JP2009257433A - 駆動力配分装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】引きずりトルクを大幅に低減することを可能とし、高価な表面処理を施さなくても、長期間にわたって安定した良好な摩擦特性と耐久性とを維持することを可能とし、更にはクラッチ伝達トルク特性のバラツキを防止することを可能とした駆動力配分装置の製造方法を提供する。
【解決手段】駆動力配分装置９は、第２の摩擦クラッチ５０のクラッチプレートのうち一方のクラッチプレートの摺動面に紙製のフェーシングを設けている。駆動力配分装置９は、回転軸２２のハウジング２４を挟んで第２の摩擦クラッチ５０に対して電磁石７０を移動可能に配している。電磁石７０に通電することでハウジング２４との間で電磁石７０に作用する磁気吸引力を、電磁石７０が第２の摩擦クラッチ５０へ向けて移動する操作力とし、入力軸２０及び出力軸３０間のトルク伝達を行う第１の摩擦クラッチ４０の締結を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁式摩擦クラッチを用いた駆動力配分装置及びその製造方法に関する。

従来から、例えば電磁式摩擦クラッチを備えた四輪駆動車における各種の駆動力配分装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された従来の駆動力配分装置は、入力軸と出力軸との間のトルク伝達を行うメインクラッチの締結を、電磁石の通電により締結するパイロットクラッチにより調整している。そのパイロットクラッチは、フロントハウジング内に設けられており、パイロットクラッチの一側には、アーマチャが配置されている。パイロットクラッチの他側には、リヤハウジングが配置されており、そのリヤハウジング内には、ヨーク内に嵌着された電磁石が配置されている。

この従来の駆動力配分装置によれば、電磁石への通電により、ヨーク、リヤハウジング、アーマチャ、パイロットクラッチ、リヤハウジング及びヨーク間を循環する磁気回路が形成される。電磁石によりアーマチャを吸引してパイロットクラッチを押付けることでパイロットクラッチが締結される。その締結によりスラスト力を発生するカム機構により、メインクラッチに対する押付け力に変換し、その押付け力をメインクラッチへ伝達することで、入力軸から出力軸へ駆動力が伝達される。

パイロットクラッチに対する押付け力は、電磁石の電磁コイルにより励起された磁束がパイロットクラッチを貫通してアーマチャを吸引することで発生する。そのため、パイロットクラッチは、磁気を通し易いという特性とクラッチプレートの摩擦特性との両方を兼ね備えた構成を必要とする。これにより、パイロットクラッチは鉄製であり、その鉄製のクラッチプレートの摺動面には、摩擦係合による摩耗を抑制する表面処理が施されている。磁気回路の一部を構成するリヤハウジングのパイロットクラッチの中間部と対応する部位には、非磁性体が埋設されている。

パイロットクラッチの表面処理としては、クラッチプレートの摺動面に同心円上に設けられた多数の微細な幅の溝部、あるいは多数の格子状の溝部を形成するとともに、その摺動面の組成を窒化処理又は焼き入れ焼き戻し処理により変化させたり、クラッチプレートの摺動面にダイヤモンド状炭素薄膜を施したりしている。この表面処理により、クラッチプレートの摺動面を強化して摩耗を減らすようにしている。

この種の駆動力配分装置の他の一例としては、例えばオイルで潤滑されたとき最適に機能する摩擦クラッチ紙をパイロットクラッチのクラッチプレート摺動面に設けた駆動力配分装置がある（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に記載された従来の駆動力配分装置は、入力軸を回転可能に支持するハウジング内に電磁石を固定している。パイロットクラッチは、入力軸の内面に設けられており、入力軸を介して電磁石が対向して配置されている。パイロットクラッチの入力軸と反対側には、電磁石のプランジャに連結されたアーマチュア（作用プレート）が対向して配置されている。
特開２００３−２８２１８号公報 特開２００５−６１６２９号公報

ところで、オイルで潤滑されたときクラッチプレート同士が対向する２面間に介在するオイルの粘性抵抗により引きずりトルクが発生する。大きな引きずりトルクが発生する原因の一つとしては、クラッチプレート摺動面（摩擦面）が広いことにある。すなわち、オイル粘性による引きずりトルクは、クラッチプレート同士が対向する２面の面積に比例する。

上記特許文献１に記載された従来の駆動力配分装置は、パイロットクラッチが磁気回路の一部を構成しているため、パイロットクラッチの磁気通路断面積を、磁気を通し易くする所定の広さに設定する必要がある。そのため、クラッチプレートの摺動面に加えて、クラッチプレートの摺動面としては必要としない磁気通路断面を形成しなければならず、パイロットクラッチを大きく形成せざるを得なかった。その結果、引きずりトルクを減少させるのには限界があり、引きずりトルクを小さくすることが困難になるという問題点があった。そのため、特に低温時の大きな引きずりトルクを前提としてデファレンシャルやドライブシャフトの強度を設計しなければならず、重く、大きく、コストが高いものになるという問題点があった。また、低温時にはタイトコーナーブレーキング現象の発生を回避することができないなど、操縦性の悪化を招くという問題点もあった。

また、この従来の駆動力配分装置は、パイロットクラッチが鉄同士の摩擦のためスティック・スリップによる振動、騒音が発生しやすく、対策として摺動面に種々の油溝を設けたり、耐摩耗牲を持たせたりするために窒化処理又は焼き入れ焼き戻し処理やダイヤモンド状炭素薄膜を施しているが、加工コストが高くなるという問題点があった。また、これらの処理を施したとしても、油溝の摩耗などによりパイロットクラッチの摩耗特性（μ−Ｖ特性）が使用中に悪化して、車両の振動・騒音が発生するという問題点もあった。また、この従来の駆動力配分装置は、磁気回路の一部を構成するリヤハウジングに埋設された非磁性体を挟んで、フロントハウジング側のアーマチュアとリヤハウジング側の電磁石とを配置し、アーマチュア及び非磁性体間にパイロットクラッチを配置した構造とされており、この非磁性体との接合構造の製作コストが高騰するという問題点もあった。

一方、上記特許文献２に記載された従来の駆動力配分装置にあっては、電磁石のヨークとアーマチュア（プランジャ）の空隙が、特に軸方向の荷重に対して変形が大きいボールベアリングを介して維持されている。そのため、この従来の駆動力配分装置は、電磁式カップリングとハウジングとの位置関係に影響され、電磁石のヨークとアーマチュア（プランジャ）の空隙長が不安定となり、製品ごとにクラッチ伝達トルク特性のバラツキが発生するという問題点を有している。

本発明は、上記従来の課題を解消すべくなされたものであり、引きずりトルクを大幅に低減することを可能とし、高価な表面処理を施さなくても、長期間にわたって安定した良好な摩擦特性と耐久性とを維持することを可能とし、更にはクラッチ伝達トルク特性のバラツキを防止することを可能とした駆動力配分装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明によれば、入力軸と出力軸の間のトルク伝達を行う第１の摩擦クラッチと、前記第１の摩擦クラッチの伝達トルクを調整する第２の摩擦クラッチと、前記第２の摩擦クラッチのトルクをスラスト力に変換して前記第１の摩擦クラッチへ伝達するカム機構と、前記入力軸と同一軸線上に設けられ、前記第１の摩擦クラッチ、前記カム機構及び前記第２の摩擦クラッチを内蔵したハウジングと、前記ハウジングの外端部に前記ハウジングと同一軸線上に設けられ、軸線方向に移動可能に設けられた電磁石と、前記ハウジング及び前記電磁石の間に形成される空隙と、前記ハウジング及び前記電磁石の間に介在する少なくとも１つの板部材と、を備え、前記電磁石に通電することで、前記ハウジングとの間で前記電磁石に作用する磁気吸引力を前記第２の摩擦クラッチへの操作力とした構成を有している駆動力配分装置が提供される。

上記駆動力配分装置において、前記第２の摩擦クラッチは、互いに摩擦係合する複数の第１及び第２のクラッチプレートを有し、前記複数の第１及び第２のクラッチプレートの一方のクラッチプレートの摺動面に紙製のフェーシングを設けた構成が好ましい。

上記駆動力配分装置において、前記ハウジングの外端部の内部に前記第２の摩擦クラッチに向けて移動可能に配され、前記第２の摩擦クラッチを押付ける押圧部材を有し、前記押圧部材が、前記電磁石の移動に応じて前記第２の摩擦クラッチの操作力を調整する構成が好ましい。

上記駆動力配分装置において、前記電磁石及び前記押圧部材間にスラストニードルベアリングとプレート部材が介在されている構成が好ましい。

上記駆動力配分装置において、前記入力軸及び前記ハウジングは、一体的に形成されている構成が好ましい。

上記駆動力配分装置において、前記ハウジングを回転可能に支持する外部ケースを備え、前記電磁石は、前記外部ケースの内周面に支持されている構成が好ましい。

上記駆動力配分装置において、前記ハウジングを回転可能に支持する外部ケースを備え、前記電磁石は、前記ハウジングの軸部に対して相対回転可能及び軸方向移動可能に支持され、かつ、前記外部ケースに対しては回転不能に支持されている構成が好ましい。

本発明では、上記駆動力配分装置を製造するにあたり、前記第１の摩擦クラッチ、前記第２の摩擦クラッチ、前記カム機構、前記ハウジング、前記電磁石及び前記板部材を、第１の組合せで互いに組み付ける第１組付工程と、前記第１の組合せで互いに組み付けられた状態で、前記電磁石に予め設定された値の設定電流を流して前記第１の摩擦クラッチの前記伝達トルクを測定する測定工程と、前記測定工程にて測定された前記伝達トルクと予め設定された設定トルクとの差に基づいて前記空隙の寸法の補正量を算出する算出工程と、前記空隙が前記補正量だけ補正されるように、前記第１の組合せに対し、前記第２の摩擦クラッチ、前記ハウジング、前記電磁石及び前記板部材の少なくとも１つを交換した第２の組合せで、前記第１の摩擦クラッチ、前記第２の摩擦クラッチ、前記カム機構、前記ハウジング、前記電磁石及び前記板部材を互いに組み付ける第２組付工程と、を含む駆動力配分装置の製造方法が提供される。

上記駆動力配分装置の製造方法において、前記第２の組合せは、前記第１の組合せに対して前記板部材が交換されている構成が好ましい。

本発明は、第２の摩擦クラッチのクラッチプレートの摺動面の面積を小さくすることができる。そのため、特にオイルの粘性による引きずりトルクを小さくすることができるようになり、デファレンシャルやドライブシャフトの強度を小さくすることができるため、小型、軽量で、安価にできる。また、高価な油溝加工や表面処理を施さずに長期間にわたり安定した良好な摩擦特性及び耐久性を維持することができるようになる。さらに、電磁石に作用する磁気吸引力を第２の摩擦クラッチに対して直接加えることが可能となり、電磁石とハウジングとの空隙長を安定化させることができるようになり、クラッチ伝達トルク特性のバラツキを抑制することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態である駆動力配分装置を備えた四輪駆動車の動力伝達系を概略的に示す説明図、図２は駆動力配分装置の内部構造を示す断面図、図３は駆動力配分装置の電磁式カップリングを構成する部位の部分断面拡大図である。

図１において、符号１は、四輪駆動車の全体構成を概略的に示している。この四輪駆動車１の基本構成は、エンジン２、トランスミッション３、フロントデフ４、トランスファ５、左右一対の前輪車軸６，６、一対の前輪７，７、プロペラシャフト８、駆動力配分装置９、リヤデフ１０、左右一対の後輪車軸１１，１１、一対の後輪１２，１２により主に構成されている。駆動力配分装置９及びリヤデフ１０は、リヤデフケース１３内に収容支持されるとともに、リヤデフケース１３を介して車体に支持されている。

上記のように構成された四輪駆動車１では、エンジン２からの駆動力は、トランスミッション３を介してフロントデフ４に伝達され、左右一対の前輪車軸６，６を介して一対の前輪７，７に伝達される。一方、トランスファ５に伝達された駆動力は、プロペラシャフト８を介して駆動力配分装置９に伝達される。その駆動力配分装置９がトルク伝達可能に連結されると、エンジン２の駆動力は、駆動力配分装置９のドライブピニオンシャフト３２（図２）を介してリヤデフ１０に伝達され、左右一対の後輪車軸１１，１１を介して一対の後輪１２，１２に伝達される。

（駆動力配分装置の構成）
図２を参照すると、駆動力配分装置９の全体構成が示されている。この駆動力伝達装置９の基本構成は、エンジン２により回転駆動される入力軸２０と、リヤデフ１０を回転駆動する出力軸３０と、第１の摩擦クラッチであるメインクラッチ４０と、メインクラッチ４０の伝達トルクを調整する第２の摩擦クラッチであるパイロットクラッチ５０と、パイロットクラッチ５０の伝達トルクをメインクラッチ４０に対する押付け力に変換するカム機構６０と、これらの構成部品を収容可能な外部ケースであるリヤデフケース１３とにより主に構成されている。このメインクラッチ４０、パイロットクラッチ５０及びカム機構６０は、入力軸２０及び出力軸３０間に設けられている。メインクラッチ４０及びパイロットクラッチ５０の締結により入力軸２０から出力軸３０へ駆動力が伝達される。

（入力軸の構成）
入力軸２０は、プロペラシャフト８のフランジ部に連結固定されるフランジ部２１、及び回転軸２２により構成されている。フランジ部２１の円筒部内には、回転軸２２の一端側の中実状軸部２２ａがナット２６により締付固定されている。回転軸２２は、中実状軸部２２ａよりも大径の第１のハウジング２３と、第１ハウジング２３よりも大径の第２のハウジング２４と、第２ハウジング２４の後端開口部を液密に内嵌固定する環状の第３のハウジング２５とからなる多段形状を有している。第１ハウジング２３は、ベアリング２７を介してリヤデフケース１３内に回転可能に支承されるとともに、第３ハウジング２５に形成された筒部が、ベアリング２９を介してリヤデフケース１３内に回転可能に支承されている。なお、図示例によると、回転軸２２及び第１〜第３ハウジング２３〜２５は、鋳造などにより一体化されているが、例えば溶接により連結固定されていてもよい。

第１ハウジング２３の外周面とリヤデフケース１３の内周面との間には、電磁石７０の環状の配置空間２８が形成されている。第２ハウジング２４の外端部には、電磁石７０に面する段差面を形成する環状の対向壁部２４ａが設けられており、その対向壁部２４ａには、環状凹部２４ｂが形成されている。その環状凹部２４ｂの底面には、パイロットクラッチ５０の押付け力を調整する押圧部材５３を収納する複数の貫通孔２４ｃが周方向に所定の位相差をもって軸方向に貫通して形成されている。第２ハウジング２４の内周面には、メインクラッチ４０及びパイロットクラッチ５０をスプライン連結するスプライン部２４ｄが軸方向に沿って延設されている。

（出力軸の構成）
入力軸２０の第１及び第２ハウジング２３，２４内には、第３ハウジング２５の筒部を貫通して出力軸３０が収容されている。この出力軸３０は、円筒状のハブ３１と、ハブ３１の内周面にスプライン連結されたドライブピニオンシャフト３２とを有している。ハブ３１の後端部外周面には、メインクラッチ４０をスプライン連結するスプライン部３１ａが軸方向に延設されている。ハブ３１にスプライン連結されたドライブピニオンシャフト３２の一端部は、入力軸２０に相対回転可能に支持されている。ドライブピニオンシャフト３２の他端部は、一対のテーパローラベアリング３３，３４を介してリヤデフケース１３の内周面に回転可能に支承されている。

ドライブピニオンシャフト３２の他端部先端には、ギヤ３２ａが一体に形成されている。このギヤ３２ａは、リヤデフ１０の図示しないギヤ機構と噛合している。リヤデフケース１３の内周面とドライブピニオンシャフト３２との間には、シール３５が配されている。このシール３５によって、リヤデフケース１３を密閉している。

（メインクラッチの構成）
メインクラッチ４０は、第２ハウジング２４のスプライン部２４ｄにスプライン連結された複数のアウタクラッチプレート４１と、ハブ３１のスプライン部３１ａにスプライン連結された複数のインナクラッチプレート４２とを有している。アウタクラッチプレート４１及びインナクラッチプレート４２のいずれか一方の摺動面には、紙製のフェーシングを取り付けることが好適である。メインクラッチ４０と入力軸２０の第３ハウジング２５との間には、クラッチの隙間を規制するスペーサ４３が配されている。メインクラッチ４０は、パイロットクラッチ５０の締結によりメインクラッチ４０側に移動するプレッシャリング６１を介して締結される。メインクラッチ４０が締結されると、入力軸２０の第２ハウジング２４及び出力軸３０のハブ３１が接続されるので、入力軸２０から出力軸３０へ駆動力が伝達され、リヤデフ１０を介して左右の後輪１２，１２に伝達されることとなる。

上記のように構成された駆動力配分装置９の構成部分は、入力軸２０の構成を除いて、従来のものと基本的な構成において変わるところはない。従って、駆動力配分装置９の基本構成は、図示例に限定されるものではない。この実施の形態にあっては、特にパイロットクラッチ機構の構造及び配置位置に特徴部を有している。

（パイロットクラッチ機構の構成）
パイロットクラッチ機構の基本構成は、電磁石７０と、電磁石７０に作用する磁気吸引力によりパイロットクラッチ５０を押付ける押圧部材５３と、押圧部材５３の押付け力により締結されるパイロットクラッチ５０と、電磁石７０の移動によるパイロットクラッチ５０の締結によりスラスト力を発生するカム機構６０とにより主に構成されている。このパイロットクラッチ機構に加えて、カム機構６０のスラスト力をメインクラッチ４０へ伝達するプレッシャリング６１、及びプレッシャリング６１の軸方向移動により締結されるメインクラッチ４０を備えることで、入力軸２０と出力軸３０とを断続する断続機構が得られる。

ところで、上記従来の駆動力配分装置のように、磁気回路の一部を構成するパイロットクラッチに非磁性体の紙フェーシングを設けると、磁気を遮断してしまう。そのため、充分な磁気吸引力が得られなくなる。この問題を解消するため、この実施の形態では、パイロットクラッチ５０に磁気を通過させることなく、電磁石７０が鉄製の入力軸２０の第２ハウジング２４に吸引される荷重をパイロットクラッチ５０に対して直接付加するようになっている。その荷重をパイロットクラッチ５０に対して直接加えることでパイロットクラッチ５０の摺動面の面圧を高くすることができる。図示例にあっては、パイロットクラッチ５０のクラッチプレート５１，５２の一方のクラッチプレート摺動面に紙フェーシングを使用するとともに、電磁石７０を軸方向に移動可能に構成している。この構成は、電磁石７０と入力軸２０の第２ハウジング２４との間の空隙Ｇを安定化させるとともに、クラッチ伝達トルク特性のバラツキを少なくしている。この構成は更に、パイロットクラッチ５０の引きずりトルクを大幅に低減しており、高価な油溝加工や表面処理を施さなくても、長期間にわたって安定した良好な摩擦特性及び耐久性を維持している。

（電磁石の構成）
電磁石７０は、ヨーク７１とコイル７０ａにより構成され、外部ケースとなるリヤデフケース１３の内周面に回転不能かつ軸方向移動可能に支持されている。ヨーク７１は、メインクラッチ４０側に開放された断面コ字状をなす環状の凹部７１ａを有している。その凹部７１ａ内には、環状のコイル７０ａが嵌着固定されている。ヨーク７１のコイル７０ａと面する部位には、ステンレス材等からなる環状の非磁性部材７２が埋設されている。電磁石７０は、回転軸２２の第２ハウジング２４の外端部にあって入力軸２０と同一軸線上に設けられている。電磁石７０は、回転軸２２の第１ハウジング２３の外周面及びリヤデフケース１３の内周面間に形成された環状の配置空間２８において、ヨーク７１を介してリヤデフケース１３の内周面に回転不能に支承されるとともに、第２ハウジング２４の対向壁部２４ａとの間に所定の空隙Ｇをもって軸方向に移動可能に支承されている。この構成により、第２ハウジング２４内に配されるアーマチャを排除して、設置スペースを有効に利用することができる。

ヨーク７１とリヤデフケース１３の内端面との間には、皿バネ３６が配されている。電磁石７０には、リヤデフケース１３にグロメット７３を介して外部へ引き出されたリード線７４が連結されている。このリード線７４を介して電磁石７０に通電すると、パイロットクラッチ５０を除いてヨーク７１、第２ハウジング２４間を循環する磁路Ｌが形成される。電磁石７０と第２ハウジング２４とが近接して配されているので、磁束漏れを低減させ、磁力を効率的に使用することが可能となる。

（押圧部材の構成）
図３に示すように、入力軸２０の第２ハウジング２４の対向壁部２４ａに形成された環状凹部２４ｂ内には、ニードルベアリング５４、板部材としての第１スラストワッシャ５５及び板部材としての第２スラストワッシャ５６がこの順で並設されている。本実施形態においては、第１スラストワッシャ５５は、第２スラストワッシャ５６よりも薄く形成されている。図２に示すように、その環状凹部２４ｂの底面に形成された複数の貫通孔２４ｃには、押圧部材５３が配されている。その押圧部材５３は、一端に円形フランジ５３ａをもつ円形のブロック体により構成されている。電磁石７０に作用する磁気吸引力は、非磁性部材７２、ニードルベアリング５４、第１スラストワッシャ５５、第２スラストワッシャ５６、及び押圧部材５３へと伝えられ、パイロットクラッチ５０への押付け力となる。電磁石７０への通電電力を調整することでパイロットクラッチ５０への押付け力を調整することができる。

第２ハウジング２４内に配されるアーマチャを排除して、押圧部材５３、ニードルベアリング５４、第１スラストワッシャ５５及び第２スラストワッシャを入力軸２０の対向壁部２４ａ内に配することで設置スペースを有効に利用している。メインクラッチ４０、パイロットクラッチ５０及びカム機構６０は、入力軸２０と同一軸線上に設けられ、これらの構成部品は、回転軸２２の第２ハウジング２４内に収容されている。

（パイロットクラッチの構成）
パイロットクラッチ５０は、複数のアウタクラッチプレート５１と、複数のインナクラッチプレート５２とを有している。アウタクラッチプレート５１は、メインクラッチ４０と同様に、入力軸２０の第２ハウジング２４のスプライン部２４ｄにスプライン連結されている。一方のインナクラッチプレート５２は、カム機構６０のスプライン部６０ａにスプライン連結されている。パイロットクラッチ５０は、第２ハウジング２４と同一軸線上に移動可能に配されており、電磁石７０の移動により締結される。電磁石７０に通電すると、電磁石７０がパイロットクラッチ５０側に吸引移動されることで、パイロットクラッチ５０が締結され、カムリング６２とプレッシャリング６１との間に回転トルクが生じることによりカム機構６０にスラスト力を発生させる。

インナクラッチプレート５２の摺動面には、摩擦フェーシングが取り付けられている。摩擦フェーシングとしては、例えば紙製のフェーシングを使用することができる。アウタクラッチプレート５１の摺動面に紙製のフェーシングを取り付けてもよい。従来の鉄製クラッチプレートでは、上述したように、磁気を通すために摩擦クラッチとしては必要としない広い面積を形成しなければならなかった。しかしながら、この実施の形態にあっては、パイロットクラッチ５０に磁気を通過させることなく、電磁石７０に作用する磁気吸引力をパイロットクラッチ５０に対して直接付加するようになっているので、パイロットクラッチ５０に紙製フェーシングを使用することが可能となり、そのクラッチプレートは、従来の鉄製クラッチプレートと比べてクラッチプレート摺動面の面積を小さくすることができる。これにより、オイルで潤滑されたときクラッチプレートの対向摺動面間に介在するオイルの粘性抵抗による引きずりトルクの発生を減少させることができる。摩耗特性がよく、シャダー性能及び耐久性に優れたクラッチが得られる。なお、図示例によると、パイロットクラッチ５０のインナクラッチプレート５２の枚数を２枚に設定しているが、これに限定されるものではない。本実施の形態では、例えばインナクラッチプレート５２を１枚もしくは３枚以上の枚数に設定してもよいことは勿論である。

（カム機構の構成）
メインクラッチ４０の締結力を無段階に制御するカム機構６０が、回転軸２２の第２ハウジング２４の対向壁部２４ａの内周面にスラスト軸受６４を介してハブ３１の外周面に配されている。そのカム機構６０は、カムリング６２と、プレッシャリング６１と、カムリング６２及びプレッシャリング６１間に配されたカムボール６３とにより構成されている。パイロットクラッチ５０が締結されると、パイロットクラッチ５０に連結されたカムリング６２及びプレッシャリング６１間に回転トルクが生じ、カム機構６０のスラスト力によってプレッシャリング６１がメインクラッチ４０側へ移動し、メインクラッチ４０が締結する。

以上のように構成されたパイロットクラッチ機構にあっては、電磁石７０に通電することで、回転軸２２の第２ハウジング２４との間で電磁石７０に作用する磁気吸引力を、電磁石７０がパイロットクラッチ５０に向けて移動する操作力とした構成を有している。軸方向に動く電磁石７０の構成により、第２ハウジング２４内に配されるアーマチュアを排除して、部品点数を減らすことが可能となり、パイロットクラッチ５０のアクチュエータを構成する部品を軸方向に短縮した設計が可能となる。これにより、設計をコンパクト化することができるようになり、リヤデフケース１３内に各種の構成部品をコンパクトに収容することができる。

ところで、上記従来技術においては、パイロットクラッチに非磁性体の紙フェーシングを設けると磁気を遮断してしまうため、充分な磁気吸引力が得られない。また、引きずりトルクはカム機構により増幅されることでメインクラッチを押付けるため、パイロットクラッチの引きずりトルクが増大する。駆動力配分装置の内部温度が低温になると、駆動力配分装置内のオイルの粘性抵抗が大きくなり、パイロットクラッチが非作動状態であっても、オイルの粘性抵抗による引きずりトルクが非常に大きくなる。低温時には、タイトコーナーブレーキング現象の発生を回避することはできず、車両操縦性の悪化を招くこととなる。

一方、車両設計上においては、従動輪に必要以上のトルクをかけずにデファレンシャルやドライブシャフトを小型軽量化することで、製作コストを低減することが求められており、駆動力配分装置の内部温度が変わっても、電流値に対するトルクが変化しないことが切望されている。このような要求に対し、電流だけでは制御できない大きなトルクが発生することにより、デファレンシャルやドライブシャフトの強度を強くする必要がある。その結果、駆動力配分装置が大型化することと相まって、車体の重量が増加し、製作コストが高騰するという不具合が発生する。

（実施の形態の効果）
これに対し、本実施の形態である駆動力配分装置９によると、次の様々な効果が得られる。
（１）電磁石７０が鉄製の入力軸２０の第２ハウジング２４に吸引される荷重をパイロットクラッチ５０に対して直接付与する構成としたため、パイロットクラッチ５０に紙製のフェーシングを使用することができるようになり、クラッチプレート５１，５２の摺動面の面積を小さくすることが可能となる。それにより、オイルの粘性による引きずりトルクを大幅に低減することが可能となり、燃費を向上させることができる。
（２）電磁石７０と入力軸２０の第２ハウジング２４との間の空隙Ｇ長が安定化し、クラッチ伝達トルク特性のバラツキを少なくすることができる。
（３）オイルの粘性による低温時の引きずりトルクを大幅に小さくすることができるようになり、デファレンシャルやドライブシャフトの強度増大を避けることで小型軽量化を達成することができるとともに、安価に製作することができる。
（４）鉄製のパイロットクラッチ５０に油溝加工が不要となり、高価な表面処理を必要としないため、加工コストを低減することができるとともに、長期間にわたって安定した良好な摩擦特性と耐久性とを維持することができる。
（５）ハウジング２３〜２５に磁気を遮断するための非磁性体接合構造を設ける必要がなくなり、製作コストを低減することができる。
（６）回転軸２２の第２ハウジング２４内に配されるアーマチャを排除して、パイロットクラッチ機構の押圧部材５３を第２ハウジング２４の外端部内に配置するとともに、第２ハウジング２４の外端部に電磁石７０を配置することで、パイロットクラッチ機構の設置構造を簡略化するとともに、第２ハウジング２４内の設置スペースを有効に利用することができるようになる。
（７）パイロットクラッチ機構をコンパクトに構成することができるようになり、装置全体の軽量小型化と車載性とを向上させることが可能となる。
（８）小さな電流で大きなトルクを制御することができるので、コントローラのコストも安価となる。

図４はハウジング及び電磁石の間の空隙の寸法と磁気吸引力の関係を示すグラフである。図４中には、異なる電流値の３つのグラフが図示されている。
この駆動力配分装置９では、パイロットクラッチ機構の構成部品に寸法のばらつきが存在するため、電磁石７０と第２ハウジング２４の間の空隙Ｇは大きくばらつくことになる。また、図４に示すように、電磁石７０に流す電流値が大きくなるほど磁気吸引力は大きくなり、電磁石７０と第２ハウジング２４の空隙Ｇが大きいほど磁気吸引力は弱くなる。後者の特性により、空隙Ｇがばらつくと磁気吸引力がばらつき、ひいてはメインクラッチ４０の伝達トルクがばらつくこととなる。本実施形態においては、第２ハウジング２４の押し付け荷重によりパイロットクラッチ５０にトルクを生じさせ、このトルクをカム機構６０により増幅してメインクラッチ４０を押し付けて伝達トルクを生じさせているので、磁気吸引力のばらつきによる伝達トルクのばらつきが比較的大きくなる。

図５はハウジング及び電磁石の間の空隙の寸法とメインクラッチにおける伝達トルクの関係を示すグラフである。図５中には、同一の電流値の３つのグラフが図示されている。
図５に示すように、第２ハウジング２４からパイロットクラッチ５０、カム機構６０を介してメインクラッチ４０に力が伝達されるため、例え同一電流であっても伝達トルクにばらつきが生じる。

以上のように、本実施の形態では、パイロットクラッチ機構及びカム機構６０の構成部品の寸法精度、摩擦特性等のばらつきにより、伝達トルクがばらつくことになる。パイロットクラッチ機構、カム機構６０の各構成部品の寸法制度、摩擦特性等を高精度に管理すれば、伝達トルクのばらつきを抑制することができるが、この方法では装置の製造コストが極めて高くなるので現実的ではない。本実施の形態では、以下の方法によりこの問題点を解決している。

本実施の形態の駆動力配分装置９は、次の工程を経て製造される。
駆動力配分装置９の製造に先立ち、搭載される車両に応じて、予め設定された値の設定電流と、この設定電流のときのメインクラッチ４０の目標とする設定トルクを取得しておく。また、図６に示すように、第１スラストワッシャ５５及び第２スラストワッシャ５６の合計の厚さの補正量と、メインクラッチ４０の伝達トルクの変化量の関係を取得しておく。図６は、伝達トルクの設定トルクを基準とした伝達トルクと厚さの補正量との関係の一例を示すグラフである。さらに、駆動力配分装置９の製造にあたっては、複数の厚さの第１スラストワッシャ５５及び第２スラストワッシャ５６を準備しておく。

まず、メインクラッチ４０、パイロットクラッチ５０、カム機構６０、第２ハウジング２４、電磁石７０、第１スラストワッシャ５５及び第２スラストワッシャ５６を、第１の組合せで互いに組み付ける（第１組付工程）。この第１の組合せは、空隙Ｇが予め設定された初期範囲に入るように、各部品を選択することが好ましい。

そして、第１の組合せで互いに組み付けられた状態で、電磁石７０に前述の設定電流を流してメインクラッチ４０の伝達トルクを測定する（測定工程）。このように測定された伝達トルクと前述の設定トルクとの差に基づいて空隙Ｇの寸法の補正量を算出する（算出工程）。

次いで算出された空隙Ｇが補正量だけ補正されるように、第１の組合せに対し、第１スラストワッシャ５５と第２スラストワッシャ５６の少なくとも一方を交換した第２の組合せで、メインクラッチ４０、パイロットクラッチ５０、カム機構６０、第２ハウジング２４、電磁石７０、第１スラストワッシャ５５及び第２スラストワッシャ５６を互いに組み付ける（第２組付工程）。ここで、交換可能な板部材である第１スラストワッシャ５５及び第２スラストワッシャ５６は、互いに厚さが異なっているので、例えば、空隙Ｇの補正量が小さい場合は第１スラストワッシャ５５を優先的に交換し、補正量が大きい場合は第２スラストワッシャ５６を優先的に交換すればよく、補正量の調整が簡単容易である。尚、第２組付工程の後に、設定電流を流してメインクラッチ４０の伝達トルクを測定して、伝達トルクが設定トルクに対して所定の誤差範囲に収まっていないようなら、再度、第１スラストワッシャ５５及び第２スラストワッシャ６５の少なくとも一方を交換するようにしてもよい。

これにより、寸法精度、摩擦特性を厳密に管理することなく、比較的安価な各構成部品を組み合わせることで、伝達トルクを所定の範囲に収めることができ、装置の製造コストを飛躍的に低減することができる。
また、組立時に測定した伝達トルクに応じて伝達トルクの特性を調整するので、部品寸法により空隙Ｇの寸法を管理する場合に比べて、伝達トルクのばらつきを小さくでき、実用に際して極めて有利である。

（駆動力配分装置の変形例）
図７は、駆動力配分装置９の変形例を示しており、電磁式カップリングを構成する部位の部分断面拡大図である。なお、図７において上記実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

この変形例にあっても、上記実施の形態に係る駆動力伝達装置９と基本的な構成において変わるところはない。図７において、上記実施の形態と大きく異なるところは、上記実施の形態では、電磁石７０が、回転軸２２の第１ハウジング２３を回転可能に支持するリヤデフケース１３の内周面に支持された構成となっていたものを、この変形例にあっては、電磁石７０を第１ハウジング２３の軸部に支持した点にある。

電磁石７０は、ヨーク７１とコイル７０ａにより構成されており、第１ハウジング２３の軸部及びリヤデフケース１３の内周面間に形成された環状の配置空間２８に配されている。第１ハウジング２３の軸部の外周面には、軸受７５が設けられている。電磁石７０は、第１ハウジング２３の軸部の外周面に軸受７５を介して相対回転可能に支持されるとともに、軸方向移動可能に支持されており、リヤデフケース１３の内周面に対しては回転不能に支持されている。このような電磁石７０の支持構造にあっても、上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、第１及び第２の実施の形態の駆動力配分装置は、前後輪間の駆動力配分に適用することで、前輪のみ、あるいは後輪のみを駆動する２ＷＤモード、車両状態に応じて前後輪間の駆動力を自動制御するオートモード、最大駆動力に保持するロックモードを備えた構成とすることができる。本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲内で様々に設計変更が可能である。

本発明は、例えば農業機械、建設土木機械、運搬機械等の作業用車両、バギー車及び自動車などの各種の車両における駆動力配分装置に効果的に使用することができる。

本発明の代表的な実施の形態である駆動力配分装置を備えた四輪駆動車の動力伝達系を概略的に示す説明図である。 駆動力配分装置の内部構造を示す断面図である。 駆動力配分装置の部分断面拡大図である。 ハウジング及び電磁石の間の空隙の寸法と磁気吸引力の関係を示すグラフである。 ハウジング及び電磁石の間の空隙の寸法とメインクラッチにおける伝達トルクの関係を示すグラフである。 伝達トルクの設定トルクを基準とした伝達トルクと厚さの補正量との関係の一例を示すグラフである。 駆動力配分装置の変形例を示す部分断面拡大図である。

符号の説明

１ 四輪駆動車
２ エンジン
３ トランスミッション
４ フロントデフ
５ トランスファ
６ 前輪車軸
７ 前輪
８ プロペラシャフト
９ 駆動力配分装置
１０ リヤデフ
１１ 後輪車軸
１２ 後輪
１３ リヤデフケース
２０ 入力軸
２１ フランジ部
２２ 回転軸
２２ａ 中実状軸部
２３ 第１ハウジング
２４ 第２ハウジング
２４ａ 対向壁部
２４ｂ 環状凹部
２４ｃ 貫通孔
２４ｄ スプライン部
２５ 第３ハウジング
２６ ナット
２７ ベアリング
２８ 配置空間
２９ ベアリング
３０ 出力軸
３１ ハブ
３１ａ スプライン部
３２ ドライブピニオンシャフト
３２ａ ギヤ
３３ テーパローラベアリング
３４ テーパローラベアリング
３５ シール
３６ 皿バネ
３７ ベアリング
４０ メインクラッチ
４１ アウタクラッチプレート
４２ インナクラッチプレート
４３ スペーサ
５０ パイロットクラッチ
５１ アウタクラッチプレート
５２ インナクラッチプレート
５３ 押圧部材
５３ａ 円形フランジ
５４ ニードルベアリング
５５ 第１スラストワッシャ
５６ 第２スラストワッシャ
６０ カム機構
６０ａ スプライン部
６１ プレッシャリング
６２ カムリング
６３ カムボール
６４ スラスト軸受
７０ 電磁石
７０ａ コイル
７１ ヨーク
７１ａ 凹部
７２ 非磁性部材
７３ グロメット
７４ リード線
７５ 軸受
Ｇ 空隙
Ｌ 磁路

Claims (9)

1. 入力軸と出力軸の間のトルク伝達を行う第１の摩擦クラッチと、
   前記第１の摩擦クラッチの伝達トルクを調整する第２の摩擦クラッチと、
   前記第２の摩擦クラッチのトルクをスラスト力に変換して前記第１の摩擦クラッチへ伝達するカム機構と、
   前記入力軸と同一軸線上に設けられ、前記第１の摩擦クラッチ、前記カム機構及び前記第２の摩擦クラッチを内蔵したハウジングと、
   前記ハウジングの外端部に前記ハウジングと同一軸線上に設けられ、軸線方向に移動可能に設けられた電磁石と、
   前記ハウジング及び前記電磁石の間に形成される空隙と、
   前記ハウジング及び前記電磁石の間に介在する少なくとも１つの板部材と、を備え、
   前記電磁石に通電することで、前記ハウジングとの間で前記電磁石に作用する磁気吸引力を前記第２の摩擦クラッチへの操作力とした構成を有している駆動力配分装置。
2. 前記第２の摩擦クラッチは、互いに摩擦係合する複数の第１及び第２のクラッチプレートを有し、
   前記複数の第１及び第２のクラッチプレートの一方のクラッチプレートの摺動面に紙製のフェーシングを設けた請求項１に記載の駆動力配分装置。
3. 前記ハウジングの外端部の内部に前記第２の摩擦クラッチに向けて移動可能に配され、前記第２の摩擦クラッチを押付ける押圧部材を有し、
   前記押圧部材が、前記電磁石の移動に応じて前記第２の摩擦クラッチの操作力を調整する請求項２に記載の駆動力配分装置。
4. 前記電磁石及び前記押圧部材間にスラストニードルベアリングとプレート部材が介在されている請求項３に記載の駆動力配分装置。
5. 前記入力軸及び前記ハウジングは、一体的に形成されている請求項４に記載の駆動力配分装置。
6. 前記ハウジングを回転可能に支持する外部ケースを備え、
   前記電磁石は、前記外部ケースの内周面に支持されている請求項５に記載の駆動力配分装置。
7. 前記ハウジングを回転可能に支持する外部ケースを備え、
   前記電磁石は、前記ハウジングの軸部に対して相対回転可能及び軸方向移動可能に支持され、かつ、前記外部ケースに対しては回転不能に支持されている請求項５に記載の駆動力配分装置。
8. 請求項１から７の駆動力配分装置を製造するにあたり、
   前記第１の摩擦クラッチ、前記第２の摩擦クラッチ、前記カム機構、前記ハウジング、前記電磁石及び前記板部材を、第１の組合せで互いに組み付ける第１組付工程と、
   前記第１の組合せで互いに組み付けられた状態で、前記電磁石に予め設定された値の設定電流を流して前記第１の摩擦クラッチの前記伝達トルクを測定する測定工程と、
   前記測定工程にて測定された前記伝達トルクと予め設定された設定トルクとの差に基づいて前記空隙の寸法の補正量を算出する算出工程と、
   前記空隙が前記補正量だけ補正されるように、前記第１の組合せに対し、前記第２の摩擦クラッチ、前記ハウジング、前記電磁石及び前記板部材の少なくとも１つを交換した第２の組合せで、前記第１の摩擦クラッチ、前記第２の摩擦クラッチ、前記カム機構、前記ハウジング、前記電磁石及び前記板部材を互いに組み付ける第２組付工程と、を含む駆動力配分装置の製造方法。
9. 前記第２の組合せは、前記第１の組合せに対して前記板部材が交換されている請求項８に記載の駆動力配分装置の製造方法。

Images