JP2006057839A - ロック表示装置を備えた電子ロッククラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、信頼性高いロック状態表示装置を提供する。
【解決手段】オーバーランニングクラッチ１０は内レース２０と外レース１２を有し、外レースと内レースの間の隙間に複数の転動体２６が挿入されている。転動体は保持器２８によって保持されている。保持器は第１付勢部材３４によって、中立位置、すなわち転動体が内レースと外レースの間にはまり込まず、内レースと外レースが相対回転できる位置に向けて付勢されている。転動体はアクチュエータ４２によって、内レースと外レースの間にはまり込みクラッチをロックさせる位置に動かされるようになっている。クラッチはさらにクラッチが係合したことを検出し、対応する信号を送信するセンサー５２を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は２方向オーバーランニングクラッチ、特にころがカム面上を移動することによって係合、非係合の状態が切り替わるタイプであって、クラッチの係合状態を示す信号を送信するロック表示装置を備えた２方向オーバーランニングクラッチに関する。

自動車は、駆動輪に駆動力を伝達しつつ、駆動輪を互いに異なる速度で回転させるための差動機を備えている。このような差動機には様々なタイプのものがある。

標準的な差動機の場合、駆動力はピニオンとリングギアを介して差動機のハウジングに伝わる。車両が旋回することにより、左右の駆動輪が異なる半径の旋回軌道上を移動し始めると、ハウジングと一緒に公転するスパイダーギアが自転することにより、左右の車軸に接続されているサイドギアが互いに異なる速度で回転することができる。

両方の駆動輪が路面をしっかりグリップしている限り、駆動力は差動機を介して適切に両駆動輪に伝達される。しかし一方または両方の駆動輪の路面のグリップ力が減少するか全く消滅すると、標準的な差動機を備えた車両の場合、一方の駆動輪が空回りする。一方の駆動輪が空回りすると、他方の路面をしっかりグリップしている駆動輪にはほとんど駆動力が伝わらなくなる。たとえば、一方のタイヤが凍結路面や他の滑りやすい路面上にあり、他方のタイヤが乾いた舗装路上を走行している場合、滑りやすい路面上にあるタイヤが空回りしやすい。一旦一方のタイヤが空回りし始めると駆動力は空回りしている方のタイヤにばかり伝わり、空回りしていない方のタイヤにはほとんど伝わらない。このような状況においては、乾いた路面上にある車輪にはほとんど駆動力が伝わらないため、車両はいずれ前進も後進もできなくなる。そこで、差動機がこのような状況に陥った場合、左右の車軸をロックさせて、両駆動輪を強制的に同速度で回転させる機構が望まれる。

差動機以外の駆動装置において、ローラーがカム面上を移動することによって、部品間の係合、非係合の状態を切り替える機構を備えたものが知られている。たとえば特許文献１は、保持器で保持され、弾性部材で付勢されたローラーを、カム面上を移動させることによって、係合、非係合の状態が切り替わるタイプの２方向オーバーランニングクラッチを開示している。また特許文献２はこのような２方向オーバーランニングクラッチを備え、四輪駆動車のトランスファー内に組み込まれた、駆動トルクを選択的に各車輪に伝達するための回転伝達装置を開示している。
このようなタイプのオーバーランニングクラッチには、クラッチが係合したことを検出し、対応する検出信号を送信するための複雑なセンサーを設ける必要がある。そこで、上記のタイプのオーバーランニングクラッチにおいて、車両の運転手や電子制御ユニットに信号を送信することによって、クラッチが係合しているか、非係合の状態にあるかを知らせることができる、構造が簡単で、信頼性が高いロック状態表示装置を備えたクラッチが望まれる。

米国特許第５９２７４５６号 米国特許第５９２４５１０号

本発明のオーバーランニングクラッチは、円筒形内周面を有し、一端に端壁が形成され、第１の軸線を中心に回転可能な外レースと、前記円筒形内周面と同軸で、この円筒形内周面と隙間をはさんで対向する外周面を備えた内レースを備えている。内レースは第１の軸線を中心に外レースに対して相対的に回転可能である。内レースの外周面には、複数のカム面が円周方向に並んで形成されている。複数の転動体が外レースと内レースの間に設けられており、転動体の径は、円筒形内周面と各カム面の中央部間の距離より小さい。転動体は各カム面に一つずつ設けられている。転動体は、内レースに対して前記第１の軸線を中心に所定の範囲内で回転できる保持器によって、円周方向に一斉に移動するように保持されている。

前記保持器は前記内レースに支持された第１付勢部材によって、前記各転動体が前記カム面の中央部に保持される位置にむけて付勢されている。作動ディスクが端壁に向かって軸方向に保持器に対して多少移動できるように保持器に接続されている。具体的には、保持器の一端から軸方向に延びる複数のタブを設け、このタブを作動ディスクに形成された切欠きに係合させることによって、作動ディスクが保持器に対して相対回転するのを防ぐと共に、作動ディスクの保持器に対する軸方向の移動は許容する。タブは４つ設けるのがよい。作動ディスクは、作動ディスクと前記端壁の内面との間に設けられた第２付勢部材によって、前記端壁から遠ざかる方向、すなわち前記保持器に近づく方向に付勢されている。

作動ディスクはアクチュエータによって、第２付勢部材の付勢力に逆らって前記端壁に向かって動かされ、前記端壁に押し付けられるようになっており、作動ディスクが端壁に押し付けられると、両者の間の摩擦力によって、前記作動ディスクと前記保持器は、前記第１付勢部材の付勢力に逆らって前記端壁を有する外輪と一体となって回転し、その結果転動体がカム面の中央部から周方向の一端に向かって移動し、内レースと外レースの間にはまり込み、内レースと外レースが相対的に回転できなくなるようになっている。

前記作動ディスクが前記端壁に接近したことをセンサーによって検出し、対応する信号を送信することによって、オーバーランニングクラッチが係合しているかいないかがわかる。

作動ディスクにはロック表示リングが取り付けられており、ロック表示リングには、端壁に形成されたスロットに挿入される軸方向のローブが少なくとも一つ形成されている。前記少なくとも一つのローブの先端には少なくとも一つ磁石が取り付けられており、前記電磁コイルに通電し、前記作動ディスクが前記端壁に向かって磁気的に吸引されると、ローブの先端が電磁コイルに接近するようになっている。センサーは磁石を検出し、対応する信号を送信する。

下記の本発明の好ましい実施例の説明は、この実施例に本発明を限定することを意図したものではなく、当業者が本発明を実施できるようにするためのものである。

図１〜図３の参照番号１０は、本発明のオーバーランニングクラッチ全体を示す。オーバーランニングクラッチ１０の外レース１２は、第１軸１６を中心として回転する内周面１４と、端壁１８を有する。クラッチ１０の内レース２０は、外レース１２の内周面１４と同心の外周面２２を有する。外レース１２の内周面１４と内レース２０の外周面２２の間には、隙間２４が形成されている。

複数の転動体２６がこの隙間２４に挿入されている。転動体２６、内レース２０、外レース１２は鋼鉄製のものが好ましい。転動体２６、外レース１２の内周面１４、内レース２０の外周面２２には高周波の接触応力が作用するため、鋼鉄製の転動体２６は焼入れ後、研磨処理するのが好ましい。

内レース２０の外周面２２には、周方向に一列に複数のカム面（図示省略）が形成されている。転動体２６はそれぞれ、内レース２０の各カム面の中心に保持されている。転動体２６の直径は、内周面１４とカム面の中心間の距離より小さく、内周面１４とカム面の周方向端部間の距離より大きい値に設定されている。

転動体２６は保持器２８によって、周方向に一斉に移動できるように保持されている。保持器２８は内レース２０に対して、所定の角度範囲で第１軸１６を中心に回転することができる。保持器２８には、端壁１８の内面３２に向かって軸方向に突出する一対のタブ３０が形成されている。各タブ３０の先端は、端壁１８から少し離れた位置にある。

第１付勢部材３４によって保持器２８は、内レース２０に対して、各転動体２６がカム面の中央に保持される位置に向かって付勢されている。作動ディスク３６が保持器２８と端壁１８の内面３２の間に設けられている。作動ディスク３６の外径面には切欠き３８が形成されており、この切欠き３８に保持器２８のタブ３０が嵌ることによって、作動ディスク３６は保持器２８に対して回転はできないが、軸方向への移動はできるようになっている。

作動ディスク３６と端壁１８の内面３２間に設けた第２付勢部材４０によって、作動ディスク３６は端壁１８から遠ざかる方向、すなわち保持器２８に近づく方向に付勢されている。第２付勢部材４０としては波ばねが好ましい。

第１付勢部材３４は、内レース２０に支持され、保持器２８に係合することによって、上記のように転動体２６が各カム面の中央にあり、外レース１２と内レース２０が自由に相対回転できる中立位置に向けて保持器２８を付勢している。第１付勢部材３４には、保持器２８に形成された小さい切欠き（図示省略）にはまった軸方向の小さい突起（図示省略）が形成されている。第１付勢部材３４の付勢力は、オーバーランニングクラッチ１０が係合していないときは、容易に保持器２８と転動体２６を上記中立位置まで動かせることができるだけの大きさであると共に、クラッチ１０が係合したときに作動ディスク３６と端壁１８との間に発生する摩擦力よりも小さい値に設定しなければならない。

オーバーランニングクラッチ１０は、第２付勢部材４０の付勢力に逆らって作動ディスク３６を端壁１８に押し付けるためのアクチュエータを備えている。作動ディスク３６は保持器２８に対して軸方向に移動できるため、アクチュエータ４２に通電すると、アクチュエータが発生する磁気吸引力によって、作動ディスク３６は、第２付勢部材４０の付勢力に逆らって端壁１８の内面３２に向かって軸方向に移動し、端壁１８の内面３２に押し付けられる。作動ディスク３６が端壁１８に押し付けられると、両者の間に発生する摩擦力によって、端壁１８を有する外レース１２と作動ディスク３６が共回りする。作動ディスク３６は保持器２８に対して相対回転できないため、端壁１８を有する外レース１２の回転は作動ディスク３６を介して保持器２８に伝達される。

その結果、保持器２８が内レース２０に対して相対回転し、転動体２６は各カム面の中心から周方向の一端に向かって移動する。各カム面の周方向の端部においては、隙間２４の大きさは転動体２６の直径より小さいため、転動体２６は内レース２０の外面２２と外レースの内面２０間に噛み込み、内レース２０と外レース１２はロックされる。カム面と転動体２６との相互作用についての詳しい説明は、米国特許No.5927456とNo.5924510にある。

アクチュエータ４２は、外部部材（図示省略）に取り付けたハウジング４６に収容された電磁コイル４４から成る。外レースの端壁１８には、円周方向に間隔を置いて複数のスロット４８が、軸方向に貫通して形成されている。電磁コイル４４に通電すると、電磁コイルから発生する磁束がスロット４８を通過し、作動ディスク３６に作用する。その結果、作動ディスク３６は第２付勢部材の付勢力に逆らって、端壁１８の内面に向かって動き始める。作動ディスク３６は、油圧手段、空気圧手段などの電磁手段以外の手段を用いて動かすようにしてもよい。

アクチュエータ４２への通電を切ると、磁束は消滅し、作動ディスク３６は第２付勢部材４０の付勢力で、端壁１８の内面３２からすばやく離れ、作動ディスク３６と保持器２８は端壁を有する外レースに対して自由に回転できるようになる。

保持器２８が外レースに対して自由に回転できるようになると、保持器２８は第１付勢部材３４によって中立位置に戻り、転動体２６は各カム面の中央の位置に戻る。その結果、オーバーランニングクラッチ１０の係合が外れ、外レース１２と内レース２０は互いにフリーに回転できるようになる。

電磁コイル４４のハウジング４６は、固定部材（図示省略）に固定すると共に、玉軸受、ころ軸受、ジャーナル軸受などの軸受５０を介して端壁に回転自在に取り付ける。これによって外輪が回転しても、電磁コイル４４とハウジング４６は回転しない状態に保持される。このため電磁コイルと配線を回転継手を介して接続する必要がなくなるため、アクチュエータの構造を単純にすることができる。軸受５０以外の手段を用いて、ハウジング４６を端壁１８の外面に対して回転しないように接続してもよい。

オーバーランニングクラッチは、作動ディスク３６と外輪の端壁１８の内面間の距離を検出することによって、オーバーランニングクラッチ１０が係合しているか否かを判断するセンサー５２を備えている。センサー５２は磁場の検出のバランスを取るために、コイル巻き面の半径方向中央に設けられる。ロック表示リング５４が作動ディスク３６に取り付けられている。ロック表示リング５４は、端壁１８に形成されたスロット４８の一つに挿入される少なくとも一つの軸方向に突出するローブ５６を備えている。軸方向のローブ５６の先端には、磁石５８が少なくとも１個取り付けられている。センサー５２は、端壁１８に隣接する位置で、端壁１８に形成されたスロット４８と軸方向に並ぶように電磁コイル４４に取り付けられている。作動ディスク３６が磁力によって端壁１８に向かって引っ張られると、軸方向のローブ５６の先端６０が電磁コイル４４に取り付けたセンサー５２に近接する位置まで移動し、その結果、センサー５２が軸方向ローブ５６の先端に取り付けられた磁石５８を検出し、検出信号を送る。

好ましくは端壁１８には複数のスロット４８を形成し、ロック表示リング５４には、複数の軸方向のローブ５６を設ける。図４および図５に示すロック表示リング５４は軸方向ローブ５６を４つ備えている。図４の例では、ロック表示装置５４の各軸方向ローブ５６の先端６０には、周方向に間隔をおいて複数の磁石５８が設けられている。図５の例では、ロック表示装置の各軸方向のローブ５６の先端６０には、ローブ５６の長さ方向に延びる線状の磁石６２が一つ設けられている。

図６に示すセンサー５２は、電磁コイル４４内に互いに間隔をおいて設けられた一対のホール素子センサーである。この一対のセンサー５２は、図７に示すように、端壁１８に形成されたスロット４８の一つの両端に位置するようになっている。センサー５２としては、単極のホール素子センサーが好ましい。センサー５２の周方向の間隔は、少なくとも端壁１８に形成された各スロット４８の両端間の周方向の距離以上とする。ホール素子センサー５２は並列に接続されているため、少なくとも一方のセンサーに軸方向ローブ５６と磁石５８が接近すると、少なくともこの一方のセンサーから信号が連続的に発生する。また両ホール素子センサー５２の出力は共通の出力端子６４に接続されている。図８に示すように、「プルアップ」抵抗器６６によって、クラッチが係合していないときは、信号出力を出力電圧に対応する「ハイ」信号に保持し、ホール素子センサーの一方または両方が作動したとき「ロー」信号を出力するフェイルセーフ機能を持たせている。

センサー５２は、電磁コイル４４に通電しても自動的に作動しないように、電磁コイル内に設けられている。さらに電磁コイル４４の極性の方向は電磁コイル４４から発生する磁界が、ロック表示リング５４の軸方向ローブ５６に作用する磁石５８の対抗する磁界よりも小さく設定することによって、センサー５２が電磁コイルの磁界によって作動しないようにしている。

オーバーランニングクラッチ１０が作動していないときは、磁石は鉄製の端壁１８にシールドされて、磁界は短絡し、センサー５２までは届かない。オーバーランニングクラッチ１０が作動すると、軸方向ローブ５６が前方に移動し、軸方向ローブ５６の先端６０が端壁１８のスロット４８を貫通し、磁石５８の磁界がセンサー５２に届く。このときの磁石５８の移動距離は、約１．４ミリメートルと非常に短いものであるが、磁石５８が端壁１８のスロット４８を通過することにより、磁界のシールド効果がなくなるため、センサーに届く磁界は劇的に増加することになる。このため、オーバーランニングクラッチ１０を製造する際の、各部品の寸法誤差は多少大きくても、センサーは正確にクラッチの係合、非係合の状態を検出することができる。このため、クラッチを容易に製造することができる。

上で説明した本発明の実施例には、クレームの範囲から逸脱せずにさまざまな変更、改良を行うことができる。実施例の説明は本発明を限定することを意図したものではない。

本発明のオーバーランニングクラッチの斜視図 図１の2−2線に沿った断面図 図２の部分拡大図 複数の磁石が取り付けられた軸方向に延びるローブを備えた本発明のロック表示リングの斜視図 線状の磁石が取り付けられた軸方向に延びるローブを備えた本発明のロック表示リングの斜視図 一対のセンサーが取り付けられたハウジングに収容された電磁コイルの斜視図 オーバーランニングクラッチの端壁の、電磁コイルとハウジングが取り付けられている部分の斜視図 本発明のセンサーの電気回路の概略線図

符号の説明

１０ オーバーランニングクラッチ
１２ 外レース
１４ 内周面
１８ 端壁
２０ 内レース
２６ 転動体
２８ 保持器
３０ タブ
３４ 第１付勢部材
３６ 作動ディスク
３８ 切欠き
４０ 第２付勢部材
４４ 電磁コイル
４８ スロット
５２ センサー
５４ ロック表示リング
５６ ローブ

Claims (10)

1. 円筒形内周面を有し、一端に端壁が形成され、第１の軸線を中心に回転可能な外レースと、
   前記円筒形内周面と同軸で、この円筒形内周面と隙間をはさんで対向する外周面を備えた内レースを備え、前記内レースは前記第１の軸線を中心に外レースに対して相対的に回転可能であり、
   前記内レースの外周面には、複数のカム面が円周方向に並んで形成されており、
   複数の転動体が前記外レースと内レースの間に設けられており、前記転動体の径は、前記円筒形内周面と各カム面の中央部間の距離より小さく、
   前記転動体は、前記内レースに対して前記第１の軸線を中心に所定の範囲内で回転できる保持器によって、円周方向に一斉に移動するように保持されており、前記保持器は前記端壁の内面に向かって軸方向に延び、先端が端壁の内面に近接する位置にある複数のタブを有し、
   前記保持器は前記内レースに支持された第１付勢部材によって、前記各転動体が前記カム面の中央部に保持される位置にむけて付勢されており、
   作動ディスクが前記保持器と前記端壁の内面との間に設けられており、作動ディスクの内径面または外径面に周方向に間隔を置いて形成された切欠きのそれぞれに、前記各タブがはまり込むことにより、作動ディスクは保持器に対して軸方向に移動はできるが、回転はできないように保持されており、
   前記作動ディスクは、作動ディスクと前記端壁の内面との間に設けられた第２付勢部材によって、前記端壁から遠ざかる方向、すなわち前記保持器に近づく方向に付勢されており、
   作動ディスクはアクチュエータによって、第２付勢部材の付勢力に逆らって前記端壁に向かって動かされ、前記端壁に押し付けられるようになっており、作動ディスクが端壁に押し付けられると、両者の間の摩擦力によって、前記作動ディスクと前記保持器は、前記第１付勢部材の付勢力に逆らって前記端壁を有する外輪と一体となって回転し、その結果転動体がカム面の中央部から周方向の一端に向かって移動し、内レースと外レースの間にはまり込み、内レースと外レースが相対的に回転できなくなるようになっており、
   前記作動ディスクが前記端壁に接近したことをセンサーによって検出し、対応する信号を送信するようにしたオーバーランニングクラッチ。
2. 前記アクチュエータが、軸受を介して端壁に支持されたハウジングに収容された電磁コイルから成り、前記軸受によって端壁と外レースはハウジングに対して回転自在であり、前記端壁にはスロットが周方向に間隔をおいて形成されており、電磁コイルに通電すると電磁コイルから発生する磁束がスロットを通過し、作動ディスクに作用し、作動ディスクを端壁の内面に向かって磁気的に吸引するようになっている請求項１に記載のオーバーランニングクラッチ。
3. 前記作動ディスクにはロック表示リングが取り付けられており、ロック表示リングには、前記端壁に形成されたスロットに挿入される軸方向のローブが少なくとも一つ形成されており、前記少なくとも一つのローブの先端には少なくとも一つ磁石が取り付けられており、前記電磁コイルに通電し、前記作動ディスクが前記端壁に向かって磁気的に吸引されると、前記少なくとも一つのローブが前記電磁コイルに接近するようになっており、前記センサーは、前記スロットに対応する位置で前記電磁コイルに取り付けられており、前記少なくとも一つの磁石を検出し、対応する信号を送信するようになっている請求項２に記載のオーバーランニングクラッチ。
4. 前記少なくとも一つのセンサーがホール素子センサーである請求項３に記載のオーバーランニングクラッチ。
5. 前記少なくとも一つのセンサーが前記スロットの両端にそれぞれ対応する位置に、互いに間隔をおいて設けられた一対のホール素子センサーである請求項３に記載のオーバーランニングクラッチ。
6. 抵抗器を備え、前記ホール素子センサーが並列に接続されている請求項５に記載のオーバーランニングクラッチ。
7. 各ホール素子センサーの出力が共通の出力部に接続されており、前記抵抗器がセンサーの電力入力部と前記共通の出力部間に接続されている請求項６に記載のオーバーランニングクラッチ。
8. 前記少なくとも一つの磁石が、前記軸方向のローブの先端に沿って間隔をおいて設けられた複数の磁石から成る請求項３に記載のオーバーランニングクラッチ。
9. 前記少なくとも一つの磁石が、前記軸方向のローブの先端に取り付けられた、軸方向のローブの長さ方向に延びる単一の線状磁石である請求項３に記載のオーバーランニングクラッチ。
10. 前記第１付勢部材が、前記内レースと保持器の間に設けられ、前記保持器を、転動体が前記カム面の中央部に保持され、前記クラッチが非係合の状態にある中立位置に向けて付勢するセンタリングスプリングである請求項１に記載のオーバーランニングクラッチ。

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