JP6626574B2 - スライドフランジ - Google Patents

Description

以下の開示は、例えば自動車のドライブトレインの要素であってフリーランニングデフのごときクラッチを備えたものに組み込まれて利用されるスライドフランジに関し、特に、一対の近接センサと組み合わせてクラッチの脱連結と回転数とを同時に検出しうるスライドフランジに関する。

自動車のドライブトレインは数多くの要素を含み、またそのうちの幾つかはクラッチを備えている。その一例はフリーランニングデフである。フリーランニングデフは、左右の車軸の間で差動を許容するデファレンシャルの一種であって、トルクの伝達を断続するクラッチを備える。クラッチが脱連結したとき、車軸は自由に回転可能であって、このときトルクは他の車軸にのみ伝達されて、自動車は２ＷＤモードで走行する。クラッチが連結したとき、フリーランニングデフはトルクを当該車軸に伝達するので、自動車は４ＷＤモードで走行する。すなわちフリーランニングデフは、パートタイム４ＷＤを実現するための選択肢の一つである。

クラッチが連結しているか脱連結しているかは、しばしばクラッチのアクチュエータへの電力投入により判断される。しかしながら電力を投入してもクラッチの連結に失敗している場合があり、その場合でも自動車は問題なく走行できるので、かかる判断方法は確実ではない。クラッチが連結しているか脱連結しているかを直接に検出するべく、例えば非接触センサを利用してクラッチの位置を検出する技術が提案されている。

特許文献１は、関連する技術を開示する。

日本国特許出願公開２００６−４６５９４号

停車中には両方のクラッチ歯は停止しているので、通常、クラッチを連結することに問題は生じない。ところが走行中においてクラッチ歯の間にしばしば速度差が生じており、そのままではクラッチを連結することができない。そこでクラッチの連結に先立ち、それぞれのクラッチ歯の回転速度を検出し、速度差が一定の閾値以下の時にのみ連結を可能にする制御が必要である。例えばプロペラシャフトと車軸の回転速度をそれぞれ計測すれば、これらにそれぞれ連結されたクラッチ歯の回転速度を間接的に推定することが可能だろうが、もちろんこれは直接的な手段ではない。

上述の問題に鑑み、クラッチが連結しているか脱連結しているか、及び、クラッチ歯の回転速度を、同時に決定することができる以下の装置が創出された。

第一の局面によれば、スライドフランジは、クラッチを備えて軸周りに回転する回転体およびスパンを有するべく互いに周方向に離れた一対の近接センサと組み合わせて利用される。スライドフランジは、前記回転体と嵌合して前記クラッチが連結する第１の位置から前記クラッチが脱連結する第２の位置まで前記軸の方向に可動なインナリング部と、前記インナリング部から一体的に延長されて、少なくとも前記第２の位置において前記一対の近接センサに対向するべく配置されたアウタリング部と、周方向に等間隔を置いて前記アウタリング部に形成された複数のノッチと、前記アウタリング部から前記回転体に向かって延長されて、前記アウタリング部を前記クラッチと共に回転せしめるべく前記クラッチに結合する結合部と、を備え、前記複数のノッチ間の周方向の間隔は、前記一対の近接センサの周方向の間隔よりも大である。

図１は、一実施形態によるフリーランニングデフ、クラッチ、スライドフランジの断面と近接センサの立面を組み合わせた立面図である。 図２は、スライドフランジおよびその周囲の要素を拡大して見せる断面立面図である。 図３Ａは、スライドフランジをアクチュエータの側から見た側面図である。 図３Ｂは、スライドフランジと一対の近接センサとに限った立面図である。 図４Ａは、スライドフランジにおいてノッチおよびその周囲を拡大した斜視図である。 図４Ｂは、他の例によるノッチおよびその周囲を拡大した斜視図である。 図５Ａは、他の実施形態によるスライドフランジをアクチュエータの側から見た側面図である。 図５Ｂは、他の実施形態によるスライドフランジの立面図である。 図６は、ノッチと一対の近接センサとの位置関係を、周方向に展開して見せる模式図である。 図７は、ノッチと他の例による近接センサとの位置関係を、周方向に展開して見せる模式図である。 図８は、近接センサの出力を模式的に示すグラフである。

添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。

以下の説明および請求の範囲を通じて、特段の説明がなければ、軸は回転体の回転軸の意味である。また左右を区別することがあるが、これらは説明の便宜のために過ぎず、実施形態を制限するものではない。

本実施形態によるスライドフランジは、自動車のドライブトレインに含まれる種々の回転体であってクラッチを備えたものに適用可能であり、その例は、例えばパワートランスファユニット（ＰＴＵ）、フリーランニングデフ、リミテッドスリップデフである。以下の説明において回転体としてフリーランニングデフを例示するが、もちろんこれは実施形態を制限するものではない。

図１を参照するに、本実施形態によるスライドフランジ１は、クラッチ５を含むフリーランニングデフ３および一対の近接センサ７と組み合わせて利用される。フリーランニングデフ３は軸Ｃ周りに回転可能であり、その外周に隣接して一対の近接センサ７が配置される。一対の近接センサ７は、周方向に互いに離れており、その間に適宜のスパンを有する。

フリーランニングデフ３は、エンジンからトルクを受容するアウタケーシング３１と、これに対して回転可能なインナケーシング３３とを含む。インナケーシング３３はデファレンシャルギアに結合しており、これがさらに右および左の車軸に結合しており、以って車軸間の差動が許容されている。

クラッチ５が脱連結しているとき、インナケーシング３３はアウタケーシング３１から駆動的に切断されているので、車軸は自由に回転する。クラッチ５が連結しているとき、インナケーシング３３はクラッチ５を介してアウタケーシング３１からトルクを受容するので、車軸はエンジンにより駆動される。

図１と組み合わせて図２を参照するに、アウタケーシング３１内には、概してリング状のクラッチリング５１が収容されている。インナケーシング３３においてクラッチリング５１に向いた端は、クラッチ歯５３を備え、これに対応してクラッチリング５１はクラッチ歯５５を備え、クラッチ歯５３，５５の組み合わせはクラッチ５を構成する。

クラッチリング５１は、アウタケーシング３１内において軸Ｃの方向に可動であり、またクラッチ歯５５を有する端とは反対の端においてアウタケーシング３１に係合し、共に回転する。かかる一端においてクラッチリング５１はアウタケーシング３１外に露出しており、ボルト等によりスライドフランジ１と結合している。

スライドフランジ１は、クラッチリング５１と結合しているので、クラッチ歯５５とともに移動し、すなわちスライドフランジ１の位置を検出すればクラッチ５が連結しているか脱連結しているかを直接に検出することができる。図２において実線で示した第１の位置においてクラッチ５は連結しており、一点鎖線で示した第２の位置においてクラッチ５は脱連結している。一対の近接センサ７は、第１の位置においてスライドフランジ１に反応せず、第２の位置においてスライドフランジ１の接近を出力するように、配置されている。

フリーランニングデフ３は、また、クラッチリング５１を軸Ｃの方向に駆動するためのアクチュエータ４１を備える。アクチュエータ４１は、例えばアウタケーシング３１の一方のボス部３５上に嵌合している。アクチュエータ４１は、通常にはアウタケーシング３１と共に回転しない不動部材だが、あるいは可能ならば共に回転してもよい。アクチュエータ４１には、例えば電気的に励磁されるソレノイドが利用できるが、あるいは油圧装置、空圧装置あるいはギア−カム機構等の適宜の装置が利用できる。

アクチュエータ４１は、スライドフランジ１を介して、クラッチリング５１を駆動する。あるいはアクチュエータ４１からクラッチリング５１に向けてプランジャが延び、かかるプランジャを介して直接にクラッチリング５１を駆動してもよい。アクチュエータ４１がソレノイドである場合には、好ましくはスライドフランジ１は、磁束により駆動されるべく、少なくとも部分的に低炭素鋼のごとき磁性材料よりなる。

スライドフランジ１を原位置に戻すべく、スライドフランジ１とアウタケーシング３１との間に圧縮スプリング２１が介在していてもよい。

図３Ａを参照するに、スライドフランジ１は概ね平板であってリング状であり、その内周部分（インナリング）１１において、フリーランニングデフ３の例えばボス部３５に移動可能に嵌合する。インナリング１１は、必ずしも周方向に連続していなくてもよい。

スライドフランジ１は、また、インナリング１１より径方向に外方に、これと一体に、または別体であってこれと結合して、アウタリング１５を備える。アウタリング１５は、軸Ｃ周りに回転する間、常に近接センサ７に面するように、張り出した円形である。好ましくはアウタリング１５はインナケーシング３３より大径であり、またアクチュエータ４１より大径である。さらに、後述のノッチ１７を除き、周方向に連続した円形である。図３Ａに示すごとく、軸Ｃに直交した円板であってもよいし、あるいは多少の角度を有して傾いた円錐面の一部でもよく、さらにあるいは図５Ａに示すごとく軸Ｃに平行な円筒でもよい。

アウタリング１５には任意の素材を適用することができる。ただし、後述のごとくホール素子のごとき磁気を利用したセンサを近接センサ７に利用する場合、アウタリング１５は少なくとも部分的には低炭素鋼のごとき磁性材料よりなることを要する。

図４Ａ，４Ｂを参照するに、アウタリング１５はその周方向に等間隔を置いて形成された複数のノッチ１７を備える。かかるノッチ１７は、回転速度の測定に利用されるが、詳しくは後述する。

各ノッチ１７は、図４Ａに示すごとく切欠きであってもよいし、図４Ｂに示すごとく有底の窪みであってもよい。ノッチ１７の数は、図３Ａ，５Ａに示すごとく４でもよいが、これ以上でもよく、あるいはこれ以下でもよい。ただしノッチ１７間の間隔は、後述のごとく近接センサ７間の間隔に関連して定められる。

図３Ａ，５Ａと組み合わせて図１および図３Ｂ，５Ｂを参照するに、スライドフランジ１は、クラッチリング５１に向けて突出するように、一以上の結合部１３を備える。結合部１３は、例えばそれぞれスライドフランジ１をアウタリング１５から部分的に折り曲げて突出せしめたタブであり、またそれぞれボルトが通る貫通孔を有してもよい。あるいは結合部１３は、インナリング１１から切り起こされていてもよい。さらに複数の結合部１３は、軸Ｃに関して互いに対称であってもよく、これはクラッチリング５１に作用する力を対称的にしてその移動を滑らかにする効果がある。かかる結合部１３はクラッチリング５１との結合に利用され、アウタリング１５はクラッチリング５１と共に回転する。

図３Ｂに図６を組み合わせて参照するに、各近接センサ７は、典型的には棒状の形態であり、そのヘッド７１にセンサ素子７７を内包し、その基端部７３に信号を取り出すためのコネクタを備える。各近接センサ７は、典型的には中間部分７５を利用して、車体に固定され、素子を内包したヘッドをアウタリング１５に隣接させる。各近接センサ７は軸Ｃに平行に向けることができ、これはアウタリング１５が軸Ｃに直交した平板の場合に好適である。あるいは各近接センサ７は径方向に向けられてもよく、これは図５Ｂのごとくアウタリング１５が軸Ｃに平行な円筒の場合に好適である。

各近接センサ７には、例えばホール素子が利用できる。ホール素子は、加えられた磁束に応じて生じる電極間の電位差を出力するものであって、磁性材料の近接を検出するのに利用できる。ホール素子単体では、磁性材料からの距離に応じて連続的な出力を生ずるが、閾値に対する大小により離散的なパルス出力に変換するＩＣと組み合わせて利用してもよい。これは隣接するアクチュエータ４１による磁場の影響を打ち消すのに有効である。あるいはまた、ホール素子によるものに代えて、誘導型、静電容量型、あるいは光学式など、他の適宜の近接センサを利用することができる。近接を検出する距離の閾値は、例えば３ｍｍである。

スライドフランジ１は、一の近接センサ７ではなく、一対の近接センサ７と組み合わせて利用される。これは一の近接センサ７がたまたまノッチ１７と対向してしまっても、他の近接センサ７がスライドフランジ１の近接を検出することができるからである。あるいは図７に示すごとく、一のヘッド７１が一対の素子７７を備えてもよく、この場合には外観上、唯一つの近接センサとスライドフランジ１とが組み合わされたように見える。この場合でも同じ効果を奏する。

一対の素子７７の寸法およびその間の間隔と、ノッチ１７の寸法およびその間の間隔とは、好ましくは特定の関係にある。すなわち、図６を参照するに、一対の素子７７の周方向の間隔Ｗ２が複数のノッチ１７間の周方向の間隔Ｗ１の整数倍であると、一対の素子７７が共にノッチ１７に対向することがありうる。これを避けるべく、好ましくは間隔Ｗ２は間隔Ｗ１の整数倍ではなく、より好ましくは間隔Ｗ２は間隔Ｗ１より小である。

また図７を参照するに、一対の素子７７は、その間にスパンＷｓを有するが、各ノッチ１７の幅ＷｎがスパンＷｓよりも大であると、一対の素子７７が共に一のノッチ１７に対向することがありうる。これを避けるべく、好ましくは幅ＷｎはスパンＷｓより小である。一方、各素子７７がノッチを検出する最小の検出幅Ｗｄが幅Ｗｎより大であると、各素子７７がノッチ１７の存在を検出することに困難が生ずる。これを避けるべく、好ましくは検出幅Ｗｄは幅Ｗｎより小である。

本実施形態によれば、クラッチリング５１が第１の位置（クラッチ５が連結している）にあるか、第２の位置（クラッチ５が脱連結している）にあるかが、一対の近接センサ７により、非接触かつ電気的に検出することができる。すなわち、図８を参照するに、クラッチリング５１が第１の位置にあるとき、スライドフランジ１は近接センサ７より十分に離れた位置にあるので、一対の近接センサ７の出力Ｆ（ｔ）は共に０（ＯＦＦ）である。クラッチリング５１が第２の位置にあるときには、閾値よりも近接センサ７に近接するので、出力Ｆ（ｔ）は１（ＯＮ）の出力を生ずる。仮に一対の近接センサ７の一方がスライドフランジ１のノッチ１７に対向したとしても、他方はアウタリング部１５のノッチ１７以外の部分に対向しているので、少なくとも一対の近接センサ７の一つはＯＮの出力を生ずる。

クラッチ５が脱連結している一方、アウタケーシング３１にトルクが印加されている時には、アウタケーシング３１に従動してクラッチリング５１も回転している。かかる回転がインナケーシング３３と同期していなければ、クラッチ歯５３，５５間に速度差が生じており、クラッチ５を再び連結することができない。本実施形態によれば、クラッチリング５１と共にスライドフランジ１が回転している時、ノッチ１７は周期的に近接センサ７の前を通過する。ＯＮを出力し続けている近接センサ７は、その時だけＯＦＦを出力し、図８の右方に示すごとくパルスを生ずる。ノッチ１７の数ｎは予め分かっているので、パルス間の時間ｔを測定することにより、クラッチ歯５５の回転速度Ｒを算出できる。

すなわち本実施形態は、クラッチ歯５５の回転速度を直接的に検出することができ、以ってクラッチ歯５３，５５の回転速度差が一定の閾値以下の時にのみクラッチ５の連結を許可する制御を可能にする。

ここで注意すべきは、クラッチ５が連結しているときにはスライドフランジ１は一対の近接センサ７から離れており、従って近接センサ７は回転に対応したパルスを出力しないことである。当業者の常識によれば、このように対象との距離が一定でない時には、回転速度を検出する目的で近接センサを利用することはない。ところが本実施形態による用途では、クラッチ５が脱連結しているときにのみ回転速度を知ればよいので、近接センサを利用することができる。

また既に述べた通り、検出対象がノッチを有することは、近接センサによってクラッチの位置を検出することの障害になりうる。ところが本実施形態においては、一対の近接センサ７と組み合わせて利用することにより、問題を解消している。

すなわち本実施形態によれば、クラッチが連結しているか脱連結しているか、及び、クラッチ歯の回転速度を、同時に、非接触かつ電気的に検出することができる。

接触式による検出では、摩擦により失われるエネルギが無視しえないし、また力点と接触点との間でモーメントを生じることも問題になりうる。本実施形態はこれらの問題を解消している。

従来の技術と異なり、クラッチ歯の回転速度を推定するために他の回転速度検出装置を備える必要がない。すなわち本実施形態は、従来技術において必須であった他の検出装置を省略しながら、その機能を維持しており、回転機械の構造の簡略化に寄与している。

幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

クラッチが連結しているか脱連結しているか、及び、クラッチ歯の回転速度を、同時に決定することができるスライドフランジが提供される。

Claims (4)

1. クラッチを備えて軸周りに回転する回転体および互いに周方向に離れた一対の近接センサと組み合わせて利用するスライドフランジであって、
   前記回転体と嵌合して前記クラッチが連結する第１の位置から前記クラッチが脱連結する第２の位置まで前記軸の方向に可動なインナリング部と、
   前記インナリング部から一体的に延長されて、少なくとも前記第２の位置において前記一対の近接センサに対向するべく配置されたアウタリング部と、
   周方向に等間隔を置いて前記アウタリング部に形成された複数のノッチと、
   前記アウタリング部から前記回転体に向かって延長されて、前記アウタリング部を前記クラッチと共に回転せしめるべく前記クラッチに結合する結合部と、
   を備え、
   前記複数のノッチ間の周方向の間隔は、前記一対の近接センサの周方向の間隔よりも大である、スライドフランジ。
2. 前記アウタリング部は前記インナリング部から径方向に延長されて前記軸に直交する円板または前記インナリング部から軸に平行に延長された円筒である、請求項１のスライドフランジ。
3. 各々の前記ノッチの幅は、前記一対の近接センサ間のスパンよりも小である、請求項１のスライドフランジ。
4. 各々の前記ノッチの幅は、各々の前記近接センサの検知幅よりも大である、請求項３のスライドフランジ。

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