JP2022165459A - クラッチアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】減速機のバリエーションの設定および製造が容易なクラッチアクチュエータを提供する。【解決手段】モータ20は、ハウジング12に設けられ、通電により作動しトルクを出力可能である。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。ボールカム2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駆動カム40、および、駆動カム40がハウジング12に対し相対回転するとハウジング12に対し軸方向に相対移動しクラッチ70の状態を係合状態または非係合状態に変更可能な従動カム50を有する。減速機30は、減速したモータ20のトルクを駆動カム40に出力する第2リングギヤ35を有する。駆動カム40は、第2リングギヤ35とは異なる材料により別体に形成され、第2リングギヤ35と一体に回転可能に設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、クラッチアクチュエータに関する。
従来、相対回転可能な第1伝達部と第2伝達部との間に設けられ、第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達を許容する係合状態と、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非係合状態とに状態が変化するクラッチの状態を変更可能なクラッチアクチュエータが知られている。
例えば、特許文献1のクラッチアクチュエータでは、ボールカムは、カム溝が形成されたカム部、カム溝を転動するボール、および、カム溝とカム部のカム溝との間にボールを挟みボールの転動により軸方向に移動可能な従動カム部を有している。従動カム部が軸方向に移動することで、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。
特許文献1のクラッチアクチュエータでは、カム部は、ハウジングに対し相対回転不能に固定されている。従動カム部は、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し、ボールが転動することで、ハウジングに対し軸方向に相対移動する。
特許文献1のクラッチアクチュエータでは、カム部が複雑な形状に形成されている。そのため、成形性が低い。また、特許文献1のクラッチアクチュエータでは、カム溝が形成された従動カム部と、トルクが出力される減速機の出力部としてのギヤ部とが一体に形成されている。そのため、当該減速機の出力部に形状等のバリエーションを設定する場合、部品全体を作り直す必要がある。
本発明の目的は、減速機のバリエーションの設定および製造が容易なクラッチアクチュエータを提供することにある。
本発明は、相対回転可能な第1伝達部(61)と第2伝達部(62)との間において、第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達を許容する係合状態と、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非係合状態とに状態が変化するクラッチ(70)を備えるクラッチ装置(1)に用いられるクラッチアクチュエータであって、ハウジング(12)と原動機(20)と減速機(30)と回転並進部(2)とを備える。
原動機は、ハウジングに設けられ、通電により作動しトルクを出力可能である。減速機は、原動機のトルクを減速して出力可能である。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し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並進部(50)を有する。
減速機は、減速した原動機のトルクを回転部に出力する出力部(35)を有する。回転部は、出力部とは異なる材料により別体に形成され、出力部と一体に回転可能に設けられている。そのため、比較的製造難易度の高い回転部を共通とした減速機のバリエーションの設定を容易にできる。また、出力部と回転部とを別体に形成することにより成形性が向上し、出力部および回転部の最適材料および最適加工法の採用による製造容易化および低コスト化を図ることができる。
以下、複数の実施形態によるクラッチアクチュエータ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。
(第1実施形態)
第1実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図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。
第1実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図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。
クラッチ装置1は、クラッチアクチュエータ10、クラッチ70、「制御部」としての電子制御ユニット(以下、「ECU」という)100、「第1伝達部」としての入力軸61、「第2伝達部」としての出力軸62等を備えている。
クラッチアクチュエータ10は、ハウジング12、「原動機」としてのモータ20、減速機30、「回転並進部」または「転動体カム」としてのボールカム2、状態変更部80等を備えている。
ECU100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。ECU100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、ECU100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。
ECU100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、ECU100は、後述するモータ20の作動を制御可能である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ハウジング12は、「空間」としての収容空間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。
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。
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。
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。
クラッチアクチュエータ10は、ベアリング151を備えている。ベアリング151は、ハウジング小内筒部126の外周壁に設けられている。ベアリング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。ベアリング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。
ECU100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。
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。
本実施形態では、クラッチアクチュエータ10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。
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ECU100に出力する。これにより、ECU100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、ECU100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。
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。
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。
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、ギヤ側スプライン溝部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。ギヤ側スプライン溝部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。ギヤ側スプライン溝部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、一方の端部側がベアリング151によって軸受けされている。
ロータ23の内周壁には、ギヤ側スプライン溝部315に対応するスプライン溝部が形成されている。ロータ23は、サンギヤ31の径方向外側に位置し、スプライン溝部がギヤ側スプライン溝部315とスプライン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、かつ、軸方向に相対移動可能である。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
駆動カム溝400は、駆動カム本体41の駆動カム内筒部42側の面である一方の端面から他方の端面側へ凹むよう形成されている。駆動カム溝400は、駆動カム本体41の周方向において一方の端面からの深さが変化す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3つ形成されている。
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。
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。
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。
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。
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。
従動カム溝500は、従動カム本体51の駆動カム本体41側の面である一方の端面から他方の端面側へ凹むよう形成されている。従動カム溝500は、従動カム本体51の周方向において一方の端面からの深さが変化す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3つ形成されている。
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。
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、3つの駆動カム溝400と3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3つ設けられている。
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。
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。
上述のように、駆動カム溝400および従動カム溝500は、駆動カム40または従動カム50の周方向において深さが変化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。
このように、従動カム50は、駆動カム溝400との間にボール3を挟むようにして一方の端面に形成された複数の従動カム溝500を有し、駆動カム40およびボール3とともにボールカム2を構成している。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。
本実施形態では、クラッチアクチュエータ10は、「付勢部材」としての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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図1、2に示すように、ボール3が、駆動カム溝400の一方の端面から駆動カム本体41の軸方向すなわち深さ方向に最も離れた部位である最深部に対応する位置(原点)、および、従動カム溝500の一方の端面から従動カム本体51の軸方向すなわち深さ方向に最も離れた部位である最深部に対応する位置(原点)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。
ここで、クラッチ70の状態を変更する通常作動時、ECU100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が最深部に対応する位置から駆動カム溝400および従動カム溝500の周方向の一方側へ転動する。これにより、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。
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。
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。
ECU100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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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のクラッチアクチュエータ10において高応答と高荷重を両立させることができる。
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)。
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)。
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のクラッチアクチュエータ10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。
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。
ECU100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。
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。
本実施形態では、クラッチアクチュエータ10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。
本実施形態では、クラッチアクチュエータ10は、「シール部材」としての内側シール部材191、外側シール部材192を備えている。内側シール部材191、外側シール部材192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。
内側シール部材191の内径および外径は、外側シール部材192の内径および外径より小さい。
内側シール部材191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191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。
外側シール部材192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192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。
ここで、外側シール部材192は、内側シール部材191の軸方向から見たとき、内側シール部材191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)。
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191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191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191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。
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192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192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192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。
上述のように設けられた内側シール部材191、および、外側シール部材192により、モータ20および減速機30を収容する収容空間120を気密または液密に保持可能であり、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。
本実施形態では、内側シール部材191、外側シール部材192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。
本実施形態では、ハウジング12は、外側シール部材192の径方向外側に対応する部位から内側シール部材191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)。
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。
また、駆動カム40の内縁部に接触する内側シール部材191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192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。
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。
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。
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。
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。
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。
<1>「回転部」としての駆動カム40は、「出力部」としての第2リングギヤ35とは異なる材料により別体に形成され、第2リングギヤ35と一体に回転可能に設けられている。
<2>「出力部」としての第2リングギヤ35と「回転部」としての駆動カム40とは、必要強度に応じて、強度の異なる材料により形成されている。ここで、「強度」とは、例えば、硬度、降伏強さ、引張強さ、延性、破壊エネルギー(靭性)、曲げ強度(抗折力)を意味する。本実施形態では、第2リングギヤ35を形成する材料と駆動カム40を形成する材料とは、強度を表す指標のうち特に硬度が異なる。
より詳細には、駆動カム40は、ボール3が転動する駆動カム溝400を有し、比較的大きな荷重が作用するため、必要表面硬度が比較的高く、例えばSCr材、S45C材等の高強度材により形成されている。
一方、硬度の高さがそれほど必要ない第2リングギヤ35は、例えばSPCC、SPHC等の中強度材により形成されている。
駆動カム40および第2リングギヤ35は、それぞれ、例えば鍛造、プレス、焼結等により成形される。
<3>「回転部」としての駆動カム40は、熱処理されている。これにより、駆動カム40の強度をより高めることができる。このように、本実施形態のクラッチアクチュエータ10の製造方法は、駆動カム40を熱処理する熱処理工程を含む。
以上説明したように、<1>本実施形態では、減速機30は、減速したモータ20のトルクを「回転部」としての駆動カム40に出力する「出力部」としての第2リングギヤ35を有する。駆動カム40は、第2リングギヤ35とは異なる材料により別体に形成され、第2リングギヤ35と一体に回転可能に設けられている。そのため、比較的製造難易度の高い駆動カム40を共通とした減速機30のバリエーションの設定を容易にできる。また、第2リングギヤ35と駆動カム40とを別体に形成することにより成形性が向上し、第2リングギヤ35および駆動カム40の最適材料および最適加工法の採用による製造容易化および低コスト化を図ることができる。
また、<2>本実施形態では、「出力部」としての第2リングギヤ35と「回転部」としての駆動カム40とは、必要強度に応じて、強度の異なる材料により形成されている。そのため、各部材の必要強度を確保しつつ、加工性の向上および低コスト化を図ることができる。
なお、本実施形態では、「回転部」としての駆動カム40は、「出力部」としての第2リングギヤ35よりも強度の高い材料により形成されている。これにより、駆動カム40の強度を十分に確保しつつ、加工性の向上および低コスト化を図ることができる。
また、<3>本実施形態では、「回転部」としての駆動カム40は、熱処理されている。そのため、駆動カム40の強度をより高めることができる。
なお、本実施形態では、駆動カム40と第2リングギヤ35とが異なる材料により別体で形成されているため、第2リングギヤ35を熱処理することなく、駆動カム40のみ熱処理することができる。そのため、駆動カム40と第2リングギヤ35とが同一の材料により一体に形成されている場合に、駆動カム40および第2リングギヤ35を熱処理することにより生じる第2リングギヤ35の歪みを回避できる。
また、<6>本実施形態では、減速機30は、不思議遊星歯車減速機である。これにより、クラッチアクチュエータ10を扁平にすることができ、搭載性を向上させることができる。
なお、減速機30として不思議遊星歯車減速機を採用した場合、「出力部」としての第2リングギヤ35の内歯の形成方向と、「回転部」としての駆動カム40の駆動カム溝400の形成方向とが逆になる。本実施形態では、第2リングギヤ35と駆動カム40とが異なる材料により別体で形成されているため、第2リングギヤ35の内歯および駆動カム溝400をそれぞれ容易に形成できる。そのため、第2リングギヤ35と駆動カム40とが同一の材料により一体に形成されている場合と比べ、製造が容易である。
また、<7>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、および、第2リングギヤ35を有している。サンギヤは、モータ20からのトルクが入力される。プラネタリギヤ32は、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。
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。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、「回転部」としての駆動カム40にトルクを出力する。「出力部」は、第2リングギヤ35に対応する。
本実施形態は、減速機30として不思議遊星歯車減速機を採用した場合の具体例を示すものである。
(第2実施形態)
第2実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図5に示す。第2実施形態は、クラッチや状態変更部の構成等が第1実施形態と異なる。
第2実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図5に示す。第2実施形態は、クラッチや状態変更部の構成等が第1実施形態と異なる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本実施形態では、クラッチ装置1のクラッチアクチュエータ10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。
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。
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。
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。
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。
図5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の最深部に対応する位置(原点)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の従動カム段差面53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。
ここで、ECU100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が最深部に対応する位置から駆動カム溝400および従動カム溝500の周方向の一方側へ転動する。これにより、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。
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。
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。
ECU100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、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。
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。
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。
(第3実施形態)
第3実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図6に示す。第3実施形態は、第2リングギヤ35の構成等が第1実施形態と異なる。
第3実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図6に示す。第3実施形態は、第2リングギヤ35の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、「出力部」としての第2リングギヤ35は、第1実施形態で示したギヤ内筒部355を有していない。
外側シール部材192は、駆動カム40の駆動カム外筒部44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192は、ハウジング外筒部123に固定され、駆動カム40および第2リングギヤ35に対し相対回転可能である。
駆動カム40の駆動カム外筒部44の外周壁は、外側シール部材192の内縁部であるシールリップ部と摺動可能である。「回転部」としての駆動カム40と「出力部」としての第2リングギヤ35との接合部350、すなわち、駆動カム40の駆動カム板部43の外周壁と第2リングギヤ35のギヤ板部356の内周壁との界面は、外側シール部材192のシールリップ部に対しクラッチ70とは反対側に位置している。
外側シール部材192は、ハウジング12および駆動カム40との間に「空間」としての収容空間120を形成し、収容空間120を気密または液密に保持可能である。「回転部」としての駆動カム40と「出力部」としての第2リングギヤ35との接合部350は、収容空間120内に位置している。
以上説明したように、<4>本実施形態は、「シール部材」としての外側シール部材192をさらに備えている。外側シール部材192は、ハウジング12および「回転部」としての駆動カム40との間に形成された「空間」としての収容空間120を気密または液密に保持可能である。モータ20は、収容空間120に設けられている。「回転部」としての駆動カム40と「出力部」としての第2リングギヤ35との接合部350は、収容空間120内に位置している。
本実施形態では、クラッチ空間620内にオイルが供給されるため、クラッチアクチュエータ10は、オイル中またはオイルミスト環境下に置かれている。本実施形態では、「回転部」としての駆動カム40と「出力部」としての第2リングギヤ35とを異なる材料により別体に形成するため、駆動カム40と第2リングギヤ35との接合部350に隙間が形成され得る。本実施形態では、当該接合部350に対しクラッチ70側に外側シール部材192を設け、気密または液密に保持された収容空間120内に当該接合部350を配置している。これにより、当該接合部350にシール部材を設けなくても、外側シール部材192によって、クラッチ空間620側のオイルが当該接合部350を経由して収容空間120に侵入するのを抑制できる。そのため、収容空間120に設けられたモータ20をオイルから保護できる。
(第4実施形態)
第4実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図7に示す。第4実施形態は、駆動カム40の構成等が第1実施形態と異なる。
第4実施形態によるクラッチアクチュエータを適用したクラッチ装置を図7に示す。第4実施形態は、駆動カム40の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、駆動カム40の駆動カム本体41および駆動カム内筒部42と、駆動カム板部43および駆動カム外筒部44とは、異なる材料により別体に形成され、一体に回転可能に設けられている。
駆動カム本体41には、「転動体」としてのボール3が転動する「部位」としての駆動カム溝400が形成されている。駆動カム板部43および駆動カム外筒部44は、駆動カム本体41および駆動カム内筒部42と、「出力部」としての第2リングギヤ35とを連結している。ここで、駆動カム本体41および駆動カム内筒部42は、「カム部」に対応している。駆動カム板部43および駆動カム外筒部44は、「連結部」に対応している。
本実施形態では、「カム部」としての駆動カム本体41および駆動カム内筒部42は、駆動カム溝400が形成されるため、必要表面硬度が比較的高く、例えばSCr材、S45C材等の高強度材により形成されている。
一方、「連結部」としての駆動カム板部43および駆動カム外筒部44は、硬度等の強度の高さがそれほど必要ないため、例えばSPCC、SPHC等の中強度材により形成されている。
以上説明したように、<5>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と「並進部」としての従動カム50との間で転動可能に設けられた「転動体」としてのボール3を有している。「回転部」としての駆動カム40は、ボール3が転動する「部位」としての駆動カム溝400が形成された「カム部」としての駆動カム本体41および駆動カム内筒部42、ならびに、「カム部」とは異なる材料により別体に形成され「カム部」と「出力部」としての第2リングギヤ35とを連結する「連結部」としての駆動カム板部43および駆動カム外筒部44を有する。
そのため、「カム部」と「連結部」とを、必要強度に応じて、強度の異なる材料により形成できる。これにより、材料の選択性が向上し、各部材の必要強度を確保しつつ、加工性の向上および低コスト化をさらに図ることができる。
(他の実施形態)
他の実施形態では、「出力部」と「回転部」とは、強度が同じ材料により形成されていてもよい。
他の実施形態では、「出力部」と「回転部」とは、強度が同じ材料により形成されていてもよい。
また、他の実施形態では、「回転部」は、熱処理されていなくてもよい。
また、上述の複数の実施形態は、構成上の阻害要因がない限り、組み合わせてもよい。例えば、第3実施形態と第4実施形態とを組み合わせ、「回転部」と「出力部」との「接合部」が「空間」内に位置するとともに、「回転部」が「カム部」と「出力部」とを連結する「連結部」を有することとしてもよい。
また、<6>他の実施形態では、「減速機」は、3k型の不思議遊星歯車減速機に限らず、2kh型の不思議遊星歯車減速機(図3参照)でもよいし、不思議遊星歯車減速機以外の遊星歯車減速機であってもよい。
また、他の実施形態では、「回転部」としての駆動カム40は、駆動カム外筒部44を有していなくてもよい。また、「出力部」としての第2リングギヤ35は、ギヤ内筒部355を有していなくてもよい。
また、他の実施形態では、「シール部材」を備えていなくてもよい。
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、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。
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。
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。
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。
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。
2 ボールカム(回転並進部)、10 クラッチアクチュエータ、12 ハウジング、20 モータ(原動機)、30 減速機、35 第2リングギヤ(出力部)、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
Claims (7)
- 相対回転可能な第1伝達部(61)と第2伝達部(62)との間において、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する係合状態と、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非係合状態とに状態が変化するクラッチ(70)を備えるクラッチ装置(1)に用いられるクラッチアクチュエータであって、
ハウジング(12)と、
前記ハウジングに設けられ、通電により作動し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し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並進部(50)を有する回転並進部(2)と、を備え、
前記減速機は、減速した前記原動機のトルクを前記回転部に出力する出力部(35)を有し、
前記回転部は、前記出力部とは異なる材料により別体に形成され、前記出力部と一体に回転可能に設けられているクラッチアクチュエータ。 - 前記出力部と前記回転部とは、必要強度に応じて、強度の異なる材料により形成されている請求項1に記載のクラッチアクチュエータ。
- 前記回転部は、熱処理されている請求項2に記載のクラッチアクチュエータ。
- 前記ハウジングおよび前記回転部との間に形成された空間(120)を気密または液密に保持可能なシール部材(191、192)をさらに備え、
前記原動機は、前記空間に設けられ、
前記回転部と前記出力部との接合部(350)は、前記空間内に位置している請求項1~3のいずれか一項に記載のクラッチアクチュエータ。 - 前記回転並進部は、前記回転部と前記並進部との間で転動可能に設けられた転動体(3)を有し、
前記回転部は、前記転動体が転動する部位(400)が形成されたカム部(41、42)、および、前記カム部とは異なる材料により別体に形成され前記カム部と前記出力部とを連結する連結部(43、44)を有する請求項1~4のいずれか一項に記載のクラッチアクチュエータ。 - 前記減速機は、不思議遊星歯車減速機または遊星歯車減速機である請求項1~5のいずれか一項に記載のクラッチアクチュエータ。
- 前記減速機は、
前記原動機からのトルクが入力されるサンギヤ(31)、
前記サンギヤに噛み合いつつ自転しながら前記サンギヤ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、前記サンギヤ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)を有し、
前記出力部は、前記第2リングギヤである請求項6に記載のクラッチアクチュエータ。
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