JP2006183783A - トルク伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カム作用の解除時に異音の発生を抑制することを可能とする。
【解決手段】 押圧力を受けて回転部材間のトルク伝達を行うクラッチ部５１と、回転入力を推力に変換するカム作用によりクラッチ部５１に押圧力を付与するボール・カム機構５３と、回転入力を行う電動モータ５５とを備え、ボール・カム機構５３がクラッチ部５１に押圧力を付与するとき押圧力の反力を受けて摩擦係合力の発生によりボール・カム機構５３を回転方向に支持しカム作用を可能とする摩擦係合部１２７を設け、摩擦係合部１２７は、ボール・カム機構５３側の面１２９と面１２９に対向する第２ケース部５９側の面１３１とで形成したことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車等の駆動系に用いられるトルク伝達装置に関する。

従来のこの種のトルク伝達装置としては、電動モータの回転を推力に変換し、摩擦多板クラッチを締結する構造のものがある。前記推力への変換はカム機構が用いられ、電動モータの回転を減速ギヤを介してカム機構へ入力する。従って、電動モータの回転により減速ギヤを介してカム機構に回転が伝達され、この回転伝達によりカム機構が推力を発生して摩擦多板クラッチを締結することができる。

しかし、このような構造では、電動モータの制御電流オフ時に、衝撃を招くという問題があった。

さらに説明すると、前記電動モータの電流制御によりカム機構が働き摩擦多板クラッチを締結しているとき、電動モータの回転力によりカム機構を含めて各部に捻れトルクが蓄積され、電動モータの通電制御がオフになってカム作用が解除されると捻れトルクが一度に開放される状況となる。

一方、カム機構には、電動モータの電流オフ時に、対向するカム面間が、カム作用時の逆方向へ相対回転しないように元位置にストッパ部が設けられている。従って、前記締結制御中の電動モータの電流制御がオフになると、カム機構が元位置へ戻るために逆方向へ回転動作し、回転エネルギーが蓄積され、前記ストッパ部によりカム面間が回転方向に位置決められる。

このとき、前記のような捻れトルクの開放があるため前記ストッパ部で回転が止められるため、衝撃トルクが発生し、ストッパ部分での異音や減速ギアの破損などを生じる問題があった。

特開２００３−１８４９９３号公報

解決しようとする問題点は、カム作用の解除時に異音を招くという点である。

本発明は、カム作用の解除時に異音の発生を抑制するため、カム機構がクラッチ部に押圧力を付与するとき該押圧力の反力を受けて摩擦係合力の発生によりカム機構を回転方向に支持しカム作用を可能とする摩擦係合部を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明のトルク伝達装置は、カム機構がクラッチ部に押圧力を付与するとき該押圧力の反力を受けて摩擦係合力の発生によりカム機構を回転方向に支持しカム作用を可能とする摩擦係合部を設けたため、押圧力が解除されれば、摩擦係合部によるカム機構の回転方向への支持を行う摩擦力が抑制される。このため、カム機構がカム作用の解除により元位置へ戻るために逆方向へ回転し、ストッパ部が衝突するときカム機構が摩擦係合部において相対回転することができ、衝突を緩衝することができる。この衝突の緩衝により、ストッパ部での異音の発生を抑制することができ、回転アクチュエータや減速ギヤの破損を防止できる。

カム作用の解除時に異音の発生を抑制するという目的を、摩擦係合部により実現した。

図１，図２は、本発明の実施例１に係り、図１はトルク伝達装置の配置を示し、横置きフロント・エンジン・フロント・ドライブ・ベース（ＦＦベース）の四輪駆動車のスケルトン平面図、図２は、トルク伝達装置の断面図である。
［四輪駆動車の概要］
図１のように、トルク伝達装置であるトルク伝達カップリング１は、リヤ・デファレンシャル装置３の入力側において、回転軸５及びドライブ・ピニオン・シャフト７間に介設されている。

前記リヤ・デファレンシャル装置３は、デフキャリヤ９に回転自在に支持されている。リヤ・デファレンシャル装置３には、左右のアクスル・シャフト１１，１３を介して左右の後輪１５，１７が連動連結されている。

前記回転軸５には、ユニバーサル・ジョイント１９を介してプロペラ・シャフト２１が結合されている。プロペラ・シャフト２１には、ユニバーサル・ジョイント２３を介して、トランスファ２５の出力軸２７が結合されている。

前記出力軸２７の傘歯車２９は、中空伝動軸３１の傘歯車３３に噛み合っている。中空伝動軸３１は、フロント・デファレンシャル装置３５のデフ・ケース３７に一体的に結合され、連動構成されている。

前記フロント・デファレンシャル装置３５にはエンジン３９からトランスミッション４１を介してトルクが入力されるようになっている。フロント・デファレンシャル装置３５には、左右のアクスル・シャフト４３，４５を介して、左右の前輪４７，４９が連動連結されている。

従って、エンジン３９からトランスミッション４１を介してフロント・デファレンシャル装置３５にトルクが入力されると、一方ではアクスル・シャフト４３，４５を介して左右の前輪４７，４９へトルク伝達が行われる。また他方では、デフ・ケース３７、中空伝動軸３１、傘歯車３３、２９を介して出力軸２７へトルク伝達が行われる。

前記出力軸２７からは、ユニバーサル・ジョイント２３、プロペラ・シャフト２１、ユニバーサル・ジョイント１９、回転軸５を介してトルク伝達カップリング１へトルクが入力される。

前記トルク伝達カップリング１がトルク伝達状態であれば、ドライブ・ピニオン・シャフト７からリヤ・デファレンシャル装置３へトルク伝達が行われる。リヤ・デファレンシャル装置３からは、左右のアクスル・シャフト１１，１３を介して、左右の後輪１５，１７へトルク伝達が行われる。

こうして、トルク伝達カップリング１がトルク伝達状態であるときには、前輪４７，４９、後輪１５，１７によって、四輪駆動状態で走行することができる。トルク伝達カップリング１が、トルク伝達状態にないときには、前輪４７，４９による二輪駆動状態で走行することができる。
［トルク伝達カップリング］
図２は、前記トルク伝達カップリング１の断面図である。

図２のように、トルク伝達カップリング１は、カップリング・ケース５０に対してクラッチ部５１とカム機構としてのボール・カム機構５３と回転アクチュエータとしての電動モータ５５とを備えている。

前記カップリング・ケース５０は、第１ケース部５７と第２ケース部５９との二部品構成であり、第１，第２ケース部５７，５９間は、ボルト・ナットなどにより着脱自在に結合されている。

前記クラッチ部５１は、クラッチ・ハウジング６７及びクラッチ・ハブ６９間に摩擦多板クラッチ７１を備えている。

前記クラッチ・ハウジング６７は、本実施形態において出力側の回転部材として構成され、クラッチ・ハブ６９は、同入力側の回転部材として構成されている。なお、クラッチ・ハウジング６７を、入力側の回転部材として構成し、クラッチ・ハブ６９を、出力側の回転部材として構成することもできる。

前記クラッチ・ハウジング６７は、断面がクランク状に屈曲した縦壁部７３により内周側の結合軸部７５に一体に設けられている。結合軸部７５は、中空状に形成され、軸受７７により第１ケース部５７の軸支持部７９内周に回転自在に支持されている。軸受７７の外側において軸支持部７９と結合軸部７５との間には、シール８１が設けられ、前記デフキャリヤ９内部に対し摩擦多板クラッチ７１側の潤滑環境が独立している。結合軸部７５には、内周のインナースプライン８３に、前記ドライブ・ピニオン・シャフト７がスプライン結合されている。

前記クラッチ・ハブ６９は、内周縦壁部８５を介して回転軸５に一体に形成されている。回転軸５の先端８７は、前記結合軸部７５の軸穴８９にニードル・ベアリング９１を介して嵌合し、連れ持ち支持されている。

前記摩擦多板クラッチ７１は、クラッチ・ハブ６９及びクラッチ・ハウジング６７間、すなわち回転軸５及びドライブ・ピニオン・シャフト７間のトルク伝達を行うものであり、アウター・プレートが前記クラッチ・ハウジング６７に係合し、インナー・プレートが前記クラッチ・ハブ６９に係合している。

前記回転軸５の他端側は、軸受９３によりカップリング・ケース５０の第４ケース部６３に支持されている。回転軸５の外端部には、結合フランジ９５がスプライン係合している。結合フランジ９５は、ナット９７によって回転軸５に締結され、抜け止めが行われている。結合フランジ９５と端部カバー６３との間に、シール９９が設けられている。結合フランジ９５は、前記ユニバーサル・ジョイント１９に結合される。

前記クラッチ・ハウジング６７及びクラッチ・ハブ６９間の端部には、ドーナツ形状のプレートで形成された押圧部材１０１の押圧部１０３が対向配置されている。押圧部１０３と前記クラッチ・ハウジング６７との間には、皿ばね１０５が介設されている。皿ばね１０５は、押圧部材１０１を摩擦多板クラッチ７１から離れる方向へ付勢している。前記押圧部材１０１には、その内周側に加圧受部１０７が一体に設けられている。

前記押圧部材１０１に隣接して前記ボール・カム機構５３が設けられている。ボール・カム機構５３は、回転入力を推力に変換して前記クラッチ部５１に押圧力を付与する構成となっている。

前記ボール・カム機構５３は、第１，第２カム・プレート１０９，１１１及びカム・ボール１１３を備えている。第１，第２カム・プレート１０９，１１１には、対向面にそれぞれカム面１１５，１１７が設けられ、前記カム・ボール１１３がカム面１１５，１１７に嵌合している。

前記第１カム・プレート１０９は、外周に回転入力用で、減速ギヤ組の被駆動側の大径ギヤとしてのギヤ１１９が設けられ、第１カム・プレート１０９の内周側は、前記押圧部材１０１の加圧受部１０７にニードル・ベアリング１２１を介して当接している。ニードル・ベアリング１２１は、内周側が押圧部材１０１の周回状の軸受部１２３に支持されている。

前記第２カム・プレート１１１は、前記第１カム・プレート１０９に対向配置されている。第２カム・プレート１１１の内周には、連繋支持部１２５が設けられ、前記第１カム・プレート１０９の内周を連れ持ち支持している。この連れ持ち支持により、第１，第２カム・プレート１０９，１１１間のガタツキを抑制することができる。

前記第２カム・プレート１１１と第２ケース部５９との間には、摩擦係合部１２７が設けられている。摩擦係合部１２７は、摩擦係合力の発生により前記ボール・カム機構５３を回転方向に支持しカム作用を可能とする。摩擦係合部１２７は、カム機構側の面として、第２カム・プレート１１１に、摩擦係合用の面１２９を備えている。摩擦係合部１２７は、前記面１２９に対向して固定側である第２ケース部５９の摩擦係合用の面１３１を備えている。面１２９，１３１は、半径方向に沿って形成され、軸方向に対向していいる。これら面１２９，１３１により第２カム・プレート１１１が、第２ケース部５９に対し前記摩擦係合力を受ける構成となっている。第２ケース部５９には、前記面１３１の外周に内周面１３３が設けられ、前記第２カム・プレート１１１の外周面１３５を相対回転自在に嵌合支持している。

前記電動モータ５５は、回転軸５及びボール・カム機構５３の回転軸芯に対して平行軸状に配置され、第２ケース部５９に支持されている。電動モータ５５の駆動軸１３７には、減速ギヤ組の駆動側である小径ギヤとしてのピニオンギヤ１３９が設けられ、ピニオンギヤ１３９は、第１カム・プレート１０９のギヤ１１９に噛み合っている。

前記電動モータ５５或いは電動モータ５５に連結する回転部材には、回転数を検出するエンコーダが配置されている。このエンコーダにより電動モータ５５の回転がフィードバック制御され、摩擦多板クラッチ７１の締結制御を的確に行わせる。エンコーダの種類としては光学式エンコーダ、磁気式エンコーダが用いられる。光学式エンコーダは、モータ出力軸後部にスリット（円盤に窓を開けたもの）を固定し、フォトセンサでパルス数を検出することによりモータ回転数を算出することができる。磁気式エンコーダは、ホールＩＣの性質を利用し、リングマグネットの極数をパルス信号にて出力するため、検出−制御が容易となる。

図３，図４は、カム面を示し、図３はカム作用前、図４はカム作用後の要部展開断面図である。

図３，図４のように、カム面１１５，１１７は、回転方向に対称形状に形成され、傾斜部１４１，１４３及びストッパ部１４５，１４７からなっている。傾斜部１４１，１４３は、第１，第２カム・プレート１０９，１１１の対向面１４９，１５１からストッパ部１４３へ一定勾配で傾斜形成され、ストッパ部１４５，１４７は、カム・ボール１１３を元位置で回転方向に位置決めるもので傾斜部１４１，１４３の傾斜下端側に設けられている。
［トルク断続］
前記摩擦多板クラッチ７１が締結されていないとき、クラッチ・ハウジング６７及びクラッチ・ハブ６９間は相対回転可能である。従って、前記のようにエンジン３９側から回転軸５に伝達されたトルクがクラッチ・ハブ６９に入力されてもトルクがクラッチ・ハウジング６７側に伝達されることはなく、トルク伝達カップリング１はトルクを伝達しない状態となっている。すなわち、前記のように前輪４７，４９の駆動による二輪駆動状態での走行を行うことができる。

前記電動モータ５５を回転駆動すると、駆動軸１３７を介しピニオン・ギヤ１３９が一体に回転し、減速機構となる減速ギヤ組１１８としてのピニオン・ギヤ１３９に噛み合うギヤ１１９を介し第１カム・プレート１０９が連動回転する。この回転により第１カム・プレート１０９が、第２カム・プレート１１１に対して相対回転し、対称形状のカム面１１５，１１７が図３の元位置の状態から図４のように相対回転する。

図３の状態においては、皿ばね１０５が押圧部材１０１、ニードル・ベアリング１２１、第１カム・プレート１０９、カム・ボール１１３を介して第２カム・プレート１１１を付勢するから、摩擦係合部１２７の面１２９，１３１が摩擦係合する。このため、第１カム・プレート１０９が電動モータ５５側から回転入力を受けたとき、第２カム・プレート１１１は、第１カム・プレート１０９側に連れ回ることなく、第１，第２カム・プレート１０９，１１１が相対回転することができる。

前記第１，第２カム・プレート１０９，１１１の相対回転によりカム・ボール１１３がカム面１１５，１１７の傾斜部１４１，１４３を図４のように乗り上げてカム作用を発揮し、第１，第２カム・プレート１０９，１１１が離間移動する。

前記第２カム・プレート１１１は、摩擦係合部１２７を介して第２ケース部５９に受けられているため、前記カム作用の反力が第１カム・プレート１０９に働き、推力Ｆを発生する。

前記カム作用による回転方向の分力、すなわち第２カム・プレート１１１を第２ケース部５９に対して回転させようとする力ｆは、傾斜部１４１，１４３の傾斜により推力Ｆよりも遙かに小さくなる。これに対し、摩擦係合部１２７には、推力Ｆと同じ力が作用する。摩擦係合部１２７の摩擦係数をμとすると、摩擦係合部１２７には、前記力ｆに対向する摩擦力μＦが働く。従って、第２カム・プレート１１１が摩擦力μＦによって第２ケース部５９に回転方向に支持され、言いかえれば、第２カムプレート１１１の半径方向面が摩擦力μＦによって第２ケース部５９の対向面と回転方向に一体的に連結し、第１，第２カム・プレート１０９，１１１は、連れ回ることなく相対回転し、カム作用を奏することができる。

前記推力Ｆにより第１カム・プレート１０９が押圧部材１０１の加圧受部１０７にニードル・ベアリング１２１を介して押圧力を付与する。

前記押圧力の付与により押圧部材１０１が移動し、押圧部１０３を介してクラッチ部５１の摩擦多板クラッチ７１に押圧力を伝達する。この押圧力の伝達により摩擦多板クラッチ７１がクラッチ・ハウジング６７の縦壁部７３との間で締結される。従って、摩擦多板クラッチ７１は、押圧部材１０１の押圧力に応じて摩擦係合力を発揮し、クラッチ・ハブ６９とクラッチ・ハウジング６７との間のトルク伝達を行わせる。

従って、回転軸５から伝達されたトルクは、クラッチ・ハブ６９から摩擦多板クラッチ７１を介してクラッチ・ハウジング６７へ伝達される。クラッチ・ハウジング６７からは、結合軸部７５を介してドライブ・ピニオン・シャフト７へトルクが伝達され、ドライブ・ピニオン・シャフト７から前記のようにして後輪１５，１７側へ出力される。これによって、前記のように前輪４７，４９及び後輪１５，１７の駆動による四輪駆動状態で走行することができる。

前記電動モータ５５の通電制御が停止されると、第１カム・プレート１０９の回転も停止し前記カム作用が解除される。カム作用の解除により第１カム・プレート１０９の推力Ｆは無くなり、皿ばね１０５の付勢力で押圧部材１０１等が元位置へ復帰移動する。この復帰移動により摩擦多板クラッチ７１の締結が解除され、再び二輪駆動状態となる。
［異音抑制］
前記摩擦多板クラッチ７１の締結時には、図４の状態で第１カム・プレート１０９が電動モータ５５側から回転力を受けながらカム作用を継続し、摩擦多板クラッチ７１の締結状態を維持する。このため、第１，第２カム・プレート１０９，１１１、押圧部材１０１、摩擦多板クラッチ７１等の各部に捻れトルクが蓄積される。

この状態で、前記のように電動モータ５５の通電制御を停止し、ボール・カム機構１２７のカム作用を解除すると、捻れトルクが一度に開放され、第１，第２カム・プレート１０９，１１１が図３の元位置へ一気に戻り、カム・ボール１１３がストッパ部１４５，１４７に衝撃トルクが加わり衝突する。

前記衝突により、例えばストッパ部１４７には衝突力Ｗが働き、その分力Ｗ１，Ｗ２が回転方向及び軸方向に働く。この軸方向の力Ｗ２と前記皿ばね１０５に基づく力ｐとによる摩擦係合部１２７での摩擦力μ（Ｗ２＋ｐ）を回転方向の力Ｗ１が上回ると第２カム・プレート１１１が、摩擦係合部１２７の面１２９，１３１間の滑りにより第２ケース部５９に対して回転することができる。

従って、前記面１２９，１３１間の滑りにより、カム・ボール１１３がストッパ部１４５，１４７に衝突するときの衝撃力を緩衝することができる。このため、摩擦係合部１２７の摩擦係数μ、分力Ｗ１，Ｗ２、皿ばね１０５のばね力を、カム・ボール１１３がストッパ部１４５，１４７に衝突するときの異音を抑制するに十分な設定をすることで、確実に異音抑制を行うことができ、減速ギヤ組としてのギヤ１１９、１３９やアクチュエータとしての電動モータ５５に大きな衝撃トルクが伝わることなく、破損を防止することができる。

以上本実施例では、前記ボール・カム機構５３が前記クラッチ部５１に押圧力を付与するとき該押圧力の反力を受けて前記摩擦係合力の発生により前記ボール・カム機構５３を回転方向に支持し前記カム作用を可能とする摩擦係合部１２７を設けたため、カム作用の解除時にねじりトルクが開放され、ボール・カム機構５３に作用しても、ボール・カム機構５３が第２ケース部５９に対し摩擦係合部１２７で回転することが可能となり、ボール・カム機構５３での衝撃力を緩衝することができる。このため、ボール・カム機構５３に衝撃力が働くことによる異音発生を抑制することができる。

前記摩擦係合部１２７が、前記ボール・カム機構５３側の面１２９と該面１２９に対向する固定側である第２ケース部５９の面１３１とで形成されたため、ボール・カム機構５３に反力を確実に作用させてカム作用の推力を確実に発生させることができ、しかも、摩擦係合部１２７の構造も簡単にすることができる。

前記第２カム・プレート１１１が、前記摩擦係合力を受ける構造であるため、第１カム・プレート１０９に回転力を付与してカム作用を確実に奏させることができる。

図５は、本発明の実施例２に係り、トルク伝達装置の断面図である。なお、基本的な構成は実施例１と同様であるため、同一又は対応する構成部分には同符号又は同符号にＡを付して説明する。

本実施例のトルク伝達装置１Ａは、前記摩擦係合部１２７Ａを、前記ボール・カム機構５３Ａ側のコーン形状の面１２９Ａと該面１２９Ａに対向する固定側である第２ケース部５９Ａのコーン形状の面１３１Ａとで形成したものである。

従って、本実施例でも、摩擦係合部１２７Ａが上記実施例と同様に機能し、カム作用を奏することができ、且つカム作用解除時の異音を抑制することができる。

また、本実施例では、面１２９Ａ，１３１Ａがコーン形状であるため、カム作用時の摩擦係合を確実に行わせることができる。
［その他］
なお、摩擦係合部１２７，１２７Ａに適宜、摩擦材を付加することもできる。

摩擦材の付加は、カム機構側の面と固定側の面との間に所定の摩擦係数を有する部材を介在させるか、それぞれの面の少なくとも一方に摩擦材を塗付、接着、コーティング、表面加工、熱処理などにより一体的に付着、改質することで達成される。
カム機構は、ボール・カム機構には限定されず、ボールを有しない対面カムやボールネジ機構などの他のカム機構を用いることもできる。

回転アクチュエータは、電動モータに限らず、油圧モータを用いたもの、電磁石とブレーキ部材を用いたもの電磁ソレノイドを用いたものなど他の回転アクチュエータを用いることもできる。

電動モータは、回転軸５及びボール・カム機構５３の回転軸芯に対して平行軸状に配置するものに限らず、同軸状に配置することもできる。

減速機構となる減速ギヤ組は一段ではなく、複数段のギヤ組や内接ギヤを用いることができ、広義には、ローラとディスクとの組合わせなどからなるフリクションドライブ式の減速機構を用いてもよい。

トルク伝達カップリングの配置を示す四輪駆動車のスケルトン平面図である（実施例１）。 トルク伝達カップリングの断面図である（実施例１）。 カム面を示し、カム作用前の要部展開断面図である（実施例１）。 カム面を示し、カム作用後の要部展開断面図である（実施例１）。 トルク伝達カップリングの断面図である（実施例２）。

符号の説明

１，１Ａ トルク伝達カップリング（トルク伝達装置）
５１ クラッチ部
５３，５３Ａ ボール・カム機構（カム機構）
５５ 電動モータ（回転アクチュエータ）
１０９ 第１カム・プレート
１１１ 第２カム・プレート
１２７，１２７Ａ 摩擦係合部
１２９，１２９Ａ，１３１，１３１Ａ 面

Claims (4)

1. 押圧力を受けて回転部材間のトルク伝達を行うクラッチ部と、
   回転入力を推力に変換するカム作用により前記クラッチ部に押圧力を付与するカム機構と、
   前記回転入力を行う回転アクチュエータとを備え、
   前記カム機構が前記クラッチ部に押圧力を付与するとき該押圧力の反力を受けて前記摩擦係合力の発生により前記カム機構を回転方向に支持し前記カム作用を可能とする摩擦係合部を設けた
   ことを特徴とするトルク伝達装置。
2. 請求項１記載のトルク伝達装置であって、
   前記摩擦係合部は、前記カム機構側の面と該面に対向する固定側の面とで形成した
   ことを特徴とするトルク伝達装置。
3. 請求項１記載のトルク伝達装置であって、
   前記摩擦係合部は、前記カム機構側の半径方向に沿った面又はコーン形状の面と該面に対向する固定側の半径方向に沿った面又はコーン形状の面とで形成した
   ことを特徴とするトルク伝達装置。
4. 請求項１〜３記載のトルク伝達装置であって、
   前記カム機構は、前記回転入力を受ける第１カム・プレート及び該第１カム・プレートに対向配置され前記摩擦係合力受けると共に回転可能な第２カム・プレートを備えた
   ことを特徴とするトルク伝達装置。
   

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