JP5561105B2

JP5561105B2 - 係合装置

Info

Publication number: JP5561105B2
Application number: JP2010244223A
Authority: JP
Inventors: 智仁大野; 英明駒田; 弘章江渕; 弘達北畠; 洋人橋本; 稔鬼武; 憲司是永
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: JP2012097782A

Description

本発明は、共通の軸線の回りに相対回転可能に設けられた第１係合部材及び第２係合部材を備え、これら２つの係合部材を係合させる係合状態と、その係合を解放する解放状態とに切り替え可能な係合装置に関する。

一対の係合部材を備え、電磁コイルで発生させた磁力の作用によりそれら一対の係合部材を係合させる係合状態と、その係合を解放する解放状態とに切り替え可能な係合装置が知られている。また、このような係合装置において、一対のカム部材を有し、一方のカム部材が他方のカム部材に対して相対回転した場合に一方の係合部材を他方の係合部材に押し付ける力が発生するカム機構が設けられたものが知られている。例えば、カム機構よりも径方向外側に多板クラッチ及び電磁コイルが設けられ、電磁コイルで発生した磁力でカム機構の一対のカム部材を互いに相対回転させてこれらカム部材を互いに離間する方向に押圧し、一方のカム部材で多板クラッチのクラッチプレートを押し付けて多板クラッチを係合させる装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−１３８４８５号公報

特許文献１の装置では、カム機構よりも径方向外側に多板クラッチが設けられ、多板クラッチの各クラッチプレートの摩擦面はカム機構よりも径方向外側に位置している。そのため、カム機構で発生した力が摩擦面よりもクラッチプレートの内周側に作用し、カム機構でクラッチプレートを押し付けるときにクラッチプレートが傾いて摩擦面の面圧分布が不均一になるおそれがある。

そこで、本発明は、係合部材同士を係合させる際にそれらの接触する部分の面圧分布を均一にすることが可能な係合装置を提供することを目的とする。

本発明の係合装置は、共通の軸線の回りに相対回転可能に設けられた第１係合部材及び第２係合部材を備え、前記第１係合部材と前記第２係合部材とを係合させる係合状態と、その係合を解放する解放状態とに切り替え可能な係合装置において、前記第１係合部材には、第１部材と、前記第１部材と前記第２係合部材との間に前記第１部材と同軸に配置されるとともに前記第１部材に対して相対回転可能かつ前記軸線方向に移動可能に設けられた磁性材料製の第２部材と、前記第２部材が前記第１部材に対して相対回転した場合に前記第１部材及び前記第２部材の少なくともいずれか一方に作用しているトルクを前記軸線方向への駆動力に変換するカム面を有し、前記カム面で発生した駆動力にて前記軸線方向に前記第２部材を駆動して前記第２係合部材に押し付けるカム機構と、が設けられ、前記第２係合部材には、前記カム面よりも径方向外側に配置されて前記第２部材と対向する電磁コイルが設けられ、前記第２部材及び前記第２係合部材の少なくともいずれか一方には、前記第２部材が前記第２係合部材に押し付けられた場合に前記第２部材と前記電磁コイルとの間には隙間が形成され、前記第２係合部材の前記電磁コイルよりも径方向内側の部分には前記第２部材が接触するように凸部が設けられている（請求項１）。

本発明の係合装置では、電磁コイルよりも径方向内側にカム機構が設けられ、第２部材が第２係合部材に押し付けられた場合には第２係合部材の電磁コイルよりも径方向内側の部分が第２部材と接触する。そのため、カム機構で発生した軸線方向の駆動力を第２部材のうち第２係合部材に押し付けられる部分に軸線方向から作用させることができる。これにより係合状態において第２部材が傾くことを抑制できるので、第２部材及び第２係合部材の間の面圧分布を均一にすることができる。また、本発明の係合装置によれば、第２部材が第２係合部材に押し付けられた場合に第２部材と電磁コイルとの間に隙間が形成されるので、第２部材が電磁コイルに接触して電磁コイルが摩耗することを防止できる。さらに、本発明の係合装置によれば、電磁コイルをカム面よりも径方向外側に配置したので、径方向内側に配置した場合と比較して電磁コイルへの通電時に磁束の流れが発生する面積を増加させることができる。そのため、電磁コイルへの通電時に発生する電磁吸引力を強めることができる。

本発明の係合装置の一形態において、前記第２係合部材の前記電磁コイルよりも径方向内側の部分には、前記第２部材が前記第２係合部材に押し付けられた場合に前記第２部材が接触する摩擦部材が設けられていてもよい（請求項２）。この場合、電磁コイルと摩擦部材とをそれぞれ別々の材料で形成できる。また、電磁コイルと摩擦部材とに異なる表面処理や加工を行うこともできる。そのため、例えば電磁吸引力を強めつつ摩擦部材の摩擦係数を大きくできる。

本発明の係合装置の一形態において、前記第２部材には、前記第２部材のうち前記電磁コイルと対向する対向部から当該対向部よりも径方向内側の内周部への磁力の漏れを抑制する磁力漏れ抑制部が設けられていてもよい（請求項３）。この場合、対向部から内周部への磁力の漏れが抑制できるので、電磁コイルと対向部との間で磁束の流れを形成することができる。そのため、電磁吸引力を強めることができる。

この形態においては、前記磁力漏れ抑制部として、前記対向部と前記内周部との間にこの部分の前記軸線方向の幅が前記対向部の前記軸線方向の幅よりも小さくなるように凹む凹部が設けられていてもよい（請求項４）。このように凹部を設けることにより、対向部と内周部との間の磁路断面積を対向部よりも狭くできるので、対向部から内周部に磁力が漏れることを抑制できる。

以上に説明したように、本発明の係合装置によれば、カム機構で発生した軸線方向の駆動力を第２部材のうち第２係合部材に押し付けられる部分に軸線方向から作用させることができる。そのため、係合状態において第２部材が傾くことを抑制できるので、第２部材及び第２係合部材の間の面圧分布を均一にすることができる。

本発明の一形態に係る係合装置を示す図。第１カム部材と第２カム部材との位相が一致しているときの第１係合部材を径方向外側から見た図。第１カム部材と第２カム部材との位相がずれているときの第１係合部材を径方向外側から見た図。係合状態の係合装置を示す図。第２カム部材を図１の左側から見た図。本発明の他の形態に係る係合装置を示す図。本発明の係合装置に設けられる第２カム部材の変形例を示す図。

図１は、本発明の一形態に係る係合装置を示している。この係合装置１０Ａは、車両の自動変速機やハイブリッド車両の動力分配装置等に組み込まれてクラッチやブレーキとして使用される。係合装置１０Ａは、第１係合部材１１と、第２係合部材１２とを備えている。図に示すようにこれらの係合部材１１、１２は同軸に設けられている。第１係合部材１１は、軸線Ａｘ回りに回転可能な回転軸１に設けられている。一方、第２係合部材１２は不図示の固定部材に回転不能に固定されている。これにより係合部材１１、１２は、共通の軸線Ａｘの回りに互いに相対回転可能に設けられる。

第１係合部材１１は、第１部材としての第１カム部材１３と、第２部材としての磁性材料製の第２カム部材１４とを備えている。第１カム部材１３は、円板状をしており、第１係合部材１１が取り付けられる回転軸１に固定されている。第２カム部材１４は、円板状をしており、第１カム部材１３と第２係合部材１２との間に第１カム部材１３と同軸に配置されている。また、第２カム部材１４は、第１カム部材１３に対して相対回転可能かつ軸線Ａｘ方向に移動可能なように回転軸１に支持されている。この図に示すように第２カム部材１４は、第１カム部材１３よりも直径が大きい。第１カム部材１３と第２カム部材１４との間には、複数のカムボール１５が介在している。各カムボール１５は、自転可能かつ軸線Ａｘ回りに回転可能なようにリテーナ１６に保持されている。

第１カム部材１３には、カムボール１５と同数の複数のＶ字溝１７が設けられている。これら複数のＶ字溝１７は、第２カム部材１４と対向する面に設けられている。また、複数のＶ字溝１７は、同一円周上に所定の間隔で並ぶように配置されている。第２カム部材１４には、第１カム部材１３のＶ字溝１７と同数かつ同じ形状の複数のＶ字溝１８が設けられている。これら複数のＶ字溝１８は、第１カム部材１３と対向する面に設けられている。複数のＶ字溝１８は、第１カム部材１３の複数のＶ字溝１７が配置されている円周と同じ径の円周上にそれらＶ字溝１７と同じ間隔で並ぶように配置されている。複数のカムボール１５は、これらＶ字溝１７、１８にて保持されることにより第１カム部材１３と第２カム部材１４との間に介在している。

図２及び図３は、第１係合部材１１を径方向外側から見た図を示している。なお、図２は第１カム部材１３と第２カム部材１４との位相が一致している状態を、図３は第１カム部材１３と第２カム部材１４との位相がずれている状態をそれぞれ示している。図１に示すように各Ｖ字溝１７、１８は、軸線Ａｘを含む断面で切断した場合には断面半円形をなしている。また、図２及び図３に示すように半径方向から見ると、各Ｖ字溝１７、１８はＶ字状に形成されていて、各カム部材１３、１４の回転方向（図の上又は下方向）に関して深さが徐々に浅くなるように構成されている。図３に示すように第１カム部材１３と第２カム部材１４とは、位相がずれるとカムボール１５がＶ字溝１７、１８内の浅い位置に移動し、第２カム部材１４を第１カム部材１３から離れる方向に押す駆動力Ｆが発生する。この場合、第２カム部材１４が第２係合部材１２側（図１の右側）に押され、図４に示すように第２カム部材１４が第２係合部材１２に押し付けられる。このように第２カム部材１４が駆動されることにより、各Ｖ字溝１７、１８及びカムボール１５が本発明のカム機構として機能する。そのため、各Ｖ字溝１７、１８が本発明のカム面に相当する。

図１に示すように第２カム部材１４と第２係合部材１２との間にはリターンスプリング１９が幾らか圧縮された状態で設けられている。リターンスプリング１９は、第２カム部材１４と第２係合部材１２とが互いに離れるようにこれらを軸線Ａｘ方向に付勢する。なお、図示は省略したがリターンスプリング１９の少なくともいずれか一方の端部には、第２カム部材１４と第２係合部材１２とが互いに相対回転可能なようにベアリングが設けられている。

図１に示すように第２係合部材１２には、通電されると磁力を発生する電磁コイル２０が設けられている。電磁コイル２０は、リング状のハウジング２１と、そのハウジング２１の内部に収容されたコイル部２２とを備えている。ハウジング２１は磁性材料製であり、その外径は第２カム部材１４の外径とほぼ同じである。また、ハウジング２１の内径は、第１カム部材１３の外径とほぼ同じである。そのため、電磁コイル２０は、各Ｖ字溝１７、１８よりも径方向外側に配置されている。この図に示すようにハウジング２１の内部には第１係合部材１２側が開口する空間２１ａが設けられており、コイル部２２はその空間２１ａ内に収容されている。第２係合部材１２には、ハウジング２１の径方向内側の部分を塞ぐように円板状の支持部２３が設けられている。ハウジング２１の内周面にはスナップリング２４が嵌め込まれている。スナップリング２４は、支持部２３が図に示した位置よりもこの図の右側に移動しないように支持部２３を支持している。また、スナップリング２４は、支持部２３の軸線Ａｘ方向の位置を調整するためのシムとしても機能する。支持部２３の第１係合部材１１側の面には、その面の全体に亘って弾性体製の弾性体部２５が設けられている。また、弾性体部２５の第１係合部材１１側の部分には、この部分を覆うように摩擦部材２６が設けられている。

第２カム部材１４には、第２カム部材１４が第２係合部材１２に押し付けられた場合に摩擦部材２６と接触するカム側摩擦部材２７が設けられている。この図に示すようにカム側摩擦部材２７は、カムボール１５と軸線Ａｘ方向に並ぶように設けられている。図４に示すようにカム側摩擦部材２７は、第２カム部材１４が第２係合部材１２に押し付けられた場合にカム側摩擦部材２７が摩擦部材２６と接触し、かつ第２カム部材１４と電磁コイル２０との間には隙間Ｃが形成されるように第２係合部材１２側に突出している。そのため、このカム側摩擦部材２７が本発明の凸部に相当する。なお、カム側摩擦部材２７は、摩擦係数の大きい周知の摩擦材を貼り付けることによって設けてもよいし、摩擦材をスパッタリング等による塗布等により設けてもよい。

また、第２カム部材１４には、凹部としての溝部２８が設けられている。溝部２８は、第２カム部材１４のうち第１カム部材１３と対向する面に設けられている。また、溝部２８は、第２カム部材１４のうち電磁コイル２０と対向する対向部１４ａとその対向部１４ａよりも径方向内側の内周部１４ｂとの間に設けられている。図５は、第２カム部材１４を図１の左側から見た図である。なお、この図ではＶ字溝１８の図示を省略している。この図に示すように溝部２８は、第２カム部材１４に全周に亘って設けられている。このように溝部２８を設けることにより、対向部１４ａと内周部１４ｂとの間の部分の軸線Ａｘ方向の幅が対向部１４ａの軸線Ａｘ方向の幅よりも小さくなる。

次に図１及び図４を参照して係合装置１０Ａの動作について説明する。この係合装置１０Ａでは、第２カム部材１４が第２係合部材１２と接触すると係合状態に切り替わり、第２カム部材１４が第２係合部材１２から離れると解放状態に切り替わる。図１は解放状態の係合装置１０Ａを示し、図４は係合状態の係合装置１０Ａを示している。

係合装置１０Ａを解放状態から係合状態に切り替える場合、まず電磁コイル２０に通電して磁力を発生させる。この磁力は電磁コイル２０から第２カム部材１４の対向部１４ａに向かって流れる。上述したように第２カム部材１４の対向部１４ａと内周部１４ｂとの間の部分の幅は溝部２８によって狭くなっている。そのため、磁力は対向部１４ａから内周部１４ｂに漏れにくくなり、対向部１４ａの内周側の部分から電磁コイル２０に向かって流れる。これにより電磁コイル２０と第２カム部材１４との間に実線ＭＦで示した磁束の流れが形成される。そして、このように磁束の流れＭＦが形成されることにより図４に示した電磁吸引力ＦＭが発生する。

この電磁吸引力ＦＭは、第２カム部材１４をリターンスプリング１９に抗して第２係合部材１２側に駆動し、第２カム部材１４と第２係合部材１２とを接触させる。これにより第１カム部材１３と第２カム部材１４との位相がずれるので、カムボール１５がＶ字溝１７、１８内の浅い位置に移動して駆動力Ｆが発生する。そのため、第２カム部材１４は、これら電磁吸引力ＦＭ及び駆動力Ｆにより第２係合部材１２に押し付けられる。そして、これにより係合装置１０Ａが係合状態に切り替わる。なお、この際には図４に示したように内周部１４ｂに設けられたカム側摩擦部材２７のみが第２係合部材１２と接触し、対向部１４ａと電磁コイル２０との間には隙間Ｃが形成される。

一方、係合装置１０Ａを係合状態から解放状態に切り替える場合には、電磁コイル２０への通電を停止する。これにより電磁吸引力ＦＭが消えるので、リターンスプリング１９によって第２カム部材１４が図４の左側に駆動される。そして、第２カム部材１４が第２係合部材１２から離れることにより第１カム部材１３と第２カム部材１４との位相のずれも小さくなるので、駆動力Ｆも小さくなる。従って、リターンスプリング１９によって第２カム部材１４が図１に示した位置まで戻され、係合装置１０Ａが解放状態に切り替わる。

本発明の係合装置１０Ａによれば、図４に示したように駆動力Ｆが発生する位置と第２カム部材１４のうち第２係合部材１２に押し付けられる位置とが軸線Ａｘ方向に並んでいる。そのため、駆動力Ｆをカム側摩擦部材２７に軸線Ａｘ方向から作用させることができる。これにより係合状態において第２カム部材１４が傾くことを抑制できるので、カム側摩擦部材２７及び摩擦部材２６の間の面圧分布を均一にすることができる。また、この係合装置１０Ａでは、係合状態において電磁コイル２０と第２カム部材１４との間に隙間Ｃが形成されるので、電磁コイル２０が摩耗することを防止できる。この隙間Ｃは、第２カム部材１４にカム側摩擦部材２７を設けることにより形成するので、第２カム部材１４に対して第２係合部材１２側の面を削る等の特別な加工を行う必要がない。そのため、コストを低減できる。また、この場合、対向部１４ａとカム側摩擦部材２７とを別の材料で形成できるので、それぞれの部分に適した材料を選択できる。この係合装置１０Ａでは、電磁コイル２０をＶ字溝１７、１８よりも径方向外側に配置したので、電磁コイル２０の磁束の流れＭＦが発生する面積を増加させ、電磁吸引力ＦＭを強めることができる。

この係合装置１０Ａでは、第２係合部材１２に電磁コイル２０とは別に第２カム部材１４と接触する摩擦部材２６を設けたので、これら各部分をそれぞれ別の材料で形成することができる。また、電磁コイル２０と摩擦部材２６とで異なる表面処理や加工を行うことができる。このように係合装置１０Ａでは電磁コイル２０と摩擦部材２６とにそれぞれ適切な処理を行うことができるので、電磁吸引力ＦＭを強めることと摩擦部材２６の摩擦係数を大きくすることとを両立させることができる。

係合装置１０Ａでは、第２係合部材１２の対向部１４ａと内周部１４ｂとの間に溝部２８を設けたので、この部分の磁路断面積を対向部１４ａよりも狭くすることができる。これにより対向部１４ａから内周部１４ｂに磁力が漏れることを抑制できるので、電磁吸引力ＦＭを強めることができる。なお、このように磁力の漏れを抑制することにより、溝部２８が本発明の磁力漏れ抑制部として機能する。また、この係合装置１０Ａでは対向部１４ａと内周部１４ｂとの間の部分が細くなっているので、第１カム部材１３又は第２カム部材１４に急に大きなトルクが入力されて大きな駆動力Ｆが発生した場合にはその部分を基点として対向部１４ａが内周部１４ｂに対して図１の左側に傾く。このように対向部１４ａが変形することにより、内周部１４ｂには駆動力Ｆが作用するが、その駆動力Ｆが対向部１４ａに入力されることを防止できる。

係合装置１０Ａでは、支持部２３と摩擦部材２６との間に弾性体部２５を設けたので、この弾性体部２５にて摩擦部材２６で発生した衝撃荷重を低減できる。また、この弾性体部２５により第２カム部材１４が第２係合部材１２に当たったときに発生する音を小さくできる。

図６は、本発明の他の形態に係る係合装置１０Ｂを示している。なお、この形態において上述した形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この形態では、支持部２３の第１係合部材１１側の面に摩擦部材２６が直接設けられ、支持部２３とスナップリング２４との間に弾性体製の弾性体部３０が設けられている点が上述した形態と異なり、それ以外は同じである。この形態では、弾性体部３０が支持部２３の軸線Ａｘ方向の位置を調整するシムとして機能する。

このように支持部２３とスナップリング２４との間に弾性体部３０を設けても、この弾性体部３０にて摩擦部材２６で発生した衝撃荷重を低減できる。また、この弾性体部３０によって第２カム部材１４が第２係合部材１２に当たったときに発生する音を小さくできる。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上述した各形態では第２係合部材を固定して係合装置をブレーキとして使用する場合を示したが、本発明の係合装置は相対回転可能な一対の回転部材の間の動力伝達を許容したり阻止したりするクラッチとして使用してもよい。この場合、一方の回転部材に第１係合部材を、他方の回転部材に第２係合部材をそれぞれ設ければよい。

第１係合部材に設けられるカム機構は、上述した各形態で示したものに限定されない。例えば、カムボールの代わりにローラが設けられたカム機構でもよい。また、一対のカム部材の互いに対向する面にそれぞれ周方向に交互にカム山及びカム溝が設けられ、一方のカム部材のカム溝に他方のカム部材のカム山が噛み合うようにこれらカム部材が組み合わされたカム機構でもよい。このカム機構では、一対のカム部材の位相がずれるとカム山同士が噛み合うので、一対のカム部材を互いに軸線方向に遠ざけることができる。第１係合部材には、このように一対のカム部材の位相がずれた場合にカム部材同士が互いに軸線方向に離れる種々のカム機構を設けてよい。

上述した形態では、第２カム部材において第１カム部材と対向する面に溝部を設けたが、溝部は第２カム部材において第２係合部材と対向する面に設けてもよい。また、溝部の形状も上述した各形態で示した形状に限定されない。溝部は、対向部と内周部との間の部分の軸線方向の幅が対向部の幅よりも小さくなるように設けられていればよい。第２カム部材において対向部から内周部に磁力が漏れることを抑制する手段は、溝部に限定されない。例えば、溝部の代わりに図７に示すように凹部として複数の穴４０を周方向に全周に亘って設けてもよい。なお、この図ではＶ字溝の図示を省略している。この場合でも、対向部と内周部との間の部分の磁路断面積を対向部よりも小さくできるので、対向部から内周部に磁力が漏れることを抑制できる。また、溝部や穴の代わりに対向部と内周部との間の部分に非磁性材料製の磁力漏れ抑制部材を設けてもよい。この場合においても磁力漏れ抑制部材により対向部から内周部への磁力の漏れを抑制できる。これらの場合、穴４０や磁力漏れ抑制部材が本発明の磁力漏れ抑制部に相当する。

１０Ａ、１０Ｂ係合装置
１１第１係合部材
１２第２係合部材
１３第１カム部材（第１部材）
１４第２カム部材（第２部材）
１４ａ対向部
１４ｂ内周部
１５カムボール（カム機構）
１７Ｖ字溝（カム面、カム機構）
１８Ｖ字溝（カム面、カム機構）
２０電磁コイル
２６摩擦部材
２７カム側摩擦部材（凸部）
２８溝部（凹部、磁力漏れ抑制部）
４０穴（凹部、磁力漏れ抑制部）
Ｃ隙間
Ａｘ軸線

Claims

共通の軸線の回りに相対回転可能に設けられた第１係合部材及び第２係合部材を備え、前記第１係合部材と前記第２係合部材とを係合させる係合状態と、その係合を解放する解放状態とに切り替え可能な係合装置において、
前記第１係合部材には、第１部材と、前記第１部材と前記第２係合部材との間に前記第１部材と同軸に配置されるとともに前記第１部材に対して相対回転可能かつ前記軸線方向に移動可能に設けられた磁性材料製の第２部材と、前記第２部材が前記第１部材に対して相対回転した場合に前記第１部材及び前記第２部材の少なくともいずれか一方に作用しているトルクを前記軸線方向への駆動力に変換するカム面を有し、前記カム面で発生した駆動力にて前記軸線方向に前記第２部材を駆動して前記第２係合部材に押し付けるカム機構と、が設けられ、
前記第２係合部材には、前記カム面よりも径方向外側に配置されて前記第２部材と対向する電磁コイルが設けられ、
前記第２部材及び前記第２係合部材の少なくともいずれか一方には、前記第２部材が前記第２係合部材に押し付けられた場合に前記第２部材と前記電磁コイルとの間には隙間が形成され、前記第２係合部材の前記電磁コイルよりも径方向内側の部分には前記第２部材が接触するように凸部が設けられている係合装置。
前記第２係合部材の前記電磁コイルよりも径方向内側の部分には、前記第２部材が前記第２係合部材に押し付けられた場合に前記第２部材が接触する摩擦部材が設けられている請求項１に記載の係合装置。
前記第２部材には、前記第２部材のうち前記電磁コイルと対向する対向部から当該対向部よりも径方向内側の内周部への磁力の漏れを抑制する磁力漏れ抑制部が設けられている請求項１又は２に記載の係合装置。
前記磁力漏れ抑制部として、前記対向部と前記内周部との間にこの部分の前記軸線方向の幅が前記対向部の前記軸線方向の幅よりも小さくなるように凹む凹部が設けられている請求項３に記載の係合装置。