JP5076665B2 - 駆動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力伝達装置に関する。

駆動力伝達装置の一形式として、外側回転部材と同外側回転部材内にて同軸的かつ回転可能に位置する内側回転部材との間に、メインクラッチ機構、カム機構および電磁式のパイロットクラッチ機構を配設して構成され、前記パイロットクラッチ機構の電磁コイルに電流を印加することにより発生するパイロットトルクを前記カム機構にて軸方向のカム推力に変換し、同カム推力にて前記メインクラッチ機構を押圧して係合動作させて、前記両回転部材間のトルク伝達を行う形式の駆動力伝達装置がある。

当該駆動力伝達装置においては、前記カム機構は、一般に、前記パイロットクラッチ機構側に位置するパイロットカムと、前記メインクラッチ機構側に位置するメインカムと、前記パイロットカムに設けた第１のカム溝と前記メインカムに設けられて前記第１のカム溝に対向する第２のカム溝との間に嵌合するカムボールとからなり、前記パイロットクラッチトルクによって、前記パイロットカムと前記メインカムが相対回転して両カム溝内をカムボールが転動して、両カムを互いに離間する方向に押動する作用力（軸方向のカム推力）を発生させるように構成されている。このため、前記パイロットカムと前記メインカムの相対回転が過大になると、カムボールがカム溝から乗り上げてメインクラッチ機構に過大なカム推力を付与し、両回転部材間がロック状態に至る可能性がある。

当該形式の駆動力伝達装置においては、メインクラッチ機構が配設されているクラッチ室内に収容されているクラッチオイルが低温で粘度が高い場合や、パイロットカムとメインカムの相対回転が急激に発生した場合には、メインクラッチ機構に付与されるカム推力が一層過大になって、当該駆動力伝達装置が介在している駆動系が損傷するに至るおそれがある。このため、かかる問題に対処すべき駆動力伝達装置が提案されている（特許文献１を参照）。

上記した特許文献１にて提案されている駆動力伝達装置は、パイロットカムとメインカムの相対回転が過大になってもカムボールがカム溝から乗り上げることがないようにすることを意図したものであって、メインカムにおけるカム溝の径方向の外周に嵌合突起を設けるとともに、パイロットカムにおけるカム溝の径方向の外周に嵌合凹溝を設けて、パイロットカムとメインカム間に過大の相対回転が生じた場合には、メインカム側の嵌合突起がパイロットカム側の嵌合凹溝に嵌合して、パイロットカムとメインカムのそれ以上の相対回転を規制して、カムボールのカム溝からの乗り上げを防止するものである。
特開２００５−２４０２４号公報

このように、上記した特許文献１にて提案されている駆動力伝達装置においては、カムボールのカム溝からの乗り上げを防止することはできる。しかしながら、カムボールのカム溝からの乗り上げを防止する手段として、メインカム側に嵌合突起を設け、パイロットカム側にメインカムの嵌合突起が嵌合する嵌合凹溝を設けることが不可欠であり、このようなメインカムとパイロットカムを形成するには工数の増加をまねき、また、このような特別の嵌合突起や嵌合凹溝の加工は面倒であるという問題がある。従って、本発明の目的は、このような特別の嵌合突起や嵌合凹溝を設けることなく、パイロットカム側のカム溝とメインカム側のカム溝の相対的な形状を特殊な形状にすることのみによって、カムボールのカム溝からの乗り上げを防止することにある。

本発明は駆動力伝達装置に関する。本発明が適用対象とする駆動力伝達装置は、外側回転部材と同外側回転部材内にて同軸的かつ回転可能に位置する内側回転部材との間に、メインクラッチ機構、カム機構および電磁式のパイロットクラッチ機構を配設して構成され、前記パイロットクラッチ機構の電磁コイルに電流を印加することにより発生するパイロットトルクを前記カム機構にて軸方向のカム推力に変換し、同カム推力にて前記メインクラッチ機構を押圧して係合動作させて、前記両回転部材間のトルク伝達を行う駆動力伝達装置である。

本発明に係る駆動力伝達装置においては、前記カム機構は、前記パイロットクラッチ機構側に位置するパイロットカムと、前記メインクラッチ機構側に位置するメインカムと、前記パイロットカムに設けた第１のカム溝と前記メインカムに設けられて前記第１のカム溝に対向する第２のカム溝との間に嵌合するカムボールとからなるもので、前記パイロットクラッチトルクによって前記パイロットカムと前記メインカムが相対回転して軸方向のカム推力を発生させる構成のカム機構である。

しかして、本発明に係る駆動力伝達装置においては、前記パイロットカムの第１のカム溝および前記メインカムの第２のカム溝は回転軸に対する径方向の断面が円弧状を呈して周方向へ所定長さ延びていて、前記パイロットカムの第１のカム溝と前記メインカムの第２のカム溝の回転軸に対する径方向の位置は、カム溝の周方向の中心部では互いに略一致していて、カム溝の周方向の中心部から外側にいくにしたがってずれていることを特徴とするものである。

本発明に係る駆動力伝達装置においては、前記パイロットカムの第１のカム溝と前記メインカムの第２のカム溝の回転軸に対する径方向の位置が、カム溝の周方向の中心部から外側にいくにしたがってずれていることから、両カム溝の径方向の位置が大きくずれている部位ほど発生するカム推力は軸方向からずれることになる。従って、パイロットカムとメインカムを相対回転させるに必要なトルクは、両カムの相対回転に比例して増加することになって、カムボールのカム溝からの乗り上げが大きく抑制されることになる。

また、カム機構のこのような作用によれば、両カムの相対回転の増加にしたがって、メインクラッチ機構の締結力の増分が減少することになるため、低温でクラッチオイルの粘度が増加している場合や、急激な差動回転の入力による過大トルクの発生を抑制することができる。

本発明に係る駆動力伝達装置は、外側回転部材と同外側回転部材内にて同軸的かつ回転可能に位置する内側回転部材との間に、メインクラッチ機構、カム機構および電磁式のパイロットクラッチ機構を配設して構成され、前記パイロットクラッチ機構の電磁コイルに電流を印加することにより発生するパイロットトルクを前記カム機構にて軸方向のカム推力に変換し、同カム推力にて前記メインクラッチ機構を押圧して係合動作させて、前記両回転部材間のトルク伝達を行う駆動力伝達装置である。

図１には、本発明の一実施形態に係る駆動力伝達装置を示している。当該駆動力伝達装置１０は、図３に示すように、前輪駆動をベースとする四輪駆動車の後輪側の動力伝達系路の途中に配設される使用形態が採られる。当該四輪駆動車において、トランスアクスル２１はトランスミッション、トランスファおよびフロントディファレンシャルを一体に備えるもので、エンジン２２の駆動力をトランスアクスル２１のフロントディファレンシャル２３ａを介して、両アクスルシャフト２４ａ，２４ｂに出力して左右の前輪２５ａ，２５ｂを駆動させるとともに、第１プロペラシャフト２６ａ側に出力させる。第１プロペラシャフト２６ａは、駆動力伝達装置１０を介して第２プロペラシャフト２６ｂに連結されており、両プロペラシャフト２６ａ，２６ｂがトルク伝達可能に連結された場合には、駆動力は後側ディファレンシャル２３ｂに伝達され、リヤディファレンシャル２３ｂから両アクスルシャフト２７ａ，２７ｂへ出力されて左右の後輪２８ａ，２８ｂを駆動させる。

駆動力伝達装置１０は、図１に示すように、外側回転部材であるアウタケース１０ａ、内側回転部材であるインナシャフト１０ｂ、メインクラッチ機構１０ｃ、パイロットクラッチ機構１０ｄ、および、カム機構１０ｅを備えている。アウタケース１０ａは、筒状のハウジング１１ａと、ハウジング１１ａの後端開口部に嵌合螺着されて同開口部を覆蓋するリヤカバー１１ｂとにより形成されている。ハウジング１１ａは非磁性材料であるアルミ合金にて、かつ、リヤカバー１１ｂは磁性材料である鉄にてそれぞれ形成されている。リヤカバー１１ｂには、その中間部に、非磁性材料であるステンレス製の筒体１１ｃが埋設されており、筒体１１ｃは環状の非磁性部位を形成している。

インナシャフト１０ｂは、リヤカバー１１ｂの中央部を液密的に貫通してアウタケース１０ａ内に同軸的に挿入されていて、軸方向を規制された状態で、ハウジング１１ａの前側壁部とリヤカバー１１ｂに回転可能に支持されている。インナシャフト１０ｂは、その内孔を貫通する第２プロペラシャフト２６ｂとスプライン嵌合して、第２プロペラシャフト２６ｂとはトルク伝達可能に連結される。なお、ハウジング１１ａの前側壁部には第１プロペラシャフト２６ａが固定的に組付けられている。

メインクラッチ機構１０ｃは湿式多板式の摩擦クラッチであり、多数のクラッチプレート（インナクラッチプレート１２ａ、アウタクラッチプレート１２ｂ）を備え、ハウジング１１ａ内のクラッチ室に配設されている。メインクラッチ機構１０ｃを構成する各インナクラッチプレート１２ａは、インナシャフト１０ｂの外スプライン１１ｄにスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各アウタクラッチプレート１２ｂはハウジング１１ａの内スプライン１１ｅにスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。各インナクラッチプレート１２ａと各アウタクラッチプレート１２ｂは交互に位置していて、互いに当接して摩擦係合するとともに、互いに離間して自由状態となる。

パイロットクラッチ機構１０ｄは、電磁石１３、摩擦クラッチ１４、アーマチャ１５、および、ヨーク１６にて構成されている。電磁石１３は環状を呈し、ヨーク１６に嵌着された状態でリヤカバー１１ｂの環状凹所に嵌合されている。ヨーク１６は、リヤカバー１１ｂの後端部の外周に回転可能に支持された状態で、車体側に固定されている。

摩擦クラッチ１４は、複数のアウタクラッチプレート１４ａとインナクラッチプレート１４ｂとからなる湿式の摩擦クラッチであり、各アウタクラッチプレート１４ａは、ハウジング１１ａの内スプライン１１ｅにスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各インナクラッチプレート１４ｂは、後述するカム機構１０ｅを構成するパイロットカム１７ａの外スプラインにスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。アーマチャ１５は環状を呈するもので、ハウジング１１ａの内スプライン１１ｅにスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられていて、摩擦クラッチ１４の前側に位置してこれと対向している。

以上の構成のパイロットクラッチ機構１０ｄにおいては、電磁石１３の電磁コイルへ通電することによって、電磁石１３を基点としてヨーク１６、リヤカバー１１ｂ、摩擦クラッチ１４、および、アーマチャ１５を循環する磁束が通るループ状の循環磁路が形成される。電磁石１３の電磁コイルへの印加電流は、デューティ制御により設定された所定の電流値に制御される。電磁石１３の電磁コイルに対する通電の断続（印加電流の断続）は、手動スイッチの切替え操作によってなされ、後述する３つの駆動モードを選択できるようになっている。当該スイッチは、車室内の運転席の近傍に配設されて、運転者が容易に操作し得るようになっている。なお、当該駆動力伝達装置１０を後述する第２の駆動モードのみの構成とすれば、当該スイッチを省略できる。

カム機構１０ｅは、図１および図２に示すように、パイロットカム１７ａ、メインカム１７ｂ、および、カムボール１７ｃにて構成されている。パイロットカム１７ａは、インナシャフト１０ｂの外周に回転可能に嵌合していて、リヤカバー１１ｂに回転可能に支承されており、その外スプライン１７ａ1に、摩擦クラッチ１４のインナクラッチプレート１４ｂがスプライン嵌合している。メインカム１７ｂは、内スプライン１７ｂ1にて、インナシャフト１０ｂの外スプライン１１ｄにスプライン嵌合して一体回転可能に組付けられていて、メインクラッチ機構１０ｃのインナクラッチプレート１２ａの後側に対向して位置している。パイロットカム１７ａとメインカム１７ｂの互いに対向する対向面には、パイロットカム１７ａ側に複数の第１のカム溝１７ａ2が、メインカム１７ｂ側に複数の第２のカム溝１７ｂ2がそれぞれ形成されている。第１のカム溝１７ａ2と第２のカム溝１７ｂ2は互いに対向して位置するもので、第１のカム溝１７ａ2と第２のカム溝１７ｂ2間には、カムボール１７ｃが介在している。各カム溝１７ａ2，１７ｂ2は、周方向の中央部で最も深く、端部にいくにしたがって浅くなっている。

当該駆動力伝達装置１０においては、パイロットクラッチ機構１０ｄを構成する電磁石１３の電磁コイルが非通電状態にある場合には磁路は形成されず、摩擦クラッチ１４は非係合状態にある。このため、パイロットクラッチ機構１０ｄは非作動の状態にあって、カム機構１０ｅを構成するパイロットカム１７ａはカムボール１７ｃを介してメインカム１７ｂと一体回転可能であり、メインクラッチ機構１０ｃは非作動の状態にある。このため、アウタケース１０ａとインナシャフト１０ｂとは非連結状態にあって、車両は前輪２５ａ，２５ｂが駆動する二輪駆動である第１の駆動モードを構成する。

一方、当該駆動力伝達装置１０において、パイロットクラッチ機構１０ｄの電磁石１３の電磁コイルへ通電されると、電磁石１３を基点とするループ状の循環磁路が形成されて磁力が発生し、電磁石１３はアーマチャ１５を吸引する。これにより、アーマチャ１５は摩擦クラッチ１４を押圧して摩擦係合させ、カム機構１０ｅのパイロットカム１７ａをアウタケース１０ａ側へ連結させて、メインカム１７ｂとの間に相対回転を生じさせる。この結果、カム機構１０ｅでは、カムボール１７ｃがパイロットカム１７ａおよびメインカム１７ｂを互いに離間する方向へ押圧する。

このため、メインカム１７ｂはメインクラッチ機構１０ｃ側へ押動されて、メインクラッチ機構１０ｃをハウジング１１ａの前側壁部とにより押圧して、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力に応じて摩擦係合させる。これにより、アウタケース１０ａとインナシャフト１０ｂ間のトルク伝達が発生し、車両は両プロペラシャフト２６ａ，２６ｂが非直結状態と直結状態間での四輪駆動である第２の駆動モードを構成する。この駆動モードでは、車両の走行状態に応じて、前後輪間の駆動力分配比を１００：０（二輪駆動状態）〜直結状態の間で制御することができる。

この第２の駆動モードでは、車輪速度センサ、アクセル開度センサ、舵角センサ等各種のセンサからの信号に基づいて、車両の走行状態や路面状態に応じて電磁石１３の電磁コイルへの印加電流をデューティ制御することにより、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力に起因するカム推力が制御されて、後輪２８ａ，２８ｂ側への伝達トルクが制御される。

また、電磁石１３の電磁コイルへの印加電流を所定の値に高めると電磁石１３のアーマチャ１５に対する吸引力が増大し、アーマチャ１５は強く吸引されて摩擦クラッチ１４の摩擦係合力を増大させ、パイロットカム１７ａとメインカム１７ｂ間の相対回転を増大させる。この結果、カムボール１７ｃはメインカム１７ｂに対する押圧力（カム推力）を高めて、メインクラッチ機構１０ｃを結合状態とする。このため、車両は両プロペラシャフト２６ａ，２６ｂが直結状態の四輪駆動である第３の駆動モードを構成する。

しかして、カム機構１０ｅを構成するパイロットカム１７ａが有する第１のカム溝１７ａ2、および、メインカム１７ｂが有する第２のカム溝１７ｂ2は、図２（ａ），（ｂ）に示す形状に形成されている。図２（ａ）は、パイロットカム１７ａとメインカム１７ｂとが互いに対向して位置する状態の断面を示し、図２（ｂ）は、パイロットカム１７ａの内側面の正面を示している。但し、図２（ｂ）の２点鎖線は、メインカム１７ｂが有する第２のカム溝１７ｂ2の正面形状を示している。また、図２（ａ）は、図２（ｂ）の矢印２−２線方向の断面を示している。

パイロットカム１７ａが有する第１のカム溝１７ａ2は、回転軸に対する径方向の断面が円弧状を呈するもので、パイロットカム１７ａの内側面の周方向に、同一の間隔を保持して４個形成されている。また、メインカム１７ｂが有する第２のカム溝１７ｂ2も同様に、回転軸に対する径方向の断面が円弧状を呈するもので、メインカム１７ｂのパイロットカム１７ａに対向する側の面の周方向に、同一の間隔を保持して４個形成されている。パイロットカム１７ａとメインカム１７ｂが互いに対向している状態では、各第１のカム溝１７ａ2と各第２のカム溝１７ｂ2とは互いに対向する関係にあって、第１のカム溝１７ａ2と第２のカム溝１７ｂ2はその周方向の中心部では互いに略一致していて、カム溝の周方向の中心部から外側へいくにしたがってずれている。互いに対向する第１のカム溝１７ａ2と第２のカム溝１７ｂ2との間には、カムボール１７ｃが転動可能に介在する。

かかる構成のカム機構１０ｅを装備する駆動力伝達装置１０においては、カム機構１０ｅを構成するパイロットカム１７ａの第１のカム溝１７ａ2と、メインカム１７ｂの第２のカム溝１７ｂ2の回転軸に対する径方向の位置が、カム溝の周方向の中心部から外側にいくにしたがってずれていることから、両カム溝１７ａ2，１７ｂ2の径方向の位置が大きくずれている部位ほど発生するカム推力は軸方向からずれることになる。このため、当該カム機構１０ｅにおいては、カムボール１７ｃが両カム溝１７ａ2，１７ｂ2の位置が大きくずれているカム溝の末端方向へ転動するほど、発生するカム推力は軸方向からずれることになる。従って、パイロットカム１７ａとメインカム１７ｂを相対回転させるに必要なトルクは、両カム１７ａ，１７ｂの相対回転に比例して増加することになって、カムボール１７ｃのカム溝１７ａ2，１７ｂ2からの乗り上げが大きく抑制されることになる。

また、当該カム機構１０ｅのこのような作動によれば、パイロットカム１７ａとメインカム１７ｂの相対回転の増加にしたがって、メインクラッチ機構１０ｃの締結力の増分が減少することになるため、低温でクラッチオイルの粘度が増加した場合や、急激な差動回転の入力による過大トルクの発生を大幅に抑制することができる。

本発明に係る駆動力伝達装置の一実施形態を示す断面図である。 同駆動力伝達装置が装備するカム機構を構成する各カムを対向させた状態の一部を省略した断面図（ａ）、および、同カム機構を構成するパイロットカムの内側からみた正面面（ｂ）である。 同駆動力伝達装置を装備した四輪駆動車のスケルトン図である。

１０…駆動力伝達装置、１０ａ…アウタケース、１０ｂ…インナシャフト、１０ｃ…メインクラッチ機構、１０ｄ…パイロットクラッチ機構、１０ｅ…カム機構、１１ａ…ハウジング、１１ｂ…リヤカバー、１１ｃ…筒体、１１ｄ…外スプライン、１１ｅ…内スプライン、１２ａ…インナクラッチプレート、１２ｂ…アウタクラッチプレート、１３…電磁石、１４…摩擦クラッチ、１４ａ…アウタクラッチプレート、１４ｂ…インナクラッチプレート、１５…アーマチャ、１６…ヨーク、１７ａ…パイロットカム、１７ａ1…外スプライン、１７ａ2…第１のカム溝、１７ｂ…メインカム、１７ｂ1…内スプライン、１７ｂ2…第２のカム溝、１７ｃ…カムボール、２１…トランスアクスル、２２…エンジン、２３ａ…フロントディファレンシャル、２３ｂ…リヤディファレンシャル、２４ａ，２４ｂ…アクスルシャフト、２５ａ，２５ｂ…前輪、２６ａ…第１プロペラシャフト、２６ｂ…第２プロペラシャフト、２７ａ，２７ｂ…アクスルシャフト、２８ａ，２８ｂ…後輪。

Claims (1)

1. 外側回転部材と同外側回転部材内にて同軸的かつ回転可能に位置する内側回転部材との間に、メインクラッチ機構、カム機構および電磁式のパイロットクラッチ機構を配設して構成され、前記パイロットクラッチ機構の電磁コイルに電流を印加することにより発生するパイロットトルクを前記カム機構にて軸方向のカム推力に変換し、同カム推力にて前記メインクラッチ機構を押圧して係合動作させて、前記両回転部材間のトルク伝達を行う駆動力伝達装置であり、
   前記カム機構は、前記パイロットクラッチ機構側に位置するパイロットカムと、前記メインクラッチ機構側に位置するメインカムと、前記パイロットカムに設けた第１のカム溝と前記メインカムに設けられて前記第１のカム溝に対向する第２のカム溝との間に嵌合するカムボールとからなり、前記パイロットクラッチトルクによって前記パイロットカムと前記メインカムが相対回転して軸方向のカム推力を発生させる構成のカム機構であり、
   前記パイロットカムの第１のカム溝および前記メインカムの第２のカム溝は回転軸に対する径方向の断面が円弧状を呈して周方向へ所定長さ延びていて、
   前記パイロットカムの第１のカム溝と前記メインカムの第２のカム溝の回転軸に対する径方向の位置は、カム溝の周方向の中心部では互いに略一致していて、カム溝の周方向の中心部から外側にいくにしたがってずれていることを特徴とする駆動力伝達装置。

Images