WO2025192567A1 - クラッチ装置 - Google Patents
クラッチ装置Info
- Publication number
- WO2025192567A1 WO2025192567A1 PCT/JP2025/008989 JP2025008989W WO2025192567A1 WO 2025192567 A1 WO2025192567 A1 WO 2025192567A1 JP 2025008989 W JP2025008989 W JP 2025008989W WO 2025192567 A1 WO2025192567 A1 WO 2025192567A1
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- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- fork
- clutch
- movable clutch
- clutch device
- axially
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
- F16D11/08—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially
- F16D11/10—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially with clutching members movable only axially
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D28/00—Electrically-actuated clutches
Definitions
- This disclosure relates to a clutch device.
- the clutch device disclosed in Patent Document 1 is provided in a vehicle and is used to allow or block the transmission of torque between an input shaft connected to a first transmission part and an output shaft connected to a second transmission part.
- the clutch device disclosed in Patent Document 1 when the clutch sleeve moves toward the first transmission part and the internal teeth of the clutch sleeve mesh with the external teeth of the first transmission part, the transmission of torque between the first transmission part and the second transmission part is allowed.
- the clutch sleeve is able to move translationally, i.e., axially, due to the translation of the fork.
- a weighting damper is provided between the fork and a translation member that moves translationally when driven by the rotary motor.
- the weighting damper has a first spring sleeve and a second spring sleeve that are able to move axially relative to the fork, and a waiting spring provided between the first spring sleeve and the second spring sleeve.
- the objective of this disclosure is to provide a compact clutch device with high engagement response speed and ease of assembly.
- the clutch device comprises an actuator, a translational member, a first transmission part, a second transmission part, an axially fixed clutch member, an axially movable clutch member, and multiple elastic members.
- the translational member undergoes translational motion when power is transmitted from the actuator.
- the second transmission part is rotatable relative to the first transmission part.
- the axially fixed clutch member is provided on the first transmission part.
- the axially movable clutch member moves axially relative to the second transmission unit due to the translational movement of the translation member, and can allow torque transmission between the first transmission unit and the second transmission unit by engaging with the axially fixed clutch member.
- Multiple elastic members are provided in the power transmission path between the actuator and the axially movable clutch member, and can axially bias the axially movable clutch member.
- the elastic member can be used as a standby spring, improving the engagement response speed between the axially movable clutch member and the axially fixed clutch member. Furthermore, by providing multiple elastic members with the same spring constant, the axial size can be reduced without compromising ease of assembly.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a clutch device according to a first embodiment and a vehicle to which the clutch device is applied;
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a clutch device according to a first embodiment;
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a rotation-translation portion of the clutch device according to the first embodiment;
- FIG. 4 is a plan view showing a translation member of the clutch device according to the first embodiment;
- FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the axial distance of the elastic member and the spring load;
- FIG. 6 is a schematic diagram showing an operating state of the clutch device according to the first embodiment;
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a clutch device according to a first embodiment and a vehicle to which the clutch device is applied;
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a clutch device according to a first embodiment;
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a rotation-translation portion of the clutch device according to the first embodiment;
- FIG. 7 is a schematic diagram showing an operating state of the clutch device according to the first embodiment
- FIG. 8 is a schematic diagram showing an operating state of the clutch device according to the first embodiment
- FIG. 9 is a schematic diagram showing an operating state of the clutch device according to the first embodiment
- FIG. 10 is a schematic diagram showing an operating state of a clutch device according to a comparative example
- FIG. 11 is a schematic diagram showing an operating state of the clutch device according to the first embodiment
- FIG. 12 is a schematic diagram showing an operating state of a clutch device according to a comparative example
- FIG. 13 is a schematic diagram showing an operating state of the clutch device according to the first embodiment
- FIG. 14 is a diagram illustrating an example of operation of the clutch device according to the first embodiment
- FIG. 14 is a diagram illustrating an example of operation of the clutch device according to the first embodiment
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing a rotation-translation portion of a clutch device according to a second embodiment
- FIG. 16 is a plan view showing a translation member of a clutch device according to a third embodiment
- FIG. 17 is a plan view showing a translation member of a clutch device according to a fourth embodiment
- FIG. 18 is a plan view showing a translation member of a clutch device according to a fifth embodiment
- FIG. 19 is a plan view showing a translation member of a clutch device according to a sixth embodiment
- FIG. 20 is a plan view showing a translation member of a clutch device according to a seventh embodiment
- FIG. 21 is a plan view showing a translation member of a clutch device according to an eighth embodiment
- FIG. 22 is a cross-sectional view showing a clutch device according to a ninth embodiment.
- FIG. 1 A clutch device according to a first embodiment and a vehicle to which the clutch device is applied are shown in Fig. 1.
- the clutch device 10 is mounted on a vehicle 1 such as an electric vehicle.
- Vehicle 1 is equipped with a motor generator 2, a reduction gear 17, a differential 9, a differential shaft 11, an axle case 16, a clutch device 10, wheel shafts 12, wheels 13, wheel shafts 14, wheels 15, an electronic control unit (hereinafter referred to as "ECU") 100 as a “control unit”, and the like.
- ECU electronice control unit
- the motor generator 2 is used as a drive source for driving the vehicle 1, and is capable of outputting torque when energized.
- the motor generator 2 is capable of generating electricity through regenerative operation.
- the speed reducer 17 is capable of reducing the torque from the motor generator 2.
- the differential 9 is a differential device that distributes the torque from the speed reducer 17 to the wheels 13 and 15.
- the clutch device 10 is provided between the differential 9 and the wheels 13, and is used to allow or block the transmission of torque between the differential 9 and the wheels 13.
- the reducer 17 has a first gear shaft 3, a second gear shaft 4, a first small-diameter gear 5, a first large-diameter gear 6, a second small-diameter gear 7, and a second large-diameter gear 8.
- the first gear shaft 3 is connected to the motor generator 2 and is arranged to be rotatable integrally with the rotation of the motor generator 2.
- the first small-diameter gear 5 is arranged coaxially with the first gear shaft 3 so as to be rotatable integrally with the first gear shaft 3.
- the second gear shaft 4 is arranged parallel to the first gear shaft 3.
- the first large-diameter gear 6 has an outer diameter larger than that of the first small-diameter gear 5 and is arranged coaxially with the second gear shaft 4 so as to be able to mesh with the first small-diameter gear 5 and to be rotatable integrally with the second gear shaft 4.
- the second small-diameter gear 7 has an outer diameter smaller than that of the first large-diameter gear 6, and is arranged coaxially with the second gear shaft 4 so as to be able to rotate integrally with the second gear shaft 4.
- the second large-diameter gear 8 has an outer diameter smaller than that of the second small-diameter gear 7, and is arranged so as to be able to mesh with the second small-diameter gear 7. With this configuration, the torque from the motor generator 2 is reduced by the reducer 17 and output from the second large-diameter gear 8.
- the differential 9 is arranged to connect to the second large diameter gear 8.
- One end of the differential shaft 11 is arranged to connect to the differential 9.
- the clutch device 10 is arranged so that a first transmission part 61 (described below) is connected to the other end of the differential shaft 11.
- a second transmission part 65 (described below) of the clutch device 10 is connected to one end of the wheel shaft 12.
- the other end of the wheel shaft 12 is connected to the wheel 13.
- the wheel 13 is, for example, the wheel on the rear left side of the vehicle 1.
- the other end of the wheel shaft 14 is connected to a wheel 15.
- the wheel 15 is, for example, the wheel on the rear right side of the vehicle 1.
- the axle case 16 is configured to accommodate, for example, the motor generator 2, the reduction gear 17, the differential 9, the differential shaft 11, etc., and is provided on the vehicle 1.
- ECU 100 is a small computer that has a CPU as a calculation means, ROM, RAM, etc. as storage means, and I/O as input/output means. ECU 100 performs calculations in accordance with programs stored in ROM, etc., based on information such as signals from various sensors provided in various parts of vehicle 1, and controls the operation of various devices and equipment of vehicle 1. In this way, ECU 100 executes programs stored on a non-transitory tangible recording medium. Execution of this program results in the execution of a method corresponding to the program.
- the ECU 100 is capable of controlling the operation of the motor generator 2 based on information such as signals from various sensors.
- the ECU 100 is also capable of controlling the operation of the clutch device 10 by controlling the operation of the actuator 300, which will be described later.
- the clutch device 10 includes an actuator 300, a translational member 500, a first transmission unit 61, a second transmission unit 65, an axially fixed clutch member 70, an axially movable clutch member 80, and multiple elastic members 90.
- the translational member 500 undergoes translational motion when power is transmitted from the actuator 300.
- the second transmission unit 65 is rotatable relative to the first transmission unit 61.
- the axially fixed clutch member 70 is provided on the first transmission unit 61.
- the axially movable clutch member 80 moves axially relative to the second transmission part 65 due to the translational movement of the translation member 500, and by engaging with the axially fixed clutch member 70, is able to allow the transmission of torque between the first transmission part 61 and the second transmission part 65.
- a plurality of elastic members 90 are provided in the power transmission path between the actuator 300 and the axially movable clutch member 80, and are able to bias the axially movable clutch member 80 in the axial direction.
- the actuator 300 is a rotary motor 30, i.e., an electric motor.
- the translation member 500 is a fork 50 that can engage with the axially movable clutch member 80.
- the clutch device 10 includes a rotational translation unit 40.
- the rotational translation unit 40 is provided between the rotary motor 30 and the fork 50, and is capable of converting rotational motion due to torque from the rotary motor 30 into translational motion and transmitting it to the fork 50 (see Figure 2).
- the clutch device 10 is equipped with a link pin 45.
- the link pin 45 supports the elastic member 90 and can guide the movement of the elastic member 90 when it expands or contracts (see Figure 3).
- the rotation-translation unit 40 has a rotation unit 401 that rotates due to the torque from the rotary motor 30, and a translation unit 402 that translates due to the rotational motion of the rotation unit 401, and is capable of transmitting the translational motion of the translation unit 402 to the fork 50 (see Figures 2 and 3).
- the link pin 45 has a stopper portion 451 at one end. Multiple elastic members 90 are provided between the stopper portion 451 and the fork 50 (see Figure 3).
- the rotation-translation unit 40 has a rotating unit 401 that rotates due to torque from the rotary motor 30.
- Multiple elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumference of the rotating unit 401 (see Figures 3 and 4).
- the link pin 45 has a stopper portion 451, a large diameter pin portion 452, and a medium diameter pin portion 453.
- the stopper portion 451 is formed in a disk shape.
- the large diameter pin portion 452 is formed in a cylindrical shape so that it connects to the center of one face of the stopper portion 451.
- the medium diameter pin portion 453 is formed in a cylindrical shape so that one end connects to the end of the large diameter pin portion 452 opposite the stopper portion 451.
- the outer diameter of the large diameter pin portion 452 is smaller than the outer diameter of the stopper portion 451.
- the outer diameter of the medium diameter pin portion 453 is smaller than the outer diameter of the large diameter pin portion 452.
- the inner diameter of the fork pin hole 503 is slightly larger than the outer diameter of the pin medium diameter portion 453 and smaller than the outer diameter of the pin large diameter portion 452. Therefore, the fork 50 is movable axially relative to the link pin 45 between the step surface between the pin large diameter portion 452 and the pin medium diameter portion 453 and the surface of the flange 44 facing the bearing 261.
- a movement restricting portion 450 is formed on the step surface between the pin large diameter portion 452 and the pin medium diameter portion 453.
- a movement restricting portion 440 is formed on the surface of the flange 44 facing the bearing 261.
- Two elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumference of the rotating portion 401, i.e., the ball screw shaft 41 (see Figure 4).
- the fork guide shaft 23 is rod-shaped and inserted through the fork guide hole 502. One end fits into the first case 21, and the other end fits into the second case 22.
- a bushing 24 and a bushing guide 25 are provided radially outward from the fork guide shaft 23.
- the bushing 24 is cylindrical, with its inner peripheral wall slidably fitted against the outer peripheral wall of the fork guide shaft 23.
- the bushing guide 25 is cylindrical, with its outer peripheral wall fitting into the inner peripheral wall of the fork guide hole 502.
- the bushing guide 25 can hold the bushing 24.
- the fork guide shaft 23 guides the translational movement of the fork 50 and restricts the relative rotation of the fork 50 and translation section 402 with respect to the first case 21 or the second case 22. In other words, the fork guide shaft 23 also functions as a rotation stopper for the fork 50 and translation section 402.
- the first transmission part 61 has a first small diameter cylindrical part 62 and a first large diameter cylindrical part 63.
- the first small diameter cylindrical part 62 is formed in a cylindrical shape.
- the first large diameter cylindrical part 63 is formed in a cylindrical shape integral with the first small diameter cylindrical part 62 so as to connect to one end of the first small diameter cylindrical part 62.
- the inner and outer diameters of the first large diameter cylindrical part 63 are larger than the outer diameter of the first small diameter cylindrical part 62.
- the end of the first large diameter cylindrical part 63 on the first small diameter cylindrical part 62 side is supported by a bearing 263 provided in the axle case 16.
- the differential shaft 11 is connected to the side of the first small diameter cylindrical part 62 opposite the first large diameter cylindrical part 63.
- the second transmission part 65 has a second small diameter cylindrical part 66, a second large diameter cylindrical part 67, and a spline tooth part 68.
- the second small diameter cylindrical part 66 is formed in a cylindrical shape.
- the second large diameter cylindrical part 67 is formed in a cylindrical shape integral with the second small diameter cylindrical part 66 so that the inner peripheral wall is connected to the outer peripheral wall at the axial center of the second small diameter cylindrical part 66.
- the outer diameter of the second large diameter cylindrical part 67 is larger than the outer diameter of the second small diameter cylindrical part 66.
- the spline tooth part 68 is formed on the outer peripheral wall of the second large diameter cylindrical part 67 so as to extend in the axial direction while protruding radially outward. Multiple spline tooth parts 68 are formed at equal intervals around the circumferential direction of the second large diameter cylindrical part 67.
- the bearing 265 provided between the first large diameter cylindrical portion 63 and the second large diameter cylindrical portion 67 is a so-called thrust ball bearing.
- the bearing 265 is capable of supporting the axial load between the first transmission portion 61 and the second transmission portion 65 when they rotate relative to each other.
- the wheel shaft 12 is connected to the inside of the second small diameter cylindrical portion 66.
- the second small diameter cylindrical portion 66 and the wheel shaft 12 are connected by a spline connection.
- An oil seal 271 is provided on the side of the first case 21 opposite the bearing 263 relative to the bearing 264.
- the oil seal 271 is provided so as to be able to slide along the outer peripheral wall of the wheel shaft 12, and can maintain an airtight or liquid-tight seal between the opening of the first case 21 and the outer peripheral wall of the wheel shaft 12.
- the clutch unit 700 has an axially fixed clutch member 70 and an axially movable clutch member 80.
- the axial fixed clutch member 70 has a fixed clutch plate portion 71, a fixed clutch cylindrical portion 72, and a fixed clutch tooth portion 74.
- the fixed clutch plate portion 71 is formed in the shape of an annular plate.
- the fixed clutch cylindrical portion 72 is formed integrally with the fixed clutch plate portion 71 so as to extend cylindrically from the inner edge of the fixed clutch plate portion 71.
- the fixed clutch tooth portion 74 is formed on the outer peripheral wall of the fixed clutch cylindrical portion 72 so as to extend in the axial direction while protruding radially outward.
- Multiple fixed clutch tooth portions 74 are formed at equal intervals around the circumferential direction of the fixed clutch cylindrical portion 72.
- the number of fixed clutch tooth portions 74 is the same as the number of spline tooth portions 68.
- the axially fixed clutch member 70 is provided on the first transmission part 61 so as to be fixed to the radially outer side of the end of the first large-diameter cylindrical part 63 opposite the first small-diameter cylindrical part 62.
- the axially fixed clutch member 70 is provided so as to be unable to rotate relative to the first transmission part 61 and unable to move relative to it in the axial direction.
- the axially movable clutch member 80 has a movable clutch cylindrical portion 81, a movable clutch recess 82, and a movable clutch tooth portion 84.
- the movable clutch cylindrical portion 81 is formed in a cylindrical shape.
- the movable clutch recess 82 is formed in an annular shape so as to be recessed radially inward from the outer peripheral wall at the axial center of the movable clutch cylindrical portion 81.
- the movable clutch tooth portion 84 is formed so as to extend axially while protruding radially inward from the inner peripheral wall of the movable clutch cylindrical portion 81.
- Multiple movable clutch tooth portions 84 are formed at equal intervals around the circumferential direction of the movable clutch cylindrical portion 81.
- the number of movable clutch tooth portions 84 is the same as the number of spline tooth portions 68 and the number of fixed clutch tooth portions 74.
- the axially movable clutch member 80 is provided radially outside the second large-diameter cylindrical portion 67, with the movable clutch teeth 84 meshing with the spline teeth 68. Due to the meshing of the movable clutch teeth 84 with the spline teeth 68, the axially movable clutch member 80 is unable to rotate relative to the second transmission portion 65, but is able to move axially relative to it.
- the movable clutch teeth 84 can mesh with the fixed clutch teeth 74.
- the movable clutch teeth 84 and the fixed clutch teeth 74 are engaged, i.e., when the clutch unit 700 is in an engaged state, torque transmission between the first transmission unit 61 and the second transmission unit 65 is permitted (see Figure 2).
- the movable clutch teeth 84 and the fixed clutch teeth 74 are not engaged, i.e., when the clutch unit 700 is in a disengaged state, torque transmission between the first transmission unit 61 and the second transmission unit 65 is blocked.
- the fork engagement portion 52 of the fork 50 engages with the movable clutch recess 82 of the axially movable clutch member 80.
- the axially movable clutch member 80 moves axially relative to the second transmission portion 65.
- the ECU 100 can control the rotation of the motor shaft 31 by controlling the power supplied to the coil of the rotary motor 30.
- the ball screw nut 43 is located on the rotary motor 30 side of the ball screw shaft 41.
- the axially movable clutch member 80 is located radially outside the second large diameter cylindrical portion 67 and is not engaged with the axially fixed clutch member 70.
- the standby spring 91 provided between the stopper portion 451 of the link pin 45 and the fork 50 can bias the axially movable clutch member 80 in the axial direction toward the axially fixed clutch member 70 via the fork 50. This improves the engagement response speed between the axially movable clutch member 80 and the axially fixed clutch member 70 and reduces impact during engagement.
- a chamfered portion 741 is formed on one circumferential side of the axially fixed clutch member 70, and a chamfered portion 742 is formed on the other circumferential side of the axially fixed clutch member 70.
- the chamfered portions 741 and 742 are each formed in a flat shape inclined at approximately 45 degrees with respect to the line L1 along the extension direction of the fixed clutch tooth portion 74. Therefore, when viewed from the radial outside of the axially fixed clutch member 70, the fixed clutch tooth portion 74 is formed in a shape that is line-symmetrical with respect to the line L1 as an axis.
- a chamfered portion 841 is formed on one circumferential side of the axially movable clutch member 80, and a chamfered portion 842 is formed on the other circumferential side of the axially movable clutch member 80.
- the chamfered portion 841 and the chamfered portion 842 are each formed in a flat shape inclined at approximately 45 degrees with respect to the line L2 along the extension direction of the movable clutch tooth portion 84. Therefore, when viewed from the radial outside of the axially movable clutch member 80, the movable clutch tooth portion 84 is formed in a shape that is line-symmetrical with respect to the line L2 as an axis.
- Figures 6 to 9 show the shape and arrangement of each component that makes up the clutch device 10, and may differ from the actual shape and arrangement of each component.
- the biasing force of the waiting spring 91 acts on the movable clutch tooth portion 84.
- the impact force generated when the end of the movable clutch tooth portion 84 collides with the end of the fixed clutch tooth portion 74 is prevented from being transmitted to the ball screw nut 43, ball screw shaft 41, and rotary motor 30, protecting these components.
- the movable clutch tooth 84 does not have chamfered portions 841 and 842
- the fixed clutch tooth 74 does not have chamfered portions 741 and 742, which may make it difficult to ratchet the movable clutch tooth 84 and the fixed clutch tooth 74.
- the differential rotation between the first transmission part 61 and the second transmission part 65 is equal to or greater than a predetermined value, if the movable clutch tooth 84 and the fixed clutch tooth 74 mesh, there is a risk that the shock at the time of meshing will be large.
- chamfered portions 841 and 842 are formed on the movable clutch tooth portion 84, and chamfered portions 741 and 742 are formed on the fixed clutch tooth portion 74. Therefore, of two fixed clutch tooth portions 74 adjacent to each other in the circumferential direction of the axial fixed clutch member 70, the insertion allowance D6, which is the difference between the distance D4 from the side surface 743 on the chamfered portion 741 side of one fixed clutch tooth portion 74 to the end of the chamfered portion 742 on the chamfered portion 741 side of the other fixed clutch tooth portion 74, and the distance D5 from the side surface 843 on the chamfered portion 841 side of one movable clutch tooth portion 84 to the chamfered portion 842, is larger than the insertion allowance D3 in the comparative embodiment.
- chamfered portions 841 and 842 are formed on the movable clutch tooth portion 84
- chamfered portions 741 and 742 are formed on the fixed clutch tooth portion 74
- the biasing force of the waiting spring 91 acts on the movable clutch tooth portion 84. Therefore, when the differential rotation between the first transmission portion 61 and the second transmission portion 65 is greater than or equal to a predetermined value, the movable clutch tooth portion 84 and the fixed clutch tooth portion 74 are ratcheted together, preventing the movable clutch tooth portion 84 from meshing with the fixed clutch tooth portion 74.
- the movable clutch tooth part 84 moves toward the fixed clutch tooth part 74, causing the chamfered part 841 of the movable clutch tooth part 84 to come into contact with the chamfered part 741 of the fixed clutch tooth part 74.
- the differential rotation between the first transmission part 61 and the second transmission part 65 is greater than a predetermined value, the chamfered part 841 slides against the chamfered part 741, causing the movable clutch tooth part 84 to move in a direction away from the fixed clutch tooth part 74, thereby ratcheting the movable clutch tooth part 84 and the fixed clutch tooth part 74.
- the chamfered portions 741 and 742 are each formed in a flat shape inclined at approximately 45 degrees with respect to the straight line L1 along the extension direction of the fixed clutch tooth portion 74.
- the chamfered portions 841 and 842 are each formed in a flat shape inclined at approximately 45 degrees with respect to the straight line L2 along the extension direction of the movable clutch tooth portion 84 (see Figure 6). Therefore, whether the rotational speed of the first transmission portion 61 is higher or lower than the rotational speed of the second transmission portion 65, the movable clutch tooth portion 84 and the fixed clutch tooth portion 74 can be easily ratcheted together.
- the fixed clutch tooth portion 74 is formed in a shape that is line-symmetrical about the line L1 when viewed from the radial outside of the first transmission part 61.
- the movable clutch tooth portion 84 is formed in a shape that is line-symmetrical about the line L2 when viewed from the radial outside of the second transmission part 65 (see Figure 6). Therefore, the fixed clutch tooth portion 74 and the movable clutch tooth portion 84 can be easily processed, and the clutch device 10 can be easily manufactured.
- the stroke amount which is the axial movement of the axially movable clutch member 80
- the stroke amount of the axially movable clutch member 80 in the initial position is set to 0.
- the stroke amount increases.
- chamfered portions 841 and 842 are formed on the movable clutch tooth portion 84, and chamfered portions 741 and 742 are formed on the fixed clutch tooth portion 74. Therefore, even if the differential rotation between the first transmission portion 61 and the second transmission portion 65 is equal to or greater than a predetermined value below the target differential rotation, the movable clutch tooth portion 84 can be inserted between the fixed clutch tooth portions 74 (see Figure 11). This makes it possible to engage, i.e., mesh, at high differential rotation. Therefore, the target differential rotation can be set large, making it possible to expand the target differential rotation.
- a thrust force equal to or greater than the friction force N1 is applied from the rotary motor 30 to the axially movable clutch member 80, increasing the stroke amount of the axially movable clutch member 80. In this way, in this embodiment, engagement, or meshing, is possible under high loads.
- the rotation speed of the first transmission unit 61 matches the rotation speed R0 of the second transmission unit 65.
- the axially movable clutch member 80 moves axially relative to the second transmission part 65 due to the translational movement of the translation member 500, and can allow torque transmission between the first transmission part 61 and the second transmission part 65 by engaging with the axially fixed clutch member 70.
- a plurality of elastic members 90 are provided in the power transmission path between the actuator 300 and the axially movable clutch member 80, and can bias the axially movable clutch member 80 in the axial direction.
- the elastic member 90 can be used as a "waiting spring," improving the engagement response speed between the axially movable clutch member 80 and the axially fixed clutch member 70. Furthermore, by providing multiple elastic members 90 with the same spring constant, the axial size can be reduced without compromising assembly ease.
- the actuator 300 is a rotary electric motor 30, i.e., an electric motor.
- the translation member 500 is a fork 50 that can engage with the axially movable clutch member 80.
- the clutch device 10 includes a rotational translation section 40.
- the rotational translation section 40 is provided between the rotary electric motor 30 and the fork 50, and is capable of converting rotational motion due to torque from the rotary electric motor 30 into translational motion and transmitting it to the fork 50.
- the rotation-translation unit 40 enables precise control of the clutch unit 700. Furthermore, translation of the translation unit 402 can be restricted even when power to the actuator 300 is stopped, reducing the power consumption of the clutch device 10.
- the clutch device 10 is equipped with a link pin 45.
- the link pin 45 supports the elastic member 90 and can guide the movement of the elastic member 90 when it expands or contracts.
- the load of the elastic member 90 is exerted stably, effectively preventing the member from tilting.
- the link pin 45 has a stopper portion 451 at one end.
- Multiple elastic members 90 are provided between the stopper portion 451 and the fork 50.
- the rotation-translation unit 40 has a rotating unit 401 that rotates due to torque from the rotary motor 30.
- Multiple elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumference of the rotating unit 401.
- the load of the elastic member 90 is applied evenly to the fork 50 in the circumferential direction of the rotating part 401, thereby preventing the fork 50 from tilting.
- the link pin 45 passes through the fork 50 and has its end protruding from the translation section 402.
- the fork 50 can be made smaller in the radial direction.
- the multiple elastic members 90 are arranged along a direction perpendicular to the arrangement direction of the fork 50 and the axially movable clutch member 80.
- the elastic member 90 is a coil spring.
- the elastic member 90 can be easily manufactured, and by winding it into a coil with a small wire, it can be made smaller in size than leaf springs, etc.
- the elastic member 90 is set to have a preload.
- the elastic member 90 acts as a damping system, effectively preventing damage to the actuator 300 or components in the power transmission path.
- Second Embodiment A part of a clutch device according to the second embodiment is shown in Figure 15.
- the second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the link pin 45 and the like.
- the link pin 45 further has a small diameter pin portion 454.
- the small diameter pin portion 454 is formed in a cylindrical shape so that one end connects to the end of the medium diameter pin portion 453 opposite the large diameter pin portion 452.
- the outer diameter of the small diameter pin portion 454 is smaller than the outer diameter of the medium diameter pin portion 453.
- an annular step surface 455 is formed between the medium diameter pin portion 453 and the small diameter pin portion 454.
- the inner diameter of the flange pin hole portion 442 is slightly larger than the outer diameter of the pin small diameter portion 454 and smaller than the outer diameter of the pin medium diameter portion 453.
- the link pin 45 can stably guide the movement of the elastic member 90 when it expands and contracts.
- FIG. 16 A part of a clutch device according to the third embodiment is shown in Fig. 16.
- the third embodiment differs from the first embodiment in the configurations of the fork 50 and the elastic member 90, etc.
- FIG. 17 A part of a clutch device according to the fourth embodiment is shown in Fig. 17.
- the fourth embodiment differs from the first embodiment in the configurations of the fork 50 and the elastic member 90, etc.
- two elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumferential direction of the fork guide shaft 23, and urge the fork 50 toward the second case 22.
- the load of the elastic member 90 is applied evenly to the fork 50 in the circumferential direction of the fork guide shaft 23, preventing the fork 50 from tilting.
- three elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumferential direction of the fork guide shaft 23, and urge the fork 50 toward the second case 22.
- FIG. 19 A part of a clutch device according to a sixth embodiment is shown in Fig. 19.
- the sixth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of an elastic member 90 and the like.
- two elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumference of the axially movable clutch member 80, and bias the axially movable clutch member 80 toward the axially fixed clutch member 70.
- the load of the elastic member 90 is applied evenly to the axially movable clutch member 80 in the circumferential direction of the axially movable clutch member 80, thereby suppressing tilt of the axially movable clutch member 80.
- three elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumference of the axially movable clutch member 80, and bias the axially movable clutch member 80 toward the axially fixed clutch member 70.
- FIG. 21 A part of a clutch device according to an eighth embodiment is shown in Fig. 21.
- the eighth embodiment differs from the first embodiment in the configurations of the fork 50 and the elastic member 90, etc.
- the fork pin holes 503 are formed radially outside the fork nut hole 501, along a direction Dir3 parallel to the arrangement direction Dir1 of the fork 50 and the axially movable clutch member 80.
- a link pin 45 is inserted into each of the two fork pin holes 503.
- An elastic member 90 i.e., a standby spring 91, is provided radially outside each of the three link pins 45.
- multiple elastic members 90 are arranged in a direction parallel to the arrangement direction of the fork 50 and the axially movable clutch member 80.
- FIG. 22 A clutch device according to a ninth embodiment is shown in Fig. 22.
- the ninth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the actuator 300 and the like.
- the actuator 300 is a solenoid 35.
- the solenoid 35 has a fixed core 36, a coil 37, a movable core 38, and a solenoid translation section 39.
- the fixed core 36 is formed into an annular shape from a magnetic material.
- the coil 37 is formed into an annular shape and is provided inside the fixed core 36.
- the movable core 38 is formed into a cylindrical shape from a magnetic material and is provided radially inside the fixed core 36 and the coil 37.
- the movable core 38 is movable axially relative to the fixed core 36.
- the solenoid translation section 39 is formed into a cylindrical shape from, for example, a non-magnetic material.
- the solenoid translation section 39 is provided inside the movable core 38 and is movable axially relative to the fixed core 36, i.e., is capable of translation, together with the movable core 38.
- the ECU 100 can control the stroke of the solenoid translation portion 39, which translates together with the movable core 38.
- the second transmission part 65 is cylindrical and is located radially inward of the solenoid 35.
- the second transmission part 65 is rotatable relative to the solenoid 35.
- the translation member 500 is formed in the shape of an annular plate, and is arranged so that it can abut against the solenoid translation part 39 with the second transmission part 65 inserted inside.
- the axially movable clutch member 80 is formed in an annular shape and is provided on the opposite side of the translation member 500 from the solenoid 35, with the second transmission part 65 inserted inside.
- the axially movable clutch member 80 cannot rotate relative to the second transmission part 65, but can move relative to it in the axial direction.
- the movable clutch tooth portions 84 are formed on the surface of the axially movable clutch member 80 opposite the translation member 500, protruding away from the translation member 500 and extending radially of the axially movable clutch member 80. Multiple movable clutch tooth portions 84 are formed at equal intervals around the circumference of the axially movable clutch member 80.
- a spring locking portion 69 is provided on the second transmission portion 65.
- the spring locking portion 69 is formed, for example, in an annular shape, and its inner peripheral wall is connected to the outer peripheral wall of the second transmission portion 65.
- the spring locking portion 69 is arranged so as to be unable to rotate relative to the second transmission portion 65 and unable to move relative to it in the axial direction.
- a return spring 92 serving as an elastic member 90 is provided on the translational member 500 side of the spring engagement portion 69.
- the return spring 92 is a coil spring, and two are provided at equal intervals around the circumference of the axially movable clutch member 80.
- the return spring 92 is capable of biasing the axially movable clutch member 80 toward the translational member 500 in the axial direction.
- the first transmission part 61 is formed in a cylindrical shape and is provided coaxially with the second transmission part 65.
- the axially fixed clutch member 70 is formed in an annular shape and is provided on the first transmission part 61 so that, with the first transmission part 61 inserted inside, one axial surface faces one axial surface of the axially movable clutch member 80.
- the axially fixed clutch member 70 cannot rotate relative to the first transmission part 61 and cannot move axially relative to it.
- the fixed clutch tooth portions 74 are formed on the surface of the axially fixed clutch member 70 facing the axially movable clutch member 80, protruding toward the axially movable clutch member 80 and extending radially of the axially fixed clutch member 70. Multiple fixed clutch tooth portions 74 are formed at equal intervals around the circumferential direction of the axially fixed clutch member 70. The number of fixed clutch tooth portions 74 is the same as the number of movable clutch tooth portions 84.
- the movable clutch teeth 84 can mesh with the fixed clutch teeth 74.
- the movable clutch teeth 84 and the fixed clutch teeth 74 are engaged, i.e., when the clutch unit 700 is in an engaged state, torque transmission between the first transmission unit 61 and the second transmission unit 65 is permitted.
- the movable clutch teeth 84 and the fixed clutch teeth 74 are not engaged, i.e., when the clutch unit 700 is in a disengaged state, torque transmission between the first transmission unit 61 and the second transmission unit 65 is cut off.
- the standby springs 91 serving as the elastic members 90 are provided between the translation member 500 and the axially movable clutch member 80.
- Two standby springs 91 are provided at equal intervals around the circumference of the axially movable clutch member 80.
- the standby springs 91 are capable of biasing the axially movable clutch member 80 toward the axially fixed clutch member 70 in the axial direction.
- the standby spring 91 provided between the translation member 500 and the axially movable clutch member 80 improves the engagement response speed between the axially movable clutch member 80 and the axially fixed clutch member 70 and reduces the impact upon engagement.
- the axially movable clutch member 80 moves axially relative to the second transmission part 65 due to the translational movement of the translation member 500, and can allow torque transmission between the first transmission part 61 and the second transmission part 65 by engaging with the axially fixed clutch member 70.
- a plurality of elastic members 90 are provided in the power transmission path between the actuator 300 and the axially movable clutch member 80, and can bias the axially movable clutch member 80 in the axial direction.
- the standby spring 91 one of the multiple elastic members 90, improves the engagement response speed between the axially movable clutch member 80 and the axially fixed clutch member 70. Furthermore, by providing multiple elastic members 90 with the same spring constant, the axial size can be reduced without compromising assembly ease.
- multiple elastic members 90 are provided at equal intervals around the circumference of the axially movable clutch member 80.
- the load of the elastic member 90 is applied evenly to the axially movable clutch member 80 in the circumferential direction of the axially movable clutch member 80, thereby suppressing tilt of the axially movable clutch member 80.
- the elastic member 90 is a coil spring.
- the elastic member 90 can be easily manufactured, and by winding it into a coil with a small wire, it can be made smaller in size than leaf springs, etc.
- the elastic member 90 is set to have a preload.
- the elastic member 90 acts as a damping system, effectively preventing damage to the actuator 300 or components in the power transmission path.
- a plurality of standby springs serving as elastic members are provided in the circumferential direction of the rotating part.
- further standby springs may be provided in the circumferential direction of the fork guide shaft or the circumferential direction of the axially movable clutch member.
- a return spring may be further provided as an elastic member capable of indirectly or directly urging the axially movable clutch member toward the opposite side to the axially fixed clutch member.
- any number of standby springs or return springs serving as elastic members capable of indirectly or directly urging the axially movable clutch member in the axial direction may be provided in the power transmission path between the actuator and the axially movable clutch member, as long as they are multiple.
- the differential shaft 11 was connected to the first transmission unit 61 and the wheel shafts 12 were connected to the second transmission unit 65.
- the wheel shafts 12 may be connected to the first transmission unit 61 and the differential shaft 11 may be connected to the second transmission unit 65.
- the clutch device 10 was provided outside the axle case 16.
- the clutch device 10 may be provided inside the axle case 16.
- the clutch device 10 is provided between the differential shaft 11 and the wheel shafts 12 to control the transmission of torque between the differential shaft 11 and the wheel shafts 12.
- the clutch device 10 may be applied by, for example, dividing the first gear shaft 3 into two between the motor generator 2 and the first small-diameter gear 5, with one connected to the first transmission section 61 and the other connected to the second transmission section 65. In this case, the clutch device 10 can control the transmission of torque between the motor generator 2 and the first small-diameter gear 5.
- the clutch device 10 may be applied by splitting the second gear shaft 4 into two parts between the first large diameter gear 6 and the second small diameter gear 7, with one part connected to the first transmission part 61 and the other part connected to the second transmission part 65. In this case, the clutch device 10 can control the transmission of torque between the first large diameter gear 6 and the second small diameter gear 7.
- the clutch device is used to control the transmission of torque between the motor generator and the rear wheels of the vehicle.
- the clutch device may be used to control the transmission of torque between the motor generator and the front wheels of the vehicle.
- this disclosure is not limited to electric vehicles, but can also be applied to vehicles that run on driving torque from an internal combustion engine, hybrid vehicles, etc.
- Disclosure 1 an actuator (300, 30, 35); a translational member (500, 50) that translates by receiving power from the actuator; A first transmission part (61); a second transmission part (65) that is rotatable relative to the first transmission part; an axial fixing clutch member (70) provided in the first transmission part; an axially movable clutch member (80) that moves axially relative to the second transmission part due to translational movement of the translational member and that engages with the axially fixed clutch member to allow transmission of torque between the first transmission part and the second transmission part; a plurality of elastic members (90, 91, 92) provided in a power transmission path between the actuator and the axially movable clutch member and capable of urging the axially movable clutch member in the axial direction; A clutch device comprising: “Disclosure 2"
- the actuator is a rotary electric motor (30), the translation member is a fork (50) engageable with the axially movable clutch member;
- the clutch device according to Disclosure 2 further comprising a link pin (45) that supports the elastic member and can guide the movement of the elastic member when it expands or contracts.
- the rotation-translation unit has a rotation unit (401, 41) that rotates due to torque from the rotary motor, and a translation unit (402, 43, 44) that translates due to the rotational motion of the rotation unit, and is capable of transmitting the translational motion of the translation unit to the fork;
- the clutch device according to Disclosure 3 wherein the link pin is provided so as to be immovable relative to the translation portion.
- the link pin has a stopper portion (451) at one end, The clutch device according to Disclosure 3 or 4, wherein at least some of the plurality of elastic members are provided between the stopper portion and the fork.
- the rotation-translation unit has a rotation unit (401, 41) that rotates by torque from the rotary motor, The clutch device according to any one of Disclosures 2 to 5, wherein at least some of the plurality of elastic members are provided at equal intervals in the circumferential direction of the rotating portion.
- Disclosure 7 A fork guide shaft (23) capable of guiding the translational movement of the fork is provided, The clutch device according to any one of Disclosures 2 to 6, wherein at least some of the plurality of elastic members are provided at equal intervals in the circumferential direction of the fork guide shaft.
- Disclosure 8 The clutch device according to any one of Disclosures 1 to 7, wherein at least some of the plurality of elastic members are provided at equal intervals in the circumferential direction of the axially movable clutch member.
- the rotation-translation unit has a rotation unit (401, 41) that rotates due to torque from the rotary motor, and a translation unit (402, 43, 44) that translates due to the rotational motion of the rotation unit, and is capable of transmitting the translational motion of the translation unit to the fork;
- “Disclosure 10” The clutch device according to any one of Disclosures 2 to 9, wherein the plurality of elastic members are arranged along a direction (D2) perpendicular to an arrangement direction (D1) of the fork and the axially movable clutch member.
- Disclosure 11 The clutch device according to any one of Disclosures 2 to 9, wherein the plurality of elastic members are arranged along a direction (D3) parallel to an arrangement direction (D1) of the fork and the axially movable clutch member.
- Disclosure 12 The clutch device according to any one of Disclosures 1 to 11, wherein the elastic member is a coil spring.
- Disclosure 13 The clutch device according to any one of Disclosures 1 to 12, wherein the elastic member is set to have a preload.
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Abstract
並進部材(500)は、アクチュエータ(300)からの動力が伝達されることにより並進運動する。第2伝達部(65)は、第1伝達部(61)に対し相対回転可能である。軸方向固定クラッチ部材(70)は、第1伝達部(61)に設けられている。軸方向可動クラッチ部材(80)は、並進部材(500)の並進運動により第2伝達部(65)に対し軸方向に相対移動し、軸方向固定クラッチ部材(70)に係合することで第1伝達部(61)と第2伝達部(65)との間のトルクの伝達を許容可能である。複数の弾性部材(90)は、アクチュエータ(300)と軸方向可動クラッチ部材(80)との動力伝達経路中に設けられ、軸方向可動クラッチ部材(80)を軸方向に付勢可能である。
Description
本出願は、2024年3月12日に出願された特許出願番号2024-038154号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、クラッチ装置に関する。
従来、相対回転可能な第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達を許容または遮断可能なクラッチ装置が知られている。
例えば、特許文献1のクラッチ装置は、車両に設けられ、第1伝達部に接続される入力軸と第2伝達部に接続される出力軸との間のトルクの伝達を許容または遮断するのに用いられる。特許文献1のクラッチ装置では、クラッチスリーブが第1伝達部側に移動しクラッチスリーブの内歯が第1伝達部の外歯に噛合うと、第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達が許容される。
例えば、特許文献1のクラッチ装置は、車両に設けられ、第1伝達部に接続される入力軸と第2伝達部に接続される出力軸との間のトルクの伝達を許容または遮断するのに用いられる。特許文献1のクラッチ装置では、クラッチスリーブが第1伝達部側に移動しクラッチスリーブの内歯が第1伝達部の外歯に噛合うと、第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達が許容される。
特許文献1のクラッチ装置では、クラッチスリーブは、フォークの並進により、並進すなわち軸方向に移動可能である。回転電動機の駆動により並進する並進部材とフォークとの間には、ウェイティングダンパが設けられている。ウェイティングダンパは、フォークに対し軸方向に相対移動可能な第1スプリングスリーブおよび第2スプリングスリーブ、ならびに、第1スプリングスリーブと第2スプリングスリーブとの間に設けられた待ちバネを有している。
クラッチスリーブの内歯と第1伝達部の外歯との係合応答速度の向上、および、衝撃緩和のためには、特許文献1のような待ちバネを設けることが効果的である。しかしながら、特に前者の要求を満足する必要荷重を出すためには、軸方向の体格を大きくするか、大きなばね定数の設定が必要になる。軸方向の体格を大きくすると搭載性が低下し、大きなばね定数を設定すると組付性が低下するおそれがある。
本開示の目的は、係合応答速度および組付性の高い小型のクラッチ装置を提供することにある。
本開示に係るクラッチ装置は、アクチュエータと並進部材と第1伝達部と第2伝達部と軸方向固定クラッチ部材と軸方向可動クラッチ部材と複数の弾性部材とを備える。並進部材は、アクチュエータからの動力が伝達されることにより並進運動する。第2伝達部は、第1伝達部に対し相対回転可能である。軸方向固定クラッチ部材は、第1伝達部に設けられている。
軸方向可動クラッチ部材は、並進部材の並進運動により第2伝達部に対し軸方向に相対移動し、軸方向固定クラッチ部材に係合することで第1伝達部と第2伝達部との間のトルクの伝達を許容可能である。複数の弾性部材は、アクチュエータと軸方向可動クラッチ部材との動力伝達経路中に設けられ、軸方向可動クラッチ部材を軸方向に付勢可能である。
本開示では、弾性部材を待ちバネとして用いることができ、軸方向可動クラッチ部材と軸方向固定クラッチ部材との係合応答速度の向上を図ることができる。また、同じばね定数の弾性部材を複数設けることにより、組付性の低下を招くことなく、軸方向の体格を小さくすることができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態によるクラッチ装置およびそれを適用した車両を示す模式図であり、
図2は、第1実施形態によるクラッチ装置を示す断面図であり、
図3は、第1実施形態によるクラッチ装置の回転並進部を示す断面図であり、
図4は、第1実施形態によるクラッチ装置の並進部材を示す平面図であり、
図5は、弾性部材の軸方向距離とばね荷重との関係を示す図であり、
図6は、第1実施形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図7は、第1実施形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図8は、第1実施形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図9は、第1実施形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図10は、比較形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図11は、第1実施形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図12は、比較形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図13は、第1実施形態によるクラッチ装置の作動状態を示す模式図であり、
図14は、第1実施形態によるクラッチ装置の作動例を示す図であり、
図15は、第2実施形態によるクラッチ装置の回転並進部を示す断面図であり、
図16は、第3実施形態によるクラッチ装置の並進部材を示す平面図であり、
図17は、第4実施形態によるクラッチ装置の並進部材を示す平面図であり、
図18は、第5実施形態によるクラッチ装置の並進部材を示す平面図であり、
図19は、第6実施形態によるクラッチ装置の並進部材を示す平面図であり、
図20は、第7実施形態によるクラッチ装置の並進部材を示す平面図であり、
図21は、第8実施形態によるクラッチ装置の並進部材を示す平面図であり、
図22は、第9実施形態によるクラッチ装置を示す断面図である。
以下、複数の実施形態によるクラッチ装置を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第1実施形態)
第1実施形態によるクラッチ装置、および、それを適用した車両を図1に示す。クラッチ装置10は、例えば電気自動車等の車両1に搭載される。
第1実施形態によるクラッチ装置、および、それを適用した車両を図1に示す。クラッチ装置10は、例えば電気自動車等の車両1に搭載される。
車両1は、モータジェネレータ2、減速機17、デフ9、デフシャフト11、アクスルケース16、クラッチ装置10、車輪シャフト12、車輪13、車輪シャフト14、車輪15、「制御部」としての電子制御ユニット(以下、「ECU」という)100等を備えている。
モータジェネレータ2は、車両1の走行用の駆動源として用いられ、通電によりトルクを出力可能である。モータジェネレータ2は、回生作動により発電可能である。減速機17は、モータジェネレータ2からのトルクを減速可能である。デフ9は、差動装置であり、減速機17からのトルクを車輪13、車輪15に振り分ける。クラッチ装置10は、デフ9と車輪13との間に設けられ、デフ9と車輪13との間のトルクの伝達を許容または遮断するのに用いられる。
より詳細には、減速機17は、第1ギヤシャフト3、第2ギヤシャフト4、第1小径ギヤ5、第1大径ギヤ6、第2小径ギヤ7、第2大径ギヤ8を有している。第1ギヤシャフト3は、モータジェネレータ2に接続され、モータジェネレータ2の回転と一体に回転可能に設けられている。第1小径ギヤ5は、第1ギヤシャフト3と一体に回転可能なよう第1ギヤシャフト3と同軸に設けられている。第2ギヤシャフト4は、第1ギヤシャフト3と平行に設けられている。第1大径ギヤ6は、第1小径ギヤ5の外径より外径が大きく、第1小径ギヤ5と噛合い可能、かつ、第2ギヤシャフト4と一体に回転可能なよう第2ギヤシャフト4と同軸に設けられている。第2小径ギヤ7は、第1大径ギヤ6の外径より外径が小さく、第2ギヤシャフト4と一体に回転可能なよう第2ギヤシャフト4と同軸に設けられている。第2大径ギヤ8は、第2小径ギヤ7の外径より外径が小さく、第2小径ギヤ7と噛合い可能に設けられている。この構成により、モータジェネレータ2からのトルクは、減速機17により減速され、第2大径ギヤ8から出力される。
ここで、「同軸」とは、厳密に両者の軸が一致している状態に限らず、誤差等または技術常識の範囲で、僅かに交差した状態、および、略平行になった状態等を含むものとする(以下、同じ)。
デフ9は、第2大径ギヤ8に接続するよう設けられている。デフシャフト11の一端は、デフ9に接続するよう設けられている。クラッチ装置10は、第1伝達部61(後述)がデフシャフト11の他端に接続するよう設けられる。クラッチ装置10の第2伝達部65(後述)は、車輪シャフト12の一端に接続される。車輪シャフト12の他端は、車輪13に接続されている。ここで、車輪13は、例えば車両1の後方左側の車輪である。
車輪シャフト14の一端は、デフ9に接続されている。車輪シャフト14の他端は、車輪15に接続されている。ここで、車輪15は、例えば車両1の後方右側の車輪である。
アクスルケース16は、例えば、モータジェネレータ2、減速機17、デフ9、デフシャフト11等を収容可能に形成され、車両1に設けられている。
上述の構成により、クラッチ装置10がデフシャフト11に接続された第1伝達部61と車輪シャフト12に接続された第2伝達部65との間のトルクの伝達を許容しているとき、モータジェネレータ2と車輪13、車輪15との間のトルクの伝達が許容され、モータジェネレータ2のトルクにより車両1が走行可能、または、モータジェネレータ2の回生作動が可能である。
ECU100は、演算手段としてのCPU、記憶手段としてのROM、RAM等、入出力手段としてのI/O等を有する小型のコンピュータである。ECU100は、車両1の各部に設けられた各種センサからの信号等の情報に基づき、ROM等に格納されたプログラムに従い演算を実行し、車両1の各種装置および機器の作動を制御する。このように、ECU100は、非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行する。このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。
ECU100は、各種センサからの信号等の情報に基づき、モータジェネレータ2の作動を制御可能である。また、ECU100は、後述するアクチュエータ300の作動を制御することで、クラッチ装置10の作動を制御可能である。
図2に示すように、クラッチ装置10は、アクチュエータ300と並進部材500と第1伝達部61と第2伝達部65と軸方向固定クラッチ部材70と軸方向可動クラッチ部材80と複数の弾性部材90とを備える。並進部材500は、アクチュエータ300からの動力が伝達されることにより並進運動する。第2伝達部65は、第1伝達部61に対し相対回転可能である。軸方向固定クラッチ部材70は、第1伝達部61に設けられている。
軸方向可動クラッチ部材80は、並進部材500の並進運動により第2伝達部65に対し軸方向に相対移動し、軸方向固定クラッチ部材70に係合することで第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達を許容可能である。複数の弾性部材90は、アクチュエータ300と軸方向可動クラッチ部材80との動力伝達経路中に設けられ、軸方向可動クラッチ部材80を軸方向に付勢可能である。
アクチュエータ300は、回転電動機30、すなわち電動モータである。並進部材500は、軸方向可動クラッチ部材80に係合可能なフォーク50である。クラッチ装置10は、回転並進部40を備える。回転並進部40は、回転電動機30とフォーク50との間に設けられ、回転電動機30からのトルクによる回転運動を並進運動に変換しフォーク50に伝達可能である(図2参照)。
クラッチ装置10は、リンクピン45を備える。リンクピン45は、弾性部材90を支持し、弾性部材90の伸縮時の動作を案内可能である(図3参照)。
回転並進部40は、回転電動機30からのトルクにより回転運動する回転部401、および、回転部401の回転運動により並進運動する並進部402を有し、並進部402の並進運動をフォーク50に伝達可能である(図2、3参照)。
リンクピン45は、一方の端部にストッパ部451を有する。複数の弾性部材90は、ストッパ部451とフォーク50との間に設けられている(図3参照)。
回転並進部40は、回転電動機30からのトルクにより回転運動する回転部401を有する。複数の弾性部材90は、回転部401の周方向に等間隔で設けられている(図3、4参照)。
クラッチ装置10は、フォーク50の並進運動を案内可能なフォークガイド軸23を備える(図2参照)。
リンクピン45は、フォーク50を貫通し、端部が並進部402から突出するよう設けられている(図3参照)。
複数の弾性部材90は、フォーク50と軸方向可動クラッチ部材80との配置方向Dir1に対し垂直な方向Dir2に沿って設けられている(図4参照)。ここで、配置方向Dir1は、回転部401の軸Ax1、フォークガイド軸23の軸Ax2、軸方向可動クラッチ部材80の軸Ax3に対し垂直に交わる方向である。
弾性部材90は、コイルスプリングである(図2、3参照)。
弾性部材90は、予荷重を有するように設定されている。
より具体的には、図2に示すように、クラッチ装置10は、第1ケース21、第2ケース22を備えている。第1ケース21は、アクスルケース16の外壁との間に空間200を形成するよう、ボルト201によりアクスルケース16に取り付けられている。第2ケース22は、空間200において第1ケース21に接合するよう設けられている。
回転電動機30は、第1ケース21の空間200とは反対側に取り付けられている。回転電動機30は、図示しないステータ、コイルおよびロータ、モータシャフト31を有している。コイルへの通電により、ロータが回転し、モータシャフト31からトルクが出力される。モータシャフト31の先端部は、第1ケース21に形成された穴部に位置している。
図3に示すように、回転並進部40は、回転部401、並進部402、ボール42を有している。回転部401は、ボールねじシャフト41を有している。ボールねじシャフト41は、棒状に形成されている。ボールねじシャフト41の外周壁には、螺旋状の溝が形成されている。ボールねじシャフト41は、第1ケース21に設けられたベアリング261と、第2ケース22に設けられたベアリング262とにより、両端を軸受けされている。ここで、ベアリング261、ベアリング262は、ボールベアリングである。また、後述するベアリング263、ベアリング264、ベアリング265もボールベアリングである。ボールねじシャフト41のベアリング261側の端部には、モータシャフト31の先端部が接続される。これにより、ボールねじシャフト41は、モータシャフト31とともに回転可能である。
並進部402は、ボールねじナット43、フランジ44を有している。ボールねじナット43は、筒状に形成されている。ボールねじナット43の内周壁には、螺旋状の溝が形成されている。ボールねじナット43の外周壁には、径方向内側に凹む環状の係合溝部431が形成されている。ボールねじナット43は、ベアリング261とベアリング262との間において、ボールねじシャフト41の径方向外側に設けられている。ボールねじナット43は、ボールねじシャフト41に対し軸方向に相対移動可能である。
フランジ44は、板状に形成されている。フランジ44は、フランジナット穴部441、フランジピン穴部442を有している。フランジナット穴部441は、フランジ44を板厚方向に貫くよう、フランジ44に形成されている。フランジナット穴部441は、周方向の一部が切り欠かれ、フランジ44の外縁部と接続している。フランジピン穴部442は、フランジ44を板厚方向に貫くよう、かつ、フランジナット穴部441を間に挟むようにしてフランジ44に2つ形成されている。
フランジ44は、フランジナット穴部441の内縁部が係合溝部431に係合するようにしてボールねじナット43に取り付けられている。これにより、フランジ44は、ボールねじナット43とともに軸方向に移動、すなわち、並進可能である。
ボール42は、ボールねじシャフト41に形成された螺旋状の溝とボールねじナット43に形成された螺旋状の溝との間で転動可能に複数設けられている。これにより、ボールねじシャフト41が回転すると、ボール42が転動し、ボールねじナット43がボールねじシャフト41に対し軸方向に相対移動する。このように、回転並進部40は、所謂ボールねじを構成している。
図4に示すように、フォーク50は、フォーク基部51、フォーク係合部52を有している。フォーク基部51は、略矩形の板状に形成されている。フォーク係合部52は、略円弧状に形成されている。フォーク係合部52は、中央の外縁部がフォーク基部51の1辺に接続するようフォーク基部51と一体に形成されている。
フォーク50には、フォークナット穴部501、フォークガイド穴部502、フォークピン穴部503が形成されている。フォークナット穴部501、フォークガイド穴部502、フォークピン穴部503は、フォーク基部51を板厚方向に貫くよう形成されている。フォークナット穴部501およびフォークガイド穴部502は、フォーク基部51とフォーク係合部52との配置方向に沿って並ぶよう形成されている。フォークピン穴部503は、フォークナット穴部501を間に挟むようにして2つ形成されている。ここで、2つのフォークピン穴部503は、フォークナット穴部501とフォークガイド穴部502との配置方向に対し垂直な方向に沿って形成されている。
図3に示すように、フォーク50は、フォークナット穴部501にボールねじナット43が挿通されるようにして、フランジ44に対しベアリング261側に設けられている。フォーク50は、フランジ44に対しベアリング261側において、ボールねじナット43に対し軸方向に相対移動可能である。
リンクピン45は、ストッパ部451、ピン大径部452、ピン中径部453を有している。ストッパ部451は、円板状に形成されている。ピン大径部452は、ストッパ部451の一方の面の中央に接続するよう円柱状に形成されている。ピン中径部453は、一端がピン大径部452のストッパ部451とは反対側の端部に接続するよう円柱状に形成されている。ピン大径部452の外径は、ストッパ部451の外径より小さい。ピン中径部453の外径は、ピン大径部452の外径より小さい。
リンクピン45は、ピン中径部453がフォークピン穴部503およびフランジピン穴部442に挿通するようにして設けられている。リンクピン45は、ピン中径部453のストッパ部451とは反対側の端部が、フランジ44のフランジピン穴部442から突出している。このピン中径部453の端部には、ナット46が螺合している。ナット46とフランジ44とが当接した状態では、リンクピン45のベアリング261側への移動が規制される。
フォークピン穴部503の内径は、ピン中径部453の外径よりやや大きく、ピン大径部452の外径より小さい。そのため、フォーク50は、ピン大径部452とピン中径部453との間の段差面と、フランジ44のベアリング261側の面との間において、リンクピン45に対し軸方向に相対移動可能である。ここで、ピン大径部452とピン中径部453との間の段差面には、移動規制部450が形成されている。フランジ44のベアリング261側の面には、移動規制部440が形成されている。フォーク50は、移動規制部450に当接した状態では、リンクピン45に対しベアリング261側への移動が規制され、移動規制部440に当接した状態では、フランジ44に対しベアリング261とは反対側への移動が規制される。
本実施形態では、弾性部材90は、待ちバネ91である。待ちバネ91は、コイルスプリングであり、フォーク基部51のフランジ44とは反対側において、2つのリンクピン45それぞれの径方向外側に設けられている。待ちバネ91の内径は、ピン大径部452の外径よりやや大きく、ストッパ部451の外径より小さい。待ちバネ91は、一端がストッパ部451に当接し、他端がフォーク50に当接している。待ちバネ91は、ストッパ部451とフォーク50との間において圧縮された状態で設けられている。つまり、待ちバネ91は、予荷重を有するように設定されている。リンクピン45は、待ちバネ91を支持し、待ちバネ91の伸縮時の動作を案内可能である。
弾性部材90は、回転部401すなわちボールねじシャフト41の周方向に等間隔で2つ設けられている(図4参照)。
図2に示すように、フォークガイド軸23は、棒状に形成され、フォークガイド穴部502を挿通し、一端が第1ケース21に嵌合し、他端が第2ケース22に嵌合するようにして設けられている。フォークガイド軸23の径方向外側には、ブッシュ24、ブッシュガイド25が設けられている。ブッシュ24は、筒状に形成され、内周壁がフォークガイド軸23の外周壁と摺動可能に設けられている。ブッシュガイド25は、筒状に形成され、外周壁がフォークガイド穴部502の内周壁に嵌合するよう設けられている。ブッシュガイド25は、ブッシュ24を保持可能である。フォークガイド軸23により、フォーク50の並進運動が案内されるとともに、第1ケース21または第2ケース22に対するフォーク50および並進部402の相対回転が規制される。つまり、フォークガイド軸23は、フォーク50および並進部402の回り止めとしての機能も有する。
第1伝達部61は、第1小径筒部62、第1大径筒部63を有している。第1小径筒部62は、筒状に形成されている。第1大径筒部63は、第1小径筒部62の一端に接続するよう、第1小径筒部62と一体に筒状に形成されている。第1大径筒部63の内径および外径は、第1小径筒部62の外径より大きい。第1大径筒部63の第1小径筒部62側の端部は、アクスルケース16に設けられたベアリング263により軸受けされている。第1小径筒部62の第1大径筒部63とは反対側には、デフシャフト11が接続される。
第2伝達部65は、第2小径筒部66、第2大径筒部67、スプライン歯部68を有している。第2小径筒部66は、筒状に形成されている。第2大径筒部67は、第2小径筒部66の軸方向の中央の外周壁に内周壁が接続するよう、第2小径筒部66と一体に筒状に形成されている。第2大径筒部67の外径は、第2小径筒部66の外径より大きい。スプライン歯部68は、第2大径筒部67の外周壁において、径方向外側に突出しつつ軸方向に延びるよう形成されている。スプライン歯部68は、第2大径筒部67の周方向に等間隔で複数形成されている。
第2小径筒部66の一端は、第1ケース21に設けられたベアリング264により軸受けされている。第2小径筒部66の他端は、第1大径筒部63の内側に位置している。第1大径筒部63と第2大径筒部67との間に設けられたベアリング265は、所謂スラストボールベアリングである。ベアリング265は、第1伝達部61と第2伝達部65との相対回転時の両者間のアキシアル荷重を支持可能である。
第2小径筒部66の内側には、車輪シャフト12が接続される。第2小径筒部66と車輪シャフト12とは、スプライン結合により接続される。第1ケース21のベアリング264に対しベアリング263とは反対側には、オイルシール271が設けられている。オイルシール271は、車輪シャフト12の外周壁と摺動可能に設けられ、第1ケース21の開口部と車輪シャフト12の外周壁との間を気密または液密に保持可能である。
クラッチ部700は、軸方向固定クラッチ部材70、軸方向可動クラッチ部材80を有している。
軸方向固定クラッチ部材70は、固定クラッチ板部71、固定クラッチ筒部72、固定クラッチ歯部74を有している。固定クラッチ板部71は、環状の板状に形成されている。固定クラッチ筒部72は、固定クラッチ板部71の内縁部から筒状に延びるよう、固定クラッチ板部71と一体に形成されている。固定クラッチ歯部74は、固定クラッチ筒部72の外周壁において、径方向外側に突出しつつ軸方向に延びるよう形成されている。固定クラッチ歯部74は、固定クラッチ筒部72の周方向に等間隔で複数形成されている。ここで、固定クラッチ歯部74の数は、スプライン歯部68の数と同じである。
軸方向固定クラッチ部材70は、第1大径筒部63の第1小径筒部62とは反対側の端部の径方向外側に固定されるようにして第1伝達部61に設けられている。軸方向固定クラッチ部材70は、第1伝達部61に対し相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動不能に設けられている。
軸方向可動クラッチ部材80は、可動クラッチ筒部81、可動クラッチ凹部82、可動クラッチ歯部84を有している。可動クラッチ筒部81は、筒状に形成されている。可動クラッチ凹部82は、可動クラッチ筒部81の軸方向の中央の外周壁から径方向内側に凹むよう環状に形成されている。可動クラッチ歯部84は、可動クラッチ筒部81の内周壁から径方向内側に突出しつつ軸方向に延びるよう形成されている。可動クラッチ歯部84は、可動クラッチ筒部81の周方向に等間隔で複数形成されている。ここで、可動クラッチ歯部84の数は、スプライン歯部68の数、固定クラッチ歯部74の数と同じである。
軸方向可動クラッチ部材80は、可動クラッチ歯部84がスプライン歯部68に噛合うようにして第2大径筒部67の径方向外側に設けられている。可動クラッチ歯部84とスプライン歯部68との噛合いにより、軸方向可動クラッチ部材80は、第2伝達部65に対し相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動可能である。
軸方向可動クラッチ部材80が第2大径筒部67に対し軸方向固定クラッチ部材70側に相対移動したとき、可動クラッチ歯部84は、固定クラッチ歯部74に噛合い可能である。可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合った状態、すなわち、クラッチ部700が係合状態のとき、第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達が許容される(図2参照)。一方、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合っていない状態、すなわち、クラッチ部700が非係合状態のとき、第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達は遮断されている。
フォーク50のフォーク係合部52は、軸方向可動クラッチ部材80の可動クラッチ凹部82に係合している。これにより、フォーク50が並進運動したとき、軸方向可動クラッチ部材80は、第2伝達部65に対し軸方向に相対移動する。
ECU100は、回転電動機30のコイルに供給する電力を制御することにより、モータシャフト31の回転を制御可能である。回転電動機30のコイルに通電していない初期状態においては、ボールねじナット43は、ボールねじシャフト41の回転電動機30側に位置している。このとき、軸方向可動クラッチ部材80は、第2大径筒部67の径方向外側に位置し、軸方向固定クラッチ部材70と係合していない。
初期状態において、モータシャフト31が正転すると、ボールねじシャフト41が正転し、ボールねじナット43が回転電動機30とは反対側に並進する。待ちバネ91によりフランジ44に押し付けられているフォーク50は、ボールねじナット43の並進により、第1ケース21とは反対側に並進する。これにより、軸方向可動クラッチ部材80が軸方向固定クラッチ部材70側に並進し、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合い、クラッチ部700が係合状態となる(図2参照)。
クラッチ部700が係合状態のとき、モータシャフト31が逆転すると、ボールねじシャフト41が逆転し、ボールねじナット43が回転電動機30側に並進する。待ちバネ91によりフランジ44に押し付けられているフォーク50は、ボールねじナット43の並進により、第1ケース21側に並進する。これにより、軸方向可動クラッチ部材80が軸方向固定クラッチ部材70とは反対側に並進し、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合いが解除され、クラッチ部700が非係合状態となる。
上述したように、本実施形態では、リンクピン45のストッパ部451とフォーク50との間に設けた待ちバネ91により、フォーク50を経由して軸方向可動クラッチ部材80を軸方向の軸方向固定クラッチ部材70側に付勢可能である。これにより、軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70との係合応答速度の向上、および、係合時の衝撃緩和を図ることができる。
待ちバネ91の軸方向距離(x)とばね荷重(F)との関係を図5に示す。待ちバネ91のばね定数をk0とすると、1本の待ちバネ91のばね荷重(F)は、
F=k0x ・・・式1
で表される。
ばね定数が同じ(k0)の2本の待ちバネ91のばね定数(k1)は、
k1=k0+k0 ・・・式2
で表される。そのため、ばね定数が同じ(k0)の2本の待ちバネ91によるばね荷重(F)は、
F=k1x ・・・式3
で表される。
F=k0x ・・・式1
で表される。
ばね定数が同じ(k0)の2本の待ちバネ91のばね定数(k1)は、
k1=k0+k0 ・・・式2
で表される。そのため、ばね定数が同じ(k0)の2本の待ちバネ91によるばね荷重(F)は、
F=k1x ・・・式3
で表される。
軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70との係合応答速度の要求を満足する必要荷重F1を1本の待ちバネ91で出す場合の軸方向距離をx0とし、必要荷重F1を2本の待ちバネ91で出す場合の軸方向距離をx1とすると、
x1=k0/k1×x0=k0/2k0×x0=1/2×x0 ・・・式4
である。そのため、同じばね定数(k0)の待ちバネ91を2本用いれば、1本の待ちバネ91の軸方向距離x0の半分の距離x1で、必要荷重F1を出すことができる。これにより、係合応答速度の要求を満足する必要荷重F1を出すための軸方向距離を短縮できる。
x1=k0/k1×x0=k0/2k0×x0=1/2×x0 ・・・式4
である。そのため、同じばね定数(k0)の待ちバネ91を2本用いれば、1本の待ちバネ91の軸方向距離x0の半分の距離x1で、必要荷重F1を出すことができる。これにより、係合応答速度の要求を満足する必要荷重F1を出すための軸方向距離を短縮できる。
なお、待ちバネ91の数をさらに増やした場合、ばね定数k1は、下記のようになる。
k1=k0+k0+k0+・・・ ・・・式5
この場合、必要荷重F1を出すための軸方向距離x1は、以下のようになる。
x1=k0/k1×x0=k0/(k0+k0+k0+・・・)×x0 ・・・式6
このように、待ちバネ91の数を増やすほど、軸方向距離を短縮できる。
k1=k0+k0+k0+・・・ ・・・式5
この場合、必要荷重F1を出すための軸方向距離x1は、以下のようになる。
x1=k0/k1×x0=k0/(k0+k0+k0+・・・)×x0 ・・・式6
このように、待ちバネ91の数を増やすほど、軸方向距離を短縮できる。
図6に示すように、固定クラッチ歯部74の軸方向可動クラッチ部材80側の端部において、軸方向固定クラッチ部材70の周方向の一方側に面取り部741が形成され、軸方向固定クラッチ部材70の周方向の他方側に面取り部742が形成されている。ここで、面取り部741、面取り部742は、それぞれ、固定クラッチ歯部74の延びる方向に沿う直線L1に対し約45度傾斜する平面状に形成されている。そのため、固定クラッチ歯部74は、軸方向固定クラッチ部材70の径方向外側から見たとき、直線L1を軸として線対称となる形状に形成されている。
可動クラッチ歯部84の軸方向固定クラッチ部材70側の端部において、軸方向可動クラッチ部材80の周方向の一方側に面取り部841が形成され、軸方向可動クラッチ部材80の周方向の他方側に面取り部842が形成されている。ここで、面取り部841、面取り部842は、それぞれ、可動クラッチ歯部84の延びる方向に沿う直線L2に対し約45度傾斜する平面状に形成されている。そのため、可動クラッチ歯部84は、軸方向可動クラッチ部材80の径方向外側から見たとき、直線L2を軸として線対称となる形状に形成されている。
次に、クラッチ装置10の作動について、図6~9に基づき説明する。
図6~9では、クラッチ装置10を構成する各部材の形状および配置を模式的に示しており、各部材の実際の形状および配置とは異なる。
図6に示すように、回転電動機30に通電されていないとき、フォーク50は移動規制部440に当接し、可動クラッチ歯部84は固定クラッチ歯部74から離間した状態である。そのため、可動クラッチ歯部84は固定クラッチ歯部74に噛合っておらず、第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達は遮断された状態である。
図7に示すように、回転電動機30に通電されると、ボールねじシャフト41が回転し、ボールねじナット43、フランジ44、ストッパ部451が並進しボールねじシャフト41に対し軸方向の一方側に移動する。これにより、フランジ44がフォーク50から離間し、ストッパ部451は待ちバネ91を圧縮する。これにより、待ちバネ91は、フォーク50、軸方向可動クラッチ部材80を付勢し、可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74側に移動する。その結果、可動クラッチ歯部84の固定クラッチ歯部74側の端部が、固定クラッチ歯部74の可動クラッチ歯部84側の端部に接触する。
ここで、フォーク50と移動規制部450との間にクリアランスが形成されている間は、待ちバネ91の付勢力が可動クラッチ歯部84に作用する。そのため、可動クラッチ歯部84の端部が固定クラッチ歯部74の端部に衝突したときの衝撃力が、ボールねじナット43、ボールねじシャフト41、回転電動機30側へ伝達するのを抑制でき、これらの部材を保護できる。
また、フォーク50と移動規制部450との間にクリアランスが形成されている間において、第1伝達部61と第2伝達部65との回転速度の差である差回転が所定値以上のとき、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とをラチェッティングさせることにより、可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74に噛合わないようにすることができる。これにより、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上のときに可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合うことで生じる衝撃を抑制することができる。そのため、クラッチ装置10の作動時に衝撃が生じ車両1の運転者等に伝わるのを抑制できる。
また、フォーク50と移動規制部450との間にクリアランスが形成されている間において、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以下まで低下したとき、待ちバネ91の付勢力により、フォーク50および軸方向可動クラッチ部材80を並進させ、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に噛合わせることができる。
このように、本実施形態では、可動クラッチ歯部84の端部と固定クラッチ歯部74の端部との接触開始位置において、待ちバネ91によりラチェッティング可能で、かつ、待ちバネ91の荷重で可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合い可能なように、フォーク50が移動規制部440と移動規制部450との間の位置である中間浮動位置となるよう設定されている。これにより、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とのラチェッティングと、待ちバネ91による噛合いとの両立を図ることができる。
図8に示すように、回転電動機30およびボールねじシャフト41の回転により並進部402がさらに並進すると、ストッパ部451が待ちバネ91をさらに圧縮しつつ、移動規制部450がフォーク50に当接する。そのため、回転電動機30からのトルクを、待ちバネ91を経由することなく、ボールねじナット43、フランジ44、リンクピン45、移動規制部450、フォーク50を経由して軸方向可動クラッチ部材80に伝達することができる。これにより、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始した状態で、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きく、可動クラッチ歯部84の側面と固定クラッチ歯部74の側面との間に大きな摩擦力が発生しているときであっても、回転電動機30から軸方向可動クラッチ部材80に対し摩擦力以上の推力を印加でき、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に確実かつ速やかに噛合わせることができる。
図9に示すように、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合っているとき、回転電動機30への通電を停止すると、待ちバネ91の付勢力により、フォーク50がフランジ44側に移動し、移動規制部440に当接する。この状態で回転電動機30に通電しボールねじシャフト41を逆転方向に回転させると、並進部402は、移動規制部440がフォーク50に当接した状態で回転電動機30側へ並進する。これにより、フォーク50および軸方向可動クラッチ部材80も軸方向固定クラッチ部材70から離れる方向に移動し、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合いが解除される。
このように、本実施形態では、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合っているとき、すなわち、クラッチ部700の係合維持時に、回転電動機30へ供給する電力を低減し、待ちバネ91の付勢力により、フォーク50を移動規制部440に当接させておくことで、クラッチ部700の噛合い解除の応答性を向上できる。また、クラッチ部700の係合維持時に、回転電動機30へ供給する電力を低減することで、クラッチ装置10の消費電力を低減できる。
本実施形態では、ECU100は、回転電動機30の作動を制御することで、軸方向可動クラッチ部材80の可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74と接触開始する位置まで速やかに移動させることができる(図6、7参照)。また、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが接触開始した後、待ちバネ91の荷重で可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合い可能なように、待ちバネ91の荷重が設定されている(図7参照)。さらに、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始した後、移動規制部450をフォーク50に当接させることで、回転電動機30から軸方向可動クラッチ部材80に対し摩擦力以上の推力を印加し、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に対しさらに相対移動させることができる(図8参照)。これにより、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合わせを確実かつ速やかに完了させることができる。
次に、本実施形態と比較形態とを比較し、比較形態に対する本実施形態の優位な点を明らかにする。
図10に示すように、比較形態では、可動クラッチ歯部84に面取り部841、面取り部842が形成されておらず、固定クラッチ歯部74に面取り部741、面取り部742が形成されていない。また、比較形態では、待ちバネ91は、並進部402のフランジ44とフォーク50との間に設けられ、フォーク50を回転電動機30とは反対側へ付勢可能である。
図10に示すように、比較形態では、可動クラッチ歯部84に面取り部841、面取り部842が形成されておらず、固定クラッチ歯部74に面取り部741、面取り部742が形成されていないため、軸方向固定クラッチ部材70の周方向に隣り合う固定クラッチ歯部74の可動クラッチ歯部84側の端部間の距離D1は比較的小さく、可動クラッチ歯部84の固定クラッチ歯部74側の端部の軸方向可動クラッチ部材80の周方向における大きさD2は比較的大きい。そのため、D1とD2との差である挿入猶予D3は小さくなる。したがって、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上の場合、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74間に挿入、すなわち、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に噛合わせるのが困難になるおそれがある。
また、比較形態では、待ちバネ91の付勢力が可動クラッチ歯部84に作用するものの、可動クラッチ歯部84に面取り部841、面取り部842が形成されておらず、固定クラッチ歯部74に面取り部741、面取り部742が形成されていないため、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とをラチェッティングさせることが困難になるおそれがある。第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上のとき、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合うと、噛合い時のショックが大きくなるおそれがある。
一方、図11に示すように、本実施形態では、可動クラッチ歯部84に面取り部841、面取り部842が形成されており、固定クラッチ歯部74に面取り部741、面取り部742が形成されている。そのため、軸方向固定クラッチ部材70の周方向に隣り合う2つの固定クラッチ歯部74のうち、一方の固定クラッチ歯部74の面取り部741側の側面743から他方の固定クラッチ歯部74の面取り部742の面取り部741側の端部までの距離D4と、1つの可動クラッチ歯部84の面取り部841側の側面843から面取り部842までの距離D5との差である挿入猶予D6は、比較形態の挿入猶予D3と比べ、大きくなる。したがって、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上の場合でも、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74間に挿入、すなわち、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に噛合わせるのが容易である。
また、本実施形態では、可動クラッチ歯部84に面取り部841、面取り部842が形成されており、固定クラッチ歯部74に面取り部741、面取り部742が形成されており、かつ、フォーク50と移動規制部450との間にクリアランスが形成されている間は、待ちバネ91の付勢力が可動クラッチ歯部84に作用するため、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きい場合、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とをラチェッティングさせることにより、可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74に噛合わないようにすることができる。これにより、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きいときに可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74に噛合う現象である異常噛合いを抑制できる。
なお、本実施形態では、第1伝達部61の回転速度が第2伝達部65の回転速度より大きいとき、可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74側に移動すると、可動クラッチ歯部84の面取り部841と固定クラッチ歯部74の面取り部741とが接触する。このとき、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きいと、面取り部841が面取り部741と摺動しながら、可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74から離れる方向に移動し、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とをラチェッティングさせることができる。
一方、第1伝達部61の回転速度が第2伝達部65の回転速度より小さいとき、可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74側に移動すると、可動クラッチ歯部84の面取り部842と固定クラッチ歯部74の面取り部742とが接触する。このとき、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きいと、面取り部842が面取り部742と摺動しながら、可動クラッチ歯部84が固定クラッチ歯部74から離れる方向に移動し、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とをラチェッティングさせることができる。
本実施形態では、面取り部741、面取り部742は、それぞれ、固定クラッチ歯部74の延びる方向に沿う直線L1に対し約45度傾斜する平面状に形成されている。面取り部841、面取り部842は、それぞれ、可動クラッチ歯部84の延びる方向に沿う直線L2に対し約45度傾斜する平面状に形成されている(図6参照)。そのため、第1伝達部61の回転速度が第2伝達部65の回転速度より大きいとき、または、小さいときのいずれであっても、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とを容易にラチェッティングさせることができる。
また、本実施形態では、固定クラッチ歯部74は、第1伝達部61の径方向外側から見たとき、直線L1を軸として線対称となる形状に形成されている。可動クラッチ歯部84は、第2伝達部65の径方向外側から見たとき、直線L2を軸として線対称となる形状に形成されている(図6参照)。そのため、固定クラッチ歯部74および可動クラッチ歯部84を容易に加工でき、クラッチ装置10を容易に製造できる。
図12に示すように、比較形態では、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始した状態で、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きいと、可動クラッチ歯部84の側面と固定クラッチ歯部74の側面との間に大きな摩擦力が発生する。ここで、可動クラッチ歯部84には、待ちバネ91の付勢力のみ作用している。そのため、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との間の摩擦力が、待ちバネ91の付勢力より大きいと、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に対しさらに相対移動させることができない。これにより、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とを確実に噛合わせるのが困難になるおそれがある。
一方、図13に示すように、本実施形態では、移動規制部450をフォーク50に当接させることにより、回転電動機30の推力を、フォーク50を経由して軸方向可動クラッチ部材80に印加することができる。そのため、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始した状態で、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きく、可動クラッチ歯部84の側面と固定クラッチ歯部74の側面との間に大きな摩擦力が発生していたとしても、回転電動機30から軸方向可動クラッチ部材80に対し摩擦力以上の推力を印加でき、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に対しさらに相対移動させることができる。これにより、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に確実かつ速やかに噛合わせることができる。
次に、本実施形態によるクラッチ装置10の作動例を説明する。
図14の時刻t0において、車輪13および第2伝達部65の回転数はR0である。
図14に示すように、時刻t1でモータジェネレータ2の回転が開始されると、その後、第1伝達部61の回転数は上昇する。これにより、時刻t1以降、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転は縮小する。
時刻t2でクラッチ装置10の回転電動機30の回転を開始すると、その後、軸方向可動クラッチ部材80の軸方向の移動であるストロークの量は大きくなる。ここで、初期位置の軸方向可動クラッチ部材80のストローク量を0とする。軸方向可動クラッチ部材80が軸方向可動クラッチ部材80側へ移動すると、ストローク量が増大する。
時刻t3で第1伝達部61の回転数がR1となり、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が目標の差回転以下となったとき、ストローク量がS1となり、可動クラッチ歯部84の固定クラッチ歯部74側の端部が、固定クラッチ歯部74の可動クラッチ歯部84側の端部に接触する(図7参照)。
本実施形態では、可動クラッチ歯部84に面取り部841、面取り部842が形成されており、固定クラッチ歯部74に面取り部741、面取り部742が形成されているため、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が目標差回転以下において所定値以上の場合でも、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74間に挿入可能である(図11参照)。そのため、高差回転での係合すなわち噛合いが可能である。よって、目標差回転を大きく設定でき、目標差回転の拡大が可能である。
時刻t3以降、軸方向可動クラッチ部材80は、待ちバネ91の付勢力により、軸方向固定クラッチ部材70側へ移動する。そのため、軸方向可動クラッチ部材80の移動に応じてストローク量が増大する。
時刻t4でストローク量がS2となり、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始すると、移動規制部450がフォーク50に当接する(図8参照)。このとき(時刻t4)、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転により、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との間に荷重としての摩擦力N1が発生する。
本実施形態では、時刻t4以降、摩擦力N1以上の推力が回転電動機30から軸方向可動クラッチ部材80に印加されるため、軸方向可動クラッチ部材80のストローク量が増大する。このように、本実施形態では、高荷重での係合すなわち噛合いが可能である。
なお、時刻t4以降、第1伝達部61の回転数は、第2伝達部65の回転数R0と一致する。
時刻t5でストローク量がS3となり、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合いが完了する。
比較形態の作動例を一点鎖線で図14に示す。時刻t3では、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上のため、比較形態では、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74間に挿入、すなわち、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に噛合わせることができない(図10参照)。そのため、時刻t3以降においても可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に噛合わせることができない状態が継続する。
比較形態の別の作動例を二点鎖線で図14に示す。時刻t4では、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始した状態で、第1伝達部61と第2伝達部65との差回転が所定値以上に大きく、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との間に摩擦力N1が発生する。比較形態では、可動クラッチ歯部84には、待ちバネ91の付勢力のみ作用している。そのため、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との間の摩擦力N1が、待ちバネ91の付勢力より大きく、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に対しさらに相対移動させることができない(図12参照)。そのため、時刻t4以降においても可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に対しさらに相対移動させることができない状態が継続する。
時刻t6で、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との間の摩擦力がN2(N1より小さな値)以下になり、待ちバネ91の付勢力よりも小さくなると、可動クラッチ歯部84を固定クラッチ歯部74に対しさらに相対移動させることができるようになる。これにより、時刻t6以降、ストローク量が増大し、時刻t7で可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合いが完了する。
このように、比較形態では、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始した後(時刻t4)、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との間の摩擦力が待ちバネ91の付勢力よりも小さくなる(時刻t6)まで、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合いを完了させるための作動を待つ必要がある。
一方、本実施形態では、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合いを開始した後(時刻t4)、すぐに可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合いを完了させるための作動を開始できるため、待ち時間(t6-t4)を短縮できる。
以上説明したように、本実施形態では、軸方向可動クラッチ部材80は、並進部材500の並進運動により第2伝達部65に対し軸方向に相対移動し、軸方向固定クラッチ部材70に係合することで第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達を許容可能である。複数の弾性部材90は、アクチュエータ300と軸方向可動クラッチ部材80との動力伝達経路中に設けられ、軸方向可動クラッチ部材80を軸方向に付勢可能である。
本実施形態では、弾性部材90を「待ちバネ」として用いることができ、軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70との係合応答速度の向上を図ることができる。また、同じばね定数の弾性部材90を複数設けることにより、組付性の低下を招くことなく、軸方向の体格を小さくすることができる。
また、複数の弾性部材90を設けることにより、単一の弾性部材90に発生する座屈に起因した部材の傾きの発生を抑制できる。
また、本実施形態では、アクチュエータ300は、回転電動機30、すなわち電動モータである。並進部材500は、軸方向可動クラッチ部材80に係合可能なフォーク50である。クラッチ装置10は、回転並進部40を備える。回転並進部40は、回転電動機30とフォーク50との間に設けられ、回転電動機30からのトルクによる回転運動を並進運動に変換しフォーク50に伝達可能である。
回転並進部40により、クラッチ部700の精密制御が可能になる。また、アクチュエータ300への通電を停止しても並進部402の並進を規制でき、クラッチ装置10の消費電力を低減できる。
また、本実施形態では、クラッチ装置10は、リンクピン45を備える。リンクピン45は、弾性部材90を支持し、弾性部材90の伸縮時の動作を案内可能である。
弾性部材90の荷重が安定して発揮されるため、部材の傾きを効果的に抑制できる。
また、本実施形態では、リンクピン45は、一方の端部にストッパ部451を有する。複数の弾性部材90は、ストッパ部451とフォーク50との間に設けられている。
軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70とが歯先衝突して並進運動がロックされた際、減衰系として作用することで、アクチュエータ300または動力伝達経路上の部材が破損するのを抑制できる。
また、本実施形態では、回転並進部40は、回転電動機30からのトルクにより回転運動する回転部401を有する。複数の弾性部材90は、回転部401の周方向に等間隔で設けられている。
回転部401の周方向において、弾性部材90の荷重がフォーク50に対し均等に印加されるため、フォーク50の傾きを抑制できる。
また、本実施形態では、リンクピン45は、フォーク50を貫通し、端部が並進部402から突出するよう設けられている。
フォーク50の剛性に影響しない位置を貫通するようリンクピン45を配置することにより、フォーク50を半径方向に小型化できる。
また、本実施形態では、複数の弾性部材90は、フォーク50と軸方向可動クラッチ部材80との配置方向に対し垂直な方向に沿って設けられている。
フォーク50と軸方向可動クラッチ部材80との配置方向に沿う軸線周りのフォーク50の傾きを抑制できる。
また、本実施形態では、弾性部材90は、コイルスプリングである。
弾性部材90を容易に製造できるとともに、小さい線形でコイル状に巻くことで、板バネ等に比べ、体格を小さくできる。
また、本実施形態では、弾性部材90は、予荷重を有するように設定されている。
軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70とが歯先衝突して並進運動がロックされた際、弾性部材90が減衰系として作用することで、アクチュエータ300または動力伝達経路上の部材が破損するのを効果的に抑制できる。
(第2実施形態)
第2実施形態によるクラッチ装置の一部を図15に示す。第2実施形態は、リンクピン45の構成等が第1実施形態と異なる。
第2実施形態によるクラッチ装置の一部を図15に示す。第2実施形態は、リンクピン45の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、リンクピン45は、ピン小径部454をさらに有している。ピン小径部454は、一端がピン中径部453のピン大径部452とは反対側の端部に接続するよう円柱状に形成されている。ピン小径部454の外径は、ピン中径部453の外径より小さい。これにより、ピン中径部453とピン小径部454との間には、環状の段差面455が形成されている。
フランジピン穴部442の内径は、ピン小径部454の外径よりやや大きく、ピン中径部453の外径より小さい。
リンクピン45は、ピン小径部454がフランジピン穴部442に挿通するようにして設けられている。リンクピン45は、ピン小径部454のピン中径部453とは反対側の端部が、フランジ44のフランジピン穴部442から突出している。このピン小径部454の端部にナット46が螺合している。この状態において、フランジ44は、ナット46のフランジ44側の面と段差面455とに挟まれている。これにより、リンクピン45は、フランジ44に対し相対移動不能に設けられている。
以上説明したように、本実施形態では、回転並進部40は、回転電動機30からのトルクにより回転運動する回転部401、および、回転部401の回転運動により並進運動する並進部402を有し、並進部402の並進運動をフォーク50に伝達可能である。リンクピン45は、並進部402に対し相対移動不能に設けられている。
そのため、リンクピン45により、弾性部材90の伸縮時の動作を安定して案内可能である。
(第3実施形態)
第3実施形態によるクラッチ装置の一部を図16に示す。第3実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
第3実施形態によるクラッチ装置の一部を図16に示す。第3実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、フォークピン穴部503は、フォークナット穴部501の径方向外側において、フォークナット穴部501の周方向に等間隔で3つ形成されている。3つのフォークピン穴部503のそれぞれにリンクピン45が挿通されている。弾性部材90すなわち待ちバネ91は、3つのリンクピン45のそれぞれの径方向外側に設けられている。このように、弾性部材90は、回転部401すなわちボールねじシャフト41の周方向に等間隔で3つ設けられている。
(第4実施形態)
第4実施形態によるクラッチ装置の一部を図17に示す。第4実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
第4実施形態によるクラッチ装置の一部を図17に示す。第4実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、弾性部材90は、フォークガイド軸23の周方向に等間隔で2つ設けられ、フォーク50を第2ケース22側に付勢している。
フォークガイド軸23の周方向において、弾性部材90の荷重がフォーク50に対し均等に印加されるため、フォーク50の傾きを抑制できる。
(第5実施形態)
第5実施形態によるクラッチ装置の一部を図18に示す。第5実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第4実施形態と異なる。
第5実施形態によるクラッチ装置の一部を図18に示す。第5実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第4実施形態と異なる。
本実施形態では、弾性部材90は、フォークガイド軸23の周方向に等間隔で3つ設けられ、フォーク50を第2ケース22側に付勢している。
(第6実施形態)
第6実施形態によるクラッチ装置の一部を図19に示す。第6実施形態は、弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
第6実施形態によるクラッチ装置の一部を図19に示す。第6実施形態は、弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、弾性部材90は、軸方向可動クラッチ部材80の周方向に等間隔で2つ設けられ、軸方向可動クラッチ部材80を軸方向固定クラッチ部材70側に付勢している。
軸方向可動クラッチ部材80の周方向において、弾性部材90の荷重が軸方向可動クラッチ部材80に対し均等に印加されるため、軸方向可動クラッチ部材80の傾きを抑制できる。
(第7実施形態)
第7実施形態によるクラッチ装置の一部を図20に示す。第7実施形態は、弾性部材90の構成等が第6実施形態と異なる。
第7実施形態によるクラッチ装置の一部を図20に示す。第7実施形態は、弾性部材90の構成等が第6実施形態と異なる。
本実施形態では、弾性部材90は、軸方向可動クラッチ部材80の周方向に等間隔で3つ設けられ、軸方向可動クラッチ部材80を軸方向固定クラッチ部材70側に付勢している。
(第8実施形態)
第8実施形態によるクラッチ装置の一部を図21に示す。第8実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
第8実施形態によるクラッチ装置の一部を図21に示す。第8実施形態は、フォーク50および弾性部材90の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、フォークピン穴部503は、フォークナット穴部501の径方向外側において、フォーク50と軸方向可動クラッチ部材80との配置方向Dir1に対し平行な方向Dir3に沿って形成されている。2つのフォークピン穴部503のそれぞれにリンクピン45が挿通されている。弾性部材90すなわち待ちバネ91は、3つのリンクピン45のそれぞれの径方向外側に設けられている。
本実施形態では、複数の弾性部材90は、フォーク50と軸方向可動クラッチ部材80との配置方向に対し平行な方向に沿って設けられている。
フォーク50と軸方向可動クラッチ部材80との配置方向に対するフォーク50の傾きを抑制できる。
(第9実施形態)
第9実施形態によるクラッチ装置を図22に示す。第9実施形態は、アクチュエータ300の構成等が第1実施形態と異なる。
第9実施形態によるクラッチ装置を図22に示す。第9実施形態は、アクチュエータ300の構成等が第1実施形態と異なる。
本実施形態では、アクチュエータ300は、ソレノイド35である。ソレノイド35は、固定コア36、コイル37、可動コア38、ソレノイド並進部39を有している。固定コア36は、磁性材料により環状に形成されている。コイル37は、環状に形成され、固定コア36の内側に設けられている。可動コア38は、磁性材料により筒状に形成され、固定コア36およびコイル37の径方向内側に設けられている。可動コア38は、固定コア36に対し軸方向に相対移動可能である。ソレノイド並進部39は、例えば非磁性材料により筒状に形成されている。ソレノイド並進部39は、可動コア38の内側に設けられ、可動コア38とともに固定コア36に対し軸方向に相対移動可能、すなわち、並進可能である。
コイル37への通電により、固定コア36および可動コア38に磁気回路が形成され、可動コア38が固定コア36に対し軸方向の一方側に移動する。ECU100は、コイル37への通電を制御することで、可動コア38とともに並進するソレノイド並進部39のストロークを制御可能である。
第2伝達部65は、筒状に形成され、ソレノイド35の径方向内側に設けられている。第2伝達部65は、ソレノイド35に対し相対回転可能である。
並進部材500は、環状の板状に形成され、内側に第2伝達部65が挿通された状態で、ソレノイド並進部39に当接可能に設けられている。
軸方向可動クラッチ部材80は、環状に形成され、内側に第2伝達部65が挿通された状態で、並進部材500に対しソレノイド35とは反対側に設けられている。軸方向可動クラッチ部材80は、第2伝達部65に対し相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動可能である。
可動クラッチ歯部84は、軸方向可動クラッチ部材80の並進部材500とは反対側の面において、並進部材500とは反対側に突出しつつ軸方向可動クラッチ部材80の径方向に延びるよう形成されている。可動クラッチ歯部84は、軸方向可動クラッチ部材80の周方向に等間隔で複数形成されている。
第2伝達部65には、スプリング係止部69が設けられている。スプリング係止部69は、例えば環状に形成され、内周壁が第2伝達部65の外周壁に接続している。スプリング係止部69は、第2伝達部65に対し相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動不能に設けられている。
スプリング係止部69の並進部材500側には、弾性部材90としてのリターンスプリング92が設けられている。リターンスプリング92は、コイルスプリングであり、軸方向可動クラッチ部材80の周方向に等間隔で2つ設けられている。リターンスプリング92は、軸方向可動クラッチ部材80を軸方向の並進部材500側に付勢可能である。
第1伝達部61は、筒状に形成され、第2伝達部65と同軸に設けられている。軸方向固定クラッチ部材70は、環状に形成され、内側に第1伝達部61が挿通された状態で、軸方向の一方の面が軸方向可動クラッチ部材80の軸方向の一方の面と対向するよう、第1伝達部61に設けられている。軸方向固定クラッチ部材70は、第1伝達部61に対し相対回転不能、かつ、軸方向に相対移動不能である。
固定クラッチ歯部74は、軸方向固定クラッチ部材70の軸方向可動クラッチ部材80側の面において、軸方向可動クラッチ部材80側に突出しつつ軸方向固定クラッチ部材70の径方向に延びるよう形成されている。固定クラッチ歯部74は、軸方向固定クラッチ部材70の周方向に等間隔で複数形成されている。固定クラッチ歯部74の数は、可動クラッチ歯部84の数と同じである。
軸方向可動クラッチ部材80が第2伝達部65に対し軸方向固定クラッチ部材70側に相対移動したとき、可動クラッチ歯部84は、固定クラッチ歯部74に噛合い可能である。可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合った状態、すなわち、クラッチ部700が係合状態のとき、第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達が許容される。一方、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合っていない状態、すなわち、クラッチ部700が非係合状態のとき、第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達は遮断されている。
本実施形態では、弾性部材90としての待ちバネ91は、並進部材500と軸方向可動クラッチ部材80との間に設けられている。待ちバネ91は、軸方向可動クラッチ部材80の周方向に等間隔で2つ設けられている。待ちバネ91は、軸方向可動クラッチ部材80を軸方向の軸方向固定クラッチ部材70側に付勢可能である。
図22に示すように、コイル37に通電していない初期状態においては、軸方向可動クラッチ部材80は、軸方向固定クラッチ部材70から離間している。そのため、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とは噛合っておらず、クラッチ部700は非係合状態である。また、初期状態において、弾性部材90は、予荷重を有するように設定されている。
初期状態において、コイル37に通電されると、可動コア38およびソレノイド並進部39が並進し、並進部材500が軸方向可動クラッチ部材80側に並進する。これにより、待ちバネ91およびリターンスプリング92が圧縮され、軸方向可動クラッチ部材80が軸方向固定クラッチ部材70側に移動する。これにより、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74とが噛合い、クラッチ部700が係合状態となる。
クラッチ部700が係合状態のとき、コイル37への通電を停止すると、リターンスプリング92の付勢力により、軸方向可動クラッチ部材80がソレノイド35側に戻される。これにより、可動クラッチ歯部84と固定クラッチ歯部74との噛合いが解除され、クラッチ部700が非係合状態となる。
本実施形態では、並進部材500と軸方向可動クラッチ部材80との間に設けた待ちバネ91により、軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70との係合応答速度の向上、および、係合時の衝撃緩和を図ることができる。
以上説明したように、本実施形態では、軸方向可動クラッチ部材80は、並進部材500の並進運動により第2伝達部65に対し軸方向に相対移動し、軸方向固定クラッチ部材70に係合することで第1伝達部61と第2伝達部65との間のトルクの伝達を許容可能である。複数の弾性部材90は、アクチュエータ300と軸方向可動クラッチ部材80との動力伝達経路中に設けられ、軸方向可動クラッチ部材80を軸方向に付勢可能である。
本実施形態では、複数の弾性部材90のうちの待ちバネ91により、軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70との係合応答速度の向上を図ることができる。また、同じばね定数の弾性部材90を複数設けることにより、組付性の低下を招くことなく、軸方向の体格を小さくすることができる。
また、本実施形態では、弾性部材90は、軸方向可動クラッチ部材80の周方向に等間隔で複数設けられている。
軸方向可動クラッチ部材80の周方向において、弾性部材90の荷重が軸方向可動クラッチ部材80に対し均等に印加されるため、軸方向可動クラッチ部材80の傾きを抑制できる。
また、本実施形態では、弾性部材90は、コイルスプリングである。
弾性部材90を容易に製造できるとともに、小さい線形でコイル状に巻くことで、板バネ等に比べ、体格を小さくできる。
また、本実施形態では、弾性部材90は、予荷重を有するように設定されている。
軸方向可動クラッチ部材80と軸方向固定クラッチ部材70とが歯先衝突して並進運動がロックされた際、弾性部材90が減衰系として作用することで、アクチュエータ300または動力伝達経路上の部材が破損するのを効果的に抑制できる。
(他の実施形態)
上述の第1~3、8実施形態では、弾性部材としての待ちバネを回転部の周方向に複数設ける例を示した。これに対し他の実施形態では、上記複数の待ちバネに加え、フォークガイド軸の周方向、または、軸方向可動クラッチ部材の周方向に待ちバネをさらに設けてもよい。また、上記複数の待ちバネに加え、間接的または直接的に軸方向可動クラッチ部材を軸方向固定クラッチ部材とは反対側に付勢可能な弾性部材としてのリターンスプリングをさらに設けてもよい。また、間接的または直接的に軸方向可動クラッチ部材を軸方向に付勢可能な弾性部材としての待ちバネまたはリターンスプリングは、アクチュエータと軸方向可動クラッチ部材との動力伝達経路中において、複数であればいくつ設けられていてもよい。
上述の第1~3、8実施形態では、弾性部材としての待ちバネを回転部の周方向に複数設ける例を示した。これに対し他の実施形態では、上記複数の待ちバネに加え、フォークガイド軸の周方向、または、軸方向可動クラッチ部材の周方向に待ちバネをさらに設けてもよい。また、上記複数の待ちバネに加え、間接的または直接的に軸方向可動クラッチ部材を軸方向固定クラッチ部材とは反対側に付勢可能な弾性部材としてのリターンスプリングをさらに設けてもよい。また、間接的または直接的に軸方向可動クラッチ部材を軸方向に付勢可能な弾性部材としての待ちバネまたはリターンスプリングは、アクチュエータと軸方向可動クラッチ部材との動力伝達経路中において、複数であればいくつ設けられていてもよい。
また、上述の実施形態では、第1伝達部61にデフシャフト11を接続し、第2伝達部65に車輪シャフト12を接続する例を示した。これに対し他の実施形態では、第1伝達部61に車輪シャフト12を接続し、第2伝達部65にデフシャフト11を接続してもよい。
また、上述の実施形態では、クラッチ装置10をアクスルケース16の外部に設ける例を示した。これに対し他の実施形態では、クラッチ装置10をアクスルケース16の内部に設けてもよい。
また、上述の実施形態では、クラッチ装置10をデフシャフト11と車輪シャフト12との間に設け、デフシャフト11と車輪シャフト12との間のトルクの伝達を制御する例を示した。これに対し他の実施形態では、例えば第1ギヤシャフト3をモータジェネレータ2と第1小径ギヤ5との間で2つに分割し、一方を第1伝達部61に接続し、他方を第2伝達部65に接続するようにしてクラッチ装置10を適用してもよい。この場合、クラッチ装置10により、モータジェネレータ2と第1小径ギヤ5との間のトルクの伝達を制御できる。
また、他の実施形態では、例えば第2ギヤシャフト4を第1大径ギヤ6と第2小径ギヤ7との間で2つに分割し、一方を第1伝達部61に接続し、他方を第2伝達部65に接続するようにしてクラッチ装置10を適用してもよい。この場合、クラッチ装置10により、第1大径ギヤ6と第2小径ギヤ7との間のトルクの伝達を制御できる。
また、上述の実施形態では、クラッチ装置を、モータジェネレータと車両の後方の車輪との間のトルクの伝達を制御するのに用いる例を示した。これに対し他の実施形態では、クラッチ装置を、モータジェネレータと車両の前方の車輪との間のトルクの伝達を制御するのに用いてもよい。
また、本開示は、電気自動車に限らず、内燃機関からの駆動トルクによって走行する車両やハイブリッド車等に適用することもできる。
本開示の特徴を以下の通り示す。
「開示1」
アクチュエータ(300、30、35)と、
前記アクチュエータからの動力が伝達されることにより並進運動する並進部材(500、50)と、
第1伝達部(61)と、
前記第1伝達部に対し相対回転可能な第2伝達部(65)と、
前記第1伝達部に設けられた軸方向固定クラッチ部材(70)と、
前記並進部材の並進運動により前記第2伝達部に対し軸方向に相対移動し、前記軸方向固定クラッチ部材に係合することで前記第1伝達部と前記第2伝達部との間のトルクの伝達を許容可能な軸方向可動クラッチ部材(80)と、
前記アクチュエータと前記軸方向可動クラッチ部材との動力伝達経路中に設けられ、前記軸方向可動クラッチ部材を軸方向に付勢可能な複数の弾性部材(90、91、92)と、
を備えるクラッチ装置。
「開示2」
前記アクチュエータは、回転電動機(30)であり、
前記並進部材は、前記軸方向可動クラッチ部材に係合可能なフォーク(50)であり、
前記回転電動機と前記フォークとの間に設けられ、前記回転電動機からのトルクによる回転運動を並進運動に変換し前記フォークに伝達可能な回転並進部(40)を備える開示1に記載のクラッチ装置。
「開示3」
前記弾性部材を支持し、前記弾性部材の伸縮時の動作を案内可能なリンクピン(45)を備える開示2に記載のクラッチ装置。
「開示4」
前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)、および、前記回転部の回転運動により並進運動する並進部(402、43、44)を有し、前記並進部の並進運動を前記フォークに伝達可能であり、
前記リンクピンは、前記並進部に対し相対移動不能に設けられている開示3に記載のクラッチ装置。
「開示5」
前記リンクピンは、一方の端部にストッパ部(451)を有し、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記ストッパ部と前記フォークとの間に設けられている開示3または4に記載のクラッチ装置。
「開示6」
前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)を有し、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記回転部の周方向に等間隔で設けられている開示2~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示7」
前記フォークの並進運動を案内可能なフォークガイド軸(23)を備え、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記フォークガイド軸の周方向に等間隔で設けられている開示2~6のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示8」
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記軸方向可動クラッチ部材の周方向に等間隔で設けられている開示1~7のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示9」
前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)、および、前記回転部の回転運動により並進運動する並進部(402、43、44)を有し、前記並進部の並進運動を前記フォークに伝達可能であり、
前記リンクピンは、前記フォークを貫通し、端部が前記並進部から突出するよう設けられている開示3~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示10」
複数の前記弾性部材は、前記フォークと前記軸方向可動クラッチ部材との配置方向(D1)に対し垂直な方向(D2)に沿って設けられている開示2~9のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示11」
複数の前記弾性部材は、前記フォークと前記軸方向可動クラッチ部材との配置方向(D1)に対し平行な方向(D3)に沿って設けられている開示2~9のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示12」
前記弾性部材は、コイルスプリングである開示1~11のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示13」
前記弾性部材は、予荷重を有するように設定されている開示1~12のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示1」
アクチュエータ(300、30、35)と、
前記アクチュエータからの動力が伝達されることにより並進運動する並進部材(500、50)と、
第1伝達部(61)と、
前記第1伝達部に対し相対回転可能な第2伝達部(65)と、
前記第1伝達部に設けられた軸方向固定クラッチ部材(70)と、
前記並進部材の並進運動により前記第2伝達部に対し軸方向に相対移動し、前記軸方向固定クラッチ部材に係合することで前記第1伝達部と前記第2伝達部との間のトルクの伝達を許容可能な軸方向可動クラッチ部材(80)と、
前記アクチュエータと前記軸方向可動クラッチ部材との動力伝達経路中に設けられ、前記軸方向可動クラッチ部材を軸方向に付勢可能な複数の弾性部材(90、91、92)と、
を備えるクラッチ装置。
「開示2」
前記アクチュエータは、回転電動機(30)であり、
前記並進部材は、前記軸方向可動クラッチ部材に係合可能なフォーク(50)であり、
前記回転電動機と前記フォークとの間に設けられ、前記回転電動機からのトルクによる回転運動を並進運動に変換し前記フォークに伝達可能な回転並進部(40)を備える開示1に記載のクラッチ装置。
「開示3」
前記弾性部材を支持し、前記弾性部材の伸縮時の動作を案内可能なリンクピン(45)を備える開示2に記載のクラッチ装置。
「開示4」
前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)、および、前記回転部の回転運動により並進運動する並進部(402、43、44)を有し、前記並進部の並進運動を前記フォークに伝達可能であり、
前記リンクピンは、前記並進部に対し相対移動不能に設けられている開示3に記載のクラッチ装置。
「開示5」
前記リンクピンは、一方の端部にストッパ部(451)を有し、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記ストッパ部と前記フォークとの間に設けられている開示3または4に記載のクラッチ装置。
「開示6」
前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)を有し、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記回転部の周方向に等間隔で設けられている開示2~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示7」
前記フォークの並進運動を案内可能なフォークガイド軸(23)を備え、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記フォークガイド軸の周方向に等間隔で設けられている開示2~6のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示8」
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記軸方向可動クラッチ部材の周方向に等間隔で設けられている開示1~7のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示9」
前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)、および、前記回転部の回転運動により並進運動する並進部(402、43、44)を有し、前記並進部の並進運動を前記フォークに伝達可能であり、
前記リンクピンは、前記フォークを貫通し、端部が前記並進部から突出するよう設けられている開示3~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示10」
複数の前記弾性部材は、前記フォークと前記軸方向可動クラッチ部材との配置方向(D1)に対し垂直な方向(D2)に沿って設けられている開示2~9のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示11」
複数の前記弾性部材は、前記フォークと前記軸方向可動クラッチ部材との配置方向(D1)に対し平行な方向(D3)に沿って設けられている開示2~9のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示12」
前記弾性部材は、コイルスプリングである開示1~11のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
「開示13」
前記弾性部材は、予荷重を有するように設定されている開示1~12のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
このように、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
本開示は、実施形態に基づき記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。
Claims (13)
- アクチュエータ(300、30、35)と、
前記アクチュエータからの動力が伝達されることにより並進運動する並進部材(500、50)と、
第1伝達部(61)と、
前記第1伝達部に対し相対回転可能な第2伝達部(65)と、
前記第1伝達部に設けられた軸方向固定クラッチ部材(70)と、
前記並進部材の並進運動により前記第2伝達部に対し軸方向に相対移動し、前記軸方向固定クラッチ部材に係合することで前記第1伝達部と前記第2伝達部との間のトルクの伝達を許容可能な軸方向可動クラッチ部材(80)と、
前記アクチュエータと前記軸方向可動クラッチ部材との動力伝達経路中に設けられ、前記軸方向可動クラッチ部材を軸方向に付勢可能な複数の弾性部材(90、91、92)と、
を備えるクラッチ装置。 - 前記アクチュエータは、回転電動機(30)であり、
前記並進部材は、前記軸方向可動クラッチ部材に係合可能なフォーク(50)であり、
前記回転電動機と前記フォークとの間に設けられ、前記回転電動機からのトルクによる回転運動を並進運動に変換し前記フォークに伝達可能な回転並進部(40)を備える請求項1に記載のクラッチ装置。 - 前記弾性部材を支持し、前記弾性部材の伸縮時の動作を案内可能なリンクピン(45)を備える請求項2に記載のクラッチ装置。
- 前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)、および、前記回転部の回転運動により並進運動する並進部(402、43、44)を有し、前記並進部の並進運動を前記フォークに伝達可能であり、
前記リンクピンは、前記並進部に対し相対移動不能に設けられている請求項3に記載のクラッチ装置。 - 前記リンクピンは、一方の端部にストッパ部(451)を有し、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記ストッパ部と前記フォークとの間に設けられている請求項4に記載のクラッチ装置。 - 前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)を有し、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記回転部の周方向に等間隔で設けられている請求項2~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。 - 前記フォークの並進運動を案内可能なフォークガイド軸(23)を備え、
複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記フォークガイド軸の周方向に等間隔で設けられている請求項2~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。 - 複数の前記弾性部材のうち少なくとも一部は、前記軸方向可動クラッチ部材の周方向に等間隔で設けられている請求項1~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
- 前記回転並進部は、前記回転電動機からのトルクにより回転運動する回転部(401、41)、および、前記回転部の回転運動により並進運動する並進部(402、43、44)を有し、前記並進部の並進運動を前記フォークに伝達可能であり、
前記リンクピンは、前記フォークを貫通し、端部が前記並進部から突出するよう設けられている請求項3~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。 - 複数の前記弾性部材は、前記フォークと前記軸方向可動クラッチ部材との配置方向(Dir1)に対し垂直な方向(Dir2)に沿って設けられている請求項2~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
- 複数の前記弾性部材は、前記フォークと前記軸方向可動クラッチ部材との配置方向(Dir1)に対し平行な方向(Dir3)に沿って設けられている請求項2~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
- 前記弾性部材は、コイルスプリングである請求項1~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
- 前記弾性部材は、予荷重を有するように設定されている請求項1~5のいずれか一項に記載のクラッチ装置。
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| JP2023509769A (ja) * | 2020-01-09 | 2023-03-09 | ストーンリッジ コントロール デバイスィズ インコーポレーテッド | 駆動系アセンブリ用のアクチュエータモジュール |
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