JP2002213501A - 摩擦クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力側部材に回転トルクが加わった際に、カ
ムの働きによって出力側部材を軸心方向に移動させるた
め、構造が複雑になるなど、製作コストが高かった。 【解決手段】 カムプレート２と第一回転体３とを連結
するカム部７を、カムプレート２側の第二カム２１と、
第一回転体３側の第一カム２２とから構成し、第二カム
２１および第一カム２２を、それぞれ外周方向に沿って
かつ軸心５方向に傾斜した凸面２４ａ，２４ｂと凹面２
３ａ，２３ｂとから構成し、カムプレート２を大重量に
設定したという簡単な構成で、第一回転体３の角加速度
を利用してカムプレート２を所定の軸心５に沿って移動
させ、ケーシング４に動力を伝達することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第一回転体および
第二回転体が同軸の軸心回りに回転自在に支持され、第
一回転体の駆動力を第二回転体へ伝えるためのカム部材
が設けられた摩擦クラッチ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の摩擦クラッチ装置には、入力側部
材に回転トルクが加わった際に、カムの働きによって出
力側部材（例えばカムプレート）を軸心方向に移動させ
るよう構成されたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記摩擦クラッチ装置
では、入力側部材に回転トルクが加わった際に、カムの
働きによって出力側部材を軸心方向に移動させるため、
構造が複雑になるなど、製作コストが高かった。

【０００４】そこで本発明は、上記課題を解決し得るク
ラッチ装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明における課題解決
手段は、第一回転体、第二回転体、および第一回転体の
回転に伴ってその駆動力を第二回転体へ伝えるためのカ
ム部材が、それぞれ同軸上で軸心回りに回転自在に設け
られ、前記カム部材は軸心方向に沿って移動自在に構成
されるとともに、前記第一回転体に設けた案内面に対し
軸心方向に沿って摺動自在に嵌合する被案内面と、前記
第二回転体の周面に形成したテーパ状の受け面と同傾斜
で、軸心方向に沿って移動することで受け面に当接離間
する作動面とを有し、前記受け面から作動面を離間させ
る方向に付勢するばねが設けられ、前記カム部材は、第
一回転体の回転に伴って回転した際の角加速度が所定値
を超えると、前記ばねの弾性力に抗して受け面に対し作
動面が当接する軸心方向に移動可能となる重量に設定さ
れている。

【０００６】上記構成において、第一回転体が軸心回り
に回転するのに伴って、第一回転体の案内面に被案内面
を介して連結されているカム部材が、受け面から作動面
が離間した状態で回転し、第一回転体からカム部材に所
定の角加速度が伝達された場合、カム部材はその重量に
よって被案内面が案内面に案内されるとともに、ばねの
弾性力に抗してテーパ状の作動面が受け面に当接する方
向に軸心方向に沿って移動し、作動面が受け面に所定の
圧接力で当接することにより、カム部材の慣性モーメン
トが第二回転体に伝達されて、第二回転体が軸心回りに
回転する。そして、第一回転体からカム部材に伝達され
る角加速度が所定の角加速度より小さくなると、カム部
材が作動面が受け面に当接する方向にカム部材が移動し
ようとする力がばねの弾性力よりも小さくなり、作動面
が受け面から離間する方向にカム部材が押圧され、作動
面が受け面から離間することで、カム部材の慣性モーメ
ントが第二回転体に伝達されず、第二回転体が回転を停
止する。さらに、カム部材と第二回転体とが当接してい
て第二回転体に回転トルクが働いた場合、カム部材の慣
性モーメントが第二回転体を回転させるように働く。

【０００７】また、カム部材が第二回転体に回転自在に
内装され、カム部材の外周面と第二回転体の内周面の隙
間にブッシュおよびばねが配置され、ブッシュのばね側
に、ワッシャが配置された構成によれば、ブッシュを、
ばねの弾性力に基づく繰り返し負荷から保護し、ブッシ
ュの摩耗が防止される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１の断面図に示すように、本
発明の実施の形態に係る摩擦クラッチ装置１は、所定の
軸心５回りに回転可能に設けられてこの軸心５と同軸で
図示しないモータなどの駆動装置の出力軸１１に連結さ
れる第一回転体（入力軸ともいう）３と、前記軸心５回
りに回転可能に支持されて前記出力軸１１を挿通する挿
通孔１２を有したカムプレート２と、このカムプレート
２を一側に回転自在に内装するとともに前記第一回転体
３を他側に内装する円筒状の第二回転体（以下「ケーシ
ング」という）４と、前記第一回転体３をケーシング４
に回転自在に保持するための単列転がり軸受６と、前記
第一回転体３とカムプレート２とを連結するカム部７と
を備えている。

【０００９】前記第一回転体３の中心部に形成した保持
孔２０に、前記出力軸１１の端部がスプライン嵌合さ
れ、前記第一回転体３は、縮径して突出した嵌合部１８
を一側に有し、この嵌合部１８がカムプレート２の他側
端面中心に形成した凹部１９にブッシュ１５を介して嵌
合されている。

【００１０】また、前記カムプレート２は、一側外周面
と他側外周面を連続するテーパ状の作動面８ａを外周面
の途中に有して、一側に比べて他側が大径断面の筒状に
形成され、前記ケーシング４の内周面途中の前記作動面
８ａに対向する位置に、この作動面８ａと同角度だけ同
方向に傾斜して、作動面８ａが当接離間する受け面８ｂ
が形成されている。

【００１１】そして、前記作動面８ａの一側に段付き部
９が形成されることで、カムプレート２が縮径されてケ
ーシング４の一側内周面とカムプレート２の一側外周面
との間に、後述のコイルばね１６を装着するための隙間
１０が形成されている。

【００１２】前記ケーシング４の一端面に、径方向内向
きに所定量だけ張出すフランジ１３が形成され、このフ
ランジ１３に当接する位置で前記隙間１０に、自己潤滑
性のブッシュ（例えば合成樹脂製品、含油焼結製品）１
４が配置され、このブッシュ１４の端面にワッシャ（例
えば鉄製品、焼き入れ製品）１４ａが当接され、および
このワッシャ１４ａと段付き部９をばね座としてカムプ
レート２を他側に付勢するための前記コイルばね１６が
隙間１０に配置されている。

【００１３】前記単列転がり軸受６は公知のもので、内
輪３０、外輪３１および玉３２から構成され、内輪３０
が第一回転体３の外周面に嵌着されるとともに、外輪３
１が出力側、すなわちケーシング４の他側内周面に嵌着
され、玉３２の両側位置で内輪３０と外輪３１に渡して
環状のシール部材３３が配置されている。

【００１４】図２に示すように、前記カム部７は、第一
回転体３の途中外周面に形成された第一カム２２と、カ
ムプレート２の縮径した他側外周面に形成された第二カ
ム２１とから構成され、前記第一カム２２および第二カ
ム２１は、それぞれ凸部２４，２５とこの凸部２４，２
５に円周方向に沿って連続した凹部２６，２７を有し、
凸部２４，２５および凹部２６，２７は、それぞれ円周
方向に対して軸心５方向に傾斜した摺動嵌合面２８，２
９を有し、これら摺動嵌合面２８，２９は、反対方向に
傾斜した傾斜面２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ連続し
た構成となっている。

【００１５】なお、図１における符号３４は、単列転が
り軸受６が抜出るのを防止するための環状の抜止め用部
材で、ケーシング４の他側に嵌着されている。

【００１６】また、図３に示すように、ケーシング４の
他端面には、別の軸を連結するための歯部１７が形成さ
れている。

【００１７】上記構成において、カムプレート２は、コ
イルばね１６の弾性力によってケーシング４の他側へ押
圧されており、第一カム２２および第二カム２１のこの
とき、凹部２６と凸部２５とが噛み合い、かつ凸部２４
と凹部２７とが完全に噛み合った状態にある。

【００１８】そして、モータなどの駆動装置を駆動して
出力軸１１を回転させると、ケーシング４に単列転がり
軸受６を介して保持された第一回転体３が軸心５回りに
回転し、この第一回転体３にカム部７を介して連結され
ているカムプレート２が共に回転を開始する。

【００１９】ところで、第一回転体３とカムプレート２
とは、カム部７における傾斜した摺動嵌合面２８，２９
どうしが当接することで連結され、またカムプレート２
は大重量であるので、第一回転体３が回転を開始した
際、、第一回転体３とカムプレート２との間で回転トル
クの大きさに差が生じ、この回転トルクの大きさの差に
よって、第一カム２２に対して第二カム２１（摺動嵌合
面２８に対し摺動嵌合面２９）がわずかにずれ、その分
だけカムプレート２は第一回転体３から遅延して所定の
軸心５回りに共回りをすることになる。そして、カムプ
レート２は、第一回転体３が一定の角速度で回転してい
る間、上記のように第一カム２２に対して第二カム２１
が少しずれた状態を維持したまま回転する。

【００２０】ところで、出力軸１１すなわち第一回転体
３に角加速度が働いてその回転数が上がるとカムプレー
ト２の慣性モーメントが上昇して、そのエネルギーがコ
イルばね１６の弾性力に勝つようになると、傾斜面２９
ａ，２９ｂが傾斜面２８ａ，２８ｂに案内されてさらに
ずれ、カムプレート２がケーシング４内の一側に移動す
る。そうすると、図１の仮想線で示すように、カムプレ
ート２の作動面８ａが、ケーシング４の受け面８ｂに圧
接し、その際の摩擦力によってカムプレート２とケーシ
ング４とが一体化して、カムプレート２の慣性モーメン
ト（動力）がケーシング４に伝達され、これによってケ
ーシング４が所定の軸心５回りに回転を開始する。そし
て、ケーシング４にその歯部１７を介して連結されてい
る図示しない別の軸が、第一回転体３と等しい角速度で
回転する。

【００２１】そして、カムプレート２と第一回転体３と
の間で回転トルクの大きさに差がなくなると、コイルば
ね１６の弾性力によって再びカムプレート２がケーシン
グ４内の他側端へ向けて移動して作動面８ａが受け面８
ｂから離間し、これによってカムプレート２からケーシ
ング４への動力の伝達が遮断され、ケーシング４の回転
が停止する。

【００２２】なお、ケーシング４が回転してこのケーシ
ング４に連結されている別の軸が回転しているとき、何
らかの理由によってその軸の回転数が低下したり、ある
いはその軸の回転が停止しようとした場合、作動面８ａ
と受け面８ｂとが圧接している状態にある場合は、カム
プレート２の慣性モーメントがケーシング４に伝達され
るようになり、ケーシング４の回転を補助する。

【００２３】上記のように、カムプレート２と第一回転
体３とを連結するカム部７を、第一回転体３側の第一カ
ム２２とカムプレート２側の第二カム２１とから構成
し、第二カム２１および第一カム２２を、それぞれ凸部
２４，２５とこの凸部２４，２５に円周方向に沿って連
続した凹部２６，２７とから構成し、凸部２４，２５お
よび凹部２６，２７に、それぞれ円周方向に対して軸心
５方向に反対方向に傾斜した摺動嵌合面２８，２９を有
し、摺動嵌合面２８，２９は反対方向に傾斜した傾斜面
２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂの連続によって形成
し、カムプレート２を第一回転体３から所定の角加速度
が伝達された際に、コイルばね１６の弾性力に抗して受
け面８ｂに対し作動面８ａが当接する軸心５方向に移動
可能な重量に設定した（自動車エンジンに付設するフラ
イホイールの機能をもたせた）という簡単な構成で、第
一回転体３と第二回転体４の断続を確実に行うことがで
きる。

【００２４】なお、コイルばね１６とブッシュ１４との
間には、ワッシャ１４ａが介装されているので、摩擦ク
ラッチ装置１の動作に伴うコイルばね１６の繰り返し反
力は、直接的にはワッシャ１４ａに働くことになる。こ
のため、ワッシャ１４ａを設けない場合に比べてブッシ
ュ１４の摩耗が少なくなり、コイルばね１６の弾性力を
長期的に一定に維持できる。

【００２５】ここで、上記摩擦クラッチ装置１における
断続の応答性を確かめる実験を行った結果を示す。ま
ず、この実験装置は、図４の概略図に示すように、一方
の基台５０に固定した駆動モータ５１と、この駆動モー
タ５１の出力軸５２に着脱自在に取付けた回転部材５３
と、この回転部材５３の中心軸５４に着脱自在に取付け
た設定マス部材５５（回転部材５３と設定マス部材５５
とでカムプレート２に相当する）と、他方の基台５６に
対して駆動モータ５１の出力軸５２と同軸上にかつ軸心
回りに回転自在に設置した受け部材（ケーシング４に相
当する）５７と、この受け部材５７の中心軸５８上に配
置したトルク検出器５９およびロードセル６０とから構
成し、回転部材５３と受け部材５７とを対向して配置さ
せた。

【００２６】また、回転部材５３の先端部外周面（作動
面８ａに相当する）５３ａおよびこの先端部外周面５３
ａに対向する受け部材５７の先端部内周面（受け面８ｂ
に相当する）５７ａをテーパ面に形成した。

【００２７】このような構成における実験装置におい
て、駆動モータ５１を駆動して回転部材５３を回転さ
せ、回転部材５３を駆動モータ５１の出力軸５２から切
り離して惰性回転させ、この状態で回転部材５３を受け
部材５７に対し先端部外周面５３ａと先端部内周面５７
ａとが嵌合するように押付け、このときの押付け荷重を
ロードセル６０で測定するとともに、受け部材５７に発
生する回転トルクをトルク検出器５９で測定した。な
お、実験条件としては下記の通りである。

【００２８】１．回転部材および設定マス部材の惰性回
転数：３００ｒｐｍ ２．各部品の質量と慣性力（イナーシヤ） ・設定マス部材：４．８ｋｇ，５．４６×１０^-3ｋｇｍ
² ・回転部材：３．１ｋｇ，４．２５×１０^-3ｋｇｍ² ・受け部材：３．１ｋｇ，９．４６×１０^-3ｋｇｍ² ３．先端部外周面および先端部内周面の形状 ・テーパ角度：５°，１０°，２０° ・テーパ接触長：５，１０，１５ｍｍ ４．周辺条件・ 潤滑条件：ＡＴＦ、グリース（商品名：アルバニア
２）の２種・ 温度条件：室温 図５は、上記の条件下で、所定の押付け荷重でもって先
端部外周面５３ａを先端部内周面５７ａに対して押付け
た実験結果を示すグラフである。

【００２９】まず、上記条件下の実験において、潤滑条
件として用いたＡＴＦ、グリースともに結果に違いは観
られなかった。

【００３０】図５において、横軸を受け部材５７に対す
る回転部材５３の押付け荷重（Ｎ）とし、縦軸を回転部
材５３を受け部材５７に押付けた際に発生する滑り出し
トルクとしている。

【００３１】そして、細線のグラフは、テーパ角度を２
０°とした場合、太線のグラフはテーパ角度を１０°と
した場合、破線のグラフはテーパ角度を５°とした場合
をそれぞれ示す。

【００３２】さらに、細線のグラフおよび太線のグラフ
において付した●，■，▲の記号は、先端部外周面５３
ａを先端部内周面５７ａとのテーパ接触長の違いを表
し、順に５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの場合である。

【００３３】なお、破線における○，△，□の記号も同
様に、順に５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの接触長を表
す。

【００３４】この図５のグラフから、テーパ角度が５°
でテーパ接触長１５ｍｍとした場合が、ある押付け荷重
に対する滑り出しトルクがもっとも大きいことが明らか
になった。これは、テーパ角度を小さくすることによっ
て、カムプレート２が第二回転体４に強く圧入された結
果によると判断される。なお、押付け荷重を９８Ｎ〜１
９４Ｎとした場合に、受け部材５７に対し回転部材５３
が瞬時にかつ確実に係合することも分かった。なお、テ
ーパ角度を１０°〜２０°にした場合でも受け部材５７
に対し回転部材５３の十分な係合力が得られる。

【００３５】上記の実験から、作動面８ａと受け面８ｂ
のテーパ角度は小さく、テーパ接触長は長い方が摩擦ク
ラッチ装置１としての係合力は大きいことになるが、ケ
ーシング４の受け面８ｂにカムプレート２の作動面８ａ
が強く係合しすぎると抜け荷重が大きくなってしまい、
コイルばね１６の弾性力によってカムプレート２が他方
側へ押圧されても移動しにくくなり、摩擦クラッチ装置
１として、第一回転体３と第二回転体４の断続の応答性
が低下してしまうことが考えられる。

【００３６】このような状態を回避するために、本発明
の実施の形態では、テーパ角度を１０°〜２０°に設定
することとした。また、コイルばね１６の弾性力を、上
記押付け荷重に対応した値（９８Ｎ〜１９４Ｎ）に設定
し、同様に、カムプレート２の質量も上記実験に対応し
た値（４．８+３．１＝７．９ｋｇ）に設定した。

【００３７】このようにすることにより、ケーシング４
とカムプレート２とが必要な係合力で係合するとともに
ケーシング４を回転させるのに必要な滑り出しトルク
（慣性モーメント）が得られ、抜け荷重は大きくならず
にコイルばね１６の弾性力によってカムプレート２が他
側へ容易に押し戻されるので、摩擦クラッチ装置１とし
ての応答性が十分となる。

【００３８】図６は別の実施の形態を示すもので、これ
は、上記実施の形態に比して、カムプレート２の軸心５
方向に沿った長さを長く形成した摩擦クラッチ装置１
で、各部材の動作は上記実施の形態と同様であるが、カ
ムプレート２の大きさが異なるのに伴って重量が大きく
なるので、実施の形態の構成に比べてカムプレート２が
回転する際に発生する滑り出しトルク（慣性モーメン
ト）を大きくすることができる。

【００３９】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、例えばコイルばね１６の弾性力とカム
プレート２の質量との関係は、第一回転体３と第二回転
体４の断続の応答性が良好であれば、上記実施の形態に
限定されるものではないことは勿論である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明
は、第一回転体と第二回転体との間に、第一回転体から
所定の角加速度が伝達された際に、ばねの弾性力に抗し
て受け面に対し作動面が当接する方向に移動可能な重量
に設定したカム部材を設けたという簡単な構成で、第一
回転体と第二回転体とを確実に断続することができる。

【００４１】また、カム部材の外周面と第二回転体の内
周面の隙間に配置したブッシュおよびばねの間にワッシ
ャを設けたので、ばねの弾性力に基づく繰り返し負荷か
らブッシュを保護することができ、ブッシュの摩耗を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す摩擦クラッチ装置の
全体断面図である。

【図２】同じくカム部の平面図である。

【図３】同じくケーシングの歯部の平面図である。

【図４】同じく摩擦クラッチ装置における断続の応答性
を確かめるための実験装置の概略図である。

【図５】同じく実験装置を使用して得た押付け荷重と滑
り出しトルクの関係を示すグラフ図である。

【図６】別の実施の形態を示す摩擦クラッチ装置の全体
断面図である。

【符号の説明】

１ 摩擦クラッチ装置 ２ カムプレート ３ 第一回転体 ４ ケーシング ５ 軸心 ６ 単列転がり軸受 ７ カム部 ８ａ 作動面 ８ｂ 受け面 １１ 出力軸 １４ ブッシュ １６ コイルばね ２１ 第二カム ２２ 第一カム

───────────────────────────────────────────────────── 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） 3J068 AA01 AA05 BA13 BA14 BB07 CA01 CB03 GA09 GA19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一回転体、第二回転体、および第一回
   転体の回転に伴ってその駆動力を第二回転体へ伝えるた
   めのカム部材が、それぞれ同軸上で軸心回りに回転自在
   に設けられ、 前記カム部材は、軸心方向に沿って移動自在に構成され
   るとともにこのカム部材は、前記第一回転体に設けた案
   内面に対し軸心方向に沿って摺動自在に嵌合する被案内
   面、および前記第二回転体の周面に形成したテーパ状の
   受け面と同傾斜で、軸心方向に沿って移動されることで
   前記受け面に当接離間する作動面を有し、このカム部材
   を前記受け面から作動面を離間させる方向に付勢するば
   ねが設けられ、 たことを特徴とする摩擦クラッチ装置。
2. 【請求項２】 カム部材は、第一回転体の回転に伴って
   回転した際の角加速度が所定値を超えると、ばねの弾性
   力に抗して受け面に対し作動面が当接するよう軸心方向
   に移動可能となる重量に設定されたことを特徴とする請
   求項１記載の摩擦クラッチ装置。
3. 【請求項３】 カム部材が第二回転体に回転自在に内装
   され、カム部材の外周面と第二回転体の内周面の隙間に
   ブッシュおよびばねが配置され、 ブッシュのばね側に、ブッシュをばねの弾性力に基づく
   繰り返し負荷から保護するためのワッシャが配置され、 たことを特徴とする請求項１または請求項２記載の摩擦
   クラッチ装置。