JP4639474B2 - 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、入力側から出力側への動力伝達を許容する状態と遮断する状態とに切り換えるクラッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のクラッチ装置として、図６〜図８に示すようなものが考えられている。
【０００３】
このクラッチ装置は、要するに、従来から周知のローラ式二方向クラッチを改良したものであり、図中、８１は内輪、８２は外輪、８３は複数のローラ、８４は内輪８１のカム面、８５はローラ８３を１つずつ保持するポケットを有する保持器、８６は線ばね、８７は非回転の固定リング、８８は固定リング８７の溝に収納された粘性流体である。
【０００４】
ここで、内輪８１に回転動力を入力すると、内輪８１が回転し始めるものの、保持器８５が固定リング８７との間の粘性流体８８により引き止められて回らないので、図７に示す状態から図８に示す状態へと移り、ローラ８３が線ばね８６の力に逆らって内輪８１と保持器８５との間に角度差ができ、それによってローラ８３が外輪８２に接触して内輪８１から外輪８２へ回転動力が伝達される。
【０００５】
しかし、逆に、図７の状態において、外輪８２に回転動力を入力すると、内輪８１が回転せずに固定リング８７と同じ位相を保つので、粘性力が発生せず、内輪８１と保持器８５とには線ばね８６の力だけが加わり、ローラ８３が外輪８２から離れたままになるため、外輪８２から内輪８１へ回転動力が伝達されない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のクラッチ装置は、構造が複雑で、線ばね８６の信頼性も疑問であることが指摘される。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は、新規な動作形態を有する簡素な構成のクラッチ装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るクラッチ装置は、筒軸と、その内周に転がり軸受を介して相対回転可能に挿通される中心軸とを、同期回転可能な動力伝達の許容状態と相対回転可能な動力伝達の遮断状態とに切り換えるためのクラッチ装置であって、前記筒軸の内周に対して前記中心軸と同軸状に向き合う状態で挿通配置される制御軸と、この制御軸、筒軸および中心軸の各部に対して付設されかつ前記制御軸が回転抵抗を受けていないときに上記動力伝達の遮断状態にする一方で制御軸が回転抵抗を受けたときに上記動力伝達の許容状態にするためのクラッチ作用部とを有し、前記クラッチ作用部が、前記中心軸の内端位置に一体に設けられる径方向外向きのカムプレートと、前記制御軸の内端位置で前記カムプレートに対して軸方向に対向する位置に同期回転可能かつ軸方向変位可能に外嵌される可動プレートと、前記可動プレートの外周面にカムプレートから遠ざかる側へ向けて漸次縮径する状態で設けられるテーパコーン面と、前記筒軸の内周面に設けられて前記可動プレートのテーパコーン面に対して合致するテーパコーン面と、前記両テーパコーン面を離隔させるよう前記可動プレートをカムプレート側へ弾発付勢する弾性体と、前記制御軸が回転抵抗を受けていないときに前記可動プレートをカムプレート側に近接させて前記両テーパコーン面を離隔させる状態にする一方で制御軸が回転抵抗を受けたときに前記可動プレートをカムプレートから遠ざけて前記両テーパコーン面を圧接させる状態にするカム機構とを含む、ことを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項２に係るクラッチ装置は、請求項１に記載のクラッチ装置において、前記カム機構が、カムプレートと可動プレートとの対向面に周方向に延びる状態で振り分けられて設けられかつ少なくとも周方向一方へ向けて溝深さが漸次浅く設定される一対のカム溝と、この一対のカム溝間に周方向に転動可能に介装されるクラッチ用玉とから構成されている、ことを特徴としている。
【００１２】
要するに、本発明では、筒軸と中心軸との間で動力伝達を許容するか遮断するかについて、制御軸に対して回転抵抗を付与するかしないかで制御するようにしている。
【００１４】
また、本発明の請求項１に係るクラッチ装置では、クラッチ作用部の具体的構成により、各構成要素を筒軸内部に集約して収納配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係るクラッチ装置では、クラッチ作用部のカム機構の具体構成を開示したものであり、各構成要素をカムプレートと可動プレートとの対向面に配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１〜図４に本発明の一実施形態を示している。図１は、クラッチ装置の動力伝達遮断状態を示す側面断面図、図２は、クラッチ装置の動力伝達許容状態を示す側面断面図、図３は、クラッチ装置の分解斜視図、図４は、カム機構の動作を示す要部拡大図である。
【００１８】
図中、１はクラッチ装置、２は電磁ブレーキである。
【００１９】
クラッチ装置１は、筒軸１１と、中心軸１２と、制御軸１３と、転がり軸受１４と、クラッチ作用部（符号省略）とを含む構成であり、以下で詳細に説明する。
【００２０】
電磁ブレーキ２は、一般的に周知の構成であるが、非回転の電磁石２ａと、電磁石２ａに取り付けられる非回転のブレーキディスク２ｂと、制御軸１３が同期回転可能に連結されるアーマチュアハブ２ｃと、アーマチュアハブ２ｃに取り付けられるフェーシング２ｄと、非通電時にフェーシング２ｄをブレーキディスク２ｂから引き離す板ばね（図示、符号省略）とを含む構成である。
【００２１】
ここで、上記クラッチ装置１の各構成要素について説明する。
【００２２】
筒軸１１は、その外周面において一方軸端から軸方向途中までの領域にスプライン歯１１ａが形成されており、内周面において他方軸端から軸方向途中までの領域に他方軸端側へ向けて漸次縮径するテーパコーン面１１ｂが設けられている。この筒軸１１のスプライン歯１１ａに対して図示しないが従動部材がかみ合わされる。
【００２３】
中心軸１２は、筒軸１１の内周に対してその一方開口側から挿入されて転がり軸受１４を介して相対回転可能に支持されている。この中心軸１２の内周において外端側から軸方向途中までの領域には、スプライン歯１２ａが形成されており、また、この中心軸１２の内端には、径方向外向きに延びる鍔状のカムプレート１２ｃが一体に形成されている。この中心軸１２の中空孔に対して図示しない駆動部材がスプライン嵌合される。
【００２４】
制御軸１３は、筒軸１１の内周に対してその他方開口側から挿入されて中心軸１２の中空孔の内端側に対して相対回転可能に嵌入支持されているとともに、Ｃ形止め輪１６を介して軸方向に位置決めされている。この制御軸１３の外周面において前記支持部分を除いた長手方向全域にスプライン歯１３ａが形成されており、この制御軸１３の外端に電磁ブレーキ２のアーマチュアハブ２ｃに対してスプライン結合される。
【００２５】
転がり軸受１４は、符号を省略するが、内輪、外輪、玉、保持器およびシールを備えた単列深溝玉軸受とされている。
【００２６】
クラッチ作用部としては、中心軸１２に一体に形成したカムプレート１２ｃと、可動プレート１７と、クラッチ用玉１８と、円錐コイルバネ１９とで構成され、筒軸１１と中心軸１２とを一体化して相互に動力伝達を許容する状態と、筒軸１１と中心軸１２とを相対回転可能にして相互の動力伝達を遮断する状態とに切り換えるものである。
【００２７】
可動プレート１７は、その中心に軸方向に貫通するスプライン歯が形成されたスプライン孔１７ａが設けられており、また、その外周面には、筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して合致する形状のテーパコーン面１７ｂが設けられている。この可動プレート１７は、制御軸１３に対して外嵌装着されてスプライン結合されており、このスプライン結合によって可動プレート１７が制御軸１３に対して同期回転可能かつ軸方向変位可能になっている。また、この可動プレート１７と上記中心軸１２のカムプレート１２ｃとの対向する面の円周数ヶ所には、一対となるカム溝２０，２１が設けられている。
【００２８】
クラッチ用玉１８は、上記一対のカム溝２０，２１間にできる空間に対して１つずつ介装されている。これら、カム溝２０，２１とクラッチ用玉１８が、カム機構を構成している。
【００２９】
円錐コイルバネ１９は、可動プレート１７の外端面と、制御軸１３に取り付けられる止め輪２２との間に圧縮状態で介装されており、可動プレート１７を常時において中心軸１２のフランジ側へ向けて弾発付勢するようになっている。
【００３０】
なお、カム溝２０，２１は、それぞれ、周方向に沿う長溝形状に形成されており、いずれも周方向一側から周方向他側に向けて深さが漸次浅くなる形状に形成されている。この一対のカム溝２０，２１は、互いに逆向きに配置されている。そして、クラッチ用玉１８が、両カム溝２０，２１の深い部分に位置しているときには、可動プレート１７がカムプレート１２ｃに対して近接していて、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して離隔する状態になる。しかし、クラッチ用玉１８が、両カム溝２０，２１の深い部分から浅い部分へ転動したときに可動プレート１７をカムプレート１２ｃから遠ざける向きへ軸方向に沿って変位させて可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂを筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接させる状態になる。
【００３１】
次に、動作について説明する。
【００３２】
まず、図１に示すように、電磁ブレーキ２をオフ（非通電状態）にしたままで、制御軸１３に回転抵抗を全く付与していない状態において、中心軸１２に回転動力を入力すると、円錐コイルバネ１９の伸張復元力によってカムプレート１２ｃと可動プレート１７との両カム溝２０，２１の相対位置が図４（ａ）に示す状態に保持されるので、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂから離れたまま保たれる。これにより、クラッチ用玉１８を介して中心軸１２から制御軸１３へ回転動力が伝達されて同期回転するものの、中心軸１２から筒軸１１に対しては回転動力が伝達されない遮断状態になる。
【００３３】
この状態で、電磁ブレーキ２をオン（通電状態）にすると、クラッチ装置１の制御軸１３に回転抵抗が付与されて非回転となるので、回転動力を入力している中心軸１２の回転に伴い、カムプレート１２ｃのカム溝２０が可動プレート１７のカム溝２１に対して周方向一方へずれ動いて、図４（ｂ）に示すように、クラッチ用玉１８が両カム溝２０，２１の浅い部分に位置することになる。これと同時に、可動プレート１７がカムプレート１２ｃから引き離される方向に変位させられることになり、図２に示すように、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接させられる。これにより、筒軸１１が中心軸１２と一体化して同期回転するので、動力伝達の許容状態になる。
【００３４】
このように、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して、一旦、圧接すると、電磁ブレーキ２をオフ（非通電状態）にしても、可動プレート１７がカムプレート１２ｃ側へ戻らずに筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接したままの状態を維持するようになっている。そのため、中心軸１２の回転動力を筒軸１１に対して伝達させるときだけ、電磁ブレーキ２をオンにし、それによって中心軸１２と筒軸１１を連結した後は電磁ブレーキ２をオフにすることにより、中心軸１２、筒軸１１ならびに制御軸１３の三者を回転させる状態にするのが好ましい。そのようにすれば、電磁ブレーキ２の無駄な電力消費を無くすことができる他、仮に動力伝達の許容状態にした後も電磁ブレーキ２をオンにして制御軸１３に対して回転抵抗を付与しつづける場合に不可避となる回転ロスを無くすことができて好ましい。
【００３５】
そして、中心軸１２を回転停止させると、制御軸１３の回転慣性力によって制御軸１３および可動プレート１７が回転を継続するので、可動プレート１７のカム溝１７ｂがカムプレート１２ｃのカム溝２０と同一位相になって、クラッチ用玉１８が両カム溝２０，２１の深い部分に移動する。これにより、可動プレート１７がカムプレート１２ｃに近接する方向に変位して、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂから離れるので、中心軸１２が筒軸１１から分離され、動力伝達が遮断される。
【００３６】
以上説明したように、上記クラッチ装置１は、制御軸１３に対して回転抵抗を付与するかしないかで中心軸１２から筒軸１１に対する動力伝達を許容するか遮断するかを制御するようになっている。しかも、クラッチ装置１の構成については、筒軸１１、中心軸１２、制御軸１３、カムプレート１２ｃ、可動プレート１７、カム溝２０，２１、クラッチ用玉１８、円錐コイルバネ１９を用いた構成であって、従来例に比べて簡素であり、コスト低減に貢献できる。
【００３７】
次に、上述したクラッチ装置１は、図５に示すようなハイブリットカーの動力伝達ユニットに利用することができる。
【００３８】
図５において、３は出力軸、４は自動車のエンジン、５は電動モータである。なお、出力軸３の歯車３ａに対してエンジン４のクランクシャフト４ａが上述したクラッチ装置１を介して連結されており、また、出力軸３の歯車３ｂに対して電動モータ５の出力軸５ａの歯車５ｂが連結されている。
【００３９】
そして、クラッチ装置１における筒軸１１のスプライン歯１１ａに対して出力軸３の歯車３ａがかみ合わされ、また、図示しないが、クラッチ装置１における中心軸１２の内周のスプライン歯１２ａに対してクランクシャフト４ａがスプライン嵌合される。
【００４０】
この動力伝達ユニットでは、エンジン４の回転動力を出力軸３へ伝達させる状態と、電動モータ５の回転動力を出力軸３に対して伝達する状態とに切り換えるようになっている。
【００４１】
つまり、エンジン４の回転動力を出力軸３に対して出力するときには、電動モータ５は非駆動とするとともに、クラッチ装置１について、図２に示すように、中心軸１２から筒軸１１に対する動力伝達を許容する状態にすればよい。但し、このとき、出力軸３の回転に伴い電動モータ５の出力軸５ａが回転させられるものの、その回転抵抗はごくわずかなものであるから、ほとんど無視してよい。
【００４２】
一方、電動モータ５の回転動力を出力軸３に対して出力するときには、エンジン４を停止するとともに、クラッチ装置１について、図１に示すように、中心軸１２から筒軸１１に対する動力伝達を遮断する状態にして、エンジン４の回転動力を出力軸３に対して伝達させない状態にすればよい。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が可能である。
【００４４】
（１）上記実施形態では、クラッチ装置１のカム溝２０，２１について、周方向一側から周方向他側へのみ漸次浅くした形状にしているが、周方向中央から周方向両側へ向けて漸次浅くするすり鉢形状にすれば、中心軸２が、正逆いずれかの方向に回転駆動された場合でも、可動プレート１７をカムプレート１２ｃから引き離す方向に変位させることができて、中心軸１２と筒軸１１とを連結させることができる。このように中心軸１２に対して正逆いずれの回転動力を入力させるようにしてもよくなる。
【００４５】
（２）上記実施形態では、クラッチ装置１の円錐コイルバネ１９について、皿ばねや、円筒コイルバネを用いても同様に実施できる。
【００４６】
（３）上記実施形態では、クラッチ装置１を、図５に示すようなハイブリットカーの動力伝達ユニットに利用しているが、その他の機器において入力側から出力側への動力伝達を許容する状態と遮断する状態とに切り換えるような場合に流用できる。
【００４７】
（４）上記実施形態では、制御軸１３に対して回転抵抗を付与するために、電磁ブレーキ２を利用しているが、その代わりに、可動プレート１７として質量の大きいものを用いる形態にしてもよい。この場合、中心軸１２が回転し始めたときに中心軸１２の回転速度に対して重い可動プレート１７および制御軸１３が遅延して回転させられることになるので、カムプレート１２ｃのカム溝２０が可動プレート１７のカム溝２１に対して進んで、両カム溝２０，２１の浅い部分にクラッチ用玉１８が移動することになって、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接する状態になり、中心軸１２と筒軸１１とが同期回転することになる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明では、筒軸と中心軸との間で動力伝達を許容するか遮断するかについて、制御軸に対して回転抵抗を付与するかしないかで制御することができ、切り換え動作の制御を簡単に行うことができて、構成の簡素化ならびにコンパクト化が可能になる。
【００４９】
特に、請求項２の構成では、筒軸と中心軸とに対して、回転動力の入力部材や回転動力の出力部材を結合する結合部を設けているから、それらの結合を簡単に行うことができて、便利である。
【００５０】
また、請求項３の構成では、クラッチ作用部を構成する各要素を筒軸内部に集約して収納配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【００５１】
また、請求項４の構成では、クラッチ作用部のカム機構をカムプレートと可動プレートとの対向面に配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の動力伝達遮断状態を示す断面図
【図２】図１のクラッチ装置の動力伝達許容状態を示す側面断面図
【図３】クラッチ装置の分解斜視図
【図４】カム機構の動作を示す要部拡大図
【図５】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置を用いた動力伝達ユニットの構成を示す概念図
【図６】従来例のクラッチ装置の上半分を示す断面図
【図７】図６のクラッチ装置の動力伝達遮断状態で、図６中の矢印方向から見た側面図
【図８】図６のクラッチ装置の動力伝達許容状態で、図６中の矢印方向から見た側面図
【符号の説明】
１ クラッチ装置
２ 電磁ブレーキ
１１ クラッチ装置の筒軸
１１ａ 筒軸のスプライン歯
１１ｂ 筒軸のテーパコーン面
１２ 中心軸
１２ｃ カムプレート
１３ 制御軸
１７ 可動プレート
１７ｂ 可動プレートのテーパコーン面
１８ 転がり軸受
１９ 円錐コイルバネ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力側から出力側への動力伝達を許容する状態と遮断する状態とに切り換えるクラッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のクラッチ装置として、図６〜図８に示すようなものが考えられている。
【０００３】
このクラッチ装置は、要するに、従来から周知のローラ式二方向クラッチを改良したものであり、図中、８１は内輪、８２は外輪、８３は複数のローラ、８４は内輪８１のカム面、８５はローラ８３を１つずつ保持するポケットを有する保持器、８６は線ばね、８７は非回転の固定リング、８８は固定リング８７の溝に収納された粘性流体である。
【０００４】
ここで、内輪８１に回転動力を入力すると、内輪８１が回転し始めるものの、保持器８５が固定リング８７との間の粘性流体８８により引き止められて回らないので、図７に示す状態から図８に示す状態へと移り、ローラ８３が線ばね８６の力に逆らって内輪８１と保持器８５との間に角度差ができ、それによってローラ８３が外輪８２に接触して内輪８１から外輪８２へ回転動力が伝達される。
【０００５】
しかし、逆に、図７の状態において、外輪８２に回転動力を入力すると、内輪８１が回転せずに固定リング８７と同じ位相を保つので、粘性力が発生せず、内輪８１と保持器８５とには線ばね８６の力だけが加わり、ローラ８３が外輪８２から離れたままになるため、外輪８２から内輪８１へ回転動力が伝達されない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のクラッチ装置は、構造が複雑で、線ばね８６の信頼性も疑問であることが指摘される。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は、新規な動作形態を有する簡素な構成のクラッチ装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るクラッチ装置は、筒軸と、その内周に転がり軸受を介して相対回転可能に挿通される中心軸とを、同期回転可能な動力伝達の許容状態と相対回転可能な動力伝達の遮断状態とに切り換えるためのクラッチ装置であって、前記筒軸の内周に対して前記中心軸と同軸状に向き合う状態で挿通配置される制御軸と、この制御軸、筒軸および中心軸の各部に対して付設されかつ前記制御軸が回転抵抗を受けていないときに上記動力伝達の遮断状態にする一方で制御軸が回転抵抗を受けたときに上記動力伝達の許容状態にするためのクラッチ作用部とを有し、前記クラッチ作用部が、前記中心軸の内端位置に一体に設けられる径方向外向きのカムプレートと、前記制御軸の内端位置で前記カムプレートに対して軸方向に対向する位置に同期回転可能かつ軸方向変位可能に外嵌される可動プレートと、前記可動プレートの外周面にカムプレートから遠ざかる側へ向けて漸次縮径する状態で設けられるテーパコーン面と、前記筒軸の内周面に設けられて前記可動プレートのテーパコーン面に対して合致するテーパコーン面と、前記両テーパコーン面を離隔させるよう前記可動プレートをカムプレート側へ弾発付勢する弾性体と、前記制御軸が回転抵抗を受けていないときに前記可動プレートをカムプレート側に近接させて前記両テーパコーン面を離隔させる状態にする一方で制御軸が回転抵抗を受けたときに前記可動プレートをカムプレートから遠ざけて前記両テーパコーン面を圧接させる状態にするカム機構とを含む、ことを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項２に係るクラッチ装置は、請求項１に記載のクラッチ装置において、前記カム機構が、カムプレートと可動プレートとの対向面に周方向に延びる状態で振り分けられて設けられかつ少なくとも周方向一方へ向けて溝深さが漸次浅く設定される一対のカム溝と、この一対のカム溝間に周方向に転動可能に介装されるクラッチ用玉とから構成されている、ことを特徴としている。
【００１２】
要するに、本発明では、筒軸と中心軸との間で動力伝達を許容するか遮断するかについて、制御軸に対して回転抵抗を付与するかしないかで制御するようにしている。
【００１４】
また、本発明の請求項１に係るクラッチ装置では、クラッチ作用部の具体的構成により、各構成要素を筒軸内部に集約して収納配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係るクラッチ装置では、クラッチ作用部のカム機構の具体構成を開示したものであり、各構成要素をカムプレートと可動プレートとの対向面に配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１〜図４に本発明の一実施形態を示している。図１は、クラッチ装置の動力伝達遮断状態を示す側面断面図、図２は、クラッチ装置の動力伝達許容状態を示す側面断面図、図３は、クラッチ装置の分解斜視図、図４は、カム機構の動作を示す要部拡大図である。
【００１８】
図中、１はクラッチ装置、２は電磁ブレーキである。
【００１９】
クラッチ装置１は、筒軸１１と、中心軸１２と、制御軸１３と、転がり軸受１４と、クラッチ作用部（符号省略）とを含む構成であり、以下で詳細に説明する。
【００２０】
電磁ブレーキ２は、一般的に周知の構成であるが、非回転の電磁石２ａと、電磁石２ａに取り付けられる非回転のブレーキディスク２ｂと、制御軸１３が同期回転可能に連結されるアーマチュアハブ２ｃと、アーマチュアハブ２ｃに取り付けられるフェーシング２ｄと、非通電時にフェーシング２ｄをブレーキディスク２ｂから引き離す板ばね（図示、符号省略）とを含む構成である。
【００２１】
ここで、上記クラッチ装置１の各構成要素について説明する。
【００２２】
筒軸１１は、その外周面において一方軸端から軸方向途中までの領域にスプライン歯１１ａが形成されており、内周面において他方軸端から軸方向途中までの領域に他方軸端側へ向けて漸次縮径するテーパコーン面１１ｂが設けられている。この筒軸１１のスプライン歯１１ａに対して図示しないが従動部材がかみ合わされる。
【００２３】
中心軸１２は、筒軸１１の内周に対してその一方開口側から挿入されて転がり軸受１４を介して相対回転可能に支持されている。この中心軸１２の内周において外端側から軸方向途中までの領域には、スプライン歯１２ａが形成されており、また、この中心軸１２の内端には、径方向外向きに延びる鍔状のカムプレート１２ｃが一体に形成されている。この中心軸１２の中空孔に対して図示しない駆動部材がスプライン嵌合される。
【００２４】
制御軸１３は、筒軸１１の内周に対してその他方開口側から挿入されて中心軸１２の中空孔の内端側に対して相対回転可能に嵌入支持されているとともに、Ｃ形止め輪１６を介して軸方向に位置決めされている。この制御軸１３の外周面において前記支持部分を除いた長手方向全域にスプライン歯１３ａが形成されており、この制御軸１３の外端に電磁ブレーキ２のアーマチュアハブ２ｃに対してスプライン結合される。
【００２５】
転がり軸受１４は、符号を省略するが、内輪、外輪、玉、保持器およびシールを備えた単列深溝玉軸受とされている。
【００２６】
クラッチ作用部としては、中心軸１２に一体に形成したカムプレート１２ｃと、可動プレート１７と、クラッチ用玉１８と、円錐コイルバネ１９とで構成され、筒軸１１と中心軸１２とを一体化して相互に動力伝達を許容する状態と、筒軸１１と中心軸１２とを相対回転可能にして相互の動力伝達を遮断する状態とに切り換えるものである。
【００２７】
可動プレート１７は、その中心に軸方向に貫通するスプライン歯が形成されたスプライン孔１７ａが設けられており、また、その外周面には、筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して合致する形状のテーパコーン面１７ｂが設けられている。この可動プレート１７は、制御軸１３に対して外嵌装着されてスプライン結合されており、このスプライン結合によって可動プレート１７が制御軸１３に対して同期回転可能かつ軸方向変位可能になっている。また、この可動プレート１７と上記中心軸１２のカムプレート１２ｃとの対向する面の円周数ヶ所には、一対となるカム溝２０，２１が設けられている。
【００２８】
クラッチ用玉１８は、上記一対のカム溝２０，２１間にできる空間に対して１つずつ介装されている。これら、カム溝２０，２１とクラッチ用玉１８が、カム機構を構成している。
【００２９】
円錐コイルバネ１９は、可動プレート１７の外端面と、制御軸１３に取り付けられる止め輪２２との間に圧縮状態で介装されており、可動プレート１７を常時において中心軸１２のフランジ側へ向けて弾発付勢するようになっている。
【００３０】
なお、カム溝２０，２１は、それぞれ、周方向に沿う長溝形状に形成されており、いずれも周方向一側から周方向他側に向けて深さが漸次浅くなる形状に形成されている。この一対のカム溝２０，２１は、互いに逆向きに配置されている。そして、クラッチ用玉１８が、両カム溝２０，２１の深い部分に位置しているときには、可動プレート１７がカムプレート１２ｃに対して近接していて、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して離隔する状態になる。しかし、クラッチ用玉１８が、両カム溝２０，２１の深い部分から浅い部分へ転動したときに可動プレート１７をカムプレート１２ｃから遠ざける向きへ軸方向に沿って変位させて可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂを筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接させる状態になる。
【００３１】
次に、動作について説明する。
【００３２】
まず、図１に示すように、電磁ブレーキ２をオフ（非通電状態）にしたままで、制御軸１３に回転抵抗を全く付与していない状態において、中心軸１２に回転動力を入力すると、円錐コイルバネ１９の伸張復元力によってカムプレート１２ｃと可動プレート１７との両カム溝２０，２１の相対位置が図４（ａ）に示す状態に保持されるので、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂから離れたまま保たれる。これにより、クラッチ用玉１８を介して中心軸１２から制御軸１３へ回転動力が伝達されて同期回転するものの、中心軸１２から筒軸１１に対しては回転動力が伝達されない遮断状態になる。
【００３３】
この状態で、電磁ブレーキ２をオン（通電状態）にすると、クラッチ装置１の制御軸１３に回転抵抗が付与されて非回転となるので、回転動力を入力している中心軸１２の回転に伴い、カムプレート１２ｃのカム溝２０が可動プレート１７のカム溝２１に対して周方向一方へずれ動いて、図４（ｂ）に示すように、クラッチ用玉１８が両カム溝２０，２１の浅い部分に位置することになる。これと同時に、可動プレート１７がカムプレート１２ｃから引き離される方向に変位させられることになり、図２に示すように、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接させられる。これにより、筒軸１１が中心軸１２と一体化して同期回転するので、動力伝達の許容状態になる。
【００３４】
このように、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して、一旦、圧接すると、電磁ブレーキ２をオフ（非通電状態）にしても、可動プレート１７がカムプレート１２ｃ側へ戻らずに筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接したままの状態を維持するようになっている。そのため、中心軸１２の回転動力を筒軸１１に対して伝達させるときだけ、電磁ブレーキ２をオンにし、それによって中心軸１２と筒軸１１を連結した後は電磁ブレーキ２をオフにすることにより、中心軸１２、筒軸１１ならびに制御軸１３の三者を回転させる状態にするのが好ましい。そのようにすれば、電磁ブレーキ２の無駄な電力消費を無くすことができる他、仮に動力伝達の許容状態にした後も電磁ブレーキ２をオンにして制御軸１３に対して回転抵抗を付与しつづける場合に不可避となる回転ロスを無くすことができて好ましい。
【００３５】
そして、中心軸１２を回転停止させると、制御軸１３の回転慣性力によって制御軸１３および可動プレート１７が回転を継続するので、可動プレート１７のカム溝１７ｂがカムプレート１２ｃのカム溝２０と同一位相になって、クラッチ用玉１８が両カム溝２０，２１の深い部分に移動する。これにより、可動プレート１７がカムプレート１２ｃに近接する方向に変位して、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂから離れるので、中心軸１２が筒軸１１から分離され、動力伝達が遮断される。
【００３６】
以上説明したように、上記クラッチ装置１は、制御軸１３に対して回転抵抗を付与するかしないかで中心軸１２から筒軸１１に対する動力伝達を許容するか遮断するかを制御するようになっている。しかも、クラッチ装置１の構成については、筒軸１１、中心軸１２、制御軸１３、カムプレート１２ｃ、可動プレート１７、カム溝２０，２１、クラッチ用玉１８、円錐コイルバネ１９を用いた構成であって、従来例に比べて簡素であり、コスト低減に貢献できる。
【００３７】
次に、上述したクラッチ装置１は、図５に示すようなハイブリットカーの動力伝達ユニットに利用することができる。
【００３８】
図５において、３は出力軸、４は自動車のエンジン、５は電動モータである。なお、出力軸３の歯車３ａに対してエンジン４のクランクシャフト４ａが上述したクラッチ装置１を介して連結されており、また、出力軸３の歯車３ｂに対して電動モータ５の出力軸５ａの歯車５ｂが連結されている。
【００３９】
そして、クラッチ装置１における筒軸１１のスプライン歯１１ａに対して出力軸３の歯車３ａがかみ合わされ、また、図示しないが、クラッチ装置１における中心軸１２の内周のスプライン歯１２ａに対してクランクシャフト４ａがスプライン嵌合される。
【００４０】
この動力伝達ユニットでは、エンジン４の回転動力を出力軸３へ伝達させる状態と、電動モータ５の回転動力を出力軸３に対して伝達する状態とに切り換えるようになっている。
【００４１】
つまり、エンジン４の回転動力を出力軸３に対して出力するときには、電動モータ５は非駆動とするとともに、クラッチ装置１について、図２に示すように、中心軸１２から筒軸１１に対する動力伝達を許容する状態にすればよい。但し、このとき、出力軸３の回転に伴い電動モータ５の出力軸５ａが回転させられるものの、その回転抵抗はごくわずかなものであるから、ほとんど無視してよい。
【００４２】
一方、電動モータ５の回転動力を出力軸３に対して出力するときには、エンジン４を停止するとともに、クラッチ装置１について、図１に示すように、中心軸１２から筒軸１１に対する動力伝達を遮断する状態にして、エンジン４の回転動力を出力軸３に対して伝達させない状態にすればよい。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が可能である。
【００４４】
（１）上記実施形態では、クラッチ装置１のカム溝２０，２１について、周方向一側から周方向他側へのみ漸次浅くした形状にしているが、周方向中央から周方向両側へ向けて漸次浅くするすり鉢形状にすれば、中心軸２が、正逆いずれかの方向に回転駆動された場合でも、可動プレート１７をカムプレート１２ｃから引き離す方向に変位させることができて、中心軸１２と筒軸１１とを連結させることができる。このように中心軸１２に対して正逆いずれの回転動力を入力させるようにしてもよくなる。
【００４５】
（２）上記実施形態では、クラッチ装置１の円錐コイルバネ１９について、皿ばねや、円筒コイルバネを用いても同様に実施できる。
【００４６】
（３）上記実施形態では、クラッチ装置１を、図５に示すようなハイブリットカーの動力伝達ユニットに利用しているが、その他の機器において入力側から出力側への動力伝達を許容する状態と遮断する状態とに切り換えるような場合に流用できる。
【００４７】
（４）上記実施形態では、制御軸１３に対して回転抵抗を付与するために、電磁ブレーキ２を利用しているが、その代わりに、可動プレート１７として質量の大きいものを用いる形態にしてもよい。この場合、中心軸１２が回転し始めたときに中心軸１２の回転速度に対して重い可動プレート１７および制御軸１３が遅延して回転させられることになるので、カムプレート１２ｃのカム溝２０が可動プレート１７のカム溝２１に対して進んで、両カム溝２０，２１の浅い部分にクラッチ用玉１８が移動することになって、可動プレート１７のテーパコーン面１７ｂが筒軸１１のテーパコーン面１１ｂに対して圧接する状態になり、中心軸１２と筒軸１１とが同期回転することになる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明では、筒軸と中心軸との間で動力伝達を許容するか遮断するかについて、制御軸に対して回転抵抗を付与するかしないかで制御することができ、切り換え動作の制御を簡単に行うことができて、構成の簡素化ならびにコンパクト化が可能になる。
【００４９】
特に、請求項２の構成では、筒軸と中心軸とに対して、回転動力の入力部材や回転動力の出力部材を結合する結合部を設けているから、それらの結合を簡単に行うことができて、便利である。
【００５０】
また、請求項３の構成では、クラッチ作用部を構成する各要素を筒軸内部に集約して収納配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【００５１】
また、請求項４の構成では、クラッチ作用部のカム機構をカムプレートと可動プレートとの対向面に配置する構成にしているから、構成の簡素化と全体のコンパクト化を図るうえで有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の動力伝達遮断状態を示す断面図
【図２】図１のクラッチ装置の動力伝達許容状態を示す側面断面図
【図３】クラッチ装置の分解斜視図
【図４】カム機構の動作を示す要部拡大図
【図５】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置を用いた動力伝達ユニットの構成を示す概念図
【図６】従来例のクラッチ装置の上半分を示す断面図
【図７】図６のクラッチ装置の動力伝達遮断状態で、図６中の矢印方向から見た側面図
【図８】図６のクラッチ装置の動力伝達許容状態で、図６中の矢印方向から見た側面図
【符号の説明】
１ クラッチ装置
２ 電磁ブレーキ
１１ クラッチ装置の筒軸
１１ａ 筒軸のスプライン歯
１１ｂ 筒軸のテーパコーン面
１２ 中心軸
１２ｃ カムプレート
１３ 制御軸
１７ 可動プレート
１７ｂ 可動プレートのテーパコーン面
１８ 転がり軸受
１９ 円錐コイルバネ
Claims (2)
- 筒軸と、その内周に転がり軸受を介して相対回転可能に挿通される中心軸とを、同期回転可能な動力伝達の許容状態と相対回転可能な動力伝達の遮断状態とに切り換えるためのクラッチ装置であって、
前記筒軸の内周に対して前記中心軸と同軸状に向き合う状態で挿通配置される制御軸と、この制御軸、筒軸および中心軸の各部に対して付設されかつ前記制御軸が回転抵抗を受けていないときに上記動力伝達の遮断状態にする一方で制御軸が回転抵抗を受けたときに上記動力伝達の許容状態にするためのクラッチ作用部とを有し、
前記クラッチ作用部が、前記中心軸の内端位置に一体に設けられる径方向外向きのカムプレートと、前記制御軸の内端位置で前記カムプレートに対して軸方向に対向する位置に同期回転可能かつ軸方向変位可能に外嵌される可動プレートと、前記可動プレートの外周面にカムプレートから遠ざかる側へ向けて漸次縮径する状態で設けられるテーパコーン面と、前記筒軸の内周面に設けられて前記可動プレートのテーパコーン面に対して合致するテーパコーン面と、前記両テーパコーン面を離隔させるよう前記可動プレートをカムプレート側へ弾発付勢する弾性体と、前記制御軸が回転抵抗を受けていないときに前記可動プレートをカムプレート側に近接させて前記両テーパコーン面を離隔させる状態にする一方で制御軸が回転抵抗を受けたときに前記可動プレートをカムプレートから遠ざけて前記両テーパコーン面を圧接させる状態にするカム機構とを含む、ことを特徴とするクラッチ装置。 - 請求項１に記載のクラッチ装置において、
前記カム機構が、カムプレートと可動プレートとの対向面に周方向に延びる状態で振り分けられて設けられかつ少なくとも周方向一方へ向けて溝深さが漸次浅く設定される一対のカム溝と、この一対のカム溝間に周方向に転動可能に介装されるクラッチ用玉とから構成されている、ことを特徴とするクラッチ装置。
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