JP4525046B2

JP4525046B2 - 電磁ボールクラッチ

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Publication number: JP4525046B2
Application number: JP2003355053A
Authority: JP
Inventors: 貴之広瀬; 真弘村瀬
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: JP2005121093A

Description

本発明は、電磁作動により同心軸上にある一次側のホイールと二次側のロータとの間で
回転トルクを伝達、遮断する電磁クラッチに関し、特に、トルクの伝達にボールを用いた
電磁ボールクラッチの改良に関する。

電磁クラッチとしては、従来から、入力側であるロータと出力側となるアーマチュアと
の間の摩擦力を利用してトルクを伝達する電磁乾式単板クラッチや、入力側であるロータ
と出力側となるアーマチュアとにそれぞれ設けられた歯（ツース）をかみ合わせることに
よりトルクを伝達する電磁ツースクラッチ等が知られている。
これらの電磁クラッチでは、励磁コイルに通電させることにより発生させた電磁力によ
りアーマチュアをロータ側に吸引してロータとアーマチュア間でトルクを伝達させ、通電
を切ることにより、アーマチュアをロータから離反させてトルクの伝達を切断するように
している。

ところで、従来の電磁乾式単板クラッチは、伝達トルクを大きくするためにはロータお
よびアーマチュアの径を大きくする必要があり、質量、サイズとも大きくなり、コストア
ップを招くという問題があった。
一方、電磁ツースクラッチは、完全な噛み合い式であるため、トルクリミッターとして
の機能を持たせることが難しく、過負荷がかかった場合にスリップ制御をすることができ
ないという問題があった。

なお、特許文献１には、複数のボールを利用して第１の回転部材と、その周囲に配置さ
れた第２の回転部材との間のトルクの伝達、切断を制御するようにしたボールクラッチが
開示されている。
特公平６−２９６１９号公報第４図

しかしながら、特許文献１に記載されたボールクラッチは、クラッチ断接環の軸方向の
移動により、球をラジアル方向に変位させるため、クラッチ断接環を平行移動させると切
り替えに要する操作力が大きくなる。
特許文献１の発明は、シフトアームの作用点を偏心した位置に設定し、シフトアームの
操作によりクラッチ断接環の片側を傾け、スプライン状突起による球の外方への押圧力を
利用してクラッチ断接環の他方側を同様に傾けさせることにより、小さい操作力でクラッ
チ断接環を移動させているが、同様の構造を小型の電磁クラッチに組み込むことは困難で
ある。また、球のサイズが全体のサイズに対して比較的大きいため、球の移動ストローク
が大きく、装置が大型化するという問題もある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、径方向のサイズを
大きくすることなく大トルクの伝達が可能であり、かつ、電磁力でトルクの伝達、切断を
切り替えるのに適した構成の電磁ボールクラッチを提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる電磁ボールクラッチは、電磁作動により同心軸上にある一次側のホイールと二次側のロータとの間でボールを用いて回転トルクを伝達、遮断する構成である。
ロータは、軸方向に対して垂直なディスク部と、ディスク部の周縁から軸方向に延びる大径円筒部とを有し、ロータを回転自在に支持する固定部には、通電、非通電の切り替えにより電磁力の作用、非作用を切り替える励磁コイルが固定されている。ロータを挟んで励磁コイルの反対側でロータの大径円筒部の内側に、ホイールと一体に回転し、かつ、軸方向に変位可能なアーマチュアが配置されている。
このアーマチュアは、付勢手段によりロータのディスク部から離れる方向に付勢され、励磁コイルへの通電・非通電の切り替えにより軸方向に変位する。
また、アーマチュアの外周面とロータの大径円筒部の内周面との間に複数のボールが配置され、外周面と内周面とのいずれか一方には、ボールが一部嵌合して保持される凹部が形成され、他方には、励磁コイルへの通電によりアーマチュアがディスク部側に吸着された際、あるいは、励磁コイルへの非通電時でアーマチュアがホイール側に吸着された際のいずれか一方の際にのみ、ボールに係合してロータとホイールとの間で回転トルクを伝達する軸方向の突条が形成されている。

また、アーマチュアの外周面に凹部を等角度間隔で複数形成し、ロータの大径円筒部の内周面に突条を等角度間隔で全周にわたって形成している。

さらに、アーマチュアに形成された凹部の底面を、ロータ側に向けて内向きに傾斜させ、ボールに作用する回転方向のトルクの一部がアーマチュアをロータから引き離す方向に作用するようにしたことを特徴とする。

請求項２にかかる電磁ボールクラッチは、上記請求項１を前提として、ボールの直径を、ロータの直径の１／５０から１／３０の範囲に設定したことを特徴とする。

請求項１の構成によれば、ボールと突条との係合により、径方向のサイズを大きくすることなく大トルクの伝達が可能であり、かつ、ボールと突条とを相対的に軸方向に変位させることにより、電磁力によるトルクの伝達、切断を切り替えに適した構成を得ることができる。

また、凹部の底面を傾斜させることにより、回転によりアーマチュアをロータから引き離す方向のトルクが生じるため、クラッチにトルクリミッターとしての機能を持たせることができ、過負荷がかかった場合のスリップ制御が可能となる。

請求項２に示すようにボールの直径を設定すると、ボールと突条との係合、離脱を切り替えるためのアーマチュアのストロークを短くすることができ、クラッチの軸方向のサイズを小さくすると共に、付勢手段にかかる応力を小さくすることができ、励磁コイルの磁気吸引力を小さく設定することができる。すなわち、励磁コイルの小型化、省電力化が可能である。

以下、本発明にかかる電磁ボールクラッチの実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる電磁ボールクラッチを示す一部縦断側面図
、図２は、図１に示す電磁ボールクラッチのロータの縦断側面図、図３は、図２のロータ
を示す正面図、そして、図４は、図１に示す電磁ボールクラッチのアーマチュアを示す正
面図である。

第１の実施の形態：
第１の実施の形態にかかる電磁ボールクラッチ１は、図１に示すように、外部から伝達
される回転トルクにより回転する一次側のホイール１０と、このホイール１０と同心軸上
に配置された二次側のロータ２０とを備え、電磁作動によりホイール１０の回転トルクを
ロータ２０に対して伝達、切断する構成である。

ホイール１０は、出力軸３０に対して回転可能に取り付けられ、止め輪１１により軸方
向へはスライドしないよう位置決めされている。

一方、ロータ２０は、出力軸３０と一体に回転するよう回転不能に、かつ、軸方向にも
スライドしないよう固定されている。
ロータ２０は、図２にも示すように、出力軸３０の外周を囲む小径円筒部２１と、この
小径円筒部２１のホイール１０側の端部から軸方向に対して垂直に立ち上がるディスク部
２２と、ディスク部２２の周縁から軸方向に延びる大径円筒部２３とを有する。
このロータ２０は、固定部４０により図示せぬシートベアリングを介して回転可能に支
持されている。

また、ロータ２０の大径円筒部２３の内周面には、図２、図３にも示すように、出力軸
３０側に突出する突条２４が１２°の等角度間隔で全周にわたり３０箇所に形成されてい
る。各突条２４は、回転方向においては、両側になだらか斜面を有し、中央部分は部分的
な円筒面を形成しており、隣り合う一対の突条２４の間に、軸方向に延びる溝が形成され
ている。
突条２４の軸方向の長さは、大径円筒部２３の内周面の幅の約半分程度に設定されてい
る。すなわち、大径円筒部２３の内周面は、ホイール１０側の半分は凹凸のない円筒面で
あるが、固定部４０側の半分は凹凸のある円筒面である。

固定部４０は、ボビン４１に巻回された励磁コイル４２を、ホイール１０側に開放する
断面コ字状で全体としてリング状のヨーク４３内に装着し、これらをフレーム４４内に収
納して構成されている。励磁コイル４２は、通電、非通電の切り替えにより電磁力の作用
、非作用を切り替える。

ロータ２０を挟んで励磁コイル４２の反対側には、ホイール１０と一体に回転し、かつ
、ホイール１０に対して軸方向に変位可能なアーマチュア５０が取り付けられている。
アーマチュア５０は、図１に示すように、ロータ２０の大径円筒部２３の内側の空間内
に配置されている。
また、アーマチュア５０は、付勢手段であるレリーズばね６０によりロータ２０のディ
スク部２２から離れる方向に付勢され、励磁コイル４２への通電時には励磁コイル４２に
発生した電磁力により、ロータ２０のディスク部２２側に吸着され、非通電時には、レリ
ーズばね６０の付勢力により、ホイール１０側に吸着される。

アーマチュア５０の外周面とロータ２０の大径円筒部２３の内周面との間には、複数の
ボール７０が配置されている。アーマチュア５０の外周面には、図４にも点線で示すよう
に、１２０°間隔で３箇所にボール７０が一部嵌合して保持される凹部５１が形成されて
いる。凹部５１により保持されたボール７０は、アーマチュア５０の軸方向の変位に伴っ
て変位し、励磁コイル４２への通電によりアーマチュア５０がディスク部２２側に吸着さ
れた際に、突条２４の間に形成された溝に入り込み、ホイール１０の回転トルクをロータ
２０に伝達する。

ボール７０の直径は、この例では１ｍｍであり、ロータ２０の直径（この例では４０ｍ
ｍ）の１／４０に設定されている。なお、ボール７０の直径は、突条２４の高さ、各部品
の精度等に基づいて、突条との係合時に所定のトルクを伝達するのに必要十分なサイズに
設定される。
具体的には、ロータ２０の直径の１／５０から１／３０の範囲に設定することが望まし
い。１／５０より小さくなると、部品精度の許容範囲が狭くなり、１／３０より大きいと
、クラッチ切り替えの際のアーマチュアのストロークが大きくなる。

次に、図５、図６、図７及び図８に基づいて、上記の第１の実施の形態にかかる電磁ボ
ールクラッチ１の作動について説明する。
図５、図６は、夫々電磁ボールクラッチ１のトルク切断時のロータとアーマチュアとの
関係を示す図、図７、図８は、夫々トルク伝達時のロータとアーマチュアとの関係を示す
図である。これらの各図において、図５及び図７は夫々縦断側面図、図６及び図８は夫々
図５及び図７の各Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。

励磁コイル４２への通電がなく、電磁力が作用していないとき、図５に示すように、ア
ーマチュア５０はレリーズばね６０の付勢力により、ロータ２０のディスク部２２から離
れた位置に設定される。
このとき、図６に示すように、突条２４とボール７０とは係合せず、クラッチは切断状
態となり、ホイール１０の回転トルクはロータ２０には伝達されない。換言すれば、ホイ
ール１０に制動がかかっていても、ロータ２０はフリーで回転可能である。

一方、励磁コイル４２へ通電され、電磁力が作用すると、図７に示すように、アーマチ
ュア５０はレリーズばね６０の付勢力に抗してロータ２０のディスク部２２側に吸着され
る。
これにより、ボール７０は、隣り合う突条２４の間の溝に入り込んで係合し、図８に示
すように、回転方向（図中矢印で示す）に対して後ろ側の突条２４と凹部５１の前側の側
面との間に挟まれ、ロータ２０とアーマチュア５０とを連結する。
これにより、クラッチは接続状態となり、ホイール１０の回転トルクがロータ２０に伝
達される。別言すれば、ホイール１０に制動がかかっていれば、ロータ２０にも制動がか
かる。

以上説明した第１の実施の形態によれば、ボール７０と突条２４との係合により、径方
向のサイズを大きくすることなく大トルクの伝達が可能であり、かつ、ボール７０と突条
２４とを相対的に軸方向に変位させることにより、電磁力でトルクの伝達、切断を切り替
えるのに適した構成を得ることができる。

また、ボール７０の直径が小さいため、ボール７０と突条２４との係合、離脱を切り替
えるためのアーマチュア５０のストロークを短くすることができ、クラッチの軸方向のサ
イズを小さくすると共に、レリーズばね６０にかかる応力を小さくすることができ、励磁
コイル４２の磁気吸引力を小さく設定することができる。
すなわち、励磁コイル４２の小型化、省電力化が可能である。

なお、第１の実施の形態とは逆に、凹部をロータ２０の大径円筒部２３の内周面に形成
し、アーマチュア５０の外周面に突条を形成してもよい。
この場合、突条の軸方向の長さは、アーマチュア５０の軸方向の厚さの半分程度とし、
通電オフでアーマチュア５０がホイール１０に吸着されている場合にはボール７０と係合
せず、通電オンでアーマチュア５０がロータ２０のディスク部２２側に吸着された際にボ
ール７０に係合してトルクを伝達するように構成すればよい。

また、上記の第１の実施の形態のように、励磁コイル４２への通電によりアーマチュア
５０がディスク部２２側に吸着された際にのみトルクを伝達するのではなく、励磁コイル
４２への非通電時でアーマチュア５０がホイール１０側に吸着された際にのみトルクを伝
達するように構成してもよい。

第２の実施の形態：
次に、第２の実施の形態にかかる電磁ボールクラッチを図９に基づいて説明する。
図９は、第２の実施の形態の要部を示す縦断側面図である。第１の実施の形態との相違
点は、アーマチュア８０に形成された凹部８１の構造のみであり、他の構成は第１の実施
の形態と同一である。そこで、相違点のみ説明する。

図９に示されるように、第２の実施の形態のアーマチュア８０は、凹部８１の底面がロ
ータ２０側に向けて内向きに傾斜しており、ボール７０に作用する回転方向のトルクの一
部がアーマチュア８０をロータ２０から引き離す方向に作用するように構成されている。
このように、凹部８１の底面を傾斜させることにより、回転によりアーマチュア８０を
ロータ２０から引き離す方向のトルクが生じるため、クラッチにトルクリミッターとして
の機能を持たせることができ、過負荷がかかった場合のスリップ制御が可能となる。軸方
向を基準にした凹部８１の底面の傾きをθとすると、θを適宜設定することにより、リミ
ットトルクを任意に設定することができる。

本発明の電磁ボールクラッチは、小型軽量、低コストでありながら、大トルクの伝達が
可能であるため、例えば、自動車用スライドドアのクラッチとして適用することができる
。

本発明の第１の実施の形態にかかる電磁ボールクラッチを示す一部縦断側面図である。図１に示す電磁ボールクラッチのロータの縦断側面図である。図２のロータを示す正面図である。図１に示す電磁ボールクラッチのアーマチュアを示す正面図である。図１に示す電磁ボールクラッチのトルク切断時のロータとアーマチュアとの関係を示す縦断側面図である。図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１に示す電磁ボールクラッチのトルク伝達時のロータとアーマチュアとの関係を示す縦断側面図である。図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の第２の実施の形態にかかる電磁ボールクラッチの要部を示す縦断側面図である。

符号の説明

１：電磁ボールクラッチ
１０：ホイール
２０：ロータ
２１：小径円筒部
２２：ディスク部
２３：大径円筒部
２４：突条
３０：出力軸
４０：固定部
４１：ボビン
４２：励磁コイル
４３：ヨーク
４４：フレーム
５０、８０：アーマチュア
５１、８１：凹部
６０：レリーズばね
７０：ボール

Claims

電磁作動により同心軸上にある一次側のホイールと二次側のロータとの間で回転トルクを伝達、遮断する電磁ボールクラッチにおいて、
前記ロータは、軸方向に対して垂直なディスク部と、前記ディスク部の周縁から軸方向に延びる大径円筒部とを有し、
前記ロータを回転自在に支持する固定部には、通電、非通電の切り替えにより電磁力の作用、非作用を切り替える励磁コイルが固定され、
前記ロータを挟んで前記励磁コイルの反対側で前記ロータの大径円筒部の内側に、前記ホイールと一体に回転し、かつ、軸方向に変位可能なアーマチュアが配置され、該アーマチュアは、付勢手段により前記ロータのディスク部から離れる方向に付勢され、前記励磁コイルへの通電・非通電の切り替えにより軸方向に変位し、
前記アーマチュアの外周面と前記ロータの大径円筒部の内周面との間に複数のボールが配置され、前記外周面と内周面とのいずれか一方には、前記ボールが一部嵌合して保持される凹部が形成され、他方には、前記励磁コイルへの通電により前記アーマチュアが前記ディスク部側に吸着された際、あるいは、前記励磁コイルへの非通電時で前記アーマチュアが前記ホイール側に吸着された際のいずれか一方の際にのみ、前記ボールに係合して前記ロータと前記ホイールとの間で回転トルクを伝達する軸方向の突条が形成されており、
前記アーマチュアの外周面に、前記凹部が等角度間隔で複数形成され、前記ロータの大径円筒部の内周面に、前記突条が等角度間隔で全周にわたって形成され、
前記アーマチュアに形成された凹部の底面が、前記ロータ側に向けて内向きに傾斜しており、前記ボールに作用する回転方向のトルクの一部が前記アーマチュアを前記ロータから引き離す方向に作用することを特徴とする電磁ボールクラッチ。
前記ボールの直径は、前記ロータの直径の１／５０から１／３０の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電磁ボールクラッチ。