特許 7649882 デファレンシャル用クラッチ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-12

(45)【発行日】2025-03-21

(54)【発明の名称】デファレンシャル用クラッチ装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 48/34 20120101AFI20250313BHJP

【ＦＩ】

F16H48/34

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023570620

(86)(22)【出願日】2021-12-28

(86)【国際出願番号】 JP2021048941

(87)【国際公開番号】W WO2023127147

(87)【国際公開日】2023-07-06

【審査請求日】2024-04-23

(73)【特許権者】

【識別番号】517175611

【氏名又は名称】ジーケーエヌ オートモーティブ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】大橋 和弘

(72)【発明者】

【氏名】小松 寿明

【審査官】増岡 亘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２３８７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－７８１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２８８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－９２９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３３５１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ４８／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャリアにベアリングを介して支持されて軸の周りに回転するケースから一対のサイドギアへ差動的にトルクを分配するデファレンシャルギア組に利用されるクラッチ装置であって、
前記ケースと共に回転するべく前記ケースに嵌合し、前記デファレンシャルギア組から離脱した脱連結位置と前記デファレンシャルギア組の何れかを前記ケースに駆動的に連結させる連結位置との間で軸方向に移動可能なクラッチ部材と、
磁束を生ずる電磁コイルと、前記磁束を導くべく前記電磁コイルを囲むコアと、前記磁束を受容して軸方向に推力を発生するべく前記コアに接して軸方向に摺動可能に嵌合したプランジャと、を備えたアクチュエータであって、前記コアは前記ケースに摺動可能に接し前記ベアリングの軸方向に内側の端より軸方向に外方に突出し、前記プランジャは前記ベアリングと前記クラッチ部材との間に位置して前記クラッチ部材に当接して前記推力を前記クラッチ部材へ伝える、アクチュエータと、
前記コアに固定され、前記キャリアに係合して前記コアを回り止めするべく前記キャリアに向けて延長された回り止め部材と、
前記ベアリングより軸方向に外方において前記コアから径方向に内方に延長され、前記プランジャを軸方向に抜け止めするバンプと、
を備えたクラッチ装置であって、
前記プランジャが前記ベアリングに接しても前記プランジャは前記バンプから離れているように前記バンプは寸法づけられている、クラッチ装置。

【請求項2】

前記コアは前記ベアリングおよび前記キャリアに接しないように寸法づけられている、請求項１のクラッチ装置。

【請求項3】

前記バンプは、前記コアから、または前記回り止め部材から径方向に延長された突起である、請求項１のクラッチ装置。

【請求項4】

前記コアは径方向に開いたギャップを有し、前記プランジャは前記ギャップに面して前記コアに嵌合し、以って前記プランジャは前記ギャップを跳躍する前記磁束を受容して前記推力を発生する、請求項１のクラッチ装置。

【請求項5】

前記クラッチ部材は前記デファレンシャルギア組に向いた面にクラッチ歯を備える、請求項１のクラッチ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

以下の開示は、デファレンシャルに組み込まれてその機能を制御するためのクラッチ装置に関し、特に、ベアリングに対して十分な余裕がなくても組み込むことができ、しかもアクチュエータは十分な推力を発揮することができるデファレンシャル用クラッチ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

デファレンシャルは一対の出力軸へ、典型的には車軸へ、差動を許容しながらトルクを出力する目的で、車両に利用される。デファレンシャルがコンパクトであることは車体の設計の自由度を高め、また車両の重量を軽減するなど、様々な利益をもたらす。

【0003】

デファレンシャルには、差動をロックする機能を有するもの（例えばロックアップデファレンシャルなどと呼ばれる）や、出力軸を動力源から切り離す機能を有するもの（例えばフリーランニングデファレンシャルなどと呼ばれる）がある。これらの機能を制御するべく、通常、デファレンシャルにはクラッチ装置が組みこまれる。クラッチ装置を伴いながらその全体をコンパクトにすること、特に軸方向にコンパクトにすることには、一定の技術的な困難性がある。

【0004】

特許文献１は、関連する技術を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際特許出願公開ＷＯ２０２１／１９２０４６Ａ１

【発明の概要】

【0006】

軸方向の寸法に限れば、クラッチを駆動するアクチュエータをデファレンシャルから離れた外部に配置し、アクチュエータとクラッチとを適宜の仲介部材で連結すれば、装置を小型化することができる。しかし、かかる構造はもちろん装置全体の寸法の増大を免れない。アクチュエータを小型化してデファレンシャルに隣り合わせることが穏当な解決策だが、アクチュエータの小型化には限界があるし、また発生する推力を必然的に限定してしまう。推力が不足すればクラッチの連結を保持するのに不安が生じ、意図しない脱連結が生じれば車両は運転者が予期しない挙動を示すことがある。以下に開示する装置は、これらの問題を解決するべく工夫されたものである。

【0007】

一の局面によれば、キャリアにベアリングを介して支持されて軸の周りに回転するケースから一対のサイドギアへ差動的にトルクを分配するデファレンシャルギア組に利用されるクラッチ装置は、前記ケースと共に回転するべく前記ケースに嵌合し、前記デファレンシャルギア組から離脱した脱連結位置と前記デファレンシャルギア組の何れかを前記ケースに駆動的に連結させる連結位置との間で軸方向に移動可能なクラッチ部材と、磁束を生ずる電磁コイルと、前記磁束を導くべく前記電磁コイルを囲むコアと、前記磁束を受容して軸方向に推力を発生するべく前記コアに接して軸方向に摺動可能に嵌合したプランジャと、を備えたアクチュエータであって、前記コアは前記ケースに摺動可能に接し前記ベアリングの軸方向に内側の端より軸方向に外方に突出し、前記プランジャは前記ベアリングと前記クラッチ部材との間に位置して前記クラッチ部材に当接して前記推力を前記クラッチ部材へ伝える、アクチュエータと、前記コアに固定され、前記キャリアに係合して前記コアを回り止めするべく前記キャリアに向けて延長された回り止め部材と、前記ベアリングより軸方向に外方において前記コアから径方向に内方に延長され、前記プランジャを軸方向に抜け止めするバンプと、を備え、前記プランジャが前記ベアリングに接しても前記プランジャは前記バンプから離れているように前記バンプは寸法づけられている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態によるクラッチ装置が組みこまれたデファレンシャル装置の斜視図である。

【図2】図２は、クラッチ装置が組みこまれたデファレンシャル装置の立面断面図である。

【図3】図３は、クラッチ装置およびその周辺を主に見せる立面断面図である。

【図4】図４は、クラッチとキャリアとの関係を主に見せる側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。以下の説明および添付の請求の範囲において、特段の説明がなければ軸はデファレンシャルの回転軸を意味し、通常にはクラッチの中心軸とも一致する。図面は必ずしも正確な縮尺により示されておらず、従って相互の寸法関係は図示されたものに限られないことに特に注意を要する。

【0010】

主に図１を参照するに、本実施形態によるクラッチ装置１は、デファレンシャル装置と組み合わせて利用される。図１に組み合わせて図２，３を参照するに、デファレンシャル装置は、概して、キャリア３にベアリング５を介して軸Ｘ周りに回転可能なケース７と、ケース７から一対のサイドギア１１，１３へ差動的にトルクを分配するデファレンシャルギア組９と、よりなる。

【0011】

ケース７は、例えばその両端から軸方向にそれぞれ延びるボス部７Ｂを備え、ボス部７Ｂとキャリア３との間にベアリング５が介在することにより、回転可能にキャリア３に支持される。ケース７は、また、その外周から径方向に外方に延びるフランジ７Ｆを備え、フランジ７Ｆにはリングギア４９が固定される。リングギア４９は動力源に駆動的に連結したプロペラシャフトと駆動的に噛合してトルクを受容し、以ってケース７は軸Ｘ周りに回転する。あるいはリングギアによらずに、例えばケース７は直接に動力源に駆動されてもよい。動力源は例えば内燃機関だが、内燃機関は電気モータと組み合わされてもよく、あるいは電気モータ単独でありうる。

【0012】

デファレンシャルギア組９はケース７に支持されてトルクを受容し、トルクをサイドギア１１，１３へ差動的に分配する。図示の例ではデファレンシャルギア組９は、ケース７に支持されたピニオンシャフト３１に回転可能に支持されたピニオン３３と、これに噛合したサイドギア１１，１３と、よりなるベベルギア式だが、これに代えてフェースギア式やプラネタリギア式であってもよい。

【0013】

クラッチ装置１は、クラッチ部材１５とこれを駆動するアクチュエータ１７とを備え、例えばクラッチ部材１５により一方のサイドギア１１をケース７に駆動的に連結することにより、デファレンシャルギア組９の差動をロックする目的に利用される。あるいはこれに代えて、ケース７からデファレンシャルギア組９へのトルク伝達をオン・オフする（いわゆるフリーランニングデファレンシャル）目的に利用することもできる。後者の場合には、例えばケース７はトルクを受容するアウタケースと、アウタケースから自由に回転できるインナケースとよりなり、デファレンシャルギア組９はインナケースに支持されていてもよい。クラッチ部材１５がインナケースに噛合しなければデファレンシャルギア組９は動力源から自由になり（フリーランニング）、噛合すればクラッチ部材１５がアウタケースからインナケースへのトルク伝達を担ってデファレンシャルギア組９が差動的にトルクを出力軸へ分配する。

【0014】

アクチュエータ１７は、磁束を発生するソレノイドと、ソレノイドが発生する磁束によって軸方向に駆動されるプランジャ２５と、を備える。ソレノイドは、例えば投入された電力に応じて磁束を発生する電磁コイル２１と、磁束を導くべく電磁コイル２１を囲むコア２３とを備える。

【0015】

コア２３は、ケース７の一方の端壁に摺動可能に接する。ケース７はコア２３に対応する周溝を備えてもよい。例えばケース７は端壁から軸方向に延びたボス部７Ｂおよび周壁７Ｗを備え、ボス部７Ｂ，周壁７Ｗおよび端壁により囲まれた周溝にコア２３が嵌合し、以ってコア２３はケース７に支持され、またケース７に対して相対的に回転可能である。コア２３を抜け止めするべく係止部材４３を利用することができ、係止部材４３は例えばボルト４５によりケース７に固定される。コア２３は例えばその外周に周溝４１を備え、係止部材４３が周溝４１に摺動可能に係合することにより、コア２３は抜け止めされる。

【0016】

コア２３には、回り止め部材１９が固定される。回り止め部材１９は、例えば比較的に薄い板状片であり、例えば軟鋼のごとき磁性材料よりなる。回り止め部材１９がコア２３から軸方向に突出しないよう、固定に先立ってコア２３には回り止め部材１９に対応した窪みが設けられていてもよく、好ましくはコア２３の表面と回り止め部材１９の表面は揃えられる。回り止め部材１９が磁性材料である場合には磁束を導く磁路の一部を構成しうる。固定は溶接、スポット溶接、ろう付け、圧接、係合、締結等の何れの手段によってもよく、あるいは両者は一体に成形されていてもよい。図示の例では回り止め部材１９は単一だが、二以上の回り止め部材を利用してもよく、好ましくはこれらは軸Ｘ周りに対称的に配置される。

【0017】

回り止め部材１９はキャリア３に向けて延長され、図３，４に例示するごとくキャリア３の凹所３Ｐに係合することによりコア２３を回り止めする。すなわち稼働状態において、電磁コイル２１およびコア２３は静止しているが、ケース７、クラッチ部材１５および他の関連部材は軸Ｘ周りに回転する。図示の例では回り止め部材１９は概ね径方向外方に延長されているが、他の方向に延長されていてもよく、またキャリア３に係合するに過ぎないが、あるいはキャリア３に挟まれ、または適宜の固定具により、キャリア３に固定されていてもよい。さらに回り止め部材１９が固定されていれば、コア２３の位置決めの役割を担うことができる。

【0018】

コア２３は、図２に示すごとく、例えばその一方の端に、周方向に内方に僅かに突出したバンプ２７を備えてもよい。装置をキャリア３に組み込む前において、バンプ２７はプランジャ２５に当接してこれを抜け止めする。バンプ２７はコア２３と一体であってもよいが、別体であってコア２３に固定されたものであってもよい。あるいはコア２３が突起を有する代わりに、図１に最もよく示されるごとく、回り止め部材１９の内方の端部２９がコア２３の内周よりも突出してプランジャ２５にまで達し、これを抜け止めしてもよい。端部２９はバンプ２７の均等物である。バンプ２７ないし端部２９がプランジャ２５を抜け止めするので、ボス部７Ｂは抜け止めのための部材を備える必要がなく、これはケース７を軸方向に小型化するに有利である。

【0019】

何れにせよ、バンプ２７ないし端部２９は装置をキャリア３に組み込む前にのみプランジャ２５に当接するのであり、組み込まれた後にはプランジャ２５はベアリング５と、特にそのインナレースと、クラッチ部材１５との間に規制されるので、図３に最もよく示されるごとく、バンプ２７ないし端部２９から離れている。換言すれば、プランジャ２５がベアリング５のインナレースの軸方向に内側の端５Ｗに接してもバンプ２７ないし端部２９からは離れているように、バンプ２７ないし端部２９は寸法づけられている。

【0020】

コア２３の、ケース７から遠い側の端部は、ベアリング５のインナレースの軸方向に内側の端５Ｗよりも軸方向に外方に突出している。それにも関わらず、当該端部は当該インナレースや転動体には接しない。それゆえケース７が回転してもコア２３がベアリング５のインナレースや転動体に摺動することはなく、エネルギ損失を生ずることはない。一方、コア２３は軸方向に外方に突出できるので、十分な磁束を発生するために必要な寸法を確保することができる。これはアクチュエータ１７が十分な推力を発揮するに有利である。

【0021】

一方、ベアリング５は例えば円錐ころ軸受であって、そのアウタレースはインナレースより軸方向に外方にずれている。それゆえコア２３は、軸方向に外方に突出していても、アウタレースへの当接を避けることができる。磁束の漏洩を防止する観点からも、好ましくはコア２３はベアリング５のアウタレースにも接しないし、キャリア３にも接しない。ただし、仮に接したとしても、これらはコア２３と同じく静止部材であるから、摺動によるエネルギ損失を生ずることはない。

【0022】

コア２３は電磁コイル２１の全体を覆ってもよいが、部分的に覆わなくてもよく、またケース７が部分的にコア２３に代わって磁束を導く磁路の役割を果たしていてもよい。さらにこれらコア２３およびケース７よりなる磁路によっても覆われないギャップ３９が残されていてもよい。図３の例ではコア２３の内周にギャップ３９が径方向に開いており、磁束はかかるギャップ３９を跳躍するように導かれる。

【0023】

プランジャ２５は、好ましくはギャップ３９を跨ぐようにこれに面し、コア２３に接して摺動可能に嵌合する。かかる構造によれば、ギャップ３９を跳躍する磁束はプランジャ２５に迂回し、プランジャ２５はかかる磁束を受容して軸方向に推力を発生する。プランジャ２５は、少なくともコア２３に面した側において磁性材料よりなる磁性部材２５Ｍを含む。また磁束の漏れを防止するべく、他の部分は非磁性部材２５Ｎよりなっていてもよい。ベアリング５、ボス部７Ｂおよびクラッチ部材１５へは非磁性部材２５Ｎが接し、磁性部材２５Ｍは磁束を受容する部分に限ることができる。

【0024】

プランジャ２５は、既に述べた通り、ベアリング５とクラッチ部材１５との間に配置されており、最も後退してもベアリング５のインナレースの端５Ｗに当接することにより停止する。プランジャ２５の位置を規制するに、例えばボス部７Ｂに係合した停止リングを必要としない。これは軸方向の寸法を抑制するに有利である。前進したときにはプランジャ２５はクラッチ部材１５に当接してこれを連結位置へ駆動する。

【0025】

図２，３に示す例ではプランジャ２５はコア２３の内周に嵌合するが、これに代えてプランジャ２５はコア２３の外周に嵌合してもよい。かかる形態では、バンプ２７はコア２３の外周から径方向に外方に突出してプランジャ２５を抜け止めしてもよく、あるいは延長された回り止め部材１９が当接してプランジャ２５を抜け止めしてもよい。またかかる形態では、言うまでもなくギャップ３９はコア２３の外周に開いていてもよく、プランジャ２５はギャップ３９を跨ぐようにこれに面する。

【0026】

クラッチ部材１５はケース７と共に回転するべくこれに嵌合しており、またプランジャ２５に当接して推力を受けて軸方向に駆動される。クラッチ部材１５において一方の端は軸方向に延びる一以上の脚を備える。これらの脚はそれぞれケース７に開けられた開口７Ａを通って軸方向に外方に延び、プランジャ２５の端に当接する。あるいはプランジャ２５の端が延びてクラッチ部材１５に当接してもよいし、プランジャ２５とクラッチ部材１５は直接に当接しなくてもよく、適宜の他の部材が介在していてもよい。クラッチ部材１５において他方の端はデファレンシャルギア組９に面し、クラッチ歯３７を備える。クラッチ歯３７はサイドギア１１が備えるクラッチ歯３５に噛合するように構造づけられている。

【0027】

クラッチ部材１５は、通常、デファレンシャルギア組９から離脱した脱連結位置に待機している。クラッチ部材１５がプランジャ２５に軸方向に駆動されて連結位置に移動するとクラッチ歯３５，３７が噛合する。もちろんクラッチ部材１５は定常的に連結位置にあって時限的に脱連結位置に移動することもありうる。連結位置にあるときにはクラッチ部材１５はサイドギア１１をケース７に駆動的に連結し、以ってデファレンシャルギア組９の差動がロックされる。また既に述べた通り、クラッチ歯３５がインナケースに刻まれておりクラッチ歯３７がこれに噛合することにより、クラッチ部材１５はアウタケースからデファレンシャルギア組９へのトルク伝達を仲介してもよい。

【0028】

開口７Ａの側面とクラッチ部材１５の脚の側面とは対応して傾き、以ってケース７に付与されたトルクの一部を軸方向推力に変換するカムを構成していてもよい。かかる構造はトルクの一部を利用してクラッチ部材１５の噛合を保持するのに有利であり、ひいてはアクチュエータ１７の推力への要求を下げてその小型化に有利である。あるいは噛合を保持するのに電力を要さず、以ってエネルギ効率の向上に有利である。他方、脱連結を促すべく、例えば図３に示すごとく、サイドギア１１とクラッチ部材１５との間にスプリング４７が介在していてもよい。もちろん連結を促す向きにスプリングを利用してもよく、また既に述べた通りアクチュエータ１７はクラッチ部材１５を脱連結させる向きに推力を発生してもよい。

【0029】

上述の何れの実施形態によっても、軸方向の寸法を低減しようとの要求に反してコアを軸方向に突出させている。それにも関わらずベアリング間の距離としては軸方向の寸法を低減しており、一方コアに十分な寸法を確保しているので、アクチュエータは十分な推力を発揮することができる。かかる構造はデファレンシャルのケースの肉厚を損なわず、従ってその強度剛性を犠牲にすることがない。

【0030】

幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】