JP2005076718A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動力の伝達と遮断の切換えに用いられる回転伝達装置の小型、軽量化を図ることである。
【解決手段】 入力軸２の外周に設けられたカム面９と外輪３の内周に設けられた円筒面８間に係合子１０を組込み、その係合子１０を保持器１１で保持する。保持器１１にスイッチばね１４の弾性力を付与して係合子１０を中立位置に保持する。保持器１１に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動自在に支持された摩擦プレート２１を外輪３の端面に対向する。摩擦プレート２１に対して回転体２４を軸方向で対向し、その対向部間に加圧リング２２を設け、この加圧リング２２と回転体２４との間に、回転体２４の回転運動を加圧リング２２の軸方向の直線運動に変換する運動変換機構２５を設ける。回転体２４をモータ２３で回転させ、軸方向に移動する加圧リング２２により摩擦プレート２１を外輪３の端面に押し付け、保持器１１に対する入力軸２の相対回転によって係合子１０を円筒面８およびカム面９に係合させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の動力伝達経路において、駆動力の伝達と遮断の切換えに用いられる回転伝達装置に関するものである。

この種の回転伝達装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この回転伝達装置は、入力軸とその外側に設けられた外輪とを相対的に回転自在に支持し、入力軸の外周には外輪の内周に形成された円筒面との間でくさび形空間を形成するカム面を設け、そのカム面と円筒面との間にローラから成る係合子を組込み、その係合子を入力軸と外輪間に組込まれた保持器で保持し、その保持器にスイッチばねの弾性力を付与して、係合子がカム面および円筒面に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持している。

また、保持器に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアに対して外輪に回り止めされたロータを対向し、そのロータに対向させた電磁石の電磁コイルに対する通電によりアーマチュアを吸引してロータに接触させ、その接触部に作用する摩擦力により、スイッチばねの弾性に抗して入力軸と保持器を相対的に回転させて係合子をカム面および円筒面に係合させ、入力軸の回転を外輪に伝達するようにしている。
特開平１１−３３６７９９号公報

ところで、上記従来の回転伝達装置においては、電磁コイルに対する通電時に保持器にスイッチばねの弾性力に打ち勝つ大きさの摩擦抵抗を付加してローラを係合位置にスイッチさせる必要がある。

この場合、ロータとアーマチュアの接触部に作用する摩擦力を高めて接触部でのすべりを防止する必要がある。摩擦力の増大には、ロータとアーマチュアの接触部の摩擦係数を高め、あるいは、ロータとアーマチュアの接触力（コイル起磁力）を高めることが有効である。

摩擦係数を高めるには、湿式多板クラッチ等で採用されている摩擦材をロータとアーマチュアの接触部に貼り付けることが考えられるが、上記摩擦材は非磁性材であるため、その摩擦材の貼り付けによってロータとアーマチュア間に磁界透過が阻害され、吸引力が低下する弊害が生じるので有効に実施することはできない。

そこで、従来の回転伝達装置においては、コイル起磁力を高める方法を採用するようにしている。この場合、コイルの巻数を多くするか、あるいは通電電流を高めることが必要であり、コイル巻数を多くした場合には、サイズが大きくなり、重量も重くなって回転伝達装置の小型、軽量化を図ることができなくなるという問題が発生する。一方、通電電流を高める方法では、ローラから成る係合子の係合時における消費電力が増大する問題が生じる。特に、連続的に通電する場合、コイルが発熱し、焼損する可能性がある。また発熱により潤滑剤が劣化し、係合子の係合部が早期に損傷する可能性が増大する。

この発明の課題は、回転伝達装置の消費電力の低減と、小型、軽量化を図ることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、入力軸とその外側に設けられた外輪とを相対的に回転自在に支持し、入力軸の外周には外輪の内周に形成された円筒面との間でくさび形空間を形成するカム面を設け、そのカム面と円筒面との間に係合子を組込み、その係合子を入力軸と外輪間に組込まれた保持器で保持し、前記係合子がカム面と円筒面に対して係合解除された中立位置に保持器を保持するスイッチばねと、そのスイッチばねのばね力より大きい回転抵抗を保持器に負荷することにより保持器に対して入力軸を相対回転させる摩擦抵抗付与手段とを設けた回転伝達装置において、前記摩擦抵抗付与手段が、前記保持器に対して回り止めされ、かつ入力軸の軸方向に移動可能に支持されて外輪の端面に対向する摩擦プレートと、その摩擦プレートを外輪の端面に押し付ける軸方向に移動可能に支持された加圧リングと、モータを駆動源として入力軸を中心に回転される回転体と、その回転体の回転運動を加圧リングの軸方向の直線運動に変換する運動変換機構とから成る構成を採用したのである。

この発明に係る回転伝達装置において、モータの回転軸と回転体との間にギヤ減速機構を設けて回転体を回転させる構成を採用している。

ギヤ減速機構として、モータの回転軸に設けられたピニオンと、回転体の外周に設けられたセクタギヤとから成るもの、あるいは、モータの回転軸に設けられたウォームと、回転体の外周に設けられたウォームホイールとから成るものを採用することができる。

また、この発明に係る回転伝達装置においては、回転体としてモータを形成するロータを採用している。

さらに、この発明に係る回転伝達装置においては、前記運動変換機構として、回転体の外周に設けられた雄ねじと、加圧リングの内周に設けられた雌ねじとからなるねじ機構や、回転体と加圧リングの対向面のそれぞれに、円周方向の中央部で深く、両端に至るに従って次第に浅くなるカム溝を形成し、そのカム溝間に、ボールを組込んだトルクカムを採用している。

また、この発明に係る回転伝達装置においては、摩擦プレートと加圧リング間にスラスト軸受と弾性体を組込んだ構成を採用している。

上記のように、モータを駆動源とする回転体の回転により加圧リングを軸方向に移動させ、その加圧リングにより保持器に回り止めされた摩擦プレートを外輪の端面に押し付けることによって、スイッチばねのばね力より大きな摩擦トルク (スイッチトルク）を保持器に負荷することができ、係合子の係合を高精度に制御することができる。

また、モータの回転により摩擦プレートを外輪の端面に押し付ける構成であって磁力を利用していないため、摩擦プレートと外輪の対向面に摩擦材を貼り付けて摩擦力を高めることができる。このため、係合子の係合に必要な摩擦トルクを比較的小さな軸方向力で得ることができるので、小型のモータを採用することができ、消費電力の低減および装置の小型、軽量化を図ることができる。

さらに、モータの回転をギヤ減速機構を介して回転体に伝達し、また、回転体の回転運動をねじ機構やトルクカム機構によって加圧リングの軸方向の直線運動に変換することにより、小さなモータにより大きな軸方向力を得ることができ、モータのより一層の小型化を図ることができる。

また、モータを形成するロータを回転体としたことによって回転伝達装置のより小型、軽量化を図ることができる。

その他、摩擦プレートと加圧リングとの間にスラスト軸受と弾性体とを組込んだことにより、上記スラスト軸受によって加圧リングと摩擦プレート間の摩擦力の低減化を図ることができ、保持器に対して大きなスイッチトルクを負荷することができる。一方、弾性体を組込んだことによってギヤ減速機構のバックラッシやねじ機構のねじ隙間による加圧リングの軸方向のガタをなくすことができると共に、摩擦プレートと外輪の接触時にスラスト軸受に過大な荷重が負荷されるのを防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図４はこの発明に係る回転伝達装置の第１の実施の形態を示す。

図１に示すように、ハウジング１の内部には入力軸２が挿入され、その入力軸２の外側に外輪３が設けられている。入力軸２はハウジング１の一端開口部内に組込まれた軸受４によって回転自在に支持され、一方、外輪３はハウジング１の他端開口部内に組込まれた軸受５によって回転自在に支持されている。

また、入力軸２と外輪３はその両部材間に組込まれた軸受６によって相対的に回転自在に支持されている。

入力軸２にはハウジング１内に位置する部分に大径のカムリング７が設けられている。図２および図４に示すように、カムリング７の外周には外輪３の内周に形成された円筒面８との間でくさび形空間を形成する複数のカム面９が周方向に間隔をおいて設けられ、各カム面９と円筒面８との間にローラから成る係合子１０が組込まれている。

入力軸２と外輪３の間には保持器１１が組込まれ、その保持器１１に形成されたポケット１２内に上記係合子１０が収納されている。

カムリング７の軸方向の一端面にはばね収納凹部１３が形成され、そのばね収納凹部１３内にスイッチばね１４が組込まれている。

スイッチばね１４はＣ形をなし、その両端から外向きに形成された一対の折曲片１５はばね収納凹部１３の外周壁に形成された対向一対の切欠部１６の一方の切欠部１６から保持器１１の一端面に設けられた切欠き１７内に挿入されて、切欠部１６および切欠き１７の周方向で対向する側面を相反する方向に押圧し、その押圧によって係合子１０が円筒面８およびカム面９に対して係合解除された中立位置に保持器１１が弾性保持されている。

図１に示すように、ハウジング１の内部には保持器１１にスイッチばね１４のばね力より大きい摩擦トルクを付与して入力軸２に対して保持器１１を相対回転させる摩擦抵抗付与手段２０が設けられている。

摩擦抵抗付与手段２０は、外輪３の端面と軸方向で対向する摩擦プレート２１と、その摩擦プレート２１と軸方向で対向する加圧リング２２と、ハウジング１に支持されたモータ２３を駆動源として入力軸２を中心に回転される回転体２４と、その回転体２４の回転運動を加圧リング２２の軸方向の直線運動に変換する運動変換機構２５とを有している。

図２に示すように、摩擦プレート２１は入力軸２の外周に沿って軸方向に移動自在とされ、保持器１１の端部内に組込まれたコネクティングプレート２６を介して保持器１１に回り止めされている。すなわち、コネクティングプレート２６の外周対向位置に形成されたＬ形の係合片２７を保持器１１の端部に設けられた前記切欠き１７に嵌合してコネクティングプレート２６を回り止めし、上記係合片２７を摩擦プレート２１に形成された係合孔２８に係合して摩擦プレート２１を回り止めしている。この摩擦プレート２１はコネクティングプレート２６との間に組込まれた離反ばね２９によって外輪３の端面から離反する方向に押圧されている。

回転体２４は入力軸２との間に組込まれた軸受３０によって回転自在に支持され、その回転体２４の内周および入力軸２の外周に取付けた止め輪３１によって軸方向に非可動の支持とされている。

回転体２４とモータ２３の回転軸２３ａとの間にはギヤ減速機構３２が設けられている。ギヤ減速機構３２は、回転軸２３ａに設けられたピニオン３３と、回転体２４の外周に設けられたセクタギヤ３４とから成り、上記ピニオン３３の回転をセクタギヤ３４を介して回転体２４に減速して伝達するようにしている。

図１および図３に示すように、加圧リング２２は回り止め機構３５を介してハウジング１に回り止めされ、かつ入力軸２の軸方向に移動可能とされている。回り止め機構３５は、ハウジング１の内周に入力軸２に平行する回り止め溝３６を形成し、加圧リング２２の外周に設けられた突起３７を回り止め溝３６内にスライド自在に挿入している。

図２に示すように、回転体２４の回転運動を加圧リング２２の軸方向の直線運動に変換する運動変換機構２５は、回転体２４の外周に設けられた雄ねじ３８と、加圧リング２２の内周に形成された雌ねじ３９とで形成されるねじ機構から成っている。

摩擦プレート２１と加圧リング２２との間には、摩擦プレート２１と加圧リング２２間の摩擦力の低減化を図るスラスト軸受４０と、雄ねじ３８と雌ねじ３９のねじ隙間をつめて加圧リング２２の軸方向のガタを抑制する弾性体４１とが組込まれている。スラスト軸受４０として、ここでは、スラスト針状ころ軸受が用いられている。また、弾性体４１として、ここでは皿ばねが用いられている。

第１の実施形態で示す回転伝達装置は上記の構造から成り、図１および図２は、摩擦プレート２１が外輪３の端面より離反して両部材が非接触にある状態を示している。

このとき、スイッチばね１４のばね力によって保持器１１は係合子１０が円筒面８およびカム面９に対して係合解除された中立位置に保持される。

このため、入力軸２が回転してもその回転は外輪３に伝達されず、入力軸２のみが回転する。

入力軸２の回転状態において、図１に示すモータ２３を駆動すると、そのモータ２３の回転軸２３ａの回転はギヤ減速機構３２を介して回転体２４に伝達される。

このとき、回転体２４の外周の雄ねじ３８と加圧リング２２の雌ねじ３９がねじ係合しており、加圧リング２２は回り止め溝３６と突起２７の係合によって回り止めされているため、加圧リング２２が軸方向に移動する。そこで、加圧リング２２が摩擦プレート２１に向けて移動するようにモータ２３を回転（正回転）させると、軸方向に移動する加圧リング２２は、弾性体４１およびスラスト軸受４０を介して摩擦プレート２１を押圧することになり、摩擦プレート２１が外輪３の端面に押し付けられて接触する。

摩擦プレート２１と外輪３の接触部に作用する摩擦トルクがスイッチばね１４のばね力を超える大きさとなると、入力軸２に対して保持器１１が相対回転し、その相対回転によって係合子１０が円筒面８およびカム面９に係合する。

このため、入力軸２の回転は、係合子１０を介して外輪３に伝達される。

係合子１０が円筒面８およびカム面９に係合する駆動力の伝達状態において、モータ２３を逆回転すると、加圧リング２２が摩擦プレート２１から離反する方向に移動する。その移動によって摩擦プレート２１は押圧が解除されるため、離反ばね２９の押圧により摩擦プレート２１は外輪３の端面から離反し、スイッチばね１４のばね力によって保持器１１は係合子１０が円筒面８およびカム面９に対して係合解除される中立位置に戻される。

このため、入力軸２の回転は外輪３に伝達されず、入力軸２のみが回転する。

第１の実施形態における回転伝達装置においては、上記のように、モータ２３の回転軸２３ａの回転をギヤ減速機構３２を介して回転体２４に伝達し、その回転体２４の回転運動を雄ねじ３８と雌ねじ３９のねじ機構を介して加圧リング２２の軸方向の直線運動に変換して摩擦プレート２１を外輪３の端面に押し付けるようにしたので、小さなモータ２３でも大きな軸方向力を得ることができ、消費電力の低減と回転伝達装置の小型、軽量化を図ることができる。

また、モータ２３の回転により摩擦プレートを外輪の端面に押し付ける構成であって磁力を利用していないため、摩擦プレート２１と外輪３端面の対向面に摩擦材を貼り付けることができる。この場合、係合子１０の係合に必要な摩擦トルクをより小さい軸方向力で得ることができるので、モータ２３のより一層の小型化を図ることができる。

さらに、回転体２４の回転をねじ機構によって加圧リング２２の軸方向の直線運動に変換して摩擦プレート２１を外輪３の端面に押し付けることにより、ねじのリードを適性に設定することによって、加圧リング２２に軸方向荷重が作用してもモータ２３の回転軸２３ａが回されないようにすることが可能であり、モータ２３に対する通電をＯＦＦにしても摩擦プレート２１を外輪３の端面に接触する状態に維持させることができ、モータ２３の過負荷による焼付きを防止することができる。

また、加圧リング２２と摩擦プレート２１との間にスラスト軸受４０と弾性体４１とを組込んだことにより、上記スラスト軸受４０によって加圧リング２２と摩擦プレート２１間の摩擦力の低減化を図ることができる。その結果、保持器に対して大きなスイッチトルク（摩擦トルク）を負荷することができる。また、弾性体４１の組込みによってギヤ減速機構３２のバックラッシやねじ機構のねじ隙間による加圧リング２２の軸方向のガタをなくすことができると共に、摩擦プレート２１と外輪３の接触時にスラスト軸受４０に過大な負荷がかかるのを防止することができる。

図５は、この発明に係る回転伝達装置の第２の実施形態を示す。この実施形態と先に述べた第１の実施形態とは、モータ２３の回転を回転体２４に伝達するギヤ減速機構３２の構成のみが相違している。第２の実施形態で示すギヤ減速機構３２においては、モータ２３の回転軸２３ａにウォーム４２を設け、回転体２４の外周には上記ウォーム４２に噛合するウォームホイール４３を設けている。

第２の実施形態で示すように、ウォーム４２とウォームホイール４３から成るギヤ減速機構３２を採用することによって、加圧リング２２に軸方向の荷重が負荷された場合に、その負荷によってモータ２３の回転軸２３ａが回転されるのを確実に防止することができる。

図６は、この発明に係る回転伝達装置の第３の実施形態を示す。この実施形態では、モータ２３を形成するステータ４４をハウジング１の内周に取付け、そのステータ４４で回転されるロータを回転体４５とした点で第１の実施形態で示す回転伝達装置と相違している。このため、第１の実施形態で示す回転伝達装置と同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。第３の実施形態で示す回転伝達装置のように、モータ２３のロータを回転体４５とすることによって部品点数を少なくすることができ、回転伝達装置のより小型、軽量化を図ることができる。

図７は、この発明に係る回転伝達装置の第４の実施形態を示す。この実施形態で示す回転伝達装置においては、超音波モータ２３を用いた点で第３の実施形態で示す回転伝達装置と相違している。

このため、第３の実施形態で示す回転伝達装置と同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、超音波モータ２３は、ステータ４６とロータ４７とから成り、前記ステータ４６は環状の弾性体４８の片面に圧電素子４９を接着した構成とされている。ステータ４６の弾性体４８はハウジング１の端板内面に設けられた円筒部５０に嵌合支持され、一方、ロータ４７は入力軸２に回転自在に支持されてステータ４６の弾性体４８に圧接されている。そのロータ４７が回転体とされている。

上記の構成から成る超音波モータ２３は圧電素子４９に高周波電圧をかけることで発生する超音波振動によりロータ４７を回転させるようしている。

上記のような超音波モータ２３を用いることによって、第３の実施形態で示す回転伝達装置と同様に、その回転伝達装置の小型化と軽量化とを図ることができる。

図８乃至図１０は、この発明に係る回転伝達装置の第５の実施形態を示す。この第５の実施形態で示す回転伝達装置と図１に示す第１の実施形態の回転伝達装置は運動変換機構２５のみが相違する。

このため、第１の実施形態で示す回転伝達装置と同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。

第５の実施形態で示す運動変換機構２５はトルクカムから成る。このトルクカムは、回転体２４と加圧リング２２の対向面のそれぞれに円周方向の中央部で深く、両端に至るに従って次第に浅くなる複数のカム溝５１、５２を周方向に間隔をおいて設け、軸方向で対向する一対のカム溝５１、５２間にボール５３を組込んだ構成とされている。

上記の構成から成るトルクカムにおいては、モータ２３の駆動によって回転体２４が回転されると、その回転体２４は回り止めされた加圧リング２２に対して相対回転し、その相対回転によって図１０（II）に示すように、軸方向で対向する一対のカム溝５１、５２が周方向に位置がずれ、加圧リング２２が軸方向に移動して摩擦プレート２１を外輪３の端面に押し付ける。

上記のようなトルクカムを用いた回転伝達装置においても、第１の実施形態で示す回転伝達装置と同様に、小さなモータ２３で大きな軸方向力を得ることができ、消費電力の低減化と、回転伝達装置の小型、軽量化を図ることができる。

なお、トルクカムは図１０に示すものに限定されず、例えば、加圧リング２２と回転体２４の対向面一方に図１０（Ｉ）で示すようなカム溝を設け、他方にそのカム溝にほぼぴったりと嵌り合うカム突起を設けたものであってもよい。また、ボール（鋼球）の代りにローラを用いてもよい。

この発明に係る回転伝達装置の第１の実施形態を示す縦断正面図 図１の一部を拡大して示す断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 図１のIV−IV線に沿った断面図 この発明に係る回転伝達装置の第２の実施形態を示す断面図 この発明に係る回転伝達装置の第３の実施形態を示す断面図 この発明に係る回転伝達装置の第４の実施形態を示す断面図 この発明に係る回転伝達装置の第５の実施形態を示す断面図 図８のIX−IX線に沿った断面図 （Ｉ）はトルクカムの拡大断面図、（II）は作動状態を示す断面図

符号の説明

２ 入力軸
３ 外輪
８ 円筒面
９ カム面
１０ 係合子
１１ 保持器
１４ スイッチばね
２０ 摩擦抵抗付与手段
２１ 摩擦プレート
２２ 加圧リング
２３ モータ
２４ 回転体
２５ 運動変換機構
３２ ギヤ減速機構
３８ 雄ねじ
３９ 雌ねじ
４０ スラスト軸受
４１ 弾性体
４５ 回転体
４７ ロータ
５１ カム溝
５２ カム溝
５３ ボール

Claims (6)

1. 入力軸とその外側に設けられた外輪とを相対的に回転自在に支持し、入力軸の外周には外輪の内周に形成された円筒面との間でくさび形空間を形成するカム面を設け、そのカム面と円筒面との間に係合子を組込み、その係合子を入力軸と外輪間に組込まれた保持器で保持し、前記係合子がカム面と円筒面に対して係合解除された中立位置に保持器を保持するスイッチばねと、そのスイッチばねのばね力より大きい回転抵抗を保持器に負荷することにより保持器に対して入力軸を相対回転させる摩擦抵抗付与手段とを設けた回転伝達装置において、前記摩擦抵抗付与手段が、前記保持器に対して回り止めされ、かつ入力軸の軸方向に移動可能に支持されて外輪の端面に対向する摩擦プレートと、その摩擦プレートを外輪の端面に押し付ける軸方向に移動可能に支持された加圧リングと、モータを駆動源として入力軸を中心に回転される回転体と、その回転体の回転運動を加圧リングの軸方向の直線運動に変換する運動変換機構とから成ることを特徴とする回転伝達装置。
2. 前記モータの回転をギヤ減速機構を介して回転体に伝達するようにした請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記回転体が、モータを形成するロータから成る請求項１に記載の回転伝達装置。
4. 前記運動変換機構が、回転体の外周に設けられた雄ねじと、加圧リングの内周に設けられた雌ねじとから成る請求項１乃至３のいずれかに記載の回転伝達装置。
5. 前記運動変換機構が、回転体と加圧リングの対向面のそれぞれに円周方向の中央部で深く、両端に至るに従って次第に浅くなるカム溝を形成し、そのカム溝間にボールを組込んだトルクカムから成る請求項１乃至３のいずれかに記載の回転伝達装置。
6. 前記摩擦プレートと加圧リング間にスラスト軸受と弾性体を組込んだ請求項１乃至５のいずれかに記載の回転伝達装置。

Images