JP2002031162A - 電磁式ローラクラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁式ローラクラッチにおける係合トルクを
低減する。 【解決手段】 外輪２Ａの内周面を多角形のカム面７Ａ
とし、出力軸の外周面４ａｓとの間で楔状空間を形成す
る。この楔状空間に保持器８によってローラ１０を保持
する。電磁力の作用によって保持器８を回動させ、ロー
ラ１０を非係合位置ＰＤから係合位置ＰＣに移動させる
ことによって、外輪と出力軸とを係合させることができ
る。ローラ１０にかかる遠心力が、この移動に対する抵
抗となる。かかる構成の電磁式ローラクラッチにおい
て、カム面７Ａの断面形状は、ローラ数の２倍の頂点を
有する正多角形とする。こうすることにより、カム面７
Ａの各辺と半径との間のカム面角度βを小さくすること
ができ、遠心力による抵抗成分の低減、保持器による係
合トルクの低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁力の作用により
係合子としてのローラの位置を制御し、２つの回転軸間
の動力伝達状態を切り替える電磁式ローラクラッチに関
する。

【０００２】

【従来の技術】２つの回転軸の結合および切り離しを電
磁的に制御し、かつ比較的大きな動力の伝達が可能な機
構として、電磁式ローラクラッチが知られている。電磁
式ローラクラッチとは、係合子としてローラを用い、電
磁力の作用でローラの位置を制御することで２つの回転
軸を断続する機構である。一例として、特開平１０−５
３０４４記載の回転伝達装置が知られている。従来技術
として、この回転伝達装置の概略構成を説明する。

【０００３】図１２は従来技術としての回転伝達装置１
の回転軸に沿った面内の断面図である。図１３は回転伝
達装置１のＡ−Ａ断面図である。図１４は回転伝達装置
１のＢ−Ｂ断面図である。特開平１０−５３０４４に記
載の装置を示した。

【０００４】回転伝達装置１は、外輪２と出力軸４ａと
を切断・結合する２方向クラッチである。図１３に示す
通り、外輪２の内面は、正八角形の断面形状を成してい
る。正八角形の各辺が８つのカム面となる。出力軸４ａ
は円形断面である。カム面は、出力軸４の外周面との間
で周方向の両側が狭幅になる８つの楔状空間を形成す
る。

【０００５】外輪２と出力軸４ａとの間には環状の保持
器８が設けられている。保持器８には周方向に８つのポ
ケット９が形成され、各ポケット９に係合子としてのロ
ーラ１０が組込まれている（図１３参照）。保持器８は
周方向に回動可能になっており、それに伴ってローラ１
０の位置も周方向に移動する。ローラ１０と外輪２また
は出力軸４ａとの間に隙間がある位置では（図１３参
照）、２つの回転軸は非係合状態となる。ローラ１０が
楔状空間の狭幅部分に移動すると外輪２と出力軸４ａと
が係合される。

【０００６】図１４に示す通り、保持器８と外輪２の両
者には切り欠き１１ａ、１２ａが設けられており、ここ
にスイッチバネ１３が組み付けられている。スイッチバ
ネ１３は、外力が作用していない時にローラ１０が非係
合位置になるよう保持器８を付勢している。スイッチバ
ネ１３の作用により、外輪２と保持器８は一体的に回転
する。

【０００７】保持器８の軸方向には、環状のアマチュア
２１、ロータ１８が設けられている。アマチュア２１
は、保持器８と相対回転不能で軸方向への移動はできる
よう、アマチュア２１に設けられた突起に遊嵌されてい
る。ロータ１８は、出力軸４ａと相対回転不能に嵌合さ
れている。ロータ１８を挟んで保持器８に対向する側に
は、コイル１６が巻回されたフィールドコア１７が設け
られている。フィールドコア１７は固定されている。

【０００８】コイル１６に通電していない状態では、ア
マチュア２１とロータ１８の間には隙間ｂが存在し、両
者はそれぞれ外輪２、出力軸４ａと一体的に回転する。
コイル１６に通電すると、ロータ１８にアマチュア２１
が吸着して両者間に摩擦力が生じ、保持器８は外輪２と
出力軸４ａとの相対的な回転数差に伴って回動する。こ
の結果、保持器８はスイッチバネ１３の弾性力に抗じ
て、ローラ１０を係合位置に移動させ、外輪２と出力軸
４ａとが係合する。なお、ここでは、説明の便宜上、外
輪２を動力の入力側、出力軸４ａを動力の出力側として
いるが、出力軸４ａから外輪２に動力を伝達すること
も、もちろん可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示す通り、ク
ラッチが非係合状態にあるとき、遠心力Ｆの作用によっ
てローラ１０は外輪２の内面に押しつけられる。非係合
時の回転中心とローラ１０との半径ｒは、係合時よりも
大きい。クラッチを係合するためには、スイッチバネの
弾性力のみならず、遠心力Ｆにも抗ってローラ１０を周
方向に移動させる必要がある。回転中におけるローラ１
０の位置エネルギは、非係合時よりも係合時の方が大き
くなるから、係合動作には、少なくとも両者の差分に相
当する電力の供給が要求される。従来、この移動を可能
にする十分な大きさの摩擦トルクを保持器８に付加する
ためには、コイル１６およびアマチュア２１の大型化、
係合時の電力増が要求されていた。遠心力Ｆは、回転数
の自乗で大きくなるから、クラッチが用いられる回転数
が高くなる程、装置のサイズ、消費電力に与える影響は
極端に大きくなっていた。

【００１０】クラッチはサイズに対する要求が厳しいの
が通常であり、コイル１６およびアマチュア２１の十分
な大型化は図れないことが多い。一方、サイズに対する
制約を厳守すれば、保持器８への摩擦力が不十分とな
り、クラッチの係合動作の不安定化を招くこともある。

【００１１】本発明は、かかる課題を解決するためにな
され、非係合時にローラと外輪とが一体的に回転する構
成の電磁式ローラクラッチにおいて、係合動作に要求さ
れる電磁力を低減する技術を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、本発明では、第１回転軸と第
２回転軸の結合および切り離しを電磁力の作用によって
行う電磁式ローラクラッチにおける第１の構成として、
前記第２回転軸の外周側に同心円状に配置されて前記第
１回転軸に結合され、広間隔部と狭間隔部を有する複数
の楔状空間を前記第２回転軸の外周面との間で形成する
外輪と、前記楔状空間内にそれぞれ設けられた複数のロ
ーラと、前記外輪に対し所定範囲で回動可能に設けら
れ、非係合時には前記広間隔部に前記ローラを保持し、
係合時には前記狭間隔部に前記ローラを保持する保持器
と、前記保持器と相対的に回動不能、かつ軸方向に移動
可能に設けられたアマチュアと、前記アマチュアと対向
する位置で前記第２回転軸に結合された摩擦係合器と、
前記摩擦係合器側に吸引するよう、前記アマチュアに電
磁力を作用させる電磁石とを備えるものとし、前記外輪
の内周面は、前記回転軸に直交する面内において、非係
合時に外輪に接した位置で隣り合ったローラ同士を結ぶ
外接線よりも外側に凸の領域がある断面形状を有するも
のとした。狭間隔部が広間隔部の一方向に設けられてい
れば、該方向に対応した回転時にのみトルク伝達する機
構となる。狭間隔部が広間隔部の両端に設けられていれ
ば、正逆いずれの回転方向でもトルクを伝達することが
できる機構となる。

【００１３】本発明の作用を説明するに先立ち、本発明
者は、非係合時にローラと外輪とが一体的に回転する構
成の電磁式ローラクラッチにおいて、係合動作に要求さ
れるトルク（以下、「係合トルク」と呼ぶ）、ひいては
電磁力が大きかった原因について解明した。図１は遠心
力による係合トルクへの影響を示す説明図である。図１
２〜図１４で説明したのと同型のクラッチについて、ロ
ーラ１０の近傍を拡大して示した。ここで、外輪２の内
周面は、正多角形のカム面７を成しており、出力軸の外
周面４ａｓとの間で楔状空間を形成している。半径に直
交する方向とカムの各辺とがなす角度βを以下、カム面
角度と呼ぶものとする。非係合時には、ローラ１０は図
中の位置ＰＤにあり、遠心力Ｆによってカム面７に押し
つけられている。係合時には、ローラ１０が位置ＰＣに
移動することによって、両回転軸間にかみ込む。この間
にローラ１０は、周方向に動作角度αだけ移動する。

【００１４】ローラ１０の移動は、カム面７に沿って行
われる。遠心力Ｆをカム面７に垂直な成分Ｆ１と平行な
成分Ｆ２に分けると、平行成分Ｆ２は移動に対する抵抗
力となる。また、垂直成分Ｆ１は、カム面７とローラ１
０との間の摩擦力Ｆ１ｆを生じさせる。これらの合力が
遠心力によって各ローラに作用する抵抗力Ｆｒとなり、
その大きさは、次式で表される。 Ｆ１＝Ｆ×ｃｏｓβ； Ｆ２＝Ｆ×ｓｉｎβ； Ｆｒ＝μＦ１＋Ｆ２＝Ｆ×（μ・ｃｏｓβ＋ｓｉｎ
β）； 但し、μは、ローラ１０とカム面７との間の摩擦係数

【００１５】保持器８は、係合トルクとして、抵抗力Ｆ
ｒに逆らうトルクをローラ１０に作用させる。ローラ１
０と保持器８とが接触する部分の半径をＲ、ローラの数
をｎとすると、係合トルクＴは、次式で与えられる。 Ｔ＝ｎ×Ｆｒ×Ｒ／ｃｏｓβ＝ｎ×Ｆ×Ｒ（μ＋ｔａｎβ）； ・・・（１ ） 厳密には、半径Ｒはローラ１０の位置によって変動する
が、動作角度αは微小であり、半径Ｒは一定値として扱
っても差し支えない。

【００１６】本発明者が解析した上式（１）から明らか
な通り、係合トルクＴは、カム面角度β（０≦β＜９０
度）の単調増加関数である。従って、カム面角度を浅く
する程、係合トルクを小さくすることができる。

【００１７】本発明は、かかる原理に基づいてなされた
ものである。非係合時の位置で隣り合ったローラ同士を
結ぶ外接線よりも外側に凸の領域があるようにカム面７
の断面形状を設定することにより、カム面角度βを低減
することができ、係合トルクを低減することができる。
外側に凸の領域は、非係合位置から係合位置までのロー
ラの可動範囲に設けられていることを要する。

【００１８】かかる条件を満たす内周面形状は、例え
ば、内周面を多角形断面とし、その辺の数が前記ローラ
数のｎ倍（ｎは２以上の自然数）とすることにより実現
される。ローラとローラの間に少なくとも一つの頂点を
有する多角形断面形状ということもできる。断面形状
は、曲線を含んでも構わないことはいうまでもない。

【００１９】本発明では、第２の構成として、外輪の内
周面の前記回転軸に直交する断面形状を次の形状とし
た。即ち、前記楔状空間として、非係合時における前記
ローラとの接点と、係合時における前記ローラとの接点
とを結んだ直線よりも外側に凸の部分を有する空間を形
成する形状とした。ローラの可動範囲でカム面角度が変
動する構成である。非係合位置でのカム面角度が係合位
置でのカム面角度よりも小さい場合に相当する。かかる
構成では、ローラの移動につれて係合トルクが変化し、
非係合位置では係合トルクが小さく、係合位置では大き
くなる。従って、係合時のローラの初動トルクを小さく
できる。電磁式ローラクラッチでは、電磁コイルへの通
電により保持器に係合トルクを作用させるが、電圧の印
加から電磁力の発生まではインダクタンスの影響により
時間遅れが生じることがある。第２の構成では、初動ト
ルクが小さいため、十分な電磁力が発生しない初期段階
でも、ローラの移動を開始でき、係合動作を速やかに行
うことができる。

【００２０】第２の構成においては、さらに非係合時の
ローラとの接点における接線が、該接点と前記回転軸中
心とを結ぶ径にほぼ直交する形状とすることができる。
こうすれば、初動時のトルクを最小限に抑制することが
できる。

【００２１】また、断面形状は、前記凸の部分が曲線で
あるものとしてもよい。こうすれば、ローラを滑らかに
移動させることができる。

【００２２】第１および第２の構成では、外輪の内周面
形状の変更により、先に説明した課題を解決した。本発
明は、電磁式ローラクラッチにおける同一の課題を解決
する第３の構成として、前記第２回転軸の外周側に同心
円状に配置されて前記第１回転軸に結合され、広間隔部
と狭間隔部を有する複数の楔状空間を前記第２回転軸の
外周面との間で形成する外輪と、前記第１空隙内に設け
られ、該空隙の最も狭い間隔より大きく、最も広い間隔
よりも小さい直径の第１ローラと、前記第２空隙内に設
けられ、該空隙の最も狭い間隔よりも小さい径の第２ロ
ーラと、前記外輪に対し所定範囲で回動可能に設けら
れ、非係合時には前記第１ローラを前記広間隔部、前記
第２ローラを前記狭間隔部に保持し、係合時には前記第
１ローラおよび第２ローラを、それぞれ第１空隙および
第２空隙の一端側の所定位置に保持する保持器と、前記
保持器と相対的に回動不能、かつ軸方向に移動可能に設
けられたアマチュアと、前記アマチュアと対向する位置
で前記第２回転軸に結合された摩擦係合器と、前記摩擦
係合器側に吸引するよう、前記アマチュアに電磁力を作
用させる電磁石とを備えるものとした。第１空隙は、先
に説明した擬楔状空間に相当する。第１空隙を広間隔部
から両端に向けて末狭まりとし、第２空隙を狭間隔部か
ら両端に向けて末広がりとすれば正逆いずれの方向にも
トルクを伝達可能となる。

【００２３】第３の構成によれば、保持器の回動によっ
て、第１ローラが係合位置に移動させられるとともに、
第２ローラが末広がりの端部に移動させられる。第１ロ
ーラについては、先に図１で示した通り、遠心力が抵抗
として作用する。第２ローラについては、これと逆の作
用により、遠心力が推進力として作用する。従って、第
１ローラと第２ローラとを連動して動かすことにより、
第１ローラに働く抵抗の少なくとも一部を第２ローラの
推進力で相殺することができる。この結果、係合トルク
の低減を図ることができる。

【００２４】第３の構成においては、回転軸に直交する
面内における前記外輪の断面形状、即ちカム面を、非係
合時の前記第２ローラとの接点における接線と前記回転
中心から該接点への径とがほぼ直交する形状としてもよ
い。例えば、回転軸に直交する面内における前記外輪の
断面形状を、非係合時の前記第２ローラとの接点近傍で
内側に凸の形状としてもよい。こうすれば初動時に第２
ローラに作用する推進力を抑制でき、わずかなトルクで
第１ローラが係合してしまうという不安定な動作を回避
できる。

【００２５】また、上記形状には、次に示す通り、遠心
力による抵抗が第２ローラに作用するのを回避できる利
点もある。移動時に第２ローラに推進力が作用するため
には、第２ローラの径方向位置が単調増加する必要があ
るが、非係合位置となる狭間隔部では、保持器と第２ロ
ーラの遊びや加工精度などに起因してこの条件が満足さ
れない場合がある。特に、狭間隔部から双方向に末広が
りになっているカム面では、非係合時に第２ローラが狭
間隔部からいずれかにずれて保持されると、こうした状
況に陥いることがある。上述の形状とすれば、非係合位
置近傍での第２ローラの径方向位置の変化を抑制するこ
とができるため、非係合時に第２ローラが狭間隔部に適
正に保持されなかったとしても、第２ローラに作用する
抵抗力を抑制することができる。

【００２６】第３の構成において、第１ローラを非係合
位置に保持する方向に前記保持器を付勢する弾性部材を
備える場合には、前記内周面の形状および前記第１ロー
ラおよび第２ローラの質量は、前記保持器の回動中に伴
う、前記弾性部材による弾性トルクの増加分、前記第１
ローラに作用する遠心力の変化に伴うトルクの減少分、
前記第２ローラに作用する遠心力の変化に伴うトルクの
増加分の三者が実質的に相殺し合う条件下で設定しても
よい。こうすれば、ローラの移動開始から係合までに要
求されるトルクがほぼ一定となるため、ローラが移動し
始めた後、係合トルク不足が生じることを回避でき、係
合動作を安定させることができる。

【００２７】なお、本発明では、ローラに作用する遠心
力による係合動作への悪影響を軽減するものであるか
ら、第１〜第３の構成においては、ローラを中空ローラ
としたり、セラミックス製その他の軽量材料のローラと
して、軽量化を図ることが望ましい。この場合、係合時
にはローラにトルク伝達に伴う圧力が加わるから、ロー
ラの材質および肉厚は、この圧力による損傷を招かない
範囲で設定する必要がある。

【００２８】本発明は、電磁式ローラクラッチとしての
態様のみならず、その設計方法として構成することもで
きる。一例として、（ａ） 該電磁式ローラクラッチの
動作を保証すべき最大回転速度において、前記各ローラ
にかかる遠心力の合計Ｆを算出する工程と、（ｂ） 前
記保持器に付与し得る最大トルクＴを求める工程と、
（ｃ） 非係合時における前記内周面への前記ローラの
接点における接線と、前記内周面の外接円の該接点にお
ける接線との間の角度βの上限値β_LIMを、前記回転中
心からローラ中心までの距離Ｒ、ローラ数ｎ、前記ロー
ラと内周面との摩擦係数μを用いた次式により算出する
工程と、 β_LIM＝ｔａｎ^-1｛Ｔ／（ｎ・Ｆ・Ｒ）−μ｝； （ｄ） 前記角度βが前記β_LIM以下となる条件下で、
前記内周面の断面形状を設計する工程とを備える電磁式
ローラクラッチの設計方法として構成することができ
る。これは、従来とは逆のアプローチによる設計方法で
ある。従来は、伝達すべきトルクの大きさを考慮してロ
ーラ数を決め、各ローラが頂点に来る正多角形断面にカ
ム面を設計し、十分な係合トルクを作用させることがで
きるよう、保持器に付与すべきトルクＴ、即ち電磁石の
サイズ等を設計していた。かかるアプローチでは、全体
のサイズや消費電力を所望の範囲に収めるために、ある
程度の試行錯誤が必要であった。これに対し、本発明の
方法によれば、遠心力Ｆの影響を考慮して、カム面角度
の上限値を求めるため、サイズや電力等に対する要求を
満たしつつ、安定して係合動作を行うことができるクラ
ッチを容易に設計することができる。

【００２９】本発明は、こうした設計方法を実現するた
めのコンピュータプログラム、該プログラムと同視し得
る種々の信号形態、コンピュータプログラムをコンピュ
ータ読みとり可能に記録した記録媒体として構成するこ
ともできる。記録媒体としては、フレキシブルディスク
やＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭ
カートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が
印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡ
ＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等、コン
ピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。ま
た、こうしたコンピュータプログラムをインストールし
たコンピュータシステムにより、電磁式ローラクラッチ
の設計システムの態様で構成してもよい。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下の項目に分けて説明する。 Ａ．第１実施例： Ａ１．基本構成： Ａ２．設計方法： Ａ３．カム面形状： Ｂ．第２実施例： Ｃ．第３実施例： Ｄ．第３実施例の変形例： Ｅ．第４実施例：

【００３１】Ａ．第１実施例： Ａ１．基本構成：本実施例における電磁式ローラクラッ
チの基本的な構成は、先に図１２〜図１４を用いて説明
した従来技術と同様である。即ち、電磁式ローラクラッ
チは、外輪２と出力軸４ａとを切断・結合する２方向ク
ラッチとして構成されている。外輪２の内面と出力軸４
ａとの間に形成された楔状空間に組み込まれたローラ１
０が保持器８の回動に伴って周方向に移動することによ
って、両回転軸、即ち外輪２と出力軸４ａとが係合され
る。なお、説明の便宜上、用語の混乱を回避するために
出力軸４ａという名称を用いるが、出力軸４ａから外輪
２への動力伝達も可能である。

【００３２】保持器８は外輪２と一体的に回転しつつ、
スイッチバネ１３（図１４参照）の弾性力によってロー
ラ１０を非係合位置に保持する。コイル１６に通電さ
れ、保持器８とロータ１８が電磁力によって吸着される
と、両者間に摩擦力が生じる。この摩擦力がある程度大
きくなると、保持器８はスイッチバネ１３の弾性力に抗
じてローラ１０を係合位置に移動させる。この結果、外
輪２と出力軸４ａとが係合する。

【００３３】本実施例の電磁式クラッチは、こうした基
本構成及び動作では従来技術と共通するが、外輪２の内
周面形状、即ちカム面形状が以下に説明する通り相違す
る。

【００３４】Ａ２．設計方法：図２は電磁式ローラクラ
ッチの設計方法を示す工程図である。最初に設計ポイン
トとして、クラッチが運用される最大回転数、係合トル
クが設定される（ステップＳ１０）。係合トルクとは、
ローラを係合位置に移動させるために、電磁力によって
保持器８に加え得る最大トルクをいう。この値は、サイ
ズ、消費電力などの要求を考慮して設定される。なお、
これらの値は、設計ポイントであるから、実用範囲に対
し、ある程度の設計余裕を見込んで設定することができ
る。設計ポイントは、必要に応じて更に多くの項目を設
定可能であることは言うまでもない。

【００３５】次に、設計ポイントに従って、カム面の限
界角度が算出される（ステップＳ１２）。カム面の限界
角度とは、先に図１を用いて説明したカム角度βの最大
値である。限界角度β_LIM（ｒａｄ）は、先に示した式
（１）を解くことによって次式で得られる。 β_LIM＝ｔａｎ^-1｛Ｔ／（Ｆ・Ｒ）−μ｝； ここで、Ｆは、最大回転数において各ローラにかかる遠
心力（Ｎ）；Ｔは、ステップＳ１０で設定された係合ト
ルク（Ｎ・ｍ）；Ｒは、クラッチの回転中心から保持器
８とローラ１０の接点までの距離（ｍ）；μは、ローラ
１０と外輪２の内周面との摩擦係数；

【００３６】こうして得られた限界角度を満たすように
カム面の形状が設計される（ステップＳ１４）。カム面
の形状は、正多角形の他、曲面を含む形状など種々設定
可能である。

【００３７】Ａ３．カム面形状：上述の設計方法に準じ
て実現されるカム面形状を例示する。図３はカム面形状
を示す断面拡大図である。第１実施例の電磁式ローラク
ラッチ１Ａについて、クラッチの回転軸に直交する断面
内において、ローラ１０の近傍を拡大して示した。第１
実施例の外輪２Ａは、その内周面、即ちカム面７Ａが、
正多角形の断面形状をなしている。ローラ数をｎとする
と、カム面７Ａは２ｎ角形となっている。カム面７Ａと
出力軸の外周面４ａｓとの間には、２ｎ個の楔状空間が
形成され、ローラ１０は、１個おきに組み込まれる。図
３には、ローラ数が１０個でカム面が正２０角形の場合
を例示した。

【００３８】従来のカム面との差違を説明する。従来
は、ローラ１０が各頂点に位置するようにカム面形状が
設定されていた。これは、ローラ同士を結ぶ外接線（図
中の破線ＴＬ）で構成される形状に相当する。本実施例
のカム面形状は、ローラ数の２倍の頂点を有するため、
ローラ同士を結ぶ外接線ＴＬよりも外側に凸の領域ＴＡ
を有することになる。このように設定することにより、
カム面７Ａのカム面角度βを小さくすることができる。
カム面角度βが小さいとはいえ、外周面４ａｓとカム面
７Ａとの間では、楔状空間が形成されているから、ロー
ラ１０を非係合位置ＰＤから係合位置ＰＣに移動させる
ことによって、外輪２と出力軸とを係合させることがで
きる。

【００３９】本実施例の電磁式ローラクラッチ１Ａによ
れば、カム面角度βを非常に浅くすることにより係合ト
ルクを抑制することができる。図４は係合トルクの抑制
効果を示すグラフである。クラッチの回転数と係合トル
クとの関係を示した。曲線Ｃ１５はカム面角度が１５度
の場合の係合トルクを示す。外接線ＴＬでカム面形状を
構成した場合に相当する。曲線Ｃ８はカム面角度が８度
の場合の係合トルクを示す。本実施例のカム面形状に対
応する。図示する通り、カム面角度が浅くなることによ
り、係合トルクが約４５％低減する。このように係合ト
ルクが低減することにより、本実施例の電磁式ローラク
ラッチは、係合動作の安定化、消費電力の抑制、装置サ
イズの低減を図ることができる。

【００４０】先に説明した通り、電磁式ローラクラッチ
１Ａの係合トルクには、ローラ１０に働く遠心力が影響
を与える。本実施例では、遠心力自体を低減させるた
め、ローラの軽量化を図ることも望ましい。図４中に
は、軽量化による係合トルクへの影響を併せて示した。
曲線ＣＬ８は、カム面角度が８度の状態で、ローラの重
量を３０％軽減した場合の係合トルクを示している。こ
の軽量化により、さらに約１６％の係合トルク低減を図
ることができる。軽量化は、ローラ１０をセラミックス
等の軽量材料で形成したり、ローラ１０を中空にするな
どの方法で実現することができる。係合時には外輪２と
出力軸４ａとの間の伝達トルクに応じた圧力（以下、
「係合面圧」と呼ぶ）がローラ１０に作用する。従っ
て、材質および肉厚は、係合面圧によってローラ１０が
損傷を受けない範囲で適宜設定する必要がある。

【００４１】本実施例の電磁式ローラクラッチによれ
ば、係合面圧の低減による装置の小型化という効果も生
ずる。一般に係合面圧は、カム面角度βの減少に伴って
低減することが知られている。本実施例では、カム面角
度βを小さく設定できるから、ローラ１０のより一層の
軽量化、小型化を図ることが可能となる。これは、ロー
ラ１０に作用する遠心力の低減につながるため、係合ト
ルクの更なる低減、コイル１６の小型化につながる。

【００４２】第１実施例では、ローラ数ｎに対し２ｎ角
形のカム面形状を例示した。カム面形状は、これに限ら
ずｍ×ｎ角形（ｍは２以上の自然数）として構成するこ
とが可能である。また、質量分布の軸対称性が維持でき
る範囲で、カム面形状は正多角形に限らず、ローラ数ｎ
に対し（ｎ＋１）角形を適用してもよい。図２で説明し
たカム面限界角度の要件を満足する形状であれば、曲線
を含む断面形状であっても構わない。

【００４３】第１実施例では、図２で説明したカム面限
界角度の要件を比較的容易に満足できるカム面形状とし
て２ｎ角形の断面形状を例示した。このカム面形状は、
必ずしも図２の設計工程を経て設定される必要はない。
結果的にカム面限界角度の要求を満足すればよい。

【００４４】Ｂ．第２実施例：第１実施例で説明した設
計方法（図２参照）に従って設計されたカム面形状につ
いて更に例示する。図５は第２実施例のカム面形状を示
す断面拡大図である。第２実施例の電磁式ローラクラッ
チ１Ｂの構成は、外輪２Ｂを除いて図１２〜図１４で示
した従来技術と同じである。第２実施例は、カム面７Ｂ
が曲線を含む断面形状となっている点で従来技術および
第１実施例と相違する。

【００４５】図５の下段には、ローラの近傍を更に拡大
した断面図を示した。第２実施例のカム面７Ｂは、ロー
ラ１０の可動範囲で断面形状が外側に凸の円弧状の曲線
となっている。このカム面形状は、非係合時におけるロ
ーラ１０と外輪２Ｂとの接点Ｐｔｄと、係合時における
接点Ｐｔｃとを結んだ直線よりも外側に凸の部分を有す
る形状ともいえる。このカム面７Ｂは、第１実施例と同
様、出力軸４ａとの間で楔状空間を形成する。カム面角
度βはローラ１０の可動範囲で変動する。つまり、ロー
ラ１０が非係合位置ＰＤにある場合には０度、係合位置
ＰＣにある場合にはβ１度となっている。係合位置にお
けるカム面角度β１は、カム面限界角度β_LIMよりも浅
く設定されている。

【００４６】第２実施例の電磁式ローラクラッチ１Ｂに
よれば、非係合位置ＰＤにおけるカム面角度が非常に浅
いため、係合の初期にローラ１０に加えられるべき初動
トルクを低減することができる。この結果、以下に示す
作用により、クラッチを速やかに係合させることができ
る。

【００４７】図６はコイル１６への電圧指令値と電流と
の関係を示す説明図である。時刻ｔ１においコイル１６
への電圧印加が開始されたとする。インダクタンスの影
響により、コイル１６には、電圧の印加から徐々に電流
が増え、時刻ｔ２に至った後、印加された電圧に応じた
電流が流れる。電流値は、コイル１６により生じる電磁
力に比例する。従って、電磁力も電圧印加直後は低く、
所定時間経過した後に所望の値に達する。

【００４８】第２実施例の構成によれば、初動トルクが
小さいため、電圧印加直後の比較的小さな電磁力でロー
ラ１０の移動を開始することができる。かかる作用によ
り、第２実施例では、電圧の印加からクラッチの係合ま
での時間を短縮することができる。

【００４９】第２実施例では、非係合位置ＰＤでのカム
面角度が０となるカム面形状を例示した。カム面角度が
非係合位置ＰＤでは小さく、係合位置ＰＣに近づくにつ
れて大きくなる種々のカム面形状を適用可能である。ま
た、カム面形状は、ローラ１０の可動範囲で曲線となっ
ている必要もない。

【００５０】第２実施例においても、係合位置における
カム面角度は、カム面限界角度の要求を満たす程度に小
さく設定されるから、第１実施例と同様、ローラ１０へ
の面圧を低減することができ、装置の小型化を図ること
ができる。また、遠心力による影響を更に低減させるた
め、第１実施例と同様、ローラ１０の軽量化を図ること
も好適である。

【００５１】Ｃ．第３実施例：係合トルクの低減は、カ
ム面形状のみならず、遠心力による影響を低減するため
のダミーローラを用いることによっても実現できる。第
３実施例では、かかる構成を例示する。

【００５２】図７は第３実施例における電磁式ローラク
ラッチ１Ｃの断面拡大図である。回転軸に直交する断面
においてローラの近傍を拡大して示した。電磁式ローラ
クラッチ１Ｃも、基本的な構成は、図１２〜図１４で示
した従来技術と同じである。第３実施例では、ローラ、
保持器、外輪の構成が従来技術と相違する。

【００５３】図示する通り、外輪２Ｃのカム面は出力軸
４ａとの間で、広間隔部の両端に狭間隔部を備える末狭
まりの第１空間と、その逆の末広がりの第２空間とを交
互に形成する。末狭まりとは、回転軸の回転方向（例え
ば図中の矢印方向）に沿って間隔が狭まっていることを
いい、末広がりとはその逆をいう。末狭まりの空間は、
楔状空間と同義である。

【００５４】第１空間、第２空間には、ローラ１０ｃ、
１０ｄが組み込まれている。保持器８Ｃは、両者を共に
保持するよう構成されている。ローラ１０ｃの径は、第
１空間の広間隔部の間隔よりも小さく、狭間隔部の間隔
よりも大きい。ローラ１０ｄの径は、第２空間の狭間隔
部の間隔よりも小さい。従って、ローラ１０ｃは、非係
合位置（図中実線の位置）から係合位置（破線の位置）
に移動することにより、外輪２Ｃと出力軸４ａとを係合
させる。ローラ１０ｄは、いずれの位置にあっても、外
輪２Ｃと出力軸４ａとの係合には関与しない。図から明
らかな通り、非係合位置から係合位置への移動に伴っ
て、ローラ１０ｃはクラッチの回転中心Ｏからの距離が
縮まり、ローラ１０ｄは距離が伸びる。こうした特徴に
より第３実施例の電磁式ローラクラッチは、以下の作用
を奏する。

【００５５】図８は第３実施例の電磁式ローラクラッチ
１Ｃにおける係合トルクを示す説明図である。クラッチ
の回転数と係合トルクとの関係を示した。曲線Ｃ１は、
ローラ１０ｃを係合位置に移動させるためのトルクであ
る。先に図１で示した通り、ローラ１０ｃに対しては遠
心力が抵抗として作用するから、係合トルクは正の値と
なる。遠心力が回転数の自乗で大きくなるのに伴って係
合トルクも大きくなる。

【００５６】曲線Ｃ２はローラ１０ｄを移動させるため
のトルクである。図１で示したのと逆の原理により、ロ
ーラ１０ｄについては、遠心力が移動方向への推進力と
して作用する。従って、係合トルクは負となる。

【００５７】曲線Ｃ３は保持器に付加されるべき係合ト
ルクである。保持器は曲線Ｃ１に相当する係合トルクを
ローラ１０ｃに加えるとともに、曲線Ｃ２に相当する推
進力をローラ１０ｄから受け取る。従って、保持器に付
加されるべき係合トルクは、曲線Ｃ１，Ｃ２の和に相当
する。図示する通り、両者が一部相殺することによっ
て、保持器に付加されるべき係合トルクは非常に小さく
なる。ローラ１０ｃ，１０ｄの係合トルクが十分に相殺
するよう、それぞれの重量、および第１空間、第２空間
の形状は設定される必要がある。

【００５８】以上の作用により、第３実施例の電磁式ロ
ーラクラッチは、係合トルクを低減することができる。
従って、係合動作の安定化、装置の小型化、消費電力の
低下を図ることができる。

【００５９】Ｄ．第３実施例の変形例：係合子となるロ
ーラ１０ｃと、係合トルク軽減を図るためのダミーとな
るローラ１０ｄとを備える構成において、カム面形状に
は種々の変形例が考えられる。図９は第３実施例の変形
例としてのカム面形状を示す拡大断面図である。変形例
の電磁式ローラクラッチ１Ｄの外輪２Ｄは、カム面７Ｄ
が曲線で構成されている点で第３実施例と相違する。

【００６０】ローラ１０ｃは末狭まりの第１空間、ロー
ラ１０ｄは末広がりの第２空間に保持されている点で
は、第３実施例と同様である。第１空間の断面形状は、
第２実施例（図５参照）と同様、ローラ１０ｃの可動範
囲で外側に凸の曲線で構成されている。このため、ロー
ラ１０ｃの初動トルクが低減される。第２空間の断面形
状は、逆に内側に凸の曲線で構成されている。このた
め、非係合位置からの移動初期においてローラ１０ｄに
作用する推進力は小さい。変形例では、ローラ１０ｃ，
１０ｄへの遠心力の影響が移動初期には小さく、終期に
は大きくなることで互いにバランスをとっている。

【００６１】変形例によれば、非係合時におけるローラ
１０ｄの位置のずれによる悪影響を緩和できる利点があ
る。ローラ１０ｄは非係合時に図中の実線の位置Ｐ２に
保持されるべきであるが、保持器８Ｃとの遊びや加工誤
差により、図中の一点鎖線の位置Ｐ１に保持された場合
を考える。ローラ１０ｃが係合位置に移動するにつれ
て、ローラ１０ｄは図中の破線の位置Ｐ３に移動するも
のとする。このとき、ローラ１０ｄは、位置Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３の順に移動する。位置Ｐ１→Ｐ２の移動時に
は、クラッチの回転中心からローラ１０ｄまでの距離は
縮む。この区間では、ローラ１０ｄに作用する遠心力
は、移動への抵抗力となる。第２空間のカム面角度が非
係合位置近傍で比較的大きい場合には、ローラ１０ｄの
保持位置がずれた場合に、遠心力による抵抗力が大きく
なる。これは、クラッチの係合動作の遅れを招く。初動
トルクは比較的小さいのが通常であるから、遠心力によ
る影響は特に大きく現れる。変形例の構成は、かかる悪
影響を軽減し、クラッチを速やかにかつ安定して係合さ
せることができる。

【００６２】Ｅ．第４実施例：第４実施例として、第３
実施例で例示した電磁式ローラクラッチ１Ｃと、その動
作を制御するユニットとを組み合わせたシステムを例示
する。図１０は第４実施例としてのクラッチシステムの
概略構成を示す説明図である。

【００６３】電磁式ローラクラッチ１Ｃは、第３実施例
とほぼ同じ構成である。このクラッチシステムでは、コ
イル１６への通電を制御するユニットとして、バッテリ
１０１、駆動回路１０２、制御ユニット１００を備え
る。駆動回路１０２は、バッテリ１０１を電源として、
コイル１６への通電を制御するための回路であり、トラ
ンジスタ等のスイッチング素子から構成される。制御ユ
ニット１００は、駆動回路１０２のスイッチング素子が
オンとなるデューティを制御することにより、コイル１
６に任意の電圧を印加することができる。この電圧に伴
って、コイル１６には電流が流れ、電磁式ローラクラッ
チ１Ｃに結合された２つの回転軸Ｓ１，Ｓ２間の動力伝
達が実現される。

【００６４】ここで、第４実施例に適用される電磁式ロ
ーラクラッチ１Ｃのローラ１０ｃ，１０ｄの重量につい
て説明する。図１１はローラの動作角度と係合トルクと
の関係を示す説明図である。特定の回転数での状態を示
した。動作角度は、図１に示した通り、非係合位置から
係合位置までのローラ１０ｃの移動角度をいう。

【００６５】図１１中の曲線Ｌ１は、ローラ１０ｃを移
動させるためのトルクを示している。移動につれてロー
ラ１０ｃとクラッチの回転中心との距離は縮まるから、
動作角度の増加に伴って、ローラ１０ｃの係合トルクは
減少する。厳密には、曲線状に減少するが、動作角度は
比較的小さいため、直線で近似することができる。

【００６６】曲線Ｌ２は、ローラ１０ｄを移動させるた
めのトルクを示している。ローラ１０ｃとは逆に、動作
角度の増加に伴って、ローラ１０ｄに働く推進力の絶対
値は増加する。ローラ１０ｄの係合トルクも直線で近似
することができる。曲線Ｌ３は、ローラ１０ｃ、１０ｄ
の係合トルクの和である。直線Ｌ４は、スイッチバネ１
３の弾性力によるトルク変化分である。弾性力は、動作
角度、即ち、スイッチバネ１３のたわみ量に比例して増
加する。第４実施例では、曲線Ｌ３と直線Ｌ４がほぼ相
殺するように設定されている。最初に直線Ｌ４を求め、
これとほぼ相殺するようにローラ１０ｃ，１０ｄの重量
を調整することにより実現される。こうすることによ
り、係合初期から終期までの係合トルクをほぼ一定にす
ることができる。

【００６７】この結果、第４実施例のクラッチシステム
では、クラッチを安定して係合させることができる。つ
まり、係合トルクが一定であるため、ローラ１０ｃ，１
０ｄが移動を開始した後、係合トルクの不足が生じる可
能性が低い。

【００６８】ここでは、第３実施例の電磁式ローラクラ
ッチ１Ｃを用いた場合を例示したが、その変形例の電磁
式ローラクラッチ１Ｄ（図９）を用いることもできる。
係合トルクは、動作角度に対し厳密に一定値となる必要
はなく、動作の安定化が図れる程度に変動範囲が抑制さ
れていればよい。

【００６９】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができるこ
とはいうまでもない。上述の実施例では、２つの回転軸
の結合・切り離しを行うクラッチシステムを例示した。
このクラッチシステムを２つ同心円状に配置して３つの
回転軸、即ち内軸、中間軸、外軸につき、中間軸を選択
的に内軸と外軸とに結合・切り離しする２段クラッチと
して構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】遠心力による係合トルクへの影響を示す説明図
である。

【図２】電磁式ローラクラッチの設計方法を示す工程図
である。

【図３】カム面形状を示す断面拡大図である。

【図４】係合トルクの抑制効果を示すグラフである。

【図５】第２実施例のカム面形状を示す断面拡大図であ
る。

【図６】コイル１６への電圧指令値と電流との関係を示
す説明図である。

【図７】第３実施例における電磁式ローラクラッチの断
面拡大図である。

【図８】第３実施例の電磁式ローラクラッチにおける係
合トルクを示す説明図である。

【図９】第３実施例の変形例としてのカム面形状を示す
拡大断面図である。

【図１０】第４実施例としてのクラッチシステムの概略
構成を示す説明図である。

【図１１】ローラの動作角度と係合トルクとの関係を示
す説明図である。

【図１２】従来技術としての回転伝達装置１の回転軸に
沿った面内の断面図である。

【図１３】回転伝達装置１のＡ−Ａ断面図である。

【図１４】回転伝達装置１のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１…回転伝達装置 １Ａ、１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…電磁式ローラクラッチ ２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…外輪 ４ａ…出力軸 ４ａｓ…外周面 ７、７Ａ、７Ｂ、７Ｄ…カム面 ８、８Ｃ…保持器 １０、１０ｃ，１０ｄ…ローラ １３…スイッチバネ １６…コイル １８…ロータ ２１…アマチュア １００…制御ユニット １０１…バッテリ １０２…駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永松 茂隆 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 野▲崎▼ 孝志 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内 (72)発明者 齋藤 隆英 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１回転軸と第２回転軸の結合および切
   り離しを電磁力の作用によって行う電磁式ローラクラッ
   チであって、 前記第２回転軸の外周側に同心円状に配置されて前記第
   １回転軸に結合され、広間隔部と狭間隔部を有する複数
   の楔状空間を前記第２回転軸の外周面との間で形成する
   外輪と、 前記楔状空間内にそれぞれ設けられた複数のローラと、 前記外輪に対し所定範囲で回動可能に設けられ、非係合
   時には前記広間隔部に前記ローラを保持し、係合時には
   前記狭間隔部に前記ローラを保持する保持器と、 前記保持器と相対的に回動不能、かつ軸方向に移動可能
   に設けられたアマチュアと、 前記アマチュアと対向する位置で前記第２回転軸に結合
   された摩擦係合器と、 前記摩擦係合器側に吸引するよう、前記アマチュアに電
   磁力を作用させる電磁石とを備え、 前記外輪の内周面は、前記回転軸に直交する面内におい
   て、非係合時に外輪に接した位置で隣り合ったローラ同
   士を結ぶ外接線よりも外側に凸の領域がある断面形状を
   有している電磁式ローラクラッチ。
2. 【請求項２】 前記外輪の内周面は、多角形断面をなし
   ており、その辺の数が前記ローラ数のｎ倍（ｎは２以上
   の自然数）となっている請求項１記載の電磁式ローラク
   ラッチ。
3. 【請求項３】 第１回転軸と第２回転軸の結合および切
   り離しを電磁力の作用によって行う電磁式ローラクラッ
   チであって、 前記第２回転軸の外周側に同心円状に配置されて前記第
   １回転軸に結合され、広間隔部と狭間隔部を有する複数
   の楔状空間を前記第２回転軸の外周面との間で形成する
   外輪と、 前記楔状空間内にそれぞれ設けられた複数のローラと、 前記外輪に対し所定範囲で回動可能に設けられ、非係合
   時には前記広間隔部に前記ローラを保持し、係合時には
   前記狭間隔部に前記ローラを保持する保持器と、 前記保持器と相対的に回動不能、かつ軸方向に移動可能
   に設けられたアマチュアと、 前記アマチュアと対向する位置で前記第２回転軸に結合
   された摩擦係合器と、 前記摩擦係合器側に吸引するよう、前記アマチュアに電
   磁力を作用させる電磁石とを備え、 前記外輪の内周面の前記回転軸に直交する断面形状は、
   前記楔状空間として、非係合時における前記ローラとの
   接点と、係合時における前記ローラとの接点とを結んだ
   直線よりも外側に凸の部分を有する空間を形成する形状
   である電磁式ローラクラッチ。
4. 【請求項４】 前記断面形状は、さらに非係合時のロー
   ラとの接点における接線が、該接点と前記回転軸中心と
   を結ぶ径にほぼ直交する形状である請求項３記載の電磁
   式ローラクラッチ。
5. 【請求項５】 前記断面形状は、前記凸の部分が曲線で
   ある請求項３記載の電磁式ローラクラッチ。
6. 【請求項６】 第１回転軸と第２回転軸の結合および切
   り離しを電磁力の作用によって行う電磁式ローラクラッ
   チであって、 前記第２回転軸の外周側に同心円状に配置された状態で
   前記第１回転軸に結合され、該第２回転軸の外周面との
   間で、広間隔部から周方向の少なくとも一方に向けて末
   狭まりの第１空隙と、狭間隔部から該一方に向けて末広
   がりの第２空隙とを、少なくとも一つずつ形成する外輪
   と、 前記第１空隙内に設けられ、該空隙の最も狭い間隔より
   大きく、最も広い間隔よりも小さい直径の第１ローラ
   と、 前記第２空隙内に設けられ、該空隙の最も狭い間隔より
   も小さい径の第２ローラと、 前記外輪に対し所定範囲で回動可能に設けられ、非係合
   時には前記第１ローラを前記広間隔部、前記第２ローラ
   を前記狭間隔部に保持し、係合時には前記第１ローラお
   よび第２ローラを、それぞれ第１空隙および第２空隙の
   前記一端側の所定位置に保持する保持器と、 前記保持器と相対的に回動不能、かつ軸方向に移動可能
   に設けられたアマチュアと、 前記アマチュアと対向する位置で前記第２回転軸に結合
   された摩擦係合器と、 前記摩擦係合器側に吸引するよう、前記アマチュアに電
   磁力を作用させる電磁石とを備える電磁式ローラクラッ
   チ。
7. 【請求項７】 前記回転軸に直交する面内における前記
   外輪の断面形状は、非係合時の前記第２ローラとの接点
   における接線と前記回転中心から該接点への径とがほぼ
   直交する形状である請求項６記載の電磁式ローラクラッ
   チ。
8. 【請求項８】 前記回転軸に直交する面内における前記
   外輪の断面形状は、非係合時の前記第２ローラとの接点
   近傍で内側に凸の形状である請求項６記載の電磁式ロー
   ラクラッチ。
9. 【請求項９】 請求項６記載の電磁式ローラクラッチで
   あって、 前記第１ローラを非係合位置に保持する方向に前記保持
   器を付勢する弾性部材を備え、 前記内周面の形状および前記第１ローラおよび第２ロー
   ラの質量は、前記保持器の回動中に伴う、前記弾性部材
   による弾性トルクの増加分、前記第１ローラに作用する
   遠心力の変化に伴うトルクの減少分、前記第２ローラに
   作用する遠心力の変化に伴うトルクの増加分の三者が実
   質的に相殺し合う条件下で設定されている電磁式ローラ
   クラッチ。
10. 【請求項１０】 前記ローラは中空ローラである請求項
    １〜９いずれか記載の電磁式ローラクラッチ。
11. 【請求項１１】 前記ローラはセラミックス製のローラ
    である請求項１〜９いずれか記載の電磁式ローラクラッ
    チ。
12. 【請求項１２】 第１回転軸と第２回転軸の結合および
    切り離しを電磁力の作用によって行う電磁式ローラクラ
    ッチのうち、 前記第２回転軸の外周側に同心円状に配置された状態で
    前記第１回転軸に結合され、非円形断面の内周面を有す
    ることによって、該第２回転軸の外周面との間で周方向
    の位置によって広間隔部の少なくとも一端に狭間隔部が
    存在する複数の楔状空間を形成する外輪と、 前記楔状空間内にそれぞれ設けられた複数のローラと、 前記外輪に対し所定範囲で回動可能に設けられ、非係合
    時には前記広間隔部に前記ローラを保持し、係合時には
    前記狭間隔部に前記ローラを保持する保持器と、 前記保持器と相対的に回動不能、かつ軸方向に移動可能
    に設けられたアマチュアと、 前記アマチュアと対向する位置で前記第２回転軸に結合
    された摩擦係合器と、 前記摩擦係合器側に吸引するよう、前記アマチュアに電
    磁力を作用させる電磁石とを備える電磁式ローラクラッ
    チの設計方法であって、（ａ） 該電磁式ローラクラッ
    チの動作を保証すべき最大回転速度において、前記各ロ
    ーラにかかる遠心力の合計Ｆを算出する工程と、（ｂ）
    前記保持器に付与し得る最大トルクＴを求める工程
    と、（ｃ） 非係合時における前記内周面への前記ロー
    ラの接点における接線と、前記内周面の外接円の該接点
    における接線との間の角度βの上限値β_LIMを、前記回
    転中心からローラ中心までの距離Ｒ、ローラ数ｎ、前記
    ローラと内周面との摩擦係数μを用いた次式により算出
    する工程と、 β_LIM＝ｔａｎ^-1｛Ｔ／（ｎ・Ｆ・Ｒ）−μ｝； （ｄ） 前記角度βが前記β_LIM以下となる条件下で、
    前記内周面の断面形状を設計する工程とを備える設計方
    法。