(57)【要約】【課題】解放状態から係合状態へ切り替える際に互いの歯の衝突を防止できるクラッチシステムを提供する。【解決手段】クラッチ１は、互いに同軸に配置された第１係合部材５及び第２係合部材６を有しており、第１係合部材５の歯８及び第２係合部材６の歯１０のそれぞれの先端部８ａ、１０ａには、これらの歯８、１０が互いに反発し合う方向に磁極が向けられた永久磁石１２が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の歯が周方向に並べられた第１歯列を持つ第１係合部材と、前記第１歯列と噛み合うことができる複数の歯が周方向に並べられた第２歯列を持つ第２係合部材とが共通の軸線の回りに相対回転可能に配置され、前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方を前記軸線の方向に移動させることにより、前記第１歯列と前記第２歯列とが噛み合う係合状態と前記第１歯列と前記第２歯列とが離間する解放状態とを切り替えできるクラッチシステムにおいて、
前記第１歯列に含まれる歯及び前記第２歯列に含まれる歯のそれぞれに、これらの歯が互いに反発し合う方向に磁極が向けられた磁石が設けられている、ことを特徴とするクラッチシステム。
【請求項２】
前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方に前記軸線回りのトルクを与えることができるトルク付与手段と、前記トルク付与手段が前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方に与えるトルクを低減できるトルク低減手段と、前記解放状態から係合状態へ切り替わる過程で、前記第１係合部材及び前記第２係合部材のそれぞれの回転速度が合致するように前記トルク付与手段を制御した後に、前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方に与えられるトルクが低減するように前記トルク低減手段を制御する切替補助手段と、を備える請求項１に記載のクラッチシステム。
【請求項３】
前記磁石は、前記第１歯列に含まれる歯及び前記第２歯列に含まれる歯のそれぞれの先端部に設けられている請求項１又は２に記載のクラッチシステム。
【請求項４】
前記第１歯列の底部又は前記第２歯列の底部のいずれか一方には、前記第１歯列又は前記第２歯列のいずれか他方に含まれる歯の前記先端部に設けられた前記磁石を引き寄せる方向に磁極が向けられた他の磁石が設けられている請求項３に記載のクラッチシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達経路に設けられて動力の断続を行うことができる噛み合い式のクラッチシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
噛み合い式のクラッチシステムは、互いに相対回転できるように同軸に配置された一対の係合部材を備え、一対の係合部材の少なくとも一方を軸線方向に移動させることにより一対の係合部材のそれぞれに設けられた複数の歯を相互に噛み合わせる係合状態とこれらを離間させる解放状態とを切り替えることができる装置であり、各種動力伝達経路の動力の断続を行ったり、動力伝達経路の回転要素の切り替え等に広く利用されている。例えばこの種のクラッチシステムをハイブリッド車の動力伝達装置に組み込んで回転要素の切替えを行うことがある。ハイブリッド車の動力伝達装置としては種々のものが開発されている。例えば、複数組の差動機構を組み合わせた動力分配機構を有し、高速軽負荷時に動力分配機構が持っている複数の回転要素のいずれかの回転を選択的に阻止することによりオーバードライブ状態を形成して、いわゆる動力循環を低減する動力伝達装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４５５２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１６９３号公報
【特許文献３】特表２００２−５２７２８７号公報
【特許文献４】特開２０００−２９１７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなハイブリッド車の動力伝達装置を実現するために、動力分配機構が持つ回転要素の回転阻止に噛み合い式のクラッチシステムを採用した場合、一方の係合部材と他方の係合部材との回転速度及び位相のそれぞれを同期させて、互いの歯の衝突を回避しつつ相互の歯を噛み合わせることが理想的である。しかし、実際には外乱等の要因で位相差の乱れが生じることがあるため、位相を精度良く合わせるために時間が掛かり短時間に解放状態から係合状態へ切り替えることが難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、解放状態から係合状態へ切り替える際に互いの歯の衝突を防止できるクラッチシステム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】
本発明のクラッチシステムは、複数の歯が周方向に並べられた第１歯列を持つ第１係合部材と、前記第１歯列と噛み合うことができる複数の歯が周方向に並べられた第２歯列を持つ第２係合部材とが共通の軸線の回りに相対回転可能に配置され、前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方を前記軸線の方向に移動させることにより、前記第１歯列と前記第２歯列とが噛み合う係合状態と前記第１歯列と前記第２歯列とが離間する解放状態とを切り替えできるクラッチシステムにおいて、前記第１歯列に含まれる歯及び前記第２歯列に含まれる歯のそれぞれに、これらの歯が互いに反発し合う方向に磁極が向けられた磁石が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
このクラッチシステムによれば、解放状態から係合状態へ切り替える過程で第１歯列と第２歯列との距離が近づくと、第１歯列の歯と第２歯列の歯とが磁石によって互いに反発し合い、互いの歯の衝突を避けるように各係合部材の回転位置（位相）がずれる。これにより、第１係合部材の歯と第２係合部材の歯とが互いに衝突することを防止できる。その結果、歯の衝突に起因する歯の劣化、衝撃及び騒音の発生等の問題を抑止できる。なお、歯に磁石を設けることには、永久磁石を歯に設けることはもとより、歯を磁化させることにより歯自体を所定方向に磁極が向いた磁石として構成することが含まれる。
【０００８】
本発明のクラッチシステムの一態様においては、前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方に前記軸線回りのトルクを与えることができる駆動手段と、前記駆動手段が前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方に与えるトルクを低減できるトルク低減手段と、前記解放状態から係合状態へ切り替わる過程で、前記第１係合部材及び前記第２係合部材のそれぞれの回転速度が合致するように前記駆動手段を制御した後に、前記第１係合部材及び前記第２係合部材の少なくとも一方に与えられるトルクが低減するように前記トルク低減手段を制御する切替補助手段と、を備えてもよい（請求項２）。この態様によれば、第１係合部材及び第２係合部材のそれぞれの回転速度を駆動手段にて合致させた後に駆動手段からのトルクが低減される。このため、解放状態から係合状態に切り替わる過程で磁石の反発力により、第１係合部材の歯と第２係合部材の歯との衝突を回避するように各係合部材の位相がずらされる。従って、各係合部材の回転速度を合致させた後に駆動手段によって位相を調整する必要がないから、短時間に解放状態から係合状態への切り替えを完了することができ、かつその切り替えに要する電力消費を低減することができる。
【０００９】
なお、この態様において、トルクを低減するとは、駆動手段が与えるトルクに対して磁石による反発力が打ち勝つことができる程度に低減することを意味し、駆動手段にて与えられるトルクが０になることを含む。駆動手段にて与えられるトルクを０にするためには、例えば駆動手段からのトルクの発生を停止させてもよいし、駆動手段から第１係合部材又は第２係合部材へ到る動力伝達を遮断してもよい。
【００１０】
本発明のクラッチシステムの一態様において、前記磁石は、前記第１歯列に含まれる歯及び前記第２歯列に含まれる歯のそれぞれの先端部に設けられていてもよい（請求項３）。この態様によれば、第１係合部材の歯と第２係合部材の歯とが互いに衝突する際には先端部から衝突するので、各先端部に磁石を配置することにより、歯の衝突を確実に回避することができる。
【００１１】
また、この形態においては、前記第１歯列の底部又は前記第２歯列の底部のいずれか一方には、前記第１歯列又は前記第２歯列のいずれか他方に含まれる歯の前記先端部に設けられた前記磁石を引き寄せる方向に磁極が向けられた他の磁石が設けられていてもよい（請求項４）。この場合、係合状態への切り替え完了後には、歯の先端部に設けられた磁石と歯列の底部に設けられた他の磁石との磁力により、第１係合部材と第２係合部材とが互いに引き寄せられた状態に保持される。このため、係合状態に保持するための保持エネルギが不要になりエネルギ消費を低減できるとともに、予期しない衝撃が加えられた場合でも意図せずに係合状態から解放状態へ切り替わることを防止でき信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、解放状態から係合状態へ切り替える過程で第１歯列と第２歯列との距離が近づくと、第１歯列の歯と第２歯列の歯とが互いに反発し合い、互いの歯の衝突を避ける方向に各係合部材の位相がずれる。これにより、第１係合部材の歯と第２係合部材の歯とが互いに衝突することを防止できるため、歯の衝突に起因する歯の劣化、衝撃及び騒音の発生等の問題を抑止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１は、本発明の一形態に係るクラッチシステムが適用されたハイブリッド車の動力伝達装置の一部を模式的に示している。クラッチ１はハイブリッド車の変速を実現するための装置の一つとして動力伝達装置２に組み込まれている。なお、動力伝達装置２の全体構成等の詳細な構造は本発明の要旨と直接関係しないため説明を省略する。
【００１４】
クラッチ１は噛み合い式のクラッチとして構成されており、動力伝達装置２が持つモータ・ジェネレータ（ＭＧ）３からアクスルシャフト４までの動力伝達経路内に配置されている。クラッチ１は、ＭＧ３側に連結する回転軸５ａに装着された第１係合部材５と、アクスルシャフト４側に連結する回転軸６ａに装着された第２係合部材６とを備えている。これらの回転軸５ａ、６ｂが同軸に配置されることにより、各係合部材５、６は共通の軸線Ａｘの回りに相対回転できる。また、ＭＧ３側の回転軸５ａは軸線Ａｘ方向に移動可能な状態で支持されており、回転軸５ａは駆動装置７にて第１係合部材５とともに軸線Ａｘ方向へ駆動される。なお、第２係合部材６は軸線方向Ａｘに移動不能な状態で支持されている。
【００１５】
第１係合部材５は複数の歯８が周方向に並べられた第１歯列９を持っており、第２係合部材６は第１歯列９と噛み合うことができる複数の歯１０が周方向に並べられた第２歯列１１を持っている。各歯８、１０は軸線Ａｘの方向に突出しており、それらの先端は山形状に形成されている。図１の状態は各歯列９、１１が互いに離間している解放状態であるため、ＭＧ３側からアクスルシャフト４側への動力伝達が遮断される。図１の状態から駆動装置７が第１係合部材５を第２係合部材６に近づくように移動させると、図２に示すように、第１係合部材５の第１歯列９と第２係合部材６の第２歯列１１とが噛み合う係合状態となる。これにより、第１係合部材５と第２係合部材６とが結合され、ＭＧ３側の動力がアクスルシャフト４側へクラッチ１を介して伝達される。
【００１６】
図３は、図１のクラッチ１の各歯８、１０の周辺を拡大した部分拡大図である。この図に示すように第１係合部材５の歯８の先端部８ａ及び第２係合部材６の歯１０の先端部１０ａのそれぞれには永久磁石１２が設けられている。永久磁石１２はその磁極が各歯８、１０を互いに反発させる方向に向けられた状態で配置されている。図示の形態では各歯８、１０の先端部８ａ、１０ａがＮ極となるように永久磁石１２が配置されているが、これと反対に先端部８ａ、１０ａがＳ極となるように永久磁石１２を配置することもできる。なお各歯８、１０を磁化させることにより、それらの先端部８ａ、１０ａを磁極が所定方向に向けられた磁石として構成することも可能である。
【００１７】
図４はクラッチ１が解放状態から係合状態へ切り替わる直前の状態を示している。この図から明らかなように、第１係合部材５と第２係合部材６とが接近すると、永久磁石１２により各歯８、１０が反発し合う。このため、矢印で示したように各歯８、１０の衝突を回避しつつ第１係合部材５と第２係合部材６とを更に接近させて、解放状態から係合状態への切り替えを完了できる。
【００１８】
図１に示すように、この形態は解放状態から係合状態へ切り替える過程で、第１係合部材５及び第２係合部材６のそれぞれの回転速度が合致するように、制御装置１３がトルク付与手段としてのＭＧ３を制御する。制御装置１３は動力伝達装置２の各部を制御するコンピュータであり、内蔵の記憶装置に保持された各種プログラムに従って各部に対する制御を実行できるように構成されている。制御装置１３は第１係合部材５及び第２係合部材６のそれぞれの回転速度が合致した後に、ＭＧ３への通電を止めてＭＧ３にて第１係合部材５に与えられるトルクを抜く、換言すればＭＧ３から第１係合部材５に与えられるトルクを０にする。トルクを抜くことに続き、制御装置１３は駆動装置７を操作して係合状態への切り替えを完了する。係合状態への切り替えの完了前にトルクを抜いているので、図４に示すように永久磁石１２の反発力により、第１係合部材５の歯８と第２係合部材６の歯１０との衝突を回避するように各係合部材５、６の位相が矢印方向にずらされる。
【００１９】
制御装置１３にはクラッチ１をこのように動作させるためのプログラムが保持されている。制御装置１３はそのプログラムを実行することにより、本発明に係るトルク低減手段及び切替補助手段としてそれぞれ機能する。そして、この形態では、クラッチ１、ＭＧ３及び制御装置１３の組み合わせにより本発明のクラッチシステムが実現されている。
【００２０】
以上の形態により、解放状態から係合状態へ切り替える際に第１係合部材５の歯８と第２係合部材６の歯１０とが互いに衝突することを防止できるため、各歯８、１０の衝突に起因する歯８、１０の劣化、衝撃及び騒音の発生等の問題を抑止することができる。
【００２１】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図５及び図６を参照して説明する。図５は第２の形態に係るクラッチの一部を拡大した部分拡大図であり、図６は第２の形態のクラッチの係合状態を示す説明図である。なお、以下においては、第１の形態と共通構成の説明を省略し、第２の形態の特徴部分を中心に説明する。第２の形態の主要部分の構成は第１の形態と同一であるので、図１及び図２が適宜参照される。
【００２２】
図５に示すように、この形態では、第２係合部材６に設けられた第２歯列１１の底部１１ａに他の磁石としての永久磁石２１が設けられている。この永久磁石２１はその磁極が第１係合部材５に設けられた永久磁石１２を引き寄せる方向に向けられた状態で配置されている。図示の形態では、第２歯列１１の底部１１ａがＳ極となるように永久磁石２１が配置されている。なお、各係合部材５、６の歯８、１０に設けられた永久磁石１２の磁極を図示とは反対にＳ極に変更した場合には、その変更に合わせて永久磁石２１の磁極を反対のＮ極に変更ことが必要である。
【００２３】
この形態によれば、上述した第１の形態と同一の効果を奏することができることに加え、係合状態への切り替え完了後には、図６に示すように第２係合部材６側の永久磁石２１と第１係合部材５側の永久磁石１２との磁力により、第１係合部材５と第２係合部材６とが互いに引き寄せられた状態に保持される。このため、係合状態に保持するための保持エネルギが不要になりエネルギ消費を低減できるとともに、クラッチ１に予期しない衝撃が加えられた場合でも意図せずに係合状態から解放状態へ切り替わることを防止でき信頼性が向上する。なお、第２の形態においては、第１係合部材５に設けられた第１歯列９の底部９ａにも永久磁石２１を第２歯列１１の底部１１ａと同様に配置してもよい。また第１歯列９の底部９ａのみに永久磁石２１を配置することもできる。これらの変形例によっても、上記と同等又はそれ以上の効果を発揮できる。
【００２４】
（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を図７を参照して説明する。図７は第３の形態に係るクラッチの一部を拡大した部分拡大図であり、クラッチの係合状態を示している。この図に示すように、第３の形態では、各歯８、１０の側部８ｂ、１０ｂに永久磁石３１を設けたものである。それ以外の構成は第１又は第２の形態と同様であるので、重複する説明は省略する。永久磁石３１はその磁極が係合状態で隣接する歯８、１０が互いに反発する方向に向けられた状態で配置されている。そのため、各歯８、１０の側部８ｂ、１０ｂが対面するときにこれらの磁極が同極になる。
【００２５】
第３の形態によれば、上記各形態の効果を発揮できることはもとより、係合状態において永久磁石３１の磁力によって各歯８、１０が反発し合うため、第１係合部材５及び第２係合部材６へトルクが作用して各歯８、１０が衝突するときにおける衝撃を緩和することができる。
【００２６】
本発明は上記の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明のクラッチシステムはハイブリッド車の動力伝達装置に適用することに限定されるものではない。また、上記の各形態では、第１係合部材５及び第２係合部材６のそれぞれの回転速度を合致（同期）させてから係合状態へ切り替えているが、クラッチシステムの用途によっては、第１係合部材の回転速度と第２係合部材の回転速度との速度差が小さい場合もある。従って、これらの回転速度の同期を行うことなく解放状態から係合状態へ切り替える形態で本発明のクラッチシステムを実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一形態に係るクラッチシステムが適用されたハイブリッド車の動力伝達装置の一部を模式的に示した図。
【図２】図１のクラッチの係合状態を示した図。
【図３】図１のクラッチの各歯の周辺を拡大した部分拡大図。
【図４】クラッチが解放状態から係合状態へ切り替わる直前の状態を示した説明図。
【図５】第２の形態に係るクラッチの一部を拡大した部分拡大図。
【図６】第２の形態のクラッチの係合状態を示す説明図。
【図７】第３の形態に係るクラッチの一部を拡大した部分拡大図。
【符号の説明】
【００２８】
１  クラッチ
３  モータ・ジェネレータ（トルク付与手段）
５  第１係合部材
６  第２係合部材
８  歯
８ａ  先端部
９  第１歯列
９ａ  底部
１０  歯
１０ａ  先端部
１１  第２歯列
１１ａ  底部
１２  永久磁石（磁石）
１３  制御装置（トルク低減手段、切替補助手段）
２１  永久磁石（他の磁石）
Ａｘ  軸線
【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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