JP2004125142A

JP2004125142A - クラッチ装置

Info

Publication number: JP2004125142A
Application number: JP2002293903A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Inoue; 井上　昌弘
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】高速回転域になると、自動的でかつ確実な動作で動力伝達を遮断するクラッチ装置を提供する。
【解決手段】第１回転軸１と、第２回転軸２と、これら第１回転軸１と第２回転軸２の間で、遠心力により機械的に回転の伝動と遮断とを相互に切り換える係脱手段３とを備えている。係脱手段３は、遠心力により径方向に移動する遠心移動部材（カム部材８）と、前記遠心移動部材の径方向外方への移動に関連して軸方向に移動する軸方向移動部材（クラッチ体７）とを含み、これら部材の作用により、所定の低速回転域では両回転軸１，２を回転一体に結合し、前記低速回転域を越える高速回転域では両回転軸１，２の間の回転伝動を遮断する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心力を利用したクラッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、遠心力を利用したクラッチ装置（遠心クラッチ）は、回転数が低い場合は非伝動状態で、回転速度が設定回転速度以上に上がった場合、自動的に伝動状態となるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のクラッチ装置は、機械的に入り切りを行うので、動作が確実であり、そのため、自動二輪車や一般の自動車ばかりでなく、エンジンとモータとの２種の動力源を有する、いわゆるハイブリッド車にも設けられている（例えば、特許文献２参照）。ハイブリッド車において、前記クラッチ装置は、エンジンの駆動による発進が円滑に行えるよう、エンジンの動力伝達系に介装されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１５９５４７号公報（明細書の００４６の項、図２）。
【特許文献２】
特開平１１−７８５５４号（明細書の００１４の項、図５）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車は、メーカーが予定している以上の高速で走行運転されることがある。このような高速運転への対応策としては、駆動輪の回転速度が設定上限速度を越えると、自動的に駆動輪への動力伝達を遮断する装置を設けて、この装置により、走行速度が適正範囲を越えないようにすることが考えられる。
【０００６】
上記のように、高速回転域で自動的に動力伝達を遮断する装置は、自動車に限らず、モータやエンジンを動力源として備える他の機械装置においても、その機械装置を安全に運転する上で必要である。
【０００７】
この場合、上記の装置は、前記した遠心クラッチのように、機械的な入り切り動作により、自動的かつ確実に回転の伝動と遮断とを行うものであることが望ましい。
【０００８】
そこで、本発明の主たる課題は、高速回転域になると、自動的でかつ確実な動作で動力伝達を遮断するクラッチ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を達成するために、本発明は、第１回転軸と、第２回転軸と、これら第１回転軸と第２回転軸の間で、遠心力により径方向に移動する遠心移動部材、および前記遠心移動部材の径方向外方への移動に関連して軸方向に移動する軸方向移動部材により、回転の伝動と遮断とを相互に切り換える係脱手段とを備え、前記係脱手段は、所定の低速回転域では両回転軸を回転一体に結合し、前記低速回転域を越える高速回転域では両回転軸の間の回転伝動を遮断するクラッチ装置を構成している。
【００１０】
上記構成のクラッチ装置は、低速回転域では回転伝動状態にあり、動力源の回転力が負荷側へ伝達されるが、回転速度が上がり、高速回転域になると、クラッチ装置は自動的に非伝動状態となり、負荷側には回転力が伝わらなくなる。このように、高速回転域では回転伝動が遮断されるから、トルクリミッタとして機能し、負荷が必要以上の速度で回転駆動されたり、また、負荷のかかった状態で動力源が必要以上の速度で駆動されることが未然に防止される。この場合、クラッチ装置は、遠心力を利用して機械的に入り切り動作するものなので、動作が確実である。
【００１１】
本発明のクラッチ装置は、より具体的には、第１回転軸と、この第１回転軸と同軸に設けられた第２回転軸と、第１回転軸に対して回転方向に結合された状態で軸方向に移動可能なクラッチ体と、第１回転軸とクラッチ体との間に設けられ、第１回転軸から回転力を付与されて旋回し、その旋回時の遠心力により径方向に移動するカム部材とを備え、前記カム部材は、径方向外方に移動することで、前記クラッチ体をその付勢弾力に抗して押圧し、該クラッチ体を軸方向一方に移動させるものであり、前記クラッチ体は、第２回転軸に設けられた摩擦面に接触もしくは離間する摩擦面を有し、軸方向他方に移動した位置ではその摩擦面が第２回転軸の摩擦面と接触して第２回転軸と回転伝動状態となり、軸方向一方に移動した位置では、その摩擦面が第２回転軸の摩擦面から離間して第２回転軸とは回転非伝動状態となる構成となっている。
【００１２】
上記構成のクラッチ装置は、通常、第１回転軸を入力軸、第２回転軸を出力軸として使用される。第１回転軸が停止もしくは低速で回転している場合は、カム部材は径方向内方の位置にあるので、クラッチ体はカム部材寄りの軸方向位置にあって、その摩擦面が第２回転軸の摩擦面に圧接しており、これにより、第２回転軸は第１回転軸と回転一体の伝動状態になっている。
【００１３】
第１回転軸の回転速度が所定の低速域を越えると、カム部材は遠心力により径方向外方へと移動して、クラッチ体をカム部材から遠ざかる側へ押圧する。これで、クラッチ体の摩擦面が第２回転軸の摩擦面から離間し、第１回転軸から第２回転軸への回転伝動が遮断される。このようにして、高速回転域では自動的に非伝動状態となり、負荷側には回転動力が伝わらなくなる。
【００１４】
上記構成のクラッチ装置において、カム部材は、遠心力により径方向外方に移動して、クラッチ体を軸方向一方に押動するものであればよいが、第１回転軸からクラッチ体に回転力を伝動する伝動部材を兼ねている構造とすることが好ましい。カム部材を前記のような構造とすると、クラッチ体を第１回転軸に回転一体に結合する部分を別に設ける必要がなくなり、構成が簡略化する。
【００１５】
また、クラッチ体の摩擦面と、これに対応する第２回転軸の摩擦面とは、径方向外方へ広がる円板状の面としてもよいが、ともにテーパ面に形成されていることが望ましい。この構成では、摩擦面を径方向外方に大きく張り出させることなく、摩擦面として充分な面積を確保でき、クラッチ装置全体を小径にまとめて小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔一実施形態〕
図１ないし図５は、本発明の一実施形態を示すもので、図１は、一実施形態に係るクラッチ装置の断面図で、回転伝動状態を示している。図２は、図１のクラッチ装置の（２）−（２）線での断面図、図３は、図１のクラッチ装置の要部である係脱手段の分解斜視図、図４は、図１のクラッチ装置の一部であるカム部材を含む部分を平面状に展開して示した展開図で、（Ａ）は、図１のクラッチ装置に含まれるカム部材を、（Ｂ）はその変形例を示している。図５は、図１のクラッチ装置の非伝動状態を示す半部の断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明のクラッチ装置は、第１回転軸１と、第２回転軸２と、これら両回転軸１，２の間で遠心力を利用して機械的に回転の伝動と遮断とを相互に切り換える係脱手段３とを備えている。
【００１８】
第１回転軸１は、この実施形態では入力軸であって、これには通常、動力源であるモータＭの駆動軸Ｍａが直結される。この第１回転軸１の軸方向中途部の外周には、フランジ状の伝動部４が一体に設けられている。第２回転軸２は、第１回転軸１の外周を覆うように第１回転軸１と同軸に設けられた筒軸であって、軸方向の両端部の内周にそれぞれ設けられた２つの転がり軸受５，６（図示例では、いずれもアンギュラ玉軸受）により、第１回転軸１に対して回転可能に支持されている。この第２回転軸２は出力軸として、通常、駆動輪のような負荷Ｌに回転一体に結合される。歯車やプーリのような伝動部材を介して負荷Ｌに連動連結されることもある。この第２回転軸２の内周には、テーパ状の摩擦面２ａが形成されている。
【００１９】
係脱手段３は、第１回転軸１と第２回転軸２との間に形成される環状空間に設けられており、前記した第１回転軸１の伝動部４と、クラッチ体７と、カム部材８とからなる。
【００２０】
クラッチ体７は、第１回転軸１の外周面に嵌合する環状体で、第１回転軸１に対して軸方向にスライドしうる。このクラッチ体７の背面側（第１回転軸１の伝動部４とは反対側で、図１において右面側）には、皿ばねのような弾性部材９が設けられ、この弾性部材９により、クラッチ体７には伝動部４の側に近づく軸方向（図１で左向きの方向）に弾力が付勢されている。また、クラッチ体７の外周部には、第２回転軸２の摩擦面２ａに面接触しうるテーパ状の摩擦面７ａが形成されている。この摩擦面７ａと、第２回転軸２の摩擦面２ａとは、同じ広がり角度で、伝動部４の側から弾性部材９の側に向けて拡開している。
【００２１】
クラッチ体７は、上記のような構造なので、弾性部材９の付勢弾力により、伝動部４の側にスライドすることで、その摩擦面７ａが第２回転軸２の摩擦面２ａに全面的に圧接し、第２回転軸２と回転方向に結合されるものである。なお、クラッチ体７の内周部には、その背面側から軸方向内方にかけて環状に切除部７ｂが形成されていて、この切除部７ｂの存在により、クラッチ体７の摩擦面７ａの部分は微量的に内径側へ変形しうるようになっている。
【００２２】
カム部材８は、第１回転軸１伝動部４とクラッチ体７との間に径方向移動可能に設けられた部材で、第１回転軸１の伝動部４から回転力を付与されて第１回転軸１の外周側で旋回した場合、その旋回時の遠心力により径方向外方に移動するものである。このカム部材８は、図２および図３にも図示するように、径方向に沿った断面形状が扇形で、軸方向に沿った断面形状が、径方向外方ほど幅狭となった台形であり、複数個（図示例では６個）が第１回転軸１の外周側に円周方向等配に設けられている。
【００２３】
このカム部材８の軸方向両側の各斜面（台形形状の各斜面）には、その斜面の傾斜角度に沿って径方向に伸びる嵌合溝８ｍ，８ｎが形成されている。これら嵌合溝８ｍ，８ｎに対応して、伝動部４とクラッチ体７とにはそれぞれ嵌合凸部４ｔ，７ｔが形成されている。すなわち、伝動部４の嵌合凸部４ｔは、該伝動部４のカム部材８と対向する面部にあって、カム部材８の一方の嵌合溝８ｍに嵌合するもので、径方向外方ほどカム部材８の側に倒れ込む形で傾斜している。一方、クラッチ体７の嵌合凸部７ｔは、該クラッチ体７のカム部材８と対向する面部にあって、カム部材８の他方の嵌合溝８ｎに嵌合するもので、径方向外方ほどカム部材８の側に倒れ込む形で傾斜している。したがって、伝動部４の嵌合凸部４ｔとクラッチ体７の嵌合凸部７ｔとの間には、径方向外方ほど幅狭となる間隔が形成されている。
【００２４】
カム部材８と、伝動部４の嵌合凸部４ｔと、クラッチ体７の嵌合凸部７ｔとは、上記したような構造であるので、カム部材８が第１回転軸１の外周側で旋回し、その旋回時の遠心力により径方向外方に移動した場合、カム部材８は、伝動部４の嵌合凸部４ｔとクラッチ体７の嵌合凸部７ｔとの間にクサビのように入り込んで、クラッチ体７を弾性部材９の付勢弾力に抗して弾性部材９の側に押動し、これによって、クラッチ体７の摩擦面７ａを第２回転軸２の摩擦面２ａから離間させる。
【００２５】
また、カム部材８と、伝動部４の嵌合凸部４ｔと、クラッチ体７の嵌合凸部７ｔとの間では、カム部材８の一方の嵌合溝８ｍに伝動部４の嵌合凸部４ｔが嵌合し、カム部材８の他方の嵌合溝８ｎにクラッチ体７の嵌合凸部７ｔが嵌合することで、伝動部４に対してカム部材８とクラッチ体７とが回転一体となるよう結合されている。このようにして、カム部材８は、第１回転軸１の回転をクラッチ体７に伝動する伝動部材となっている。
【００２６】
なお、図１ないし図３に図示した例では、図４の（Ａ）に平面状に展開して示しているように、カム部材８に嵌合溝８ｍ，８ｎが形成され、伝動部４およびクラッチ体７にそれぞれ前記嵌合溝８ｍ，８ｎに嵌合する嵌合凸部４ｔ，７ｔが形成されているが、これとは逆に、図４の（Ｂ）に示すように、カム部材８に嵌合凸部８ｔ，８ｔを形成し、これに対応する嵌合溝４ｍ，７ｍを伝動部４およびクラッチ体７にそれぞれ形成してもよい。この場合、伝動部４のカム部材８と対向する面部には、カム部材８の一方の斜面に対応する傾斜面を形成し、この傾斜面の傾斜角度に沿って嵌合溝４ｍを形成する必要がある。また、クラッチ体７についても、カム部材８と対向する面部に、カム部材８の他方の斜面に対応する傾斜面を形成し、この傾斜面の傾斜角度に沿って嵌合溝７ｍを形成する必要がある。
【００２７】
上記の構成において、第１回転軸１にはモータＭから回転力が入力する。第１回転軸１が回転すると、その伝動部４を介して第１回転軸１に回転一体に結合されているカム部材８と、クラッチ体７とが同方向に旋回もしくは回転する。
【００２８】
第１回転軸１が低速で回転している場合は、カム部材８は、第１回転軸１の周りで低速で旋回することになるから、充分に大きな遠心力を受けず、図１に示すように、第１回転軸１の外周面に接するか、僅かに離間した径方向内方の位置にある。そのため、クラッチ体７はカム部材８によりほとんど押圧されず、弾性部材９の付勢弾力によりカム部材８寄りの軸方向位置にあって、その摩擦面７ａが第２回転軸２の摩擦面２ａに圧接している。これにより、第２回転軸２にはクラッチ体７を介して第１回転軸１の回転が伝動されることになり、第２回転軸２は第１回転軸１と回転一体の伝動状態になっている。したがって、低速回転域ではモータＭの回転力が負荷Ｌに伝達される。
【００２９】
次に、第１回転軸１の回転速度が所定の低速域を越えると、カム部材８は高速で旋回し、大きな遠心力を受けるから、図５に示すように、径方向外方へと移動し、クラッチ体７をカム部材８から遠ざかる側へ押圧する。これで、クラッチ体７の摩擦面７ａが第２回転軸２の摩擦面２ａから離間し、第１回転軸１から第２回転軸２への回転伝動が遮断される。したがって、高速回転域では自動的に非伝動状態となり、負荷Ｌ側には回転動力が伝わらなくなる。
【００３０】
このように、上記構成のクラッチ装置は、高速回転域での回転伝動が遮断されるから、トルクリミッタとして使用することができ、負荷Ｌが必要以上の速度で回転駆動されたり、また、負荷のかかった状態で動力源であるモータＭが必要以上の速度で駆動されることが未然に防止される。
【００３１】
また、上記構成のクラッチ装置は、エンジンとモータとの２種の動力源を有する、いわゆるハイブリッド車では、一方の動力源による走行の速度が一定の速度を越えた場合、他の動力源に切り換える切り換え手段として利用することができる。
【００３２】
上記の各場合において、クラッチ装置は、遠心力を利用して機械的に入り切り動作するものなので、動作が確実である。また、係脱手段３の各部材の動作は、回転方向が時計方向であっても反時計方向であっても変わりがないので、いずれの方向の回転についてもその伝動と遮断とを相互に切り換えることができ、２方向クラッチとして使用しうる。
【００３３】
カム部材８は、前記したように、遠心力により径方向外方に移動してクラッチ体７を軸方向一方に押動するものであるが、本実施形態では、第１回転軸１の伝動部４からクラッチ体７に回転力を伝動する伝動部材を兼ねている。そのため、クラッチ体７を第１回転軸１に回転一体に結合する部分を別に設ける必要がなく、構成が簡略化する。
【００３４】
また、クラッチ体７の摩擦面７ａと、これに対応する第２回転軸２の摩擦面２ａとは、ともにテーパ面に形成されているので、摩擦面を径方向外方に大きく張り出させることなく、摩擦面として充分な面積を確保でき、装置全体を小径にまとめて小型化を図ることができる。
【００３５】
〔他の実施形態〕
上記実施形態においては、カム部材８は、第１回転軸１からクラッチ体７に回転を伝動する伝動部材を兼ねているが、図６の（Ａ）と（Ｂ）とに示すように、カム部材８が遠心力により径方向外方に移動してクラッチ体７を軸方向一方に押動する部分３Ａと、第１回転軸１からクラッチ体７に回転を伝動する部分３Ｂとを別個に設けてもよい。これらの部分３Ａ，３Ｂは第１回転軸の外周部に円周方向に沿って交互に配設すればよい。
【００３６】
図６（Ａ）に図示の押動部分３Ａでは、カム部材８は軸方向に沿った断面形状が台形で、軸方向両側に斜面があればよい。また、第１回転軸１の伝動部４には、カム部材８の一方の斜面に接する傾斜面４ｓを形成し、クラッチ体７にも、カム部材８の他方の斜面に接する傾斜面７ｓを形成する必要がある。図６（Ｂ）に図示の伝動部分３Ｂでは、第１回転軸１の伝動部４に、クラッチ体７に向けて突出する係合歯４ｋが設けられ、クラッチ体７には、伝動部４の係合歯４ｋに噛み合う係合歯７ｋが設けられており、これらの係合歯４ｋ，７ｋの係合により、クラッチ体７は第１回転軸１の伝動部４に回転一体に結合されている。
【００３７】
図７は、さらに他の実施形態を示すもので、この実施形態でも、カム部材８が径方向外方に移動することでクラッチ体７を軸方向一方に押動する部分と、第１回転軸１からクラッチ体７に回転を伝動する部分とが別個に設けられている。
【００３８】
この実施形態では、カム部材８は、第１回転軸１の伝動部４に回転方向には一体で、径方向には移動可能に支持されている。カム部材８の軸方向一方の側に斜面があり、この斜面にクラッチ体７の傾斜面７ｓが当接するようになっている。一方、第１回転軸１の外周部にはスプライン部１ａが形成され、このスプライン部１ａにクラッチ体７が回転方向には一体で、軸方向にはスライド可能に設けられている。他の部分は、図１ないし図３に図示した実施形態のものと変わりがないので、対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
第１回転軸１の回転が所定の低速回転域を越えると、カム部材８が径方向外方に移動し、これに伴いクラッチ体７が弾性部材９の側に移動して、その摩擦面７ａが第２回転軸２の摩擦面２ａから離間し、これにより、第１回転軸１から第２回転軸２への回転伝動が遮断される点は、図１ないし図３の実施形態と同じである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクラッチ装置は、低速回転域では回転伝動状態で、動力源の回転力を負荷側に伝達するが、高速回転域になると、非伝動状態となり、負荷側への回転伝動を遮断する。そのため、トルクリミッタとして使用でき、負荷が必要以上の速度で回転駆動されたり、また、負荷のかかった状態で動力源が必要以上の速度で駆動されることが未然に防止される。
【００４１】
この場合、クラッチ装置は、遠心力を利用して機械的に入り切り動作するものなので、動作が確実である。
【００４２】
なお、遠心移動部材であるカム部材が、軸方向移動部材であるクラッチ体に回転力を伝動する伝動部材を兼ねている構造であると、クラッチ体を第１回転軸に回転一体に結合する部分を別に設ける必要がなくなり、構成が簡略化する。
【００４３】
また、クラッチ体の摩擦面と、これに対応する第２回転軸の摩擦面とが、ともにテーパ面に形成されていると、摩擦面を径方向外方に大きく張り出させることなく、摩擦面として充分な面積を確保でき、クラッチ装置全体を小径にまとめて小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の断面図で、回転伝動状態を示している。
【図２】図１のクラッチ装置の（２）−（２）線での断面図である。
【図３】図１のクラッチ装置の要部である係脱手段の分解斜視図である。
【図４】図１のクラッチ装置の一部であるカム部材を含む部分を平面状に展開して示した展開図で、（Ａ）は、図１のクラッチ装置に含まれるカム部材を、（Ｂ）はその変形例を示している。
【図５】図１のクラッチ装置の非伝動状態を示す半部の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るクラッチ装置のクラッチ体部分の軸方向に沿った断面図で、（Ａ）は、カム部材がクラッチ体を軸方向一方に押動する部分を示し、（Ｂ）は、第１回転軸からクラッチ体に回転を伝動する部分を示している。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係るクラッチ装置の半部の断面図である。
【符号の説明】
１　　第１回転軸
２　　第２回転軸
２ａ　摩擦面
３　　係脱手段
７　　クラッチ体
７ａ　摩擦面
８　　カム部材
９　　弾性部材

Claims

第１回転軸と、第２回転軸と、これら第１回転軸と第２回転軸の間で、遠心力により径方向に移動する遠心移動部材、および前記遠心移動部材の径方向外方への移動に関連して軸方向に移動する軸方向移動部材により、回転の伝動と遮断とを相互に切り換える係脱手段とを備え、
前記係脱手段は、所定の低速回転域では両回転軸を回転一体に結合し、前記低速回転域を越える高速回転域では両回転軸の間の回転伝動を遮断することを特徴とするクラッチ装置。
第１回転軸と、この第１回転軸と同軸に設けられた第２回転軸と、第１回転軸に対して回転方向に結合された状態で軸方向に移動可能なクラッチ体と、第１回転軸とクラッチ体との間に設けられ、第１回転軸から回転力を付与されて旋回し、その旋回時の遠心力により径方向に移動するカム部材とを備え、
前記カム部材は、径方向外方に移動することで、前記クラッチ体をその付勢弾力に抗して押圧し、該クラッチ体を軸方向一方に移動させるものであり、
前記クラッチ体は、第２回転軸に設けられた摩擦面に接触もしくは離間する摩擦面を有し、軸方向他方に移動した位置ではその摩擦面が第２回転軸の摩擦面と接触して第２回転軸と回転伝動状態となり、軸方向一方に移動した位置では、その摩擦面が第２回転軸の摩擦面から離間して第２回転軸とは回転非伝動状態となるものであることを特徴とするクラッチ装置。
カム部材は、第１回転軸からクラッチ体に回転を伝動する伝動部材を兼ねている請求項２に記載のクラッチ装置。
クラッチ体の摩擦面と、これに対応する第２回転軸の摩擦面とは、ともにテーパ面に形成されている請求項２または請求項３に記載のクラッチ装置。