JP2001304302A

JP2001304302A - クラッチ装置

Info

Publication number: JP2001304302A
Application number: JP2000119052A
Authority: JP
Inventors: Norio Usuki; 功雄臼杵; Masahiro Inoue; 昌弘井上; Koji Shima; 孝爾嶋
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】両接触面間の径方向隙間とカム溝の傾斜角度と
の間の関係を利用して両接触面間の噛み込みの防止と動
力伝達効率の向上とを図る。【解決手段】フランジ８とカムプレート４の両対向面に
おけるカム溝１７，１８の傾斜角度ηを、第１回転体２
の回転時におけるクラッチハウジング１の接触面１ａと
カムプレート４の接触面４ａとに所要の径方向隙間Ｓを
確保可能とする角度と、接触面１ａから接触面４ａを離
隔するために要する起動トルクを所要以下に抑制可能と
する角度との範囲に規定するにあたり、両接触面の径方
向隙間に対して関係式η＝ｔａｎ^-1（Ｓ／Ｋ）に従って
規定している。ただし、Ｋは定数である。この関係によ
って両接触面の噛み込み防止と動力伝達効率の向上とを
達成した構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、同軸上に対向配設される二
つの回転体の動力伝達間に介装され、かつ第１回転体に
回転動力が入力されたときに両回転体を同期回転可能に
結合する一方、第２回転体に回転動力が入力されたとき
に第２回転体を非回転状態として、第１回転体と分離す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は、以下に述べるこの種のク
ラッチ装置を提案している。

【０００３】すなわち、このクラッチ装置は、第１回転
体に対して軸方向で軸方向変位可能に対向配設され、か
つ、外径面に軸方向一方に拡径する可動接触面を備えた
可動カムプレートと、軸方向一方に向けて拡径する固定
接触面を内径面に有し、この固定接触面が可動カムプレ
ートの軸方向変位によって前記可動接触面と接触または
離隔する位置に固定配置されたクラッチハウジングとを
有する。

【０００４】さらに、このクラッチ装置は、第１回転体
に回転動力が入力さたときに可動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回転体と可動カムプレ
ートと第２回転体との三者を一体にして両回転体を同期
回転可能に結合する一方、第２回転体に回転動力が入力
されたときに可動カムプレートをクラッチハウジングに
圧接させて第２回転体と可動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回転体を非回転状態
にするボールカム機構を備えている。

【０００５】このようなクラッチ装置におけるボールカ
ム機構は、第１回転体と可動カムプレートとの対向面に
周方向に対し所定の傾斜角を有するカム溝を設け、両カ
ム溝内におけるボールの転動位置により、可動カムプレ
ートを軸方向に変位させてクラッチハウジングと可動カ
ムプレートの両接触面を接触または離隔させるようにな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のクラッチ装置の
場合、カム溝の傾斜角度を大きくして可動カムプレート
の軸方向変位量を大きくとりすぎると、前記両接触面に
噛み込みが発生して可動接触面を固定接触面から離すの
に大きな起動トルクを要する。また、前記噛み込みを防
止するため両カム溝の傾斜角度を小さくして可動カムプ
レートの軸方向変位量をわずかしか確保できなくなる
と、動力伝達における両接触面の離隔が不十分となる結
果、第１回転体から第２回転体への動力伝達効率が低下
する傾向となる。

【０００７】いずれの場合もカム溝の傾斜角度は、クラ
ッチ性能に影響する。

【０００８】また、例えば、径方向隙間を大きくする
と、前記噛み込みの防止は可能となっても、前記第２回
転体の非回転状態を確保しにくくなる。

【０００９】したがって、径方向隙間もクラッチ性能に
影響する。

【００１０】そこで本発明者らが鋭意研究を重ねたとこ
ろ、従来のクラッチ装置の場合、前記傾斜角度と径方向
隙間とを無関係に規定しており、そのため両者の要求を
満たしてクラッチ性能を向上させることは容易ではなか
った。

【００１１】本発明者らは、その研究においてカム溝の
傾斜角度と径方向隙間との間に所定の関係があることを
見出し、その関係に従って両者の要求を満たしてクラッ
チ性能を向上させられた発明を完成できるに至った。

【００１２】したがって、本発明は、クラッチ装置にお
いて、上記関係を利用して、前記噛み込みの防止、動力
伝達効率の向上、その他のクラッチ性能を効果的に発揮
できるようにすることを解決課題としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のクラッチ装置
は、同軸上に対向配設される二つの回転体の動力伝達間
に介装され、かつ第１回転体に回転動力が入力されたと
きに両回転体を同期回転可能に結合する一方、第２回転
体に回転動力が入力されたときに第２回転体を非回転状
態として第１回転体と分離するクラッチ装置において、
第１回転体に対して軸方向で軸方向変位可能に対向配設
され、軸方向一方に拡径する可動接触面を有した可動摩
擦部材と、軸方向一方に向けて拡径する固定接触面を有
し、この固定接触面が前記可動接触面に対して可動摩擦
部材の軸方向変位によって軸方向に向けて接触または離
隔する位置に固定配置された固定摩擦部材と、第１回転
体に回転動力が入力されたときに可動摩擦部材を固定摩
擦部材から離隔させて第１回転体と可動摩擦部材と第２
回転体との三者を一体にして両回転体を同期回転可能に
結合する一方、第２回転体に回転動力が入力されたとき
に可動摩擦部材を固定摩擦部材に圧接させて第２回転体
と可動摩擦部材と固定摩擦部材との三者を一体にして第
２回転体を非回転状態にするボールカム機構とを含み、
前記ボールカム機構が、第１回転体と可動摩擦部材とに
設けられた一対のカム溝とこれに収納されて当該両カム
溝内を転動することで可動摩擦部材を軸方向に変位させ
るボールとを有しており、前記カム溝の傾斜角度を、第
１回転体の回転時における前記両接触面に所要の径方向
隙間を確保可能とする角度と、固定摩擦部材の接触面か
ら可動摩擦部材の接触面を離隔するために要する起動ト
ルクを所要以下に抑制可能とする角度との範囲に規定す
るにあたり、前記両接触面の径方向隙間に対して次の関
係式（１）に従って規定していることを特徴としてい
る。

【００１４】η＝ｔａｎ^-1（Ｓ／Ｋ） …（１）ただし、η：カム溝の傾斜角度Ｓ：前記両接触面の径方向隙間Ｋ：定数本発明のクラッチ装置によると、前記関係式（１）に従
って、カム溝の傾斜角度ηを適正に規定した場合、接触
面の径方向隙間Ｓも適正に規定することができ、その結
果、この規定により前記両接触面の噛み込みを抑制して
可動接触面を固定接触面から離すための起動トルクを小
さくできる一方、前記傾斜角度を動力伝達における両接
触面の離隔距離を確保でき、第１回転体から第２回転体
への動力伝達効率を向上させられる結果、所望のクラッ
チ性能を発揮できるものとなる。

【００１５】また、径方向隙間Ｓが適正に規定されるか
ら、第２回転体を非回転に確実に確保することができ、
クラッチ性能の向上に好ましい。

【００１６】なお、本発明においては、両接触面の接触
角度をθ、カム溝の周方向長さをＤｃ、ボールの直径を
Ｄ_B、カムストッパ角度をφとして、前記定数Ｋを、
（Ｄｃ−Ｄ_B・ｓｉｎφ）・ｔａｎθの式で導かれる定
数とすると、この定数に含まれる例えば接触角度θを適
正に規定して両接触面における噛み込みを防止可能とし
ても、よりカム溝の傾斜角度ηをより正確かつ容易に適
正な値に規定することができて好ましい。

【００１７】なお、本発明においては、前記傾斜角度を
６〜１５度の範囲とすることが、好ましい。

【００１８】

【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。

【００１９】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、クラッチ装置の分解斜視図、図４（ａ）は、図１の
要部拡大図、図４（ｂ）は、図２の要部拡大図である。
また、図５は、図４（ａ）（ｂ）を合わせて示す図であ
る。この図５では、図４（ａ）が実線で、図４（ｂ）が
仮想線で示される。図６は、クラッチハウジングとカム
プレートとの要部の部分側面断面を示しカム溝の傾斜角
と両接触面の径方向隙間との関係式の説明に用いるもの
である。

【００２０】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、主とし
て、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、スプリングバネ５と、転
がり軸受６と、ボールカム機構７とを備えている。

【００２１】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、その内周面の軸方向一方側に軸方向一方に向けて拡
径する固定接触面１ａと、軸方向他方側に軸受取り付け
面１ｂとを備えた筒体構造となっている。

【００２２】第１回転軸２は、モータ等の動力源により
回転駆動されるものであって、外周面に環状のフランジ
８が一体に形成され、また、その軸方向端面に小径軸部
９が形成されている。フランジ８は第１回転軸２の本体
とは別体に構成してもよい。

【００２３】第２回転軸３は、軸方向一方側軸部１０が
クラッチハウジング外に延び、軸方向他端側の軸部端面
に形成された軸方向有底穴１１に第１回転体２の小径軸
部９が嵌入され、サークリップ１２で第１回転軸２に連
結される。

【００２４】第２回転軸３はまた、外周面にスプライン
歯１３が形成され、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。

【００２５】この場合、第２回転軸３の外周面の周溝１
４に止め輪１５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。

【００２６】カムプレート４は、可動摩擦部材として径
方向の外周面が軸方向一方に向けて拡径する可動接触面
４ａを有し、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。

【００２７】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の前記ス
プライン歯１３に嵌合するスプライン歯１６を備え、そ
のスプライン歯１３と１６との嵌合で第２回転軸３と一
体回転し、かつ、軸方向に変位可能となっている。

【００２８】ボールカム機構７は、フランジ８と、カム
プレート４と、スプリングバネ５と、ボール１９とを少
なくとも構成要素として備える。

【００２９】フランジ８は、ボールカム機構７において
軸方向不動の固定カムプレートとして機能する。

【００３０】カムプレート４は、ボールカム機構７にお
いて可動カムプレートとしてフランジ８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。

【００３１】フランジ８とカムプレート４との互いの対
向面に一対のカム溝１７，１８が振り分けて設けられて
いる。

【００３２】両カム溝１７，１８それぞれは、周方向中
心１７ａ０，１８ａ０から周方向両側へ向けて深さが浅
くなるすり鉢状斜面１７ａ１，１７ａ２；１８ａ１，１
８ａ２に形成されている。

【００３３】スプリングバネ５は、カムプレート４をフ
ランジ８側に弾発付勢する付勢部材となる。

【００３４】ボール１９は、両カム溝１７，１８間に転
動可能に収納される。

【００３５】このようなボールカム機構７において、両
カム溝１７，１８は、周方向中心１７ａ０，１８ａ０で
最深となり、そこでの深さは、ボール１９の半径（Ｄ_B
／２：Ｄ_Bはボール１９の直径）より小さい寸法に設定
されている。

【００３６】そして、実施形態のボールカム機構７で
は、第１回転軸２の回転に伴うフランジ８とカムプレー
ト４との相対的な回転に伴い、両カム溝１７，１８の最
も深い位置である周方向中心１７ａ０，１８ａ０にボー
ル１９が位置することによりカムプレート４をフランジ
８側に近接させる状態に、また、前記両カム溝１７，１
８の最も浅い位置にボール１９が位置することによりカ
ムプレート４をフランジ８側から最も離隔させる状態に
なる。

【００３７】上記クラッチ装置Ａの動作について説明す
る。

【００３８】カムプレート４は、スプリングバネ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４（ａ）で示すように、ボール１
９は、カム溝１７，１８の軸方向最深の周方向中心１７
ａ０，１８ａ０間に位置しているので、第１回転軸２と
カムプレート４との軸方向離隔距離は最短Ｓ２となって
いる。

【００３９】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４で周方向一方へ移
動される）と、フランジ８とカムプレート４の両対向面
間のカム溝１７，１８の互いに逆方向のすり鉢状斜面１
７ａ２、１８ａ２間を図４（ａ）から図４（ｂ）で示す
ようにボール１９が周方向に転動する。このすり鉢状斜
面１７ａ２、１８ａ２においては、図４（ａ）（ｂ）で
示すように一方のすり鉢状斜面１７ａ２は周方向他方へ
向けて、また他方のすり鉢状斜面１８ａ２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、スプリングバネ５に抗して、フランジ８より
軸方向一方に向けて変位（最大軸方向移動量はＳ１）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の内周面の接触面１ａから離
隔する。この場合、ボール１９の中心の軸方向移動量
は、Ｓ１／２となる。

【００４０】そして、ボール１９が、図４（ｂ）で示す
ようにすり鉢状斜面１７ａ２、１８ａ２の両側間で軸方
向に挟まれた状態になる。このときの第１回転軸２とカ
ムプレート４との軸方向最大離隔距離は、Ｓ１＋Ｓ２と
なる。

【００４１】このようにボール１９がすり鉢状斜面１７
ａ２、１８ａ２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Ｔ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Ｔが伝達されることになる。

【００４２】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１９は、すり鉢状斜面１７
ａ１、１８ａ１間を転動し、そのすり鉢状斜面１７ａ
１、１８ａ１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Ｔ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Ｔが伝達されることになる。

【００４３】このようにして回転動力Ｔはいずれの回転
方向にも伝達される。

【００４４】次に、本実施の形態の特徴について説明す
る。すなわち、本実施の形態においては、カム溝１７，
１８のすり鉢状斜面の傾斜角度ηを、第１回転軸２の回
転時における両接触面１ａ，４ａに所要の径方向隙間Ｓ
を確保可能とする角度を下限角度に、またクラッチハウ
ジング１の接触面１ａからカムプレート４の接触面４ａ
を離隔するために要する起動トルクを所要以下に抑制可
能とする角度を上限角度とし、その両角度の範囲に規定
するに当たり、カム溝１７，１８の傾斜角度ηを前記両
接触面１ａ，４ａの径方向隙間Ｓに対して次の関係式
（１）で適正に規定する。

【００４５】η＝ｔａｎ^-1（Ｓ／Ｋ） … （１）ただし、Ｋは定数である。

【００４６】この定数Ｋは、両接触面の接触角度をθ、
カム溝の周方向外径をＤｃ、ボールの直径をＤ_B、カム
ストッパ角度をφとして、Ｋ＝（Ｄｃ−Ｄ_B・ｓｉｎ
φ）・ｔａｎθの式で導かれる定数である。

【００４７】ここで、カムストッパ角φとは、例えばボ
ール１９がカム溝１７，１８のすり鉢状斜面１７ａ２と
すり鉢状斜面１８ａ２との間で挟まれた状態において、
すり鉢状斜面１８ａ２の段部ａとボール１９の中心を通
る軸方向線とのなす角度である。

【００４８】上記関係式（１）の導き方について説明す
る。

【００４９】第１回転軸２の軸方向最大移動量Ｓ１は、
図５より明らかであるようにＳ１＝（Ｄｃ−Ｄ_B・ｓｉ
ｎφ）・ｔａｎηで得られる。

【００５０】また、両接触面１ａ，４ａの径方向隙間Ｓ
は、図６で明らかであるようにカムプレート４の軸方向
移動量Ｓ１に対するものであるから、Ｓ＝Ｓ１・ｔａｎ
θで得られる。

【００５１】前記両式から、Ｓ＝（Ｄｃ−Ｄ_B・ｓｉｎ
φ）・ｔａｎη・ｔａｎθ＝Ｋ・ｔａｎηが得られ、こ
れを変形して上記式（１）を導くことができる。

【００５２】なお、式（１）よりカム溝１７，１８のす
り鉢状斜面の傾斜角度ηは、６〜１５度の範囲が好まし
い。

【００５３】この場合、両接触面１ａ，４ａの径方向隙
間Ｓを、０．１５以上に規定する。

【００５４】このような径方向隙間Ｓとした場合、前記
定数Ｋにおいて、両接触面１ａ，４ａの噛み込み防止に
は、両接触面１ａ，４ａの接触角度θを３〜１５度に規
定することが好ましい。同様に、カム溝１７，１８に対
するボール１９の乗り上げ防止にはカムストッパ角φを
約７０度に規定することが好ましい。

【００５５】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、種々の応用が変形が可能である。

【００５６】（１）なお、上述の実施形態では、第１回
転軸２がスプリングバネ５の反力で第２回転軸３との相
対位置がずれないようにするために、第１回転軸２と第
２回転軸３とはサークリップで一体に結合されていた
が、これを廃止しても構わず、その代わりに、第１回転
軸２をクラッチハウジング１に対して不図示の転がり軸
受を介して回転自在に支持させてもよい。

【００５７】（２）実施形態では、第１回転軸２とカム
プレート４それぞれのすり鉢状斜面は、周方向中心から
周方向両側に設けられているが、これに限定されるもの
ではなく、すり鉢状斜面をカム溝１７の周方向一方とこ
れとは逆向きのカム溝１８の周方向他方か、あるいはま
た、カム溝１８の周方向他方とこれとは逆向きのカム溝
１８の周方向一方とに形成するだけでもよい。

【００５８】（３）実施形態のクラッチ装置は、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。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明によると、カム溝の
傾斜角度を、第１回転体の回転時における前記両接触面
に所要の径方向隙間を確保可能とする角度と、固定摩擦
部材の接触面から可動摩擦部材の接触面を離隔するため
に要する起動トルクを所要以下に抑制可能とする角度と
の範囲に規定するにあたり、前記両接触面の径方向隙間
に対して次の関係式（１）に従って規定している。

【００６０】η＝ｔａｎ^-1（Ｓ／Ｋ） …（１）、ただ
し、η：カム溝の傾斜角度、Ｓ：前記両接触面の径方向
隙間、Ｋ：定数である。

【００６１】そのため、本発明によると、前記関係式
（１）に従って、接触面の径方向隙間Ｓを適正な隙間に
規定することで、カム溝の傾斜角度ηを適正に規定する
ことができ、その結果、第１回転体と可動カムプレート
の両カム溝の傾斜角度を前記両接触面に噛み込みを抑制
して可動接触面を固定接触面から離すための起動トルク
を小さくできる一方、前記傾斜角度を動力伝達における
両接触面の離隔距離を確保でき、第１回転体から第２回
転体への動力伝達効率を向上させられるなど、所望のク
ラッチ性能を発揮できるものとなる。

【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１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１のクラ
ッチ装置の側面断面図

【図３】クラッチ装置の分解斜視図

【図４】（ａ）図１の要部拡大図、（ｂ）図２の要部拡
大図

【図５】図４（ａ）（ｂ）を合わせて示す図

【図６】カム溝の傾斜角と両接触面の径方向隙間との関
係式の説明に用いるものでクラッチハウジングとカムプ
レートとの要部の部分側面断面図

【符号の説明】

１クラッチハウジング２第１回転軸３第２回転軸４カムプレート（可動カムプレート）５スプリングバネ７ボールカム機構８フランジ（固定カムプレート）１７，１８カム溝

フロントページの続き (72)発明者嶋孝爾大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J056 AA33 AA38 AA43 AA53 BA04 BB15 BB21 GA12 3J068 AA07 BA02 CB03 EE05 GA07 GA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同軸上に対向配設される二つの回転体の動
力伝達間に介装され、かつ第１回転体に回転動力が入力
されたときに両回転体を同期回転可能に結合する一方、
第２回転体に回転動力が入力されたときに第２回転体を
非回転状態として第１回転体と分離するクラッチ装置に
おいて、第１回転体に対して軸方向で軸方向変位可能に対向配設
され、軸方向一方に拡径する可動接触面を有した可動摩
擦部材と、軸方向一方に向けて拡径する固定接触面を有し、この固
定接触面が前記可動接触面に対して可動摩擦部材の軸方
向変位によって軸方向に向けて接触または離隔する位置
に固定配置された固定摩擦部材と、第１回転体に回転動力が入力されたときに可動摩擦部材
を固定摩擦部材から離隔させて第１回転体と可動摩擦部
材と第２回転体との三者を一体にして両回転体を同期回
転可能に結合する一方、第２回転体に回転動力が入力さ
れたときに可動摩擦部材を固定摩擦部材に圧接させて第
２回転体と可動摩擦部材と固定摩擦部材との三者を一体
にして第２回転体を非回転状態にするボールカム機構
と、を含み、前記ボールカム機構が、第１回転体と可動摩擦部材とに
設けられた一対のカム溝とこれに収納されて当該両カム
溝内を転動することで可動摩擦部材を軸方向に変位させ
るボールとを有しており、前記カム溝の傾斜角度を、第１回転体の回転時における
前記両接触面に所要の径方向隙間を確保可能とする角度
と、固定摩擦部材の接触面から可動摩擦部材の接触面を
離隔するために要する起動トルクを所要以下に抑制可能
とする角度との範囲に規定するにあたり、前記両接触面
の径方向隙間に対して次の関係式（１）に従って規定し
ている、ことを特徴とするクラッチ装置。 η＝ｔａｎ^-1（Ｓ／Ｋ） …（１）ただし、η：カム溝の傾斜角度Ｓ：前記両接触面の径方向隙間Ｋ：定数
【請求項２】請求項１のクラッチ装置において、前記定数Ｋが、（Ｄｃ−Ｄ_B・ｓｉｎφ）・ｔａｎθの
式で導かれる定数である、ことを特徴とするクラッチ装
置。ただし、Ｄｃ：カム溝の周方向長さＤ_B ：ボールの直径 φ ：カムストッパ角度 θ ：前記両接触面の接触角度
【請求項３】請求項１のクラッチ装置において、前記カム溝の傾斜角度を、６〜１５度の範囲に規定して
いる、ことを特徴とするクラッチ装置。