JP2001349353A - クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】両スプラインの中心合わせの形態を低い加工コ
ストでもって行うことができるようにする。 【解決手段】外周面に軸方向の雄スプライン１３を有し
た第２回転軸３と、内周面に前記雄スプラインと嵌合す
る軸方向の雌スプライン１６を備えかつ第２回転軸の外
周に軸方向変位可能にスプライン嵌合されるカムプレー
ト４とを含み、両スプラインの中心合わせを、雄スプラ
インの歯先面を雌スプラインの歯底面に当接させた大径
合わせの形態として、両スプラインの歯面の加工精度を
アップさせる必要なく両スプラインの嵌合がたを小さく
抑制して加工コストを低減可能とした構成。

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】クラッチ装置には、内周面に軸方向一方
に向けて拡径するテーパ形状の固定接触面を有したクラ
ッチハウジング内に、外周面に前記固定接触面と同方向
に拡径するテーパ形状の可動接触面を備えたカムプレー
トを収納し、このカムプレートを軸方向変位可能に第１
回転体と第２回転体との間に配設したものがある。

【０００３】そして、このクラッチ装置では、第１回転
体の回転に応じてカムプレートを軸方向一方に変位させ
ることによってその可動接触面を固定接触面から離隔さ
せて第１回転体とカムプレートと第２回転体とを結合し
てそれらを同期回転させ、また、第２回転体の回転に対
してはカムプレートを軸方向他方に変位させてその可動
接触面を固定接触面に当接させて第２回転体とカムプレ
ートとクラッチハウジングとを結合して第２回転体を非
回転状態とするクラッチ動作を行うようにしている。

【０００４】このようなクラッチ装置においては前記ク
ラッチ動作のためカムプレートと第２回転体との二者を
結合させるが、この結合にはカムプレートを環体構造と
しそのカムプレート内周面に第２回転体を嵌入させると
ともに、カムプレートの内周面に軸方向の雌スプライン
を、また、第２回転体の外周面に軸方向の雌スプライン
を設け、カムプレートと第２回転体とをスプライン結合
する構成としている。

【０００５】このようなクラッチ装置における前記クラ
ッチ動作の高速応答性は、可動接触面と固定接触面との
径方向の僅かな接触位置関係の精度に依存しており、そ
れには、カムプレートと第２回転体の両スプラインの中
心が高精度に一致していることが前提となる。従来で
は、このような両スプラインの中心合わせをそれぞれの
スプラインの歯面合わせで行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来による両スプラインの中心合わせの形態では次の
課題が指摘される。

【０００７】すなわち、歯面の加工精度を低くして両ス
プラインの嵌合がた（バックラッシ）を大きくした場
合、非接触状態の可動接触面と固定接触面との径方向隙
間が少なくなり、第１回転体から第２回転体への動力伝
達中に両接触面が接触する可能性が高くなる。

【０００８】一方、前記両スプラインの歯面の加工精度
をアップして両スプラインの嵌合がたを小さくする場
合、歯面の高精度な研削工程が要求され加工コストが嵩
む。そして、この場合、スプライン嵌合がたを小さくす
ると、スプラインの歯面が摩耗しやすくなるなど、歯面
を高精度に加工しても長期使用の間で嵌合がたが発生す
る傾向となる。

【０００９】したがって、本発明は、両スプラインの中
心合わせの形態を、両スプラインの加工精度を高くしな
くても、つまり低い加工コストでもって長期にわたり高
いクラッチ性能を維持できるようにすることを課題とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明第１および第２の
クラッチ装置は、両スプラインの中心合わせを、回転体
外周面の雄スプラインの歯先面を可動摩擦環体内周面の
雌スプラインの歯底面に当接させた大径合わせの形態と
することを特徴とするものである。

【００１１】本発明第１および第２によると、両スプラ
インの中心合わせを従来のスプラインの歯面合わせの形
態によらず、大径合わせの形態としたから、両スプライ
ンの歯面の加工精度をアップさせる必要なく両スプライ
ンの嵌合がたを小さく抑制でき、結果として、歯面の高
精度な研削が不要となり加工コストを低減することがで
きる。また、この場合、両スプラインの中心合わせの形
態を、歯面そのものの摩耗とは直接には無関係としてい
るから、長期にわたり使用しても、スプライン嵌合が緩
んだりきつくなったりすることが抑制され、長期にわた
ってクラッチ性能を発揮することができる。

【００１２】上記において、前記可動摩擦環体側スプラ
インを機械加工で形成する一方、前記第２回転体側スプ
ラインを機械加工、硬化処理、研磨処理で形成する実施
態様とした場合、従来の熱硬化処理のような変形が両ス
プラインにおいて発生しなくて済む結果、スプライン嵌
合状態を良好に保つことが可能となって好ましい。この
場合、両スプラインの嵌合部分は、第１回転体から第２
回転体への動力伝達トルクが小さい箇所であるから、両
スプラインの歯面どうしの接触面圧が低く摩耗も小さく
抑制されるので、上記加工形態であっても、十分に実用
可能となる。特に、安い加工形態つまり生のままや冷間
鍛造や転造加工程度の仕上げでも使用可能となるから、
コスト低減に好ましい。

【００１３】

【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。

【００１４】図１ないし図５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、図５は、図
１の（５）−（５）線に沿う矢視図である。図３で転が
り軸受等の図示は省略している。

【００１５】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、円錐形のスプリングバネ
５と、転がり軸受６と、ボールカム機構７とを備える。

【００１６】クラッチハウジング１は、固定摩擦環体と
して、図外のクラッチ装置取付壁に固定されるととも
に、その内周面に軸方向一方に向けて拡径するテーパ形
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。

【００１７】クラッチハウジング１はまた、軸方向一方
側内周面に周溝１ｃを有し、これに環状の止め輪１ｄを
嵌め込んで転がり軸受６が軸方向に抜け出すのを防止し
ている。

【００１８】第１回転軸２は、モータ等の動力源により
回転駆動される軸方向中空の軸であって、軸方向一方側
外周面に径方向外向きのフランジ８が一体に形成され、
また、その軸方向一方側端面に小径の軸嵌入穴９が貫通
形成されている。

【００１９】第２回転軸３は、軸方向一方側の小径軸部
３ｂがクラッチハウジング外に延び、軸方向他端側の小
径軸部３ａが第１回転軸２の軸嵌入穴９に嵌入され、止
め輪１２で第１回転軸２に連結される。

【００２０】第２回転軸３はまた、小径軸部３ａに連接
する大径軸部３ｃの外周面に複数の雄スプライン１３が
形成され、またこの大径軸部３ｃに連接する別の大径軸
部３ｄの外周面で軸受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。

【００２１】この場合、第２回転軸３の大径軸部３ｄの
外周面に形成された周溝１４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。

【００２２】カムプレート４は、クラッチハウジング１
内に収納される可動摩擦環体として、径方向の外周面が
軸方向一方に向けて拡径するテーパ形状の可動接触面４
ａとされ、前記収納状態でその可動接触面４ａがクラッ
チハウジング１の固定接触面１ａと径方向で対向されて
いる。

【００２３】カムプレート４はまた、第２回転軸３が嵌
入される内周面を有し、その内周面に第２回転軸３の雄
スプライン１３とスプライン嵌合する雌スプライン１６
を備え、両スプライン１３，１６の嵌合で第２回転軸３
と一体回転可能に結合し、かつ、軸方向に変位可能とな
っている。

【００２４】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。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。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。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１
７，１８が振り分けて設けられている。両カム溝１７，
１８それぞれは、周方向中心から周方向両側へ向けて深
さが浅くなるすり鉢状斜面に形成されている。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。ボール１９は、両カム溝１７，１
８間に転動可能に収納される。

【００２５】本実施の形態では、第２回転軸３の雄スプ
ライン１３とカムプレート４の雌スプライン１６との中
心合わせの形態に特徴を有している。以下、この特徴に
ついて図５を参照しながら説明する。

【００２６】第２回転軸３の大径軸部３ｃ内周面におけ
る複数の雄スプライン１３は、周方向に等間隔でかつイ
ンボリュート形状とされる。また、カムプレート４の外
周面における複数の雌スプライン１６も、周方向に等間
隔でかつインボリュート形状とされている。なお、これ
は両スプライン１３，１６の形状を、インボリュート形
状に限定するものではなく、他の形状でもよい。

【００２７】雄スプライン１３は、スプラインボブ盤、
転造盤、等の機械加工で形成され、また、雌スプライン
１６は、スプラインブローチ等の機械加工で形成され
る。

【００２８】この場合、第２回転軸３の外周面に関し
て、雄スプライン１３の歯先面１３ａが大径部となり、
歯底面１３ｂが小径部となる。また、カムプレート４の
内周面に関して、雌スプライン１６の歯先面１６ａが小
径部となり、歯底面１６ｂが大径部となる。

【００２９】カムプレート４における雌スプライン１６
は、前記機械加工により上記形態を得られるが、第２回
転軸３における雄スプライン１３は、前記機械加工の
後、高周波焼き入れ等の硬化処理が施され、次いで仕上
げ研磨等の研磨処理で上記形態を得てもよい。なお、こ
の硬化処理は、雌スプライン１６を機械加工だけとして
鋼材の生のままの硬さとしている一方、雄スプライン１
３を雌スプライン１６の硬さより硬くして、両スプライ
ン１３，１６どうしの良好な嵌合を得るためであり、研
磨処理は、前記嵌合の寸法精度を高めるためである。

【００３０】カムプレート４の雌スプライン１６は、機
械加工だけであるために歯底面１６ｂを高精度に形成で
きる結果、両スプライン１３，１６の嵌合精度を高くす
ることができる。

【００３１】第２回転軸３の雄スプライン１３は、前記
機械加工では歯先面１３ａを高精度に形成できるが、前
記機械加工の後に硬化処理を施すときに歪みが発生す
る。そのため、第２回転軸３の雄スプライン１３の歯先
面１３ａに対して研磨処理をしてスプライン嵌合の寸法
精度を高める。

【００３２】この場合の研磨処理では、第２回転軸３の
雄スプライン１３の歯先面１３ａつまり第２回転軸３の
外周面に関する大径部が、カムプレート４の雌スプライ
ン１６の歯底面１６ｂつまりカムプレート４の内周面に
関する大径部に、当接するような大径合わせの形態でも
って組み付けられるように行われる。

【００３３】この大径合わせの形態により本実施形態で
は第２回転軸３に対してカムプレート４を組み込むのみ
で両スプライン１３，１６の嵌合部分における軸心合わ
せを高精度で行うことが容易に可能となり、カムプレー
ト４と第２回転軸３とを、ガタつきなく高精度に結合さ
せて第１回転軸２から第２回転軸３に動力を高効率で伝
達させることができる。

【００３４】この場合、カムプレート４においては、可
動接触面４ａや雌スプライン１６における摩耗の進行を
抑制するために、浸炭焼き入れを施して、その表面硬度
を高くしてもよいが、前記焼き入れに際しての高温処理
過程でカムプレート４が熱変形し得る。カムプレート４
が熱変形すると、カムプレート４の雌スプライン１６と
第２回転軸３の雄スプライン１３のスプライン嵌合がき
つくなりカムプレート４の軸方向移動の不良の原因や、
両スプライン１３，１６の組みつけ不良が発生すること
がある。

【００３５】これを防止するために、カムプレート４を
上述のように生の鋼材のままとする。この場合、第２回
転軸３も焼き入れをせず、生の鋼材のままとした組み合
わせとしてもよい。また、カムプレート４を焼き入れせ
ず生の鋼材のままとし、第２回転軸３を焼き入れした鋼
材とした組み合わせでもよい。こうすると、前記大径合
わせの管理が容易となって好ましい。

【００３６】詳しく説明すると、上述の加工形態の場
合、従来の熱硬化処理のような変形が両スプラインにお
いて発生しなくて済むから、スプライン嵌合状態を良好
に保つことが可能となる。さらに、両スプラインの嵌合
部分は、第１回転体から第２回転体への動力伝達トルク
が小さい箇所であるから、両スプラインの歯面どうしの
接触面圧が低く摩耗も小さく抑制されるので、上記加工
形態であっても、十分に実用可能となる。

【００３７】なお、カムプレート４や第２回転軸３を共
に生の鋼材の硬さのままとする場合、それらの硬度をロ
ックウェル硬さ（ＨＲＣ）で１６〜３０の範囲に規定す
るのが好ましい。ただ、第２回転軸３についてはこれを
焼き入れする場合、その硬度をロックウェル硬さ（ＨＲ
Ｃ）で５２〜６４の範囲に規定するのが好ましい。この
ような硬度関係にすると、両スプライン１３，１６の嵌
合状態をより良好にすることができ、かつスプライン強
度を確保できて好ましい。

【００３８】なお、クラッチ装置Ａの組みつけ手順の概
要を説明する。

【００３９】第２回転軸３に転がり軸受６を圧入し、止
め輪で固定する。クラッチハウジング１にカムプレート
４とスプリングコイル５とを挿入する。転がり軸受６を
圧入した第２回転軸３をクラッチハウジング１に挿入
し、止め輪で固定する。その後、カムプレート４のカム
溝１８にボール１９を配置する。第１回転軸２のカム溝
１７とカムプレート４のカム溝１８との間にボール１９
を挟んだ状態で第２回転軸３に挿入し、止め輪で固定す
ることでクラッチ装置Ａの組みつけが完了する。

【００４０】次に、クラッチ装置Ａの動作について説明
する。

【００４１】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、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１９は、カム溝
１７，１８の軸方向最深の周方向中心１７ａ０，１８ａ
０間に位置している。

【００４２】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１７ａ２、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１７
ａ２は周方向他方へ向けて、また他方のすり鉢状斜面１
８ａ２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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】なお、本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。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によると、両スプラ
インの中心合わせを、前記雄スプラインの歯先面を前記
雌スプラインの歯底面に当接させた大径合わせの形態と
したから、両スプラインの歯面の加工精度をアップさせ
る必要なく両スプラインの嵌合がたを小さく抑制でき、
結果として、歯面の高精度の研削が不要となり加工コス
トを低減することができる。また、この場合、両スプラ
インの中心合わせの形態を、歯面そのものの摩耗とは直
接には無関係としているから、長期にわたり使用して
も、スプライン嵌合が緩んだりきつくなったりすること
が抑制され、長期にわたってクラッチ性能を発揮するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る動力非伝達状態にあ
るクラッチ装置の側面断面図

【図２】本発明の実施形態１に係る動力伝達状態にある
クラッチ装置の側面断面図

【図３】図１の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１の（５）−（５）線に沿う矢視図

【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 ５ スプリングバネ ７ ボールカム機構 １３ 第２回転軸の雄スプライン １６ カムプレートの雌スプライン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面に軸方向の雄スプラインを有した回
   転体と、 内周面に前記雄スプラインと嵌合する軸方向の雌スプラ
   インを備えるとともに、外周面にテーパ形状の可動接触
   面を備えかつ前記回転体の外周に軸方向変位可能にスプ
   ライン嵌合される可動摩擦環体と、 内周面に前記可動接触面に対して接離されるテーパ形状
   の固定接触面を備えかつ前記可動摩擦環体の外周に固定
   配置されて可動摩擦環体の軸方向変位動作に応じて前記
   両接触面を接触状態または離隔状態とする固定摩擦環体
   とを含み、 前記両スプラインの中心合わせを、前記雄スプラインの
   歯先面を前記雌スプラインの歯底面に当接させた大径合
   わせ形態とする、ことを特徴とするクラッチ装置。
2. 【請求項２】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
   非回転状態として駆動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変位可能に対向配設され、外
   周面に軸方向一方に拡径する可動接触面を有する可動摩
   擦環体と、 内周面に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
   環体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環体と、 第１回転体に回転動力が入力されたときに可動摩擦環体
   を固定摩擦環体から離隔させて第１回転体と可動摩擦環
   体と第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環体の可動接触面を固定摩擦環体の
   固定接触面に圧接させて第２回転体と可動摩擦環体と固
   定摩擦環体との三者を一体にして従動回転体を非回転状
   態にするボールカム機構と、 を含み、 前記可動摩擦環体の内周面と前記第２回転体の外周面そ
   れぞれに軸方向のスプラインを設け、前記両スプライン
   の嵌合で可動摩擦環体と第２回転体との結合を行う構成
   とするとともに、前記両スプラインの中心合わせを、前
   記可動摩擦環体側のスプラインの歯先面を前記第２回転
   体側スプラインの歯底面に当接させた大径合わせ形態と
   する、ことを特徴とするクラッチ装置。
3. 【請求項３】請求項１または２のクラッチ装置におい
   て、 前記可動摩擦環体側スプラインを機械加工で形成する一
   方、前記第２回転体側スプラインを機械加工、硬化処
   理、研磨処理で形成している、ことを特徴とするクラッ
   チ装置。