JP2010019321A

JP2010019321A - ツインクラッチ装置

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Publication number: JP2010019321A
Application number: JP2008179545A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogawa; 裕之小川; Arata Murakami; 新村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: DE112009001662T5; CN102084150B; US20110127133A1; WO2010004410A1; US8678153B2; CN102084150A; JP4596051B2

Abstract

【課題】一つの回転部材を二つの回転部材に選択的に切り替えて連結するクラッチ装置の小型軽量化を図る。
【解決手段】駆動輪９から第１受動輪１０と第２受動輪１１との間で選択的にトルクを伝達するツインクラッチ装置において、駆動輪９を挟んで第１受動輪１０と第２受動輪１１とが配置されるとともに、駆動輪９と第１受動輪１０および第２受動輪１１との間に、刺激が増大することにより流動性が低下し、かつその刺激が減少することにより流動性が増す機能性流体２３が充填され、電気的に制御されて刺激を発生する刺激発生部材１７が駆動輪９に設けられ、刺激発生部材１７が機能性流体２３に与える刺激に応じて、駆動輪９と第１受動輪１０および第２受動輪１１の一方との間の機能性流体２３の流動性を低下させて駆動輪９と第１受動輪１０および第２受動輪１１の一方とをトルク伝達可能に連結するように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、一つの回転部材から他の二つの回転部材に選択的にトルクを伝達するように係合するクラッチ装置に関し、特に外部からの刺激に応じて流動性が低下する磁性流体などの機能性流体を利用して係合状態を設定するツインクラッチ装置に関するものである。

周知のようにクラッチ装置は、相対回転可能な二つの回転部材を選択的にトルク伝達可能な状態に連結する装置であり、車両の駆動系統には、踏力や油圧によって動作する摩擦式のクラッチが一般的に使用されている。これに対して係合・解放状態の切替動作を電気的に制御できる電磁式のクラッチが知られており、その一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたクラッチは、磁性流体を使用したものであって、回転軸に複数のアーマチュア板が取り付けられるとともに、そのアーマチュア板が、プーリに形成された密閉室の内部に液密状態に収容され、その密閉室に磁性流体が充填され、その磁性流体に磁気を及ぼして磁化する電磁コイルが設けられている。したがって、その電磁コイルに通電することにより、磁性流体の剪断係数（剪断力）を増大させて回転軸とプーリとの間でトルクを伝達するように構成されている。

特開平４−１３１５２６号公報

上記の特許文献１に記載された構成のクラッチであれば、電磁コイルに通電することにより、クラッチを係合させ、またその通電を止めることによりクラッチを解放させることができ、したがってクラッチのいわゆるオン・オフ制御を電気的に行うことができる。しかしながら、そのようにして行うトルクの伝達および遮断は、一つの回転軸と一つのプーリとの間に限られるから、いわゆるツインクラッチ式変速機におけるクラッチのように、一つの駆動軸と二つの中間軸との間でのトルクの伝達および遮断を行う場合には、特許文献１に記載されている密閉室や電磁流体および電磁コイルなどの機構を二組設けることになる。そのため、全体としての構成が大型化し、それに伴って車載性が悪化し、あるいはコストが高くなる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、構成を簡素化でき、また制御性を向上させることのできるツインクラッチ装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、第１回転部材から第２回転部材と第３回転部材とのいずれか一方あるいは両方に選択的にトルクを伝達するツインクラッチ装置において、前記第１回転部材を挟んだ両側に前記第２回転部材と第３回転部材とが配置されるとともに、前記第１回転部材と前記第２回転部材および第３回転部材との間に、刺激が増大することにより流動性が低下し、かつその刺激が減少することにより流動性が増す機能性流体が充填され、電気的に制御されて前記刺激を発生する刺激発生部材が前記第１回転部材に設けられ、前記刺激発生部材が前記機能性流体に与える刺激に応じて、前記第１回転部材と前記第２回転部材および第３回転部材の一方との間の前記機能性流体の流動性を低下させてこれら第１回転部材と第２回転部材および第３回転部材の一方とを流動性の低下した前記機能性流体を介してトルク伝達可能に連結するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記機能性流体は、磁化させることにより剪断係数もしくは剪断力が増大する磁性流動体を含み、前記刺激発生部材は電磁石を含むことを特徴とするツインクラッチ装置である。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第２回転部材および第３回転部材の一方の回転部材のうち前記電磁石と対向する箇所に永久磁石が設けられ、かつ他方の回転部材のうち前記電磁石と対向する箇所に磁性材料が設けられていることを特徴とするツインクラッチ装置である。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記電磁石は、非磁性材料からなるヨークにコイルを配置して構成され、前記第２回転部材および第３回転部材には前記電磁石に対向しかつ磁極の向きが同一の永久磁石がそれぞれ設けられ、前記コイルに通電する電流の向きを反転させる電流制御手段が設けられていることを特徴とするツインクラッチ装置である。

請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記第２回転部材および第３回転部材の前記一方の回転部材は、変速比が相対的に大きい低速側伝動機構に連結され、かつ前記他方の回転部材は、変速比が相対的に小さい高速側伝動機構に連結されていることを特徴とするツインクラッチ装置である。

請求項６の発明は、請求項２，３，５のいずれかの発明において、前記電磁石に通電する電流の向きを反転させる電流制御手段が設けられていることを特徴とするツインクラッチ装置である。

請求項７の発明は、請求項３，５，６のいずれかの発明において、前記電磁石に通電せずに前記各回転部材の間でトルクの伝達を行っていない状態からトルクの伝達を行う場合に、前記永久磁石による前記磁性流動体の残留磁気を消磁する方向の磁束を生じさせるように前記電磁石に一時的に通電するように構成されていることを特徴とするツインクラッチ装置である。

請求項８の発明は、請求項２ないし６のいずれかの発明において、前記磁性流動体は、オイルに磁性粉粒体を混合させた磁性流体と、磁性パウダとのいずれかであることを特徴とするツインクラッチ装置である。

請求項１の発明によれば、刺激発生部材を電気的に制御して、機能性流体に対して刺激を与えると、その機能性流体の流動性が低下する。例えば、その粘度や剪断力あるいは剪断係数が増大する。したがって、第１回転部材と第２回転部材との間の機能性流体、あるいは第１回転部材と第３回転部材との間の機能性流体のいずれか一方に対して上記のように刺激を与えることにより、第１回転部材と第２回転部材とがトルク伝達可能に連結され、あるいは第１回転部材と第３回転部材とがトルク伝達可能に連結される。そのため、一つの回転部材に対して二つの回転部材を選択的に連結でき、しかもその連結およびその解除を電気的に行うことができるので、構成が簡素でかつ制御性の良好なツインクラッチ装置を得ることができる。

請求項２の発明によれば、電磁石に通電し、もしくは通電を止め、あるいは電流の方向を適宜に制御することにより、第１回転部材と第２回転部材との間、もしくは第１回転部材と第３回転部材との間の磁性流動体を横切るように磁路が形成され、その部分の磁性流動体の剪断係数が増大する。その結果、第１回転部材と第２回転部材もしくは第３回転部材とが、実質的にトルク伝達可能に連結される。このような連結状態は、通電もしくはその遮断などの通電の状態に応じて、第１回転部材と第２回転部材との間、および第１回転部材と第３回転部材との間で設定でき、したがって一つの電磁石に対する通電制御によって、二つのクラッチ機能を制御することができ、その結果、全体としての構成が簡素化されて車載性を向上させることができ、またコストの低廉化を図ることができる。また、電気的にいわゆる係合・解放の制御を行うことができるので、制御性が良好であり、さらに機械的な摩擦が生じないので、発熱を抑制できる上に、流体の流動で熱伝達できるために冷却性能が良好であり、ひいては耐久性を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、電磁石に対する通電を止めることにより、永久磁石による磁界が磁性流動体に作用するので、その永久磁石を設けてある回転部材と第１回転部材とをトルク伝達可能に連結することができ、また永久磁石による磁界とは反対方向の極性の磁界を電磁石で生じさせれば、永久磁石が設けられている回転部材と第１回転部材との間に磁性流動体は磁化させず、これとは反対に永久磁石が設けられていない回転部材と第１回転部材との間の磁性流動体が磁化され、これらの回転部材がトルク伝達可能に連結される。したがって、いずれか一方のトルク伝達の際にのみ通電すればよいので、エネルギ消費を低減できる。

請求項４の発明によれば、電磁石に通電していない状態では、そのヨークが非磁性体で形成されているために、第１回転部材と第２回転部材および第３回転部材との間で、各永久磁石による磁路が形成されず、したがって磁性流動体の剪断係数が大きくならないので、いずれの回転部材の間でもトルク伝達可能な状態にならない。すなわち、クラッチとしては解放された状態に維持される。これに対して、コイルに所定の方向の電流を流すと、その結果生じる磁束と極性もしくは方向が同一の磁束を生じている永久磁石との間で磁路が形成され、その永久磁石が設けられている回転部材と第１回転部材とが、剪断係数の増大した磁性流動体を介してトルク伝達可能に連結される。また、コイルに流す電流の方向を反転すると、他の永久磁石が設けられている回転部材と第１回転部材とがトルク伝達可能に連結される。すなわち、トルク伝達しないいわゆるニュートラル状態、および第１回転部材と第２回転部材とを連結した状態、ならびに第１回転部材と第３回転部材とを連結した状態の三つの状態を、一つの電磁石の通電を制御することにより設定することができる。

請求項５の発明によれば、電磁石に通電しない状態では、第１回転部材が変速比の小さい高速側伝動機構に連結される。したがって、車両に搭載して第１回転部材を動力源からトルクが伝達される駆動側部材とした場合、車両が停止して動力源がアイドリング状態であれば低速側伝動機構が駆動輪に連結されるとしても、これが駆動側部材である第１回転部材には連結されない。すなわち、電磁石をオフとしておくことができ、電気エネルギの消費を抑制できる。また、高速走行状態では、高速側伝動機構が駆動輪に連結され、その高速側伝動機構が駆動側部材である第１回転部材に連結されるので、使用頻度の高い高速走行時に電磁石に通電する必要がないので、電気エネルギの消費を抑制することができる。

請求項６の発明によれば、電磁石で発生させる磁束の向き（もしくは極性）を反転できるので、各回転部材の連結、遮断を適宜に制御でき、またそれら三つの回転部材を共にトルク伝達可能に連結することができる。したがって、変速機と併せて車両に搭載した場合には、減速時に制動力を生じさせるように制御することができる。

請求項７の発明によれば、いわゆる始動時に永久磁石による残留磁気を解消することができるので、始動後においていずれかの回転部材同士の間の伝達トルク容量が低下するなどの事態を未然に解消することができる。

請求項８の発明によれば、磁性パウダを用いた場合に、低コスト化を図ることができる。

この発明をより具体的に説明すると、この発明に係るクラッチ装置は車両の動力伝達系統でトルクを伝達および遮断することにより変速比や変速レンジを切り替え、あるいは前後進を切り替える係合要素として使用することができる。図１２はその一例を模式的に示しており、動力源１と変速部２との間にこの発明に係るクラッチ装置３が配置されている。その動力源１は、要は、走行のための動力を出力する動力装置であって、ガソリンエンジンなどの内燃機関や電気モータあるいはこれらを組み合わせたハイブリッド型動力装置などを採用することができる。

また、変速部２は、常時噛み合い式の複数のギヤ対や複数組の遊星歯車機構からなる機構、あるいは遊星ローラを組み合わせた機構、さらには変速比を連続的に変化させることのできる無段変速機構などによって構成することができる。図１２に示す例は、ツインクラッチ式変速機の例であり、第１カウンタ軸４と、第２カウンタ軸５と、出力軸６とが互いに平行に配置されている。なお、図１２には前進二段の変速段を設定する構成を示し、後進段などの他の変速状態を設定するための機構は省略してある。

各カウンタ軸４，５の間に出力軸６が配置されており、第１カウンタ軸４と出力軸６とは第１速用ギヤ対７によって連結され、また第２カウンタ軸５と出力軸６とは第２速用ギヤ対８によって連結されている。より具体的には、第１速用駆動ギヤ７Ａが第１カウンタ軸４に取り付けられるとともに、これに噛み合っている第１速用従動ギヤ７Ｂが出力軸６に取り付けられている。その第１速用駆動ギヤ７Ａの径が第１速用従動ギヤ７Ｂの径より小さく、したがって第１速用ギヤ対７はそのギヤ比が“１”より大きく、減速ギヤとなっており、これがこの発明の低速側伝動機構に相当している。

また、第２速用駆動ギヤ８Ａが第２カウンタ軸５に取り付けられるとともに、これに噛み合っている第２速用従動ギヤ８Ｂが出力軸６に取り付けられている。その第２速用駆動ギヤ８Ａの径が第２速用従動ギヤ８Ｂの径より大きく、したがって第２速用ギヤ対８はそのギヤ比が“１”より小さく、増速ギヤとなっており、これがこの発明における高速側伝動機構に相当している。

この発明に係るクラッチ装置３は、動力源１が出力したトルクを第１カウンタ軸４と第２カウンタ軸５とに選択的に伝達するように構成されている。すなわち、第１回転部材としての駆動輪９を挟んで第１受動輪１０と第２受動輪１１とが設けられており、その第１受動輪１０に中空軸である第１中間軸１２が一体化され、かつその第１中間軸１２の内部に第１中間軸１２と同一軸線上に第２中間軸１３が配置され、その第２中間軸１３が第２受動輪１１に一体化されている。そして、第１中間軸１２と前記第１カウンタ軸４とが第１カウンタギヤ対１４を介してトルク伝達可能に連結され、また第２中間軸１３と第２カウンタ軸５とが第２カウンタギヤ対１５を介してトルク伝達可能に連結されている。さらに、そのクラッチ装置３を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１６が設けられている。

図１に上記のクラッチ装置３の具体的な構成の一例を示してある。ここに示す例は、この発明における第１ないし第３の回転部材に相当する駆動輪９および各受動輪１０，１１を同心円上に配置した例であり、駆動輪９はリング状に形成されており、その環状の部分に、刺激発生部材として、ヨークとコイルとからなる電磁石１７を備えている。この駆動輪９の軸線方向での一方の側面には、前記動力源１のトルクを伝達するためのドライブプレート１８が一体化されている。

また、第１受動輪１０は、上記の電磁石１７に半径方向で対向し、かつ電磁石１７の外周側を所定の間隔を空けて覆う円筒部１９を備えている。この円筒部１９の少なくとも一部には、前記電磁石１７との間で磁路を形成するように、鉄などの磁性部材が設けられている。さらに、第２受動輪１１は、上記の電磁石１７の内周側に配置されて、電磁石１７もしくは駆動輪９の内周面と所定の間隔を空けて対向する円筒部２０を備えている。その円筒部２０には永久磁石２１が一体化されている。この永久磁石２１は円筒部２０の全周に設けられていてもよく、あるいは円周方向に所定の間隔を空けて複数個設けられていてもよいが、その磁極の向きは全周で同じになっており、例えば図１に示すように、軸線方向での一方側がＮ極で、他方側がＳ極になっている。

上記の駆動輪９やドライブプレート１８および各円筒部１９，２０は、ケーシング２２の内部に液密状態に収容されており、そのケーシング２２の内部に機能性流体として磁性流動体２３が充填されている。したがって、駆動輪９と各受動輪１０，１１における円筒部１９，２０との間に磁性流動体２３が充填されている。なお、この磁性流動体２３は、磁化されることにより剪断係数が増大し、磁化されていない状態では流動性を増す流体である。具体的には、この磁性流動体２３は、鉄粉などの磁性粉粒体からなる磁性パウダや、磁性粉粒体をオイルに混入させた磁性流体である。

ここで上記の磁性流動体２３および電磁石１７の特性、ならびにその磁性流動体２３および電磁石１７によって得られる伝達トルク容量（係合トルク）について説明すると、磁性流動体２３としてオイルに鉄粉などの磁性のある粉粒体を混合した磁性流体の剪断力と磁界の強さとの関係は、図２に示すようになる。すなわち、磁界の強さに応じて剪断力τが増大する。また、電磁石１７が発生する磁界の強さＨは、図３に示すように、コイルに流す電流に応じて増大し、所定の電流以上では磁界の強さＨの増大勾配が緩やかになり、ついにはほぼ一定になる。すなわち飽和する。この発明に係るクラッチ装置３は、上記の磁性流体に磁界を掛け、その結果増大する剪断力を利用してトルクを伝達するから、伝達トルク容量（係合トルク）は、図４に示すように、コイル電流の増大に応じて増大し、電流値が所定値まで増大した後は、トルクの増大勾配が緩やかになる。

つぎに上記のクラッチ装置３の作用について説明する。図５は上記の電磁石１７に通電していないオフ状態での磁路を示しており、電磁石１７のヨークが磁性材料によって形成されていることにより、永久磁石２１による磁束が磁性流動体２３を横切って電磁石１７にまで及び、図５に矢印を付した線で示すように磁路Ｍ１が形成されている。その結果、駆動輪９と第２受動輪１１との間の磁性流動体２３が磁化されてその剪断係数が増大するので、駆動輪９と第２受動輪１１とが、磁化されて固化された磁性流動体２３を介して磁気力でトルク伝達可能に連結されている。すなわち、駆動輪９が第２受動輪１１に係合させられる。その場合、駆動輪９と第１受動輪１０における円筒部１９との間の磁性流動体２３に対しては磁界がほぼ作用しないので、その磁性流動体２３の流動性が高く、駆動輪９と第１受動輪１０とは、トルクの伝達が生じないいわゆる非係合状態に維持される。

このようにして駆動輪９に係合させられる第２受動輪１１は、第２中間軸１３を介して高速側伝動機構である第２速用ギヤ対８に連結されているので、変速比としては高速段側の変速比が設定される。

一方、電磁石１７に対して、前記永久磁石２１と対向する箇所が永久磁石２１と同極となるように通電すると、駆動輪９と第１受動輪１０とがトルク伝達可能に連結され、かつ駆動輪９と第２受動輪１１との連結が解かれる。その状態を図６に示してある。すなわち、第１受動輪１０の円筒部１９には磁性部材が設けられているので、電磁石１７で発生した磁束が磁性流動体２３を横切って第１受動輪１０の円筒部１９にまで及び、図６に矢印を付した線で示すように磁路Ｍ２が形成される。その結果、駆動輪９と第１受動輪１０との間の磁性流動体２３が磁化されてその剪断係数が増大するので、駆動輪９と第１受動輪１０とが、磁化されて固化された磁性流動体２３を介して磁気力でトルク伝達可能に連結される。すなわち、駆動輪９が第１受動輪１０に係合させられる。

またその場合、駆動輪９と第２受動輪１１との間では、電磁石１７で発生した磁力（もしくは磁束）が永久磁石２１で発生した磁力（もしくは磁束）を打ち消すように作用するので、これら駆動輪９と第２受動輪１１との間の磁性流動体２３を横切る方向（すなわち垂直方向）の磁路が形成されない。その結果、駆動輪９と第２受動輪１１との間の磁性流動体２３の剪断係数（あるいは剪断力）はほぼゼロになり、これら駆動輪９と第２受動輪１１との連結が解かれた状態すなわち非係合状態になる。

したがって、電磁石１７に対して上記のように通電することにより駆動輪９に係合させられる第１受動輪１０は、第１中間軸１２を介して低速側伝動機構である第１速用ギヤ対７に連結されているので、変速比としては低速段側の変速比が設定される。

なお、電磁石１７で発生する磁力は電流に比例するので、駆動輪９と第２受動輪１１との係合を解除するための電流は、永久磁石２１で発生している磁力に相当する磁力を発生する電流とする。ここで、その電流値と各受動輪１０，１１を係合させる係合トルクとの関係を示すと図７のようになる。すなわち、電磁石１７の電流値がゼロの状態では、第２受動輪１１を駆動輪９に係合させる係合トルクが最大になり、かつ第１受動輪１０を係合させる係合トルクがゼロになる。その状態から電流値を増大させると、駆動輪９と第１受動輪１０との間に磁性流動体２３を垂直に横切る磁路の磁力が電流値に応じて増大するので、その係合トルクが増大する。これに対して、永久磁石２１による磁力が電磁石１７による磁力で減殺されるので、第２受動輪１１を駆動輪９に係合させるトルクが電流値に応じて低下する。そして、第２受動輪１１を駆動輪９に係合させる係合トルクがゼロになるまで電流値が増大すると、第１受動輪１０と駆動輪９との間の係合トルクが最大になる。この電流値の半分の電流を電磁石１７に流した状態では、駆動輪９と各受動輪１０，１１との間の係合トルクがほぼ等しくなり、いわゆる弱いダブルロック状態になる。

したがって、この発明に係る上記のクラッチ装置３によれば、電磁石１７を備えた一つの駆動輪９に対して二つの受動輪１０，１１を選択的に連結させることができるので、トルクを伝達するべき相手部材が二つ存在する場合であっても、電磁石１７やその制御機器が一つでよく、その結果、装置の全体として構成を簡素化して車載性を向上させることができるとともに、低コスト化を図ることができる。また、いわゆる係合・解放の制御を電量のオン・オフの制御で行うことができるので、制御が容易である上に、応答性の高い制御を行うことができ、したがって制御性の良好なツインクラッチ装置とすることができる。特に、上述した図７に示すように、電流値に応じて係合トルクが連続的に増大し、かつ低下するので、二つのクラッチの切替によって実行するいわゆるクラッチ・ツウ・クラッチ変速の場合に、トルクの遮断を生じさせずにその変速を実行することができ、またその変速制御も容易になる。さらに、この発明に係るクラッチ装置３では、磁性流動体２３の剪断力を利用してトルクを伝達するので、トルク伝達に伴って発熱があるとしても、その熱は流体の伝動によって放熱箇所に運ばれるので、冷却特性もしくは放熱特性に優れ、ひいては耐久性に優れたクラッチ装置とすることができる。

また、図１および図１２に示すように構成すれば、電磁石１７への通電を止めて電磁石１７をいわゆるオフ状態とすることにより高速段を設定することができる。したがって、車両が停止して動力源１がアイドリング状態にある場合には、変速部２で低速側伝動機構である第１速用ギヤ対７が噛み合った状態になっているとしても、これが動力源に対して遮断されるので、大きい駆動トルクが生じることはない。すなわち、車両が停止して動力源１がアイドリング状態にある場合には、電磁石１７に通電しなくてよいので、電気エネルギの消費を抑制することができる。また、このいわゆるオフ状態であれば、高速側伝動機構が動力源に連結され、高速段が設定されるので、走行中での使用頻度が高い高速段で電磁石１７に通電しなくてよいので、この点でも電気エネルギの消費を抑制し、燃費を向上させることができる。

ところで、電磁石１７に電流を供給する回路に電流の方向を反転させる切替スイッチあるいはこれに相当する切替機構を設け、これを前記電子制御装置１６によって切替動作させることができる。このような手段がこの発明における電流制御手段に相当しており、その電流制御手段によって電磁石１７に流す電流の方向を前述した例とは反対にすると、各受動輪１０，１１を駆動輪９に対して同時に係合させることができる。

すなわち、電磁石１７のうち前記永久磁石２１の各磁極と対向する箇所が、永久磁石２１の磁極と反対の磁極となるように電磁石１７に通電すると、永久磁石２１と電磁石１７との間に、それらの間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路が形成され、かつその磁力が増大される。その結果、駆動輪９と第２受動輪１１とが、より強く係合させられ、それらの間の係合トルクが前述した例における係合トルクより大きくなる。また、駆動輪９と第１受動輪１０との間には、それらの間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路が形成されるので、駆動輪９と第１受動輪１０とが前述した例と同様にして係合し、両者の間でのトルク伝達が可能になる。このようにして駆動輪９と各受動輪１０，１１とが共に係合する。

このようないわゆる同時係合の状態では、動力源１と駆動輪（図示せず）とが、低速側伝動機構と高速側伝動機構との両方を介して連結されるので、いわゆるダブルロック状態になり、駆動輪の回転が制限される。その場合、駆動輪９と各受動輪１０，１１とを連結している部材は、剪断力が大きくなっている磁性流動体２３であって、幾分なりとも流動性があるから、機械的な損傷を生じずに、動力源１および駆動輪は回転し続けることは可能である。しかしながら、磁性流動体２３を変形もしくは流動させるトルクが制動力として作用するので、減速時にこのような同時係合状態を設定することが好ましい。

すなわち、ブレーキスイッチなどの制動の意志を検出する検出装置（それぞれ図示せず）からの検出信号に基づいて、電磁石１７に流す電流の向きを上記のように制御して同時係合状態を設定する。こうすることにより、エンジンブレーキ状態などの動力源ブレーキ状態と同様の制動状態とすることができるので、各車輪ごとに設けられている制動装置に掛かる負荷を低減してその小型化を図ることができ、あるいはそのような制動装置を前記クラッチ装置３で置き換えることが可能になる。その結果、構成部品点数を削減して車両の軽量化を図ることができ、また低コスト化を図ることができる。

なお、上記の電磁石１７をオフ状態にしておくと、永久磁石２１による磁界によって、駆動輪９と第２受動輪１１との間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路Ｍ１が常時形成されたままとなる。このような状態が長時間継続すると、残留磁気によって磁性流動体２３の剪断係数（剪断力）がある程度大きくなったままとなり、第２受動輪１１を駆動輪９に対して解放するように電磁石１７に通電しても、係合トルクが残り、いわゆる引き摺りが生じる可能性がある。このような不都合を解消するために、車両を長期間もしくは長時間、停止状態に維持した後に始動する場合、残留磁気を消失させる制御を行うことが好ましい。

その制御の一例を説明すると、スタータスイッチやイグニッションスイッチなどの動力源１の始動指示信号が検出された場合に、永久磁石２１による磁性流動体２３の残留磁気を消失させる磁界が生じるように電磁石１７に通電する。その通電時間および電流値は、永久磁石２１の磁力などに基づいて予め設定しておくことができ、一例として通電時間は、数十ないし数百msec程度であってよい。このようにして残留磁気を消失させた後に動力源１を始動し、通常の走行を行えば、想定したとおりの係合トルクを生じさせて、所期の変速特性あるいは動力特性を得ることができる。

つぎにこの発明の他の例を説明する。この発明のクラッチ装置においては、第１および第２の受動輪１０，１１のそれぞれに永久磁石を設けてもよく、それに併せて電磁石のヨークを非磁性材料によって構成してもよい。図８にその一例を示してある。ここに示す例は、前述した図１に示す構成のうち、第１受動輪１０における円筒部１９に、第２受動輪１１における円筒部２０に設けられている永久磁石２１と同様の永久磁石２４を設けた例である。すなわち、各永久磁石２１，２４の半径方向で対向する部位が、共に同じ磁極になっており、図８に示す例では、軸線方向での一方の端部がＮ極、他方の端部がＳ極になっている。他の構成は図１に示す構成と同様であるから図８に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。

図８に示す構成においては、電磁石１７のヨークが非磁性流体で形成されているために、電磁石１７が磁束を発生していない状態では、各永久磁石２１と電磁石１７との間に磁路が形成されない。すなわち、電磁石１７に通電してないいわゆるオフ状態では、駆動輪９と各受動輪１０，１１との間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路が形成されないために、磁性流動体２３の剪断係数が小さく、あるいはその剪断力がほぼゼロになる。したがって、駆動輪９と各受動輪１０，１１とがトルク伝達可能な状態に連結されないので、クラッチとしては解放状態になる。この状態では、第１速用ギヤ対７および第２速用ギヤ対８のいずれもが動力源１に対して遮断されるので、いわゆるニュートラル状態になる。

これに対して電磁石１７に電流を流すと、電磁石１７による磁束といずれか一方の永久磁石２１，２４による磁束とによって磁性流動体２３を垂直に横切る磁路が形成される。図９は、コイルを中心に時計回りの磁束が生じるように電磁石１７に電流を流した場合の磁路を示しており、この場合は電磁石１７による磁束と第２受動輪１１に設けられている永久磁石２１による磁束との方向が一致するので、駆動輪９と第２受動輪１１との間にこれらの間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路Ｍ１が形成される。その結果、駆動輪９と第２受動輪１１との間の磁性流動体２３が磁化されてその剪断係数が増大するので、駆動輪９と第２受動輪１１とが、磁化されて固化された磁性流動体２３を介して磁気力でトルク伝達可能に連結される。すなわち、駆動輪９が第２受動輪１１に係合させられる。

一方、第１受動輪１０における円筒部１９側では、その永久磁石２４の磁極と通電によって生じた電磁石１７での磁極とが互いに対向した状態になってそれぞれの磁束が互いに減殺し合うので、駆動輪９と第１受動輪１０との間には、これらの間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路が形成されない。その結果、駆動輪９と第１受動輪１０との間の磁性流動体２３の剪断係数（あるいは剪断力）はほぼゼロになり、これら駆動輪９と第１受動輪１０との連結が解かれた状態すなわち非係合状態になる。

さらに、図８に示す構成で電磁石１７に流す電流の方向を上記の場合とは反対にすると、駆動輪９と第１受動輪１０とがトルク伝達可能に係合する。すなわち、図１０に示すように、コイルを中心に反時計回りの磁束が生じるように電磁石１７に電流を流すと、電磁石１７による磁束と第１受動輪１０に設けられている永久磁石２４による磁束との方向が一致するので、駆動輪９と第１受動輪１０との間にこれらの間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路Ｍ２が形成される。その結果、駆動輪９と第１受動輪１０との間の磁性流動体２３が磁化されてその剪断係数が増大するので、駆動輪９と第１受動輪１０とが、磁化されて固化された磁性流動体２３を介して磁気力でトルク伝達可能に連結される。すなわち、駆動輪９が第２受動輪１１に係合させられる。

これに対して、第２受動輪１１における円筒部２０側では、その永久磁石２１の磁極と通電によって生じた電磁石１７での磁極とが互いに対向した状態になってそれぞれの磁束が互いに減殺し合うので、駆動輪９と第２受動輪１１との間には、これらの間の磁性流動体２３を垂直に横切る磁路が形成されない。その結果、駆動輪９と第２受動輪１１との間の磁性流動体２３の剪断係数（あるいは剪断力）はほぼゼロになり、これら駆動輪９と第２受動輪１１との連結が解かれた状態すなわち非係合状態になる。

ここで、図８に示すように構成した場合の電流値と各受動輪１０，１１を係合させる係合トルクとの関係を示すと図１１のようになる。すなわち、電磁石１７の電流値がゼロの状態では、前述したように、第１受動輪１０側および第２受動輪１１側のいずれにおいても磁性流動体２３を横切る磁路が形成されないので、係合トルクがほぼゼロになり、駆動輪９は各受動輪１０，１１に対して連結されていない状態すなわち非係合状態になる。これに対して、図９に示す磁路Ｍ１が形成されるように電磁石１７に通電（図１０では負の方向の通電）すると、駆動輪９と第２受動輪１１との間の磁性流動体２３を横切る磁力およびそれに伴う係合トルクが電流値に応じて増大する。なお、駆動輪９と第１受動輪１０側との間に係合トルクがゼロに維持される。

また反対に、電磁石１７に図１１での正方向の電量を流した場合、駆動輪９と第１受動輪１０側との間に、磁性流動体２３を垂直に横切る磁路が形成され、駆動輪９と第１受動輪１０との間の磁性流動体２３を横切る磁力およびそれに伴う係合トルクが電流値に応じて増大する。なお、駆動輪９と第２受動輪１１側との間に係合トルクがゼロに維持される。このように、図８に示すように構成した場合には、ニュートラル状態と、第１速状態と、第２速状態との三つの動力伝達状態を設定することができる。そして、全体としての構成を小型軽量化でき、また制御性や冷却性能あるいは耐久性を向上できるなど、前述した図１に示すように構成した場合と同様の効果を得ることができる。

なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであり、各回転部材の間でトルクの伝達を媒介する機能性流体は、磁化されて剪断係数もしくは剪断力が増大する磁性流動体以外に、熱や光あるいは電圧などの刺激を受けて流動性が変化する流体であってもよい。したがって、刺激発生部材は、電磁石以外にヒータや発光素子、電極などであってもよい。また、この発明に係るツインクラッチ装置は、変速段もしくは変速レンジを切り替えるためのクラッチとして使用されるもの以外に、前後進の切替を行うクラッチであってもよい。さらに、この発明に係るクラッチ装置に続けて設けられる変速部は、前進２段の変速段を切り替える構成である必要はなく、適宜の段数の変速比を設定するように構成された変速部あるいは変速比を連続的に変化させる変速部であってもよい。そしてまた、この発明における三つの回転部材は、半径方向で互いに対向するように配置する代わりに軸線方向に互いに対向するように配列してもよい。

この発明に係るクラッチ装置の主要な構成部分を示す模式図である。磁性流体の特性を示す線図である。電磁コイルの特性を示す線図である。伝達トルク容量（係合トルク）とコイル電流との関係を示す線図である。図１に示すクラッチ装置の動作状態を説明するための模式図である。図１に示すクラッチ装置の他の動作状態を説明するための模式図である。図１に示すクラッチ装置のコイル電流と係合トルクとの関係を示す線図である。この発明に係る他のクラッチ装置の主要な構成部分を示す模式図である。図８に示すクラッチ装置の動作状態を説明するための模式図である。図８に示すクラッチ装置の他の動作状態を説明するための模式図である。図８に示すクラッチ装置のコイル電流と係合トルクとの関係を示す線図である。この発明に係るクラッチ装置を搭載した車両における動力伝達系統を模式的に示す図である。

符号の説明

１…動力源、２…変速部、３…クラッチ装置、４…第１カウンタ軸、５…第２カウンタ軸、６…出力軸、７…第１速用ギヤ対、８…第２速用ギヤ対、９…駆動輪、１０…第１受動輪、１１…第２受動輪、１６…電子制御装置（ＥＣＵ）、１７…電磁石、２１…永久磁石、２３…磁性流動体、２４…永久磁石。

Claims

第１回転部材から第２回転部材と第３回転部材とのいずれか一方あるいは両方に選択的にトルクを伝達するツインクラッチ装置において、
前記第１回転部材を挟んだ両側に前記第２回転部材と第３回転部材とが配置されるとともに、
前記第１回転部材と前記第２回転部材および第３回転部材との間に、刺激が増大することにより流動性が低下し、かつその刺激が減少することにより流動性が増す機能性流体が充填され、
電気的に制御されて前記刺激を発生する刺激発生部材が前記第１回転部材に設けられ、
前記刺激発生部材が前記機能性流体に与える刺激に応じて、前記第１回転部材と前記第２回転部材および第３回転部材の一方との間の前記機能性流体の流動性を低下させてこれら第１回転部材と第２回転部材および第３回転部材の一方とを流動性の低下した前記機能性流体を介してトルク伝達可能に連結するように構成されている
ことを特徴とするツインクラッチ装置。
前記機能性流体は、磁化させることにより剪断係数もしくは剪断力が増大する磁性流動体を含み、
前記刺激発生部材は電磁石を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のツインクラッチ装置。
前記第２回転部材および第３回転部材の一方の回転部材のうち前記電磁石と対向する箇所に永久磁石が設けられ、かつ他方の回転部材のうち前記電磁石と対向する箇所に磁性材料が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のツインクラッチ装置。
前記電磁石は、非磁性材料からなるヨークにコイルを配置して構成され、
前記第２回転部材および第３回転部材には前記電磁石に対向しかつ磁極の向きが同一の永久磁石がそれぞれ設けられ、
前記コイルに通電する電流の向きを反転させる電流制御手段が設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載のツインクラッチ装置。
前記第２回転部材および第３回転部材の前記一方の回転部材は、変速比が相対的に大きい低速側伝動機構に連結され、かつ前記他方の回転部材は、変速比が相対的に小さい高速側伝動機構に連結されていることを特徴とする請求項３に記載のツインクラッチ装置。
前記電磁石に通電する電流の向きを反転させる電流制御手段が設けられていることを特徴とする請求項２，３，５のいずれかに記載のツインクラッチ装置。
前記電磁石に通電せずに前記各回転部材の間でトルクの伝達を行っていない状態からトルクの伝達を行う場合に、前記永久磁石による前記磁性流動体の残留磁気を消磁する方向の磁束を生じさせるように前記電磁石に一時的に通電するように構成されていることを特徴とする請求項３，５，６のいずれかに記載のツインクラッチ装置。
前記磁性流動体は、オイルに磁性粉粒体を混合させた磁性流体と、磁性パウダとのいずれかであることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載のツインクラッチ装置。