JP2009250287A

JP2009250287A - 同期切換装置

Info

Publication number: JP2009250287A
Application number: JP2008096593A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Fujii; 昭広藤井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】長期間の使用によってもスリーブ７２の内周歯１０８と動力伝達歯車５４のドグ歯１１８との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない噛合クラッチを提供する。
【解決手段】軸心Ｃ方向において、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂが、ドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さいことから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂがドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さいという関係が維持されるので、スリーブ７２の内周歯１０８と動力伝達歯車５４のドグ歯１１８との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない噛合クラッチ１０〜１８が得られる。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両の駆動源から駆動輪までの間の動力伝達経路において動力伝達経路を切り換えるために手動変速機やトランスファ等に設けられる同期切換装置に関するものである。

車両において、エンジン等の駆動源から駆動輪までの動力伝達経路において、変速段を択一的に切り換えるために或いは２輪駆動と４輪駆動とのいずれかに切り換えるために用いられる同期切換装置を備えたものがある。たとえば、手動変速機やトランスファに設けられるものがそれである。

上記同期切換装置は、回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有して該ハブに軸心方向の移動可能且つ軸心まわりの相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有し、前記回転軸に相対回転可能に支持された動力伝達歯車と、同期歯を有して前記ハブと動力伝達歯車との間に配設され、その動力伝達歯車との回転非同期時には該同期歯が前記スリーブの内周歯に当接して該スリーブの移動を阻止する阻止位置と、その動力伝達歯車との回転同期時にはその同期歯が該スリーブの内周歯の通過を許容してそのスリーブの移動を許容する許容位置との間で相対回転させられる同期リングとを備え、切換操作にしたがってスリーブが軸心方向に移動させられたとき、動力伝達歯車とスリーブとの相対回転速度差があるうちはスリーブの移動が阻止され、その相対回転速度差がなくなって回転同期するとそのスリーブの移動が許容されてそのスリーブの内周歯とドグ歯とが噛み合うことにより回転軸と動力伝達歯車との間が一体的に連結されて動力伝達可能とされる。これにより、スリーブの内周歯とドグ歯との間の衝突やそれに起因するギヤ鳴りが防止され、耐久性が高められる。たとえば、特許文献１に記載された手動変速機の同期切換装置がそれである。
特開２００１−０２０９７４号公報

ところで、上記特許文献１の同期切換装置では、一般に、振動等に起因して、スリーブの内周歯とドグ歯とが相互に噛み合っている状態からスリーブがハブ側へ移動してそれらの噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生することの防止のために、スリーブの内周歯とそれに噛み合うドグ歯とは、先端に向かうにしたがってピッチ円上の歯寸法が大きくなるようにすなわち逆テーパ状に形成されている。

しかしながら、長期間の使用により微小な往復振動が加えられると、上記スリーブの内周歯とそれに噛み合うドグ歯との磨耗が大きくなることから、それらの噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生するおそれがあった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、長期間の使用によってもスリーブの内周歯と動力伝達歯車のドグ歯との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない車両用同期切換装置を提供することにある。

本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、ハブの外周歯とスリーブの内周歯との間の圧力角を、ドグ歯とスリーブの内周歯との間の圧力角よりも小さくすると、長期間の使用によって磨耗が進行したとしても、ハブの外周歯とスリーブの内周歯との間の摩擦力がドグ歯とスリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいという関係が維持されて、長期間の使用によってもスリーブの内周歯と動力伝達歯車のドグ歯との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しないことを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。

すなわち、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、(１)回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有してそのハブに軸心方向の移動可能且つ軸心まわりの相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有し、前記回転軸に相対回転可能に支持された動力伝達歯車と、同期歯を有して前記ハブと該動力伝達歯車との間に配設され、その動力伝達歯車との回転非同期時にはその同期歯が前記スリーブの内周歯に当接してそのスリーブの移動を阻止する阻止位置と、その動力伝達歯車との回転同期時には該同期歯がそのスリーブの内周歯の通過を許容して該スリーブの移動を許容する許容位置との間で相対回転させられる同期リングとを備える車両用同期切換装置であって、(２)前記軸心方向において、前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の摩擦力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいことにある。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の面圧力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の面圧力よりも小さいことにある。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、請求項１または２に係る発明において、前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の圧力角が前記ドグ歯とそのスリーブの内周歯との間の圧力角よりも小さいことにある。

また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至３のいずれか１に係る発明において、前記スリーブの内周歯と前記ドグ歯との周方向の圧接時において該スリーブに該スリーブの内周歯の先端側へ向かう軸心方向に平行な方向の推力が発生するように、ピッチ面上において前記スリーブの内周歯と前記ドグ歯との周方向の幅寸法が先端に向かうほど大きくなるように形成されていることにある。

請求項１にかかる発明の車両用同期切換装置によれば、(１)回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有してそのハブに軸心方向の移動可能且つ軸心まわりの相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有し、前記回転軸に相対回転可能に支持された動力伝達歯車と、同期歯を有して前記ハブと該動力伝達歯車との間に配設され、その動力伝達歯車との回転非同期時にはその同期歯が前記スリーブの内周歯に当接してそのスリーブの移動を阻止する阻止位置と、その動力伝達歯車との回転同期時には該同期歯がそのスリーブの内周歯の通過を許容して該スリーブの移動を許容する許容位置との間で相対回転させられる同期リングとを備え、(２)前記軸心方向において、前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の摩擦力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいことから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の摩擦力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいという関係が維持されるので、スリーブの内周歯と動力伝達歯車のドグ歯との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない車両用同期切換装置が得られる。

また、請求項２に係る発明の車両用同期切換装置によれば、前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の面圧力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の面圧力よりも小さいことから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の摩擦力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいという関係が維持されるので、スリーブの内周歯と動力伝達歯車のドグ歯との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない車両用同期切換装置が得られる。

また、請求項３に係る発明の車両用同期切換装置によれば、前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の圧力角が前記ドグ歯とそのスリーブの内周歯との間の圧力角よりも小さいことから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の摩擦力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいという関係が維持されるので、スリーブの内周歯と動力伝達歯車のドグ歯との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない車両用同期切換装置が得られる。

また、請求項４に係る発明の車両用同期切換装置によれば、前記スリーブの内周歯と前記ドグ歯との周方向の圧接時において該スリーブに該スリーブの内周歯の先端側へ向かう軸心方向に平行な方向の推力が発生するように、ピッチ面上において前記スリーブの内周歯と前記ドグ歯との周方向の幅寸法が先端に向かうほど大きくなるように形成されていることから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の摩擦力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいという関係が維持されることによるギヤ抜け効果と、逆テーパによるギヤ抜け効果とが同時に得られるので、一層確実にギヤ抜けが発生しない車両用同期切換装置が得られる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例の噛合クラッチ（同期切換装置）１０、１２、１４、１６、１８を備えた変速機２０を含む車両用駆動装置２２の構成を説明する骨子図である。図１において、車両用駆動装置２２は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両用のものであり、走行用の駆動源としてのエンジン２４と、乾式単板式の摩擦クラッチであるクラッチ２６と、上記変速機２０と、終減速機としても機能する差動歯車装置２８と、駆動軸８８Ｒ、８８Ｌと、駆動輪９０Ｒ、９０Ｌとを備えている。上記噛合クラッチ１０〜１８は、車両のエンジン２４から駆動輪９０Ｒ、９０Ｌまでの動力伝達経路において動力伝達経路を切り換えるためのものである。なお、図１は、後述の入力軸３２、出力軸３４、リングギヤ８０、およびフォークシャフト７７のそれぞれの軸心を共通の平面内に示した展開図である。

変速機２０は、手動変速機などに用いられるよく知られた平行２軸型常時噛合式の前進５速の有段変速機であって、差動歯車装置２８と共に共通のハウジング３０内に配設されてトランスアクスルを構成しており、そのハウジング３０内に所定量だけ充填された潤滑油に浸漬されて差動歯車装置２８と共に潤滑されるようになっている。変速機２０は、平行な２軸すなわち入力軸（回転軸）３２と出力軸（回転軸）３４とを備えており、その入力軸３２および出力軸３４は、軸受４０〜４６を介してハウジング３０に回転可能に支持されている。また、入力軸３２の一端は、スプライン嵌合継手３６を介してクラッチ２６のクラッチ出力軸３７に連結されている。

入力軸３２と出力軸３４との間には、それらのうちの一方に相対回転可能に支持された動力伝達歯車５４と、その動力伝達歯車５４に常時噛み合わされた状態で他方にスプライン嵌合などにより相対回転不能に固設された動力伝達固定歯車４８とから成る、ギヤ比がそれぞれ異なる変速ギヤ対５８、６０、６２、６４、６６がそれぞれ配設されている。上記動力伝達固定歯車４８は、上記入力軸３２および出力軸３４のうちの他方と一体回転させられ、上記動力伝達歯車５４は、噛合クラッチ１０〜１８の何れか１を介して上記入力軸３２および出力軸３４のうちの一方と選択的に連結されるようになっている。また、入力軸３２と出力軸３４とには、互いに噛み合わない状態で後進ギヤ対６８が配設されており、後進変速段は、図示しないリバースアイドルシャフトに配設された後進用アイドル歯車が上記後進ギヤ対６８の後進ギヤとそれぞれ噛み合わされることにより成立するようになっている。

また、変速機２０には、噛合クラッチ１０〜１８を構成するスリーブ７０、７２、７４に対してそれらの軸心まわりの相対回転可能にそれぞれ係合させられた状態で設けられ、それらスリーブ７０〜７４をそれぞれの軸心方向に選択的に移動させることにより上記噛合クラッチ１０〜１８の何れか１を連結状態とする３つのフォーク７６（他の２つは図示せず）と、入力軸３２および出力軸３４に略平行な軸心を有して上記フォーク７６がそれぞれ固設された３本のフォークシャフト７７（他の２本は図示せず）と、フォークシャフト７７に略直角な方向に設けられて上記３本のフォークシャフト７７のうち何れか１をその軸心方向に移動させるためのシフトアンドセレクトシャフト７８とが、備えられている。

上記シフトアンドセレクトシャフト７８は、その軸心に直角な方向に突き出して設けられたアーム部７９を有しており、例えば運転者に操作される図示しないシフト操作レバーに連動して機械的にシフトアンドセレクトシャフト７８の軸心方向であるセレクト方向へ移動させられることにより、アーム部７９を介して３本のフォークシャフト７７の何れか１に選択的に係合させられるようになっている。すなわち、シフトアンドセレクトシャフト７８は、フォークシャフト７７およびフォーク７６を介してスリーブ７０と係合可能な第１セレクト位置と、スリーブ７２と係合可能な第２セレクト位置と、スリーブ７４と係合可能な第３セレクト位置とへ移動させられるようになっている。

また、シフトアンドセレクトシャフト７８は、前記シフト操作レバーに連動して機械的にシフトアンドセレクトシャフト７８の軸心まわりに回動させられることにより、アーム部７９を介して３本のフォークシャフト７７の何れか１をその軸心方向に移動させるようになっている。すなわち、シフトアンドセレクトシャフト７８は、上記第１セレクト位置〜第３セレクト位置の何れか１の位置において、フォークシャフト７７およびフォーク７６を介してスリーブ７０〜７４の何れか１が図１の右方向に移動させられて噛合クラッチ１０、１４、１８のいずれか１が連結状態とされる第１シフト位置と、スリーブ７０、７２のどちらかが図１の左方向に移動させられて噛合クラッチ１２、１６のどちらかが連結状態とされる第２シフト位置と、噛合クラッチ１２〜１８がいずれも係合されないニュートラル状態となるニュートラル位置とへ移動させられるようになっている。

上記第１セレクト位置における第１シフト位置では、噛合クラッチ１０が連結状態とされることにより変速比（＝入力軸３２の回転数／出力軸３４の回転数）が最も大きい第１変速段が成立させられ、第１セレクト位置における第２シフト位置では、噛合クラッチ１２が連結状態とされることにより変速比が２番目に大きい第２変速段が成立させられる。また、第２セレクト位置における第１シフト位置では、噛合クラッチ１４が連結状態とされることにより変速比が３番目に大きい第３変速段が成立させられ、第２セレクト位置における第２シフト位置では、噛合クラッチ１６が連結状態とされることにより変速比が４番目に大きい第４変速段が成立させられる。また、第３セレクト位置における第１シフト位置では、噛合クラッチ１８が連結状態とされることにより変速比が最も小さい第５変速段が成立させられる。

差動歯車装置２８は、よく知られた所謂傘歯車型のものであり、その構成のうちのリングギヤ８０は、出力軸３４に固設された出力歯車８２を介して変速機２０と連結されている。リングギヤ８０と共に回転するピニオンギヤ８４を挟んで相対向する１対のサイドギヤ８６Ｒ、８６Ｌには、それぞれドライブシャフト（駆動軸）８８Ｒ、８８Ｌの一端がスプライン嵌合などによって連結されており、差動歯車装置２８は、回転差を許容しつつ一対のドライブシャフト８８Ｒ、８８Ｌを介して左右一対の前輪（駆動輪）９０Ｒ、９０Ｌを回転駆動させるようになっている。

上記噛合クラッチ１０〜１８は同様に構成されている。以下、変速機２０の略中央に位置する噛合クラッチ１６について具体的に説明する。図２は、図１の変速機２０のうち噛合クラッチ１６およびその周辺の具体的構成を示すII矢視部断面図である。図２に示すように、噛合クラッチ１６は、前記スリーブ７２および動力伝達歯車５４の他に、ハブ９２と、キー９４と、シンクロナイザリング（同期リング）９６とを備えている。

ハブ９２は、軸心Ｃを有する短円筒状であり、その外周面に軸心Ｃに平行であってその軸心Ｃまわりに等角度間隔で突設された複数の外周歯１００を備えている。また、ハブ９２の外周面には、軸心Ｃに平行であってその軸心Ｃまわりに等角度間隔で形成された所定幅の複数（本実施例では３本）の溝１０３が設けられている。また、ハブ９２は、スプライン嵌合によって入力軸３２に一体的に設けられ、その入力軸３２と一体回転させられるとともに、スナップリング１０６や軸心Ｃ方向の両側に配設された動力伝達歯車５４によって軸心Ｃ方向に位置決めされている。

スリーブ７２は、軸心Ｃを有する短円筒状であり、上記ハブ９２の外周歯１００と噛み合う内周歯１０８を有してハブ９２にスプライン嵌合させられることにより、そのハブ９２に対して軸心Ｃ方向の相対移動可能且つ軸心Ｃまわりの相対回転不能に設けられている。また、スリーブ７２は、フォーク７６によって軸心Ｃ方向に離間した一対の変速位置すなわち図２の右方向の３速位置および左方向の４速位置と、その一対の変速位置の中間に位置して動力伝達を遮断する中立位置（図２の状態）とへ移動させられる。上記フォーク７６は、前記運転者に操作される図示しないシフト操作レバーに連動してシフトアンドセレクトシャフト７８等を介して機械的に図２の左右方向へ移動させられるようになっている。

キー９４は、軸心Ｃを中心とする半径外側方向の一面から突き出す凸部１１０を有する直方体状である。また、キー９４は、ハブ９２の溝１０３に嵌め入れられた状態でスリーブ７２の内周側に等角度間隔で複数（本実施例では３つ）配設されており、それぞれハブ９２に対する軸心Ｃ方向の相対移動は許容されるようになっているが、軸心Ｃまわりの相対回転はハブ９２との係合によって阻止されている。スリーブ７２の内周面のうち軸心Ｃ方向の中央部には、軸心Ｃまわりにおけるキー９４に対応する箇所を含む部位に周方向の溝１１２が設けられており、キー９４は、一対の部分輪状（Ｃ状）のスプリング１１４によってスリーブ７２の内周面に押圧させられることにより、そのキー９４の凸部１１０が溝１１２に嵌り込んでスリーブ７２の軸心Ｃ方向の略中央に位置決めされるようになっている。なお、キー９４は、そのキー９４に所定の負荷が作用することでスプリング１１４の付勢力に抗して溝１１２から抜け出し、スリーブ７２に対して軸心Ｃ方向へ相対移動できるようになる。

動力伝達歯車５４は、スリーブ７２の内周歯１０２と周方向の相対回転不能に係合可能すなわちスプライン嵌合可能なドグ歯１１８を有し、ニードルベアリング１１６等により入力軸３２に相対回転可能に支持されている。具体的には、動力伝達歯車５４には、そのハブ９２側の端部に、軸心Ｃを有する短円筒状であって、その外周面にスリーブ７２の内周歯１０２とスプライン嵌合可能な上記ドグ歯１１８を有し、そのドグ歯１１８とハブ９２との間においてドグ歯１１８に接近するほど大径となるテーパ状外周面（コーン面）１２０が形成されたギヤピース１２２が、スプライン嵌合によって一体的に嵌着されている。本実施例においては、スリーブ７２がフォーク７６により前記４速位置へ移動させられることにより、そのスリーブ７２の内周歯１０８と上記ギヤピース１２２のドグ歯１１８とがスプライン嵌合されて、動力伝達歯車５４が入力軸３２と一体回転させられるようになっている。

シンクロナイザリング９６は、短円筒状であって、その外周面にスリーブ７２の内周歯１０２と係合可能な同期歯１２４を有し、その内周面に前記ドグ歯１１８とハブ９２との間においてそのドグ歯１１８に接近するほど大径となるテーパ状内周面（コーン面）１２６を有して、ハブ９２と動力伝達歯車５４のギヤピース１２２との間におけるテーパ状外周面１２０の外周面側において、そのギヤピース１２２に対して相対回転可能且つ軸心Ｃ方向の相対移動可能に配設されている。シンクロナイザリング９６のテーパ状内周面１２６は、動力伝達歯車５４との回転非同期時には、軸心Ｃ方向においてギヤピース１２２側へ押圧されることにより、そのギヤピース１２２のテーパ状外周面１２０とテーパ嵌合させられ摩擦係合させられ、相互の回転速度差を減少させるようになっている。

また、シンクロナイザリング９６には、そのハブ９２側の端部において、前記キー９４の軸方向の端部に軸心Ｃまわりの所定角度の相対回転を許容する状態で係合させられるキー溝１２８が設けられており、シンクロナイザリング９６は、上記所定角度の遊びを有する状態でハブ９２と共に回転させられる。ここで、上記所定角度は、シンクロナイザリング９６と動力伝達歯車５４との回転非同期時には上記同期歯１２４がスリーブ７２の内周歯１０８に当接してそのスリーブ７２の移動を阻止する阻止位置（後述の図３および図４に示す）と、シンクロナイザリング９６と動力伝達歯車５４との回転同期時には同期歯１２４がスリーブ７２の内周歯１０８の通過を許容してスリーブ７２の第２シフト位置への移動を許容する許容位置（後述の図５および図６に示す）との間で、シンクロナイザリング９６がスリーブ７２およびハブ９２に対して上記所定角度の相対回転させられるように設定される。

以上のように構成された噛合クラッチ１６が、図２に示すニュートラル位置からスリーブ７２と動力伝達歯車５４との連結位置すなわち前記４速位置へ切換操作された場合の作動を説明する。図３乃至図６は、噛合クラッチ１６の作動を説明する図であって、図３および図５は、上記作動の途中の状態をそれぞれ示す、図２におけるIII矢視部に相当する断面図であり、図４は、上記図３において内周歯１０８および外周歯１００のピッチ面と、内周歯１０８およびドグ歯１１８のピッチ面とを含むIV−IV矢視断面を一平面内に示した展開図であり、図６は、上記図５において内周歯１０８および外周歯１００のピッチ面と、内周歯１０８およびドグ歯１１８のピッチ面とを含むVI−VI矢視断面を一平面内に示した展開図である。

切換操作にしたがってスリーブ７２が軸心Ｃ方向における動力伝達歯車５４側に向かって移動させられると、先ず、キー９４がシンクロナイザリング９６のキー溝１２８の軸方向端面１２８ａに当接させられてシンクロナイザリング９６がギヤピース１２２側へ押圧されることにより、そのシンクロナイザリング９６とギヤピース６６とが摺接させられる。この際、スリーブ７２と動力伝達歯車５４との相対回転速度差があるうちは、シンクロナイザリング９６のテーパ状内周面１２６とギヤピース６６のテーパ状外周面１２０との間の相対回転により発生する摩擦力によってシンクロナイザリング９６と動力伝達歯車５４との回転が次第に同期させられる。この同期までの期間においては、図３および図４に示すように、シンクロナイザリング９６の同期歯１２４がスリーブ７２の内周歯１０８に当接して、スリーブ７２の動力伝達歯車５４側への更なる軸心Ｃ方向の移動が阻止される。

次いで、上記相対回転速度差がなくなってシンクロナイザリング９６と動力伝達歯車５４とが回転同期されると、上記摩擦力が減少して内周歯１０８に対する同期歯１２４の阻止力が弱くなり、上記スリーブ７２の動力伝達歯車５４側への更なる軸心Ｃ方向への移動が許容される。そして、スリーブ７２に加えられる動力伝達歯車５４側への操作荷重に従って、スプリング１１４の付勢力に抗してキー９４の凸部１１０が溝１１２から抜け出すと、スリーブ７２が動力伝達歯車５４側へ移動させられ、図５および図６に示すように、スリーブ７２の内周歯１０８とギヤピース１２２のドグ歯１１８とが互いに噛み合わされて噛合クラッチ１６が連結状態とされる。これにより、入力軸３２に入力された動力がハブ９２、スリーブ７２および変速ギヤ対６４を順次介して出力軸３４に伝達される。本実施例では、上記シンクロナイザリング９６、テーパ状内周面１２６、テーパ状外周面１２０、キー９４などが同期装置として機能している。

以下、本実施例の噛合クラッチ１６において、その噛合クラッチ１６が連結状態とされて入力軸３２が回転駆動された場合に、スリーブ７２の内周歯１０８とギヤスリーブ１２２のドグ歯１１８との間で発生する摩擦力ｆ_Ａ、およびスリーブ７２の内周歯１０８とハブ９２の外周歯１００との間に発生する摩擦力ｆ_Ｂについて説明する。図７は、図６におけるVII矢視部を拡大して示す、内周歯１０８およびドグ歯１１８のピッチ面と、内周歯１０８および外周歯１００のピッチ面とを含む断面を一平面内に示した展開図である。また、図８は、図７のVIII−VIII矢視部に相当する、内周歯１０８とドグ歯１１８との噛み合い部を示す断面図であり、図９は、図５のIX−IX矢視部に相当する、内周歯１０８と外周歯１００との噛み合い部を示す断面図である。

図８に示すように、噛合クラッチ１６が連結状態とされて入力軸３２が回転駆動された場合、入力軸３２に入力された軸心Ｃまわりのトルクの円周方向成分であるトルク荷重Ｆ[N]が内周歯１０８からドグ歯１１８へ作用する。そして、そのトルク荷重Ｆに起因してスリーブ７２がギヤピース１２２に対して共通の軸心Ｃを有する状態で相対的に固定されていることによって発生する反力Ｎ_Ａ[N]とに釣り合う力、すなわち噛み合い点Ａにおける歯形の接線に直角な方向の面圧力σ_Ａ[N/m²](図示しない)に由来する面直荷重Ｆ_Ａ[N]が発生する。この面直荷重Ｆ_Ａは、上記トルク荷重Ｆおよび内周歯１０８のピッチ面上における圧力角α[rad]により次式(１)のように表される。

Ｆ＝Ｆ_Ａ＊ cos(α) ・・・(１)

また、図９に示すように、噛合クラッチ１６が連結状態とされて入力軸３２が回転駆動された場合、前記トルク荷重Ｆが外周歯１００から内周は１０８へ作用する。そして、そのトルク荷重Ｆに起因してハブ９２がスリーブ７２に対して共通の軸心Ｃを有する状態で相対的に固定されていることによって発生する反力Ｎ_Ｂ[N]とに釣り合う力、すなわち噛み合い点Ｂにおける歯形の接線に直角な方向の面圧力σ_Ｂ[N/m²](図示しない)に由来する面直荷重Ｆ_Ｂ[N]が発生する。この面直荷重Ｆ_Ｂは、上記トルク荷重Ｆおよび外周歯１００のピッチ面上における圧力角α'[rad]により次式(２)のように表される。

Ｆ＝Ｆ_Ｂ＊ cos(α') ・・・(２)

ここで、本実施例における噛合クラッチ１６は、図９に示すハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の圧力角α'が、図８に示すギヤピース１２２のドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の圧力角αよりも小さくなるように構成されている。また、本実施例における噛合クラッチ１６においては、図７に示すように、ピッチ面上において内周歯１０８のうちドグ歯１１８と噛み合う所定範囲の周方向の幅寸法が先端すなわち図７の左側に向かうほど大きくなるように逆テーパ状に形成されており、ドグ歯１１８の周方向の幅寸法が先端すなわち図７の右側に向かうほど大きくなるように逆テーパ状に形成されている。これらにより、噛合クラッチ１６が連結状態とされて入力軸３２が回転駆動された時すなわちスリーブ７２の内周歯１０８とギヤピース１２２のドグ歯１１８との周方向の圧接時において、スリーブ７２にそのスリーブ７２の内周歯１０８の先端側へ向かう軸心方向に平行な方向の推力すなわち前記摩擦力ｆ_Ａおよび摩擦力ｆ_Ｂが各圧接部分にそれぞれ発生する。これら摩擦力ｆ_Ａ、ｆ_Ｂは、それぞれの部材間の摩擦係数μ_Ａ、μ_Ｂおよび前記面直荷重Ｆ_Ａ、Ｆ_Ｂにより次式(３)、(４)のように表される。

ｆ_Ａ＝ μ_Ａ＊Ｆ_Ａ・・・(３)
ｆ_Ｂ＝ μ_Ｂ＊Ｆ_Ｂ・・・(４)

そして、式(１)〜式(４)から、次式(５)、(６)が導かれる。

ｆ_Ａ＝ (μ ＊Ｆ) ／ cosα ・・・(５)
ｆ_Ｂ＝ (μ ＊Ｆ) ／ cosα' ・・・(６)

式(５)および式(６)に示すように、前述のように圧力角α'が圧力角αよりも小さい(α＞α')ことから、上記摩擦係数μ_Ａと摩擦係数μ_Ｂとが等しい(μ_Ａ＝μ_Ｂ＝μ) 場合には、軸心Ｃ方向において、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂが、ドグ歯１１８と上記スリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さく(ｆ_Ａ＞ｆ_Ｂ)なる。また、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の面圧力σ_Ｂが、ドグ歯１１８と上記スリーブ７２の内周歯１０８との間の面圧σ_Ａよりも小さくなる。すなわち、スリーブ７２に対して運転者による操作荷重が加えられない場合、そのスリーブ７２が動力伝達歯車５４との連結状態から抜け出る力（摩擦力ｆ_Ｂ）が、スリーブ７２が動力伝達歯車５４との連結状態を維持する力（摩擦力ｆ_Ａ）よりも小さくなる。

上述のように、本実施例の噛合クラッチ１０〜１８（車両用同期切換装置）によれば、(１)入力軸または出力軸の他方に一体的に設けられたハブ９２の外周歯１００と噛み合う内周歯１０８を有してそのハブ９２に軸心Ｃ方向の移動可能且つ軸心Ｃまわりの相対回転不能に設けられたスリーブ７２と、そのスリーブ７２の内周歯１０８と係合可能なドグ歯１１８を有し、前記入力軸または出力軸の他方に相対回転可能に支持された動力伝達歯車５４と、同期歯１２４を有してハブ９２と動力伝達歯車５４との間に配設され、その動力伝達歯車５４との回転非同期時にはその同期歯１２４がスリーブ７２の内周歯１０８に当接してそのスリーブ７２の移動を阻止する阻止位置と、その動力伝達歯車５４との回転同期時には同期歯１２４がスリーブ７２の内周歯１０８の通過を許容してそのスリーブ７２の移動を許容する許容位置との間で相対回転させられるシンクロナイザリング９６とを備え、(２)軸心Ｃ方向において、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂがドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さいことから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂがドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さいという関係が維持されるので、スリーブ７２の内周歯１０８と動力伝達歯車５４のドグ歯１１８との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない噛合クラッチ１０〜１８が得られる。

また、本実施例の噛合クラッチ１０〜１８によれば、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の面圧力σ_Ｂがドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の面圧力σ_Ｂよりも小さいことから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂがドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さいという関係が維持されるので、スリーブ７２の内周歯１０８と動力伝達歯車５４のドグ歯１１８との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない噛合クラッチ１０〜１８が得られる。

また、本実施例の噛合クラッチ１０〜１８によれば、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の圧力角α'がドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の圧力角αよりも小さいことから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂがドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さいという関係が維持されるので、スリーブ７２の内周歯１０８と動力伝達歯車５４のドグ歯１１８との噛み合いが解かれることすなわちギヤ抜けが発生しない噛合クラッチ１０〜１８が得られる。

また、本実施例の噛合クラッチ１０〜１８によれば、スリーブ７２の内周歯１０８とドグ歯１１８との周方向の圧接時において、スリーブ７２にそのスリーブ７２の内周歯１０８の先端側へ向かう軸心方向に平行な方向の推力すなわち前記摩擦力ｆ_Ａおよび摩擦力ｆ_Ｂが発生するように、ピッチ面上においてスリーブ７２の内周歯１０８とドグ歯１１８との周方向の幅寸法が各先端に向かうほど大きくなるように形成されていることから、長期間の使用による磨耗が発生しても、そのハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂがドグ歯１１８とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さいという関係が維持されることによるギヤ抜け効果と、逆テーパによるギヤ抜け効果とが同時に得られるので、一層確実にギヤ抜けが発生しない噛合クラッチ１０〜１８が得られる。

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。

たとえば、前述の実施例における噛合クラッチ１０〜１８は、圧力角α'が圧力角αよりも小さく、面圧力σ_Ｂが面圧力σ_Ａよりも小さくなるように構成されていたが、必ずしもこのように構成されなくてもよい。要するに、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ｂが、ドグ歯１１８と上記スリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦力ｆ_Ａよりも小さくなるように構成されていればよい。たとえば、圧力角α'が圧力角αと等しくても、たとえば、外周歯１００と内周歯１０８との間の材質および／または表面処理の組み合わせと、ドグ歯１１８と内周歯１０８との間の材質および／または表面処理の組み合わせとを、相互に変更すること等により、ハブ９２の外周歯１００とスリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦係数μ_Ｂが、ドグ歯１１８と上記スリーブ７２の内周歯１０８との間の摩擦係数μ_Ａよりも小さくなるように構成されていればよい。

また、本実施例における噛合クラッチ１６においては、ピッチ面上において内周歯１０８のうちドグ歯１１８と噛み合う所定範囲の周方向の幅寸法が先端すなわち図５の左側に向かうほど大きくなるように逆テーパ状に形成されており、ドグ歯１１８の周方向の幅寸法が先端すなわち図５の右側に向かうほど大きくなるように逆テーパ状に形成されていたが、これに限られず、たとえば上記周方向の幅寸法が軸心Ｃ方向において同じであっても、一応の効果は得られる。

また、前述の実施例における変速機２０は、運転者の手動操作で機械的に変速される手動変速機であったが、油圧アクチュエータなどの駆動手段によってスリーブ７０〜７４を軸心Ｃ方向へ移動させることにより変速段を自動で切り換える形式の変速機であってもよい。変速段の数は適宜定められる等、変速機自体の構成は適宜定められる。また、本発明は、上記変速機２０以外にも例えば２輪駆動と４輪駆動との切換を行う噛合クラッチを備えたトランスファ等に対しても適用され得る。

また、前述の実施例では、互いにスプライン嵌合されたギヤピース１２２と動力伝達歯車５４とは、相互に別体で構成されていたが、一体で構成されていても差し支えない。

また、前述の実施例の噛合クラッチ１０〜１８の同期装置は、シンクロナイザリング９６にキー溝１２８が形成され、そのキー溝１２８にキー９４が係合させられるキーインデックスタイプの同期装置であったが、ハブインデックスタイプの同期装置であってもよいし、マルチコーンタイプのクラッチに適用された同期装置であってもよい。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例の噛合クラッチ（同期切換装置）を備えた変速機を含む車両用駆動装置の構成を説明する骨子図である。図１の変速機のうちその中央に位置する噛合クラッチおよびその周辺の具体的構成を示すII矢視部断面図である。図２の噛合クラッチの作動を説明する図であって、シンクロナイザリングの同期歯がスリーブの内周歯に係合されている状態を示している。図３においてスリーブの内周歯およびハブの外周歯のピッチ面と、その内周歯およびドグ歯のピッチ面とを含むIV−IV矢視断面を一平面内に示した展開図である。図２の噛合クラッチの作動を説明する図であって、スリーブの内周歯とドグ歯とが噛合わされた状態を示している。図５においてスリーブの内周歯およびハブの外周歯のピッチ面と、その内周歯およびドグ歯のピッチ面とを含むVI−VI矢視断面を一平面内に示した展開図である。図６におけるVII矢視部を拡大して示す図である。図７のVIII−VIII矢視部に相当する、スリーブの内周歯とギヤピースのドグ歯との噛み合い部を示す断面図である。図７のIX−IX矢視部に相当する、スリーブの内周歯とハブの外周歯との噛み合い部を示す断面図である。

符号の説明

１０，１２，１４，１６，１８：噛合クラッチ（車両用同期切換装置）
３２：入力軸（回転軸）
３４：出力軸（回転軸）
４８：動力伝達固定歯車
５４：動力伝達歯車
７０，７２，７４：スリーブ
９２：ハブ
９６：シンクロナイザリング（同期リング）
１００：外周歯
１０８：内周歯
１１８：ドグ歯
１２４：同期歯
Ｃ：軸心
Ｆ：トルク荷重
Ｆ_Ａ，Ｆ_Ｂ：面直荷重
Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂ：反力
ｆ_Ａ，ｆ_Ｂ：摩擦力
α，α'：圧力角
σ_Ａ，σ_Ｂ：面圧力

Claims

回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有して該ハブに軸心方向の移動可能且つ軸心まわりの相対回転不能に設けられたスリーブと、該スリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有し、前記回転軸に相対回転可能に支持された動力伝達歯車と、同期歯を有して前記ハブと該動力伝達歯車との間に配設され、該動力伝達歯車との回転非同期時には該同期歯が前記スリーブの内周歯に当接して該スリーブの移動を阻止する阻止位置と、該動力伝達歯車との回転同期時には該同期歯が該スリーブの内周歯の通過を許容して該スリーブの移動を許容する許容位置との間で相対回転させられる同期リングとを備える車両用同期切換装置であって、
前記軸心方向において、前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の摩擦力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の摩擦力よりも小さいことを特徴とする車両用同期切換装置。
前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の面圧力が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の面圧力よりも小さいことを特徴とする請求項１の車両用同期切換装置。
前記ハブの外周歯と前記スリーブの内周歯との間の圧力角が前記ドグ歯と該スリーブの内周歯との間の圧力角よりも小さいことを特徴とする請求項１または２の車両用同期切換装置。
前記スリーブの内周歯と前記ドグ歯との周方向の圧接時において該スリーブに該スリーブの内周歯の先端側へ向かう軸心方向に平行な方向の推力が発生するように、ピッチ面上において前記スリーブの内周歯と前記ドグ歯との周方向の幅寸法が先端に向かうほど大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の車両用同期切換装置。