JP4211205B2 - クラッチ装置 - Google Patents
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Description
【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、図１２で示されるクラッチ装置を提案している。同図において、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、円錐コイルばね、６は、転がり軸受、７は、ボールカム機構である。
【０００３】
このクラッチ装置は、クラッチハウジング１に軸方向に挿入した第２回転軸３を転がり軸受６を介して支持し、第１回転軸２の貫通孔２ｂに第２回転軸３の凸軸部３ｂを貫通させ、この凸軸部３ｂの周溝３ｆにＣ形止め輪２０を装着して第１回転軸２を第２回転軸３に対して相対回転可能に支持して第１回転軸２の軸方向上の位置決めを行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、周溝３ｄに対してＣ形止め輪２０は所要の隙間を持つ状態に嵌入されるので、その隙間分について、第１回転軸２が、クラッチハウジング１内に固定される第２回転軸３に対して軸方向へがたつくことになる。
【０００５】
このような第１回転軸２の軸方向に対するがたつきは、そのフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間の精度に影響を及ぼしボールカム機構７による円滑なクラッチ動作には不都合となる。
【０００６】
したがって、本発明は、クラッチ装置において、例えば周溝や止め輪の軸方向幅に寸法公差のばらつきがあっても、一方の回転軸を他方の回転軸に対して軸方向上がたつき無く位置決めさせて円滑なクラッチ動作を可能とすることを課題としている。
【０００７】
【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軸の動力伝達間に介装され、かつ、第１回転軸に回転動力が入力されたときは両回転軸を同期回転可能に結合する一方、第２回転軸に回転動力が入力されたときは第２回転軸を非回転状態とし第１回転軸と分離するクラッチ装置であって、第１回転軸に対して軸方向で対向配設されるとともに、第２回転軸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カムプレートと、カムプレートの軸方向変位によって当該カムプレートが圧接または離隔する位置に固定配置されるクラッチハウジングと、第１回転軸とカムプレートの対向面にそれぞれ形成したカム溝間に転動可能に収納したボールと、カムプレートを第１回転軸側に段発付勢する円錐コイルばねとを含み、第１回転軸が回転したときにカムプレートをクラッチハウジングから離隔させて第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して両回転軸を同期回転可能に結合する一方、第２回転軸が回転したときにカムプレートをクラッチハウジングに圧接させて第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し、第２回転軸が、クラッチハウジングに転がり軸受を介して支持され、第２回転軸に対して第１回転軸が、相対回転可能に支持されており、第１回転軸が有底円筒形に形成されていて、第１回転軸の底壁部の中心に円筒部内径より小径の貫通孔が設けられ、また、第２回転軸に前記貫通孔に対して相対回転可能に貫通挿入される凸軸部が設けられており、前記貫通孔に貫通挿入される凸軸部において貫通孔より円筒部側へ突出された部分の外周に設けられる周溝に、一側面が前記底壁部の内側面に当接するとともに他側面の内径部が前記周溝の開口縁に当接する状態とされるくさび状止め輪をくさび状に係入してなり、第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めし、円錐コイルばねの軸方向荷重をＦａ ' とした場合、くさび状止め輪による軸方向荷重Ｆａを、Ｆａ ' ＞＞Ｆａとし、軸方向荷重Ｆａ ' に対して無視できる程度に小さくしたものである。
【０００８】
本発明のクラッチ装置によると、第２回転軸に対する第１回転軸の支持部において、軸方向の支持に関して寸法公差のばらつきがあっても、位置決め機構により第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めしてそのばらつきが吸収されるから、例えばカム機構における対向カム溝間の径方向隙間を常に所要の状態に高精度に維持することが可能となって、カム機構による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００１０】
また、周溝やくさび状止め輪の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあっても、くさび状止め輪と第１回転軸の底壁部の内側面との間に隙間がなくなるから、従来とは異なって、第１回転軸の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸とカムプレートの両対向面のカム溝の径方向隙間を高精度に維持でき、カム機構による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１ないし図６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拡大図、図４は、クラッチ装置の要部の分解斜視図、図５（ａ）は、図１の第１回転軸とカムプレートとのカム溝を側面から見た要部拡大断面図、図５（ｂ）は、図２の第１回転軸とカムプレートとのカム溝を側面から見た要部拡大断面図、図６は、図５（ａ）と図５（ｂ）とを合わせた図である。
【００１７】
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。
【００１８】
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、円錐面形状の固定接触面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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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可動接触面４ａとなってクラッチハウジング１の固定接触面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。
【００２３】
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。
【００２４】
転がり軸受６は、単列深溝玉軸受で構成されている。
【００２５】
ボールカム機構７は、第１回転軸２の径方向外向きフランジ２ａと、カムプレート４と、円錐コイルばね５、ボール１０とを構成要素として備える。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
両カム溝８，９それぞれは、周方向中心８ａ０，９ａ０から周方向両側へ向けて深さが浅くなるすり鉢状斜面８ａ１，８ａ２；９ａ１，９ａ２に形成されている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
このようなボールカム機構７において、両カム溝８，９は、周方向中心８ａ０，９ａ０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。ボールカム機構７では、第１回転軸２の回転に伴うフランジ２ａとカムプレート４との相対的な回転に伴い、両カム溝８，９の最も深い位置である周方向中心８ａ０，９ａ０にボール１０が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、前記両カム溝８，９の最も浅い位置にボール１０が位置することによりカムプレート４をフランジ２ａ側から最も離隔させる状態になる。
【００３２】
なお、カムプレート４は、円錐コイルばね５によりフランジ２ａ側に弾発付勢されているが、この円錐コイルばね５は、図１２のクラッチ装置で使用されている皿ばねと比較して小さいばね定数が設定できるから、ばねのたわみ量に対するカムプレート４に対する押し付け荷重の変化が少ない。そのため、両カム溝８，９間の径方向隙間の大小に対してはばねの線径や有効巻数を変えることで簡単に対応することができる。また、円錐コイルばね５の場合、その軸方向の組み付け幅を小さくすることができるから、軸方向寸法の小型化に貢献することができる。さらに、ばね製造機で任意のばね定数のものを容易に製造することができる、などの利点が得られる。
【００３３】
次に、クラッチ装置Ａの動作について図５および図６を参照して説明する。
【００３４】
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、その接触面４ａが、クラッチハウジング１の接触面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５で示すように、ボール１０は、カム溝８，９の軸方向最深の周方向中心８ａ０，９ａ０間に位置している。
【００３５】
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（図６で周方向一方へ移動される）と、フランジ２ａとカムプレート４の両対向面間のカム溝８，９の互いに逆方向のすり鉢状斜面８ａ２、９ａ２間を図５から図６で示すようにボール１０が周方向に転動する。
【００３６】
このすり鉢状斜面８ａ２、９ａ２においては、一方のすり鉢状斜面８ａ２は周方向他方へ向けて、また他方のすり鉢状斜面９ａ２は周方向一方へ向けてそれぞれ深さが浅くなっているので、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、これによって、カムプレート４の接触面４ａが、クラッチハウジング１の接触面１ａから離隔する。
【００３７】
そして、ボール１０が、すり鉢状斜面８ａ２、９ａ２の両側間で軸方向に挟まれた状態になる。このようにボール１０がすり鉢状斜面８ａ２、９ａ２の両側間で軸方向に挟まれた状態になると、カムプレート４は、第１回転軸２の周方向一方の回転動力で、それと同方向に回転し、これとともに、第２回転軸３も同方向に回転させられて、第１回転軸２の回転動力が伝達されることになる。
【００３８】
また、第１回転軸２が、上記と逆方向に回転駆動された場合は、ボール１０は、すり鉢状斜面８ａ１、９ａ１間を転動し、そのすり鉢状斜面８ａ１、９ａ１の両側間で軸方向に挟まれた状態になって、カムプレート４は、第１回転軸２の周方向他方の回転動力で、それと同方向に回転し、これとともに、第２回転軸３も同方向に回転させられて、第１回転軸２の回転動力が伝達されることになる。このようにして回転動力はいずれの回転方向にも伝達される。
【００３９】
本実施形態は、第２回転軸３に対する第１回転軸２の支持部に、第１回転軸２を第２回転軸３の方向に引き寄せて軸方向で位置決めする位置決め機構１４を備えたことを特徴とする。
【００４０】
この位置決め機構１４について詳しく説明する。
【００４１】
すなわち、この位置決め機構１４は、第１回転軸２の貫通孔２ｄに貫通挿入される第２回転軸３の凸軸部３ｂにおいてその貫通孔２ｄより円筒部２ｃへ突出された部分の外周に設けられる周溝３ｆと、この周溝３ｆにくさび状に係入されて一側面２０ａが底壁部２ｂの内側面２ｅに当接するとともに他側面２０ｂの内径部が周溝３ｆの開口縁３ｇに当接する状態とされるくさび状のＣ形止め輪２０とで構成されている。
【００４２】
周溝３ｆの開口縁３ｇと、これに当接するＣ形止め輪２０の他側面２０ｂはそれぞれテーパ面形状とされている。
【００４３】
この場合、周溝３ｆの開口縁３ｇの軸方向幅ｘ０は、Ｃ形止め輪２０の軸方向幅Ｘ１に対してＸ０≧Ｘ１の関係となっている。
【００４４】
周溝３ｆとＣ形止め輪２０の内径側との前記両テーパ面における当接により、Ｃ形止め輪２０のテーパ面から周溝３ｆのテーパ面には反力Ｆが作用し、この反力Ｆは、軸方向荷重Ｆａと、径方向荷重Ｆｂとに分力される。この軸方向荷重Ｆａにより、Ｃ形止め輪２０の外径側から第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅに対して軸方向荷重Ｆａが作用する。
【００４５】
この場合、第２回転軸３には軸方向他方の軸方向荷重Ｆａが作用するが、第２回転軸３は転がり軸受６を介してクラッチハウジング１に固定されているから、軸方向他方には変位することができない。一方、第１回転軸２は、その底壁部２ｂの内側面２ｅに作用する軸方向荷重Ｆａにより、第２回転軸３の方向に引き寄せられることになる。
【００４６】
なお、前記両テーパ面のテーパ角度θにより軸方向荷重Ｆａの大きさを調整できるようにしている。
【００４７】
この調整により、円錐コイルばね５の軸方向荷重をＦａ’とした場合、Ｃ形止め輪２０による前記軸方向荷重Ｆａを、Ｆａ’＞＞Ｆａとし、軸方向荷重Ｆａ’に対して無視できる程度に小さくし、Ｃ形止め輪２０により第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間を詰めて、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきをなくせるようにしている。
【００４８】
したがって、この実施形態によると、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅において寸法公差のばらつきがあっても、周溝３ｆの軸方向溝幅ｘ０は、Ｃ形止め輪２０の軸方向幅Ｘ１との差分、前記両テーパ面が常に、そのばらつきを吸収するような当接関係となって第１回転軸２に対して所要の軸方向荷重Ｆａを与え、その結果、第１回転軸２にはボールカム機構７における両カム溝８，９間の径方向隙間をつめるように、軸方向一方の第２回転軸３側に引き寄せる力が作用している。
【００４９】
以上のように本実施形態によれば、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあっても、Ｃ形止め輪２０と第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間がなくなるから、従来とは異なって、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸２のフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間を所要の状態に高精度に維持でき、ボールカム機構７による円滑なクラッチ動作か可能となる。
【００５０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００５１】
（１）上述の実施形態における位置決め機構１４は、第２回転軸３の凸軸部３ｂに形成した周溝３ｆとこれに装着されるＣ形止め輪２０とで構成されていたが、図７および図８で示すように、さらに、第２回転軸３の周溝３ｆ内において止め輪２０と隣り合わせで弾性変形した状態で弾性体として例えばＣ形金属製波形ワッシャ２１を嵌入して、周溝３ｆとＣ形止め輪２０との軸方向幅の差によって発生する周溝３ｆ内の軸方向隙間をそのワッシャ２１で詰めるようにしてもよい。この場合、周溝３ｆとＣ形止め輪２とには前記テーパ面は形成されていない。
【００５２】
この参考例の場合、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあって、Ｃ形止め輪２０と第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間があっても、その隙間がワッシャ２１で詰められ、その弾性力で第１回転軸２を第２回転軸３の方向に引き寄せる力が作用している結果、従来とは異なって、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸２のフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間を常に所要の状態に高精度に維持できボールカム機構７による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００５３】
（２）上述の実施形態における位置決め機構１４は、第２回転軸３の凸軸部３ｂに形成した周溝３ｆとこれに装着されるＣ形止め輪２０とで構成されていたが、図９および図１０で示すように、さらに、第２回転軸３の周溝３ｆ内において止め輪２０と隣り合わせで嵌入されて、周溝３ｆとＣ形止め輪２０との軸方向幅の差によって発生する周溝３ｆ内の軸方向隙間を隙間調整部材として例えばＣ形シム２２で詰めるようにしてもよい。この場合、周溝３ｆとＣ形止め輪２とには前記テーパ面は形成されていない。
【００５４】
この参考例の場合、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあって、Ｃ形止め輪２０と第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間があっても、その隙間がシム２１で詰められ、第１回転軸２を第２回転軸３の方向に引き寄せる力が作用している結果、従来とは異なって、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸２のフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間を常に所要の状態に高精度に維持できボールカム機構７による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００５５】
なお、このＣ形シム２２の組み込みは、まず、Ｃ形止め輪２０だけの場合の軸方向のがたを計測し、その計測に対応して１枚ないし複数枚のＣ形シム２２を組み込む。
【００５６】
（３）上述の実施形態におけるクラッチハウジング１は、そのクラッチ装置Ａを相手部品に取り付けるためのフランジ１ｃを外周面に設けているが、このフランジ１ｃを、図１１で示すように省略し、相手部品に対してその外周面を圧入結合させる形態としてもよい。この場合、フランジ１ｃの削除により内径円錐面の加工基準となる第１回転軸２外周面の研削にセンタレス研削盤の使用が可能となり、また、第１回転軸２として通常の安価なパイプ材の使用が可能となり、さらに、第１回転軸２の加工に際してそれを保持しやすい、さらにまたころ軸受の外輪の製造設備など既存設備で第１回転軸２を製造できるなど、により加工コストの大幅な低減が可能となって好ましい。
【００５７】
（４）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。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明による場合、第２回転軸が、クラッチハウジングに転がり軸受を介して支持され、第２回転軸に対して第１回転軸が、相対回転可能に支持されており、第２回転軸に対する第１回転軸の支持部に、第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めする位置決め機構が設けられているから、第２回転軸に対する第１回転軸の支持部において、軸方向の支持に関して寸法公差のばらつきがあっても、位置決め機構により第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めして、例えばカム機構における対向カム溝間の径方向隙間を常に所要の状態に詰めることが可能となって、カム機構による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【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のクラッチ装置の要部拡大図
【図４】図１の要部斜視図
【図５】（ａ）図１の第１回転軸とカムプレートとの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とのカム溝を側面から見た要部拡大断面図
【図６】図５（ａ）と図５（ｂ）とを合わせた図
【図７】動力非伝達状態にある本発明の参考例のクラッチ装置の側面断面図
【図８】図７の要部拡大図
【図９】動力非伝達状態にある本発明の参考例のクラッチ装置の側面断面図
【図１０】図９の要部拡大図
【図１１】動力非伝達状態にある本発明の他の実施形態のクラッチ装置の側面断面図
【図１２】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
【符号の説明】
１ クラッチハウジング
１ａ 固定接触面
１ｂ 軸受取り付け面
２ 第１回転軸
２ａ フランジ
２ｂ 底壁部
２ｃ 円筒部
２ｄ 貫通孔
２ｅ 内側面
３ 第２回転軸
３ａ 一方側軸部
３ｂ 凸軸部
３ｃ スプライン歯
３ｆ 周溝
４ カムプレート
４ａ 可動接触面
４ｂ スプライン歯
５ 円錐コイルばね
７ ボールカム機構
８ カム溝
９ カム溝
１４ 位置決め機構
２０ 止め輪
２０ａ 一側面
２０ｂ 他側面
【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、図１２で示されるクラッチ装置を提案している。同図において、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、円錐コイルばね、６は、転がり軸受、７は、ボールカム機構である。
【０００３】
このクラッチ装置は、クラッチハウジング１に軸方向に挿入した第２回転軸３を転がり軸受６を介して支持し、第１回転軸２の貫通孔２ｂに第２回転軸３の凸軸部３ｂを貫通させ、この凸軸部３ｂの周溝３ｆにＣ形止め輪２０を装着して第１回転軸２を第２回転軸３に対して相対回転可能に支持して第１回転軸２の軸方向上の位置決めを行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、周溝３ｄに対してＣ形止め輪２０は所要の隙間を持つ状態に嵌入されるので、その隙間分について、第１回転軸２が、クラッチハウジング１内に固定される第２回転軸３に対して軸方向へがたつくことになる。
【０００５】
このような第１回転軸２の軸方向に対するがたつきは、そのフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間の精度に影響を及ぼしボールカム機構７による円滑なクラッチ動作には不都合となる。
【０００６】
したがって、本発明は、クラッチ装置において、例えば周溝や止め輪の軸方向幅に寸法公差のばらつきがあっても、一方の回転軸を他方の回転軸に対して軸方向上がたつき無く位置決めさせて円滑なクラッチ動作を可能とすることを課題としている。
【０００７】
【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軸の動力伝達間に介装され、かつ、第１回転軸に回転動力が入力されたときは両回転軸を同期回転可能に結合する一方、第２回転軸に回転動力が入力されたときは第２回転軸を非回転状態とし第１回転軸と分離するクラッチ装置であって、第１回転軸に対して軸方向で対向配設されるとともに、第２回転軸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カムプレートと、カムプレートの軸方向変位によって当該カムプレートが圧接または離隔する位置に固定配置されるクラッチハウジングと、第１回転軸とカムプレートの対向面にそれぞれ形成したカム溝間に転動可能に収納したボールと、カムプレートを第１回転軸側に段発付勢する円錐コイルばねとを含み、第１回転軸が回転したときにカムプレートをクラッチハウジングから離隔させて第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して両回転軸を同期回転可能に結合する一方、第２回転軸が回転したときにカムプレートをクラッチハウジングに圧接させて第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し、第２回転軸が、クラッチハウジングに転がり軸受を介して支持され、第２回転軸に対して第１回転軸が、相対回転可能に支持されており、第１回転軸が有底円筒形に形成されていて、第１回転軸の底壁部の中心に円筒部内径より小径の貫通孔が設けられ、また、第２回転軸に前記貫通孔に対して相対回転可能に貫通挿入される凸軸部が設けられており、前記貫通孔に貫通挿入される凸軸部において貫通孔より円筒部側へ突出された部分の外周に設けられる周溝に、一側面が前記底壁部の内側面に当接するとともに他側面の内径部が前記周溝の開口縁に当接する状態とされるくさび状止め輪をくさび状に係入してなり、第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めし、円錐コイルばねの軸方向荷重をＦａ ' とした場合、くさび状止め輪による軸方向荷重Ｆａを、Ｆａ ' ＞＞Ｆａとし、軸方向荷重Ｆａ ' に対して無視できる程度に小さくしたものである。
【０００８】
本発明のクラッチ装置によると、第２回転軸に対する第１回転軸の支持部において、軸方向の支持に関して寸法公差のばらつきがあっても、位置決め機構により第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めしてそのばらつきが吸収されるから、例えばカム機構における対向カム溝間の径方向隙間を常に所要の状態に高精度に維持することが可能となって、カム機構による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００１０】
また、周溝やくさび状止め輪の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあっても、くさび状止め輪と第１回転軸の底壁部の内側面との間に隙間がなくなるから、従来とは異なって、第１回転軸の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸とカムプレートの両対向面のカム溝の径方向隙間を高精度に維持でき、カム機構による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１ないし図６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拡大図、図４は、クラッチ装置の要部の分解斜視図、図５（ａ）は、図１の第１回転軸とカムプレートとのカム溝を側面から見た要部拡大断面図、図５（ｂ）は、図２の第１回転軸とカムプレートとのカム溝を側面から見た要部拡大断面図、図６は、図５（ａ）と図５（ｂ）とを合わせた図である。
【００１７】
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。
【００１８】
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、円錐面形状の固定接触面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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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可動接触面４ａとなってクラッチハウジング１の固定接触面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。
【００２３】
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。
【００２４】
転がり軸受６は、単列深溝玉軸受で構成されている。
【００２５】
ボールカム機構７は、第１回転軸２の径方向外向きフランジ２ａと、カムプレート４と、円錐コイルばね５、ボール１０とを構成要素として備える。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
両カム溝８，９それぞれは、周方向中心８ａ０，９ａ０から周方向両側へ向けて深さが浅くなるすり鉢状斜面８ａ１，８ａ２；９ａ１，９ａ２に形成されている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
このようなボールカム機構７において、両カム溝８，９は、周方向中心８ａ０，９ａ０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。ボールカム機構７では、第１回転軸２の回転に伴うフランジ２ａとカムプレート４との相対的な回転に伴い、両カム溝８，９の最も深い位置である周方向中心８ａ０，９ａ０にボール１０が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、前記両カム溝８，９の最も浅い位置にボール１０が位置することによりカムプレート４をフランジ２ａ側から最も離隔させる状態になる。
【００３２】
なお、カムプレート４は、円錐コイルばね５によりフランジ２ａ側に弾発付勢されているが、この円錐コイルばね５は、図１２のクラッチ装置で使用されている皿ばねと比較して小さいばね定数が設定できるから、ばねのたわみ量に対するカムプレート４に対する押し付け荷重の変化が少ない。そのため、両カム溝８，９間の径方向隙間の大小に対してはばねの線径や有効巻数を変えることで簡単に対応することができる。また、円錐コイルばね５の場合、その軸方向の組み付け幅を小さくすることができるから、軸方向寸法の小型化に貢献することができる。さらに、ばね製造機で任意のばね定数のものを容易に製造することができる、などの利点が得られる。
【００３３】
次に、クラッチ装置Ａの動作について図５および図６を参照して説明する。
【００３４】
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、その接触面４ａが、クラッチハウジング１の接触面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５で示すように、ボール１０は、カム溝８，９の軸方向最深の周方向中心８ａ０，９ａ０間に位置している。
【００３５】
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（図６で周方向一方へ移動される）と、フランジ２ａとカムプレート４の両対向面間のカム溝８，９の互いに逆方向のすり鉢状斜面８ａ２、９ａ２間を図５から図６で示すようにボール１０が周方向に転動する。
【００３６】
このすり鉢状斜面８ａ２、９ａ２においては、一方のすり鉢状斜面８ａ２は周方向他方へ向けて、また他方のすり鉢状斜面９ａ２は周方向一方へ向けてそれぞれ深さが浅くなっているので、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、これによって、カムプレート４の接触面４ａが、クラッチハウジング１の接触面１ａから離隔する。
【００３７】
そして、ボール１０が、すり鉢状斜面８ａ２、９ａ２の両側間で軸方向に挟まれた状態になる。このようにボール１０がすり鉢状斜面８ａ２、９ａ２の両側間で軸方向に挟まれた状態になると、カムプレート４は、第１回転軸２の周方向一方の回転動力で、それと同方向に回転し、これとともに、第２回転軸３も同方向に回転させられて、第１回転軸２の回転動力が伝達されることになる。
【００３８】
また、第１回転軸２が、上記と逆方向に回転駆動された場合は、ボール１０は、すり鉢状斜面８ａ１、９ａ１間を転動し、そのすり鉢状斜面８ａ１、９ａ１の両側間で軸方向に挟まれた状態になって、カムプレート４は、第１回転軸２の周方向他方の回転動力で、それと同方向に回転し、これとともに、第２回転軸３も同方向に回転させられて、第１回転軸２の回転動力が伝達されることになる。このようにして回転動力はいずれの回転方向にも伝達される。
【００３９】
本実施形態は、第２回転軸３に対する第１回転軸２の支持部に、第１回転軸２を第２回転軸３の方向に引き寄せて軸方向で位置決めする位置決め機構１４を備えたことを特徴とする。
【００４０】
この位置決め機構１４について詳しく説明する。
【００４１】
すなわち、この位置決め機構１４は、第１回転軸２の貫通孔２ｄに貫通挿入される第２回転軸３の凸軸部３ｂにおいてその貫通孔２ｄより円筒部２ｃへ突出された部分の外周に設けられる周溝３ｆと、この周溝３ｆにくさび状に係入されて一側面２０ａが底壁部２ｂの内側面２ｅに当接するとともに他側面２０ｂの内径部が周溝３ｆの開口縁３ｇに当接する状態とされるくさび状のＣ形止め輪２０とで構成されている。
【００４２】
周溝３ｆの開口縁３ｇと、これに当接するＣ形止め輪２０の他側面２０ｂはそれぞれテーパ面形状とされている。
【００４３】
この場合、周溝３ｆの開口縁３ｇの軸方向幅ｘ０は、Ｃ形止め輪２０の軸方向幅Ｘ１に対してＸ０≧Ｘ１の関係となっている。
【００４４】
周溝３ｆとＣ形止め輪２０の内径側との前記両テーパ面における当接により、Ｃ形止め輪２０のテーパ面から周溝３ｆのテーパ面には反力Ｆが作用し、この反力Ｆは、軸方向荷重Ｆａと、径方向荷重Ｆｂとに分力される。この軸方向荷重Ｆａにより、Ｃ形止め輪２０の外径側から第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅに対して軸方向荷重Ｆａが作用する。
【００４５】
この場合、第２回転軸３には軸方向他方の軸方向荷重Ｆａが作用するが、第２回転軸３は転がり軸受６を介してクラッチハウジング１に固定されているから、軸方向他方には変位することができない。一方、第１回転軸２は、その底壁部２ｂの内側面２ｅに作用する軸方向荷重Ｆａにより、第２回転軸３の方向に引き寄せられることになる。
【００４６】
なお、前記両テーパ面のテーパ角度θにより軸方向荷重Ｆａの大きさを調整できるようにしている。
【００４７】
この調整により、円錐コイルばね５の軸方向荷重をＦａ’とした場合、Ｃ形止め輪２０による前記軸方向荷重Ｆａを、Ｆａ’＞＞Ｆａとし、軸方向荷重Ｆａ’に対して無視できる程度に小さくし、Ｃ形止め輪２０により第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間を詰めて、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきをなくせるようにしている。
【００４８】
したがって、この実施形態によると、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅において寸法公差のばらつきがあっても、周溝３ｆの軸方向溝幅ｘ０は、Ｃ形止め輪２０の軸方向幅Ｘ１との差分、前記両テーパ面が常に、そのばらつきを吸収するような当接関係となって第１回転軸２に対して所要の軸方向荷重Ｆａを与え、その結果、第１回転軸２にはボールカム機構７における両カム溝８，９間の径方向隙間をつめるように、軸方向一方の第２回転軸３側に引き寄せる力が作用している。
【００４９】
以上のように本実施形態によれば、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあっても、Ｃ形止め輪２０と第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間がなくなるから、従来とは異なって、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸２のフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間を所要の状態に高精度に維持でき、ボールカム機構７による円滑なクラッチ動作か可能となる。
【００５０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００５１】
（１）上述の実施形態における位置決め機構１４は、第２回転軸３の凸軸部３ｂに形成した周溝３ｆとこれに装着されるＣ形止め輪２０とで構成されていたが、図７および図８で示すように、さらに、第２回転軸３の周溝３ｆ内において止め輪２０と隣り合わせで弾性変形した状態で弾性体として例えばＣ形金属製波形ワッシャ２１を嵌入して、周溝３ｆとＣ形止め輪２０との軸方向幅の差によって発生する周溝３ｆ内の軸方向隙間をそのワッシャ２１で詰めるようにしてもよい。この場合、周溝３ｆとＣ形止め輪２とには前記テーパ面は形成されていない。
【００５２】
この参考例の場合、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあって、Ｃ形止め輪２０と第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間があっても、その隙間がワッシャ２１で詰められ、その弾性力で第１回転軸２を第２回転軸３の方向に引き寄せる力が作用している結果、従来とは異なって、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸２のフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間を常に所要の状態に高精度に維持できボールカム機構７による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００５３】
（２）上述の実施形態における位置決め機構１４は、第２回転軸３の凸軸部３ｂに形成した周溝３ｆとこれに装着されるＣ形止め輪２０とで構成されていたが、図９および図１０で示すように、さらに、第２回転軸３の周溝３ｆ内において止め輪２０と隣り合わせで嵌入されて、周溝３ｆとＣ形止め輪２０との軸方向幅の差によって発生する周溝３ｆ内の軸方向隙間を隙間調整部材として例えばＣ形シム２２で詰めるようにしてもよい。この場合、周溝３ｆとＣ形止め輪２とには前記テーパ面は形成されていない。
【００５４】
この参考例の場合、周溝３ｆやＣ形止め輪２０の軸方向幅について寸法公差のばらつきがあって、Ｃ形止め輪２０と第１回転軸２の底壁部２ｂの内側面２ｅとの間に隙間があっても、その隙間がシム２１で詰められ、第１回転軸２を第２回転軸３の方向に引き寄せる力が作用している結果、従来とは異なって、第１回転軸２の軸方向に対するがたつきがなくなって、第１回転軸２のフランジ２ａとカムプレート４の両対向面のカム溝８，９の径方向隙間を常に所要の状態に高精度に維持できボールカム機構７による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【００５５】
なお、このＣ形シム２２の組み込みは、まず、Ｃ形止め輪２０だけの場合の軸方向のがたを計測し、その計測に対応して１枚ないし複数枚のＣ形シム２２を組み込む。
【００５６】
（３）上述の実施形態におけるクラッチハウジング１は、そのクラッチ装置Ａを相手部品に取り付けるためのフランジ１ｃを外周面に設けているが、このフランジ１ｃを、図１１で示すように省略し、相手部品に対してその外周面を圧入結合させる形態としてもよい。この場合、フランジ１ｃの削除により内径円錐面の加工基準となる第１回転軸２外周面の研削にセンタレス研削盤の使用が可能となり、また、第１回転軸２として通常の安価なパイプ材の使用が可能となり、さらに、第１回転軸２の加工に際してそれを保持しやすい、さらにまたころ軸受の外輪の製造設備など既存設備で第１回転軸２を製造できるなど、により加工コストの大幅な低減が可能となって好ましい。
【００５７】
（４）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。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明による場合、第２回転軸が、クラッチハウジングに転がり軸受を介して支持され、第２回転軸に対して第１回転軸が、相対回転可能に支持されており、第２回転軸に対する第１回転軸の支持部に、第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めする位置決め機構が設けられているから、第２回転軸に対する第１回転軸の支持部において、軸方向の支持に関して寸法公差のばらつきがあっても、位置決め機構により第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めして、例えばカム機構における対向カム溝間の径方向隙間を常に所要の状態に詰めることが可能となって、カム機構による円滑なクラッチ動作が可能となる。
【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のクラッチ装置の要部拡大図
【図４】図１の要部斜視図
【図５】（ａ）図１の第１回転軸とカムプレートとの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とのカム溝を側面から見た要部拡大断面図
【図６】図５（ａ）と図５（ｂ）とを合わせた図
【図７】動力非伝達状態にある本発明の参考例のクラッチ装置の側面断面図
【図８】図７の要部拡大図
【図９】動力非伝達状態にある本発明の参考例のクラッチ装置の側面断面図
【図１０】図９の要部拡大図
【図１１】動力非伝達状態にある本発明の他の実施形態のクラッチ装置の側面断面図
【図１２】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
【符号の説明】
１ クラッチハウジング
１ａ 固定接触面
１ｂ 軸受取り付け面
２ 第１回転軸
２ａ フランジ
２ｂ 底壁部
２ｃ 円筒部
２ｄ 貫通孔
２ｅ 内側面
３ 第２回転軸
３ａ 一方側軸部
３ｂ 凸軸部
３ｃ スプライン歯
３ｆ 周溝
４ カムプレート
４ａ 可動接触面
４ｂ スプライン歯
５ 円錐コイルばね
７ ボールカム機構
８ カム溝
９ カム溝
１４ 位置決め機構
２０ 止め輪
２０ａ 一側面
２０ｂ 他側面
Claims (1)
- 同軸状に向け合わせて配設された二つの回転軸の動力伝達間に介装され、かつ、第１回転軸に回転動力が入力されたときは両回転軸を同期回転可能に結合する一方、第２回転軸に回転動力が入力されたときは第２回転軸を非回転状態とし第１回転軸と分離するクラッチ装置であって、
第１回転軸に対して軸方向で対向配設されるとともに、第２回転軸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カムプレートと、
カムプレートの軸方向変位によって当該カムプレートが圧接または離隔する位置に固定配置されるクラッチハウジングと、
第１回転軸とカムプレートの対向面にそれぞれ形成したカム溝間に転動可能に収納したボールと、
カムプレートを第１回転軸側に段発付勢する円錐コイルばねと、
を含み、
第１回転軸が回転したときにカムプレートをクラッチハウジングから離隔させて第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して両回転軸を同期回転可能に結合する一方、第２回転軸が回転したときにカムプレートをクラッチハウジングに圧接させて第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し、
第２回転軸が、クラッチハウジングに転がり軸受を介して支持され、第２回転軸に対して第１回転軸が、相対回転可能に支持されており、
第１回転軸が有底円筒形に形成されていて、第１回転軸の底壁部の中心に円筒部内径より小径の貫通孔が設けられ、また、第２回転軸に前記貫通孔に対して相対回転可能に貫通挿入される凸軸部が設けられており、
前記貫通孔に貫通挿入される凸軸部において貫通孔より円筒部側へ突出された部分の外周に設けられる周溝に、一側面が前記底壁部の内側面に当接するとともに他側面の内径部が前記周溝の開口縁に当接する状態とされるくさび状止め輪をくさび状に係入してなり、第１回転軸を第２回転軸の方向に引き寄せて軸方向で位置決めし、
円錐コイルばねの軸方向荷重をＦａ ' とした場合、くさび状止め輪による軸方向荷重Ｆａを、Ｆａ ' ＞＞Ｆａとし、軸方向荷重Ｆａ ' に対して無視できる程度に小さくした、ことを特徴とするクラッチ装置。
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