JP2010096190A - かみ合い式クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噛合性能に優れ、かつバックラッシの少ないかみ合い式クラッチ装置を提供する。
【解決手段】スリーブ３の内歯３０は半径方向高さの異なる高歯３１と低歯３２とを有し、クラッチリング４のクラッチ歯４２は、高歯とはかみ合うが低歯とはかみ合わない半径方向高さを有する前歯４３と、前歯より軸方向に後退した位置にあり、低歯とかみ合う半径方向高さを有する後歯４４とを備える。前歯４３と後歯４４との間に高歯が係合しうる溝部４５が設けられ、後歯４４の間に低歯が係合しうる溝部４６が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明はトランスミッションなどに使用されるかみ合い式のクラッチ装置に関するものである。

トランスミッション用のかみ合い式クラッチ装置はバイクや自動車レース用車両等に用いられている。一般には、シャフトに連結されたハブを有し、ハブの外周に形成されたスプライン歯にスリーブの内歯をスライド自在に係合させ、スリーブの内歯をハブに隣接してシャフト上に回転自在に支持された伝達ギヤのクラッチ歯と直接かみ合わせることにより、伝達ギヤをシャフトに固定するようになっている。

ところで、シャフトと伝達ギヤとの間に差回転がある場合、スリーブを伝達ギヤのクラッチ歯にかみ合わせるため、クラッチ歯の歯溝の幅をスリーブの内歯の幅より広くする必要がある。しかし、噛み合い後には歯溝と内歯との隙間がバックラッシとなるため、歯溝と内歯との隙間は小さい方がよい。しかし、隙間を小さくすると、内歯がクラッチ歯によって撥ね除けられる確率が高くなり、スムーズに噛み合わせることができない。

特許文献１には、歯丈を周方向に１つおきに異ならせることで、噛み合い易さとバックラッシとを改善したドッグクラッチ構造のクラッチ装置が提案されている。すなわち、第１のクラッチリングと第２のクラッチリングの対向面には、互いにかみ合うクラッチ歯が設けられ、これらクラッチ歯には周方向に１つおきに歯丈の異なる歯部（高歯と低歯）が設けられている。一方のクラッチリングを他方のクラッチリングに対して押し付けると、相互のクラッチ歯の高歯の端面同士が当接し、次に相対回転によって一方の高歯の端面が他方の低歯の端面に当接する。一方のクラッチリングが他方のクラッチリングに対して相対回転すると、一方の高歯が他方の高歯の側面に当接して相対回転が停止し、位相合わせを行う。さらに、一方のクラッチリングを他方のクラッチリングに対して押し込むことで、一方のクラッチ歯を他方のクラッチ歯に対してかみ合わせることができる。

前述のクラッチ装置の場合、双方のクラッチリングの対向する側面に周方向に１つおきに歯丈の異なるクラッチ歯を突設したものであるが、このクラッチ装置をスリーブ方式のクラッチ装置に適用しようとすると、問題が発生する。

図７は特許文献１に示されたドッグクラッチ構造をスリーブ方式のクラッチ装置に適用した例を示す。スリーブ１００には、半径方向の高さの異なる内歯１０１，１０２が１つおきに形成されている。これと相対するクラッチリング１１０の側面には、スリーブの内歯に対応して半径方向の高さの異なるクラッチ歯１１１，１１２が１つおきに形成されている。

しかし、この構造では、スリーブ１００の内歯１０１，１０２のうち、高い方の歯１０１の端面がクラッチ歯１１１，１１２の全ての端面に衝突して撥ね除けられるため、スムーズにかみ合わせることができない。結局、スリーブ１００の内歯０１０１，１０２の幅に対して、対応するクラッチ歯１１１，１１２の溝幅を広くする必要があり、バックラッシや振動騒音といった従来の課題を解消できなくなる。
特開２００６−４６６６３号公報

本発明の目的は、噛合性能に優れ、かつバックラッシの少ないかみ合い式クラッチ装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、ハブの外周に形成されたスプライン歯にスライド自在に係合するスリーブの内歯を、前記ハブに対して相対回転自在に配置されたクラッチリングのクラッチ歯と直接かみ合わせるかみ合い式クラッチ装置において、前記スリーブの内歯は、半径方向高さの異なる高歯と低歯とを有し、前記クラッチ歯は、前記高歯とはかみ合うが低歯とはかみ合わない半径方向高さを有する前歯と、当該前歯より軸方向に後退した位置にあり、前記低歯とかみ合う半径方向高さを有する後歯とを備え、前記前歯と後歯との間に、前記高歯が係合しうる溝部が設けられていることを特徴とするかみ合い式クラッチ装置を提供する。

スリーブをハブに対して軸方向にスライドさせると、まず内歯のうち高歯がクラッチ歯の前歯の端面に当接する。スリーブとクラッチリングとの間には相対回転があるので、高歯の端面は前歯の端面を摺動する。低歯は前歯とはかみ合わないので、高歯が後歯の端面に当接するまでスリーブはクラッチリングに対して軸方向に移動できる。高歯が後歯の端面に当接した後、スリーブはさらにクラッチリングに対して相対回転し、高歯が前歯の側面に当接して位相合わせが終了する。ここで、スリーブを押し込むと、高歯が前歯と後歯との間にある溝部に係合し、低歯も同時に他の溝部に係合するため、かみ合いが終了する。

このように、スリーブの内歯は半径方向の高さが異なる２種類の歯部（高歯と低歯）を備えており、クラッチリングのクラッチ歯は半径方向高さと軸方向長さとが異なる前歯と後歯とを備えているため、スリーブとクラッチリングとの間に大きな相対回転があっても、高歯が前歯の側面に当接して位相合わせを行うことができる。そのため、スリーブの内歯とクラッチリングのクラッチ歯の溝部との隙間を小さくしても、円滑にかみ合わせることができ、バックラッシを小さくでき、振動騒音を低減できる。

好ましい実施形態によれば、スリーブの高歯を所定ピッチ間隔で複数個設け、低歯を高歯の間の周方向スペースに高歯のピッチ間隔より狭いピッチ間隔で複数個設け、クラッチリングの前歯及び後歯をそれぞれ高歯及び低歯と対応する位置に設け、後歯の間に、後歯と軸方向長さが同じで、低歯のみと係合しうる溝部を構成する段部を形成するのが望ましい。例えば、スリーブの低歯と高歯とを交互に設け、クラッチリングの前歯と後歯とを交互に設けることも可能であるが、スリーブとクラッチリングとの相対回転数が大きい時、スリーブの高歯がクラッチリングの前歯で跳ね返されてかみ合わせることができない可能性がある。これに対し、高歯の間に複数の低歯を設け、前歯及び後歯を高歯及び低歯と対応する位置に設け、後歯の間に後歯と軸方向長さが同じで、低歯のみと係合しうる溝部を構成する段部を形成すれば、高歯が前歯から外れると、高歯が複数の後歯及び段部を摺動しながら前歯の側面に当接するまで回転し、溝部にはまり込むので、スリーブとクラッチリングとの相対回転数が大きい場合でも、かみ合い性能が向上するという利点がある。

本発明によれば、スリーブの高歯がクラッチリングの前歯の側面に当接して位相合わせを行うので、スリーブの内歯とクラッチリングのクラッチ歯の溝部と隙間を小さくしても、円滑にかみ合わせることができ、バックラッシを小さくでき、振動騒音を低減できる。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

〔第１実施例〕
図１〜図３は本発明に係るかみ合い式クラッチ装置の一例を示す。このクラッチ装置は、回転軸１とハブ２とスリーブ３とクラッチリング４とを備えている。ハブ２は、回転軸１上にスプライン１１によって一体回転可能に支持されている。ハブ２の外周面にはスプライン歯２０が周方向に一定ピッチ間隔で形成されており、その内、１２０°間隔で３箇所に深いスプライン溝２１が形成され、残りの９か所の溝は浅いスプライン溝２２となっている。なお、ハブ２のすべてのスプライン溝を深い溝としてもよい。

ハブ２のスプライン歯２０には、スリーブ３の内歯３０がスライド自在に係合している。内歯３０は、半径方向高さの異なる高歯３１と低歯３２とを有している。高歯３１は１２０°間隔で３箇所に設けられ、これら高歯３１はハブ２の深いスプライン溝２１に係合している。低歯３２は、隣り合う高歯３１の間に３個ずつ（合計で９個）設けられ、ハブ２の浅いスプライン溝２２に係合している。高歯３１と低歯３２との軸方向長さは等しく、スリーブ３の軸方向一端部から他端部にかけて連続的に延びている。スリーブ３の外周には、図示しないフォークが係合する周溝３３が形成されている。

回転軸１上には、ハブ２に隣接した位置に、クラッチリング４がベアリング５を介して回転自在に支持されている。クラッチリング４の外周面には、例えばギヤ４０が形成されている。クラッチリング４のハブ２と対向する面には、リング状の凸部４１が突設され、この凸部４１の外周にはスリーブ３の内歯３０とかみ合う複数のクラッチ歯４２が形成されている。クラッチ歯４２は、高歯３１とはかみ合うが低歯３２とはかみ合わない半径方向高さを有する前歯４３と、前歯４３より軸方向に後退した位置にある後歯４４とを有している。この実施例では、後歯４４の軸方向長さを前歯４３の軸方向長さの約半分に設定したが、後歯４４の軸方向長さは任意に選択できる。後歯４４の半径方向高さは、前歯４３の半径方向高さより高い。前歯４３の周方向両側、つまり前歯４３と後歯４４との間には、高歯３１がかみ合う深い溝４５が形成されている。さらに、後歯４４の間には、低歯３２のみがかみ合う２個の浅い溝４６が形成されており、浅い溝４６の溝底には、後歯４４と同じ軸方向長さを持つ段部４７が形成されている。つまり、後歯４４と段部４７はクラッチリング４の側面から一体に突出している。

ここで、前記構成よりなるクラッチ装置の作動を、図３，図４に従って説明する。図３の（ａ）はシフト前の状態を示す。この状態から、スリーブ３を軸方向にスライドさせると、まずスリーブ３の高歯３１がクラッチリング４の前歯４３の端面に当接する。この状態が図３の（ｂ）及び図４の（ａ）である。ここで、スリーブ３がクラッチリング４に対して矢印方向に相対回転すると、高歯３１は前歯４３の端面を摺動して後歯４４（段部４７）の端面上に落ち込む。この状態が図３の（ｃ）及び図４の（ｂ）である。なお、相対回転が非常に小さい場合には、高歯３１が深い溝４５に嵌合する場合もあるが、通常は深い溝４５を飛び越えて後歯４４又は段部４７の端面に当接する。図４の（ｂ）において、破線で示す低歯３２と前歯４３とが重なっているが、低歯３２の内周面と前歯４３の外周面とは干渉しない半径方向高さにあるので、両者が干渉することはない。

さらにスリーブ３がクラッチリング４に対して矢印方向に相対回転すると、高歯３１はクラッチリング４に形成された浅い溝４６には嵌合しないので、高歯３１は後歯４４及び段部４７の端面上を摺動し、前歯４３の側面に当接して停止する。つまり、図４の（ｃ）に示すように位相合わせが終了する。この状態からスリーブ３を軸方向に押し込むと、高歯３１は深い溝４５に嵌合し、低歯３２は浅い溝４６に嵌合する。この状態が図３の（ｄ）及び図４の（ｄ）である。かみ合い時において、既に位相合わせが終了しているので、歯と溝との隙間が狭くても円滑にかみ合わせることができ、バックラッシを小さくできる。前歯４３の周方向両側に、高歯３１がかみ合う深い溝４５が形成されているため、スリーブ３がクラッチリング４に対して正逆何れの方向に相対回転しても、上述と同様の動作によって円滑にかみ合わせることができる。

〔第２実施例〕
図５は本発明に係るかみ合い式クラッチ装置の第２実施例を示す。この実施例では、スリーブ３Ａの高歯３１を９０°間隔で４個設け、低歯３２を各高歯３１の間に２個ずつ（合計８個）設けたものである。一方、クラッチリング４Ａにも、前歯４３を９０°間隔で４個設け、後歯４４を各前歯４３の間に２個ずつ（合計８個）設けてある。この場合も、第１実施例と同様に、低歯３２は前歯４３と干渉せず、高歯３１が後歯４４（段部４７）上を滑って前歯４３の側面に当接して位相合わせを行うため、かみ合い性能に優れ、かつバックラッシを小さくできる。この実施例では、第１実施例に比べて高歯３１の個数が増えるので、さらに高い伝達トルクに耐えることができる。

〔第３実施例〕
図６は本発明に係るかみ合い式クラッチ装置の第３実施例を示す。この実施例では、スリーブ３Ｂの高歯３１を６０°間隔で６個設け、低歯３２を各高歯３１の間に１個ずつ（合計６個）設けたものである。つまり、高歯３１と低歯３２を交互に設けたものである。一方、クラッチリング４Ｂにも、前歯４３を６０°間隔で６個設け、後歯４４を各前歯４３の間に１個ずつ（合計６個）設けてある。この場合には、後歯４４の間に段部は設けられておらず、浅い溝も設けられていない。この場合には、スリーブ３Ｂを軸方向にスライドさせると、高歯３１が後歯４４上を滑って前歯４３の側面に当接して位相合わせを行うため、かみ合い性能に優れ、かつバックラッシを小さくできる。

本発明は前記実施例に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で変形可能であることは勿論である。
前記第１〜第３実施例では、スリーブに合計１２個の内歯が設けられ、クラッチリングに合計１２個のクラッチ歯が設けられた例を示したが、歯部の個数はこれに限るものではなく、任意に選択できる。
クラッチ歯の先端にかみ合い性を高めるための面取り、Ｒ面、ベベリングなどのエッジ処理を施してもよい。同様に、スリーブの内歯のクラッチリング側の端部にエッジ処理を行ってもよい。但し、エッジ処理の領域を広くし過ぎると、かみ合い領域が狭くなるので、エッジ処理を行う場合でも適切な領域を選択すべきである。

クラッチリングは、外周にギヤ部を持つギヤに限らず、スプロケットでもよいし、その他の回転部材であってもよい。図３では、ハブの片側にクラッチリングを設けた例を示したが、ハブの両側にクラッチリングを設けてもよい。
また、ハブを回転軸上に回転自在に支持し、クラッチリングを回転軸に対して固定してもよい。
クラッチ歯（クラッチリング）の前歯の個数は、スリーブの高歯の個数とは一致する必要がなく、クラッチ歯の前歯の個数がスリーブの高歯の個数の倍数でもよい。例えば、前歯の個数が６個で、高歯の個数が３個でもよい。
本クラッチ装置は、変速段の切り替え用のほか、前後進切替用にも使用できる。

本発明に係るクラッチ装置の第１実施例の分解斜視図である。 図１に示すクラッチ装置のスリーブとクラッチリングの正面図である。 図１に示すクラッチ装置の組付状態、及びその動作を示す断面図である。 図１に示すクラッチ装置の動作を示す半径方向外側から見た図である。 クラッチ装置の第２実施例のスリーブとクラッチリングの正面図である。 クラッチ装置の第３実施例のスリーブとクラッチリングの正面図である。 従来のドッグクラッチ構造をスリーブ式クラッチ装置に適用した場合のスリーブとクラッチリングの正面図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ ハブ
２０ スプライン歯
２１ 深いスプライン溝
２２ 浅いスプライン溝
３ スリーブ
３０ 内歯
３１ 高歯
３２ 低歯
４ クラッチリング
４０ ギヤ
４１ 凸部
４２ クラッチ歯
４３ 前歯
４４ 後歯
４５ 深い溝部
４６ 浅い溝部
４７ 段部

Claims (2)

1. ハブの外周に形成されたスプライン歯にスライド自在に係合するスリーブの内歯を、前記ハブに対して相対回転自在に配置されたクラッチリングのクラッチ歯と直接かみ合わせるかみ合い式クラッチ装置において、
   前記スリーブの内歯は、半径方向高さの異なる高歯と低歯とを有し、
   前記クラッチ歯は、前記高歯とはかみ合うが低歯とはかみ合わない半径方向高さを有する前歯と、当該前歯より軸方向に後退した位置にあり、前記低歯とかみ合う半径方向高さを有する後歯とを備え、
   前記前歯と後歯との間に、前記高歯が係合しうる溝部が設けられていることを特徴とするかみ合い式クラッチ装置。
2. 前記スリーブの高歯は所定ピッチ間隔で複数個設けられ、前記低歯は前記高歯の間の周方向スペースに前記高歯のピッチ間隔より狭いピッチ間隔で複数個設けられ、
   前記クラッチリングの前歯及び後歯はそれぞれ前記高歯と低歯と対応する位置に設けられ、前記後歯の間には、前記後歯と軸方向長さが同じで、前記低歯のみと係合しうる溝部を構成する段部が形成されている、請求項１に記載のかみ合い式クラッチ装置。

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