JP2010101459A - かみあい式クラッチ装置及びこのクラッチ装置を用いたシフト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噛合性能に優れ、バックラッシが少なく、かつ十分な伝達トルクを得ることができるかみ合い式クラッチ装置を提供する。
【解決手段】１個のハブ２に対して２個のスリーブ３，４をスライド自在に設け、スリーブの内歯３ａ，４ａに対向方向に突出するドッグギヤ部３ｂ，４ｂを設ける。クラッチリング５，６のクラッチ歯５ｄ，６ｄにかみ合わせる際、クラッチリングに近い方のスリーブの内歯を先にクラッチリングのクラッチ歯にかみ合わせ、遅れてクラッチリングから遠い方のスリーブの内歯をクラッチ歯にかみ合わせるため、バックラッシを少なくかつ円滑にかみ合わせることができる。２個のスリーブの内歯をクラッチリングのクラッチ歯に同等深さでかみ合わせることができるので、伝達トルクの向上を実現できる。
【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外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外歯にかみ合わせるため、外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、内歯が外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、入力軸に、周方向には回転自在で軸方向には固定された固定歯車と、軸方向には摺動自在で回転方向には固定された可動歯車とを設け、可動歯車の側面に２本一対の突起状の係合部を可動歯車の回転方向に向かって交互に高低の段差がつくように形成し、これら係合部を固定歯車の係合溝に係合させる構造のドッグ式クラッチ装置が提案されている。これは、係合の確率を高くし、かつトルク変動によるガタツキを小さくすることを狙いとするものである。

特許文献２の図１〜図３には、変速装置に用いられるドッグギヤであって、相手側ドッグギヤに対して、これとかみ合う段差付きの歯を交互に備えたドッグギヤが開示されている。ドッグギヤの高い歯が先に相手側ドッグギヤにかみ合い、位相合わせを行った後、遅れて低い歯が相手側ドッグギヤにかみ合うことで、かみ合い性の向上とバックラッシの低減とを図ったものである。

特許文献１に記載のクラッチ装置の場合、噛み合い性を向上させるために１個の可動歯車の側面に段差状の係合部を形成したものであるため、固定歯車の係合溝と噛み合った後では高い方の係合部と低い方の係合部とで噛み合い深さに必然的に差が生じる。つまり、低い方の係合部の噛み合い深さを深くできず、十分な伝達トルクが得られない懸念がある。

特許文献２の場合も特許文献１と同様に、段差付きの２種類の歯をドッグギヤの側面に突設したものであり、低い歯と相手側ドッグギヤとのかみ合い深さを十分に取れず、伝達トルクが十分に得られないと共に、不意に外れる懸念がある。
実開昭６１−５８７３６号公報 実開昭５８−５６２４４号公報

本発明の目的は、噛合性能に優れ、バックラッシが少なく、かつ十分な伝達トルクを得ることが可能な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ハブ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かつ隣接して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クラッチ装置において、前記スリーブは１個のハブに対して２個設けられ、前記両方のスリーブの内歯は前記ハブ溝の周上に沿って交互にかみ合うように設けられ、前記両方のスリーブの内歯は当該スリーブの対向する端面より軸方向に突出したドッグギヤ部をそれぞれ有し、前記クラッチリングのクラッチ歯の間隔は、前記一方のスリーブの内歯の外側面と、当該内歯と周方向に隣り合う他方のスリーブの内歯の外側面とが係合しうる間隔に設定さ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。

両方のスリーブを一体的にハブに対してスライドさせると、クラッチリングに近い方のスリーブの内歯がクラッチリングのクラッチ歯の間に侵入し、スリーブとクラッチリングとの相対回転によってその内歯がクラッチリングのクラッチ歯の一方の側面に当接する。これによって位相合わせが行われる。その後、クラッチリングから遠い方のスリーブのドッグギヤ部が押し込まれると、位相合わせが終了しているので、遠い方のスリーブのドッグギヤ部はクラッチリングのクラッチ歯の他方の側面に沿いながら円滑にかみ合うことができる。かみ合い状態において、２個のスリーブの内歯（ドッグギヤ部）がクラッチリングのクラッチ歯に対してほぼ隙間なくかみ合うので、バックラッシが小さく、振動や騒音を低減できる。しかも、双方のスリーブの内歯（ドッグギヤ部）とクラッチリングのクラッチ歯との噛み合い深さを同等にできるので、十分な伝達トルクを得ることが可能であり、不意に外れる懸念を解消できる。

本発明では、スリーブのドッグギヤ部分がスリーブの内歯と一体に形成されているため、かみ合い部分の係合代を大きくとることができる。スリーブの内歯はハブ溝と係合するスプライン歯を兼ねているので、十分な歯幅を確保でき、大きな伝達トルクを確保することが可能である。

前記クラッチ装置の２個のスリーブを操作するためのシフト装置として、ディテント部を備える２本の平行なシフトロッドと、各シフトロッドに固定され、前記２つのスリーブの周溝にそれぞれ係合する２本のシフトフォークと、前記２本のシフトロッドに対してスライド自在に挿通されたシフトヘッドと、前記各シフトロッドとシフトヘッドとの間に介装され、前記各シフトロッドとシフトヘッドとの相対移動を許容しつつ、前記各シフトロッドに付勢力を与えるクッションばねと、を備えたシフト装置を用いるのがよい。この場合には、２個のスリーブのうち、クラッチリングに近い方のスリーブの内歯を先にクラッチリングのクラッチ歯にかみ合わせ、遅れてクラッチリングから遠い方のスリーブの内歯をクラッチ歯にかみ合わせる際に、クッションばねの作用により両スリーブの軸方向の相対変位を許容するので、両方のスリーブの内歯を無理なくクラッチリングのクラッチ歯にかみ合わせることができる。そのため、歯部の摩耗を抑制できる。なお、シフトヘッドを軸方向に作動させるために、アクチュエータを使用してもよいし、手動でシフトしてもよい。

本発明によれば、１個のハブに対して２個のスリーブを設け、これらスリーブの内歯をクラッチリングのクラッチ歯にかみ合わせる際、クラッチリングに近い方のスリーブの内歯を先にクラッチリングのクラッチ歯にかみ合わせ、遅れてクラッチリングから遠い方のスリーブの内歯をクラッチ歯にかみ合わせるため、バックラッシを少なくかつ円滑にかみ合わせることができる。また、 2個のスリーブの内歯（ドッグギヤ部）をクラッチリングのクラッチ歯に対して同等な噛み合い深さで噛み合わせることができるので、従来のように高い歯と低い歯との噛み合い深さに差が生じるという問題がなく、伝達トルクの向上と噛み合い外れの防止とを実現できる。

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２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Ａは、ツインスリーブドッグクラッチの例であり、回転軸１とハブ２と２個のスリーブ３，４と一対のクラッチリング５，６とを備えている。ハブ２は、回転軸１上にスプライン１ａ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６個のハブ歯２ａが周方向に６０°間隔で形成されており、各ハブ歯２ａの間にハブ溝２ｂが形成されている。なお、ハブ歯２ａの数は偶数であれば何個でもよい。

ハブ２のハブ溝２ｂには、第１スリーブ３の内歯３ａと第２スリーブ４の内歯４ａとが周方向に交互に、かつスライド自在に係合している。第１スリーブ３の内歯３ａは１２０°間隔で３個設けられ、内歯３ａの端部には第２スリーブ４に向かって軸方向に突出するドッグギヤ部３ｂが一体に形成されている。同様に、第２スリーブ４の内歯４ａも１２０°間隔で３個設けられ、内歯４ａの端部には第１スリーブ３に向かって軸方向に突出するドッグギヤ部４ｂが一体に形成されている。これらドッグギヤ部３ｂ，４ｂは互いに相手のスリーブの内側に挿入されており、その突出長はそれぞれスリーブ３，４の軸方向厚みと同等又はそれより長く設定されている。第１スリーブ３と第２スリーブ４の外周には、後述するシフトフォークと係合する周溝３ｃ，４ｃが形成されている。

回転軸１上には、ハブ２の両側の隣接した位置に、一対のクラッチリング５，６がベアリング５ａ，６ａを介して回転自在に支持されている。クラッチリング５，６の外周面には、例えばギヤ５ｂ，６ｂが形成されている。クラッチリング５のハブ２と対向する面には、リング状の凸部５ｃが突設され、この凸部５ｃの外周にはスリーブ３，４の内歯３ａ，４ａとかみ合う３個のクラッチ歯５ｄが１２０°間隔で形成されている。クラッチ歯５ｄの歯溝部分の間隔Ｗは、第１スリーブ３と第２スリーブ４の隣り合う２個の内歯３ａ，４ａが丁度係合できる間隔に設定されている。同様に、クラッチリング６のハブ２と対向する面にも、リング状の凸部６ｃが突設され、この凸部６ｃの外周にはスリーブ３，４の内歯３ａ，４ａとかみ合う３個のクラッチ歯６ｄが１２０°間隔で形成されている。クラッチ歯６ｄの歯溝部分の間隔Ｗも、第１スリーブ３と第２スリーブ４の隣り合う２個の内歯３ａ，４ａが丁度係合できる間隔に設定されている。

図３は、２個のスリーブ３，４を軸方向にシフトするためのシフト装置Ｂを示す。このシフト装置Ｂは、ケース７に軸方向スライド自在に支持された２本の平行なシフトロッド８，９を備えている。シフトロッド８，９の一端部にはディテント溝８ａ，９ａが一定間隔で形成され、これらディテント溝８ａ，９ａにディテントボール１０，１１が弾性的に嵌合することにより、各シフト位置でシフトロッド８，９を位置決め可能になっている。シフトロッド８，９にはそれぞれシフトフォーク１２，１３が固定されており、これらシフトフォーク１２，１３はそれぞれ第１，第２のスリーブ３，４の周溝３ｃ，４ｃと係合している。

ケース７には、シフトロッド８，９と平行なピストンロッド１４が配置され、このピストンロッド１４の両端部にはケース７に配置された油圧アクチュエータ１５，１６が設けられている。即ち、油圧アクチュエータ１５，１６には、各油室１５ａ，１６ａへの供給油圧によって軸方向に作動されるピストン１５ｂ，１６ｂが設けられ、これらピストンがピストンロッド１４の両端部に固定されている。ピストンロッド１４の中間部にはシフトヘッド１７が固定されており、シフトヘッド１７には、２本のシフトロッド８，９が挿通自在な２個の挿通穴１７ａ，１７ｂが形成されている。シフトロッド８，９には、シフトヘッド１７を間にしてその両側にクッションばね１８ａ，１８ｂ及び１９ａ，１９ｂが挿通されている。クッションばね１８ａ，１８ｂ及び１９ａ，１９ｂの一端側はシフトロッド８，９に装着されたスナップリング２０，２１で支持され、他端側がシフトヘッド１７に圧接している。そのため、例えばシフトヘッド１７を図３の右方向に作動させると、右側のクッションばね１８ｂ，１９ｂが圧縮され、シフトロッド８，９も同時に右方向へ押される。逆に、シフトヘッド１７を図３の左方向に作動させると、左側のクッションばね１８ａ，１９ａが圧縮され、シフトロッド８，９も同時に左方向へ押される。

ここで、前記構成よりなるクラッチ装置Ａ及びシフト装置Ｂの動作を、図２，図４に従って説明する。
まず中立位置では、シフト装置Ｂのいずれの油圧アクチュエータ１５，１６にも油圧が供給されておらず、ディテントボール１０，１１が中央のディテント溝８ａ，９ａに嵌合することにより、シフトフォーク１２，１３は図２の（ａ）及び図４の（ａ）で示す中立位置で位置決めされている。
いま、シフト装置Ｂの左側の油圧アクチュエータ１５に油圧を供給し、右側の油圧アクチュエータ１６の油圧をドレーンさせると、ピストンロッド１４が右方へ移動し、シフトヘッド１７も同じく右方へ一定ストロークだけ移動する。そのため、右側のクッションばね１８ｂ，１９ｂを介してシフトロッド８，９が右方へ押され、シフトフォーク１２，１３も右方へ押される。２個のスリーブ３，４は一体的に右方へスライドし、図２の（ｂ），図４の（ｂ）に示すように、右側のスリーブ３の内歯３ａが右側のクラッチリング５のクラッチ歯５ｄの端面に当接する。なお、スリーブ３とクラッチリング５の位相関係によっては、内歯３ａがクラッチ歯５ｄの隙間に直接嵌まり込むこともある。
スリーブ３，４とクラッチリング５との間には相対回転があるので、スリーブ３の内歯３ａがクラッチリング５のクラッチ歯５ｄの端面を滑り、クッションばね１８ｂのばね力により歯溝に落ち込む。この状態を示したのが図２の（ｃ），図４の（ｃ）である。
さらに、この状態からスリーブ３，４がクラッチリング５に対して相対回転するため、内歯３ａがクラッチ歯５ｄの側面に当接して相対回転が停止し、位相合わせを終了する。この段階から動力伝達が開始する。一方、第２スリーブ４は常にクッションばね１９ｂで右方へ付勢されているので、位相合わせが終了した段階で内歯４ａがクラッチ歯５ｄの側面にそって容易に侵入し、係合が完了する。この状態を示したのが、図２の（ｄ），図４の（ｄ）である。
このようにシフトヘッド１７をストロークした後、スリーブ３，４とクラッチリング５との相対回転に伴って内歯３ａ，４ａがクラッチ歯５ｄに入り込む位置まで待っており、入る位置になると、スリーブ３，４がクッションばねのばね力によって自然に入り込むことができる。

前記説明では、シフト装置Ｂの左側の油圧アクチュエータ１５を作動させ、ピストンロッド１４（シフトヘッド１７）を右方へ移動させた場合の動作を示したが、右側の油圧アクチュエータ１６を作動させ、ピストンロッド１４（シフトヘッド１７）を左方へ移動させた場合にも同様に、左側のスリーブ４の内歯４ａが先にクラッチリング６のクラッチ歯６ｄにかみ合い、遅れて右側のスリーブ３の内歯（ドッグギヤ部）３ｂがかみ合うことで、円滑なかみ合いを実施できる。

かみ合い状態において、第１スリーブ３の内歯３ａと第２スリーブ４の内歯４ａとの外側面間の距離Ｄと、クラッチリング５のクラッチ歯５ｄの歯溝の間隔Ｗとがほぼ一致しているので、バックラッシが小さく、振動や騒音を低減できる。しかも、両方のスリーブ３、４の内歯３ａ，４ａがクラッチリング５のクラッチ歯５ｄに対して同じ噛み合い深さとなるので、伝達トルクが十分得られ、かつ不意の係合外れを防止できる。また、上述の通り、一方のスリーブの内歯で位相合わせを終了した段階で他方の内歯がかみ合うので、かみ合いが円滑に行え、摩耗も少ない。さらに、シフト装置Ｂは、クッションばね１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂのばね力により、スリーブ３，４に無理な荷重を掛けずにクラッチリング５，６のクラッチ歯にかみ合わせることができるため、頭突き時の衝撃力を回避できると共に、摩耗を少なくできる。

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。
前記実施例では、アクチュエータとして油圧アクチュエータを使用したが、これに限るものではなく、電磁式アクチュエータでもよいし、モータとボールネジとを組み合わせた直動機構などでもよい。さらに、手動でシフトヘッドを軸方向に作動させることも可能である。
また、クラッチリングのクラッチ歯の先端又はスリーブの内歯の先端に、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。

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。また、ハブの両側にクラッチリングを設けた例を示したが、ハブの片側にのみクラッチリングを設けてもよい。
本クラッチ機構は、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動作を示す断面図である。 図１に示すクラッチ装置と共に使用されるシフト装置の構造図である。 図１に示すクラッチ装置の動作を示す歯部の平面図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ ハブ
２ａ ハブ歯
２ｂ ハブ溝
３ 第１スリーブ
４ 第２スリーブ
３ａ，４ａ 内歯
３ｂ，４ｂ ドッグギヤ部
５，６ クラッチリング
５ｂ，６ｂ ギヤ
５ｄ，６ｄ クラッチ歯
８，９ シフトロッド
１０，１１ ディテントボール
１２，１３ シフトフォーク
１４ ピストンロッド
１５，１６ 油圧アクチュエータ
１７ シフトヘッド
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ クッションばね

Claims (2)

1. ハブの外周に形成されたハブ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かつ隣接して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クラッチ装置において、
   前記スリーブは１個のハブに対して２個設けられ、
   前記両方のスリーブの内歯は前記ハブ溝の周上に沿って交互にかみ合うように設けられ、
   前記両方のスリーブの内歯は当該スリーブの対向する端面より軸方向に突出したドッグギヤ部をそれぞれ有し、
   前記クラッチリングのクラッチ歯の間隔は、前記一方のスリーブの内歯の外側面と、当該内歯と周方向に隣り合う他方のスリーブの内歯の外側面とが係合しうる間隔に設定されていることを特徴とする、かみ合い式クラッチ装置。
2. 請求項１に記載のかみ合い式クラッチ装置と共に使用されるシフト装置であって、
   ディテント部を備える２本の平行なシフトロッドと、
   各シフトロッドに固定され、前記２つのスリーブの周溝にそれぞれ係合する２本のシフトフォークと、
   前記２本のシフトロッドに対してスライド自在に挿通されたシフトヘッドと、
   前記各シフトロッドとシフトヘッドとの間に介装され、前記各シフトロッドとシフトヘッドとの相対移動を許容しつつ、前記各シフトロッドに付勢力を与えるクッションばねと、
   を備えたことを特徴とするシフト装置。

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