(57)【要約】【課題】外側部材および内側部材の両者間の双方向の動力の伝達と遮断とを自由に制御し得るクラッチ装置を提供する。【解決手段】内側部材２１および外側部材２２の間に、内側保持器２７、外側保持器２８およびスプラグ２９を配置し、内側ソレノイド１９ｉおよび外側ソレノイド１９ｏを共に消磁してスプラグ２９を起立させることで、内側部材２１および外側部材２２間の双方向の動力伝達を遮断し、内側ソレノイド１９ｉを励磁して内側保持器２７に回転抵抗を与えてスプラグ２９を傾斜させることで、外側部材２２の両方向の回転をスプラグ２９を介して内側部材２１に伝達可能にし、また外側ソレノイド１９ｏを励磁して外側保持器２８に回転抵抗を与えてスプラグ２９を傾斜させることで、内側部材２１の両方向の回転をスプラグ２９を介して外側部材２２に伝達可能にする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形の外周面（２１ａ）を有する内側部材（２１）と、内側部材（２１）の外周面（２１ａ）を囲む円形の内周面（２２ａ）を有する外側部材（２２）と、内側部材（２１）および外側部材（２２）間に揺動自在に配置された複数のスプラグ（２９）と、内側部材（２１）の外周面（２１ａ）に沿って相対回転自在に配置されてスプラグ（２９）の姿勢を制御する環状の内側保持器（２７）と、外側部材（２２）の内周面（２２ａ）に沿って相対回転自在に配置されてスプラグ（２９）の姿勢を制御する環状の外側保持器（２８）とを備えたクラッチ装置において、
外側部材（２２）あるいは内側部材（２１）に固定されて内側保持器（２７）および外側保持器（２８）をそれぞれ緩く貫通するピン（３１）に対して、センタリングばね（３２，３３）で内側保持器（２７）および外側保持器（２８）を中立位置に保持してスプラグ（２９）を起立姿勢に保持することで、外側部材（２２）および内側部材（２１）の相対回転を許容し、
内側保持器制御手段（１９ｉ，４３）で内側保持器（２７）に回転抵抗を与えてスプラグ（２９）を傾斜させることで、外側部材（２２）の両方向の回転をスプラグ（２９）を介して内側部材（２１）に伝達可能にし、
外側保持器制御手段（１９ｏ，４３）で外側保持器（２８）に回転抵抗を与えてスプラグ（２９）を傾斜させることで、内側部材（２１）の両方向の回転をスプラグ（２９）を介して外側部材（２２）に伝達可能にしたことを特徴とするクラッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円形の外周面を有する内側部材と、内側部材の外周面を囲む円形の内周面を有する外側部材と、内側部材および外側部材間に揺動自在に配置された複数のスプラグと、内側部材に外周面に沿って相対回転自在に配置されてスプラグの姿勢を制御する環状の内側保持器と、外側部材の内周面に沿って相対回転自在に配置されてスプラグの姿勢を制御する環状の外側保持器とを備えたクラッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるクラッチ装置は、特開２００１−６３３９９号公報により公知である。このクラッチ装置は外側部材と外側保持器とを一体化する電磁クラッチを備えており、電磁クラッチの非励磁時には外側部材および内側部材が相対回転することができ、電磁クラッチを励磁して外側部材と外側保持器とを一体化することにより、外側部材の回転をスプラグを介して内側部材に伝達可能にするとともに、内側部材の回転をスプラグを介して外側部材に伝達可能にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものは、外側部材から内側部材への動力伝達も内側部材から外側部材への動力伝達も、その回転方向が一方向に限られており、両方向の回転を伝達することができなかった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、外側部材および内側部材の両者間の双方向の動力の伝達と遮断とを自由に制御し得るクラッチ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、円形の外周面を有する内側部材と、内側部材の外周面を囲む円形の内周面を有する外側部材と、内側部材および外側部材間に揺動自在に配置された複数のスプラグと、内側部材の外周面に沿って相対回転自在に配置されてスプラグの姿勢を制御する環状の内側保持器と、外側部材の内周面に沿って相対回転自在に配置されてスプラグの姿勢を制御する環状の外側保持器とを備えたクラッチ装置において、外側部材あるいは内側部材に固定されて内側保持器および外側保持器をそれぞれ緩く貫通するピンに対して、センタリングばねで内側保持器および外側保持器を中立位置に保持してスプラグを起立姿勢に保持することで、外側部材および内側部材の相対回転を許容し、内側保持器制御手段で内側保持器に回転抵抗を与えてスプラグを傾斜させることで、外側部材の両方向の回転をスプラグを介して内側部材に伝達可能にし、外側保持器制御手段で外側保持器に回転抵抗を与えてスプラグを傾斜させることで、内側部材の両方向の回転をスプラグを介して外側部材に伝達可能にしたことを特徴とするクラッチ装置が提案される。
【０００６】
上記構成によれば、内側保持器制御手段および外側保持器制御手段を不作動にして内側保持器および外側保持器の回転抵抗を解除することで、スプラグを起立姿勢に保持して内側部材および外側部材の両方向の相対回転を可能にすることができる。また内側保持器制御手段で内側保持器に回転抵抗を与えてスプラグを傾斜させることで、外側部材が何れの方向に回転しても、その回転を内側部材に伝達することができ、逆に外側保持器制御手段で外側保持器に回転抵抗を与えてスプラグを傾斜させることで、内側部材が何れの方向に回転しても、その回転を外側部材に伝達することができる。更に、内側部材および外側部材のうちの従動側の回転数が駆動側の回転数を上回ったときには従動側を駆動側に対してオーバーランさせることができる。
【０００７】
尚、実施例の内側ソレノイド１９ｉ、外側ソレノイド１９ｏおよびブレーキシュー４３は本発明の内側保持器制御手段および外側保持器制御手段に対応する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図１４は本発明の第１実施例を示すもので、図１は四輪駆動車両の後輪駆動系の全体構成図、図２はクラッチ装置の縦断面図（図３の２−２線断面図）、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の要部拡大図（動力伝達遮断時）、図５は外側部材から内側部材への動力伝達時の作用説明図、図６は内側部材から外側部材への動力伝達時の作用説明図、図７クラッチ締結・解放判断処理ルーチンのフローチャート、図８はクラッチ解放処理ルーチンのフローチャート、図９はクラッチ締結処理ルーチンのフローチャート、図１０はアシスト／回生判断処理ルーチンのフローチャート、図１１はアシスト処理ルーチンのフローチャート、図１２は回生処理ルーチンのフローチャート、図１３および図１４は特定の走行パターンに対応するクラッチ制御のタイムチャートである。
【００１０】
図１に示すように、前輪をエンジンで駆動し、後輪Ｗｒ，Ｗｒを電気モータＭで駆動する四輪駆動車両において、電気モータＭと後輪Ｗｒ，Ｗｒのディファレンシャルギヤ１１との間に本実施例のクラッチ装置１２が配置される。左右の後輪Ｗｒ，Ｗｒの回転数を検出する回転数センサ１３Ｌ，１３Ｒと、クラッチ装置１２の出力側の回転数を検出する回転数センサ１４と、電気モータＭの回転数を検出する回転数センサ１５とに接続された電子制御ユニットＵは、バッテリ１６の電力で電気モータＭを駆動するパワードライブユニット１７の作動を制御するとともに、リレー１８ｉ，１８ｏを介してクラッチ装置１２の内側ソレノイド１９ｉおよび外側ソレノイド１９ｏの作動を制御する。
【００１１】
次に、図２〜図４を参照してクラッチ装置１２の構造を説明する。
【００１２】
クラッチ装置１２は、後輪Ｗｒ，Ｗｒに連なる回転軸よりなる内側部材２１と、その外周に軸線Ｌを共有して同軸に配置された概略円筒状の外側部材２２とを備えており、外側部材２２はその外周に一体に形成されてギヤ２３を介して電気モータＭに接続される。内側部材２１は、外側部材２２の内周に設けたボールベアリング２４と、車体に固定した取付ブラケット２５の内周に設けたボールベアリング２６とによって、外側部材２２に対して相対回転自在に支持される。内側部材２１の断面円形の外周面２１ａの外側には概略円筒状の内側保持器２７が相対回転自在に配置され、また外側部材２２の断面円形の内周面２２ａの内側には概略円筒状の外側保持器２８が相対回転自在に配置される。
【００１３】
内側保持器２７および外側保持器２８は軸線Ｌ方向に延びる複数本（実施例では各６本）の腕部２７ａ…，２８ａ…を備えており、隣接する腕部２７ａ…，２８ａ…間に形成された空間にそれぞれスプラグ２９…が揺動自在に保持される。各スプラグ２９は板ばね３０，３０で軸線Ｌを中心とする半径方向に起立するように付勢されており、その半径方向内端が内側部材２１の外周面２１ａに摺動自在に当接するとともに、その半径方向外端が外側部材２２の内周面２２ａに摺動自在に当接する。
【００１４】
外側部材２２の内周面２２ａに半径方向内向きに植設したピン３１が、外側保持器２８の一つの腕部２８ａに形成した長孔２８ｂと、内側保持器２７の一つの腕部２７ａに形成した長孔２７ｂとに摺動自在に嵌合しており、外側保持器２８の長孔２８ｂとピン３１との間に一対のセンタリングばね３２，３２が配置され、かつ内側保持器２７の長孔２７ｂとピン３１との間に一対のセンタリングばね３３，３３が配置される。これらのセンタリングばね３２，３２；３３，３３によって、外側部材２２、外側保持器２８および内側保持器２７の円周方向の位置関係が規制される。
【００１５】
内側保持器２７および外側保持器２８の軸線Ｌ方向の端部にそれぞれフランジ２７ｃ，２８ｃが形成されており、前記内側ソレノイド１９ｉがフランジ２７ｃに対向し、前記外側ソレノイド１９ｏがフランジ１８ｃに対向する。
【００１６】
次に、上記構成を備えたクラッチ装置１２の作用を説明する。
【００１７】
図４に示すように、内側ソレノイド１９ｉおよび外側ソレノイド１９ｏを共に消磁した状態では、両ソレノイド１９ｉ，１９ｏによる内側保持器２７および外側保持器２８の制動が行われないため、センタリングばね３２，３２；３３，３３によって外側部材２２、外側保持器２８および内側保持器２７の円周方向の位置関係が図示した状態に規制される。この状態ではスプラグ２９…が傾斜せずに起立しているため、外側部材２２が矢印Ａ方向あるいはＡ′方向に回転しても、スプラグ２９…が外側部材２２の内周面２２ａおよび内側部材２１の外周面２１ａに対してスリップすることで、前記外側部材２２の回転が内側部材２１に伝達されることはない。逆に、内側部材２１が矢印Ｂ方向あるいはＢ′方向に回転しても、スプラグ２９…が外側部材２２の内周面２２ａおよび内側部材２１の外周面２１ａに対してスリップすることで、前記内側部材２１の回転が外側部材２２に伝達されることはない。
【００１８】
図５（Ａ）に示すように、内側ソレノイド１９ｉを励磁して内側保持器２７の回転を制動した状態で、外側部材２２が矢印Ａ方向に回転すると、外側保持器２８は矢印Ａ方向に連れ回りするのに対し、内側保持器２７は制動されているため、スプラグ２９…が反時計方向に揺動して外側部材２２の内周面２２ａおよび内側部材２１の外周面２１ａに対して噛み込むことで、外側部材２２の矢印Ａ方向の回転に応じて内側部材２１は矢印Ｂ方向に回転し、外側部材２２から内側部材２１への動力伝達が達成される。
【００１９】
図５（Ｂ）に示すように、内側ソレノイド１９ｉを励磁して内側保持器２７の回転を制動した状態で、外側部材２２が矢印Ａ′方向に回転すると、外側保持器２８は矢印Ａ′方向に連れ回りするのに対し、内側保持器２７は制動されているため、スプラグ２９…が時計方向に揺動して外側部材２２の内周面２２ａおよび内側部材２１の外周面２１ａに対して噛み込むことで、外側部材２２の矢印Ａ′方向の回転に応じて内側部材２１は矢印Ｂ′方向に回転し、外側部材２２から内側部材２１への動力伝達が達成される。
【００２０】
図６（Ａ）に示すように、外側ソレノイド１９ｏを励磁して外側保持器２８の回転を制動した状態で、内側部材２１が矢印Ｂ方向に回転すると、内側保持器２７は矢印Ｂ方向に連れ回りするのに対し、外側保持器２８は制動されているため、スプラグ２９…が時計方向に揺動して外側部材２２の内周面２２ａおよび内側部材２１の外周面２１ａに対して噛み込むことで、内側部材２１の矢印Ｂ方向の回転に応じて外側部材２２は矢印Ａ方向に回転し、内側部材２１から外側部材２２への動力伝達が達成される。
【００２１】
図６（Ｂ）に示すように、外側ソレノイド１９ｏを励磁して外側保持器２８の回転を制動した状態で、内側部材２１が矢印Ｂ′方向に回転すると、内側保持器２７は矢印Ｂ′方向に連れ回りするのに対し、外側保持器２８は制動されているため、スプラグ２９…が反時計方向に揺動して外側部材２２の内周面２２ａおよび内側部材２１の外周面２１ａに対して噛み込むことで、内側部材２１の矢印Ｂ′方向の回転に応じて外側部材２２は矢印Ａ′方向に回転し、内側部材２１から外側部材２２への動力伝達が達成される。
【００２２】
そして、内側部材２１および外側部材２２のうちの従動側の回転数が駆動側の回転数を上回ったときには従動側を駆動側に対してオーバーランさせることができる。
【００２３】
次に、上記クラッチ装置１２を備えた四輪駆動車両の作用を説明する。
【００２４】
先ず、図７のフローチャートに基づいて、クラッチ締結／解放判断処理について説明する。ステップＳ１で車速ＶＣＡＲがクラッチ解放車速（例えば、７０ｋｍ／ｈ）を超えると、ステップＳ２でクラッチ装置１２を解放して後輪Ｗｒ，Ｗｒの駆動を停止する。一方、前記ステップＳ１で車速ＶＣＡＲがクラッチ解放車速以下であれば、ステップＳ３でクラッチ装置１２を締結して後輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動する。
【００２５】
図８は前記ステップＳ２（クラッチ解放）のサブルーチンであって、ステップＳ１１で外側ソレノイド１９ｏを消磁するとともに、ステップＳ１２で内側ソレノイド１９ｉを消磁することでクラッチ装置１２を解放し、電気モータＭと後輪Ｗｒ，Ｗｒとを切り離す。そしてステップＳ１３で電気モータＭの減速が完了するまで、ステップＳ１４で電気モータＭを減速する。
【００２６】
電気モータＭを減速するときに駆動時とは逆方向のトルクがかかることを利用し、クラッチ装置１２を解放するタイミングを僅かに遅らせるなどの設定をして減速側の逆方向のトルクを少し伝達すれば、電気モータＭの駆動時にスプラグ２９…が噛みこんだ状態でロックしていたものを外すことも可能である。
【００２７】
図９は前記ステップＳ３（クラッチ締結）のサブルーチンであって、ステップＳ２１でクラッチ装置１２の内側部材２１および外側部材２２の回転合わせが完了していなければ、ステップＳ２２で電気モータＭの回転数を制御することで、電気モータＭに接続された外側部材２２と後輪Ｗｒ，Ｗｒに接続された内側部材２１との回転合わせを行う。そしてステップＳ２１で回転合わせが完了すれば、ステップＳ２３で内側ソレノイド１９ｉを励磁することで、クラッチ装置１２を締結して電気モータＭから後輪Ｗｒ，Ｗｒへの駆動力の伝達を可能にする。
【００２８】
次に、図１０のフローチャートに基づいて、アシスト／回生判断処理について説明する。ステップＳ３１でクラッチ装置１２が締結中であり、ステップＳ３２でアクセルペダルがオンされるかブレーキペダルがオフされれば、エンジンの駆動力を電気モータＭの駆動力でアシストすべくアシスト指令が出力される。また前記ステップＳ３２でアクセルペダルがオフされてブレーキペダルがオンされれば、ステップＳ３４で車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収すべく、電気モータＭを発電機として機能させて回生制動を行うべく回生指令が出力される。
【００２９】
図１１は前記ステップＳ３３（アシスト指令）のサブルーチンを示すもので、ステップＳ４１で外側ソレノイド１９ｏを消磁し、ステップＳ４２で内側ソレノイド１９ｉを励磁することで、電気モータＭから後輪Ｗｒ，Ｗｒへの、つまり外側部材２２から内側部材２１への駆動力の伝達を可能にしてエンジンの駆動力を電気モータＭの駆動力でアシストする。
【００３０】
図１２は前記ステップＳ３４（回生指令）のサブルーチンを示すもので、ステップＳ５１で外側ソレノイド１９ｏを励磁し、ステップＳ５２で内側ソレノイド１９ｉを消磁することで、後輪Ｗｒ，Ｗｒから電気モータＭへの、つまり内側部材２１から外側部材２２への駆動力の伝達を可能にして電気モータＭを回生制動する。
【００３１】
次に、図１３のタイムチャートに基づいて、特定の走行パターンに応じたクラッチ装置１２の制御の一例を説明する。
【００３２】
車両が停止状態から加速して巡行状態に移行する領域ａでは、内側ソレノイド１９ｉを励磁して外側ソレノイド１９ｏを消磁することで、電気モータＭから後輪Ｗｒ，Ｗｒへの（外側部材２２から内側部材２１への）駆動力の伝達を可能にして後輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動する。車両が減速状態に入った領域ｂでは、内側ソレノイド１９ｉを消磁して外側ソレノイド１９ｏを励磁することで、後輪Ｗｒ，Ｗｒから電気モータＭへの（内側部材２１から外側部材２２への）駆動力の伝達を可能にして回生制動を行う。車両が巡行状態から加速状態に移行する領域ｃでは、内側ソレノイド１９ｉを励磁して外側ソレノイド１９ｏを消磁することで、電気モータＭから後輪Ｗｒ，Ｗｒへの（外側部材２２から内側部材２１への）駆動力の伝達を可能にして後輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動する。
【００３３】
車速が７０ｋｍ／ｈを超える領域ｄでは、内側ソレノイド１９ｉおよび外側ソレノイド１９ｏの両方を消磁してクラッチ装置１２の締結を解除し、電気モータＭおよび後輪Ｗｒ，Ｗｒ間の連結を切り離す。車速が７０ｋｍ／ｈ以下になった減速領域ｅでは、内側ソレノイド１９ｉを消磁して外側ソレノイド１９ｏを励磁することで、後輪Ｗｒ，Ｗｒから電気モータＭへの（内側部材２１から外側部材２２への）駆動力の伝達を可能にして回生制動を行う。車両が停止した領域ｆでは、内側ソレノイド１９ｉおよび外側ソレノイド１９ｏの両方を消磁してクラッチ装置１２の締結を解除し、電気モータＭおよび後輪Ｗｒ，Ｗｒ間の連結を切り離す。
【００３４】
図１４のタイムチャートは、図１３と同じ走行パターンに応じたクラッチ装置１２の制御を説明するもので、内側部材２１および外側部材２２の回転方向が図１３のものと逆になっており、クラッチ装置１２が両方の回転方向に対して同じ機能を発揮することを示している。
【００３５】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３６】
例えば、実施例では内側保持器２７および外側保持器２８をそれぞれ内側ソレノイド１９ｉおよび外側ソレノイド１９ｏで制動しているが、図１５に示すようにアクチュエータ４１によって支点４２まわりに揺動するブレーキシュー４３を内側保持器２７または外側保持器２８に押し付けて制動を行うことも可能である。
【００３７】
また実施例ではピン３１を外側部材２２に植設しているが、それを内側部材２１に植設しても良い。その際に、電気モータＭで後輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動する四輪駆動車両の場合には、車両停止時からの駆動を考慮すると、駆動側、即ち電気モータＭ側にピンを３１を植設する必要がある。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、内側保持器制御手段および外側保持器制御手段を不作動にして内側保持器および外側保持器の回転抵抗を解除することで、スプラグを起立姿勢に保持して内側部材および外側部材の両方向の相対回転を可能にすることができる。また内側保持器制御手段で内側保持器に回転抵抗を与えてスプラグを傾斜させることで、外側部材が何れの方向に回転しても、その回転を内側部材に伝達することができ、逆に外側保持器制御手段で外側保持器に回転抵抗を与えてスプラグを傾斜させることで、内側部材が何れの方向に回転しても、その回転を外側部材に伝達することができる。更に、内側部材および外側部材のうちの従動側の回転数が駆動側の回転数を上回ったときには従動側を駆動側に対してオーバーランさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】四輪駆動車両の後輪駆動系の全体構成図
【図２】クラッチ装置の縦断面図（図３の２−２線断面図）
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の要部拡大図（動力伝達遮断時）
【図５】外側部材から内側部材への動力伝達時の作用説明図
【図６】内側部材から外側部材への動力伝達時の作用説明図
【図７】クラッチ締結・解放判断処理ルーチンのフローチャート
【図８】クラッチ解放処理ルーチンのフローチャート
【図９】クラッチ締結処理ルーチンのフローチャート
【図１０】アシスト／回生判断処理ルーチンのフローチャート
【図１１】アシスト処理ルーチンのフローチャート
【図１２】回生処理ルーチンのフローチャート
【図１３】特定の走行パターンに対応するクラッチ制御のタイムチャート
【図１４】特定の走行パターンに対応するクラッチ制御のタイムチャート
【図１５】第２実施例に係るクラッチ装置を示す、前記図２に対応する図
【符号の説明】
１９ｉ　　　ソレノイド（内側保持器制御手段）
１９ｏ　　　ソレノイド（外側保持器制御手段）
２１　　　　内側部材
２１ａ　　　外周面
２２　　　　外側部材
２２ａ　　　内周面
２７　　　　内側保持器
２８　　　　外側保持器
２９　　　　スプラグ
３２　　　　センタリングばね
３３　　　　センタリングばね
４３　　　　ブレーキシュー（内側保持器制御手段、外側保持器制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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