(57)【要約】【課題】係合部材同士を係合させる際に消費される電力の増加を抑制しつつ解放時の係合部材間の隙間を拡げることが可能な係合装置を提供する。【解決手段】本発明の係合装置１０Ａは、クラッチ部材１３を有する第１回転部材１１と、クラッチ部材１３を挟むように配置されるベース部材１４及びカム機構１５が設けられた第２回転部材１２と、通電時にクラッチ部材１３をカム機構１５の第２カム部材２１と接触する位置に駆動可能な磁力を発生する電磁コイル３２とを備え、カム機構１５はベース部材１４と一体に回転する第１カム部材２０と、第１カム部材２０に対して相対回転可能な第２カム部材２１とを有し、第２カム部材２１が第１カム部材２０に対して相対回転した場合に第２カム部材２１をベース部材１４側に押し、第２カム部材２１によりクラッチ部材１３をベース部材１４に押し付ける。【選択図】図１
2012122563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の軸線の回りに相対回転可能に設けられた第１係合部材及び第２係合部材を備えた係合装置において、
前記第１係合部材は、前記軸線方向に移動可能に設けられた磁性材料製のクラッチ部材を備え、
前記第２係合部材は、前記クラッチ部材と前記軸線方向に並ぶように設けられた第１摩擦部材と、前記第１摩擦部材との間に前記クラッチ部材が挟まれるように前記クラッチ部材及び前記第１摩擦部材と前記軸線方向に並べて設けられ、かつ前記第１摩擦部材に対して相対回転可能であるとともに前記軸線方向に移動可能な磁性材料製の第２摩擦部材と、を備え、
通電された場合に前記第２摩擦部材と前記クラッチ部材との間に磁路を形成し、電磁力により前記クラッチ部材を前記第２摩擦部材に吸着させる電磁駆動手段と、前記第１摩擦部材と一体に回転する第１カム部材、及び前記第１カム部材と同軸に配置され、前記第１カム部材に対して相対回転可能かつ前記軸線方向に移動可能に設けられて前記第２摩擦部材と一体に回転する第２カム部材を有し、前記第２カム部材が前記第１カム部材に対して相対回転した場合に前記第２摩擦部材を前記第１摩擦部材側に押す力を発生して前記第２摩擦部材により前記クラッチ部材を前記第１摩擦部材に押し付けるカム機構と、を備えている係合装置。
【請求項２】
前記第２摩擦部材と前記第２カム部材とは前記軸線方向に並ぶように配置されるとともに一体化されている請求項１に記載の係合装置。
【請求項３】
前記第２カム部材は磁性材料製であり、
前記電磁駆動手段への通電時に前記第２摩擦部材及び前記第２カム部材がヨークとして機能する請求項２に記載の係合装置。
【請求項４】
前記カム機構は、前記係合装置を前記軸線方向から見た場合に前記第１摩擦部材のうち前記クラッチ部材が押し付けられる範囲と重なるように配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の係合装置。
【請求項５】
前記クラッチ部材が前記第１摩擦部材及び前記第２摩擦部材の両方から離れた解放位置に移動するように前記クラッチ部材を付勢するバネ手段をさらに備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載の係合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１係合部材と第２係合部材とを係合させたり離間させたりすることにより、これら係合部材間の動力伝達を許容したり阻止したりする係合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力側の係合部材と出力側の係合部材とを係合させたり離間させたりして、これら係合部材間の動力伝達状態を切り替える係合装置が知られている。また、一対のカム部材を有し、一方のカム部材が他方のカム部材に対して相対回転した場合に入力側の係合部材及び出力側の係合部材のうちの一方を他方に押し付ける力が発生するカム機構が設けられた係合装置が知られている。例えば、軸線方向の間隔が相対回転によって拡大するように構成された一対のカム部材のうち、一方のカム部材を電磁コイルの電磁力にて吸引して軸線方向に移動させることにより相対回転を促し、これによりそのカム部材を係合対象である回転部材に押し付けて係合部材同士を係合させるとともにそれらの間の摩擦係合力を増大させる係合装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０６０８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されているような係合装置においては、解放時に一方の係合部材が他方の係合部材の回転に引き摺られて回転しないようにするためには係合部材間の隙間を大きくする必要がある。この場合、これら係合部材同士を係合させる際に電磁コイルで発生させるべき磁力を大きくする必要があるため、電力消費が増加するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、係合部材同士を係合させる際に消費される電力の増加を抑制しつつ解放時の係合部材間の隙間を拡げることが可能な係合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の係合装置は、共通の軸線の回りに相対回転可能に設けられた第１係合部材及び第２係合部材を備えた係合装置において、前記第１係合部材は、前記軸線方向に移動可能に設けられた磁性材料製のクラッチ部材を備え、前記第２係合部材は、前記クラッチ部材と前記軸線方向に並ぶように設けられた第１摩擦部材と、前記第１摩擦部材との間に前記クラッチ部材が挟まれるように前記クラッチ部材及び前記第１摩擦部材と前記軸線方向に並べて設けられ、かつ前記第１摩擦部材に対して相対回転可能であるとともに前記軸線方向に移動可能な磁性材料製の第２摩擦部材と、を備え、通電された場合に前記第２摩擦部材と前記クラッチ部材との間に磁路を形成し、電磁力により前記クラッチ部材を前記第２摩擦部材に吸着させる電磁駆動手段と、前記第１摩擦部材と一体に回転する第１カム部材、及び前記第１カム部材と同軸に配置され、前記第１カム部材に対して相対回転可能かつ前記軸線方向に移動可能に設けられて前記第２摩擦部材と一体に回転する第２カム部材を有し、前記第２カム部材が前記第１カム部材に対して相対回転した場合に前記第２摩擦部材を前記第１摩擦部材側に押す力を発生して前記第２摩擦部材により前記クラッチ部材を前記第１摩擦部材に押し付けるカム機構と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の係合装置では、第１係合部材と第２係合部材とを係合させる場合に、まず電磁駆動手段によりクラッチ部材を第２摩擦部材に吸着させる。この際、係合装置が係合部材間で伝達されるトルクを制御可能なように構成されている場合には、電磁駆動手段にて発生する磁力を調整してクラッチ部材と第２摩擦部材との間に滑りが生じてこれらが接触しつつ互いに異なる回転数で回転するようにクラッチ部材を吸着させる。なお、電磁駆動手段で発生させるべき磁力は、係合部材間で伝達すべきトルクに応じて変更すればよい。係合部材間で伝達されるトルクを制御する必要が無い場合には、第２摩擦部材とクラッチ部材とが一体に回転するように吸着させればよい。すなわち、本発明の係合装置では、クラッチ部材を第２摩擦部材に吸着させる場合に第２摩擦部材とクラッチ部材とが一体に回転するように吸着させてもよいし、クラッチ部材と第２摩擦部材との間に滑りが生じてこれらが接触しつつ互いに異なる回転数で回転するように吸着させてもよい。クラッチ部材が第２摩擦部材に吸着すると第２摩擦部材と一体に回転する第２カム部材が第１カム部材に対して相対回転するので、カム機構により第２摩擦部材が第１摩擦部材側に押され、第２摩擦部材によりクラッチ部材が第１摩擦部材に押し付けられて第１係合部材と第２係合部材とが係合される。
【０００８】
このように本発明の係合装置によれば、電磁駆動手段はクラッチ部材を第２摩擦部材に吸着させることが可能な磁力を発生できればよい。そのため、係合部材同士を係合させる際に電磁駆動手段で消費される電力が増加することを抑制できる。また、本発明の係合装置では、クラッチ手段と第１摩擦部材との間及びクラッチ手段と第２摩擦部材との間の両方に隙間を設けることができる。そのため、解放時における第１係合部材と第２係合部材との間の隙間を拡げることができる。従って、本発明の係合装置によれば、係合部材同士を係合させる際に消費される電力の増加を抑制しつつ解放時の係合部材間の隙間を拡げることができる。
【０００９】
本発明の係合装置の一形態においては、前記第２摩擦部材と前記第２カム部材とは前記軸線方向に並ぶように配置されるとともに一体化されていてもよい（請求項２）。このように第２摩擦部材と第２カム部材とを一体化することにより係合装置の部品数を低減できるので、コストを低減できる。また、第２摩擦部材と第２カム部材とは軸線方向に並ぶように配置されるので、これらの部材を一体化させることにより軸線方向に並ぶ部品数を低減できる。そのため、係合装置の軸線方向の寸法を短縮できる。
【００１０】
この形態において、前記第２カム部材は磁性材料製であり、前記電磁駆動手段への通電時に前記第２摩擦部材及び前記第２カム部材がヨークとして機能してもよい（請求項３）。この場合、さらに係合装置の部品数を低減できる。
【００１１】
本発明の係合装置の一形態において、前記カム機構は、前記係合装置を前記軸線方向から見た場合に前記第１摩擦部材のうち前記クラッチ部材が押し付けられる範囲と重なるように配置されていてもよい（請求項４）。この場合、カム機構で発生した力を第１摩擦部材とクラッチ部材とが接触する範囲に軸線方向から作用させることができる。そのため、クラッチ部材が第１摩擦部材や第２摩擦部材に偏って当たることやこれらが変形することを抑制できる。従って、これらの部分の寿命を延ばすことができる。また、クラッチ部材と各摩擦部材との間の摩擦係数を安定化させることができる。
【００１２】
本発明の係合装置の一形態においては、前記クラッチ部材が前記第１摩擦部材及び前記第２摩擦部材の両方から離れた解放位置に移動するように前記クラッチ部材を付勢するバネ手段をさらに備えていてもよい（請求項５）。この形態では、クラッチ手段に電磁吸引力やカム機構で発生した力が作用していない場合にバネ手段でクラッチ手段を解放位置に移動させ、係合装置を解放状態に切り替えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明の係合装置によれば、電磁駆動手段はクラッチ部材を第２摩擦部材に吸着させることが可能な磁力を発生できればよい。なお、この際にはクラッチ部材と第２摩擦部材とが一体に回転するような磁力を発生させてもよいし、クラッチ部材と第２摩擦部材との間に滑りが生じてこれらが接触しつつ互いに異なる回転数で回転するような磁力を発生させてもよい。また、クラッチ手段と第１摩擦部材との間及びクラッチ手段と第２摩擦部材との間の両方に隙間を設けることができる。そのため、係合部材同士を係合させる際に消費される電力の増加を抑制しつつ解放時の係合部材間の隙間を拡げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の形態に係る係合装置が組み込まれた動力伝達装置の一部を示す図。
【図２】第２係合部を軸線方向から見た図。
【図３】第１カム部材と第２カム部材との位相が一致しているときの第１カム部材と対向部とを径方向外側から見た図。
【図４】第１カム部材と第２カム部材との位相がずれているときの第１カム部材と対向部とを径方向外側から見た図。
【図５】電磁吸引力とトルク容量との関係を示す図。
【図６】カム角度と係合装置の最大伝達トルク容量との関係を示す図。
【図７】第１回転部材と第２回転部材とを係合させる場合の係合装置の各部の動作を示すフローチャート。
【図８】係合状態における第１の形態の係合装置を示す図。
【図９】図１に示した形態の変形例を示す図。
【図１０】本発明の第２の形態に係る係合装置を示す図。
【図１１】係合状態における第２の形態の係合装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る係合装置が組み込まれた動力伝達装置の一部を示している。この動力伝達装置１は、車両の自動変速機やハイブリッド車両の動力分配装置等に組み込まれて使用される。動力伝達装置１は、軸線Ａｘ方向に延びる第１回転軸２及び第２回転軸３を備えている。第１回転軸２は、軸線Ａｘの回りに回転可能な状態で不図示のベアリングを介してケース４に支持されている。第２回転軸３は、中空円筒状であり、第１回転軸２の周囲に第１回転軸２と同軸に設けられている。第２回転軸３は、軸線Ａｘの回りに回転可能かつ第１回転軸２に対して相対回転可能なように不図示のベアリングを介してケース４に支持されている。この図に示すように第１回転軸２は、その先端が第２回転軸３の端から突出するように設けられている。
【００１６】
また、動力伝達装置１は、第１回転軸２と第２回転軸３との間の動力伝達状態を切り替えるための係合装置１０Ａを備えている。係合装置１０Ａは、第１係合部材としての第１回転部材１１と、第２係合部材としての第２回転部材１２とを備えている。係合装置１０Ａは、これら回転部材１１、１２を係合させて回転軸２、３間の動力伝達を許容したり回転部材１１、１２を離間させてその動力伝達を阻止したりして動力伝達状態を切り替える。
【００１７】
第１回転部材１１は、磁性材料製のクラッチ部材１３を備えている。クラッチ部材１３は中空円板状であり、その内周面には軸線Ａｘ方向に延びるスプライン１３ａが設けられている。第１回転軸２の先端の外周面には、クラッチ部材１３のスプライン１３ａと噛み合うスプライン２ａが設けられている。クラッチ部材１３は、スプライン１３ａが第１回転軸２のスプライン２ａと噛み合うように第１回転軸２に取り付けられている。これによりクラッチ部材１３は、第１回転軸２と一体に回転するとともに軸線Ａｘ方向に移動可能なように第１回転軸２に取り付けられる。クラッチ部材１３のうち軸線Ａｘ方向を向く２面１３ｂ、１３ｃには摩擦材が設けられている。
【００１８】
第２回転部材１２は、第２回転軸３に取り付けられるベース部材１４と、カム機構１５とを備えている。ベース部材１４は、中空円板状の第１係合部１６と、第１係合部１６の外周端から軸線Ａｘ方向に延びる中空円筒状の円筒部１７とを備えている。この図に示すように円筒部１７の内径は、クラッチ部材１３の外径より大きく、クラッチ部材１３は円筒部１７の内部に配置される。これにより第１係合部１６とクラッチ部材１３とが軸線Ａｘ方向に並ぶように配置される。円筒部１７とクラッチ部材１３との間には何も配置されず、円筒部１７はクラッチ部材１３の径方向外側に隣り合うように設けられる。この図に示すように円筒部１７の外周面とケース４との間にはベアリング１８が設けられ、円筒部１７は軸線Ａｘの回りに回転可能なようにこのベアリング１８を介してケース４に支持されている。第１係合部１６の内周面には軸線Ａｘ方向に延びるスプライン１６ａが設けられている。第２回転軸３の先端の外周面には、第１係合部１６のスプライン１６ａと噛み合うスプライン３ａが設けられている。この図に示すようにベース部材１４は、第１係合部１６のスプライン１６ａが第２回転軸３のスプライン３ａと噛み合うように第２回転軸３に取り付けられている。そのため、ベース部材１４は第２回転軸３と一体に回転する。第１係合部１６の表面のうちクラッチ部材１３と対向する部分には、摩擦材１９が設けられている。
【００１９】
カム機構１５は、ベース部材１４に取り付けられた第１カム部材２０と、第１カム部材２０と軸線Ａｘ方向に並ぶように設けられた磁性材料製の第２カム部材２１と、それらカム部材２０、２１の間に介在する複数のカムボール２２とを備えている。第１カム部材２０はリング状をしている。この図に示すようにケース４にはベース部材１４の内部に突出する磁性材料製かつ円筒状の突出部５が設けられている。第１カム部材２０は、軸線Ａｘ回りに回転可能なように突出部５の外周面５ａに支持されている。また、第１カム部材２０の外周面には、軸線Ａｘ方向に延びるスプライン２０ａが設けられている。ベース部材１４の円筒部１７の先端の内周面には、第１カム部材２０のスプライン２０ａと噛み合うスプライン１７ａが設けられている。第１カム部材２０は、スプライン２０ａが円筒部１７のスプライン１７ａと噛み合うように円筒部１７に取り付けられている。そのため、第１カム部材２０は、ベース部材１４及び第２回転軸３のそれぞれと一体に回転する。円筒部１７には、第１カム部材２０がこの図に示した位置よりも第１係合部１６から離れる方向（この図の左側）に移動することを防止するためのスナップリング２３が設けられている。第１カム部材２０とケース４との間には、第１カム部材２０を軸線Ａｘ方向から回転可能に支持するスラストベアリング２４が設けられている。
【００２０】
第２カム部材２１は、第１カム部材２０とクラッチ部材１３との間に配置された円筒状の円筒部２５と、第１カム部材２０と対向するように円筒部２５の一端から径方向内側に延びるリング状のカム部２６と、クラッチ部材１３と対向するように円筒部２５の他端から径方向内側に延びる第２係合部２７とを備えている。この図に示すように第２係合部２７は、円筒部２５の一端から径方向に延びる接触部２７ａと、接触部２７ａの内周側の端部から軸線Ａｘ方向に延びる対向部２７ｂと、対向部２７ｂから径方向内側に延びる軸受支持部２７ｃとを備えている。対向部２７ｂは、その外周面が突出部５の内周面５ｂと対向するようにクラッチ部材１３から離れる方向に延びている。図２は、第２係合部２７を軸線Ａｘ方向から見た図である。この図に示すように接触部２７ａには、複数の阻害部２７ｄが設けられている。これら阻害部２７ｄは、非磁性体製であり、溶接等により接触部２７ａに取り付けられている。複数の阻害部２７ｄは、軸線Ａｘを中心とした同一円周上に所定の間隔で並ぶように配置されている。また、複数の阻害部２７ｄは、これら阻害部２７ｄによって第２係合部２７が径方向内側の部分と径方向外側の部分とに区分されるように径方向の中央部分に配置されている。
【００２１】
図１に示すように第２カム部材２１は、カム部２６が第１カム部材２０と同軸かつ軸線Ａｘ方向に並ぶとともに、第２係合部２７がクラッチ部材１３及び第１係合部１６と軸線Ａｘ方向に並ぶように設けられている。そのため、この図に示したように第１カム部材２０、カム部２６、第２係合部２７、クラッチ部材１３、及び第１係合部１６は、この順番で軸線Ａｘ方向に並ぶように配置されている。このように第１係合部１６と第２係合部２７とは、クラッチ部材１３を軸線Ａｘ方向の両側から挟むように配置されている。
【００２２】
円筒部１７の内径はカム部２６の外径及び第２係合部２７の外径よりも大きく、円筒部１７はカム部２６、第２係合部２７、及びクラッチ部材１３の径方向外側に設けられている。第２カム部材２１は、カム部２６の内周面が突出部５の外周面５ａに支持されるとともに対向部２７ｂの外周面が突出部５の内周面５ｂの内側に位置するように配置されている。第２カム部材２１は、このように突出部５に支持されることにより軸線Ａｘの回りに回転可能、かつ軸線Ａｘ方向に移動可能なようにケース４に支持されている。
【００２３】
第１カム部材２０には、カムボール２２と同数の複数のＶ字溝２８が設けられている。これら複数のＶ字溝２８は、図１に示すようにカム部２６と対向する面に設けられている。複数のＶ字溝２８は、同一円周上に所定の間隔で並ぶように配置されている。カム部２６には、第１カム部材２０のＶ字溝２８と同数かつ同じ形状の複数のＶ字溝２９が設けられている。これら複数のＶ字溝２９は、第１カム部材２０と対向する面に設けられている。複数のＶ字溝２９は、第１カム部材２０の複数のＶ字溝２８が配置されている円周と同じ径の円周上に複数のＶ字溝２８と同じ間隔で並ぶように配置されている。複数のカムボール２２は、第１カム部材２０とカム部２６との間に介在し、これら複数のＶ字溝２８、２９にて保持されている。図３及び図４は、第１カム部材２０とカム部２６とを径方向外側から見た図を示している。なお、図３は第１カム部材２０と第２カム部材２１との位相が一致している状態を、図４は第１カム部材２０と第２カム部材２１との位相がずれている状態をそれぞれ示している。図１に示すように各Ｖ字溝２８、２９は、軸線Ａｘを含む断面で切断した場合には断面半円形をなしている。また、図３及び図４に示すように半径方向から見ると、各Ｖ字溝２８、２９はＶ字状に形成されていて、各回転軸２、３の回転方向（図の上又は下方向）に関して深さが徐々に浅くなるように構成されている。
【００２４】
図１に示すように第２回転部材１２の第１係合部１６とクラッチ部材１３との間には、クラッチ部材１３を第１係合部１６から離れる方向に押す第１リターンスプリング３０が設けられている。第１リターンスプリング３０には、クラッチ部材１３と第１係合部１６とが別々に回転可能なようにベアリング３０ａが設けられている。また、第２回転部材１２の第２係合部２７とクラッチ部材１３との間には、クラッチ部材１３を第２係合部２７から離れる方向に押す第２リターンスプリング３１が設けられている。第２リターンスプリング３１にも、クラッチ部材１３と第２係合部２７とが別々に回転可能なようにベアリング３１ａが設けられている。図に示すように各リターンスプリング３０、３１は、突出部５よりも径方向内側に配置される。これらリターンスプリング３０、３１は、クラッチ部材１３を図の左右方向からほぼ同じ力で押している。そのため、クラッチ部材１３に対して軸線Ａｘ方向からリターンスプリング３０、３１以外の力が作用していない場合には、リターンスプリング３０、３１によってクラッチ部材１３が第１係合部１６及び第２係合部２７の両方から離れた位置に駆動される。以下、この位置を解放位置と称することがある。そのため、これらリターンスプリング３０、３１が本発明のバネ手段に相当する。クラッチ部材１３が解放位置にある場合には、クラッチ部材１３と第１係合部１６との間及びクラッチ部材１３と第２係合部２７との間にそれぞれ隙間が生じる。そのため、第１回転部材１１と第２回転部材１２とは、それぞれ別々に回転可能となる。
【００２５】
ケース４の突出部５には、電磁駆動手段としての電磁コイル３２が設けられている。この図に示すように電磁コイル３２は、軸線Ａｘ方向の一方の側にカム部２６が、他方の側に第２係合部２７がそれぞれ位置するように第２カム部材２１の内部に配置されている。電磁コイル３２の軸線Ａｘ方向の幅は、第２カム部材２１が図１の右側に移動した場合に第２カム部材２１がクラッチ部材１３を第１係合部１６に押し付ける位置まで移動可能な大きさに設定されている。電磁コイル３２は、通電された場合に第２リターンスプリング３１に抗してクラッチ部材１３を第２係合部２７に吸着させることが可能な磁力が発生するように構成されている。
【００２６】
この係合装置１０Ａでは、図４に示すように第１カム部材２０と第２カム部材２１との位相がずれるとカムボール２２がＶ字溝２８、２９内の浅い位置に移動し、第２カム部材２１を第１カム部材２０から離れる方向に押す力（以下、押し付け力と称することがある。）Ｆが発生する。この場合、第２カム部材２１が第１係合部１６側（図１の右側）に押され、第２係合部２７がクラッチ部材１３に押し付けられる。また、これによりクラッチ部材１３が第１係合部１６に押し付けられ、クラッチ部材１３が第１係合部１６及び第２係合部２７に軸線Ａｘ方向の両側から挟み込まれる。このようにクラッチ部材１３が第２係合部２７に吸着されたり第１係合部１６に押し付けられることにより第１回転部材１１と第２回転部材１２とが係合され、これらの間で動力（トルク）が伝達される。
【００２７】
そして、この係合装置１０Ａでは、種々の諸元を適宜に設定することにより、クラッチ部材１３が各係合部１６、２７に挟み込まれた後に電磁コイル３２への通電を停止してもその状態が維持されるセルフロック方式と、電磁コイル３２への通電を停止する係合部１６、２７によるクラッチ部材１３の挟み込みが解除される非セルフロック方式とを選択することができる。セルフロック方式では、クラッチ部材１３が第１係合部１６に押し付けられるとクラッチ部材１３と第１係合部１６との間に滑りが発生せず、これらが一体に回転するように各諸元が設定される。
【００２８】
一方、非セルフロック方式では、クラッチ部材１３が第１係合部１６に押し付けられていてもクラッチ部材１３と第１係合部１６との間に滑りを生じさせることが可能なように各諸元が設定される。そのため、非セルフロック方式では、電磁コイル３２で発生する磁力を弱めてクラッチ部材１３と第２係合部２７との間に滑りを生じさせることによりクラッチ部材１３と各係合部１６、２７とが異なる回転数で回転しつつこれらの間で動力が伝達される、いわゆる半クラッチの状態にすることができる。係合装置１０Ａにおいて、押し付け力Ｆは、第１カム部材２０と第２カム部材２１との間で発生する捩れトルクが大きいほど大きくなる。また、クラッチ部材１３を第２係合部２７に吸着させる電磁吸引力は、電磁コイル３２に供給する電流が大きいほど大きくなる。そして、この電磁吸引力を大きくしてクラッチ部材１３と第２係合部２７との回転数差を小さくするほどカム機構１５で発生する捩れトルクが大きくなるので、クラッチ部材１３と各係合部１６、２７との回転数差が小さくなってこれらの間で伝達されるトルク容量が大きくなる。図５は、この電磁吸引力とトルク容量との関係を示している。この図に示したように非セルフロック方式では、クラッチ部材１３と各係合部１６、２７との間で伝達されるトルク容量とクラッチ部材１３に作用する電磁吸引力との間に相関性があり、電磁吸引力を調整することによりトルク容量を制御できる。そして、上述したように電磁吸引力は電磁コイル３２に供給する電流の大きさに比例するため、トルク容量は電磁コイル３２に供給される電流の大きさに応じて変化する。
【００２９】
係合装置１０Ａのこれらの方式を決める諸元は、例えばＶ字溝２８、２９のカム角度θ（図３、図４参照）、クラッチ部材１３及び各係合部１６、２７において接触している部分の摩擦係数、及びクラッチ部材１３や各係合部１６、２７の摩擦半径等である。図６は、カム角度θと係合装置１０の最大伝達トルク容量Ｔｍａｘとの関係を示している。なお、この図に示した関係の条件として、摩擦係数や摩擦半径等の他の諸元は一定とする。この図に示したセルフロック角度θＳＬは、０度以上の値であり、第１カム部材２０と第２カム部材２１との位相がずれてクラッチ部材１３が第１係合部１６に押し付けられた場合にクラッチ部材１３と第１係合部１６との間に滑りが発生せずに第１回転部材１１と第２回転部材１２とが一体に回転するカム角度θである。そのため、カム角度θがセルフロック角度θＳＬの場合に係合装置１０Ａがセルフロック方式になり、カム角度θがセルフロック角度θＳＬより大きい場合に係合装置１０Ａが非セルフロック方式になる。そして、この図に示したように最大伝達トルク容量Ｔｍａｘは、カム角度θがセルフロック角度θＳＬの場合に最大になり、それよりも大きくなるほど小さくなる。
【００３０】
次に図１、図７及び図８を参照して係合装置１０Ａの動作について説明する。図７は、第１回転部材１１と第２回転部材１２とを係合させる場合に係合装置１０Ａの各部がどのように動作するか示すフローチャートである。図８は、係合状態における係合装置１０Ａを示している。なお、図８において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。上述したように係合装置１０Ａでは、セルフロック方式と非セルフロック方式とを選択することができる。そこで、まず非セルフロック方式の係合装置１０Ａの動作について説明する。
【００３１】
図７のステップＳ１に示すように第１回転部材１１と第２回転部材１２とを係合する場合には、まず電磁コイル３２に通電する。これにより図１に破線で示したように電磁コイル３２の周囲に磁気回路（磁路）ＭＣが形成される。上述したように阻害部２７ｄは非磁性体であるため、磁力は第２カム部材２１の第２係合部２７からクラッチ部材１３に流れる。そのため、磁路ＭＣは、クラッチ部材１３、第２カム部材２１、及び突出部５の間で形成される。この際、磁路ＭＣは、クラッチ部材１３から第２係合部２７の対向部２７ｂを経て突出部５に流れる。このように磁路ＭＣが形成されるとステップＳ２に示すようにクラッチ部材１３が第２カム部材２１側に吸引される。そして、ステップＳ３に示すようにクラッチ部材１３が第２係合部２７に吸着する。なお、上述したように非セルフロック方式の場合には、電磁吸引力を調整することによりトルク容量を制御することができる。そこで、このようにクラッチ部材１３を第２係合部２７に吸着させる際には、電磁コイル３２に供給する電流の大きさを調整して目標とするトルク容量になる電磁吸引力を発生させればよい。
【００３２】
クラッチ部材１３が第２係合部２７と吸着するとステップＳ４に示すようにカムボール２２へのトルクの伝達が開始される。これにより第１カム部材２０と第２カム部材２１との位相がずれ始める。図４に示したようにカム部材２０、２１の位相がずれると押し付け力Ｆが発生する。そして、ステップＳ５に示すようにこの押し付け力Ｆによって第２カム部材２１及びクラッチ部材１３が第１係合部１６側に移動する。この場合、第２カム部材２１と突出部５との間の距離は、軸線Ａｘ方向については大きくなるが、径方向についてはほぼ同じ距離に維持される。図１に示したように第２カム部材２１のカム部２６は突出部５に支持されているので、突出部５とカム部２６との間の距離は殆ど変化しない。また、第２カム部材２１が軸線Ａｘ方向に移動しても対向部２７ｂは軸線Ａｘ方向にスライドするだけであるため、対向部２７ｂと突出部５の内周面５ｂとの間の距離も殆ど変化しない。そのため、第２カム部材２１が軸線Ａｘ方向に移動しても磁路ＭＣは維持され、クラッチ部材１３は第２係合部２７に吸着した状態に維持される。その後、ステップＳ６に示すようにクラッチ部材１３が第１係合部１６と接触する。これによりクラッチ部材１３が第１係合部１６に押し付けられ、係合装置１０Ａが図８に示した状態に切り替わる。
【００３３】
この場合、図に破線ＦＣ１、ＦＣ２で示すようにカム機構１５で発生した力の一方が第２カム部材２１を介してクラッチ部材１３に伝達され、他方が第１カム部材２０及びベース部材１４を介してクラッチ部材１３に伝達される。そして、これらの力によりクラッチ部材１３が第２回転部材１２の第１係合部１６及び第２係合部２７によって挟み込まれる。この際、第１係合部１６のうち範囲Ａで示した部分にクラッチ部材１３が押し付けられる。そして、クラッチ部材１３と第１係合部１６との間及びクラッチ部材１３と第２係合部２７との間では軸線Ａｘ方向から見てこの範囲Ａと重なる領域において摩擦力が発生する。これにより第１回転部材１１と第２回転部材１２とが一体に回転するので、ステップＳ７に示すように係合装置１０Ａの全体にトルク容量が発生し、第１回転部材１１と第２回転部材１２との係合が完了する。ただし、係合装置１０Ａの全体にトルク容量が発生する前であっても各部品の慣性分のトルク容量は発生している。
【００３４】
非セルフロック方式の係合装置１０Ａを係合状態から解放状態に切り替える場合には、電磁コイル３２への通電を停止する。これにより磁路ＭＣが消えるため、クラッチ部材１３と第２カム部材２１との間の作用していた電磁吸引力が消える。電磁吸引力が消えるとクラッチ部材１３と第１係合部１６との間に滑りが発生し、第１回転軸２の回転が第２カム部材２１に伝達され難くなる。そのため、第１カム部材２０と第２カム部材２１との間の位相のずれが小さくなる。これにより押し付け力Ｆが小さくなるので、クラッチ部材１３はリターンスプリング３０、３１によって解放位置に移動する。そして、これにより係合装置１０Ａが解放状態に切り替わる。
【００３５】
次にセルフロック方式の係合装置１０Ａの動作について説明する。この場合においても係合装置１０Ａを係合状態に切り替える手順は上述した非セルフロック方式と同じである。ただし、セルフロック方式の場合にはトルク容量を調整することができないため、ステップＳ１ではクラッチ部材１３と第２係合部２７とが一体に回転する電磁吸引力が発生するように電磁コイル３２に電流が供給される。これにより押し付け力Ｆが発生するので、クラッチ部材１３が第１係合部１６に押し付けられて図８に示した係合状態に切り替わる。押し付け力Ｆは、第１カム部材２０と第２カム部材２１との位相がずれている間は発生し続ける。そして、セルフロック方式ではクラッチ部材１３と第１係合部１６との間で滑りが生じないように各諸元が設定されている。そのため、セルフロック方式では、クラッチ部材１３が第１係合部１６又は第２係合部２７と接触している間は第１回転部材１１と第２回転部材１２とが係合した状態に維持される。
【００３６】
このようにセルフロック方式の場合、第１回転部材１１と第２回転部材１２との間に回転数差があるとカム機構１５によりクラッチ部材１３のロックが維持される。そのため、この係合装置１０Ａを係合状態から解放状態に切り替えるためには、電磁コイル３２への通電を停止するとともに第１回転軸２と第２回転軸３との回転数を同じにする。なお、これら回転軸２、３を停止させることによってこれらの回転数を同じにしてもよい。これによりクラッチ部材１３がリターンスプリング３０、３１にて解放位置に移動するので、係合装置１０Ａが解放状態に切り替わる。
【００３７】
以上に説明したように本発明の係合装置１０Ａでは、第１回転部材１１と第２回転部材１２とを係合させる場合には、まず電磁コイル３２で発生した磁力にてクラッチ部材１３を第２係合部２７と接触させる。その後、カム機構１５で発生した押し付け力Ｆによってクラッチ部材１３を第１係合部１６及び第２係合部２７で挟み込み、回転部材１１、１２同士を係合させる。このように電磁コイル３２はクラッチ部材１３を第２係合部２７に吸着させることが可能な磁力を発生できればよいため、回転部材１１、１２同士を係合させる際に電磁コイル３２で消費される電力が増加することを抑制できる。非セルフロック方式の場合には、目標とするトルク容量に応じた電磁吸引力を発生させればよく、必ずしもクラッチ部材１３と第２係合部２７とが一体に回転する電磁吸引力を発生させなくてよいため、さらに電力の増加を抑制できる。また、図１に示したようにクラッチ部材１３が解放位置にあるときにはクラッチ部材１３と第１係合部１６との間及びクラッチ部材１３と第２係合部２７との間の両方に隙間を設けることができる。そのため、第１回転部材１１と第２回転部材１２との間の隙間を拡げることができる。これにより第１回転部材１１及び第２回転部材１２のうち一方が他方の回転に引き摺られて回転することを抑制できるので、このように一方が他方に引き摺られて回転することにより発生するトルク、いわゆる引き摺りトルクを低減できる。一方、第１回転部材１１と第２回転部材１２とを係合させた場合には、クラッチ部材１３が第１係合部１６及び第２係合部２７の両方と係合するので、伝達可能なトルク容量を増加させることができる。なお、このようにクラッチ部材１３が係合するため、第１係合部１６が本発明の第１摩擦部材に相当し、第２係合部２７が本発明の第２摩擦部材に相当する。また、第２カム部材２１のうちのカム部２６が本発明の第２カム部材に対応する。
【００３８】
図１に示したように係合装置１０Ａでは、第２カム部材２１を磁性材料製とし、電磁コイル３２に通電したときに磁路ＭＣとなる部品とした。そのため、第２カム部材２１は、カム機構１５の一部としても機能するとともに電磁コイル３２の磁力を強めるためのヨークとしても機能する。また、第２カム部材２１には、クラッチ部材１３と接触する第２係合部２７も設けられている。このように係合装置１０Ａでは第２カム部材２１に複数の機能を持たせている。これにより係合装置１０Ａの部品数を低減できるので、コストを低減できる。また、図１に示すようにカム部２６と第２係合部２７とは軸線Ａｘ方向に並べて配置するので、これらの部品を一体化することにより軸線Ａｘ方向に並ぶ部品数を低減できる。そのため、係合装置１０Ａの軸線Ａｘ方向の寸法を短縮できる。
【００３９】
この係合装置１０Ａでは、図１及び図８に示したようにカムボール２２は軸線Ａｘ方向から見た場合にクラッチ部材１３が第１係合部１６に押し付けられる範囲Ａと重なるように配置される。そのため、カム機構１５で発生した力ＦＣ１をクラッチ部材１３のその範囲Ａの部分に軸線Ａｘ方向から作用させることができる。これによりクラッチ部材１３が第１係合部１６や第２係合部２７に偏って当たることやこれらが変形することを抑制できるので、クラッチ部材１３、第１係合部１６、及び第２係合部２７の一部に力が集中したり一部の面圧が過大になることを抑制できる。そのため、これらの部分の寿命を延ばすことができる。また、これによりクラッチ部材１３と第１係合部１６及び第２係合部２７との間の摩擦係数を安定化させることができるので、クラッチ部材１３が第１係合部１６又は第２係合部２７と誤って係合したり係合装置１０Ａの解放不良が発生したりすることを抑制できる。
【００４０】
なお、複数のカムボール２２が配置される位置は上述した位置に限定されない。複数のカムボール２２は、係合装置１０を軸線Ａｘ方向から見た場合に図１に示した範囲Ａ内の種々の位置に配置してよい。例えば、図９に示すように範囲Ａ内であれば各Ｖ字溝２８、２９及び各カムボール２２を上述した形態よりも径方向内側に配置してもよい。なお、この図には比較例として上述した形態においてカムボール２２が配置されていた位置を想像線で示した。このように複数のカムボール２２の位置を径方向内側に変更しても軸線Ａｘ方向から見たときにカムボール２２が範囲Ａ内にあれば、カム機構１５で発生した力ＦＣ１をクラッチ部材１３の範囲Ａの部分に軸線Ａｘ方向から作用させることができる。そのため、この場合においてもクラッチ部材１３が第１係合部１６や第２係合部２７に偏って当たることやこれらが変形することを抑制できる。そのため、これらの部分の寿命を延ばすことができる。
【００４１】
（第２の形態）
次に図１０及び図１１を参照して本発明の第２の形態に係る係合装置１０Ｂを説明する。なお、図１０は解放状態における係合装置１０Ｂを示し、図１１は係合状態における係合装置１０Ｂを示している。なお、この形態において上述した形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図１０に示すようにこの係合装置１０Ｂでは、クラッチ部材１３と第１係合部１６との間に多板式のクラッチ機構４０が設けられている点が上述した形態と異なる。
【００４２】
この図に示したようにクラッチ機構４０は、クラッチ部材１３に設けられる第１クラッチ板４１と、ベース部材１４に設けられる第２クラッチ板４２とを備えている。クラッチ部材１３の第１係合部１６側の面には軸線Ａｘ方向に延びる突出部４３が設けられている。この図に示したように突出部４３は、クラッチ機構４０よりも径方向内側に設けられている。第１クラッチ板４１は、この突出部４３にクラッチ部材１３と一体回転し、かつ軸線Ａｘ方向に移動可能なように取り付けられている。この取り付け方法としては、例えば第１クラッチ板４１及び突出部４３にそれぞれ軸線Ａｘ方向に延びるスプラインを設け、それらスプライン同士が噛み合うように第１クラッチ板４１を突出部４３に取り付ければよい。第２クラッチ板４２は、ベース部材１４と一体に回転するとともに軸線Ａｘ方向に移動可能なようにベース部材１４に取り付けられている。この第２クラッチ板４２の取り付け方法も第１クラッチ板４１と同様にベース部材１４及び第２クラッチ板４２のそれぞれに軸線Ａｘ方向に延びるスプラインを設け、それらスプライン同士が噛み合うように第２クラッチ板４２をベース部材１４に取り付ければよい。
【００４３】
この図に示すように第１クラッチ板４１は第２クラッチ板４２と第１係合部１６との間に設けられ、第２クラッチ板４２は第１クラッチ板４１とクラッチ部材１３との間に設けられる。すなわち、これらの部分は、クラッチ部材１３、第２クラッチ板４２、第１クラッチ板４１、第１係合部１６の順番で軸線Ａｘ方向に並ぶように設けられている。
【００４４】
次に係合装置１０Ｂの動作について説明する。なお、この係合装置１０Ｂにおいても第１の形態と同様にカム角度θ、摩擦係数、及び摩擦半径等の各諸元を適宜に設定することにより、セルフロック方式と非セルフロック方式とを選択することができる。そこで、まず非セルフロック方式の場合について説明する。係合装置１０Ｂにおいても解放状態から係合状態に切り替える場合には電磁コイル３２に通電してこれを励磁させる。これによりクラッチ部材１３が第２係合部２７に吸着される。この際の電磁吸引力は、第１の形態と同様に目標とするトルク容量に応じて適宜に設定すればよい。クラッチ部材１３が第２係合部２７に吸着されるとカム機構１５で押し付け力Ｆが発生し、クラッチ部材１３が第１係合部１６側に押される。そして、図１１に示したように第１クラッチ板４１が第２クラッチ板４２と第１係合部１６とに挟み込まれ、第２クラッチ板４２が第１クラッチ板４１とクラッチ部材１３とに挟み込まれる。これにより係合状態への切り替えが完了する。なお、この形態においても非セルフロック方式とすることにより、図５に示したように電磁吸引力とトルク容量とを相関させることができるので、電磁吸引力を調整することによりトルク容量を制御できる。この非セルフロック方式の係合装置１０Ｂを係合状態から解放状態に切り替える場合には、電磁コイル３２への通電を停止すればよい。これにより押し付け力Ｆが小さくなるので、クラッチ部材１３がリターンスプリング３０、３１によって解放位置に移動して係合装置１０Ｂが解放状態に切り替わる。
【００４５】
セルフロック方式の係合装置１０Ｂにおいても同様に、状態を解放状態から係合状態に切り替える場合には電磁コイル３２に通電する。ただし、この際にはクラッチ部材１３と第２係合部２７とが一体に回転する電磁吸引力が発生するように電磁コイル３２に電流が供給される。これにより押し付け力Ｆが発生し、クラッチ部材１３が第１係合部１６側に押されて図１１に示した係合状態に切り替わる。なお、この形態においてもセルフロック方式では、クラッチ部材１３が第１係合部１６又は第２係合部２７と接触している間は第１回転部材１１と第２回転部材１２とが係合した状態に維持される。このセルフロック方式の係合装置１０Ｂを係合状態から解放状態に切り替える場合には、電磁コイル３２への通電を停止するとともに各回転軸２、３を停止させる等して第１回転軸２と第２回転軸３との回転数を同じにする。これによりクラッチ部材１３がリターンスプリング３０、３１にて解放位置に移動するので、係合装置１０Ｂが解放状態に切り替わる。
【００４６】
このように第２の形態によれば、係合状態に切り替えたときに第１クラッチ板４１が第２クラッチ板４２と第１係合部１６とに挟み込まれ、第２クラッチ板４２が第１クラッチ板４１とクラッチ部材１３とに挟み込まれる。これによりクラッチ部材１３とベース部材１４との接触面積を増加させることができるので、第１回転部材１１と第２回転部材１２との間の結合力を強めることができる。そのため、上記の形態よりも伝達可能なトルク容量をさらに増加させることができる。
【００４７】
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上述した各形態では、カム機構の一部である第２カム部材をヨークとしても機能させたが、カム部材とヨークとは別々の部材であってもよい。この場合、カム部材とヨークとは軸線回りに一体に回転するとともに軸線方向に一体に移動するように連結される。このようにカム部材及びヨークを設けることにより、上述した各形態と同様に電磁コイルで及びカム機構で第１回転部材及び第２回転部材を係合することができる。
【００４８】
上述した各形態では、係合装置を第１回転軸と第２回転軸との間の動力伝達を許容したり阻止したりするクラッチとして用いたが、本発明の係合装置は第１回転部材又は第２回転部材の一方を回転不能に固定してブレーキとして使用してもよい。
【００４９】
上述した各形態ではカムボールを用いたカム機構を示したが、本発明の係合装置に設けられるカム機構はこれに限定されない。互いに相対回転可能な一対のカム部材を有し、これら一対のカム部材の位相がずれた場合にいずれか一方のカム部材に作用しているトルクを利用してカム部材間の距離を拡げることが可能な種々のカム機構を用いてよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０Ａ、１０Ｂ  係合装置
１１  第１回転部材（第１係合部材）
１２  第２回転部材（第２係合部材）
１３  クラッチ部材
１５  カム機構
１６  第１係合部（第１摩擦部材）
２０  第１カム部材
２６  カム部（第２カム部材）
２７  第２係合部（第２摩擦部材）
３０  第１リターンスプリング（バネ手段）
３１  第２リターンスプリング（バネ手段）
３２  電磁コイル（電磁駆動手段）
Ａｘ  軸線
ＭＣ  磁気回路（磁路）
Ａ  係合部のうちクラッチ部材が押し付けられる範囲
【図１】
2012122563.tif 000003
【図２】
2012122563.tif 000004
【図３】
2012122563.tif 000005
【図４】
2012122563.tif 000006
【図５】
2012122563.tif 000007
【図６】
2012122563.tif 000008
【図７】
2012122563.tif 000009
【図８】
2012122563.tif 000010
【図９】
2012122563.tif 000011
【図１０】
2012122563.tif 000012
【図１１】
2012122563.tif 000013