JP2012097805A

JP2012097805A - 電磁クラッチ

Info

Publication number: JP2012097805A
Application number: JP2010245511A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Sakamoto; 洋一坂元; Kenji Korenaga; 憲司是永; Minoru Onitake; 稔鬼武; Hiroshi Takuno; 博宅野; Takashi Hosokawa; 隆司細川; Hirotatsu Kitahata; 弘達北畠; Hideaki Komada; 英明駒田; Hiroaki Ebuchi; 弘章江渕; Hiroto Hashimoto; 洋人橋本
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-11-01
Also published as: CN102454726A; US20120103750A1; CN102454726B; EP2447562B1; JP5672976B2; EP2447562A3; US8714329B2; EP2447562A2

Abstract

【課題】アーマチャの摩擦係合を抑制することができる電磁クラッチを提供する。
【解決手段】電磁クラッチ１は、回転部材２と、回転部材２の回転軸線Ｏ上に配置され、電磁力を発生させる電磁コイル３２、及び電磁コイル３２から離間する方向の復帰力が復帰用スプリング１０によって付与されたアーマチャ３３を有する出力機構３と、出力機構３に回転軸線Ｏに沿って並列し、回転部材２に対して回転不能なコントロールカム４１、及びコントロールカム４１とアーマチャ３３との間で転動可能なカムフォロア４２を有するカム機構４と、カム機構４の軸線上に配置され、電磁コイル３２の非通電状態においてアーマチャ３３とコントロールカム４１との相対回転を規制する相対回転規制手段５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転部材間のトルク伝達又は回転部材の制動を制御するための電磁クラッチに関する。

従来の電磁クラッチとして、電磁力を発生させて移動力を出力する出力機構と、この出力機構の軸線上で電動モータの駆動によって作動するカム機構とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。

出力機構は、電磁力を発生させる電磁コイル、及び電磁コイルへの通電によって移動するアーマチャを有し、出力軸の外周囲に配置されている。

電磁コイルは、出力軸と一体に回転するコイルハウジング内に収容され、かつ車体側に固定されている。

アーマチャは、コイルハウジングの底部を介して電磁コイルに対向する位置に配置されている。そして、アーマチャは、出力機構の出力によってコイルハウジングに摩擦係合するように構成されている。また、アーマチャは、出力機構の出力停止による復帰用スプリングのばね力によってコイルハウジングから離間するように構成されている。

カム機構は、電動モータの駆動によって回転する歯車、及び歯車とアーマチャとの間に介在するカムフォロアを有し、出力機構の軸線上に配置されている。

歯車は、出力軸の外周囲に回転可能に配置され、かつ入力軸（電動モータのモータ軸）に減速歯車列を介して連結されている。

カムフォロアは、球状部材からなり、歯車（カム溝）とアーマチャ（カム溝）との間に転動可能に配置されている。

以上の構成により、電動モータの駆動時に電磁コイルが通電状態になると、アーマチャが電磁コイル側への移動によってコイルハウジングに摩擦係合し、これに伴いカム機構が作動する。このため、カム機構の作動によるカム作用によってアーマチャがカム機構の作動前の状態よりも強固に摩擦係合し、電動モータの駆動トルクが出力軸（ディファレンシャル側）にカム機構等を介して伝達される。

一方、電動モータの停止時に電磁コイルが非通電状態になると、カム機構が作動せず、復帰用スプリングのばね力によってアーマチャとコイルハウジングとの摩擦係合が解除される。このため、電動モータからディファレンシャル側への駆動トルクの伝達が遮断される。

特開２００４−１７８０７号公報

ところで、特許文献１に示す電磁クラッチにおいては、電磁コイルの非通電時にカム部材に急激な回転数変化があると、この急激な回転数変化にアーマチャが慣性によって追随することができず、カム部材とアーマチャとの相対回転を引き起こす。この結果、カム機構が誤作動し、電磁コイルの非通電時にアーマチャがコイルハウジングに摩擦係合することを防止するためにアーマチャの加速度を制限する必要があった。

従って、本発明の目的は、電磁コイルの非通電時におけるカム機構の急加速による誤作動を抑制することができる電磁クラッチを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（３）の電磁クラッチを提供する。

（１）回転部材と、前記回転部材の回転軸線上に配置され、電磁力を発生させる電磁コイル、及び前記電磁コイルから離間する方向の復帰力が復帰用スプリングによって付与されたアーマチャを有する出力機構と、前記出力機構に前記回転軸線に沿って並列し、前記回転部材に対して回転不能なカム部材、及び前記カム部材と前記アーマチャとの間で転動可能なカムフォロアを有するカム機構と、前記カム機構の軸線上に配置され、前記電磁コイルの非通電状態において前記アーマチャと前記カム部材との相対回転を規制する相対回転規制手段とを備えた電磁クラッチ。

（２）上記（１）に記載の電磁クラッチにおいて、前記相対回転規制手段は、前記アーマチャと前記カム部材との間に介在して前記カムフォロアを転動可能に保持するリテーナを有し、前記リテーナが前記復帰用スプリングのばね力を受けて前記アーマチャ及び前記カム部材に摩擦係合して前記相対回転を規制する。

（３）上記（２）に記載の電磁クラッチにおいて、前記リテーナは、その厚さが前記電磁コイルの非通電状態において前記アーマチャと前記カム部材との間の軸線方向寸法と同一の寸法に設定されている。

（４）上記（１）に記載の電磁クラッチにおいて、前記相対回転規制手段は、前記アーマチャ及び前記回転部材との間に介在して互いに嵌合可能な一対のスプライン嵌合部を有し、前記アーマチャが前記復帰用スプリングのばね力を受けて前記一対のスプライン嵌合部を互いにスプライン嵌合させて前記相対回転を規制する。

（５）上記（４）に記載の電磁クラッチにおいて、前記一対のスプライン嵌合部は、その軸線方向長が前記電磁コイルへの通電による前記アーマチャの移動によってスプライン嵌合状態を解除する寸法に設定されている。

本発明によると、電磁コイルの非通電時におけるカム機構の誤作動を抑制してアーマチャの摩擦係合を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電磁クラッチの駆動状態を示す断面図。本発明の第１の実施の形態に係る電磁クラッチの非駆動状態を示す断面図。本発明の第２の実施の形態に係る電磁クラッチの駆動状態を示す断面図。本発明の第２の実施の形態に係る電磁クラッチの非駆動状態を示す断面図。

[第１の実施の形態]
以下、本発明の第１の実施の形態に係る電磁クラッチについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

（電磁クラッチの全体構成）
図１は電磁クラッチの駆動状態を示す。図２は電磁クラッチの非駆動状態を示す。図１及び図２に示すように、電磁クラッチ１は、入力軸（図示せず）と共に回転する回転部材２と、この回転部材２の回転軸線Ｏ上に配置された出力機構３と、この出力機構３の出力による作動によって回転部材２からの回転力を回転軸線Ｏ方向の推力に変換するカム機構４と、このカム機構４の軸線上に配置された相対回転規制手段５とから大略構成されている。

そして、電磁クラッチ１は、非回転部材としてのケーシング６に対し回転部材２を制動するためのブレーキ装置として機能し、例えば遊星歯車機構（図示せず）によるトルク伝達経路を切り替える場合等に用いられる。ケーシング６には、その内面に開口する軸孔６ａが設けられている。

（回転部材２の構成）
回転部材２は、各外径を互いに異にする大小２つの胴部２ａ，２ｂを有する中実の丸軸からなり、電動モータ（図示せず）のモータ軸（入力軸）に減速歯車機構（図示せず）を介して連結され、かつケーシング６の軸孔６ａ（一方のみ図示）に軸受７を介して回転可能に支持されている。

そして、回転部材２は、電動モータの駆動によって入力軸と共に回転するように構成されている。

大径の胴部２ａは、ストレートスプライン嵌合部２０ａを有し、回転部材２の一方側（電動モータ側）に配置されている。小径の胴部２ｂは、回転部材２の他方側（ケーシング６側）に配置され、かつ大径の胴部２ａに連設されている。

（出力機構３の構成）
出力機構３は、コイルホルダを兼用するコイルハウジング３１、このコイルハウジング３１内で電磁力を発生させる電磁コイル３２、及びこの電磁コイル３２への通電によって移動するアーマチャ３３を有し、回転部材２の外周囲に配置されている。

そして、出力機構３は、電磁コイル３２でコイルハウジング３１に対する押圧力Ｐ_１となる電磁力を発生させてアーマチャ３３に対する移動力を出力するように構成されている。

コイルハウジング３１は、ヨークとしてのコイルホルダ３１０及び内フランジ３１１を有し、ケーシング６に締結ボルト８によって固定され、全体が回転部材２を挿通させる環状部材によって形成されている。

コイルホルダ３１０には、アーマチャ３３側に開口する環状のコイル収容部３１０ａを有し、コイルハウジング３１の外周側に配置されている。コイルホルダ３１０には、アーマチャ３３のコイルハウジング３１側端面を指向する摩擦面３１０ｂが設けられている。

内フランジ３１１は、コイルハウジング３１の内周側に配置され、かつコイルホルダ３１０の内周面に一体に形成されている。

電磁コイル３２は、アーマチャ３３に対向し、コイルハウジング３１のコイル収容部３１０ａに収容され、かつ止め輪９によって抜け止めされている。そして、電磁コイル３２は、通電によってアーマチャ３３及びコイルハウジング３１等に跨って磁気回路Ｍを形成するように構成されている。

アーマチャ３３は、コイルハウジング３１の摩擦面３１０ｂに対向する摩擦面３３ａ、及び相対回転規制手段５側を指向する摩擦面３３ｂを有し、出力機構３のカム機構４側で回転部材２の外周囲に相対回転可能かつ相対移動可能に配置され、全体が回転部材２を挿通させる環状部材によって形成されている。

そして、アーマチャ３３は、出力機構３の出力による軸線方向の移動によって摩擦面３３ａがコイルハウジング３１の摩擦面３１０ｂに押圧力Ｐ_１で摩擦係合するように構成されている。

また、アーマチャ３３は、出力機構３のコイルハウジング側端面とは反対側の端面に開口するカム溝３３ｃを有し、コントロールカム４１及びカムフォロア４２（共に後述）と共にカム機構４の構成部品として機能し、カム機構４の作動によるカム作用によって摩擦面３３ａがコイルハウジング３１の摩擦面３１０ｂに押圧力Ｐ_１よりも大きい押圧力Ｐ_２（Ｐ_１＜Ｐ_２）で摩擦係合するように構成されている。カム溝３３ｃは、アーマチャ３３の円周方向に沿って軸線方向の深さが変化する凹溝によって形成されている。

アーマチャ３３には、復帰用スプリング１０によって電磁コイル３２から離間する方向の復帰力が常時付与されている。復帰用スプリング１０は、例えば皿ばねからなり、コイルハウジング３１（内フランジ３１１）上の軸受１１とアーマチャ３３との間に介在して回転部材２の外周囲に配置されている。

（カム機構４の構成）
カム機構４は、カム部材としてのコントロールカム４１、このコントロールカム４１とアーマチャ３３との介在するカムフォロア４２を有し、回転部材２の外周囲に配置されている。

コントロールカム４１は、回転部材２のストレートスプライン嵌合部２０ａに対応するストレートスプライン嵌合部４１ａを有し、カム機構４の電動モータ側で回転部材２における大径の胴部２ａの外周囲に相対回転不能かつ相対移動可能に配置され、かつ止め輪１２によって軸線一方向（電動モータ側）への移動が規制されている。

コントロールカム４１には、相対回転規制手段５側を指向する摩擦面４１ｂ、及びこの摩擦面４１ｂに開口するカム溝４１ｃが設けられている。カム溝４１ｃは、コントロールカム４１の円周方向に沿って軸線方向の深さが変化する凹溝によって形成されている。

カムフォロア４２は、球状部材からなり、コントロールカム４１のカム溝４１ｃとアーマチャ３３のカム溝３３ｃとの間に介在して転動可能に配置されている。

（相対回転規制手段５の構成）
相対回転規制手段５は、復帰用スプリング１０，止め輪１２及びリテーナ１３を含み、カム機構４の軸線上に配置されている。

リテーナ１３は、コントロールカム４１の摩擦面４１ｂに対向する第１の摩擦面１３ａ、及びアーマチャ３３の摩擦面３３ｂに対向する第２の摩擦面１３ｂを有し、コントロールカム４１とアーマチャ３３との介在して回転部材２の外周囲に配置されている。

そして、リテーナ１３は、電磁コイル３２の非通電状態において復帰用スプリング１０のばね力を受けてリテーナ厚さがコントロールカム４１とアーマチャ３３との間の軸線方向寸法と同一の寸法ｔに設定され、第１の摩擦面１３ａがコントロールカム４１の摩擦面４１ｂに、また第２の摩擦面１３ｂがアーマチャ３３の摩擦面３３ｂにそれぞれ摩擦係合してコントロールカム４１とアーマチャ３３との相対回転を規制するように構成されている。

また、リテーナ１３の厚さは、コントロールカム４１とアーマチャ３３との間の軸線方向寸法よりも大きい寸法に設定してもよい。この場合、カムフォロア４２によって軸線方向の力が発生し難くなるため、カム機構４の非作動時におけるコントロールカム４１とアーマチャ３３との相対回転をより一層効果的に規制することができる。

リテーナ１３には、カムフォロア４２を転動可能に保持するボール保持孔１３ｃが設けられている。

（電磁クラッチ１の動作）
次に、本実施の形態に示す電磁クラッチの動作につき、図１及び図２を用いて説明する。

図２において、電動モータ（図示せず）を駆動すると、電動モータの回転駆動力が減速歯車機構（図示せず）を介して回転部材２に伝達され、回転部材２が回転駆動される。

通常、電動モータの始動時には、出力機構３の電磁コイル３２が非通電状態にあるため、電磁コイル３２を基点とした磁気回路Ｍが形成されず、アーマチャ３３が電磁コイル３２側にコイルハウジング３１を介して吸引されることがない。

このため、出力機構３においてそのクラッチ力となる押圧力Ｐ_１が発生せず、アーマチャ３３の摩擦面３３ａとコイルホルダ３１０の摩擦面３１０ｂとが摩擦係合せず、電磁クラッチ１による制動力は回転部材２に伝達されない。

この場合、アーマチャ３３が復帰用スプリング１０のばね力によって電磁コイル３２から離間する初期位置でリテーナ１３及びコントロールカム４１を止め輪１２に圧接し、リテーナ１３の第１の摩擦面１３ａがコントロールカム４１の摩擦面４１ｂに、またリテーナ１３の第２の摩擦面１３ｂがアーマチャ３３の摩擦面３３ｂにそれぞれ摩擦係合する。

従って、本実施の形態においては、電磁コイル３２の非通電時にアーマチャ３３とコントロールカム４１との相対回転が規制される。

これにより、コントロールカム４１に急激な回転数変化があっても、この急激な回転数変化にアーマチャ３３が追随することになるため、コントロールカム４１とアーマチャ３３との相対回転を引き起こすことがなく、電磁コイル３２の非通電時にカム機構４の誤作動を抑制することができる。

一方、電動モータの駆動時（回転部材２の回転時）に電磁コイル３２が通電されると、電磁コイル３２を基点とした磁気回路Ｍが形成され、アーマチャ３３がコイルハウジング３１のコイルホルダ３１０側に初期位置から電磁コイル３２側に移動する。

このため、アーマチャ３３の摩擦面３３ａがコイルホルダ３１０の摩擦面３１０ｂに押圧力Ｐ_１をもって摩擦係合し、これに伴いカム機構４が作動する。

カム機構４が作動すると、その作動によるカム作用によってカム機構４の作動前の状態よりもアーマチャ３３の摩擦面３３ａがコイルホルダ３１０の摩擦面３１０ｂに押圧力Ｐ_２（Ｐ_１＜Ｐ_２）をもって強固に摩擦係合し、電磁クラッチ１による制動力が回転部材２に伝達される。

[第１の実施の形態の効果]
以上説明した第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

電磁コイル３２の非通電時にカム機構４の急加速による誤作動を抑制することができる。

[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２実施の形態に係る電磁クラッチにつき、図３及び図４を用いて説明する。図３は電磁クラッチの駆動状態を示す。図４は電磁クラッチの非駆動状態を示す。図３及び図４において、図１及び図２と同一又は同等の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３及び図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る電磁クラッチ６１の相対回転規制手段６２は、アーマチャ３３及びコントロールカム４１における相対回転の規制がスプライン嵌合によって行われる点に特徴がある。

このため、相対回転規制手段６２は、アーマチャ３３と回転部材２との間に介在して互いに嵌合可能な一対のストレートスプライン嵌合部６３，６４を有し、復帰用スプリング１０のばね力を受けて一対のストレートスプライン嵌合部６３，６４を互いにスプライン嵌合させてアーマチャ３３とコントロールカム４１との相対回転を規制するように構成されている。

一方のストレートスプライン嵌合部６３はアーマチャ３３の内周面に、また他方のストレートスプライン嵌合部６４は回転部材２の外周面にそれぞれ設けられている。

ストレートスプライン嵌合部６３，６４の軸線方向長は、そのスプライン嵌合状態を電磁コイル３２への通電によるアーマチャ３３の移動によって解除する寸法に設定されている。これにより、電磁コイル３２の通電時には、アーマチャ３３が初期位置から復帰用スプリング１０のばね力に抗して電磁コイル３２側に移動し、ストレートスプライン嵌合部６３，６４のスプライン嵌合状態が解除される。一方、電磁コイル３２の非通電時には、復帰用スプリング１０のばね力によってアーマチャ３３が初期位置に移動し、ストレートスプライン嵌合部６３，６４が互いにスプライン嵌合する。

このように構成された電磁クラッチ６１においては、電磁コイル３２の非通電時にアーマチャ３３が復帰用スプリング１０のばね力によって電磁コイル３２から離間する初期位置でコントロールカム４１を止め輪１２に圧接するとともに、ストレートスプライン嵌合部６３，６４が互いにスプライン嵌合する。

従って、本実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、電磁コイル３２の非通電時にアーマチャ３３とコントロールカム４１との相対回転が規制される。

これにより、コントロールカム４１に急激な回転数変化があっても、この急激な回転数変化にアーマチャ３３が追随することになるため、コントロールカム４１とアーマチャ３３との相対回転を引き起こすことがなく、電磁コイル３２の非通電時におけるカム機構４の誤作動を抑制することができる。

[第２の実施の形態の効果]
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

以上、本発明の電磁クラッチを上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

上記実施の形態では、回転部材２を制動するブレーキ装置として機能する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、一対の回転部材間で駆動トルクを伝達する駆動力伝達装置としても機能させることができる。

１…電磁クラッチ、２…回転部材、２ａ…大径の胴部、２０ａ…ストレートスプライン嵌合部、２ｂ…小径の胴部、３…出力機構、３１…コイルハウジング、３１０…コイルホルダ、３１０ａ…コイル収容部、３１０ｂ…摩擦面、３１１…内フランジ、３２…電磁コイル、３３…アーマチャ、３３ａ，３３ｂ…摩擦面、３３ｃ…カム溝、４…カム機構、４１…コントロールカム、４１ａ…ストレートスプライン嵌合部、４１ｂ…摩擦面、４１ｃ…カム溝、４２…カムフォロア、５…相対回転規制手段、６…ケーシング、６ａ…軸孔、７…軸受、８…締結ボルト、９…止め輪、１０…復帰用スプリング、１１…軸受、１２…止め輪、１３…リテーナ、１３ａ…第１の摩擦面、１３ｂ…第２の摩擦面、１３ｃ…ボール保持孔、６１…電磁クラッチ、６２…相対回転規制手段、６３，６４…ストレートスプライン嵌合部、Ｍ…磁気回路、Ｏ…回転軸線、Ｐ_１，Ｐ_２…押圧力

Claims

回転部材と、
前記回転部材の回転軸線上に配置され、電磁力を発生させる電磁コイル、及び前記電磁コイルから離間する方向の復帰力が復帰用スプリングによって付与されたアーマチャを有する出力機構と、
前記出力機構に前記回転軸線に沿って並列し、前記回転部材に対して回転不能なカム部材、及び前記カム部材と前記アーマチャとの間で転動可能なカムフォロアを有するカム機構と、
前記カム機構の軸線上に配置され、前記電磁コイルの非通電状態において前記アーマチャと前記カム部材との相対回転を規制する相対回転規制手段と
を備えた電磁クラッチ。
前記相対回転規制手段は、前記アーマチャと前記カム部材との間に介在して前記カムフォロアを転動可能に保持するリテーナを含み、前記リテーナが前記復帰用スプリングのばね力を受けて前記アーマチャ及び前記カム部材に摩擦係合して前記相対回転を規制する請求項１に記載の電磁クラッチ。
前記リテーナは、その厚さが前記電磁コイルの非通電状態において前記アーマチャと前記カム部材との間の軸線方向寸法と同一の寸法に設定されている請求項２に記載の電磁クラッチ。
前記相対回転規制手段は、前記アーマチャ及び前記回転部材との間に介在して互いに嵌合可能な一対のスプライン嵌合部を含み、前記アーマチャが前記復帰用スプリングのばね力を受けて前記一対のスプライン嵌合部を互いにスプライン嵌合させて前記相対回転を規制する請求項１に記載の電磁クラッチ。
前記一対のスプライン嵌合部は、その軸線方向長が前記電磁コイルへの通電による前記アーマチャの移動によってスプライン嵌合状態を解除する寸法に設定されている請求項４に記載の電磁クラッチ。