JP2006022873A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸上に設けられる回転伝達装置のローラクラッチ部の係合、遮断を電磁クラッチ部の電磁力により制御する際、ローラクラッチ部に対し過大な伝達トルクが作用しないようなトルク制限手段を備え、シンプルで小型、軽量化され、安価なコストで形成できる回転伝達装置を得ることである。
【解決手段】回転伝達装置は、回転軸上で動力の伝達と遮断の切換えをするため、回転軸上に係合子としてのローラを含むローラクラッチ部１０、その係合、遮断を電磁コイル２１の電磁力で制御する電磁クラッチ部２０とを備え、その回転軸の伝達トルクが設定トルク値以上の過大トルク値以上ではトルクの伝達を軸間にすべりを生じさせて、制限する凹凸係合部材による凹凸係合機構３０Ａをトルクリミッタとして設け、装置の小型化、軽量化を図り、安いコストで形成し得るようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の動力伝達経路のような回転軸上で、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。

車両の動力伝達経路のような回転軸上で、動力の伝達と遮断の切換えをする回転伝達装置として、係合子としてローラを用いたローラクラッチ部とローラクラッチ部の係合、遮断を電磁コイルの電磁力により制御する電磁クラッチ部とを備えた構成のものが公知である。このような回転伝達装置としては、特許文献１その他の各種公報などにより種々の提案が既に行なわれている。上記回転伝達装置では、動力の伝達、特にクラッチ機構の係合時に衝撃が生じ、出力部材に衝撃トルクが加わるため、これを回避する手段として衝撃を緩和する手段を組込んだものが特許文献２により提案されている。

この特許文献２の回転伝達装置（文献２では動力断続装置と称されている）では、上記従来の回転伝達装置の出力軸の途中に、２方向クラッチの係合時に生じるショックを和らげる抵抗手段を設け、衝撃の緩和手段としている。抵抗手段は、具体例では複数のインナープレートとアウタプレートを交互に重ね合せ、プレート間に粘性流体を介在させて形成された多板摩擦クラッチが用いられている。しかし、このような抵抗手段を出力軸上に設けるためには、ローラクラッチの出力軸を一体に延長して、又は抵抗手段を収納するハウジングを別体に設ける必要があり、このような摩擦力でトルクを伝達する箇所を設ける必要からユニットは大型化し、それに伴う重量及びコスト増の問題が生じる。

上記のような衝撃の緩和をする手段の必要性は次のような理由による。図１０に示すようにローラクラッチの係合原理は内輪カム構造タイプの回転伝達装置では、外輪１２の内周面と内方部材１１のカム面１１ａとで形成される楔空間の回転遅れ方向の狭空間に係合子であるローラ１３を押込むことにより成り立っている。１４は保持器、１４ａはポケットである。ローラ１３が楔狭空間に押込まれ、これによりトルク伝達をする際に、内周面及びカム面には比較的大きな法線力が付与される。負荷トルクの増加に伴い、この法線力は増加し続け、円周面もしくはカム面のローラとの接触面近傍では過大な変形を生じ、そのエネルギによりローラが楔空間から勢いよくはじき出される現象（ボップアウト）や、変形量過大によりローラが隣接のカム面まで到達する現象（ロールオーバ）を発生する。

そのため、ローラクラッチには、前述したようなすべりを生じる抵抗手段を設け、係合時の衝撃だけでなく、過大トルクが入力されたときにすべりを発生する機構を介在させる必要がある。このため、その一例として特許文献２のような手段を先に提案したが、前述のように、このような構成ではユニットの大型化、重量、コスト増を避けることができない。
特開平１０−７１８７２号公報 特開２００１−２６３３７５号公報

この発明は、上記の問題に留意して、回転軸上に設けられるローラクラッチ部の係合、遮断を電磁クラッチ部の電磁力により制御する回転伝達装置に対し、ローラクラッチ部に対し過大な伝達トルクが作用しないような手段を設け、装置をシンプルで小型、軽量かつ安価なコストで形成した回転伝達装置を提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を解決する手段として、車両の動力伝達経路のような回転軸上に、動力の伝達と遮断の切換えをする係合子としてのローラを有するローラクラッチ部と、ローラクラッチ部の係合、遮断を電磁コイルの電磁力により制御する電磁クラッチ部とを備え、回転軸の伝達トルクがローラクラッチ部に対して設定される設定トルク値以上になると、軸間にすべりを生じさせて過大トルクの伝達を制限する凹凸係合部材による凹凸係合機構を回転軸上に設けて成る回転伝達装置としたのである。

上記の構成としたこの発明の回転伝達装置では、その回転軸に凹凸係合機構を備えることにより、凹凸係合機構がトルクリミッタとして作用し、回転軸上に過大な伝達トルクが作用した場合でも、ローラクラッチ部に対して過大な伝達トルクが作用することが防止され、ローラクラッチ部におけるポップアウト現象やロールオーバ現象などの過大な伝達トルクの作用による異常動作、変形などが生じなくなる。凹凸係合機構は、例えば、ローラクラッチ部の外輪と出力軸のような回転軸上に設けることができ、このような回転軸間で伝達される伝達トルクを凹凸係合機構により遮断し、ローラクラッチに対して過大トルクとなるトルクを伝達しないように制限する。伝達トルクが、ローラクラッチに対して設定された値以下ではローラクラッチは正常作用し、変形を生じない。

上記凹凸係合機構により回転軸間を係合（ロック）する場合、回転軸間で半径方向に係合するか、あるいは軸方向に係合する方向のいずれかの方向に作用する凹凸係合部材を用いることができ、これら部材を半径方向又は軸方向に移動させる場合、凹凸係合部材の両方又はいずれか一方を移動自在に設け、移動自在な部材に弾性部材を接続し、この弾性部材の弾性力をローラクラッチ部に対し過大な伝達トルクとならない限度に設定し、伝達トルクが過大になると係合部材が移動することによりトルク伝達を遮断する。

凹凸係合部材は、例えば一方の回転軸の軸内周面上に複数の凹溝を設け、もう一方の回転軸に設けた回転板にロック（係合）ボールのような凸部材を対応して設け、この凸部材に弾性部材を接続してガイド穴内で凸部材が移動自在となるように形成する。この場合も、凹溝と凸部材は軸の半径方向と軸方向のいずれかの方向に設けることができる。

この発明の回転伝達装置は、回転軸上に係合子としてローラを有するローラクラッチ部とその係合、遮断を電磁コイルの電磁力により制御する電磁クラッチ部とを備え、ローラクラッチ部の構成に対し過大トルクが伝達されないように回転軸上に凹凸係合機構を設けたから、過大トルクが作用すると軸間ですべりを生じさせて過大トルクが伝達されることがなくなり、異常動作、変形などが防止され、凹凸係合機構は機構を簡単に形成できるため、これを回転伝達装置に設けても全体の構成が大型化せず、シンプル、小型で、軽量、かつ安価なコストで作ることができるという利点がある。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の凹凸係合機構を有する回転伝達装置の主断面図、図２は図１の矢視II−IIの断面図、図３は図１の矢視III−III の部分拡大断面図である。図示のように、回転伝達装置の主要部のローラクラッチ部１０と電磁クラッチ部２０は公知の構成であるが、この発明の基本構成であるから、以下簡単に説明する。入力軸１_X は、図示のように、異径段状に形成され、その軸端寄りの大径部を内方部材１１とし、この内方部材１１の外周には図２に示す複数、かつ所定の等間隔でカム面１１ａが形成され、その外側に外輪１２を同軸状に配置し、上記カム面１１ａと外輪１２の内周面間に挿置された保持器１４の周上に所定の等間隔に設けた複数個（図示の例では８つ）のポケットに、ポケットと同数、等間隔に配置した係合子としてのローラ１３が設けられてローラクラッチ部１０は形成されている。

ローラクラッチ部１０のそれぞれのローラ１３は、後述する電磁クラッチ部２０への通電がない状態では、内方部材１１の各カム面１１ａと外輪１２の内周面で形成される楔空間の中央に保持器１４により保持され、保持器１４が内方部材１１に対しいずれかの回転方向に移動すると、その移動によりローラ１３が楔空間の狭空間の方へ移動して押込まれ、これにより内方部材１１から外輪１２に回転が伝達される。保持器１４の入力軸１_X 側の端には複数の突起１４ｂが設けられ、後述するアーマチュア２３に設けられた穴に挿入されている。又、保持器１４は内方部材１１に対し回転自在に設けられている。

上記入力軸１_X 、内方部材１１の端はそれぞれ軸受２、４で図示しない固定部、外輪１２に対し回転自在に支持されている。但し、外輪１２はローラクラッチ部１０だけでなく、後述する電磁クラッチ部２０、凹凸係合機構（トルクリミッタ）３０までこのユニットのほぼ全長に亘る長さに延長部１２_EX、１２_TXをそれぞれ一体に延長して形成されている。又、内方部材１１の入力軸１_X 寄りの端にはばね溝１５ａが形成され、そこにスイッチばね１５が収容されている。ばね溝１５ａと、保持器１４（図示の例では突起１４ｂ）の一部に同位相位置で切欠き１１ｂ、１４ｃがそれぞれ形成され、スイッチばね１５の角１５ａ、１５ａがそれぞれ切欠き１１ｂ、１４ｃに突出して設けられている。

電磁クラッチ部２０は、図示しない固定部に固定された断面コ字状のヨーク２１ａ内に電磁コイル２１が挿入され、この電磁コイル２１に対向して断面コ字状のロータ２２のフランジ部２２ａが置かれ、さらにこのロータ２２を挟んで非通電時には所定の隙間（クリアランス）δを置いて磁性体のアーマチュア２３が設けられて形成されている。ロータ２２は、その外周を非磁性体のロータガイド１２ａを介して外輪１２の延長部１２_EXに固定され、従ってロータ２２は外輪１２と一体に固定され、外輪１２と共に回転する。アーマチュア２３は内方部材１１に対し回転自在に、かつ軸方向へ移動自在に設けられているが、前述したように、保持器１４には突起１４ｂを介して係合しているため保持器１４と回転方向に一体に回転する。又、アーマチュア２３とロータ２２のフランジ部２２ａの間には皿ばねのような弾性部材が離反ばね２４として設けられ、これにより非通電時には上記隙間δが保持される。なお、３はロータ２２の軸受である。

上記の回転伝達装置では、ローラクラッチ部１０に隣接して設けられた電磁クラッチ部２０の電磁コイル２１とそれを覆うようにロータ２２が配置されており、磁気回路形成の都合上非磁性体のロータガイド１２ａを介して外輪１２と一体に固定されている。従って、電磁コイル２１に通電すると、保持器１４と軸方向のみ可動に係合しているアーマチュア２３がロータ２２側に吸引され、アーマチュア２３とロータフランジ２２ａの摩擦面間で発生する摩擦抵抗で保持器１４が外輪１２と同じ回転数になろうとする。このとき、内方部材１１及び外輪１２間の回転条件が、例えば外輪１２の回転数Ｎ_out ＜内方部材１１の回転数Ｎ_inである場合、内方部材１１だけが早く回ろうとする。又、保持器１４と内方部材１１は、スイッチばね１５で円周方向に弾性的に結合されているため、ローラ１３が楔空間の狭空間に相対的に押込まれ、ローラクラッチが係合する。

上記基本構成の回転伝達装置には、回転軸である外輪１２の延長部１２_TX端に図１、図３、図４に示す第１実施形態の凹凸係合機構（トルクリミッタ）３０Ａが設けられている。この凹凸係合機構３０Ａは、外輪１２の回転を出力軸６_X に伝達するためスプライン６を介して嵌合する外輪ディスク３１と、このディスク厚さ内に形成されたガイド穴３２に圧縮ばね３３が収容され、圧縮ばね３３で支持され、かつ半径方向に移動自在なボール座３４の山形溝３４ａと外輪１２の延長部１２_TX端の内周面に凹部材として設けられた断面視山形の山形溝（カム溝）３６の間に凸部材としてロック（係合）ボール３５が挿置されて構成されている。なお、上記トルクリミッタ機構３０Ａでは、図１では上下一対に配置されているが、その設置数は２以上の複数組としてもよい。圧縮ばね３３はボール座３４を介して常にロック（係合）ボール３５に対して山形溝３６側に押圧力を発生している（図３）。

外輪１２の延長部１２_TXが回転し、凹凸係合機構３０Ａを介して出力軸６_X へ伝達される伝達トルクが設定値（閾値）以下の場合は、図３に示すように、ロックボール３５が山形溝３６に完全に嵌まり込んだ状態で回転が伝達される。しかし、伝達トルクの値が大きくなるに従って山形溝３６からロックボール３５を内径方向に押込む力が増大し、図４の（ａ）図に示すように、ロックボール３５はボール座３４を少しずつ押下げて山形溝３６からずれるように移動する。そして、伝達トルクが設定以上の大きさで入力されると、図４の（ｂ）図のように、ロックボール３５が山形溝３６から完全にはずれてロックボールの最外径が外輪延長部１２_TXの内周径に沿って移動し得るようになり、トルクの伝達が遮断される。なお、凹凸係合機構３０Ａの形状は、上記機能を満足するものであれば、図示の形状に限定されない。

図５に第１実施形態の凹凸係合機構３０Ａの一部変形例３０Ａ’、３０Ａ" を示す。（ａ）図はボール座３４を省略した凹凸係合機構３０Ａ’（トルクリミッタ）の例、（ｂ）図はボール座とボールを一体にしてロック用の半球状端を有する円柱体３５’を用いた凹凸係合機構３０Ａ" （トルクリミッタ）の例である。（ａ）図の例ではボール３５を、（ｂ）図の例ではロック用の円柱体３５’をそれぞれ圧縮ばね３３で直接押圧している。これらのいずれの例でも第１実施形態と同様のトルクリミッタ機能を有する。なお、上記第１実施形態及びその変形例では、いずれも凹部材の山形溝３６は延長部１２_TXの内周面に固定して設けたが、この山形溝３６も凸部材のロックボール（鋼球）３５又はロック用の円柱体３５’のように延長部１２_TX内にガイド穴と圧縮ばねを設けて半径方向に移動自在に形成してもよい。その場合は、ローラクラッチの構成に対して設定される伝達トルクの閾値の設定は、両方の圧縮ばねの弾性定数の設定により行なわれることとなる。

図６に第２実施形態の凹凸係合機構３０Ｂの要部断面図を示す。この例では、外輪１２の延長部１２_TXの開口端より少し奥側に設けた小径部１２_SXの端面と、開口端を閉じるように設けられた外輪ディスク３１の対向面間に凹凸係合機構３０Ｂを設けている。凹凸係合機構３０Ｂは、外輪ディスク３１の対向面に、図７に示すように所定の等間隔で複数箇所に設けられた山形溝３４ａ（カム溝）に同数、同等間隔で嵌合される凸部材のロックボール３５と、これらロックボール３５を同数、同等間隔で保持する保持器３４’と、上記小径部１２_SXの端面に上記ロックボール３５と同数、同等間隔に凹部材として形成されている山形溝３６（カム溝）と、外輪ディスク３１を常に小径部１２_SX端面に向けて押圧する皿ばね形状の圧縮ばね３７とにより構成されている。

上記凹凸係合機構３０Ｂ（トルクリミッタ）を介して回転力が出力軸６_X へ伝達されると、その伝達トルクがトルクリミッタの設定値以下であれば、図８の（ａ）図に示すように、凹凸係合機構３０Ｂを介してそのまま伝達されるが、伝達トルクが大きくなるに従って、（ｂ）図に示すように、凹部材の山形溝３６が少しずれてロックボール３５を軸方向に押込む力が増大し、ロックボール３５は山形溝３６を押付けながら移動する。そして、伝達トルクが圧縮ばね３７の弾性定数で設定される設定値以上になると、（ｃ）図に示すように、ロックボール３５が山形溝３６から完全にはずれてトルクの伝達が遮断される。なお、（ｂ）図、（ｃ）図に示すように、ロックボール３５が山形溝を３６から外れる際は外輪ディスク３１に設けられた山形溝３４ａからも同様にずれてはずれ、外輪ディスク３２と外輪１２の小径部１２_SXの端面との間の隙間が大きくなる。

又、３８は外輪ディスク３１のガイド部材であり、外輪ディスク３１は出力軸６_X の中径部にスプライン６を介して回転に対しては一体に、軸方向には移動自在に嵌合されている。圧縮ばね３７は出力軸６_X の端部寄りの異径段部に中央穴が嵌合され、圧縮状態で外輪ディスク３１間に嵌合されている。又、保持器３４’は外輪ディスク３１と小径部１２_SXとの間に装置されているだけであり、軸方向及び回転方向のいずれにも移動自在である。

上記この実施形態では凹部材の山形溝３６をこの例では小径部１２_SXに固定としたが、この山形溝３６も小径部１２_SX内にガイド穴を設けて座を移動自在に挿入し、その座の端に山形溝３６を形成し、かつガイド穴内に弾性ばねを挿入し、凹部材を移動自在としてもよい。

図９は第２実施形態の凹凸係合機構３０Ｂの一部変形例３０Ｂ’の要部断面のみを示す。この変形例の凹凸係合機構３０Ｂ’は、第２実施形態の凹部材の山形溝３６はそのままとし、一方、ロックボール３５に代えて凸部材として山形突起３５’を外輪ディスク３１に一体に形成したものである。伝達トルクが大きくなるにつれて（ａ）図の完全嵌合状態から（ｂ）図のように少しずれ、設定トルク値より大きくなると、（ｃ）図のように凸部材の山形突起３５’が凹部材の山形溝３６から完全にはずれてトルクの伝達が完全に遮断される。上記トルクリミッタの形状は上記の機能を満すものであれば上記形状に限定されない。

上記各実施形態及びその変形例では凹凸係合機構を構成する凹凸係合部材は凹部材として山形溝、凸部材としてロックボール、半球状端を有する円柱体、山形突起の例を示したが、これらは一種のカム機構と見ることができ、従って凹凸係合機構はカム式のトルクリミッタと見なすこともできる。このようなカム式のトルクリミッタは伝達トルク容量が大きくなり、その結果多板式のような摩擦トルクリミッタに比べ小型化することが可能となり、構成部品点数も少なく、軽量化及び低コスト化が可能となる。又、上記各実施形態では凹凸係合機構３０Ａ、３０Ｂはそれぞれローラクラッチ部による回転伝達装置と一体に外輪の延長部内に内蔵したが、ローラクラッチ部とは別体に設けてもよい。

この発明の回転伝達装置は、ローラクラッチ部と電磁クラッチ部から成る装置に凹凸係合機構をトルクリミッタとして備えており、構成がシンプル、小型、軽量で、安価であるから、回転軸の係合、遮断を行なう回転伝達装置に広く利用され得る。

第１実施形態の凹凸係合機構を含む回転伝達装置の主断面図 図１の矢視II−IIの断面図 図１の矢視III−IIIの部分断面図 第１実施形態の凹凸係合機構の作用の説明図 第１実施形態の凹凸係合機構の（ａ）第１変形例の部分断面図、（ｂ）第２変形例の部分断面図 第２実施形態の凹凸係合機構の要部断面図 図６の矢視VII−VIIの部分断面図 第２実施形態の凹凸係合機構の作用の説明図 同上の凹凸係合機構の変形例の要部構成図及び作用の説明図 ローラクラッチの衝撃緩和の必要性の説明図

符号の説明

１_X 入力軸
６_X 出力軸
１０ ローラクラッチ部
１１ 内方部材
１１ａ カム面
１１ｂ 切欠き
１２ 外輪
１２_EX 延長部
１２_TX 延長部
１３ ローラ
１４ 保持器
１４ｃ 切欠き
１５ スイッチばね
２０ 電磁クラッチ部
２１ 電磁コイル
２２ ロータ
２３ アーマチュア
２４ 離反ばね
３０Ａ、３０Ｂ 凹凸係合機構
３１ 外輪ディスク
３２ ガイド穴
３３ 圧縮ばね
３４ ボール座
３４ａ、３６ 山形溝
３５ ロックボール

Claims (9)

1. 車両の動力伝達経路のような回転軸上に、動力の伝達と遮断の切換えをする係合子としてのローラを有するローラクラッチ部と、ローラクラッチ部の係合、遮断を電磁コイルの電磁力により制御する電磁クラッチ部とを備え、回転軸の伝達トルクがローラクラッチ部に対して設定される設定トルク値以上になると、軸間にすべりを生じさせて過大トルクの伝達を制限する凹凸係合部材による凹凸係合機構を回転軸上に設けて成る回転伝達装置。
2. 前記凹凸係合機構を、回転軸間で半径方向に係合する凹凸係合部材により形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記凹凸係合部材の両方又はそのいずれか一方を半径方向に移動自在に設け、移動自在な係合部材を弾性部材で押圧し、弾性部材の弾性力を上記トルク値に対応するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の回転伝達装置。
4. 前記凸部材をロックボールとし、このロックボールをガイド穴内で半径方向に移動自在としたことを特徴とする請求項３に記載の回転伝達装置。
5. 前記凸部材をロックボールとし、このロックボールを前記凹部と対向する凹部で受けるボール座を設け、ロックボールとボール座をガイド穴内で半径方向に移動自在としたことを特徴とする請求項３に記載の回転伝達装置。
6. 前記凸部材を半球状端を有する円柱体とし、この円柱体をガイド穴内で半径方向に移動自在としたことを特徴とする請求項３に記載の回転伝達装置。
7. 前記凹凸係合機構を、回転軸間で軸方向に係合する凹凸係合部材により形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転伝達装置。
8. 前記凹凸係合部材の両方又はそのいずれか一方を軸方向に移動自在に設け、移動自在な係合部材を弾性部材で押圧するように構成したことを特徴とする請求項７に記載の回転伝達装置。
9. 前記凸部材をロックボールとし、このロックボールを凹凸係合部材間に装置した保持器により保持するように構成したことを特徴とする請求項８に記載の回転伝達装置。

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