特許 6243454 エッジの負担を軽減するクラッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243454

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】エッジの負担を軽減するクラッチ

(51)【国際特許分類】

   F16D 27/118 20060101AFI20171127BHJP

   F16D 11/10 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   F16D27/118

   F16D11/10 C

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-562639(P2015-562639)

(86)(22)【出願日】2014年2月14日

(86)【国際出願番号】JP2014053455

(87)【国際公開番号】WO2015121968

(87)【国際公開日】20150820

【審査請求日】2016年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000225050

【氏名又は名称】ＧＫＮドライブラインジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】山中 康雄

(72)【発明者】

【氏名】猪瀬 秀之

【審査官】 日下部 由泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８５６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１９５４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４８−０２５１４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−１０８８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７８１２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ １１／１０− ２３／１４

Ｆ１６Ｄ ２５／００− ３９／００

Ｆ１６Ｄ ４８／００− ４８／１２

Ｆ１６Ｈ １／２８− １／４８

Ｆ１６Ｈ ４８／００− ４８／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸の周りに回転する回転装置と組み合わされるクラッチであって、
前記軸の周りに周方向に並ぶ複数の第１のクラッチ歯を備えた第１のクラッチ部材と、
前記軸の周りに周方向に並び前記第１のクラッチ歯に係合可能な複数の第２のクラッチ歯を備えた第２のクラッチ部材であって、
前記複数の第２のクラッチ歯のそれぞれは、前記軸に対して径方向に内方または外方の端部と、係合したときに前記第１のクラッチ歯に何れかが当接する前記端部を挟む一対の側面と、を備え、
前記一対の側面のそれぞれは平坦な第１の面と、前記第１の面および前記端部に連続し、前記第１の面に対して傾きを有する第２の面と、を備え、前記傾きは１／１００乃至１／１００００である、
第２のクラッチ部材と、
を備え、
前記第１のクラッチ部材と前記第２のクラッチ部材の一方は他方に対して相対的に軸方向に可動である、クラッチ。

【請求項2】

前記傾きは、前記第２のクラッチ歯を前記端部に向かって先細りにする向きである、請求項１のクラッチ。

【請求項3】

前記第２の面は曲面である、請求項１または２のクラッチ。

【請求項4】

前記第１の面は、前記軸を中心とした放射面に平行である、請求項１または２のクラッチ。

【請求項5】

前記複数の第２のクラッチ歯において前記端部と反対の端を周壁が互いに連結している、請求項１または２のクラッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デファレンシャル装置やパワーテークオフユニット等の回転装置のためのクラッチに関し、特にクラッチ歯のエッジの負担を軽減するドッグクラッチに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車は、デファレンシャル装置やパワーテークオフユニット等の種々の回転装置を利用する。これらの回転装置の幾つかには、しばしばクラッチが組み込まれている。例えばロックアップデファレンシャルには、そのデファレンシャルギアの差動を制限する目的でクラッチが組み込まれている。あるいは、パワーテークオフユニットやフリーランニングデファレンシャルへのトルクの伝達を制御する目的で、クラッチが組み込まれることがある。

【0003】

クラッチは、ドッグクラッチの場合には、それぞれクラッチ歯を備えた一対のクラッチ部材を備え、その一方が他方に接近することによりクラッチが連結し、互いに離れるとクラッチが脱連結する。クラッチ部材の移動のために、油圧装置やソレノイドのごときアクチュエータが利用される。

【0004】

特許文献１は関連する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】日本国特許公開２００７−９２９９０号

【発明の概要】

【0006】

クラッチ部材は、偏心運動を避けるべく、それぞれ回転軸に対して精密に軸合わせされるべきだが、軸方向に可動にするため、あるいは他の要因のために、若干の遊びが不可避である。かかる遊びのために、クラッチ歯同士はしばしば均一に当接できず、これは特にクラッチ歯のエッジに大きな集中応力を生じかねない。これはもちろん、クラッチの耐久力に影響し、その寿命を減ずる要因になりうる。本発明はかかる問題に鑑みてなされたものである。

【0007】

本発明の一局面によれば、軸の周りに回転する回転装置と組み合わされるクラッチは、前記軸の周りに周方向に並ぶ複数の第１のクラッチ歯を備えた第１のクラッチ部材と、前記軸の周りに周方向に並び前記第１のクラッチ歯に係合可能な複数の第２のクラッチ歯を備えた第２のクラッチ部材であって、前記複数の第２のクラッチ歯のそれぞれは、前記軸に対して径方向に内方または外方の端部と、係合したときに前記第１のクラッチ歯に何れかが当接する前記端部を挟む一対の側面と、を備え、前記一対の側面のそれぞれは平坦な第１の面と、前記第１の面および前記端部に連続し、前記第１の面に対して傾きを有する第２の面と、を備え、前記傾きは１／１００乃至１／１００００である、第２のクラッチ部材と、を備え、前記第１のクラッチ部材と前記第２のクラッチ部材の一方は他方に対して相対的に軸方向に可動である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るクラッチが組み込まれたデファレンシャル装置の断面図である。

【図2】図２は、クラッチ部材の斜視図であって、クラッチ歯を有する側を主に見せる図である。

【図3】図３は、クラッチ部材の他の斜視図であって、カム凸部を有する側を主に見せる図である。

【図4】図４は、クラッチ部材のクラッチ歯の拡大平面図である。

【図5】図５は、サイドギアのクラッチ歯の拡大平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１ないし５を参照して以下に本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する。

【0010】

ベベルギア式のロックアップデファレンシャル装置にドッグクラッチが適用される例に基づいて実施形態を説明するが、本発明の実施形態は必ずしもこれに限られない。本実施形態は、例えばフリーランニングデファレンシャル装置やパワーテークオフユニットのごとき他の回転装置に転用することができる。またデファレンシャル装置が車軸に適用された例を挙げるが、プロペラシャフト等の他のシャフトに適用されてもよい。また以下の説明において右および左は便宜的な区別に過ぎず、本実施形態は向きに依存しない。さらには、幾つかの構成については、内外を入れ替えた態様も可能である。

【0011】

図１を参照するに、デファレンシャル装置１は、軸周りに回転可能なデフケース３と、これに収容された差動ギア組５と、クラッチ７と、クラッチ７を操作するプランジャ９およびアクチュエータ１１の組み合わせと、を備える。クラッチ７は、差動ギア組５のうち右サイドギア（第１のクラッチ部材）５３とクラッチ部材（第２のクラッチ部材）７１との組み合わせにより構成されている。

【0012】

デフケース３は、ケース本体と、その一方の端を覆うカバー体とよりなり、その中に差動ギア組５とクラッチ部材７１とが収容される。ケース本体とカバー体とは、それぞれ軸方向に突出したボス部３１を備え、ボス部３１がベアリングを介してキャリアに回転可能に支持され、以ってデフケース３はその軸の周りに回転可能である。通常、デフケース３は車両のエンジン／モータからトルクを受容して回転し、これに収容された差動ギア組５とクラッチ部材７１とは、デフケース３と共に回転する。

【0013】

差動ギア組５は、一例としてベベルギア式の場合、複数のピニオンギア５１と、これらに噛み合った第１のサイドギア５３および第２のサイドギア５５と、よりなる。ピニオンギア５１はデフケース３からトルクを受け取る入力ギアである。サイドギア５３，５５は、それぞれ右車軸，左車軸と結合し、受容したトルクをこれらに差動的に分配する。

【0014】

デフケース３内には、右サイドギア５３と対向するようにクラッチ部材７１が収容される。図１と組み合わせて図２，３を参照するに、クラッチ部材７１はリング状であり、リングの内周面８３が例えば右サイドギア５３のボス部８１上に摺動可能に嵌合し、以って軸方向に可動である。

【0015】

右サイドギア５３は、クラッチ部材７１に向いた面において周方向に並んだ複数の第１のクラッチ歯７３を備える。これに対応するように、クラッチ部材７１は、右サイドギア５３に向いた面において周方向に並んだ複数の第２のクラッチ歯７５を備える。クラッチ歯７３，７５は互いに係合可能であり、すなわち右サイドギア５３とクラッチ部材７１との組み合わせはクラッチ７を構成する。クラッチ歯７３，７５については、後により詳しく述べる。

【0016】

主に図１，３を参照するに、クラッチ部材７１は、第２のクラッチ歯７５とは反対の面から軸方向に突出した複数の凸部７７を備える。デフケース３は、これに対応するように貫通孔３３を備え、これに凸部７７が係合し、以ってクラッチ部材７１とデフケース３とは共に回転する。

【0017】

また凸部７７は貫通孔３３を通して外部にその先端を露出させている。プランジャ９は凸部７７に対応するように複数の爪を備え、凸部７７の先端にそれぞれ当接する。アクチュエータ１１がクラッチ部材７１に向けてプランジャ９を軸に沿う方向に駆動すると、爪が凸部７７を押圧することによりクラッチ７が連結する。プランジャ９が反対方向に移動すると、クラッチ７は脱連結する。脱連結を促すべく、右サイドギア５３とクラッチ部材７１との間、あるいは他の適宜の場所に、クラッチ部材７１を右方に付勢するスプリングのごとき弾性体が介在していてもよい。

【0018】

主に図１を参照するに、アクチュエータ１１としては、例えばソレノイド１３を利用することができる。あるいはソレノイド１３に代えて、油圧装置、空圧装置、モータとギアの組み合わせ等の他の適宜のアクチュエータが利用できる。

【0019】

ソレノイド１３は、概して電磁コイル１５と、電磁コイル１５が発生する磁束を導くコア１７とよりなり、軸に関して対称であって軸回りに環状である。コア１７は、デファレンシャル装置１を収容するキャリア（静止部材）に対して回り止めされる。すなわち、回り止めされたソレノイド１３に対してデフケース３は相対回転する。

【0020】

コア１７、あるいはコア１７とデフケース３の右の壁部との組み合わせは、ギャップを残して電磁コイル１５を囲む磁気回路を構成する。ギャップは図示の例では電磁コイル１５の径方向に内側であるが、外側でもよい。

【0021】

プランジャ９は、ソレノイド１３に面するようにこれに摺動可能に嵌合し、ギャップを跨ぐように配置される。プランジャ１１は、また、好ましくはデフケース３のボス部３１に摺動可能に嵌合してこれに支持される。プランジャ９は、少なくともギャップに面した側において磁性材料よりなる。電磁コイル１５が発生する磁束は、専ら磁気回路のギャップを跳躍せずに、迂回してプランジャ９を流れ、かかる磁束がプランジャ９を軸に沿う方向に駆動する。

【0022】

上述のごとくプランジャ９はクラッチ部材７１の凸部７７に当接するので、電磁コイル１５の励磁によってアクチュエータ１１はクラッチ部材７１を操作してクラッチ７を連結することができる。クラッチ７が連結すると、クラッチ部材７１はもとよりデフケース３と共に回転するので、右サイドギア５３もデフケース３に対して相対的に回転できなくなり、結果的にサイドギア５３，５５間の差動が制限される。このときデファレンシャル装置１は、ロックアップされた状態となる。

【0023】

図１と組み合わせて図３を参照するに、クラッチ部材７１を右サイドギア５３に向けて押圧する軸力を補助するべく、凸部７７の側面７７Ｓは、それぞれ周方向に対して傾いていてもよい。また貫通孔３３の側面も、凸部７７の側面７７Ｓに対応して、それぞれ周方向に対して傾いていてもよい。互いに当接したこれら側面は、デフケース３のトルクの一部を軸力に変換するカムとして機能し、以ってクラッチ部材７１を右サイドギア５３に向けて押圧する。従ってアクチュエータ１１の出力が比較的に小さくても、十分な押圧力をもってクラッチ７の連結が維持される。

【0024】

次にクラッチ歯７３，７５についてより詳しく述べる。

【0025】

図１，２と組み合わせて図４を参照するに、クラッチ部材７１（第２のクラッチ部材）において右サイドギア５３に向いた面は、クラッチ部材７１の軸に直交している。かかる面において、周方向に等間隔に、複数の溝が形成されており、各溝は、右サイドギア（第１のクラッチ部材）５３の第１のクラッチ歯７３を個別に受容するべく構造付けられている。溝の形成は、機械加工による溝切りでもよいし、他の適宜の方法によってもよい。

【0026】

隣接する溝の間において、各溝の底面（歯底）７５Ｂから軸方向に突出している部分が、複数の第２のクラッチ歯７５を構成する。第２のクラッチ歯７５より外周側は、溝切りされずに残されて一の外周壁７９をなす。外周壁７９は、第２のクラッチ歯７５の各外周端を互いに連結し、以って第２のクラッチ歯７５を補強する。第２のクラッチ歯７５の歯先面７５Ｔと外周壁７９とは段差があってもよいが、図４に示すごとく同一面にすることができる。

【0027】

各第２のクラッチ歯７５は、軸心に向かって先細りとなっており、軸心周りの円周面に沿う内方の端部７５Ｅで終わっている。端部７５Ｅを挟む一対の側面７５Ｓは、それぞれその相当部分が平坦面である。かかる平坦面は適宜の平面Ｌに平行であって、平面Ｌは例えば軸心に平行な平面または軸心を通る放射面である。クラッチ歯７３，７５が係合したとき、一対の側面７５Ｓの何れかが第１のクラッチ歯７３と当接し、以って右サイドギア（第１のクラッチ部材）５３の回転を規制する。

【0028】

各側面７５Ｓは、平坦面の部分に加えて、平坦面と端部７５Ｅとの間であって、平坦面に対して傾きを有するクラウン面７５Ｃを備える。傾きは第２のクラッチ歯７５を端部７５Ｅに向かって先細りにする向きであり、もちろん０を超えるが、大きすぎれば平坦面の負担が過大になりかねない。そこで傾きは、例えば１／２乃至１／１００００、あるいは１／１００乃至１／１００００である。またクラウン面７５Ｃは平坦でなくてもよく、平坦面に連続して平坦面から次第に離れていく曲面であってもよい。

【0029】

各溝は、外周側において外周壁７９によって閉じているが、内周に向かっては開放されている。これは歯底７５Ｂに流入した潤滑油の排出を促し、以ってクラッチ７の固着を防止するに有利である。

【0030】

図１と組み合わせて図５を参照するに、右サイドギア（第１のクラッチ部材）５３においてクラッチ部材（第２のクラッチ部材）７１に向いた面は、右サイドギア５３の軸に直交している。かかる面より軸方向に後退した複数の溝が、周方向に等間隔に形成されており、各溝は、第２のクラッチ歯７５を受容するべく構造付けられている。かかる溝も機械加工または他の適宜の方法により形成できる。

【0031】

隣接する溝の間において、各溝の歯底から軸方向に突出している部分が、複数の第１のクラッチ歯７３を構成する。

【0032】

各第１のクラッチ歯７３は、軸心と反対方向に先太りとなっており、軸心周りの円周面に沿う外方の端部７３Ｅで終わっている。端部７３Ｅを挟む一対の側面７３Ｓは、それぞれその相当部分が平坦面である。かかる平坦面は適宜の平面Ｌに平行であり、平面Ｌは例えば軸心に平行な平面または軸心を通る放射面である。一対の側面７３Ｓの何れかが第２のクラッチ歯７５の側面７５Ｓと当接する。

【0033】

各側面７５Ｓも平坦面に対して傾きを有するクラウン面７３Ｃを備えてもよい。傾きは例えば１／２乃至１／１００００、あるいは１／１００乃至１／１００００である。またクラウン面７３Ｃも平坦面に連続して平坦面から次第に離れていく曲面であってもよい。

【0034】

各溝は、外周に向かって開放されており、すなわち潤滑油の排出を促し、クラッチ７の固着を防止するに有利である。

【0035】

一対のクラッチ部材は、径方向に相互に僅かな遊びがあるために、クラッチ歯同士が均一に当接できず、クラッチ歯のエッジに大きな集中応力を生ずる。本発明者らによる検討によれば、遊びがもたらす応力は、クラッチ歯の全長にわたり均一ではなく、クラッチ歯の内端あるいは外端近傍においてより顕著である。本実施形態においては、かかる部分をクラウン面とすることにより、応力を緩和している。クラウン面の傾斜はごく僅かであるので、クラッチ歯の中央付近において過大な応力が発生することもない。クラッチ部材の間でずれがどのようであろうと、クラッチ歯に生ずる応力はその全長にわたって均一化される。すなわちかかる構造は、クラッチ歯７３，７５の寿命の延長に有利であり、あるいは過酷な使用環境に対する耐久力の向上に有利である。

【0036】

第１のクラッチ歯と第２のクラッチ歯は、それぞれ周壁によって補強されている。これはクラッチ歯７３，７５の寿命の延長にさらに有利であり、あるいは過酷な使用環境に対する耐久力の向上にさらに有利である。

【0037】

クラッチ部材は、デファレンシャル装置において破損の懸念が比較的に高い部材である一方、一旦デファレンシャル装置に組み込まれると、取り外しに多大な労力を要する。実用的には、クラッチ部材が破損したときには、デファレンシャル装置の全体を交換することが多く、従ってクラッチ部材の寿命あるいは耐久性は、デファレンシャル装置の全体の寿命あるいは耐久性を支配する。本実施形態は、かかる部材の寿命を延長し、耐久力を向上することにより、デファレンシャル装置の全体の寿命を延長し、耐久性を向上することに寄与する。

【0038】

上述の説明においてはロックアップデファレンシャル装置を例にとったが、他の回転装置においても同様な効果が享受できる。

【0039】

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0040】

耐久性が向上したクラッチが提供される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】