JP5104559B2 - ドグクラッチ - Google Patents

Description

本発明は、原動機から出力されたトルクの伝達を断続できるドグクラッチに関する。

一対の回転部材に設けられた噛み合い歯の先端を一方向に傾斜させ、対向する噛み合い歯を先端において相互に滑らせながら回転部材を回転軸線方向に互いに近づけて、これらの噛み合い歯を噛み合わせるドグクラッチが知られている（特許文献１）。

特開平８−１７７８８４号公報

特許文献１のドグクラッチは、対向する噛み合い歯を滑らせて噛み合わせを完了するまでの過程で回転部材の回転慣性や駆動トルクに逆らう必要がある。このため、その過程において噛み合わせの抵抗が大きいほど噛み合い歯の噛み合わせが困難になる。

そこで、本発明は、噛み合い歯を噛み合わせる際の抵抗を低減することにより、噛み合い歯を容易に噛み合わせることができるドグクラッチを提供することを目的とする。

本発明のドグクラッチは、対面する係合面において互いに噛み合うことができる噛み合い歯が設けられ、回転軸線方向に相対移動可能な状態で同軸上に配置された二つの回転部材を備え、前記二つの回転部材を前記回転軸線方向に相対移動させて前記噛み合い歯が互いに噛み合う係合状態とその噛み合いが解除される解放状態とを切り替えることにより、原動機から出力されたトルクの伝達を断続できるドグクラッチであって、前記二つの回転部材のそれぞれに設けられた前記噛み合い歯は、前記係合面に対して一方向に傾斜した先端部を有し、かつ前記原動機を固定した状態で前記噛み合い歯が変位し得る最大変位量である累積ガタよりも小さい歯幅を有し、前記二つの回転部材のそれぞれに設けられた前記噛み合い歯には、前記係合状態において前記係合面同士が離間する方向及び前記回転軸線の方向への相対移動を制限するための移動制限部が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

このドグクラッチによれば、各噛み合い歯が係合面に対して一方向に傾斜した先端部を有し、かつ累積ガタよりも小さい歯幅を有しているため、互いの噛み合い歯が対面している状態で係合状態へ切り換える際には、先端部の傾斜によって互いの噛み合い歯が滑りながら、二つの回転部材が累積ガタの相当量だけ負荷が掛からずに相対回転できる。このため、係合状態へ切り換える際の抵抗が低減するため、各噛み合い歯を容易に噛み合わせることができる。

また、係合状態において係合面同士が離間する方向及び回転軸線の方向への相対移動を制限するための移動制限部が設けられているので、係合状態に切り替わると、移動制限部によって係合面同士の離間が制限されるとともに、各噛み合い歯の回転軸線方向への移動が制限される。これにより、係合状態に維持するために外部エネルギーが不要である。

移動制限部の構成には特段の制限はなく、例えば、前記移動制限部として、前記先端部の傾斜方向と交差する方向に前記係合面から立ち上がる段差部が設けられていてもよい（請求項２）。この場合には、互いの段差部が引っ掛かり合うことにより、係合面が離間する方向及び回転軸線の方向への相対移動が制限される。

以上説明したように、本発明によれば、噛み合い歯が係合面に対して一方向に傾斜した先端部を有し、かつ累積ガタよりも小さい歯幅を有しているため、互いの噛み合い歯が対面している状態で係合状態へ切り換える際には、先端部の傾斜によって互いの噛み合い歯が滑りながら、二つの回転部材が累積ガタの相当量だけ負荷が掛からずに相対回転できる。このため、係合状態へ切り換える際の抵抗が低減するため、噛み合い歯を容易に噛み合わせることができる。

（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係るドグクラッチが組み込まれたハイブリッド車の動力伝達装置の一部を模式的に示している。ドグクラッチ１Ａはハイブリッド車の変速を実現するための装置の一つとして動力伝達装置２に組み込まれている。なお、動力伝達装置２の全体構成等の詳細な構造は本発明の要旨と直接関係しないため説明を省略する。

クラッチ１Ａは、動力伝達装置２が持つモータ・ジェネレータ（ＭＧ）３からアクスルシャフト４までの動力伝達経路内に配置されている。クラッチ１Ａは、ＭＧ３側に連結する回転軸５ａに装着された回転部材である第１係合部材５と、アクスルシャフト４側に連結する回転軸６ａに装着された回転部材である第２係合部材６とを備えている。これらの係合部材５、６は回転軸線Ａｘの回りに相対回転可能、かつ回転軸線Ａｘ方向に移動可能な状態で同軸上に配置されている。ＭＧ３側の回転軸５ａは回転軸線Ａｘ方向に移動可能な状態で支持されており、回転軸５ａは電磁式のアクチュエータ７にて第１係合部材５とともに回転軸線Ａｘ方向へ駆動される。また、クラッチ１Ａには、第１係合部材５を第２係合部材６から離れる方向に付勢するリターンスプリング８が設けられていて、そのリターンスプリング８の基端は固定要素であるケーシング９に接続されている。第２係合部材６は回転軸線Ａｘ方向に移動不能な状態で支持されている。

第１係合部材５は複数の噛み合い歯１０が周方向に並べられた第１歯列１１を持っており、第２係合部材６は噛み合い歯１０と噛み合うことができる複数の噛み合い歯１２が周方向に並べられた第２歯列１３を持っている。これらの噛み合い歯１０、１２は対面する係合面１５において互いに噛み合うことができる。各噛み合い歯１０、１２は回転軸線Ａｘ方向に延びており、それらの先端部１６は係合面１５に対して一方向に傾斜している。図１の状態は各噛み合い歯１０、１２の噛み合いが解除された解放状態である。このため、図１の状態ではＭＧ３側からアクスルシャフト４側への動力伝達が遮断される。

図１の状態からアクチュエータ７が第１係合部材５を第２係合部材６に近づくようにリターンスプリング８の付勢力に抗して移動させると、図２に示すように、第１係合部材５の噛み合い歯１０と第２係合部材６の噛み合い歯１２とが互いに噛み合う係合状態となる。これにより、第１係合部材５と第２係合部材６とが結合され、ＭＧ３側の動力がアクスルシャフト４側へドグクラッチ１Ａを介して伝達される。

図３は各噛み合い歯１０、１２の周囲を拡大した説明図である。原動機であるＭＧ３から第１係合部材５の噛み合い歯８までの間にはギア、継手等の複数の伝達要素が介在しているため、それらの要素のそれぞれにガタが存在している。各噛み合い歯１０、１２は、ＭＧ３から第１係合部材５の噛み合い歯８までのガタを積算した累積ガタＸよりも小さな歯幅Ｗを有している。即ち歯幅Ｗと累積ガタＸとにはＷ＜Ｘの関係が成立する。図３に示すように、累積ガタＸはＭＧ３を固定した状態で第１係合部材５の噛み合い歯１０が変位し得る最大変位量として定義できる。

図４Ａ〜図４Ｃは、ドグクラッチ１Ａが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図である。図４Ａの状態は、ＭＧ３から第１係合部材５の噛み合い歯８までのガタが矢印方向に詰められて、かつ二つの係合部材５、６の回転速度が同期した状態である。この時、各噛み合い歯１０、１２は破線で示すようにそれらの回転位置（位相）が一致している。図４Ａの状態から、図４Ｂに示すように第１係合部材５を矢印方向（回転軸線Ａｘ方向）に沿って第２係合部材６に近づけると、各噛み合い歯１０、１２の先端部１６が相互に突き当たる。更に、第１係合部材５を近づけると、各噛み合い歯１０、１２は先端部１６の傾斜面に沿って滑り始める。上述したように、累積ガタＸは歯幅Ｗよりも大きいので、各噛み合い歯１０、１２が接している間、第１係合部材５の噛み合い歯１０は先端部１６の傾斜面に沿って滑りながら想像線で示す位置まで負荷が掛からずに相対回転できる。このため、解放状態から係合状態へ切り換える際の抵抗が低減するため、図４Ｃに示すように各噛み合い歯１０、１２を容易に噛み合わせることができる。

図１に示すように、この形態は解放状態から係合状態へ切り替える過程で、第１係合部材５及び第２係合部材６のそれぞれの回転速度が合致するように、制御装置１３がＭＧ３を制御する。制御装置１３は動力伝達装置２の各部を制御するコンピュータであり、内蔵の記憶装置に保持された各種プログラムに従って各部に対する制御を実行できるように構成されている。制御装置１３は第１係合部材５及び第２係合部材６のそれぞれの回転速度が合致した後にアクチュエータ７を操作して解放状態から係合状態へ切り替える。

図５は、上述した動作を実現するために制御装置１３が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１において、解放状態から係合状態への切替条件の成否を判定し、切替条件が成立している場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。

ステップＳ２では、各係合部材５、６の同期制御を実行する。同期制御は各係合部材５、６の回転速度及び位相を許容範囲内において一致するようにＭＧ３の動作を制御するものである。

ステップＳ３では、同期制御の結果、各係合部材５、６の同期が完了したか否かを判定するため、同期終了条件の成否を判定する。ここでは、各係合部材５、６の回転速度及び位相が許容範囲内に収まっていることが同期終了条件として設定されている。同期終了条件が成立していない場合は、その成立が判定されるまでステップＳ２の同期制御が続行される。

ステップＳ４では、ドグクラッチ１Ａの余剰トルクが所定方向になるようにＭＧ３の動作を制御することにより、上述したガタを一方向に詰める。ここで余剰トルクとはドグクラッチ１Ａが係合状態にあるときのトルクと第１係合部材５のトルクとの差を意味する。余剰トルクの所定方向は上述したガタが図４Ａの矢印方向に詰められた状態にできる方向である。ここでは、余剰トルクが所定方向でかつその大きさが規定値の範囲内に収まるようにＭＧ３を制御してもよいし、余剰トルクが所定方向でかつ予め決められた値となるようにＭＧ３を制御してもよい。

ステップＳ５では、アクチュエータ７を作動して第１係合部材５を回転軸線Ａｘの方向に移動させて、各噛み合い部１０、１２を互いに噛み合わせて係合状態へ切り換える。その後、今回のルーチンを終了する。

以上のルーチンが制御装置１３にて実行されることにより、解放状態から係合状態へ切り換える際の抵抗が低減するため、解放状態から係合状態への切替時の抵抗を緩和しつつ確実な切替を実現できる。

（第２の形態）
次に、図６〜図９を参照して本発明の第２の形態を説明する。なお、第１の形態と共通の部材には同一の符号を図面に付すことにより、共通の部材に関する説明を省略する。図６は第２の形態に係るドグクラッチが組み込まれた動力伝達装置の一部を模式的に示している。図示のドグクラッチ１Ｂは、ＭＧ３側に連結する回転軸２１ａに装着された回転部材である第１係合部材２１と、アクスルシャフト４側に連結する回転軸２２ａに装着された回転部材である第２係合部材２２とを備えている。これらの係合部材２１、２２は回転軸線Ａｘの回りに相対回転可能、かつ回転軸線Ａｘ方向に移動可能な状態で同軸上に配置されている。ＭＧ３側の回転軸２１ａは回転軸線Ａｘ方向に移動可能な状態で支持されている。第１の形態と同様に、第１係合部材２１はアクチュエータ７にて回転軸線Ａｘ方向へ駆動されるとともに、リターンスプリング８にて第２係合部材２２から離れる方向に付勢されている。第２係合部材２２は回転軸線Ａｘ方向に移動不能な状態で支持されている。

第１係合部材２１は複数の噛み合い歯２４が周方向に並べられた第１歯列２５を持っており、第２係合部材２２は噛み合い歯２４と噛み合うことができる複数の噛み合い歯２６が周方向に並べられた第２歯列２７を持っている。これらの噛み合い歯２４、２６は対面する係合面２９において互いに噛み合うことができる。各噛み合い歯２４、２６は回転軸線Ａｘ方向に延びており、それらの先端部３０は係合面２９に対して一方向に傾斜している。各噛み合い歯２４、２６には、その先端部３０の頂点側に移動制限部としての段差部３１が設けられている。段差部３１は先端部３０の傾斜方向と交差する方向に係合面２９から立ち上がるように構成されている。図６の状態は各噛み合い歯２４、２６の噛み合いが解除された解放状態である。このため、図６の状態ではＭＧ３側からアクスルシャフト４側への動力伝達が遮断される。

図６の状態から、アクチュエータ７が第１係合部材２１を第２係合部材２２に近づくように移動させると、図７に示すように第１係合部材２１の噛み合い歯２４と第２係合部材２２の噛み合い歯２６とが互いに噛み合う係合状態となる。これにより、第１係合部材２１と第２係合部材２２とが結合され、ＭＧ３側の動力がアクスルシャフト４側へドグクラッチ１Ｂを介して伝達される。ドグクラッチ１Ｂが係合状態になると、各噛み合い歯２４、２６の互いの段差部３１が引っ掛かり合った状態に維持される。

図８は各噛み合い歯２４、２６の周囲を拡大した説明図である。ドグクラッチ１Ｂにおいても、原動機であるＭＧ３から第１係合部材２１の噛み合い歯２４までの間にはギア、継手等の複数の伝達要素が介在しているため、それらの要素のそれぞれにガタが存在している。各噛み合い歯２４、２６は、ＭＧ３から第１係合部材２１の噛み合い歯２４までのガタを積算した累積ガタＸよりも小さな歯幅Ｗを有している。

図９Ａ〜図９Ｃは、ドグクラッチ１Ｂが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図である。図９Ａの状態は、ＭＧ３から第１係合部材２１の噛み合い歯２４までのガタが矢印方向に詰められて、かつ二つの係合部材２１、２２の回転速度が同期した状態である。この時、各噛み合い歯２４、２６は破線で示すようにそれらの回転位置が一致している。図９Ａの状態から、図９Ｂに示すように第１係合部材２１を矢印方向（回転軸線Ａｘ方向）に沿って第２係合部材２２に近づけると、各噛み合い歯２４、２６の先端部３０が相互に突き当たる。更に、第１係合部材２１を近づけると、各噛み合い歯２４、２６は先端部３０の傾斜面に沿って滑り始める。累積ガタＸは歯幅Ｗよりも大きいので、各噛み合い歯２４、２６が接している間、第１係合部材２１の噛み合い歯２４は先端部３０の傾斜面に沿って滑りながら想像線で示す位置まで負荷が掛からずに相対回転できる。このため、解放状態から係合状態へ切り換える際の抵抗が低減するため、図９Ｃに示すように各噛み合い歯２４、２６を容易に噛み合わせることができる。

ドグクラッチ１Ｂは、係合状態になると各噛み合い歯２４、２６の互いの段差部３１が引っ掛かり合って、対面する係合面２９が離間する方向及び回転軸線Ａｘの方向への相対移動が制限される。段差部３１の立ち上がり面３１ａの角度θ（図９Ｃ）は、各係合部材２１、２２に規定値以上のトルクが作用した場合に噛み合いが外れる値に設定されている。従って、ドグクラッチ１Ｂは規定値以上のトルクが作用しない限りにおいて外部エネルギーを要することなく係合状態に維持することができる。

図１０は、制御装置１３が実行する第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。なお、このルーチンにおいて、第１の形態に係る図５のルーチンと同一の処理には図１０に同一符号を付して説明を省略する。

ステップＳ５におけるアクチュエータ７の作動後にステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、一旦作動したアクチュエータ７を停止させる。つまりアクチュエータ７に対する電力供給を停止する。アクチュエータ７が停止すると、リターンスプリング８の付勢力（弾性力）によって第１係合部材２１は解法位置側に付勢される。

各噛み合い歯２４、２６の互いの段差部３１が引っ掛かり合っていると、第１係合部材２１の戻りが途中で止まる。そこで、ステップＳ２２では、互いの段差部３１が引っ掛かり合っているか否かを判定するため、第１係合部材２１の戻り量が所定値未満であるかどうかを判定する。その所定値は互いの段差部３１が引っ掛かった場合の戻り量であるから、その戻り量を実験的に特定し、その値を制御装置１３の記憶装置に保持しておく。なお、戻り量の検出は不図示の位置センサからの信号に基づいて行われる。

戻り量が所定値以上の場合は、互いの段差部３１が引っ掛かり合っていないと判断されるため、処理をステップＳ５に戻して、再度アクチュエータ７を作動させる。一方、戻り量が所定値未満の場合は、互いの段差部３１が引っ掛かり合った状態であることになるため、今回のルーチンを終了する。以上のルーチンが制御装置１３にて実行されることにより、第１の形態と同様の効果を奏することができ、更に、解放状態から係合状態へ切り換えた後に、外部エネルギー（電力）を要することなくドグクラッチ１Ｂを係合状態に維持することができる。

本発明は上記の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明のドグクラッチはハイブリッド車の動力伝達装置に適用することに限定されるものではない。また、上記の各形態では、第１係合部材５及び第２係合部材６のそれぞれの回転速度を同期させてから係合状態へ切り替えているが、ドグクラッチの用途によっては、第１係合部材の回転速度と第２係合部材の回転速度との速度差が小さい場合もある。従って、これらの回転速度の同期を行うことなく解放状態から係合状態へ切り替える形態で本発明のドグクラッチを実施することもできる。

本発明の一形態に係るドグクラッチが組み込まれたハイブリッド車の動力伝達装置の一部を模式的に示した図。 図１のドグクラッチの係合状態を示した図。 図１のドグクラッチの各噛み合い歯の周囲を拡大した説明図。 図１のドグクラッチが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図であって、各回転部材の回転速度が同期した状態を示した図。 図１のドグクラッチが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図であって、各噛み合い歯が接触した状態を示した図。 図１のドグクラッチが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図であって、各噛み合い歯が噛み合った係合状態を示した図。 第１の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第２の形態に係るドグクラッチが組み込まれたハイブリッド車の動力伝達装置の一部を模式的に示した図。 図７のドグクラッチの係合状態を示した図。 図７のドグクラッチの各噛み合い歯の周囲を拡大した説明図。 図７のドグクラッチが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図であって、各回転部材の回転速度が同期した状態を示した図。 図７のドグクラッチが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図であって、各噛み合い歯が接触した状態を示した図。 図７のドグクラッチが解放状態から係合状態へ切り替わる過程を説明する説明図であって、各噛み合い歯が噛み合った係合状態を示した図。 第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ ドグクラッチ
３ ＭＧ（原動機）
５、２１ 第１係合部材（回転部材）
６、２２ 第２係合部材（回転部材）
１０、２４ 第１噛み合い歯（噛み合い歯）
１２、２６ 第２噛み合い歯（噛み合い歯）
１５、２９ 係合面
１６、３０ 先端部
３１ 段差部（移動制限部）
Ａｘ 回転軸線
Ｗ 歯幅
Ｘ 累積ガタ

Claims (2)

1. 対面する係合面において互いに噛み合うことができる噛み合い歯が設けられ、回転軸線方向に相対移動可能な状態で同軸上に配置された二つの回転部材を備え、前記二つの回転部材を前記回転軸線方向に相対移動させて前記噛み合い歯が互いに噛み合う係合状態とその噛み合いが解除される解放状態とを切り替えることにより、原動機から出力されたトルクの伝達を断続できるドグクラッチであって、
   前記二つの回転部材のそれぞれに設けられた前記噛み合い歯は、前記係合面に対して一方向に傾斜した先端部を有し、かつ前記原動機を固定した状態で前記噛み合い歯が変位し得る最大変位量である累積ガタよりも小さい歯幅を有し、
   前記二つの回転部材のそれぞれに設けられた前記噛み合い歯には、前記係合状態において前記係合面同士が離間する方向及び前記回転軸線の方向への相対移動を制限するための移動制限部が設けられていることを特徴とするドグクラッチ。
2. 前記移動制限部として、前記先端部の傾斜方向と交差する方向に前記係合面から立ち上がる段差部が設けられている請求項１に記載のドグクラッチ。

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