JP2002070890A - 電磁式テーパクラッチ及びそれを用いたカップリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな吸引力を発生させることができる電磁
式テーパクラッチの提供を図る。 【解決手段】 対向する面にテーパ面４８，５４を有す
る一対のクラッチ部材４７，５３を、電磁石５５で吸引
して締結させるテーパクラッチであって、一方のクラッ
チ部材５３に磁路を形成して、該クラッチ部材５３を吸
引するため、電磁石５５の吸引力はクラッチ部材４７，
５３のテーパ面４８，５４と所定の角度を有しているの
で、この吸引力Ｆをテーパ面４８，５４に略直角に分け
た分力Ｆ２によって一対のクラッチ部材４７，５３が引
き合う力となる。従って、クラッチ部材４７，５３が引
き合う方向の分力Ｆ２が電磁石５５の吸引力Ｆよりも大
きくなり、大きな吸引力を発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁式テーパクラ
ッチ及びこのテーパクラッチを用いて動力の断続を行う
カップリングに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は実開平５−３６１５８号公報に記
載された従来のカップリング２０１を示す。

【０００３】このカップリング２０１は、エンジンの回
転を左右の後輪に分配するデファレンシャル装置に適用
したものであり、デフケースに支承された状態でエンジ
ンによって回転駆動されるデフケース２０３と、デフケ
ース２０３の内部に同軸的に配置された左右のハブ２０
５，２０７とを備え、左のハブ２０５は左の後車軸にス
プライン連結され、右のハブ２０７は右の後車軸にスプ
ライン連結されている。

【０００４】右のハブ２０７には、ピニオンキャリヤ２
１１を介してピニオンキャリヤ２０９が連結されてお
り、デフケース２０３の内部には、ピニオンキャリヤ２
０９と左のハブ２０５とを連結する多板式のメインクラ
ッチ２１３が配置されている。

【０００５】また、ハブ２０７側には、クラッチ部材と
してのカムリング２１５が配置され、このカムリング２
１５とピニオンキャリヤ２１１との間には、ボール２１
７を介してカム２１９が形成されている。

【０００６】カム２１９の外側には、クラッチ部材とし
てのアーマチャ２２１が配置されており、アーマチャ２
２１の外周はデフケース２０３の内周に軸方向移動自在
にスプライン連結されている。

【０００７】アーマチャ２２１とカムリング２１５の対
向面は、円錐状のテーパ面２２３となっており、このテ
ーパ面２２３が接触することによりテーパクラッチから
なるパイロットクラッチ２２５が構成されている。

【０００８】デフケース２０３の右側ボス部２２７の外
側には、リング状の電磁石２２９が配置されている。電
磁石２２９はベアリング２３１を介してボス部２２７に
支承されると共に、支持部材を介してデフキャリヤに固
定されている。また、デフケース２０３の右側壁２３３
には、電磁石２２９の磁路の短絡を防いでアーマチャ２
２１に導く非磁性のリング２３５が配置されている。

【０００９】電磁石２２９への通電により、デフケース
２０３の右側壁２３３、アーマチャ２２１、カムリング
２１５、デフケース２０３の右側壁２３３を通る磁路が
発生し、アーマチャ２２１が吸引されてパイロットクラ
ッチ２２５が締結し、カムリング２１５がパイロットク
ラッチ２２５を介してデフケース２０３に連結される。
この連結によってデフケース２０３とピニオンキャリヤ
２１１との間に生じた差動トルクがカム２１９に掛か
り、ピニオンキャリヤ２１１，２０９を介してメインク
ラッチ２１３が押圧されて締結する。

【００１０】そして、電磁石２２９によりパイロットク
ラッチ２２５の締結力を調節すると、カム２１９を介し
てメインクラッチ２１３の締結力が変化するため、作動
制限力を制御することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のカップリング２
０１では、電磁石２２９がパイロットクラッチ２２５を
構成するカムリング２１５、アーマチャ２２１の双方を
吸引している。すなわち、図２（ｂ）に示すように、電
磁石２２９からの磁路２３９は、アーマチャ２２１から
テーパ面２２３を略直角に通過してカムリング２１５を
通っている。従って、テーパ面２２３で発生する吸引力
Ｆ’はテーパ面２２３と略直角に通過する磁路の磁力と
ほぼ等しく、必要な吸引力を得ることができないという
問題があった。

【００１２】そこで、大きな吸引力を得るためには、電
磁石２２９を大きくしたり、供給する電力を大きくする
必要がある。しかしながら、電磁石２２９を大きくする
場合には、カップリング２０１の装置全体が大型化す
る。また、供給電力を大きくする場合には、バッテリー
の消費が早くなる問題が発生する。

【００１３】さらに、これらの場合には、カップリング
２０１の動力の切り換えタイミングが遅れ、駆動力にロ
スが生じてエンジン燃費に影響する上、車両の旋回性に
も影響を与える恐れがある。

【００１４】そこで、この発明は、大きな吸引力を発生
させることができる電磁式テーパクラッチを提供するこ
とを目的とする。また、この発明は、この電磁式テーパ
クラッチを用いることにより、電磁石を大きくする必要
がなく、電磁石へ供給する電力を小さくすることができ
るカップリングを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の電磁式
テーパクラッチは、対向する面にテーパ面を有する一対
のクラッチ部材を、電磁石で吸引して締結させるテーパ
クラッチであって、前記クラッチ部材の一方に磁路を形
成して、該クラッチ部材の一方を吸引することを特徴と
している。

【００１６】このように磁路がクラッチ部材の一方を吸
引する場合、電磁石の吸引力はクラッチ部材のテーパ面
と所定の角度を有しているため、この吸引力をテーパ面
に略直角に分けた分力によって一対のクラッチ部材が引
き合う力となる。従って、クラッチ部材が引き合う方向
の分力が電磁石の吸引力よりも大きくなり、大きな吸引
力を発生させることができる。

【００１７】また、クラッチ部材が引き合う分力はテー
パ面の角度によって変化するため、引き合い力を適宜変
更することができ、機器に合わせた調整が容易となる。

【００１８】請求項２に記載のカップリングは、ケース
状のトルク伝達部材と、このケース状のトルク伝達部材
に貫入した軸状のトルク伝達部材と、これら両トルク伝
達部材の間に配置されたメインクラッチと、電磁石によ
って断続操作されるパイロットクラッチと、パイロット
クラッチが連結されると、生じた軸方向のスラスト力に
よってメインクラッチを連結させるカム機構とを備えた
カップリングであって、前記パイロットクラッチを、対
向する面にテーパ面を有する一対のクラッチ部材からな
るテーパクラッチにより構成し、前記電磁石によってク
ラッチ部材の一方に磁路を形成して、該クラッチ部材の
一方を吸引することを特徴としている。

【００１９】電磁石が一方のクラッチ部材を吸引するこ
とにより、パイロットクラッチが連結され、カム機構の
カムスラスト力によってメインクラッチが連結し、ケー
ス状のトルク伝達部材と軸状のトルク伝達部材との間で
動力の伝達が行われ、エンジンからの動力が車輪に伝達
される。

【００２０】このとき、電磁石への励磁電流を制限する
と、パイロットクラッチに滑りが生じてカム機構のカム
スラスト力が変わり、メインクラッチの連結力が変化す
るため、車輪側に伝達される駆動力が制限される。一
方、電磁石の励磁を停止すると、パイロットクラッチが
解放されてカム機構のカムスラスト力が消失して、メイ
ンクラッチの連結が解除される。

【００２１】この発明では、パイロットクラッチがテー
パクラッチによって構成されると共に、電磁石がテーパ
クラッチのクラッチ部材の一方を吸引するため、請求項
１に記載したようにクラッチ部材の引き合い力を大きく
することができる。従って、パイロットクラッチを小型
化することができ、カップリングの小型化が可能とな
る。また、電磁石への電力を大きくする必要もなくな
る。

【００２２】また、クラッチ部材を大きな吸引力で吸引
できるため、テーパ面での摺動面積を小さくすることが
でき、摺動抵抗が減少して、引きずりトルクを低減させ
ることができる。

【００２３】請求項３に記載のカップリングは、請求項
２記載のカップリングであって、前記電磁石と一方のク
ラッチ部材との間に磁路形成部材が配置されると共に、
非磁性領域が一方のクラッチ部材の側部に設けられるこ
とにより、前記磁路を一方のクラッチ部材にのみ形成す
る構造となっていることを特徴としている。

【００２４】従って、この発明では、請求項２と同等の
作用・効果を得ることができる。

【００２５】これに加えて、この発明では、磁路形成部
材を設けることにより、電磁石の磁路を確実に形成する
ことができる。また、非磁性領域を設けているため、磁
路を一方のクラッチ部材にのみ形成することを簡単な構
造で可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１によって本発明の一実施形態
のカップリング１を説明する。

【００２７】このカップリング１は請求項１，２，３の
特徴を備えている。なお、左右の方向はカップリング１
を用いた車両及び図１での左右の方向であり、符号のな
い部材等は図示されていない。

【００２８】このカップリング１は、エンジンの回転を
左右の前輪に分配するデファレンシャル装置に適用した
ものであり、後輪駆動ベースの４輪駆動車の動力系を例
に取って説明する。

【００２９】後輪駆動ベースの４輪駆動車の動力系は、
エンジン、トランスミッション、トランスファ、トラン
スファに内蔵された２−４切り換え機構、カップリング
１（エンジンの駆動力を左右の前輪に配分するデファレ
ンシャル装置）、前車軸、左右の前輪、後輪側のプロペ
ラシャフト、リヤデフ（エンジンの駆動力を左右の後輪
に配分するデファレンシャル装置）、後車軸、左右の後
輪などから構成されている。

【００３０】エンジンの駆動力はトランスミッションで
変速された後、トランスファと２−４切り換え機構から
カップリング１に伝達され、また、トランスファからプ
ロペラシャフトを介してリヤデフに伝達される。

【００３１】伝達された駆動力は、カップリング１から
前車軸を介して左右の前輪に配分され、リヤデフから後
車軸を介して左右の後輪に配分される。

【００３２】カップリング１は、トランスファーケース
に収容されており、アウターケース３（ケース状のトル
ク伝達部材）、インナーケース５、ベベルギヤ式の差動
機構７、メインクラッチ９、連結手段１１などから構成
されている。

【００３３】アウターケース３は、カバー１３と入力部
材１５とケーシング本体１７とをボルト１９で固定して
構成されている。

【００３４】入力部材１５にはリングギヤ２１が一体に
形成されており、このリングギヤ２１はトランスファ
（２−４切り換え機構）の出力ギヤと噛み合って、アウ
ターケース３にエンジンの駆動力を伝達する。

【００３５】また、ケーシング本体１７は、円筒部材２
３と、非磁性材料のリング２５と、磁性材料のロータ２
７（右側の隔壁部材）などからなり、リング２５は円筒
部材２３とロータ２７にそれぞれ溶接され、これらを一
体にしている。

【００３６】アウターケース３はカバー１３のボス部２
９とロータ２７のボス部３１でベアリングによってトラ
ンスファーケースに支承されている。

【００３７】差動機構７は、複数本のピニオンシャフト
３３、各ピニオンシャフト３３上に支承されたピニオン
ギヤ３５、これらのピニオンギヤ３５と噛み合った出力
側のサイドギヤ３７，３９から構成されている。

【００３８】各ピニオンシャフト３３の先端部はインナ
ーケース５の軸方向溝４１に移動自在に連結されてい
る。また、各サイドギヤ３７，３９の軸部３８，４０
（軸状のトルク伝達部材）はスプライン連結された前車
軸を介して左右の前輪にそれぞれ連結されている。

【００３９】連結手段１１は、パイロットクラッチ４
３、ボールカム４５（カム機構）、カムリング４７、プ
レッシャープレート４９、電磁石５５、コントローラな
どから構成されている。

【００４０】連結手段１１は、下記のように、メインク
ラッチ９を連結操作及び連結解除操作し、メインクラッ
チ９はこれに伴ってアウターケース３とインナーケース
５とを連結し、また、連結を解除する。

【００４１】メインクラッチ９によってアウターケース
３とインナーケース５とが連結されると、アウターケー
ス３を回転させるエンジンの駆動力は、インナーケース
５、ピニオンシャフト３３、ピニオンギヤ３５から各サ
イドギヤ３７，３９と前車軸とを介して左右の前輪に配
分され、車両が４輪駆動状態になり、悪路の脱出性と走
破性、発進性、加速性、車体の安定性などが向上する。

【００４２】また、悪路などで前輪間に駆動抵抗差が生
じると、エンジンの駆動力はピニオンギヤ３５の自転に
よって左右の前輪に差動配分される。

【００４３】また、メインクラッチ９の連結を解除する
と、インナーケース５(差動機構７)から左右の前輪まで
がエンジンから切り離され、車両は後輪駆動による２輪
駆動状態になり、旋回性とエンジンの燃費が向上する。

【００４４】また、このとき、コントローラは２−４切
り換え機構（トランスファ）の連結を解除し、アウター
ケース３までの前輪側駆動系の連れ回りを防止する。

【００４５】メインクラッチ９は、多板クラッチからな
り、アウターケース３と左側の再度ギヤ３７の軸部３８
との間に配置されている。

【００４６】パイロットクラッチ４３は、リング２５と
ロータ２７のボス部３１との間に配置されており、カム
リング４７とクラッチリング５３とを備えている。これ
らのカムリング４７及びクラッチリング５３はクラッチ
部材を構成するものであり、クラッチリング５３はカム
リング４７の外側でカムリング４７と対向している。カ
ムリング４７及びクラッチリング５３の対向面は、それ
ぞれ円錐状のテーパ面４８，５４となっており、従っ
て、この実施形態のパイロットクラッチ４３はテーパク
ラッチとなっている。また、クラッチリング５３は外周
がリング２５にスプライン連結されており、電磁石５５
の磁力によって軸方向に吸引される。

【００４７】電磁石５５とロータ２７との間にはエアギ
ャップが形成されている。ロータ２７は磁性材料からな
り、電磁石５５の磁気回路の一部を構成する磁路形成部
材として作用している。ロータ２７におけるクラッチリ
ング５３の側部に対応した部分には、ステンレス鋼等の
非磁性材料からなるリング５９が配置されることにより
分断されて磁力の短絡を防止している。さらに、リング
２５は上記のように、非磁性材料で作られており磁力が
円筒部材２３側に漏洩することを防止している。従っ
て、電磁石５５の磁路６９は、ロータ２７の外側、クラ
ッチリング５３、ロータ２７の内側を巡回する回路とな
っており、クラッチリング５３だけを吸引する。

【００４８】ボールカム４５は、カムリング４７とプレ
ッシャープレート４９との間に配置されている。また、
カムリング４７とロータ２７との間には、ボールカム４
５のカム反力を受けるスラストベアリング５７とワッシ
ャとが配置されている。

【００４９】プレッシャープレート４９は、その外周部
分がインナーケース５に当接することにより、インナー
ケース５と移動可能に連結している。

【００５０】コントローラは、電磁石５５の励磁、励磁
電流の制御、励磁停止を行うと共に、電磁石５５と２−
４切り換え機構の作動と作動停止とを連動して行う。

【００５１】電磁石５５を励磁すると、クラッチリング
５３を吸引してパイロットクラッチ４３を締結させ、カ
ムリング４７がアウターケース３に連結される。このと
き、差動機構７に差動回転が生じると、その差動トルク
が、アウターケース３側のカムリング４７とサイドギヤ
３９側のプレッシャープレート４９とを介してボールカ
ム４５に掛かり、発生したカムスラスト力によってプレ
ッシャープレート４９が左方に移動し、メインクラッチ
９を締結させる。メインクラッチ９が締結されると、上
記のように、車両が４輪駆動状態になる。

【００５２】このとき、電磁石５５の励磁電流を制御す
ると、パイロットクラッチ４３に滑りが生じてボールカ
ム４５のカムスラスト力が変わり、メインクラッチ９の
連結力が変化することにより、前輪側に伝達される駆動
力の大きさを変えることができる。

【００５３】このような駆動力の制御を旋回時に行え
ば、旋回性と車体の安定性とが大きく向上する。

【００５４】また、電磁石５５の励磁を停止すると、パ
イロットクラッチ４３が開放されてボールカム４５のカ
ムスラスト力が消失し、メインクラッチ９の連結が解除
されて、車両が２輪駆動状態になる。

【００５５】アウターケース３には、開口７１，７３が
設けられており、ボス部２９，３１の内周には螺旋状の
オイル溝７５，７７がそれぞれ設けられている。

【００５６】アウターケース３の回転に伴って、トラン
スファーケースのオイル溜まりからこれらの開口７１，
７３とオイル溝７５，７７とを介してアウターケース３
にオイルが流出入し、流入したオイルは、メインクラッ
チ９、差動機構７の各ギヤの噛み合い部、パイロットク
ラッチ４３、ボールカム４５、ベアリング５９などを充
分に潤滑・冷却する。

【００５７】また、電磁石５５のコイル６７はその熱に
よりオイル溜まりのオイルを暖めて粘度を適度に低くす
ると共に、周辺のパイロットクラッチ４３やボールカム
４５などを暖め、加温されたオイルはメインクラッチ９
を暖める。

【００５８】パイロットクラッチ４３とメインクラッチ
９は、それぞれがこのように暖められる上に、オイルの
粘度が低く調整されることによって、連結を解除する際
のレスポンスが共に大きく向上している。

【００５９】こうして、カップリング１が構成されてい
る。

【００６０】図２（ａ）は、パイロットクラッチ４３の
作用を説明するものであり、電磁石５５がクラッチリン
グ５３のみを吸引することから、電磁石５５の吸引力Ｆ
がテーパ面５４，４８と所定の角度を有している。従っ
て、吸引力Ｆは、クラッチリング５３及びカムリング４
７を引き合う力Ｆ２（吸引力Ｆをテーパ面５４，４８に
直角に分けた分力）と、吸引力Ｆと直交する分力Ｆ１と
に分けられる。

【００６１】このため、吸引力Ｆよりも大きな大きな吸
引力Ｆ２を発生させることができる。

【００６２】このように、大きな吸引力を発生させるこ
とができるため、パイロットクラッチ４３をそれだけ小
型、軽量とすることができ、カップリング１がコンパク
トとなり、車載性が向上する。また、電磁石５５への電
力を大きくする必要もなくなる。

【００６３】また、カムリング４７及びクラッチリング
５３が引き合う分力は、これらのテーパ面４８，５４の
角度によって変化するため、テーパ面の角度を調整する
ことによりカップリング１の特性を簡単に変更すること
ができ、車種に合わせた調整が容易となる。

【００６４】また、カムリング４７及びクラッチリング
５３がを大きな吸引力で吸引できるため、テーパ面での
摺動面積を小さくすることができ、摺動抵抗が減少し
て、引きずりトルクを低減させることができる。従っ
て、所望のタイミングで前輪を切り離すことが可能にな
り、前輪の切り離し遅れによる駆動力のロス等が防止さ
れ、エンジン燃費、操縦性（旋回性）のなどが向上す
る。

【００６５】また、引きずりトルクを軽減するために、
特別な手段を用いてオイルの粘度を下げること、オイル
の温度を上げること、あるいは、オイル量を減らすこと
などの対策が不要になるから、これらに伴うコストの上
昇を防止できると共に、潤滑性などが向上する。

【００６６】また、ロータ２７にリング５９からなる非
磁性領域を設けているため、簡単な構造で磁路６９をク
ラッチリング５３だけに形成することができる。

【００６７】また、電磁石５５は励磁電流の微調整が可
能であり、上記のようにパイロットクラッチ４３の滑り
とボールカム４５のカムスラスト力を調整することによ
り、メインクラッチ９の連結力を精密に制御できるか
ら、電磁石５５を制御手段に用いたことによって、カッ
プリング１は前輪側への伝達トルクを精密に制御し、車
両の操縦性や旋回性を大幅に向上させることができる。

【００６８】また、操作手段に電磁石５５を用いたカッ
プリング１は、油圧アクチュエータのような流体圧アク
チュエータを用いた構成と較べて、構造が簡単でコンパ
クトになり、車載性がさらに向上すると共に、低コスト
で実施できる。また、圧力漏れによる機能不良から解放
され、信頼性が大幅に向上する。

【００６９】また、油圧アクチュエータなどに較べて押
圧力が小さい電磁石５５を操作手段に用いても、上記の
ようにボールカム４５によってメインクラッチ９の押圧
力が増幅されるから、カップリング１は充分なトルク容
量が得られる。

【００７０】なお、本発明は、電磁式テーパクラッチを
用いたカップリング１（デファレンシャル装置）に適用
した場合を説明したが、これに限らず、通常の電磁式ク
ラッチ装置に適用することができる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１に記載の電磁式テーパクラッチ
によれば、クラッチ部材が引き合う力が電磁石の吸引力
よりも大きくなるため、大きな吸引力を発生させること
ができる。また、テーパ面の角度を変化させることによ
り、引き合い力を適宜変更することができるため、機器
に合わせた調整が容易となる。

【００７２】請求項２に記載のカップリングによれば、
パイロットクラッチのクラッチ部材の引き合い力を大き
くすることができるため、パイロットクラッチを小型、
軽量とすることができ、カップリングのコンパクト化が
可能となり、電磁石への電力を大きくする必要もなくな
る。

【００７３】また、テーパ面での摺動面積を小さくする
ことができ、摺動抵抗が減少して、引きずりトルクを低
減させることができる。

【００７４】請求項３に記載のカップリングによれば、
請求項２と同等の効果を得ることができるのに加えて、
簡単な構造で磁路を一方のクラッチ部材にのみ形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の断面図である。

【図２】テーパクラッチの作用を説明する図であり、
（ａ）は本発明の一実施形態、（ｂ）は従来を示す。

【図３】従来のカップリングの断面図である。

【符号の説明】

１ カップリング ３ アウターケース ５ インナーケース ９ メインクラッチ ２７ ロータ ４３ パイロットクラッチ ４５ ボールカム ４７ カムリング ４９ プレッシャープレート ５３ クラッチリング ５９ リング ６９ 磁路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する面にテーパ面を有する一対のク
   ラッチ部材を、電磁石で吸引して締結させるテーパクラ
   ッチであって、 前記クラッチ部材の一方に磁路を形成して、該クラッチ
   部材の一方を吸引することを特徴とする電磁式テーパク
   ラッチ。
2. 【請求項２】 ケース状のトルク伝達部材と、このケー
   ス状のトルク伝達部材に貫入した軸状のトルク伝達部材
   と、これら両トルク伝達部材の間に配置されたメインク
   ラッチと、電磁石によって断続操作されるパイロットク
   ラッチと、パイロットクラッチが連結されると、生じた
   軸方向のスラスト力によってメインクラッチを連結させ
   るカム機構とを備えたカップリングであって、 前記パイロットクラッチを、対向する面にテーパ面を有
   する一対のクラッチ部材からなるテーパクラッチにより
   構成し、前記電磁石によってクラッチ部材の一方に磁路
   を形成して、該クラッチ部材の一方を吸引することを特
   徴とするカップリング。
3. 【請求項３】 請求項２記載のカップリングであって、
   前記電磁石と一方のクラッチ部材との間に磁路形成部材
   が配置されると共に、非磁性領域が一方のクラッチ部材
   の側部に設けられることにより、前記磁路を一方のクラ
   ッチ部材にのみ形成する構造となっていることを特徴と
   するカップリング。