技術 カップリング装置

0001

本開示は、駆動軸の回転駆動力を入力軸に選択的に伝達するカップリング装置に関する。

0002

カップリング装置は、ハウジングと、ハウジング内にラジアルベアリングを介して回転自在に支持される中空の外側回転部材と、外側回転部材内に回転自在に設けられる内側回転部材と、外側回転部材内に設けられ外側回転部材及び内側回転部材を断接可能に接続するクラッチとを備える。

0003

特許第５０４５２８３号公報

0004

ところで、外側回転部材内には、クラッチオイルが収容される。このため、外側回転部材は、クラッチオイルのせん断抵抗による発熱によって熱膨張する。また、外側回転部材は、鋼鉄製のラジアルベアリングより線膨張係数が大きいアルミで形成される。このため、外側回転部材は、熱膨張時にラジアルベアリングを内側から径方向外方に押圧し、ラジアルベアリングのラジアル隙間を減少させ、ラジアルベアリングの寿命を低下させるという問題がある。

0005

かかる問題を解決する手段としては、ラジアル隙間（内周リング及び外周リング間の隙間）が大きなラジアルベアリングを用いる方法がある。しかし、この方法では、低温時又は常温時における内周リング２２ｂ及び外周リング２２ａ間のガタが大きく、内周リング２２ｂに対して外周リング２２ａが偏心回転し易い。このため、外周リング２２ａの偏心回転に伴うアンバランスが誘発され易く、異音及び振動の原因となるという課題がある。

0006

また、特許文献１記載の発明は、ラジアルベアリングと外側回転部材との間に外側回転部材とは別体の中間部材を設ける。このため、部品点数が増加すると共に、新たな組立工数が発生し、生産コストが増えるという課題がある。

0007

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、異音及び振動の原因を増やすことなく、安価な手段にて、外側回転部材の熱膨張からラジアルベアリングを保護できるカップリング装置を提供することにある。

0008

本開示の一の態様によれば、ハウジングと、前記ハウジング内にラジアルベアリングを介して回転自在に設けられ駆動軸に接続される中空の外側回転部材と、前記外側回転部材内に同軸にかつ回転自在に支持され、入力軸に接続される内側回転部材と、前記外側回転部材を前記内側回転部材に断接可能に接続するクラッチと、前記クラッチを駆動させるアクチュエータとを備え、
前記外側回転部材の外周部には、熱膨張を吸収するための熱膨張吸収穴が、前記駆動軸側の端面から軸方向における前記ラジアルベアリングの位置まで延びて形成されたことを特徴とするカップリング装置が提供される。

0009

好ましくは、前記熱膨張吸収穴は、前記外側回転部材の外周部に周方向に複数形成されるとよい。

0010

好ましくは、前記熱膨張吸収穴の前記駆動軸側には、前記駆動軸をボルト締めするための雌ネジ部が形成されるとよい。

0011

また、前記熱膨張吸収穴の前記駆動軸側には、前記駆動軸を位置決めするための嵌合部が形成されてもよい。

0012

好ましくは、前記熱膨張吸収穴は、断面円形に形成されるとよい。

0013

好ましくは、前記熱膨張吸収穴内には、充填材が設けられるとよい。

0014

好ましくは、前記充填材は、弾性材で構成されるとよい。

0015

好ましくは、前記充填材は、ウェイトであるとよい。

0016

本開示によれば、異音及び振動の原因を増やすことなく、安価な手段にて、外側回転部材の熱膨張からラジアルベアリングを保護できる。

0017

本開示の一実施の形態に係るカップリング装置が適用される車両の概略平面図である。
カップリング装置の断面図である。
他の実施の形態を示すカップリング装置の要部断面図である。
他の実施の形態を示すカップリング装置の要部断面図である。

0018

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、後述する実施の形態における前後左右上下の各方向は、本実施形態に係るカップリング装置が適用される車両の各方向をいうものとする。但しこれら各方向が説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。

0019

図１は、本実施形態に係るカップリング装置１が適用される車両Ｃの概略平面図である。

0020

図１に示すように、本実施の形態において車両Ｃは、ＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ車）ベースのパートタイム４ＷＤ車（四輪駆動車）である。駆動軸たるプロペラシャフト２は、車両前部から後方に延びる。プロペラシャフト２には、エンジンＥからの回転駆動力が図示しない変速機およびトランスファを介して伝達される。デファレンシャルギア３は、左右の後輪Ｒ、Ｒに連結されると共に、車体に固定されたデフケース４内に収容される。デフケース４内には、デフオイルが収容される。カップリング装置１は、プロペラシャフト２とデファレンシャルギア３の間に設けられ、プロペラシャフト２の回転駆動力をデファレンシャルギア３の入力軸３ａに選択的に伝達するよう構成されている。

0021

図２は、カップリング装置１の断面図である。図２に示すように、カップリング装置１は、デフケース４設けられるハウジング２１と、ハウジング２１内にラジアルベアリング２２を介して回転自在に設けられプロペラシャフト２に接続される中空の外側回転部材５と、外側回転部材５内に同軸にかつ回転自在に支持される内側回転部材６と、外側回転部材５を内側回転部材６に断接可能に接続するクラッチ７と、クラッチ７を駆動させるアクチュエータ８とを備える。

0022

ハウジング２１は、概ね筒状（具体的には円筒状）に形成され、外側回転部材５の外周を覆う。ハウジング２１は、後端をデフケース４に液密に固定される。また、ラジアルベアリング２２より前方のハウジング２１の内周面には、ハウジング２１と外側回転部材５との間をシールするリップシール２３が設けられる。

0023

ラジアルベアリング２２は、外周リング２２ａと、内周リング２２ｂと、外周リング２２ａ及び内周リング２２ｂ間に介在されるボール２２ｃとを備える。外周リング２２ａは、ハウジング２１の内周面に嵌合されると共に、図示しないスナップリング等で軸方向の位置を規制される。これにより、外周リング２２ａは、ハウジング２１の内周面に固定される。また、内周リング２２ｂは、外側回転部材５の外周面に嵌合されると共に、図示しないスナップリング等で軸方向の位置を規制される。これにより、内周リング２２ｂは、外側回転部材５の外周面に固定される。外周リング２２ａ、内周リング２２ｂ及びボール２２ｃは、それぞれ鋼鉄にて形成される。
なお、ボール２２ｃは、コロであってもよい。

0024

外側回転部材５は、アルミで形成され、ハウジング２１と同軸に配置される。外側回転部材５は、有底筒体状（具体的には有底円筒状）に形成される前部回転部９と、前部回転部９に後方から嵌入されネジ等により固定される後部回転部１０とを備える。

0025

前部回転部９は、前部に形成されプロペラシャフト２にボルト（図示せず）にて締結されるベース部４０と、後部に形成されクラッチ７等を収容するケース部４１とを備える。

0026

ベース部４０は、厚肉（内径及び外径間の寸法が大きな）の筒状に形成され外側回転部材５の前部外周部を構成する筒部４２と、筒部４２内の穴４２ａを塞ぐ蓋部４３とを備える。筒部４２の前部には、ラジアルベアリング２２の内周リング２２ｂが固定される。筒部４２の後部は、前部より拡径して形成される。また、筒部４２には、筒部４２及び蓋部４３の熱膨張を吸収するための熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂが周方向に複数形成される。

0027

熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、筒部の前端面から後方に延びて形成される。また、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、軸方向におけるラジアルベアリング２２の位置を超えて後方に延びる。なお、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、必ずしもラジアルベアリング２２の位置を超えて後方に延びる必要はなく、少なくとも軸方向におけるラジアルベアリング２２の位置に達していればよい。すなわち、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、その少なくとも一部が、ラジアルベアリング２２の半径方向内側の軸方向領域内にあればよい。また、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂには、第１熱膨張吸収穴４４ａと、第２熱膨張吸収穴４４ｂとがある。第１熱膨張吸収穴４４ａの前側（プロペラシャフト２側）には、雌ネジ部４５ａが形成される。雌ネジ部４５ａには、ベース部４０にプロペラシャフト２のフランジ２ａを締結するためのボルト４５ｂが螺合される。第２熱膨張吸収穴４４ｂの前側（プロペラシャフト２側）には、嵌合部４６ａが形成される。嵌合部４６ａには、プロペラシャフト２のフランジ２ａに形成された位置決め用突起４６ｂが嵌合される。第１熱膨張吸収穴４４ａは、筒部４２の周方向に等間隔に複数（例えば４つ）形成される。第２熱膨張吸収穴４４ｂは、第１熱膨張吸収穴４４ａより少ない数（例えば３つ）、周方向に等間隔に形成される。また、第１熱膨張吸収穴４４ａ及び第２熱膨張吸収穴４４ｂは、断面円形に形成される。

0028

なお、第１熱膨張吸収穴４４ａは必ずしも周方向に等間隔に形成されなくともよい。また、位置決め用の嵌合部４６ａを必要としない場合、第２熱膨張吸収穴４４ｂは省略されてもよい。

0029

また、筒部４２の前部外周面４２ｂには、ハウジング２１の前端開口を塞ぐためのカバー部材４７が設けられる。カバー部材４７は、前面視円環状に形成され、筒部４２の前部外周面４２ｂに内周端を固定される。筒部４２の内周端は、筒状に形成される。また、カバー部材４７の外周端は、後方に延びる筒状に形成され、ハウジング２１の前端部外周を覆う。蓋部４３は、筒部４２の前端部に一体に形成される。

0030

ケース部４１は、筒部４２より薄肉の筒状に形成される。また、ケース部４１の内周には、第１スプライン１１が形成される。

0031

後部回転部１０は、筒状（具体的には円筒状）に形成され内側回転部材６の後部外周を覆う鞘管部１２と、鞘管部１２から外周側に延びて形成されケース部４１の後端部に嵌合される鍔部１３とを備える。鍔部１３の後面には、電磁石３５を収容するための電磁石収容部１４が凹状に形成される。鞘管部１２には、鞘管部１２と内側回転部材６との間を液密にシールするためのシールリング１５が設けられる。シールリング１５は、シールリング１５より前側の外側回転部材５内に収容されるクラッチオイルと、シールリング１５より後方のデフケース４内に収容されるデフオイルとが混ざることを防ぐ。また、鞘管部１２は、後述する固定側の取付部材３６に軸受１６を介して回転自在に支持される。

0032

内側回転部材６は、概ね筒状（具体的には円筒状）に形成される。内側回転部材６の前端部は、外側回転部材５に軸受１６を介して回転自在に支持される。また、内側回転部材６の前部には、外径を拡大される拡径部１７が形成される。拡径部１７の外周には、第２スプライン１８が形成される。拡径部１７及び第２スプライン１８は、第１スプライン１１より短く形成されると共に、第１スプライン１１の前部と径方向に対向して配置される。また、内側回転部材６の後部内周には、係合部としての第３スプライン１９が形成される。第３スプライン１９は、デファレンシャルギア３の入力軸３ａに係合され、具体的には、入力軸３ａの外周に形成されたスプライン３ｂに嵌合される。これにより、内側回転部材６の後部はデファレンシャルギア３の入力軸３ａに同軸に接続される。また、内側回転部材６の径方向中央の孔６ａは軸方向に貫通される。

0033

また、内側回転部材６内には、その内部を仕切るプラグ２０が設けられる。ここで、内側回転部材６内の空間は、外側回転部材５内の空間と、デフケース４内の空間とに連通されている。プラグ２０は、これら外側回転部材５内の空間とデフケース４内の空間とを隔絶するために設けられている。プラグ２０は、外側回転部材５内に収容されるクラッチオイルと、入力軸３ａ側のオイル、具体的にはデフケース４内のデフオイルとが混ざることを防ぐ。プラグ２０は、有底筒体状（具体的には有底円筒状）に形成される。なお、プラグ２０は有底筒体状でなくてもよく、任意の形状であってよい。例えば単なる中実形状であってもよい。また、プラグ２０は、内側回転部材６に一体に形成されてもよい。

0034

クラッチ７は、第１スプライン１１にスプライン嵌合される環状の第１クラッチ板２５ａと、第２スプライン１８に嵌合される環状の第２クラッチ板２５ｂとを備える。第１クラッチ板２５ａと第２クラッチ板２５ｂは前後方向に交互に配置される。また、クラッチ７より前方の外側回転部材５には、クラッチ７を受けるためのクラッチ受部２７が形成される。

0035

アクチュエータ８は、電磁石３５と、電磁石によって吸引されるアーマチャ３４と、電磁石３５がアーマチャ３４を吸引する力を増幅させてクラッチ７に伝達する倍力装置３７とを備える。倍力装置３７は、第２スプライン１８にスプライン嵌合される第１カムブロック２８と、第１カムブロック２８の後方に配設される第２カムブロック２９と、第１カムブロック２８及び第２カムブロック２９間に配設されるボール３０と、第２カムブロック２９の外周に形成される第４スプライン３１と、第１スプライン１１にスプライン嵌合される第３クラッチ板３２と、第４スプライン３１にスプライン係合される第４クラッチ板３３とを備える。

0036

第１カムブロック２８は環状に形成される。第１カムブロック２８は、ボール３０を受けるための第１カム板部２８ａと、第１カム板部２８ａより外周に形成されクラッチ７を前方に押圧するための押圧部２８ｂとを備える。第１カム板部２８ａには、ボール３０を受けるための第１カム溝２８ｃが周方向に複数形成される。第１カム溝２８ｃは、それぞれ周方向に延びる三日月形に形成される。また、第１カム溝２８ｃは、中央部から両端部に向かうにつれて溝幅が狭くなると共に、溝深さが浅くなるように形成される。

0037

第２カムブロック２９は、第１カムブロック２８より外径が小さな環状に形成される。第２カムブロック２９は、第１カム板部２８ａと対向して配置される第２カム板部２９ａと、第２カム板部２９ａの外周に設けられ前後方向に延びる筒状のスプライン基部２９ｂとを備える。第２カム板部２９ａには、ボール３０を受けるための第２カム溝２９ｃが第１カム溝２８ｃと対向して複数形成される。第２カム溝２９ｃは第１カム溝２８ｃと前後対称の形状に形成される。スプライン基部２９ｂの外周には、第４スプライン３１が形成される。

0038

アーマチャ３４は、第４スプライン３１より内径が大きな環状に形成され、第３クラッチ板３２及び第４クラッチ板３３より前方に配設される。アーマチャ３４は鉄等の磁性体で構成され、電磁石３５から磁力を受けたとき電磁石３５に向かって後方に吸引される。また、アーマチャ３４は、第２スプライン１８にスプライン嵌合される。

0039

電磁石３５は、取付部材３６に取り付けられ、アーマチャ３４を後方に吸引する。取付部材３６はデフケース４に固定される。電磁石３５は、電磁石収容部１４内に収容され、外部の制御装置（図示せず）により通電されることで磁界を発生させる。

0040

なお、アクチュエータ８は、これに限るものではない。アクチュエータ８は、クラッチ７を駆動できるものであればよい。具体的には、アクチュエータ８は、電磁石３５に代えて電動モータ、油圧モータ、電動シリンダ、油圧シリンダ等を備えてもよい。また、倍力装置３７なしでクラッチ７を駆動できる場合、倍力装置３７は省略されてもよい。

0041

次に、本実施の形態の作用効果について述べる。

0042

前部回転部９を形成する場合、例えば、鍛造加工にて前部回転部９の原型（具体的には、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂを有しない前部回転部９）を形成したのち、前記原型に第１熱膨張吸収穴４４ａ及び第２熱膨張吸収穴４４ｂを加工形成する。第１熱膨張吸収穴４４ａの加工形成は、ドリル等で前記原型の前面に後方に延びる穴を形成したのち、タップ等でその穴の前側に雌ネジを形成することで行う。また、第２熱膨張吸収穴４４ｂの加工形成は、ドリル等で前記原型の前面に後方に延びる穴を形成したのち、リーマー等でその穴の前側を所定の径に拡径させることで行う。ここで、前記原型に熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂを形成しないで駆動軸締結用のボルト穴及び位置決め穴のみを形成する場合（比較例という）と比較する。この場合、ドリル等で下孔を形成したのち、その下孔に雌ネジ又は拡径部を形成する。すなわち、本実施の形態と比較例とで工数は同じであり、相違点は、ドリル加工で形成する穴の長さのみとなる。本実施の形態の穴は長く、比較例の下穴は短い。よって、本実施の形態は比較例よりドリル加工時間が僅かに増えるだけであり、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂを安価に効率よく形成できる。すなわち、本実施の形態では、元々比較例にあったボルト穴加工用の下孔を延長するだけで熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂを容易に形成できる。

0043

次に車両Ｃに組み込まれたカップリング装置１の作用について説明する。

0044

電磁石３５に通電されないとき、クラッチ７は断状態となる。このため、プロペラシャフト２の回転駆動力は外側回転部材５のみに伝達され、内側回転部材６には伝達されない。またこのとき、クラッチ７の第１クラッチ板２５ａと第２クラッチ板２５ｂは微小な間隔を隔てて近接されている。このため、クラッチオイルは第１クラッチ板２５ａに対して摩擦され、摩擦熱が発生する。摩擦熱は、クラッチオイルを介して外側回転部材５全体に伝わり、外側回転部材５を熱膨張させる。このとき、外側回転部材５の外周には、ラジアルベアリング２２が固定されており、ラジアルベアリング２２は外側回転部材５より線膨張係数が小さいため、外側回転部材５は径方向外方への膨張を規制される。ここで仮に熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂが存在しない場合、外側回転部材５はラジアルベアリング２２を径方向外方に押し拡げ、ラジアルベアリング２２のラジアル隙間を減少させ、ラジアルベアリング２２の寿命を縮めることとなる。しかし、本実施の形態に係る外側回転部材５には、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂが形成されるため、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂが僅かに変形して外側回転部材５の熱膨張を吸収する。このため、ラジアルベアリング２２のラジアル隙間が減少されるのを防止または抑制することができ、ラジアルベアリング２２の寿命が縮むことを防止または抑制できる。また、本実施の形態で用いるラジアルベアリング２２は通常のものであり、ラジアル隙間が大きくされたラジアルベアリングではない。このため、異音や振動が増えることを防止又は抑制できる。すなわち、本実施の形態によれば、異音及び振動の原因を増やすことなく、安価な手段にて、外側回転部材５の熱膨張からラジアルベアリング２２を保護できる。また、本実施の形態では、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、ラジアルベアリング２２の半径方向内側の軸方向領域の全域にあるものとした。これにより、外側回転部材５からラジアルベアリング２２に向かう熱膨張の力を効果的に吸収できる。しかし、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、前記軸方向領域の一部にのみあるものであってもよい。この場合でも、外側回転部材５からラジアルベアリング２２に向かう熱膨張の力を吸収することはできる。

0045

なお、クラッチ断の状態から電磁石３５に通電されると、アーマチャ３４が後方の電磁石３５に吸引され、後方に移動される。後方に移動されたアーマチャ３４は、第３クラッチ板３２及び第４クラッチ板３３を後方に押す。これにより、第３クラッチ板３２及び第４クラッチ板３３はアーマチャ３４と後部回転部１０とに挟まれて接状態となる。第３クラッチ板３２から回転駆動力を受けた第４クラッチ板３３は、第２カムブロック２９に回転駆動力を伝達する。回転駆動力が伝達された第２カムブロック２９は、第１カムブロック２８に対して回動される。これにより、第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃが相対的に周方向に移動される。そして、ボール３０は、第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃに沿って転がることで第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃの端部に移動される。第１カム溝２８ｃ及び第２カム溝２９ｃは、中央部から端部に向かうにつれては溝深さが浅くなる。このため、第１カム板部２８ａは、第２カム板部２９ａに対して前方に押され、第１クラッチ板２５ａ及び第２クラッチ板２５ｂを前方に押す。これにより、第１クラッチ板２５ａ及び第２クラッチ板２５ｂは第１カムブロック２８の押圧部２８ｂとクラッチ受部２７とに挟まれて接状態となる。第１クラッチ板２５ａから回転駆動力を受けた第２クラッチ板２５ｂは、内側回転部材６に回転駆動力を伝達する。これにより、内側回転部材６は、外側回転部材５と一体的に回転され、デファレンシャルギア３の入力軸３ａに回転駆動力を伝達する。こうしてエンジン駆動力が後輪Ｒ、Ｒにも伝達され、車両Ｃは四輪駆動状態となる。

0046

以上、本開示の基本実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。

0047

（１）熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、前側に雌ネジ部４５又は嵌合部４６が形成されるものとしたが、必ずしも雌ネジ部４５又は嵌合部４６が形成されなくともよい。例えば、周方向に複数形成された熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂのうち、一部もしくは全部は、雌ネジ部４５又は嵌合部４６が形成されないものであってもよい。この場合、雌ネジ部４５又は嵌合部４６が形成されない熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、断面円形に形成されなくともよい。雌ネジ部４５又は嵌合部４６が形成されない熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂは、例えば、断面楕円形等であってもよく、他の断面形状であってもよい。

0048

（２）図３及び図４に示すように、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂ内に充填材４８を設けてもよい。好ましくは、充填材４８は、回転バランス調整用のウェイトであるとよい。熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂ内に設ける充填材４８の量を増減することにより、回転アンバランスの補正ができ、アンバランスによる異音及び騒音を抑制できる。

0049

また、充填材４８もしくはウェイトは、外側回転部材５の素材であるアルミと比重の近い材料で構成されるとよい。またさらに、充填材４８もしくはウェイトは、軟質の樹脂（例えばゴム）等の弾性体で構成されるとよい。熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂの変形に追従でき、熱膨張吸収穴４４ａ、４４ｂによる熱膨張吸収の邪魔になることを防止または抑制できる。

0050

（３）前述の基本実施形態では内側回転部材６を入力軸３ａの外周にスプラインにより係合させた。しかし係合方法は他の方法でもよい。例えばセレーション、キーとキー溝の組み合わせ、歯車、または角軸と角穴の組み合わせ等の様々な同軸接続構造により係合させてもよい。

0051

（４）前述の基本実施形態のカップリング装置１は、ＦＦ車ベースのパートタイム４ＷＤ車において、駆動軸たるプロペラシャフト２の回転駆動力を、デファレンシャルギア３の入力軸３ａに選択的に伝達するよう適用された。しかしながら、本開示に係るカップリング装置の用途はこれに限定されない。駆動軸の回転駆動力を何等かの入力軸に選択的に伝達したい場合、本開示に係るカップリング装置は好適に使用可能である。それ故、本開示に係るカップリング装置は、車両以外の分野にも適用可能である。

0052

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

0053

１カップリング装置
２駆動軸
３ａ入力軸
５外側回転部材
６内側回転部材
７クラッチ
８アクチュエータ
２２ラジアルベアリング
４４ａ 第１熱膨張吸収穴（熱膨張吸収穴）
４４ｂ 第２熱膨張吸収穴（熱膨張吸収穴）