JP3594652B2

JP3594652B2 - ハブクラッチ装置

Info

Publication number: JP3594652B2
Application number: JP14943194A
Authority: JP
Inventors: 健一郎伊藤; 勲堀
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JPH0811566A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、４輪駆動車の前輪車軸とホイールハブとの間で駆動力の伝達と遮断を切換えるハブクラッチ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
４輪駆動車において、前後輪を直結した状態のまま舗装道路のタイトコーナー等を旋回した場合、前輪と後輪間の旋回半径の違いによりブレーキ現象が生じ、前後輪間にスリップ現象が発生する不具合がある。
【０００３】
このような不具合に対処したものとして、本出願人が特願平５−１３８３５７号又は特願平５−１３８３０８号により提案したハブクラッチ装置がある。
【０００４】
この提案の装置は、図１６に示すように、前輪車軸３に連結する駆動部材８１とホイールハブ５に連結する従動部材８２との間に、保持部材８３で保持される複数の係合子８４を組込み、その係合子８４の保持部材８３に正逆方向の回転力を与える回転力付与手段８５、８６を連結して構成されており、その回転力付与手段８５、８６により保持部材を駆動部材に対して相対回転させることにより、係合子８４を駆動部材８１と従動部材８２間の係合作動位置に移動させるようになっている。
【０００５】
このような提案の装置では、機械式クラッチのもつ係合状態とフリーランニング状態の切換え特性を利用し、前輪の回転数が駆動軸の回転を上回った時に両者の連結を切離するため、４輪直結状態でのタイトコーナー・ブレーキング現象の発生を防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記提案のハブクラッチ装置を４輪駆動車に装着して走行した場合、エンジンブレーキを使った走行時においても前輪の回転が駆動軸の回転を上回るとフリーランニングが作用し、前輪が駆動系から切離される。このため、後輪だけが車両のエンジンや駆動系に連結することになり、後輪からのみエンジンブレーキが作用する状態になる。
【０００７】
このような後輪だけのエンジンブレーキ状態は、舗装道路等の高い摩擦係数をもつ路面上の走行中は問題にならないが、雪道やアイスバーンなどの摩擦係数の低い路面ではブレーキ力が不足する場合がある。すなわち、摩擦係数の低い路面上で後輪のみのエンジンブレーキで走行すると、タイヤがロックしやすくなり、このタイヤのロックによって車体の後部が振られることがあり、４輪駆動車としての走行能力を充分に発揮できない問題がある。
【０００８】
そこで、この発明は、上記の問題を解決し、機械式クラッチのフリーランニング機能を任意に停止でき、必要に応じて前輪と後輪のエンジンブレーキを共に作用させることができるハブクラッチ装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は、前輪車軸に連結する駆動部材と、ホイールハブに連結する従動部材とを内外に回転可能に嵌合させ、その駆動部材と従動部材の間に、駆動部材と従動部材が正逆方向に回転した時にその両部材と係合する複数の係合子と、その各係合子を円周方向に所定間隔で保持する保持器とを組込み、上記保持器に回転力付与手段を連結し、その回転力付与手段により保持器を駆動部材に対して正逆方向に相対回転させて各係合子を駆動部材と従動部材間の係合作動位置に移動させるハブクラッチ装置において、従動部材の端部に、装置外部から操作可能な切換えレバーを設け、従動部材と保持器の間に、上記切換えレバーの操作によって従動部材と保持器を結合又は切離した状態にする結合手段を設けたのである。
【００１０】
ここで、上記構造において、切換えレバーを回動操作可能なものとし、結合手段を、従動部材と保持器の間で一方に噛み合いつつ他方に向かって接近離反する摩擦部材と、切換えレバーの回転を摩擦部材の接近離反運動に変換する変換機構とから形成することができる。
【００１１】
また、上記切換えレバーは、駆動部材と従動部材の嵌合部を覆う大きさで形成してもよい。
【００１２】
さらに、上記の構造において、従動部材とホイールハブの連結部に回転方向遊びを設け、その回転方向遊びを、各係合子が正逆方向の係合作動位置間を移動する距離よりも大きく設定するようにしてもよい。
【００１３】
【作用】
上記の構造においては、切換えレバーを操作し、従動部材と保持器を切離した状態におくと、機械式クラッチの係合とフリーランニング機能が作動し、前輪と駆動系の回転差に応じて両者の係合と離脱を切換えることができる。
【００１４】
一方、結合手段により従動部材と保持器を連結した状態にすると、従動部材の回転によって保持器が回されて係合子が、係合位置に移動し、駆動部材と従動部材を一体化する。これにより、駆動系を介して４輪が直結した状態になり、前輪と後輪から駆動系にトルクが入力され、４輪で同時にエンジンブレーキを効かせることができる。
【００１５】
なお、切換えレバーが駆動部材と従動部材の嵌合部を覆うように形成すると、その切換えレバーを嵌合部に対する保護部材やシール部材として機能させることができる。
【００１６】
【実施例】
図１乃至図９は、この発明の第１の実施例を示している。
図１は、回転伝達装置を車両の前輪車輪に装着した状態を示しており、前輪車軸３には、車体に固定されるナックル４が嵌合し、そのナックル４に、軸受を介してホイールハブ５が回転可能に支持されている。
【００１７】
上記前輪車軸３の先端部には、図２に示すように、セレーション溝６の嵌め合いによって、回転伝達装置Ａの駆動部材である内輪２が一体に取付けられ、その内輪２の外側に、外輪１が回転可能に嵌合している。
【００１８】
この外輪１は、複数のボルト９によりホイールハブ５の端面に固定されている。
【００１９】
また、上記外輪１の内径面と内輪２の外径面には、図５及び図８に示すように、同芯の円筒面１０、１１が形成され、その両円筒面１０、１１の間に、大径保持器１２と小径保持器１３が組込まれている。
【００２０】
上記大径保持器１２は、後端部に延長腕１４が一体に形成され、その延長腕１４が軸受の案内により外輪１と内輪２に対して回転自在に支持されている。
【００２１】
一方、小径保持器１３は、前端部に、内径側に向かって屈曲する屈曲部１５が形成され、その屈曲部１５が内輪２の端面にすべり回転可能に接触しており、この屈曲部１５と止め輪１７との間に、圧着バネ１６が組込まれている。この圧着バネ１６は、屈曲部１５を内輪２の端面に向かって圧着しており、その押圧力によって生じる摩擦力により小径保持器１３を内輪２に固着している。
【００２２】
上記大径保持器１２と小径保持器１３の周面には、径方向に対向して複数のポケット１８、１９が形成され、その各ポケット１８、１９に、係合子としてのスプラグ２０と、スプラグ２０を保持するバネ２１とが組込まれている。
【００２３】
このスプラグ２０は、外径側と内径側に、スプラグの中央線上に曲率中心をもつ円弧面２２、２２ａが形成され、左右の両方向に所定角度傾くと両円筒面１０、１１と係合し、外輪１と内輪２を一体化する。また、バネ２１は、大径保持器１２に一端が支持されてスプラグ２０を両側から押圧し、各スプラグ２０を円筒面１０、１１と係合する位置に保持している。
【００２４】
上記小径保持器１３の周面には、図６に示すようにストッパピン２３が取付けられ、そのストッパピン２３が大径保持器１２に設けた角孔２４に嵌合しており、この角孔２４の周壁とピン２３との間に回転方向すき間Ｘが設けられている。
【００２５】
また、上記大径保持器１２及び小径保持器１３の周面には、それぞれ径方向に貫通するスリット２５、２６が形成され、そのスリット２５、２６に、Ｃ字形のリング形状をしたスイッチバネ７の両端部が係合している。このスイッチバネ７は、大径保持器１２に対して一方の回転力付与手段となるものであり、図５に示すように周方向に縮められた状態でセットされ、一端の爪部を大径保持器１２に、他端の爪部を小径保持器１３に押し付けて取付けられており、そのバネ力によって両保持器１２、１３に円周方向の力を与えている。
【００２６】
ここで、上記ストッパピン２３と角孔２４の間の回転方向すき間Ｘは、図８及び図９に示すようにスプラグ２０が傾いて円筒面１０、１１に噛み合い状態となる大きさに設定されており、上記スイッチバネ７のバネ力により、両保持器１２、１３とスプラグ２０は、回転の一方向の噛み合い位置でスタンバイの状態となっている。
【００２７】
一方、大径保持器１２の後端側には、クラッチバネ２７を介して回転力付与手段８が連結されている。この回転力付与手段８は、図２に示すように、内輪２に抜け止めされた入力リング２８の外側に抵抗体ケース２９を配置し、その入力リング２８と抵抗体ケース２９に軸方向に対向するフランジ３０、３１を形成している。
【００２８】
上記抵抗体ケース２９は、ナックル４の先端部にキー３２を介して軸方向にスライド可能な状態で回り止めされている。
【００２９】
また、上記入力リング２８のフランジ３０の両側には抵抗体３４が挿入され、そのフランジ３０を、フランジ３０と止め輪３５との間に組込んだ皿バネなどの弾性部材３３により軸方向に押圧し、抵抗体ケース２９のフランジ３１に向かって圧着させている。
【００３０】
上記弾性部材３３のバネ力は、圧着によって入力リング２８のフランジ３０の摺接部に所定の摩擦力を生じさせる大きさに設定され、この摩擦力により大径保持器１２と一体に回転しようとする入力リング２８に対してその回転を遅れさせる減速力を与えている。ここで、入力リング２８に加えられる減速力は、スイッチバネ７のバネ力によって大径保持器１２に加わる回転力よりも大きくなるように設定されている。
【００３１】
上記回転力付与手段８と大径保持器１２の間に配置されるクラッチバネ２７は、図２及び図７に示すように、入力リング２８と大径保持器１２の延長腕１４とをまたぐように巻きコイルを連続させたコイルバネで形成され、そのコイルバネの一端が入力リング２８の孔２８ａに係合している。また、コイルバネの他端側の巻きコイルは、大径保持器１２の延長腕１４に弱い締まり嵌め状態で嵌合しており、大径保持器１２が巻きコイルを締め込む方向に回転すると、コイルバネが大径保持器１２に締まり込むようになっている。
【００３２】
上記クラッチバネ２７では、内輪２を介して大径保持器１２が図７の矢印イ方向に回転すると、クラッチバネ２７が締まり込んで大径保持器１２と入力リング２８を一体化し、逆に、大径保持器１２が図７の矢印ロ方向に回転すると、クラッチバネ２７の巻きコイルが緩み、大径保持器１２と入力リング２８を切離すように設定されている。
【００３３】
上記のような構造において、外輪１と内輪２の前端部には、図２乃至図４に示すように、回転操作可能な切換えレバー３６が取付けられている。この切換えレバー３６は、円板部３７と、その円板部３７にビス止めされるねじ環部３８とから成り、そのねじ環部３８が、外輪１の内径側に嵌入し、内輪２の先端部にメタル軸受３９を介して支持されている。
【００３４】
また、円板部３７は、外輪１とねじ環部３８の嵌合部を覆う大きさで形成されており、その円板部３７の背面と外輪１の端面の間に、上記嵌合部の外周をめぐるシールリング４０が組込まれている。これにより、上記円板部３７は、ハブクラッチ装置Ａの先端を外力から保護する保護キャップとしての機能と、装置内部への泥水や塵芥等の侵入を防ぐシール材の機能を併わせもっている。
【００３５】
上記ねじ環部３８の外周面には、ねじ部４１が形成され、そのねじ部４１に摩擦部材４２が取付けられている。この摩擦部材４２は、ねじ部４１に螺合するスライダ４３と、そのスライダ４３に弾性材４４を介して連結する接触子４５とから成り、その接触子４５が大径保持器１２の先端面に向かい合っている。
【００３６】
また、上記スライダ４３は、外周面に軸方向に延びる案内溝４６が形成され、その案内溝４６に、外輪１の先端から圧入されたピン４７が噛み合っている。
【００３７】
この構造では、切換えレバー３６が回転すると、スライダ４３が、ねじ部４１による推進力と、ピン４７に対する案内溝４６の案内により軸方向にスライドし、接触子４５が大径保持器１２に向かって接近離反する。この場合、ねじ部４１と案内溝４６及びピン４７が、切換えレバー３６の回転を摩擦部材４２に接近離反運動に変換する変換機構を構成する。
【００３８】
また、上記接触子４５は、図３（ｂ）のように大径保持器１２に接触すると、弾性材４４の弾性力により大径保持器１２に強く圧着した状態になる。この接触子４５が圧着した状態では、摩擦部材４２全体がピン４７によって外輪１に噛み合っているため、その摩擦部材４２を介して大径保持器１２と外輪１が連結され、一体で共回りする状態になる。
【００３９】
一方、切換えレバー３６の円板部３７の外側端面には、図４に示すように、操作用の凸溝４８と操作マーク４９が設けられており、これに対して外輪１の端面には、摩擦部材４２が大径保持器１２と外輪１を一体に連結する回動位置と、互いを切離す回動位置とに対応させて、それぞれ「ロック」マークと「フリー」マークが設けられている。また、図２に示すように、外輪１の端面には、上記「ロック」マークと「フリー」マークの位置に対応させて複数の凹所５０が形成され、その各凹所５０に切換えレバー３６の内部に組込んだボール５１が入り込み、切換えレバー３６をロック位置とフリー位置に保持するようになっている。
【００４０】
この実施例のハブクラッチ装置は、上記のような構造であり、図１に示すように内輪２を前輪車軸３に連結し、外輪１とホイールハブ５を連結して装着するが、この場合、車両の前進走行時における内輪２の回転方向が、クラッチバネ２７が切れる方向（図７の矢印ロ方向）に一致し、後退時における回転方向が、クラッチバネ２７の噛み込む方向（図７の矢印イ方向）に一致するように設定する。
【００４１】
いま、大きなエンジンブレーキを必要としない通常の走行を行なう場合は、図４において切換えレバー３６を「フリー」の位置にセットし、図３（ａ）に示すように、摩擦部材４２と大径保持器１２を離反させて、外輪１と大型保持器１２を切離した状態におく。
【００４２】
上記の装着状態で自動車が前進走行すると、前輪車軸３の駆動により内輪２が回転を始め、その内輪２とほぼ一体になった小径保持器１３が同時に回転を始める。また、大径保持器１２は、スイッチバネ７の付勢力によって回転するが、この回転方向ではクラッチバネ２７が空転状態になるため、回転力付与手段８の入力リング２８は、抵抗体ケース２９と共に停止状態におかれる。
【００４３】
上記とは逆に、自動車が後退する場合は、内輪２と小径保持器１３が回転を始め、大径保持器１２は、スイッチバネ７の付勢力により小径保持器１３と同時に回転するが、この回転方向はクラッチバネ２７がロック状態となるため、大径保持器１２と入力リング２８が一体に回転する。このとき、入力リング２８に加わる減速力を、スイッチバネ７による回転力よりも大きく設定してあるので、大径保持器１２は減速し、スプラグ２０を上記とは反対方向に傾かせて係合状態でスタンバイさせる。その後は、回転力付与手段８からの回転抵抗を受けながら大径保持器１２が回転し、スプラグ２０のスタンバイ状態を保持する。
【００４４】
図８のようにスプラグ２０が係合位置にスタンバイした状態では、自動車がスリップせずに前進又は後退している間は、外輪１と内輪２が同速度で回転し、スプラグ２０がスタンバイ状態で維持されるため、内輪２から外輪１に駆動力が伝わらず、後輪だけの２輪走行になる。
【００４５】
また、自動車が旋回して舵角をもつと、前輪に連結する外輪１が内輪２よりも速く回転するため、外輪１がスプラグ２０に対してフリーランニングする。このため、前輪と後輪は切り離されて回転し、タイトコーナでのブレーキング現象が生じない。
【００４６】
一方、長い下り坂や雪道等の走行で大きなエンジンブレーキを必要とする場合は、図４において切換えレバー３６を回転操作して「ロック」の位置にセットし、図３（ｂ）に示すように、摩擦部材４２を大径保持器１２に圧着させて外輪１と大径保持器１２を一体に連結する。
【００４７】
これにより、スプラグ２０が図８のようにフリーランニングの状態にあった場合でも、大径保持器１２の回転によってスプラグ２０は、図９に示すように傾き方向を変えて内外輪１、２の円筒面１０、１１に係合し、外輪１と内輪２が噛み合ってフリーランニングを停止する。これによって、外輪１から前輪車軸３にトルクを伝達することが可能となり、前輪と後輪の両方でエンジンブレーキを効かすことができ、充分なブレーキ力を発揮することができる。
【００４８】
図１０乃至図１１は第２の実施例を示している。
この例では、外輪１の前端部１ａをメタル軸受３９を介して直接内輪２の端部に支持し、その前端部１ａの中央に、切換えレバー６１を回転可能に取付けている。
【００４９】
また、切換えレバー６１と外輪１の前端部１ａの間にカム板６２を設け、そのカム板６２と切換レバー６１の各対向面に、それぞれ軸方向に突出するカム面６３、６４を形成している。このカム面６３、６４は、カム板６２に組込んだバネ６５の弾性によって常に圧着された状態になっている。
【００５０】
また、上記カム板６２には、弾性材６６を介して押圧ピン６８が取付けられ、その押圧ピン６８が、外輪１の前端部１ａに設けた貫通穴７０にスライド可能に嵌入しており、外輪１の内部には、押圧ピン６８と大径保持器１２の間でスライドする接触子６９が組込まれている。
【００５１】
上記の構造では、押圧ピン６８と接触子６９が摩擦部材６７を構成し、切換えレバー６１を回転操作すると、カム面６３、６４同士の係合によりカム板６２が軸方向に移動し、押圧ピン６８の押し出しによって接触子６９が大径保持器１２に圧着する。この状態では、接触子６９に対して押圧ピン６８と大径保持器１２が圧着し、その押圧ピン６８が外輪１と一体に回転するため、外輪１と大径保持器１２が共回り状態に連結する。この構造においては、カム面６３、６４とカム板６２が、切換えレバー６１の回転を摩擦部材６７の接近離反運動に変換する変換機構を構成する。
【００５２】
図１４及び図１５は第３の実施例を示す。
この例の基本的な構造は、前述した第１の実施例と同じであり、異なる点は、外輪１の外側に外筒７１を嵌合させ、その外筒７１をホイールハブ５に固定した点にある。
【００５３】
また、上記外筒７１の内径面に、円周方向に複数の溝７２を形成し、その各溝７２に、外輪１の外径面に設けた突起７３を入り込ませており、この溝７２と突起７３の間に回転方向遊びＹ（Ｙ＝Ｙ_１＋Ｙ_２）を設けている。この回転方向遊びＹは、図６においてストッパピン２３と角孔２４間に設けた回転方向すき間Ｘより大きく（Ｙ＞Ｘ）設定され、各スプラグ２０が前進後退方向の係合作動位置間を移動する距離よりも大きく設定されている。
【００５４】
このように、外輪１をホイールハブ５に直接固定せず、回転方向遊びＹをもってトルク伝達をするようにしたことは、前輪車軸３とホイールハブ５の間に回転方向遊びを設けたことと同じであり、次のような働きがある。
【００５５】
車両を前進走行後、坂道等に停止させると、スプラグ２０は前進方向でスタンバイ状態となるが、車両が坂道の傾きによって自然に後退した場合、前輪車軸３が停止した状態でホイールハブ５だけが後退方向に回転する。このときスプラグ２０は前進方向にスタンバイ状態のまま回されるために、その状態でハンドル操作等した場合に、タイトコーナーのブレーキング現象が発生する。
【００５６】
これに対して、外輪１とホイールハブ５の間（すなわち、車軸３とホイールハブ５の間）に回転方向遊びＹがあると、停止した車軸３に対してホイールハブ５が後退回転しても、その遊びＹの分だけホイールハブ５が回転する間に前輪車軸３がプロペラシャフトにより回されるため、スプラグ２０は前進方向のスタンバイ状態から後退方向のスタンバイ状態に切換わる。したがって、外輪１がスプラグ２０に対してオーバーランニング可能となり、上記のようなタイトコーナーのブレーキング現象の発生が防止される。
【００５７】
なお、上記の第１乃至第３の各実施例では、外輪と内輪を係合する係合子として正逆方向に係合するスプラグを示したが、回転の一方向だけに係合するスプラグを左右対称に配列して使用するようにしてもよい。
【００５８】
【効果】
以上のように、この発明は、従動部材と保持部材を結合可能とし、クラッチのフリーランニングを停止できるようにしたので、従動部材から駆動部材に向かって逆方向にトルクを伝達することができる。このため、このハブクラッチ装置を４輪駆動車の前輪ハブと駆動経路間に組込めば、フルタイルで直結型の４輪駆動を可能にすると共に、必要に応じて前輪と後輪の両方でエンジンブレーキを作用させることができ、大きな走破能力を発揮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】４輪駆動車に対する回転伝達装置の装着例を示す一部縦断面図
【図２】第１の実施例の回転伝達装置を示す縦断面図
【図３】（ａ）は摩擦部材と大径保持器の離反状態を示す断面図、（ｂ）は圧着状態を示す断面図
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線からみた図
【図５】図２のＶ−Ｖ線の断面図
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線の断面図
【図７】（ａ）はクラッチバネを示す正面図、（ｂ）はその縦断面図
【図８】スプラグの前進係合状態とフリーランニング状態を示す断面図
【図９】スプラグの後退係合状態とフリーランニングを停止した状態を示す断面図
【図１０】第２の実施例を示す縦断面図
【図１１】同上の要部を拡大して示す図
【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線からみた側面図
【図１３】同上の切換えレバーとカム板を示す斜視図
【図１４】第３の実施例を示す縦断面図
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線の断面図
【図１６】従来例を示す縦断面図
【符号の説明】
１外輪
２内輪
３前輪車軸
４ナックル
５ホイールハブ
７スイッチバネ
８回転力付与手段
１２大径保持器
１３小計保持器
２０スプラグ
２７クラッチバネ
３６切換えレバー
４１ねじ部
４２摩擦部材
４３スライダ
４５接触子
６１切換えレバー
６２カム板
６７摩擦部材
６８押圧ピン
６９接触子
７１外筒
Ａハブクラッチ装置

Claims

前輪車軸に連結する駆動部材と、ホイールハブに連結する従動部材とを内外に回転可能に嵌合させ、その駆動部材と従動部材の間に、駆動部材と従動部材が正逆方向に回転した時にその両部材と係合する複数の係合子と、その各係合子を円周方向に所定間隔で保持する保持器とを組込み、上記保持器に回転力付与手段を連結し、その回転力付与手段により保持器を駆動部材に対して正逆方向に相対回転させて各係合子を駆動部材と従動部材間の係合作動位置に移動させるハブクラッチ装置において、上記従動部材の端部に、装置外部から操作可能な切換えレバーを設け、上記切換えレバーの操作によって従動部材と保持器を結合又は切離し状態にする結合手段を上記従動部材と保持器の間に設け、上記切換えレバーを回動操作可能なものとし、上記結合手段を、従動部材と保持器の間で一方に噛み合いつつ他方に向かって接近離反する摩擦部材と、切換えレバーの回転を摩擦部材の接近離反運動に変換する変換機構とから形成し、上記従動部材とホイールハブの連結部に回転方向遊びを設け、その回転方向遊びを、各係合子が正逆方向の係合作動位置間を移動する距離よりも大きく設定したことを特徴とするハブクラッチ装置。
上記切換えレバーを、駆動部材と従動部材の嵌合部を覆う大きさで形成したことを特徴とする請求項１に記載のハブクラッチ装置。