JP2006009911A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な手段により、逆入力トルクに対して振動荷重を受けながらであっても解除トルクを低減する。
【解決手段】 回転トルクが入出力される入出力軸２２，２３と、回転が拘束される固定外輪２１と、固定外輪２１と出力軸２３間に係合離脱可能に設けられたローラ３０ａ，３０ｂ、およびローラ３０ａ，３０ｂ間に配設されて両者を固定外輪２１と出力軸２３間に係合させる方向に付勢する弾性部材４２ａ，４２ｂからなり、出力軸２３からの逆入力トルクに対して出力軸２３をロックし、入力軸２２からの回転トルクに対してロック状態を解除するロック手段４４と、入出力軸２２，２３間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力軸２２からの回転トルクを出力軸２３に伝達するトルク伝達手段４５とを備え、ローラ３０ａ，３０ｂが係合・離脱する固定外輪２１と出力軸２３との間に、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを封入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力側からの入力トルクを出力側に伝達する機能と、出力側からの逆入力トルクに対してトルクを遮断する機能を併せ持った逆入力遮断クラッチに関する。

例えば、自動車補機として用いられるローラタイプのクラッチは、エンジンを駆動源とし、自動車に必要な発電を行うオルタネータ等に適用されている。この種のローラタイプのクラッチを内蔵したオルタネータ用プーリ装置が先に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で開示されたローラクラッチでは、オルタネータ用プーリ装置がエンジン周辺に設置されることから、ローラクラッチに封入されるグリースとしては、耐熱性を有する材質のものを使用する必要がある。そこで、このローラクラッチでは、ウレア化合物を増ちょう剤としたグリースを使用している。このグリースは、１５０℃程度の耐熱性を有し、動粘度６０ｃｓｔ以下の合成油によって油切れを起こしにくく、２００Ｈｚの振動を付与した過酷な試験でも、フレッティング摩耗を抑制して十分な耐フレッティング性を確保することができる。

このように自動車補機に用いられるクラッチには、高温で常に振動が付与される使用環境であっても、適正なクラッチ性能を確保することが要求される。この点、前述の特許文献１では、適正なクラッチ性能をグリースによって確保するようにしている。

一方、ローラクラッチは、自動車補機として、自動車に必要な発電を行うオルタネータ等に適用する用途に限らず、他の用途にも適用可能である。ところで、自動車の電動化が進むにつれてモータ駆動による装置が増加する傾向にある。このようにモータ駆動による装置に適用するクラッチとしては、モータ駆動によるトルクを入力側から出力側へ伝達し、逆入力トルクについては、モータへ伝達しない逆入力遮断クラッチの適用が必要となっている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−２５３６２０号公報 特開２００３−３４３６０１号公報

ところで、前述したように自動車用途のクラッチは、振動荷重が負荷されながらそのクラッチ機能をスムーズに発揮しなければならない役割を担っており、自動車に逆入力遮断クラッチを用いた場合においても、外部から様々な振動荷重を受ける一方、モータには逆入力トルクを伝達しないように円滑に作動し、かつ、応答性に優れたクラッチを必要とする。

この逆入力遮断クラッチにおいて、その応答性を向上させるためには、特に、逆入力トルクに対して振動荷重を受けながらであってもスムーズにロック状態と解除状態を繰り返す性能が必要であり、そのためには、クラッチの解除トルクを低減しなければならないという課題があった。

そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、逆入力トルクに対して振動荷重を受けながらであっても解除トルクを低減し得る逆入力遮断クラッチを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、回転トルクが入力される入力側部材と、回転トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束される静止側部材と、その静止側部材と前記出力側部材との間に係合離脱可能に設けられた一対の係合子、および一対の係合子間に配設されて両者を静止側部材と出力側部材間に係合させる方向に付勢する弾性部材からなり、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材と静止側部材とをロックし、入力側部材からの入力トルクに対してロック状態を解除するロック手段と、前記入力側部材と出力側部材との間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備えた逆入力遮断クラッチであって、前記係合子が係合・離脱する静止側部材と出力側部材との間に、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを封入したことを特徴とする。

本発明に係る逆入力遮断クラッチでは、係合子が係合・離脱する静止側部材と出力側部材との間に、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを封入したことにより、逆入力トルクに対して振動荷重を受けながらであってもロック状態と解除状態を繰り返すクラッチ動作において、係合子と静止側部材あるいは出力側部材との間での摩擦を適切に低減することで、解除トルクを低減することができる。

なお、この逆入力遮断クラッチでは、入力側部材に回転トルクが入力されると、まず、ロック手段によりロック状態が解除され、その状態で入力側部材からの回転トルクがトルク伝達手段を介して出力側部材に伝達される。一方、出力側部材からの逆入力トルクは、ロック手段を介して出力側部材と静止側部材との間でロックされる。従って、入力側からの回転トルクは出力側に伝達されるのに対して、出力側からの逆入力トルクは入力側に伝達されずに遮断される機能が得られる。

また、「ロック手段」には、楔係合力、凹凸係合力、摩擦力、磁気力、電磁力、流体圧力、流体粘性抵抗力、微粒子媒体などによって回転拘束力を付与するものが含まれるが、構造や制御機構の簡素化、動作の円滑化、コストの面などから楔係合力によって回転拘束力を付与するものが好ましい。具体的には、出力側部材と静止側部材との間に楔隙間を形成し、この楔隙間に対して係合子を係合・離脱させることによって、ロック・空転を切り替える構成とするのがよい。その場合、楔隙間を形成するためのカム面を出力側部材または静止側部材に設けた構成（係合子としてローラ、ボール等の円形断面のものを用いる）、楔隙間を形成するためのカム面を係合子に設けた構成（係合子としてスプラグ等を用いる）が含まれる。

本発明によれば、係合子が係合・離脱する静止側部材と出力側部材との間に、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを封入したことにより、逆入力トルクに対して振動荷重を受けながらであってもロック状態と解除状態を繰り返すクラッチ動作において、係合子と静止側部材あるいは出力側部材との間での摩擦を適切に低減することで、解除トルクを低減することができる。その結果、逆入力遮断クラッチの作動性、応答性を大幅に向上させることができ、しかも、振動、音の発生を抑制することができるので耐フレッティング性を向上させることができる。

本発明に係る逆入力遮断クラッチの実施形態を以下に詳述する。図１および図２は本発明の実施形態における逆入力遮断クラッチの全体構成を示す。

この実施形態の逆入力遮断クラッチは、図１および図２に示すように回転トルクが入力される入力側部材である入力軸２２と、回転トルクが出力される出力側部材である出力軸２３と、回転が拘束される静止側部材である固定外輪２１と、その固定外輪２１と出力軸２３との間に係合離脱可能に設けられた一対の係合子であるローラ３０ａ，３０ｂ、および一対のローラ３０ａ，３０ｂ間に配設されて両者を固定外輪２１と出力軸２３間に係合させる方向に付勢する一対の弾性部材４２ａ，４２ｂからなり、出力軸２３からの逆入力トルクに対して出力軸２３と固定外輪２１とをロックし、入力軸２２からの入力トルクに対してロック状態を解除するロック手段４４と、入力軸２２と出力軸２３との間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力軸２２からの入力トルクを出力軸２３に伝達するトルク伝達手段４５とを備え、固定外輪２１に入力軸２２と出力軸２３を転がり軸受２４，２５を介して正逆回転自在に支承した構造を具備する。

トルク伝達手段４５の構造は次のとおりである。入力軸２２には、軸中心から径方向外側へずれた位置に軸方向に沿う貫通孔２６が穿設され、出力軸２３には、入力軸２２と対向する端面に径方向に沿う凹溝２７が形成されている。入力軸２２の貫通孔２６にピン２８を挿入し、そのピン２８の先端を出力軸２３と対向する端面から突出させて、出力軸２３の端面に形成された凹溝２７に嵌入させることにより、入力軸２２からの回転トルクを出力軸２３に伝達可能としている。

一方、ロック手段４４の構造は以下のとおりである。入力軸２２の出力軸側端部には径方向外側へ拡径したフランジ部２２ａが一体的に形成され、そのフランジ部２２ａの外周から軸方向の出力軸側へ連続して延びる複数（図では四つ）の柱部２２ｂが円周方向等間隔に形成されている。この円周方向に隣接する柱部２２ｂ間の空間は、軸方向の一方に向かって開口した形態のポケット２９を構成し、各ポケット２９に一対のローラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ配される。

出力軸２３の入力軸側外周には、前述した入力軸２２の柱部２２ｂ間に位置するポケット２９と対応させて複数対（図では四対）のカム面３１ａ，３１ｂが円周方向等間隔に形成されている。この出力軸２３のカム面３１ａ，３１ｂと固定外輪２１の内周面との間に、複数対（図では四対）のローラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ配され、入力軸２２の柱部２２ｂ間に形成されたポケット２９に収容される。一対のローラ３０ａ，３０ｂのうち、一方のローラ３０ａは一対のカム面３１ａ，３１ｂのうちの一方のカム面３１ａに位置し、他方のローラ３０ｂは他方のカム面３１ｂに位置するように配されている。

一対のローラ３０ａ，３０ｂ間にはＮ字状をなす一対の弾性部材４２ａ，４２ｂが介挿され、それぞれの弾性部材４２ａ，４２ｂが一対のローラ３０ａ，３０ｂを互いに離れる方向に弾性的に押圧する。なお、それぞれの弾性部材４２ａ，４２ｂの形状は、前述したＮ字状に限定されるものではない。

また、入力軸２２からのトルク伝達時に一方のローラに作用する弾性部材の押圧力と他方のローラに作用する弾性部材の押圧力とを独立させる仕切り部材である遮蔽板４３を一対のローラ３０ａ，３０ｂ間に配設し、その遮蔽板４３の両面に弾性部材４２ａ，４２ｂをそれぞれ固着する。この弾性部材４２ａ，４２ｂの遮蔽板４３への固定は、圧入やピン等を含む手段を用いることにより装着することで実現される。また、遮蔽板４３は、出力軸２３の一対のカム面３１ａ，３１ｂの中央部位に一体的に成形するか、あるいは、別体のものをカム面３１ａ，３１ｂの中央部位に圧入する等して固定される。

この逆入力遮断クラッチでは、図３に拡大して示す中立状態で、出力軸２３に時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材４２ａの弾性力により反時計方向（回転方向後方）のローラ３０ａがその方向の楔隙間と係合して、出力軸２３が固定外輪２１に対して時計方向にロックされる。逆に、出力軸２３に反時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材４２ｂの弾性力により時計方向（回転方向後方）のローラ３０ｂがその方向の楔隙間と係合して、出力軸２３が固定外輪２１に対して反時計方向にロックされる。従って、出力軸２３からの逆入力トルクは、一対のローラ３０ａ，３０ｂによって正逆両回転方向にロックされる。

一方、入力軸２２に回転トルクが入力されて例えば時計方向に回動すると、図４に拡大して示すように、まず、入力軸２２の反時計方向（回転方向後方）の柱部２２ｂがその方向（回転方向後方）のローラ３０ａと係合して、これを一方の弾性部材４２ａの弾性力に抗して時計方向（回転方向前方）に押圧する。これにより、反時計方向（回転方向後方）のローラ３０ａがその方向の楔隙間から離脱して、出力軸２３のロック状態が解除されてその出力軸２３が時計方向に回動可能となる。

入力軸２２がさらに時計方向が回動すると、入力軸２２のピン２８が出力軸２３の凹溝２７の壁面に当接することにより、入力軸２２からの時計方向の回転トルクがピン２８と凹溝２７との係合部分を介して出力軸２３に伝達され、出力軸２３が時計方向に回動する。この時、時計方向（回転方向前方）のローラ３０ｂは、その方向の楔隙間と係合せず、出力軸２３のカム面３１ｂと固定外輪２１の内周面に接触した状態で空転する。

入力軸２２に反時計方向の回転トルクが入力された場合は、前述とは逆の動作で出力軸２３が反時計方向に回動する。従って、入力軸２２からの正逆両回転方向の回転トルクは、ピン２８と凹溝２７との係合部分を介して出力軸２３に伝達され、出力軸２３が正逆両回転方向に回動する。

この入力軸２２からのトルク伝達時、一対のローラ３０ａ，３０ｂ間に配設された遮蔽板４３により、一方のローラに作用する弾性部材の押圧力と他方のローラに作用する弾性部材の押圧力とを独立させるようにしたから、一方のローラに作用する弾性部材の押圧力が他方のローラに作用する弾性部材の押圧力の大きさに影響することがないので、その他方のローラに作用する弾性部材のばね荷重が増加することはない。

つまり、図４に示すように入力軸２２から回転トルクが時計方向に入力された場合、回転方向後方に位置するローラ３０ａ（回転方向が反時計方向の時はローラ３０ｂ、以下、括弧内の符号は回転方向が反時計方向の場合を示す）を押圧する弾性部材４２ａ（４２ｂ）は、出力軸２３のカム面３１ａ，３１ｂに取り付けられた遮蔽板４３との間で変形するだけで、回転方向前方に位置するローラ３０ｂ（３０ａ）を押圧する弾性部材４２ｂ（４２ａ）は変形しないため、そのローラ３０ｂ（３０ａ）に作用する弾性部材４２ｂ（４２ａ）のばね荷重は変化しない。

すなわち、図３に示す中立状態では一対の弾性部材４２ａ，４２ｂとも、その円周方向長さがＨ₁であったのに対して、図４に示すように入力軸２２からのトルク伝達時には、回転方向後方に位置するローラ３０ａ（３０ｂ）を押圧する一方の弾性部材４２ａ（４２ｂ）の円周方向長さがＨ₂となるだけであり、回転方向前方に位置するローラ３０ｂ（３０ａ）を押圧する他方の弾性部材４２ｂ（４２ａ）の円周方向長さはＨ₁のままである。従って、ローラ３０ｂ（３０ａ）に作用する弾性部材４２ｂ（４２ａ）のばね荷重が増加することはない。

なお、この弾性部材４２ａ，４２ｂは遮蔽板４３に固定されているので、入力軸２２および出力軸２３の高回転時、その高回転により遠心力が生じても、弾性部材４２ａ，４２ｂが固定外輪２１の内周面に押し付けられることがなくなる。

この実施形態の逆入力遮断クラッチでは、ローラ３０ａ，３０ｂが係合・離脱するクラッチ部分、つまり、ローラ３０ａ，３０ｂ等が収容された固定外輪２１と出力軸２３との間に、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを封入する。このようにグリースとして、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを選定したことにより、逆入力トルクに対して振動荷重を受けながらであってもロック状態と解除状態を繰り返すクラッチ動作において、固定外輪２１の内周面、出力軸２３のカム面３１ａ，３１ｂでの摩擦を適切に低減することで、解除トルクを低減することができる。

本出願人は、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを用いたことによる効果を実証するため、以下の実施例において、ボールねじを用いた逆入力クラッチの評価を実施した。

ボールねじを用いた図５の試験装置により、前述した実施形態の逆入力遮断クラッチを評価した。

この試験装置は、同図に示すように実施形態の逆入力遮断クラッチを組み込んだ構造を具備する。つまり、その逆入力遮断クラッチの固定外輪２１を装置のハウジング１１に固定し、また、そのハウジング１１に軸受１２を介して回転自在に支持された入力軸２２を入力ギヤ１３を介してモータ１４に連結し、さらに、出力軸２３をハウジング１１に軸受１５を介して回転自在に支持すると共にその出力軸２３をボールナットとしてハウジング１１に内挿されたボールねじ１６に螺合させた構造を有する。なお、ボールねじ１６の軸端には、逆入力遮断クラッチにスラスト荷重および振動荷重を付与するためのツール１７がハウジング１１に内挿されてボールねじ１６と同軸的に接合されている。

試験方法としては、ボールねじ１６の軸端からツール１７によりスラスト荷重を負荷すると共に振動荷重を負荷する。振動荷重は全振れ幅で、スラスト荷重の約１．５倍の振動とした。また、振動周波数は試験機の性能上限（図示の試験機の場合、その測定結果において４０Ｈｚ）とした。

この評価試験では、逆入力遮断クラッチがロック状態と解除状態を繰り返しながら、荷重に打ち勝ってモータ１４が回転可能であるトルクを正作動と逆作動について測定することにより、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースの効果を確認した。なお、正作動とは、スラスト荷重に打ち勝つ方向に作動する方向（図５の左方向）、逆作動とは、スラスト荷重にアシストされながら作動する方向（図５の右方向）を意味する。

その有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースとして、有機モリブデンの有無のみが異なるエーテル系合成油を基油として増ちょう剤にウレアを使用したグリースについて、トルクの評価を行い、その評価結果を図６および図７に示す。なお、図７は、図６の測定時のスラスト荷重に対して、２．５倍のスラスト荷重で測定した結果である。

図６（スラスト荷重が小さい場合）および図７（スラスト荷重が大きい場合）に示すように正作動および逆作動のいずれも、有機モリブデンを添加したグリースを使用すると、トルクが低減し、正作動側では約１割、逆作動側では約４〜５割の低減効果が確認できた。このように逆作動側の解除トルクを著しく低減させることができ、モータ１４の駆動トルクを下げることが可能となり、逆作動側のみに応答性が求められる場合であれば、十分に逆入力遮断機能を発揮し得るクラッチを提供できる。

本発明に係る逆入力遮断クラッチの実施形態で、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１の中立状態を示す要部拡大断面図である。 入力軸から回転トルクが入力された状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施例で使用した試験装置を示す断面図である。 本発明の実施例において、正作動および逆作動について有機モリブデンの有無と測定トルクの関係を示すグラフである。 図６の測定時のスラスト荷重に対して、２．５倍のスラスト荷重で測定した結果で、正作動および逆作動について有機モリブデンの有無と測定トルクの関係を示すグラフである。

符号の説明

２１ 静止側部材（固定外輪）
２２ 入力側部材（入力軸）
２３ 出力側部材（出力軸）
３０ａ，３０ｂ 係合子（ローラ）
４４ ロック手段
４５ トルク伝達手段

Claims (2)

1. 回転トルクが入力される入力側部材と、回転トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束される静止側部材と、その静止側部材と前記出力側部材との間に係合離脱可能に設けられた一対の係合子、および一対の係合子間に配設されて両者を静止側部材と出力側部材間に係合させる方向に付勢する弾性部材からなり、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材と静止側部材とをロックし、入力側部材からの入力トルクに対してロック状態を解除するロック手段と、前記入力側部材と出力側部材との間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備えた逆入力遮断クラッチであって、
   前記係合子が係合・離脱する静止側部材と出力側部材との間に、有機モリブデン化合物を配合したウレア系グリースを封入したことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
2. 前記係合子がローラあるいはスプラグのいずれかである請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。

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