駆動力伝達装置およびその設計方法
【課題】アーマチュアから移動カム部材の突起部への漏れ磁束が生じるとしても、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができる駆動力伝達装置を提供する。
【解決手段】移動カム部材５２は、アーマチュア４３側に環状に突出して形成され、アーマチュア４３に当接することにより、アーマチュア４３のヨーク４１側とは反対方向への移動を規制する突起部１３０を備える。突起部１３０は、内周円筒面１３１と、外周円筒面１３２と、アーマチュア４３に当接可能な環状の端面１３３と、内周円筒面１３１と端面１３３の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取１３４と、外周円筒面１３２と端面１３３の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取１３５とを備える。端面１３３の径方向長さＷｂは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【解決手段】移動カム部材５２は、アーマチュア４３側に環状に突出して形成され、アーマチュア４３に当接することにより、アーマチュア４３のヨーク４１側とは反対方向への移動を規制する突起部１３０を備える。突起部１３０は、内周円筒面１３１と、外周円筒面１３２と、アーマチュア４３に当接可能な環状の端面１３３と、内周円筒面１３１と端面１３３の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取１３４と、外周円筒面１３２と端面１３３の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取１３５とを備える。端面１３３の径方向長さＷｂは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動力伝達装置およびその設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる電子制御カップリングと称される駆動力伝達装置は、例えば、特開２０１０−９６２３９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この種の駆動力伝達装置は、以下のように構成される。電磁クラッチ装置のパイロットクラッチを介して外側回転部材と内側回転部材との回転差に応じたトルクをカム機構に伝達し、カム機構により当該トルクをメインクラッチに対する軸方向の押付力に変換し、押し付けられたメインクラッチにより外側回転部材と内側回転部材との間でトルクが伝達される。
【０００３】
電磁クラッチ装置において、アーマチュアがヨーク側に引き寄せられることにより、アウタパイロットクラッチとインナパイロットクラッチとの間でトルクが伝達される状態となる。このアーマチュアのヨークの軸方向反対側には、カム機構を構成する移動カム部材が配置されている。移動カム部材は、トルク伝達部材であるため、一般に、鉄を主成分とする材料により形成される。すなわち、移動カム部材は、磁性材料である。そのため、アーマチュアを通過する磁束が移動カム部材側へ漏れるおそれがある。この漏れ磁束が大きいと、電磁クラッチ装置のコイルに電流を供給した場合に、アーマチュアがヨーク側に引き寄せられずに、移動カム部材側に引き寄せられるおそれがある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載されているように、アーマチュアと移動カム部材とが接触し得る面積を小さくするために、移動カム部材のうちアーマチュア側に突起を形成している。これにより、アーマチュアと移動カム部材との軸方向間の大部分に空間部を形成して、漏れ磁束を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、移動カム部材のアーマチュア側の突起の形状によっては、漏れ磁束によって磁化するおそれがある。この場合、アーマチュアが移動カム部材に吸着されて、アーマチュアのヨーク側への吸引力によっては、アーマチュアをヨーク側へ引き寄せることができなくなるおそれがある。そうすると、電磁クラッチ装置が機能せず、結果として駆動力伝達装置が機能しなくなることになる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができる駆動力伝達装置およびその設計方法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】
【０００８】
（請求項１）本発明の駆動力伝達装置は、円筒形状の外側回転部材と、前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、磁力によりアーマチュアを引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、を備える駆動力伝達装置において、前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【０００９】
（請求項２）好適には、前記突起部の前記内周円筒面の内径は、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲に設定され、前記突起部の前記外周円筒面の外径は、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【００１０】
（請求項３）また、本発明の駆動力伝達装置の設計方法は、円筒形状の外側回転部材と、前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、磁力によりアーマチュアを引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、を備える駆動力伝達装置の設計方法において、前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設計されている。
【発明の効果】
【００１１】
（請求項１）漏れ磁束により磁化された移動カム部材によるアーマチュアの吸引力は、その残留磁束密度が大きいほど大きくなる。そこで、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上にすることで、突起部とアーマチュアとの間の残留磁束密度を十分に小さくすることができるため、アーマチュアをヨーク側へ確実に吸引することができる。また、突起部の端面の径方向長さを大きくすると、潤滑油のスクイズ効果によって、アーマチュアを突起部から離れさせるために大きな力が必要となる。そこで、突起部の端面の径方向長さを２．０ｍｍ以下にすることで、潤滑油のスクイズ効果による吸着力を十分に小さくすることができるため、アーマチュアをヨーク側へ確実に吸引することができる。つまり、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定することで、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置としても確実に機能させることができる。
【００１２】
（請求項２）特に、突起部の内周円筒面の内径が、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲であって、突起部の外周円筒面の外径が、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲の場合に、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定することで、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができる。
【００１３】
（請求項３）本発明による駆動力伝達装置の設計方法によれば、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設計することで、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置としても確実に機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の駆動力伝達装置の軸方向断面図である。
【図２】図１の駆動力伝達装置を構成する移動カム部材の軸方向断面図である。
【図３】図２のIII部の拡大図である。
【図４】図３に示す移動カム部材の突起部の端面の径方向長さと、アーマチュアを移動カム部材側からヨーク側へ引き付けるための引き付け電流との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す突起部とヨークとの軸方向間においてアーマチュアおよびパイロットクラッチの間に軸方向隙間と、アーマチュアを移動カム部材側からヨーク側へ引き付けるための引き付け電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（駆動力伝達装置の全体構成）
本実施形態の駆動力伝達装置１について、図１を参照して説明する。駆動力伝達装置は、例えば、４輪駆動車において車両の走行状態に応じて駆動力が伝達される補助駆動輪側への駆動力伝達系に適用される。より詳細には、４輪駆動車において、駆動力伝達装置１は、例えば、エンジンの駆動力が伝達されるプロペラシャフトと、リアディファレンシャルとの間に連結されている。駆動力伝達装置１は、プロペラシャフトから伝達される駆動力を、伝達割合を可変にしながら、リアディファレンシャルに伝達している。この駆動力伝達装置１は、例えば、前輪と後輪との回転差が生じた場合に、回転差を低減するように作用する。
【００１６】
駆動力伝達装置１は、いわゆる電子制御カップリングからなる。この駆動力伝達装置１は、図１に示すように、外側回転部材としてのアウタケース１０と、内側回転部材としてのインナシャフト２０と、メインクラッチ３０と、パイロットクラッチ機構を構成する電磁クラッチ装置４０と、カム機構５０とを備えている。
【００１７】
アウタケース１０は、円筒形状のホールカバー（図示せず）の内周側に、当該ホールカバーに対して回転可能に支持されている。このアウタケース１０は、全体として円筒形状に形成されており、車両前側に配置されるフロントハウジング１１と車両後側に配置されるリヤハウジング１２とにより形成されている。
【００１８】
フロントハウジング１１は、例えばアルミニウムを主成分とする非磁性材料のアルミニウム合金により形成され、有底筒状に形成されている。フロントハウジング１１の円筒部の外周面が、ホールカバーの内周面に軸受を介して回転可能に支持されている。さらに、フロントハウジング１１の底部が、プロペラシャフト（図示せず）の車両後端側に連結されている。つまり、フロントハウジング１１の有底筒状の開口側が車両後側を向くように配置されている。そして、フロントハウジング１１の内周面のうち軸方向中央部には、雌スプライン１１ａが形成されており、当該内周面の開口付近には、雌ねじが形成されている。
【００１９】
リヤハウジング１２は、円環状に形成されており、フロントハウジング１１の開口側の径方向内側に、フロントハウジング１１と一体的に配置されている。リヤハウジング１２の車両後方側には、全周に亘って環状溝が形成されている。このリヤハウジング１２の環状溝底の一部分には、非磁性材料としての例えばステンレス鋼により形成された環状部材１２ａを備えている。リヤハウジング１２のうち環状部材１２ａ以外の部位は、磁気回路を形成するために磁性材料である鉄を主成分とする材料（以下、「鉄系材料」と称する）により形成されている。リヤハウジング１２の外周面には、雄ねじが形成されており、当該雄ねじはフロントハウジング１１の雌ねじにねじ締めされる。なお、フロントハウジング１１の雌ねじをリヤハウジングの雄ねじに締め付け、フロントハウジング１１の開口側端面をリヤハウジングの段部の端面に当接することにより、フロントハウジング１１とリヤハウジング１２とを固定する。
【００２０】
インナシャフト２０は、外周面の軸方向中央部に雄スプライン２０ａを備える軸状に形成されている。このインナシャフト２０は、リヤハウジング１２の中央の貫通孔を液密的に貫通して、アウタケース１０内に相対回転可能に同軸上に配置されている。そして、インナシャフト２０は、フロントハウジング１１およびリヤハウジング１２に対して軸方向位置を規制された状態で、フロントハウジング１１及びリヤハウジング１２に軸受を介して回転可能に支持されている。さらに、インナシャフト２０の車両後端側（図１の右側）は、ディファレンシャルギヤ（図示せず）に連結されている。なお、アウタケース１０とインナシャフト２０とにより液密的に区画される空間内には、所定の充填率で潤滑油が充填されている。
【００２１】
メインクラッチ３０は、アウタケース１０とインナシャフト２０との間でトルクを伝達する。このメインクラッチ３０は、鉄系材料により形成された湿式多板式の摩擦クラッチである。メインクラッチ３０は、フロントハウジング１１の円筒部内周面とインナシャフト２０の外周面との間に配置されている。メインクラッチ３０は、フロントハウジング１１の底部とリヤハウジング１２の車両前方端面との間に配置されている。このメインクラッチ３０は、インナメインクラッチ板３１とアウタメインクラッチ板３２とにより構成され、軸方向に交互に配置されている。インナメインクラッチ板３１は、内周側に雌スプライン３１ａが形成されており、インナシャフト２０の雄スプライン２０ａに嵌合されている。アウタメインクラッチ板３２は、外周側に雄スプライン３２ａが形成されており、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。
【００２２】
電磁クラッチ装置４０は、磁力によりアーマチュア４３をヨーク４１側に引き寄せることでパイロットクラッチ４４同士を係合させる。つまり、電磁クラッチ装置４０は、アウタケース１０のトルクを、カム機構５０を構成する支持カム部材５１に伝達する。この電磁クラッチ装置４０は、ヨーク４１と、電磁コイル４２と、アーマチュア４３と、パイロットクラッチ４４とにより構成されている。
【００２３】
ヨーク４１は、環状に形成されており、リヤハウジング１２に対して相対回転可能となるように隙間を介してリヤハウジング１２の環状溝に収容されている。ヨーク４１は、ホールカバーに固定されている。また、ヨーク４１の内周側が、リヤハウジング１２に軸受を介して回転可能に支持されている。電磁コイル４２は、巻線を巻回することにより円環状に形成され、ヨーク４１に固定されている。
【００２４】
アーマチュア４３は、鉄系材料により形成されている。外周側に雄スプラインを備える円環状に形成されている。アーマチュア４３は、メインクラッチ３０とリヤハウジング１２との軸方向間に配置されている。そして、アーマチュア４３の外周側が、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。アーマチュア４３は、電磁コイル４２に電流が供給されると、ヨーク４１側に引き寄せられるように作用する。
【００２５】
パイロットクラッチ４４は、アウタケース１０と支持カム部材５１との間でトルクを伝達する。このパイロットクラッチ４４は、鉄系材料により形成されている。パイロットクラッチ４４は、フロントハウジング１１の円筒部内周面と支持カム部材５１の外周面との間に配置されている。さらに、パイロットクラッチ４４は、アーマチュア４３とリヤハウジング１２の車両前方端面との間に配置されている。このパイロットクラッチ４４は、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとにより構成され、軸方向に交互に配置されている。インナパイロットクラッチ板４４ａは、内周側に雌スプラインが形成されており、支持カム部材５１の雄スプラインに嵌合されている。アウタパイロットクラッチ板４４ｂは、外周側に雄スプラインが形成されており、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。
【００２６】
そして、電磁コイル４２に電流が供給されると、図１の矢印にて示すように、ヨーク４１、リヤハウジング１２の外周側、パイロットクラッチ４４、アーマチュア４３、パイロットクラッチ４４、リヤハウジング１２の内周側、ヨーク４１を通過する磁気回路が形成される。そうすると、アーマチュア４３がヨーク４１側に引き寄せられて、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとが摩擦係合する。そして、アウタケース１０のトルクを支持カム部材５１に伝達する。一方、電磁コイル４２への電流供給を遮断すると、アーマチュア４３に対する吸引力がなくなり、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとの摩擦係合力が解除される。
【００２７】
カム機構５０は、メインクラッチ３０とパイロットクラッチ４４との間に設けられ、パイロットクラッチ４４を介して伝達されるアウタケース１０とインナシャフト２０との回転差に基づくトルクを軸方向の押圧力に変換してメインクラッチ３０を押圧する。このカム機構５０は、支持カム部材５１と、移動カム部材５２と、カムフォロア５３とから構成されている。
【００２８】
支持カム部材５１は、外周側に雄スプラインを備えた円環状に形成されている。この支持カム部材５１の車両前方端面には、カム溝が形成されている。支持カム部材５１は、インナシャフト２０の外周面に対して隙間を介して設けられ、リヤハウジング１２の車両前方端面にスラスト軸受６０を介して支持されている。従って、支持カム部材５１の車両後方端面は、スラスト軸受６０の軌道板にシム６１を介して当接している。つまり、支持カム部材５１は、インナシャフト２０およびリヤハウジング１２に対して相対回転可能であり、軸方向に対して規制されて設けられている。さらに、支持カム部材５１の雄スプラインは、インナパイロットクラッチ板４４ａの雌スプラインに嵌合している。
【００２９】
移動カム部材５２は、大部分を鉄系材料により形成され、内周側に雌スプラインを備える円環状に形成されている。移動カム部材５２は、支持カム部材５１の車両前方に配置されている。移動カム部材５２の車両後方端面には、支持カム部材５１のカム溝に対して軸方向に対向するように、カム溝が形成されている。移動カム部材５２の雌スプラインが、インナシャフト２０の雄スプライン２０ａに嵌合している。従って、移動カム部材５２は、インナシャフト２０と共に回転する。さらに、移動カム部材５２の車両前方端面は、メインクラッチ３０のうち最も車両後方に配置されるインナメインクラッチ板３１に当接し得る状態となっている。移動カム部材５２は、車両前方に移動すると、当該インナメインクラッチ板３１に対して車両前方へ押し付ける。ここで、移動カム部材５２の詳細は、図２〜図３を参照して後述する。
【００３０】
カムフォロア５３は、ボール状からなり、支持カム部材５１と移動カム部材５２の互いに対向するカム溝に介在している。つまり、カムフォロア５３およびそれぞれのカム溝の作用により、支持カム部材５１と移動カム部材５２に回転差が生じた際には、移動カム部材５２が支持カム部材５１に対して軸方向に離間する方向（車両前方）へ移動する。支持カム部材５１に対する移動カム部材５２の軸方向離間量は、支持カム部材５１と移動カム部材５２とのねじれ角度が大きいほど大きくなる。
【００３１】
（駆動力伝達装置の基本的な動作）
次に、上述した構成からなる駆動力伝達装置１の基本的な動作について説明する。アウタケース１０とインナシャフト２０とが回転差を生じている場合について説明する。電磁クラッチ装置４０の電磁コイル４２に電流が供給されると、電磁コイル４２を基点としてヨーク４１、リヤハウジング１２、アーマチュア４３を循環するループ状の磁気回路が形成される。
【００３２】
このように、磁気回路が形成されることで、アーマチュア４３がヨーク４１側、すなわち軸方向後方に向かって引き寄せられる。その結果、アーマチュア４３は、パイロットクラッチ４４を押圧して、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとが摩擦係合する。そうすると、アウタケース１０の回転トルクが、パイロットクラッチ４４を介して支持カム部材５１へ伝達されて、支持カム部材５１が回転する。
【００３３】
ここで、移動カム部材５２はインナシャフト２０とスプライン嵌合しているため、インナシャフト２０と共に回転する。従って、支持カム部材５１と移動カム部材５２とに回転差が生じる。そうすると、カムフォロア５３およびそれぞれのカム溝の作用により、支持カム部材５１に対して移動カム部材５２が軸方向（車両前側）に移動する。移動カム部材５２がメインクラッチ３０を車両前側へ押圧することになる。
【００３４】
その結果、インナメインクラッチ板３１とアウタメインクラッチ板３２とが相互に当接して摩擦係合状態となる。そうすると、アウタケース１０との回転トルクが、メインクラッチ３０を介してインナシャフト２０に伝達される。そうすると、アウタケース１０とインナシャフト２０との回転差を低減することができる。なお、電磁コイル４２へ供給する電流量を制御することで、メインクラッチ３０の摩擦係合力を制御できる。つまり、電磁コイル４２へ供給する電流量を制御することで、アウタケース１０とインナシャフト２０との間で伝達されるトルクを制御できる。
【００３５】
（移動カム部材の詳細構成）
次に、移動カム部材５２の詳細構成について図２〜図３を参照して説明する。移動カム部材５２は、支持カム部材５１を介して伝達されるトルクを軸方向の押圧力に変換できるように、鉄を主成分とする磁性材料により形成されている。例えば、移動カム部材５２は、鉄、ニッケル、銅、モリブデン、炭素などを含む合金よりなる。
【００３６】
図２に示すように、移動カム部材５２は、円環状に形成されており、車両前方側に拡径する段差状内周面を有している。この段差内周面の大径側には、雌スプライン１１０が形成されている。また、移動カム部材５２の車両後方端面には、支持カム部材５１のカム溝に対して軸方向に対向するようにカム溝１２０が形成されている。さらに、移動カム部材５２の車両後方端面のうち外周縁には、環状の突起部１３０が形成されている。つまり、突起部１３０は、アーマチュア４３（図１に示す）側に環状に突出して形成されている。この突起部１３０は、アーマチュア４３に当接することにより、アーマチュア４３のヨーク４１側とは反対の軸方向移動を規制する。
【００３７】
この突起部１３０は、突起部１３０とヨーク４１との軸方向間において、アーマチュア４３およびパイロットクラッチ４４の間に所望の軸方向隙間を容易に形成することができるようにするための部位である。つまり、突起部１３０の突出量を調整することにより、軸方向隙間を所望値にすることができる。例えば、パイロットクラッチ４４の枚数の変動などに対応できる。
【００３８】
この突起部１３０は、軸方向に同径に形成されている内周円筒面１３１と、軸方向に同径に形成されている外周円筒面１３２と、軸に直交する平面状に形成されアーマチュア４３に当接可能な環状の端面１３３と、内周円筒面１３１と端面１３３の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取１３４と、外周円筒面１３２と端面１３３の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取１３５とを備える。つまり、アーマチュア４３が移動カム部材５２の突起部１３０側に移動したときに、アーマチュア４３は端面１３３に当接し、他の部位には当接しない。特に、内周面取１３４および外周面取１３５は、アーマチュア４３に当接しない。
【００３９】
ここで、突起部１３０は、以下のように設計する。内周円筒面１３１の内径Ｄｉは、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲に設定される。外周円筒面１３２の外径Ｄｏは、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲に設定される。また、端面１３３の径方向長さＷｂは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定される。このように設計することにより、確実に電磁クラッチ装置４０を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置１としても確実に機能させることができる。
【００４０】
好ましくは、内周円筒面１３１の内径Ｄｉは９７ｍｍ以上１０７ｍｍ以下の範囲に設定され、外周円筒面１３２の外径Ｄｏは１０１ｍｍ以上１１１ｍｍ以下の範囲に設定される。このように設計することにより、より好ましく電磁クラッチ装置４０を機能させることができる。さらに好ましくは、内周円筒面１３１の内径Ｄｉは１０１．９ｍｍに設定され、外周円筒面１３２の外径Ｄｏは１０５．８ｍｍ以上１０６．２ｍｍ以下の範囲に設定され、この場合、突起部１３０の径方向長さＷａは１．９５ｍｍ以上２．１５ｍｍ以下の範囲に設定される。このように設計することにより、さらに好ましく電磁クラッチ装置４０を機能させることができる。
【００４１】
（電磁クラッチ装置として機能する理由）
次に、突起部１３０を上述した範囲に設計することにより、電磁クラッチ装置４０を確実に機能させることができる理由について説明する。まず、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを２．０ｍｍ以下にすることによる作用について図４〜図５を参照して説明する。
【００４２】
ここで、電磁コイル４２に電流を供給すると、図１の矢印にて示すように、ヨーク４１、リヤハウジング１２の外周側、パイロットクラッチ４４の外周側、アーマチュア４３、パイロットクラッチ４４の内周側、リヤハウジング１２の内周側、ヨーク４１を通過する磁気回路が形成される。この他に、アーマチュア４３から移動カム部材５２への漏れ磁束によって、ヨーク４１、リヤハウジング１２の外周側、パイロットクラッチ４４の外周側、アーマチュア４３、移動カム部材５２、インナシャフト２０、リヤハウジング１２の内周側、ヨーク４１を通過する残留磁気回路が形成される。
【００４３】
そして、移動カム部材５２の突起部１３０の端面１３３にアーマチュア４３が当接している状態において、電磁コイル４２に電流を供給するとき、残留磁気回路によって生じる移動カム部材５２によるアーマチュア４３の吸着力Ｆは、式（１）のように表される。式（１）において、Ｂは残留磁気回路における残留磁束密度であり、Ｓは突起部１３０とアーマチュア４３との当接面積であり、μは透磁率である。
【００４４】
【数１】
【００４５】
ここで、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂが短くなると、当接面積Ｓが小さくなり、その結果、残留磁束密度Ｂが大きくなる。式（１）より、漏れ磁束による吸着力Ｆは、残留磁束密度Ｂの２乗に比例し、突起部１３０とアーマチュア４３との当接面積Ｓに比例するため、当接面積Ｓより残留磁束密度Ｂの影響が大きくなる。従って、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを短くするほど、吸着力Ｆが大きくなる関係となる。
【００４６】
この関係について、実験を行った。解析条件は、以下のとおりである。移動カム部材５２は93.5Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo-0.5Cの合金、ヨーク４１はS10、リヤハウジング１２は、S10C、アーマチュア４３はSPH270C、パイロットクラッチ４４はSPS85(SK5M)を用いた。また、突起部１３０の内周円筒面１３１の内径Ｄｉは１０１．９ｍｍであり、外周円筒面１３２の外径Ｄｏは１０６．１ｍｍである。
【００４７】
また、実験手順は、アーマチュア４３を突起部１３０の端面１３３に当接した後、電磁コイル４２へ初期電流４Ａを供給して、移動カム部材５２を磁化させて、電磁コイル４２への電流の供給を遮断する。その後に、電磁コイル４２への供給電流を徐々に大きくしていき、アーマチュア４３がヨーク４１側へ移動した時の供給電流（以下、「引き付け電流」と称する）を計測した。ただし、供給電流の最大値は４Ａとする。ここで、当該実験手順は、駆動力伝達装置１のユニットを製造した後に搬送または車両への組付けを行っている際に、アーマチュア４３が移動カム部材５２側へ移動して、その後に４Ａの電流を電磁コイル４２に供給することにより制御する場合を想定したものである。
【００４８】
そして、上記の実験において、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを変化させた場合の引き付け電流を計測した。具体的には、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを、１．０４ｍｍ、１．０５ｍｍ、１．４２ｍｍ、１．５３ｍｍについて実験を行った。ここで、移動カム部材５２の突起部１３０とヨーク４１との軸方向間において、アーマチュア４３およびパイロットクラッチ４４の間の軸方向隙間は、１．０ｍｍとした。
【００４９】
この結果を図４に示す。図４に示すように、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂが１．０５ｍｍにおいて、引き付け電流が４Ａとなり、１．０５ｍｍ未満においては、供給電流を４Ａとした場合にであっても引き付けることができなかった。また、径方向長さＷｂが１．０５ｍｍ以上において、径方向長さＷｂを大きくするほど、引き付け電流が線形的に小さくなる関係になった。
【００５０】
次の実験は、移動カム部材５２の突起部１３０とヨーク４１との軸方向間において、アーマチュア４３およびパイロットクラッチ４４の間の軸方向隙間を変化させた場合に、引き付け電流を計測した。
【００５１】
この結果を図５に示す。図５に示すように、軸方向隙間が大きくなるほど、引き付け電流が大きくなっている。また、図４にも示したように、端面１３３の径方向長さＷｂが長いほど、引き付け電流が大きくなっている。そして、引き付け電流を１．３Ａ以下と設定した場合には、端面１３３の径方向長さＷｂを１．３ｍｍ以上の場合に、軸方向隙間を０．０１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下において、確実にアーマチュア４３をヨーク４１側に引き寄せることができることが分かる。
【００５２】
ここで、引き付け電流を１．３Ａ以下と設定した理由は、制御電流を印加する前に予備電流として印加される電流が１．３Ａであるからである。また、軸方向隙間の最大値を０．８ｍｍとした理由は、当該値が、軸方向の部品寸法公差のばらつきの最小値を積み上げた時の最大隙間であるからである。
【００５３】
つまり、電磁コイル４２の制御電流を１．３Ａ以下とし、かつ、軸方向隙間を０．８ｍｍ以下にする場合において、端面１３３の径方向長さＷｂを１．３ｍｍ以上にすることで、確実にアーマチュア４３をヨーク４１側へ引き寄せることができる。
【００５４】
また、突起部１３０の端面１３３の径方向長さを大きくするほど、潤滑油のスクイズ効果によって、アーマチュア４３を突起部１３０から離れさせるために大きな力が必要となる。そこで、上述した内周円筒面１３１の内径Ｄｉおよび外周円筒面１３２の外径Ｄｏの範囲であれば、突起部１３０の端面１３３の径方向長さを２．０ｍｍ以下にすることで、潤滑油のスクイズ効果による吸着力を十分に小さくすることができる。
【００５５】
以上より、突起部１３０の端面１３３の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定することで、確実に電磁クラッチ装置４０を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置１としても確実に機能させることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１：駆動力伝達装置、 １０：アウタケース（外側回転部材）、 ２０：インナシャフト（内側回転部材）、 ３０：メインクラッチ、 ４０：電磁クラッチ装置、 ４１：ヨーク、 ４２：電磁コイル、 ４３：アーマチュア、 ４４：パイロットクラッチ、 ５０：カム機構、 ５１：支持カム部材、 ５２：移動カム部材、 ５３：カムフォロア、 １３０：突起部、 １３１：内周円筒面、 １３２：外周円筒面、 １３３：端面、 １３４：内周面取、 １３５：外周面取
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動力伝達装置およびその設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる電子制御カップリングと称される駆動力伝達装置は、例えば、特開２０１０−９６２３９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この種の駆動力伝達装置は、以下のように構成される。電磁クラッチ装置のパイロットクラッチを介して外側回転部材と内側回転部材との回転差に応じたトルクをカム機構に伝達し、カム機構により当該トルクをメインクラッチに対する軸方向の押付力に変換し、押し付けられたメインクラッチにより外側回転部材と内側回転部材との間でトルクが伝達される。
【０００３】
電磁クラッチ装置において、アーマチュアがヨーク側に引き寄せられることにより、アウタパイロットクラッチとインナパイロットクラッチとの間でトルクが伝達される状態となる。このアーマチュアのヨークの軸方向反対側には、カム機構を構成する移動カム部材が配置されている。移動カム部材は、トルク伝達部材であるため、一般に、鉄を主成分とする材料により形成される。すなわち、移動カム部材は、磁性材料である。そのため、アーマチュアを通過する磁束が移動カム部材側へ漏れるおそれがある。この漏れ磁束が大きいと、電磁クラッチ装置のコイルに電流を供給した場合に、アーマチュアがヨーク側に引き寄せられずに、移動カム部材側に引き寄せられるおそれがある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載されているように、アーマチュアと移動カム部材とが接触し得る面積を小さくするために、移動カム部材のうちアーマチュア側に突起を形成している。これにより、アーマチュアと移動カム部材との軸方向間の大部分に空間部を形成して、漏れ磁束を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、移動カム部材のアーマチュア側の突起の形状によっては、漏れ磁束によって磁化するおそれがある。この場合、アーマチュアが移動カム部材に吸着されて、アーマチュアのヨーク側への吸引力によっては、アーマチュアをヨーク側へ引き寄せることができなくなるおそれがある。そうすると、電磁クラッチ装置が機能せず、結果として駆動力伝達装置が機能しなくなることになる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができる駆動力伝達装置およびその設計方法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】
【０００８】
（請求項１）本発明の駆動力伝達装置は、円筒形状の外側回転部材と、前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、磁力によりアーマチュアを引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、を備える駆動力伝達装置において、前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【０００９】
（請求項２）好適には、前記突起部の前記内周円筒面の内径は、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲に設定され、前記突起部の前記外周円筒面の外径は、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【００１０】
（請求項３）また、本発明の駆動力伝達装置の設計方法は、円筒形状の外側回転部材と、前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、磁力によりアーマチュアを引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、を備える駆動力伝達装置の設計方法において、前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設計されている。
【発明の効果】
【００１１】
（請求項１）漏れ磁束により磁化された移動カム部材によるアーマチュアの吸引力は、その残留磁束密度が大きいほど大きくなる。そこで、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上にすることで、突起部とアーマチュアとの間の残留磁束密度を十分に小さくすることができるため、アーマチュアをヨーク側へ確実に吸引することができる。また、突起部の端面の径方向長さを大きくすると、潤滑油のスクイズ効果によって、アーマチュアを突起部から離れさせるために大きな力が必要となる。そこで、突起部の端面の径方向長さを２．０ｍｍ以下にすることで、潤滑油のスクイズ効果による吸着力を十分に小さくすることができるため、アーマチュアをヨーク側へ確実に吸引することができる。つまり、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定することで、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置としても確実に機能させることができる。
【００１２】
（請求項２）特に、突起部の内周円筒面の内径が、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲であって、突起部の外周円筒面の外径が、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲の場合に、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定することで、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができる。
【００１３】
（請求項３）本発明による駆動力伝達装置の設計方法によれば、突起部の端面の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設計することで、確実に電磁クラッチ装置を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置としても確実に機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の駆動力伝達装置の軸方向断面図である。
【図２】図１の駆動力伝達装置を構成する移動カム部材の軸方向断面図である。
【図３】図２のIII部の拡大図である。
【図４】図３に示す移動カム部材の突起部の端面の径方向長さと、アーマチュアを移動カム部材側からヨーク側へ引き付けるための引き付け電流との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す突起部とヨークとの軸方向間においてアーマチュアおよびパイロットクラッチの間に軸方向隙間と、アーマチュアを移動カム部材側からヨーク側へ引き付けるための引き付け電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（駆動力伝達装置の全体構成）
本実施形態の駆動力伝達装置１について、図１を参照して説明する。駆動力伝達装置は、例えば、４輪駆動車において車両の走行状態に応じて駆動力が伝達される補助駆動輪側への駆動力伝達系に適用される。より詳細には、４輪駆動車において、駆動力伝達装置１は、例えば、エンジンの駆動力が伝達されるプロペラシャフトと、リアディファレンシャルとの間に連結されている。駆動力伝達装置１は、プロペラシャフトから伝達される駆動力を、伝達割合を可変にしながら、リアディファレンシャルに伝達している。この駆動力伝達装置１は、例えば、前輪と後輪との回転差が生じた場合に、回転差を低減するように作用する。
【００１６】
駆動力伝達装置１は、いわゆる電子制御カップリングからなる。この駆動力伝達装置１は、図１に示すように、外側回転部材としてのアウタケース１０と、内側回転部材としてのインナシャフト２０と、メインクラッチ３０と、パイロットクラッチ機構を構成する電磁クラッチ装置４０と、カム機構５０とを備えている。
【００１７】
アウタケース１０は、円筒形状のホールカバー（図示せず）の内周側に、当該ホールカバーに対して回転可能に支持されている。このアウタケース１０は、全体として円筒形状に形成されており、車両前側に配置されるフロントハウジング１１と車両後側に配置されるリヤハウジング１２とにより形成されている。
【００１８】
フロントハウジング１１は、例えばアルミニウムを主成分とする非磁性材料のアルミニウム合金により形成され、有底筒状に形成されている。フロントハウジング１１の円筒部の外周面が、ホールカバーの内周面に軸受を介して回転可能に支持されている。さらに、フロントハウジング１１の底部が、プロペラシャフト（図示せず）の車両後端側に連結されている。つまり、フロントハウジング１１の有底筒状の開口側が車両後側を向くように配置されている。そして、フロントハウジング１１の内周面のうち軸方向中央部には、雌スプライン１１ａが形成されており、当該内周面の開口付近には、雌ねじが形成されている。
【００１９】
リヤハウジング１２は、円環状に形成されており、フロントハウジング１１の開口側の径方向内側に、フロントハウジング１１と一体的に配置されている。リヤハウジング１２の車両後方側には、全周に亘って環状溝が形成されている。このリヤハウジング１２の環状溝底の一部分には、非磁性材料としての例えばステンレス鋼により形成された環状部材１２ａを備えている。リヤハウジング１２のうち環状部材１２ａ以外の部位は、磁気回路を形成するために磁性材料である鉄を主成分とする材料（以下、「鉄系材料」と称する）により形成されている。リヤハウジング１２の外周面には、雄ねじが形成されており、当該雄ねじはフロントハウジング１１の雌ねじにねじ締めされる。なお、フロントハウジング１１の雌ねじをリヤハウジングの雄ねじに締め付け、フロントハウジング１１の開口側端面をリヤハウジングの段部の端面に当接することにより、フロントハウジング１１とリヤハウジング１２とを固定する。
【００２０】
インナシャフト２０は、外周面の軸方向中央部に雄スプライン２０ａを備える軸状に形成されている。このインナシャフト２０は、リヤハウジング１２の中央の貫通孔を液密的に貫通して、アウタケース１０内に相対回転可能に同軸上に配置されている。そして、インナシャフト２０は、フロントハウジング１１およびリヤハウジング１２に対して軸方向位置を規制された状態で、フロントハウジング１１及びリヤハウジング１２に軸受を介して回転可能に支持されている。さらに、インナシャフト２０の車両後端側（図１の右側）は、ディファレンシャルギヤ（図示せず）に連結されている。なお、アウタケース１０とインナシャフト２０とにより液密的に区画される空間内には、所定の充填率で潤滑油が充填されている。
【００２１】
メインクラッチ３０は、アウタケース１０とインナシャフト２０との間でトルクを伝達する。このメインクラッチ３０は、鉄系材料により形成された湿式多板式の摩擦クラッチである。メインクラッチ３０は、フロントハウジング１１の円筒部内周面とインナシャフト２０の外周面との間に配置されている。メインクラッチ３０は、フロントハウジング１１の底部とリヤハウジング１２の車両前方端面との間に配置されている。このメインクラッチ３０は、インナメインクラッチ板３１とアウタメインクラッチ板３２とにより構成され、軸方向に交互に配置されている。インナメインクラッチ板３１は、内周側に雌スプライン３１ａが形成されており、インナシャフト２０の雄スプライン２０ａに嵌合されている。アウタメインクラッチ板３２は、外周側に雄スプライン３２ａが形成されており、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。
【００２２】
電磁クラッチ装置４０は、磁力によりアーマチュア４３をヨーク４１側に引き寄せることでパイロットクラッチ４４同士を係合させる。つまり、電磁クラッチ装置４０は、アウタケース１０のトルクを、カム機構５０を構成する支持カム部材５１に伝達する。この電磁クラッチ装置４０は、ヨーク４１と、電磁コイル４２と、アーマチュア４３と、パイロットクラッチ４４とにより構成されている。
【００２３】
ヨーク４１は、環状に形成されており、リヤハウジング１２に対して相対回転可能となるように隙間を介してリヤハウジング１２の環状溝に収容されている。ヨーク４１は、ホールカバーに固定されている。また、ヨーク４１の内周側が、リヤハウジング１２に軸受を介して回転可能に支持されている。電磁コイル４２は、巻線を巻回することにより円環状に形成され、ヨーク４１に固定されている。
【００２４】
アーマチュア４３は、鉄系材料により形成されている。外周側に雄スプラインを備える円環状に形成されている。アーマチュア４３は、メインクラッチ３０とリヤハウジング１２との軸方向間に配置されている。そして、アーマチュア４３の外周側が、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。アーマチュア４３は、電磁コイル４２に電流が供給されると、ヨーク４１側に引き寄せられるように作用する。
【００２５】
パイロットクラッチ４４は、アウタケース１０と支持カム部材５１との間でトルクを伝達する。このパイロットクラッチ４４は、鉄系材料により形成されている。パイロットクラッチ４４は、フロントハウジング１１の円筒部内周面と支持カム部材５１の外周面との間に配置されている。さらに、パイロットクラッチ４４は、アーマチュア４３とリヤハウジング１２の車両前方端面との間に配置されている。このパイロットクラッチ４４は、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとにより構成され、軸方向に交互に配置されている。インナパイロットクラッチ板４４ａは、内周側に雌スプラインが形成されており、支持カム部材５１の雄スプラインに嵌合されている。アウタパイロットクラッチ板４４ｂは、外周側に雄スプラインが形成されており、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。
【００２６】
そして、電磁コイル４２に電流が供給されると、図１の矢印にて示すように、ヨーク４１、リヤハウジング１２の外周側、パイロットクラッチ４４、アーマチュア４３、パイロットクラッチ４４、リヤハウジング１２の内周側、ヨーク４１を通過する磁気回路が形成される。そうすると、アーマチュア４３がヨーク４１側に引き寄せられて、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとが摩擦係合する。そして、アウタケース１０のトルクを支持カム部材５１に伝達する。一方、電磁コイル４２への電流供給を遮断すると、アーマチュア４３に対する吸引力がなくなり、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとの摩擦係合力が解除される。
【００２７】
カム機構５０は、メインクラッチ３０とパイロットクラッチ４４との間に設けられ、パイロットクラッチ４４を介して伝達されるアウタケース１０とインナシャフト２０との回転差に基づくトルクを軸方向の押圧力に変換してメインクラッチ３０を押圧する。このカム機構５０は、支持カム部材５１と、移動カム部材５２と、カムフォロア５３とから構成されている。
【００２８】
支持カム部材５１は、外周側に雄スプラインを備えた円環状に形成されている。この支持カム部材５１の車両前方端面には、カム溝が形成されている。支持カム部材５１は、インナシャフト２０の外周面に対して隙間を介して設けられ、リヤハウジング１２の車両前方端面にスラスト軸受６０を介して支持されている。従って、支持カム部材５１の車両後方端面は、スラスト軸受６０の軌道板にシム６１を介して当接している。つまり、支持カム部材５１は、インナシャフト２０およびリヤハウジング１２に対して相対回転可能であり、軸方向に対して規制されて設けられている。さらに、支持カム部材５１の雄スプラインは、インナパイロットクラッチ板４４ａの雌スプラインに嵌合している。
【００２９】
移動カム部材５２は、大部分を鉄系材料により形成され、内周側に雌スプラインを備える円環状に形成されている。移動カム部材５２は、支持カム部材５１の車両前方に配置されている。移動カム部材５２の車両後方端面には、支持カム部材５１のカム溝に対して軸方向に対向するように、カム溝が形成されている。移動カム部材５２の雌スプラインが、インナシャフト２０の雄スプライン２０ａに嵌合している。従って、移動カム部材５２は、インナシャフト２０と共に回転する。さらに、移動カム部材５２の車両前方端面は、メインクラッチ３０のうち最も車両後方に配置されるインナメインクラッチ板３１に当接し得る状態となっている。移動カム部材５２は、車両前方に移動すると、当該インナメインクラッチ板３１に対して車両前方へ押し付ける。ここで、移動カム部材５２の詳細は、図２〜図３を参照して後述する。
【００３０】
カムフォロア５３は、ボール状からなり、支持カム部材５１と移動カム部材５２の互いに対向するカム溝に介在している。つまり、カムフォロア５３およびそれぞれのカム溝の作用により、支持カム部材５１と移動カム部材５２に回転差が生じた際には、移動カム部材５２が支持カム部材５１に対して軸方向に離間する方向（車両前方）へ移動する。支持カム部材５１に対する移動カム部材５２の軸方向離間量は、支持カム部材５１と移動カム部材５２とのねじれ角度が大きいほど大きくなる。
【００３１】
（駆動力伝達装置の基本的な動作）
次に、上述した構成からなる駆動力伝達装置１の基本的な動作について説明する。アウタケース１０とインナシャフト２０とが回転差を生じている場合について説明する。電磁クラッチ装置４０の電磁コイル４２に電流が供給されると、電磁コイル４２を基点としてヨーク４１、リヤハウジング１２、アーマチュア４３を循環するループ状の磁気回路が形成される。
【００３２】
このように、磁気回路が形成されることで、アーマチュア４３がヨーク４１側、すなわち軸方向後方に向かって引き寄せられる。その結果、アーマチュア４３は、パイロットクラッチ４４を押圧して、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとが摩擦係合する。そうすると、アウタケース１０の回転トルクが、パイロットクラッチ４４を介して支持カム部材５１へ伝達されて、支持カム部材５１が回転する。
【００３３】
ここで、移動カム部材５２はインナシャフト２０とスプライン嵌合しているため、インナシャフト２０と共に回転する。従って、支持カム部材５１と移動カム部材５２とに回転差が生じる。そうすると、カムフォロア５３およびそれぞれのカム溝の作用により、支持カム部材５１に対して移動カム部材５２が軸方向（車両前側）に移動する。移動カム部材５２がメインクラッチ３０を車両前側へ押圧することになる。
【００３４】
その結果、インナメインクラッチ板３１とアウタメインクラッチ板３２とが相互に当接して摩擦係合状態となる。そうすると、アウタケース１０との回転トルクが、メインクラッチ３０を介してインナシャフト２０に伝達される。そうすると、アウタケース１０とインナシャフト２０との回転差を低減することができる。なお、電磁コイル４２へ供給する電流量を制御することで、メインクラッチ３０の摩擦係合力を制御できる。つまり、電磁コイル４２へ供給する電流量を制御することで、アウタケース１０とインナシャフト２０との間で伝達されるトルクを制御できる。
【００３５】
（移動カム部材の詳細構成）
次に、移動カム部材５２の詳細構成について図２〜図３を参照して説明する。移動カム部材５２は、支持カム部材５１を介して伝達されるトルクを軸方向の押圧力に変換できるように、鉄を主成分とする磁性材料により形成されている。例えば、移動カム部材５２は、鉄、ニッケル、銅、モリブデン、炭素などを含む合金よりなる。
【００３６】
図２に示すように、移動カム部材５２は、円環状に形成されており、車両前方側に拡径する段差状内周面を有している。この段差内周面の大径側には、雌スプライン１１０が形成されている。また、移動カム部材５２の車両後方端面には、支持カム部材５１のカム溝に対して軸方向に対向するようにカム溝１２０が形成されている。さらに、移動カム部材５２の車両後方端面のうち外周縁には、環状の突起部１３０が形成されている。つまり、突起部１３０は、アーマチュア４３（図１に示す）側に環状に突出して形成されている。この突起部１３０は、アーマチュア４３に当接することにより、アーマチュア４３のヨーク４１側とは反対の軸方向移動を規制する。
【００３７】
この突起部１３０は、突起部１３０とヨーク４１との軸方向間において、アーマチュア４３およびパイロットクラッチ４４の間に所望の軸方向隙間を容易に形成することができるようにするための部位である。つまり、突起部１３０の突出量を調整することにより、軸方向隙間を所望値にすることができる。例えば、パイロットクラッチ４４の枚数の変動などに対応できる。
【００３８】
この突起部１３０は、軸方向に同径に形成されている内周円筒面１３１と、軸方向に同径に形成されている外周円筒面１３２と、軸に直交する平面状に形成されアーマチュア４３に当接可能な環状の端面１３３と、内周円筒面１３１と端面１３３の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取１３４と、外周円筒面１３２と端面１３３の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取１３５とを備える。つまり、アーマチュア４３が移動カム部材５２の突起部１３０側に移動したときに、アーマチュア４３は端面１３３に当接し、他の部位には当接しない。特に、内周面取１３４および外周面取１３５は、アーマチュア４３に当接しない。
【００３９】
ここで、突起部１３０は、以下のように設計する。内周円筒面１３１の内径Ｄｉは、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲に設定される。外周円筒面１３２の外径Ｄｏは、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲に設定される。また、端面１３３の径方向長さＷｂは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定される。このように設計することにより、確実に電磁クラッチ装置４０を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置１としても確実に機能させることができる。
【００４０】
好ましくは、内周円筒面１３１の内径Ｄｉは９７ｍｍ以上１０７ｍｍ以下の範囲に設定され、外周円筒面１３２の外径Ｄｏは１０１ｍｍ以上１１１ｍｍ以下の範囲に設定される。このように設計することにより、より好ましく電磁クラッチ装置４０を機能させることができる。さらに好ましくは、内周円筒面１３１の内径Ｄｉは１０１．９ｍｍに設定され、外周円筒面１３２の外径Ｄｏは１０５．８ｍｍ以上１０６．２ｍｍ以下の範囲に設定され、この場合、突起部１３０の径方向長さＷａは１．９５ｍｍ以上２．１５ｍｍ以下の範囲に設定される。このように設計することにより、さらに好ましく電磁クラッチ装置４０を機能させることができる。
【００４１】
（電磁クラッチ装置として機能する理由）
次に、突起部１３０を上述した範囲に設計することにより、電磁クラッチ装置４０を確実に機能させることができる理由について説明する。まず、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを２．０ｍｍ以下にすることによる作用について図４〜図５を参照して説明する。
【００４２】
ここで、電磁コイル４２に電流を供給すると、図１の矢印にて示すように、ヨーク４１、リヤハウジング１２の外周側、パイロットクラッチ４４の外周側、アーマチュア４３、パイロットクラッチ４４の内周側、リヤハウジング１２の内周側、ヨーク４１を通過する磁気回路が形成される。この他に、アーマチュア４３から移動カム部材５２への漏れ磁束によって、ヨーク４１、リヤハウジング１２の外周側、パイロットクラッチ４４の外周側、アーマチュア４３、移動カム部材５２、インナシャフト２０、リヤハウジング１２の内周側、ヨーク４１を通過する残留磁気回路が形成される。
【００４３】
そして、移動カム部材５２の突起部１３０の端面１３３にアーマチュア４３が当接している状態において、電磁コイル４２に電流を供給するとき、残留磁気回路によって生じる移動カム部材５２によるアーマチュア４３の吸着力Ｆは、式（１）のように表される。式（１）において、Ｂは残留磁気回路における残留磁束密度であり、Ｓは突起部１３０とアーマチュア４３との当接面積であり、μは透磁率である。
【００４４】
【数１】
【００４５】
ここで、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂが短くなると、当接面積Ｓが小さくなり、その結果、残留磁束密度Ｂが大きくなる。式（１）より、漏れ磁束による吸着力Ｆは、残留磁束密度Ｂの２乗に比例し、突起部１３０とアーマチュア４３との当接面積Ｓに比例するため、当接面積Ｓより残留磁束密度Ｂの影響が大きくなる。従って、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを短くするほど、吸着力Ｆが大きくなる関係となる。
【００４６】
この関係について、実験を行った。解析条件は、以下のとおりである。移動カム部材５２は93.5Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo-0.5Cの合金、ヨーク４１はS10、リヤハウジング１２は、S10C、アーマチュア４３はSPH270C、パイロットクラッチ４４はSPS85(SK5M)を用いた。また、突起部１３０の内周円筒面１３１の内径Ｄｉは１０１．９ｍｍであり、外周円筒面１３２の外径Ｄｏは１０６．１ｍｍである。
【００４７】
また、実験手順は、アーマチュア４３を突起部１３０の端面１３３に当接した後、電磁コイル４２へ初期電流４Ａを供給して、移動カム部材５２を磁化させて、電磁コイル４２への電流の供給を遮断する。その後に、電磁コイル４２への供給電流を徐々に大きくしていき、アーマチュア４３がヨーク４１側へ移動した時の供給電流（以下、「引き付け電流」と称する）を計測した。ただし、供給電流の最大値は４Ａとする。ここで、当該実験手順は、駆動力伝達装置１のユニットを製造した後に搬送または車両への組付けを行っている際に、アーマチュア４３が移動カム部材５２側へ移動して、その後に４Ａの電流を電磁コイル４２に供給することにより制御する場合を想定したものである。
【００４８】
そして、上記の実験において、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを変化させた場合の引き付け電流を計測した。具体的には、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂを、１．０４ｍｍ、１．０５ｍｍ、１．４２ｍｍ、１．５３ｍｍについて実験を行った。ここで、移動カム部材５２の突起部１３０とヨーク４１との軸方向間において、アーマチュア４３およびパイロットクラッチ４４の間の軸方向隙間は、１．０ｍｍとした。
【００４９】
この結果を図４に示す。図４に示すように、突起部１３０の端面１３３の径方向長さＷｂが１．０５ｍｍにおいて、引き付け電流が４Ａとなり、１．０５ｍｍ未満においては、供給電流を４Ａとした場合にであっても引き付けることができなかった。また、径方向長さＷｂが１．０５ｍｍ以上において、径方向長さＷｂを大きくするほど、引き付け電流が線形的に小さくなる関係になった。
【００５０】
次の実験は、移動カム部材５２の突起部１３０とヨーク４１との軸方向間において、アーマチュア４３およびパイロットクラッチ４４の間の軸方向隙間を変化させた場合に、引き付け電流を計測した。
【００５１】
この結果を図５に示す。図５に示すように、軸方向隙間が大きくなるほど、引き付け電流が大きくなっている。また、図４にも示したように、端面１３３の径方向長さＷｂが長いほど、引き付け電流が大きくなっている。そして、引き付け電流を１．３Ａ以下と設定した場合には、端面１３３の径方向長さＷｂを１．３ｍｍ以上の場合に、軸方向隙間を０．０１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下において、確実にアーマチュア４３をヨーク４１側に引き寄せることができることが分かる。
【００５２】
ここで、引き付け電流を１．３Ａ以下と設定した理由は、制御電流を印加する前に予備電流として印加される電流が１．３Ａであるからである。また、軸方向隙間の最大値を０．８ｍｍとした理由は、当該値が、軸方向の部品寸法公差のばらつきの最小値を積み上げた時の最大隙間であるからである。
【００５３】
つまり、電磁コイル４２の制御電流を１．３Ａ以下とし、かつ、軸方向隙間を０．８ｍｍ以下にする場合において、端面１３３の径方向長さＷｂを１．３ｍｍ以上にすることで、確実にアーマチュア４３をヨーク４１側へ引き寄せることができる。
【００５４】
また、突起部１３０の端面１３３の径方向長さを大きくするほど、潤滑油のスクイズ効果によって、アーマチュア４３を突起部１３０から離れさせるために大きな力が必要となる。そこで、上述した内周円筒面１３１の内径Ｄｉおよび外周円筒面１３２の外径Ｄｏの範囲であれば、突起部１３０の端面１３３の径方向長さを２．０ｍｍ以下にすることで、潤滑油のスクイズ効果による吸着力を十分に小さくすることができる。
【００５５】
以上より、突起部１３０の端面１３３の径方向長さを１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定することで、確実に電磁クラッチ装置４０を機能させることができ、その結果、駆動力伝達装置１としても確実に機能させることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１：駆動力伝達装置、 １０：アウタケース（外側回転部材）、 ２０：インナシャフト（内側回転部材）、 ３０：メインクラッチ、 ４０：電磁クラッチ装置、 ４１：ヨーク、 ４２：電磁コイル、 ４３：アーマチュア、 ４４：パイロットクラッチ、 ５０：カム機構、 ５１：支持カム部材、 ５２：移動カム部材、 ５３：カムフォロア、 １３０：突起部、 １３１：内周円筒面、 １３２：外周円筒面、 １３３：端面、 １３４：内周面取、 １３５：外周面取
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の外側回転部材と、
前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、
磁力によりアーマチュアをヨーク側へ引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、
前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、
を備える駆動力伝達装置において、
前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、
前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、
前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定されている駆動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記突起部の前記内周円筒面の内径は、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲に設定され、
前記突起部の前記外周円筒面の外径は、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲に設定されている駆動力伝達装置。
【請求項３】
円筒形状の外側回転部材と、
前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、
磁力によりアーマチュアをヨーク側へ引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、
前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、
を備える駆動力伝達装置の設計方法において、
前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、
前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、
前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設計されている駆動力伝達装置の設計方法。
【請求項１】
円筒形状の外側回転部材と、
前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、
磁力によりアーマチュアをヨーク側へ引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、
前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、
を備える駆動力伝達装置において、
前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、
前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、
前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設定されている駆動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記突起部の前記内周円筒面の内径は、９２ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲に設定され、
前記突起部の前記外周円筒面の外径は、９６ｍｍ以上１１６ｍｍ以下の範囲に設定されている駆動力伝達装置。
【請求項３】
円筒形状の外側回転部材と、
前記外側回転部材内に相対回転可能に同軸上に配置された軸状の内側回転部材と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間でトルクを伝達するメインクラッチと、
磁力によりアーマチュアをヨーク側へ引き寄せることで前記外側回転部材のトルクを伝達可能なパイロットクラッチを備える電磁クラッチ装置と、
前記メインクラッチと前記パイロットクラッチとの間に設けられ、前記パイロットクラッチを介して伝達される前記外側回転部材の回転と前記内側回転部材の回転との位相差を軸方向の押圧力に変換して、移動カム部材を軸方向移動させることにより前記メインクラッチを押圧するカム機構と、
前記外側回転部材と前記内側回転部材との間に充填される潤滑油と、
を備える駆動力伝達装置の設計方法において、
前記移動カム部材は、前記アーマチュア側に環状に突出して形成され、前記アーマチュアに当接することにより、前記アーマチュアの前記ヨーク側とは反対方向への移動を規制する突起部を備え、
前記突起部は、内周円筒面と、外周円筒面と、前記アーマチュアに当接可能な環状の端面と、前記内周円筒面と前記端面の内周縁とを繋ぐテーパ状の内周面取と、前記外周円筒面と前記端面の外周縁とを繋ぐテーパ状の外周面取とを備え、
前記端面の径方向長さは、１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲に設計されている駆動力伝達装置の設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９６４２７（Ｐ２０１３−９６４２７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６６８５（Ｐ２０１１−２３６６８５）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
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