JP2008082385A - ローラクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ローラの接触部で滑りやポッピングの発生がなく、安定したトルク伝達が可能なローラクラッチを提供することである。
【解決手段】外輪２の内周に円筒面８を形成し、内輪３の外周に複数の平坦なカム面１２を周方向に等間隔に設け、各カム面１２と円筒面８間にローラ４を組込む。カム面１２を研削加工による研削面とし、その研削面の研削方向をローラ４の軸線と直交する方向として、カム面１２の摩擦係数を高め、ローラ４の接触部で滑りやポッピングの発生を防止し、安定したトルク伝達を可能にする。
【選択図】図２

Description

この発明は、外輪と内輪の対向面間にローラを組込み、そのローラを介して外輪と内輪の相互間で回転トルクの伝達と遮断とを行うローラクラッチ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う回転伝達装置として、特許文献１に記載されているように、２方向ローラクラッチを採用したものが従来から知られている。

図５は、上記特許文献１に記載された２方向ローラクラッチの概略を示している。この２方向ローラクラッチにおいては、外輪４０の内周に円筒面４１を形成し、その外輪４０の内側に組込まれた内輪４２の外周に上記円筒面４１との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面４３を周方向に設け、各カム面４３と円筒面４１間にローラ４４を組込み、そのローラ４４をくさび形空間の狭小部に噛み込ませて、外輪４０と内輪４２の相互間で回転トルクを伝達するようにしている。

上記のような２方向ローラクラッチの伝達トルク容量は、ローラ４４と外輪４０および内輪４２の接触部における摩擦係数に大きく依存する。安定したトルク伝達のためには、下記の（１）式を満足させることが重要である。
μ＞ｔａｎθ・・・（１）式
ここで、μ：摩擦係数、θ：ストラト角を示す。

ところで、上記のような２方向ローラクラッチにおいて、潤滑剤の変更等により摩擦係数が変化して、（１）式が成立しなくなると、安定したトルク伝達が不能になり、ローラ４４の接触部で滑りやローラ４４がくさび形空間の狭小部から弾き飛ばされる現象、所謂ポッピングが生じる。

そこで、広範囲な使用条件において（１）式を成立させるためには、摩擦係数μを大きくし、あるいは、ストラト角θを小さくすることが必要となる。

ここで、ストラト角θを小さくすると、ローラ接触部における法線力が増大して耐久性が低下するため、できるだけ摩擦係数μを高めることが望まれている。

摩擦係数μを大きくするには、ローラ接触部の面粗さを粗くすることが有効であるが、面粗さの増大により局部的な接触面圧が増加して摩耗の増大もしくは寿命低下が引き起こされることになる。

そこで、従来では、外輪４０の円筒面４１および内輪４２のカム面４３を研削による仕上げ面とし、あるいは、研削相当の面粗さに仕上げるようにしている。

特開２００１−３１１４３８号公報

ところで、従来の２方向ローラクラッチにおいては、そのカム面４３の研削加工に際し、図４に示すように、研削によって形成される微小な溝４５の方向がローラ４４の軸線方向と平行することによって大きな摩擦係数が得られるものと考えられていたため、その研削方向をローラ４４の軸線方向と平行する方向としていたが、期待されるほどの摩擦係数を得ることができない現状にあった。

なお、２方向ローラクラッチにおいては、内輪の外周に円筒面を形成し、外輪の内周にカム面を設けたものもあり、そのような２方向ローラクラッチにおいても、外輪のカム面の研削方向をローラの軸線方向と平行する方向としていたため、期待されるほどの摩擦係数を得ることができなかった。

本件の発明者は、一方向に研削加工を施した平板上に鋼球を押し付けて、鋼球に２方向の接線力を付与し、潤滑剤を変えながら摩擦係数を測定したところ、表１に示す結果のように、研削方向と接線力が平行な場合は、研削方向と接線力が直交する場合よりも静止摩擦係数が大きくなることを見出したのである。

そこで、カム面４３の研削方向をローラ４４の軸線と平行とした場合と、ローラ４４の軸線と直交する方向とした場合の面粗さが同じである２種類のカム面４３を形成して摩擦係数を測定したところ、研削方向をローラ４４の軸線と直交する方向としたカム面４３の方が研削方向をローラ４４の軸線と平行とするカム面４３の場合よりも摩擦係数が大きいことを見出したのである。

この発明の課題は、ローラの接触部で滑りやポッピングの発生がなく、安定したトルク伝達が可能なローラクラッチを提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、外輪の内周と、その外輪内に組込まれた内輪の外周における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間にローラを組込み、そのローラを円筒面とカム面で形成されるくさび形空間の狭小部に噛み込ませて外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達するようにしたローラクラッチにおいて、前記カム面を研削加工による研削面とし、その研削面の研削方向を前記ローラの軸線と直交する方向とした構成を採用したのである。

上記のように、カム面を研削加工による研削面とし、その研削面の研削方向をローラの軸線と直交する方向とすることによって、カム面に大きな摩擦係数を得ることができ、ローラの係合時においてローラに滑りが生じたり、ポッピングが発生したりするのを防止することができ、安定したトルク伝達が可能なローラクラッチを得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１および図２(ａ)は、この発明に係るローラクラッチを用いた回転伝達装置を示す。この回転伝達装置は、２方向ローラクラッチ１と、その２方向ローラクラッチ１の係合および係合解除を制御する電磁クラッチ２０と、その電磁クラッチ２０および上記２方向ローラクラッチ１を覆うハウジング３０とからなる。

２方向ローラクラッチ１は、外輪２と、その外輪２内に組込まれた内輪３と、その両輪２、３間に組込まれたローラ４と、そのローラ４を保持する保持器５とを有している。

外輪２はハウジング３０の開口端部内に組込まれた軸受６によって回転自在に支持され、一端部には筒状の第１軸７が一体に設けられている。また、外輪２の内周には円筒面８が形成されている。

内輪３は両端部に第２軸９を有し、その第２軸９の一端部はハウジング３０の端板を貫通し、その貫通部に組込まれた軸受１０に回転自在に支持されている。また、第２軸９の他端部は外輪２の内部に組込まれた軸受１１によって回転自在に支持されている。

内輪３の外周には、外輪２の上記円筒面８との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面１２が周方向に等間隔に設けられ、各カム面１２と円筒面８間に上記ローラ４が組込まれている。

保持器５はローラ４を収容するポケット１３を有している。この保持器５と内輪３の相互間にはスイッチばね１４が組込まれている。スイッチばね１４は、一部が切離されたリング部１４ａの両端に一対の押圧片１４ｂを外向きに形成した構成とされ、上記リング部１４ａは内輪３の一端面に形成された円形のばね収納凹部１５内に組込まれ、その一対の押圧片１４ｂは上記ばね収納凹部１５の周壁に形成された切欠部１６から保持器５の一端部に設けられた切欠き１７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両端部を相反する方向に押圧し、その押圧によって、ローラ４が円筒面８およびカム面１２に係合解除される中立位置に保持器５が弾性保持されている。

スイッチばね１４は、第２軸９に嵌合されたコネクティングプレート１８によってばね収納凹部１５から抜け出るのが防止されている。コネクティングプレート１８は止め輪１９によって軸方向に位置決めされ、外周にはＬ形の係合片１８ａが設けられている。係合片１８ａは保持器５の端部に設けられた前記切欠き１７と係合し、その係合によってコネクティングプレート１８は保持器５に回り止めされている。

図１に示すように、電磁クラッチ２０が上記２方向ローラクラッチ１に並設して設けられている。

電磁クラッチ２０は、保持器５の端面に対向配置されたアーマチュア２１と、そのアーマチュア２１と軸方向で対向するロータ２２と、そのロータ２２と軸方向で対向する電磁石２３とからなる。

アーマチュア２１は内輪３の第２軸９にスライド自在に嵌合されている。このアーマチュア２１には係合孔２４が形成され、その係合孔２４にコネクティングプレート１８の外周の係合片１８ａが係合し、その係合によってアーマチュア２１は保持器５に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動自在とされている。

ロータ２２は、外輪２の開口端部に接続された非磁性体からなるロータガイド２５の端部内に圧入されてロータガイド２５に回り止めされている。このロータ２２には複数の円弧状のスリット２６が周方向に間隔をおいて形成されている。

また、ロータ２２とアーマチュア２１の対向端面間には、アーマチュア２１をロータ２２から離反する方向に付勢する離反ばね２７が組込まれている。

電磁石２３は、電磁コイル２３ａと、その電磁コイル３３ａを支持するコア２３ｂとからなり、上記電磁コイル２３ａに通電すると、コア２３ｂ、ロータ２２およびアーマチュア２１に磁束が流れ、アーマチュア２１に吸引力が付与されるようになっている。

上記の構成からなる回転伝達装置において、第２軸９の回転トルクが入力され、内輪３が図２の矢印で示す方向に回転する状態で、電磁石２３の電磁コイル２３ａに通電すると、コア２３ｂ、ロータ２２およびアーマチュア２１間に磁束が流れて、アーマチュア２１に磁気吸引力が負荷され、アーマチュア２１がロータ２２に吸着される。

アーマチュア２１の吸着により、その吸着面に作用する摩擦抵抗は保持器５の回転抵抗となるため、内輪３と保持器５が相対回転し、図２(ｂ)に示すように、ローラ４が円筒面８およびカム面１２に係合して、２方向ローラクラッチ１は係合状態となり、内輪３の回転が外輪２に伝達される。

ここで、内輪３と保持器５が相対回転すると、スイッチばね１４が弾性変形する。このため、２方向ローラクラッチ１の係合状態において、図１に示す電磁石２３の電磁コイル２３ａに対する通電を遮断すると、離反ばね２７の復元力によって、アーマチュア２１がロータ２２から離反すると共に、スイッチばね１４の復元弾性により、保持器５が回転し、ローラ４は円筒面８およびカム面１２に対して係合解除する中立位置に戻され、２方向ローラクラッチ１は係合解除して、内輪３から外輪２への回転伝達が遮断され、内輪３がフリー回転する。

上記のような回転伝達装置において、２方向ローラクラッチ１のローラ４とカム面１２の接触部の摩擦係数が小さいと、２方向ローラクラッチ１の係合時、ローラ４に滑りが生じ、あるいは、ポッピングが発生し、安定したトルク伝達ができなくなる。

そこで、実施の形態では、図３に示すように、カム面１２を研削加工による研削面とし、その研削面の研削方向を前記ローラ４の軸線と直交する方向(円周方向)としている。

上記のように、カム面１２をローラ４の軸線と直交する方向に研削加工して、カム面１２を研削による仕上げ面とすることによって、カム面１２に大きな摩擦係数を得ることができ、ローラの係合時においてローラ４に滑りが生じたり、ポッピングが発生したりするのを防止することができ、安定したトルク伝達が可能な２方向ローラクラッチを得ることができる。

因みに、図３に示すように、カム面１２をローラ４の軸線と直交する方向(円周方向)に研削した内輪３(本発明品)と、図４に示すように、カム面４３をローラ４４の軸線と平行する方向(軸方向)に研削した内輪４２(比較品)のそれぞれを外輪２内に組み込んでストラト角の異なる数種の２方向ローラクラッチを製作し、各２方向ローラクラッチにトルクを負荷してポッピングが発生する限界トルクを測定したところ、表２に示す結果を得た。

ここで、本発明品の内輪３のカム面１２および比較品の内輪４２のカム面４３の面粗さＲａをそれぞれ０．４μｍとした。

上記の試験結果から、カム面１２の研削方向を円周方向とする本発明品の内輪３の方がカム面４３の研削方向を軸方向とする比較品の内輪４２よりもポッピングが発生し難く、より安定したトルク伝達が可能であることが理解することができる。

実施の形態では、外輪２の内周に円筒面８を形成し、内輪３の外周にカム面１２を設けた２方向ローラクラッチを示したが、２方向ローラクラッチはこれに限定されるものではない。例えば、内輪の外周に円筒面を形成し、外輪の内周にカム面を向けたものであってもよい。この場合、ローラを保持する保持器と外輪の相互間にスイッチばねを組込んで、ローラを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するようにする。

この発明に係るローラクラッチを採用した回転伝達装置の縦断正面図 (ａ)は、図１のII−II線に沿った断面図、(ｂ)は２方向ローラクラッチの係合状態を示す断面図 内輪のカム面部を示す斜視図 従来の内輪のカム面部を示す斜視図 従来の２方向ローラクラッチを示す概略図

符号の説明

２ 外輪
３ 内輪
４ ローラ
８ 円筒面
１２ カム面

Claims (1)

1. 外輪の内周と、その外輪内に組込まれた内輪の外周における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間にローラを組込み、そのローラを円筒面とカム面で形成されるくさび形空間の狭小部に噛み込ませて外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達するようにしたローラクラッチにおいて、
   前記カム面を研削加工による研削面とし、その研削面の研削方向が前記ローラの軸線と直交する方向とされたことを特徴とするローラクラッチ。

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