WO2021024304A1 - かみ合いクラッチ - Google Patents

Abstract

凸部の強度を高くできるかみ合いクラッチを提供する。かみ合いクラッチ（１０）は、軸部材（１１）に配置され軸方向の端面（２６）に複数の凸部（２１）が設けられたスリーブ（２０）を備え、凸部（２１）によって係合を行うものであって、軸部材（１１）の外周面（１７）に、軸部材（１１）の中心軸（Ｏ）と平行に溝（１９）が形成され、スリーブ（２０）は、複数の凸部（２１）を中心軸（Ｏ）の周りに連結する連結部材（２５）を備え、中心軸（Ｏ）と平行であって溝（１９）にはまり合う歯（２４）が、少なくとも凸部（２１）の内面（２１ａ）に形成されている。

Description

かみ合いクラッチ

　本発明は、同軸上にある駆動部材と被動部材との間において動力の伝達・遮断を行う機能をもつかみ合いクラッチに関するものである。

　相対する円筒端面に設けられた凸部によって係合を行うかみ合いクラッチが知られている（特許文献１）。

特開２０１２－３１８８１号公報

　この種のかみ合いクラッチでは、係合のときに回転方向の力がかかる凸部の強度を高くすることが求められている。

　本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、凸部の強度を高くできるかみ合いクラッチを提供することを目的としている。

　この目的を達成するために本発明のかみ合いクラッチは、軸部材の中心軸上において動力の伝達・遮断を行うものであって、軸部材に配置されるスリーブを備え、軸部材の外周面に中心軸と平行に溝が形成され、スリーブは、連結部材と、連結部材によって中心軸の周りに互いに間隔をあけて連結され連結部材の端面から軸方向に突出する複数の凸部と、を備え、中心軸と平行であって溝にはまり合う歯が、少なくとも凸部の内面に形成されている。

　請求項１記載のかみ合いクラッチによれば、スリーブは、連結部材の端面から軸方向に突出する複数の凸部が、中心軸の周りに互いに間隔をあけて連結されている。スリーブが配置される軸部材の外周面に溝が形成されており、溝にはまり合う歯が、少なくとも凸部の内面に形成されている。溝および歯は軸部材の中心軸と平行なので、スリーブは軸部材に対して軸方向に移動できる。スリーブが軸方向に移動して凸部によって係合を行うときに、凸部に形成された歯を介して凸部と軸部材との間にトルクが伝達される。これにより凸部に歯が形成されていない場合に比べ、凸部の曲げ応力を抑制できる。凸部の強度を高くできるので、凸部によって係合を行うときに、凸部に回転方向の力が加わることによる、連結部材と凸部とがなす隅を起点とする凸部や連結部材の破損を抑制できる。

　請求項２記載のかみ合いクラッチによれば、歯は凸部のみに形成されているので、連結部材にも歯が形成される場合に比べ、歯による連結部材の断面積の低下を抑制できる。よって、請求項１の効果に加え、連結部材の強度の低下を抑制できる。さらに、凸部だけでなく連結部材にも歯が形成される場合に比べ、溝と擦れ合う歯の面積を減らすことができるので、溝と歯との間の摩擦を抑制することができる。

　請求項３記載のかみ合いクラッチによれば、歯は軸方向の全長に亘って完全な山形なので、請求項１又は２の効果に加え、歯の強度を確保できる。

　請求項４記載のかみ合いクラッチによれば、軸部材は、スリーブの凸部と係合を行う凸部が設けられた相手部材が配置される軸と、相手部材と軸方向に並んで軸に配置される円筒状のハブと、を備える。ハブの内周部が軸に固定され、内周部の径方向の外側に連なる外周部にスリーブが配置され、外周部の先端部は内周部よりも軸線方向に張り出す。先端部の径方向の内側に相手部材の一部が存在するので、ハブと相手部材とが並ぶ軸方向の寸法を先端部の分だけ短縮できる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、かみ合いクラッチの軸方向の寸法を小さくできる。

一実施の形態におけるかみ合いクラッチが配置された変速機の断面図である。 スリーブの斜視図である。 スリーブが配置されたハブの斜視図である。

　以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず図１を参照してかみ合いクラッチ１０の概略構成を説明する。図１は一実施の形態におけるかみ合いクラッチ１０が配置された変速機３０の断面図である。図１では、変速機３０に配置されたかみ合いクラッチ１０を中心にして、変速機３０の軸方向の外側の部分の図示が省略されている。

　かみ合いクラッチ１０は、同一の中心軸Ｏ上にある軸部材１１と相手部材との間の動力の伝達・遮断を行う装置であり、スリーブ２０を備えている。本実施形態では、かみ合いクラッチ１０は常時かみ合い式の変速機３０に用いられている。軸部材１１は駆動軸であり、相手部材は、歯数が互いに異なる第１駆動ギヤ３２及び第２駆動ギヤ３６である。変速機３０は、軸部材１１の中心軸Ｏと平行に配置される第２軸３１（被動軸）を備え、第２軸３１には、第１駆動ギヤ３２及び第２駆動ギヤ３６にそれぞれ常時かみ合う第１被動ギヤ４０及び第２被動ギヤ４１が配置されている。

　軸部材１１は、中心軸Ｏに沿って延びる軸１２と、軸１２に対して相対回転不能かつ軸方向に移動不能に軸１２に配置される円筒状のハブ１３と、を備えている。ハブ１３は、軸１２に固定される内周部１４と、内周部１４の径方向の外側に連なる外周部１５と、を備えている。外周部１５の軸方向の両側に先端部１６が設けられている。先端部１６は、内周部１４よりも軸方向に張り出している。ハブ１３の外周部１５には、スリーブ２０が配置されている。

　第１駆動ギヤ３２は、軸１２に対して相対回転可能かつ軸方向へ移動不能に軸１２に配置される円筒状の部材である。第１駆動ギヤ３２は、スリーブ２０が配置されたハブ１３の軸方向の隣に配置されている。第１駆動ギヤ３２は、スリーブ２０の側を向く軸方向の端面に、軸方向へ向かって突出する凸部３３が設けられている。凸部３３は、ハブ１３の先端部１６よりも径方向の外側に位置する。第１駆動ギヤ３２のうち凸部３３よりも径方向の内側の円筒部３４は、軸方向の端部３５が、ハブ１３の先端部１６よりも径方向の内側に位置する。

　第２駆動ギヤ３６は、軸１２に対して相対回転可能かつ軸方向へ移動不能に軸１２に配置される円筒状の部材である。第２駆動ギヤ３６は、第１駆動ギヤ３２の反対側のハブ１３の軸方向の隣に配置されている。第２駆動ギヤ３６は、スリーブ２０の側を向く軸方向の端面に、軸方向へ向かって突出する凸部３７が設けられている。凸部３７は、ハブ１３の先端部１６よりも径方向の外側に位置する。第２駆動ギヤ３６のうち凸部３７よりも径方向の内側の円筒部３８は、軸方向の端部３９が、ハブ１３の先端部１６よりも径方向の内側に位置する。

　第１駆動ギヤ３２は、第２軸３１に配置された第１被動ギヤ４０に常時かみ合う。第１被動ギヤ４０は、第２軸３１に対して相対回転不能かつ軸方向へ移動不能に第２軸３１に配置される円筒状の部材である。第２駆動ギヤ３６は、第２軸３１に配置された第２被動ギヤ４１に常時かみ合う。第２被動ギヤ４１は、第２軸３１に対して相対回転不能かつ軸方向へ移動不能に第２軸３１に配置される円筒状の部材である。

　図２を参照してスリーブ２０について説明する。図２はスリーブ２０の斜視図である。図２に示すようにスリーブ２０は、複数の凸部２１と、中心軸Ｏの周りに互いに間隔をあけて凸部２１を連結する連結部材２５と、を備えている。連結部材２５はフォーク（図示せず）にはまる。本実施形態では、連結部材２５は一体に成形されている。

　凸部２１は、中心軸Ｏに沿って延びる四角柱状に形成されている。凸部２１は、連結部材２５の軸方向の端面２６の両方から軸方向へ向けて突出している。本実施形態では、連結部材２５の端面２６の片方から８つの凸部２１が突出し、片方の凸部２１と同じ位置において、端面２６のもう片方から８つの凸部２１が突出している。凸部２１は、端面２６からの軸方向の突出長さが異なる第１歯２２及び第２歯２３を備えている。第１歯２２は、第２歯２３よりも端面２６からの軸方向の突出長さが長いので、第１歯２２の軸方向の先端は、第２歯２３の軸方向の先端よりも軸方向の外側に位置する。第１歯２２及び第２歯２３は、中心軸Ｏの周りに交互に配置されている。

　凸部２１のうち中心軸Ｏの側を向く内面２１ａには、中心軸Ｏに平行な歯２４が形成されている。さらに、中心軸Ｏの側を向く連結部材２５の内面２７のうち凸部２１が連なる部分には、中心軸Ｏに平行な歯２４が形成されている。歯２４は、連結部材２５、及び、連結部材２５の端面２６から突出する凸部２１に切れ目なく連なっている。これにより歯２４が破損し難くなる。

　本実施形態では、凸部２１のみに歯２４が形成されている。「凸部２１のみに歯２４が形成される」というのは、凸部２１の歯２４に連なる歯が連結部材２５の内面２７に形成されるものを含む。しかし、凸部２１が形成されていない連結部材２５の内面２７に歯２４が形成されるものは含まない。

　歯２４は、凸部２１の軸方向の全長、及び、連結部材２５のうち凸部２１に挟まれた部位に設けられている。凸部２１に設けられた全ての歯２４は、軸方向の全長に亘って完全な山形である。即ち、中心軸Ｏに垂直な歯２４の断面の形状は、凸部２１の軸方向の全長に亘って同一である。本実施形態では、第１歯２２に歯２４は形成されているが、第２歯２３に歯２４は形成されていない。

　凸部２１の内面２１ａに加え、連結部材２５の内面２７の全周に亘って歯２４を同じピッチで形成すると、凸部２１と連結部材２５との境界において、歯２４の山形が不完全になり易い。本実施形態では、凸部２１、及び、連結部材２５のうち凸部２１に挟まれた部分に歯２４が設けられており、それ以外の部分に歯２４が設けられていないので、凸部２１と連結部材２５との境界に歯２４を形成しなくても済む。そのため凸部２１に同一のピッチで形成した歯２４の山形を、軸方向の全長に亘って完全にし易い。

　図３はスリーブ２０が配置されたハブ１３の斜視図である。ハブ１３の内周部１４の内周面には、軸１２（図１参照）に結合するスプライン１８が形成されている。ハブ１３の外周部１５の外周面１７には、中心軸Ｏに平行な溝１９が形成されている。溝１９は、外周面１７の軸方向の全長に亘って設けられている。本実施形態では、ハブ１３の外周面１７のうちスリーブ２０の歯２４が配置される部位に、歯２４と同数の溝１９が形成されている。溝１９の長さは歯２４の長さよりも長い。スリーブ２０に形成された歯２４が、ハブ１３の溝１９にはまり合うので、スリーブ２０はハブ１３に対して軸方向に移動できるが、スリーブ２０はハブ１３の周りを回転できない。

　本実施形態では、溝１９はハブ１３の外周面１７の一部（４か所）に形成されているので、ハブ１３の外周面１７の全周に亘って溝１９が形成される場合に比べ、溝１９の加工量を抑制できる。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。ハブ１３の外周面１７の全周に亘って溝１９を形成することは当然可能である。

　溝１９及び歯２４の形状は特に限定されない。溝１９や歯２４は、側面から見て、例えばインボリュート曲線などの曲線に囲まれたものや角型など適宜設定される。また、溝１９の中を転がるボールやコロを歯２４に設けたり、歯２４が転がるボールやコロを溝１９に設けたりすることは当然可能である。これにより歯２４と溝１９との摩擦をより小さくできる。

　次に、かみ合いクラッチ１０を用いた変速機３０の変速方法について説明する。ここでは一例として、第１駆動ギヤ３２にかみ合いクラッチ１０が係合する場合について説明する。

　軸１２と一体に回転しているハブ１３と、軸１２の周りを空転している第１駆動ギヤ３２と、の間に動力を伝達するときは、ハブ１３と一体に回転しているスリーブ２０は、フォーク（図示せず）により軸方向に移動し第１駆動ギヤ３２に近づく。このときは、中心軸Ｏと平行な歯２４に回転方向の力がかかり、凸部２１に形成された歯２４の軸方向に延びる部分に溝１９の軸方向に延びる部分が接する。歯２４が連結部材２５の内側のみに形成されている場合に比べ、歯２４の軸方向の長さを長くできるので、フォークが連結部材２５に力を加えるスリーブ２０のモーメントを抑制できる。その結果、ハブ１３の中心軸Ｏに対するスリーブ２０の傾きを抑制できるので、スリーブ２０が傾いてロックすることなく、ハブ１３の軸方向へスリーブ２０がスムーズに移動する。

　スリーブ２０の凸部２１の第１歯２２は第２歯２３よりも長いので、スリーブ２０が回転しながら第１駆動ギヤ３２に近づくと、まず、スリーブ２０の第１歯２２の歯先が第１駆動ギヤ３２の凸部３３の歯先に当たる。第２歯２３よりも軸方向に長い第１歯２２が凸部２１にあるので、スリーブ２０の凸部２１と第１駆動ギヤ３２の凸部３３とをかみ合い易くできる。スリーブ２０の凸部２１と第１駆動ギヤ３２の凸部３３とがかみ合うと、第１駆動ギヤ３２は軸部材１１及びスリーブ２０と一体に回転し、スリーブ２０は軸部材１１と第１駆動ギヤ３２との間に動力を伝達する。

　スリーブ２０は凸部２１に歯２４が形成されているので、第１駆動ギヤ３２の凸部３３に凸部２１がかみ合うときに、凸部２１の歯２４を介してスリーブ２０とハブ１３との間にトルクが伝達される。凸部２１の歯２４がハブ１３（軸部材１１）の溝１９にはまり合うので、凸部２１に歯２４が形成されないで連結部材２５の内側に歯２４が形成される場合に比べ、凸部２１の曲げ応力を抑制できる。その結果、第１駆動ギヤ３２の凸部３３に凸部２１がかみ合うときに、凸部２１に回転方向の力が加わることによる、凸部２１と連結部材２５とがなす隅を起点とする連結部材２５や凸部２１の破損を抑制できる。

　ハブ１３の溝１９にはまり合う歯２４を凸部２１に設けることによって凸部２１の強度を高くするので、凸部２１を補強するために、凸部２１と連結部材２５とがなす隅の丸み（歯元Ｒ）を大きくしたり隅に補強リブを設けたりしなくても良い。凸部２１と連結部材２５がなす隅の丸みを大きくしたり補強リブを設けたりすると、凸部２１のかみ合い深さが浅くなるという問題点があるが、かみ合いクラッチ１０によればこれを防止することができ、凸部２１のかみ合い深さを確保できる。

　かみ合いクラッチ１０は、凸部２１のみに歯２４が形成されているので、凸部２１だけでなく、凸部２１が形成されていない連結部材２５の内面２７にも歯２４が形成される場合に比べ、歯２４による連結部材２５の断面積の低下を抑制できる。よって、連結部材２５の強度の低下を抑制できる。さらに、凸部２１だけでなく連結部材２５にも歯２４が形成される場合に比べ、溝１９と擦れ合う歯２４の面積を減らすことができるので、溝１９と歯２４との間の摩擦を抑制できる。

　かみ合いクラッチ１０は、凸部２１の第１歯２２のみに歯２４が形成されている。第１歯２２に加え第２歯２３にも歯２４が形成される場合は、第１歯２２が第１駆動ギヤ３２の凸部３３にかみ合うときに、第１歯２２が凸部３３から受ける回転方向の力が、歯２４を介してハブ１３に伝わり、第２歯２３にも加わる。第１歯２２及び第２歯２３に形成される歯２４の製造誤差によって、第２歯２３の歯２４に力がかかり、第１歯２２の歯２４に力がかからない場合が生じ得る。その場合に第１駆動ギヤ３２の凸部３３が第１歯２２に加える力が大きいと、第１歯２２が破損するおそれがある。これを防ぐために、凸部２１の第１歯２２のみに歯２４を形成することにより、第１歯２２が凸部３３から力を受けるときに、第２歯２３に力がかからないようにできる。

　全ての歯２４は凸部２１の軸方向の全長に亘って完全な山形なので、中心軸Ｏに垂直な歯２４の断面の形状を同一にできる。これにより全ての歯２４の強度を確保できる。その結果、凸部２１に回転方向の力がかかったときに、歯２４の角が欠けたり割れたりすることを防ぐことができる。

　ハブ１３に形成された溝１９の長さは、凸部２１に形成された歯２４の長さよりも長いので、ハブ１３の軸方向の外側にスリーブ２０が移動したときに溝１９から歯２４が外れないようにできる。よって、スリーブ２０が軸方向に移動する範囲において、中心軸Ｏに対するスリーブ２０の傾きを抑制できる。

　ハブ１３の溝１９の長さを凸部２１の歯２４の長さよりも長くする場合に、ハブ１３の全体を溝１９の長さと同じにすると、ハブ１３の両側に第１駆動ギヤ３２及び第２駆動ギヤ３６が並んだときの軸方向の全長が長くなる。これに対しかみ合いクラッチ１０は、軸１２に固定される内周部１４の軸方向の長さが、溝１９が形成される外周部１５の軸方向の長さよりも短い。さらに、内周部１４よりも軸方向に張り出す外周部１５の先端部１６の径方向の内側に、第１駆動ギヤ３２及び第２駆動ギヤ３６の円筒部３４，３８の軸方向の端部３５が位置する。これにより径方向に重なる先端部１６及び端部３５の分だけ軸方向の寸法を短縮できる。よって、かみ合いクラッチ１０の軸方向の寸法を小さくできる。

　以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に何ら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内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、ハブ１３に形成された溝１９の数や形状、スリーブ２０の凸部２１の数や形状、連結部材２５の形状、スリーブ２０に形成された歯２４の数や形状などは適宜設定できる。また、中心軸Ｏに垂直な凸部２１の断面の形状は矩形状、扇形状など適宜設定できる。

　実施形態では、スリーブ２０の凸部２１の第１歯２２と第２歯２３とが交互に配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１歯２２や第２歯２３が配置される位置や数は適宜設定できる。第１歯２２や第２歯２３を設けないで、全ての凸部２１の軸方向の長さを同一にすることは当然可能である。

　実施形態では、変速機３０の駆動側にかみ合いクラッチ１０を配置する場合について説明したが、これに限られるものではない。変速機３０の被動側にかみ合いクラッチ１０を配置することは当然可能である。

　実施形態では、かみ合いクラッチ１０を変速機３０に配置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。変速機に限らず、動力の伝達・遮断を行う機能を要する種々の装置に、かみ合いクラッチ１０を配置することは当然可能である。

　実施形態では、かみ合いクラッチ１０を変速機３０に配置する場合について説明したので、第１駆動ギヤ３２、第２駆動ギヤ３６を相手部材とした。動力の伝達・遮断を行う機能を要する種々の装置にかみ合いクラッチ１０を配置する場合には、その装置に応じて相手部材が適宜設定される。

　実施形態では、スリーブ２０の凸部２１に形成された歯２４が、連結部材２５のうち凸部２１に挟まれる部分に形成された歯２４に連なる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。歯２４のうち、連結部材２５のうち凸部２１が連なる部分の歯を省略することは当然可能である。連結部材２５の歯を省略しても、係合を行うときに回転方向の力が加わる凸部２１に歯２４が形成されているので、凸部２１の曲げ応力を抑制できるからである。

　実施形態では、スリーブ２０の連結部材２５の内面２７と凸部２１の内面２１ａとが同一の円筒面上にある場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、連結部材２５のうち凸部２１が連なる部分の歯２４を省略して、連結部材２５の内面２７を、凸部２１の内面２１ａよりも中心軸Ｏから離れた位置に配置することは当然可能である。また、凸部２１間を連結する連結部材２５を直線状にする場合には、連結部材２５の内面２７を円筒面上に配置しなくても良い。

　実施形態では、スリーブ２０の軸方向の両側に相手部材（第１駆動ギヤ３２、第２駆動ギヤ３６）が配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。スリーブ２０の片方に、凸部を有する相手部材を配置することは当然可能である。その場合には、連結部材２５の軸方向の両側に凸部２１が突出している必要はなく、スリーブの端面のうち相手部材が対向している側に凸部を設ける。

　実施形態では、軸１２及び円筒状のハブ１３を軸部材１１が備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。スリーブ２０に形成された歯２４がはまり合う溝１９が軸部材１１の外周面に形成されていれば、軸部材１１の形状や構造は適宜設定できる。

　実施形態では、凸部２１のうち第１歯２２のみに歯２４が形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１歯２２以外に、第２歯２３や連結部材２５の内面２７に歯２４を設けることは当然可能である。

　実施形態では、軸方向の長さが異なる内周部１４及び外周部１５をハブ１３に設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ハブ１３の全体を溝１９の長さと同じ長さにすることは当然可能である。

　１０　　かみ合いクラッチ
　１１　　軸部材
　１２　　軸
　１３　　ハブ
　１４　　内周部
　１５　　外周部
　１６　　先端部
　１７　　外周面
　１９　　溝
　２０　　スリーブ
　２１　　凸部
　２１ａ　内面
　２４　　歯
　２５　　連結部材
　２６　　端面
　３２　　第１駆動ギヤ（相手部材）
　３６　　第２駆動ギヤ（相手部材）
　Ｏ　　　中心軸

Claims (4)

1. 　軸部材の中心軸上において動力の伝達・遮断を行うかみ合いクラッチであって、
   　前記軸部材に配置されるスリーブを備え、
   　前記軸部材の外周面に、前記中心軸と平行に溝が形成され、
   　前記スリーブは、連結部材と、前記連結部材によって前記中心軸の周りに互いに間隔をあけて連結され前記連結部材の端面から軸方向に突出する複数の凸部と、を備え、
   　前記中心軸と平行であって前記溝にはまり合う歯が、少なくとも前記凸部の内面に形成されたかみ合いクラッチ。
2. 　前記歯は、前記凸部のみに形成されている請求項１記載のかみ合いクラッチ。
3. 　前記歯は、軸方向の全長に亘って完全な山形である請求項１又は２記載のかみ合いクラッチ。
4. 　前記スリーブの前記凸部と係合を行う凸部が設けられた相手部材を備え、
   　前記軸部材は、前記相手部材が配置される軸と、前記相手部材と軸線方向に並んで前記軸に配置される円筒状のハブと、を備え、
   　前記ハブは、前記軸に固定される内周部と、前記内周部の径方向の外側に連なり前記スリーブが配置される外周部と、を備え、
   　前記外周部は、前記内周部よりも軸方向に張り出す先端部を備え、
   　前記先端部の径方向の内側に前記相手部材の一部が存在する請求項１から３のいずれかに記載のかみ合いクラッチ。

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