JP2011122679A - 電磁クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】アーマチュアの摩擦面に作用するカム力を均等化し、もしくはカム力をアーマチュアの摩擦面の内周側の端部よりも外周側に主として作用させることが可能な電磁クラッチを提供する。
【解決手段】電磁クラッチ１は、磁力を発生させる電磁コイル７４と、電磁コイル７４の磁力によって軸方向移動するアーマチュア６０と、アーマチュア６０の軸方向移動によりアーマチュア６０と当接するリヤハウジング２２と、アーマチュア６０との相対回転が規制された第１カム部材６１と、第１カム部材６１との相対回転により、第１カム部材６１に、アーマチュア６０をリヤハウジング２２に向かって押圧するカム力を発生させる第２カム部材６２と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転部材間のトルク伝達の制御又は回転部材への制動力の作用を制御する電磁クラッチに関する。

従来、カム溝が形成されたアーマチュアを電磁コイルの磁力によって吸引し、その吸引により発生する他部材との接触部における摩擦によってカム機構を動作させ、カム機構のカム力によってカム部材をより強く他部材に押し付けることによる摩擦力で回転部材間のトルク伝達を制御する電磁クラッチが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された電磁クラッチは、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動モータで駆動するように構成された４輪駆動車両の後輪側の駆動系に適用され、電動モータの停止時に後輪のディファレンシャル装置と電動モータとの連結を遮断して走行抵抗を低減すべく、出力軸と減速ギヤ列を構成するギヤとの間に配置されている。

この電磁クラッチは、電磁コイルと、電磁コイルの磁力によって電磁コイル側に引き寄せられ、出力軸と一体回転する円盤状の部材に摩擦接触するアーマチュアと、アーマチュアとギヤとの間に介在するカムフォロアとを備えている。アーマチュアとギヤとの対向面のそれぞれにはカム溝が形成され、アーマチュア及びギヤはカムフォロアと共にカム機構を構成している。

このアーマチュアは中心部に出力時を挿通させる挿通孔が形成された円板状であり、カム溝が形成された面とは反対側の面に、上記円盤状の部材に摩擦係合する摩擦面が形成されている。この摩擦面は、カム溝よりも外周側に形成されている。

車両の走行時に電磁コイルに通電されると、アーマチュアは上記円盤状の部材に引き寄せられて摩擦接触し、その摩擦力によってギヤと相対回転する。この相対回転によってカムフォロアがカム溝を転動し、カム機構のカム力によってアーマチュアがより強く円盤状の部材に押し付けられて摩擦係合し、電動モータのトルクがディファレンシャル側に伝達されるようになる。

一方、電磁コイルが非通電の状態で電動モータが停止すると、リターンスプリングの力によってカム機構が中立状態（非作動状態）となり、カム部材の摩擦係合が解除される。これにより電動モータとディファレンシャル装置との連結が遮断される。

特開２００４−１７８０７号公報

上記のように構成された電磁クラッチのアーマチュアは、摩擦面よりも内周側に形成されたカム溝で軸方向のカム力を受け、摩擦面が摩擦相手部材に摩擦係合する。そのため、カム力によって、摩擦面の内周側を支点として外周側が摩擦相手部材から離間するようにアーマチュアが弾性変形する。このため、アーマチュアを摩擦係合させる押圧力は、主として摩擦面の内周側の端部に作用し、極端な場合には外周側が摩擦相手部材から浮いてしまう。ところで、周知のように、トルクＴは物体に加わる力Ｆと回転の軸からみた力の加わる点までの距離ｒとの積（Ｔ＝Ｆ×ｒ）で示されるので、アーマチュアを摩擦係合させるカム力が作用する部位は、内周側よりも外周側である方が効果的である。

しかし、上記のように構成された電磁クラッチのアーマチュアでは、カム力が主として摩擦面の内周側の端部に作用するので、トルク伝達時に摩擦面に滑りを発生させないためにはアーマチュアの径を大きくしたり、アーマチュアの周方向に対するカム面の角度を浅くするなどの必要がある。アーマチュアの径を大きくすると、装置の小型軽量化に限界が生じ、カム面の角度を浅くすると、カム機構の中立位置からカム部材にカム力が発生するまでの相対回転角度が大きくなり、レスポンスが低下する。

そこで、本発明は、アーマチュアの摩擦面に作用するカム力を均等化し、もしくはカム力をアーマチュアの摩擦面の内周側の端部よりも外周側に主として作用させることが可能な電磁クラッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電磁クラッチは、磁力を発生させる電磁コイルと、前記磁力によって軸方向移動するアーマチュアと、前記アーマチュアの軸方向移動により前記アーマチュアと当接する摩擦部材と、前記アーマチュアとの相対回転が規制された第１カム部材と、前記第１カム部材との相対回転により、前記第１カム部材に、前記アーマチュアを前記摩擦部材に向かって押圧するカム力を発生させる第２カム部材と、を有して構成される。

この構成によれば、アーマチュアが、アーマチュアとは別体の第１カム部材を介してカム力を受ける。

また、前記アーマチュアは中心部に貫通孔が形成された環状であり、前記第１カム部材は、前記アーマチュアの内周側端部よりも外周側で前記アーマチュアを押圧するとよい。

この構成によれば、アーマチュアの内周側端部に第１カム部材による押圧力が集中しない。

また、前記摩擦部材は、前記アーマチュア側に開口した環状凹所の内周側及び外周側に形成された摩擦面で前記アーマチュアの一方の側面と摩擦係合し、前記環状凹所内に前記電磁コイルを収容するヨークであるとよい。

この構成によれば、ヨークの内周側及び外周側の摩擦面に当接することでアーマチュアに摩擦力が発生する。

また、前記第１カム部材は、前記ヨークの前記環状凹所の内周側と外周側の摩擦面の間の径方向の領域に前記アーマチュアの他方の側面を押圧する最大荷重を発生させるように構成するとよい。

この構成によれば、第１カム部材の荷重が環状凹所の内周側と外周側の摩擦面に分散される。

本発明によれば、アーマチュアの摩擦面に作用するカム力を均等化し、もしくはカム力をアーマチュアの摩擦面の内周側の端部よりも外周側に主として作用させることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電磁クラッチが適用された４輪駆動車の駆動力伝達系の構成を示す概略図。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動力伝達装置の構成を示す断面図。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るカム機構の作動状態及び非作動状態を示す説明図。 図４は、比較例としてのアーマチュアカムの作動状態及び非作動状態を示す説明図。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁クラッチの構成を示す概略図。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁クラッチのアーマチュアを示す説明図。 図７は、本発明の第３の実施の形態に係る電磁クラッチの構成を示す概略図。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電磁クラッチが適用された４輪駆動車の駆動力伝達系の概略構成を示す。図１に示すように、４輪駆動車１０１は、駆動源としてのエンジン１０２，エンジン１０２の出力を一対のフロントアクスルシャフト１０４及びプロペラシャフト１０６に分配するトランスアクスル１０３，一対のフロントアクスルシャフト１０４のそれぞれに連結された一対の前輪１０５，プロペラシャフト１０６のトルクをドライブピニオンシャフト１０８に伝達する駆動力伝達装置１，ドライブピニオンシャフト１０８に伝達されたトルクを一対のリヤアクスルシャフト１１０に分配するリヤディファレンシャル１０９，及び一対のリヤアクスルシャフト１１０のそれぞれに連結された一対の後輪１１１を備えている。

駆動力伝達装置１は、４輪駆動車１０１の車体（図示せず）に固定されたディファレンシャルキャリア１０７を介してその内部に支持され、プロペラシャフト１０６とドライブピニオンシャフト１０８とのトルク伝達を制御可能に構成されている。駆動力伝達装置１がプロペラシャフト１０６とドライブピニオンシャフト１０８とをトルク伝達可能に連結すると４輪駆動車１０１が４輪駆動状態となり、この連結を解除すると４輪駆動車１０１が２輪駆動状態となる。

また、４輪駆動車１０１には、駆動力伝達装置１を制御するコントローラ１１２が搭載されている。コントローラ１１２は、一対の前輪１０４及び一対の後輪１０５の回転速度やアクセル開度等に基づいて駆動力伝達装置１に電流を供給し、駆動力伝達装置１のトルク伝達を制御する。

（駆動力伝達装置１の全体構成）
図２は駆動力伝達装置１の構成を示す断面図である。この駆動力伝達装置１は、ディファレンシャルキャリア１０７（図１に示す）に対して回転可能なハウジング２と、このハウジング２に対して同軸状で相対回転可能なインナシャフト３と、ハウジング２とインナシャフト３との間に配置されたメインクラッチ４と、ディファレンシャルキャリア１０７に対して回転不能に保持された電磁コイル５と、電磁コイル５の通電によって作動し、メインクラッチ４を押圧する押圧力を発生するカム機構６とから大略構成されている。電磁コイル５，カム機構６，及び後述するリヤハウジング２２は、電磁クラッチ１０を構成する。

（ハウジング２の構成）
ハウジング２は、フロントハウジング２１、及びフロントハウジング２１と一体回転するように結合されたリヤハウジング２２からなり、ディファレンシャルキャリア１０７の内部に軸受（図示せず）を介して支持されている。

フロントハウジング２１は、例えば非磁性体材料であるアルミニウム合金からなり、リヤハウジング２２側に開口する収容空間２１ａ、及びこの収容空間２１ａの内面に形成されたストレートスプライン嵌合部２１ｂを有し、プロペラシャフト１０６（図１に示す）と一体回転するように連結されている。収容空間２１ａには潤滑油が約８０％の充填率で充填されている。

リヤハウジング２２は、フロントハウジング２１の開口内周面に螺着された炭素鋼（例えばＳ３５Ｃ、Ｓ１０Ｃ）等の磁性材料からなる外側部材２２１と、外側部材２２１の内側に溶接等によって一体に結合されたステンレス等の非磁性材料からなる中間部材２２２と、中間部材２２２の内側に溶接等によって一体に結合された炭素鋼等の磁性材料からなる内側部材２２３とからなる。

リヤハウジング２２には、フロントハウジング２１の収容空間２１ａの開口方向と同一の方向に開口する円環状の収容空間２２ａが形成されている。また、リヤハウジング２２の収容空間２２ａとは反対側の側面には、後述するアーマチュア６０と摩擦係合する摩擦面２２ｂが形成されている。

（インナシャフト３の構成）
インナシャフト３は、フロントハウジング２１との間に介在するボール軸受２１０、及びリヤハウジング２２との間に介在するニードル軸受２２０によって、ハウジング２の内側に支持されている。

インナシャフト３は、リヤハウジング２２側の端面３ａから軸方向に延びる第１の中空部３ｂが形成され、第１の中空部３ｂの内面には、ストレートスプライン嵌合部３ｃが設けられている。第１の中空部３ｂには、ドライブピニオンシャフト１０８（図１に示す）の先端部が挿入され、ドライブピニオンシャフト１０８の先端部に形成されたストレートスプライン嵌合部（図示せず）が第１の中空部３ｂのストレートスプライン嵌合部３ｃに嵌合する。

また、インナシャフト３には、フロントハウジング２１側の端面３ｄから軸方向に延びる第２の中空部３ｅが形成され、この第２の中空部３ｅには潤滑油が収容される。第１の中空部３ｂと第２の中空部３ｅとは壁部３ｆによって分離されている。

また、インナシャフト３の外面には、フロントハウジング２１のストレートスプライン嵌合部２１ｂと対向する部位に、ストレートスプライン嵌合部３ｇが形成されている。

（メインクラッチ４の構成）
メインクラッチ４は、複数のアウタクラッチプレート４１、及びアウタクラッチプレート４１と交互に配置された複数のインナクラッチプレート４２を有し、潤滑油が充填された収容空間２１ａ内で両クラッチプレートが摺動する湿式の多板クラッチとして構成されている。

アウタクラッチプレート４１は、その外周部にスプライン嵌合部４１ａを有し、スプライン嵌合部４１ａがフロントハウジング２１のストレートスプライン嵌合部２１ｂに嵌合している。これにより、アウタクラッチプレート４１は、ハウジング２に対して軸方向移動可能で、ハウジング２と一体回転するように連結されている。

インナクラッチプレート４２は、その内周部にスプライン嵌合部４２ａを有し、スプライン嵌合部４２ａがインナシャフト３のストレートスプライン嵌合部３ｇに嵌合している。これにより、インナクラッチプレート４２は、インナシャフト３に対して軸方向移動可能で、インナシャフト３と一体回転するように連結されている。また、インナクラッチプレート４２には、潤滑油を流通させるための孔４２ｂが周方向の複数の箇所に形成されている。

（電磁コイル５の構成）
電磁コイル５は、ディファレンシャルキャリア１０７（図１に示す）に固定された炭素鋼等の磁性材料からなるヨーク５１に保持されて、リヤハウジング２２の収容空間２２ａ内に配置されている。ヨーク５１は、リヤハウジング２２の外側部材２２１の内周面との間にエアギャップ５１ａを、内側部材２２３との間にエアギャップ５１ｂをそれぞれ介在させて、内側部材２２３との間に設けられたシール軸受５２を介してリヤハウジング２２を支持している。

ヨーク５１には、収容空間２２ａの軸方向の底部に向かって開口した環状の収容空間５１ｃが形成され、この収容空間５１ｃに電磁コイル５が保持されている。電磁コイル５の巻線には、ヨーク５１に形成された孔５１ｄに挿通された電線５ａから供給される電流が通電される。

（カム機構６の構成）
カム機構６は、メインクラッチ４とリヤハウジング２２との間に配置され、電磁コイル５への通電により生じる磁力によってリヤハウジング２２側に吸引されるアーマチュア６０と、アーマチュア６０との相対回転が規制された第１カム部材６１と、第１カム部材６１との相対回転によりカム力を発生させる第２カム部材６２と、第１カム部材６１及び第２カム部材６２の間に介在する球状のカムフォロア６３とを有して構成されている。

第１カム部材６１はカムフォロア６３よりもリヤハウジング２２の側に配置され、アーマチュア６０は第１カム部材６１とリヤハウジング２２との間に配置されている。また、第２カム部材６２はカムフォロア６３よりもメインクラッチ４の側に配置されている。アーマチュア６０，第１カム部材６１，及び第２カム部材６２は、インナシャフト３の回転軸Ｏと同軸上に配置されている。

（アーマチュア６０の構成）
アーマチュア６０は、炭素鋼（例えばＳ３５Ｃ、Ｓ１０Ｃ）等の磁性材料からなる板状の部材であり、中心部に貫通孔６０１が形成された環状に成形されている。貫通孔６０１の内周には、軸方向に延びるスプライン嵌合部６０２が設けられている。アーマチュア６０のリヤハウジング２２との対向面には、摩擦面２２ｂと当接する環状の摩擦面６０ａが形成されている。また、摩擦面６０ａが形成された側と反対側の側面には、第１カム部材６１に押圧される環状の被押圧面６０ｂが形成されている。

アーマチュア６０の表面のうち、少なくとも摩擦面６０ａには、摩擦による摩耗を軽減し、もしくはスティックスリップ現象（相対滑りと引っかかりとの繰り返しにより、びびり振動が発生する現象）の発生を抑制すること等を目的とした、摩擦特性を向上させるための表面処理が施されている。このような表面処理としては、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の成膜処理や、ナイトロテック処理（ガス軟窒化処理に連続して表面に酸化皮膜を形成する処理（ナイトロテックは登録商標））が挙げられる。

アーマチュア６０は、皿バネ６４によって第１カム部材６１側に付勢されている。皿バネ６４は、インナシャフト３の外周面に嵌着されたスナップリング３１に軸方向の一端が接触して軸方向移動が規制され、軸方向の他端はアーマチュア６０の摩擦面６０ａよりも内周側の側面６０ｃに接触している。

（第１カム部材６１の構成）
第１カム部材６１は、炭素鋼等の金属材料からなる環状の部材であり、焼き入れ焼き戻しやガス軟窒化等の硬化処理が施され、インナシャフト３に外嵌されている。また、第１カム部材６１は、カム部６１１と、カム部６１１の軸方向の一側（リヤハウジング２２側）に設けられたスプライン嵌合部６１２と、カム部６１１の外周側に設けられた押圧部６１３とが一体に形成されている。

カム部６１１には、カムフォロア６３が転動する複数のカム溝６１１ａが形成されている。カム溝６１１ａは、第１カム部材６１の周方向に延び、その中央部における軸方向の深さが最も深く、周方向の端部に向かうにつれて浅くなるように形成されている。

スプライン嵌合部６１２は、その外周面に軸方向に延びる複数のスプライン歯を有し、アーマチュア６０のスプライン嵌合部６０２と嵌合している。このため、アーマチュア６０と第１カム部材６１とは相対回転が規制され、アーマチュア６０は第１カム部材６１に対して軸方向移動可能である。

押圧部６１３は、カム部６１１の外周側に設けられた環状部６１４と、環状部６１４の外周側の端部から軸方向のアーマチュア６０側に突出するように形成された鍔部６１５とを有し、鍔部６１５の軸方向の先端部には、アーマチュア６０の被押圧面６０ｂに当接する押圧面６１５ａが形成されている。

押圧部６１３は、アーマチュア６０の摩擦面６０ａの内周側の端部６００ａよりも外周側でアーマチュア６０を押圧する。また、押圧部６１３は、アーマチュア６０の摩擦面６０ａの径方向の中心６００ｂを少なくとも含む径方向の領域でアーマチュア６０を押圧する。

（第２カム部材６２の構成）
第２カム部材６２は、炭素鋼等の金属材料からなる環状の部材であり、インナシャフト３に外嵌されている。また、第２カム部材６２は、カム部６２１と、カム部６２１の軸方向の一側（メインクラッチ４側）に設けられたスプライン嵌合部６２２と、スプライン嵌合部６２２の外周側に設けられた押圧部６２３とが一体に形成されている。

カム部６２１には、カムフォロア６３が転動する複数のカム溝６２１ａが形成されている。カム溝６２１ａは、第２カム部材６２の周方向に延び、その中央部における軸方向の深さが最も深く、周方向の端部に向かうにつれて浅くなるように形成されている。

スプライン嵌合部６２２は、その内周面に軸方向に延びる複数のスプライン歯を有し、インナシャフト３のストレートスプライン嵌合部３ｇの一端に嵌合されている。このため、第２カム部材６２は、インナシャフト３と軸方向移動可能で、インナシャフト３と一体回転するように連結されている。

押圧部６２３には、メインクラッチ４の複数のインナクラッチプレート４２のうち、最もカム機構６側に位置するインナクラッチプレート４２に対向する押圧面６２３ａが形成されている。

スプライン嵌合部６２２の内周側であって、インナシャフト３のストレートスプライン嵌合部３ｇのリヤハウジング２２側に形成された段差部３ｈとカム部６２１との間には、皿バネ６５が配置されている。皿バネ６５は、第２カム部材６２を第１カム部材６１側に付勢している。

カムフォロア６３は、炭素鋼等の金属材料からなり、第１カム部材６１のカム溝６１１ａと第２カム部材６２のカム溝６２１ａとの間に挟持されている。第１カム部材６１と第２カム部材６２が相対回転し、カムフォロア６３がカム溝６１１ａ及びカム溝６２１ａの周方向の中央部の位置（中立位置）から周方向に転動すると、第１カム部材６１と第２カム部材６２とを軸方向に離間させるカム力が発生する。

（駆動力伝達装置１の動作）
次に、駆動力伝達装置１の動作を説明する。４輪駆動車１０１のエンジン１０２が始動していない状態では、電磁コイル５に通電されておらず、アーマチュア６０は皿バネ６４の付勢力によってリヤハウジング２２と非接触であり、カム機構６は作動していない。

エンジン１０２が始動し、４輪駆動車１０１が発進する際には、前輪１０５及び後輪１１１を駆動する４輪駆動状態とすべく、コントローラ１１２が駆動力伝達装置１の電磁コイル５に電流を供給し、通電する。この通電により、図２に点線で示すように、ヨーク５１，リヤハウジング２２の外側部材２２１，アーマチュア６０，及びリヤハウジング２２の内側部材２２３により形成される磁路に磁束Ｍが発生する。この磁束Ｍの磁力によって、アーマチュア６０が皿バネ６４の付勢力に抗してリヤハウジング２２側に引き寄せられるように軸方向移動し、アーマチュア６０の摩擦面６０ａがリヤハウジング２２の摩擦面２２ｂに摩擦接触する。

前述のように、アーマチュア６０と第１カム部材６１はスプライン嵌合により相対回転が規制されており、第２カム部材はインナシャフト３と一体回転するように構成されているので、アーマチュア６０とリヤハウジング２２が摩擦接触した状態でハウジング２とインナシャフト３が差動回転すると、カムフォロア６３がカム溝６１１ａ及びカム溝６２１ａを転動し、カム機構６が作動する。すると、第１カム部材６１はカム機構６のカム力によってアーマチュア６０をリヤハウジング２２側に押圧する。これにより、アーマチュア６０が磁力によってリヤハウジング２２に引き寄せられていたときよりも強くリヤハウジング２２に押し付けられて摩擦係合する。

一方、第２カム部材６２はカム機構６のカム力によってメインクラッチ４を押圧し、アウタクラッチプレート４１とインナクラッチプレート４２と摩擦係合させてトルク伝達可能な状態とする。これにより、プロペラシャフト１０６を介して伝達されたエンジン１０２のトルクがドライブピニオンシャフト１０８に伝達され、４輪駆動状態となる。

また、コントローラ１１２は、例えば４輪駆動車１０１が一定の車速で直進する定常走行状態となると、燃費向上のために一対の前輪１０５のみを駆動する２輪駆動状態とすべく、電磁コイル５への通電を遮断する。

電磁コイル５への通電が遮断されると、皿バネ６４の付勢力によってアーマチュア６０がリヤハウジング２２から離間する。すると、第１カム部材６１と第２カム部材６２とを相対回転させる力がなくなり、カムフォロア６３が中立位置に転動してカム機構６が非作動状態となる。そして、皿バネ６５の付勢力によって第２カム部材６２がメインクラッチ４を押圧しない位置に戻される。これにより、アウタクラッチプレート４１とインナクラッチプレート４２との摩擦係合が解除され、２輪駆動状態となる。

図３は、アーマチュア６０及び第１カム部材６１の相対的な位置及び形状を輪郭で示した図であり、カム機構６が作動したときの第１カム部材６１を実線で、カム機構６が非作動のときの第１カム部材６１を二点鎖線で、それぞれ示す。この図に示すように、カム機構６が作動すると、第１カム部材６１は、カム部６１１のカム溝６１１ａと押圧部６１３の押圧面６１５ａとの径方向の位置のずれにより、押圧部６１３に対してカム部６１１がアーマチュア６０側に変位するように撓むが、この撓みはアーマチュア６０の姿勢には殆ど影響しない。

また、第１カム部材６１がアーマチュア６０を押圧する荷重の径方向の分布は、図３のグラフに示すように、押圧部６１３の内周側の端部で荷重が最も大きく、外周側に向かうにつれて小さくなる。なお、この図では第１カム部材６１の変形量を誇張して表現している。

図４は、比較例としての、カム溝と摩擦面とを１つの部材に形成した環状のアーマチュアカム２００の径方向断面形状の輪郭を示した図である。この図では、カム力が作用したときのアーマチュアカム２００の輪郭を実線で、カム力が作用していないときのアーマチュアカム２００の輪郭を二点鎖線で、それぞれ示す。

アーマチュアカム２００は、カム部２０１と押圧部２０２が一体に形成された炭素鋼等の金属材料からなる環状の部材であり、カム部２０１にはカム溝２０１ａが、押圧部２０２には、図示しない摩擦相手部材（例えばリヤハウジング２２）と摩擦係合する摩擦面２０２ａが、それぞれ形成されている。押圧部２０２は、カム部２０１の外周側に設けられ、カム溝２０１ａと摩擦面２０２ａは、それぞれ軸方向の反対側の面に形成されている。

アーマチュアカム２００がカム溝２０１ａを転動するカムフォロア（図示せず）から軸方向のカム力Ｆを受けると、アーマチュアカム２００は、摩擦面２０２ａの内周側端部２０２ｂを支点として回転するように変形する。この変形により、摩擦面２０２ａの外周側が摩擦相手部材から軸方向に離間するようになり、カム力Ｆは摩擦面２０２ａの内周側に集中して作用し、外周側では摩擦相手部材への押し付け力が内周側よりも弱くなってしまう。

（第１の実施の形態の効果）
以上説明した本発明の第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

（１）アーマチュア６０と第１カム部材６１とが別体であるので、それぞれに適した熱処理や表面処理を施すことができる。例えば、アーマチュア６０には摩擦特性を向上させるための表面処理を施し、第１カム部材６１には硬化処理を施すことで、摩擦特性の向上と強度とを両立させることができる。

（２）アーマチュア６０と第１カム部材６１とが別体であるため、カム機構６の作動時における第１カム部材６１の撓みがアーマチュア６０の姿勢に及ぼす影響が軽減されるので、例えばカム溝とリヤハウジング２２に摩擦係合する摩擦面とを有する一体のカム部材によりカム機構を構成した場合に比較して、アーマチュア６０の摩擦面６０ａがリヤハウジング２２の摩擦面２２ａに平行に当接するようになり、アーマチュア６０の摩擦面６０ａに作用するカム力の荷重分布が均等化される。

（３）第１カム部材６１の押圧部６１３は、アーマチュア６０の摩擦面６０ａの内周側の端部６００ａよりも外周側でアーマチュア６０を押圧するので、例えば押圧部６１３が摩擦面６０ａの内周側の端部６００ａを含む径方向の領域でアーマチュア６０を押圧する場合に比較して、カム機構６のカム力が摩擦面６０ａの内周側端部に集中して作用してしまうことを抑制できる。

（４）また、第１カム部材６１の押圧部６１３がアーマチュア６０の摩擦面６０ａの径方向の中心６００ｂを少なくとも含む領域でアーマチュア６０を押圧するように構成すれば、より一層カム機構６のカム力が摩擦面６０ａの内周側端部に集中して作用してしまうことを抑制できる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁クラッチ１１及びその周辺部の概略構成を示し、（ａ）は電磁クラッチ１１の作動状態を、（ｂ）は電磁クラッチ１１の非作動状態をそれぞれ示す。この電磁クラッチ１１は、円筒状の回転部材８を非回転部材であるケーシング９に対して回り止めするためのブレーキ装置として機能し、例えば遊星歯車機構によるトルク伝達の経路を切り替えるため等に用いられる。

電磁クラッチ１１は、回転部材８と、回転部材８の鍔部８１に形成されたカム溝８１ａを転動する球状のカムフォロア７１と、カム溝８１ａに対向する面にカム溝７２ａが形成されたカム部材７２と、カム部材７２に回り止めされたアーマチュア７３と、アーマチュア７３を軸方向移動させる磁力を発生する電磁コイル７４と、電磁コイル７４を保持する磁性材料からなるヨーク７５とを備えて構成されている。カム部材７２は本発明の第１カム部材の一例であり、回転部材８は本発明の第２カム部材の一例である。

（回転部材８の構成）
回転部材８は、内面にシャフト（図示せず）が挿通される貫通孔が形成された円筒部８０と、円筒部８０の軸方向の一端から径方向外側に突出して形成された環状の鍔部８１とが一体に形成されている。円筒部８０の内周面の軸方向一側には、シャフトと回転部材８との相対回転を規制するための、回転軸Ｏ_２に沿って形成されたストレートスプライン嵌合部８０ａが設けられている。ストレートスプライン嵌合部８０ａの外側にあたる円筒部８０の外周面には、ボール軸受７７の内輪７７１が嵌合されている。

鍔部８１の軸方向の一方（ストレートスプライン嵌合部８０ａが形成された側）の側面に形成されたカム溝８１ａは、回転部材８の周方向に延び、その中央部における軸方向の深さが最も深く、周方向の端部に向かうにつれて浅くなるように形成されている。

（カム部材７２の構成）
カム部材７２は、炭素鋼等の金属材料からなる環状の部材であり、焼き入れ焼き戻しやガス軟窒化等の硬化処理が施され、回転部材８の円筒部８０に外嵌されている。

カム部材７２は、第１の実施の形態における第１カム部材６１と同様の形状であり、カム溝８１ａと対向する面に形成されたカム溝７２ａを有するカム部７２１と、カム部７２１の軸方向の一側に設けられ、軸方向に延びる複数のスプライン歯を外周部に有するスプライン嵌合部７２２と、カム部７２１の外周側に設けられた押圧部７２３とが一体に形成されている。

押圧部７２３は、カム部７２１の外周側に設けられた環状部７２４と、環状部７２４の外周側の端部から軸方向のアーマチュア７３側に突出するように形成された鍔部７２５とを有し、鍔部７２５の軸方向先端部には、アーマチュア７３を押圧する押圧面７２５ａが形成されている。

回転部材８の鍔部８１には、カム溝８１ａが周方向の少なくとも３箇所に形成され、カム部材７２のカム部７２１にも同数のカム溝７２ａが形成されている。カムフォロア７１は、各カム溝８１ａとそれに対応するカム溝７２ａとの間に介在し、鍔部８１とカム部材７２との間に配置されたリテーナ７１０によって保持されている。カム部材７２は、カム溝７２ａ及び回転部材８のカム溝８１ａをカムフォロア７１が転動する範囲において、回転部材８との相対回転が可能である。

（アーマチュア７３の構成）
アーマチュア７３は、炭素鋼（例えばＳ３５Ｃ、Ｓ１０Ｃ）等の磁性材料からなる板状の部材である。アーマチュア７３は、第１の実施の形態におけるアーマチュア６０と同様の形状であり、中心部に貫通孔７３１が形成され、貫通孔７３１の内周に設けられた軸方向に延びる複数のスプライン歯を有するスプライン嵌合部７３２を有している。スプライン嵌合部７３２は、カム部材７２のスプライン嵌合部７２２と嵌合している。これにより、アーマチュア７３とカム部材７２とは相対回転が規制され、かつ軸方向に相対移動が可能である。

アーマチュア７３の軸方向両側面のうち、カム部材７２の押圧部７２３に面する側面には、押圧部７２３の押圧面７２５ａが当接する被押圧面７３ｃが形成されている。また、この反対側の側面には、後述するヨーク７５の内周側摩擦面７５ａ及び外周側摩擦面７５ｂとそれぞれ摩擦係合する内周側摩擦面７３ａ及び外周側摩擦面７３ｂが形成されている。アーマチュア７３の表面のうち、少なくとも内周側摩擦面７３ａ及び外周側摩擦面７３ｂには摩擦特性を向上させるための表面処理が施されている。

アーマチュア７３は、皿バネ７６によってカム部材７２側に付勢されている。皿バネ７６は、ボール軸受７７の内輪７７１との間に配置されたスペーサ７８により軸方向移動が規制されている。

（ヨーク７５の構成）
ヨーク７５は、炭素鋼等の磁性材料からなり、アーマチュア７３の軸方向に対向して配置され、ボルト９１によってケーシング９に相対回転不能かつ軸方向移動不能に固定されている。ヨーク７５には、軸方向のアーマチュア７３側に開口した断面コの字状の環状凹部７５０が形成され、環状凹部７５０に電磁コイル７４が保持されている。環状凹部７５０の内周側におけるアーマチュア７３との対向面に環状の内周側摩擦面７５ａが形成され、環状凹部７５０の外周側におけるアーマチュア７３との対向面に環状の外周側摩擦面７５ｂが形成されている。

ヨーク７５の内周面には、ボール軸受７７の外輪７７２が嵌合されており、ヨーク７５は、回転部材８を回転可能に支持している。なお、ボール軸受７７は、回転部材８の円筒部８０の外周面に設けられた段差部８０ｂとスナップリング７７３により内輪７７１の軸方向の位置が固定され、ヨーク７５の内周面に設けられた段差部７５ｃとスナップリング７７４により外輪７７２の軸方向の位置が固定されている。

電磁コイル７４は、ヨーク７５の環状凹部７５０に保持され、スナップリング７５１によって抜け止めされている。電磁コイル７４には、図略の電線によって電流が供給される。

（カム部材７２によるアーマチュア７３の押圧構造）
図６は、アーマチュア７３を軸方向のヨーク７５の側から見た状態を示す図である。この図では、アーマチュア７３の裏面にあたる被押圧面７３ｃの外周円７３ｄ及び内周円７３ｅを破線で示している。

この図に示すように、アーマチュア７３の被押圧面７３ｃは、内周側摩擦面７３ａと外周側摩擦面７３ｂの間の径方向の領域に環状に形成されている。すなわち、カム部材７２は、ヨーク７５の内周側摩擦面７５ａと外周側摩擦面７５ｂとの間の径方向の領域でアーマチュア７３を軸方向に押圧する。これにより、カム部材７２が受けるカム力が、アーマチュア７３の内周側摩擦面７３ａと外周側摩擦面７３ｂに分散する。

また、図３に示したのと同様に、カム部材７２がアーマチュア７３を押圧する荷重の径方向の分布は、押圧部７２３の内周側の端部で最も大きくなるので、カム部材７２は、ヨーク７５の内周側摩擦面７５ａと外周側摩擦面７５ｂとの間の径方向の領域にアーマチュア７３の被押圧面７３ｃを押圧する最大荷重を発生させる。

（電磁クラッチ１１の動作）
電磁コイル７４に通電されると、図５（ａ）に破線で示すように、ヨーク７５及びアーマチュア７３により形成される磁路に磁束Ｍ_２が発生し、アーマチュア７３がヨーク７５の側に引き寄せられ、アーマチュア７３の内周側摩擦面７３ａがヨーク７５の内周側摩擦面７５ａに、アーマチュア７３の外周側摩擦面７３ｂがヨーク７５の外周側摩擦面７５ｂに、それぞれ摩擦接触する。

この状態で回転部材８が回転すると、カムフォロア７１がカム溝８１ａ及びカム溝７２ａを転動し、回転部材８の鍔部８１に対してカム部材７２を軸方向に離間させるカム力が発生する。このカム力を受けてカム部材７２が押圧面７２５ａを介してアーマチュア７３の被押圧面７３ｃを押圧する。

これにより、アーマチュア７３がより強くヨーク７５に押し付けられ、内周側摩擦面７３ａと内周側摩擦面７５ａ、及び外周側摩擦面７３ｂと外周側摩擦面７５ｂの摩擦力が増大する。前述のようにヨーク７５はケーシング９に対して相対回転不能であるので、回転部材８がケーシング９に対して回り止めされる。

一方、電磁コイル７４への通電が遮断されると、図５（ｂ）に示すように、皿バネ７６の付勢力によってアーマチュア７３がヨーク７５から離間し、アーマチュア７３とヨーク７５との摩擦係合が解除される。すると、カムフォロア７１がカム溝７２ａ及びカム溝８１ａの最も深い部位（中立位置）に移動し、カム力が消滅する。これにより、回転部材８は、カムフォロア７１，カム部材７２，アーマチュア７３，及び皿バネ７６と共に回転可能となる。

（第２の実施の形態の効果）
以上説明した本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）から（３）と同様の効果に加え、アーマチュア７３がヨーク７５に直接摩擦係合するので、少ない部品数で電磁クラッチ１１を構成できる。また、カム部材７２は、ヨーク７５の内周側摩擦面７５ａと外周側摩擦面７５ｂとの間の径方向の領域でアーマチュア７３を軸方向に押圧するので、カム部材７２が受けるカム力が、アーマチュア７３の内周側摩擦面７３ａと外周側摩擦面７３ｂにほぼ均等に作用する。

［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る電磁クラッチ１２の概略構成を示す。上記第２の実施の形態では、アーマチュア７３とカム部材７２との相対回転がスプライン嵌合により規制されていたが、本実施の形態に係る電磁クラッチ１２では、後述するピン７９によってアーマチュア７３Ａとカム部材７２Ａとの相対回転が規制されている。その他の構成要素については、第２の実施の形態に係る電磁クラッチ１１と共通するので、図５と同一の符号を付して説明を省略する。

カム部材７２Ａは、炭素鋼等の金属材料からなる環状の部材であり、焼き入れ焼き戻しやガス軟窒化等の硬化処理が施され、回転部材８の円筒部８０に外嵌されている。

また、カム部材７２Ａは、回転部材８の鍔部８１に形成されたカム溝８１ａと対向する面に形成されたカム溝７２ｂを有するカム部７２１Ａと、カム部７２１Ａの外周側に設けられた押圧部７２２Ａとが一体に形成されている。押圧部７２２Ａは、カム部７２１Ａの外周側に設けられた環状部７２３Ａと、環状部７２３Ａの外周側の端部から軸方向のアーマチュア７３Ａ側に突出するように形成された鍔部７２４Ａとを有し、鍔部７２４Ａの軸方向先端部には、アーマチュア７３Ａを押圧する押圧面７２４ｂが形成されている。

押圧部７２２Ａには、押圧面７２４ｂから軸方向に形成された軸方向穴７２４ｃが設けられ、軸方向穴７２４ｃにピン７９が圧入されて固定されている。

アーマチュア７３Ａは、炭素鋼（例えばＳ３５Ｃ、Ｓ１０Ｃ）等の磁性材料からなる板状の部材であり、中心部に貫通穴７３１Ａが形成された環状に成型されている。アーマチュア７３Ａのヨーク７５に対向する面には、ヨーク７５の内周側摩擦面７５ａと摩擦係合する内周側摩擦面７３ｆと、ヨーク７５の外周側摩擦面７５ｂと摩擦係合する外周側摩擦面７３ｇとが形成されている。

アーマチュア７３Ａの内周側摩擦面７３ｆと外周側摩擦面７３ｇとの間には、軸方向に貫通する貫通孔７３ｈが設けられ、貫通孔７３ｈにはカム部材７２Ａの軸方向穴７２４ｃに固定されたピン７９が挿通されている。この構成により、アーマチュア７３Ａとカム部材７２Ａとの相対回転が規制され、アーマチュア７３Ａはカム部材７２Ａに対して軸方向移動可能である。

また、アーマチュア７３Ａは、その内周側端部に接する皿バネ７６により、カム部材７２Ａに向かって軸方向に付勢されている。

カム部材７２Ａの押圧面７２４ｂの径方向中心７２４ｄの回転軸Ｏ_２からの半径ｒ_１は、ヨーク７５の環状凹部７５０の径方向中心７５０ａの回転軸Ｏ_２からの半径ｒ_２よりも大きい。すなわち、カム部材７２Ａは、ヨーク７５の内周側摩擦面７５ａよりも外周側摩擦面７５ｂの側に偏った位置でアーマチュア７３Ａを押圧する。これにより、カム部材７２Ａが受けるカム力は、内周側摩擦面７５ａと内周側摩擦面７３ｆとの間よりも、外周側摩擦面７５ｂと外周側摩擦面７５ｂとの間により強く作用する。

（第３の実施の形態の効果）
以上説明した本発明の第３の実施の形態によれば、上記の第２の実施の形態の効果と同様の効果がある。また、カム部材７２Ａが受けるカム力が主として外周側摩擦面７３ｇと外周側摩擦面７５ｂとの間に作用するので、アーマチュア７３Ａとヨーク７５との間の摩擦トルクを大きくすることができる。

［他の実施の形態］
以上、本発明の電磁クラッチを上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）上記各実施の形態では、第１カム部材と第２カム部材との間、又は回転部材の鍔部とカム部材との間に球状のカムフォロアを介在させたが、これに限らず、第１カム部材と第２カム部材との間、又は回転部材の鍔部とカム部材との間にそれぞれに軸方向に対して傾斜した傾斜面を形成し、傾斜面同士の摺動によりカム力を発生させるようにしてもよい。

（２）上記各実施の形態では、電磁コイルへの通電時にアーマチュアがリヤハウジング又はヨークに摩擦係合し、非通電時には皿バネの付勢力によって摩擦係合が解除されるように構成したが、これとは逆に、電磁コイルへの非通電時に皿バネ等の弾性部材の付勢力によってアーマチュアが他の部材に摩擦係合し、電磁コイルへの通電時に磁力によって摩擦係合が解除されるように構成してもよい。

（３）第１カム部材又はカム部材がアーマチュアを押圧する位置は、上記各実施の形態に示したものに限らない。第１カム部材又はカム部材がアーマチュアの内周側端部を含む領域を押圧するように電磁クラッチを構成しても、カム力による第１カム部材又はカム部材の撓みがアーマチュアに直接影響しないので、本発明の効果が奏される。

（４）第１カム部材又はカム部材とアーマチュアとを回り止めするための構成は、上記各実施の形態に示したものに限らず、様々な回り止め構造を適用することができる。

（５）第１カム部材又はカム部材、及びアーマチュアに施す表面処理又は熱処理は、上記各実施の形態に示したものに限らず、表面処理又は熱処理をしなくともよい。

（６）第１カム部材又はカム部材はアーマチュアを直接押圧するものに限らず、他の部材を介してアーマチュアを押圧するように構成してもよい。

（７）電磁クラッチの用途及び適用対象についても特に制限はない。

１…駆動力伝達装置、２…ハウジング、３…インナシャフト、３ａ…端面、３ｂ…中空部、３ｃ…ストレートスプライン嵌合部、３ｄ…端面、３ｅ…中空部、３ｆ…壁部、３ｇ…ストレートスプライン嵌合部、３ｈ…段差部、４…メインクラッチ、５…電磁コイル、５ａ…電線、６…カム機構、８…回転部材、８ａ…端部、９…ケーシング、９ａ…凹部、１０，１１，１２…電磁クラッチ、２１…フロントハウジング、２１ａ…収容空間、２１ｂ…ストレートスプライン嵌合部、２２…リヤハウジング、２２ａ…収容空間、２２ｂ…摩擦面、３１…スナップリング、４１…アウタクラッチプレート、４１ａ…スプライン嵌合部、４２…インナクラッチプレート、４２ａ…スプライン嵌合部、４２ｂ…孔、５１…ヨーク、５１ａ，５１ｂ…エアギャップ、５１ｃ…収容空間、５１ｄ…孔、５２…シール軸受、６０…アーマチュア、６０ａ…摩擦面、６０ｂ…被押圧面、６０ｃ…側面、６１…第１カム部材、６２…第２カム部材、６３…カムフォロア、６４，６５…皿バネ、７１…カムフォロア、７２，７２Ａ…カム部材、７２ａ，７２ｂ…カム溝、７３，７３Ａ…アーマチュア、７３ａ…内周側摩擦面、７３ｂ…外周側摩擦面、７３ｃ…被押圧面、７３ｄ…外周円、７３ｅ…内周円、７３ｆ…内周側摩擦面、７３ｇ…外周側摩擦面、７３ｈ…貫通穴、７４…電磁コイル、７５…ヨーク、７５ａ…内周側摩擦面、７５ｂ…外周側摩擦面、７５ｃ…段差部、７６…皿バネ、７７…ボール軸受、７８…スペーサ、７９…ピン、８０…円筒部、８０ａ…ストレートスプライン嵌合部、８０ｂ…段差部、８１…鍔部、８１ａ…カム溝、９１…ボルト、１０１…４輪駆動車、１０２…エンジン、１０３…トランスアクスル、１０４…フロントアクスルシャフト、１０５…前輪、１０６…プロペラシャフト、１０７…ディファレンシャルキャリア、１０８…ドライブピニオンシャフト、１０９…リヤディファレンシャル、１１０…リヤアクスルシャフト、１１１…後輪、１１２…コントローラ、、２００…アーマチュアカム、２０１…カム部、２０１ａ…カム溝、２０２…押圧部、２０２ａ…摩擦面、２１０…ボール軸受、２２０…ニードル軸受、２２１…外側部材、２２２…中間部材、２２３…内側部材、６００ａ…端部、６００ｂ…中心、６０１…貫通孔、６０２…スプライン嵌合部、６１１…カム部、６１１ａ…カム溝、６１２…スプライン嵌合部、６１２ａ…カム溝、６１３…押圧部、６１４…環状部、６１５…鍔部、６１５ａ…押圧面、６２１…カム部、６２１ａ…カム溝、６２１ａ…押圧面、６２２…スプライン嵌合部、６２２ａ…カム溝、６２３…押圧部、７１１…リテーナ、７２１，７２１Ａ…カム部、７２２…スプライン嵌合部、７２２Ａ，７２３Ａ…環状部、７２４…環状部、７２４Ａ…鍔部、７２４ｂ…押圧面、７２４ｃ…軸方向穴、７２４ｄ…径方向中心、７２５…鍔部、７２５ａ…押圧面、７３１，７３１Ａ…貫通穴、７３２…スプライン嵌合部、７５０…環状凹部、７５０ａ…径方向中心、７５１…スナップリング、７７１…内輪、７７２…外輪、７７３，７７４…スナップリング、Ｍ，Ｍ_２…磁束、Ｏ，Ｏ_２…回転軸、ｒ１，ｒ２…半径

Claims (4)

1. 磁力を発生させる電磁コイルと、
   前記磁力によって軸方向移動するアーマチュアと、
   前記アーマチュアの軸方向移動により前記アーマチュアと当接する摩擦部材と、
   前記アーマチュアとの相対回転が規制された第１カム部材と、
   前記第１カム部材との相対回転により、前記第１カム部材に、前記アーマチュアを前記摩擦部材に向かって押圧するカム力を発生させる第２カム部材と、
   を備えた電磁クラッチ。
2. 前記アーマチュアは中心部に貫通孔が形成された環状であり、
   前記第１カム部材は、前記アーマチュアの内周側端部よりも外周側で前記アーマチュアを押圧する請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記摩擦部材は、前記アーマチュア側に開口した環状凹所の内周側及び外周側に形成された摩擦面で前記アーマチュアの一方の側面と摩擦係合し、前記環状凹所内に前記電磁コイルを収容するヨークである請求項１又は２に記載の電磁クラッチ。
4. 前記第１カム部材は、前記ヨークの前記環状凹所の内周側と外周側の摩擦面の間の径方向の領域に前記アーマチュアの他方の側面を押圧する最大荷重を発生させる請求項３に記載の電磁クラッチ。

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