JP6690976B2

JP6690976B2 - クラッチ装置

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Publication number: JP6690976B2
Application number: JP2016063217A
Authority: JP
Inventors: 昌幸宮川; 俊幸亀澤; 洋介増田
Original assignee: Univance Corp
Current assignee: Univance Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: JP2017180489A

Description

本発明はクラッチ装置に関し、特に異音の発生を抑制できるクラッチ装置に関するものである。

２つの部材間の動力の伝達と遮断とを切り換えるクラッチ装置が知られている。例えば特許文献１には、モータにより回転される回転部材（作動シャフト）に接触部（作動ピン）を設け、ばね（コイルばね）が移動部材を軸方向に押すことによって、移動部材に形成されたカムを接触部にばねの力で押し付けるクラッチ装置が開示されている。特許文献１に開示される技術では、モータにより回転部材を回転することでカムの輪郭に応じて移動部材を軸方向へ移動させ、それに伴い２つの部材に動力を伝達する。伝達機構の係合を解除して２つの部材間の動力の伝達を遮断するときは、モータを回転させてばねに弾性エネルギーを蓄積する。動力を伝達するときは、蓄積した弾性エネルギーを解放して、迅速に伝達機構を係合させる。

特開２０１０−１０７０３９号公報

しかしながら特許文献１に開示される技術では、ばねに蓄積された弾性エネルギーを解放すると、伝達機構が係合するときの歯打ち音等の異音が生じるという問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、異音の発生を抑制できるクラッチ装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載のクラッチ装置によれば、伝達機構が係合して２つの部材間で動力を伝達する第１位置と動力の伝達を遮断する第２位置とに移動可能な移動部材と、モータにより回転される回転部材とを備えている。モータは第１方向およびその第１方向の反対の第２方向へ回転する。カムは回転部材または移動部材に設けられる。カムの輪郭に接触する接触部は、回転部材または移動部材に設けられる。ばねは、接触部とカムとが干渉して移動部材が第２位置へ移動すると弾性エネルギーを蓄積する。カムは、第２位置に移動部材を位置させる蓄積部と、第１位置に移動部材を位置させる解放部と、解放部と蓄積部の第１端とを接続する第１切換部と、蓄積部の第１端の反対側の第２端と解放部とを接続する第２切換部とを備えている。接触部が蓄積部から第１切換部または第２切換部を経て解放部に達するまでに、ばねに蓄積された弾性エネルギーが解放される。

第１回転手段は、蓄積部に接触する接触部が第１切換部から解放部へ達するようにモータを第１方向へ回転させる。第２切換部は第１切換部の勾配角より勾配角が大きく設定されているので、第１切換部から解放部へ接触部が達するときに伝達機構が係合する速度を、第２切換部から解放部へ接触部が達するときに伝達機構が係合する速度より小さくできる。伝達機構が係合する速度を小さくすることによって伝達機構の係合に係る歯打ち音を抑制できるので、異音を抑制できる効果がある。

取得手段は車両の走行に関する情報を取得する。速度判断手段は、取得手段が取得した情報に基づいて車両の走行速度が所定速度以下であるか判断する。蓄積部に接触する接触部が解放部へ達するようにモータを回転させるとき、速度判断手段により車両の走行速度が所定速度以下であると判断される場合に第１回転手段は実行される。車両の走行速度が所定速度以下のときは、走行速度が大きいときに比べて一般に車両の騒音は小さいので、車両の騒音が小さいときに生じる異音を目立ち難くできる効果がある。

蓄積部に接触する接触部が解放部へ達するようにモータを回転させるとき、速度判断手段により走行速度が所定速度を超えると判断される場合に、第２回転手段は、蓄積部に接触する接触部が第２切換部から解放部へ達するようにモータを第２方向へ回転させる。車両の走行速度が所定速度を超えるときは、走行速度が小さいときに比べて一般に車両の騒音は大きいので、接触部が解放部へ達したときに生じる異音を目立ち難くできる。一方、第２切換部は第１切換部の勾配角より勾配角が大きいので、接触部が第１切換部から解放部へ達する場合に比べて、伝達機構が係合する応答性を向上できる。よって、応答性を確保しつつ異音を目立ち難くできる効果がある。

カムは蓄積部と第２切換部との境界に傾斜部が形成される。傾斜部は蓄積部から第２切換部へ向かって傾斜する。第２回転手段は、傾斜部と接触部とが接触するときのモータの回転数を、第２回転手段によりモータが第２方向へ回転している間に蓄積部と接触部とが接触するときのモータの回転数より低くする。モータの回転数を低くしない場合に比べて伝達機構が係合する速度を小さくできるので、伝達機構の係合に係る異音をさらに抑制できる効果がある。

請求項２記載のクラッチ装置によれば、第１回転手段により回転するモータの回転数は、第２回転手段により回転するモータの回転数より低いので、第１切換部から解放部へ接触部が達するときに伝達機構が係合する速度を、第２切換部から解放部へ接触部が達するときに伝達機構が係合する速度より小さくできる。伝達機構が係合する速度を小さくすることによって伝達機構の係合に係る歯打ち音を抑制できるので、請求項１の効果に加え、異音をさらに抑制できる効果がある。

請求項３記載のクラッチ装置によれば、第２回転手段によるモータの制御方式は第１回転手段によるモータの制御方式と異なり、微分制御が組み合わせられたＰＩＤ制御であるので、モータの出力値と目標値との偏差の時間変化に対する反応性を高めることができる。よって、請求項１又は２の効果に加え、伝達機構が係合する応答性を向上できる効果がある。

請求項４記載のクラッチ装置によれば、制御装置の待機手段は、蓄積部に接触する接触部が解放部へ達するようにモータを回転させるか否かにかかわらず、速度判断手段により走行速度が所定速度以下であると判断される場合に、蓄積部に接触する接触部が蓄積部の第１端へ近づくようにモータを第１方向へ回転させる。接触部を第１切換部へ近づけられるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、待機手段がない場合に比べて、移動部材を第１位置へ到達できる時間を短縮できる効果がある。

本発明の一実施の形態におけるクラッチ装置が搭載される車両のスケルトン図である。クラッチ装置の片側断面図である。クラッチ装置の部分拡大図である。カムの展開図である。クラッチ装置の電気的構成を示すブロック図である。モータ制御処理のフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず図１を参照して本発明の第１実施の形態におけるクラッチ装置１０が搭載される車両について説明する。図１は第１実施の形態におけるクラッチ装置１０が搭載される車両１（自動車）のスケルトン図である。

図１に示すように車両１は、前輪５の車軸４に配設されたクラッチ装置１０によって、前輪５が駆動される二輪駆動状態と、前輪５及び後輪８が駆動される四輪駆動状態とが切り換えられる自動車である。四輪駆動状態では、パワーユニット２の駆動力が差動装置３を介して前輪５の車軸４に伝達され、クラッチ装置１０及びドライブシャフト６を介して車軸４の回転が後輪８の車軸７へ伝達される。二輪駆動状態では、駆動される前輪５の車軸４からドライブシャフト６への回転の伝達が、クラッチ装置１０によって遮断される。

次に図２を参照してクラッチ装置１０について説明する。図２はクラッチ装置１０の軸方向断面図である。図２は車軸４からドライブシャフト６への動力伝達に関する部分が図示され、ドライブシャフト６の一部および車軸４の図示が省略される。矢印Ｘ１−Ｘ２は車軸４及びクラッチ装置１０の軸方向を示す。

クラッチ装置１０は、前輪５の車軸４と一体的に回転する第１軸（第１部材）１１と、べベルギヤ９を介してドライブシャフト６に回転を伝達する第２軸（第２部材）１３との間の動力の伝達または遮断を行う装置である。クラッチ装置１０は、モータ３０により回転部材４０を回転させ、回転部材４０に連係する移動部材５０の軸方向（矢印Ｘ１−Ｘ２方向）の位置を変化させることで動力の伝達・遮断を切り換える。第１軸１１及び第２軸１３は共通の中心軸Ｏをもつ。第１軸１１の一部および第２軸１３は、第１軸１１及び第２軸１３の径方向外側に配置されたケース２０に収容されている。本実施の形態ではケース２０はアルミニウム合金製である。

第１軸１１は、車軸４の外周に嵌着される円筒状の部材であり、ケース２０に固定された第１軸受２１及び第２軸受２２によりケース２０に対して回転可能に支持されている。第１軸１１は外周にスプライン１２が形成されている。スプライン１２は、軸方向に所定の間隔をあけて複数が断続する欠歯である。第２軸１３は、第１軸１１の径方向外側に配置される円筒状の部材であり、第１軸１１に対して相対回転可能に配置されている。

第２軸１３は、小径部１４、中径部１５及び大径部１６が軸方向に並び、それらが一体に形成されている。小径部１４は、ケース２０に固定された第３軸受２３が外周に固定される円筒状の部位である。中径部１５は、小径部１４より内径および外径が大きい円筒状の部位であり、大径部１６は、中径部１５より内径および外径が大きい円筒状の部位である。中径部１５及び大径部１６の径方向内側と第１軸１１との間に隙間が形成され、その隙間にばね２４（本実施の形態では圧縮コイルばね）が配置される。中径部１５及び大径部１６の内側にばね２４が配置されるので、ばね２４の配置スペースを小さくできる。

中径部１５は、小径部１４と大径部１６とを連結する部位であり、径方向（厚さ方向）に貫通する孔部１８が、周方向に断続的に形成されている。孔部１８は周方向に間隔をあけて中径部１５の２〜４か所に形成されている。中径部１５に形成された孔部１８の分だけ第２軸１３を軽量化できる。

大径部１６は、外周にべベルギヤ９が嵌着される部位であり、軸方向に連続するスプライン１７が内周に形成されている。スプライン１７は、第１軸１１に形成されたスプライン１２の径方向外側の位置に形成される。大径部１６は、べベルギヤ９を介して第４軸受２５によりケース２０に固定されている。

モータ３０は、駆動軸３１が、中心軸Ｏと平行になるようにケース２０に固定される。モータ３０はステッピングモータ又は位置検出センサによって回転角が検出される直流モータが使用され、制御装置３８により正逆両方向の回転（回転速度および回転角）が制御される。制御装置３８は、モータ３０の回転速度のばらつきを防ぐため、回転速度のばらつきが生じる要因（モータ３０の電源の温度や電源電圧など）をフィードフォワード制御で補正する。

モータ３０の駆動軸３１と平行に配置されるギヤ軸３３，３４は、それぞれケース２０に両端が回転可能に支持される。ギヤ軸３３は、ギヤ軸３３と一体的に回転する第１ギヤ３５及び第２ギヤ３６が固定され、第１ギヤ３５は駆動軸３１と一体的に回転するギヤ３２と噛み合う。ギヤ軸３４は、ギヤ軸３４と一体的に回転する第３ギヤ３７が固定され、第３ギヤ３７は第２ギヤ３６と噛み合う。第１ギヤ３５、第２ギヤ３６及び第３ギヤ３７の歯車列は、モータ３０の駆動軸３１の回転を減速して必要な駆動力を得るための減速機を構成する。

回転部材４０は、第１軸１１の径方向外側に配置される円環状の部材である。回転部材４０は、第５軸受２６が内周に配置されることでケース２０に対して中心軸Ｏ回りに回転可能に支持されている。回転部材４０は、中心軸Ｏの回りに第２軸受２２を軸直角方向に投影した領域と第３ギヤ３７とが交わる領域に配置される。これにより、第３ギヤ３７を含む歯車列、回転部材４０及び第２軸受２２が占有する軸方向の領域をコンパクトにできる。よって第３ギヤ３７と第２軸受２２とを軸方向にずらして配置する場合に比べ、クラッチ装置１０の軸方向の長さを短くできる。

回転部材４０は、第３ギヤ３７と噛み合う歯４１が外形に形成されている。モータ３０が駆動軸３１を回転駆動すると、ギヤ３２、第１ギヤ３５、第２ギヤ３６、第３ギヤ３７及び歯４１を介して回転部材４０が回転駆動される。回転部材４０は、軸方向の端面にカム４２が形成されている。カム４２は、モータ３０の回転を移動部材５０の軸方向の往復運動に変換する部位である。移動部材５０は、第１軸１１の径方向外側、且つ、軸方向の第１端側が第２軸１３（大径部１６）の径方向内側に配置される円筒状の部材である。移動部材５０の第１端側の軸方向の端面と第２軸１３の小径部１４の軸方向の端面との間に、ばね２４が圧縮した状態で配置される。

図３を参照して移動部材５０について説明する。図３は中心軸Ｏを含む平面で切断したクラッチ装置１０の片側断面図であり、第１軸１１と第２軸１３との間から移動部材５０を軸方向へ抜いた分解状態を示す図である。移動部材５０は、軸方向の第１端側の内周および外周にそれぞれスプライン５１，５２が形成されている。スプライン５１は軸方向に所定の間隔をあけて複数が断続する欠歯である。スプライン５１は、欠歯の各々の軸方向の長さが、第１軸１１に形成されたスプライン１２の欠歯の各々の軸方向長さと略同一である。スプライン５１間の距離は、第１軸１１に形成されたスプライン１２の各々の軸方向長さより少し大きめである。スプライン５２は、軸方向の長さが、第２軸１３に形成されたスプライン１７の軸方向の長さより小さく設定されている。スプライン５２は、軸方向の位置が、スプライン５１の軸方向の位置の間にあり、軸方向の長さは各々のスプライン５１の軸方向の長さと略同一である。

移動部材５０は、移動部材５０の軸方向の可動範囲において、第２軸１３に形成されたスプライン１７とスプライン５２とが常に係合する。一方、移動部材５０の内周に形成されたスプライン５１は、移動部材５０の軸方向の位置によって、第１軸１１のスプライン１２と係合したりしなかったりするような位置にある。その結果、第２軸１３はスプライン５２によって移動部材５０に連れて回転する。移動部材５０は、第１軸１１に形成されたスプライン１２にスプライン５１が係合する軸方向（矢印Ｘ１側）の第１位置と、スプライン１２にスプライン５１が係合しない軸方向（矢印Ｘ２側）の第２位置との間をスプライン１７に沿って移動する。

図２に戻って説明する。移動部材５０は、外周から径方向の外側に張り出す鍔部５３が、第１端と反対の軸方向の第２端側に設けられている。鍔部５３は、移動部材５０の外周に取り付けられた円環状の支持部材５４の軸方向の移動を規制するための部位である。支持部材５４は、移動部材５０に対して相対回転可能に配置されている。支持部材５４は、カム４２の輪郭に接触する接触部５５を支持するための金属製の部材である。

接触部５５は、支持部材５４の外周の一か所から径方向に突出する円柱状の部位であり、支持部材５４と一体に形成されている。接触部５５は、径方向の外側の先端が、ケース２０の内面に形成された軸方向へ延びる溝部２８に摺動可能に係合する。接触部５５の先端が溝部２８に係合するので、移動部材５０の軸方向の移動を許容しつつ、移動部材５０の回転に連れて中心軸Ｏ回りに支持部材５４及び接触部５５が回転することを防止できる。第１軸１１と第２軸１３との間に圧縮した状態で配置されたばね２４は、移動部材５０及び支持部材５４を軸方向の一端側（矢印Ｘ１方向）へ押圧し、接触部５５をカム４２へ押し付ける。

図４を参照してカム４２（端面カム）について説明する。図４はカム４２の展開図（回転部材４０の外周面の３６０°を平面に展開して示した図）である。モータ３０（図２参照）による駆動軸３１の第１方向の回転に伴って回転部材４０は矢印Ｒ１方向へ回転し、モータ３０による駆動軸３１の第２方向の回転に伴って回転部材４０は矢印Ｒ２方向へ回転する。

カム４２は、金属製であり、解放部４３、第１切換部４４、蓄積部４５及び第２切換部４６を１周期とする経路を有している。カム４２は２周期分の経路が、回転部材４０の１回転に対応して回転部材４０の軸方向の端面に形成されている。解放部４３は、低位（軸方向の一端側、矢印Ｘ１側）に位置し中心軸Ｏと直交する平坦な面である。第１切換部４４は、解放部４３から軸方向の他端側（矢印Ｘ２側）へ向かって上昇傾斜する勾配を有する面である。蓄積部４５は、高位（軸方向の他端側、矢印Ｘ２側）に位置し中心軸Ｏと直交する平坦な面である。第２切換部４６は、蓄積部４５から軸方向の一端側（矢印Ｘ１側）へ向かって下降傾斜する勾配を有する面である。第２切換部４６は、勾配角（中心軸Ｏと直交する基準面に対する角度）θ３が、第１切換部４４の勾配角θ１より大きく設定されている。本実施の形態では、第２切換部４６は勾配角θ３が９０°に設定されている。

蓄積部４５は、第２切換部４６との境界に、蓄積部４５と解放部４３との高低差（軸方向の長さ）をＬ１だけ小さくする傾斜部６０が形成されている。蓄積部４５は、第１端６１から傾斜部６０の始端６２までは中心軸Ｏと直交する面であり、傾斜部６０は、始端６２から蓄積部４５の第２端６３へ向かって軸方向の一端側（矢印Ｘ１側）へ傾斜する。傾斜部６０は、勾配角θ２、始端６２から第２端６３までの軸方向の長さＬ１及び周方向の長さＬ２が適宜設定される（ｔａｎθ＝Ｌ１／Ｌ２）。傾斜部６０の勾配角θ２は、第２切換部４６の勾配角θ３より小さい値に設定されている。

移動部材５０は、ばね２４（図２参照）により軸方向の一方側（矢印Ｘ１側）へ付勢されているので、接触部５５が、カム４２に押し付けられる。ばね２４の弾性力によって接触部５５とカム４２とが押し付けられ、接触部５５が解放部４３に達するときに移動部材５０が軸方向の第１位置へ移動する。単一のばね２４によって、これら２つの機能が発揮されるので、クラッチ装置１０の構造を簡素化できると共に部品点数を削減できる。

クラッチ装置１０は、カム４２の解放部４３の位置に接触部５５が到達すると、移動部材５０（図２参照）は軸方向の一方側（矢印Ｘ１側）の第１位置に位置する。このときは第１軸１１のスプライン１２に移動部材５０のスプライン５１が係合するので、第１軸１１の回転は移動部材５０を介して第２軸１３に伝達される。第２軸１３の回転はべベルギヤ９を介してドライブシャフト６に伝達されるので、車両１（図１参照）は四輪駆動状態となる。

モータ３０の第２方向の回転により回転部材４０が矢印Ｒ２方向へ回転して、カム４２の第１切換部４４に接触部５５が接触すると、移動部材５０は第１軸１１から第２軸１３へ動力を伝達しながら、回転部材４０の回転に伴い、次第に軸方向の他方側（矢印Ｘ２側）へ移動する。接触部５５が第１切換部４４に押され、移動部材５０が軸方向の第２位置へ向かって移動することで、ばね２４が圧縮されてばね２４に弾性エネルギーが蓄積される。

カム４２の蓄積部４５に接触部５５が達すると、移動部材５０は軸方向の他方側（矢印Ｘ２側）の第２位置に位置する。このときは第１軸１１のスプライン１２と移動部材５０のスプライン５１との係合が解除されるので、第２軸１３への回転の伝達が遮断される。その結果、車両１は第１軸１１だけが回転駆動される二輪駆動状態となる。

カム４２の第２切換部４６は勾配角θ３が９０°なので、接触部５５は、回転部材４０の回転に伴って蓄積部４５の第２端６３を超えると、瞬時に解放部４３へ到達する。移動部材５０は第２位置から第１位置へ瞬時に移動するので、第１軸１１のスプライン１２と移動部材５０のスプライン５１とが互いに周方向の噛合位置にきたときに、ばね２４に蓄積された弾性エネルギーによりスプライン５１はスプライン１２と瞬時に噛み合う。よって、クラッチ装置１０は二輪駆動状態から四輪駆動状態へ瞬時に応答性良く切り換えできる。

なお、解放部４３へ到達する前に、接触部５５はカム４２の傾斜部６０に接触する。カム４２の傾斜部６０に接触部５５が接触するときには、傾斜部６０の勾配角θ２に応じて移動部材５０は軸方向の一端側（矢印Ｘ１側）へ僅かに移動する（移動距離は最大Ｌ１）。傾斜部６０は、傾斜部６０に接触部５５が接触して移動部材５０が軸方向へ移動したときに、第１軸１１のスプライン１２の端に移動部材５０のスプライン５１の端が当たる（噛み合い始める）ように勾配角θ２及び長さＬ２が設定されている。傾斜部６０がない場合には、ばね２４が復元して蓄積部４５から解放部４３へ接触部５５が一気に移動するが、傾斜部６０の勾配角θ２によって、第１軸１１のスプライン１２と移動部材５０のスプライン５１とが衝突する噛み合い始めの速度を抑えられる。よって、スプライン１２，５１が噛み合うときの歯打ち音（異音）を抑制できる。

しかし、ばね２４の復元力によって解放部４３に接触部５５が衝突すると、打音（異音）が生じる。また、モータ３０の回転速度が大きい場合や寸法の制約を受けて傾斜部６０の長さＬ２を確保できない場合には、傾斜部６０によってスプライン１２，５１の歯打ち音（異音）を抑制できないことがある。そこで、異音を抑制するために、制御装置３８はモータ３０の回転速度や回転方向等を制御する。

図５はクラッチ装置１０の電気的構成を示すブロック図である。制御装置３８は、バス７２にそれぞれ接続された速度検出電子制御ユニット７０及びモータ電子制御ユニット７１を備えている。これらの電子制御ユニットはＣＰＵ、ＣＰＵにより実行される制御プログラム（例えば図６に示すフローチャートのプログラム）や固定値データ等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭを主要構成要素とするコンピュータ装置で構成されると共に、必要に応じてハードディスク等の記憶媒体を含むものである。以下、電子制御ユニットをＥＣＵと称す。

速度検出ＥＣＵ７０は、イグッションスイッチがオンの位置にされた後、車両１の走行速度に関するデータを繰り返し取得する。速度検出ＥＣＵ７０は、速度センサ７３及び回転数センサ７４が接続されている。速度センサ７３は車両１（図１参照）の走行速度を検出するセンサである。回転数センサ７４はパワーユニット２の回転数を検出するセンサである。速度センサ７３及び回転数センサ７４は、いずれも検出結果を速度検出ＥＣＵ７０へ出力する出力装置（図示せず）を備えている。速度検出ＥＣＵ７０は、取得したデータを車両１の走行に関する情報としてバス７２上へ出力する。バス７２上に出力された情報は、その情報を必要とするモータＥＣＵ７１内のインターフェース回路に取り込まれ、新たな情報を取り込むまで保存される。

モータＥＣＵ７１は、イグッションスイッチがオンの位置にされた後、モータ制御処理（図６参照）を所定時間（例えば０．２秒）ごとに繰り返し実行して、モータ３０の回転を制御する。モータＥＣＵ７１は、切換スイッチ７３及びモータ３０が接続されている。本実施の形態ではモータ３０はステッピングモータなので、モータＥＣＵ７１は、カム４２（図４参照）のどこに接触部５５が接触しているかを、モータ３０の回転角から検出できる。

切換スイッチ７３は、車両１（図１参照）を二輪駆動状態または四輪駆動状態に切り換えるために搭乗者が操作するスイッチ（ＳＷ）である。搭乗者に車両１を二輪駆動状態にする要求があるときは切換スイッチ７３がオフ、車両１を四輪駆動状態にする要求があるときは切換スイッチ７３がオンに切り換えられる。本実施の形態では、車両１が二輪駆動状態のときはクラッチ装置１０の係合が解除され、車両１が四輪駆動状態のときはクラッチ装置１０が係合する。但し、クラッチ装置１０と車両１の状態との関係はこれに限定されない。

図６を参照して、モータＥＣＵ７１で実行されるモータ制御処理について説明する。図６はモータ制御処理のフローチャートである。モータ制御処理は、クラッチ装置１０の噛み合い速度を制御しながらスプライン１２，５１を係合して、車両１を二輪駆動状態から四輪駆動状態に変更するための処理である。

図６に示すようにモータＥＣＵ７１は、モータ３０の回転角を検出して、カム４２（図４参照）の蓄積部４５に接触部５５が接触しているか否かを判定する（Ｓ１）。その結果、蓄積部４５に接触部５５が接触していないときは（Ｓ１：Ｎｏ）、クラッチ装置１０のスプライン１２，５１は係合しているので、モータＥＣＵ７１はモータ制御処理を終了する。一方、蓄積部４５に接触部５５が接触しているときは（Ｓ１：Ｙｅｓ）、スプライン１２，５１は係合が解除されているので、モータＥＣＵ７１は、車両１の走行速度は所定速度（本実施の形態では０ｋｍ／ｈ）以下であるか否か（本実施の形態では停車しているか否か）を判定する（Ｓ２）。

Ｓ２の処理の結果、走行速度が所定速度以下の場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、モータ３０の制御方式を、偏差の大きさに従って出力を変化させる比例積分制御（ＰＩ制御）にする（Ｓ３）。モータＥＣＵ７１は、モータ３０を第１方向へ回転して回転部材４０を第１方向（矢印Ｒ１方向）へ回転させ、接触部５５を蓄積部４５の第１端６１へ近づける（Ｓ４）。この状態からモータ３０を第１方向へ回転させたときに、接触部５５が蓄積部４５を離れて第１切換部４４に接触するまでの時間を短縮するためである。

次に、モータＥＣＵ７１は切換スイッチ７５がオンであるか否かを判定する（Ｓ５）。その結果、切換スイッチ７５がオフであるときは（Ｓ５：Ｎｏ）、車両１を四輪駆動状態にする要求がなく、クラッチ装置１０は既に係合しているので、モータＥＣＵ７１はモータ制御処理を終了する。一方、切換スイッチ７５がオンであるときは（Ｓ５：Ｙｅｓ）、車両１を四輪駆動状態にする要求があるので、クラッチ装置１０を係合するため、モータＥＣＵ７１は、モータ３０を第１方向へ回転して回転部材４０を第１方向（矢印Ｒ１方向）へ回転させ、接触部５５を、第１切換部４４を経て解放部４３へ到達させる（Ｓ６）。このときのモータ３０の第１方向の回転数は、モータ３０の第２方向（後述する）の回転数より低くする。

このモータ制御処理によれば、第２切換部４６の勾配角θ３より勾配角θ１が小さい第１切換部４４を経て、接触部５５が蓄積部４５から解放部４３へ到達するので、移動部材５０が軸方向の第１位置へ移動する速度を遅くすることができる。スプライン１２，５１の噛み合い始めの速度を低下できるので、スプライン１２，５１の噛み合いに伴う歯打ち音（異音）を抑制できる。

制御装置３８は、速度検出ＥＣＵ７０が取得した情報に基づいて車両１の走行速度が所定速度（０ｋｍ／ｈ）以下であるか判断する。判断の結果、車両１が停止のときにモータ３０を第１方向へ回転させ、回転部材４０を第１方向（矢印Ｒ１方向）へ回転させて第１切換部４４を経て接触部５５を解放部４３へ到達させる。車両１が停止のときは、パワーユニット２は回転数が低いか停止しているので、走行中に比べて一般に車両１の騒音は小さい。車両１の騒音が小さいときに生じる異音（歯打ち音）を目立ち難くできるので、搭乗者に違和感を覚えさせ難くできる。

モータ３０の第１方向の回転数は、モータ３０の第２方向（後述する）の回転数より低いので、スプライン１２，５１の噛み合い始めの速度をさらに低下させることができる。スプライン１２，５１の噛み合いに伴う衝撃をより小さくできるので、歯打ち音（異音）を抑制できる。

制御装置３８は、接触部５５を第１切換部４４へ移動させる前に、接触部５５を蓄積部４５の第１端６１へ近づけるので、この状態からモータ３０を第１方向へ回転させたときに、接触部５５が蓄積部４５を離れて第１切換部４４に接触するまでの時間を短縮できる。モータ３０の第１方向の回転数を低くしたり第１切換部４４を接触部５５が通過したりしても、接触部５５を蓄積部４５の第１端６１へ近づけない場合に比べ、接触部５５が第１切換部４４に接触するまでの時間を短縮できるので、スプライン１２，５１が噛み合い始めるまでの時間を短縮し、スプライン１２，５１が係合する時間を短縮できる。

モータ３０を第１方向に回転するときはモータ３０の制御方式がＰＩ制御によるので、偏差の大きさに従ってモータ３０への出力を変化させることができる。偏差に対してモータ３０が過度に反応しないようにできるので、スプライン１２，５１の噛み合い始めの速度が一時的に増加して歯打ち音が生じる等の不具合を防止できる。なお、モータ３０を第１方向に回転するときの制御方式はＰＩ制御に限るものではなく、Ｐ制御、ＯＮ−ＯＦＦ制御等を採用できる。

これに対しＳ２の処理の結果、走行速度が所定速度を超える（車両１が走行中である）場合には（Ｓ２：Ｎｏ）、モータ３０の制御方式を、偏差の時間変化に比例する微分制御を組み合わせたＰＩＤ制御にする（Ｓ７）。モータＥＣＵ７１は、モータ３０を第２方向へ回転して回転部材４０を第２方向（矢印Ｒ２方向）へ回転させ、接触部５５を傾斜部６０の始端６２へ近づける（Ｓ８）。この状態からモータ３０を第２方向へ回転させたときに、接触部５５が蓄積部４５を離れて第２切換部４６に到達するまでの時間を短縮するためである。

次に、モータＥＣＵ７１は切換スイッチ７５がオンであるか否かを判定する（Ｓ９）。その結果、切換スイッチ７５がオフであるときは（Ｓ９：Ｎｏ）、車両１を四輪駆動状態にする要求がなく、クラッチ装置１０は既に係合しているので、モータＥＣＵ７１はモータ制御処理を終了する。一方、切換スイッチ７５がオンであるときは（Ｓ９：Ｙｅｓ）、車両１を四輪駆動状態にする要求があるので、クラッチ装置１０を係合するため、モータＥＣＵ７１は、モータ３０を第２方向へ回転して回転部材４０を第２方向（矢印Ｒ２方向）へ回転させ、接触部５５を傾斜部６０へ到達させ（Ｓ１０）、次いで接触部５５を解放部４３へ到達させる（Ｓ１１）。このときのモータ３０の第２方向の回転数は、モータ３０の第１方向の回転数より高くする。

このモータ制御処理によれば、車両１の走行中のときに、蓄積部４５に接触する接触部５５が第２切換部４６から解放部４３へ達するようにモータ３０を第２方向へ回転させる。車両１が走行するときは、停車中に比べて一般に車両１の騒音は大きいので、接触部５５が解放部４３へ達したときに生じる異音（接触部５５が解放部４３に衝突する打音やスプライン１２，５１の歯打ち音）を目立ち難くできる。一方、第２切換部４６は第１切換部４４の勾配角θ１より勾配角θ３が大きいので、接触部５５が第１切換部４４から解放部４３へ達する場合に比べて、スプライン１２，５１が係合する応答性を向上できる。よって、応答性を確保しつつ異音を目立ち難くできる。

モータ３０の第２方向の回転数は、モータ３０の第１方向の回転数より高いので、スプライン１２，５１を迅速に噛み合わせることができる。よってスプライン１２，５１が係合する応答性を向上できる。

制御装置３８は、接触部５５を解放部４３へ移動させる前に、接触部５５を蓄積部４５の第２端６３（本実施の形態では傾斜部６０の始端６２）へ近づけるので、この状態からモータ３０を第２方向へ回転させたときに、接触部５５が蓄積部４５を離れて第２切換部４６を経て解放部４３に到達するまでの時間を短縮できる。

モータ３０を第２方向に回転するときはモータ３０の制御方式がＰＩＤ制御によるので、モータＥＣＵ７１は、過渡応答を考慮して、オーバーシュートを防ぎつつモータ３０の回転数を高くできる。スプライン１２，５１が係合する時間を短縮できるので、応答性を向上できる。

なお、制御装置３８は、傾斜部６０の始端６２から第２端６３までを接触部５５が移動するときのＳ１１におけるモータ３０の第２方向の回転数を、傾斜部６０の始端６２へ接触部５５を近づけるときのＳ１０におけるモータ３０の回転数より低くすることができる。接触部５５と傾斜部６０とが接触する位置でモータ３０を減速することにより、傾斜部６０によって接触部５５（移動部材５０）が軸方向へ移動する速度を確実に遅くできる。第１軸１１のスプライン１２と移動部材５０のスプライン５１とが衝突する噛み合い始めの速度を抑えられるので、スプライン１２，５１の噛み合いに伴う歯打ち音（異音）を抑制できる。

なお、図６に示すフローチャートにおいて、請求項１記載の第１回転手段としてはＳ６の処理が、請求項１記載の速度判断手段としてはＳ２の処理が、請求項１記載の第２回転手段としてはＳ１１の処理が、請求項４記載の待機手段としてはＳ４の処理がそれぞれ該当する。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施の形態では、モータ３０によって回転される回転部材４０にカム４２を形成し、移動部材５０に接触部５５を設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。これとは逆に、回転部材４０に接触部５５を設け、移動部材５０にカム４２を設けることは当然可能である。モータ３０によって回転部材４０を回転させ、接触部５５を回転させることにより、接触部５５が押し付けられたカム４２の輪郭に応じて移動部材５０を軸方向へ移動させることができるからである。この場合も、移動部材５０が移動することでばね２４に弾性エネルギーが蓄積され、その弾性エネルギーを解放して移動部材５０を軸方向へ移動させることができる。

上記実施の形態では、カム４２の輪郭に接触する接触部５５が円柱状に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。円柱状の接触部５５に代えて、径方向の外側へ向かって突出する軸を支持部材５４に設け、その軸に嵌めたローラを接触部とすることは当然可能である。ローラによりカム４２との摩擦を軽減できる。この場合には、ケース２０に形成された溝部２８に軸の先端を係合させる。

上記実施の形態では、第２切換部４６の勾配角θ３が９０°の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、勾配角θ３は適宜設定できる。勾配角θ３は第１切換部４４の勾配角θ１よりも大きければ良い。また、上記実施の形態では、カム４２に傾斜部６０が形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、傾斜部６０を省略することは当然可能である。

上記実施の形態では、第１軸１１の径方向外側に配置された第２軸１３と第１軸１１との間の動力の伝達または遮断を切り換えるクラッチ装置１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、軸方向の端面を互いに対向させた状態に配置される第１軸と第２軸との間の動力の伝達または遮断を切り換えるクラッチ装置とすることは当然可能である。この場合のクラッチ装置は、例えば、パワーユニットによって駆動される車両の前輪の車軸（第１軸および第２軸）に配置される。車両は、前輪の車軸に配設されたクラッチ装置によって後輪が駆動される二輪駆動状態と、前輪および後輪が駆動される四輪駆動状態とが切り換えられる。四輪駆動状態では、クラッチ装置によって前輪の車軸が連結されることで、トランスファ及びドライブシャフトを介して後輪を駆動するパワーユニットの駆動力が、クラッチ装置を介して前輪の車軸に伝達される。二輪駆動状態では、トランスファの出力を切り換えると共にクラッチ装置によって前輪の車軸の連結が解除されることで、前輪の車軸への駆動力の伝達が遮断される。

このクラッチ装置は、第１軸および第２軸の外周に形成されたスプラインに、円筒状の移動部材の内周に形成されたスプラインを係合して動力を伝達する。動力の伝達を遮断するには、第１軸または第２軸のスプラインと移動部材のスプラインとの係合を解除する。この場合もモータによって回転部材を回転させ、カムによって回転部材の回転運動を移動部材の軸方向の往復運動に変換することにより、第１実施の形態で説明したクラッチ装置１０と同様の作用効果を実現できる。

上記実施の形態では、２つの部材（第１軸１１及び第２軸１３）の同軸上に配置された移動部材（伝達機構が移動部材に形成されている）によって動力を伝達し遮断するクラッチ装置について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。動力を伝達し遮断する２つの部材は、移動部材と同軸上に配置されるものに限らない。例えば、軸に沿って移動する移動部材にアームを設け、そのアームによって移動するスリーブを設けることができる。軸方向の端面が突き合わされる第１軸および第２軸（２つの部材）の外周にスプライン（伝達機構）を形成し、そのスプラインに噛み合うスプライン（伝達機構）をスリーブの内周に形成することができる。移動部材の移動に伴って第１軸および第２軸に沿ってスリーブが移動すると、スリーブのスプライン（伝達機構）が係合して動力の伝達と遮断とが切り換えられる。この場合も第１実施の形態で説明したクラッチ装置１０と同様の作用効果を実現できる。

上記実施の形態では、第２軸１３に直交するドライブシャフト６に動力を出力するため、第２軸１３にべベルギヤ９が取り付けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。動力が出力される軸の位置関係に応じて、べベルギヤ以外の他の機構を採用することは当然可能である。他の機構としては、平歯車、はすば歯車等のギヤ、チェーンが係合するスプロケット等が挙げられる。

上記実施の形態では、車両１が停止しているときにモータＥＣＵ７１がモータ制御処理を実行する場合（所定速度＝０ｋｍ／ｈ）について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、モータ制御処理を実行する所定速度は０〜２０ｋｍ／ｈ程度の間で適宜設定できる。車両１は停止していなくても低速走行をしているときは、一般に車両１の騒音は小さいからである。

上記実施の形態では、車両１の走行に関する情報として走行速度を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。車両１の走行に関する他の情報としては、例えば、車両１の加速度、パワーユニット２の回転数が挙げられる。車両１の加速度は、車両１に搭載した加速度センサ（図示せず）の検出結果や、速度センサ７３の検出結果を時間微分して求めることができる。加速度が小さいときには一般に車両１の騒音は小さいので、車両１の加速度が小さいときのスプライン１２，５１が係合する速度を低下させることにより、歯打ち音を抑制して車両１の静粛性を確保できる。

パワーユニット２の回転数は回転数センサ７４によって検出できる。パワーユニット２の回転数が低いとき或いはパワーユニット２がアイドルストップ等によって停止しているときは、一般に車両１の騒音は小さいので、パワーユニット２による騒音が小さいときのスプライン１２，５１が係合する速度を低下させることによって、歯打ち音を抑制して車両１の静粛性を確保できる。

１車両
１０クラッチ装置
１１第１軸（部材）
１２スプライン（伝達機構）
１３第２軸（部材）
２４ばね
３０モータ
３８制御装置
４０回転部材
４２カム
４３解放部
４４第１切換部
４５蓄積部
４６第２切換部
５０移動部材
５１スプライン（伝達機構）
５５接触部
６０傾斜部
６１第１端
６３第２端
７０速度検出電子制御ユニット（取得手段）
θ１，θ３勾配角

Claims

車両に搭載されるクラッチ装置であって、
伝達機構が係合して２つの部材間で動力を伝達する第１位置と前記２つの部材間の動力の伝達を遮断する第２位置とに移動可能な移動部材と、
第１方向およびその第１方向の反対の第２方向へ回転するモータと、
そのモータにより回転される回転部材と、
その回転部材または前記移動部材に設けられるカムと、
そのカムの輪郭に接触する、前記回転部材または前記移動部材に設けられる接触部と、
その接触部と前記カムとが干渉して前記移動部材が前記第２位置へ移動することで弾性エネルギーが蓄積されるばねとを備え、
前記カムは、前記第２位置に前記移動部材を位置させる蓄積部と、前記第１位置に前記移動部材を位置させる解放部と、その解放部と前記蓄積部の第１端とを接続する第１切換部と、その第１切換部の勾配角より勾配角が大きく設定されると共に前記蓄積部の前記第１端の反対側の第２端と前記解放部とを接続する第２切換部と、前記蓄積部と前記第２切換部との境界に形成された、前記蓄積部から前記第２切換部へ向かって傾斜する傾斜部とを備え、
前記接触部が前記蓄積部から前記第１切換部または前記第２切換部を経て前記解放部に達するまでに、前記ばねに蓄積された弾性エネルギーが解放され、
前記車両の走行に関する情報を取得する取得手段と、
前記モータの回転速度および回転方向を制御する制御装置と、を備え、
その制御装置は、前記取得手段が取得した情報に基づいて前記車両の走行速度が所定速度以下であるかを判断する速度判断手段と、
前記蓄積部に接触する前記接触部が前記解放部へ達するように前記モータを回転させるとき、前記速度判断手段により走行速度が所定速度以下であると判断される場合に、前記蓄積部に接触する前記接触部が前記第１切換部から前記解放部へ達するように前記モータを前記第１方向へ回転させる第１回転手段と、
前記蓄積部に接触する前記接触部が前記解放部へ達するように前記モータを回転させるとき、前記速度判断手段により走行速度が所定速度を超えると判断される場合に、前記蓄積部に接触する前記接触部が前記第２切換部から前記解放部へ達するように前記モータを前記第２方向へ回転させる第２回転手段とを備え、
前記第２回転手段は、前記傾斜部と前記接触部とが接触するときの前記モータの回転数を、前記第２回転手段により前記モータが前記第２方向へ回転している間に前記蓄積部と前記接触部とが接触するときの前記モータの回転数より低くすることを特徴とするクラッチ装置。
前記第１回転手段により回転する前記モータの回転数は、前記第２回転手段により回転する前記モータの回転数より低いことを特徴とする請求項１記載のクラッチ装置。
前記第２回転手段による前記モータの制御方式は、微分制御が組み合わせられたＰＩＤ制御であって、前記第１回転手段による前記モータの制御方式と異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のクラッチ装置。
前記制御装置は、前記蓄積部に接触する前記接触部が前記解放部へ達するように前記モータを回転させるか否かにかかわらず、前記速度判断手段により走行速度が所定速度以下であると判断される場合に、前記蓄積部に接触する前記接触部が前記蓄積部の前記第１端へ近づくように前記モータを前記第１方向へ回転させる待機手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクラッチ装置。