JPH0434102Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は前輪と後輪とを推進軸で連結した四輪
駆動車（以下に4WD車と略称する）における推
進軸に介設されてブレーキ作動時に動力伝達を遮
断するようにした動力切換用ドグクラツチに関す
る。

（従来の技術） 制動時に前輪の制動力が後輪に伝達されないよ
うにするワンウエイクラツチは、既に実用化され
ている。

（考案が解決しようとする問題点） 上記装置として前輪から後輪への推進軸にコス
ト的に安い簡易型のドグクラツチを設けることが
考えられるが、従来のドグクラツチは互いに噛み
合うドグ歯の噛み合い面が軸方向と平行面となつ
ていたため、動力伝達中における遮断を行う場合
はドグ歯の噛み合い力に打ち勝つに充分な非常に
高い操作力が必要となる。

そこで本考案の目的は、前進駆動力伝達中のブ
レーキ作動時における推進軸に作用する減速力を
利用して低い操作力で容易に遮断できるととも
に、両ドグ歯を噛み合い可能とする許容差回転数
をアツプできる動力切換用ドグクラツチを提供す
るにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題を解決して目的を達成すべく本考案
は、前輪と後輪とを連結する推進軸にブレーキ作
動時に動力伝達を遮断する動力切換用ドグクラツ
チ１０を介設した4WD車において、入・出力軸
１，２の一方に固定されるドグピース４と他方に
軸方向へ摺動自在に設けられるハブ５とこのハブ
５の軸方向への摺動を規制または解除する電動ア
クチユエータ９７とを備え、且つドグピース４と
ハブ５とにそれぞれ設けられて互いに噛み合う両
ドグ歯４２…，５２…の前進駆動力伝達時におけ
る回転伝達側の一側面及びその反対側の他側面
を、ともに軸線と交差する角度をもつたデーパ面
に形成するとともに、その回転伝達側のテーパ面
の軸線との交差角を、回転伝達側と反対側のテー
パ面の軸線との交差角より小さく形成して成る動
力切換用ドグクラツチ１０を装備したことを特徴
とする。

（作用） 前進駆動力伝達中において、ドグピース４及び
ハブ５にそれぞれ設けられたドグ歯４２…，５２
…における回転伝達側とは反対側の他側面がテー
パ面４３…，５３…となつているので、ブレーキ
作動時における減速力によつて固定のドグピース
４のドグ歯テーパ面４３…との噛み合いによるス
ラスト力をハブ５のドグ歯テーパ面５３…が受
け、ハブ５がドグピース４から離間する方向に付
勢されることになる。

斯かるブレーキ作動時に各ドグ歯テーパ面４３
…、５３…間に発生するスラスト力を利用してハ
ブ５を移動できるので、電動アクチユエータ９７
による低い操作力で容易にドグクラツチ１０を遮
断することができる。

そして両ドグ歯４２…，５２…の回転伝達側も
テーパ面４４…、５４とし、このテーパ面４４
…，５４…の軸線と交差するテーパ角θ₁を、他方
のテーパ面４３…，５３…の軸線と交差するテー
パ角θ₂より小さくしているので、両ドグ歯４２
…，５２…を噛み合い可能とする許容差回転数を
アツプすることができる。

（実施例） 以下に添付図面を基に実施例を説明する。

第１図において、１は入力軸、２は出力軸、３
はクラツチケースであり、クラツチケース３前部
にベアリング３１にて位置決めされた入力軸１の
前部外周上にスプライン１１，３３篏合してフラ
ンジ継手３２がナツト１２で固定され、またクラ
ツチケース３後部にベアリング３４にて位置決め
された出力軸２の前端外周は入力軸１後部の円形
凹部１３内にベアリング３５を介して相対回転自
在に篏合されている。

ここで、第９図の如くエンジン１０１からの回
転駆動力は前輪駆動系１０２の差動装置１０３に
入力されるとともに、エンジン１０１から後方に
延出されて回転駆動力を伝達する推進軸１０４が
入力軸１にフランジ継手３２で連結され、出力軸
２は後方の後輪駆動系１０５のビスカスカツプリ
ングによる差動装置１０６に連結されており、斯
かる4WD車における推進軸を構成する入力軸１
と出力軸２間に本考案に係る動力切換用ドグクラ
ツチ１０が配設されている。

第１図のようにドグクラツチ１０はドグピース
４とハブ５とボール６とスリーブ８等から成り、
ドグピース４はクラツチケース３内における出力
軸２の前部外周上にスプライン２１，４１篏合し
てナツト２２で固定され、またハブ５はクラツチ
ケース３内における入力軸１の前部外周上にスプ
ライン１５，５１篏合して軸方向へ摺動自在、且
つ回転方向は軸一体に設けられている。ドグピー
ス４とハブ５の両対向面には軸方向に突出して互
いに噛み合い自在な多数のドグ歯４２…，５２…
がそれぞれ円周方向に等間隔で設けられ、斯かる
ドグ歯４２，５２は第２図に示すように前進駆動
力伝達時における回転方向を矢印Ｆとした場合、
回転伝達側とは反対側の側面が軸線と比較的大き
な角度をもつて交差するテーパ面４３，５３に形
成されており、また回転伝達側の側面も軸線と僅
かに小さな角度で交差するテーパ面４４，５４に
形成されている。

特に回転伝達側の各テーパ面４４…，５４…の
噛み合いによる矢印Ｆ方向への前進駆動力伝達中
において、安定性確保のために後輪側より前輪側
を強くしたブレーキ配分によるブレーキングを行
うと、そのブレーキ配分により先ず入力軸１側に
回転方向Ｆとは逆に矢印Ｂ方向への減速力が作用
するので、今度は回転伝達側と反対側の各テーパ
面４３…，５３…が噛み合うことになり、この各
テーパ面４３…，５３…の噛み合いによりハブ５
にはスラスト方向への移動力が発生するようにな
つている。

以下では回転伝達側と反対側のテーパ面４３，
５３を減速側テーパ面、逆に回転伝達側のテーパ
面４４，５４を加速側テーパ面と呼ぶ。

そしてハブ５の前部は小径部５５に形成されて
入力軸１の中間部外周上に摺動自在に延出し、こ
の小径部５５の後部には例えば円周方向に等間隔
で三箇所のガイド孔５６…が放射状に貫通形成さ
れるとともに、小径部５５の前部にも同様のガイ
ド孔５７…が貫通形成されており、これら各ガイ
ド孔５６…，５７…内にボール６…，７…がそれ
ぞれ収納されている。また入力軸１の中間部外周
でスプライン１５前端に連続する部分には後方の
各ボール６…が押し込まれる環状の係合溝１６が
形成されている。

更にハブ５の小径部５５外周側にはスリーブ８
が軸方向へ摺動自在に配設されており、スリーブ
８の後寄り中間部内周には後方の各ボール６…を
入力軸１外周の係合溝１６内に押し込み自在で、
且つ小径部５５外周上を摺動自在な環状の突部８
６が形成されている。またスリーブ８の前部内周
は入力軸１の中間部外周上を転動する前方の各ボ
ール７…と摺接するガイド面８７となつており、
斯かるスリーブ８の前方への移動時に後部内周も
後方の各ボール６…のガイド面８８となつてい
る。

一方、クラツチケース３に以上のドグクラツチ
１０の操作装置９が設けられている。即ちスリー
ブ８の外周に設けた環状溝８２に係合する二股状
のフオーク爪９２，９２を備えたシフトフオーク
９１がスプリングピン９３にてシフトロツド９４
に結合され、シフトロツド９４は同一軸線上に配
置された入・出力軸１，２と平行にクラツチケー
ス３内に軸方向へ摺動自在に組み込まれている。
またシフトロツド９４外周でクラツチケース３内
の前部とシフトフオーク９１間にはドグクラツチ
１０を接続方向に付勢するリターンスプリング９
５が縮装され、更にクラツチケース３から前方へ
突出するシフトロツド９４前端には連結ピン９６
にて電動アクチユエータであるソレノイド９７の
可動部９８が結合されている。

斯くしてブレーキ作動時に連動してソレノイド
９７を通電すると、その磁力により可動部９８が
連結ピン９６を介しシフトロツド９４を図示状態
からリターンスプリング９５の付勢に抗して前方
へ移動させ、これによりシフトフオーク９１を介
しスリーブ８を図示状態から前方に移動させる。
またソレノイド９７への通電を遮断すれば、リタ
ーンスプリング９５の付勢によつて操作装置９及
びスリーブ８は図示状態に復帰する。

以上において、図示状態のようにドグクラツチ
１０の接続による入力軸１から出力軸２への動力
伝達中、特に第２図のように各加速側テーパ面４
４…，５４…の噛み合いによる矢印Ｆ方向への前
進駆動力伝達中において、ブレーキ作動と同時に
ソレノイド９７を通電し、リターンスプリング９
５の付勢に抗してシフトロツド９４及びシフトフ
オーク９１を介しスリーブ８を前方に移動させる
と、先ずスリーブ８内周の突部８６による後方の
ボール６…の入力軸１外周に設けた係合溝１６へ
の押し込みが解除される。

そして前述の如くブレーキングは安定性確保の
ために後輪側より前輪側を強くしたブレーキ配分
により行われ、これにより入力軸１側に回転方向
Ｆとは逆に矢印Ｂ方向への減速力が作用して各減
速側テーパ面４３…，５３…が噛み合うことにな
るので、出力軸２上に固定したドグピース４のド
グ歯４２…の減速側テーパ面４３…と入力軸１上
にスプライン１５，５１篏合したハブ５のドグ歯
５２…の減速側テーパ面５３…との回転中での噛
み合いによるスラスト力が作用するため、そのス
ラスト力によつて係合溝１６からボール６…が外
れてスリーブ８後部内周のガイド面８８に突出す
ると同時に、ハブ５が入力軸１上を前方に移動し
て両ドグ歯４２…，５２…の噛み合いが断たれ
る。

またソレノイド９７への通電を遮断すれば、リ
ターンスプリング９５の付勢によつて操作装置９
及びスリーブ８は図示状態に復帰し、更にドグク
ラツチ１０が接続される。

このように本考案のドグクラツチ１０は前進駆
動トルク伝達中でのブレーキ作動時において、前
進駆動系１０２側の入力軸１に作用する減速力に
よる両ドグ歯４２…，５２…の各減速側テーパ面
４３…，５３…の噛み合いにより発生するスラス
ト力を利用することによつて、ボール６…の動き
を規制するスリーブ８を移動するだけの低い操作
力で入力軸１から出力軸２へのトルク伝達を遮断
することができる。

従つて第９図に示す4WD車に四輪アンチロツ
クブレーキを組み合わせた場合において、四輪ア
ンチロツクブレーキ作動に連動させて後輪駆動系
１０５へのトルク伝達を低い操作力で遮断できる
ため、四輪アンチロツクブレーキを有効に作動す
ることができる。また通常のブレーキとの組み合
わせでも車両の挙動安定確保に有効である。

尚、入力軸１にドグピース４を配置して出力軸
２にハブ５を配置しても良い。

次に本考案のドグクラツチ１０が特に減速時に
おいて、低い操作力で切り換え可能であることを
理論計算式を用いて解析する。

第３図において、Fa₁はドグ歯４２，５２の噛
み合いにより発生するスラスト力、Fa₂は入力軸
１とハブ５とのスプライン１５，５１篏合による
軸方向の摩擦抵抗、Faはハブ５がボール６を押
す力、Ｔは伝達トルク、r₁はドグ歯４２，５２の
回転半径、r₂はスプライン１５，５１の回転半径
であり、 Fa＝Fa₁−Fa₂ と表せる。

ここで、第４図の如く仮に加速側テーパ面４
４，５４と減速側テーパ面４３，５３の両テーパ
角θ₁，θ₂を同角度（θ₁＝θ₂）とした場合、 Fa＞０ となるが、本考案では第５図のように加速側テー
パ面４４，５４のテーパ角θ₁を減速側テーパ面４
３，５３のテーパ角θ₂より小さくし、 Fa＜０ となる設定としている。

即ちドグ歯４２，５２の歯面の摩擦係数をμ₁と
すると、 Fa₁＝Ｔ／r₁tanθ₁−μ₁・Ｔ／r₁ が求められる。

またスプライン１５，５１の圧力角をα、その
歯面の摩擦係数をμ₂とすると、 Fa₂＝Ｔ／r₂・μ₂／cosα が求められる。

そして加速方向Ｆの動力伝達において、 Fa＜０ であるから、 Fa＝Fa₁−Fa₂＜０ Fa₁＜Fa₂ Ｔ／r₁tanθ₁−μ₁・Ｔ／r₁＜Ｔ／r₂・μ₂／cosα ∴θ₁＜tan^-1r₁μ₂／r₂cosα＋μ₁ となるようθ₁を設定すれば良い。

次に本考案のドグクランチ１０による噛み合い
可能な許容差回転数のアツプについて説明する。

先ず本考案のドグクラツチ１０の構造上、加速
方向Ｆの動力伝達において、Fa＜０のため、第
６図のような加速側テーパ面４４…，５４…の噛
み合いが不完全な状態、つまりボール６が入力軸
１の係合溝１６に完全に入り込まない状態におい
ても、ハブ５は第６図の状態を保つことが可能で
ある。

ここで、Fa＞０の場合、第７図のようにボー
ル６が入力軸係合溝１６に完全に入り込み、且つ
スリーブ８の内周突部８６がボール６のセンター
を乗り越さない限りトルク伝達不能であり、結果
としてハブ５はスラストFaの力で後退すること
になる。特にハブ５とドグピース４の差回転が大
の場合、ハブ５とドグピース４の相対速度が速い
ため、上記動作が異音を伴つて連続的に発生して
しまう。

これに対しFa＜０の場合は、第６図の噛み合
い不完全状態でハブ５とドグピース４との差回転
を０にし、伝達トルクが低下した時にボール６が
入力軸係合溝１６に完全に入り込み、スリーブ内
周突部８６がボール６のセンターを乗り越えてシ
フト完了となる。

故にFa＞０よりFa＜０となるドグ歯テーパ角
を設定することにより噛み合い可能なスリーブ８
のストロークを低減でき、許容差回転数のアツプ
が図れる。

またスリーブ８のストローク低減はボール６の
小径化によつても達成できる。

即ちFa＞０の場合は伝達トルクＴの増加によ
りFaの値、つまりボール６にかかる荷重が増加
するが、本考案では加速方向Ｆにおいて、Fa＜
０のため、ボール６に荷重は加わらない。故に減
速方向Ｂのトルク伝達時のみボール６に荷重がか
かる。減速トルクは加速トルクに比較して小さい
ため、ボール６の強制的制約は半減する。従つて
ボール６の小径化が可能となる。

以下に斯かるボール６の小径化によるスリーブ
８のストローク低減を理論計算式で証明する。

第８図において、Dsはスリーブ内周突部８６
の直径、D₁はボール６とスリーブ内周突部８６
側面との接触部である点Ｐの直径、Ｘは4WD時
の破線で示すボール６のセンターから点Ｐまでの
軸方向距離、D₂は入力軸１の直径、ａは4WD時
のボール６センターからスリーブ内周突部８６終
端までの軸方向距離の、ｒはボール６の半径、θ
はスリーブ内周突部８６側面の傾斜角度である。

斯かる第８図において、ボール６とスリーブ８
の相対位置が破線から実線へ移行すると、ハブ５
は軸方向摺動可能となる。との時、ボール６はス
リーブ内周突部８６側面の傾斜面点Ｐで接触す
る。この状態になるまでのスリーブストローク
Lsを求める。

D₁＝D₂＋2r＋2rsinθ ＝D₂＋2r（１＋sinθ） … Ｘ＝ａ＋D₁−Ds／２tanθ … そして Ls＝Ｘ＋rcosθ であるから、式を代入して Ls＝ａ＋D₁−Ds／２tanθ＋rcosθ 更に式を代入すると、 Ls＝ａ＋｛D₂＋2r（１＋sinθ）＋Ds｝ ×tanθ／２＋rcosθ を得る。

故にｒを小さくすると、Lsが小さくなる。

（考案の効果） 以上のように本考案に係る4WD車の動力切換
用ドグクラツチよれば、前進駆動力伝達中におい
て、ドグピース及びハブにそれぞれ設けられたド
グ歯における回転伝達側とは反対側の他側面がテ
ーパ面となつているので、ブレーキ作動時におけ
る推進軸に作用する減速力によつて固定のドグピ
ースのドグ歯テーパ面との噛み合いによるスラス
ト力をハブのドグ歯テーパ面が受け、ハブがドグ
ピースから離間する方向に付勢されることにな
り、即ちブレーキ作動時に各ドグ歯テーパ面間に
発生するスラスト力を利用してハブを移動できる
ため、電動アクチユエータによる低い操作力で容
易にドグクラツチを遮断することができる。

そして本考案では、両ドグ歯の回転伝達側もテ
ーパ面とし、このテーパ面の軸線と交差するテー
パ角を、他方のテーパ面の軸線と交差するテーパ
角より小さくしているので、両ドグ歯を噛み合い
可能とする許容差回転数をアツプすることができ
る。

以上の通り、本考案によれば、特に、両ドグ歯
のの回転伝達側と反対側のテーパ面の軸線との交
差角を大きくすることにより、4WD車のブレー
キ時におけるドグクラツチの遮断を容易にするこ
とができ、また、ハブの軸方向への摺動を規制ま
たは解除する電動アクチユエータを設けること
で、クラツチの制御を行なうことができ、電動ア
クチユエータの駆動力のみでハブの摺動を行なう
ものと比較して、クラツチ自体をコンパクトに製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るドグクラツチ部分の断面
図、第２図は両ドグ歯の噛み合いを示す展開図、
第３図は理論解析のために軸とハブとボール及び
スリーブの関係の諸元を示す模式図、第４図は加
速側と減速側の両側面を同角度のテーパ面とした
ドグ歯噛み合い状態の模式図、第５図は本考案に
よる減速側のテーパ面の角度を大きくしたドグ歯
噛み合い状態の模式図、第６図はそのドグ歯の半
噛み合い状態の模式図、第７図は同ボール部分の
模式図、第８図は更なる理論解析のための諸元を
示す模式図、第９図は4WD車の模式的構成図で
ある。 尚、図面中、１は入力軸、２は出力軸、４はド
グピース、４２はドグ歯、４３は減速側テーパ
面、４４は加速側テーパ面、５はハブ、５２はド
グ歯、５３は減速側テーパ面、５４は加速側テー
パ面、１０はドグクラツチ、９７は電動アクチユ
エータである。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 前輪と後輪とを連結する推進軸にブレーキ作動
   時に動力伝達を遮断する動力切換用ドグクラツチ
   を介設した四輪駆動車において、 前記ドグクラツチは入・出力軸の一方に固定さ
   れるドグピースと他方に軸方向へ摺動自在に設け
   られるハブとこのハブの軸方向への摺動を規制ま
   たは解除する電動アクチユエータとを備え、 且つドグピースとハブとにそれぞれ設けられて
   互いに噛み合う両ドグ歯の前進駆動力伝達時にお
   ける回転伝達側の一側面及びその反対側の他側面
   を、ともに軸線と交差する角度をもつたテーパ面
   に形成するとともに、 その回転伝達側のテーパ面の軸線との交差角
   を、回転伝達側と反対側のテーパ面の軸線との交
   差角より小さく形成してなる、 四輪駆動車の動力切換用ドグクラツチ。