(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される第１の回転体と、この第１の回転部材に対して同軸に相対回転可能な第２の回転体と、前記第１の回転体から前記第２の回転体に駆動力を伝達する多板クラッチと、この多板クラッチを押圧してそのクラッチプレートを互いに密着させるピストンと、前記第１の回転体が前記第２の回転体に対して相対回転したときに前記ピストンを前記多板クラッチに向かって付勢するカム機構とを備え、
前記カム機構は、前記第１の回転体と一体に回転し、かつその回転軸線の円周方向に対して角度θをなして傾斜するカム面を有したカム体と、前記カム面によって駆動される駆動体と、前記第２の回転体と一体に回転し、かつ前記駆動体により前記回転軸線方向に変位させられて前記ピストンを押圧する押圧体と、この押圧体と前記カム体とによって形成され、かつ前記駆動体を高粘性流体中に浸漬させた状態で収納する作動室とを有し、
前記カム面の傾斜角度θの値は、前記駆動体と前記押圧体との間の摩擦係数をμと表した時に、ａｒｃｔａｎ（μ）で表される角度よりは大きく、かつ前記駆動体が、前記カム体によって駆動されて前記高粘性流体中を移動する際に受ける粘性抵抗と前記押圧体との間に生じる摩擦抵抗とによって、前記カム面から受ける駆動力に抗して前記カム面を登り、前記押圧体を前記ピストン側に変位させることが可能な最大角度よりは小さく設定されている
ことを特徴とする速度感応形多板クラッチカップリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに同軸な一対の回転軸間に介装されて、一方の回転軸から他方の回転軸に駆動力を伝達するカップリングに関し、より詳しくは、両回転軸間の回転速度差に応じて伝達する駆動力の大きさを制御可能な、速度感応カップリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、４輪駆動車が広く普及しているが、４輪駆動車のなかには、後輪を駆動するプロペラシャフトの途中にカップリングを介装し、前輪と後輪との間に回転数差が生じた際にのみ後輪に駆動力を伝達する構成としたものがある。
前記カップリングとしては、あるいは多板クラッチを用いたカップリング等があるが、多板クラッチを用いたカップリングにおいては、多板クラッチを押圧してクラッチプレートを互いに密着させることにより、駆動力を伝達させることができる。
【０００３】
このような多板クラッチを用いたカップリングの基本構造を、図３を参照して説明すると、図３中に符号１で示される多板クラッチにおいては、図示されない一方の回転軸と一体に回転するプレート１ａと、やはり図示されない他方の回転軸と一体に回転するプレート１ｂとが、交互に並ぶように配設されている。
また、前記多板クラッチ１は、ハウジング２とピストン３とにより挟持されており、前記ピストン３によって各プレート１ａ，１ｂを前記ハウジング２に押圧することにより、多板クラッチ１の各プレート１ａ，１ｂが互いに密着させられる。そして、各プレート１ａ，１ｂ間に生じる摩擦力によって、一方の回転軸から他方の回転軸に駆動力が伝達される。
【０００４】
一方、ピストン３を多板クラッチ１に押圧するために、カム機構４が設けられている。
前記カム機構４は、回転軸線Ｃの円周方向に対して角度θをなして傾斜するカム面５が形成されたカム体６と、前記カム面５によって駆動されるボール７と、このボール７を案内する溝８が凹設され、かつ前記ボール７によって回転軸線Ｃ方向に変位させられて前記ピストン３を押圧する押圧体９とを有している。
前記カム体６は一方の回転軸と一体に回転し、かつ前記押圧体９は他方の回転軸と一体に回転する。すると、カム体６が押圧体９に対して矢印Ａ方向に相対回転すると、ボール７はカム面５に対して垂直な押圧力Ｆによって駆動される。
この時、前記押圧力Ｆの回転軸線Ｃ方向の分力をＮ、円周方向の分力をＤとすると、ボール７は前記分力Ｎによって押圧体９を押圧するとともに、前記分力Ｄによって駆動されてカム体６と一体に前進する。
【０００５】
ところで、ボール７と押圧体９との摩擦係数をμで表すと、ボール７には前記分力Ｄに抗してボール７を後退させようとする摩擦力μ・Ｎが作用する。したがって、前記摩擦力μ・Ｎの値が前記駆動力Ｄの値よりも大きい場合、
すなわち、
μ・Ｎ  ＞  Ｄ
なる関係を満たす場合には、ボール７はカム面５を登り、押圧体９を回転軸線Ｃ方向（図示右方向）に変位させることができる。
ここで、Ｎ＝Ｆ・ｃｏｓθ、Ｄ＝Ｆ・ｓｉｎθと表すことができるから、
μ・Ｆ・ｃｏｓθ  ＞  Ｆ・ｓｉｎθ
したがって、
μ  ＞  ｔａｎθ
すなわち、カム面５の傾斜角θを、
ａｒｃｔａｎ（μ）  ＞  θ
を満たす角度、すなわち摩擦係数μで定義される摩擦角より小さくなるように設定しておけば、カム体６が押圧体９に対して相対回転すると、押圧体９はボール７によって必ず押圧されて回転軸線Ｃ方向に変位する。
そして、押圧体９が回転軸線Ｃ方向に変位すると、ピストン３が多板クラッチ１のクラッチプレート１ａ，１ｂを互いに密着させるので、一方の回転軸から他方の回転軸に駆動力が伝達される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した多板クラッチを用いたカップリングにおいては、カム体６と押圧体９との間に相対回転が生じると直ちに多板クラッチ１がピストン３によって押圧され、一方の回転軸から他方の回転軸に駆動力が伝達される。
すなわち、従来の多板クラッチを用いたカップリングにおいては、一方の回転軸が他方の回転軸に対して相対回転すると多板クラッチ１がＯＮ／ＯＦＦ動作するのみであり、一方の回転軸と他方の回転軸との回転速度差に応じて多板クラッチが伝達する駆動力の大きさを制御する機能を全く有していない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、一方の回転軸と他方の回転軸との回転速度差に応じて、多板クラッチが伝達する駆動力の大きさを制御することができる速度感応カップリングを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の速度感応形カップリングは、回転駆動される第１の回転体と、この第１の回転部材に対して同軸に相対回転可能な第２の回転体と、前記第１の回転体から前記第２の回転体に駆動力を伝達する多板クラッチと、この多板クラッチを押圧してそのクラッチプレートを互いに密着させるピストンと、前記第１の回転体が前記第２の回転体に対して相対回転したときに前記ピストンを前記多板クラッチに向かって付勢するカム機構とを備える。
そして、前記カム機構は、前記第１の回転体と一体に回転し、かつその回転軸線の円周方向に対して角度θをなして傾斜するカム面を有したカム体と、前記カム面によって駆動される駆動体と、前記第２の回転体と一体に回転し、かつ前記駆動体により前記回転軸線方向に変位させられて前記ピストンを押圧する押圧体と、この押圧体と前記カム体とによって形成され、かつ前記駆動体を高粘性流体中に浸漬させた状態で収納する作動室とを有する。
一方、前記カム面の傾斜角度θの値は、前記駆動体と前記押圧体との間の摩擦係数をμと表した時にａｒｃｔａｎ（μ）で表される角度よりは大きく、かつ前記駆動体が、前記カム面によって駆動されて前記高粘性流体中を前進する際に受ける粘性抵抗と前記押圧体との間に生じる摩擦抵抗とによって、前記カム面から受ける駆動力に抗して前記カム面を登り、前記押圧体を前記ピストン側に変位させることが可能な最大角度より小さく設定される。
【０００９】
すなわち、本発明の速度感応形カップリングにおいては、このカップリングが介装される一対の回転軸間に回転数差が生じると、第１の回転体と第２の回転体、すなわちカム機構のカム体と押圧体との間に回転数差が生じる。
これにより、駆動体はカム体によって駆動され、押圧体に対して相対変位するので、駆動体と押圧体との間に摩擦抵抗が生じる。
ところが、カム体に形成されたカム面の傾斜角度が、駆動体と押圧体との間の摩擦係数によって定義される摩擦角より大きく設定されているので、駆動体は押圧体との間に生じる摩擦抵抗によってはカム面を登ることができず、したがって駆動体は押圧体を変位させることができない。
しかし、カム体と押圧体との間の回転数差が次第に大きくなると、カム体に駆動されて高粘性流体中を移動する駆動体には次第に大きな粘性抵抗が作用する。
これにより、駆動体は、押圧体との間に生じる摩擦抵抗力と高粘性流体との間に生じる粘性抵抗力の両方を受け、カム体から受ける駆動力に抗してカム面を登り、押圧体をピストン側に変位させる。
そして、駆動体が押圧体を変位させる押圧力は、駆動体に作用する粘性抵抗の大きさに比例するので、多板クラッチが伝達する駆動力の大きさを一対の回転軸間に生じた回転数差に応じて制御することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態の速度感応形多板クラッチカップリングを、図１および図２を参照して詳細に説明する。
ここで、図１は本発明に係る一実施形態の速度感応形多板クラッチカップリングの半断面図、図２は図１中に示したカム機構の作動を模式的に説明する断面図である。
【００１１】
まず、本実施形態の速度感応形多板クラッチカップリングの全体構造を、図１を参照して説明する。
図１に示したように、本実施形態の速度感応形多板クラッチカップリング１００は、第１の回転軸１１のフランジ部分１２に固着された、後述するカム機構のカム体１３と、円筒部分１４およびエンドカバー１５から形成されたハウジング１６とが、第１の回転軸１１と一体に回転する第１の回転体を構成している。
また、カム体１３とエンドカバー１５とにそれぞれ取り付けられた一対の軸受１７により、第２の回転体としての第２の回転軸１８が、第１の回転軸１１に対して同軸かつ相対回転自在に支持されている。
【００１２】
また、前記ハウジング１６と第２の回転軸１８との間には、多板クラッチ２０が介装されている。
この多板クラッチ２０は、前記円筒部分１４の内壁面に形成された雌スプライン１４ａに外周縁部が係合し、第１の回転軸１１と一体に回転する複数枚のアウタプレート２１と、第２の回転軸１８に形成された雄スプライン部分１８ａに内周縁部が係合し、第２の回転軸１８と一体に回転する複数枚のインナプレート２２とを、交互に並べて積層したものである。
そして、これらのアウタプレート２１およびインナプレート２２は、前記エンドカバー１５とピストン２３とにより回転軸線Ｃ方向に挟装されている。
なお、前記ピストン２３は、前記雌スプライン１４ａと係合し、第１の回転軸１１とは一体に回転するが、回転軸線Ｃ方向には変位可能とされている。
【００１３】
また、前記ハウジング１６内には、前記ピストン２３を前記エンドカバー１５側に向かって押圧し、多板クラッチ２０の各々プレート２１，２２を密着させるカム機構３０が内蔵されている。
このカム機構３０は、前記カム体１３に凹設されたカム面３１に当接して駆動される駆動体としてのボール３２と、このボール３２を案内する溝３３が凹設され、かつ前記ボール３２によって回転軸線Ｃ方向に変位させられて前記ピストン２３を押圧する押圧体３４とを備えている。そして、前記押圧体３４は、その内周縁部が第２の回転軸１８に形成された雄スプライン１８ｂに係合し、第２の回転軸１８と一体に回転するようにされている。
また、前記カム体１３と前記押圧体３４との間の隙間は作動室３５とされ、シリコンオイル等の高粘性流体が充填されている。そして、この高粘性流体は、Ｘリング３６，３７によって外部に漏れ出さないように封止されている。
【００１４】
なお、図２に示したように、前記カム面３１の回転軸線Ｃ方向の傾斜角θの大きさは、ボール３２と押圧体３４との間の摩擦係数をμで表した時に、前記摩擦係数μによって定義される摩擦角ａｒｃｔａｎ（μ）の値よりも大きく設定されている。
次に、上述のように構成された本実施形態の速度感応形多板クラッチカップリング１００の作動について、図２を参照して説明する。
【００１５】
まず、第１の回転軸１１と第２の回転軸１８との間に回転数差が生じ、カム機構３０のカム体１３が、図２に示したように、押圧体３４に対して矢印Ａ方向に相対回転するものとすると、ボール３２はカム面３１に対して垂直な押圧力Ｆによって押圧されて駆動される。
この時、前記押圧力Ｆの回転軸線Ｃ方向の分力をＮ、円周方向の分力をＤとすると、ボール３２は前記分力Ｎによって押圧体３４を回転軸線Ｃ方向に押圧するとともに、前記分力Ｄによって駆動されてカム体１３と一体に、かつ回転軸線Ｃの円周方向に、作動室３５内に満たされた高粘性流体中を移動する。
【００１６】
ところで、ボール３２と押圧体３４との間の摩擦係数をμで表すと、ボール３２には前記分力Ｄに抗してボール３２を後退させようとする摩擦力μ・Ｎが作用する。
しかしながら、カム体１３に形成されたカム面３１の傾斜角θの値が、前記摩擦係数μによって定義される摩擦角ａｒｃｔａｎ（μ）の値よりも大きく設定されているので、ボール３２は、押圧体３４との間に生じる摩擦力μ・Ｎのみによってはカム面３１を登ることができない。
これにより、ボール３２は、カム面３１を登ることによって押圧体３４を多板クラッチ２０側に変位させることができず、したがってピストン２３が多板クラッチ２０を押圧してそのクラッチプレートを密着させることはない。
【００１７】
一方、第１の回転軸１１と第２の回転軸１８との回転数差が大きくなると、カム体１３によって駆動されるボール３２が、作動室３５に封入された高粘性流体中を高速に移動するから、ボール３２には高粘性流体との間に生じる大きな粘性抵抗力Ｖが作用する。
したがって、ボール３２に作用する前記摩擦力μ・Ｎと前記粘性抵抗力Ｖとの和が前記駆動力Ｄの値よりも大きい場合、
すなわち、
μ・Ｎ＋Ｖ  ＞  Ｄ                      （１）
なる関係を満たす場合には、ボール３２はカム面３１を登り、押圧体３４を回転軸線Ｃ方向（図示右方向）に変位させることができる。
【００１８】
ここで、（１）式において、Ｎ＝Ｆ・ｃｏｓθ、Ｄ＝Ｆ・ｓｉｎθと表すことができるから、
μ・Ｆ・ｃｏｓθ＋Ｖ  ＞  Ｆ・ｓｉｎθ          （２）
したがって、
0003574274.tif 000002
ここで、前記カム面３１の傾斜角θは、本実施形態においては
ｔａｎθ  ＞  μ                    （４）
なる関係を満たすように設定されているので、第（３）式の右辺は、Ｏ≦θ≦９０°の範囲で正となり、（３）式から、ボール３２に作用する粘性抵抗力Ｖの最大値と押圧力Ｆの最大値の比の値の大きさに応じて、カム面３１に許容される最大傾斜角θｍａｘ  の値を求めることができる。
そして、カム面３１の傾斜角θを
θｍａｘ  ＞  θ  ＞  ａｒｃｔａｎ（μ）      （５）
なる関係を満たすように設定することにより、ボール３２は、ボール３２に作用する粘性抵抗力Ｖによってカム面３１を登り、押圧体３４を介してピストン２３を多板クラッチ２０側に変位させることができる。
【００１９】
すなわち、本実施形態の速度感応形多板クラッチカップリング１００は、作動室３５内に満たされた高粘性流体中を移動するボール３２に作用する粘性抵抗力Ｖによって、ピストン２３を多板クラッチ２０側に変位させるように構成したので、第１の回転軸１１の第２の回転軸１８に対する相対回転速度に応じて、多板クラッチ２０が伝達する駆動力の大きさを制御することができる。
これにより、従来の多板クラッチカップリングにおいては、第１の回転軸が第２の回転軸に対して相対回転すると直ちに多板クラッチが直結状態となる、いわばＯＮ／ＯＦＦ制御しかできなかったが、本実施形態の速度感応形多板クラッチカップリング１００によれば、第１の回転軸１１の第２の回転軸１８に対する相対回転速度に応じて、多板クラッチ２０が伝達する駆動力の大きさを制御できることとなり、第１の回転軸１１から第２の回転軸１８に対して滑らかに駆動力を伝達することができる。
【００２０】
以上、本発明に係る速度感応形多板クラッチカップリングの一実施形態について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、多板クラッチ２０を押圧するピストン２３とカム機構３０の押圧体３４とを別部品として構成しているが、カム機構３０の押圧体３４をピストン２３と一体に形成することができることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の速度感応形多板クラッチカップリングは、カム面の傾斜角を駆動体と押圧体との間の摩擦係数から定まる摩擦角より大きく設定するとともに、駆動体が高粘性流体中を移動して粘性抵抗力を受けると、駆動体が粘性抵抗力によってカム面を登り、押圧体を介して多板クラッチをピストンを変位させるように構成したものである。
これにより、本発明の速度感応形多板クラッチカップリングによれば、このカップリングが介装される第１の回転軸と第２の回転軸との間の相対回転速度に応じて、多板クラッチが伝達する駆動力の大きさを制御できることとなり、第１の回転軸と第２の回転軸との間で滑らかに駆動力を断接させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の速度感応形多板クラッチカップリングの判断面図である。
【図２】図１中に示したカム機構の作動を模式的に説明する断面図である。
【図３】従来のカップリングのカム機構の作動を模式的に説明する断面図である。
【符号の説明】
１    多板クラッチ
２    ピストン
３    カム機構
４    カム面
５    カム部材
６    ボール
７    カム面
８    押圧体
１１    第１の回転軸
１２    フランジ部分
１３    カム部材
１４    円筒部分
１４ａ    雌スプライン
１５    エンドカバー
１６    ハウジング
１７    軸受
１８    第２の回転軸
１８ａ，１８ｂ    雄スプライン
２０    多板クラッチ
２１    アウタプレート
２２    インナプレート
２３    ピストン
３０    カム機構
３１    カム面
３２    ボール（駆動体）
３３    カム面
３４    押圧体
３５    作動室
３６，３７    Ｘリング
１００    本発明による速度感応カップリング
【図１】
0003574274.tif 000003
【図２】
0003574274.tif 000004
【図３】
0003574274.tif 000005