KR20150097791A

KR20150097791A - 결합 장치

Info

Publication number: KR20150097791A
Application number: KR1020157019803A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 에부치; 유지 이와세; 히데카즈 나가이; 히로토 하시모토
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2015-08-26
Also published as: JPWO2014115248A1; US10030724B2; WO2014115248A1; KR101689098B1; JP5935905B2; US20150362027A1; CN104937300A; EP2949956A1; EP2949956A4; CN104937300B; EP2949956B1

Abstract

결합 장치(1)는, 피스(7)와 슬리브(8)를 결합시킬 때에, 피스(7)가 슬리브(8)에 대해 부회전 방향[피스(7)의 도그 투스(11)의 소치면(11a)과, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 소치면(12a)이 서로 대향하여 접근하는 방향]으로 회전하고 있는 상태에서, 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하는 방향으로 이동하도록 액추에이터(9)를 제어하고, 또한 피스(7)에 대한 슬리브(8)의 이동에 관한 소정의 스트로크 조건을 만족시킨 후에, 피스(7)의 회전수가 부로부터 0 이상으로 되도록 제1 모터 제너레이터(MG1)를 제어한다. 이에 의해, 결합을 확실하게 행할 수 있고, 또한 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

결합 장치 {ENGAGEMENT DEVICE}

본 발명은 결합 장치에 관한 것이다.

종래, 회전축 주위에 배치된 피결합치를 갖는 제1 부재와, 결합치를 갖는 제2 부재를 구비하고, 결합치를 피결합치에 결합시킴으로써 양 부재를 결합하는 결합 장치가 알려져 있다. 이러한 결합 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 구동 기어와 종동 기어의 치부에 있어서, 다른 쪽의 기어와 대향하는 측의 단부면과 치면 사이에 경사면을 형성한 맞물림 장치가 개시되어 있다. 구동 기어의 경사면은, 구동 기어의 회전 방향에 대해 후방측에 형성되고, 한편, 종동 기어의 경사면은, 회전 방향에 대해 전방측에 형성되어 있다. 이 맞물림 장치에서는, 결합 동작 시에, 우선, 종동 기어의 경사면을 구동 기어의 경사면과 접촉시키고, 종동 기어의 경사면을 구동 기어의 경사면을 따라 구동 기어측으로 이동시킴으로써, 종동 기어를 구동 기어와 확실하게 맞물림시킬 수 있다.

일본 특허 출원 공개 제2000-249164호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시되는 바와 같은 종래의 결합 장치에서는, 구동 기어 및 종동 기어의 경사면끼리가 접촉하지 않고, 맞물림면끼리가 직접 접촉하는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 상황에서는, 맞물림면의 접촉 면적이 작아져, 맞물림 부족이 발생하는 것이 우려된다. 또한, 맞물림면의 접촉 면적이 작으면 면압이 높아지고, 맞물림 시에 치부가 받는 충격이 커지므로, 결합 장치의 내구성이 저하될 우려가 있었다.

본 발명은 상기에 비추어 이루어진 것이며, 결합을 확실하게 행할 수 있고, 또한 내구성을 향상시킬 수 있는 결합 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 결합 장치는, 피결합치를 갖는 제1 부재와, 상기 제1 부재와 동축 상에 배치되고, 결합치를 갖는 제2 부재와, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에서 축선 주위로 상대 회전시키는 회전 수단과, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에서 축선 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단과, 상기 회전 수단 및 상기 이동 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 피결합치는, 상기 제1 부재의 상기 제2 부재와 대향하는 측에, 상기 축선 주위의 둘레 방향을 따라 복수 형성되고, 상기 결합치는, 상기 제2 부재의 상기 제1 부재와 대향하는 측에, 상기 축선 주위의 둘레 방향을 따라 복수 형성되어 있고, 상기 피결합치 및 상기 결합치는, 상기 둘레 방향에서 대향하는 한 쌍의 치면을 갖고, 상기 제2 부재측에서 보았을 때에, 상기 피결합치의 상기 한 쌍의 치면 중, 한쪽의 제1 치면의 전방 테두리 단부는, 다른 쪽의 제2 치면의 전방 테두리 단부보다 축선 방향 안측에 배치되고, 상기 제1 부재측에서 보았을 때에, 상기 결합치의 상기 한 쌍의 치면 중, 한쪽의 제1 치면의 전방 테두리 단부는, 다른 쪽의 제2 치면의 전방 테두리 단부보다 축선 방향 안측에 배치되어 있고, 상기 피결합치 및 상기 결합치는, 축선 방향의 서로 대향하는 측의 상기 둘레 방향의 폭이 작아지도록 형성되고, 상기 피결합치의 상기 제1 치면과, 상기 결합치의 상기 제1 치면은, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 부회전 방향으로 상대 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치되고, 상기 피결합치의 상기 제2 치면과, 상기 결합치의 상기 제2 치면은, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 정회전 방향으로 상대 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치되고, 상기 제어 수단은, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 결합시킬 때에, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상기 부회전 방향으로 상대 회전하고 있는 상태에서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 서로 접근하는 방향으로 상대 이동하도록 상기 이동 수단을 제어하고, 또한 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 상대 이동에 관한 소정의 이동 조건을 만족시킨 후에, 상기 제1 부재의 상기 제2 부재에 대한 상대 회전수가 부로부터 0 이상으로 되도록 상기 회전 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 결합 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 소정의 거리만큼 접근시킬 수 있다고 판정하였을 때, 상기 이동 조건을 만족시킨 것으로 판정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 결합 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 상대 회전수를 부로부터 0 이상으로 변경하는 동안에, 또한 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 서로 접근하는 방향으로 상대 이동하도록 상기 이동 수단을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 결합 장치에 있어서, 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재 중 적어도 한쪽에, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 상기 축선 방향에 있어서 접촉할 때에, 상기 접촉에 따라 상기 축선 방향으로 가압되는 가압 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 결합 장치에 있어서, 상기 제1 부재의 상기 피결합치는, 상기 축선 방향의 상기 제2 부재에 가장 가까운 위치에서 상기 제2 부재와 대향하여 배치되는 단부면과, 상기 단부면과 상기 피결합치의 상기 제1 치면을 접속하는 피결합치측 접속면을 갖고, 상기 제2 부재의 상기 결합치는, 상기 축선 방향의 상기 제1 부재에 가장 가까운 위치에서 상기 제1 부재와 대향하여 배치되는 단부면과, 상기 단부면과 상기 결합치의 상기 제1 치면 사이를 접속하는 결합치측 접속면을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 결합 장치에 있어서, 상기 피결합치측 접속면 및 상기 결합치측 접속면이, 테이퍼 형상의 면인 것이 바람직하다.

또한, 상기한 결합 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 상대 회전수를 부로부터 0 이상으로 한 후에, 상기 상대 회전수가 상기 정회전 방향의 소정값 이상으로 되었을 때, 상기 상대 회전수를 감소시키도록 상기 회전 수단을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 결합 장치에 있어서, 상기 제1 부재가 회전축 주위로 회전 가능하게 지지되고, 상기 제2 부재가 축선 방향을 따라 이동 가능하게 지지되고, 상기 회전 수단은, 상기 제1 부재를 상기 축선 주위로 회전시키고, 상기 이동 수단은, 상기 제2 부재를 상기 축선 방향으로 이동시키고, 상기 제어 수단은, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 결합시킬 때에, 상기 제1 부재가 부회전 방향으로 회전하고 있는 상태에서, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향으로 이동하도록 상기 이동 수단을 제어하고, 또한 상기 이동 조건을 만족시킨 후에, 상기 제1 부재의 회전수가 부로부터 0 이상으로 되도록 상기 회전 수단을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 결합 장치는, 결합을 확실하게 행할 수 있고, 또한 내구성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 결합 장치가 적용되는 하이브리드 차량용 구동 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1 중의 결합 장치의 주요부를 확대하여 본 모식도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 흐름도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 타임차트이다.
도 5는 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스(dog tooth)가 피스의 도그 투스에 접촉하지 않고 치간에 진입하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이다.
도 6은 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스가 피스의 도그 투스에 접촉하지 않고 치간에 진입하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이다.
도 7은 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스의 대(大) 테이퍼면이 피스의 도그 투스의 대 테이퍼면과 충돌하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이다.
도 8은 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스의 대 테이퍼면이 피스의 도그 투스의 대 테이퍼면과 충돌하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이다.
도 9는 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스의 단부면이 피스의 도그 투스의 단부면과 충돌하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이다.
도 10은 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스의 단부면이 피스의 도그 투스의 단부면과 충돌하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이다.
도 11은 제2 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 흐름도이다.
도 12는 제2 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 타임차트이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태의 결합 장치의 주요부를 확대하여 본 모식도이다.
도 14는 제3 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 동작에 있어서 슬리브가 피스에 접근하는 상태를 도시하는 모식도이다.
도 15는 제3 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 동작에 있어서 슬리브의 대 테이퍼면이 피스의 대 테이퍼면과 충돌한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 16은 제3 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 동작에 있어서 슬리브의 이동 제어가 완료되었을 때의 상태를 도시하는 모식도이다.
도 17은 제3 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 동작에 있어서 토크 변경 제어에 의해 피스의 회전 방향이 반전한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 18은 제3 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 동작에 있어서, 슬리브의 도그 투스가 피스의 도그 투스와 맞물린 상태를 도시하는 모식도이다.

이하에, 본 발명에 관한 결합 장치의 실시 형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명은 반복하지 않는다.

[제1 실시 형태]

도 1∼8을 참조하여 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 우선 도 1, 2를 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 결합 장치(1)의 구성에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 결합 장치가 적용되는 하이브리드 차량용 구동 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이며, 도 2는 도 1 중의 결합 장치의 주요부를 확대하여 본 모식도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 하이브리드 차량(100)은, 구동륜(5)을 회전 구동하여 추진하기 위해, 구동원으로서, 엔진(2)과, 발전 가능한 전동기인 제1 모터 제너레이터(MG1) 및 제2 모터 제너레이터(MG2)를 구비한다. 본 실시 형태의 결합 장치(1)는, 예를 들어 이들 구동원으로부터의 동력을 구동륜(5)에 전달하기 위한 하이브리드 차량용 구동 장치(10)에 내장된다. 하이브리드 차량용 구동 장치(10)는, 엔진(2), 제1 모터 제너레이터(MG1), 제2 모터 제너레이터(MG2), 동력 분배 기구(3), 감속 기구(4), 구동륜(5), ECU(Electronic Control Unit:전자 제어 유닛)(6)를 구비한다.

엔진(2)은, 가솔린 또는 경유 등의 탄화수소계의 연료의 연소에 의해 동력을 출력하는 내연 기관이다. 엔진(2)은, 엔진(2)의 운전 상태를 검출하는 각종 센서로부터 신호가 입력되는 ECU(6)에 의해, 연료 분사 제어나 점화 제어, 흡입 공기량 조절 제어 등의 운전 제어가 행해진다.

제1 모터 제너레이터(MG1) 및 제2 모터 제너레이터(MG2)는, 공급된 전력에 의해 모터 토크를 출력하는 전동기로서의 기능(역행 기능)과, 입력된 기계적 동력을 전력으로 변환하는 발전기로서의 기능(회생 기능)을 겸비하는, 주지의 교류 동기형의 발전 전동기이다. 제1 모터 제너레이터(MG1)는 주로 발전기로서 사용되고, 한편, 제2 모터 제너레이터(MG2)는, 주로 전동기로서 사용된다. 제1 모터 제너레이터(MG1) 및 제2 모터 제너레이터(MG2)는, 도시하지 않은 인버터를 통해 배터리와의 사이에서 전력의 수수를 행한다. 제1 모터 제너레이터(MG1) 및 제2 모터 제너레이터(MG2)의 전동기로서의 역행 제어 또는 발전기로서의 회생 제어는, ECU(6)에 의해 제어된다.

엔진(2) 및 제1 모터 제너레이터(MG1)는, 동력 분배 기구(3) 및 감속 기구(4)를 통해 한 쌍의 구동륜(5)과 연결되고, 제2 모터 제너레이터(MG2)는, 감속 기구(4)를 통해 한 쌍의 구동륜(5)과 연결되어 있다. 동력 분배 기구(3)는, 엔진(2)으로부터 출력되는 엔진 토크를, 제1 모터 제너레이터(MG1)와 구동륜(5)으로 분할한다. 동력 분배 기구(3)는, 예를 들어 유성 기어 유닛을 포함하여 구성된다.

엔진(2)으로부터 출력되는 엔진 토크 또는 제2 모터 제너레이터(MG2)로부터 출력되는 모터 토크는, 동력 분배 기구(3), 감속 기구(4)를 통해 한 쌍의 구동륜(5)에 전달된다. 또한, 제1 모터 제너레이터(MG1)는, 발전기로서 기능할 때에는, 동력 분배 기구(3)에서 분배되어 공급된 엔진 토크에 의해 전력을 회생 발전한다. 동력 분배 기구(3)는, 제1 모터 제너레이터(MG1)를 발전기로서 기능시켜 회생 제어함으로써, 무단 변속기로서 사용된다. 즉, 엔진(2)의 출력은, 동력 분배 기구(3)에 의해 변속된 후에 구동륜(5)에 전달된다. 또한, 제2 모터 제너레이터(MG2)의 구동 제어, 혹은 제1 모터 제너레이터(MG1) 또는 제2 모터 제너레이터(MG2)의 회전수 제어를 행함으로써, 엔진(2)의 엔진 회전수의 제어나 구동륜(5)에의 출력 제어를 행할 수 있다.

그리고, 본 실시 형태에 관한 결합 장치(1)는, 상기한 하이브리드 차량용 구동 장치(10)에 내장되어 있다. 결합 장치(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 제1 모터 제너레이터(MG1)에 연결되어 있다. 결합 장치(1)는, 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전을 규제할 수 있도록 구성되고, 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전을 기계적으로 로크하는 MG1 로크 기구로서 사용된다.

본 실시 형태에서는, 상기한 동력 분배 기구(3)에 의한 엔진 회전수 제어나 구동륜(5)에의 출력 제어의 실행 시에, 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전수를 0으로 제어할 필요가 있는 경우에, 결합 장치(1)에 의해 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전이 기계적으로 로크된다. 이로 인해, 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전수를 전기적으로 제어할 필요가 없어지므로, 제1 모터 제너레이터(MG1)에의 전력 공급이 불필요해져, 연비 향상을 도모할 수 있다. 결합 장치(1)가 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전을 기계적으로 로크함으로써, 동력 분배 기구(3)는 무단 변속기로서 기능하지 않게 되고, 고정단으로 된다.

결합 장치(1)는, 피스(7)(제1 부재), 슬리브(8)(제2 부재), 액추에이터(9)(이동 수단), 제1 모터 제너레이터(MG1)(회전 수단), ECU(6)(제어 수단)를 구비하여 구성된다.

피스(7)는, 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전축(13)에 연결되고, 회전축(13)과 연동하여 회전축(13) 주위로 회전 가능하게 설치되어 있다. 피스(7)는, 예를 들어 원판 부재이며, 원판의 대략 중심에서 회전축(13)과 접속되고, 제1 모터 제너레이터(MG1)의 구동에 의해, 회전축(13)을 회전 중심으로 하여 회전하도록 구성되어 있다. 도 1, 2에는, 피스(7)의 이동 방향을 「회전 방향」으로서 나타내고 있다. 피스(7)는 회전축(13)의 직경 방향으로의 이동이 규제되어 있다.

슬리브(8)는, 피스(7)와 마찬가지의 원판 부재이며, 피스(7)와 동축 상에 피스(7)와 대향하여 배치되어 있다. 슬리브(8)는, 회전축(13)의 축선 방향을 따라, 피스(7)에 접근하는 방향(이후에서는 「결합 방향」 또는 「접근 방향」이라고도 기재함) 또는 피스(7)로부터 이격되는 방향(이후에서는 「해방 방향」이라고도 기재함)으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 도 1, 2에서는, 슬리브(8)의 이동 방향(결합 방향 및 해방 방향)을 통합하여 「스트로크 방향」으로서 나타내고 있다. 또한, 슬리브(8)는, 예를 들어 케이스에 고정되고, 스트로크 방향 이외의 방향으로의 이동이 규제되어 있다.

액추에이터(9)는, ECU(6)로부터의 제어 지령에 따라, 슬리브(8)에 대해 스트로크 방향의 구동력을 부여할 수 있다. 슬리브(8)는, 액추에이터(9)에 의해 추력이 부여됨으로써, 스트로크 방향으로 이동할 수 있다(이후에서는 「스트로크 동작」이라고도 기재함). 액추에이터(9)는, 반력을 받으면 공회전하는 소위 래칫 기능을 갖는다. 액추에이터(9)는, 슬리브(8)의 스트로크 동작 중에, 예를 들어 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)에 충돌한 경우 등, 슬리브(8)가 반력을 받아 결합 방향으로 이동할 수 없는 상황에서는, 이 래칫 기능에 의해 슬리브(8)의 스트로크 방향의 위치를 유지 또는 후퇴시킬 수 있다.

ECU(6)로부터의 제어 지령에 따라 액추에이터(9)를 구동시키고, 슬리브(8)를 스트로크 방향으로 이동시킴으로써, 슬리브(8)로부터 피스(7)에의 접근 방향에 있어서의 상대적인 위치 관계를 변경할 수 있다. 또한, ECU(6)로부터의 제어 지령에 따라 제1 모터 제너레이터(MG1)를 구동시키고, 피스(7)를 회전시킴으로써, 회전축(13) 주위의 회전 방향에 있어서의 피스(7)와 슬리브(8) 사이의 상대적인 위치 관계를 변경할 수 있다.

피스(7)와 슬리브(8)는, 동축 상에 대향하여 배치되어 있고, 즉, 각각의 원판의 일면인 대향면(7a, 8a)끼리가 마주보도록 배치되어 있다. 피스(7)의 대향면(7a)에는, 복수의 도그 투스(11)(피결합치)가, 대향면(7a)의 중심(회전 중심)으로부터 직경 방향의 소정 위치에서 둘레 방향을 따라 원 형상으로 배치되어 있다. 복수의 도그 투스(11)의 각각은, 회전축(13)의 축선 방향[슬리브(8)와 피스(7)가 접근하는 방향]을 따라, 대향면(7a)으로부터 슬리브(8)측으로 돌출되어 있다. 도그 투스(11)는, 접근 방향을 따라 연장되고, 둘레 방향(회전 방향)에서 대향하는 한 쌍의 치면(11a, 11b)을 갖고 있다. 도 2에서는, 도면의 우측의 치면을 치면(11a)(제1 치면)으로 하고, 좌측의 치면을 치면(11b)(제2 치면)으로서 나타내고 있다.

마찬가지로, 슬리브(8)의 대향면(8a)에는, 복수의 도그 투스(12)(결합치)가, 대향면(8a)의 중심으로부터 직경 방향의 소정 위치에서 둘레 방향을 따라 원 형상으로 배치되어 있다. 복수의 도그 투스(12)의 각각은, 회전축(13)의 축선 방향[슬리브(8)와 피스(7)가 접근하는 방향]을 따라, 대향면(8a)으로부터 피스(7)측으로 돌출되어 있다. 도그 투스(12)는, 접근 방향을 따라 연장되고, 둘레 방향에서 대향하는 한 쌍의 치면(12a, 12b)을 갖고 있다. 도 2에서는, 도면의 좌측의 치면을 치면(12a)(제1 치면)으로 하고, 우측의 치면을 치면(12b)(제2 치면)으로서 나타내고 있다. 즉, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 치면(12a)은, 피스(7)의 도그 투스(11)의 치면(11a)과는 회전 방향의 반대측의 면으로 된다. 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하였을 때에, 피스(7)의 도그 투스(11)의 사이에 진입 가능해지도록 대향면(8a) 상에 배치되어 있다.

피스(7)의 도그 투스(11)의 치면(11a)과, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 치면(12a)은, 피스(7)가 슬리브(8)에 대해 일 방향으로 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치된다. 또한, 피스(7)의 도그 투스(11)의 치면(11b)과, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 치면(12b)은, 피스(7)가 슬리브(8)에 대해 상기한 일 방향과는 반대 방향으로 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치된다. 본 실시 형태에서는, 피스(7)의 회전 방향에 대해, 피스(7)의 도그 투스(11)의 치면(11a)과, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 치면(12a)이 접근하는 방향을 「부회전 방향」이라고 표현한다. 한편, 피스(7)의 도그 투스(11)의 치면(11b)과, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 치면(12b)이 접근하는 방향을 「정회전 방향」이라고 표현한다. 즉, 도 1, 2에서는, 도면 중의 좌측 방향이 피스(7)의 정회전 방향으로 되고, 우측 방향이 부회전 방향으로 된다.

이들 도그 투스(11, 12)는, 맞물림 도그 클러치로 되어 있다. 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하는 방향(결합 방향)으로 이동하고, 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)와 정확히 조합된 상태로 되어 서로 맞물림으로써, 슬리브(8)와 피스(7)를 결합시킬 수 있다. 또한, 슬리브(8)가 피스(7)로부터 이격되는 방향(해방 방향)으로 이동하고, 슬리브(8)의 도그 투스(12)를 피스(7)의 도그 투스(11)로부터 이격함으로써, 슬리브(8)와 피스(7)의 결합 상태를 해방시킬 수 있다.

피스(7)의 복수의 도그 투스(11)의 각각은, 축선 방향의 슬리브(8)에 가장 가까운 위치에서 슬리브(8)와 대향하여 배치되는 단부면(11d)을 갖는다. 피스(7)의 복수의 도그 투스(11)의 각각에는, 치면(11a)의 단부면(11d)측에 대 테이퍼면(11c)(비결합치측 접속면)이 형성되어 있다. 대 테이퍼면(11c)은 도그 투스(11)의 치면(11a)의 슬리브(8)측에 형성되어 있다. 대 테이퍼면(11c)은, 도그 투스(11)의 단부면(11d)과 치면(11a)을 접속하고 있다.

마찬가지로, 슬리브(8)의 복수의 도그 투스(12)의 각각은, 축선 방향의 피스(7)에 가장 가까운 위치에서 피스(7)와 대향하여 배치되는 단부면(12d)을 갖는다. 슬리브(8)의 복수의 도그 투스(12)의 각각에도, 치면(12a)의 단부면(12d)측에 대 테이퍼면(12c)(결합치측 접속면)이 형성되어 있다. 대 테이퍼면(12c)은 도그 투스(12)의 치면(12a)의 피스(7)측에 형성되어 있다. 대 테이퍼면(12c)은 도그 투스(12)의 단부면(12d)과 치면(12a)을 접속하고 있다.

대 테이퍼면(11c, 12c)은, 한쪽의 단부가 단부면(11d, 12d)의 중앙 부근에 접속되고, 다른 쪽의 단부가 치면(11a, 12a)의 이뿌리측[피스(7) 또는 슬리브(8)와 이격되는 측]에 1/4 정도의 위치에 접속되어 있다. 이들 대 테이퍼면(11c, 12c)의 단부의 위치는 임의로 선택하는 것이 가능하다. 대 테이퍼면(11c, 12c)의 테이퍼 각도는 대략 동일하며, 양자가 면 접촉 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

피스(7)의 도그 투스(11)의 대 테이퍼면(11c)과, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 대 테이퍼면(12c)은, 슬리브(8)가 피스(7)에 접근할 때, 또는, 피스(7)의 치면(11a)과 슬리브(8)의 치면(12a)이 접근할 때에, 서로 대향하고, 바람직하게는, 적어도 일부가 접촉할 수 있도록 형성되어 있다. 즉, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 대 테이퍼면(12c)은, 피스(7)의 도그 투스(11)의 대 테이퍼면(11c)과는 회전 방향의 반대측에 형성된다. 도 2의 예에서는, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)은 도면의 우측 방향의 치면(11a)에 형성되고, 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)은 도면의 좌측 방향의 치면(12a)에 형성된다.

이와 같이 대 테이퍼면(11c, 12c)을 형성함으로써, 도그 투스(11, 12)는, 회전축(13) 주위의 둘레 방향을 따른 단면 형상으로 본 경우(즉, 도 1, 2에 도시하는 형상)에, 단부로부터 이뿌리의 방향(스트로크 방향)을 따라 좌우 비대칭인 형상으로 된다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 슬리브(8)측에서 보았을 때에, 피스(7)의 치면(11a)의 전방 테두리 단부(11e)는, 치면(11b)의 전방 테두리 단부(11f)보다 축선 방향 안측에 배치되고, 대 테이퍼면(11c)은, 치면(11a)의 전방에 배치되어 있다. 피스(7)측에서 보았을 때에, 슬리브(8)의 치면(12a)의 전방 테두리 단부(12e)는, 치면(12b)의 전방 테두리 단부(12f)보다 축선 방향 안측에 배치되고, 대 테이퍼면(12c)은, 치면(12a)의 전방에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 대 테이퍼면(11c, 12c)과 치면(11a, 12a)의 경계 위치[즉, 전방 테두리 단부(11e, 12e)]는, 둘레 방향에서 보았을 때에 치면(11b, 12b) 상에 중첩된다.

대 테이퍼면(11c, 12c)이 형성되므로, 치면(11a, 12a)의 면적은, 치면(11b, 12b)의 면적보다 작아진다. 이후의 설명에서는, 도그 투스(11, 12)의 한 쌍의 치면 중, 면적이 작은 쪽의 치면(11a, 12a)을 「소치면(小齒面)」이라고도 기재하고, 면적이 큰 쪽의 치면(11b, 12b)을 「대치면(大齒面)」이라고도 기재한다. 또한, 소치면(11a, 12a)의 단부면(11d, 12d)측으로부터 이뿌리측으로의 길이는, 대치면(11b, 12b)의 것보다 짧아진다. 본 실시 형태에서는, 한 쌍의 치면 중 면적이 큰 대치면(11b, 12b)이, 결합 시에 서로 맞물리는 맞물림면으로서 사용된다. 또한, 도 1, 2에 도시하는 바와 같이, 맞물림면으로서 사용하는 대치면(11b, 12b)의 단부면(11d, 12d)측에도 모따기 가공을 실시하여 테이퍼면을 형성하지만, 소치면(11a, 12a)과 접속하는 대 테이퍼면(11c, 12c)은, 슬리브(8)의 도그 투스(12)를 피스(7)의 도그 투스(11)의 사이에 진입시키기 쉽게 하기 위해 형성되는 것으로서, 대치면(11b, 12b)에 접속하는 테이퍼면보다 면적이 커지도록 형성되어 있다.

또한, 도그 투스(11, 12)는, 대 테이퍼면(11c, 12c)이 형성됨으로써, 축선 방향의 서로 대향하는 측의 둘레 방향의 폭이 작아지도록 형성된다. 즉, 도그 투스(11, 12)는, 회전축(13) 주위의 둘레 방향을 따른 단면 형상으로 본 경우에, 단부면(11d, 12d)의 둘레 방향의 폭이 최소로 되고, 피스(7)와 슬리브(8)가 이격되는 방향으로 진행됨에 따라 둘레 방향의 폭이 서서히 증대된다. 또한, 슬리브(8)측에서 보았을 때에, 피스(7)의 소치면(11a)의 전방 테두리 단부(11e)와 접속하는 축선 방향 전방측의 부분[즉, 대 테이퍼면(11c)]은, 소치면(11a)보다 둘레 방향으로 돌출되지 않도록 형성되어 있다. 마찬가지로, 피스(7)측에서 보았을 때에, 슬리브(8)의 소치면(12a)의 전방 테두리 단부(12e)와 접속하는 축선 방향 전방측의 부분[즉, 대 테이퍼면(12c)]은, 소치면(12a)보다 둘레 방향으로 돌출되지 않도록 형성되어 있다.

ECU(6)는, 상기한 엔진(2), 제1 모터 제너레이터(MG1), 제2 모터 제너레이터(MG2), 액추에이터(9) 등의 동작을 제어하고 차량 주행을 제어한다. 특히 본 실시 형태에서는, ECU(6)는, 제1 모터 제너레이터(MG1)와 액추에이터(9)를 구동시킴으로써, 결합 장치(1)의 슬리브(8)와 피스(7)의 상대 위치를 적절히 변경하여, 슬리브(8)를 피스(7)에 결합시키는 결합 제어를 행한다.

이 결합 제어에 있어서, ECU(6)는, 이하의 수순 (i)∼(iii)에 따라 슬리브(8) 및 피스(7)를 제어한다.

(i) 제1 모터 제너레이터(MG1)를 구동하여, 피스(7) 및 슬리브(8)의 소치면(11a, 12a)이 서로 접촉하는 방향, 즉, 부회전 방향으로 피스(7)를 회전시키는 회전수 제어를 행한다.

(ii) 피스(7)의 회전수가, 소정의 목표 회전 범위 내(0회전∼소정의 부회전수)에 들어간 후에, 액추에이터(9)를 구동하여, 스트로크 방향의 슬리브(8)로부터 피스(7)에의 접근 방향을 따라, 슬리브(8)를 피스(7)에 접근하도록 이동시키는 스트로크 동작을 행한다.

(iii) 슬리브(8)가 소정의 스트로크 조건(예를 들어 소정의 스트로크량만큼 이동한 것)을 완료할 때까지 슬리브(8)를 피스(7)에 접근시킨 후에, 제1 모터 제너레이터(MG1)에 정방향의 토크를 추가하는 토크 변경 제어를 행하고, 피스(7)의 회전 방향을 부방향으로부터 정방향으로 변경시키고, 피스(7) 및 슬리브(8)의 대치면(11b, 12b)끼리를 맞물리게 한다.

ECU(6)는, 물리적으로는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 및 인터페이스를 포함하는 주지의 마이크로컴퓨터를 주체로 하는 전자 회로이다. 상술한 ECU(6)의 기능은, ROM에 유지되는 어플리케이션 프로그램을 RAM에 로드하여 CPU에서 실행함으로써, CPU의 제어하에서 하이브리드 차량(100) 내의 각종 장치를 동작시킴과 함께, RAM이나 ROM에 있어서의 데이터의 판독 및 기입을 행함으로써 실현된다. 또한, ECU(6)는, 상기한 기능에 한정되지 않고, 하이브리드 차량(100)의 ECU로서 사용하는 그 밖의 각종 기능을 구비하고 있다. 또한, 상기한 ECU라 함은, 엔진(2)을 제어하는 엔진 ECU, 제1 모터 제너레이터(MG1) 및 제2 모터 제너레이터(MG2)를 제어하는 모터 ECU, 배터리를 감시하는 배터리 ECU 등의 복수의 ECU를 구비하는 구성이어도 된다.

다음으로, 도 3∼10을 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 결합 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 우선 도 3, 4를 참조하여, 결합 장치(1)에 의해 실시되는 피스(7)와 슬리브(8)를 결합시키는 결합 제어 처리의 개략에 대해 설명한다. 도 3은 제1 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 흐름도이며, 도 4는 제1 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 타임차트이다.

도 3에 나타내는 흐름도의 처리는, ECU(6)에 의해 실시된다. 도 4의 타임차트에 있어서, (a)는 피스(7)의 회전수, (b)는 슬리브(8)의 스트로크량을 나타낸다. 도 4에 있어서, 피스(7)의 회전수는, 0보다 하측에서는 부회전으로 되고, 피스(7)의 도그 투스(11)의 소치면(11a)이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 소치면(12a)에 접근하는 방향으로 회전하는 것을 나타낸다. 또한, 도 4에 있어서, 피스(7)의 회전수는, 0보다 상측에서는 정회전으로 되고, 피스(7)의 도그 투스(11)의 대치면(11b)이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 대치면(12b)에 접근하는 방향으로 회전하는 것을 나타낸다. 도 4에 있어서, 슬리브(8)의 스트로크량은, 상측 방향으로 천이할수록, 슬리브(8)가 결합 방향으로 이동하고, 피스(7)에 접근하는 것을 나타낸다.

도 3의 흐름도를 따라 설명하면, 우선 피스(7)의 목표 회전수가 결합 동작용의 것으로 변경된다(스텝 S101). 그리고, 변경된 목표 회전수에 기초하여, 제1 모터 제너레이터(MG1)를 피드백 제어하여, 피스(7)의 회전수 제어가 행해진다(스텝 S102). 이 회전수 제어의 목표 회전수는, 피스(7)와 슬리브(8)의 결합 시에 서로 맞물리는 대치면(11b, 12b)이 충돌하지 않는 회전 방향으로 설정된다. 즉, 목표 회전수는, 대 테이퍼면(11c, 12c)이 형성된 측의 소치면(11a, 12a)이 접근하는 회전 방향, 즉, 부회전 방향의 회전수로 설정된다. 또한, 목표 회전수는, 대치면(11b, 12b)이 충돌하지 않는 회전 방향이면 되므로, 대치면(11b, 12b)의 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있는 0회전을 설정할 수도 있다. 따라서, 회전수 제어에 의해 피스(7)가 제어되는 「부회전 방향」이라 함은, 소치면(11a, 12a)이 접근하는 회전 방향과 함께, 0회전도 포함하는 것으로 한다.

다음으로, 스텝 S102의 회전수 제어에 의해, 피스(7)의 회전수가 소정의 목표 회전 범위 내로 천이하였는지 여부가 판정된다(스텝 S103). 목표 회전 범위라 함은, 예를 들어 스텝 S101에서 설정된 목표 회전수를 포함하는 소정 범위를 말하며, 도 4에 「스트로크 허가 규정 범위」로서 나타내는 바와 같이, 0회전으로부터 소정의 부회전수까지의 범위를 설정할 수 있다. 목표 회전 범위 내로 천이한 것의 판정 조건은, 예를 들어 피스 회전수가 목표 회전 범위 내에 일정 시간 체재하는 것, 목표 회전 범위에 들어간 피스 회전수의 변화량(도 4의 피스 회전수의 그래프의 기울기)이 일정값 이내로 되는 것(변화량이 적어지는 것), 목표 회전 범위에 들어간 것 등의 1개 또는 복수의 조건을 설정할 수 있다. ECU(6)는, 이들 설정된 판정 조건을 만족시켰을 때에, 피스(7)의 회전수가 소정의 목표 회전 범위 내로 천이한 것으로 판정한다.

스텝 S103의 판정의 결과, 피스(7)의 회전수가 소정의 목표 회전 범위 내에서는 없다고 판정된 경우에는(스텝 S103의 "아니오"), 스텝 S102로 복귀되고, 계속하여 피스의 회전수를 목표 회전 범위로 천이하기 위해 계속하여 회전수 제어가 실시된다.

한편, 피스(7)의 회전수가 소정의 목표 회전 범위 내로 천이하였다고 판정된 경우에는(스텝 S103의 "예"), 회전수 제어를 계속하면서, 결합 방향으로 슬리브(8)를 이동시키는 스트로크 제어가 실시된다(스텝 S104). 피스(7)의 회전수가 목표 회전수에 수렴되는 것을 기다리지 않고, 허용 폭이 있는 목표 회전 범위에 들어간 시점에서 이동 제어를 개시하므로, 신속히 다음 처리로 이행할 수 있어, 결합 제어를 신속히 실행할 수 있다. 이 스트로크 제어에서는, ECU(6)는, 액추에이터(9)를 제어하여, 슬리브(8)에 결합 방향의 추력을 인가하고, 슬리브(8)를 결합 방향으로 이동시킨다.

도 4의 타임차트에서는, 시각 t1에서 피스(7)의 회전수가 목표 회전 범위에 들어가고, 회전수가 목표 회전 범위 내에서 유지되는 상태가 소정 시간 경과한 시각 t2에서, 스텝 S103의 목표 회전 범위 내로 천이하였다고 하는 판정이 행해지고 있다. 그리고, 시각 t2에서 슬리브(8)의 결합 방향으로의 스트로크 제어가 개시되고, 시각 t2 이후에서는 슬리브(8)의 스트로크량이 서서히 증가하고 있다. 즉, 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하고 있다. 또한, 이때 피스(7)의 회전수는 0회전∼소정의 부회전수의 목표 회전 범위 내에 있으므로, 피스(7)는 부회전 방향으로 회전하고 있다.

도 3으로 되돌아가, 슬리브(8)의 스트로크 제어에 관한 소정의 스트로크 조건이 완료되었는지 여부가 판정된다(스텝 S105).

스트로크 조건(이동 조건)이라 함은, 슬리브(8)를 피스(7)에 소정의 스트로크량만큼 접근시킬 수 있는 상황인 것을 판정하기 위한 조건을 말한다. 스트로크 조건으로서는, 예를 들어 소정의 스트로크량을 이동한 것이나, 소정의 스트로크량을 이동하기 위해 필요한 시간이 경과한 것 등이 포함된다. 소정의 스트로크량을 이동한 것은, 예를 들어 스트로크 센서에 의해 검출되는 슬리브(8)의 이동량이나, 스트로크 제어 개시 시로부터의 경과 시간 등, 각종 센서 정보에 기초하여 추정 또는 검출할 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 스트로크 조건으로서, 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)에 충돌한 것도 포함된다. 이러한 충돌은, 예를 들어 슬리브(8)의 스트로크량이, 대 테이퍼면(11c, 12c)끼리가 접촉하는 위치나, 단부면(11d, 12d)끼리가 접촉하는 위치 등에 상당하는 특정한 값으로 일정 시간 유지하고 있는 상태일 때에 검지할 수 있다.

스텝 S105의 판정의 결과, 슬리브(8)의 스트로크 조건이 완료되어 있지 않다고 판정된 경우에는(스텝 S105의 "아니오"), 스텝 S104로 복귀되어 슬리브(8)의 스트로크 제어가 계속된다.

한편, 슬리브(8)의 스트로크 조건이 완료된 것으로 판정된 경우에는(스텝 S105의 "예"), 스트로크 제어를 계속하면서, 제1 모터 제너레이터(MG1)를 제어하여, 정회전 방향으로의 피스(7)의 토크 변경 제어가 실시된다(스텝 S106). 토크 변경 제어는, 회전수 제어의 피드백 제어량(토크)에 대해, 피드 포워드적으로 추가 토크를 추가하여, 피스(7)의 구동 토크를 변경하는 제어이다. 본 실시 형태에서는, 토크 변경 제어에서는, 피스(7)의 회전 방향을, 대 테이퍼면(11c, 12c)이 형성된 측의 소치면(11a, 12a)이 접근하는 부회전 방향으로부터, 피스(7)와 슬리브(8)의 결합 시에 서로 맞물리는 치면(11b, 12b)이 접근하는 정회전 방향으로 서서히 변화하도록, 정회전 방향의 추가 토크를 추가한다.

도 4의 타임차트에서는, 시각 t2의 스트로크 제어 개시 후, 슬리브(8)의 도그 투스(12)와 피스(7)의 도그 투스(11)의 충돌이 발생하지 않는 경우에는, 시각 t3에서 소정의 스트로크량의 이동이 완료된다. 그리고, 이 시각 t3보다 이후의 시각 t4에서, 슬리브(8)를 피스(7)에 소정의 스트로크량만큼 접근시킬 수 있게 하기 위해 충분한 시간이 경과하고, 스트로크 조건이 완료된 것으로 판정되어, 토크 변경 제어가 개시되어 있다.

시각 t4의 토크 변경 제어의 개시 후에는, 피스(7)의 구동 토크에 정토크가 서서히 추가됨으로써, 피스(7)의 회전수는 부로부터 정회전 방향으로 서서히 변경된다. 회전수가 0으로 되는 시각 t5까지의 구간에서는, 피스(7)의 소치면(11a)과 슬리브(8)의 소치면(12a)이 접근하는 방향으로 피스(7)가 회전하고 있다. 그리고, 시각 t5 이후에서는, 피스(7)의 회전수가 정회전수로 되고, 피스(7)의 회전 방향이, 피스(7)의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)이 접근하는 방향으로 반전된다.

도 3으로 되돌아가, 피스(7)의 회전수가 규정 회전수 이하인지 여부가 확인된다(스텝 S107). 규정 회전수는, 정회전 방향의 소정값을 설정할 수 있다. 즉, 이 판정 블록에서는, 토크 변경 제어에 의해, 피스(7)의 회전수가 정회전 방향의 비교적 작은 회전수로 변경된 것을 확인한다. 규정 회전수를 초과하고 있는 경우에는(스텝 S107의 "아니오"), 토크 스위프에 의해 밸런스가 무너져, 피스(7)의 회전수가 정회전 방향으로 지나치게 변화하고 있는 것으로 판단하여, 이 회전수 변화를 억제하기 위해, 토크 변경 제어의 추가 토크가 저감된다(스텝 S108). 추가 토크의 저감량은, 추가 토크를 제로화해도 되고, 소정량 저감시켜도 된다. 이에 의해, 정회전 방향으로 지나치게 증대된 피스 회전수가 저감된다. 스텝 S108의 처리는, 피스의 회전수가 규정 회전수 이하에서 안정될 때까지 반복된다.

한편, 피스(7)의 회전수가 규정 회전수 이하인 경우(스텝 S107의 "예"), 슬리브(8)의 도그 투스(12)와 피스(7)의 도그 투스(11)의 결합이 완료되었는지 여부가 판정된다(스텝 S109). 결합 완료의 판정은, 예를 들어 회전수 센서에 의해 슬리브(8)와 피스(7)의 차회전을 검출하여 차회전이 0으로 되는 것, 스트로크 센서에 의해 슬리브(8)의 이동량을 검출하여 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)와 완전히 맞물리는 위치에 있는 것 등의 주지의 방법을 이용할 수 있다. 결합이 완료되어 있지 않은 경우에는(스텝 S109의 "아니오"), 스텝 S106으로 복귀되어, 토크 변경 제어가 다시 실시된다. 한편, 결합이 완료된 경우에는(스텝 S109의 "예"), 본 제어 플로우를 종료한다.

도 4의 타임차트에서는, 시각 t5 이후에 피스(7)가 정회전으로 되어, 피스(7)의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)이 접근하는 방향으로 피스(7)가 회전하고, 시각 t6에서 피스(7)의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)이 맞물려, 슬리브(8)와 피스(7)의 결합이 완료되었다고 판정되고 있다.

다음으로, 도 4의 타임차트와, 또한 도 5∼10을 참조하여, 상기한 결합 동작 시에 있어서의, 슬리브(8)와 피스(7)의 맞물림 동작에 대해 패턴별로 상세하게 설명한다. 도 5, 6은 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스가 피스의 도그 투스에 접촉하지 않고 치간에 진입하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이며, 도 7, 8은 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스의 대 테이퍼면이 피스의 도그 투스의 대 테이퍼면과 충돌하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이며, 도 9, 10은 결합 동작에 있어서 슬리브의 도그 투스의 단부면이 피스의 도그 투스의 단부면과 충돌하는 경우의 슬리브 및 피스의 위치 관계의 추이를 도시하는 모식도이다.

슬리브(8)를 피스(7)에 접근시키는 스트로크 동작을 행하고 스트로크 조건이 완료되었을 때에, 슬리브(8)와 피스(7)의 위치 관계는, 이하의 3가지의 패턴이 생각된다.

(1) 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)에 접촉하지 않고 치간에 진입한 상태.

(2) 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 대 테이퍼면(12c)이 피스(7)의 도그 투스(11)의 대 테이퍼면(11c)과 접촉한 상태.

(3) 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 단부면(12d)이 피스(7)의 도그 투스(11)의 단부면(11d)과 접촉한 상태.

도 4의 타임차트에는, 슬리브의 스트로크량의 추이에 대해, 패턴 (1)의 경우를 실선으로 나타내고(도 4에서는 「충돌 없음」이라고 기재), 패턴 (2)의 경우를 일점 쇄선으로 나타내고(도 4에서는 「테이퍼면 충돌」이라고 기재), 패턴 (3)의 경우를 점선으로 나타낸다(도 4에서는 「단부면 충돌」이라고 기재). 이하에, 패턴 (1)∼(3)의 각각의 경우의 슬리브(8)와 피스(7)의 위치 관계의 추이를 개별적으로 설명한다.

(1) 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)에 접촉하지 않고 치간에 진입하는 경우의 피스(7) 및 슬리브(8)의 위치 관계의 추이

도 5, 6에, 이 패턴의 경우의 스트로크 동작 개시로부터 결합 완료까지의 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 피스(7)에 대한 위치의 추이를 부호 12-1, 12-2, 12-3, 12-4까지의 4단계로 나타내고 있다.

도 4의 타임차트의 시각 t2에 있어서의 스트로크 제어 개시 시에는, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 5에 부호 12-1로 나타내는 바와 같이, 피스(7)로부터 충분히 이격된 위치에 있다.

도 4의 타임차트의 시각 t2∼t3에 있어서의 스트로크량 증대 중에는, 피스(7)의 부회전과 슬리브(8)의 결합 방향의 추력에 의해, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 5에 부호 12-2로 나타내는 바와 같이, 피스(7)에 대해 상대적으로 소치면(12a)이 접근하는 방향(도 5에서는 좌측 방향)으로 이동하면서, 피스(7)에 접근해 간다. 그리고, 도 4의 타임차트의 시각 t3에서, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 5에 부호 12-3으로 나타내는 바와 같이, 피스(7)의 도그 투스(11)와 접촉하는 일 없이, 피스(7)의 2개의 도그 투스(11)의 간극에 진입한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 시각 t4로부터 토크 변경 제어가 행해지고, 시각 t5에서 피스(7)의 회전 방향이 정회전으로 전환되면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는 피스(7)에 대해 상대적으로 대치면(12b)이 접근하는 방향(도 6에서는 우측 방향)으로 이동한다. 그리고, 도 4의 시각 t6에 있어서의 결합 완료 시에, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 6에 부호 12-4로 나타내는 바와 같이, 그 대치면(12b)을 피스(7)의 대치면(11b)과 맞물리게 한다.

(2) 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 대 테이퍼면(12c)이 피스(7)의 도그 투스(11)의 대 테이퍼면(11c)과 접촉하는 경우의 피스(7) 및 슬리브(8)의 위치 관계의 추이

도 7, 8에, 이 패턴의 경우의 스트로크 동작 개시로부터 결합 완료까지의 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 피스(7)에 대한 위치의 추이를 부호 12-1, 12-5, 12-6, 12-7의 4단계로 나타내고 있다.

도 4의 타임차트의 시각 t2에 있어서의 스트로크 제어 개시 시에는, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 7의 부호 12-1로 나타내는 바와 같이, 피스(7)로부터 충분히 이격된 위치에 있다.

도 4의 타임차트의 시각 t2∼t3에 있어서의 스트로크량 증대 중에는, 피스(7)의 부회전과 슬리브(8)의 결합 방향의 추력에 의해, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 피스(7)에 대해 상대적으로 소치면(12a)이 접근하는 방향(도 5에서는 좌측 방향)으로 이동하면서, 피스(7)에 접근해 간다. 그리고, 도 7에 부호 12-5로 나타내는 바와 같이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 대 테이퍼면(12c)이, 피스(7)의 도그 투스(11)의 대 테이퍼면(11c)과 충돌한다.

슬리브(8)는, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)과 충돌한 후에도, 결합 방향으로 추력을 계속하여 발생시킨다. 또한, 슬리브(8)는, 피스(7)의 부회전에 의해, 대 테이퍼면(12c)을 통해 압박력을 피스(7)로부터 받는다. 피스(7)로부터 받는 압박력이 슬리브(8)의 추력보다 크고, 또한 서로 접촉하고 있는 대 테이퍼면(11c) 및 대 테이퍼면(12c) 사이의 마찰력이 압박력보다 작아지는 경우, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 7에 부호 12-6으로 나타내는 바와 같이, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)을 따라 이격 방향으로 되밀린다. 도 4의 타임차트에서는, 시각 t2 이후에서 대 테이퍼면(11c, 12c)끼리가 충돌한 시점으로부터 시각 t5의 구간에 있어서, 슬리브(8)의 스트로크량이 감소하고 있고, 슬리브(8)는 이격 방향으로 되밀리고 있다.

또한, 이때, 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)이 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)을 통과하면, 도 7에 점선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 지금까지 접촉하고 있었던 피스(7)의 도그 투스(11)를 뛰어넘어 인접하는 도그 투스(11)의 방향으로 이동하는 경우도 있다. 또한, 서로 접촉하고 있는 대 테이퍼면(11c) 및 대 테이퍼면(12c) 사이의 마찰력이, 피스(7)로부터 받는 압박력보다 큰 경우에는, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 피스(7)의 도그 투스(11)와의 충돌한 스트로크 방향의 위치에 머무는 경우도 있다. 이 경우, 도 4의 타임차트에서는, 피스(7)가 부회전인 시각 t5까지는, 슬리브(8)의 스트로크량은, 대 테이퍼면(11c, 12c)끼리의 충돌 후에는 이격 방향으로 감소하지 않고 충돌 시의 값을 그대로 유지한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 시각 t4로부터 토크 변경 제어가 행해지고, 시각 t5에서 피스(7)의 회전 방향이 정회전으로 전환되면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 피스(7)의 정회전과 슬리브(8)의 결합 방향의 추력에 의해, 피스(7)에 대해 상대적으로 대치면(12b)이 접근하는 방향(도 8의 우측 방향)으로 이동하면서, 스트로크를 증대시켜 간다. 즉, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)을 따라 결합이 깊어지도록 이동한다. 그리고, 도 4의 시각 t6에 있어서의 결합 완료 시에, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 8에 부호 12-7로 나타내는 바와 같이, 그 대치면(12b)을 피스(7)의 대치면(11b)과 맞물리게 한다.

(3) 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 단부면(12d)이 피스(7)의 도그 투스(11)의 단부면(11d)과 접촉하는 경우의 피스(7) 및 슬리브(8)의 위치 관계의 추이

도 9, 10에, 이 패턴의 경우의 스트로크 동작 개시로부터 결합 완료까지의 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 움직임을 부호 12-1, 12-8, 12-9, 12-10, 12-11의 5단계로 나타내고 있다.

도 4의 타임차트의 시각 t2에 있어서의 스트로크 제어 개시 시에는, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 9의 부호 12-1로 나타내는 바와 같이, 피스(7)로부터 충분히 이격된 위치에 있다.

도 4의 타임차트의 시각 t2∼t3에 있어서의 스트로크량 증대 중에는, 피스(7)의 부회전과 슬리브(8)의 결합 방향의 추력에 의해, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 피스(7)에 대해 상대적으로 소치면(12a)이 접근하는 방향(도 9에서는 좌측 방향)으로 이동하면서, 피스(7)에 접근해 간다. 그리고, 도 9에 부호 12-8로 나타내는 바와 같이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 단부면(12d)이, 피스(7)의 도그 투스(11)의 단부면(11d)과 충돌한다.

슬리브(8)는, 피스(7)의 단부면(11d)과 충돌한 후에도, 피스(7)의 부회전에 의해, 도 9에 부호 12-9로 나타내는 바와 같이, 피스(7)의 도그 투스(11)의 단부면(11d)을 따라, 피스(7)에 대해 계속하여 동일한 방향(도 9에서는 좌측 방향)으로 이동한다. 슬리브(8)의 결합 방향으로의 이동은, 피스(7)의 단부면(11d)에 의해 규제되고 있다. 따라서, 도 4의 타임차트에서는, 시각 t2 이후에서 단부면끼리가 충돌한 시점으로부터 시각 t5의 구간에 있어서, 슬리브(8)의 스트로크량은, 충돌 위치의 값을 그대로 유지하고 있다.

또한, 이때, 슬리브(8)의 단부면(12d)이 피스(7)의 단부면(11d)을 통과하면, 도 9에 점선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 지금까지 접촉하고 있었던 피스(7)의 도그 투스(11)를 뛰어넘어 인접하는 도그 투스(11)의 방향으로 이동하는 경우도 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 시각 t4로부터 토크 변경 제어가 행해지고, 시각 t5에서 피스(7)의 회전 방향이 정회전으로 전환되면, 도 10에 도시하는 바와 같이, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 우선은 피스(7)의 정회전에 의해, 피스(7)의 단부면(11d)을 따라 대치면(12b)이 접근하는 방향(도 10의 우측 방향)으로 이동한다. 슬리브(8)의 단부면(12d)이 피스(7)의 단부면(11d)을 통과하면, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 10에 부호 12-10으로 나타내는 바와 같이, 피스(7)의 정회전과 슬리브(8)의 결합 방향의 추력에 의해, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)을 따라 결합이 깊어지도록 이동한다. 그리고, 도 4의 시각 t6에 있어서의 결합 완료 시에, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 도 10에 부호 12-11로 나타내는 바와 같이, 그 대치면(12b)을 피스(7)의 대치면(11b)과 맞물리게 한다.

다음으로, 제1 실시 형태에 관한 결합 장치(1)의 효과에 대해 설명한다.

본 실시 형태의 결합 장치(1)는, 회전축 주위로 회전 가능하게 지지되고, 도그 투스(11)를 갖는 피스(7)와, 회전축의 축선 방향을 따라 이동 가능하게 지지되고, 도그 투스(12)를 갖는 슬리브(8)와, 피스(7)를 축선 주위로 회전시키는 제1 모터 제너레이터(MG1)와, 슬리브(8)를 축선 방향으로 이동시키는 액추에이터(9)와, 제1 모터 제너레이터(MG1) 및 액추에이터(9)의 동작을 제어하는 ECU(6)를 구비한다. 도그 투스(11)는, 피스(7)의 슬리브(8)와 대향하는 측에, 축선 주위의 둘레 방향을 따라 복수 형성되고, 도그 투스(12)는, 슬리브(8)의 피스(7)와 대향하는 측에, 축선 주위의 둘레 방향을 따라 복수 형성되어 있다. 도그 투스(11)는, 둘레 방향에서 대향하는 한 쌍의 치면(11a, 11b)을 갖고, 도그 투스(12)는, 둘레 방향에서 대향하는 한 쌍의 치면(12a, 12b)을 갖는다. 슬리브(8)측에서 보았을 때에, 도그 투스(11)의 상기 한 쌍의 치면(11a, 11b) 중, 한쪽의 소치면(11a)의 전방 테두리 단부(11e)는, 다른 쪽의 대치면(11b)의 전방 테두리 단부(11f)보다 축선 방향 안측에 배치되고, 피스(7)측에서 보았을 때에, 도그 투스(12)의 한 쌍의 치면(12a, 12b) 중, 한쪽의 소치면(12a)의 전방 테두리 단부(12e)는, 다른 쪽의 대치면(12b)의 전방 테두리 단부(12f)보다 축선 방향 안측에 배치되어 있다. 도그 투스(11, 12)는, 축선 방향의 서로 대향하는 측의 둘레 방향의 폭이 작아지도록 형성된다. 도그 투스(11)의 소치면(11a)과, 도그 투스(12)의 소치면(12a)은, 피스(7)가 슬리브(8)에 대해 부회전 방향으로 상대 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치되고, 도그 투스(11)의 대치면(11b)과, 도그 투스(12)의 대치면(12b)은, 피스(7)가 슬리브(8)에 대해 정회전 방향으로 상대 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치된다. ECU(6)는, 피스(7)와 슬리브(8)를 결합시킬 때에, 피스(7)가 슬리브(8)에 대해 부회전 방향으로 회전하고 있는 상태에서, 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하는 방향으로 이동하도록 액추에이터(9)를 제어하고, 또한 피스(7)에 대한 슬리브(8)의 이동에 관한 소정의 스트로크 조건을 만족시킨 후에, 피스(7)의 회전수가 부로부터 0 이상으로 되도록 제1 모터 제너레이터(MG1)를 제어한다.

이 구성에 따르면, 피스(7)와 슬리브(8)의 결합 동작 시의 당초에는, 맞물림면인 대치면(11b, 12b)과는 반대측의 소치면(11a, 12a)이 접근하는 방향으로 피스(7)를 회전시킨다. 이에 의해, 슬리브(8)의 스트로크 동작이 진행되기 전에, 맞물림면인 대치면(11b, 12b)이 극히 작은 접촉 면적으로 맞물리는 상황이 발생하는 것을 피할 수 있다. 또한, 슬리브(8)의 스트로크 동작이 소정의 스트로크 조건을 만족시킨 후에, 피스(7)의 회전수가 부로부터 0 이상으로 되도록 제어하므로, 슬리브(8)의 도그 투스(12)가, 피스(7)의 도그 투스(11)의 사이에, 결합을 유지하는 데 충분한 정도까지 들어간 후에, 도그 투스(11, 12)의 맞물림면인 대치면(11b, 12b)끼리가 접근하는 방향으로 피스(7)의 회전을 변경하여 대치면(11b, 12b)을 맞물리게 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 피스(7)의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)의 맞물림 부분의 면적을 증대시켜, 결합을 유지하는 데 충분한 맞물림량을 확보하는 것이 가능해져, 확실하게 결합을 행할 수 있다.

또한, 결합 동작의 당초에는, 맞물림면인 대치면(11b, 12b)과는 반대측의 소치면(11a, 12a)이 접근하는 방향으로 피스(7)를 회전시키므로, 슬리브(8)가 피스(7)에 최초로 접촉할 때에는, 피스(7) 및 슬리브(8)의 대 테이퍼면(11c, 12c)이나 단부면(11d, 12d)끼리를 면 접촉시킬 수 있고, 충돌 시에 도그 투스(11, 12)에 국소적으로 큰 힘이 가해지는 것을 피할 수 있다. 이 결과, 고면압이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 결합 장치(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 결합 장치(1)에 있어서, ECU(6)는, 슬리브(8)를 피스(7)에 소정의 거리만큼 접근시킬 수 있다고 판정하였을 때, 스트로크 조건을 만족시킨 것으로 판정한다. 이 구성에 의해, 슬리브(8)를 피스(7)에 충분히 접근시킨 후에, 맞물림면인 대치면(11b, 12b)끼리를 맞물리게 할 수 있으므로, 한층 더 확실하게 결합을 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 결합 장치(1)에 있어서, ECU(6)는, 피스(7)의 회전수를 부로부터 0 이상으로 변경하는 동안에, 또한 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하는 방향으로 이동하도록 액추에이터(9)를 제어한다. 이 구성에 의해, 맞물림면인 대치면(11b, 12b)끼리가 접근하고 있는 동안에, 또한 슬리브(8)의 도그 투스(12)를 피스(7)의 도그 투스(11)의 사이에 진입시킬 수 있으므로, 대치면(11b, 12b)이 맞물릴 때에 양자의 맞물림 부분의 면적을 증대시킬 수 있어, 한층 더 확실하게 결합을 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 결합 장치(1)에 있어서, 피스(7)의 도그 투스(11)는, 축선 방향의 슬리브(8)에 가장 가까운 위치에서 슬리브(8)와 대향하여 배치되는 단부면(11d)과, 단부면(11d)과 소치면(11a)을 접속하는 테이퍼 형상의 대 테이퍼면(11c)을 갖고, 슬리브(8)의 도그 투스(12)는, 축선 방향의 피스(7)에 가장 가까운 위치에서 피스(7)와 대향하여 배치되는 단부면(12d)과, 단부면(12d)과 소치면(12a) 사이를 접속하는 테이퍼 형상의 대 테이퍼면(12c)을 갖는다.

이 구성에 의해, 도그 투스(11, 12)에 대 테이퍼면(11c, 12c)이 형성됨으로써, 도그 투스(11, 12)의 소치면(11a, 12a)측의 선단 부분을 삭감하고, 도그 투스(11, 12)끼리가 소치면(11a, 12a)을 접근시키는 방향으로 상대 회전하면서 접근할 때에, 도그 투스(11, 12)의 사이의 공간을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 결합 동작의 당초에 슬리브(8)의 도그 투스(12)가, 피스(7)의 도그 투스(11)와 빠른 단계에서 충돌하는 것을 피할 수 있고, 한층 더 깊은 위치까지 진입시키는 것이 가능해진다. 또한, 대 테이퍼면(11c, 12c)은, 스트로크 방향을 따른 테이퍼 형상의 면이므로, 슬리브(8)가 피스(7)와 접촉할 때에, 대 테이퍼면(11c, 12c)을 따라 양자의 상대 위치를 원활하게 변위시키는 것이 가능하고, 결합 제어를 신속하고 또한 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 결합 장치(1)에 있어서, ECU(6)는, 피스(7)의 회전수를 부로부터 0 이상으로 한 후에, 피스(7)의 회전수가 정회전 방향의 소정값 이상으로 되었을 때, 회전수를 감소시키도록 제1 모터 제너레이터(MG1)를 제어한다.

이 구성에 의해, 피스(7)의 회전수를 비교적 작은 정방향의 회전수로 제어할 수 있으므로, 슬리브(8)의 치면(12b)이 피스(7)의 치면(11b)과 접촉할 때의 쇼크를 경감할 수 있다. 또한, 피스(7)의 회전수가 비교적 작으면, 피스(7)의 회전을 반전한 후에 치면(11b, 12b)끼리가 맞물릴 때까지의 시간을 연장시킬 수 있으므로, 슬리브(8)의 스트로크 제어에 의해 슬리브(8)의 도그 투스(12)를 피스(7)의 도그 투스(11)의 사이의 안측까지 더욱 넣는 것이 가능해져, 한층 더 확실하게 결합을 행할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 도 11, 12를 참조하여, 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 11은 제2 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 흐름도이며, 도 12는 제2 실시 형태의 결합 장치에 의해 실시되는 결합 제어 처리의 타임차트이다. 도 12의 타임차트의 구성은, 제1 실시 형태의 도 4의 타임차트와 동일하다.

제2 실시 형태는, 결합 제어 처리에 있어서, 스트로크 조건이 완료되었는지 여부에 관계없이 토크 변경 제어를 개시하는 점에서, 제1 실시 형태와 다른 것이다. 즉, 제2 실시 형태에서는, 토크 변경 제어를 개시하는 것보다 먼저 스트로크 제어가 개시된다.

도 11의 흐름도를 따라 설명하면, 우선 피스(7)의 회전 방향이 부회전인지 여부가 판정된다(스텝 S201). 스텝 S201의 판정의 결과, 피스(7)의 회전 방향이 부회전이 아닌 경우에는(스텝 S201의 "아니오"), 제1 모터 제너레이터(MG1)를 제어하여, 피스(7)의 회전수가 부회전으로 변경되고(스텝 S202), 스텝 S201로 복귀된다. 스텝 S202의 처리는, 예를 들어 목표 회전수를 부회전으로 설정하고, 제1 모터 제너레이터(MG1)를 피드백 제어하여 행할 수 있다.

한편, 스텝 S201의 판정의 결과, 피스(7)의 회전 방향이 부회전이라고 판정된 경우에는(스텝 S201의 "예"), 제1 모터 제너레이터(MG1)를 제어하여, 정회전 방향으로의 피스(7)의 토크 변경 제어가 실시된다(스텝 S203).

도 12의 타임차트에서는, 피스 회전수는 당초부터 부회전이므로, 이 타임차트의 개시 시점부터 토크 변경 제어가 실행되고 있다. 또한, 타임차트의 개시 시점에서는, 피스(7)의 회전수는, 목표 회전 범위보다 부회전 방향으로 큰 값이며, 목표 회전 범위로부터 벗어나고 있고, 토크 변경 제어에 의해 부로부터 정회전 방향으로 서서히 변경되고 있다.

도 11로 되돌아가, 스텝 S203의 토크 변경 제어에 의해, 피스(7)의 회전수가 소정의 목표 회전 범위 내로 천이하였는지 여부가 판정된다(스텝 S204). 목표 회전 범위는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 도 12에 나타내는 바와 같이 0회전으로부터 소정의 부회전수까지의 범위이다. 또한, 목표 회전 범위 내로 천이한 것의 판정 조건도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 피스 회전수가 목표 회전 범위 내에 일정 시간 체재하는 것 등을 포함할 수 있다.

피스(7)의 회전수가 소정의 목표 회전 범위 내에서는 없다고 판정된 경우에는(스텝 S204의 "아니오"), 스텝 S201로 복귀된다. 한편, 피스(7)의 회전수가 소정의 목표 회전 범위 내에 있다고 판정된 경우에는(스텝 S204의 "예"), 토크 변경 제어를 계속하면서, 결합 방향으로 슬리브(8)를 이동시키는 스트로크 제어가 실시된다(스텝 S205).

도 12의 타임차트에서는, 피스(7)의 회전수가 목표 회전 범위 내에서 유지되는 상태가 소정 시간 경과한 시각 t7에서, 스텝 S204의 목표 회전 범위 내로 천이한 것의 판정이 행해지고 있다. 그리고, 시각 t7에서 슬리브(8)의 결합 방향으로의 스트로크 제어가 개시되고, 시각 t7 이후에서는 슬리브(8)의 스트로크량이 서서히 증가하고 있다. 즉, 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하고 있다.

또한, 스트로크 제어의 개시 시점에서는, 피스(7)의 회전수는 0회전∼소정의 부회전수의 목표 회전 범위 내에 있으므로, 피스(7)는 부회전 방향으로 회전하고 있다. 회전수가 0으로 되는 시각 t8까지의 구간에서는, 피스(7)의 소치면(11a)과 슬리브(8)의 소치면(12a)이 접근하는 방향으로 피스(7)가 회전하고 있다. 그리고, 시각 t8 이후에서는, 피스(7)의 회전수가 정회전수로 되고, 피스(7)의 회전 방향이, 피스의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)이 접근하는 방향으로 반전된다.

도 11로 되돌아가, 슬리브(8)의 도그 투스(12)와 피스(7)의 도그 투스(11)의 결합이 완료되었는지 여부가 판정된다(스텝 S206). 결합이 완료되어 있지 않은 경우에는(스텝 S206의 "아니오"), 스텝 S205로 되돌아가, 스트로크 제어가 계속하여 실행된다. 한편, 결합이 완료된 경우에는(스텝 S206의 "예"), 본 제어 플로우를 종료한다.

도 12의 타임차트에서는, 시각 t8 이후에 피스(7)가 정회전으로 되어, 피스(7)의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)이 접근하는 방향으로 피스(7)가 회전하고, 시각 t9에서 피스(7)의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)이 맞물려, 슬리브(8)와 피스(7)의 결합이 완료되었다고 판정되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서도, 피스(7)와 슬리브(8)의 결합 제어는, 제1 실시 형태에서 설명한 스트로크 제어의 스트로크 조건이 완료된 후에, 피스(7)의 회전수가 정회전으로 전환되도록 구성되어 있다. 즉, 슬리브(8)가 소정의 스트로크량을 이동하기 위해 필요한 시간이 경과한 후에 피스(7)의 회전수가 부로부터 정으로 변경되도록, 토크 변경 제어에 의해 추가되는 정토크의 크기와, 스텝 S204의 목표 회전 범위 내의 조건(스트로크 제어의 개시 타이밍)이 설정되어 있다. 도 12의 타임차트에서는, 피스 회전수가 부로부터 정으로 전환되는 시각 t8에 있어서, 슬리브(8)가 소정의 스트로크량을 이동하기 위해 필요한 시간이 경과하고, 스트로크 조건이 완료되어 있다고 판단할 수 있다.

[제3 실시 형태]

다음으로, 도 13∼18을 참조하여, 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 도 13은 본 발명의 제3 실시 형태의 결합 장치의 주요부를 확대하여 본 모식도이다.

제3 실시 형태의 결합 장치(1)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 피스(7)와 슬리브(8)가 축선 방향에 있어서 접촉할 때에, 이 접촉에 따라 축선 방향으로 신축하여 가압되는 스프링(14)(가압 수단)이 피스(7)에 접속되는 점에서, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 다른 것이다.

스프링(14)은, 회전축(13)의 축선 방향을 따라 신축 가능하게 피스(7)에 접속되어 있다. 피스(7)는, 스프링(14)의 신축 범위 내에 한하여, 축선 방향을 따라 이동 가능하게 설치되어 있다. 스프링(14)은, 결합 제어 시에 피스(7)와 슬리브(8)가 축선 방향에 있어서 접촉할 때에, 이 접촉에 의한 피스(7)의 축선 방향의 이동에 따라 신축하고, 신축 방향과 반대 방향으로 가압력을 발휘한다.

또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 슬리브(8)에는 스토퍼(15)가 설치되어 있다. 슬리브(8)는, 스트로크 방향의 소정 위치에서, 스토퍼(15)에 의해 더 이상 피스(7)측으로 이동하는 것을 규제되고 있다. 스토퍼(15)의 설치 위치는, 예를 들어 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)와 완전히 맞물리는 위치에서, 슬리브(8)의 이동이 규제되도록 설정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 설명의 편의상, 도 13에 도시하는 바와 같이, 스프링(14)이 피스(7)에 직접 접속된 구성을 예시하였지만, 스프링(14)은 슬리브(8)와의 접촉에 의해 피스(7)의 축선 방향의 이동과 슬리브(8)측으로의 가압력의 부여를 실현할 수 있으면, 피스(7)와 직결할 필요는 없고, 피스(7)의 구동원인 제1 모터 제너레이터(MG1)와 피스(7) 사이에 배치되어 있으면 된다.

제3 실시 형태의 결합 장치(1)는, 도 3에 나타낸 제1 실시 형태의 제어 플로우를 실시할 수 있고, 또한 도 11에 나타낸 제2 실시 형태의 제어 플로우도 실시할 수 있다. 단, 본 실시 형태의 구성에서는, 스트로크 제어 중에 슬리브(8)가 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)이나 단부면(11d) 등과 충돌하는 경우에, 스프링(14)의 작용에 의해 피스(7) 및 슬리브(8)의 동작이 제1, 제2 실시 형태의 것과 다르다.

여기에서는, 도 3에 나타낸 제1 실시 형태의 제어 플로우를 따라, 도 14∼18을 참조하여 스트로크 제어 중에 대 테이퍼면(11c, 12c)끼리가 충돌하는 경우를 예로 하여, 제3 실시 형태에 관한 결합 장치(1)의 동작을 설명한다.

스텝 S104에서, 피스(7)가 소정의 목표 회전 범위 내의 회전을 유지하고 있는 상태에서, 슬리브(8)의 스트로크 제어가 개시된다. 도 14는 스트로크 제어 개시 후에 슬리브(8)가 피스(7)에 접근하는 상태를 도시하는 모식도이다. 이때, 도 14에 도시하는 바와 같이, 추력에 의해 슬리브(8)가 결합 방향으로 이동하고, 슬리브(8)의 도그 투스(12)가, 부회전하고 있는 피스(7)의 도그 투스(11)에 접근하고 있다.

스텝 S105에서, 슬리브(8)의 스트로크 조건이 완료되어 있지 않다고 판정된 경우에는(스텝 S105의 "아니오"), 스텝 S104로 되돌아가 스트로크 제어가 계속된다.

스트로크 제어의 계속 중에는, 피스(7)가 부회전하고 있고, 피스(7)와 슬리브(8)의 상대 위치는 피스(7)의 치면(11a)과 슬리브(8)의 치면(12a)이 접근하도록 추이한다. 이로 인해, 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)과 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)과 적어도 일부가 대향하도록 슬리브(8)가 피스(7)로 접근 이동한다. 이 예에서는, 슬리브(8)는, 우선 대 테이퍼면(12c)에서 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)과 충돌한다. 도 15는 스트로크 제어의 실행 중에 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)이, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)과 충돌한 상태를 도시하는 모식도이다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 슬리브(8)의 스트로크 제어의 실행 중에, 결합 방향으로 이동하는 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)이, 부회전하는 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)과 충돌한다.

이 충돌에 의해, 피스(7)의 부회전 방향의 추력의 일부가 결합 방향으로 변환된다. 또한, 피스(7)는 슬리브(8)의 결합 방향으로의 추력을 대 테이퍼면(11c)에서 받는다. 이들의 결합 방향의 추력에 의해, 스프링(14)이 수축하여, 피스(7)는 스트로크 방향의 슬리브(8)로부터 이격되는 방향(도면에서는 하측 방향)으로 이동한다. 피스(7)는 부회전 방향으로도 이동하고 있으므로, 결과적으로, 피스(7)는, 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)과 접촉하면서, 대 테이퍼면(12c)을 따라 슬리브(8)로부터 이격되는 방향(도 5에 화살표 A로 나타내는 우측 하방향)으로 이동한다.

한편, 슬리브(8)의 스트로크 조건이 완료된 것으로 판정된 경우에는(스텝 S105의 "예"), 스텝 S106에서 정회전 방향으로의 피스(7)의 토크 변경 제어가 실시된다.

도 16, 17은 토크 변경 제어의 실시 중에 있어서의 슬리브(8)와 피스(7)의 위치 관계를 도시하는 모식도이다. 도 16은 추가 토크의 부여에 의해, 피스(7)의 부회전이 정지하였을 때의 상태를 나타내고, 도 17은 가일층의 추가 토크의 부여에 의해, 피스(7)의 회전 방향이 정회전으로 반전한 상태를 나타낸다.

도 16에 도시하는 바와 같이, 슬리브(8)가 스토퍼(15)의 규제 위치에 도달하여 슬리브(8)의 스트로크 제어가 완료되면, 토크 변경 제어가 실시되어 피스(7)에 정회전 방향의 추가 토크가 부여된다. 이 추가 토크에 의해, 부회전하고 있었던 피스(7)의 회전이 정지된다. 이때의 피스(7)와 슬리브(8)의 위치 관계는, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)과 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)의 접촉 상태가 유지되어 있거나, 또는 도 16에 도시하는 바와 같이, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)이 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)을 따라 통과한 후에, 단부면(11d, 12d)끼리가 접촉하고 있는 상태로 되어 있다. 또한, 이때, 피스(7)의 스프링(14)은 가장 크게 수축하고 있다.

이어서, 도 17에 도시하는 바와 같이, 가일층의 추가 토크의 부여에 의해, 회전 정지하고 있었던 피스(7)가 정회전으로 반전하여 회전하기 시작한다. 피스(7)가 정회전 방향으로 이동함으로써, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)이 다시 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)과 접촉한다. 이때, 피스(7)에는, 수축되어 있는 스프링(14)으로부터 개방 방향(도면의 상측 방향)으로 가압력이 전달되지만, 피스(7)의 대 테이퍼면(11c)이 접촉하고 있는 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)으로부터 받는 반력에 의해, 이 가압력의 일부는 정회전 방향으로 변환된다. 결과적으로, 피스(7)는, 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)과 접촉하면서, 대 테이퍼면(12c)을 따라 슬리브(8)에 접근하는 이격되는 방향(도 17에 화살표 B로 나타내는 좌측 상방향)으로 이동한다.

스텝 S109에서, 슬리브(8)의 도그 투스(12)와 피스(7)의 도그 투스(11)의 결합이 완료된 것으로 판정된 경우에는(스텝 S109의 "예"), 본 제어 플로우를 종료한다.

도 18은 슬리브(8)의 도그 투스(12)가 피스(7)의 도그 투스(11)와 맞물린 상태를 도시하는 모식도이다. 도 17에 나타내는 화살표 B의 방향으로 피스(7)가 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)을 따라 이동한 후에, 도 18에 도시하는 바와 같이, 피스(7)가 슬리브(8)의 대 테이퍼면(12c)을 통과하면, 피스(7)는, 스프링(14)의 가압력에 의해 스트로크 방향의 슬리브(8)측으로 더욱 되밀린다. 이에 의해, 슬리브(8)의 치면(12b)과 피스(7)의 치면(11b)의 회전 방향에서 본 중첩 부분을 증가시키면서, 슬리브(8)의 치면(12b)이 피스(7)의 치면(11b)에 접근해 가고, 최종적으로 양자가 충돌하고, 충분한 맞물림 면적을 확보하여 맞물려 있다.

제3 실시 형태의 결합 장치(1)는, 피스(7)와 슬리브(8)가 축선 방향에 있어서 접촉할 때에, 이 접촉에 따라 축선 방향으로 가압되는 스프링(14)을 피스(7)에 구비하므로, 슬리브(8)가 피스(7)에 충돌할 때의 압박력을 이용하여, 스프링(14)을 수축시키고, 스프링(14)의 수축에 의해 발생하는 가압력에 의해 피스(7)를 슬리브(8)의 방향으로 되밀 수 있으므로, 피스(7)의 도그 투스(11)를 슬리브(8)의 도그 투스(12)의 사이의 안측까지 넣는 것이 가능해진다. 이에 의해, 피스(7)의 대치면(11b)과 슬리브(8)의 대치면(12b)의 맞물림 부분의 면적을 더욱 증대시키는 것이 가능해져, 한층 더 확실하게 결합을 행할 수 있다. 또한, 슬리브(8)가 피스(7)에 충돌할 때에 스프링(14)에 의해 충격력을 흡수할 수 있으므로, 결합 시의 쇼크를 저감시킬 수 있다.

또한, 제3 실시 형태에서는, 스프링(14)이 피스(7)에 설치되는 구성을 예시하였지만, 슬리브(8)에 설치해도 되고, 피스(7)와 슬리브(8)의 양쪽에 설치해도 된다. 또한, 스프링(14)은, 피스(7) 또는 슬리브(8)의 축선 방향의 이동에 따라 가압할 수 있는 다른 가압 수단으로 치환해도 된다.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였지만, 상기 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 상기 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 상기 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.

상기 실시 형태에서는, 제1 모터 제너레이터(MG1)의 회전을 기계적으로 로크하는 MG1 로크 기구로서, 본 발명에 관한 결합 장치(1)를 적용하는 구성을 예시하였지만, 본 발명에 관한 결합 장치(1)는, 예를 들어 오버드라이브 로크, 엔진 직달축 변속, 엔진축 분리 등 구동 장치 내의 다른 요소에 관한 결합 요소로서도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 결합 장치(1)를, AT 내 습식 다판 클러치 등의 종래의 결합 요소로 치환하는 것도 가능하다.

상기 실시 형태에서는, 피스(7)의 도그 투스(11)와 슬리브(8)의 도그 투스(12)가, 서로의 방향으로 각각 돌출되는 구성을 예시하였지만, 피스(7)와 슬리브(8)의 이의 위치는 다른 형태여도 된다. 예를 들어, 피스(7)의 이가 직경 방향 외측으로 돌출되고, 슬리브(8)의 이가 피스(7)의 직경 방향 외측으로부터 내측으로 돌출되는 형태여도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 피스(7)의 도그 투스(11)와 슬리브(8)의 도그 투스(12)에 대해, 축선 방향의 길이가 모두 동일한 구성을 예시하였지만, 축선 방향의 길이가 다른 도그 투스를 조합해도 되고, 예를 들어 축선 방향의 길이가 장단 2종류의 도그 투스를 교대로 배치하는 구성으로 해도 된다. 이 구성의 경우, 축선 방향 길이가 긴 쪽의 이끼리가 결합 제어 시에는 최초로 접촉할 가능성이 높으므로, 적어도 축선 방향 길이가 긴 쪽의 이가, 상기 실시 형태의 도그 투스(11, 12)와 마찬가지로, 소치면(11a, 12a) 및 대치면(11b, 12b)을 갖는 형상이면 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 피스(7)가 회전하고, 슬리브(8)가 일 방향으로 직선 이동하는 구성을 예시하였지만, 피스(7)와 슬리브(8) 사이에서 회전 방향과 스트로크 방향의 상대적인 위치 관계를 변경할 수 있으면 되고, 다른 형태여도 된다. 예를 들어, 피스(7) 및 슬리브(8) 중 어느 한쪽이 회전 방향 및 스트로크 방향의 양 방향으로 이동 가능한 구성이어도 되고, 상기 실시 형태와는 반대로 피스(7)가 스트로크 방향으로 이동하고, 슬리브(8)가 회전 방향으로 이동하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 피스(7)의 도그 투스(11) 및 슬리브(8)의 도그 투스(12)에 대 테이퍼면(11c, 12c)을 형성한 구성을 예시하였지만, 소치면(11a, 12a)과 단부면(11d, 12d)을 접속하는 접속면이면 되고, 테이퍼 형상 이외에도 볼록 곡면, 오목 곡면, 단차 형상 등 다른 형상이어도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 결합 제어 시에 피스(7)를 부회전으로부터 정회전으로 반전시킬 때, 응답성과 제어성을 고려하여 피스(7)의 구동 토크를 변경하는 토크 변경 제어를 행하였지만, 이 대신 회전수 제어의 목표 회전수를 정회전으로 변경하는 구성이어도 된다.

상기 실시 형태에서는, 슬리브(8)를 스트로크 제어하기 위한 액추에이터(9)는, 반력을 받았을 때에 공회전하는 래칫 기능을 갖는 것을 예시하였지만, 래칫 기능을 갖지 않는 액추에이터를 적용해도 된다.

1 : 결합 장치
6 : ECU(제어 수단)
MG1 : 제1 모터 제너레이터(회전 수단)
7 : 피스(제1 부재)
8 : 슬리브(제2 부재)
9 : 액추에이터(이동 수단)
11 : 피스의 도그 투스(피결합치)
12 : 슬리브의 도그 투스(결합치)
11a, 12a : 소치면(제1 치면)
11b, 12b : 대치면(제2 치면)
11e, 12e : 소치면의 전방 테두리 단부
11f, 12f : 대치면의 전방 테두리 단부
11c : 대 테이퍼면(피결합치측 접속면)
12c : 대 테이퍼면(결합치측 접속면)
13 : 회전축
14 : 스프링(가압 수단)

Claims

피결합치를 갖는 제1 부재와,
상기 제1 부재와 동축 상에 배치되고, 결합치를 갖는 제2 부재와,
상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에서 축선 주위로 상대 회전시키는 회전 수단과,
상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에서 축선 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단과,
상기 회전 수단 및 상기 이동 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
상기 피결합치는, 상기 제1 부재의 상기 제2 부재와 대향하는 측에, 상기 축선 주위의 둘레 방향을 따라 복수 형성되고, 상기 결합치는, 상기 제2 부재의 상기 제1 부재와 대향하는 측에, 상기 축선 주위의 둘레 방향을 따라 복수 형성되어 있고,
상기 피결합치 및 상기 결합치는, 상기 둘레 방향에서 대향하는 한 쌍의 치면을 갖고,
상기 제2 부재측에서 보았을 때에, 상기 피결합치의 상기 한 쌍의 치면 중, 한쪽의 제1 치면의 전방 테두리 단부는, 다른 쪽의 제2 치면의 전방 테두리 단부보다 축선 방향 안측에 배치되고, 상기 제1 부재측에서 보았을 때에, 상기 결합치의 상기 한 쌍의 치면 중, 한쪽의 제1 치면의 전방 테두리 단부는, 다른 쪽의 제2 치면의 전방 테두리 단부보다 축선 방향 안측에 배치되어 있고,
상기 피결합치 및 상기 결합치는, 축선 방향의 서로 대향하는 측의 상기 둘레 방향의 폭이 작아지도록 형성되고,
상기 피결합치의 상기 제1 치면과, 상기 결합치의 상기 제1 치면은, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 부회전 방향으로 상대 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치되고,
상기 피결합치의 상기 제2 치면과, 상기 결합치의 상기 제2 치면은, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 정회전 방향으로 상대 회전할 때에, 서로 대향하여 접근하도록 배치되고,
상기 제어 수단은, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 결합시킬 때에,
상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상기 부회전 방향으로 상대 회전하고 있는 상태에서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 서로 접근하는 방향으로 상대 이동하도록 상기 이동 수단을 제어하고,
또한 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 상대 이동에 관한 소정의 이동 조건을 만족시킨 후에, 상기 제1 부재의 상기 제2 부재에 대한 상대 회전수가 부로부터 0 이상으로 되도록 상기 회전 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 결합 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 소정의 거리만큼 접근시킬 수 있다고 판정하였을 때, 상기 이동 조건을 만족시킨 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는, 결합 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 상대 회전수를 부로부터 0 이상으로 변경하는 동안에, 또한 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 서로 접근하는 방향으로 상대 이동하도록 상기 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 결합 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재 중 적어도 한쪽에, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 상기 축선 방향에 있어서 접촉할 때에, 상기 접촉에 따라 상기 축선 방향으로 가압되는 가압 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 결합 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재의 상기 피결합치는,
상기 축선 방향의 상기 제2 부재에 가장 가까운 위치에서 상기 제2 부재와 대향하여 배치되는 단부면과,
상기 단부면과 상기 피결합치의 상기 제1 치면을 접속하는 피결합치측 접속면을 갖고,
상기 제2 부재의 상기 결합치는,
상기 축선 방향의 상기 제1 부재에 가장 가까운 위치에서 상기 제1 부재와 대향하여 배치되는 단부면과,
상기 단부면과 상기 결합치의 상기 제1 치면 사이를 접속하는 결합치측 접속면을 갖는 것을 특징으로 하는, 결합 장치.
제5항에 있어서, 상기 피결합치측 접속면 및 상기 결합치측 접속면이, 테이퍼 형상의 면인 것을 특징으로 하는, 결합 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 상대 회전수를 부로부터 0 이상으로 한 후에, 상기 상대 회전수가 상기 정회전 방향의 소정값 이상으로 되었을 때, 상기 상대 회전수를 감소시키도록 상기 회전 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 결합 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재가 회전축 주위로 회전 가능하게 지지되고,
상기 제2 부재가 축선 방향을 따라 이동 가능하게 지지되고,
상기 회전 수단은, 상기 제1 부재를 상기 축선 주위로 회전시키고,
상기 이동 수단은, 상기 제2 부재를 상기 축선 방향으로 이동시키고,
상기 제어 수단은, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 결합시킬 때에,
상기 제1 부재가 부회전 방향으로 회전하고 있는 상태에서, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향으로 이동하도록 상기 이동 수단을 제어하고,
또한 상기 이동 조건을 만족시킨 후에, 상기 제1 부재의 회전수가 부로부터 0 이상으로 되도록 상기 회전 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 결합 장치.