JP2005315332A

JP2005315332A - 回転伝達装置

Info

Publication number: JP2005315332A
Application number: JP2004133274A
Authority: JP
Inventors: Takahide Saito; 隆英齋藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】ローラタイプの２方向クラッチを有する回転伝達装置のポップアウト現象やロールオーバ現象の発生を防止すること、および回転伝達装置の軸方向長さのコンパクト化を図ることである。
【解決手段】外輪２の内周に円筒面１１を形成し、内輪１の外周にカム面１２を設け、そのカム面１２と円筒面１１間に組込まれたローラ１３を保持器１４で保持する。カム面１２を第１カム面１２ａと、その両端に連続する第２カム面１２ｂとで形成し、第２カム面１２ｂおよび円筒面１１にローラ１３が係合するトルク伝達状態で外輪２に作用する負荷トルクが増大したとき、外輪２が変形し、第２カム面１２ｂおよび円筒面１１にローラ１３が接触することで、ローラ１３を円筒面１１に沿って滑らせて２方向クラッチ部にトルクリミッタとしての機能を発揮させるようにして、ポップアウト現象やロールオーバ現象の発生を防止する。
【選択図】図４

Description

この発明は、動力伝達経路上において、動力の伝達と遮断の切り換えに用いられる回転伝達装置に関するものである。

この種の回転伝達装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この回転伝達装置は、入力部材とその外側に組込まれた出力部材の相互間に２方向クラッチと、電磁クラッチとを組込み、その電磁クラッチにより２方向クラッチの係合および係合解除を制御し、上記２方向クラッチの係合により入力部材と出力部材とを結合して、入力部材の回転を出力部材に伝えるようにしている。

また、出力部材を、入力部材の外側に設けられた外側出力部材と、その外側出力部材の内側に組込まれて前記入力部材と同軸上に配置された内側出力部材とに分断し、その外側出力部材と内側出力部材間に多板クラッチから成る抵抗手段を設け、この抵抗手段によって前記２方向クラッチの係合時の衝撃を吸収するようにしている。

図６は、上記回転伝達装置に組込まれた２方向クラッチを示す。この２方向クラッチは、入力部材３０の外側に設けられた外側出力部材３１の内周に円筒面３２を形成し、入力部材３０の外周に上記円筒面３２との間でくさび空間を形成するカム面３３を設け、そのカム面３３と円筒面３２との間にローラ３４を組込み、このローラ３４を保持器３５で保持し、上記入力部材３０に対する保持器３５の相対回転によって円筒面３２およびカム面３３にローラ３４を係合させるようにしたローラタイプの２方向クラッチから成っている。

上記のような２方向クラッチにおいては、ローラ３４が円筒面３２およびカム面３３に係合するトルクの伝達状態で、円筒面３２およびカム面３３に同図の矢印で示す比較的大きな法線力Ｒが作用する。この法線力Ｒは外側出力部材３１に作用する負荷トルクの増大に伴って大きくなり、上記法線力Ｒが過大になると、円筒面３２およびカム面３３の上記ローラ３４との接触部で変形が生じ、そのエネルギによりローラ３４がくさび空間の広幅部に向けてはじき出される現象（ポップアウト）や、変形量過大によりローラ３４が隣接するくさび空間内に侵入する現象（ロールオーバ）が発生する。

ここで、前記特許文献１に記載された回転伝達装置のように、外側出力部材と内側出力部材の相互間に多板クラッチから成る抵抗手段を設けておくと、過大トルクの負荷時にその抵抗手段に滑りを生じさせることができ、２方向クラッチの係合ショックを吸収するだけでなく、ポップアウト現象やロールオーバ現象の発生を防止することができる。
特開２００１−２６３３７５号公報

ところで、上記回転伝達装置においては、多板クラッチから成る抵抗手段を２方向クラッチに対して軸方向に間隔をおいて併設した構成であるため、回転伝達装置の軸方向長さが長くなり、コンパクト化を図るうえにおいて改善すべき点が残されている。

この発明の課題は、ポップアウト現象やロールオーバ現象を防止することができるようにした軸方向長さのコンパクトな回転伝達装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、第１の発明においては、入力部材と出力部材を内外に配置して相対的に回転自在に支持し、前記入力部材の外周と出力部材の内周における一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間でくさび形空間を形成する複数のカム面を設け、このカム面と円筒面間にローラを組込み、そのローラを入力部材と出力部材間に組込まれた保持器で保持し、前記保持器と前記カム面が形成された部材の相互間にローラが円筒面およびカム面に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねと、摩擦抵抗付与手段とを設け、その摩擦抵抗付与手段により保持器に回転抵抗を付与してカム面が形成された部材と保持器の相対回転によりローラを円筒面およびカム面に係合させるようにした回転伝達装置において、前記カム面を、前記円筒面に対する対向間隔が周方向長さの中央部で広く、周方向両端に至るに従って次第に小さくなる第１カム面と、この第１カム面の両端に連続し、その第１カム面に対して傾斜する第２カム面とで形成した構成を採用したのである。

また、第２の発明においては、第１の発明に係る回転伝達装置において、前記ローラと円筒面の接触部間並びにローラと第１カム面および第２カム面の接触部間における摩擦係数をμ、前記円筒面とローラの接触点を通る円筒面の接線と第１カム面とで形成されるくさび角をθ₁、上記接線と第２カム面とで形成されるくさび角をθ₂としたとき、μ＞ｔａｎ（θ₁／２）、μ＜ｔａｎ（θ₂／２）の関係が成立するようにしたのである。

第１の発明のように、第１カム面の周方向両端に、その第１カム面に対して傾斜する第２カム面を設けることによって、ロールオーバ現象が発生するのを防止することができる。

また、第２の発明のように、μ＞ｔａｎ（θ₁／２）、μ＜ｔａｎ（θ₂／２）の関係が成立するようにしておくことにより、ローラを第１カム面と円筒面に係合する状態に保持することができると共に、出力部材の負荷が増大したとき、出力部材の変形に伴い、ローラが第２カム面と接触し、ローラと円筒面もしくは第２カム面の接触部で滑りを生じさせることができ、ポップアウト現象およびロールオーバ現象の発生を防止することができる。

また、２方向クラッチ部において過大トルク負荷時に滑りを生じさせるようにしたので、従来のように多板等の抵抗手段を外部に設ける必要がなくなり、軸方向長さのコンパクトな回転伝達装置を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。図１に示すように、入力部材としての内輪１とその外側に設けられた出力部材としての外輪２は軸受３を介して相対的に回転自在に支持されている。

内輪１は大径のカムリング部４を有し、そのカムリング部４と外輪２間に２方向クラッチ１０が組込まれている。

図１および図３に示すように、２方向クラッチ１０は外輪２の内周に円筒面１１を形成し、カムリング部４の外周には上記円筒面１１との間でくさび形空間を形成する複数のカム面１２を周方向に等間隔に設け、各カム面１２と円筒面１１間にローラ１３を組込み、各ローラ１３を内輪１と外輪２間に組込まれた保持器１４によって保持したローラタイプの２方向クラッチから成っている。

図４（Ｉ）、（II）に示すように、カム面１２は、平坦面から成る第１カム面１２ａと、その第１カム面１２ａの周方向両端に連続する第２カム面１２ｂとから成り、第１カム面１２ａは円筒面１１との間で周方向中央から両端に至るに従って対向間隔が次第に小さくなるくさび空間を形成しており、第２カム面１２ｂはその第１カム面１２ａに対して傾斜する傾斜面とされている。

図２および図３に示すように、カムリング部４の端面にはばね嵌合凹部１５が形成され、そのばね嵌合凹部１５内にスイッチばね１６が組込まれている。スイッチばね１６はＣ形をなし、その両端から外向きに形成された一対の押圧片１６ａはばね嵌合凹部１５の外周壁に形成された切欠部１７から保持器１４の端部に設けられた切欠き１８内に挿入されて、切欠部１７および切欠き１８の周方向で対向する側面を相反する方向に押圧し、その押圧によってローラ１３が円筒面１１およカム面１２に係合解除される中立位置に保持器１４を弾性保持している。

図１および図２に示すように、外輪２の開口端部内には２方向クラッチ１０の保持器１４に回転抵抗を付与してローラ１３を円筒面１１およびカム面１２に係合させる摩擦抵抗付与手段としての電磁クラッチ２０が組込まれている。

電磁クラッチ２０は、保持器１４の端部開口内に嵌合されてスイッチばね１６を抜け止めするコネクティングプレート２１と、そのコネクティングプレート２１に対して軸方向に対向配置されたアーマチュア２２と、そのアーマチュア２２に対して軸方向に対向配置されたロータ２３と、そのロータ２３にアーマチュア２２を吸着させる電磁石２４とから成っている。

コネクティングプレート２１は一対のＬ形の係合爪２５を外周対向位置に有し、各係合爪２５は保持器１４の端部に形成された前記切欠き１８に挿入されている。その挿入によってコネクティングプレート２１は保持器１４に対して回り止めされている。また、係合爪２５はアーマチュア２２に形成された係合孔２６内に挿入されている。

アーマチュア２２は、係合孔２６に対する係合爪２５の挿入により、保持器１４に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動可能とされている。このアーマチュア２２とロータ２３との間に離反ばね２８が組込まれ、その離反ばね２８によってアーマチュア２２はロータ２３から離反する方向に付勢されている。

ロータ２３は断面形状をコの字形とされている。このロータ２３は外輪２の開口端部内に取付けられた非磁性体から成るロータガイド２９内に圧入されて外輪２に対して回り止めされている。

電磁石２４は固定部材Ａに支持されてロータ２３内に配置され、その電磁石２４の電磁コイル２４ａに対する通電によりアーマチュア２２はロータ２３に吸着されるようになっている。

実施形態で示す回転伝達装置は上記の構造から成り、電磁石２４の電磁コイル２４ａに対する通電の遮断状態では、２方向クラッチ１０のローラ１３はスイッチばね１６によって円筒面１１およびカム面１２に対して係合解除された中立位置に保持されている。

このため、内輪１が回転しても、その回転は外輪２に伝達されない。このとき、内輪１と保持器１４の相互間にはスイッチばね１６が組込まれているため、内輪１と共に保持器１４が回転する。また、保持器１４に回り止めされたコネクティングプレート２１を介して保持器１４の回転はアーマチュア２２に伝達され、アーマチュア２２も回転する。

内輪１の回転状態において、電磁クラッチ２０の電磁コイル２４ａに通電すると、アーマチュア２２に吸引力が付与され、アーマチュア２２はロータ２３に向けて移動してロータ２３に吸着される。その吸着面に作用する摩擦抵抗はアーマチュア２２の回転抵抗となるため、保持器１４にスイッチトルクが作用して内輪１と保持器１４とが相対回転する。その回転によってローラ１３が円筒面１１およびカム面１２に係合し、内輪１の回転が外輪２に伝達される。

また、内輪１と保持器１４の相対回転により、図３に示すスイッチばね１６が弾性変形する。

このため、電磁コイル２４ａに対する通電を遮断すると、スイッチばね１６のばね力により保持器１４が回転され、ローラ１３は円筒面１１およびカム面１２に対して係合解除される中立位置に戻され、内輪１から外輪２への回転伝達が遮断される。

ここで、保持器１４に対するスイッチトルクの負荷によって２方向クラッチ１０のローラ１３が円筒面１１およびカム面１２に係合するとき、上記ローラ１３は図４（Ｉ）に示すように、カム面１２の第１カム面１２ａと円筒面１１に係合して、内輪１の回転を外輪２に伝達する。

外輪２に作用する負荷が次第に大きくなると、ローラ１３は円筒面１１とカム面１２とで形成されるくさび空間の狭小部に押し込まれて、図４（II）に示すように、円筒面１１と第２カム面１２ｂに係合する。

図４（Ｉ）に示すローラ１３の係合状態でローラ１３と円筒面１１の接触点を通る円筒面１１の接線と第１カム面１２ａとで形成されるくさび角をθ₁、図４（II）に示すローラ１３の係合状態でローラ１３と円筒面１１の接触点を通る円筒面１１の接線と第２カム面１２ｂとで形成されるくさび角をθ₂、ローラ１３とカム面１２の接触部およびローラ１３と円筒面１１の接触部の摩擦係数をμとした場合、摩擦係数μとくさび角θ₁、θ₂とは、
μ＞ｔａｎ（θ₁／２）・・・式１
μ＜ｔａｎ（θ₂／２）・・・式２
の関係とされている。

図６に示すような一般的な２方向クラッチにおいて、ローラ３４と円筒面３２およびカム面３３の接触部の摩擦係数をμ、円筒面３２とカム面３３で形成されるくさび角をθ、円筒面３２に付与される法線力をＲ、ローラ３４をくさび空間から押し出そうとする力をｆとした場合に、円筒面３２とカム面３３で形成されるくさび空間にローラ３４を自己保持させるには、２・μＲ＞２ｆの関係が必要である。

ここで、円筒面３２とカム面３３がローラ３４を挟持する挟持力をＦとすると、法線力Ｒは、Ｒ＝Ｆｃｏｓ（θ／２）であり、また、挟持力Ｆがローラ３４をくさび空間から押し出そうとする力ｆはｆ＝Ｆｓｉｎ（θ／２）で表される。

したがって、ローラ３４を自己保持させる関係式２・μＲ＞２ｆは２μＦｃｏｓ（θ／２）＞２Ｆｓｉｎ（θ／２）で表され、μ＞Ｆｓｉｎ（θ／２）／Ｆｃｏｓ（θ／２）となり、μ＞ｔａｎ（θ／２）の関係を成立させることによって、ローラ３４をくさび空間に自己保持させることができる一方で、逆にμ＜ｔａｎ（θ／２）とすることによって、過大トルク負荷時に、ローラ３４を円筒面３２に沿って滑らせることができる。

このため、前述の式１で表されるように、μ＞ｔａｎ（θ₁／２）とすることによってローラ１３を第１カム面１２ａと円筒面１１に係合する状態に保持することができる。

また、式２で表されるように、μ＜ｔａｎ（θ₂／２）とすることによって、内輪１から外輪２へのトルク伝達状態で、外輪２に作用する負荷を増大していくと、外輪２の変形に伴い、ローラ１３が第２カム面１２ｂと接触し、図５のグラフで示すように、Ａ点から回転ねじり量に関係なく負荷トルクの値が一定になる。つまり、この部分ではローラ１３が円筒面１１に沿って滑り、２方向クラッチ１０がトルクリミッタとしての機能を発揮する。したがって、ポップアウト現象およびロールオーバ現象の発生を防止し、２方向クラッチ１０の破損を防止することができる。また、２方向クラッチ１０部にトルクリミッタとしての滑り機能を付加したことによって、従来のように、多板等の抵抗手段を外部に設ける必要がなくなり、軸方向長さのコンパクトな回転伝達装置を得ることができる。

実施形態では、外輪２の内周に円筒面１１を形成し、内輪１の外周にカム面１２を形成したが、上記とは逆に、内輪１の外周に円筒面を形成し、外輪２の内周にカム面を形成してもよい。この場合、外輪２と保持器１４の相互間にスイッチばねを組込むと共に、ロータ２３を内輪１もしくはその内輪１に接続される軸に取付けるようにする。

また、実施の形態では、保持器１４に回転抵抗を付与する摩擦抵抗付与手段として電磁クラッチ２０から成るものを示したが、摩擦抵抗付与手段はこれに限定されない。例えば、油圧や空気圧の流体圧、あるいは遠心力を利用したものであってもよい。

この発明に係る回転伝達装置の実施形態を示す縦断正面図図１の一部分を拡大して示す断面図図１のIII−III線に沿った断面図（Ｉ）は２方向クラッチの係合初期の状態を示す断面図、（II）は負荷トルク増大時の２方向クラッチの係合状態を示す断面図図１に示す回転伝達装置のねじり角と負荷トルクとの関係を示すグラフ従来の２方向クラッチの係合状態を示す断面図

符号の説明

１内輪（入力部材）
２外輪（出力部材）
１０２方向クラッチ
１１円筒面
１２カム面
１２ａ第１カム面
１２ｂ第２カム面
１３ローラ
１４保持器
１５スイッチばね
２０電磁クラッチ（摩擦抵抗付与手段）

Claims

入力部材と出力部材を内外に配置して相対的に回転自在に支持し、前記入力部材の外周と出力部材の内周における一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間でくさび形空間を形成する複数のカム面を設け、このカム面と円筒面間にローラを組込み、そのローラを入力部材と出力部材間に組込まれた保持器で保持し、前記保持器と前記カム面が形成された部材の相互間にローラが円筒面およびカム面に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねと、摩擦抵抗付与手段とを設け、その摩擦抵抗付与手段により保持器に回転抵抗を付与してカム面が形成された部材と保持器の相対回転によりローラを円筒面およびカム面に係合させるようにした回転伝達装置において、前記カム面を、前記円筒面に対する対向間隔が周方向長さの中央部で広く、周方向両端に至るに従って次第に小さくなる第１カム面と、この第１カム面の両端に連続し、その第１カム面に対して傾斜する第２カム面とで形成したことを特徴とする回転伝達装置。
前記ローラと円筒面の接触部間並びにローラと第１カム面および第２カム面の接触部間における摩擦係数をμ、前記円筒面とローラの接触点を通る円筒面の接線と第１カム面とで形成されるくさび角をθ₁、上記接線と第２カム面とで形成されるくさび角をθ₂としたとき、μ＞ｔａｎ（θ₁／２）、μ＜ｔａｎ（θ₂／２）の関係が成立するようにした請求項１に記載の回転伝達装置。