JP2022119644A - clutch device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クラッチ装置に関する。 The present invention relates to clutch devices.
従来、クラッチの状態を係合状態または非係合状態に変更することにより、第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達を許容または遮断するクラッチ装置が知られている。 Conventionally, a clutch device is known that permits or blocks transmission of torque between a first transmission section and a second transmission section by changing the state of the clutch to an engaged state or a non-engaged state.
例えば、特許文献1に記載されたクラッチ装置は、原動機、減速機、回転並進部、クラッチ、および、状態変更部を備えている。原動機は、電力の供給によりロータからトルクを出力する。減速機は、原動機のトルクを減速して出力する。回転並進部には、減速機から出力されたトルクが入力される。状態変更部は、回転並進部から軸方向の力を受け、クラッチの状態を係合状態または非係合状態に変更可能である。
For example, the clutch device described in
ところで、特許文献1のクラッチ装置では、減速機は、所謂偏心式サイクロイド減速機である。ここで、減速機の入力部は、原動機のロータの回転軸に対し偏心するようにしてロータと一体に形成されている。そのため、入力部の揺動運動に伴いロータにラジアル荷重がかかる。よって、ロータの軸受の耐久性を確保するためには、比較的大きな耐荷重が必要である。特許文献1のクラッチ装置では、ロータの入力部とは反対側の端部を回転可能に支持する第1軸受、および、ロータの入力部側の端部を回転可能に支持する第2軸受の2つの軸受を備えている。
By the way, in the clutch device of
一方、電動の原動機を駆動源にもつアクチュエータの応答性、特に低温での応答性は、ロータを支持する軸受の回転トルクに大きく依存する。したがって、軸受の回転トルクを低減すれば、低温での高応答化につながると考えられる。しかしながら、軸受に比較的大きな耐荷重が求められる偏心式減速機を採用する場合、軸受の回転トルク低減のために軸受の転動体の数を減らす場合、耐久性が低下するおそれがある。 On the other hand, the responsiveness of an actuator having an electric prime mover as a drive source, especially at low temperatures, greatly depends on the rotational torque of the bearing that supports the rotor. Therefore, it is thought that reducing the rotational torque of the bearing will lead to higher response at low temperatures. However, when employing an eccentric speed reducer that requires a bearing to withstand a relatively large load, if the number of rolling elements in the bearing is reduced in order to reduce the rotational torque of the bearing, there is a risk that the durability will decrease.
また、電動の原動機を駆動源にもつクラッチ装置では、原動機のパワー線が断線すること等による電源失陥時にクラッチに伝達している荷重を速やかに抜く、すなわち、クラッチを開放することが求められる場合がある。この場合、クラッチからの反力またはリターンスプリングの最小荷重等のクラッチ側からロータにかかるトルクである被駆動トルクが、軸受の起動トルクや原動機のコギングトルクより大きい必要がある。 In addition, in a clutch device having an electric prime mover as a drive source, it is required to quickly remove the load transmitted to the clutch, that is, to release the clutch when the power supply fails due to disconnection of the power line of the prime mover. Sometimes. In this case, the driven torque, which is the torque applied to the rotor from the clutch side, such as the reaction force from the clutch or the minimum load of the return spring, must be greater than the starting torque of the bearing and the cogging torque of the prime mover.
軸受の起動トルクは、ラジアル荷重、アキシャル荷重、曲げモーメント、原動機のロータとステータとの間で発生するラジアル荷重としての磁力に比例する項と、軸受の転動体が転動する際に転動体周囲の潤滑剤をせん断するための抵抗の大きさに依存する項とがある。後者は、潤滑剤の動粘度が高くなる低温域で大きくなる。そのため、低温での電源失陥時、クラッチに伝達している荷重を抜くのが困難になるおそれがある。 The starting torque of a bearing consists of the radial load, axial load, bending moment, the term proportional to the magnetic force as the radial load generated between the rotor and stator of the prime mover, and the and a term that depends on the magnitude of the resistance to shear the lubricant. The latter increases in the low temperature range where the kinematic viscosity of the lubricant increases. Therefore, when power fails at low temperatures, it may be difficult to remove the load being transmitted to the clutch.
本発明の目的は、耐久性および応答性の高いクラッチ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a clutch device with high durability and high responsiveness.
本発明に係るクラッチ装置は、ハウジング(12)と原動機(20)と減速機(30)と回転並進部(2)とクラッチ(70)と状態変更部(80、90)と軸受部(151、152)とを備える。原動機は、ハウジングに設けられたステータ(21)、および、ステータに対し相対回転可能に設けられたロータ(23)を有し、通電により作動しロータからトルクを出力可能である。減速機(30)は、原動機のトルクを減速して出力可能である。 The clutch device according to the present invention includes a housing (12), a prime mover (20), a speed reducer (30), a rotation translation section (2), a clutch (70), state change sections (80, 90), and bearing sections (151, 151, 151, 151). 152). The prime mover has a stator (21) provided in the housing and a rotor (23) provided rotatably relative to the stator, and can be operated by energization to output torque from the rotor. A speed reducer (30) can reduce the torque of the prime mover and output it.
回転並進部は、減速機から出力されたトルクが入力されるとハウジングに対し相対回転する回転部(40)、および、回転部がハウジングに対し相対回転するとハウジングに対し軸方向に相対移動する並進部(50)を有する。クラッチは、ハウジングに対し相対回転可能に設けられた第1伝達部(61)と第2伝達部(62)との間に設けられ、係合状態のとき、第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達を許容し、非係合状態のとき、第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達を遮断する。 The rotation translation part includes a rotation part (40) that rotates relative to the housing when the torque output from the speed reducer is input, and a translation part that moves axially relative to the housing when the rotation part rotates relative to the housing. It has a part (50). The clutch is provided between a first transmission portion (61) and a second transmission portion (62) which are rotatable relative to the housing, and when engaged, the first transmission portion and the second transmission portion are engaged. and, in the disengaged state, interrupts torque transmission between the first transmission portion and the second transmission portion.
状態変更部は、並進部から軸方向の力を受け、ハウジングに対する並進部の軸方向の相対位置に応じてクラッチの状態を係合状態または非係合状態に変更可能である。軸受部は、ロータの周方向に転動しロータを回転可能に支持する複数の軸受転動体(173、183)、および、軸受転動体の周囲を潤滑する潤滑剤(174、184)を有する。ここで、ロータを回転可能に支持する軸受部は、1つのみ設けられている。減速機は、ロータと一体に回転可能かつ同軸に設けられロータからのトルクが入力される入力部(311)を有する。 The state changing portion receives an axial force from the translating portion and is capable of changing the state of the clutch to an engaged state or a disengaged state depending on the relative axial position of the translating portion with respect to the housing. The bearing portion has a plurality of bearing rolling elements (173, 183) that roll in the circumferential direction of the rotor and rotatably support the rotor, and lubricants (174, 184) that lubricate the surroundings of the bearing rolling elements. Here, only one bearing portion is provided to rotatably support the rotor. The speed reducer has an input section (311) which is rotatable integrally with the rotor and is provided coaxially to receive torque from the rotor.
本発明では、原動機から入力部へトルクが入力されると、入力部は、ロータと同軸に回転する。そのため、入力部の径方向に設けられたギヤ等から入力部に作用するラジアル荷重を小さくすることができる。したがって、ロータを回転可能に支持する軸受部の数を1つにすることができる。 In the present invention, when torque is input from the prime mover to the input section, the input section rotates coaxially with the rotor. Therefore, it is possible to reduce the radial load acting on the input portion from gears or the like provided in the radial direction of the input portion. Therefore, the number of bearings that rotatably support the rotor can be reduced to one.
また、入力部に作用するラジアル荷重を小さくできるため、軸受部の軸受転動体の数を減らしても耐久性の低下を抑制することができる。そのため、軸受部の起動トルクおよび回転トルクを低減できる。これにより、特に低温時の応答性が向上し、電源失陥時にクラッチへの荷重を抜くために必要な最小セット荷重を小さくすることができる。 In addition, since the radial load acting on the input portion can be reduced, deterioration in durability can be suppressed even if the number of bearing rolling elements in the bearing portion is reduced. Therefore, the starting torque and rotation torque of the bearing can be reduced. As a result, responsiveness is improved particularly at low temperatures, and the minimum set load required to remove the load on the clutch during power failure can be reduced.
また、軸受部の軸受転動体の数を低減することにより、ロータの慣性モーメントを低減でき、応答性をさらに向上できる。 Also, by reducing the number of bearing rolling elements in the bearing portion, the moment of inertia of the rotor can be reduced, and the responsiveness can be further improved.
以下、複数の実施形態によるクラッチ装置を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。 Hereinafter, clutch devices according to a plurality of embodiments will be described based on the drawings. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the substantially same structural part in several embodiment, and description is abbreviate|omitted.
(第1実施形態)
第1実施形態によるクラッチ装置を図1、2に示す。クラッチ装置1は、例えば車両の内燃機関と変速機との間に設けられ、内燃機関と変速機との間のトルクの伝達を許容または遮断するのに用いられる。
(First embodiment)
A clutch device according to a first embodiment is shown in FIGS. A
クラッチ装置1は、ハウジング12と、「原動機」としてのモータ20と、減速機30と、「回転並進部」または「転動体カム」としてのボールカム2と、クラッチ70と、状態変更部80と、軸受部151を備えている。
The
また、クラッチ装置1は、「制御部」としての電子制御ユニット(以下、「ECU」という)10と、「第1伝達部」としての入力軸61と、「第2伝達部」としての出力軸62と、を備えている。
The
ECU10は、演算手段としてのCPU、記憶手段としてのROM、RAM等、入出力手段としてのI/O等を有する小型のコンピュータである。ECU10は、車両の各部に設けられた各種センサからの信号等の情報に基づき、ROM等に格納されたプログラムに従い演算を実行し、車両の各種装置および機器の作動を制御する。このように、ECU10は、非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行する。このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。
The
ECU10は、各種センサからの信号等の情報に基づき、内燃機関等の作動を制御可能である。また、ECU10は、後述するモータ20の作動を制御可能である。
The
入力軸61は、例えば、図示しない内燃機関の駆動軸に接続され、駆動軸とともに回転可能である。つまり、入力軸61には、駆動軸からトルクが入力される。
The
内燃機関を搭載する車両には、固定体11が設けられる(図2参照)。固定体11は、例えば筒状に形成され、車両のエンジンルームに固定される。固定体11の内周壁と入力軸61の外周壁との間には、ボールベアリング141が設けられる。これにより、入力軸61は、ボールベアリング141を介して固定体11により軸受けされる。
A vehicle equipped with an internal combustion engine is provided with a fixed body 11 (see FIG. 2). The fixed
ハウジング12は、固定体11の内周壁と入力軸61の外周壁との間に設けられる。ハウジング12は、ハウジング内筒部121、ハウジング板部122、ハウジング外筒部123、ハウジング小板部124、ハウジング段差面125、ハウジング小内筒部126、ハウジング側スプライン溝部127等を有している。
The
ハウジング内筒部121は、略円筒状に形成されている。ハウジング小板部124は、ハウジング内筒部121の端部から径方向外側へ延びるよう環状の板状に形成されている。ハウジング小内筒部126は、ハウジング小板部124の外縁部からハウジング内筒部121とは反対側へ延びるよう略円筒状に形成されている。ハウジング板部122は、ハウジング小内筒部126のハウジング小板部124とは反対側の端部から径方向外側へ延びるよう環状の板状に形成されている。ハウジング外筒部123は、ハウジング板部122の外縁部からハウジング小内筒部126およびハウジング内筒部121と同じ側へ延びるよう略円筒状に形成されている。ここで、ハウジング内筒部121とハウジング小板部124とハウジング小内筒部126とハウジング板部122とハウジング外筒部123とは、例えば金属により一体に形成されている。
The housing inner
上述のように、ハウジング12は、全体としては、中空、かつ、扁平形状に形成されている。
As described above, the
ハウジング段差面125は、ハウジング小板部124のハウジング小内筒部126とは反対側の面において円環の平面状に形成されている。ハウジング側スプライン溝部127は、ハウジング内筒部121の軸方向に延びるようハウジング内筒部121の外周壁に形成されている。ハウジング側スプライン溝部127は、ハウジング内筒部121の周方向に複数形成されている。
The housing stepped
ハウジング12は、外壁の一部が固定体11の壁面の一部に当接するよう固定体11に固定される(図2参照)。ハウジング12は、図示しないボルト等により固定体11に固定される。ここで、ハウジング12は、固定体11および入力軸61に対し同軸に設けられる。また、ハウジング内筒部121の内周壁と入力軸61の外周壁との間には、略円筒状の空間が形成される。
The
ハウジング12は、収容空間120を有している。収容空間120は、ハウジング内筒部121とハウジング小板部124とハウジング小内筒部126とハウジング板部122とハウジング外筒部123との間に形成されている。
The
モータ20は、収容空間120に収容されている。モータ20は、ステータ21、ロータ23等を有している。ステータ21は、ステータコア211、コイル22を有している。ステータコア211は、例えば積層鋼板により略円環状に形成され、ハウジング外筒部123の内側に固定される。コイル22は、ステータコア211の複数の突極のそれぞれに設けられている。
The
モータ20は、「永久磁石」としてのマグネット230を有している。ロータ23は、例えば鉄系の金属により略円環状に形成されている。より詳細には、ロータ23は、例えば磁気特性が比較的高い純鉄により形成されている。
The
マグネット230は、ロータ23の外周壁に設けられている。マグネット230は、磁極が交互になるようロータ23の周方向に等間隔で複数設けられている。
軸受部151は、ハウジング小内筒部126の外周壁に設けられている。軸受部151の径方向外側には、後述するサンギヤ31が設けられている。ロータ23は、サンギヤ31の径方向外側においてサンギヤ31に対し相対回転不能に設けられている。軸受部151は、収容空間120に設けられ、サンギヤ31、ロータ23およびマグネット230を回転可能に支持している。
The bearing
ここで、ロータ23は、ステータ21のステータコア211の径方向内側において、ステータ21に対し相対回転可能に設けられている。モータ20は、インナロータタイプのブラシレス直流モータである。
Here, the
軸受部151の構成等については、後に詳述する。
The configuration and the like of the bearing
ECU10は、コイル22に供給する電力を制御することにより、モータ20の作動を制御可能である。コイル22に電力が供給されると、ステータコア211に回転磁界が生じ、ロータ23が回転する。これにより、ロータ23からトルクが出力される。このように、モータ20は、ステータ21、および、ステータ21に対し相対回転可能に設けられたロータ23を有し、電力の供給によりロータ23からトルクを出力可能である。
The
本実施形態では、クラッチ装置1は、回転角センサ104を備えている。回転角センサ104は、収容空間120に設けられている。
In this embodiment, the
回転角センサ104は、ロータ23と一体に回転するセンサマグネットから発生する磁束を検出し、検出した磁束に応じた信号をECU10に出力する。これにより、ECU10は、回転角センサ104からの信号に基づき、ロータ23の回転角および回転数等を検出することができる。また、ECU10は、ロータ23の回転角および回転数等に基づき、ハウジング12および後述する従動カム50に対する駆動カム40の相対回転角度、ハウジング12および駆動カム40に対する従動カム50および状態変更部80の軸方向の相対位置等を算出することができる。
The
減速機30は、収容空間120に収容されている。減速機30は、サンギヤ31、プラネタリギヤ32、キャリア33、第1リングギヤ34、第2リングギヤ35等を有している。
The
サンギヤ31は、ロータ23と同軸かつ一体回転可能に設けられている。つまり、ロータ23とサンギヤ31とは、別体に形成され、一体に回転可能なよう同軸に配置されている。
The
より詳細には、サンギヤ31は、サンギヤ本体310、「歯部」および「外歯」としてのサンギヤ歯部311、ギヤ側溝部315を有している。サンギヤ本体310は、例えば金属により略円筒状に形成されている。ギヤ側溝部315は、サンギヤ本体310の一方の端部側の外周壁において軸方向に延びるよう形成されている。ギヤ側溝部315は、サンギヤ本体310の周方向に複数形成されている。サンギヤ本体310は、一方の端部側が軸受部151によって軸受けされている。
More specifically, the
ロータ23の内周壁には、ギヤ側溝部315に対応する溝部が形成されている。ロータ23は、サンギヤ31の一方の端部の径方向外側に位置し、溝部がギヤ側溝部315と結合するよう設けられている。これにより、ロータ23は、サンギヤ31に対し、相対回転不能である。
A groove corresponding to the
サンギヤ歯部311は、サンギヤ31の他方の端部側の外周壁に形成されている。ロータ23と一体回転するサンギヤ31には、モータ20のトルクが入力される。ここで、サンギヤ31のサンギヤ歯部311は、減速機30の「入力部」に対応する。本実施形態では、サンギヤ31は、例えば鉄鋼材により形成されている。
The sun
プラネタリギヤ32は、サンギヤ31の周方向に沿って複数設けられ、サンギヤ31に噛み合いつつ自転しながらサンギヤ31の周方向に公転可能である。より詳細には、プラネタリギヤ32は、例えば金属により略円筒状に形成され、サンギヤ31の径方向外側においてサンギヤ31の周方向に等間隔で4つ設けられている。プラネタリギヤ32は、「歯部」および「外歯」としてのプラネタリギヤ歯部321を有している。プラネタリギヤ歯部321は、サンギヤ歯部311に噛み合い可能なようプラネタリギヤ32の外周壁に形成されている。
A plurality of
キャリア33は、プラネタリギヤ32を回転可能に支持し、サンギヤ31に対し相対回転可能である。より詳細には、キャリア33は、サンギヤ31に対し径方向外側に設けられている。キャリア33は、ロータ23およびサンギヤ31に対し相対回転可能である。
キャリア33は、キャリア本体330、ピン331を有している。キャリア本体330は、例えば金属により略円環状に形成されている。キャリア本体330は、径方向においてはサンギヤ31とコイル22との間に位置し、軸方向においてはロータ23およびマグネット230とプラネタリギヤ32との間に位置している。なお、プラネタリギヤ32は、キャリア本体330およびコイル22に対しハウジング板部122とは反対側に位置している。
The
ピン331は、接続部335、支持部336を有している。接続部335および支持部336は、それぞれ、例えば金属により円柱状に形成されている。接続部335と支持部336とは、それぞれの軸がずれて平行な状態となるよう一体に形成されている。そのため、接続部335および支持部336は、それぞれの軸を含む仮想平面による断面形状がクランク形状となる(図1参照)。
The
ピン331は、一方の端部側の部位である接続部335がキャリア本体330に接続するようにしてキャリア本体330に固定されている。ここで、支持部336は、キャリア本体330のロータ23およびマグネット230とは反対側において、接続部335の軸に対し軸がキャリア本体330の径方向外側に位置するよう設けられている(図1参照)。ピン331は、プラネタリギヤ32の数に対応し、合計4つ設けられている。
The
減速機30は、プラネタリギヤベアリング36を有している。プラネタリギヤベアリング36は、例えばニードルベアリングであり、ピン331の支持部336の外周壁とプラネタリギヤ32の内周壁との間に設けられている。これにより、プラネタリギヤ32は、プラネタリギヤベアリング36を介してピン331の支持部336により回転可能に支持されている。
The
第1リングギヤ34は、プラネタリギヤ32に噛み合い可能な歯部である第1リングギヤ歯部341を有し、ハウジング12に固定されている。より詳細には、第1リングギヤ34は、例えば金属により略円環状に形成されている。第1リングギヤ34は、コイル22に対しハウジング板部122とは反対側において、外縁部がハウジング外筒部123の内周壁に嵌合するようハウジング12に固定されている。そのため、第1リングギヤ34は、ハウジング12に対し相対回転不能である。
The
ここで、第1リングギヤ34は、ハウジング12、ロータ23、サンギヤ31に対し同軸に設けられている。「歯部」および「内歯」としての第1リングギヤ歯部341は、プラネタリギヤ32のプラネタリギヤ歯部321の軸方向の一方の端部側に噛み合い可能なよう第1リングギヤ34の内縁部に形成されている。
Here, the
第2リングギヤ35は、プラネタリギヤ32に噛み合い可能な歯部であり第1リングギヤ歯部341とは歯数の異なる第2リングギヤ歯部351を有し、後述する駆動カム40と一体回転可能に設けられている。より詳細には、第2リングギヤ35は、例えば金属により略円環状に形成されている。第2リングギヤ35は、ギヤ内筒部355、ギヤ板部356、ギヤ外筒部357を有している。ギヤ内筒部355は、略円筒状に形成されている。ギヤ板部356は、ギヤ内筒部355の一端から径方向外側へ延びるよう環状の板状に形成されている。ギヤ外筒部357は、ギヤ板部356の外縁部からギヤ内筒部355とは反対側へ延びるよう略円筒状に形成されている。
The
ここで、第2リングギヤ35は、ハウジング12、ロータ23、サンギヤ31に対し同軸に設けられている。「歯部」および「内歯」としての第2リングギヤ歯部351は、プラネタリギヤ32のプラネタリギヤ歯部321の軸方向の他方の端部側に噛み合い可能なようギヤ外筒部357の内周壁に形成されている。本実施形態では、第2リングギヤ歯部351の歯数は、第1リングギヤ歯部341の歯数よりも多い。より詳細には、第2リングギヤ歯部351の歯数は、第1リングギヤ歯部341の歯数よりも、プラネタリギヤ32の個数である4に整数を乗じた数分だけ多い。
Here, the
また、プラネタリギヤ32は、同一部位において2つの異なる諸元をもつ第1リングギヤ34および第2リングギヤ35と干渉なく正常に噛み合う必要があるため、第1リングギヤ34および第2リングギヤ35の一方もしくは両方を転位させて各歯車対の中心距離を一定にする設計としている。
In addition, the
上記構成により、モータ20のロータ23が回転すると、サンギヤ31が回転し、プラネタリギヤ32のプラネタリギヤ歯部321がサンギヤ歯部311と第1リングギヤ歯部341および第2リングギヤ歯部351とに噛み合いつつ自転しながらサンギヤ31の周方向に公転する。ここで、第2リングギヤ歯部351の歯数が第1リングギヤ歯部341の歯数より多いため、第2リングギヤ35は、第1リングギヤ34に対し相対回転する。そのため、第1リングギヤ34と第2リングギヤ35との間で第1リングギヤ歯部341と第2リングギヤ歯部351との歯数差に応じた微小差回転が第2リングギヤ35の回転として出力される。これにより、モータ20からのトルクは、減速機30により減速されて、第2リングギヤ35から出力される。このように、減速機30は、モータ20のトルクを減速して出力可能である。本実施形態では、減速機30は、3k型の不思議遊星歯車減速機を構成している。
With the above configuration, when the
第2リングギヤ35は、後述する駆動カム40とは別体に形成され、駆動カム40と一体回転可能に設けられている。第2リングギヤ35は、モータ20からのトルクを減速して駆動カム40に出力する。ここで、第2リングギヤ35は、減速機30の「出力部」に対応する。
The
ボールカム2は、「回転部」としての駆動カム40、「並進部」としての従動カム50、「転動体」としてのボール3を有している。
The
駆動カム40は、駆動カム本体41、駆動カム内筒部42、駆動カム板部43、駆動カム外筒部44、駆動カム溝400等を有している。駆動カム本体41は、略円環の板状に形成されている。駆動カム内筒部42は、駆動カム本体41の外縁部から軸方向に延びるよう略円筒状に形成されている。駆動カム板部43は、駆動カム内筒部42の駆動カム本体41とは反対側の端部から径方向外側へ延びるよう略円環の板状に形成されている。駆動カム外筒部44は、駆動カム板部43の外縁部から駆動カム内筒部42とは反対側へ延びるよう略円筒状に形成されている。ここで、駆動カム本体41と駆動カム内筒部42と駆動カム板部43と駆動カム外筒部44とは、例えば金属により一体に形成されている。
The
駆動カム溝400は、駆動カム本体41の駆動カム内筒部42側の面から凹みつつ周方向に延びるよう形成されている。駆動カム溝400は、例えば駆動カム本体41の周方向に等間隔で5つ形成されている。駆動カム溝400は、駆動カム本体41の周方向における一端から他端に向かうに従い深さが浅くなるよう駆動カム本体41の駆動カム内筒部42側の面に対し溝底が傾斜して形成されている。
The
駆動カム40は、駆動カム本体41がハウジング内筒部121の外周壁とサンギヤ31の内周壁との間に位置し、駆動カム板部43がプラネタリギヤ32に対しキャリア本体330とは反対側に位置するようハウジング内筒部121とハウジング外筒部123との間に設けられている。駆動カム40は、ハウジング12に対し相対回転可能である。
In the
第2リングギヤ35は、ギヤ内筒部355の内周壁が駆動カム外筒部44の外周壁に嵌合するよう駆動カム40と一体に設けられている。第2リングギヤ35は、駆動カム40に対し相対回転不能である。すなわち、第2リングギヤ35は、「回転部」としての駆動カム40と一体回転可能に設けられている。そのため、モータ20からのトルクが、減速機30により減速されて、第2リングギヤ35から出力されると、駆動カム40は、ハウジング12に対し相対回転する。すなわち、駆動カム40は、減速機30から出力されたトルクが入力されるとハウジング12に対し相対回転する。
The
従動カム50は、従動カム本体51、従動カム筒部52、カム側スプライン溝部54、従動カム溝500等を有している。従動カム本体51は、略円環の板状に形成されている。従動カム筒部52は、従動カム本体51の外縁部から軸方向に延びるよう略円筒状に形成されている。ここで、従動カム本体51と従動カム筒部52とは、例えば金属により一体に形成されている。
The driven
カム側スプライン溝部54は、従動カム本体51の内周壁において軸方向に延びるよう形成されている。カム側スプライン溝部54は、従動カム本体51の周方向に複数形成されている。 The cam-side spline groove portion 54 is formed on the inner peripheral wall of the driven cam main body 51 so as to extend in the axial direction. A plurality of cam-side spline groove portions 54 are formed in the circumferential direction of the driven cam main body 51 .
従動カム50は、従動カム本体51が駆動カム本体41に対しハウジング段差面125とは反対側かつ駆動カム内筒部42および駆動カム板部43の径方向内側に位置し、カム側スプライン溝部54がハウジング側スプライン溝部127とスプライン結合するよう設けられている。これにより、従動カム50は、ハウジング12に対し、相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動可能である。
The driven
従動カム溝500は、従動カム本体51の駆動カム本体41側の面から凹みつつ周方向に延びるよう形成されている。従動カム溝500は、例えば従動カム本体51の周方向に等間隔で5つ形成されている。従動カム溝500は、従動カム本体51の周方向における一端から他端に向かうに従い深さが浅くなるよう従動カム本体51の駆動カム本体41側の面に対し溝底が傾斜して形成されている。
The driven
なお、駆動カム溝400と従動カム溝500とは、それぞれ、駆動カム本体41の従動カム本体51側の面側、または、従動カム本体51の駆動カム本体41側の面側から見たとき、同一の形状となるよう形成されている。
When the
ボール3は、例えば金属により球状に形成されている。ボール3は、5つの駆動カム溝400と5つの従動カム溝500との間のそれぞれにおいて転動可能に設けられている。すなわち、ボール3は、合計5つ設けられている。
The
このように、駆動カム40と従動カム50とボール3とは、「転動体カム」としてのボールカム2を構成している。駆動カム40がハウジング12および従動カム50に対し相対回転すると、ボール3は、駆動カム溝400および従動カム溝500においてそれぞれの溝底に沿って転動する。
Thus, the
図1に示すように、ボール3は、第1リングギヤ34および第2リングギヤ35の径方向内側に設けられている。より詳細には、ボール3は、大部分が、第1リングギヤ34および第2リングギヤ35の軸方向の範囲内に設けられている。
As shown in FIG. 1 , the
上述のように、駆動カム溝400は、一端から他端にかけて溝底が傾斜するよう形成されている。また、従動カム溝500は、一端から他端にかけて溝底が傾斜するよう形成されている。そのため、減速機30から出力されるトルクにより駆動カム40がハウジング12および従動カム50に対し相対回転すると、ボール3が駆動カム溝400および従動カム溝500において転動し、従動カム50は、駆動カム40およびハウジング12に対し軸方向に相対移動、すなわち、ストロークする。
As described above, the
このように、従動カム50は、駆動カム40がハウジング12に対し相対回転すると駆動カム40およびハウジング12に対し軸方向に相対移動する。ここで、従動カム50は、カム側スプライン溝部54がハウジング側スプライン溝部127とスプライン結合しているため、ハウジング12に対し相対回転しない。また、駆動カム40は、ハウジング12に対し相対回転するものの、軸方向には相対移動しない。
Thus, driven
本実施形態では、クラッチ装置1は、リターンスプリング55、リターンスプリングリテーナ56、Cリング57を備えている。リターンスプリング55は、例えばコイルスプリングであり、従動カム本体51の駆動カム本体41とは反対側において、ハウジング内筒部121のハウジング小板部124とは反対側の端部の径方向外側に設けられている。リターンスプリング55は、一端が従動カム本体51の駆動カム本体41とは反対側の面に当接している。
In this embodiment, the
リターンスプリングリテーナ56は、例えば金属により略円環状に形成され、ハウジング内筒部121の径方向外側においてリターンスプリング55の他端に当接している。Cリング57は、リターンスプリングリテーナ56の内縁部の従動カム本体51とは反対側の面を係止するようハウジング内筒部121の外周壁に固定されている。
The
リターンスプリング55は、軸方向に伸びる力を有している。そのため、従動カム50は、駆動カム40との間にボール3を挟んだ状態で、リターンスプリング55により駆動カム本体41側へ付勢されている。
The
出力軸62は、軸部621、板部622、筒部623、摩擦板624を有している(図2参照)。軸部621は、略円筒状に形成されている。板部622は、軸部621の一端から径方向外側へ環状の板状に延びるよう軸部621と一体に形成されている。筒部623は、板部622の外縁部から軸部621とは反対側へ略円筒状に延びるよう板部622と一体に形成されている。摩擦板624は、略円環の板状に形成され、板部622の筒部623側の端面に設けられている。ここで、摩擦板624は、板部622に対し相対回転不能である。筒部623の内側には、クラッチ空間620が形成されている。
The
入力軸61の端部は、ハウジング内筒部121の内側を通り、従動カム50に対し駆動カム40とは反対側に位置している。出力軸62は、従動カム50に対し駆動カム40とは反対側において、入力軸61と同軸に設けられる。軸部621の内周壁と入力軸61の端部の外周壁との間には、ボールベアリング142が設けられる。これにより、出力軸62は、ボールベアリング142を介して入力軸61により軸受けされる。入力軸61および出力軸62は、ハウジング12に対し相対回転可能である。
The end of the
クラッチ70は、クラッチ空間620において入力軸61と出力軸62との間に設けられている。クラッチ70は、内側摩擦板71、外側摩擦板72、係止部701を有している。内側摩擦板71は、略円環の板状に形成され、入力軸61と出力軸62の筒部623との間において、軸方向に並ぶよう複数設けられている。内側摩擦板71は、内縁部が入力軸61の外周壁とスプライン結合するよう設けられている。そのため、内側摩擦板71は、入力軸61に対し相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動可能である。
外側摩擦板72は、略円環の板状に形成され、入力軸61と出力軸62の筒部623との間において、軸方向に並ぶよう複数設けられている。ここで、内側摩擦板71と外側摩擦板72とは、入力軸61の軸方向において交互に配置されている。外側摩擦板72は、外縁部が出力軸62の筒部623の内周壁とスプライン結合するよう設けられている。そのため、外側摩擦板72は、出力軸62に対し相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動可能である。複数の外側摩擦板72のうち最も摩擦板624側に位置する外側摩擦板72は、摩擦板624に接触可能である。
The
係止部701は、略円環状に形成され、外縁部が出力軸62の筒部623の内周壁に嵌合するよう設けられる。係止部701は、複数の外側摩擦板72のうち最も従動カム50側に位置する外側摩擦板72の外縁部を係止可能である。そのため、複数の外側摩擦板72、複数の内側摩擦板71は、筒部623の内側からの脱落が抑制される。なお、係止部701と摩擦板624との距離は、複数の外側摩擦板72および複数の内側摩擦板71の板厚の合計よりも大きい。
The engaging
複数の内側摩擦板71および複数の外側摩擦板72が互いに接触、つまり係合した状態である係合状態では、内側摩擦板71と外側摩擦板72との間に摩擦力が生じ、当該摩擦力の大きさに応じて内側摩擦板71と外側摩擦板72との相対回転が規制される。一方、複数の内側摩擦板71および複数の外側摩擦板72が互いに離間、つまり係合していない状態である非係合状態では、内側摩擦板71と外側摩擦板72との間に摩擦力は生じず、内側摩擦板71と外側摩擦板72との相対回転は規制されない。
In the engaged state in which the plurality of
クラッチ70が係合状態のとき、入力軸61に入力されたトルクは、クラッチ70を経由して出力軸62に伝達される。一方、クラッチ70が非係合状態のとき、入力軸61に入力されたトルクは、出力軸62に伝達されない。
When the clutch 70 is engaged, torque input to the
このように、クラッチ70は、入力軸61と出力軸62との間でトルクを伝達する。クラッチ70は、係合している係合状態のとき、入力軸61と出力軸62との間のトルクの伝達を許容し、係合していない非係合状態のとき、入力軸61と出力軸62との間のトルクの伝達を遮断する。
Thus, clutch 70 transmits torque between
本実施形態では、クラッチ装置1は、通常、非係合状態となる、所謂常開式(ノーマリーオープンタイプ)のクラッチ装置である。
In this embodiment, the
状態変更部80は、「弾性変形部」としての皿ばね81、皿ばねリテーナ82、スラストベアリング83を有している。皿ばねリテーナ82は、リテーナ筒部821、リテーナフランジ部822を有している。リテーナ筒部821は、略円筒状に形成されている。リテーナフランジ部822は、リテーナ筒部821の一端から径方向外側へ延びるよう環状の板状に形成されている。リテーナ筒部821とリテーナフランジ部822とは、例えば金属により一体に形成されている。皿ばねリテーナ82は、リテーナ筒部821の他端の外周壁が従動カム筒部52の内周壁に嵌合するよう従動カム50に固定されている。
The
皿ばね81は、内縁部がリテーナ筒部821の径方向外側において、従動カム筒部52とリテーナフランジ部822との間に位置するよう設けられている。スラストベアリング83は、従動カム筒部52と皿ばね81との間に設けられている。
The
皿ばねリテーナ82は、リテーナフランジ部822が皿ばね81の軸方向の一端すなわち内縁部を係止可能なよう従動カム50に固定されている。そのため、皿ばね81およびスラストベアリング83は、リテーナフランジ部822により、皿ばねリテーナ82からの脱落が抑制されている。皿ばね81は、軸方向に弾性変形可能である。
The
ボール3が駆動カム溝400および従動カム溝500の一端に位置するとき、駆動カム40と従動カム50との距離は、比較的小さく、皿ばね81の軸方向の他端すなわち外縁部とクラッチ70との間には、隙間Sp1が形成されている(図1参照)。そのため、クラッチ70は非係合状態であり、入力軸61と出力軸62との間のトルクの伝達は遮断されている。
When the
ここで、ECU10の制御によりモータ20のコイル22に電力が供給されると、モータ20が回転し、減速機30からトルクが出力され、駆動カム40がハウジング12に対し相対回転する。これにより、ボール3が駆動カム溝400および従動カム溝500の一端から他端側へ転動する。そのため、従動カム50は、リターンスプリング55を圧縮しながらハウジング12に対し軸方向に相対移動、すなわち、クラッチ70側へ移動する。これにより、皿ばね81は、クラッチ70側へ移動する。
Here, when power is supplied to the
従動カム50の軸方向の移動により皿ばね81がクラッチ70側へ移動すると、隙間Sp1が小さくなり、皿ばね81の軸方向の他端は、クラッチ70の外側摩擦板72に接触する。皿ばね81がクラッチ70に接触した後さらに従動カム50が軸方向に移動すると、皿ばね81は、軸方向に弾性変形しつつ、外側摩擦板72を摩擦板624側へ押す。これにより、複数の内側摩擦板71および複数の外側摩擦板72が互いに係合し、クラッチ70が係合状態となる。そのため、入力軸61と出力軸62との間のトルクの伝達が許容される。
When the
このとき、皿ばね81は、スラストベアリング83に軸受けされながら従動カム50および皿ばねリテーナ82に対し相対回転する。このように、スラストベアリング83は、皿ばね81からスラスト方向の荷重を受けつつ、皿ばね81を軸受けする。
At this time, the
ECU10は、クラッチ伝達トルクがクラッチ要求トルク容量に達すると、モータ20の回転を停止させる。これにより、クラッチ70は、クラッチ伝達トルクがクラッチ要求トルク容量に維持された係合保持状態となる。このように、状態変更部80の皿ばね81は、従動カム50から軸方向の力を受け、ハウジング12および駆動カム40に対する従動カム50の軸方向の相対位置に応じてクラッチ70の状態を係合状態または非係合状態に変更可能である。
The
出力軸62は、軸部621の板部622とは反対側の端部が、図示しない変速機の入力軸に接続され、当該入力軸とともに回転可能である。つまり、変速機の入力軸には、出力軸62から出力されたトルクが入力される。変速機に入力されたトルクは、変速機で変速され、駆動トルクとして車両の駆動輪に出力される。これにより、車両が走行する。
The end of the
次に、本実施形態の減速機30が採用する3k型の不思議遊星歯車減速機について説明する。
Next, the 3k-type paradox planetary gear reducer employed by the
本実施形態のような電動のクラッチ装置では、クラッチとアクチュエータとの初期隙間(隙間Sp1に相当)を詰める初期応答に要する時間を短くすることが求められる。初期応答を速くするには、回転運動方程式から、入力軸周りの慣性モーメントを小さくすればよいことがわかる。入力軸が中実円筒部材の場合の慣性モーメントは、長さと密度一定で比較したとき、外径の4乗に比例して大きくなる。本実施形態のクラッチ装置1では、ここでいう「入力軸」に対応するサンギヤ31は中空円筒部材であるが、この傾向は変わらない。
In the electric clutch device of the present embodiment, it is required to shorten the time required for the initial response to close the initial gap (corresponding to the gap Sp1) between the clutch and the actuator. In order to speed up the initial response, it can be seen from the rotational motion equation that the moment of inertia around the input axis should be reduced. When the input shaft is a solid cylindrical member, the moment of inertia increases in proportion to the fourth power of the outer diameter when the length and density are constant. In the
図3の上段に、2kh型の不思議遊星歯車減速機の模式図を示す。また、図4の上段に、3k型の不思議遊星歯車減速機の模式図を示す。ここで、サンギヤをA、プラネタリギヤをB、第1リングギヤをC、第2リングギヤをD、キャリアをSとする。2kh型と3k型とを比較すると、3k型は、2kh型にサンギヤAを加えた構成である。 The upper part of FIG. 3 shows a schematic diagram of a 2-kh type paradox planetary gear reducer. The upper part of FIG. 4 shows a schematic diagram of a 3k type paradox planetary gear reducer. Here, A is the sun gear, B is the planetary gear, C is the first ring gear, D is the second ring gear, and S is the carrier. Comparing the 2kh type and the 3k type, the 3k type has a configuration in which a sun gear A is added to the 2kh type.
2kh型の場合、入力軸周りの慣性モーメントが最も小さくなるのは、構成要素の中で最も径方向内側に位置するキャリアSを入力要素とする場合である(図3の下段の表参照)。 In the case of the 2kh type, the moment of inertia around the input shaft is the smallest when the carrier S, which is positioned most radially inward among the constituent elements, is used as the input element (see the table at the bottom of FIG. 3).
一方、3k型の場合、入力軸周りの慣性モーメントが最も小さくなるのは、構成要素の中で最も径方向内側に位置するサンギヤAを入力要素とする場合である(図4の下段の表参照)。 On the other hand, in the case of the 3k type, the moment of inertia around the input shaft is the smallest when the sun gear A, which is the radially innermost component, is used as the input element (see the lower table in FIG. 4). ).
慣性モーメントの大きさは、2kh型においてキャリアSを入力要素とした場合の方が、3k型においてサンギヤAを入力要素とした場合よりも大きい。したがって、初期応答の速さが要求される電動のクラッチ装置において、その減速機に不思議遊星歯車減速機を採用する場合、3k型で、かつ、サンギヤAを入力要素とすることが望ましい。 The magnitude of the moment of inertia is greater in the case of the 2kh type with the carrier S as the input element than in the case of the 3k type with the sun gear A as the input element. Therefore, when a paradox planetary gear speed reducer is used as a speed reducer in an electric clutch device that requires a quick initial response, it is desirable to use the 3k type and the sun gear A as an input element.
また、電動のクラッチ装置では必要荷重が数千~10数千Nと非常に大きく、高応答と高荷重を両立させるためには、減速機の減速比を大きくとる必要がある。2kh型と3k型において、同一歯車諸元でそれぞれの最大減速比を比較すると、3k型の最大減速比が2kh型の最大減速比に対し約2倍となり、大きい。また、3k型において大減速比が取り出せるのは、慣性モーメントが最も小さくなる、サンギヤAを入力要素としたときである(図4の下段の表参照)。したがって、高応答と高荷重を両立させる上で最適な構成は、3k型で、かつ、サンギヤAを入力要素とする構成であるといえる。 In addition, an electric clutch device requires a very large load of several thousand to ten and several thousand N, and in order to achieve both a high response and a high load, it is necessary to increase the speed reduction ratio of the speed reducer. Comparing the maximum reduction ratios of the 2kh type and the 3k type with the same gear specifications, the maximum reduction ratio of the 3k type is about twice that of the 2kh type, which is large. Also, in the 3k type, a large reduction ratio can be obtained when the sun gear A, which has the smallest moment of inertia, is used as the input element (see the table at the bottom of FIG. 4). Therefore, it can be said that the optimum configuration for achieving both high response and high load is a 3k type configuration using the sun gear A as an input element.
本実施形態では、減速機30は、サンギヤ31(A)を入力要素、第2リングギヤ35(D)を出力要素、第1リングギヤ34(C)を固定要素とする3k型の不思議遊星歯車減速機である。そのため、サンギヤ31周りの慣性モーメントを小さくできるとともに、減速機30の減速比を大きくすることができる。したがって、クラッチ装置1において高応答と高荷重を両立させることができる。
In this embodiment, the
また、2kh型の場合、動力伝達にキャリアSが直接寄与するため、ピンによりプラネタリギヤBをキャリアSの本体に対して片持ち支持する構成では、プラネタリギヤBの回転支持軸(ピン)とキャリアSの本体との間に大きな曲げモーメントが働くおそれがある(図3の上段の模式図参照)。 In the case of the 2 kh type, the carrier S directly contributes to power transmission. A large bending moment may act between it and the main body (see the schematic diagram at the top of FIG. 3).
一方、3k型の場合、キャリアSは、プラネタリギヤBを、サンギヤAと第1リングギヤCおよび第2リングギヤDとに対して適正な位置に保持する機能のみを有するため、プラネタリギヤBの回転支持軸(ピン)とキャリアSの本体との間に働く曲げモーメントは小さい(図4の上段の模式図参照)。 On the other hand, in the case of the 3k type, the carrier S has only the function of holding the planetary gear B in an appropriate position with respect to the sun gear A, the first ring gear C, and the second ring gear D. The bending moment acting between the pin) and the main body of the carrier S is small (see the upper schematic diagram of FIG. 4).
そのため、本実施形態では、減速機30を高応答、高荷重の3k型の不思議遊星歯車減速機とすることにより、クラッチ装置1の応答性および耐久性を損なうことなく、キャリア本体330およびピン331によって、プラネタリギヤ32を軸方向の一方側から支持する構成、すなわち片持ち支持とすることができる。
Therefore, in the present embodiment, the
次に、状態変更部80が弾性変形部としての皿ばね81を有することによる効果について説明する。
Next, the effect of having the
図5に示すように、従動カム50の軸方向の移動、すなわち、ストロークとクラッチ70に作用する荷重との関係について、軸方向に弾性変形し難い剛体でクラッチ70を押す構成(図5の一点鎖線参照)と、本実施形態のように軸方向に弾性変形可能な皿ばね81でクラッチ70を押す構成(図5の実線参照)とを比較すると、ストロークのばらつきが同じとき、皿ばね81でクラッチ70を押す構成の方が、剛体でクラッチ70を押す構成よりも、クラッチ70に作用する荷重のばらつきが小さいことがわかる。これは、剛体でクラッチ70を押す構成と比較し、皿ばね81を介することにより、合成ばね定数を低減できるため、アクチュエータ起因の従動カム50のストロークのばらつきに対する荷重のばらつきを低減することができるからである。本実施形態では、状態変更部80が弾性変形部としての皿ばね81を有するため、従動カム50のストロークのばらつきに対する荷重のばらつきを低減でき、クラッチ70に狙い荷重を容易に作用させることができる。
As shown in FIG. 5, regarding the axial movement of the driven
次に、軸受部151の構成等について、詳細に説明する。
Next, the configuration and the like of the bearing
図6に示すように、軸受部151は、ロータ23の周方向に転動しロータ23を回転可能に支持する複数の軸受転動体173、および、軸受転動体173の周囲を潤滑する潤滑剤174を有する。軸受部151は、サンギヤ31を介してロータ23を回転可能に支持している。ここで、ロータ23を回転可能に支持する軸受部151は、1つのみ設けられている。
As shown in FIG. 6, the bearing
より詳細には、軸受部151は、内輪171、外輪172、軸受転動体173、潤滑剤174、保持器177等を有している。
More specifically, the bearing
内輪171は、例えば金属により略円筒状に形成されている。外輪172は、例えば金属により略円筒状に形成されている。外輪172の内径は、内輪171の外径より大きい。内輪171は、内周壁がハウジング小内筒部126の外周壁に嵌合している。外輪172は、外周壁がサンギヤ本体310の一方の端部、すなわちサンギヤ歯部311とは反対側の端部の内周壁に嵌合している。
The
内輪171の外周壁には、径方向内側へ凹む環状の内輪溝部175が形成されている。外輪172の内周壁には、径方向外側へ凹む環状の外輪溝部176が形成されている。
An annular inner
軸受転動体173は、例えば金属により球状に形成されている。軸受転動体173は、内輪171の内輪溝部175と外輪172の外輪溝部176との間において転動可能に複数設けられている。
The
<3>保持器177は、環状または筒状に形成されている。保持器177は、内輪171と外輪172との間に設けられている。保持器177には、複数の保持穴部178が形成されている。保持穴部178は、例えば保持器177の周方向に等間隔で24個形成されている。
<3> The
軸受転動体173は、保持穴部178に保持されるようにして設けられている。軸受転動体173は、例えば保持器177の周方向に等間隔で計8個設けられている。つまり、軸受転動体173は、保持器177の周方向に並ぶ保持穴部178に、2つ飛ばしで設けられている。保持穴部178は、軸受転動体173が内輪171と外輪172との間で転動可能なよう軸受転動体173を保持可能である。
The
本実施形態では、軸受転動体173の数(8)は、保持穴部178の数(24)より少ない。 In this embodiment, the number of bearing rolling elements 173 (8) is less than the number of holding holes 178 (24).
潤滑剤174は、例えばグリース等の流動体である。潤滑剤174は、軸受転動体173の周囲、内輪溝部175、外輪溝部176、保持器177の保持穴部178に設けられ、軸受転動体173の周囲を潤滑している。これにより、軸受転動体173は、保持穴部178において内輪171と外輪172との間で円滑に転動可能である。
潤滑剤174は、環境温度により動粘度が変化する。潤滑剤174は、例えば環境温度が低くなるほど、動粘度が高くなる。
The dynamic viscosity of the
図7の(A)に示すように、軸受転動体173が内輪171と外輪172との間で転動するとき、軸受転動体173は周囲の潤滑剤174をはねのけながら転動する。そのため、転動する軸受転動体173に対し潤滑剤174をはねのける抵抗fが作用する。ここで、軸受部151における抵抗の合計は、fに軸受転動体173の数を乗じた値となる。
As shown in FIG. 7A, when the
一方、図7の(B)に示すように、保持穴部178から軸受転動体173を取り除いた場合、軸受転動体173を取り除いた保持穴部178においては、上記抵抗fは生じない。そのため、軸受部151に設ける軸受転動体173の数を減らすことにより、軸受部151における抵抗の合計の値を小さくできる。これにより、軸受部151の起動トルクを小さくできる。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the
次に、本実施形態および比較形態の軸受部151の起動トルクについて説明する。
Next, the starting torque of the bearing
比較形態の軸受部151では、保持器177に形成された24個全ての保持穴部178に軸受転動体173が設けられている。つまり、比較形態では、軸受部151は、24個の軸受転動体173を有している。なお、同様の軸受部に設けられる軸受転動体の数としては、24個が一般的な(標準)個数である。
In the bearing
図8に示すように、軸受転動体173を8個有する本実施形態の軸受部151の起動トルク(図8の実線参照)は、雰囲気温度(環境温度)にかかわらず、軸受転動体173を24個有する比較形態の軸受部151の起動トルク(図8の一点鎖線参照)より小さい。つまり、軸受転動体173の数を少なくすることで、軸受部151の起動トルクを小さくできる。
As shown in FIG. 8, the starting torque (see the solid line in FIG. 8) of the bearing
特に極低温域においては、軸受転動体173の数を24個(比較形態)から8個(本実施形態)に変更することで、軸受部151の起動トルクを15.9(mNm)低減できる(図8参照)。
Especially in the cryogenic region, by changing the number of
また、軸受転動体173を8個有する本実施形態の軸受部151の起動トルクは、雰囲気温度にかかわらず、要求値を満たす(図8参照)。
Moreover, the starting torque of the bearing
図9の実線は、軸受部151における軸受転動体173の数と、軸受部151の起動トルク(図9左側の縦軸)との関係を示す。図9の一点鎖線は、軸受部151における軸受転動体173の数と、軸受部151の耐荷重(図9右側の縦軸)との関係を示す。
A solid line in FIG. 9 indicates the relationship between the number of
図9に示すように、軸受部151にかかる荷重(ストレス)の最大値はSである。また、軸受転動体173の数が組立限界(軸受部151の組立条件を満足する範囲)以下の場合、軸受転動体173が内輪171と外輪172との間から脱落するおそれがある。
As shown in FIG. 9, S is the maximum value of the load (stress) applied to the bearing
<2>本実施形態では、軸受転動体173の数は、軸受部151にかかる荷重(ストレス)に耐える範囲内で、かつ、軸受部151の組立条件を満足する範囲内で、極力少ない数である8個に設定されている(図9参照)。これにより、軸受部151の耐久性の低下を抑制しつつ、軸受転動体173の数が24個の比較形態と比べ、軸受部151の起動トルクを低減できる。
<2> In the present embodiment, the number of
軸受部151は、内周壁、すなわち、内輪171の内周壁がハウジング内筒部121の外周壁に嵌合している。サンギヤ31は、サンギヤ本体310の内周壁が軸受部151の外周壁、すなわち、外輪172の外周壁に嵌合するよう設けられている。これにより、ロータ23は、サンギヤ31および軸受部151を介してハウジング内筒部121により回転可能に支持されている。つまり、軸受部151は、ロータ23を回転可能に支持している。
The inner peripheral wall of the bearing
このように、本実施形態では、ロータ23を回転可能に支持する軸受部151は、1つのみである。
Thus, in this embodiment, there is only one
減速機30は、ロータ23と一体に回転可能かつ同軸に設けられロータ23からのトルクが入力される「入力部」としてのサンギヤ31を有する。このように、本実施形態では、減速機30は、ロータ23に対し偏心する偏心部をもたない非偏心式遊星減速機である。
The
次に、電源失陥時のクラッチ70の開放について説明する。 Next, disengagement of the clutch 70 at the time of power failure will be described.
本実施形態のように電動のモータ20を駆動源にもつクラッチ装置1では、モータ20のパワー線(コイル22等)が断線すること等による電源失陥時に、クラッチ70に伝達している荷重を速やかに抜くこと、すなわち、クラッチ70を開放することが求められる場合がある。
In the
図10に示すように、ボールカム2の従動カム50に対し、リターンスプリング55の荷重であるリターンスプリング荷重(Fs)が作用する。リターンスプリング荷重は、従動カム50のクラッチ70側への移動量すなわちストローク量が0のとき、ボールカム2に作用する荷重であるボールカム荷重(Fc)と同じである。
As shown in FIG. 10 , a return spring load (Fs), which is the load of the
従動カム50に対しリターンスプリング荷重(ボールカム荷重)が作用すると、駆動カム40を回転させるトルクである駆動カム被駆動トルクが生じる。駆動カム被駆動トルクが生じると、減速機30を経由して、ロータ23を回転させるトルクであるロータ被駆動トルクが生じる。ここで、ロータ23には、ロータ被駆動トルクに対抗するトルクであるロータディテントトルク(Td)が生じる。ロータディテントトルクは、モータ20のコギングトルクおよび軸受部151の起動トルクであるベアリングロストルクからなる。
When the return spring load (ball cam load) acts on the driven
図11は、従動カム50のクラッチ70側へのストローク量と、ボールカム荷重(実線)、リターンスプリング荷重(一点鎖線)、クラッチ70に作用する荷重であるクラッチ荷重(破線)との関係を示す図である。図11に示すように、従動カム50のクラッチ70側へのストローク量が0のとき、リターンスプリング荷重の下限値とボールカム荷重の下限値とは一致する。ここで、クラッチ70の開放条件は、「従動カム50のストローク量が0のときのリターンスプリング荷重による駆動カム被駆動トルクによるロータ被駆動トルク(下限)が、ロータディテントトルク(上限)より大きいこと」である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the stroke amount of the driven
図12において、T1は、駆動カム被駆動トルクである。T2は、駆動カム40が回転するときに内側シール部材401、外側シール部材402、スラストベアリング161において損失するトルクであるロストルクである。T3は、T1からT2を引いたトルクである。T4は、T3を減速機30の減速比で割ったトルクである。T6は、T4に減速機30の逆効率を乗じたトルクであって、ロータ被駆動トルクである。T7は、モータ20のコギングトルクを2で割ったトルクである。T8は、軸受部151のベアリングロストルクである。ロータディテントトルクは、T7とT8との和である。T9は、ロータ被駆動トルク(T6)とロータディテントトルク(T7+T8)との差である余裕トルクである。本実施形態では、余裕トルク(T9)は、電源失陥時に所定時間内でクラッチ70を開放可能な値に設定される。
In FIG. 12, T1 is the drive cam driven torque. T2 is loss torque, which is torque lost in the
クラッチ70の開放条件の基本式は、下記式1で表される。
ロータ被駆動トルク(T6)下限-ロータディテントトルク(T7+T8)上限>0 ・・・式1
A basic formula for the disengagement condition of the clutch 70 is represented by
Rotor driven torque (T6) lower limit - rotor detent torque (T7+T8) upper limit>0
ロータディテントトルク(T7+T8)上限は、下記式2で表される。
ロータディテントトルク(T7+T8)上限=コギングトルク上限/2+ベアリングロストルク(T8)上限 ・・・式2
The upper limit of the rotor detent torque (T7+T8) is expressed by
Rotor detent torque (T7+T8) upper limit = cogging torque upper limit/2 + bearing loss torque (T8)
ロータ被駆動トルク(T6)下限は、下記式3で表される。
ロータ被駆動トルク(T6)下限={駆動カム被駆動トルク(T1)-ロストルク(T2)}÷減速比×逆効率下限 ・・・式3
The lower limit of the rotor driven torque (T6) is expressed by
Rotor driven torque (T6) lower limit = {drive cam driven torque (T1) - loss torque (T2)}/reduction ratio x reverse efficiency lower limit (Equation 3)
駆動カム被駆動トルク(T1)は、下記式4で表される。
駆動カム被駆動トルク(T1)=ボールカム荷重下限÷ボールカム変換比上限×ボールカム逆効率下限 ・・・式4
式4におけるボールカム変換比は、摩擦なしで駆動カム40に1Nm印加したときに出力できる荷重である。ボールカム逆効率は、ボールカム2の逆効率である。
The drive cam driven torque (T1) is represented by the following equation 4.
Drive cam driven torque (T1) = lower limit of ball cam load/upper limit of ball cam conversion ratio x lower limit of reverse efficiency of ball cam Formula 4
The ball-cam conversion ratio in Equation 4 is the load that can be output when 1 Nm is applied to the
以上より、リターンスプリング荷重のみでロータ23を駆動するためには、軸受部151の起動トルク(ベアリングロストルク)の低減が必須である。
As described above, in order to drive the
次に、電源失陥時のクラッチ70の開放の作動例について説明する。 Next, an operation example of disengagement of the clutch 70 at the time of power failure will be described.
本実施形態のように電動のモータ20を駆動源にもつクラッチ装置1では、モータ20に通電することでモータトルクが発生し、減速機30で増大されてボールカム2に入力され、荷重に変換されて出力される。減速機30およびボールカム2では、摩擦により動力損失が発生しているため、クラッチ70を押し込む場合(正作動)とクラッチ70から押し返される場合(逆作動)で、同一の荷重と釣り合うときのモータトルクに差が生じる(ACT荷重ヒス特性:図13参照)。
In the
クラッチ装置1のアクチュエータの変換比であるACT変換比(摩擦無の場合)は、下記式5で表される。
ACT変換比(摩擦無)=減速比×変換比 ・・・式5
The ACT conversion ratio (when there is no friction), which is the conversion ratio of the actuator of the
ACT conversion ratio (no friction) = speed reduction ratio ×
正作動時のACT変換比である正作動時ACT変換比(摩擦無の場合)は、下記式6で表される。
正作動時ACT変換比(摩擦無)=ACT変換比(摩擦無)×減速機正効率×ボールカム正効率 ・・・式6
式6における減速機正効率は、減速機30の正効率である。ボールカム正効率は、ボールカム2の正効率である。
The ACT conversion ratio at the time of direct action, which is the ACT conversion ratio at the time of positive action (in the case of no friction), is expressed by Equation 6 below.
ACT conversion ratio at positive operation (no friction) = ACT conversion ratio (no friction) x speed reducer positive efficiency x ball cam positive efficiency Equation 6
The reduction gear positive efficiency in Equation 6 is the positive efficiency of the
逆作動時のACT変換比である逆作動時ACT変換比(摩擦無の場合)は、下記式7で表される。
逆作動時ACT変換比(摩擦無)=ACT変換比(摩擦無)×減速機逆効率×ボールカム逆効率 ・・・式7
式7における減速機逆効率は、減速機30の逆効率である。ボールカム逆効率は、ボールカム2の逆効率である。
The ACT conversion ratio at the time of reverse action (in the case of no friction), which is the ACT conversion ratio at the time of reverse action, is expressed by Equation 7 below.
ACT conversion ratio during reverse operation (no friction) = ACT conversion ratio (no friction) x speed reducer reverse efficiency x ball cam reverse efficiency Equation 7
The inverse efficiency of the speed reducer in Equation 7 is the inverse efficiency of the
なお、ACT荷重ヒス特性(図13参照)のグラフの傾きがACT変換比に相当する。 Note that the slope of the graph of the ACT load hiss characteristics (see FIG. 13) corresponds to the ACT conversion ratio.
仮に、減速比を60、減速機正効率を80%、減速機逆効率を80%、摩擦なしで駆動カム40に1Nm印加したときに出力できる荷重であるボールカム変換比を300N/Nm、ボールカム正効率を90%、ボールカム逆効率を90%とした場合、正作動時の荷重は、下記式8で表される。
正作動時: 荷重=モータトルクMT1×減速比×減速機正効率×変換比×ボールカム正効率 ・・・式8
Suppose that the reduction ratio is 60, the reduction gear positive efficiency is 80%, the reduction gear reverse efficiency is 80%, the ball cam conversion ratio, which is the load that can be output when 1 Nm is applied to the
During direct operation: Load = motor torque MT1 x reduction ratio x reduction gear positive efficiency x conversion ratio x ball cam positive efficiency Equation 8
一方、逆作動時の荷重は、下記式9で表される。
逆作動時: 荷重=モータトルクMT2×減速比÷減速機逆効率×変換比÷ボールカム逆効率 ・・・式9
On the other hand, the load at the time of reverse operation is represented by Equation 9 below.
During reverse operation: load = motor torque MT2 × reduction ratio / reduction gear reverse efficiency × conversion ratio / ball cam reverse efficiency Equation 9
式8、9で荷重に対して連立すると、下記式10のとおりとなる。
モータトルクMT2/モータトルクMT1=減速機正効率×減速機逆効率×ボールカム正効率×ボールカム逆効率≒0.52 ・・・式10
式10のとおり、逆作動時は、同一荷重に釣り合うモータトルクは、正作動時の約半分となる。
When formulas 8 and 9 are simultaneously applied to the load,
Motor torque MT2/motor torque MT1=reducer positive efficiency×reducer reverse efficiency×ball cam positive efficiency×ball cam reverse efficiency≈0.52
As shown in
電源失陥時にクラッチ70を開放するためには、リターンスプリング荷重のみでロータ23を逆駆動する必要がある。リターンスプリング荷重は、クラッチ70の締結荷重と比較し大幅に小さい設定となる。そのため、リターンスプリング55によるロータ被駆動トルクも同様に小さい。
In order to release the clutch 70 when the power fails, it is necessary to reversely drive the
例えば、上記諸元にて、モータ20が最大で1Nm出力可能とした場合、最大で出力できる荷重は、1×60×0.8×300×0.9=13000(N)であり、クラッチ70の要求荷重が仮に10000Nであるとすると、残りの3000Nをリターンスプリング荷重に設定できることになる。しかしながら、実際はモータトルクに余裕をもたせる必要があるため、リターンスプリング荷重は、1000~2000N程度に設定することが望ましい。
For example, if the
1000Nの荷重により発生するロータ23の被駆動トルクは、1000/300×0.9/60×0.8=40(mNm)となり、これがロータ23のディテントトルク(コギングトルク/2+ベアリングロストルク)に勝れば、リターンスプリング荷重のみでクラッチ70を開放状態にすることが可能となる。
The driven torque of the
低温では、潤滑剤174の動粘度が高くなることにより、軸受転動体173と保持器177、内輪171、外輪172との間で発生する潤滑剤174のせん断抵抗が大きくなる。そのため、ディテントトルクのうちベアリングロストルクは低温域で増大する傾向があり、例えば軸受部151の軸受転動体173の数が24個(標準)の比較形態の場合、「高温域ではクラッチ70を開放できるが、低温域では解放できない」といった事態になり得る。これを回避するため、本実施形態では、軸受部151の軸受転動体173の数を比較形態の24個から8個に減らし、低温でもベアリングロストルクを低く保つことにより、全温度域でクラッチ70の開放が可能である。
At low temperatures, the kinematic viscosity of the
また、本実施形態では、軸受部151の軸受転動体173の数を減らすことにより、ロータ23の慣性モーメントが小さくなり、起動性が向上し、応答性が向上するといった効果も奏する。応答性、特に状態変更部80とクラッチ70とのクリアランス(初期隙間:Sp1)を詰めるときの応答性はモータ20の回転数の立ち上がり速さ(図14参照)に依存するため、応答性の向上に関し、軸受転動体173の数を減らすことによる慣性モーメントの低減は効果的である。
Further, in the present embodiment, by reducing the number of
また、図15に示すように、軸受部151の軸受転動体173の数を比較形態の24個から8個に減らすことにより、極低温であっても、特に高回転域においてモータ20の回転トルクを低減できる。そのため、モータ20の応答性を向上できる。
Further, as shown in FIG. 15, by reducing the number of
<4>軸受部151は、ボールベアリングすなわち「玉軸受」である。より詳細には、軸受部151は、内輪171および外輪172の軸方向において軸受転動体173が1列配置された「単列玉軸受」である(図16参照)。
<4> The bearing
<5>軸受部151の軸方向において、軸受部151は、「入力部」としてのサンギヤ歯部311から離間して設けられている(図16参照)。
<5> In the axial direction of the bearing
より詳細には、軸受部151の軸方向において、軸受部151の中心の位置と、サンギヤ歯部311の中心の位置であってサンギヤ31への荷重が作用する位置である「サンギヤ荷重作用位置」とは、距離d1離れている(図16参照)。
More specifically, in the axial direction of bearing
次に、上記構成の減速機30および軸受部151による作用等について説明する。
Next, the operation and the like of the
図17の上段に示すように、プラネタリギヤ32は、サンギヤ31の径方向外側においてサンギヤ31の周方向に等間隔で4つ設けられている。ここで、説明のため、4つのプラネタリギヤ32をそれぞれ、反時計回りにプラネタリギヤGp1、Gp2、Gp3、Gp4と称する。
As shown in the upper part of FIG. 17 , four
理想的な歯車形状においては、各プラネタリギヤ32(Gp1~Gp4)のトルク分担率は一定である。そのため、各プラネタリギヤ32(Gp1~Gp4)からサンギヤ31に作用する歯面作用力は打ち消し合い、合力は0になる(図17の下段参照)。
In an ideal gear shape, the torque sharing rate of each planetary gear 32 (Gp1 to Gp4) is constant. Therefore, the tooth surface acting forces acting on the
各プラネタリギヤ32(Gp1~Gp4)のトルク分担率が不均一になる場合の例を図18に示す。なお、本実施形態のようにプラネタリギヤ32が4つの場合、平均トルク分担率は25%である。図18の上段に示すように、プラネタリギヤGp1のみトルク分担率が25%より高く、プラネタリギヤGp2~Gp4のトルク分担率が25%より低い一定の値の場合、サンギヤ31に作用する歯面作用力の合力は0にならない(図18の下段参照)。
FIG. 18 shows an example in which the torque sharing ratios of the planetary gears 32 (Gp1 to Gp4) are uneven. Note that when there are four
そこで、本実施形態では、キャリア33を、内周壁がサンギヤ31等の外周壁と接触しない構成、すなわち、浮動タイプとしている。これにより、理論的には、各プラネタリギヤ32(Gp1~Gp4)のトルク配分率を一定に近付けることができる。
Therefore, in this embodiment, the
そのため、サンギヤ31に作用する歯面作用力の合力、すなわち、サンギヤ合力は小さくなる。これにより、軸受部151の軸方向において、軸受部151の中心の位置とサンギヤ荷重作用位置とが距離d1離れていても(図16参照)、腕長さ(d1)とサンギヤ合力との積である曲げモーメントは極小となる。つまり、本実施形態のように偏心部をもたない非偏心式遊星減速機である減速機30では、トルク伝達部(サンギヤ歯部311とプラネタリギヤ歯部321との間)で発生する歯面荷重がラジアル方向においてゼロもしくは極めて小さい。
Therefore, the resultant force of the tooth surface acting forces acting on the
<7>モータ20は、ロータ23に設けられた「永久磁石」としてのマグネット230を有する(図16参照)。ここで、マグネット230は、ロータ23の外周壁に設けられている。つまり、モータ20は、表面磁石型(SPM)モータである。
<7> The
以下、本実施形態の各部の構成について、より詳細に説明する。 The configuration of each part of the present embodiment will be described in more detail below.
<13>本実施形態では、クラッチ装置1は、オイル供給部5を備えている(図1、2参照)。オイル供給部5は、一端がクラッチ空間620に露出するよう、出力軸62において通路状に形成されている。オイル供給部5の他端は、図示しないオイル供給源に接続される。これにより、オイル供給部5の一端からクラッチ空間620のクラッチ70にオイルが供給される。
<13> In the present embodiment, the
ECU10は、オイル供給部5からクラッチ70に供給するオイルの量を制御する。クラッチ70に供給されたオイルは、クラッチ70を潤滑および冷却可能である。このように、本実施形態では、クラッチ70は、湿式クラッチであり、オイルにより冷却され得る。
The
本実施形態では、「回転並進部」としてのボールカム2は、「回転部」としての駆動カム40および第2リングギヤ35とハウジング12との間に収容空間120を形成している。ここで、収容空間120は、駆動カム40および第2リングギヤ35に対しクラッチ70とは反対側においてハウジング12の内側に形成されている。モータ20および減速機30は、収容空間120に設けられている。クラッチ70は、駆動カム40に対し収容空間120とは反対側の空間であるクラッチ空間620に設けられている。
In this embodiment, the
本実施形態では、クラッチ装置1は、スラストベアリング161、スラストベアリングワッシャ162を備えている。スラストベアリングワッシャ162は、例えば金属により略円環の板状に形成され、一方の面がハウジング段差面125に当接するよう設けられている。スラストベアリング161は、スラストベアリングワッシャ162の他方の面と駆動カム本体41の従動カム50とは反対側の面との間に設けられている。スラストベアリング161は、駆動カム40からスラスト方向の荷重を受けつつ駆動カム40を軸受けする。本実施形態では、クラッチ70側から従動カム50を経由して駆動カム40に作用するスラスト方向の荷重は、スラストベアリング161およびスラストベアリングワッシャ162を経由してハウジング段差面125に作用する。そのため、ハウジング段差面125により駆動カム40を安定して軸受けできる。
In this embodiment, the
本実施形態では、クラッチ装置1は、「シール部材」としての内側シール部材401、外側シール部材402を備えている。
In this embodiment, the
<14>内側シール部材401、外側シール部材402は、例えばゴム等の弾性材料および金属環により環状に形成されたオイルシールである。
<14> The
内側シール部材401の内径および外径は、外側シール部材402の内径および外径より小さい。
The inner and outer diameters of
内側シール部材401は、径方向においてはハウジング内筒部121とスラストベアリング161との間に位置し、軸方向においてはスラストベアリングワッシャ162と駆動カム本体41との間に位置するよう設けられている。内側シール部材401は、ハウジング内筒部121に固定され、駆動カム40に対し相対回転可能である。
The
外側シール部材402は、第2リングギヤ35のギヤ内筒部355とハウジング外筒部123のクラッチ70側の端部との間に設けられている。外側シール部材402は、ハウジング外筒部123に固定され、第2リングギヤ35に対し相対回転可能である。
The
ここで、外側シール部材402は、内側シール部材401の軸方向から見たとき、内側シール部材401の径方向外側に位置するよう設けられている(図1、2参照)。
Here, the
駆動カム本体41のスラストベアリングワッシャ162側の面は、内側シール部材401のシールリップ部と摺動可能である。すなわち、内側シール部材401は、「回転部」としての駆動カム40に接触するよう設けられている。内側シール部材401は、駆動カム本体41とスラストベアリングワッシャ162との間を気密または液密にシールしている。
The
第2リングギヤ35のギヤ内筒部355の外周壁は、外側シール部材402の内縁部であるシールリップ部と摺動可能である。すなわち、外側シール部材402は、「回転部」としての駆動カム40の径方向外側において、駆動カム40と一体回転する第2リングギヤ35に接触するよう設けられている。外側シール部材402は、ギヤ内筒部355の外周壁とハウジング外筒部123の内周壁との間を気密または液密にシールしている。
The outer peripheral wall of the gear inner
上述のように設けられた内側シール部材401、および、外側シール部材402により、モータ20および減速機30を収容する収容空間120と、クラッチ70が設けられたクラッチ空間620との間を気密または液密に保持可能である。これにより、例えばクラッチ70において摩耗粉等の異物が発生したとしても、当該異物がクラッチ空間620から収容空間120へ侵入するのを抑制できる。そのため、異物によるモータ20または減速機30の作動不良を抑制できる。
By the
本実施形態では、内側シール部材401、外側シール部材402により、収容空間120とクラッチ空間620との間が気密または液密に保持されているため、クラッチ70に供給されたオイル中に摩耗粉等の異物が含まれていても、当該異物を含むオイルがクラッチ空間620から収容空間120へ流れ込むのを抑制できる。
In this embodiment, since the space between the
本実施形態では、ハウジング12は、外側シール部材402の径方向外側に対応する部位から内側シール部材401の径方向内側に対応する部位まで閉じた形状となるよう形成されている(図1、2参照)。
In this embodiment, the
本実施形態では、ハウジング12との間で収容空間120を形成する駆動カム40および第2リングギヤ35は、ハウジング12に対し相対回転するものの、ハウジング12に対し軸方向には相対移動しない。そのため、クラッチ装置1の作動時、収容空間120の容積の変化を抑制でき、収容空間120に負圧が発生するのを抑制できる。これにより、異物を含むオイル等がクラッチ空間620側から収容空間120へ吸い込まれるのを抑制できる。
In this embodiment, the
また、駆動カム40の内縁部に接触する内側シール部材401は、駆動カム40と周方向において摺動するものの、軸方向においては摺動しない。また、第2リングギヤ35のギヤ内筒部355の外周壁に接触する外側シール部材402は、第2リングギヤ35と周方向において摺動するものの、軸方向においては摺動しない。
In addition, the
<12>図1に示すように、駆動カム本体41は、駆動カム外筒部44よりもクラッチ70とは反対側に位置している。すなわち、「回転部」としての駆動カム40は、軸方向に屈曲することで、駆動カム40の内縁部である駆動カム本体41と、駆動カム40の外縁部である駆動カム外筒部44とが軸方向において異なる位置となるよう形成されている。
<12> As shown in FIG. 1 , the drive cam
従動カム本体51は、駆動カム本体41のクラッチ70側において駆動カム内筒部42の径方向内側に位置するよう設けられている。すなわち、駆動カム40と従動カム50とは、軸方向において、入れ子状に設けられている。
The driven cam main body 51 is provided so as to be positioned radially inside the drive cam inner
より詳細には、従動カム本体51は、第2リングギヤ35のギヤ板部356、ギヤ外筒部357、駆動カム板部43および駆動カム内筒部42の径方向内側に位置している。さらに、サンギヤ31のサンギヤ歯部311、キャリア33およびプラネタリギヤ32は、駆動カム本体41および従動カム本体51の径方向外側に位置している。これにより、減速機30およびボールカム2を含むクラッチ装置1の軸方向の体格を大幅に小さくできる。
More specifically, the driven cam main body 51 is positioned radially inside the
また、本実施形態では、図1に示すように、駆動カム本体41の軸方向において、駆動カム本体41とサンギヤ31とキャリア33とコイル22とは、一部が重複するよう配置されている。言い換えると、コイル22は、一部が、駆動カム本体41、サンギヤ31およびキャリア33の軸方向の一部の径方向外側に位置するよう設けられている。これにより、クラッチ装置1の軸方向の体格をさらに小さくできる。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、図1に示すように、本実施形態では、軸受部151は、軸受部151の軸方向から見て、「入力部」としてのサンギヤ歯部311に対し径方向内側に設けられている。より詳細には、軸受部151は、軸受部151の軸方向から見て、外縁部(外輪172の外周壁)が、サンギヤ歯部311の外縁部(歯先)に対し径方向内側に位置するよう設けられている。そのため、ステータ21およびロータ23の径方向の体格を確保しつつ、クラッチ装置1の径方向の体格を小さくできる。
Further, as shown in FIG. 1, in the present embodiment, the bearing
以上説明したように、<1>本実施形態では、軸受部151は、ロータ23の周方向に転動しロータ23を回転可能に支持する複数の軸受転動体173、および、軸受転動体173の周囲を潤滑する潤滑剤174を有する。ここで、ロータ23を回転可能に支持する軸受部151は、1つのみ設けられている。減速機30は、ロータ23と一体に回転可能かつ同軸に設けられロータ23からのトルクが入力される「入力部」としてのサンギヤ歯部311を有する。
As described above, <1> in the present embodiment, the bearing
本実施形態では、モータ20からサンギヤ歯部311へトルクが入力されると、サンギヤ歯部311は、ロータ23と同軸に回転する。そのため、サンギヤ歯部311の径方向外側に設けられたギヤ等からサンギヤ歯部311に作用するラジアル荷重を小さくすることができる。したがって、ロータ23を回転可能に支持する軸受部151の数を1つにすることができる。
In this embodiment, when torque is input from the
また、サンギヤ歯部311に作用するラジアル荷重を小さくできるため、軸受部151の軸受転動体173の数を減らしても耐久性の低下を抑制することができる。そのため、軸受部151の起動トルクおよび回転トルクを低減できる。これにより、特に低温時の応答性が向上し、電源失陥時にクラッチ70への荷重を抜くために必要な最小セット荷重を小さくすることができる。
Moreover, since the radial load acting on the sun
また、軸受部151の軸受転動体173の数を低減することにより、ロータ23の慣性モーメントを低減でき、応答性をさらに向上できる。
Also, by reducing the number of
また、<2>本実施形態では、軸受転動体173の数は、軸受部151にかかる荷重に耐える範囲内で、かつ、軸受部151の組立条件を満足する範囲内で、極力少ない数に設定されている。
<2> In the present embodiment, the number of
そのため、軸受部151の耐久性の低下を抑制しつつ、軸受部151の起動トルクを低減できる。これにより、耐久性を確保しつつ、応答性をさらに向上することができる。
Therefore, the starting torque of the bearing
また、<3>本実施形態では、軸受部151は、軸受転動体173を保持可能な複数の保持穴部178が形成された保持器177を有する。軸受転動体173の数は、保持穴部178の数より少ない。
Moreover, <3> in the present embodiment, the bearing
このように、保持器177に形成された保持穴部178の数に対し、軸受転動体173の数を少なく設定することにより、軸受部151の起動トルクを容易に低減でき、応答性を向上できる。
Thus, by setting the number of
また、<4>本実施形態では、軸受部151は、玉軸受である。
Moreover, in <4> this embodiment, the bearing
そのため、軸受部151の耐久性および軸受け精度を向上できる。また、軸受部151は、単列玉軸受である。そのため、軸受部151の軸方向の大きさを小さくできる。
Therefore, the durability and bearing accuracy of the bearing
また、<5>本実施形態では、軸受部151の軸方向において、軸受部151は、「入力部」としてのサンギヤ歯部311から離間して設けられている。
Further, <5> in the present embodiment, the bearing
そのため、減速機30の一部とボールカム2の一部とを入れ子状に配置し大スペースを確保することが可能になる等、減速機30およびボールカム2の設計自由度を確保できる。
Therefore, a part of the
なお、偏心部をもたない非偏心式遊星減速機である減速機30では、トルク伝達部(サンギヤ歯部311とプラネタリギヤ歯部321との間)で発生する歯面荷重がラジアル方向においてゼロもしくは極めて小さい。そのため、軸受部151の軸方向において、軸受部151とサンギヤ歯部311とを離間して設けても曲げモーメントは発生せず、軸受部151への耐久性への影響は小さい。また、サンギヤ歯部311にラジアル方向の大きな荷重が作用することがなく、軸受部151によりロータ23を適切に回転可能に支持できる。
In the
また、<7>本実施形態では、モータ20は、ロータ23に設けられたマグネット230を有する。つまり、モータ20は、「永久磁石」としてのマグネット230を用いたブラシレス直流モータである。
<7> In this embodiment, the
なお、本実施形態では、内側シール部材401および外側シール部材402は、収容空間120とクラッチ空間620との間を液密に保持可能である。これにより、クラッチ70を冷却するためクラッチ70に供給されたオイル中に鉄粉等の磁性粒子が含まれていても、当該磁性粒子を含むオイルがクラッチ空間620から収容空間120へ流れ込むのを抑制できる。そのため、磁性粒子がモータ20のマグネット230に吸着されるのを抑制し、モータ20の回転性能の低下、および、作動不良を抑制できる。
In addition, in this embodiment, the
また、<8>本実施形態では、減速機30は、サンギヤ31、プラネタリギヤ32、キャリア33、第1リングギヤ34、第2リングギヤ35を有する。「入力部」としてのサンギヤ歯部311には、モータ20のトルクが入力される。プラネタリギヤ32は、サンギヤ歯部311(サンギヤ31)に噛み合いつつ自転しながらサンギヤ歯部311(サンギヤ31)の周方向に公転可能である。
<8> In this embodiment, the
キャリア33は、プラネタリギヤ32を回転可能に支持し、サンギヤ歯部311(サンギヤ31)に対し相対回転可能である。第1リングギヤ34は、プラネタリギヤ32に噛み合い可能である。第2リングギヤ35は、プラネタリギヤ32に噛み合い可能、かつ、第1リングギヤ34とは歯部の歯数が異なるよう形成され、ボールカム2の駆動カム40にトルクを出力する。
The
本実施形態では、減速機30は、数ある不思議遊星歯車減速機の構成および入出力パターンの中で最も高応答かつ高荷重の構成に対応している。そのため、減速機30の高応答と高荷重とを両立することができる。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、上述のように、内側シール部材401および外側シール部材402は、収容空間120とクラッチ空間620との間を液密に保持可能である。これにより、多数の噛み合い部を有する「不思議遊星歯車減速機」としての減速機30に対する、微細鉄粉を含んだオイルの影響、例えば損傷、摩耗、原則効率低下等を抑制できる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、<9>本実施形態では、第1リングギヤ34は、ハウジング12に固定されている。第2リングギヤ35は、駆動カム40と一体に回転可能に設けられている。
<9> In the present embodiment, the
本実施形態では、「不思議遊星歯車減速機」としての減速機30の高速回転部分の慣性モーメントが小さくなるよう、上記のように各部を連結することで、クラッチ装置1の応答性を向上できる。
In this embodiment, the responsiveness of the
また、<11>本実施形態では、「回転並進部」の「回転部」は、軸方向の一方の面に形成された複数の駆動カム溝400を有する駆動カム40である。「並進部」は、軸方向の一方の面に形成された複数の従動カム溝500を有する従動カム50である。「回転並進部」は、駆動カム40、従動カム50、および、駆動カム溝400と従動カム溝500との間で転動可能に設けられたボール3を有するボールカム2である。
<11> In the present embodiment, the “rotating portion” of the “rotational translation portion” is the
そのため、「回転並進部」が例えば「すべりねじ」により構成される場合と比べ、「回転並進部」の効率を向上できる。また、「回転並進部」が例えば「ボールねじ」により構成される場合と比べ、コストを低減できるとともに、「回転並進部」の軸方向の体格を小さくでき、クラッチ装置をより小型にできる。 Therefore, the efficiency of the "rotational translation section" can be improved as compared with the case where the "rotational translational section" is composed of, for example, a "slide screw". Moreover, compared with the case where the "rotational translation part" is composed of, for example, a "ball screw", the cost can be reduced, the size of the "rotational translation part" in the axial direction can be reduced, and the clutch device can be made smaller.
また、<12>本実施形態では、「回転部」としての駆動カム40は、内縁部である駆動カム本体41と外縁部である駆動カム外筒部44とが軸方向において異なる位置となるよう形成されている。
<12> In the present embodiment, the
そのため、駆動カム40と、「並進部」としての従動カム50および減速機30とを、軸方向において入れ子状に配置でき、クラッチ装置1の軸方向の体格を小さくできる。
Therefore, the
また、<13>本実施形態では、モータ20および減速機30は、駆動カム40に対しクラッチ70とは反対側においてハウジング12の内側に形成された収容空間120に設けられている。クラッチ70は、駆動カム40に対し収容空間120とは反対側の空間であるクラッチ空間620に設けられている。
<13> In the present embodiment, the
「シール部材」としての内側シール部材401、外側シール部材402は、環状に形成され、「回転部」としての駆動カム40、または、駆動カム40と一体に回転する第2リングギヤ35に接触するよう設けられ、収容空間120とクラッチ空間620との間を気密または液密に保持可能である。
An
これにより、例えばクラッチ70において摩耗粉等の異物が発生したとしても、当該異物がクラッチ空間620から収容空間120へ侵入するのを抑制できる。そのため、異物によるモータ20または減速機30の作動不良を抑制できる。したがって、異物によるクラッチ装置1の作動不良を抑制できる。
As a result, for example, even if foreign matter such as abrasion powder is generated in the clutch 70 , it is possible to prevent the foreign matter from entering the
本実施形態では、「シール部材」としての内側シール部材401、外側シール部材402を「回転部」としての駆動カム40、または、駆動カム40と一体に回転する第2リングギヤ35に接触するよう配置し、収容空間120とクラッチ空間620との間を気密または液密に保持している。そのため、モータ20および減速機30を収容する収容空間120に微細鉄粉等を含むオイル等が侵入するのを抑制でき、長期間にわたりクラッチ装置1の良好な性能を維持できる。
In this embodiment, an
また、本実施形態では、内側シール部材401および外側シール部材402は、減速機30で減速され大きな駆動トルクに増幅された後の部品である駆動カム40、または、駆動カム40と一体に回転する第2リングギヤ35に接触するよう設けられている。そのため、「シール部材」によるシールに伴う損失トルクの全体に占める割合が小さくなり、効率上、有利である。なお、「シール部材」を減速機30の入力側の部品であるロータ23等に接触するよう設けた場合、小さな駆動トルクに対して、「シール部材」による損失トルクが奪われるため、効率が大幅に低下するおそれがる。
Further, in this embodiment, the
また、本実施形態では、動力の流れ経路において、駆動カム40よりも上流側を収容空間120とし、内側シール部材401および外側シール部材402によりシールしている。また、内側シール部材401および外側シール部材402は、ハウジング12に対し軸方向には相対移動しない。そのため、駆動カム40が回転しても、収容空間120の容積が変化することはない。これにより、「並進部」としての従動カム50の並進運動による空間容積の変化の影響を受けず、例えば米国特許出願公開2015/0144453号明細書に記載された蛇腹状のシール部材等の特別な容積変化吸収手段は不要である。
In this embodiment, the
また、<14>本実施形態では、「シール部材」としての内側シール部材401および外側シール部材402は、オイルシールである。
<14> In the present embodiment, the
そのため、内側シール部材401および外側シール部材402と、駆動カム40または第2リングギヤ35との接触面積を小さくできる。これにより、駆動カム40の回転時、内側シール部材401および外側シール部材402に作用する摺動抵抗を小さくできる。したがって、クラッチ装置1の作動時の効率の低下を抑制できる。
Therefore, the contact area between the
また、<15>本実施形態では、状態変更部80は、「並進部」としての従動カム50の軸方向に弾性変形可能な「弾性変形部」としての皿ばね81を有している。
<15> In the present embodiment, the
モータ20の回転角度位置を制御することにより、皿ばね81の変位および荷重特性に基づいて、クラッチ70の推力制御を高精度に行うことができる。そのため、従動カム50のストロークのばらつきに対する、クラッチ70に作用する荷重のばらつきを低減することができる。これにより、高精度な荷重制御が可能となり、クラッチ装置1を高精度に制御することができる。
By controlling the rotational angular position of the
(第2実施形態)
第2実施形態によるクラッチ装置を図19に示す。第2実施形態は、クラッチおよび状態変更部の構成等が第1実施形態と異なる。
(Second embodiment)
A clutch device according to the second embodiment is shown in FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the clutch and the state changing unit, and the like.
本実施形態では、固定体11の内周壁と入力軸61の外周壁との間には、ボールベアリング141、143が設けられる。これにより、入力軸61は、ボールベアリング141、143を介して固定体11により軸受けされる。
In this embodiment,
ハウジング12は、外壁の一部が固定体11の壁面に当接するよう固定体11に固定される。例えば、ハウジング12は、ハウジング小板部124のボール3とは反対側の面、ハウジング内筒部121の内周壁およびハウジング小内筒部126の内周壁が固定体11の外壁に当接するよう固定体11に固定される。ハウジング12は、図示しないボルト等により固定体11に固定される。ここで、ハウジング12は、固定体11および入力軸61に対し同軸に設けられる。
The
ハウジング12に対するモータ20、減速機30、ボールカム2等の配置は、第1実施形態と同様である。
The arrangement of the
本実施形態では、出力軸62は、軸部621、板部622、筒部623、カバー625を有している。軸部621は、略円筒状に形成されている。板部622は、軸部621の一端から径方向外側へ環状の板状に延びるよう軸部621と一体に形成されている。筒部623は、板部622の外縁部から軸部621とは反対側へ略円筒状に延びるよう板部622と一体に形成されている。出力軸62は、ボールベアリング142を介して入力軸61により軸受けされる。筒部623の内側には、クラッチ空間620が形成されている。
In this embodiment, the
クラッチ70は、クラッチ空間620において入力軸61と出力軸62との間に設けられている。クラッチ70は、支持部73、摩擦板74、摩擦板75、プレッシャプレート76を有している。支持部73は、出力軸62の板部622に対し従動カム50側において、入力軸61の端部の外周壁から径方向外側へ延びるよう略円環の板状に形成されている。
摩擦板74は、略円環の板状に形成され、支持部73の外縁部において出力軸62の板部622側に設けられている。摩擦板74は、支持部73に固定されている。摩擦板74は、支持部73の外縁部が板部622側に変形することにより、板部622に接触可能である。
The
摩擦板75は、略円環の板状に形成され、支持部73の外縁部において出力軸62の板部622とは反対側に設けられている。摩擦板75は、支持部73に固定されている。
The
プレッシャプレート76は、略円環の板状に形成され、摩擦板75に対し従動カム50側に設けられている。
The
摩擦板74と板部622とが互いに接触、つまり係合した状態である係合状態では、摩擦板74と板部622との間に摩擦力が生じ、当該摩擦力の大きさに応じて摩擦板74と板部622との相対回転が規制される。一方、摩擦板74と板部622とが互いに離間、つまり係合していない状態である非係合状態では、摩擦板74と板部622との間に摩擦力は生じず、摩擦板74と板部622との相対回転は規制されない。
In the engaged state in which the
クラッチ70が係合状態のとき、入力軸61に入力されたトルクは、クラッチ70を経由して出力軸62に伝達される。一方、クラッチ70が非係合状態のとき、入力軸61に入力されたトルクは、出力軸62に伝達されない。
When the clutch 70 is engaged, torque input to the
カバー625は、略円環状に形成され、プレッシャプレート76の摩擦板75とは反対側を覆うよう出力軸62の筒部623に設けられている。
The
本実施形態では、クラッチ装置1は、第1実施形態で示した状態変更部80に代えて状態変更部90を備えている。状態変更部90は、「弾性変形部」としてのダイアフラムスプリング91、リターンスプリング92、レリーズベアリング93等を有している。
In this embodiment, the
ダイアフラムスプリング91は、略円環の皿ばね状に形成され、軸方向の一端すなわち外縁部がプレッシャプレート76に当接するようカバー625に設けられている。ここで、ダイアフラムスプリング91は、外縁部が内縁部に対しクラッチ70側に位置するよう形成され、内縁部と外縁部との間の部位がカバー625により支持されている。また、ダイアフラムスプリング91は、軸方向に弾性変形可能である。これにより、ダイアフラムスプリング91は、軸方向の一端すなわち外縁部によりプレッシャプレート76を摩擦板75側へ付勢している。これにより、プレッシャプレート76は、摩擦板75に押し付けられ、摩擦板74は、板部622に押し付けられている。すなわち、クラッチ70は、通常、係合状態となっている。
The
本実施形態では、クラッチ装置1は、通常、係合状態となる、所謂常閉式(ノーマリークローズタイプ)のクラッチ装置である。
In this embodiment, the
リターンスプリング92は、例えばコイルスプリングであり、一端が従動カム筒部52のクラッチ70側の端面に当接するよう設けられている。
The
レリーズベアリング93は、リターンスプリング92の他端とダイアフラムスプリング91の内縁部との間に設けられている。リターンスプリング92は、レリーズベアリング93をダイアフラムスプリング91側へ付勢している。レリーズベアリング93は、ダイアフラムスプリング91からスラスト方向の荷重を受けつつダイアフラムスプリング91を軸受けする。なお、リターンスプリング92の付勢力は、ダイアフラムスプリング91の付勢力より小さい。
A release bearing 93 is provided between the other end of the
図19に示すように、ボール3が駆動カム溝400および従動カム溝500の一端に位置するとき、駆動カム40と従動カム50との距離は、比較的小さく、レリーズベアリング93と従動カム50の従動カム筒部52の端面との間には、隙間Sp2が形成されている。そのため、ダイアフラムスプリング91の付勢力により摩擦板74が板部622に押し付けられ、クラッチ70は係合状態であり、入力軸61と出力軸62との間のトルクの伝達は許容されている。
As shown in FIG. 19, when the
ここで、ECU10の制御によりモータ20のコイル22に電力が供給されると、モータ20が回転し、減速機30からトルクが出力され、駆動カム40がハウジング12に対し相対回転する。これにより、ボール3が駆動カム溝400および従動カム溝500の一端から他端側へ転動する。そのため、従動カム50は、ハウジング12および駆動カム40に対し軸方向に相対移動、すなわち、クラッチ70側へ移動する。これにより、レリーズベアリング93と従動カム筒部52の端面との間の隙間Sp2が小さくなり、リターンスプリング92は、従動カム50とレリーズベアリング93との間で軸方向に圧縮される。
Here, when power is supplied to the
従動カム50がクラッチ70側にさらに移動すると、リターンスプリング92が最大限圧縮され、レリーズベアリング93が従動カム50によりクラッチ70側へ押圧される。これにより、レリーズベアリング93は、ダイアフラムスプリング91の内縁部を押圧しつつ、ダイアフラムスプリング91からの反力に抗してクラッチ70側へ移動する。
When the driven
レリーズベアリング93がダイアフラムスプリング91の内縁部を押圧しつつクラッチ70側へ移動すると、ダイアフラムスプリング91は、内縁部がクラッチ70側へ移動するとともに、外縁部がクラッチ70とは反対側へ移動する。これにより、摩擦板74が板部622から離間し、クラッチ70の状態が係合状態から非係合状態に変更される。その結果、入力軸61と出力軸62との間のトルクの伝達が遮断される。
When the release bearing 93 presses the inner edge of the
ECU10は、クラッチ伝達トルクが0になると、モータ20の回転を停止させる。これにより、クラッチ70の状態が非係合状態に維持される。このように、状態変更部90のダイアフラムスプリング91は、従動カム50から軸方向の力を受け、ハウジング12に対する従動カム50の軸方向の相対位置に応じてクラッチ70の状態を係合状態または非係合状態に変更可能である。
The
本実施形態においても、「シール部材」としての内側シール部材401、外側シール部材402は、収容空間120とクラッチ空間620との間を気密または液密に保持可能である。
Also in this embodiment, the
本実施形態では、クラッチ装置1は、第1実施形態で示したオイル供給部5を備えていない。すなわち、本実施形態では、クラッチ70は、乾式クラッチである。
In this embodiment, the
このように、本発明は、乾式クラッチを備えた常閉式のクラッチ装置にも適用可能である。 Thus, the present invention can also be applied to a normally closed clutch device having a dry clutch.
以上説明したように、<15>本実施形態では、状態変更部90は、「並進部」としての従動カム50の軸方向に弾性変形可能な「弾性変形部」としてのダイアフラムスプリング91を有している。
As described above, <15> in the present embodiment, the
モータ20の回転角度位置を制御することにより、ダイアフラムスプリング91の変位および荷重特性に基づいて、クラッチ70の推力制御を高精度に行うことができる。そのため、従動カム50のストロークのばらつきに対する、クラッチ70に作用する荷重のばらつきを低減することができる。これにより、第1実施形態と同様、高精度な荷重制御が可能となり、クラッチ装置1を高精度に制御することができる。
By controlling the rotational angular position of the
(第3実施形態)
第3実施形態によるクラッチ装置の一部を図20に示す。第3実施形態は、軸受部の構成等が第1実施形態と異なる。
(Third Embodiment)
A part of the clutch device according to the third embodiment is shown in FIG. The third embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the bearing portion and the like.
本実施形態は、第1実施形態で示した軸受部151に代えて、軸受部152を備えている。軸受部152は、ロータ23の周方向に転動しロータ23を回転可能に支持する複数の軸受転動体183、および、軸受転動体183の周囲を潤滑する潤滑剤184を有する。軸受部152は、サンギヤ31を介してロータ23を回転可能に支持している。ここで、ロータ23を回転可能に支持する軸受部152は、1つのみ設けられている。
This embodiment includes a bearing
より詳細には、軸受部152は、支持体181、支持凹部182、軸受転動体183、潤滑剤184を有している。
More specifically, the bearing
支持体181は、例えば金属により略円筒状に形成されている。支持凹部182は、支持体181の内周壁から径方向外側へ凹むよう形成されている。
The
軸受転動体183は、例えば金属により略円柱状に形成された「ころ」である。軸受転動体183は、軸が支持体181の軸に対し略平行となるよう、支持凹部182に設けられている。軸受転動体183は、支持凹部182内で軸周りに回転可能である。本実施形態では、軸受転動体183は、例えば支持体181の周方向に等間隔で計8個設けられている。
The
軸受部152は、支持体181の外周壁がサンギヤ本体310の一方の端部、すなわちサンギヤ歯部311とは反対側の端部の内周壁に嵌合し、軸受転動体183がハウジング内筒部121の外周壁に接触するよう設けられている。これにより、ロータ23は、サンギヤ31および軸受部152を介してハウジング内筒部121により回転可能に支持されている。つまり、軸受部152は、ロータ23を回転可能に支持している。
In the bearing
ここで、ハウジング内筒部121に対しロータ23が相対回転するとき、軸受転動体183は、支持凹部182内で回転する。
Here, when the
潤滑剤184は、例えばグリース等の流動体である。潤滑剤184は、軸受転動体183の周囲、支持体181の支持凹部182に設けられ、軸受転動体183の周囲を潤滑している。これにより、軸受転動体183は、支持凹部182において支持体181とハウジング12との間で円滑に転動可能である。
潤滑剤184は、環境温度により動粘度が変化する。潤滑剤184は、例えば環境温度が低くなるほど、動粘度が高くなる。
The dynamic viscosity of the
軸受部152は、外径すなわち支持体181の外径が、第1実施形態で示した軸受部151の外径すなわち外輪172の外径より小さい。
The outer diameter of the bearing
<4>軸受部152は、「ころ」としての軸受転動体183を有する「ころ軸受」である。より詳細には、軸受部152は、支持体181の軸方向において、軸受転動体183が1列配置された「単列ころ軸受」である(図20参照)。
<4> The bearing
そのため、第1実施形態で示した「玉軸受」としての軸受部151と比べ、軸受部152の体格およびコストを低減できる。
Therefore, the size and cost of the bearing
(第4実施形態)
第4実施形態によるクラッチ装置の一部を図21に示す。第4実施形態は、軸受部の構成等が第1実施形態と異なる。
(Fourth embodiment)
A part of the clutch device according to the fourth embodiment is shown in FIG. The fourth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the bearing portion and the like.
本実施形態は、第1実施形態で示した軸受部151に代えて、軸受部152を備えている。軸受部152の構成は、第3実施形態で示した軸受部152と同様の構成のため、説明を省略する。
This embodiment includes a bearing
軸受部152は、支持体181の外周壁がサンギヤ本体310の他方の端部、すなわちサンギヤ歯部311側の端部の内周壁に嵌合し、軸受転動体183が駆動カム本体41の外周壁に接触するよう設けられている。これにより、ロータ23は、サンギヤ31および軸受部152を介して駆動カム本体41により回転可能に支持されている。つまり、軸受部152は、ロータ23を回転可能に支持している。
The outer peripheral wall of the
このように、本実施形態では、ロータ23を回転可能に支持する軸受部152は、1つのみである。
Thus, in this embodiment, there is only one
軸受部152は、外径が、第1実施形態で示した軸受部151の外径すなわち外輪172の外径より小さい。
The outer diameter of the bearing
マグネット230は、ロータ23の外周壁ではなく、ロータ23の外周壁の内側に設けられている。つまり、モータ20は、埋込磁石型(IPM)モータである。
The
ステータコア211の外径は、第1実施形態のステータコア211の外径と同じである。また、ステータコア211の径方向の長さは、第1実施形態のステータコア211の径方向の長さより大きい。そのため、第1実施形態と比べ、コイル22の巻線の巻き数を多くすることができる。
The outer diameter of
本実施形態では、径方向の体格の小さい軸受部152を、「入力部」としてのサンギヤ歯部311の径方向内側に設けることにより、モータ20の径方向のスペースを確保し、第1実施形態と比べ、ロータ23の外径を小さくするとともにステータコア211の径方向の長さを大きくし、コイル22の巻線の巻き数を多くしている。これにより、トルク定数を増大させ、高出力、高トルクなモータを実現できる。
In this embodiment, the bearing
また、モータ20を埋込磁石型(IPM)のモータとすることで、マグネット(永久磁石)の加工費を低減し、クラッチ装置1全体の低コスト化を図ることができる。
Further, by using the
<6>上述のように、軸受部152は、「入力部」としてのサンギヤ歯部311の径方向内側に設けられ、ロータ23を回転可能に支持する。より詳細には、軸受部152は、ロータ23と一体に設けられたサンギヤ31を経由して、ロータ23を回転可能に支持する。
<6> As described above, the bearing
本実施形態では、径方向の体格の小さい軸受部152をサンギヤ歯部311の径方向内側に設けることにより、ロータ23の径方向内側に軸受部151を設けた第1実施形態と比べ、モータ20の径方向のスペースを確保できる。これにより、モータ20の設計自由度を向上させることができる。
In the present embodiment, by providing the bearing
(第5実施形態)
第5実施形態によるクラッチ装置の一部を図22に示す。第5実施形態は、シール部材の構成等が第1実施形態と異なる。
(Fifth embodiment)
A portion of the clutch device according to the fifth embodiment is shown in FIG. The fifth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the sealing member and the like.
<14>本実施形態では、第1実施形態で示した外側シール部材402に代えて、外側シール部材403を備えている。外側シール部材403は、例えばゴム等の弾性材料により環状に形成されている。外側シール部材403は、所謂Oリングである。
<14> In the present embodiment, an
外側シール部材403は、ギヤ外筒部357の外周壁に形成された環状のシール溝部358に設けられている。すなわち、外側シール部材403は、「回転部」としての駆動カム40の径方向外側において、駆動カム40と一体に回転する第2リングギヤ35に接触するよう設けられている。
The
ハウジング外筒部123の内周壁は、外側シール部材403の外縁部と摺動可能である。すなわち、外側シール部材403は、ハウジング12のハウジング外筒部123に接触するよう設けられている。外側シール部材403は、径方向に弾性変形しつつ、ギヤ外筒部357とハウジング外筒部123の内周壁との間を気密または液密にシールしている。
The inner peripheral wall of housing outer
以上説明したように、<14>本実施形態では、「シール部材」としての外側シール部材403は、Oリングである。
As described above, <14> in the present embodiment, the
そのため、クラッチ装置1の構成を簡単かつ低コストにできる。
Therefore, the configuration of the
(第6実施形態)
第6実施形態によるクラッチ装置の一部を図23に示す。第6実施形態は、シール部材の構成等が第5実施形態と異なる。
(Sixth embodiment)
A part of the clutch device according to the sixth embodiment is shown in FIG. The sixth embodiment differs from the fifth embodiment in the configuration of the sealing member and the like.
本実施形態では、第5実施形態で示した外側シール部材403に代えて、外側シール部材404を備えている。外側シール部材404は、例えばゴム等の弾性材料により環状に形成されている。
In this embodiment, an
より詳細には、外側シール部材404は、シール環状部940、第1外リップ部941、第2外リップ部942、第1内リップ部943、第2内リップ部944を有している。シール環状部940、第1外リップ部941、第2外リップ部942、第1内リップ部943、第2内リップ部944は、一体に形成されている。
More specifically, the
シール環状部940は、略円環状に形成されている。第1外リップ部941は、シール環状部940から径方向外側かつ軸方向の一方側へ傾斜して延びるようシール環状部940の周方向の全範囲において環状に形成されている。第2外リップ部942は、シール環状部940から径方向外側かつ軸方向の他方側へ傾斜して延びるようシール環状部940の周方向の全範囲において環状に形成されている。第1内リップ部943は、シール環状部940から径方向内側かつ軸方向の一方側へ傾斜して延びるようシール環状部940の周方向の全範囲において環状に形成されている。第2内リップ部944は、シール環状部940から径方向内側かつ軸方向の他方側へ傾斜して延びるようシール環状部940の周方向の全範囲において環状に形成されている。これにより、外側シール部材404は、軸を全て含む仮想平面による断面において、X字状となるよう形成されている(図23参照)。
The seal
図23に示すように、外側シール部材404は、ギヤ外筒部357の外周壁に形成された環状のシール溝部358に設けられている。ここで、第1内リップ部943、第2内リップ部944は、先端部がシール溝部358に接触している。すなわち、外側シール部材404は、「回転部」としての駆動カム40の径方向外側において、駆動カム40と一体に回転する第2リングギヤ35に接触するよう設けられている。
As shown in FIG. 23 , the
第1外リップ部941、第2外リップ部942は、先端部がハウジング外筒部123の内周壁に接触している。そのため、外側シール部材404とハウジング外筒部123との接触面積は、第5実施形態における外側シール部材403とハウジング外筒部123との接触面積と比べ、小さい。これにより、駆動カム40の回転時の外側シール部材404に作用する摺動抵抗を小さくできる。
The tip portions of the first
外側シール部材404の第1外リップ部941および第2外リップ部942は、径方向に弾性変形しつつ、ギヤ外筒部357とハウジング外筒部123の内周壁との間を気密または液密にシールしている。外側シール部材404は、所謂リップシールである。
The first
以上説明したように、<14>本実施形態では、「シール部材」としての外側シール部材404は、リップシールである。
As described above, <14> in the present embodiment, the
そのため、外側シール部材404とハウジング外筒部123との接触面積を小さくできる。これにより、駆動カム40の回転時、外側シール部材404に作用する摺動抵抗を小さくできる。したがって、クラッチ装置1の作動時の効率の低下を抑制できる。
Therefore, the contact area between the
(他の実施形態)
上述の実施形態では、軸受部の軸受転動体の数が、軸受部にかかる荷重に耐える範囲内で、かつ、軸受部の組立条件を満足する範囲内で、極力少ない数に設定される例を示した。これに対し、他の実施形態では、軸受転動体の数は、軸受部にかかる荷重に耐える範囲内で、かつ、軸受部の組立条件を満足する範囲内であれば、いくつであってもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the number of bearing rolling elements in the bearing is set to be as small as possible within a range that can withstand the load applied to the bearing and within a range that satisfies the assembly conditions of the bearing. Indicated. On the other hand, in other embodiments, the number of bearing rolling elements may be any number within a range that can withstand the load applied to the bearing portion and within a range that satisfies the assembly conditions of the bearing portion. .
また、上述の第1実施形態では、軸受転動体の数が、保持穴部の数より少ない例を示した。これに対し、他の実施形態では、軸受転動体の数は、保持穴部の数と同じであってもよい。 Further, in the first embodiment described above, the number of bearing rolling elements is smaller than the number of holding holes. In contrast, in other embodiments, the number of bearing rolling elements may be the same as the number of retaining holes.
また、上述の第1実施形態では、軸受部が「単列玉軸受」である例を示した。これに対し、他の実施形態では、軸受部は、内輪および外輪の軸方向において「ボール」としての軸受転動体が複数列配置された「複数列玉軸受」であってもよい。 Moreover, in the above-mentioned 1st Embodiment, the bearing part showed the example which is a "single-row ball bearing." In contrast, in another embodiment, the bearing portion may be a "multi-row ball bearing" in which a plurality of rows of bearing rolling elements as "balls" are arranged in the axial direction of the inner ring and the outer ring.
また、上述の第3実施形態では、軸受部が「単列ころ軸受」である例を示した。これに対し、他の実施形態では、軸受部は、支持体の軸方向において、「ころ」としての軸受転動体が複数列配置された「複数列ころ軸受」であってもよい。 Further, in the above-described third embodiment, an example in which the bearing portion is a "single-row roller bearing" is shown. On the other hand, in another embodiment, the bearing portion may be a "multi-row roller bearing" in which a plurality of rows of bearing rolling elements as "rollers" are arranged in the axial direction of the support.
また、上述の第4実施形態では、軸受部が、減速機の入力部の径方向内側に設けられる例を示した。これに対し、<6>他の実施形態では、軸受部は、入力部の径方向外側に設けられ、ロータを回転可能に支持してもよい。 Moreover, in the above-described fourth embodiment, the example in which the bearing portion is provided radially inward of the input portion of the speed reducer has been described. On the other hand, in <6> another embodiment, the bearing portion may be provided radially outside the input portion and rotatably support the rotor.
また、他の実施形態では、モータ20は、「永久磁石」としてのマグネット230を有していなくてもよい。
Also, in other embodiments, the
また、上述の実施形態では、「回転部」としての駆動カム40が、減速機30の第2リングギヤ35と別体に形成される例を示した。これに対し、<10>他の実施形態では、「回転部」としての駆動カム40は、減速機30の第2リングギヤ35と一体に形成されていてもよい。この場合、部材点数および組付け工数を低減でき、低コスト化を図ることができる。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the
また、他の実施形態では、「回転部」としての駆動カム40は、内縁部と外縁部とが軸方向において同じ位置となるよう形成されていてもよい。
In another embodiment, the
また、他の実施形態では、「シール部材」としての内側シール部材401は、オイルシールに限らず、Oリングまたはリップシールであってもよい。
Moreover, in other embodiments, the
また、他の実施形態では、収容空間とクラッチ空間との間を気密または液密に保持する「シール部材」を備えていなくてもよい。 Further, in other embodiments, the "sealing member" that maintains airtightness or liquidtightness between the housing space and the clutch space may not be provided.
また、上述の実施形態では、ステータ21の径方向内側にロータ23を設けるインナロータタイプのモータ20を示した。これに対し、他の実施形態では、モータ20は、ステータ21の径方向外側にロータ23を設けるアウタロータタイプのモータであってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the inner
また、上述の実施形態では、回転並進部が、駆動カム、従動カムおよび転動体を有する転動体カムである例を示した。これに対し、他の実施形態では、回転並進部は、ハウジングに対し相対回転する回転部、および、回転部がハウジングに対し相対回転するとハウジングに対し軸方向に相対移動する並進部を有するのであれば、例えば、「すべりねじ」または「ボールねじ」等により構成されていてもよい。 Further, in the above-described embodiments, examples were shown in which the rotation translation unit is a rolling-element cam having a driving cam, a driven cam, and rolling elements. Conversely, in other embodiments, the rotary translational portion may have a rotary portion that rotates relative to the housing and a translational portion that moves axially relative to the housing as the rotary portion rotates relative to the housing. For example, it may be composed of a "slide screw" or a "ball screw".
また、他の実施形態では、状態変更部の弾性変形部は、軸方向に弾性変形可能であれば、例えばコイルスプリングまたはゴム等であってもよい。また、他の実施形態では、状態変更部は、弾性変形部を有することなく、剛体のみで構成されていてもよい。 In another embodiment, the elastically deformable portion of the state changing portion may be, for example, a coil spring or rubber as long as it can be elastically deformed in the axial direction. Also, in another embodiment, the state changing section may be composed only of a rigid body without having an elastic deformation section.
また、他の実施形態では、駆動カム溝400および従動カム溝500は、それぞれ、3つ以上であれば、5つに限らず、いくつ形成されていてもよい。また、ボール3も、駆動カム溝400および従動カム溝500の数に合わせ、いくつ設けられていてもよい。
In other embodiments, the number of driving
また、本発明は、内燃機関からの駆動トルクによって走行する車両に限らず、モータからの駆動トルクによって走行可能な電気自動車やハイブリッド車等に適用することもできる。 In addition, the present invention is not limited to vehicles that run on drive torque from an internal combustion engine, but can also be applied to electric vehicles, hybrid vehicles, and the like that run on drive torque from a motor.
また、他の実施形態では、第2伝達部からトルクを入力し、クラッチを経由して第1伝達部からトルクを出力することとしてもよい。また、例えば、第1伝達部または第2伝達部の一方を回転不能に固定した場合、クラッチを係合状態にすることにより、第1伝達部または第2伝達部の他方の回転を止めることができる。この場合、クラッチ装置をブレーキ装置として用いることができる。 Further, in another embodiment, torque may be input from the second transmission section and torque may be output from the first transmission section via the clutch. Further, for example, when one of the first transmission section and the second transmission section is fixed so as not to rotate, the rotation of the other of the first transmission section and the second transmission section can be stopped by engaging the clutch. can. In this case, the clutch device can be used as a braking device.
このように、本開示は、上記実施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形態で実施可能である。 Thus, the present disclosure is not limited to the above embodiments, and can be embodied in various forms without departing from the scope of the present disclosure.
本開示に記載のクラッチ装置の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載のクラッチ装置の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載のクラッチ装置の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The clutch system control and techniques described in the present disclosure may be provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized by Alternatively, the clutch system controls and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the clutch device controller and techniques described in this disclosure may be a processor configured with one or more hardware logic circuits and a processor and memory programmed to perform one or more functions. may be implemented by one or more dedicated computers configured by a combination of The computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible recording medium.
1 クラッチ装置、2 ボールカム(回転並進部)、12 ハウジング、20 モータ(原動機)、21 ステータ、23 ロータ、30 減速機、40 駆動カム(回転部)、50 従動カム(並進部)、61 入力軸(第1伝達部)、62 出力軸(第2伝達部)、70 クラッチ、80、90 状態変更部、151、152 軸受部、173、183 軸受転動体、174、184 潤滑剤、311 サンギヤ歯部(入力部)
Claims (15)
前記ハウジングに設けられたステータ(21)、および、前記ステータに対し相対回転可能に設けられたロータ(23)を有し、通電により作動し前記ロータからトルクを出力可能な原動機(20)と、
前記原動機のトルクを減速して出力可能な減速機(30)と、
前記減速機から出力されたトルクが入力されると前記ハウジングに対し相対回転する回転部(40)、および、前記回転部が前記ハウジングに対し相対回転すると前記ハウジングに対し軸方向に相対移動する並進部(50)を有する回転並進部(2)と、
前記ハウジングに対し相対回転可能に設けられた第1伝達部(61)と第2伝達部(62)との間に設けられ、係合状態のとき、前記第1伝達部と前記第2伝達部との間のトルクの伝達を許容し、非係合状態のとき、前記第1伝達部と前記第2伝達部との間のトルクの伝達を遮断するクラッチ(70)と、
前記並進部から軸方向の力を受け、前記ハウジングに対する前記並進部の軸方向の相対位置に応じて前記クラッチの状態を係合状態または非係合状態に変更可能な状態変更部(80、90)と、
前記ロータの周方向に転動し前記ロータを回転可能に支持する複数の軸受転動体(173、183)、および、前記軸受転動体の周囲を潤滑する潤滑剤(174、184)を有する1つの軸受部(151、152)と、を備え、
前記減速機は、前記ロータと一体に回転可能かつ同軸に設けられ前記ロータからのトルクが入力される入力部(311)を有するクラッチ装置。 a housing (12);
a prime mover (20) having a stator (21) provided in the housing and a rotor (23) provided rotatably relative to the stator, and capable of being operated by energization and outputting torque from the rotor;
a reducer (30) capable of reducing and outputting the torque of the prime mover;
A rotating part (40) that rotates relative to the housing when the torque output from the speed reducer is input, and translation that moves relative to the housing in an axial direction when the rotating part rotates relative to the housing. a rotary translator (2) having a portion (50);
provided between a first transmission portion (61) and a second transmission portion (62) which are rotatable relative to the housing, and when engaged, the first transmission portion and the second transmission portion; a clutch (70) that allows torque transmission between the
A state changer (80, 90) that receives an axial force from the translating portion and can change the state of the clutch to an engaged state or a disengaged state according to the axial relative position of the translating portion with respect to the housing. )When,
A plurality of bearing rolling elements (173, 183) that roll in the circumferential direction of the rotor and rotatably support the rotor, and a lubricant (174, 184) that lubricates the surroundings of the bearing rolling elements. bearing portions (151, 152),
A clutch device in which the speed reducer has an input portion (311) provided coaxially and rotatably integrally with the rotor and receiving torque from the rotor.
前記軸受転動体の数は、前記保持穴部の数より少ない請求項1または2に記載のクラッチ装置。 The bearing portion has a cage (177) formed with a plurality of holding holes (178) capable of holding the bearing rolling elements,
3. A clutch device according to claim 1, wherein the number of said bearing rolling elements is less than the number of said holding holes.
前記入力部に噛み合いつつ自転しながら前記入力部の周方向に公転可能なプラネタリギヤ(32)、
前記プラネタリギヤを回転可能に支持し、前記入力部に対し相対回転可能なキャリア(33)、
前記プラネタリギヤに噛み合い可能な第1リングギヤ(34)、および、
前記プラネタリギヤに噛み合い可能、かつ、前記第1リングギヤとは歯部の歯数が異なるよう形成され、前記回転部にトルクを出力する第2リングギヤ(35)を有する請求項1~7のいずれか一項に記載のクラッチ装置。 The speed reducer is
a planetary gear (32) capable of revolving in the circumferential direction of the input portion while rotating while meshing with the input portion;
a carrier (33) that rotatably supports the planetary gear and is rotatable relative to the input section;
a first ring gear (34) meshable with the planetary gear; and
8. A second ring gear (35) capable of meshing with said planetary gear, having a number of teeth different from that of said first ring gear, and outputting torque to said rotating part. Clutch device according to the paragraph.
前記第2リングギヤは、前記回転部と一体に回転可能に設けられている請求項8に記載のクラッチ装置。 The first ring gear is fixed to the housing,
The clutch device according to claim 8, wherein the second ring gear is rotatably provided integrally with the rotating portion.
前記並進部は、一方の面に形成された複数の従動カム溝(500)を有する従動カム(50)であり、
前記回転並進部は、前記駆動カム、前記従動カム、および、前記駆動カム溝と前記従動カム溝との間で転動可能に設けられた転動体(3)を有する転動体カム(2)である請求項1~10のいずれか一項に記載のクラッチ装置。 The rotating part is a driving cam (40) having a plurality of driving cam grooves (400) formed on one surface,
The translation part is a driven cam (50) having a plurality of driven cam grooves (500) formed on one surface,
The rotation translation part is a rolling body cam (2) having a rolling body (3) provided to roll between the drive cam, the driven cam, and the drive cam groove and the driven cam groove. A clutch device according to any one of claims 1 to 10.
前記クラッチは、前記回転部に対し前記収容空間とは反対側の空間であるクラッチ空間(620)に設けられ、
前記回転部、または、前記回転部と一体に回転する部材に接触するよう設けられ、前記収容空間と前記クラッチ空間との間を気密または液密に保持可能な環状のシール部材(401、402、403、404)をさらに備える請求項1~10のいずれか一項に記載のクラッチ装置。 The prime mover and the speed reducer are provided in a housing space (120) formed inside the housing on the opposite side of the rotating part from the clutch,
The clutch is provided in a clutch space (620), which is a space on the opposite side of the rotating part from the accommodation space,
An annular seal member (401, 402, 403, 404).
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