JP6929213B2 - 荷重発生装置 - Google Patents

Description

本発明は荷重発生装置に関する。特に、入力された回転運動を直進運動に変換して直進方向の荷重を発生し、この荷重を用いて駆動側回転部材と従動側回転部材との間で動力の伝達／遮断をすることができる動力伝達装置として用いたり、アクチュエータとして用いたりすることができる荷重発生装置に関する。

従来、被駆動装置を駆動するために、動力発生装置で発生させた動力を、動力発生装置に接続されている駆動側の回転部材から、被駆動装置に接続された従動側の回転部材へ伝達したり、伝達を遮断したりするための動力伝達装置がある。このような動力伝達装置の例として、特許文献１に記載されているような、車両に用いられる多板クラッチ装置がある。

特許文献１に記載された多板クラッチ装置は、油圧ポンプが発生する油圧によってピストンが軸方向の一方に移動し、ピストンが移動することにより、軸方向に交互に配置された複数のフリクションプレートとセパレータプレートとに軸方向の荷重を加えてこれらのプレートを相互に押圧して係合し、クラッチハウジングとシャフトとの間で動力を伝達する構成となっている。また、動力の伝達を遮断するには、油圧を抜くことによりピストンが軸方向の他方に移動し、フリクションプレートとセパレータプレートとの係合が解放される構成となっている。

特開２００６−２０７６６５号公報

近年このような動力伝達装置において、小型化の要求、特に軸方向寸法の短縮化が要求されるとともに、駆動側回転部材の単位時間当たりの回転数、すなわち回転速度に応じて、従動側回転部材への動力の伝達と遮断とを切り替えることができる制御が要求されている。
また、従来このような動力伝達装置においては、動力の伝達と遮断とを切り替えるために、相手部材に荷重を加えるピストンを移動させるための油圧ポンプや外部アクチュエータなどの外部動力源装置が必要であり、外部動力源装置を動力伝達装置とは別に設ける必要があった。このため、外部動力源装置の設置スペース、および外部動力源装置が発生した動力をピストンに伝達するための動力伝達機構を配置するためのスペースを確保する必要があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、軸方向寸法の短縮化を実現するとともに、駆動側回転部材の単位時間当たりの回転数に応じて従動側回転部材への動力の伝達と遮断とを切り替えることができる動力伝達装置として用いたり、アクチュエータとして用いたりすることができ、さらに外部動力源装置を必要としない荷重発生装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る荷重発生装置は、同軸上に配置された駆動側回転部材から従動側回転部材へ加える荷重を発生するための荷重発生装置であって、
前記駆動側回転部材に固定され、前記駆動側回転部材と一体回転する環状の固定部材と、
前記固定部材の軸方向一方側に配置され、前記固定部材と軸方向に対向する環状部と、前記環状部から軸方向他方に延在し、前記固定部材の径方向外方に配置される円筒部とを備え、前記駆動側回転部材と一体回転するとともに軸方向に移動可能に前記駆動側回転部材に設けられた環状の移動部材と、
前記固定部材と前記移動部材との間に周方向所定間隔に介装され、前記固定部材と前記移動部材とに接触している複数のボールと、
前記円筒部の内径側に配置され、外径側縁部が前記円筒部の内周部に固定され且つ内径側縁部が前記固定部材の軸方向他方側の面に接触して弾性変形し、前記移動部材を軸方向他方へ付勢する皿ばねとを有し、
前記複数のボールは、前記固定部材と前記移動部材とともに回転することによる遠心力によって前記固定部材と前記移動部材との間を移動することにより、前記移動部材を軸方向一方へ移動させ、前記従動側回転部材へ接触させることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記固定部材は、径方向外方に向かうに従い前記移動部材に近づく方向に傾斜する傾斜部を有し、前記複数のボールは、前記傾斜部に沿って径方向外方へ移動することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記複数のボールは、前記固定部材および前記移動部材の単位時間当たりの回転数の増加に応じて前記傾斜部に沿って径方向外方へ移動し、前記移動部材は、前記複数のボールが径方向外方へ移動するに従い、軸方向一方側へ移動することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記移動部材は、前記固定部材および前記移動部材の単位時間当たりの回転数が所定回転数に達した時に前記従動側回転部材へ接触することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記複数のボールは、前記移動部材が前記従動側回転部材へ係合している時、最も径方向外方に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、軸方向寸法の短縮化を実現するとともに、駆動側回転部材の単位時間当たりの回転数に応じて従動側回転部材への動力の伝達と遮断とを切り替えることができる動力伝達装置として用いたり、アクチュエータとして用いたりすることができ、さらに外部動力源装置を必要としない荷重発生装置を提供することができる。

図１は実施形態に係る荷重発生装置を径方向から見た状態を示す径方向断面図であり、回転していない状態を示している。 図２はピストンの外観図であり、軸方向一方側から見た状態を示している。 図３はピストンの外観図であり、軸方向他方側から見た状態を示している。 図４はピストンの径方向断面図であり、径方向から見た状態を示している。 図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）は実施形態に係る荷重発生装置を径方向から見た状態を示す径方向断面図であり、それぞれ回転していない状態、回転数が増加している状態、および回転数が所定回転数に達した状態を示している。

以下、本発明の実施形態に係る荷重発生装置の構成を、動力伝達装置として用いた形態を例として説明する。
図１は、実施形態に係る荷重発生装置１を径方向から見た状態を示す径方向断面図であり、回転していない状態を示している。この状態において、荷重発生装置１は荷重を発生していない状態であり、動力伝達装置としては非係合状態、すなわち動力非伝達状態である。

本実施形態に係る荷重発生装置１は、図示しない動力発生装置で発生された動力を、動力発生装置の出力軸に接続された駆動側回転部材である軸部材３から、図示しない被駆動装置の入力軸に接続された従動側回転部材５へ伝達し、または当該動力の伝達を遮断するための動力伝達装置として用いられているものである。駆動側回転部材である軸部材３と従動側回転部材５とは同軸上に配置されている。

本実施形態に係る荷重発生装置１は、図１に示すように、動力発生装置（図示省略）に接続された軸部材３に設けられている。荷重発生装置１は、軸部材３の外周面に固定された支持部７と、支持部７の外周面に設けられた環状のピストン９と、支持部７の外周面に固定された環状のカムスライド１１と、ピストン９とカムスライド１１との間に周方向に所定間隔で介装された複数のボール１３とを備えている。支持部７、ピストン９、およびカムスライド１１は、軸部材３と同軸上に配置されている。ピストン９は支持部７を介して軸部材３に回転可能および軸方向移動可能に設けられ、カムスライド１１は支持部７を介して軸部材３に固定されている。この構成により、荷重発生装置１は軸部材３と一体に回転する。

ここで、本明細書中における荷重発生装置１に係る方向について定義する。本明細書中において軸方向、径方向、および周方向は、特に明記しない限り、荷重発生装置１のピストン９またはカムスライド１１の回転軸線に関する軸方向、径方向および周方向のことをいう。また、説明の便宜上、図１において紙面に向かって左方側を軸方向一方側とし、右方側を軸方向他方側とする。

支持部７は軸部材３の外周面に外嵌固定される円筒部１５を有し、円筒部１５の軸方向一方端には、径方向外方に延在するフランジ１７が形成されている。円筒部１５およびフランジ１７は軸部材３と同軸上に配置されている。フランジ１７は円筒部１５と一体に形成され、周方向に亘って延在している。支持部７は軸部材３と一体に回転する。

図２、図３、および図４はピストン９の外観図であり、それぞれ軸方向一方側から見た状態、軸方向他方側から見た状態、および径方向断面を示している。
環状部材であるピストン９は、径方向に延在する板状の環状部１９を有している。環状部１９は支持部７の径方向外方に支持部７と同軸に配置され、支持部７の円筒部１５の外周面と環状部１９の内周面とは、径方向に対向している。

環状部１９には、軸方向他方側の面２１の外径側縁部に、軸方向他方側に突出する外径側突出部２３が形成されている。外径側突出部２３は、環状部１９の軸方向他方側の面２１の外径側縁部に沿って周方向に亘って形成され、円筒形状に形成されている。環状部１９にはさらに、軸方向他方側の面２１の内径側縁部に、軸方向他方側に突出する内径側突出部２５が形成されている。内径側突出部２５は、環状部１９の軸方向他方側の面２１の内径側縁部に沿って周方向に亘って環状に形成されている。外径側突出部２３の内周面と内径側突出部２５の外周面とは径方向に対向している。外径側突出部２３は内径側突出部２５よりも大きな軸方向寸法を有している。すなわち外径側突出部２３の軸方向他方端は、内径側突出部２５の軸方向他方端よりも軸方向他方側に位置している。

内径側突出部２５の内周面と環状部１９の内周面とは、同一の内径寸法を有し、連続している。したがって内径側突出部２５の内周面と環状部１９の内周面とによって一つの円筒内周面が形成されている。内径側突出部２５の内周面および環状部１９の内周面は、支持部７の円筒部１５の外周面と径方向に対向している。環状部１９と外径側突出部２３と内径側突出部２５とは、一体に形成されている。

支持部７の円筒部１５の外周面にはスプライン（図示省略）が設けられており、ピストン９の環状部１９の内周面および内径側突出部２５の内周面には支持部７のスプラインに係合するスプライン（図示省略）が形成されている。ピストン９は、環状部１９の内周面および内径側突出部２５の内周面のスプラインが支持部７の外周面のスプラインに外嵌係合することにより、支持部７と一体回転可能に、且つ軸方向へ移動可能に支持部７に配置されている。すなわちピストン９は、支持部７を介して、軸部材３と一体回転可能に、且つ軸方向に移動可能に軸部材３に設けられている。

環状部１９の軸方向一方側の面４１の内径側の縁には、段部２７が形成されている。段部２７は、環状部１９の軸方向一方側の面４１の内径側の縁に沿って周方向に亘って形成されている。段部２７の底面と、支持部７のフランジ１７の軸方向他方側の面とは、軸方向に対向している。

ピストン９の内径側突出部２５の外周面は、軸方向一方側の縁から、軸方向他方側の縁、すなわち内径側突出部２５の軸方向他方側端面の外径側の縁に向かうに従い、ピストン９の回転軸線に近づく方向に傾斜する傾斜面３３となっている。本実施形態においては、ピストン９の回転軸線に対して傾斜面３３を形成している。ピストン９の内径側突出部２５の外周面は、全周が傾斜面３３になっている。したがって、内径側突出部２５の外形形状は、傾斜面３３を側面とする円錐台状となっている。

ピストン９の内径側突出部２５の傾斜面３３には、複数の溝３５が周方向に等間隔で形成されている。本実施形態においては１０個の溝３５が形成されている。溝３５は、傾斜面３３の軸方向一方側の縁から径方向内方に向かって延在する軸方向一方側の底面３７と、内径側突出部２５の軸方向他方側端面の外径側の縁と内径側の縁との中間部から、軸方向一方側に向かって延在する径方向内方側の底面３９とを有している。軸方向一方側の底面３７は、内径側突出部２５の軸方向他方側端面の外径側の縁と内径側の縁との中間部に対応する径方向位置まで延在し、径方向内方側の底面３９は、傾斜面３３の軸方向一方側の縁に対応する軸方向位置まで延在している。したがって溝３５の軸方向一方側の底面３７と径方向内方側の底面３９とは直角をなして連続している。

溝３５の軸方向一方側の底面３７は、径方向内方側の底面３９よりも長く形成されている。したがって溝３５は、径方向に延在している（以後、溝３５を「径方向溝３５」という。）。径方向溝３５は、軸方向一方側の底面３７に対応する範囲で軸方向一方側に開放し、径方向内方側の底面３９に対応する範囲で径方向外方に開放している。したがって、径方向溝３５は、軸方向に関して、傾斜面３３の軸方向一方側の縁から傾斜面３３の軸方向他方側の縁に亘って開放すると共に、径方向に関して、傾斜面３３の軸方向一方側の縁から、内径側突出部２５の軸方向他方側端面の外径側の縁と内径側の縁との中間部に亘って開放している。したがって内径側突出部２５の軸方向他方側端面の外径側の縁は、径方向溝３５が開放している部分が径方向内方に凹んでいる。

径方向溝３５の径方向断面形状は、直角をなす軸方向一方側の底面３７の断面および径方向内方側の底面３９の断面と、傾斜面３３の断面と、内径側突出部２５の軸方向他方側端面への径方向溝３５の開放部の断面とで、台形状となっている。

ピストン９の環状部１９は、軸方向一方側の面４１が平面に形成されている。ピストン９は従動側回転部材５と係合する係合部材であり、ピストン９の環状部１９は、従動側回転部材５と接触する係合部である。詳細には、環状部１９の軸方向一方側の面４１が従動側回転部材５と接触することにより、ピストン９が従動側回転部材５と係合し、駆動側回転部材である軸部材３の回転が従動側回転部材５に伝達される。ピストン９と従動側回転部材５との係合動作については後述する。

支持部７の円筒部１５は、軸方向他方側端部近傍の外周面の部分に、段部４３が形成されている。支持部７の円筒部１５は、段部４３よりも軸方向他方側の部分が、段部４３よりも軸方向一方側の部分よりも外径寸法の小さい小径部４５となっている。段部４３には環状のカムスライド１１が外嵌されている。カムスライド１１はピストン９よりも軸方向他方側に配置され、ピストン９と軸方向に対向している。言い換えると、ピストン９はカムスライド１１よりも軸方向一方側に配置され、カムスライド１１と軸方向に対向している。

環状部材であるカムスライド１１は、径方向に延在する板状の環状部４９と、環状部４９の外径側縁部から、軸方向一方側に所定角度傾いた板状の傾斜部５１とを有している。傾斜部５１は、環状部４９の外径側縁部に沿って周方向に亘って環状に形成され、環状部４９の外径側縁部から径方向外方に向かうに従い、軸方向に対向するピストン９に近づく方向に傾斜している。環状部４９と傾斜部５１とは滑らかに連続している。カムスライド１１は、環状部４９の内周側縁部が支持部７の小径部４５に外嵌されることにより、支持部７に固定されている。したがってカムスライド１１は、支持部７を介して軸部材３に固定されている。

カムスライド１１の環状部４９の軸方向一方側の面は、ピストン９の内径側突出部２５の軸方向他方側端面と軸方向に対向している。カムスライド１１の傾斜部５１の軸方向一方側の面すなわち傾斜部５１の内周面５３は、ピストン９の内径側突出部２５の傾斜面３３と軸方向に対向している。カムスライド１１の傾斜部５１は、ピストン９の内径側突出部２５の傾斜面３３に対応する角度に傾斜している。したがってカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３は、ピストン９の内径側突出部２５の傾斜面３３に対応する角度に傾斜した傾斜面であり、ピストン９の内径側突出部２５の傾斜面３３と平行に配置されている。さらに、カムスライド１１の傾斜部５１の傾斜した内周面５３とピストン９の内径側突出部２５の傾斜面３３とは、ほぼ同じ軸方向範囲および径方向範囲に亘って延在している。すなわち、カムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３とピストン９の内径側突出部２５の傾斜面３３とは、対応する形状となっている。

カムスライド１１の傾斜部５１の外径側縁部には、径方向外方に突出するフランジ５５が形成されている。傾斜部５１の外径側縁部とフランジ５５とは滑らかに連続している。フランジ５５の軸方向一方側の面は、ピストン９の環状部１９の軸方向他方側の面２１と軸方向に対向している。フランジ５５の外径側縁部は、ピストン９の外径側突出部２３の内周面よりも内径側に位置し、該内周面と径方向に対向している。

カムスライド１１の軸方向他方側に隣接する支持部７の小径部４５の外周面の部分には周方向溝５７が形成され、周方向溝５７には止め輪５９が嵌め込まれている。止め輪５９の軸方向一方側の面はカムスライド１１の環状部４９の軸方向他方側の面に接触している。すなわち、カムスライド１１は、支持部７の円筒部１５の段部４３と止め輪５９とによって軸方向に挟持されている。この構成により、カムスライド１１は支持部７に対する軸方向の移動を規制されている。したがって、カムスライド１１は、支持部７を介して、軸方向移動が規制された状態で軸部材３に固定され、軸部材３と一体に回転する。

ピストン９の外径側突出部２３は、軸方向他方側端部近傍の内周面に段部６１が形成され、段部６１よりも軸方向他方側の部分が、段部６１よりも軸方向一方側の部分よりも内径寸法が大きく肉厚の薄い薄肉部６３となっている。段部６１には皿ばね６５が内嵌されている。皿ばね６５の軸方向他方側に隣接する薄肉部６３の内周面の部分には周方向溝６７が形成され、周方向溝６７には止め輪６９が嵌め込まれている。止め輪６９の軸方向一方側の面は皿ばね６５の軸方向他方側の面に接触している。すなわち、皿ばね６５は、段部６１と止め輪６９とによって軸方向に挟持されている。この構成により、皿ばね６５は軸方向の移動を規制された状態で、ピストン９の外径側突出部２３の内周面に固定されている。

皿ばね６５は、内径側縁部が軸方向一方側に配置され、外径側縁部が軸方向他方側に配置される向きで段部６１に内嵌されている。皿ばね６５は、軸方向の力が加わると、弾性変形し、弾性復帰による弾性力を軸方向に発生する。

荷重発生装置１が回転していない状態において、皿ばね６５は、カムスライド１１と略同じ軸方向位置に配置されている。また、荷重発生装置１が回転していない状態において、皿ばね６５は、軸方向一方側の面７１の内径側縁部がカムスライド１１のフランジ５５の軸方向他方側の面と接触し、少し弾性変形した状態で配置されている。したがって、荷重発生装置１が回転していない状態において、皿ばね６５は弾性復帰による弾性力を発生している。皿ばね６５は、軸方向一方側の面７１の内径側縁部がカムスライド１１のフランジ５５に接触しているため、弾性復帰による弾性力は皿ばね６５の外径側縁部を介してピストン９の外径側突出部２３に作用し、ピストン９を軸方向他方側に付勢している。この構成により、図１に示すように、荷重発生装置１が回転していない状態において、ピストン９は、支持部７の円筒部１５の軸方向他方側端部近傍に、がたつきのない状態で外嵌されている。

ピストン９の内径側突出部２５に形成された複数の径方向溝３５には、それぞれ鋼製のボール１３が１つ、径方向に転動または摺動可能に配置されている。ボール１３は、径方向溝３５の幅よりも少し小さい直径を有している。このため、ボール１３は径方向溝３５の幅方向両側の溝面に対するがたつきがなく、径方向溝３５を径方向に滑らかに移動可能となっている。このように径方向溝３５は、ボール１３の移動を案内する案内溝である。また、ボール１３の直径は、径方向溝３５の径方向内方側の底面３９の軸方向長さよりも少し小さく形成されている。

ボール１３は、径方向溝３５の最も内径側に位置している状態、すなわち径方向溝３５の径方向内方側の底面３９に接触している状態において、径方向溝３５の内部に全体が収容されている。言い換えると、この状態においてボール３５は傾斜面３３側の開放部よりも外方に突出している部分がない。

一方、後述するように、ボール１３が径方向溝３５の最も内径側から径方向外方に移動すると、ボール１３が移動するに従い、ボール１３は径方向溝３５の傾斜面３３側の開放部から徐々に径方向外方に移動してくる。そして径方向溝３５の最も外径側に位置している状態において、ボール１３は大部分が傾斜面３３側の開放部よりも外方に突出する。

次に、実施形態に係る荷重発生装置１の係合動作について説明する。
図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）は実施形態に係る荷重発生装置１を径方向から見た状態を示す径方向断面図であり、それぞれ回転していない状態、回転数が増加している状態、および回転数が所定回転数に達した状態を示している。なお、図５（ａ）は図１と同様の状態を示している。

図５（ａ）に示す状態、すなわち荷重発生装置１が回転していない状態において、ピストン９は、皿ばね６５の弾性力によって軸方向他方に付勢されている。ピストン９は、内径側突出部２５の軸方向他方側の端面がカムスライド１１の環状部４９の軸方向一方側の面に接触し、環状部４９を軸方向他方に押圧している。またピストン９は、内径側突出部２５の傾斜面３３がカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３に接触し、傾斜部５１を軸方向他方に押圧している。またピストン９は、環状部１９の軸方向他方側の面２１がカムスライド１１のフランジ５５の軸方向一方側の面に接触し、フランジ５５を軸方向他方に押圧している。言い換えると、ピストン９は皿ばね６５の弾性力によって、カムスライド１１に押し付けられている。また、皿ばね６５の軸方向一方側の面７１とカムスライド１１のフランジ５５の軸方向他方側の面とは接触している。

径方向溝３５に介装されたボール１３は、荷重発生装置１が回転していない状態において、径方向溝３５の最も内径側に位置している。この状態においてボール１３は、径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７、径方向内方側の底面３９、およびカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３に接触している。ピストン９は軸方向他方に付勢されているので、ボール１３は径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７とカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３とに挟持されている。

軸部材３に図示しない動力発生装置からの回転が入力されると、支持部７を介して軸部材３に固定されたカムスライド１１は軸部材３と一体に回転する。また、支持部７の外周面に配置されたピストン９も軸部材３と一体に回転する。すなわち荷重発生装置１は軸部材３と一体に回転する。軸部材３と一体にカムスライド１１およびピストン９が回転すると、この回転によって、複数の径方向溝３５にそれぞれ介装された複数のボール１３もカムスライド１１およびピストン９とともに回転し、各ボール１３には遠心力が作用する。軸部材３の回転速度が上昇し、カムスライド１１およびピストン９の回転速度が上昇すると、すなわちカムスライド１１およびピストン９の単位時間当たりの回転数が増加すると、カムスライド１１およびピストン９の回転数が増加するに従って、各ボール１３に作用する遠心力も大きくなってゆく。

なお、以後の説明において、カムスライド１１およびピストン９の単位時間当たりの回転数のことを、単に「カムスライド１１およびピストン９の回転数」という。また、「荷重発生装置１の回転」と「カムスライド１１およびピストン９の回転数」とは同様の意味内容である。

全てのボール１３に作用する遠心力が、ピストン９を軸方向他方に付勢している皿ばね６５の付勢力を上回ると、ボール１３は径方向溝３５内を径方向外方に移動し始める。ボール１３が径方向外方に移動し始めると、ボール１３は径方向溝３５の傾斜面３３側の開放部から徐々に径方向外方に移動してくる。ボール１３は径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７とカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３とによって挟持されているので、ボール１３は軸方向一方側の底面３７を摺動するとともに、径方向溝３５の傾斜面３３側の開放部から外方に突出した部分がカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３を摺動して、径方向外方へ移動する。

カムスライド１１は軸方向の移動が規制されているので、ボール１３はカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３に沿って径方向外方へ移動する。傾斜部５３は径方向外方に向かうに従ってピストン９に近づく方向に傾斜しているので、ボール１３は傾斜部５１の傾斜した内周面５３に沿って径方向外方へ移動するに従い、軸方向一方へも移動して行く。このようにカムスライド１１の傾斜部５１は、ボール１３の径方向外方への運動を軸方向一方への運動に変換するカム機構を構成している。

ボール１３が軸方向一方へ移動すると、ボール１３は径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７を軸方向一方に押圧する。これによりピストン９はボール１３によって軸方向一方へ押圧され、皿ばね６５を弾性変形させつつ支持部７の外周面を軸方向一方へ移動する。すなわちピストン９は、支持部７を介して、軸部材３に沿って軸方向一方へ移動する。このように、ボール１３は、軸部材３と一体に回転するカムスライド１１およびピストン９の回転数の増加に応じて大きくなる遠心力によって、径方向外方および軸方向一方へ移動する。そしてボール１３の移動に伴い、ピストン９は支持部７を介して軸部材３に沿って軸方向一方へ移動する。

軸部材３に入力される回転数がさらに増加し、軸部材３と一体に回転するカムスライド１１およびピストン９の回転数がさらに増加すると、ボール１３に作用する遠心力はさらに大きくなる。遠心力が大きくなり、ボール１３が径方向外方および軸方向一方へさらに移動し、ピストン９がさらに軸方向一方へ移動すると、図５（ｂ）に示すように、皿ばね６５はさらに弾性変形し、フランジ５５を軸方向一方へ押圧する。

ピストン９がさらに軸方向一方へ移動すると、皿ばね６５によるカムスライド１１のフランジ５５に対する軸方向一方への押圧力は大きくなる。皿ばね６５によるフランジ５５に対する押圧力が大きくなると、これに対応して、カムスライド１１のフランジ５５による皿ばね６５の内径側縁部に対する軸方向他方への反力が大きくなる。その結果、皿ばね６５は軸方向他方へさらに弾性変形し、軸方向一方へ弾性復帰しようとする弾性力が大きくなってゆく。

図５（ｂ）に示す状態において、ピストン９の軸方向一方側の面４１は、従動側回転部材５に接触していない。すなわち、動力伝達装置としての荷重発生装置１は非係合状態であり、軸部材３から従動側回転部材５への動力の伝達は行われない。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す状態からカムスライド１１およびピストン９の回転数がさらに増加し、カムスライド１１およびピストン９の回転数が所定の回転数に達した状態を示している。

図５（ｂ）に示す状態から、軸部材３と一体に回転するカムスライド１１およびピストン９の回転数が所定の回転数に達するまで、ボール１３に作用する遠心力はさらに大きくなり、ボール１３はさら径方向外方および軸方向一方へ移動し、これに伴いピストン９はさらに軸方向一方へ移動する。そしてカムスライド１１およびピストン９の回転数すなわち軸部材３の回転数が所定の回転数に達すると、ピストン９の軸方向一方側の面４１が従動側回転部材５の軸方向他方側の面に接触し、ピストン９が軸方向一方に押し付けられる。

軸方向一方に移動するピストン９が従動側回転部材５の軸方向他方側の面に接触すると、ピストン９は従動側回転部材５を軸方向一方へ押圧する。すなわち、カムスライド１１の傾斜部５１の傾斜に沿って移動するボール１３によって軸方向一方に移動するピストン９が従動側回転部材５に接触すると、ピストン９が従動側回転部材５を軸方向一方へ押圧する荷重が発生する。ピストン９は、従動側回転部材５にこの荷重を加え、従動側回転部材５を軸方向一方へ押圧する。このように、ピストン９が相手部材である従動側回転部材５に軸方向一方への荷重を加え、軸方向一方へ押圧することにより、ピストン９と従動側回転部材５とが係合し、荷重発生装置１は係合状態となり、軸部材３から従動側回転部材５へ動力が伝達される。なお、ピストン９と従動側回転部材５との係合はドグ歯形状等の機械的係合や、摩擦材を用いる摩擦力係合が挙げられる。

また、この状態において、ピストン９の軸方向一方側の面４１に形成された段部２７は、支持部７のフランジ１７に接触する。このように、支持部７のフランジ１７は、ピストン９の軸方向一方側への移動範囲を規制するストッパとなっている。

この時ボール１３は、大部分が径方向溝３５の傾斜面３３側の開放部よりも外方に突出している。またボール１３は、径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７の径方向外方端に位置し、カムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３の外径側縁部に接触している。

この状態において、カムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３の外径側縁部と径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７との軸方向間隔は、ボール１３の直径よりも小さい。また、皿ばね６５の軸方向一方への弾性力は、遠心力によってボール１３が径方向外方へ移動することによるカムスライド１１の傾斜部５１の軸方向他方側への撓みを抑制することができる大きさとなっている。したがって、カムスライド１１およびピストン９の回転数が所定の回転数に達すると、ボール１３は、皿ばね６５の軸方向一方への弾性力によって軸方向一方へ付勢されているカムスライド１１の傾斜部５１と、径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７とによって挟持され、固定される。すなわちボール１３は径方向外方および軸方向一方へさらに移動することが規制される。これにより、ピストン９がボール１３によって軸方向に押圧された状態で固定され、安定して従動側回転部材５に係合することとなる。

なお、ボール１３はこの状態において、荷重発生装置１内における移動可能範囲の最も径方向外方側に位置している。すなわち、ピストン９が従動側回転部材５に係合している状態において、ピストン９は、移動可能範囲の最も径方向外方側に固定されているボール１３によって、軸方向に押圧された状態で固定されている。

本実施形態に係る荷重発生装置１は、カムスライド１１およびピストン９の回転数すなわち荷重発生装置１の回転数が所定の回転数に達した後、さらにカムスライド１１およびピストン９の回転数が増加しても、上述したようにボール１３は径方向外方および軸方向一方へのさらなる移動が規制されているので、ボール１３が径方向溝３５から外方へ抜けてしまうことがない。したがって、安定した係合状態を維持することができる。

次に、荷重発生装置１の係合解除動作について説明する。
カムスライド１１およびピストン９の回転数が所定の回転数に達し、その後軸部材３の回転数が所定の回転数を下回り、カムスライド１１およびピストン９の回転数が所定の回転数を下回ると、ボール１３に作用する遠心力は小さくなる。するとボール１３は径方向内方に移動し、ピストン９を軸方向一方に押圧する力が小さくなり、これに対応して皿ばね６５が弾性復帰し、ピストン９を軸方向他方へ移動させる。

ピストン９が軸方向他方に移動すると、ピストン９と従動側回転部材５との係合は解かれ、軸部材３から従動側回転部材５への動力の伝達は遮断される。こうして荷重発生装置１は非係合状態となる。ボール１３は、ピストン９が軸方向他方へ移動するに従い、径方向溝３５の軸方向一方側の底面３７およびカムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３を摺動して径方向内方および軸方向他方側に移動する。そして軸部材３、カムスライド１１、およびピストン９の回転が停止すると、ボール１３は径方向溝３５の最も内径側に位置することとなる。

このように、本実施形態に係る荷重発生装置１は、荷重発生装置１の回転による遠心力によってボール１３を径方向外方へ移動させ、固定部材であるカムスライド１１によってボール１３の径方向外方への移動を軸方向一方への移動に変換し、ボール１３の軸方向一方への移動によって移動部材であるピストン９を軸方向一方へ移動させている。そして軸方向に移動するピストン９は、従動側回転部材５に接触して軸方向一方への荷重を加え、従動側回転部材５を軸方向一方へ押圧することにより従動側回転部材５と係合する駆動側の係合部材を構成している。

また、本実施形態に係る荷重発生装置１は、軸部材３と一体回転するカムスライド１１およびピストン９の回転数すなわち荷重発生装置１の回転数が所定の回転数に達すると、駆動側の係合部材であるピストン９が従動側回転部材５に係合する構成である。また、荷重発生装置１は、カムスライド１１およびピストン９の回転数が所定の回転数を下回ると、ピストン９と従動側回転部材５との係合が解放される構成である。このように、本実施形態に係る荷重発生装置１によれば、駆動側回転部材である軸部材３の単位時間当たりの回転数に応じて従動側回転部材５への動力の伝達と遮断とを切り替えることができる制御を実現することができる。

なお、本実施形態に係る荷重発生装置１は、ボール１３の直径や重さ、カムスライド１１の傾斜部５１の内周面５３の傾斜角度、あるいはスプリング３１の付勢力等を総合的に設計することにより、ピストン１１と従動側回転部材５とを係合させ、あるいは係合を解放するカムスライド１１およびピストン９の回転数を自由に設定することができる。

また、従来の動力伝達装置、例えば背景技術の項で説明したような多板クラッチ装置においては、ピストンは油圧を介して移動させていたが、本実施形態に係る荷重発生装置１は油圧を用いることなく、荷重発生装置１の回転による遠心力を用いてピストン９を移動させている。従って、油圧を発生させるための装置および機構や外部動力源装置を設ける必要がないので、荷重発生装置１単体で用いることができ、荷重発生装置１を含む動力伝達機構全体の構成の簡素化および小型軽量化を図ることができる。このように、本実施形態に係る荷重発生装置１によれば、荷重発生装置１の小型化だけでなく、荷重発生装置１を含む動力伝達機構全体の小型化を実現することができるという効果を発揮することができる。

なお、本発明の効果を、従来の車両用の多板クラッチ装置と比較した場合について述べたが、本発明に係る荷重発生装置１は車両用の多板クラッチ装置への適用に限定されず、動力の伝達／遮断や、遠心力作動のアクチュエータとして、様々な用途の装置において適用することができる。

また、本実施形態に係る荷重発生装置１は、上記実施形態に限定されず、変形が可能である。例えば、本実施形態においては、径方向溝３５および径方向溝３５に介装されるボール１３はそれぞれ１０個であるが、これよりも数を増やしても良い。ボール１３の数が多ければ、小さな遠心力でボール１３の移動を開始させる事ができ、より滑らかにピストン９を移動させることができる。

１ 荷重発生装置
３ 軸部材
５ 従動側回転部材
７ 支持部
９ ピストン
１１ カムスライド
１３ ボール
１５ 円筒部
１７ フランジ
１９ 環状部
２１ 環状部の軸方向他方側の面
２３ 外径側突出部
２５ 内径側突出部
２７ 段部
３３ 傾斜面
３５ 径方向溝
３７ 軸方向一方側の底面
３９ 径方向内方側の底面
４１ 環状部の軸方向一方側の面
４３ 段部
４５ 小径部
４９ 環状部
５１ 傾斜部
５３ 傾斜部の内周面
５５ フランジ
５７ 周方向溝
５９ 止め輪
６１ 段部
６３ 薄肉部
６５ 皿ばね
６７ 周方向溝
６９ 止め輪
７１ 皿ばねの軸方向一方側の面

Claims (5)

1. 同軸上に配置された駆動側回転部材から従動側回転部材へ加える荷重を発生するための荷重発生装置であって、
   前記駆動側回転部材に固定され、前記駆動側回転部材と一体回転する環状の固定部材と、
   前記固定部材の軸方向一方側に配置され、前記固定部材と軸方向に対向する環状部と、前記環状部から軸方向他方に延在し、前記固定部材の径方向外方に配置される円筒部とを備え、前記駆動側回転部材と一体回転するとともに軸方向に移動可能に前記駆動側回転部材に設けられた環状の移動部材と、
   前記固定部材と前記移動部材との間に周方向所定間隔に介装され、前記固定部材と前記移動部材とに接触している複数のボールと、
   前記円筒部の内径側に配置され、外径側縁部が前記円筒部の内周部に固定され且つ内径側縁部が前記固定部材の軸方向他方側の面に接触して弾性変形し、前記移動部材を軸方向他方へ付勢する皿ばねとを有し、
   前記複数のボールは、前記固定部材と前記移動部材とともに回転することによる遠心力によって前記固定部材と前記移動部材との間を移動することにより、前記移動部材を軸方向一方へ移動させ、前記従動側回転部材へ接触させることを特徴とする荷重発生装置。
2. 前記固定部材は、径方向外方に向かうに従い前記移動部材に近づく方向に傾斜する傾斜部を有し、
   前記複数のボールは、前記傾斜部に沿って径方向外方へ移動することを特徴とする請求項１に記載の荷重発生装置。
3. 前記複数のボールは、前記固定部材および前記移動部材の単位時間当たりの回転数の増加に応じて前記傾斜部に沿って径方向外方へ移動し、
   前記移動部材は、前記複数のボールが径方向外方へ移動するに従い、軸方向一方側へ移動することを特徴とする請求項２に記載の荷重発生装置。
4. 前記移動部材は、前記固定部材および前記移動部材の単位時間当たりの回転数が所定回転数に達した時に前記従動側回転部材へ接触することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の荷重発生装置。
5. 前記複数のボールは、前記移動部材が前記従動側回転部材へ係合している時、最も径方向外方に位置していることを特徴とする請求項４に記載の荷重発生装置。

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