JP2019138416A - カップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内側回転部材の内周面に係合部を容易に加工でき、内側回転部材内を確実に仕切ることができるカップリング装置を提供する。【解決手段】駆動軸２に接続される中空の外側回転部材５と、外側回転部材５内に同軸にかつ回転自在に支持され、入力軸３ａの外周に係合される筒状の内側回転部材６と、外側回転部材５を内側回転部材６に断接可能に接続するクラッチ７と、クラッチ７を駆動させるアクチュエータ８とを備え、内側回転部材６内には、その内部を仕切るプラグ２０が設けられ、プラグ２０は、その外周に、弾性材料により形成されたシール部２２を備えるものである。【選択図】図３

Description

本開示は、駆動軸の回転駆動力を入力軸に選択的に伝達するカップリング装置に関する。

カップリング装置は、中空の外側回転部材と、外側回転部材内に回転自在に設けられる内側回転部材と、外側回転部材内に設けられ外側回転部材及び内側回転部材を断接可能に接続するクラッチとを備える。

また、カップリング装置としては、特許文献１，２に記載のものが知られている。

特許文献１において、内側回転部材は、概ね筒状に形成されると共に、その内部を仕切る隔壁が形成される。隔壁は、外側回転部材内のクラッチオイルと入力軸側のオイルとが混ざるのを防ぐ。

また、特許文献２において、隔壁は内側回転部材とは別体かつ薄板状に形成される。

特許第５６６８３９８号公報 特許第４３６９９１７号公報

特許文献１記載の内側回転部材には、隔壁が一体に形成されるため、内側回転部材の内周面にスプライン等の係合部をブローチ加工にて形成することができず、係合部の加工が困難であるという課題がある。

また、特許文献２は、筒状の内側回転部材内に薄板状の隔壁を固定するものであるため、液密性およびシール性が低い。この場合、外側回転部材内のクラッチオイルと入力軸側のオイルとが混ざる虞がある。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、内側回転部材の内周面に係合部を容易に加工でき、内側回転部材内を確実に仕切ることができるカップリング装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、駆動軸に接続される中空の外側回転部材と、前記外側回転部材内に同軸にかつ回転自在に支持され、入力軸の外周に係合される筒状の内側回転部材と、前記外側回転部材を前記内側回転部材に断接可能に接続するクラッチと、前記クラッチを駆動させるアクチュエータとを備え、
前記内側回転部材内には、その内部を仕切るプラグが設けられ、
前記プラグは、その外周に、弾性材料により形成されたシール部を備えることを特徴とするカップリング装置が提供される。

好ましくは、前記プラグは、前記シール部より硬質の材料により形成されたプラグ本体部をさらに備え、前記シール部は、前記プラグ本体部の外周に設けられるとよい。

好ましくは、前記プラグ本体部は、有底筒体状に形成されるとよい。

好ましくは、前記シール部は、その外周に、半径方向外側に突出するリップ部を有するとよい。

好ましくは、前記リップ部は、軸方向に複数形成されるとよい。

好ましくは、前記リップ部は、断面台形状に形成されるとよい。

好ましくは、前記リップ部の軸方向の両端に傾斜面が形成され、両方の前記傾斜面は、互いに異なる傾斜角度に形成され、高圧側の前記傾斜面の傾斜角度は、低圧側の前記傾斜面の傾斜角度より大きくされるとよい。

好ましくは、前記高圧側の傾斜面の傾斜角度は６０°以上９０°以下に設定され、前記低圧側の傾斜面の傾斜角度は３０°以上６０°以下に設定されるとよい。

本開示によれば、内側回転部材の内周面に係合部を容易に加工でき、内側回転部材内を確実に仕切ることができる。

本開示の一実施の形態に係るカップリング装置が適用される車両の概略平面図である。 カップリング装置の断面図である。 カップリング装置の要部断面図である。 他の実施の形態を示すカップリング装置の要部断面図である。 他の実施の形態を示すカップリング装置の要部断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、後述する実施の形態における前後左右上下の各方向は、本実施形態に係るカップリング装置が適用される車両の各方向をいうものとする。但しこれら各方向が説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。

図１は、本実施形態に係るカップリング装置１が適用される車両Ｃの概略平面図である。

図１に示すように、本実施の形態において車両Ｃは、ＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ車）ベースのパートタイム４ＷＤ車（四輪駆動車）である。駆動軸たるプロペラシャフト２は、車両前部から後方に延びる。プロペラシャフト２には、エンジンＥからの回転駆動力が図示しない変速機およびトランスファを介して伝達される。デファレンシャルギア３は、左右の後輪Ｒ、Ｒに連結されると共に、車体に固定されたデフケース４内に収容される。デフケース４内には、デフオイルが収容される。カップリング装置１は、プロペラシャフト２とデファレンシャルギア３の間に設けられ、プロペラシャフト２の回転駆動力をデファレンシャルギア３の入力軸３ａに選択的に伝達するよう構成されている。

図２は、カップリング装置１の断面図である。図２に示すように、カップリング装置１は、プロペラシャフト２に接続される中空の外側回転部材５と、外側回転部材５内に同軸に、かつ、回転自在に支持される内側回転部材６と、外側回転部材５を内側回転部材６に断接可能に接続するクラッチ７と、クラッチ７を駆動させるアクチュエータ８とを備える。

外側回転部材５は、有底筒体状（具体的には有底円筒状）に形成される前部回転部９と、前部回転部９に後方から嵌入されネジ等により固定される後部回転部１０とを備える。前部回転部９の内周には第１スプライン１１が形成される。後部回転部１０は、筒状（具体的には円筒状）に形成され内側回転部材６の後部外周を覆う鞘管部１２と、鞘管部１２から外周側に延びて形成され前部回転部９の後端部に嵌合される鍔部１３とを備える。鍔部１３の後面には、電磁石３５を収容するための電磁石収容部１４が凹状に形成される。鞘管部１２には、鞘管部１２と内側回転部材６との間を液密にシールするためのシールリング１５が設けられる。シールリング１５は、シールリング１５より前側の外側回転部材５内に収容されるクラッチオイルと、シールリング１５より後方のデフケース４内に収容されるデフオイルとが混ざることを防ぐ。また、鞘管部１２は、後述する固定側の取付部材３６に軸受１６を介して回転自在に支持される。

内側回転部材６は、概ね筒状（具体的には円筒状）に形成される。内側回転部材６の前端部は、外側回転部材５に軸受１６を介して回転自在に支持される。また、内側回転部材６の前部には、外径を拡大される拡径部１７が形成される。拡径部１７の外周には、第２スプライン１８が形成される。拡径部１７及び第２スプライン１８は、第１スプライン１１より短く形成されると共に、第１スプライン１１の前部と径方向に対向して配置される。また、内側回転部材６の後部内周には、係合部としての第３スプライン１９が形成される。第３スプライン１９は、デファレンシャルギア３の入力軸３ａに係合され、具体的には、入力軸３ａの外周に形成されたスプライン３ｂに嵌合される。これにより、内側回転部材６の後部はデファレンシャルギア３の入力軸３ａに同軸に接続される。また、内側回転部材６の径方向中央の孔６ａは軸方向に貫通される。このため、第３スプライン１９をブローチ加工にて容易に加工できる。

また、内側回転部材６内には、その内部を仕切るプラグ２０が設けられる。ここで、内側回転部材６内の空間は、外側回転部材５内の空間と、デフケース４内の空間とに連通されている。プラグ２０は、これら外側回転部材５内の空間とデフケース４内の空間とを隔絶するために設けられている。プラグ２０は、外側回転部材５内に収容されるクラッチオイルと、入力軸３ａ側のオイル、具体的にはデフケース４内のデフオイルとが混ざることを防ぐ。

図３に示すように、プラグ２０は、その外周に、弾性材料により形成されたシール部２２を備える。本実施形態において、プラグ２０は、有底筒体状（具体的には有底円筒状）に形成されるプラグ本体部２１と、プラグ本体部２１の外周に設けられプラグ本体部２１と内側回転部材６との隙間をシールするシール部２２とを備える。

プラグ本体部２１は、シール部２２より硬質の材料により形成されている。本実施形態において、プラグ本体部２１は、鋼材等の金属により形成され、例えば金属板をプレス成形等することにより一体に形成される。プラグ本体部２１は、後端に位置される底部２１Ａと、底部２１Ａの外周縁部から連続して前方に延びる筒状部２１Ｂと、筒状部２１Ｂの前端部によって画成される開口部２１Ｃとを有する。底部２１Ａと筒状部２１Ｂの接続部は滑らかに湾曲された折曲形状とされている。なお、プラグ本体部２１は有底筒体状でなくてもよく、任意の形状であってよい。例えば単なる中実形状であってもよい。

シール部２２は、ゴム等の弾性材料により形成される。なお、シール部２２の材料は、液密性が高いものであればよく、ゴム以外の弾性材料であってもよい。本実施形態では製作を容易にすると共にシール部２２をプラグ本体部２１に一体的かつ強固に固着させるため、シール部２２がプラグ本体部２１の外表面全体に形成されている。しかしながら、シールを実質的に行うのは筒状部２１Ｂの外周に形成されたシール部２２のみであるため、底部２１Ａの外表面からはシール部２２を省略してもよい。

また、シール部２２の外周には、シール圧を増大し液密性を高めるため、半径方向外側に突出するリップ部２３が形成されている。本実施形態において、リップ部２３は、前後方向（内側回転部材６の軸方向）に複数形成され、具体的には２つ形成される。２つのリップ部２３は、同形状に形成される。また本実施形態において、リップ部２３は、断面台形状に形成され、前後方向の両端に傾斜面２４ａ、２４ｂを有する。

傾斜面２４ａ、２４ｂは、互いに異なる傾斜角度θ１、θ２に形成される。ここで、傾斜角度θ１、θ２とは、プラグ２０の取付前の自然状態において、前後方向に対する傾斜面２４ａ、２４ｂの角度である。後側の傾斜面２４ａの傾斜角度θ１は前側の傾斜面２４ｂの傾斜角度θ２より大きくなるように設定される。具体的には、例えば、後側の傾斜面２４ａの傾斜角度θ１は、７５°に設定される。また、前側の傾斜面２４ｂの傾斜角度θ２は４５°に設定される。なお、後側の傾斜面２４ａの傾斜角度θ１は６０°以上９０°以下の範囲内であるのが好ましい。また、前側の傾斜面２４ｂの傾斜角度θ２は、３０°以上６０°以下の範囲内であるのが好ましい。

なお、リップ部２３は、２つに限るものではない。リップ部２３は、軸方向に１つ、あるいは３つ以上形成されてもよい。この場合、リップ部２３は、全て同じ形状に形成されてもよく、一部異なる形状に形成されてもよい。また十分なシール性を確保できるのであれば、リップ部２３を省略してもよい。

また、リップ部２３の断面形状は台形に限られず、任意の形状であってよい。例えばＵ字状、半円状、円弧状、台形以外の四角形状、または四角以外の多角形状であってもよい。

このように構成されたプラグ２０は、内側回転部材６内に前方から圧入して取り付けられる。具体的には、内側回転部材６内の孔６ａの前端部に、内径が機械加工され若干拡径されたプラグ取付部６ｂが形成されている。このプラグ取付部６ｂにプラグ２０が圧入して取り付けられることで、プラグ２０を容易に、かつ強固に取り付けることができる。

図２に示すように、クラッチ７は、第１スプライン１１にスプライン嵌合される環状の第１クラッチ板２５ａと、第２スプライン１８に嵌合される環状の第２クラッチ板２５ｂとを備える。第１クラッチ板２５ａと第２クラッチ板２５ｂは前後方向に交互に配置される。また、クラッチ７より前方の外側回転部材５には、クラッチ７を受けるためのクラッチ受部２７が形成される。

アクチュエータ８は、電磁石３５がアーマチャ３４を吸引する力を増幅させてクラッチを駆動させる倍力装置として機能する。アクチュエータ８は、第２スプライン１８にスプライン嵌合される第１カムブロック２８と、第１カムブロック２８の後方に配設される第２カムブロック２９と、第１カムブロック２８及び第２カムブロック２９間に配設されるボール３０と、第２カムブロック２９の外周に形成される第４スプライン３１と、第１スプライン１１にスプライン嵌合される第３クラッチ板３２と、第４スプライン３１にスプライン係合される第４クラッチ板３３と、第３クラッチ板３２及び第４クラッチ板３３より前方に配設されるアーマチャ３４と、アーマチャ３４を後方に吸引する電磁石３５とを備える。

第１カムブロック２８は環状に形成される。第１カムブロック２８は、ボール３０を受けるための第１カム板部２８ａと、第１カム板部２８ａより外周に形成されクラッチ７を前方に押圧するための押圧部２８ｂとを備える。第１カム板部２８ａには、ボール３０を受けるための第１カム溝２８ｃが周方向に複数形成される。第１カム溝２８ｃは、それぞれ周方向に延びる三日月形に形成される。また、第１カム溝２８ｃは、中央部から両端部に向かうにつれて溝幅が狭くなると共に、溝深さが浅くなるように形成される。

第２カムブロック２９は、第１カムブロック２８より外径が小さな環状に形成される。第２カムブロック２９は、第１カム板部２８ａと対向して配置される第２カム板部２９ａと、第２カム板部２９ａの外周に設けられ前後方向に延びる筒状のスプライン基部２９ｂとを備える。第２カム板部２９ａには、ボール３０を受けるための第２カム溝２９ｃが第１カム溝２８ｃと対向して複数形成される。第２カム溝２９ｃは第１カム溝２８ｃと前後対称の形状に形成される。スプライン基部２９ｂの外周には、第４スプライン３１が形成される。

アーマチャ３４は第４スプライン３１より内径が大きな環状に形成される。アーマチャ３４は鉄等の磁性体で構成され、電磁石３５から磁力を受けたとき電磁石３５に向かって後方に吸引される。また、アーマチャ３４は、第２スプライン１８にスプライン嵌合される。

電磁石３５は、取付部材３６に取り付けられ、取付部材３６はデフケース４に固定される。電磁石３５は、電磁石収容部１４内に収容され、外部の制御装置（図示せず）により通電されることで磁界を発生させる。なお、アクチュエータ８は、これに限るものではない。アクチュエータ８は、クラッチ７を駆動できるものであればよく、電動モーター、油圧モーター、電動シリンダ、油圧シリンダ等で構成されてもよい。

次に、本実施の形態の作用について述べる。

電磁石３５に通電されないとき、クラッチ７は断状態となる。このため、プロペラシャフト２の回転駆動力は外側回転部材５のみに伝達され、内側回転部材６には伝達されない。

この状態から電磁石３５に通電されると、アーマチャ３４が後方の電磁石３５に吸引され、後方に移動される。後方に移動されたアーマチャ３４は、第３クラッチ板３２及び第４クラッチ板３３を後方に押す。これにより、第３クラッチ板３２及び第４クラッチ板３３はアーマチャ３４と後部回転部１０とに挟まれて接状態となる。第３クラッチ板３２から回転駆動力を受けた第４クラッチ板３３は、第２カムブロック２９に回転駆動力を伝達する。回転駆動力が伝達された第２カムブロック２９は、第１カムブロック２８に対して回動される。これにより、第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃが相対的に周方向に移動される。そして、ボール３０は、第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃに沿って転がることで第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃの端部に移動される。第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃは、中央部から端部に向かうにつれては溝深さが浅くなる。このため、第１カム板部２８ａは、第２カム板部２９ａに対して前方に押され、第１クラッチ板２５ａ及び第２クラッチ板２５ｂを前方に押す。これにより、第１クラッチ板２５ａ及び第２クラッチ板２５ｂは第１カムブロック２８の押圧部２８ｂとクラッチ受部２７とに挟まれて接状態となる。第１クラッチ板２５ａから回転駆動力を受けた第２クラッチ板２５ｂは、内側回転部材６に回転駆動力を伝達する。これにより、内側回転部材６は、外側回転部材５と一体的に回転され、デファレンシャルギア３の入力軸３ａに回転駆動力を伝達する。こうしてエンジン駆動力が後輪Ｒ、Ｒにも伝達され、車両Ｃは四輪駆動状態となる。

ところで、デフケース４内にはデフオイルが収容され、後部回転部１０より前方の外側回転部材５内にはクラッチオイルが収容される。デフオイルとクラッチオイルは特性、性質等が互いに異なる。このため、クラッチオイルとデフオイルが混ざることは好ましくない。しかし、本実施形態では、内側回転部材６内にその内部を仕切るプラグ２０が設けられ、内側回転部材６内がプラグ２０で液密に塞がれるため、クラッチオイルとデフオイルが混ざることを防止または抑制できる。

特に、内側回転部材６は筒状に形成され、具体的には、軸方向全長に貫通する孔６ａを有する中空軸として形成される。このため、内側回転部材６の内周面に、係合部としての第３スプライン１９をブローチ加工にて容易に加工できる。また、プラグ２０（具体的にはプラグ本体部２１の筒状部２１Ｂ）の外周に、弾性材料により形成されたシール部２２を設けたため、内側回転部材６（具体的には孔６ａのプラグ取付部６ｂ）の内周面にシール部２２を弾性的に密着させて液密シールを行い、内側回転部材６の内部を確実に仕切ることができる。よって本実施形態によれば、内側回転部材６の内周面に係合部を容易に加工でき、内側回転部材６内を確実に仕切ることができる。

また本実施形態では、シール部２２より硬質の材料により形成されたプラグ本体部２１の外周に、シール部２２を設けたため、シール部２２を裏側から強固に支持することができ、取付時にシール部２２が過剰変形しシール面圧が低下するのを抑制し、シール性を高められる。

また本実施形態では、シール部２２の外周に半径方向外側に突出するリップ部２３を設けたため、リップ部２３を内側回転部材６の内周面に密着させることでシール面圧を高め、シール性をより高められる。

また本実施形態では、リップ部２３を軸方向に複数形成したため、ラビリンス効果をも利用して、シール性を高めることができる。

また本実施形態では、リップ部２３を断面台形状に形成したので、リップ部２３の頂面を内側回転部材６の内周面に強固に面接触させることができ、シール性を高めるのに有利な構造とすることができる。また本実施形態では、プラグ本体部２１を有底筒体状に形成したので、製作が容易でありながら、シール性を高めるのに有利な高剛性のプラグ本体部２１の構造とすることができる。

ところで、本実施形態におけるデファレンシャルギア３は、駆動時の摩擦等で昇温する。この場合、デフケース４内の圧力が外側回転部材５内の圧力より高くなる。しかし、リップ部２３の両端部に形成される傾斜面のうち、後側（高圧側）の傾斜面２４ａの傾斜角度θ１が前側（低圧側）の傾斜面２４ｂの傾斜角度θ２より大きくなるように設定される。この傾斜角度θ１、θ２の違いは、リップ部２３と内側回転部材６との間に介在される油膜を後方に送る力を発生させる。そしてさらに、リップ部２３前後の傾斜角度θ１、θ２は、リップ部２３前後の圧力差で生じる力と、傾斜角度θ１、θ２の違いで発生する力とが均衡するように設定される。これにより、デフオイルが、リップ部２３と内側回転部材６の間から外側回転部材５側に漏れ出ることを防止または抑制でき、外側回転部材５内のクラッチオイルと混ざることを防止または抑制できる。

以上、本開示の基本実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。

（１）図４に示すように、プラグ２０は、底部２１Ａが前端に位置され、開口部２１Ｃが後端に位置されるよう、前後逆向きに配置されてもよい。但しこの例において、傾斜面２４ａ、２４ｂの傾斜角度θ１、θ２は前述の基本実施形態と同様である。

（２）デフケース４内より外側回転部材５内の方が圧力が高い場合、図５に示すように、リップ部４０の後側の傾斜面４１ａの傾斜角度θ１は、前側の傾斜面４１ｂの傾斜角度θ２より小さくなるように設定されるとよい。なお図５に示すプラグ２０の向きは前述の基本実施形態と同様であるが、逆向きに変更してもよい。

（３）前述の基本実施形態では内側回転部材６を入力軸３ａの外周にスプラインにより係合させた。しかし係合方法は他の方法でもよい。例えばセレーション、キーとキー溝の組み合わせ、歯車、または角軸と角穴の組み合わせ等の様々な同軸接続構造により係合させてもよい。

（４）前述の基本実施形態のカップリング装置１は、ＦＦ車ベースのパートタイム４ＷＤ車において、駆動軸たるプロペラシャフト２の回転駆動力を、デファレンシャルギア３の入力軸３ａに選択的に伝達するよう適用された。しかしながら、本開示に係るカップリング装置の用途はこれに限定されない。駆動軸の回転駆動力を何等かの入力軸に選択的に伝達したい場合、本開示に係るカップリング装置は好適に使用可能である。それ故、本開示に係るカップリング装置は、車両以外の分野にも適用可能である。

（５）また、上記各数値はあくまで例示であり、適宜変更可能である。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ カップリング装置
２ 駆動軸
３ａ 入力軸
５ 外側回転部材
６ 内側回転部材
７ クラッチ
８ アクチュエータ
２０ プラグ
２２ シール部

Claims (8)

1. 駆動軸に接続される中空の外側回転部材と、前記外側回転部材内に同軸にかつ回転自在に支持され、入力軸の外周に係合される筒状の内側回転部材と、前記外側回転部材を前記内側回転部材に断接可能に接続するクラッチと、前記クラッチを駆動させるアクチュエータとを備え、
   前記内側回転部材内には、その内部を仕切るプラグが設けられ、
   前記プラグは、その外周に、弾性材料により形成されたシール部を備えることを特徴とするカップリング装置。
2. 前記プラグは、前記シール部より硬質の材料により形成されたプラグ本体部をさらに備え、前記シール部は、前記プラグ本体部の外周に設けられる請求項１に記載のカップリング装置。
3. 前記プラグ本体部は、有底筒体状に形成される請求項２に記載のカップリング装置。
4. 前記シール部は、その外周に、半径方向外側に突出するリップ部を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のカップリング装置。
5. 前記リップ部は、軸方向に複数形成される請求項４に記載のカップリング装置。
6. 前記リップ部は、断面台形状に形成される請求項４または５に記載のカップリング装置。
7. 前記リップ部の軸方向の両端に傾斜面が形成され、両方の前記傾斜面は、互いに異なる傾斜角度に形成され、高圧側の前記傾斜面の傾斜角度は、低圧側の前記傾斜面の傾斜角度より大きくされる請求項６に記載のカップリング装置。
8. 前記高圧側の傾斜面の傾斜角度は６０°以上９０°以下に設定され、前記低圧側の傾斜面の傾斜角度は３０°以上６０°以下に設定された請求項７に記載のカップリング装置。

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