JP7236871B2 - フリーホイールハブ - Google Patents

Description

この発明は、パートタイム４輪駆動車に用いられるフリーホイールハブに関する。

２輪駆動と４輪駆動を切り換えることが可能なパートタイム４輪駆動車が知られている。パートタイム４輪駆動車は、通常走行時は、後輪のみを駆動する２輪駆動で走行し、雪道等の悪路を走行するときは、前輪と後輪の両方を駆動する４輪駆動で走行することができる車両である。

このパートタイム４輪駆動車は、前輪のホイールが取り付けられるハブとして、フリーホイールハブが用いられることが多い。フリーホイールハブは、前輪の車軸と前輪の間で回転を伝達するロック状態と、前輪の車軸と前輪の間の回転の伝達を遮断するフリー状態とを切り換えることが可能なハブである。このフリーホイールハブを用いると、２輪駆動時は、フリーホイールハブをフリー状態にすることで、前輪から車軸に回転が伝達するのを防止し、車軸が回転することによるエネルギー損失を減少させることが可能となる。

フリーホイールハブとして、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１のフリーホイールハブは、車軸に対して相対回転可能に支持されるハブと、車軸とハブの間で回転を伝達するロック位置と車軸とハブの間の回転の伝達を遮断するフリー位置との間で軸方向に移動可能に支持されたスライドギヤと、スライドギヤをロック位置とフリー位置との間で軸方向に移動させる軸方向駆動機構とを有する。

ここで、軸方向駆動機構は、軸方向に固定して配置された固定ヨークと、固定ヨークと軸方向に対向して配置された可動ヨークと、可動ヨークを固定ヨークに吸着させるように可動ヨークと固定ヨークの対向面間に組み込まれた永久磁石と、可動ヨークを固定ヨークから引き離す方向に可動ヨークを付勢するスプリングと、エア圧により可動ヨークを軸方向に駆動するダイヤフラムと、可動ヨークとスライドギヤを連結する連結部材とを有する。

このフリーホイールハブは、ダイヤフラムの駆動力によって、スライドギヤをフリー位置からロック位置に軸方向に移動させたり、ロック位置からフリー位置に軸方向に移動させたりすることが可能となっている。そして、スライドギヤがロック位置にあるときは、スプリングの付勢力で、スライドギヤがロック位置に保持される。一方、スライドギヤがフリー位置にあるときは、永久磁石が可動ヨークを吸着する力で、スライドギヤがフリー位置に保持される。

このように、上記フリーホイールハブにおいて、ダイヤフラムでスライドギヤを駆動する必要があるのは、スライドギヤをフリー位置とロック位置の間で軸方向に移動させるときのみであり、スライドギヤがいったんフリー位置からロック位置まで移動した後は、ダイヤフラムによる駆動力を解除しても、スライドギヤは、スプリングの付勢力によってロック位置に保持され、同様に、スライドギヤがいったんロック位置からフリー位置まで移動した後は、ダイヤフラムによる駆動力を解除しても、スライドギヤは、永久磁石の吸着力によってフリー位置に保持される。

特開平１０－２７８６２１号公報

発明者らは、特許文献１のフリーホイールハブを用いたパートタイム４輪駆動車で悪路を走行することを想定し、フリーホイールハブの評価試験を社内で行なった。その結果、フリーホイールハブのスライドギヤがフリー位置にある状態（すなわち２輪駆動で走行している状態）において、強い振動がフリーホイールハブに加わったときに、スライドギヤをダイヤフラムで駆動していないにもかかわらず、何らかの原因で、スライドギヤがフリー位置からロック位置に移動してしまい、車軸とハブの間で回転が伝達されるおそれがあることが分かった。

そこで、発明者らは、強い振動がフリーホイールハブに加わったときに、スライドギヤがフリー位置からロック位置に移動してしまう原因を調査したところ、以下のことが分かった。

すなわち、上記のフリーホイールハブにおいて、可動ヨークがダイヤフラムで軸方向に駆動されたときに、可動ヨークと共にスライドギヤが移動するようにするため、可動ヨークとスライドギヤは連結部材を介して連結され、連結部材とスライドギヤは軸方向に共に移動するように互いに係合している。ここで、スライドギヤがフリー位置にあるときに、可動ヨークとスライドギヤの回転差を吸収する必要があることから、連結部材とスライドギヤの係合は、連結部材とスライドギヤの相対回転を許容するように、軸方向のガタを有する係合とされている。このガタの大きさは、連結部材の製造時の寸法誤差を考慮して２ｍｍ程度とされている。

一方、スライドギヤがフリー位置にあるとき、可動ヨークは永久磁石によって固定ヨークに吸着され、その吸着力によってスライドギヤはフリー位置に保持されているが、このとき、スライドギヤは、連結部材とスライドギヤの間に設けられた２ｍｍ程度の大きさのガタに相当する分、軸方向に移動可能な状態となっている。そのため、強い振動がフリーホイールハブに加わると、その振動によってスライドギヤが軸方向に移動し、スライドギヤの慣性力によって、可動ヨークが固定ヨークからわずかに離反する可能性が生じる。ここで、永久磁石の磁力によって可動ヨークが固定ヨークに引き寄せられる力は、可動ヨークが固定ヨークに吸着された状態では最大の大きさであるが、可動ヨークが固定ヨークからわずかでも離れると、急速に減少する傾向がある。そのため、連結部材とスライドギヤの間のガタの範囲で移動するスライドギヤの慣性力によって、可動ヨークが固定ヨークからわずかに離反したときに、スプリングの付勢力によって可動ヨークがフリー位置からロック位置に移動してしまうおそれがあることが分かった。

この発明が解決しようとする課題は、強い振動が加わったときにも、安定した動作を得ることが可能なフリーホイールハブを提供することである。

上記課題を解決するため、この発明では、以下の構成のフリーホイールハブを提供する。
車軸に対して相対回転可能に支持されるハブと、
前記車軸と前記ハブの間で回転を伝達するロック位置と、前記車軸と前記ハブの間の回転の伝達を遮断するフリー位置との間で軸方向に移動可能とされた環状のスライドギヤと、
前記スライドギヤを前記ロック位置と前記フリー位置との間で軸方向に移動させる軸方向駆動機構と、を有し、
前記軸方向駆動機構は、
軸方向に固定して配置された固定ヨークと、
前記固定ヨークと軸方向に対向して配置された可動ヨークと、
前記可動ヨークを前記固定ヨークに吸着させるように前記可動ヨークと前記固定ヨークの対向面間に組み込まれた永久磁石と、
前記可動ヨークを前記固定ヨークから引き離す方向に前記可動ヨークを付勢するスプリングと、
エア圧により前記可動ヨークを軸方向に駆動するダイヤフラムと、
前記可動ヨークが前記固定ヨークに吸着されたときに前記スライドギヤが前記フリー位置に移動し、前記可動ヨークが前記固定ヨークから離反したときに前記スライドギヤが前記ロック位置に移動するように前記可動ヨークと前記スライドギヤを連結する連結部材と、を有し、
前記連結部材と前記スライドギヤは、両者が軸方向に共に移動するように互いに係合し、その係合が、前記連結部材と前記スライドギヤの相対回転を許容するように軸方向のガタＴを有する係合とされているフリーホイールハブにおいて、
前記軸方向のガタＴの大きさを、０ｍｍ＜Ｔ≦１．５ｍｍの範囲に設定したことを特徴とするフリーホイールハブ。

このようにすると、フリーホイールハブに加わる振動によってスライドギヤが軸方向に移動したときにも、スライドギヤの移動距離が小さいため、スライドギヤの慣性力は小さいものとなり、スライドギヤの慣性力によって可動ヨークが固定ヨークから離反するのを防止することができる。そのため、強い振動がフリーホイールハブに加わったときにも、可動ヨークがフリー位置からロック位置に移動してしまう事態を防ぐことができ、安定した動作を得ることが可能である。

上記のフリーホイールハブは、以下の構成を加えることができる。
前記連結部材は、前記スライドギヤの軸方向外端と軸方向に対向するフランジ部と、前記フランジ部の外周から軸方向内側に折り曲げて形成され、前記スライドギヤの外周に沿って軸方向に延びる外筒部と、前記外筒部の軸方向内端から前記外筒部の内径側に折り返して形成された内筒部とを有するプレス成形品であり、
前記スライドギヤの外周には、前記内筒部の軸方向外端に係止する止め輪と、前記止め輪を収容する円周溝とが設けられ、
前記軸方向のガタＴは、前記止め輪が前記内筒部の軸方向外端で係止されることでスライドギヤの軸方向内方への移動が規制されたときの、前記スライドギヤの軸方向外端と前記フランジ部の軸方向内面との間の軸方向距離である。

すなわち、連結部材として、スライドギヤの軸方向外端と軸方向に対向するフランジ部と、フランジ部の外周から軸方向内側に折り曲げて形成され、スライドギヤの外周に沿って軸方向に延びる外筒部と、外筒部の軸方向内端から外筒部の内径側に折り返して形成された内筒部とを有するプレス成形品を採用する場合、プレス成形の寸法精度を考慮して、スライドギヤの軸方向のガタＴは２ｍｍ程度とすることが一般的であるが、ここでは、スライドギヤがガタＴの範囲で移動して生じる慣性力を低減するため、スライドギヤの軸方向のガタＴが１．５ｍｍ以下の範囲になるよう、プレス成形の寸法精度を管理している。

前記スライドギヤの外周面と前記円周溝の軸方向外側の側面とが交差する角に面取りを形成する場合、面取り寸法は、一般に０．５ｍｍ以上とされるが、ここでは、その面取りの寸法を０．３ｍｍ以下に設定している。

このようにすると、前記止め輪が前記内筒部の軸方向外端で係止されることでスライドギヤの軸方向内方への移動が規制されたときの、前記スライドギヤの軸方向外端と前記フランジ部の軸方向内面との間の軸方向距離（軸方向のガタＴ）を、効果的に小さくすることが可能となる。

この発明のフリーホイールハブは、フリーホイールハブに加わる振動によってスライドギヤが軸方向に移動したときにも、スライドギヤの移動距離が小さいため、スライドギヤの慣性力は小さいものとなり、スライドギヤの慣性力によって可動ヨークが固定ヨークから離反するのを防止することができる。そのため、強い振動がフリーホイールハブに加わったときにも、可動ヨークがフリー位置からロック位置に移動してしまう事態を防ぐことができ、安定した動作を得ることが可能である。

この発明の実施形態のフリーホイールハブが用いられるパートタイム４輪駆動車を模式的に示す図 この発明の実施形態のフリーホイールハブの断面図 図２のスライドギヤの近傍の拡大断面図 図３のスライドギヤがフリー位置からロック位置に移動した状態を示す図 図３に示す止め輪の近傍の拡大断面図 図５に示すスライドギヤが軸方向のガタＴの分だけ軸方向内方に移動した状態を示す拡大断面図 スライドギヤの軸方向のガタＴの大きさと、スライドギヤがフリー位置からロック位置に移動する現象が起きる加速度（耐加振加速度）との対応関係を示す図

図１に、この発明の実施形態のフリーホイールハブ１が用いられるパートタイム４輪駆動車を模式的に示す。このパートタイム４輪駆動車は、エンジン２と、エンジン２から入力される回転を変速して出力するトランスミッション３と、トランスミッション３から入力される回転をフロントプロペラシャフト４とリアプロペラシャフト５とに分配して出力するトランスファ６とを有する。

トランスファ６は、トランスファレバー７の操作に応じて、トランスミッション３から入力される回転をフロントプロペラシャフト４には出力せずにリアプロペラシャフト５のみに出力する２輪駆動状態と、トランスミッション３から入力される回転をフロントプロペラシャフト４とリアプロペラシャフト５の両方に出力する４輪駆動状態とを切り換える切換機構８を有する。

リアプロペラシャフト５は、リアディファレンシャル９に接続されている。リアディファレンシャル９は、リアプロペラシャフト５から入力される回転を左右一対の車軸１０に分配して伝達する差動装置である。左右一対の車軸１０は、それぞれ左右一対の後輪１１と一体に回転するように各後輪１１に接続されている。フロントプロペラシャフト４は、フロントディファレンシャル１２に接続されている。フロントディファレンシャル１２は、フロントプロペラシャフト４から入力される回転を左右一対の車軸１３に分配して伝達する差動装置である。左右一対の車軸１３は、それぞれフリーホイールハブ１を介して左右一対の前輪１４に接続されている。

フリーホイールハブ１は、トランスファレバー７の操作によりトランスファ６が４輪駆動状態に切り換えられたときは、これに連動して、車軸１３と前輪１４の間で回転を伝達するロック状態に切り替わり、トランスファレバー７の操作によりトランスファ６が２輪駆動状態に切り換えられたときは、これに連動して、車軸１３と前輪１４の間の回転の伝達を遮断するフリー状態に切り替わるように操作される。フリーホイールハブ１の操作は、エア圧を用いて行なわれる。

図２に示すように、フリーホイールハブ１は、車軸１３を囲むように配置される筒状のスピンドル２０と、スピンドル２０の外周に装着した転がり軸受２１で回転可能に支持されるハブ２２と、ハブ２２と一体に回転するようにハブ２２にボルト２３で固定されたカバー２４とを有する。以下、車軸１３の軸線方向に沿って車幅方向の中心に近い側（図の右側）および車幅方向の中心から遠い側（図の左側）を、それぞれ軸方向内側および軸方向外側とする。

スピンドル２０は、車軸１３を挿通させる筒状に形成されている。スピンドル２０の内周と車軸１３の外周との間には、スピンドル２０を回転可能に支持する軸受２５が組み込まれている。スピンドル２０の軸方向内側の端部内周と車軸１３の外周との間には、オイルシール２６が組み込まれている。スピンドル２０は、図示しないステアリングナックルに固定して取り付けられる。

ハブ２２は、ハブ２２の内周とスピンドル２０の外周との間に組み込まれた転がり軸受２１で、車軸１３に対して相対回転可能に支持されている。前輪１４（図１参照）はハブ２２に固定される。ハブ２２の軸方向内側の端部内周とスピンドル２０の外周との間には、オイルシール２７が組み込まれている。

スピンドル２０には、ハブ２２の内周とスピンドル２０の外周の間に形成された環状空間に連通する第１のエア通路２８と、スピンドル２０の内周と車軸１３の外周の間に形成された環状空間に連通する第２のエア通路２９とが設けられている。第１のエア通路２８と第２のエア通路２９は、それぞれ第１のエア配管３１と第２のエア配管３２に接続されている。第１のエア配管３１と第２のエア配管３２は、図示しない電磁弁を介して負圧タンクに接続されている。

車軸１３は、スピンドル２０から軸方向外側に突出する部分を有し、その部分の外周に環状のスライドギヤ３３が嵌合している。スライドギヤ３３と車軸１３の嵌合はスプライン嵌合とされ、これにより、スライドギヤ３３は、車軸１３に対して、軸方向に移動可能、かつ、相対回転不能に支持されている。スライドギヤ３３の軸方向内側部分の外周には、周方向に等ピッチに並ぶ複数の外歯３４が形成されている。

カバー２４は、車軸１３のスピンドル２０から軸方向外側に突出する部分を囲むように形成されたカバー筒部３５と、カバー筒部３５の軸方向外端を閉塞するカバー蓋部３６とを有する。カバー筒部３５の内周には、オイルシール３７とアウターギヤ３８とスリーブ３９とが軸方向に並んで嵌め込まれている。オイルシール３７は、スピンドル２０の軸方向外側の端部外周にねじ係合するナット部材４０の外周に摺接している。アウターギヤ３８の外周はカバー筒部３５の内周とスプライン嵌合し、これによりアウターギヤ３８はカバー２４に回り止めされている。

図３に示すように、アウターギヤ３８の内周には、スライドギヤ３３の外歯３４と噛み合う内歯４１が形成されている。スリーブ３９の外周には、カバー筒部３５の内周に形成された軸方向に延びる溝４２に係合する突起４３が形成され、この突起４３と溝４２の係合により、スリーブ３９はカバー２４に回り止めされている。スリーブ３９とアウターギヤ３８の軸方向の対向面間は、シール部材４４で密封されている。

スライドギヤ３３は、その外周の外歯３４がアウターギヤ３８の内歯４１に噛み合うことで、車軸１３とハブ２２の間で回転を伝達するロック位置（図４参照）と、外歯３４とアウターギヤ３８の内歯４１との噛み合いが外れることで、車軸１３とハブ２２の間の回転の伝達を遮断するフリー位置（図３参照）との間で軸方向に移動可能とされている。

スライドギヤ３３には、スライドギヤ３３をロック位置とフリー位置との間で軸方向に移動させる軸方向駆動機構５０が組み付けられている。軸方向駆動機構５０は、カバー２４の内側に固定して配置された固定ヨーク５１と、固定ヨーク５１と軸方向に対向して配置された可動ヨーク５２と、可動ヨーク５２と固定ヨーク５１の対向面間に組み込まれた永久磁石５３と、可動ヨーク５２を固定ヨーク５１から引き離す方向に可動ヨーク５２を付勢するスプリング５４と、エア圧により可動ヨーク５２を軸方向に駆動するダイヤフラム５５と、可動ヨーク５２とスライドギヤ３３を連結する連結部材５６とを有する。

可動ヨーク５２は、固定ヨーク５１の軸方向内側に対向している。固定ヨーク５１と可動ヨーク５２は、いずれも磁性金属材料で形成されている。磁性金属材料は、例えば、比透磁率が１０００以上の金属であり、鉄、ケイ素鋼などを採用することができる。可動ヨーク５２の外周には、固定ヨーク５１に形成された貫通孔５７に挿入される回り止め突起５８が形成されている。

永久磁石５３は、固定ヨーク５１の可動ヨーク５２に対する軸方向対向面に取り付けられている。永久磁石５３は、軸方向の両端面のうち一方の端面の全体がＮ極、他方の端面の全体がＳ極となる向きに磁化されている。永久磁石５３が発生する磁気は、永久磁石５３と可動ヨーク５２と固定ヨーク５１とを通る磁気回路を形成し、可動ヨーク５２を固定ヨーク５１に吸着させる。スプリング５４は、固定ヨーク５１と可動ヨーク５２の間に軸方向に圧縮した状態で組み込まれている。スプリング５４は、線材をコイル状に巻いて形成した圧縮コイルばねである。

カバー２４の内部は、ダイヤフラム５５によって、第１のエア通路２８（図２参照）に連通する第１の気密室６１と、第２のエア通路２９（図２参照）に連通する第２の気密室６２に仕切られている。ダイヤフラム５５は、可撓性をもつ材質（ゴム等）で形成された膜状部材である。

このダイヤフラム５５は、エア圧によりスライドギヤ３３を軸方向に駆動する。すなわち、第１のエア通路２８（図２参照）から第１の気密室６１に負圧を導入すると、第１の気密室６１と第２の気密室６２の圧力差によってダイヤフラム５５が軸方向外側に撓み、スライドギヤ３３が軸方向外方に駆動される。一方、第２のエア通路２９（図２参照）から第２の気密室６２に負圧を導入すると、第１の気密室６１と第２の気密室６２の圧力差によってダイヤフラム５５が軸方向内側に撓み、スライドギヤ３３が軸方向内方に駆動される。ダイヤフラム５５の内周部は、可動ヨーク５２と連結部材５６の間に挟み込んで固定され、ダイヤフラム５５の外周部はスリーブ３９に固定されている。

連結部材５６は、金属板（例えば鋼板）のプレス成形品である。連結部材５６は、スライドギヤ３３の軸方向外端と軸方向に対向するフランジ部５６ａと、フランジ部５６ａの外周から軸方向内側に折り曲げて形成され、スライドギヤ３３の外周に沿って軸方向に延びる外筒部５６ｂと、外筒部５６ｂの軸方向内端から外筒部５６ｂの内径側に折り返して形成された内筒部５６ｃとを有する。フランジ部５６ａは、リベット６４で可動ヨーク５２に固定されている。スライドギヤ３３の外周には、内筒部５６ｃの軸方向外端に係止する止め輪６５と、止め輪６５を収容する円周溝６６とが設けられている。

止め輪６５は、円周の一部を切り離したＣ形のサークリップであり、弾性的に縮径可能である。止め輪６５は、円形断面をもつ線材で構成されている。止め輪６５を構成する線材の断面直径は、１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下の範囲に設定することができる。

円周溝６６は、断面方形の角溝である。円周溝６６の軸方向幅は、止め輪６５を構成する線材の断面直径よりも大きく、その寸法差は０．３～０．５ｍｍの範囲に設定されている。図５に示すように、スライドギヤ３３の円筒状の外周面６７と円周溝６６の軸方向外側の側面６８とが交差する角には、面取り６９が形成されている。図では、面取り６９は、角を斜めに真っ直ぐ切り落とした断面形状のＣ面取りを示しているが、角を円弧状に切り落としたＲ面取りを採用することができる。面取り６９の軸方向幅寸法は０．３ｍｍ以下（好ましくは０．２ｍｍ以下）に設定されている。

連結部材５６は、図３に示すように、可動ヨーク５２が固定ヨーク５１に吸着されたときにスライドギヤ３３がフリー位置に移動し、図４に示すように、可動ヨーク５２が固定ヨーク５１から離反したときにスライドギヤ３３がロック位置に移動するように可動ヨーク５２とスライドギヤ３３を連結している。

ここで、連結部材５６とスライドギヤ３３は、両者が軸方向に共に移動するように互いに係合している。具体的には、図５に示すように、スライドギヤ３３が軸方向外方に移動したときは、スライドギヤ３３の軸方向外端がフランジ部５６ａの軸方向内面に受け止められることで、連結部材５６がスライドギヤ３３と共に軸方向外方に移動し、一方、図６に示すように、スライドギヤ３３が軸方向内方に移動したときは、止め輪６５が内筒部５６ｃの軸方向外端で係止されることで、連結部材５６がスライドギヤ３３と共に軸方向内方に移動するようになっている。

図３に示すように、スライドギヤ３３がフリー位置にあるとき（すなわち２輪駆動で走行しているとき）、ハブ２２（図２参照）と車軸１３の間の回転伝達が遮断されることから、ハブ２２と一体回転する可動ヨーク５２と、車軸１３と一体回転するスライドギヤ３３との間に回転差が生じる。この可動ヨーク５２とスライドギヤ３３の回転差を吸収するため、連結部材５６とスライドギヤ３３の係合は、連結部材５６とスライドギヤ３３の相対回転を許容するように、軸方向のガタＴ（図５、図６参照）を有する係合とされている。

スライドギヤ３３の軸方向のガタＴの大きさは、連結部材５６の製造時のプレス成形の寸法精度を考慮して、一般には２ｍｍ程度とされるが、この実施形態では、スライドギヤ３３がガタＴの範囲で移動して生じる慣性力（後述）を低減するため、連結部材５６のプレス成形の寸法精度を管理することで、スライドギヤ３３の軸方向のガタＴの大きさを、０ｍｍ＜Ｔ≦１．５ｍｍ（好ましくは０．２ｍｍ≦Ｔ≦１．０ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍ≦＜Ｔ≦０．６ｍｍ）を満たすように設定している。

ここで、図６に示すように、スライドギヤ３３の軸方向のガタＴは、止め輪６５が内筒部５６ｃの軸方向外端で係止されることでスライドギヤ３３の軸方向内方への移動が規制されたときの、スライドギヤ３３の軸方向外端とフランジ部５６ａの軸方向内面との間の軸方向距離である。

このフリーホイールハブ１は、ダイヤフラム５５の駆動力によって、スライドギヤ３３をフリー位置からロック位置に軸方向に移動させたり、ロック位置からフリー位置に軸方向に移動させたりする。そして、図４に示すように、スライドギヤ３３がロック位置にあるときは、スプリング５４の付勢力で、スライドギヤ３３がロック位置に保持される。一方、図３に示すように、スライドギヤ３３がフリー位置にあるときは、永久磁石５３が可動ヨーク５２を吸着する力で、スライドギヤ３３がフリー位置に保持される。

具体的には、フリーホイールハブ１は、図１に示す車両が４輪駆動状態で走行するときは、図２に示す第２のエア通路２９から第２の気密室６２に負圧を導入することで、図４に示すように、スライドギヤ３３を軸方向内側に駆動し、スライドギヤ３３の外歯３４がアウターギヤ３８の内歯４１に係合するロック位置まで移動させる。これにより、図１に示す車軸１３から前輪１４に回転が伝達され、前輪１４と後輪１１の両方を駆動する４輪駆動で走行することが可能となる。ここで、図４に示すように、スライドギヤ３３がロック位置にあるとき、スプリング５４の付勢力で、スライドギヤ３３はロック位置に保持される。

一方、図１に示す車両が２輪駆動状態で走行するときは、図２に示す第１のエア通路２８から第１の気密室６１に負圧を導入することで、図３に示すように、スライドギヤ３３を軸方向外側に駆動し、スライドギヤ３３の外歯３４とアウターギヤ３８の内歯４１の係合が外れるフリー位置まで移動させる。これにより、図１に示す前輪１４から車軸１３に回転が伝達するのを防止し、車軸１３およびフロントプロペラシャフト４が回転することによるエネルギー損失を減少させることが可能となる。ここで、図３に示すように、スライドギヤ３３がフリー位置にあるとき、永久磁石５３が可動ヨーク５２を吸着する力で、スライドギヤ３３がフリー位置に保持される。

このフリーホイールハブ１において、ダイヤフラム５５でスライドギヤ３３を駆動する必要があるのは、スライドギヤ３３をフリー位置とロック位置の間で移動させるときのみであり、スライドギヤ３３がいったんフリー位置（図３参照）からロック位置（図４参照）まで移動した後は、ダイヤフラム５５による駆動力を解除しても、スライドギヤ３３は、スプリング５４の付勢力によってロック位置に保持され、同様に、スライドギヤ３３がいったんロック位置（図４参照）からフリー位置（図３参照）まで移動した後は、ダイヤフラム５５による駆動力を解除しても、スライドギヤ３３は、永久磁石５３の吸着力によってフリー位置に保持される。

ところで、図３に示すように、フリーホイールハブ１のスライドギヤ３３がフリー位置にある状態（すなわち２輪駆動で走行している状態）において、強い振動がフリーホイールハブ１に加わったときに、スライドギヤ３３をダイヤフラム５５で駆動していないにもかかわらず、スライドギヤ３３がフリー位置からロック位置に移動してしまい、車軸１３とハブ２２の間で回転が伝達されるおそれがある。

すなわち、図３に示すように、スライドギヤ３３がフリー位置にあるとき、可動ヨーク５２は永久磁石５３によって固定ヨーク５１に吸着され、その吸着力によってスライドギヤ３３はフリー位置に保持されているが、このとき、スライドギヤ３３はガタＴ（図６参照）の分、軸方向に移動可能な状態となっている。このガタＴの大きさが、２ｍｍ程度かそれ以上の大きさに設定されていると、強い振動がフリーホイールハブ１に加わったときに、その振動によってスライドギヤ３３が軸方向に移動し、比較的大きい移動速度をもってスライドギヤ３３が止め輪６５を介して連結部材５６の内筒部５６ｃに衝突し、そのスライドギヤ３３の慣性力が永久磁石５３による吸着力に打ち勝つことによって、可動ヨーク５２が固定ヨーク５１からわずかに離反する可能性が生じる。ここで、永久磁石５３の磁力によって可動ヨーク５２が固定ヨーク５１に引き寄せられる力は、可動ヨーク５２が固定ヨーク５１に吸着された状態では最大の大きさであるが、可動ヨーク５２が固定ヨーク５１からわずかでも離れると、急速に減少する傾向がある。そのため、連結部材５６とスライドギヤ３３の間のガタＴの範囲で移動するスライドギヤ３３の慣性力によって、可動ヨーク５２が固定ヨーク５１からわずかに離反すれば、スプリング５４の付勢力によって可動ヨーク５２がフリー位置からロック位置に移動してしまうおそれがある。

これに対し、このフリーホイールハブ１は、スライドギヤ３３の軸方向のガタＴの大きさが、０ｍｍ＜Ｔ≦１．５ｍｍ（好ましくは０．２ｍｍ≦Ｔ≦１．０ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍ≦＜Ｔ≦０．６ｍｍ）の範囲に設定されているので、フリーホイールハブ１に加わる振動によってスライドギヤ３３が軸方向に移動したときにも、スライドギヤ３３の移動距離が小さいため、スライドギヤ３３の速度と慣性力が小さいものとなり、スライドギヤ３３の慣性力によって可動ヨーク５２が固定ヨーク５１から離反するのを防止することができる。そのため、強い振動がフリーホイールハブ１に加わったときにも、可動ヨーク５２がフリー位置からロック位置に移動してしまう事態を防ぐことができ、安定した動作を得ることが可能である。

図５に示すように、スライドギヤ３３の外周面６７と円周溝６６の軸方向外側の側面６８とが交差する角に面取り６９を形成する場合、面取り寸法は、一般に０．５ｍｍ以上とされるが、このフリーホイールハブ１では、スライドギヤ３３の外周面６７と円周溝６６の軸方向外側の側面６８とが交差する角の面取り６９の寸法を０．３ｍｍ以下（好ましくは０．２ｍｍ以下）に設定している。これにより、図６に示すように、止め輪６５が内筒部５６ｃの軸方向外端で係止されることでスライドギヤ３３の軸方向内方への移動が規制されたときの、スライドギヤ３３の軸方向外端とフランジ部５６ａの軸方向内面との間の軸方向距離（軸方向のガタＴ）を、効果的に小さくすることが可能となっている。

スライドギヤ３３の軸方向のガタＴの大きさを、０ｍｍ＜Ｔ≦１．５ｍｍ（好ましくは０．２ｍｍ≦Ｔ≦１．０ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍ≦Ｔ≦０．６ｍｍ）の範囲に設定することによって、強い振動がフリーホイールハブ１に加わったときにも可動ヨーク５２がフリー位置からロック位置に移動してしまう事態を防ぐことが可能となることを確認するため、スライドギヤ３３の軸方向のガタＴの大きさが互いに異なる軸方向駆動機構５０の複数のサンプルを準備し、それらのサンプルに振動を加え、振動の加速度を大きくしたときに、スライドギヤ３３がフリー位置からロック位置に移動する現象が起きる加速度（耐加振加速度）を測定する試験を行なった。その試験結果を図７に示す。

図７に示すように、スライドギヤ３３の軸方向のガタＴの大きさが１．５ｍｍ以下（好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下）とすることにより、耐加振加速度を大幅に高めることができ、特にスライドギヤ３３の軸方向のガタＴの大きさが１．０ｍｍ以下（好ましくは０．６ｍｍ以下）とすることで、一般的な車両に作用する最大振動値（８Ｇ～１０Ｇ程度）が加わったときにも、スライドギヤ３３を確実にフリー位置に保持することが可能となっていることを確認することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ フリーホイールハブ
１３ 車軸
２２ ハブ
３３ スライドギヤ
５０ 軸方向駆動機構
５１ 固定ヨーク
５２ 可動ヨーク
５３ 永久磁石
５４ スプリング
５５ ダイヤフラム
５６ 連結部材
５６ａ フランジ部
５６ｂ 外筒部
５６ｃ 内筒部
６５ 止め輪
６６ 円周溝
６７ 外周面
６８ 側面
６９ 面取り
Ｔ ガタ

Claims (1)

1. 車軸（１３）に対して相対回転可能に支持されるハブ（２２）と、
   前記車軸（１３）と前記ハブ（２２）の間で回転を伝達するロック位置と、前記車軸（１３）と前記ハブ（２２）の間の回転の伝達を遮断するフリー位置との間で軸方向に移動可能とされた環状のスライドギヤ（３３）と、
   前記スライドギヤ（３３）を前記ロック位置と前記フリー位置との間で軸方向に移動させる軸方向駆動機構（５０）と、を有し、
   前記軸方向駆動機構（５０）は、
   軸方向に固定して配置された固定ヨーク（５１）と、
   前記固定ヨーク（５１）と軸方向に対向して配置された可動ヨーク（５２）と、
   前記可動ヨーク（５２）を前記固定ヨーク（５１）に吸着させるように前記可動ヨーク（５２）と前記固定ヨーク（５１）の対向面間に組み込まれた永久磁石（５３）と、
   前記可動ヨーク（５２）を前記固定ヨーク（５１）から引き離す方向に前記可動ヨーク（５２）を付勢するスプリング（５４）と、
   エア圧により前記可動ヨーク（５２）を軸方向に駆動するダイヤフラム（５５）と、
   前記可動ヨーク（５２）が前記固定ヨーク（５１）に吸着されたときに前記スライドギヤ（３３）が前記フリー位置に移動し、前記可動ヨーク（５２）が前記固定ヨーク（５１）から離反したときに前記スライドギヤ（３３）が前記ロック位置に移動するように前記可動ヨーク（５２）と前記スライドギヤ（３３）を連結する連結部材（５６）と、を有し、
   前記連結部材（５６）と前記スライドギヤ（３３）は、両者が軸方向に共に移動するように互いに係合し、その係合が、前記連結部材（５６）と前記スライドギヤ（３３）の相対回転を許容するように軸方向のガタＴを有する係合とされ、
   前記連結部材（５６）は、前記スライドギヤ（３３）の軸方向外端と軸方向に対向するフランジ部（５６ａ）と、前記フランジ部（５６ａ）の外周から軸方向内側に折り曲げて形成され、前記スライドギヤ（３３）の外周に沿って軸方向に延びる外筒部（５６ｂ）と、前記外筒部（５６ｂ）の軸方向内端から前記外筒部（５６ｂ）の内径側に折り返して形成された内筒部（５６ｃ）とを有するプレス成形品であり、
   前記スライドギヤ（３３）の外周には、前記内筒部（５６ｃ）の軸方向外端に係止する止め輪（６５）と、前記止め輪（６５）を収容する円周溝（６６）とが設けられ、
   前記軸方向のガタＴは、前記止め輪（６５）が前記内筒部（５６ｃ）の軸方向外端で係止されることでスライドギヤ（３３）の軸方向内方への移動が規制されたときの、前記スライドギヤ（３３）の軸方向外端と前記フランジ部（５６ａ）の軸方向内面との間の軸方向距離であるフリーホイールハブにおいて、
   前記止め輪（６５）は、１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下の直径の円形断面をもつ線材で形成したサークリップであり、
   前記スライドギヤ（３３）の外周面（６７）と前記円周溝（６６）の軸方向外側の側面（６８）とが交差する角に面取り（６９）が形成され、その面取り（６９）の寸法を０．２ｍｍ以下に設定することで、前記軸方向のガタＴの大きさを、０ｍｍ＜Ｔ≦１．０ｍｍの範囲に設定したことを特徴とするフリーホイールハブ。

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