JP2009002450A - 噛み合い式クラッチ - Google Patents

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Abstract

【課題】係合後に消費されるエネルギを従来よりも低減することが可能な噛み合い式クラッチを提供する。
【解決手段】外周に歯列２１が形成されるように複数の歯２２が設けられたギアピース２０と、ギアピース２０の歯列２１と噛み合う歯列３１が形成されるように複数の歯３２が内周面に形成されるスリーブ３０と、を備え、スリーブ３０を軸線ＣＬ方向に移動させることにより係合状態及び解放状態に切り替え可能なドグクラッチ１０Ａにおいて、スリーブ３０の複数の歯３２の少なくとも一部の歯３２ａには、内部にギアピース２０の歯２２の少なくとも一部を収容してギアピース２０の歯２２とスリーブ３０の歯３２とが部分的に重なり合った状態でギアピース２０の歯列２１とスリーブ３０の歯列３１とを噛み合わせる凹部３５が形成されるように周方向に突出する突出部３４が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、係合時に一対の係合部材のそれぞれに設けられた歯列を互いに噛み合わせる噛み合い式クラッチに関する。
内歯を有するアーマチュアと、外歯を有するクラッチギアと、アーマチュアをアーマチュアとクラッチギアとの係合が解除される方向に付勢するスプリングと、を備え、アーマチュアとクラッチギアとの係合は電磁石に通電し、スプリングに抗してアーマチュアを移動させることにより行う電磁クラッチが知られている（特許文献１参照）。
特開平８−４７８９号公報
特許文献１のクラッチでは、係合を維持させるためには電磁石に常時通電する必要がある。そのため、消費電力が大きい。
そこで、本発明は、係合後に消費されるエネルギを従来よりも低減することが可能な噛み合い式クラッチを提供することを目的とする。
本発明の噛み合い式クラッチは、外周に全周に亘って歯列が形成されるように複数の歯が設けられ、軸線回りに回転する第１係合部材と、前記第１係合部材と同軸に配置され、前記第１係合部材の歯列と噛み合う歯列が形成されるように複数の歯が内周面に全周に亘って形成される第２係合部材と、を備え、前記第１係合部材及び第２係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させることにより前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列とが噛み合う係合状態及び前記第１係合部材と前記第２係合部材とが離間する解放状態に切り替え可能な噛み合い式クラッチにおいて、前記第２係合部材の複数の歯の少なくとも一部の歯には、内部に前記第１係合部材の歯の少なくとも一部を収容して前記第１係合部材の歯の少なくとも一部と前記第２係合部材の歯の少なくとも一部とが重なり合った状態で前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列とを噛み合わせる凹部が形成されるように周方向に突出する突出部が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
本発明の噛み合い式クラッチによれば、第２係合部材に設けられた複数の歯の少なくとも一部の歯に凹部が形成されるので、係合時に第１係合部材の歯の一部をこの凹部に収容させて第１係合部材の歯の少なくとも一部と第２係合部材の歯の少なくとも一部とを重なり合わせることにより、第１係合部材及び第２係合部材の一方によって他方が第１係合部材と第２係合部材とが互いに離間する方向に移動することを制限できる。そのため、第１係合部材と第２係合部材とを係合させるために消費するエネルギを従来よりも低減することができる。
本発明の噛み合い式クラッチの一形態においては、コイル部で発生する磁力にて前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させて前記噛み合い式クラッチを前記解放状態から前記係合状態に切り替える電磁石手段と、前記噛み合い式クラッチを前記解放状態から前記係合状態に切り替える場合、前記第１係合部材の複数の歯の間に前記第２係合部材の複数の歯が入り込むまで前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させる期間に前記コイル部に供給する電流よりも前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列とが噛み合った後の期間に前記コイル部に供給する電流の方が小さくなるように前記コイル部に供給する電流を制御する制御手段と、を備えていてもよい（請求項２）。第１係合手段の歯列と第２係合手段の歯列とが噛み合った後は、第１係合部材及び第２係合部材の一方によって他方の離間方向への移動を制限できるので、コイル部に供給する電流を低減することができる。そのため、噛み合い式クラッチを係合させるために消費されるエネルギを低減できるとともに、係合後に消費されるエネルギを従来よりも低減できる。
この形態において、前記制御手段は、前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列との噛み合いの完了後、前記コイル部への電流の供給を停止してもよい（請求項３）。このように電流の供給を停止することにより、係合後に消費されるエネルギをさらに低減することができる。
以上に説明したように、本発明の噛み合い式クラッチによれば、第１係合部材の歯列と第２係合部材の歯列とが噛み合った後は、第１係合部材及び第２係合部材の一方によって他方が離間方向に移動することを制限できるので、係合後に消費されるエネルギを従来よりも低減することができる。
（第１の形態）
図１〜図４を参照して本発明の第１の形態に係る噛み合い式クラッチであるドグクラッチについて説明する。図１は、ドグクラッチ１０Ａが組み込まれた変速機１００の要部を示している。この変速機１００は、一般に車両に搭載される周知のものでよいため、詳細な説明は省略する。図２は、ドグクラッチ１０Ａを図１の左側から見た図である。図１に示したようにドグクラッチ１０Ａは、第１係合部材としてのギアピース２０と、第２係合部材としてのスリーブ３０と、スリーブ３０を軸線ＣＬ方向に駆動させるための駆動装置４０とを備えている。ギアピース２０は軸線ＣＬ回りに回転可能なように設けられ、図２に示したようにその外周には全周に亘って歯列２１が形成されるように複数の歯２２が設けられている。スリーブ３０はギアピース２０と同軸ＣＬ上に配置され、その内周面にはギアピース２０の歯列２１と噛み合う歯列３１が形成されるように複数の歯３２が全周に亘って形成されている。また、図１に示したようにスリーブ３０の複数の歯３２は、その幅がギアピース２０の歯２２の幅よりも広く形成されている。なお、スリーブ３０の外周にも全周に亘って歯列３３が形成されているが、これは図１に示したようにギアピース２０とは別のギアと噛み合わせるものである。
図３は、図２の領域Ａの部分を拡大して示した図である。図３に拡大して示したようにスリーブ３０の複数の歯３２のうちの一部の歯３２ａには周方向に突出する突出部３４が設けられている。この突出部３４は、スリーブ３０とギアピース２０とが係合したとき、すなわちスリーブ３０の歯列３１とギアピース２０の歯列２１とが噛み合ったときにスリーブ３０の歯３２の一部を収容する凹部３５が一部の歯３２ａに形成されるように設けられる。また、この突出部３４は、一部の歯３２ａの幅方向においてギアピース２０の歯２２が入り込んでくる方向側、すなわち図１の左側の端に設けられる。そして、図３に示したようにドグクラッチ１０Ａが係合状態に切り替わり、スリーブ３０の歯列３１とギアピース２０の歯列２１とが噛み合うと、ギアピース２０の歯２２のうち凹部３５に嵌り込んだ歯２２とスリーブ３０の一部の歯３２ａとが部分的に重なり合う。
駆動装置４０は、スリーブ３０と一体に軸線ＣＬ方向に移動するようにスリーブ３０に取り付けられるプランジャ４１と、スリーブ３０が図１の左方向すなわちスリーブ３０とギアピース２０とが係合する方向に移動するようにプランジャ４１を駆動する電磁石４２と、スリーブ３０が図１の右方向すなわちスリーブ３０とギアピース２０とが離間する方向に移動するようにプランジャ４１を付勢するリターンスプリング４３と、を備えている。電磁石４２は、電流が供給されることにより磁力を発生するコイル部４２ａを備えている。
電磁石４２の動作は、制御手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０にて制御される。ＥＣＵ５０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、車両に搭載される不図示のエンジンに設けられた各種のセンサの出力信号に基づいてそのエンジンの運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ５０には、例えばアクセル開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ５１等が接続される。この他にもＥＣＵ５０には各種センサが接続されているが図示を省略した。
図４は、ＥＣＵ５０がドグクラッチ１０Ａを解放状態から係合状態に切り替えるためにその動作中に所定の周期で繰り返し実行するクラッチ制御ルーチンを示している。なお、図４の制御ルーチンは、ＥＣＵ５０が実行する他の制御ルーチンと並行に実行される。
図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０は。まずステップＳ１１でドグクラッチ１０Ａを係合状態に切り替えるクラッチ係合条件が成立したか否か判定する。この判定は、例えば車両の走行状態や運転者からの要求トルクなどに基づいて判定する周知の判定方向で行えばよい。クラッチ係合条件が不成立と判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、クラッチ係合条件が成立したと判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ５０はドグクラッチ１０Ａを係合状態にきりかえるための係合準備処理を実行する。この係合準備処理では、例えば変速機１００に設けられるレゾルバ１０１の動作を制御してスリーブ３０の各歯３２の間にギアピース２０の各歯２２が入り込むようにスリーブ３０とギアピース２０の位相を調整する。続くステップＳ１３においてＥＣＵ５０は、スリーブ３０が軸線ＣＬに沿って図１の左側に移動するように電磁石４２に電流を供給する。
次のステップＳ１４においてＥＣＵ５０は、スリーブ３０とギアピース２０とが係合したか否か、すなわちドグクラッチ１０Ａが図２に示した係合状態に変化したか否か判断する。ドグクラッチ１０Ａが解放状態であると判断した場合はステップＳ１３に戻り、ドグクラッチ１０Ａが係合状態に切り替わるまでステップＳ１３及びＳ１４の処理を繰り返す。一方、ドグクラッチ１０Ａが係合状態に切り替わったと判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ５０は電磁石４２への電力の供給を停止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
第１の形態のドグクラッチ１０Ａによれば、スリーブ３０に設けた歯３２のうち一部の歯３２ａに突出部３４を設けて凹部３５を形成したので、係合時にギアピース２０の一部の歯２２をこの凹部３５に嵌め込むことができる。この場合、スリーブ３０が図１の右方向に移動しようとしてもギアピース２０によってその移動が阻止される。このように、スリーブ３０の離間方向への移動を制限できるので、電磁石４２への電力の供給を停止できる。そのため、ドグクラッチ１０Ａを係合させた後に消費されるエネルギを低減することができる。なお、ドグクラッチ１０Ａが係合された後でも電磁石４２への電力の供給は停止しなくてもよい。例えば、ドグクラッチ１０Ａを解放状態から係合状態に切り替える際に電磁石４２に供給した電流よりも小さい電流を電磁石４２に供給し続けてもよい。この場合、ドグクラッチ１０Ａを係合させた後に消費されるエネルギを低減しつつ、スリーブ３０とギアピース２０とを確実に係合状態に維持することができる。
（第２の形態）
次に図５及び図６を参照して本発明の第２の形態について説明する。図５は、第２の形態に係るドグクラッチ１０Ｂを示し、図６は図５のVI-VI線におけるドグクラッチ１０Ｂの断面を示している。なお、図５、６において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。また、図示は省略したがこの形態のドグクラッチ１０Ｂにも駆動装置４０が設けられ、スリーブ３０が軸線ＣＬ方向に駆動される。
図５に示したように、この形態では突出部３４がスリーブ３０の全ての歯３２に設けられる。また、突出部３４が歯３２の左右からそれぞれ突出し、歯３２の左右にそれぞれ凹部３５が形成される。
この形態のドグクラッチ１０Ｂによれば、ドグクラッチ１０Ｂが図５の左方向及び右方向のいずれの方向に回転してもドグクラッチ１０Ｂを係合状態に維持することができる。
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明のドグクラッチが組み込まれる装置は変速機に限定されず、入力軸から出力軸に動力を伝達する種々の装置に組み込んでよい。駆動装置にて駆動される対象は、スリーブに限定されない。ギアピースを軸線方向に駆動してもよいし、スリーブ及びギアピースの両方を軸線方向に駆動してもよい。
本発明の第１の形態に係るドグクラッチが組み込まれた変速機の要部を示す図。 係合状態のドグクラッチを図１の左側から見た図。 図２のドグクラッチの一部を拡大して示す図。 図１のＥＣＵが実行するクラッチ制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の第２の形態に係るドグクラッチの概略を示す図。 図５のVI−VI線におけるドグクラッチの断面を示す図。
符号の説明
１０Ａ、１０Ｂ ドグクラッチ（噛み合い式クラッチ）
２０ ギアピース（第１係合部材）
２１ 歯列
２２ 歯
３０ スリーブ（第２係合部材）
３１ 歯列
３２ 歯
３４ 突出部
３５ 凹部
４２ 電磁石
４２ａ コイル部
５０ エンジンコントロールユニット（制御手段）
ＣＬ 軸線

Claims (3)

  1. 外周に全周に亘って歯列が形成されるように複数の歯が設けられ、軸線回りに回転する第１係合部材と、前記第１係合部材と同軸に配置され、前記第１係合部材の歯列と噛み合う歯列が形成されるように複数の歯が内周面に全周に亘って形成される第２係合部材と、を備え、前記第１係合部材及び第２係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させることにより前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列とが噛み合う係合状態及び前記第１係合部材と前記第２係合部材とが離間する解放状態に切り替え可能な噛み合い式クラッチにおいて、
    前記第２係合部材の複数の歯の少なくとも一部の歯には、内部に前記第１係合部材の歯の少なくとも一部を収容して前記第１係合部材の歯の少なくとも一部と前記第２係合部材の歯の少なくとも一部とが重なり合った状態で前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列とを噛み合わせる凹部が形成されるように周方向に突出する突出部が設けられていることを特徴とする噛み合い式クラッチ。
  2. コイル部で発生する磁力にて前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させて前記噛み合い式クラッチを前記解放状態から前記係合状態に切り替える電磁石手段と、前記噛み合い式クラッチを前記解放状態から前記係合状態に切り替える場合、前記第１係合部材の複数の歯の間に前記第２係合部材の複数の歯が入り込むまで前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させる期間に前記コイル部に供給する電流よりも前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列とが噛み合った後の期間に前記コイル部に供給する電流の方が小さくなるように前記コイル部に供給する電流を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の噛み合い式クラッチ。
  3. 前記制御手段は、前記第１係合部材の歯列と前記第２係合部材の歯列との噛み合いの完了後、前記コイル部への電流の供給を停止することを特徴とする請求項２に記載の噛み合い式クラッチ。
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