の歯数を前述の如く設定したことにより、左前輪WFLから右前輪WFRへの増速率(約1.143)と、右前輪WFRから左前輪WFLへの増速率(約1.167)とを略等しくすることができる。   As is clear from the comparison of the expressions (1) and (2), the number of teeth of the first pinion 13, the second pinion 14, the third pinion 15, the first sun gear 17, the second sun gear 18, and the third sun gear 19 is determined. By setting as described above, the speed increase rate from the left front wheel WFL to the right front wheel WFR (about 1.143) and the speed increase rate from the right front wheel WFR to the left front wheel WFL (about 1.167) are made substantially equal. Can do.

尚、左右のクラッチCL,CRの締結を解除すべく、高分子アクチュエータAのアクチュエータエレメント29の導電性高分子チューブ30の導電性高分子材料33にマイナス電圧を印加して固体電解質34にプラス電圧を印加すると、シリンダ27およびピストン28の内部でアクチュエータエレメント29が収縮する。このとき、クラッチプレート22L,22Rおよびクラッチディスク24L,24Rの接触反力でピストン28がシリンダ27の内部に押し戻されることで、左右のクラッチCL,CRの締結が解除される。   In order to release the engagement of the left and right clutches CL and CR, a negative voltage is applied to the conductive polymer material 33 of the conductive polymer tube 30 of the actuator element 29 of the polymer actuator A to apply a positive voltage to the solid electrolyte 34. Is applied, the actuator element 29 contracts inside the cylinder 27 and the piston 28. At this time, the piston 28 is pushed back into the cylinder 27 by the contact reaction force of the clutch plates 22L and 22R and the clutch disks 24L and 24R, so that the engagement of the left and right clutches CL and CR is released.

以上のように、固体電解質34の周囲に導電性高分子材料33の皮膜を形成した導電性高分子チューブ30を多数束ねたものを螺旋状に巻回したアクチュエータエレメント29をシリンダ27およびピストン28の内部に収納して高分子アクチュエータAを構成したので、1本1本の導電性高分子チューブ30の伸長力を効果的にピストン28の推力に変換し、高出力で汎用性の高い高分子アクチュエータAを得ることができる。   As described above, the actuator element 29 in which a large number of bundles of conductive polymer tubes 30 each having a film of the conductive polymer material 33 formed around the solid electrolyte 34 are spirally wound is used as the cylinder 27 and the piston 28. Since the polymer actuator A is configured by being housed inside, the extension force of each conductive polymer tube 30 is effectively converted into the thrust of the piston 28, and the high-power and highly versatile polymer actuator is obtained. A can be obtained.

また左右のクラッチCL,CRの内部に荷重センサを設けることでクラッチプレート22L,22Rおよびクラッチディスク24L,24Rの摩耗に伴うクラッチクリアランスを監視しておき、クラッチクリアランスが増加した分だけ高分子アクチュエータAを伸長駆動することで、常に最適のクラッチクリアランスを確保して左右のクラッチCL,CRの締結応答性を最大限に高めることができる。   In addition, by providing load sensors in the left and right clutches CL and CR, the clutch clearance associated with wear of the clutch plates 22L and 22R and the clutch disks 24L and 24R is monitored, and the polymer actuator A is increased by the amount of increase in the clutch clearance. By driving to extend, it is possible to always secure the optimum clutch clearance and maximize the engagement response of the left and right clutches CL and CR.

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。   The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、請求項1の高分子アクチュエータAは、実施例のクラッチCL,CR以外の任意の用途に適用することができる。   For example, the polymer actuator A of claim 1 can be applied to any use other than the clutches CL and CR of the embodiment.

駆動力配分装置の構造を示す図The figure which shows the structure of the driving force distribution device 図1の2部拡大図2 enlarged view of FIG. 図1の3部拡大図3 enlarged view of FIG. 図3の4部拡大図4 enlarged view of FIG. 導電性高分子チューブの斜視図Perspective view of conductive polymer tube 中低車速域での左旋回時における駆動力配分装置の作用を示す図The figure which shows the action of the driving force distribution device at the time of the left turn in the middle and low vehicle speed range 中低車速域での右旋回時における駆動力配分装置の作用を示す図The figure which shows the operation of the driving force distribution device at the time of the right turn in the middle and low vehicle speed range

符号の説明Explanation of symbols

20 ハウジング(第1部材)
21 スリーブ(第2部材)
22L クラッチプレート(第1摩擦係合要素)
22R クラッチプレート(第1摩擦係合要素)
24L クラッチディスク(第2摩擦係合要素)
24R クラッチディスク(第2摩擦係合要素)
27 シリンダ(ケーシング)
28 ピストン(ケーシング)
29 アクチュエータエレメント
30 導電性高分子チューブ
33 導電性高分子材料
34 固体電解質
A 高分子アクチュエータ
20 Housing (first member)
21 Sleeve (second member)
22L Clutch plate (first friction engagement element)
22R Clutch plate (first friction engagement element)
24L clutch disc (second friction engagement element)
24R clutch disc (second friction engagement element)
27 Cylinder (casing)
28 Piston (casing)
29 Actuator element 30 Conductive polymer tube 33 Conductive polymer material 34 Solid electrolyte A Polymer actuator

Claims (2)

固体電解質(34)の周囲に導電性高分子材料(33)の皮膜を形成し、導電性高分子材料(33)の電位を固体電解質(34)の電位よりも高くしたときに前記皮膜が伸長する導電性高分子チューブ(30)を複数本束ねるとともに、束ねた導電性高分子チューブ(30)を螺旋状に巻回したアクチュエータエレメント(29)をケーシング(27,28)の内部に拡径を規制した状態で収納し、導電性高分子材料(33)の電位を固体電解質(34)の電位よりも高くしたときにアクチュエータエレメント(29)がケーシング(27,28)内で巻回軸方向に伸長する変形を作動力とすることを特徴する高分子アクチュエータ。   A film of the conductive polymer material (33) is formed around the solid electrolyte (34), and the film expands when the potential of the conductive polymer material (33) is higher than the potential of the solid electrolyte (34). A plurality of conductive polymer tubes (30) to be bundled and an actuator element (29) in which the bundled conductive polymer tubes (30) are spirally wound are expanded in the casing (27, 28). The actuator element (29) is housed in the winding axis direction in the casing (27, 28) when stored in a regulated state and the potential of the conductive polymer material (33) is higher than the potential of the solid electrolyte (34). A polymer actuator characterized in that an elongating deformation is used as an actuation force. 請求項1に記載の高分子アクチュエータ(A)を使用したクラッチ装置であって、
第1部材(20)に支持した第1摩擦係合要素(22L,22R)と第2部材(21)に支持した第2摩擦係合要素(24L,24R)とを前記高分子アクチュエータ(A)の作動力で一体に係合させることを特徴するクラッチ装置。
A clutch device using the polymer actuator (A) according to claim 1,
The first friction engagement element (22L, 22R) supported by the first member (20) and the second friction engagement element (24L, 24R) supported by the second member (21) are combined with the polymer actuator (A). A clutch device characterized by being integrally engaged with each other by an actuating force.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005110494A (en) * 2003-09-12 2005-04-21 Eamex Co Conductive polymer composite structure bundle, method for driving the same and its use
JP2016056863A (en) * 2014-09-09 2016-04-21 国立大学法人信州大学 Clutch mechanism using gel actuator
KR20180090752A (en) * 2017-02-03 2018-08-13 아즈빌주식회사 Actuator
JP2019184035A (en) * 2018-04-17 2019-10-24 マツダ株式会社 Friction fastening device
JP2019190638A (en) * 2018-04-27 2019-10-31 マツダ株式会社 Friction fastening device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005110494A (en) * 2003-09-12 2005-04-21 Eamex Co Conductive polymer composite structure bundle, method for driving the same and its use
JP4717401B2 (en) * 2003-09-12 2011-07-06 イーメックス株式会社 Conductive polymer composite structure bundle, driving method thereof and use thereof
JP2016056863A (en) * 2014-09-09 2016-04-21 国立大学法人信州大学 Clutch mechanism using gel actuator
KR20180090752A (en) * 2017-02-03 2018-08-13 아즈빌주식회사 Actuator
KR102073924B1 (en) * 2017-02-03 2020-02-06 아즈빌주식회사 Actuator
JP2019184035A (en) * 2018-04-17 2019-10-24 マツダ株式会社 Friction fastening device
JP7070013B2 (en) 2018-04-17 2022-05-18 マツダ株式会社 Friction fastening device
JP2019190638A (en) * 2018-04-27 2019-10-31 マツダ株式会社 Friction fastening device
JP7206626B2 (en) 2018-04-27 2023-01-18 マツダ株式会社 friction fastening device

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