JP7065189B2

JP7065189B2 - 摩擦クラッチ装置

Info

Publication number: JP7065189B2
Application number: JP2020528556A
Authority: JP
Inventors: 功廣田; 豊史丸山
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2022-05-11
Anticipated expiration: 2038-07-02
Also published as: JPWO2020008507A1; CN112352114B; CN112352114A; WO2020008507A1

Description

以下の開示は、カム機構を利用した摩擦クラッチ装置に関し、特にドラッグトルクを抑制することができる摩擦クラッチ装置に関する。

一般に車両は幾つかのクラッチを利用する。例えば二輪駆動（２ＷＤ）モードと四輪駆動（４ＷＤ）モードとを切り替える目的で、２つのシャフトの間にクラッチが介在し、アクチュエータによってその連結－脱連結を切り替えることがある。

ドッグクラッチのごとき噛み合いクラッチを利用するときには、滑りのない確実なトルク伝達が可能になるが、車両が停止中のとき以外は連結－脱連結が難しいし、通常、かかる装置は伝達するトルクを量的に制御することはできない。これらの問題に鑑みて、多板クラッチのごとき摩擦クラッチを利用することがある。

摩擦クラッチによれば、その滑りを利用して、伝達するトルクを量的に制御することができるが、逆に滑りのないトルク伝達を実現しようとすると、装置は十分な軸力を発生する手段を備える必要がある。単独の手段が十分な軸力を発生することは難しいので、差動を生ずるためのパイロットクラッチと、かかる差動による周方向の力を増倍して軸力に変換するカム機構とを組み合わせることがある。

特許文献１，２は、関連する技術を開示する。

国際特許出願公開ＷＯ２０１７／１４９８２９Ａ１日本国特許出願公開２０１６－６１３５０号

パイロットクラッチは、それ自身の摩擦的制動により差動を作り出すが、逆に外部から差動が与えられたときにはパイロットクラッチに引き摺り（ドラッグ）抵抗が生じる。このドラッグはまた差動を増大し、増大した差動がカム機構を作動させてメインクラッチに軸力が印加されるので、メインクラッチにも意図しないドラッグが発生してしまう。このような事態は、例えば４ＷＤモードにおいて前後輪に回転差が生じるときに起こりうる。かかるドラッグは車両の燃費に好ましくない影響を及ぼす。本発明者らはかかる問題の解決を図るべく、以下に開示するクラッチ装置に想到した。

一の局面によれば、軸の周りにそれぞれ回転可能な第１の回転体と第２の回転体との間でトルクの伝達を制御するためのクラッチ装置は、第１のカム面を備え、前記第２の回転体に対して前記軸の周りに回転可能なカムプレートと、前記カムプレートを前記第１の回転体に対して周方向に制動するべく前記カムプレートと結合したパイロットクラッチと、前記第１のカム面に軸方向に対向する第２のカム面を備え、前記第２の回転体と共に回転し軸方向に可動なプレッシャプレートと、前記カムプレートと前記プレッシャプレートとの間に介在して前記プレッシャプレートに対する前記カムプレートの差動に応じて転動する複数の転動体と、前記軸の周りに円環をなし、前記複数の転動体をそれぞれ回転可能に支持して転動を制限するサポートであって、回転方向の移動に対して抵抗を生ずるべく前記第２の回転体に摩擦的に嵌合するサポートと、前記プレッシャプレートに軸方向に押圧されると前記第１の回転体と前記第２の回転体との間で前記トルクを伝達する摩擦クラッチと、を備える。

図１は、一実施形態によるカム機構を含むクラッチ装置の縦断面図である。図２は、カム機構の部分切断斜視図である。図３Ａは、軸およびテーパローラの中心を通る放射軸を含む断面で切断したプレッシャプレート、テーパローラおよびカムプレートの断面図である。図３Ｂは、テーパローラおよびサポートを軸方向に見た部分平面図である。図４Ａは、一例に基づくサポートを軸方向に見た平面図である。図４Ｂは、図４Ａの線ＶＩＢ－ＶＩＢから取られたサポートの部分断面図である。図５は、他の例に基づくテーパローラおよびサポートを軸方向に見た部分平面図である。図６Ａは、カムボールを利用した例による、プレッシャプレート、カムボールおよびカムプレートの断面図である。図６Ｂは、カムボールおよびサポートを軸方向に見た部分平面図である。図７は、皿バネの斜視図である。

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、軸はカム機構の回転軸の意味であり、また軸方向はこれに平行な方向であり径方向はこれに直交する方向であり回転方向は軸周りの回転の方向を意味する。

本実施形態によるカム機構３は、例えば図１に例示するクラッチ装置１に適用することができるが、必ずしもこれに限られない。クラッチ装置１は、それぞれ軸Ｘ周りに回転する第１の回転体と第２の回転体との間でトルクの伝達を断続ないし制御する装置であって、この例では第１の回転体はクラッチケース２１であり、第２の回転体はシャフト２３である。クラッチ装置１は、概して、カム機構３と、これを作動させる手段２７と、摩擦クラッチ２５と、カム機構を当初位置に押し戻すスプリング１３と、を備える。

クラッチケース２１とシャフト２３との間には摩擦クラッチ２５が介在してトルク伝達を仲介する。この例では摩擦クラッチ２５は多板クラッチだが、他の形式の摩擦クラッチでもよい。クラッチ２５の複数のアウタプレートはクラッチケース２１にラグ等により結合しており、アウタプレートと交互に並ぶ複数のインナプレートはシャフト２３にラグ等により結合している。カム機構３がクラッチ２５に軸力を及ぼすことにより、アウタプレートとインナプレートとが摩擦的に連結し、クラッチケース２１とシャフト２３との間でトルクが伝達される。また軸力を増減することにより伝達されるトルクが増減する。

クラッチ装置１は、また、カム機構３を作動させるべく、差動を生じる手段２７を備え、手段２７は概してパイロットクラッチ２９とこれを作動させるソレノイド３１とを備える。図１に組み合わせて図２を参照するに、手段２７は、この例ではカムプレート３５を制動することによりこれにプレッシャプレート３９に対して差動を生じ、以ってカム機構を作動させる。

パイロットクラッチ２９もこの例では多板クラッチだが、他の形式の摩擦クラッチでもよい。パイロットクラッチ２９の複数のアウタプレートはクラッチケース２１にラグ等により結合しており、アウタプレートと交互に並ぶ複数のインナプレートはカムプレート３５にラグ等により結合している。

ソレノイド３１は、さらに、その磁束を導くがギャップを備えたコア３２と、ギャップを跨ぐように配置されたアーマチャ３３とを備え、コア３２とアーマチャ３３とはパイロットクラッチ２９を挟むように配置されている。ソレノイド３１が励磁されると磁束はアーマチャ３３をコア３２に向けて誘引し、以ってアウタプレートとインナプレートとの間に摩擦が生じてカムプレート３５を制動する。すなわち、クラッチケース２１とシャフト２３との間に角速度差があるときには、それに応じてカムプレート３５にはプレッシャプレート３９に対して差動が生じる。

図２に組み合わせて図３Ａ，３Ｂを参照するに、カム機構３は、概して、カムプレート３５と、プレッシャプレート３９と、その間に介在した複数の転動体と、転動体を支持する円環状のサポート３７と、を備える。転動体の例はテーパローラ４１だが、後述のごとくボールでもよく、あるいは他の適宜の形状であってもよい。

カムプレート３５は軸Ｘ周りに回転可能であって、既に述べた通り差動を受容するべく、手段２７のインナプレートとラグ等により結合している。カムプレート３５は、テーパローラ４１の転動面４１_Ｒに接するカム面３５ｃを備える。カム面３５ｃはテーパローラ４１を転動せしめて軸方向に移動せしめるよう、軸Ｘに直交する周面に対して周方向に僅かに傾斜している。

プレッシャプレート３９も軸Ｘ周りに回転可能であって、カムプレート３５に軸方向に対向しており、かつクラッチ２５を押圧するよう、クラッチ２５にも軸方向に対向し軸方向に可動である。またシャフト２３と共に回転するよう、シャフト２３に係合している。従ってカムプレート３５は、制動されればプレッシャプレート３９に対して差動を生じる。プレッシャプレート３９も、テーパローラ４１の転動面４１_Ｒに接するカム面３９ｃを備える。カム面３９ｃも、テーパローラ４１の転動によりプレッシャプレート３９を軸方向に移動せしめるよう、軸Ｘに直交する周面に対して周方向に僅かに傾斜している。あるいは、傾斜はカム面３５ｃとカム面３９ｃとの何れか一方にのみ与えられていてもよい。

複数のテーパローラ４１は軸Ｘに対して対称的に配置されている。テーパローラ４１の数は図示の例では３だが、もちろんこれに限らない。プレート３５，３９間の平行を保つ点からは３以上が好ましいが、あまりに多数でも通常その多くは軸力の負担に寄与しない。

各テーパローラ４１は、軸Ｘに直交する放射軸Ｘ_Ｒに沿うよう向けられており、その側面は図３Ａに示すごとくカム面３５ｃ，３９ｃに接してその上を転動する転動面４１_Ｒである。かかる転動面４１_Ｒは、放射軸Ｘ_Ｒに関して回転対称であり、また径方向に内方に向かって先細な円錐面をなす。

転動面４１_Ｒとカム面３５ｃ，３９ｃとの接触は、実質的にその全長にわたる線接触にすることができる。これはカム機構３が大きな軸力を負担するのに役立つと共に、転動に対する適度な抵抗となる。かかる抵抗は、後述のごとく、カム機構３の初動に対して制動的である。

各テーパローラ４１において、径方向に外方に面した外周面４１ｆは、サポート３７に当接してこれに支持される。外周面４１ｆは、カムプレート３５およびプレッシャプレート３９から離れていてもよい。内周面４１ｉもプレート３５，３９、サポート３７、シャフト２３の何れからも離れていてもよいが、あるいは図５に示すようにサポート３７に当接して支持されていてもよい。

サポート３７は概して円環状であって、また概してその大部分は一定の板厚である円盤部３７ｗである。円盤部３７ｗは、周方向に等間隔に切り欠かれ、あるいは打ち抜かれて、それぞれテーパローラ４１を収容する切欠きとなっており、その内面はサポート面３７ｆおよび保持面３７ｓである。サポート面３７ｆはテーパローラ４１の外周面４１ｆに当接し、保持面３７ｓは転動面４１_Ｒに当接する。サポート面３７ｆと保持面３７ｓとは、テーパローラ４１の脱落を防ぐべく密に接するように寸法づけられており、また転動に対する抵抗になるべく摩擦的に接するように寸法づけられていてもよい。かかる抵抗も、カム機構３の初動に対して制動的になりうる。

図３Ａ，３Ｂに組み合わせて図４Ａ，４Ｂを参照するに、さらにサポート３７は、保持面３７ｓを延長するように円盤部３７ｗから、主に軸方向に突出した爪３７ｐを備えることができる。テーパローラ４１は、爪３７ｐの弾力を乗り越えて切欠きにスナップインし、その後は爪３７ｐにより脱落が防止される。またかかる爪３７ｐは、保持面３７ｓを延長することによりテーパローラ４１の転動に対する抵抗を増大しうる。

さらにサポート３７は、サポート面３７ｆの面積を拡大するべくその外周において、円盤部３７ｗから膨出していてもよい。かかる拡大されたサポート面３７ｆは、テーパローラ４１にかかる径方向外側への押圧力を支持するに有利であり、またテーパローラ４１の転動に対する抵抗を増大しうる。

サポート３７は、テーパローラ４１がそれぞれカム面３５ｃ、３９ｃ上を転動して昇降するのに合わせて、共に周方向および軸方向に移動し、以ってテーパローラ４１を支持し続ける。

サポート３７の複数の円盤部３７ｗは、また、径方向に内方の端においてシャフト２３に嵌合する。かかる嵌合は、サポート３７が軸方向に移動することを許容するが、少なくとも回転方向の移動に対して抵抗を生ずるべく摩擦的である。これはテーパローラ４１およびサポート３７を軸Ｘに対して調心せしめるのに役立つのに加え、カムの作動に抗するので、結果的にカム機構３がプレッシャプレート３９に意図しない押圧力を及ぼすことを妨げる。摩擦的嵌合に代えて、あるいは加えて、少なくとも回転方向に摩擦を増大する構造、部材あるいは被膜が円盤部３７ｗとシャフト２３との間に介在していてもよい。またシャフト２３に対する接触面積を増大するべく、図５に示すごとく円盤部３７ｗはテーパローラ４１の内周面４１ｉの内側において連続していてもよい。

既に述べた通り、転動体はローラに代えて、図６Ａ，６Ｂに示すごとくカムボール４１Ｂであってもよい。カムボール４１Ｂの転動面４１_Ｒは回転対称な球面にすることができる。サポート３７は転動面４１_Ｒに応じて円形孔を備える。円形孔の内面はサポート面３７ｆであり、これはカムボール４１Ｂの転動面４１_Ｒに密に接するように寸法付けられ、また転動に対する抵抗になるべく摩擦的に接するように寸法づけられていてもよい。

主に図１，３に組み合わせて図７を参照するに、スプリング１３には例えば所謂皿バネを利用することができる。皿バネは一枚に限らず複数枚の重ねられた皿バネであってもよい。

皿バネの場合にはスプリング１３の全体は、外縁から中央に向かって僅かに傾斜した円錐の皿形状であり、中央付近は穴が開いており、すなわち円錐台をなしている。外縁部１３ｄのみが完全な円錐であってもよく、内周部は切り欠かれて複数のタブ部１３ｐをなしていてもよい。タブ部１３ｐの内側端において静止部材に支持され、外縁部１３ｄの外縁において弾発力を発揮する。かかる形状は、比較的に長いストロークにわたり一定の弾発力を発揮するのに有利であり、またタブ部１３ｐや外縁部１３ｄに多少の磨耗が発生しても特性に変化が起こりにくい。

スプリング１３は、内周においてシャフト２３側の何れか、例えばインナプレートのためのラグ等に係合したスナップリング１５に当接し、外縁において例えばプレッシャプレート３９に当接し、以ってプレッシャプレート３９を摩擦クラッチ２５から遠ざける向きに付勢する。カム機構３による軸力が除荷された時、スプリング１３はプレッシャプレート３９を当初の位置に押し戻し、摩擦クラッチ２５にドラッグが発生するのを防止する。

スプリング１３の外縁においてプレッシャプレート３９を均等に押圧することは、プレート３５，３９間の平行を保つ点で有利に働き、翻ってプレッシャプレート３９が摩擦クラッチ２５を均等に押圧する点でも有利に働く。

既に述べた通り、パイロットクラッチ２９に意図しないドラッグが発生するとカム機構３が意図せずに作動し、プレッシャプレート３９を摩擦クラッチ２５に向けて押圧する。スプリング１３はこれに抗する向きにプレッシャプレート３９を押圧するが、スプリング１３の弾発力のみによってかかる押圧力に抗するのではない。シャフト２３に摩擦的に嵌合したサポート３７を含む幾つかの抵抗要素がカム機構３の初動を制止し、これとスプリング１３とが協働することにより、意図しないドラッグの発生を防止する。

スプリング１３にはカム機構３に対抗するほどに強力な皿バネを適用する必要がない。このこととバランスして、ソレノイド３１とパイロットクラッチ２９とは、カム機構３の駆動に加えてスプリング１３に対抗するに足りる強力な駆動力を発生する必要がない。ソレノイド３１の動作のために大きな電力を必要とせず、従って本実施形態によるクラッチ装置１は、電力消費の点でも車両の省燃費に貢献する。

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。

Claims

軸の周りにそれぞれ回転可能な第１の回転体と第２の回転体との間でトルクの伝達を制御するためのクラッチ装置であって、
第１のカム面を備え、前記第２の回転体に対して前記軸の周りに回転可能なカムプレートと、
前記カムプレートを前記第１の回転体に対して周方向に制動するべく前記カムプレートと結合したパイロットクラッチと、
前記第１のカム面に軸方向に対向する第２のカム面を備え、前記第２の回転体と共に回転し軸方向に可動なプレッシャプレートと、
前記カムプレートと前記プレッシャプレートとの間に介在して前記プレッシャプレートに対する前記カムプレートの差動に応じて転動する複数の転動体と、
前記軸の周りに円環をなし、前記複数の転動体をそれぞれ回転可能に支持して転動を制限するサポートであって、回転方向の移動に対して抵抗を生ずるべく前記第２の回転体に摩擦的に嵌合するサポートと、
前記プレッシャプレートに軸方向に押圧されると前記第１の回転体と前記第２の回転体との間で前記トルクを伝達する摩擦クラッチと、
を備えたクラッチ装置。
前記サポートは、前記複数の転動体の転動を制限するべく前記複数の転動体に摩擦的に接するように寸法付けられている、請求項１のクラッチ装置。
前記サポートは、一定の厚さである円盤部と、前記円盤部より軸方向に突出して前記複数の転動体の側面を支持する爪を備える、請求項１のクラッチ装置。
前記複数の転動体は、それぞれ径方向に外方に面した外周面を備え、前記サポートは前記円盤部より軸方向に膨出して前記外周面を支持するサポート面を備える、請求項３のクラッチ装置。
前記複数の転動体は、それぞれ径方向に内方に向かって先細な円錐面をなす側面を含み、前記第１のカム面および前記第２のカム面は前記側面に線接触するべく寸法づけられている、請求項１のクラッチ装置。
前記プレッシャプレートに当接して前記プレッシャプレートを前記摩擦クラッチから遠ざける向きに付勢するスプリングをさらに備えた、請求項１乃至５の何れか１項のクラッチ装置。