JP4168274B2 - 電磁クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、電磁クラッチに関し、特に、自動車の駆動系に用いられる電磁クラッチに関する。

近年、開発された自動車として、前輪（主動輪）をガソリンエンジンで駆動し、後輪（従動輪）をモータで補助的に駆動するものが知られている。この自動車は、モータと後輪との間に変速機構を持たないことから、特に後輪の駆動力が必要となる発進時及び低速走行時には電磁クラッチが連結状態になって四駆走行が行われる一方、高速走行時には減速器やモータの回転による走行抵抗の増加や遠心力による破壊を防ぐため、電磁クラッチが断絶状態になって二駆走行が行われる構成になっている。
特開２００３−１１３８７４号公報（段落［００６５］、［００８１］〜［００８５］、第１図、第２図）

ところで、上記した従来の電磁クラッチは、車両の高速走行時には、電磁クラッチを断絶状態にしていても、その電磁クラッチに備えた複数のクラッチ板同士の間に介在するオイルの粘性抵抗に起因する引き摺りトルクにより、トルク上流側の減速器及びモータが連れ回りし、走行抵抗が増加したりモータが遠心破壊するおそれがある等の問題がある。

このため、従来の電磁クラッチは、上記した自動車の駆動系において、モータ出力を減速した後のクラッチ板同士の相対回転速度が低い低速回転部分に配置されていた。しかしながら、モータ出力の減速後は減速前に比べて伝達トルクが大きくなるのでトルク容量と強度が必要とされ、電磁クラッチが大型化するという問題が生じていた。

これに対し、高速回転部時のトルク損失を抑えるために、クラッチ板同士の離間距離を単に大きくすると、大きく離間したクラッチ板を引き寄せるために大きな電磁石が必要になり、電磁クラッチ全体が大型化してしまう。また、クラッチを摩擦結合させる際のクラッチ板の移動距離が大きくなるため、クラッチの応答性も低下する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高速回転時におけるクラッチ板間の引き摺りトルクを従来より低減させ、かつクラッチの応答性の低下を抑制することが可能な電磁クラッチの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る電磁クラッチは、同軸上に配置されて互いに独立して回転可能な第１回転部材及び第２回転部材と、第１回転部材と一体回転する第１クラッチ板と、第２回転部材と一体回転すると共に第２回転部材の軸方向に直動して第１クラッチ板に接離する第２クラッチ板と、第２クラッチ板を第１クラッチ板側に引き寄せて摩擦結合させるための電磁石と、第２クラッチ板を第１クラッチ板から離間させるための離間用付勢手段と、相互に離間した状態の第１及び第２のクラッチ板の間に介在し、それらの離間距離に応じた引き摺りトルクを第１及び第２のクラッチ板の間に発生させ得るオイルとを備えた電磁クラッチにおいて、第２クラッチ板に対して第１クラッチ板と逆側から当接すると共に、第２回転部材の軸方向における第１当接位置とその第１当接位置より第１クラッチ板から遠い第２当接位置との間を移動して、少なくとも第１当接位置に位置したときには第２クラッチ板を電磁石にて第１クラッチ板側に引き寄せ可能な離間範囲に留め、第２当接位置に位置したときには第１当接位置に位置したときに比べて第２クラッチ板を第１クラッチ板から遠ざけてオイルによる引き摺りトルクを低減させる可動ストッパと、可動ストッパを第１当接位置に付勢する可動ストッパ付勢手段と、第２回転部材の回転速度が基準回転速度を超えたときの遠心力で作動して可動ストッパを可動ストッパ付勢手段に抗して第２当接位置に移動させる遠心力作動機構とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電磁クラッチにおいて、遠心力作動機構は、第２回転部材と共に回転しかつ遠心力によって第２回転部材の径方向に移動可能な遠心可動部材と、第２回転部材と可動ストッパとに設けられて、互いの間に遠心可動部材を挟んで第２回転部材の軸方向で対向すると共に、第２回転部材の回転中心から離れるに従って互いに接近した１対の開閉対向壁とを備えてなるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載の電磁クラッチにおいて、遠心可動部材は、球体であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載の電磁クラッチにおいて、第２回転部材には、第２クラッチ板を貫通した軸部材が備えられ、一方の開閉対向壁は、軸部材から側方に張り出し、可動ストッパは、一方の開閉対向壁及び遠心可動部材を外包する筒部と、該筒部の一端から径方向内側に張り出した他方の開閉対向壁とからなることに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の何れかの請求項に記載の電磁クラッチにおいて、第２回転部材には、第２クラッチ板を挟んで第１クラッチ板と反対側にカム壁が設けられ、カム壁及び第２クラッチの互いの対向面には、第２回転部材の径方向から見て断面略Ｖ字状をなしたＶ字溝が周方向に複数対向形成され、それら対向したＶ字溝の間には、第２回転部材の径方向から見て断面円形のカム部材が収容されたところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項５に記載の電磁クラッチにおいて、開閉対向壁の一方は、カム壁に兼用されたところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の電磁クラッチにおいて、第２クラッチ板とカム壁とには、第２クラッチ板が第２当接位置の可動ストッパに当接したときに、互いに係合して第２クラッチ板をカム壁に回り止めする凹凸係合部が備えられたところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の電磁クラッチにおいて、この電磁クラッチは、四輪駆動車両の従動輪の駆動力伝達系に配置されており、第１回転部材は従動輪の駆動源側に連結され、第２回転部材は従動輪側に連結されているところに特徴を有する。

請求項９の発明は、請求項８に記載の電磁クラッチにおいて、第２回転部材は、従動輪のディファレンシャルの外周面に一体的に設けられたリングギヤに噛合しているところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の電磁クラッチでは、第２クラッチ板が電磁石により第１クラッチ板側に引き寄せられて連結状態になる一方、第２クラッチ板が離間用付勢手段の付勢力により第１クラッチ板から離されて断絶状態になる。断絶状態になると、第１クラッチ板から離れた第２クラッチ板は、可動ストッパに当接する。このとき、第２回転部材の回転速度が基準回転速度以下であると、可動ストッパが第１当接位置に位置して、第２クラッチ板を電磁石により第１クラッチ板側に引き寄せ可能な離間範囲に留める。一方、第２回転部材の回転速度が基準回転速度を超えると遠心力作動機構が作動して、可動ストッパが第２当接位置に移動することで、第１及び第２のクラッチ板同士の離間距離が広がる。これにより、基準回転速度を超えた高速回転時における第１及び第２のクラッチ板間のオイルの粘性抵抗による引き摺りトルクを低減させることができる。また、第２回転部材の回転速度が基準回転速度以下の場合には、可動ストッパが第１当接位置に位置するので、電磁クラッチの応答性が低下することを抑制できる。
従って、減速手段を備えた駆動系の一部に本発明の電磁クラッチを組み込む場合には、その駆動系の高速側に電磁クラッチを配置することができ、これにより必要とされるトルク容量及び強度が小さくなり、小型化を図ることが可能になる。

［請求項２の発明］
請求項２の電磁クラッチでは、第２回転部材が基準回転速度を超えて回転すると、遠心可動部材が１対の開閉対向壁における狭い側に移動して、それら開閉対向壁の間を押し広げ、可動ストッパを第１当接位置から第２当接位置に移動することが可能になる。

［請求項３の発明］
請求項３の電磁クラッチでは、遠心可動部材は球体であるから、１対の開閉対向壁の間をスムーズに押し広げることができる。

［請求項４の発明］
請求項４の電磁クラッチでは、可動ストッパの筒部が遠心可動部材を囲んで飛散防止の機能を兼ねるので、コンパクトな構成にすることができる。

［請求項５の発明］
請求項５の電磁クラッチでは、第２クラッチ板が第１クラッチ板側に引き寄せられて摩擦トルクを受けると、第２クラッチ板及びカム壁の対向したＶ字溝同士がずれ、それぞれのＶ字溝の浅い側にカム部材が移動する。これにより、第２クラッチ板が第１クラッチ板側に押し付けられ、第１及び第２のクラッチ板同士の摩擦係合が深まる。即ち、本発明の構成により、電磁石による吸引力以上の力で、第２クラッチ板を第１クラッチ板側に押し付けることができる。

［請求項６の発明］
請求項６の電磁クラッチでは、開閉対向壁の一方をカム壁に兼用したことで、コンパクトな構成にすることができる。

［請求項７の発明］
請求項７の電磁クラッチでは、可動ストッパが第２当接位置に移動し、第１及び第２のクラッチ板同士の離間距離が大きくなったときに、第２クラッチ板とカム壁とに備えた凹凸係合部同士が係合し、第２クラッチ板及びカム壁の各Ｖ字溝とカム部材とのカム作用を規制する。これにより、電磁クラッチを断絶状態に安定させることができる。

［請求項８の発明］
請求項８の電磁クラッチでは、第１回転部材が四輪駆動車両の従動輪の駆動源側に連結され、第２回転部材が従動輪側に連結されているので、従動輪の回転速度が上昇しても、第１クラッチ板と第２クラッチ板の断絶により第１回転部材からトルク上流側の減速機構部品の連れ回りを抑えることができ、従動輪の走行抵抗を減らすことができる。

［請求項９の発明］
請求項９の電磁クラッチでは、第２回転部材は、四輪駆動車両の従動輪のディファレンシャルの外周面に一体的に設けられたリングギヤに噛合している。即ち、四輪駆動車両の従動輪の駆動力伝達系の最終減速部の１段前に電磁クラッチが配置されているので、電磁クラッチのトルク伝達容量を小さくすることができるとともに、クラッチ断絶時に従動輪に連れ回りする減速機構部品を効果的に減らすことができ、小型軽量化と走行抵抗の低減を両立できる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１に示した四輪駆動車両１０は、フロント側（図１の左側）にエンジン１２を搭載しており、そのエンジン１２の出力が、フロント側トランスアクスル１３に備えたトランスミッション１４及びフロントディファレンシャル１５を通して前輪ドライブシャフト１６，１６に伝達され、主駆動輪としての前輪１７，１７が駆動されるようになっている。

四輪駆動車両１０のリヤ側には、従動輪としての後輪１８，１８を駆動するためのモータ２０が搭載されている。このモータ２０の出力は、リヤ側トランスアクスル２１に備えた電磁クラッチ２３とリヤディファレンシャル２４とを通して後輪ドライブシャフト２５，２５に伝達され、後輪１８，１８が駆動される。

図２には、リヤ側トランスアクスル２１の詳細構造が示されている。同図に示すように、電磁クラッチ２３は、入力ギヤ２３Ｇ１と出力ギヤ２３Ｇ２とを同軸上に並べて備える。その入力ギヤ２３Ｇ１には、モータ２０の出力軸２０Ｊに固定されたモータギヤ２０Ｇが噛合し、出力ギヤ２３Ｇ２には、リヤディファレンシャル２４の外面に固定されたリングギヤ２４Ｇが噛合している。この出力ギヤ２３Ｇ２とリングギヤ２４Ｇにより、従動輪の駆動力伝達系の最終減速部が構成されている。電磁クラッチ２３は、これら入力ギヤ２３Ｇ１及び出力ギヤ２３Ｇ２の間を連結又は断絶するために、第１及び第２のクラッチ板３１，３２を備える。そして、入力ギヤ２３Ｇ１と出力ギヤ２３Ｇ２とが連結されたときに、モータ２０の出力回転が減速されてリヤディファレンシャル２４に伝達される。

図３に示すように、電磁クラッチ２３のうち第１及び第２のクラッチ板３１，３２の中心部には、軸心シャフト３０（本発明の「軸部材」に相当する）が貫通している。軸心シャフト３０は、リヤ側トランスアクスル２１に備えたケーシング２１Ａ（以下、「トランスアスクルケース２１Ａ」という）の対向壁間２１Ｔ，２１Ｔ間に差し渡されて、両端部をベアリング４０，４１にて回転可能に軸支されている。軸心シャフト３０の一端部からはフランジ３０Ｆが張り出しており、そのフランジ３０Ｆから他端側（図２の右側）に向かって軸心シャフト３０全体が先細り構造になっている。

第１クラッチ板３１は、軸心シャフト３０の先細りになった先端側から挿入され、フランジ３０Ｆ側に嵌合されている。第１クラッチ板３１は、内縁部と外縁部とに内筒体３１Ａ及び外筒体３１Ｂを備え、これら内筒体３１Ａ及び外筒体３１Ｂの一端部の間を円板体３１Ｃで接合した構造になっている。詳細には、内筒体３１Ａと円板体３１Ｃとが磁性体金属で一体形成され、その円板体３１Ｃの外周面に非磁性体リング３１Ｄを嵌合し、さらにその非磁性体リング３１Ｄの外側に磁性体の外筒体３１Ｂを嵌合してこれらを溶接することで、第１クラッチ板３１が構成されている。そして、第１クラッチ板３１は、内筒体３１Ａ及び外筒体３１Ｂがフランジ３０Ｆ側に突出する向きにして軸心シャフト３０に組み付けられている。

第１クラッチ板３１のうちフランジ３０Ｆと反対側を向いた端面には、クラッチ係合部３１Ｍが設けられている。クラッチ係合部３１Ｍは、非磁性体リング３１Ｄを内外で挟んだ両部分を面一にして第１クラッチ板３１の端面全体から僅かに突出させてなる。また、外筒体３１Ｂの外周面には、複数の歯が設けられて入力ギヤ２３Ｇ１が構成されている。即ち、本実施形態では、第１クラッチ板３１は、本発明に係る「第１回転部材」としての入力ギヤ２３Ｇ１を一体に備えた構成になっている。そして、前述の如くこの入力ギヤ２３Ｇ１にモータギヤ２０Ｇ（図２参照）が噛合している。

第１クラッチ板３１における内筒体３１Ａの内側には、軸心シャフト３０との間にアンギュラニードルベアリング４２が組み付けられている。また、内筒体３１Ａの先端面と軸心シャフト３０のフランジ３０Ｆとの間には、スラストニードルベアリング４３が設けられている。さらに、第１クラッチ板３１を挟んでフランジ３０Ｆと反対側には、軸心シャフト３０に形成された溝にクリップ４６が係止しており、このクリップ４６に係止したシム４７と第１クラッチ板３１の端面との間にも、スラストニードルベアリング４４が設けられている。そして、これらベアリング４２，４３，４４により、第１クラッチ板３１が軸心シャフト３０に対して回転自在かつ軸方向に直動不能に軸支されている。

なお、軸心シャフト３０の中心には、フランジ３０Ｆ側の一端面から途中まで軸孔３０Ｙが形成され、その軸孔３０Ｙの先端部と直交するように横孔３０Ｚが貫通形成されている。そして、これら軸孔３０Ｙ及び横孔３０Ｚをオイルが通過して、各ベアリング４０，４２，４３，４４の潤滑を図っている。

第１クラッチ板３１のうち内筒体３１Ａと外筒体３１Ｂとの間の空間には、電磁石５０が突入している。電磁石５０は、磁性体で構成されたコイルホルダ５１に電磁コイル５２を組み付けてなる。コイルホルダ５１は、全体として扁平の円環構造をなすと共に、一端面に開放した円環溝５１Ａを備え、これによりコイルホルダ５１の縦割り断面がＵ字形状になっている。そして、コイルホルダ５１は、円環溝５１Ａの開放口を第１クラッチ板３１側に向けた状態にして、トランスアスクルケース２１Ａの内面にボルト固定されている。また、電磁コイル５２は円環溝５１Ａ内に収容され、電磁コイル５２の端末は、円環溝５１Ａの底壁５１Ｃとトランスアスクルケース２１Ａとに貫通形成された電線孔５１Ｄに通されてトランスアスクルケース２１Ａの外部に導出されている。

コイルホルダ５１の先端部は、前述の如く第１クラッチ板３１における内筒体３１Ａと外筒体３１Ｂの間の空間に突入している。そして、コイルホルダ５１のうち円環溝５１Ａより外側の外筒壁５１Ｇが、第１クラッチ板３１の外筒体３１Ｂの内周面に僅かな隙間を介して隣接する一方、コイルホルダ５１のうち円環溝５１Ａより内側の内筒壁５１Ｎが、第１クラッチ板３１の内筒体３１Ａの外周面に僅かな隙間を介して隣接している。これにより、電磁コイル５２が励磁されると、電磁コイル５２の周辺に発生する回転磁束が、図３の破線５２Ｊで示したループ状の磁路を通過する。即ち、磁束は、以下順番に、コイルホルダ５１の内筒壁５１Ｎ、第１クラッチ板３１の内筒体３１Ａ及び円板体３１Ｃ、後述する第２クラッチ板３２、第１クラッチ板３１の外筒体３１Ｂ、コイルホルダ５１の外筒壁５１Ｇ及び底壁５１Ｃを通過してループ状の磁路を辿る。これにより、電磁石５０が励磁されると、磁路の一部を構成する第２クラッチ板３２が、同じく磁路の一部を構成する第１クラッチ板３１側に引き寄せられる。

なお、コイルホルダ５１の内周面からは、内側に向かって鍔部５１Ｅが張り出しており、この鍔部５１Ｅが前記ベアリング４０をトランスアスクルケース２１Ａに固定する役割を果たしている。

第２クラッチ板３２は、円環状の磁性体金属で構成され、軸心シャフト３０に遊嵌されて第１クラッチ板３１に隣接配置されている。第２クラッチ板３２における第１クラッチ板３１側の端面には、内側部分を段付き状に陥没させてバネ収容部３２Ａが形成されている。このバネ収容部３２Ａの奥面と前記したシム４７との間には、本発明の「離間用付勢手段」としての１対の離間用付勢バネ４８，４８が挟まれている。詳細には、各離間用付勢バネ４８は、円環状の板バネ材を扁平の円錐台形状に歪ませた皿バネ構造をなしている。そして、これら１対の離間用付勢バネ４８，４８の互いの外縁部同士が接合され、互いの内縁部が離間した状態に組み付けられている。

なお、これら離間用付勢バネ４８，４８は、バネ収容部３２Ａの外側段差面３２Ｂに嵌合されて芯だしされている。また、シム４７側の離間用付勢バネ４８は、その内側に嵌合されたクリップ４６によっても芯だしされている。

第２クラッチ板３２のうち第１クラッチ板３１側の端面には、外縁寄り部分に中心部より僅かに突出した平坦部分が設けられ、この平坦部分がクラッチ係合部３２Ｍになっている。そして、このクラッチ係合部３２Ｍが、第１クラッチ板３１のクラッチ係合部３１Ｍと摩擦係合する。

第２クラッチ板３２を挟んで第１クラッチ板３１と反対側には、クラッチベース３３が軸心シャフト３０に嵌合固定されている。そして、クラッチベース３３と第２クラッチ板３２との間に、セルフロック機構３４が設けられている。

詳細には、軸心シャフト３０のうち第２クラッチ板３２が嵌合された部分より先端側（フランジ３０Ｆから離れた側）にはスプラインが形成されており、そのスプラインよりさらに先端側には雄螺子３０Ｔが形成されている。クラッチベース３３は、内周面にスプラインを備えた円筒部３３Ｂの一端から側方に向けてカム壁３３Ａを張り出した構造になっている。そして、カム壁３３Ａを備えた側を第２クラッチ板３２側に配して円筒部３３Ｂが軸心シャフト３０にスプライン嵌合され、これによりクラッチベース３３が軸心シャフト３０に回り止めされている。また、クラッチベース３３は、軸心シャフト３０の途中部分の溝に係止したクリップ５４に、シム５５を挟んで突き当てられている。軸心シャフト３０には、クラッチベース３３に次いで円筒状の前記出力ギヤ２３Ｇ２がスプライン嵌合され、更に、抜け止めナット３６が軸心シャフト３０の雄螺子３０Ｔに締め付けられている。この締め付けにより、クラッチベース３３がシム５５及び出力ギヤ２３Ｇ２に挟まれて軸方向に移動不能に固定されている。

なお、本実施形態では、上記した出力ギヤ２３Ｇ２、クラッチベース３３及び軸心シャフト３０が組み合わされて本発明に係る「第２回転部材」が構成されている。

セルフロック機構３４は、第２クラッチ板３２とカム壁３３Ａとの対向面に対称的に形成されたＶ字溝６０，６１と、両Ｖ字溝６０，６１の奥面間に挟まれたカムボール６２（本発明の「カム部材」に相当する）とからなる。具体的には、Ｖ字溝６０，６１は、第２クラッチ板３２及びカム壁３３Ａの各対向面において、同心円上に等間隔に並べて複数ずつ（例えば、６つずつ）設けられている（図５参照）。各Ｖ字溝６０，６１は、第２クラッチ板３２の中心線を含む切断面においては、図３に示すように断面半円形をなし、第２クラッチ板３２の軸方向から見ると、第１クラッチ板３１の中心寄りの内側縁部と中心から離れた外側縁部とが同心の円弧をなすように湾曲している（図５参照）。そして、第２クラッチ板３２の径方向からＶ字溝６０，６１を見ると、図６（Ａ）に示すように、Ｖ字状になっている。

これら両Ｖ字溝６０，６１の間には、カムボール６２が挟まれて保持されている。そして、第２クラッチ板３２が第１クラッチ板３１との間の摩擦によってトルクを受けて回転したときには、図６（Ｂ）に示すように、カムボール６２がＶ字溝６０，６１における浅い位置に移動する。これにより、カム壁３３Ａに対して第２クラッチ板３２が離れる側に移動して、第１クラッチ板３１に押し付けられる。

即ち、第２クラッチ板３２は、電磁石５０により第１クラッチ板３１側に一度引き寄せられると、第１クラッチ板３１から受けたトルクによって自ら第１クラッチ板３１側に移動し、第１及び第２のクラッチ板３１，３２が相互に連結した連結状態にロックされる。この意味から、上記したＶ字溝６０，６１及びカムボール６２からなる機構を「セルフロック機構」と呼ぶことができる。

なお、本実施形態では、モータ２０の出力トルクが第１クラッチ板３１から第２クラッチ板３２に向けて伝達されるときには、第１クラッチ板３１が第２クラッチ板３２に対して先行して回転した状態なる。従って、電磁石５０の励磁を停止しかつ、モータ２０への給電を停止又は低減させることで、トルクの伝達を中断すれば、カムボール６２がＶ字溝６０，６１の深い位置に移動し、離間用付勢バネ４８の弾発力によって第２クラッチ板３２を第１クラッチ板３１から離間させること（即ち、電磁クラッチ２３を断絶状態にすること）ができる。

さて、クラッチベース３３の外側には、可動ストッパ６３が装着されている。可動ストッパ６３は、カム壁３３Ａの外側に嵌合された円筒部６３Ａの一端側から内側に円板状の開閉対向壁６３Ｃを張り出して備える。また、円筒部６３Ａの他端には、テーパー状に拡開した当接壁６３Ｂが備えられている。

当接壁６３Ｂは、カム壁３３Ａから第２クラッチ板３２側に突出しており、第１クラッチ板３１から離間した第２クラッチ板３２の外縁部がこの当接壁６３Ｂに当接する。これにより、第１クラッチ板３１に対する第２クラッチ板３２の離間距離（図３のＬ１、図４のＬ２参照）が規制される。

開閉対向壁６３Ｃは、カム壁３３Ａ（本発明におけるもう一方の「開閉対向壁」に相当する）に対向している。また、開閉対向壁６３Ｃの内縁部はクラッチベース３３における円筒部３３Ｂの一端にスプライン嵌合されている。これにより、開閉対向壁６３Ｃは、カム壁３３Ａと一体回転しかつカム壁３３Ａに対して接離する。

カム壁３３Ａと開閉対向壁６３Ｃとの間には、複数（例えば、３つ）の遠心ボール６４（本発明の「遠心可動部材」に相当する）が収容され、これらカム壁３３Ａ、開閉対向壁６３Ｃ、遠心ボール６４によって、本発明に係る遠心作動機構３９が構成されている。詳細には、カム壁３３Ａにおける開閉対向壁６３Ｃとの対向面には、周方向の複数位置（例えば、３当配した位置）に、径方向に延びたガイド溝３３Ｇが形成されている。このガイド溝３３Ｇの奥面は、クラッチベース３３の中心側から外側に向かうに従って開閉対向壁６３Ｃ側に迫り出している。また、開閉対向壁６３Ｃも中心側より外側がカム壁３３Ａ側に近づくように傾斜している。即ち、ガイド溝３３Ｇの奥面と開閉対向壁６３Ｃとの間隔は、外側に向かうに従って狭くなっている。そして、これらガイド溝３３Ｇの奥面と開閉対向壁６３Ｃとの間に遠心ボール６４が収容されている。

クラッチベース３３と出力ギヤ２３Ｇ２との境界部分には、本発明に係る「可動ストッパ付勢手段」としてのストッパ付勢バネ６５が設けられている。ストッパ付勢バネ６５は、円環状の板バネ材を扁平の円錐台形状に歪ませた皿バネ構造をなし、その外縁部が開閉対向壁６３Ｃの外縁部に当接する一方、内縁部がクラッチベース３３の円筒部３３Ｂと出力ギヤ２３Ｇ２との間に挟持されている。そして、ストッパ付勢バネ６５の弾発力によって、開閉対向壁６３Ｃがカム壁３３Ａ側に付勢されている。これにより、通常は、遠心ボール６４がカム壁３３Ａ（詳細には、ガイド溝３３Ｇの奥面）と開閉対向壁６３Ｃとの間の広い側、即ち、クラッチベース３３の回転中心側に収まっている。そして、クラッチベース３３が所定の基準回転速度以上になると、遠心ボール６４にかかる遠心力がストッパ付勢バネ６５の弾発力に打ち勝って、カム壁３３Ａと開閉対向壁６３Ｃとの間を押し広げ、この結果、図４に示すように、可動ストッパ６３が第１クラッチ板３１から離れる側にスライドする。

上記のように、可動ストッパ６３がスライドすることで、第２クラッチ板３２と可動ストッパ６３（詳細には、可動ストッパ６３の当接壁６３Ｂ）の当接位置が変更される。ここで、図３に示すように、遠心ボール６４がクラッチベース３３の回転中心側に収まって可動ストッパ６３が第１クラッチ板３１側に接近した位置を「第１当接位置」といい、図４に示すように、遠心ボール６４がクラッチベース３３の回転中心から離れた側に収まって可動ストッパ６３が第１クラッチ板３１から離れた位置を「第２当接位置」というと、第１当接位置の可動ストッパ６３（詳細には、当接壁６３Ｂ）に第２クラッチ板３２が当接した場合より、第２当接位置の可動ストッパ６３に第２クラッチ板３２が当接した場合の方が、第２クラッチ板３２は第１クラッチ板３１より離れる。

そして、本実施形態では、可動ストッパ６３が第１当接位置に位置したときには（図３参照）、第２クラッチ板３２は、電磁石５０の磁力により第１クラッチ板３１に引き寄せること可能な離間範囲に、可動ストッパ６３により留められるように設定されている。この場合の第１及び第２のクラッチ板３１，３２の離間距離は、図３において符合Ｌ１で示されている。一方、可動ストッパ６３が第２当接位置に位置したときには（図４参照）、第２クラッチ板３２が第１クラッチ板３１との間で相互にオイルの粘性抵抗の影響を受け難くなる位置まで離されるように設定されている。この場合の第１及び第２のクラッチ板３１，３２の離間距離は、図４において符合Ｌ２で示されている。

ここで、可動ストッパ６３が第１当接位置に位置したときのＬ１で示されている離間距離は０．２〜０．６ｍｍが望ましい。これ以下ではクラッチ板間の引き摺りトルクが極めて大きく、これ以上ではクラッチの応答性が悪いという問題が顕在化するためである。また、可動ストッパ６３が第２当接位置に位置したときのＬ２で示されている離間距離は１ｍｍ以上とすることが望ましい。これ以下ではクラッチ板間の引き摺りトルクを低減させる効果を十分に発揮できないからである。

また、第２当接位置では、第２クラッチ板３２がカム壁３３Ａに接近して凹凸係合し、第２クラッチ板３２がカム壁３３Ａに回転不能に固定されるようになっている。具体的には、第２クラッチ板３２の周方向の複数箇所には、図７に示すように、係合溝６６が形成されており、カム壁３３Ａには、これら係合溝６６に対応して係合突部６７が突出形成されている。そして、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、第１当接位置で第２クラッチ板３２が可動ストッパ６３に当接したときには、これら係合溝６６と係合突部６７とが離間し、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、第２当接位置で第２クラッチ板３２が可動ストッパ６３に当接したときには、これら係合溝６６と係合突部６７とが凹凸係合する。これにより、第２クラッチ板３２にトルクがかかっても、係合溝６６のうち回転方向を向いた内面６６Ａと、係合突部６７のうち同じく回転方向を向いた外面６６Ｂとの当接により、第２クラッチ板３２がカム壁３３Ａに回り止めされる。

次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
本実施形態の四輪駆動車両１０は、運転者の操作により、四駆モードと、二駆モードとに切り替えることができる。そして、四輪駆動車両１０に備えたＥＣＵ１９（図１参照）が、各モードに対応して電磁クラッチ２３の電磁石５０を制御する。具体的には、四駆モードを選択した場合には、以下のようである。即ち、四輪駆動車両１０が停止している間は、電磁石５０は非励磁状態に保持される。そして、四輪駆動車両１０の発進時には、エンジン１２及びモータ２０がトルクを出力すると共に、電磁石５０が所定時間だけ励磁される。

エンジン１２の出力は、トランスミッション１４及びフロントディファレンシャル１５に伝達され、前輪１７が回転駆動される。一方、モータ２０の出力は、モータギヤ２０Ｇから電磁クラッチ２３の入力ギヤ２３Ｇ１に伝達されて、この入力ギヤ２３Ｇ１を一体に備えた第１クラッチ板３１がトルクを受ける。このとき、第２クラッチ板３２は電磁石５０の磁力により第１クラッチ板３１側に引き寄せられているので、摩擦係合により第２クラッチ板３２が第１クラッチ板３１からトルクを受け、そのトルクを利用して上記セルフロック機構３４により第２クラッチ板３２が第１クラッチ板３１側に押し付けられ、第１及び第２のクラッチ板３１，３２が連結状態にロックされる。そして、四輪駆動車両１０の発進から所定時間経過後に、電磁石５０が非励磁状態に移行しても、セルフロック機構３４により第１及び第２のクラッチ板３１，３２の連結状態が保持される。これにより、モータ２０の出力が、電磁クラッチ２３の入力ギヤ２３Ｇ１及び出力ギヤ２３Ｇ２を介してリヤディファレンシャル２４に伝達され、後輪１８が回転駆動される。即ち、四輪駆動によって発進することができる。

なお、四輪駆動車両１０を加速から減速に転じるときには、第１及び第２のクラッチ板３１，３２の間におけるトルクの伝達方向が逆転してセルフロック機構３４のロックが解除され得るので、第１及び第２のクラッチ板３１，３２の連結状態を保持する場合には、電磁石５０を励磁しておけばよい。また、減速時に第１及び第２のクラッチ板３１，３２を連結状態にすることで、モータ２０を発電機として機能させてバッテリー１１に電力を回生することができる。

四輪駆動車両１０の走行速度が上昇していくと、フロント側トランスアクスル１３におけるトランスミッション１４の変速比が変更される。これにより、エンジン１２は低速走行から高速走行まで対応することができる。しかしながら、リヤ側トランスアクスル２１には、トランスミッション１４に相当する変速機構が備えられていないので、中速及び高速走行時には、モータ２０の出力回転速度が車速に追従することができなくなる。そこで、電磁クラッチ２３により、モータ２０と後輪１８との間を切り離す必要がある。そのために、車速が所定の速度を超えて中速走行になった場合には、電磁クラッチ２３を非励磁状態に保持して、モータ２０の出力トルクを低減させる。これにより、モータ２０から後輪１８側へのトルクの伝達が中断され、セルフロック機構３４によるロックが解除され、第１及び第２のクラッチ板３１，３２が離間する。即ち、車速が中速走行になったときには、モータ２０と後輪１８との間が切り離されて二駆走行に自動的に切り替わる。

中速で四輪駆動車両１０が走行されている場合には、低速走行に移行したときに備え、第２クラッチ板３２は、第１クラッチ板３１から僅かに離間した範囲に可動ストッパ６３により留められる。そして、低速走行に移行したときには、電磁石５０の磁力により第１クラッチ板３１側に引き寄せられ、迅速に四駆走行になる。

ところで、第１及び第２のクラッチ板３１，３２が僅かに離間した状態で相対回転速度が上昇すると、それら第１及び第２のクラッチ板３１，３２が相互間のオイルの粘性抵抗により互いに影響（トルク）を受け合い、いわゆる引き摺りトルクにより後輪１８の走行抵抗が増大化する。また、第２クラッチ板３２がオイルの粘性抵抗によるトルクを受けて、特に粘性抵抗が大きくなる低温時において、セルフロック機構３４により予期しないセルフロックが発生する事態も懸念される。

しかしながら、本実施形態の電磁クラッチ２３では、以下詳説するように四輪駆動車両１０が所定の基準車速を超えると、第１及び第２のクラッチ板３１，３２の離間距離が広がり、トルク損失を抑えかつセルフロック機構３４によるロックを防止することができる。即ち、四輪駆動車両１０が所定の基準車速を超え、後輪１８と連動回転する出力ギヤ２３Ｇ２が所定の基準回転数を超えると、遠心ボール６４が遠心力によって径方向外側に移動し、カム壁３３Ａと開閉対向壁６３Ｃとの間を押し広げ、これにより可動ストッパ６３が第１当接位置から第２当接位置に移動する。すると、第２クラッチ板３２が離間用付勢バネ４８の弾発力によって可動ストッパ６３に追従し、第１及び第２のクラッチ板３１，３２の離間距離が図３に示したＬ１から図４に示したＬ２に広がる。これにより、第１及び第２のクラッチ板３１，３２が互いにオイルの粘性抵抗による影響を受け難くなる。また、このとき、第２クラッチ板３２に備えた係合溝６６が、カム壁３３Ａに備えた係合突部６７と凹凸係合して（図８（Ａ）参照）、第２クラッチ板３２がカム壁３３Ａに回転不能に固定される。これにより、セルフロック機構３４が作動しなくなり、第１及び第２のクラッチ板３１，３２が勝手にロックされる事態が防がれる。

なお、四輪駆動車両１０が減速され、出力ギヤ２３Ｇ２の回転速度が所定の基準回転数以下になると、遠心ボール６４にかかる遠心力がストッパ付勢バネ６５の弾発力に負けて、遠心ボール６４が径方向内側に移動し、可動ストッパ６３が第１当接位置に戻る。そして、四輪駆動車両１０が低速走行に移行した場合に、電磁石５０が励磁され四駆走行に切り替わる。また、二駆モードの場合には、電磁石５０が常に非励磁状態とされる以外は上記四駆モードの場合と同様に動作する。

このように本実施形態の電磁クラッチ２３では、高速回転時に第１及び第２のクラッチ板３１，３２同士の離間距離が広がり、オイルの粘性抵抗による走行抵抗を低減させることができる。これにより、四輪駆動車両１０のように減速手段を備えた駆動系の一部に電磁クラッチ２３を組み込む場合には、その駆動系の高速側に電磁クラッチを配置することができ、これにより必要とされるトルク容量及び強度が小さくなり、小型化を図ることが可能になる。また、本実施形態の電磁クラッチ２３の構成によれば、可動ストッパ６３が遠心ボール６４を囲んで飛散防止の機能を兼ねるので、コンパクトな構成にすることができる。しかも、遠心ボール６４は球体であるから、カム壁３３Ａと開閉対向壁６３Ｃの間をスムーズに押し広げることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態の電磁クラッチ２３は、四輪駆動車両１０の駆動系に備えられていたが、例えば、工具、工作機械等に用いてもよい。

（２）前記実施形態の電磁クラッチ２３は、減速手段を備えたリヤ側トランスアクスル２１の一部に組み込まれていたが、減速を行わない駆動部分に電磁クラッチを用いてもよい。

（３）前記実施形態の電磁クラッチ２３は、セルフロック機構３４を備えていたが、単に、電磁石の磁力のみによって第１及び第２のクラッチ板を接合する構成であってもよい。

（４）前記実施形態の電磁クラッチ２３では、電磁石５０の励磁を停止してセルフロック機構３４によって連結状態を保持する構成であったが、セルフロック機構を備えたものにおいて、電磁石を励磁状態を保持しかつセルフロック機構によって連結状態を保持する構成にしてもよい。

（５）前記実施形態の電磁クラッチ２３では、遠心可動部材として球体の遠心ボール６４を採用したが、遠心可動部材は円筒形のものであってもよい。

本発明の一実施形態に係る四輪駆動車両の駆動系を示した概念図 リヤ側トランスアクスルの平断面図 低速回転時の電磁クラッチの断面図 高速回転時の電磁クラッチの断面図 Ｖ字溝を説明するための第２クラッチ板の平面図 セルフロック機構を説明するための断面図 低速回転時の電磁クラッチの部分断面図 高速回転時の電磁クラッチの部分断面図

符号の説明

２３ 電磁クラッチ
２３Ｇ１ 入力ギヤ（第１回転部材）
２３Ｇ２ 出力ギヤ（第２回転部材）
３０ 軸心シャフト（軸部材）
３１ 第１クラッチ板
３２ 第２クラッチ板
３３ クラッチベース（第２回転部材）
３３Ａ カム壁
３９ 遠心作動機構
４８ 離間用付勢バネ（離間用付勢手段）
５０ 電磁石
６０，６１ Ｖ字溝
６２ カムボール（カム部材）
６３ 可動ストッパ
６３Ａ 円筒部
６３Ｃ 開閉対向壁
６４ 遠心ボール（遠心可動部材）
６５ ストッパ付勢バネ（可動ストッパ付勢手段）
６６ 係合溝
６７ 係合突部

Claims (9)

1. 同軸上に配置されて互いに独立して回転可能な第１回転部材及び第２回転部材と、
   前記第１回転部材と一体回転する第１クラッチ板と、
   前記第２回転部材と一体回転すると共に前記第２回転部材の軸方向に直動して前記第１クラッチ板に接離する第２クラッチ板と、
   前記第２クラッチ板を前記第１クラッチ板側に引き寄せて摩擦結合させるための電磁石と、
   前記第２クラッチ板を前記第１クラッチ板から離間させるための離間用付勢手段と、
   相互に離間した状態の前記第１及び第２のクラッチ板の間に介在し、それらの離間距離に応じた引き摺りトルクを前記第１及び第２のクラッチ板の間に発生させ得るオイルとを備えた電磁クラッチにおいて、
   前記第２クラッチ板に対して前記第１クラッチ板と逆側から当接すると共に、前記第２回転部材の軸方向における第１当接位置とその第１当接位置より前記第１クラッチ板から遠い第２当接位置との間を移動して、少なくとも前記第１当接位置に位置したときには前記第２クラッチ板を前記電磁石にて前記第１クラッチ板側に引き寄せ可能な離間範囲に留め、前記第２当接位置に位置したときには前記第１当接位置に位置したときに比べて前記第２クラッチ板を前記第１クラッチ板から遠ざけて前記オイルによる前記引き摺りトルクを低減させる可動ストッパと、
   前記可動ストッパを前記第１当接位置に付勢する可動ストッパ付勢手段と、
   前記第２回転部材の回転速度が基準回転速度を超えたときの遠心力で作動して前記可動ストッパを前記可動ストッパ付勢手段に抗して前記第２当接位置に移動させる遠心力作動機構とを備えたことを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記遠心力作動機構は、前記第２回転部材と共に回転しかつ遠心力によって前記第２回転部材の径方向に移動可能な遠心可動部材と、
   前記第２回転部材と前記可動ストッパとに設けられて、互いの間に前記遠心可動部材を挟んで前記第２回転部材の軸方向で対向すると共に、前記第２回転部材の回転中心から離れるに従って互いに接近した１対の開閉対向壁とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記遠心可動部材は、球体であることを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチ。
4. 前記第２回転部材には、前記第２クラッチ板を貫通した軸部材が備えられ、
   一方の前記開閉対向壁は、前記軸部材から側方に張り出し、
   前記可動ストッパは、前記一方の開閉対向壁及び前記遠心可動部材を外包する筒部と、該筒部の一端から径方向内側に張り出した他方の前記開閉対向壁とからなることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電磁クラッチ。
5. 前記第２回転部材には、前記第２クラッチ板を挟んで前記第１クラッチ板と反対側にカム壁が設けられ、前記カム壁及び前記第２クラッチの互いの対向面には、前記第２回転部材の径方向から見て断面略Ｖ字状をなしたＶ字溝が周方向に複数対向形成され、それら対向したＶ字溝の間には、前記第２回転部材の径方向から見て断面円形のカム部材が収容されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかの請求項に記載の電磁クラッチ。
6. 前記開閉対向壁の一方は、前記カム壁に兼用されたことを特徴とする請求項５に記載の電磁クラッチ。
7. 前記第２クラッチ板と前記カム壁とには、前記第２クラッチ板が前記第２当接位置の前記可動ストッパに当接したときに、互いに係合して前記第２クラッチ板を前記カム壁に回り止めする凹凸係合部が備えられたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電磁クラッチ。
8. 前記電磁クラッチは、四輪駆動車両の従動輪の駆動力伝達系に配置されており、前記第１回転部材は前記従動輪の駆動源側に連結され、前記第２回転部材は前記従動輪側に連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の電磁クラッチ。
9. 前記第２回転部材は、前記従動輪のディファレンシャルの外周面に一体的に設けられたリングギヤに噛合していることを特徴とする請求項８に記載の電磁クラッチ。

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