JP2005069351A - 手動クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操縦者による手動クラッチ断続機構を簡単かつコンパクト化し、かつ摩擦騒音等の不快音発生のない手動クラッチ装置を得ること。
【解決手段】 手動クラッチ装置１０の駆動力伝達経路におけるドグピン１８と連結プレトート４３との接続をドグピン保持体１９に一端が係合した第一付勢ばね２５の付勢力によって作動させ、切断をカム３４で作動されるシフトフォーク３０による移動操作で起動させ、かつ接続時には第二の付勢ばね３６によってシフトフォーク３０をドグピン保持体１９からギャップPだけ切り離すようにして摩擦接触を防止した構成を採った。
【選択図】 図１

Description

本発明は、手動操作によって断続作動される手動クラッチ装置に関し、特に電動車椅子等の二輪車において駆動モータと車輪軸（車軸）との間に配設され、車輌搭乗者の手動操作に従って駆動モータから車軸への駆動力の伝達を断続するコンパクトかつ安価であると同時に摩擦異音などの不快音を低減可能な手動クラッチ装置に関する。

従来から電動車椅子等の二輪車には、駆動モータと車輌の車輪軸（車軸）との間に駆動力の伝達を断続するためのクラッチ装置、それも手動式のクラッチ装置が設けられている。すなわち、この種の手動クラッチ装置は、装置内に備えられたドッグ状の移動体が軸体に削設されたスプラインの溝路を案内路にしてシフトフォークとして設けられた断続作動桿の手動操作に従って該移動体が駆動力の接続位置と切断位置との間で切換え移動せしめられることにより、駆動モータからの駆動力伝達の断続が遂行される構成となっている。

然しながら、上述した従来の機構、構造に係る手動クラッチ装置では、軸体に削設したスプラインを機械的な案内路手段の構成に用いることから、このスプラインの削設加工はコスト高となり、またスプライン案内路手段を用いる場合にはスプライン溝路に沿った案内路長を長くする必要があり、必然的にクラッチ装置全体の軸方向長さが増加することから二輪車等の車輌の狭小なスペース内にクラッチ装置を収納することが困難に成る事態が多発し、車輌設計を困難にする原因となっている。

加えて、シフトフォーク（断続作動桿）が上記のドッグ状の移動体と常時、接触状態に置かれているために、ドッグ状移動体の回転時には必然的に摩擦接触による伝達駆動力が摩擦熱として費消されてエネルギーロスを生じ、二輪車等の駆動モータに電力を供給するバッテリー寿命をも低減させてしまう問題があり、かつ不快な異音の原因になっており、二輪車等の車輌に組み込まれた時には搭乗者に不快感を与えることから改善が要請されている。このような従来技術の手動クラッチ装置を搭載した二輪車等の例としては、特許文献１に記載されている。

特開２００２−３６０６４０号公報

以上に記載した従来技術の手動クラッチ装置に付随する諸問題点を解消することが近時、強く要望されている現状にある。
すなわち、本発明の目的は、上述した従来技術の状況に鑑みて、車輌の搭乗者による簡単な手動操作で駆動力伝達の途中損失を極力低減することが可能であると共に手動クラッチ装置としての構造体全体の形状、寸法をコンパクト化させることができ、かつ不快な摩擦異音を解消した手動クラッチ装置を提供することである。

上述の目的に鑑みて、請求項１の発明は、駆動モータから車軸への駆動力の伝達を手動操作に従って断続する手動クラッチ装置において、上記駆動モータの出力軸に設けられた出力歯車から上記車軸に設けられた駆動力の連結プレートへの駆動力伝達経路に配設され、ドグピンを上記連結プレートに突出、係合させた駆動力の接続位置と該ドグピンを解離させた駆動力の切断位置との間を移動可能なドグピン保持体と、上記ドグピン保持体に一端が係合して上記ドグピンを上記接続位置へ常時、付勢する第一の付勢ばねと、上記ドグピン保持体と接離自在に設けられ、車輌搭乗者の手動操作に従って該ドグピン保持体を介して上記ドグピンを上記第一付勢ばねの付勢力に抗して上記切断位置へ移動させるシフトフォーク手段と、上記ドグピンの上記接続位置への移動時に、上記シフトフォーク手段を上記ドグピン保持体からギャップを介して離間した位置へ付勢する第二の付勢ばねと、を具備した手動クラッチ装置を構成したものである。

請求項２の発明による手動クラッチ装置は、上記ドグピン保持体は、上記ドグピンの接続位置では駆動モータ軸上の出力歯車に噛合した中間歯車と前述した連結プレートとを介して車軸へ駆動力を伝達するように構成される。

請求項３の発明では、前述したシフトフォーク手段は、搭乗者によって手動回転されるカム軸上のカムによって上記第二付勢ばねの付勢力に抗してシフト動作されたとき、前述のドグピン保持体を介してそのドグピンを当該切断位置へ移動させ得るように設けられる。

請求項４の発明では、上述した第一付勢ばねは、前記ドグピン保持体に係合した既述の一端と、上記中間歯車に係合した他端とを有し、車軸周りに設けられた圧縮ばねからなる構成を有する。

請求項１の発明によれば、手動クラッチ装置は、従来技術のクラッチ装置のようにスプライン案内路を有した部材は用いることなく、第一の付勢ばねによるばね付勢力を巧みにクラッチ断続に利用したことから、スプライン削設加工の煩瑣とコスト高を解消し、かつスプライン案内溝を用いた場合の装置長尺化を防止してコンパクト化と装置全体のコスト低減とを達成し得ると同時に、駆動モータから車軸への駆動力の伝達時には、シフトフォーク手段が、第二の付勢ばねによる付勢力を受けてドグピン保持体からギャップを介して非接触位置へ離反しているため、回転部材や回転体との接触摩擦による摩耗や不快な摩擦音の発生などを確実に防止できる効果を有している。

請求項２の発明によれば、中間歯車による減速された駆動力を車軸へ伝達する構成を軸方向におけるドグピン保持体の短い移動動作で断続動作するクラッチ装置として実現できるので、コンパクト化に寄与することが可能となる。

請求項３の発明によれば、シフトフォーク手段を搭乗者の手動で断続動作させる操作手段をカム軸上に取着したカムで実現し得るのでクラッチ装置全体の機構を簡素化させることができる。

請求項４の発明によれば、ばねの短いばね作用ストロークでドグピンをクラッチ接続位置に付勢し、また逆にシフトフォーク手段によるシフト動作に応じてクラッチ切断位置へドグピンを移動させる機構を構成し得るから車軸の軸方向にコンパクト化された手動クラッチ装置を形成できるという利点がある。

以下に、本発明を添付図面に示す実施形態に従って更に詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る手動クラッチ装置の要部を断面して示す機構構成図であり、特に車軸の中心線”C”に関して上半分が駆動モータからの駆動力を車軸から切り離したクラッチ切断状態を、また下半分が同駆動力を車軸に伝達し得るクラッチ接続状態を簡略的に示したものである。そして、図２は、図１のII-II矢視方向に見た同手動クラッチ装置の軸断面図である。

図１、図２を参照すると、本発明の実施形態に係る手動クラッチ装置１０が図示されており、同クラッチ装置１０は、駆動モータ２０からの回転駆動力を車輪（図示なし）の車軸４０に伝達する経路に配設され、車輌搭乗者による手動操作に従って同駆動力の断続を遂行するために設けられている。

両図１、２において、駆動モータ２０の出力軸２１は、手動クラッチ装置１０のハウジング１１内に突出し、その出力軸２１の先端領域には一体または別形成されたピニオン２２が出力歯車として取り付けられている。このピニオン２２は、ハウジング１１内に着座された一対の回転軸受１２、１２によって回動自在な中間軸１３上に固定されて回動自在な第一中間歯車１４と所定の歯数比の下に噛合し、駆動モータ２０の出力軸２１の回転を減速して中間軸１３に伝達する。

中間軸１３の回転は、第一中間歯車１４と一体に該中間軸１３上に設けられた小径の第二中間歯車１５を回動させる。そして、この第二中間歯車１５は、車軸４０の周りに適宜の軸受（図示例では滑り軸受１６）を介して空転自在に設けられた第三の減速歯車１７と一定の歯数比の下に噛合し、同第三の減速歯車１７を回転駆動するように設けられている。

さて、車軸４０は、ハウジング１１に着座された軸受４１、４２等を介して軸心”C”に関して回転自在に設けられ、その外方の端部には図示されていない車輪が取着される。

他方、車軸４０のハウジング１１内における内端部位には、円板形の連結プレート４３がキー等を用いた楔着法等で固定され車軸４０と一体に回転するように設けられている。この連結プレート４３の外周域には後述のドグピン１８が突出、係合可能な連結孔４４が該連結プレート４３の板面を貫通するように穿設されている。

そして、上記ドグピン１８は、前述した第三の減速歯車１７の外周部に形成された通孔１７aを摺動自在に貫通して設けられ、連結プレート４３の連結孔４４に突出、係合する前端とは反対側の後端は、上記第三の減速歯車１７に隣接して軸方向に移動可能に設けられた筒状のドグピン保持体１９の環状部分に固定的に挿着され、一体構造体を成している。

また、上記筒状のドグピン保持体１９は、径方向の内側にばね座として設けられた環状の肩部１９aを具備し、さらに軸方向において上記環状部分と対向して他の外向き環状部分１９bを備え、該外向き環状部分１９bは、後述のシフトフォークの係合部位として配置されている。

更に、上記のドグピン保持体１９のばね座を成す肩部１９aには第一の付勢ばね２５の一端が着座、係合した状態で配設され、同付勢ばね２５の他端は車軸４０上で空転可能な第三の減速歯車１７の径方向内側に形成されたフランジ部の先端域に設けられた環状ばね座１７ｂに係止、固定されて設けられている。上記第一の付勢ばね２５は、図１に明示されるように、例えば円錐形状を有した圧縮コイルばねからなり、常時、ドグピン保持体１９に押圧付勢力を及ぼして該ドグピン保持体１９とドグピン１８とを連結プレート４３に向けて押しつけるように付勢している。従って、ドグピン１８は常に車軸４０の軸心”C”に関して図１の下半分に図示された連結プレート４３の連結孔４４へ嵌入、係合した連結位置へと付勢されているものと理解すれば良い。そして、連結位置へドグピン１８が突出、係合した状態では、第三の減速歯車１７から回転駆動力が該ドグピン１８並びにドグピン保持体１９を介して連結プレート４３へ伝達し得る構成となっているのである。

他方、ドグピン保持体１９に保持されたドグピン１８が後述するシフトフォークに起動されて連結プレート４３の連結孔４４から離脱するときは、車軸４０の軸心”C”に関して図１の上半分に図示されるように、ドグピン保持体１９の後退に従って上記円錐状の第一付勢ばね２５が圧縮される構成となっている。
このように、円錐形状を有した圧縮コイルばねから成る第一の付勢ばね２５をドグピン１８の突出、後退に利用する構成は、該付勢ばね２５自体のばね素材径や円錐形状の径並びにばね素材の材質等を適正に選択することで、ドグピン１８の上記突出、後退動作を短いストロークで最適の作動条件に設定できる有利を有し、この点で、従来のスプライン案内溝構造に勝るコンパクトな構造のクラッチ断続機構を実現できるのである。

さて、本実施形態の手動クラッチ装置１０は、図２から明らかなように、双腕状のシフトフォーク３０、３０を有し、この双腕状のシフトフォーク３０、３０は、二つのピン体３１、３１の案内によってハウジング１１の壁部１１aに対して前進、後退可能に設けられ、この双腕状のシフトフォーク３０、３０の前進、後退がクラッチ装置１０の作動者（一般的には車輌搭乗者）の操作するカム軸３３の要部に予め形成されたカム３４、３４が該シフトフォーク３０、３０に作動することによって発生する構成を有している。

更に詳細に説明すれば、カム軸３３のカム３４、３４は、カム軸３３の円周面に形成された略１８０°位相の異なる二位置の円筒面（凸面）３４aと平坦面（凹面）３４bとで構成され、これら両面３４a、３４bが双腕シフトフォーク３０、３０にそれぞれ交互に係合することで、カム軸３３の回動に応じてシフトフォーク３０の前進、後退を起動するように成っている。なお、カム軸３３はノブ３５を有し、作動者は、このノブ３５を掴持してカム軸３３を回動させるようになっている。

ここで、同シフトフォーク３０、３０の前進、後退には、更に第二の付勢ばね３６が設けられて関与している。すなわち、この第二の付勢ばね３６は、上記のカム軸３３上のカム３４、３４に対してシフトフォーク３０、３０の反対側に設けられ、常にシフトフォーク３０、３０を軸方向において前進側、つまり、同シフトフォーク３０、３０をドグピン保持体１９における外向き環状部分１９bとの係合状態から離反させる方向に常時、ばね付勢力を付与している。なお、図示例では、第二の付勢ばね３６は、双腕シフトフォーク３０、３０における片側にだけ配置し、それを押圧することによって両シフトフォーク３０、３０共に前進側へ付勢するようにしているが、二つの第二付勢ばねを設け、双方のシフトフォーク３０、３０をそれぞれ前進方向へ押圧するように構成してもよい。

図３は、上述した第二の付勢ばね３６とシフトフォーク３０、３０との関係を取り出し図示したものである。つまり、シフトフォーク３０、３０は矢印”R”で示す方向へ同ばね３６によって常時付勢されており、この結果、カム３４，３４の凸面３４aによってシフトフォーク３０、３０がドグピン１８の離脱方向へ移動せしめられていない限り、同シフトフォーク３０、３０は、ドグピン保持体１９の外向き環状部分１９bとの係合状態からギャップ”P”だけ離反ないし引き離された状態に維持されるのである。

上述のように、シフトフォーク３０、３０が第二の付勢ばね３６によって常時、ドグピン保持体１９の外向き環状部分１９bから離反する方向へ付勢されている構成とすれば、ドグピン１８が連結プレート４３の連結孔４４に突出、係合されたクラッチ接続位置にある場合、ドグピン１８を保持したドグピン保持体１９がたとえ駆動力を伝達すべく回転作動中であってもシフトフォーク３０、３０は、該ドグピン保持体１９に接触することなく、静止していることを意味する。すなわち、手動クラッチ装置１０が、駆動力伝達を遂行している接続作用時には、シフトフォーク３０、３０は回転運動体とは非接触状態にあり、故に摩擦接触による動力損失を発生したり或いは不快な摩擦音（異音）を発したりすること等は防止されるのである。

ここで、手動クラッチ装置１０の操作手順を簡単に説明すると、車輌搭乗者は、駆動モータ２０の駆動力を車軸４０に伝達して車輪をモータ駆動させたいときには、ノブ３５を回動操作してカム３４、３４の凹面３４b、３４bがシフトフォーク３０、３０に係合するように設定すれば、つまり、カム３４、３４の凸面３４a、３４aはシフトフォーク３０、３０に非接触となるように設定すれば、ドグピン保持体１９は第一の付勢ばね２５の付勢力下でそのドグピン１８を連結プレート４３の連結孔４４に突出、係合し、その結果、駆動力は、駆動モータ２０の出力軸２１から第一中間歯車１４、第二中間歯車１５、第三の減速歯車１７、連結プレート４３を経て車軸４０に伝達される。このとき、ドグピン保持体１９も第三の減速歯車１７と一体になって回転するが、シフトフォーク３０、３０は第二の付勢ばね３６の付勢力下でドグピン保持体１９に対して非接触に維持されて静止している。

一方、車輌搭乗者が、車軸４０を駆動モータ２０から切り離したい時、つまりクラッチ装置１０を切断したいときは、ノブ３５を回動操作してカム軸３３上のカム３４、３４の凸面３４a、３４aをシフトフォーク３０、３０に接触、係合させるように設定すれば、シフトフォーク３０、３０がドグピン保持体１９の外向き環状部分１９bを移動させて、ドグピン１８を連結プレート４３の連結孔４４から離脱せしめ、その結果、手動クラッチ装置１０は切断位置に設定されるから、駆動モータ２０からの駆動力伝達は停止するのである。

図４（イ）、（ロ）は、上述した本発明の実施形態に係る手動クラッチ装置１０を組み込むことができる電動車椅子を示している。
すなわち、電動車椅子５０は、搭乗者が乗る車体機枠５１の下部における前方部に操行前輪５２、５２と足台５３とを有し、車体機枠５１の後部の背当て５６を挟む両側には左右の車輪５４、５４を備え、これら両車輪５４、５４はそれぞれ独立の車軸４０、４０によって支持されている。図４の（イ）においては、車軸４０、４０の中心線”C”のみが表示されており、車軸自体は具体的に表われていない。５５は、電動車椅子５０の登坂時等の後方への転倒防止用安定輪である。なお、電動車椅子５０における周知の構造要素や装備部品については、ここでは説明を省略する。

さて、本発明の実施形態に係る手動クラッチ装置１０は、電動車椅子５０に二つの車軸４０、４０へ駆動力の伝達を断続するために二つ設けられている。すなわち、二つの駆動モータ２０、２０が車体機枠５１の下部に設けられ、この二つの駆動モータ２０、２０からの各駆動力をそれぞれの車軸４０、４０へ伝達して左右両方の車輪５４、５４を回転駆動すると共に電動車椅子５０を停止させる場合等の駆動モータ２０、２０からの駆動力伝達を切断する場合には各駆動モータ２０と各車軸４０との間に介挿した各手動クラッチ装置１０を操縦者が切断操作するのである。なお、実際の電動車椅子５０の構成では、手動クラッチ装置１０の操作ノブ３５（図２参照）は、適宜の伝動手段を経て車椅子５０の車体機枠５１における手摺り５７、５７等おいて操縦者が手動操作可能に設定されることは言うまでもない。

上述の記載から、本発明の手動クラッチ装置１０は、電動車椅子５０等の車輌の駆動モータと駆動輪の車軸との間に組み込まれて車体操縦者の手動操作に従って駆動力の伝達を断続するクラッチ手段として用いるとき、第一、第二の付勢ばねを効果的に用いて駆動力伝達経路におけるドグピンと連結プレートとの係合、解離を遂行するように構成されていることから、従来技術における比較的長いスプライン案内溝路を用いたシフトフォークによるドグ移動体の起動構造と異なり、装置幅寸法を短縮させたコンパクトな構造で実現でき、故に、電動車椅子の車体機枠の下部等の狭い領域へも搭載、装備可能となっているのである。

しかも、駆動力の伝達時には、シフトフォークが、手動クラッチ装置内部の回動性の部品、部材に接触を維持することがないから駆動力伝達における動力ロスや摩擦音などの不快騒音からも解放されるのである。

以上に記載のように、本発明によれば、手動クラッチ装置を付勢ばねの利用を介して同装置の断続機構をコンパクト化できると同時にノブ操作による簡単な手操作でクラッチ断続を切換え作動させ得る良好な操縦性と摩擦による不快音の発生を防止した快適な手動クラッチ装置を得ることができると言う効果を奏するのである。

本発明の実施形態に係る手動クラッチ装置の機構構成図。 図１のII-II矢視方向から見た同手動クラッチ装置の軸断面図。 図１のAで示すシフトフォークを付勢する第二のばねの配置、構成を示した部分略示図。 本発明に係る手動クラッチ装置が適用、搭載される電動車椅子を示し、（イ）は同車椅子を背面から見た背面図、（ロ）は（イ）図のIV-IV矢視方向に見た車椅子の側面図でこれら両図は本実施形態の手動クラッチ装置の組み込み例を示した図。

符号の説明

１０：手動クラッチ装置、１１：ハウジング、１１a：壁部、１２：回転軸受、
１３：中間軸、１４：第一中間歯車、１５：第二中間歯車、１６：滑り軸受、
１７：第三の減速歯車、１７a：通孔、１７b: 環状ばね座、１８：ドグピン、
１９：ドグピン保持体、１９a：肩部、１９b: 外向き環状部分、
２０：駆動モータ、２１：出力軸、２２：ピニオン、２５：第一の付勢ばね、
３０：シフトフォーク、３１：ピン体、３３：カム軸、３４：カム、
３４a：円周面（凸面）、３４b：平坦面（凹面）、３６：第二の付勢ばね、
４０：車軸、４１：回転軸受、４２：回転軸受、４３：連結プレート、
４４：連結孔、５０：電動車椅子、５１：車体機枠、５２：操行輪、５３：足台、
５４：車輪、５５：安定輪、５６：背当、５７：手摺り。

Claims (4)

1. 駆動モータから車軸への駆動力の伝達を手動操作に従って断続する手動クラッチ装置において、
   前記駆動モータの出力軸に設けられた出力歯車から前記車軸に設けられた駆動力の連結プレートへの駆動力伝達経路に配設され、ドグピンを前記連結プレートに突出、係合させた駆動力の接続位置と該ドグピンを解離させた駆動力の切断位置との間を移動可能なドグピン保持体と、
   前記ドグピン保持体に一端が係合して前記ドグピンを前記接続位置へ常時、付勢する第一の付勢ばねと、
   前記ドグピン保持体と接離自在に設けられ、車輌搭乗者の手動操作に従って該ドグピン保持体を介して前記ドグピンを前記第一付勢ばねの付勢力に抗して前記切断位置へ移動させるシフトフォーク手段と、
   前記ドグピンの前記接続位置への移動時に、前記シフトフォーク手段を前記ドグピン保持体からギャップを介して離間した位置へ付勢する第二の付勢ばねと、
   を具備して構成されたことを特徴とする手動クラッチ装置。
2. 前記ドグピン保持体は、前記ドグピンの前記接続位置では前記出力歯車に噛合した中間歯車と前記連結プレートとを介して前記車軸へ駆動力を伝達するように構成されている請求項１に記載の手動クラッチ装置。
3. 前記シフトフォーク手段は、搭乗者によって手動回転されるカム軸上のカムによって前記第二付勢ばねの付勢力に抗してシフト動作されたとき、前記ドグピン保持体を介して前記ドグピンを前記切断位置へ移動させ得るように設けられている請求項１または２に記載の手動クラッチ装置。
4. 前記第一付勢ばねは、前記ドグピン保持体に係合した前記一端と、前記中間歯車に係合した他端とを有し、前記車軸周りに設けられた圧縮ばねからなる請求項１〜３の何れか１項に記載の手動クラッチ装置。
   

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