JP2002039228A - クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クラッチ装置において、いずれか一方の起動方
向に対して小さな起動トルクで第１回転軸を起動させら
れるようにして応答性に優れたクラッチ装置を提供する
こと。 【解決手段】クラッチ装置Ａにおいて、第１回転軸が回
転したときにカムプレート４を軸方向一方へ変位してそ
のテーパコーン面４ａをクラッチハウジング１のテーパ
コーン面１ａから離隔させて第１回転軸とカムプレート
と第２回転軸との三者を一体に結合し、第２回転軸が回
転したときに両テーパコーン面を圧接させて第２回転軸
とカムプレートとクラッチハウジングとの三者を一体に
して第２回転軸を非回転状態にするボールカム機構７と
を含み、このボールカム機構における第１回転軸のカム
溝８において、カムプレート側から第１回転軸を減速さ
せる向きの減速トルクがかかったときにボールが位置す
る一方側カム面８ａ１から中立位置８ａを越えて他方側
カム面８ａ２を転動しないよう、他方側カム面の傾斜角
度が一方側カム面の傾斜角度より大きく設定されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クラッチ装置に関
する。このクラッチ装置は、同軸状に向け合わせて配設
された２つの第１および第２の回転体の間に介装されて
第１回転体に回転動力が入力されたときは両回転体を同
期回転させる状態に、また第２回転体に回転動力が入力
されたときは両回転体を回転不可な状態に切り換えるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は、公知ではないが図５およ
び図６で示されるクラッチ装置を提案している。図５
は、クラッチ装置の縦断面図、図６（ａ）〜（ｃ）は図
５のボールカム機構の動作説明に供するその要部の各断
面図である。

【０００３】これらの図に示される従来例のクラッチ装
置Ｂにおいて、１は、クラッチハウジング、２は、第１
回転軸、３は、第２回転軸、４は、カムプレート、５
は、バネ、６は、転がり軸受、７は、ボールカム機構で
ある。

【０００４】ボールカム機構７は、第１回転軸２とカム
プレート４の両対向面にそれぞれ設けられる周方向のカ
ム溝８，９と、両カム溝８，９間に介装されるボール１
０とを含む。

【０００５】両カム溝８，９において、８ａ，９ａは、
周方向中心の最深中立位置、８ａ１，８ａ２；９ａ１，
９ａ２はそれぞれ中立位置からみた周方向両側方向で深
さが浅くなるカム面である。

【０００６】第１回転軸２の正逆いずれかの方向の回転
に伴いボール１０が、図６（ａ）の中立位置から図６
（ｂ）または図６（ｃ）の位置に転動することで、カム
プレート４が軸方向一方に変位してテーパコーン面４ａ
がクラッチハウジング１のテーパコーン面１ａから離隔
して、第１回転軸２とカムプレート４と第２回転軸３と
の三者が一体になって両回転軸２，３が同期回転して動
力が伝達される。

【０００７】第２回転軸３が回転したときはボール１０
が、図６（ｂ）または図６（ｃ）の位置から図６（ａ）
の中立位置に転動することで、第２回転軸３に同期回転
可能に結合したカムプレート４が軸方向他方に変位して
テーパコーン面４ａがテーパコーン面１ａに圧接して第
２回転軸３とカムプレート４とクラッチハウジング１と
の三者が一体になって第２回転軸３を非回転状態となっ
て動力伝達が遮断される。

【０００８】このようなクラッチ装置の場合、両カム溝
８，９のカム面の傾斜角度は、同一となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のクラッチ装置の
場合、両カム溝８，９のカム面の傾斜角度は、同一とな
っているから、モータ等の駆動源で第１回転軸２を起動
させて第２回転軸３に回転動力を伝達させるのに、いず
れの起動方向に対しても同一の起動トルクが要求される
が、この場合、両カム面の傾斜角度が大きく設定されて
いると、いずれの方向にも起動トルクが大きくなり応答
性が低い。

【００１０】また、従来のクラッチ装置の場合、第１回
転軸２が、第２回転軸３へ動力伝達中に第１回転軸２を
回転駆動するモータ等の電源が遮断すると、第１回転軸
２にはカムプレート４からその回転を減速させる減速ト
ルクがかかる一方、カムプレート４それ自体は慣性トル
クで回転を継続しようとする。

【００１１】そうすると、カム溝８，９の一方のカム面
に位置しているボール１０は、カム溝８，９の中立位置
に向けて転動してカムプレート４は軸方向他方に変位
し、テーパコーン面４ａがテーパコーン面１ａに圧接す
るが、従来のクラッチ装置の場合、両カム溝８，９のカ
ム面の傾斜角度は、同一となっているために、カムプレ
ート４がその慣性トルクでさらに回転を継続して、カム
溝８，９の中立位置を越えてから周方向他方に転動し他
方のカム面に転動し、カムプレート４は、再び、軸方向
一方に変位させられ、テーパコーン面４ａがテーパコー
ン面１ａから離隔させられる。そして、このような圧接
と離隔が、前記慣性トルクが継続する限り繰り返される
ためにテーパコーン面１ａ，４ａが摩耗しやすい。

【００１２】したがって、本発明は、上記のようなクラ
ッチ装置において、少なくともいずれか一方の起動方向
に対して小さな起動トルクで第１回転軸を起動させられ
るようにして、その方向に対しては応答性に優れたクラ
ッチ装置を提供することを解決すべき共通の課題として
いる。

【００１３】また、本発明は、上記のようなクラッチ装
置において、カムプレートの慣性トルクによりボールが
第１回転軸のカム溝における中立位置を越えての転動を
規制することで、両テーパコーン面の圧接と離隔の繰り
返し現象を無くし、前記の摩耗の進行を抑制できてクラ
ッチ性能を長期にわたり維持できるクラッチ装置を提供
することを他の解決すべき課題としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のクラッチ装置
は、同軸状に向け合わせて配設された二つの回転体の動
力伝達間に介装され、かつ、第１回転体に回転動力が入
力されたときは両回転体を同期回転可能に結合する一
方、第２回転体に回転動力が入力されたときは第２回転
体を非回転状態とし第１回転体と分離するクラッチ装置
であって、第１回転体に対して軸方向で対向配設される
とともに、第２回転体と同期回転可能でかつ軸方向変位
可能に取り付けられる可動摩擦部材と、可動摩擦部材の
軸方向変位によって当該可動摩擦部材が圧接または離隔
する位置に固定配置される固定摩擦部材と、第１回転体
が回転したときに可動摩擦部材を固定摩擦部材から離隔
させて第１回転体と可動摩擦部材と第２回転体との三者
を一体にして両回転体を同期回転可能に結合する一方、
第２回転体が回転したときに可動摩擦部材を固定摩擦部
材に圧接させて第２回転体と可動摩擦部材と固定摩擦部
材との三者を一体にして第２回転体を非回転状態にする
カム機構とを含み、カム機構は、第１回転体と可動摩擦
部材の両対向面にそれぞれ設けられる周方向のカム溝
と、両カム溝内を周方向に転動して可動摩擦部材を固定
摩擦部材に対して圧接または離隔するよう変位させる転
動体とを含み、第１回転体のカム溝において、最深の中
立位置を挟んで周方向両側に深さが浅くなるカム面を有
し、前記両カム面の傾斜角度が互いに異って設定されて
いる。

【００１５】本発明によると、両カム面の傾斜角度を一
方のカム面の傾斜角度を小さくし、他方のカム面の傾斜
角度を大きくすることで、転動体が一方のカム面を転動
する向きに第１回転体から回転トルクがかかるときは、
モータ等の駆動源においては小さい回転トルクで第１回
転体を起動させることができ、起動に際し、小さい起動
トルクで第１回転体を円滑に回転させて第２回転体側に
回転動力を伝達させられるから、応答性に優れたクラッ
チ装置を提供することができる。

【００１６】本発明の好ましい実施態様として、可動摩
擦部材側から第１回転体を減速させる向きの減速トルク
がかかったときに転動体が位置する一方側カム面から中
立位置を越えて他方側カム面を転動しないよう、前記他
方側カム面の傾斜角度が、前記一方側カム面の傾斜角度
より大きく設定されている。

【００１７】この実施態様の場合、可動摩擦部材の慣性
トルクにより転動体が第１回転体のカム溝における中立
位置を越えての転動が規制されるから、両テーパコーン
面の圧接と離隔の繰り返し現象を無くされ、前記の摩耗
の進行が抑制してクラッチ性能を長期にわたり維持でき
るクラッチ装置を提供することができる。

【００１８】なお、特開平１１−２５４９８９号公報に
おいて転動体と接触するカム面の傾斜角度を異ならせた
形態のクラッチ装置が開示されている。この公報のクラ
ッチ装置におけるボールカム機構の場合、カム面の傾斜
角度が異なるものの、転動体がいずれの方向のカム面に
対しても転動することができるものであり、また、カム
面の傾斜角度が異なるのは、転動体を傾斜角度が小さい
カム面を転動させて一方の出力ギヤを一方側に、傾斜角
度が大きいカム面を転動させて他方の出力ギヤを他方側
に変位させるものであり、本発明のボールカム機構とは
異なる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態に基づいて説明する。

【００２０】図１ないし図４を参照して本発明の実施形
態に係るクラッチ装置について説明する。図１は、動力
遮断状態におけるクラッチ装置の側面断面図、図２は、
動力伝達状態におけるクラッチ装置の側面断面図、図３
は、クラッチ装置の要部の分解斜視図、図４（ａ）は、
図１の第１回転軸とカムプレートの両カム溝を側面から
見た要部拡大断面図、図４（ｂ）は、図２の第１回転軸
とカムプレートの両カム溝を側面から見た要部拡大断面
図である。

【００２１】これらの図において、Ａは、クラッチ装置
の全体を示しており、このクラッチ装置Ａは、クラッチ
ハウジング１と、第１回転軸２と、第２回転軸３と、カ
ムプレート４と、円錐コイルばね５と、転がり軸受６
と、ボールカム機構７とを備える。

【００２２】クラッチハウジング１は、固定摩擦部材と
して、図外のクラッチ装置取付壁に固定されるととも
に、円錐面形状のテーパコーン面１ａと軸受取り付け面
１ｂとを備えた筒体構造となっている。

【００２３】第１回転軸２は、第１回転体として、有底
円筒形に形成されていてモータ等の動力源により回転駆
動されるものであって、軸方向一方軸端側における外周
面に径方向外向きの環状のフランジ２ａが一体に形成さ
れ、また、底壁部２ｂの中心に円筒部２ｃ内径より小径
の貫通孔２ｄが設けられている。

【００２４】第２回転軸３は、第２回転体として、軸方
向一方側軸部３ａがクラッチハウジング１外に延び、第
１回転軸２の貫通孔２ｄに対して相対回転可能に貫通挿
入される凸軸部３ｂが設けられている。

【００２５】第２回転軸３はまた、外周面にスプライン
歯３ｃが形成され、転がり軸受６を介してクラッチハウ
ジング１の軸受取り付け面１ｂに回転可能に支持されて
いる。この場合、第２回転軸３の外周面の周溝３ｄに止
め輪３ｅが固定され、これによって、第２回転軸３等が
クラッチハウジング１から抜け出すのが防止されてい
る。

【００２６】カムプレート４は、可動摩擦部材として、
外周面が円錐面形状のテーパコーン面４ａとなってクラ
ッチハウジング１のテーパコーン面１ａと対向するよう
クラッチハウジング１と同心状に配設された環状板構造
となっている。

【００２７】カムプレート４はまた、第２回転軸３の嵌
入穴を有し、その嵌入穴内周壁に第２回転軸３のスプラ
イン歯３ｃに嵌合するスプライン歯４ｂを備え、そのス
プライン歯４ｂと３ｃとの嵌合で第２回転軸３と同期回
転可能、かつ、軸方向に変位可能となっている。

【００２８】転がり軸受６は、単列深溝玉軸受で構成さ
れている。

【００２９】次に、本実施形態の特徴であるボールカム
機構７について説明する。

【００３０】このボールカム機構７は、第１回転軸２の
径方向外向きのフランジ２ａと、カムプレート４と、円
錐コイルばね５と、ボール１０とを構成要素として備え
る。

【００３１】カムプレート４は、第１回転軸２のフラン
ジ２ａに対して軸方向変位可能な状態に同軸状に対向配
設される。

【００３２】フランジ２ａとカムプレート４との互いの
対向面に一対のカム溝８，９が振り分けて設けられてい
る。

【００３３】両カム溝８，９それぞれは、最深の中立位
置８ａ，９ａから周方向両側へ向けて深さが浅くなるカ
ム面８ａ１，８ａ２；９ａ１，９ａ２に形成されてい
る。

【００３４】円錐コイルばね５は、カムプレート４をフ
ランジ２ａ側に弾発付勢する弾発付勢部材となる。

【００３５】ボール１０は、転動体として両カム溝８，
９間に転動可能に収納されている。

【００３６】このようなボールカム機構７において、第
１回転軸２のカム溝８における中立位置８ａから周方向
両側のカム面８ａ１，８ａ２の傾斜角度は、モータ等の
駆動源からの回転トルクに対応して中立位置８ａから周
方向両側で互いに異るように設定されている。

【００３７】また、他方側カム面８ａ２の傾斜角度は、
カムプレート４側から第１回転軸２を減速させる向きの
減速トルクがかかったときにボール１０が位置する一方
側カム面８ａ１から中立位置を越えて他方側カム面８ａ
２を転動しないよう、他方側カム面８ａ２の傾斜角度
が、一方側カム面８ａ１の傾斜角度より大きく設定され
ている。

【００３８】カムプレート４のカム溝９も、同様にし
て、カムプレート４のカム溝９における中立位置９ａか
ら周方向両側のカム面９ａ１，９ａ２の傾斜角度は、中
立位置９ａから周方向両側で互いに異って設定されてい
る。具体的には他方側カム面９ａ２の傾斜角度は、一方
側カム面９ａ１の傾斜角度より大きく設定されている。

【００３９】なお、両カム溝８，９は、中立位置８ａ，
９ａで最深となり、そこでの深さは、ボール１０の半径
より小さい寸法に設定されている。

【００４０】上記構成により、ボールカム機構７では、
第１回転軸２の回転に伴い、ボール１０がカム溝８，９
の中立位置８ａ，９ａに位置することによりカムプレー
ト４をフランジ２ａ側に近接させる状態に、また、カム
溝８，９の一方側カム面８ａ１，９ａ１に位置すること
によりカムプレート４をフランジ２ａ側から離隔させる
状態になる一方、カム溝８，９の中立位置８ａ，９ａを
越えて他方側カム面８ａ２，９ａ２に転動できないよう
になっている。

【００４１】次に、クラッチ装置Ａの動作について説明
する。

【００４２】カムプレート４は、円錐コイルばね５で軸
方向他方に付勢され、そのテーパコーン面４ａが、クラ
ッチハウジング１のテーパコーン面１ａに圧接されてい
るときは、第２回転軸３は、その回転をロックされて非
回転状態となっている。この状態では図４（ａ）で示す
ように、ボール１０は、カム溝８，９の中立位置８ａ，
９ａ間に位置している。

【００４３】この状態から、第１回転軸２が図外のモー
タ等の動力源で回転駆動されると、ボール１０は、両カ
ム溝８，９において、図４（ａ）の中立位置８ａ，９ａ
から一方側カム面８ａ１，９ａ１を図４（ｂ）で示すよ
うに転動する。

【００４４】これによって、カムプレート４は、円錐コ
イルばね５に抗して、フランジ２ａより軸方向一方に向
けて変位させられ、カムプレート４のテーパコーン面４
ａが、クラッチハウジング１のテーパコーン面１ａから
離隔し、第１回転軸２とカムプレート４と第２回転軸３
との三者が一体になって同期回転し第１回転軸２から第
２回転軸３に回転動力が伝達される。

【００４５】次に、モータ等の動力源の電源が遮断され
て第１回転軸２に対する回転動力が無くなると、第１回
転軸２にはカムプレート４からその回転を減速させる減
速トルクがかかる一方、カムプレート４それ自体は慣性
トルクで回転を継続しようとする。

【００４６】そうすると、図４（ｂ）で示すようにカム
溝８，９の一方側カム面８ａ１，９ａ１に位置している
ボール１０は、図４（ａ）で示されるカム溝８，９の中
立位置８ａ，９ａに向けて転動し、これによってカムプ
レート４は軸方向他方に変位し、テーパコーン面４ａが
テーパコーン面１ａに圧接する。

【００４７】そして、さらにカムプレート４がその慣性
トルクでさらに回転を継続しようとしても、実施形態の
クラッチ装置Ａの場合、カム溝８，９の他方側カム面８
ａ２，９ａ２の傾斜角度がボール１０の転動を規制する
大きさに設定されているから、ボール１０は、カム溝
８，９の中立位置８ａ，９ａを越えて他方側カム面８ａ
２，９ａ２に転動することができない。

【００４８】その結果、カムプレート４は、再び、従来
とは異なって、軸方向一方に変位させられることがなく
なり、テーパコーン面１ａ，４ａがカムプレート４の慣
性トルクで圧接と離隔を繰り返されず、テーパコーン面
１ａ，４ａの摩耗が抑制される。

【００４９】なお、本発明のクラッチ装置は、例えば、
無断変速機や、電動パワーステアリング、その他の機械
装置類に応用することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明による場合、第１回
転体のカム溝において、最深の中立位置を挟んで周方向
両側に深さが浅くなるカム面を有し、前記両カム面の傾
斜角度が互いに異って設定されているから、例えば一方
のカム面の傾斜角度を小さくし、他方のカム面の傾斜角
度を大きくすることで、転動体が一方のカム面を転動す
る向きに第１回転体から回転トルクがかかるときは、モ
ータ等の駆動源においては小さい回転トルクで第１回転
体を起動させて第２回転体側に回転動力を伝達させられ
るから、応答性に優れたクラッチ装置を提供することが
できる。

【００５１】また、起動トルクが異なる仕様のクラッチ
装置が要求される場合において、本発明では、大きな起
動トルクが要求される仕様のクラッチ装置では、傾斜角
度が大きなカム面を用い、小さな起動トルクが要求され
る仕様のクラッチ装置では、傾斜角度が小さなカム面を
用いることで、単一のクラッチ装置でもって両仕様のク
ラッチ装置の使い分けができて便利である。

【００５２】また、本発明の場合、可動摩擦部材側から
第１回転体を減速させる向きの減速トルクがかかったと
きに転動体が位置する一方側カム面から中立位置を越え
て他方側カム面を転動しないよう、前記他方側カム面の
傾斜角度が、前記一方側カム面の傾斜角度より大きく設
定すると、可動摩擦部材の慣性トルクにより転動体が第
１回転体のカム溝における中立位置を越えての転動が規
制されるから、両テーパコーン面の圧接と離隔の繰り返
し現象を無くし、そのテーパコーン面の摩耗の進行を抑
制してクラッチ性能を長期にわたり維持できるクラッチ
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】動力非伝達状態にある本発明の実施形態のクラ
ッチ装置の側面断面図

【図２】動力伝達状態にある本発明の実施形態のクラッ
チ装置の側面断面図

【図３】図１の要部斜視図

【図４】（ａ）図１の第１回転軸とカムプレートの両カ
ム溝を側面から見た要部拡大断面図、（ｂ）図２の第１
回転軸とカムプレートの両カム溝を側面から見た要部拡
大断面図

【図５】動力非伝達状態にある従来のクラッチ装置の側
面断面図

【図６】（ａ）図１の第１回転軸とカムプレートの両カ
ム溝を側面から見た要部拡大断面図、（ｂ）（ｃ）図２
において第１回転軸の回転方向に対応して第１回転軸と
カムプレートとの両カム溝を側面から見た要部拡大断面
図

【符号の説明】

１ クラッチハウジング １ａ テーパコーン面 ２ 第１回転軸 ３ 第２回転軸 ４ カムプレート ４ａ テーパコーン面 ５ 円錐コイルばね ７ ボールカム機構 ８ カム溝 ８ａ カム溝８の中立位置 ８ａ１，８ａ２ カム溝８のカム面 ９ カム溝 ９ａ カム溝９の中立位置 ９ａ１，９ａ２ カム溝９のカム面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸状に向け合わせて配設された二つの
   回転体の動力伝達間に介装され、かつ、第１回転体に回
   転動力が入力されたときは両回転体を同期回転可能に結
   合する一方、第２回転体に回転動力が入力されたときは
   第２回転体を非回転状態とし第１回転体と分離するクラ
   ッチ装置であって、 第１回転体に対して軸方向で対向配設されるとともに、
   第２回転体と同期回転可能でかつ軸方向変位可能に取り
   付けられる可動摩擦部材と、 可動摩擦部材の軸方向変位によって当該可動摩擦部材が
   圧接または離隔する位置に固定配置される固定摩擦部材
   と、 第１回転体が回転したときに可動摩擦部材を固定摩擦部
   材から離隔させて第１回転体と可動摩擦部材と第２回転
   体との三者を一体にして両回転体を同期回転可能に結合
   する一方、第２回転体が回転したときに可動摩擦部材を
   固定摩擦部材に圧接させて第２回転体と可動摩擦部材と
   固定摩擦部材との三者を一体にして第２回転体を非回転
   状態にするカム機構と、 を含み、 カム機構は、第１回転体と可動摩擦部材の両対向面にそ
   れぞれ設けられる周方向のカム溝と、両カム溝内を周方
   向に転動して可動摩擦部材を固定摩擦部材に対して圧接
   または離隔するよう変位させる転動体とを含み、 第１回転体のカム溝において、最深の中立位置を挟んで
   周方向両側に深さが浅くなるカム面を有し、前記両カム
   面の傾斜角度は互いに異って設定されている、ことを特
   徴とするクラッチ装置。
2. 【請求項２】 請求項１のクラッチ装置において、 可動摩擦部材側から第１回転体を減速させる向きの減速
   トルクがかかったときに転動体が位置する一方側カム面
   から中立位置を越えて他方側カム面を転動しないよう、
   前記他方側カム面の傾斜角度が、前記一方側カム面の傾
   斜角度より大きく設定されている、ことを特徴とするク
   ラッチ装置。