JP2012112501A - 係合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制できる係合装置を提供する。
【解決手段】係合装置５は、カム式係合機構６と、噛み合い式係合機構７と、カム式係合機構６の可動カム部材１０と、噛み合い式係合機構７のスリーブ２１とを連結するフォーク２５と、カム式係合機構６が解放状態の際に噛み合い式係合機構７が係合状態となり、かつカム式係合機構６が係合状態の際に噛み合い式係合機構７が解放状態となるように、可動カム部材１０及びスリーブ２１を同時に動作させ得る単一のアクチュエータ８と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、単一のアクチュエータで２つの係合機構を駆動する係合装置に関する。

内燃機関と２つのモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車の駆動装置として、第１モータ・ジェネレータをロックするブレーキと、第２モータ・ジェネレータを切り離すクラッチとを有し、車速が比較的高い場合に第１モータ・ジェネレータをロックするとともに第２モータ・ジェネレータを切り離して内燃機関の動力を直接的に駆動輪に伝達するモードに切り替えるものが知られている（特許文献１）。また、モータ・ジェネレータのロックを行う係合機構として、一対のカム部材の相対回転によって生じる軸方向の推力を利用して係合対象への押し付け力を高めるようにしたいわゆるカムクラッチを設けるとともに、カムクラッチを解放状態に維持させるためのリターンスプリングを備えた駆動装置も存在する（特許文献２）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３及び４が存在する。

特開２００３−１０４０７２号公報 特開２０１０−５２５１７号公報 特開２００５−１９２２８４号公報 特開２００５−２９１４３９号公報

特許文献１の装置は、クラッチとブレーキとに一つずつアクチュエータが設けられていて、これらのアクチュエータを個別に操作してクラッチ及びブレーキを駆動するものであるため、装置が大型化するおそれがある。

そこで、本発明は、装置の大型化を抑制できる係合装置を提供することを目的とする。

本発明の係合装置は、共通の軸線の回りを相対回転可能に組み合わされた一対のカム部材を有し、前記一対のカム部材が係合対象から離された解放状態と、前記一対のカム部材の相対回転により発生する前記軸線方向の力によって前記一対のカム部材のいずれか一方のカム部材が前記係合対象に押し付けられる係合状態とを、前記一方のカム部材を前記軸線の方向に移動させることにより切り替え可能なカム式係合機構と、一対の噛み合い部材を有し、前記一対の噛み合い部材が互いに噛み合う係合状態と、前記一対の噛み合い部材が互いに離された解放状態とを、前記一対の噛み合い部材のいずれか一方の噛み合い部材を移動させることにより切り替え可能な噛み合い式係合機構と、前記カム式係合機構の前記一方のカム部材と、前記噛み合い式係合機構の前記一方の噛み合い部材とを連結する連結部材と、前記カム式係合機構が前記解放状態の際に前記噛み合い式係合機構が前記係合状態となり、かつ前記カム式係合機構が前記係合状態の際に前記噛み合い式係合機構が前記解放状態となるように、前記連結部材で連結された前記一方のカム部材及び前記一方の噛み合い部材を同時に動作させ得る単一のアクチュエータと、を備えるものである（請求項１）。

この係合装置によれば、単一のアクチュエータでカム式係合機構と噛み合い式係合機構とをそれぞれ駆動することができる。即ち、アクチュエータの操作によって、カム式係合機構のカム部材の係合対象への押し付け制御と同時に噛み合い式係合機構の噛み合い部材のストローク制御を行うことができるため係合装置の大型化を抑制することができる。

本発明の係合装置の一態様において、前記カム式係合機構は、前記軸線の方向でかつ前記係合対象から離れる方向に前記一方のカム部材を付勢する付勢部材を更に有し、前記一方のカム部材には、前記係合対象に押し付けられた際に該係合対象に接触する摩擦部が設けられ、前記付勢部材は、前記軸線を基準として前記摩擦部よりも径方向外側に配置されてもよい（請求項２）。この態様によれば、カム部材に対して摩擦部の摩擦力と付勢部材の付勢力とがカム部材の径方向に関して偏らずに分散して作用するので、カム部材の摩擦部が軸線に対して傾くことを防止することができる。

本発明の係合装置の一態様において、前記カム式係合機構に連結された第１回転要素と、前記噛み合い式係合機構に連結された第２回転要素とを更に備え、前記第１回転要素のイナーシャが前記第２回転要素のイナーシャよりも大きくてもよい（請求項３）。係合機構に連結される回転要素のイナーシャが大きいほど解放状態から係合状態へ切り替える際にショックが発生し易い。そして、カム式係合機構は噛み合い式係合機構に比べて解放状態から係合状態への切替時にショックを発生し難い特徴がある。従って、この態様のように、イナーシャが相対的に大きい回転要素がカム式係合機構に連結され、イナーシャが相対的に小さい回転要素が噛み合い式係合機構に連結されることにより、切替時のショックを抑制することができる。

以上説明したように、本発明の係合装置によれば、単一のアクチュエータでカム式係合機構と噛み合い式係合機構とをそれぞれ駆動するので装置の大型化を抑制できる。

第１の形態に係る係合装置が適用された駆動装置の要部を概略的に示した図。 図１の矢印II方向から噛み合い式係合機構を見た状態を模式的に示した説明図。 カム式係合機構が解放状態から係合状態へ至るまでの係合装置の係合動作を示した図であって、カム式係合機構が解放状態の場合を示した図。 カム式係合機構が解放状態から係合状態へ至るまでの係合装置の係合動作を示した図であって、カム式係合機構が解放状態から係合状態に至るまでの過渡状態の場合を示した図。 カム式係合機構が解放状態から係合状態へ至るまでの係合装置の係合動作を示した図であって、カム式係合機構が係合状態の場合を示した図。 カム式係合機構が係合状態から解放状態へ至るまでの係合装置の解放動作を示した図であって、カム時期係合機構が係合状態から解放状態へ至るまでの過渡状態の場合を示した図。 カム式係合機構が係合状態から解放状態へ至るまでの係合装置の解放動作を示した図であって、カム式係合機構が解放状態の場合を示した図。 第２の形態に係る係合装置の全体構成を概略的に示した図。 第３の形態に係る係合装置の全体構成を概略的に示した図。

（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係る係合装置が適用された駆動装置の要部を概略的に示している。駆動装置１はハイブリッド車両用の駆動装置として構成されており、不図示のエンジンの動力が伝達される第１伝達軸２と、第１伝達軸２の軸線Ａｘ１に対して平行に延びる軸線Ａｘ２上に設けられた第２伝達軸３とを備えている。第２伝達軸３は中空状に構成されており、その中空部分には出力軸４が挿入されて第２伝達軸３と同軸に配置されている。第２伝達軸３は不図示のモータ・ジェネレータの動力が伝達される。出力軸４は不図示の駆動輪に動力を伝達するために設けられている。第１伝達軸２と第２伝達軸３との間には係合装置５が設けられている。係合装置５は第１伝達軸２と同軸に設けられたカム式係合機構６と、第２伝達軸３及び出力軸４のそれぞれと同軸に設けられた噛み合い式係合機構７とを備えている。第１伝達軸２はカム式係合機構６に、第２伝達軸３は噛み合い式係合機構７にそれぞれ連結される。エンジンの動力が伝達される第１伝達軸２はモータ・ジェネレータの動力が伝達される第２伝達軸３に比べてイナーシャが大きい。従って、第１伝達軸２が本発明に係る第１回転要素に、第２伝達軸３が本発明に係る第２回転要素にそれぞれ相当する。

係合装置５は、カム式係合機構６と噛み合い式係合機構７とを駆動する単一のアクチュエータ８を更に備えている。アクチュエータ８は不図示の電磁コイルを備えた電磁式アクチュエータである。アクチュエータ８は、電磁コイルへの通電とその停止とを切り替えることにより駆動と非駆動とを切り替えることができる。

カム式係合機構６は、共通の軸線Ａｘ１の回りを相対回転可能に組み合わされた一対のカム部材１０、１１を有している。一方のカム部材である可動カム部材１０と他方のカム部材である固定カム部材１１との間には介在部材としてのカムボール１２が介在している。各カム部材１０、１１には、互いに対向する位置にカムボール１２を保持するためのＶ字溝１３、１４が形成されている。各Ｖ字溝１３、１４はカム部材１０、１１の回転方向に関して軸線Ａｘ１方向の深さが徐々に浅くなるように形成されている。可動カム部材１０は軸線Ａｘ１の方向へ移動可能に設けられており、図１の解放状態では可動カム部材１０が固定カム部材１１に近づく方向に付勢部材であるリターンスプリング１６によって付勢されている。カム式係合機構６は、可動カム部材１０に対向するようにして固定部材であるケース１７に取り付けられた摩擦部材１８を更に有している。係合対象である摩擦部材１８から可動カム部材１０が離された図１の解放状態から、可動カム部材１０が軸線Ａｘ１方向に移動して摩擦部材１８に接触すると、カム部材１０、１１間の相対回転が許容された状態となる。そして、その相対回転によってカムボール１２がＶ字溝１３、１４の浅い位置に移動する。これにより、可動カム部材１０に軸線Ａｘ１方向の推力が発生して可動カム部材１０が摩擦部材１８に押し付けられた係合状態に移行する。可動カム部材１０には摩擦部材１８に接触する摩擦部１０ａが設けられている。リターンスプリング１６は、軸線Ａｘ１を基準として摩擦部１０ａの径方向外側に配置されている。

噛み合い式係合機構７は、第２伝達軸３と出力軸４との間の動力伝達を断続するため、第２伝達軸３と出力軸４との間に介在している。噛み合い式係合機構７は第２伝達軸３に設けられたハブ２０と、出力軸４と一体回転可能な状態で軸線Ａｘ２方向に移動可能なスリーブ２１とを有している。スリーブ２１は出力軸４と一体回転するフランジ２４の外周にスプライン結合されることにより出力軸４と一体回転可能かつ軸線Ａｘ２方向に移動可能となっている。これらハブ２０及びスリーブ２１は一対の噛み合い部材に相当する。図２は図１の矢印II方向から噛み合い式係合機構７を見た状態を模式的に示した説明図である。図２に示したように、ハブ２０の外周面及びスリーブ２１の内周面のそれぞれには全体として軸線Ａｘ２方向に延びている歯部２２、２３が設けられている。各歯部２２、２３は互いに噛み合うことができるように周方向に等間隔で複数個形成されている。これら歯部２２、２３が噛み合うことにより、第２伝達軸３と出力軸４とが結合されてこれらの間の動力伝達が可能な係合状態となる。そして、一方の噛み合い部材であるスリーブ２１が軸線Ａｘ２方向に移動することにより、歯部２２、２３の噛み合いが解放されてスリーブ２１とハブ２０とが互いに離された解放状態に移行する。各歯部２２、２３には、スリーブ２１の移動方向である軸線Ａｘ２方向に対して傾いたテーパ部２２ａ、２３ａが設けられている。従って、各歯部２２、２３が噛み合っている際に、テーパ部２２ａ、２３ａによってスリーブ２１の移動が制約を受ける。これにより各歯部２２、２３の噛み合いが解放され難く、換言すればスリーブ２１とハブ２０との噛み合いが解放され難くなる。従って、カム式係合機構６が解放状態の際に噛み合い式係合機構７が係合状態で、かつ噛み合いが解放し難くなっているため、カム式係合機構６の誤係合の発生が抑制される。

図１に示したように、係合装置５は、カム式係合機構６の可動カム部材１０と、噛み合い式係合機構７のスリーブ２１とをアクチュエータ８によって同時に駆動するため、可動カム部材１０とスリーブ２１とを連結する連結部材としてのフォーク２５を更に備えている。アクチュエータ８の駆動力はフォーク２５を通じて可動カム部材１０及びスリーブ２１のそれぞれに伝達されるようになっている。

図３〜図７は係合装置５の動作を説明する説明図である。図３〜図５はカム式係合機構が解放状態から係合状態へ至るまでの係合装置の係合動作を示しており、図３はカム式係合機構が解放状態の場合を、図４はカム式係合機構が係合状態に至るまでの過渡状態の場合を、図５はカム式係合機構が係合状態の場合をそれぞれ示している。

図３の状態では、アクチュエータ８への通電が停止されているため、カム式係合機構６は各カム部材１０、１１が第１伝達軸２と矢印方向に一体回転する。一方、噛み合い式係合機構７はスリーブ２１とハブ２０とが噛み合った係合状態となっている。噛み合い式係合機構７は図２に示したように歯部２２、２３に形成されたテーパ部２２ａ、２３ａによって噛み合いが解放され難い状態に保持されていて、これによってリターンスプリング１６の作用を補っている。従って、カム式係合機構６の誤係合の発生が抑制された状態に保持される。図４の状態では、アクチュエータ８への通電が開始され、可動カム部材１０が軸線Ａｘ１方向に移動して摩擦部材１８に接触する。そのため、カム部材１０、１１間の軸線Ａｘ１方向の間隔が広がって相対回転が許容された状態、即ち回転方向へのガタが生じた状態となる。一方、噛み合い式係合機構７はアクチュエータ８によってスリーブ２１が移動して噛み合いが解放されて解放状態となる。そして、図５の状態では、カム部材１０、１１間の相対回転によって可動カム部材１０を摩擦部材１８に押し付ける推力が発生し、アクチュエータ８への通電によって可動カム部材１０と摩擦部材１８との間に生じる摩擦力を補うことができる。また、アクチュエータ８へ通電する電力量を調整することで、いわゆるトルク容量を可変にすることができる。トルク容量次第で第１伝達軸２の回転数が低減する。もっとも、カム式係合機構６をセルフロック式としてトルク容量不変にすることもできる。

図６及び図７はカム式係合機構が係合状態から解放状態へ至るまでの係合装置の解放動作を示しており、図６はカム式係合機構が係合状態から解放状態へ至るまでの過渡状態の場合を、図７はカム式係合機構が解放状態の場合をそれぞれ示している。図６の状態では、アクチュエータ８への通電の停止が開始されてトルク容量が減少し、そのトルク容量次第で第１伝達軸２の回転数が上昇する。一方、噛み合い式係合機構７は解放状態に維持されている。そして、図７の状態ではアクチュエータ８への通電が停止されることで、リターンスプリング１６の弾性力によって可動カム部材１０が摩擦部材１８から離されて解放状態に移行する。同時に、噛み合い式係合機構７はスリーブ２１がハブ２０に接近するように移動して、スリーブ２１とハブ２０とが噛み合って係合状態に移行する。

このように、係合装置５は、単一のアクチュエータ８によって２つの係合機構であるカム式係合機構６及び噛み合い式係合機構７を動作させることができるので大型化を抑制することができる。

また、リターンスプリング１６が軸線Ａｘ１を基準として摩擦部１０ａの径方向外側に配置されているため、カム式係合機構６の可動カム部材１０に対して摩擦部１０ａの摩擦力とリターンスプリング１６の弾性力とが可動カム部材１０の径方向に関して偏らずに分散して作用する。これにより、可動カム部材１０の摩擦部１０ａが軸線Ａｘ１に対して傾くことを防止することができる。また、リターンスプリング１６の配置をカム式係合機構６側に設定したので、リターンスプリング１６を配置するスペースをカム式係合機構６と噛み合い式係合機構７との間に用意する必要がない。つまり、こうしたリターンスプリング１６の配置によって係合装置５の小型化に貢献し得る。

更に、カム式係合機構６が第１伝達軸２に、噛み合い式係合機構７が第２伝達軸３にそれぞれ連結されることで、切替時にショックが発生し易い第１伝達軸２の側にショックを発生させ難いカム式係合機構６が設けられることとなる。従って、切替時のショックを抑制することができる。また、噛み合い式係合機構７は解放状態から係合状態へ移行する過程で滑りが生じないので、カム式係合機構６に比べて短時間で切替えが可能である。従って、係合装置５は、第１伝達軸２及び第２伝達軸３のそれぞれにカム式係合機構を適用した形態に比べて切替動作の時間を短縮できる。

（第２の形態）
次に、図８を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。図８は第２の形態に係る係合装置の全体構成を概略的に示している。係合装置３０は第１の形態と同様に駆動装置１に適用される。係合装置３０はカム式係合機構３１、噛み合い式係合機構３２、及びこれらの係合機構３１、３２を駆動するための電磁式のアクチュエータ３３を備えている。カム式係合機構３１は第１伝達軸２に、噛み合い式係合機構３２は第２伝達軸３にそれぞれ連結される。

カム式係合機構３１の基本的な構成は第１の形態に係るカム式係合機構６と同様であるが、各部材の配置等が若干異なっている。カム式係合機構３１はリターンスプリング３４が可動カム部材３５の内周側に、つまり軸線Ａｘ１に近い側に配置され、アクチュエータ３３が可動カム部材３５の外周側に、つまり軸線Ａｘ１から遠い側に配置されている。一対のカム部材である可動カム部材３５と固定カム部材３６との間にはカムボール３７が介在しており、各カム部材３５、３６にはカムボール３７を保持するＶ字溝３９、４０が形成されている。固定カム部材３６の外径は可動カム部材３５の外径よりも小さい。係合対象である摩擦部材３８はアクチュエータ３３のハウジングを兼ねており、可動カム部材３５に対向するようにしてケース１７に固定されている。

噛み合い式係合機構３２は、軸線Ａｘ２の方向に移動可能かつ出力軸４と一体回転可能な第１噛み合い部材４１と、第２伝達軸３と一体回転可能な第２噛み合い部材４２とを有している。第１噛み合い部材４１の外周面及び第２噛み合い部材４２の内周面のそれぞれには歯部４３、４４が形成されている。これらの歯部４３、４４には、第１の形態と同様に、第１噛み合い部材４１の移動方向である軸線Ａｘ２方向に対して傾いたテーパ部４３ａ、４４ａが設けられている。従って、各歯部４３、４４が噛み合っている際に、テーパ部４３ａ、４４ａによって第１噛み合い部材４１の移動が制約を受ける。これらテーパ部４３ａ、４４ａの機能ないし効果は第１の形態と同様である。

アクチュエータ３３の操作によって切り替えられるカム式係合機構３１及び噛み合い式係合機構３２の各状態は第１の形態と同じである。即ち、係合装置３０は、カム式係合機構３１が解放状態の際に噛み合い式係合機構３２が係合状態とされ、かつ噛み合い式係合機構３１が係合状態の際に噛み合い式係合機構３２が解放状態とされるように状態が切り替えられる。本形態においても、単一のアクチュエータ３３によってカム式係合機構３１及び噛み合い式係合機構３２の両者が駆動されるので係合装置５の大型化を抑制できる。

また、カム式係合機構３１と噛み合い式係合機構３２とを連結するフォーク２５が可動カム部材３５の摩擦部３５ａの反対側に取り付けられるようになっているので組み付け性が良好である。

（第３の形態）
次に、図９を参照しながら本発明の第３の形態を説明する。図９は第３の形態に係る係合装置の全体構成を概略的に示している。第３の形態は、図８に示した第２の形態を一部変更したものである。以下、第２の形態に対する変更点のみを説明して、第２の形態と共通の構成には図９に同一の符号を付して説明を省略する。係合装置５０はカム式係合機構５１を有しており、そのカム式係合機構５１には係合対象である摩擦部材５３が設けられている。係合装置５０は単一のアクチュエータ５４によってカム式係合機構５１と噛み合い式係合機構３２とを駆動する。アクチュエータ５４は、摩擦部材５３と独立して設けられており、電磁力を発生させる電磁コイル５５と、電磁コイル５５を収容するハウジング５６と、電磁コイル５５にて吸引されるアーマチュアとして機能しかつフォーク２５に連結された駆動部材５７とを備えている。係合装置５０の動作は第２の形態と同様である。即ち、係合装置５０はカム式係合機構５１が解放状態の際に噛み合い式係合機構３２が係合状態とされ、かつ噛み合い式係合機構５１が係合状態の際に噛み合い式係合機構３２が解放状態とされるように状態が切り替えられる。第３の形態によれば、第２の形態と同一の効果を得ることができる。

本発明は以上の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明の係合装置の適用対象はハイブリッド車両用の駆動装置に限らず、動力伝達経路を切り替えるポイントが２つ以上ある装置に本発明の係合装置を適用することができる。上記各形態においては、噛み合い式係合機構の噛み合い部材がテーパ部を有しているが、テーパ部を持たない形態、即ち歯部をその側面を傾けずに軸線Ａｘ２と平行にした形態へ変更することも可能である。

２ 第１伝達軸（第１回転要素）
３ 第２伝達軸（第２回転要素）
５、３０、５０ 係合装置
６、３１、５１ カム式係合機構
７、３２ 噛み合い式係合機構
１０、３５ 可動カム部材（カム部材）
１０ａ、３５ａ 摩擦部
１１、３６ 固定カム部材（カム部材）
１６ リターンスプリング（付勢部材）
１８、３８ 摩擦部材（係合対象）
２０ ハブ（噛み合い部材）
２１ スリーブ（噛み合い部材）
２５ フォーク（連結部材）
４１ 第１噛み合い部材
４２ 第２噛み合い部材
Ａｘ１、Ａｘ２ 軸線

Claims (3)

1. 共通の軸線の回りを相対回転可能に組み合わされた一対のカム部材を有し、前記一対のカム部材が係合対象から離された解放状態と、前記一対のカム部材の相対回転により発生する前記軸線方向の力によって前記一対のカム部材のいずれか一方のカム部材が前記係合対象に押し付けられる係合状態とを、前記一方のカム部材を前記軸線の方向に移動させることにより切り替え可能なカム式係合機構と、
   一対の噛み合い部材を有し、前記一対の噛み合い部材が互いに噛み合う係合状態と、前記一対の噛み合い部材が互いに離された解放状態とを、前記一対の噛み合い部材のいずれか一方の噛み合い部材を移動させることにより切り替え可能な噛み合い式係合機構と、
   前記カム式係合機構の前記一方のカム部材と、前記噛み合い式係合機構の前記一方の噛み合い部材とを連結する連結部材と、
   前記カム式係合機構が前記解放状態の際に前記噛み合い式係合機構が前記係合状態となり、かつ前記カム式係合機構が前記係合状態の際に前記噛み合い式係合機構が前記解放状態となるように、前記連結部材で連結された前記一方のカム部材及び前記一方の噛み合い部材を同時に動作させ得る単一のアクチュエータと、を備える係合装置。
2. 前記カム式係合機構は、前記軸線の方向でかつ前記係合対象から離れる方向に前記一方のカム部材を付勢する付勢部材を更に有し、前記一方のカム部材には、前記係合対象に押し付けられた際に該係合対象に接触する摩擦部が設けられ、
   前記付勢部材は、前記軸線を基準として前記摩擦部よりも径方向外側に配置されている請求項１に記載の係合装置。
3. 前記カム式係合機構に連結された第１回転要素と、前記噛み合い式係合機構に連結された第２回転要素とを更に備え、
   前記第１回転要素のイナーシャが前記第２回転要素のイナーシャよりも大きい請求項１又は２に記載の係合装置。

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