JP2005344840A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力軸と外輪の相互間に２方向クラッチと電磁クラッチとを組込み、その電磁クラッチによって２方向クラッチの係合および係合解除を制御する回転伝達装置において、電磁クラッチのサイズを大きくすることなく、摩擦抵抗の増大化を図ることである。
【解決手段】入力軸１と外輪２との間に２方向クラッチ１０と、電磁石２３の電磁コイル２３ａに対する通電により２方向クラッチ１０の保持器１４に回り止めされたアーマチュア２１を外輪２に取付けられたロータ２２に吸着して２方向クラッチ１０を係合状態とする電磁クラッチ２０とを組込む。２方向クラッチ１０と電磁クラッチ２０の間に推力付与手段３０を組込み、ロータ２２に対するアーマチュア２１の吸着時に推力付与手段３０によりアーマチュア２１をロータ２２に向けて押圧して、ロータ２２とアーマチュア２１の吸着面に作用する摩擦抵抗の増大化を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、動力の伝達経路上において、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。

ＦＲベースの４輪駆動車において、補助駆動輪としての前輪に駆動力の伝達と遮断とを行なう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。

上記回転伝達装置は、外輪と入力軸との間に２方向クラッチと、電磁クラッチとを組込み、上記電磁クラッチにより２方向クラッチの係合および係合解除を制御し、上記２方向クラッチの係合により外輪と入力軸とを結合して、入力軸の回転を外輪に伝えるようにしている。

ここで、２方向クラッチは、外輪の内周に円筒面を形成し、入力軸の外周には上記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を組込み、そのローラを保持器で保持して、入力軸に対する保持器の相対回転により、ローラをくさび形空間の狭小部に押し込んで円筒面およびカム面に係合させるようにしている。また、入力軸と保持器の相互間にスイッチばねを組込み、上記入力軸と保持器の相対回転によりスイッチばねを弾性変形させ、その復元弾性により保持器を復帰回転させてローラを係合解除される中立位置に保持するようにしている。

一方、電磁クラッチは、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と、外輪に回り止めされてアーマチュアと軸方向で対向するロータと、そのロータに対向配置された電磁石とを有し、上記電磁石の電磁コイルに対する通電によりロータにアーマチュアを吸着し、その吸着面に作用する摩擦抵抗により入力軸と保持器を相対回転させて、ローラを円筒面およびカム面に係合させるようにしている。
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、スイッチばねによって２方向クラッチの保持器を中立位置に弾性保持するようにしているため、上記２方向クラッチを係合状態にするためには、アーマチュアとロータの相互間にスイッチばねの弾性力を上回る大きさの摩擦抵抗を付与する必要がある。

また、上記回転伝達装置においては、２方向クラッチの係合解除状態で入力軸が高速回転すると、その入力軸と共に回転するローラが遠心力により外径方向に移動して外輪の円筒面に接触し、その接触によりローラに引きずりトルクが付与され、その引きずりトルクがスイッチばねの弾性力を超えると、ローラが円筒面およびカム面にミス係合することになる。このため、スイッチばねの弾性力は上記ミス係合を防止するうえにおいてできるだけ大きい方が好ましく、そのためにはアーマチュアとロータ間の摩擦抵抗もそれに応じて大きくしなければならない。

電磁クラッチの上記摩擦抵抗の増大化には電磁クラッチの大型化が最も効果的であるが、コストが高くなると共に、重量が重くなるという問題が発生する。

この発明の課題は、電磁クラッチのサイズを大きくすることなく摩擦抵抗の増大化を図ることができるようにした回転伝達装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、内方部材の外周とその外側に設けられた外方部材の内周の一方に円筒面を形成し、他方にその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を組込み、このローラを内方部材と外方部材間に組込まれた保持器で保持し、その保持器とカム面が形成された部材の相互間に前記ローラが円筒面およびカム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するスイッチばねを設け、前記保持器の端面にアーマチュアを対向し、前記円筒面を有する部材に固定されたロータをアーマチュアと軸方向で対向し、そのロータに対向配置された電磁石の電磁コイルに対する通電によりロータにアーマチュアを吸着し、その吸着面に作用する回転抵抗を保持器に負荷して、保持器とカム面を有する部材の相対回転によりローラを円筒面およびカム面に係合させるようにした回転伝達装置において、前記アーマチュアと保持器の相互間に、そのアーマチュアと保持器の相対回転によりアーマチュアをロータに押し付ける推力付与手段を設けた構成を採用したのである。

ここで、推力付与手段として、保持器の端部に一体に設けられて前記アーマチュアと軸方向で対向するカムプレートと、そのカムプレートとアーマチュアの相対回転によりアーマチュアをロータに向けて押圧するカム機構とから成るものを採用することができる。

上記推力付与手段において、カム機構は、カムプレートとアーマチュアの対向面にそれぞれ形成された周方向に向けて深さが次第に浅くなるカム溝と、そのカム溝間に組込まれたボールとから成るものであってもよく、あるいは、カムプレートとアーマチュアの対向面の一方に周方向の中央部で高く、両端に至るに従って次第に低くなるカム突起を設け、他方にそのカム突起に適合するカム凹部を形成した構成から成るものであってもよい。

上記のように、アーマチュアと保持器の相互間に推力付与手段を設けることにより、電磁石の電磁コイルに通電してロータにアーマチュアを吸着すると、その吸着面に作用する摩擦抵抗がアーマチュアの回転抵抗となるため、保持器とアーマチュアが相対回転する。このとき、推力付与手段が作動してアーマチュアに推力を負荷し、その推力によりアーマチュアがロータに押し付けられ、その押し付けと吸着の両作用によりアーマチュアはロータに接触状態に保持される。このため、アーマチュアとロータの相互間にきわめて大きい摩擦抵抗を得ることができ、電磁クラッチのサイズを大きくすることなく摩擦抵抗の増大化を図ることができ、回転伝達装置の軽量化とコストの低減化を図ることができる。

また、アーマチュアとロータの相互間に大きな摩擦抵抗を負荷することができるため、スイッチばねとして弾性力の大きいばねを採用することができ、ミス係合に対するローラクラッチの信頼性を高めることができる。

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に示すように、内方部材としての入力軸１の外側には外方部材としての外輪２が設けられ、その入力軸１と外輪２は軸受３によって相対的に回転自在に支持されている。

入力軸１は大径のカムリング部４を有し、そのカムリング部４と外輪２の相互間に２方向クラッチ１０が設けられている。

図２および図４に示すように、２方向クラッチ１０は、外輪２の内周に円筒面１１を形成し、カムリング部４の外周には上記円筒面１１との間でくさび形空間を形成する複数のカム面１２を周方向に間隔をおいて設け、各カム面１２と円筒面１１間にローラ１３を組込み、各ローラ１３を入力軸１と外輪２間に組込まれた保持器１４によって保持したローラタイプの２方向クラッチから成っている。

カムリング部４の端面にはばね嵌合凹部１５が形成され、そのばね嵌合凹部１５内にスイッチばね１６が組込まれている。スイッチばね１６はＣ形をなし、その両端から外向きに形成された一対の押圧片１６ａはばね嵌合凹部１５の外周壁に形成された切欠部１７から保持器１４の端部に設けられた窓１８内に挿入されて、切欠部１７および窓１８の周方向で対向する側面を相反する方向に押圧し、その押圧によってローラ１３が円筒面１１およびカム面１２に対して係合解除される中立位置に保持器１４を弾性保持するようにしている。

図１に示すように、外輪２と保持器１４の相互間には、２方向クラッチ１０の係合および係合解除を制御する電磁クラッチ２０が組込まれている。

電磁クラッチ２０は、保持器１４に対して軸方向に対向配置したアーマチュア２１と、そのアーマチュア２１に対向配置したロータ２２と、そのロータ２２に対向配置した電磁石２３とから成っている。

アーマチュア２１は保持器１４に対して設定角度回転自在とされ、かつ軸方向に移動自在とされている。

ロータ２２は外輪２の開口端部内に取付けた非磁性体から成るロータガイド２４内に圧入されて外輪２に回り止めされている。

電磁石２３は電磁コイル２３ａを有している。この電磁石２３は図示省略した固定部材に支持されている。

上記の構成から成る電磁クラッチ２０においては、電磁石２３の電磁コイル２３ａに対する通電によりロータ２２にアーマチュア２１を吸着し、その吸着面に作用する摩擦抵抗を保持器１４の回転抵抗として保持器１４と入力軸１とを相対回転させ、その相対回転によりローラ１３をくさび形空間の狭小部に押し込んで円筒面１１およびカム面１２に係合させるようにしている。

保持器１４とアーマチュア２１の相互間には、その保持器１４とアーマチュア２１の相対回転によりアーマチュア２１に推力を負荷してそのアーマチュア２１をロータ２２に押し付ける推力付与手段３０が設けられている。

図４（Ｉ）、（II）に示すように、推力付与手段３０は、保持器１４の端部にアーマチュア２１と軸方向で対向するカムプレート３１を一体に設け、そのカムプレート３１とアーマチュア２１の相互間にカム機構３２を設け、上記カムプレート３１とアーマチュア２１の相対回転時に、カム機構３２によりアーマチュア２１をロータ２２に向けて押すようにしている。

ここで、カム機構３２は、アーマチュア２１とカムプレート３１の対向面それぞれに周方向両端に至るに従って溝深さが次第に浅くなるカム溝３３、３４を形成し、そのカム溝３３、３４間にボール３５を組込み、上記アーマチュア２１とカムプレート３１の相対回転によるカム溝３３、３４の位相の変化によってアーマチュア２１をロータ２２に押し付けるようにしている。

アーマチュア２１がロータ２２に押圧されるとき、保持器１４にはその押圧による反力が作用し、その反力を保持器１４と入力軸１の相互間に組込んだ図１に示す軸受３６によって受けるようにしている。

図３および図４に示すように、カムプレート３１にはアーマチュア２１に対する対向面に突片３７が設けられている。この突片３７はアーマチュア２１に形成された円弧状孔３８に挿入され、上記突片３７に円弧状孔３８の両端が当接する範囲内においてカムプレート３１とアーマチュア２１は相対的に回転自在とされている。すなわち、アーマチュア２１は保持器１４に対して設定角度回転自在とされている。

図４に示すように、カムプレート３１とアーマチュア２１の対向面間には弾性部材３９が組込まれている。弾性部材３９はカムプレート３１とアーマチュア２１が相対回転してカム機構３２の作動により両部材が離反する方向に移動したとき弾性変形し、その復元弾性によってアーマチュア２１をカムプレート３１側に引き寄せるように作用する。

実施の形態で示す回転伝達装置は上記の構造から成り、電磁石２３の電磁コイル２３ａに対する通電の遮断状態では２方向クラッチ１０のローラ１３は図２に示すスイッチばね１６の弾性力により円筒面１１およびカム面１２に対して係合解除された中立位置に保持されている。

このため、入力軸１が回転しても、その回転は外輪２に伝達されず、入力軸１がフリー回転する。このとき、入力軸１と保持器１４の相互間にはスイッチばね１６が組込まれているため、保持器１４およびその保持器１４に保持されているローラ１３が入力軸１と共に回転する。

入力軸１の回転状態において、電磁石２３の電磁コイル２３ａに通電すると、アーマチュア２１がロータ２２に吸着されてアーマチュア２１が外輪２に結合され、そのアーマチュア２１に対して保持器１４に設けられたカムプレート３１が相対的に回転する。

アーマチュア２１とカムプレート３１の相対回転により、図５（II）に示すように、ボール３５はアーマチュア２１に形成されたカム溝３３の周方向端部の浅溝部に移動すると共に、カムプレート３１に形成されたカム溝３４の周方向端部の浅溝部がボール３５に対向することになり、アーマチュア２１がロータ２２に押し付けられる。

このため、ロータ２２とアーマチュア２１の吸着面にはきわめて大きな摩擦力が作用し、その摩擦力は保持器１４の回転抵抗となるため、保持器１４と入力軸１とが相対回転し、図５（Ｉ）に示すように、ローラ１３が円筒面１１およびカム面１２に係合し、入力軸１と外輪２の相互間でトルクが伝達される。

また、入力軸１と保持器１４の相対回転によりスイッチばね１６が弾性変形する。このため、電磁石２３の電磁コイル２３ａに対する通電を解除すると、スイッチばね１６の復元弾性により保持器１４が回動され、ローラ１３は円筒面１１およびカム面１２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１から外輪２への回転伝達が遮断される。

また、電磁コイル２３ａに対する通電を遮断すると、カムプレート３１とアーマチュア２１間に組込まれた弾性部材３９により、アーマチュア２１がカムプレート３１に向けて引き寄せられる。この引き寄せ力は、カム溝３３、３４の傾斜面とボール３５の接触部に作用するため、アーマチュア２１に回転力が負荷されることになり、その回転力によりカム溝３３、３４の深溝部にボール３５が臨む安定した位置までアーマチュア２１が復帰回転する。

アーマチュア２１とカムプレート３１の相互間に設けられたカム機構３２において、アーマチュア２１をロータ２２に向けて押圧する押圧力（セルフロック力）はカム溝３３、３４のボール３５が接触するボール接触面の傾斜角によって調整することができる。

図６はカム溝３３、３４のボール接触面の傾斜角によるセルフロック力の変化を示している。傾斜角が小さくなるほどセルフロック力が急激に増加していることが理解し得る。そのような過渡的な変化領域では、セルフロック力が過大となり、電磁コイル２３ａへの通電を遮断しても、カム機構３２を押圧解除位置に戻すことができなかったり、セルフロック力の反力を受けることができない等の問題が生じる。実施の形態では、そのような傾斜角度にならないような設定としている。

上記のようなカム機構３２をアーマチュア２１とカムプレート３１間に設けることにより、電磁コイル２３ａに対する通電によりロータ２２にアーマチュア２１を吸引する吸着時に、アーマチュア２１をロータ２２に押し付けることができ、その押圧力と吸着力の両方によってアーマチュア２１はロータ２２に接触状態に保持されるため、アーマチュア２１とロータ２２の相互間にスイッチばね１６の弾性力より大きな摩擦抵抗を付与することができる。したがって、電磁クラッチ２０の容量を大型化することなく必要な摩擦抵抗を負荷することができ、回転伝達装置のコストの低減化と小型化を図ることができる。

図７（Ｉ）は、推力付与手段３０の他の例を示す。この例では、カムプレート３１のアーマチュア２１に対する対向面に周方向の中央部で高く両端に至るに従って次第に低く山形のカム突起４０を形成し、アーマチュア２１のカムプレート３１に対する対向面には上記カム突起４０に適合するカム凹部４１を設け、カムプレート３１とアーマチュア２１の相対回転によりカム突起４０によりアーマチュア２１を軸方向に押圧して、図７（II）に示すように、アーマチュア２１を軸方向に移動させるようにしている。

実施の形態では、外輪２の内周に円筒面１１を形成し、入力軸１のカムリング部４の外周にカム面１２を形成したが、カムリング部４の外周に円筒面を形成し、外輪２の内周にカム面を設けるようにしてもよい。この場合、入力軸１にロータ２２を取付けると共に、外輪２と保持器１４の相互間にスイッチばね１６を組込むようにする。

この発明に係る回転伝達装置の実施の形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 （Ｉ）は図１に示す推力付与手段を拡大して示す断面図、（II）は（Ｉ）の横断平面図 （Ｉ）は図４に示す推力付与手段の作動状態を示す断面図、（II）は（Ｉ）の横断平面図 カム溝のボール接触面の傾斜角とセルフロック力との関係を示すグラフ （Ｉ）は推力付与手段の他の例を示す断面図、（II）は（Ｉ）の作動状態を示す断面図

符号の説明

１ 入力軸（内方部材）
２ 外輪（外方部材）
１１ 円筒面
１２ カム面
１３ ローラ
１４ 保持器
１６ スイッチばね
２１ アーマチュア
２２ ロータ
２３ 電磁石
２３ａ 電磁コイル
３０ 推力付与手段
３１ カムプレート
３２ カム機構
３３ カム溝
３４ カム溝
３５ ボール
４０ カム突起
４１ カム凹部

Claims (4)

1. 内方部材の外周とその外側に設けられた外方部材の内周の一方に円筒面を形成し、他方にその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を組込み、このローラを内方部材と外方部材間に組込まれた保持器で保持し、その保持器とカム面が形成された部材の相互間に前記ローラが円筒面およびカム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するスイッチばねを設け、前記保持器の端面にアーマチュアを対向し、前記円筒面を有する部材に固定されたロータをアーマチュアと軸方向で対向し、そのロータに対向配置された電磁石の電磁コイルに対する通電によりロータにアーマチュアを吸着し、その吸着面に作用する回転抵抗を保持器に負荷して、保持器とカム面を有する部材の相対回転によりローラを円筒面およびカム面に係合させるようにした回転伝達装置において、前記アーマチュアと保持器の相互間に、そのアーマチュアと保持器の相対回転によりアーマチュアをロータに押し付ける推力付与手段を設けたことを特徴とする回転伝達装置。
2. 前記推力付与手段が、保持器の端部に一体に設けられて前記アーマチュアと軸方向で対向するカムプレートと、そのカムプレートとアーマチュアの相対回転によりアーマチュアをロータに向けて押圧するカム機構とから成る請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記カム機構が、カムプレートとアーマチュアの対向面にそれぞれ形成された周方向に向けて深さが次第に浅くなるカム溝と、そのカム溝間に組込まれたボールとから成る請求項２に記載の回転伝達装置。
4. 前記カム機構が、カムプレートとアーマチュアの対向面の一方に周方向の中央部で高く、両端に至るに従って次第に低くなるカム突起を設け、他方にそのカム突起に適合するカム凹部を形成した構成から成る請求項２に記載の回転伝達装置。

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