JP2015206423A

JP2015206423A - カム機構

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Publication number: JP2015206423A
Application number: JP2014087824A
Authority: JP
Inventors: 直之岸本; Naoyuki Kishimoto; 敦本多; Atsushi Honda; 聡弘塚野; Satohiro Tsukano; 弘紹吉野; Hiroaki Yoshino
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2015-11-19
Also published as: WO2015162477A1; US20170045096A1; CN106233018A; DE112015001968T5

Abstract

【課題】動体の位相がずれることを抑制しつつ、大きな推力を出力することができるカム機構を提供する。【解決手段】互いに対向するとともに相対回転する入力部材と出力部材１８とを有し、その対向する面にカム溝２０が形成され、そのカム溝２０に収容された転動体を挟み付けるように構成されたカム機構において、カム溝２０は、入力部材と出力部材１８との位相が所定量以下のときに転動体が転がり接触するカム溝２０の底面における回転面に対する傾斜角度が、位相差が大きくなるにつれて大きくなるように形成された第１領域Ａと、位相差が所定量以上のときに転動体が転がり接触するカム溝２０の底面の回転面に対する傾斜角度が、第１領域Ａにおける最も大きい傾斜角度よりも小さく形成された第２領域Ｂとを備えている。【選択図】図１

Description

この発明は、二つの部材が対向する面にカム溝を形成し、そのカム溝に転動体を収容するとともに、その転動体を二つの部材により挟み付けるように構成されたカム機構に関するものである。

特許文献１，２，３には、摩擦力によりトルクを伝達する多板クラッチを押圧して伝達トルク容量を増大させるように構成されたボールカム機構が記載されている。特許文献１に記載されたボールカム機構は、トルクを推力に変えて伝達するものであり、ボールカム機構の出力部材であるピストンが、多板クラッチの摩擦材を押圧するように構成されている。また、特許文献１に記載されたボールカム機構は、多板クラッチを解放させているときに、摩擦材とピストンとの間に介在するオイルの粘性抵抗が作用することを抑制するために、多板クラッチが解放されているときにおける摩擦材とピストンとの隙間が大きくなるように配置されている。

一方、多板クラッチが解放されているときにおける摩擦材とピストンとの隙間を大きくすると、多板クラッチを係合させるために入力部材を回転させ始めてから、ピストンと摩擦材とが接触し始めるまでの時間が長くなり応答性が低下する可能性がある。そのため、特許文献１に記載されたボールカム機構のカム溝には、多板クラッチが解放しているときにボールを収容する半円状の凹部と、摩擦材とピストンとが接触するときにボールが転がり接触する傾斜部とが形成され、その境界部分が段差になっている。したがって、入力部材が回転し始めると、ボールが段差を乗り越えて傾斜部を転がり接触するので、入力部材の回転量に対する出力部材の移動量の割合が大きくなり、ピストンと摩擦材とが接触するまでの時間を短縮することができる。また、ボールの位相がずれることを抑制するために、特許文献１に記載されたボールカム機構は、複数のボールを保持する保持器を備えている。

なお、特許文献２に記載されたボールカム機構は、円周方向の両側に向かうにつれて徐々にカム溝が浅くなるように形成されている。また、特許文献３に記載されたボールカム機構は、カム溝のうち推力を生じさせる領域の底面の傾斜角度を一定に形成している。

特開２００９−２２０５９３号公報特開２００９−３６３４１号公報特開平４−８８２６０号公報

ところで、二つの部材がそれぞれ対向する面に円周方向に所定の間隔を空けて複数のカム溝を形成し、それら各カム溝に一つずつ収容された転動体を上記二つの部材により挟み付けるように構成されたカム機構では、転動体を挟み付ける荷重が小さいと、いずれかの転動体の位相が他の転動体の位相からずれてしまう可能性がある。そのため、転動体の位相がずれることを抑制するために、特許文献１に記載されたように転動体を保持する保持器を設けると、部品点数が増加し、またはカム機構の軸長が増大し、あるいは転動体と保持器との摩擦による動力損失が増大する可能性がある。

そこで、カム溝の底面の傾斜角度が次第に大きくなるように形成することにより、転動体の位相がずれることを抑制することができる。しかしながら、カム溝の底面の傾斜角度が次第に大きくなるように形成すると、そのカム溝に沿って軸線方向に摺動する出力側の部材の推力が次第に小さくなる。したがって、摩擦力によりトルクを伝達する摩擦係合装置を、出力側の部材が押圧してその摩擦係合装置の伝達トルク容量を増大させるように、カム機構が設けられている場合には、出力側の部材が摩擦係合装置に接触した後に、大きな推力が要求される。そのため、上記のように転動体の位相がずれることを抑制するためにカム溝の底面の傾斜角度が次第に大きくなるように形成すると、摩擦係合装置を押圧するための十分な推力を出力することができない可能性がある。

この発明は上述した事情を背景としてなされたものであって、転動体の位相がずれることを抑制しつつ、大きな推力を出力することができるカム機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、軸線方向で互いに対向しかつ相対回転する第１カム部材と第２カム部材とを有し、前記第１カム部材における前記第２カム部材に対向した対向面に軸線方向に窪みかつ窪み深さが最も深い箇所から前記各カム部材の回転方向での一方の回転方向に向けて次第に浅くなる第１カム溝が形成され、前記第２カム部材における前記第１カム部材に対向した対向面に軸線方向に窪みかつ深さが最も深い箇所から前記各カム部材の回転方向での他方の回転方向に向けて次第に浅くなるように前記第１カム溝と対称形状の第２カム溝が形成され、前記各カム溝の間に転動体が挟み込まれ、前記第１カム部材と前記第２カム部材とが相対回転することにより一方のカム部材が軸線方向に移動するように構成されるとともに、摩擦力によりトルクを伝達する摩擦係合装置に対して前記一方のカム部材における前記対向面とは反対側の端面が軸線方向で所定の間隔を空けて配置され、前記各カム部材の位相差が所定量以上のときに、前記一方のカム部材が前記摩擦係合装置を押圧することにより該摩擦係合装置の伝達トルク容量を増大させるカム機構において、前記各カム溝は、前記位相差が所定量以下のときに前記転動体が転がり接触する前記各カム溝の底面における前記各カム部材の回転面に対する傾斜角度が、前記位相差が大きくなるにつれて大きくなるように形成された第１領域と、前記位相差が所定量以上のときに前記転動体が転がり接触する前記各カム溝の底面の前記回転面に対する傾斜角度が、前記第１領域における最も大きい傾斜角度よりも小さく形成された第２領域とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１領域と前記第２領域とは、前記各カム部材の円周方向に連なって形成され、前記第１領域と前記第２領域との境界部分で前記転動体が前記カム溝の底面に接触する際に、前記一方のカム部材と前記摩擦係合装置とが接触し始めるように形成されていることを特徴とするカム機構である。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記第２領域は、前記傾斜角度が一定に形成されていることを特徴とするカム機構である。

請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、前記位相差が大きくなるにつれて前記一方のカム部材が軸線方向に押圧される荷重が大きくなるように、前記第２領域における前記傾斜角度が回転方向に向けて次第に小さく形成されていることを特徴とするカム機構である。

この発明によれば、各カム部材が対向する面に複数のカム溝が形成され、そのカム溝に転動体が収容されるとともに、その収容された転動体が各カム部材に挟まれている。また、各カム部材の位相差が所定量以上のときに、軸線方向に所定の間隔を空けて配置された摩擦係合装置を一方のカム部材が押圧してその摩擦係合装置の伝達トルク容量を増大させる。そして、カム溝は、各カム部材の位相差が所定量以下のときに転動体が転がり接触するカム溝の底面の回転面に対する傾斜角度が、位相差が大きくなるにつれて大きくなるように形成された第１領域を備えている。そのため、摩擦係合装置をカム部材が押圧することにより生じる摩擦係合装置からの大きな反力を受けるまでの間であっても、転動体の位相がずれる方向に対向した荷重をカム溝から転動体に作用させ、転動体の位相がずれることを抑制することができる。その結果、転動体の位相を調整するための保持器などを設ける必要がないので、部品数を低減することやカム機構の軸長を短縮することができる。また、保持器と転動体との摩擦抵抗が生じることがないので、カム機構の荷重の伝達効率を向上させることができる。さらに、転動体とカム溝の底面とが滑ることによる摩擦抵抗を減少させることができるので、カム機構に入力されるトルクまたはカム機構でトルクを生じさせるために入力される動力を低減することができる。

また、カム溝は、各カム部材の位相差が所定量以上のときに転動体が転がり接触するカム溝の底面の回転面に対する傾斜角度が、第１領域における最も大きい傾斜角度よりも小さく形成された第２領域を更に備えているので、その第２領域で転動体がカム溝の底面に接触しているときには、カム機構から出力される推力を大きくすることができる。その結果、摩擦係合装置を押圧するための十分な推力を出力することができる。

さらに、第１領域と第２領域とを形成することにより、カム溝の底面の全域の傾斜角度を小さく形成したものよりも、カム溝の長さを短くすることができる。そのため、形成するカム溝の数を多くすれば、カム溝に収容される転動体に作用する面圧を低減することができる。その結果、転動体の剛性を低減すること、すなわち転動体を小型化することができるので、カム機構の軸長を短くすることができる。または、カム溝の長さを短くすることができるので、カム溝が形成される位置を内側にすることができる。その結果、カム溝に収容される転動体に作用する遠心力を低減することができるので、転動体が外側に離脱することを抑制することができる。さらにまた、カム溝の長さを短くすることにより、各カム部材の位相の変化量に対する出力側の部材の移動量を大きくすることができる。そのため、カム機構の応答性を向上させることができる。

さらに、第２領域における傾斜角度を一定に形成する場合には、第２領域におけるカム溝の底面の加工精度が低下することを抑制することができるので、出力される荷重がばらつくなどの性能の低下を抑制することができる。

一方、各カム部材の位相差が大きくなるにつれて一方のカム部材が軸線方向に押圧される荷重が大きくなるように、第２領域における傾斜角度を回転方向に向けて次第に小さく形成することにより、転動体が第１領域におけるカム溝の底面を転がって第２領域におけるカム溝の底面に移動する際に、出力側の部材が急激に軸線方向に移動することを抑制することができる。

この発明におけるカム溝の形状の一例を説明するための断面図である。クラッチが解放している際に入力部材と出力部材とにボールが挟まれた状態を説明するための断面図である。クラッチが係合し始めた際に入力部材と出力部材とにボールが挟まれた状態を説明するための断面図である。一つのボールの位相が他のボールの位相からずれた場合に、その位相がずれたボールに作用する荷重の向きを説明するための断面図である。クラッチが完全に係合している際に入力部材と出力部材とにボールが挟まれた状態を説明するための断面図である。この発明におけるカム溝の形状の他の例を説明するための断面図である。この発明に係るカム機構の構成の一例を説明するための断面図である。

この発明に係るカム機構は、摩擦力によりトルクを伝達するように構成された従来知られているクラッチやブレーキなどの摩擦係合装置を押圧することにより、その摩擦係合装置の伝達トルク容量を増大させる推力発生機構として使用することができる。

図７には、複数のプレートを軸線方向に交互に配置して形成された従来知られている多板クラッチ１に、ボールカム機構２が推力を付与することにより、多板クラッチ１の伝達トルク容量を増大させるように構成された例を示している。この多板クラッチ１およびボールカム機構２は、変速機などのハウジング３の内部に設けられている。具体的には、第１円筒部４と、第１円筒部４の一方側の開口部から外側に形成されたフランジ部５と、フランジ部５の外周部に一方の端部が連結された第２円筒部６と、第１円筒部４の他方側の開口部を閉じる底面部７と、第１円筒部４よりも内側に所定の間隔を空け、かつ一方の端部が底面部７に連結された円筒状の突出部８とによりハウジング３が形成され、その第１円筒部４と突出部８との間の空間に、ボールカム機構２が設けられ、第２円筒部６の内側に多板クラッチ１が設けられている。

ここで、図７に示す多板クラッチ１の構成を簡単に説明する。図７に示す多板クラッチ１は、図示しない入力軸に連結された環状の第１回転部材９および図示しない出力軸に連結された環状の第２回転部材１０がトルクを伝達する状態と、トルクの伝達を遮断した状態とを選択的に切り替えるものである。具体的には、第１回転部材８の側面には、ハウジング３の底面部７側に向けて軸線方向に突出した円筒状の第１クラッチドラム１１が形成され、その第１クラッチドラム１１の外側には、環状に形成された複数のドライブプレート１２が一体に回転するように嵌合されている。このドライブプレート１２は、後述するドリブンプレート１３と接触することによりトルクを伝達するものであり、ドライブプレート１２とドリブンプレート１３とが交互に配置される。したがって、ドライブプレート１２同士は、ドリブンプレート１３が挟まれる程度の隙間を空けて互いに所定の間隔を空けて配置されている。

一方、第２回転部材１０の側面には、ハウジング３の底面部７側に軸線方向に突出するとともに、ドライブプレート１２の外径よりも内径が大きい円筒状の第２クラッチドラム１４が形成されている。その第２クラッチドラム１４の内側には、環状に形成された複数のドリブンプレート１３が、ドライブプレート１２と交互に配置され、かつ第２クラッチドラム１４と一体に回転するように嵌合されている。なお、ドライブプレート１２とドリブンプレート１３とのいずれか一方のプレートの両側面には、摩擦材１５が一体に形成されている。

したがって、図７に示す多板クラッチ１は、ドライブプレート１２とドリブンプレート１３とを接触させるように軸線方向に押圧されることにより、ドライブプレート１２とドリブンプレート１３とが押圧される荷重と摩擦係数とに応じたトルクを伝達することができる。すなわち、ドライブプレート１２とドリブンプレート１３とが接触する荷重を制御することにより、多板クラッチ１の伝達トルク容量が制御される。具体的には、ドライブプレート１２とドリブンプレート１３とが押圧される荷重を増大させることにより、多板クラッチ１の伝達トルク容量が増大させられる。

そのため、図７に示す例では、多板クラッチ１を押圧する荷重を制御するようにボールカム機構２が設けられている。すなわち、多板クラッチ１に要求される伝達トルク容量に応じて多板クラッチ１を押圧する荷重を制御し、多板クラッチ１がトルクの伝達を遮断するときには、多板クラッチ１から離隔して、多板クラッチ１を押圧する荷重を「０」にするようにボールカム機構２が構成されている。

図７に示すボールカム機構２は、入力部材１６のトルクを軸線方向の推力に変換して出力部材１８から出力するように構成されており、入力部材１６における出力部材１８に対向した面には、軸線方向に窪んだ複数のカム溝１９が、円周方向に所定の間隔を空けて形成され、出力部材１８における入力部材１６に対向した面にも同様に、軸線方向に窪んだ複数のカム溝２０が、円周方向に所定の間隔を空けて形成され、それらのカム溝１９，２０の底面にボール１７が転がり接触するように構成されている。具体的には、カム溝１９，２０の間にボール１７を収容した状態で、入力部材１６と出力部材１８とがボール１７を挟み付けるように取り付けられている。なお、ここに示す例では、ボール１７を使用したボールカム機構を例に挙げて説明しているが、カム溝と転がり接触するように構成されていればよく、ローラなどの他の部材であってもよい。また、出力部材１８が傾くことを抑制するために、円周方向に所定の間隔を空けて三つ以上のカム溝１９を形成するとともに、カム溝１９と同様に円周方向に所定の間隔を空けてカム溝１９と同数のカム溝２０を形成し、それらカム溝１９，２０のそれぞれにボール１７を設けることが好ましい。

図７に示す入力部材１６は、環状に形成されており、ハウジング３の突出部８の外側、かつ第１円筒部４の内側に嵌め込まれている。この入力部材１６は、図示しない油圧源から供給される油圧に応じてトルクを発生させるアクチュエータとして機能するように構成されている。具体的には、ハウジング３の底面部７における外周側には、円周方向に所定の間隔を空けて複数の壁部２１が軸線方向に突出して形成され、かつ入力部材１６における底面部７側の端面には、壁部２１同士の間に挿入される複数の突起部２２が形成されている。すなわち、壁部２１と突起部２２とは、軸線方向で重なる位置に形成され、円周方向で交互に配置されている。したがって、壁部２１と突起部２２との間にオイルが供給されることにより、突起部２２が円周方向に押圧されてトルクが生じる。また、入力部材１６はハウジング３と相対回転するように突出部８に嵌合させられるので、入力部材１６の端面とハウジング３の底面部７との間には、スラストベアリング２３が設けられている。さらに、壁部２１と突起部２２との間に供給されるオイルが漏洩することを抑制するために、入力部材１６の内周面および外周面には、それぞれＯリングなどのシール部材２４，２５が設けられている。なお、図７に示す例では、入力部材１６がアクチュエータとして機能するように構成されているが、図示しないモータなどにより入力部材１６にトルクを伝達するように構成されていてもよい。

一方、出力部材１８は、入力部材１６から軸線方向の押圧力を受けて移動するものであり、図７に示す例では、軸線方向に移動することができ、かつ回転不能にハウジング３に取り付けられている。具体的には、出力部材１８は、環状に形成されており、その外周面と第１円筒部４の内周面とがスプラインなどにより係合させられている。なお、出力部材１８の内周面は、突出部８に嵌合させられている。また、出力部材１８は、ドライブプレート１２またはドリブンプレート１３を押圧するように構成されており、出力部材１８におけるカム溝２０が形成された面とは反対側の端面には、ドライブプレート１２とドリブンプレート１３とが半径方向で重なっている位置を押圧する円筒状の押圧部２６が形成されている。

上述したようにボール１７が入力部材１６と出力部材１８とに形成されたカム溝１９，２０に収容されている。また、多板クラッチ１がトルクの伝達を遮断しているときには、出力部材１８がドリブンプレート１３から離隔し、かつ突起部２２と壁部２１との間に油圧が供給されない。そのため、出力部材１８が入力部材１６から離隔してしまうと、ボール１７がカム溝１９，２０から離脱してしまうので、図７に示す例では、出力部材１８を常時、入力部材１６側に押圧するリターンスプリング２７が設けられている。なお、図７に示す例では、リターンスプリング２７として皿バネを設けているが、圧縮バネなどの他の弾性部材を配置していてもよい。また、図７に示す例では、リターンスプリング２７の外周部分の位置決めをするためにスナップリング２８が設けられている。

上述したように図７に示すボールカム機構２は、入力部材１６のトルクがボール１７を介して出力部材１８を軸線方向に押圧する荷重として伝達される。したがって、出力部材１８がドリブンプレート１３に接触するまでの間は、出力部材１８が入力部材１６から押圧される荷重に対抗した反力は、リターンスプリング２７のばね荷重のみとなる。このリターンスプリング２７は、上述したようにボール１７がカム溝１９，２０から離脱することを抑制するように作用させるためのものであり、比較的小さな荷重に設定されている。また、図７に示す例では、円周方向に複数のボール１７が設けられており、そのカム溝１９，２０やボール１７には、加工精度などに基づく不可避的な個体差がある。したがって、出力部材１８がドリブンプレート１３に接触するまでの間は、ボール１７を挟み付ける荷重が小さいので、いずれか一つのボール１７がカム溝１９，２０を滑って、他のボール１７との位相がずれてしまう可能性がある。そのため、図７に示すカム溝１９，２０は、ボール１７が円周方向に滑ってしまうことを抑制することができるように構成されている。

一方、出力部材１８がドリブンプレート１３に接触しているときには、リターンスプリング２７のばね荷重に加えてドリブンプレート１３の剛性などに応じた反力が作用するので、上述したようにボール１７がカム溝１９，２０から離脱しにくいが、出力部材１８がドリブンプレート１３を押圧するために要求される荷重が大きい。そのため、図７に示すカム溝１９，２０は、出力部材１８がドリブンプレート１３に接触するときに、出力部材１８が入力部材１６から押圧される荷重が大きくなるように、言い換えると、入力部材１６のトルクに対して出力部材１８が押圧される荷重が大きくなるように構成されている。

そのカム溝１９，２０の形状の一例について図１を参照して説明する。なお、入力部材１６に形成されたカム溝１９は、入力部材１６の回転方向での一方の回転方向に向けて次第にカム溝１９の深さが浅くなるように形成され、出力部材１８に形成されたカム溝２０は、入力部材１６の回転方向での他方の回転方向に向けて次第にカム溝２０の深さが浅くなるようにカム溝１９と対称形状に形成されている。また、入力部材１６に形成されたカム溝１９同士および出力部材１８に形成されたカム溝２０同士も同一の形状に形成されている。そのため、以下の説明では、出力部材１８に形成されたカム溝２０のうち一つのカム溝の形状を図１に示す例を参照して説明し、入力部材１６に形成されたカム溝１９の形状の説明を省略する。

図１は、そのカム溝２０の形状を説明するための断面図を示しており、図１に示す上下方向が円周方向であり、左右方向が軸線方向である。図１に示すカム溝２０の一方の端部は、後述するように出力部材１８が最も入力部材１６側に移動しているときに、ボール１７の外周面の一部が面接触または線接触することにより、ボール１７の移動を制限するように形成されている。そのため、カム溝２０の一方の端部の曲率半径が、ボール１７の外径とほぼ同一に形成されている。なお、以下の説明では、ボール１７の移動が制限されているときに、ボール１７と接触するカム溝２０の底面のうち最も深さが深く形成された部分を第１接触部２９と記す。

上記第１接触部２９よりも図１に示す下側のカム溝２０の底面は、入力部材１６と出力部材１８との位相差が大きくなることによりボール１７が転がり接触する部分である。具体的には、出力部材１８が最も入力部材１６に接近している状態から、押圧部２６がドリブンプレート１３に接触するまでの間に、ボール１７が転がり接触する第１領域Ａと、押圧部２６がドリブンプレート１３に接触してから多板クラッチ１の係合圧が最大になるまでの間に、ボール１７が転がり接触する第２領域Ｂとが形成されている。すなわち、入力部材１６と出力部材１８との位相差が所定量以下のときには、ボール１７が第１領域Ａでカム溝２０の底面に転がり接触し、入力部材１６と出力部材１８との位相差が所定量以上のときには、ボール１７が第２領域Ｂでカム溝２０の底面に転がり接触する。

第１領域Ａにおけるカム溝２０の底面は、第１接触部２９から第１領域Ａと第２領域Ｂとの境界位置（以下、第２接触部３０と記す。）に近づくにつれて、カム溝２０の底面における入力部材１６の回転面に対する傾斜角度、または出力部材１８における入力部材１６に対向した端面に対する傾斜角度が次第に大きくなるように形成されている。すなわち、第１領域Ａのうち第１接触部２９の傾斜角度が最小になり、第２接触部３０の傾斜角度が最大になるように形成されている。言い換えると、第１領域Ａにおけるカム溝２０の底面の曲率半径が、第１接触部２９から第２接触部３０に近づくにつれて次第に小さくなるように形成されている。なお、図１では、傾斜角度を「θ」と示している。

一方、第２領域Ｂにおけるカム溝２０の底面は、第２接触部３０の傾斜角度よりも小さい傾斜角度になるように形成されている。具体的には、第２接触部３０から離れるにつれて傾斜角度が小さくなるように、言い換えると、入力部材１６の回転方向とは反対側の回転方向に向けて傾斜角度が小さくなるように形成されている。なお、第２領域Ｂにおける第２接触部３０とは反対側の端部を、以下の説明では第３接触部３１と記す。

つぎに、図１に示すようにカム溝２０を形成したボールカム機構２の作用について説明する。なお、以下の説明では、便宜上、第１接触部２９と同一の形状に形成された入力部材１６におけるカム溝１９の部分を、第４接触部３２と、第２接触部３０と同一の形状に形成された入力部材１６におけるカム溝１９の部分を、第５接触部３３と、第３接触部３１と同一の形状に形成された入力部材１６におけるカム溝１９の部分を、第６接触部３４と、出力部材１８がドリブンプレート１３に接触するまでの間にボール１７が入力部材１６におけるカム溝１９に接触する領域を第３領域Ｃと、出力部材１８がドリブンプレート１３に接触しているときにボール１７が入力部材１６におけるカム溝１９に接触する領域を第４領域Ｄと記す。

図２は、出力部材１８が入力部材１６側に最も接近している状態を示している。具体的には、出力部材１８にリターンスプリング２７のばね力のみが作用しているときに入力部材１６と出力部材１８とにボール１７が挟まれている状態、または入力部材１６に生じているトルクに応じて出力部材１８が押圧される荷重が、リターンスプリング２７のばね力よりも小さいときに入力部材１６と出力部材１８とにボール１７が挟まれている状態を示している。すなわち、入力部材１６側に出力部材１８を押圧する荷重が、入力部材１６から出力部材１８を離隔させる荷重よりも大きいときに、入力部材１６と出力部材１８とにボール１７が挟まれている状態を示している。

上述したようにカム溝１９，２０の底面は、入力部材１６および出力部材１８の端面に対して傾斜して形成されている。そのため、ボール１７が上記第１接触部２９に接触する位置以外で出力部材１８におけるカム溝２０の底面に接触していると、出力部材１８が入力部材１６側に押圧されることにより、ボール１７には、出力部材１８におけるカム溝２０の底面から、出力部材１８の円周方向における第１接触部２９側に向けた荷重が作用する。そのようにボール１７に荷重が作用すると、入力部材１６におけるカム溝１９の底面には、ボール１７から入力部材１６を図２における上側に押圧するように円周方向の荷重が作用する。また、出力部材１８は回転不能にハウジング３に連結されている。したがって、出力部材１８が入力部材１６側に押圧されると、入力部材１６が図２における上側に回転する。そのように入力部材１６が回転すると、入力部材１６と出力部材１８との間隔が、ボール１７の直径よりも大きくなる。そのため、出力部材１８が入力部材１６側に移動する。

なお、入力部材１６が上述するように回転するとともに、出力部材１８が軸線方向に移動する際には、ボール１７が入力部材１６のカム溝１９および出力部材１８のカム溝２０を転がる。そのため、上述したように入力部材１６側に出力部材１８を押圧する荷重が、入力部材１６から出力部材１８を離隔させる荷重よりも大きいときには、ボール１７が第１接触部２９および第４接触部３２に接触する位置まで転がる。以下の説明では、ボール１７が第１接触部２９および第４接触部３２に接触している状態を、初期状態と記す。

図２に示す初期状態のときに、突起部２２と壁部２１との間にオイルを供給すると、突起部２２が供給されたオイルの圧力により円周方向に押圧されるので、その油圧に応じたトルクが入力部材１６に生じる。そのように入力部材１６にトルクが生じると、カム溝１９の底面とボール１７とが接触している部分では、ボール１７の中心に向けた荷重が作用する。そのようにボール１７に荷重が作用すると、ボール１７とカム溝２０とが接触している部分におけるカム溝２０の底面の法線方向に荷重が作用する。上述したように出力部材１８は、ハウジング３に回転不能に連結されているので、上記のようにカム溝２０の底面の法線方向に荷重が作用すると、その荷重のうち軸線方向の成分の荷重が出力部材１８を押圧することになる。そのため、出力部材１８が入力部材１６から離隔する。そのように出力部材１８が入力部材１６から離隔するとともに、ボール１７の中心に向けて入力部材１６におけるカム溝１９の底面から荷重が作用するため、ボール１７は、第３領域Ｃを第４領域Ｄ側に向けて転がり、かつ第１領域Ａを第２領域Ｂ側に向けて転がる。なお、上記のように出力部材１８は、ハウジング３に回転不能に連結されており、入力部材１６はハウジング３に相対回転可能に連結されている。そのため、入力部材１６は出力部材１８と相対回転する。そして、初期状態における入力部材１６と出力部材１８との位相差を基準として、出力部材１８が離隔するように入力部材１６が回転することにより、その位相差が大きくなる。

図３は、出力部材１８が入力部材１６から離隔することにより、押圧部２６がドリブンプレート１３に接触した時点で、入力部材１６と出力部材１８とにボール１７が挟まれている状態を示している。上述したように第２接触部３０は、第１領域Ａと第２領域Ｂとの境界部分であり、同様に第５接触部３３は、第３領域Ｃと第４領域Ｄとの境界部分であり、押圧部２６がドリブンプレート１３に接触した時点で、第２接触部３０および第５接触部３３にボール１７が接触する。すなわち、初期状態から、第２接触部３０および第５接触部３３にボール１７が接触している状態までの出力部材１８の移動量が、初期状態における押圧部２６とドリブンプレート１３との隙間と同一になるように、カム溝２０の深さ方向における第１接触部２９と第２接触部３０との偏差Ｌ１、およびカム溝１９の深さ方向における第４接触部３２と第５接触部３３との偏差Ｌ２が定められている。

一方、出力部材１８がドリブンプレート１３に接触するまでの間は反力が小さいので、カム溝１９，２０やボール１７の加工誤差などがあると、いずれか一つのボール１７とカム溝１９またはカム溝２０とに滑りが生じる場合がある。そのため、図１に示すように第１領域Ａおよび第３領域Ｃにおけるカム溝１９，２０の底面の傾斜角度が次第に大きくなるように形成することにより、その滑りを抑制するように構成されている。ここで、ボール１７の滑りを抑制することができる作用について説明する。なお、以下の説明では、便宜上、滑りが生じたボール１７を第１ボール１７ａと、滑りが生じていないボール１７を第２ボール１７ｂと記す。図４には、第１ボール１７ａが滑って、第２ボール１７ｂとの位相がずれた状態を示しており、なお、第２ボール１７ｂの位置を破線で示している。具体的には、カム溝１９またはカム溝２０の加工誤差などによりカム溝１９とカム溝２０との隙間が大きく形成されている場合、または第１ボール１７ａの外径が第２ボール１７ｂの外径よりも小さく形成されている場合など、第１ボール１７ａが第２ボール１７ｂよりも第１領域Ａにおける第１接触部２９側で、かつ第３領域Ｃにおける第５接触部３３側でカム溝１９，２０に接触している状態を示している。

図４に示すようにボール１７は、カム溝１９からボール１７の中心に向けた荷重を受ける。また、ボール１７がカム溝２０を押圧する荷重の反力も同様にボール１７の中心に向けてカム溝２０からボール１７に作用する。したがって、図４に示すようにボール１７に滑りが生じていない場合には、第２ボール１７ｂと接触するカム溝１９，２０の部分同士の傾斜角度は同一であって、かつカム溝１９における接触部の底面とカム溝２０における接触部の底面とが平行になるので、第２ボール１７ｂに入力部材１６と出力部材１８とから作用する荷重は、同一直線上で、かつ対向して作用する。

一方、図４に示す第１ボール１７ａのように滑りが生じて第２ボール１７ｂとの位相がずれた場合には、入力部材１６から第１ボール１７ａが受ける荷重の向きと、出力部材１８から第１ボール１７ａが受ける荷重の向きとが交差する。具体的には、入力部材１６から第１ボール１７ａが受ける荷重のうちの円周方向の成分と、出力部材１８から第１ボール１７ａが受ける荷重のうちの円周方向の成分とが同一方向に作用する。より具体的には、第１ボール１７ａの位相と第２ボール１７ｂの位相とが一致するように第１ボール１７ａに円周方向の荷重が作用する。すなわち、第２ボール１７ｂとの位相がずれる方向と対向した方向に入力部材１６および出力部材１８から第１ボール１７ａに荷重が作用する。言い換えると、第１ボール１７ａのように位相がずれると、迅速にその位相のずれを是正するように荷重が作用する。したがって、第１領域Ａおよび第３領域Ｃとは、ボール１７の位相を合わせる調芯機能を有している。

そのため、上述したようにカム溝１９，２０の底面の傾斜角度を次第に大きくするように形成することにより、ボール１７の位相を合わせるためのリテーナなどを設けることなく、カム溝１９，２０に挟まれたボールの位相がずれることを抑制することができる。その結果、リテーナなどを設ける必要がないので、リテーナなどを設けた場合よりも、部品数を低減することやボールカム機構２の軸長を短縮することができる。また、リテーナなどの部材とボール１７との摩擦抵抗などが生じることがないので、荷重の伝達効率を向上させることができる。さらに、上述したように位相がずれることを抑制することができるので、ボール１７とカム溝１９，２０とが滑ることによる摩擦抵抗を減少させることができる。その結果、入力部材１６にトルクを生じさせるための油圧を低減させることができる。

なお、図４では、第１ボール１７ａが第２ボール１７ｂよりも第１接触部２９側および第５接触部３３側で接触している状態を示しているが、第１ボール１７ａが第２ボール１７ｂよりも第２接触部３０側および第４接触部３２側で接触している場合には、第１ボール１７ａには、図４における上向きの荷重が作用する。したがって、上述した作用および効果を奏することができる。

上述したように第１領域Ａおよび第３領域Ｃにおけるカム溝１９，２０をボール１７が転がることにより出力部材１６がドリブンプレート１３に接触すると、出力部材１８に作用する反力が比較的大きくなり、上述したようにボール１７の位相がずれにくくなる。一方、ドリブンプレート１３を押圧するために要求される推力、すなわち、出力部材１８を押圧するために要求される荷重が大きくなる。そのため、上述したように第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおける傾斜角度を、第２接触部３０および第５接触部３３の傾斜角度よりも小さく形成して、ボール１７から出力部材１８が受ける荷重のうちの軸線方向の成分が大きくなるように、すなわち、ドリブンプレート１３を押圧するための推力が大きくなるように構成されている。また、図１に示す例では、第１領域Ａから第２領域Ｂにボール１７が移動する際に、出力部材１８が急激に移動することを抑制するために、第２領域における傾斜角度が、入力部材１６の回転方向とは反対側の方向に向けて次第に小さくなるように形成している。そして、第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおけるカム溝１９，２０をボール１７が転がることにより、ドリブンプレート１３を出力部材１８が完全に押圧すると、図５に示すようにボール１７が第３接触部３１および第６接触部３４に接触する。このように出力部材１８がドリブンプレート１３を完全に押圧する際には、最も大きな推力が要求されるので、第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおけるカム溝１９，２０の底面のうち、第３接触部３１および第６接触部３４の傾斜角度が最も小さく形成されている。

上述したように第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおけるカム溝１９，２０の底面の傾斜角度を、第２接触部３０や第５接触部３３の傾斜角度よりも小さくすること、すなわち、第１領域Ａおよび第３領域Ｃにおけるカム溝１９，２０の底面のうち、最も傾斜角度が大きい部分よりも、第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおけるカム溝１９，２０の底面の傾斜角度を小さくすることにより、入力部材１６に生じるトルクに対する出力部材１８が押圧される荷重を大きくすることができる。その結果、供給する油圧を低減することができる。

また、カム溝１９，２０の深さは、出力部材１８とドリブンプレート１３との隙間に応じて定められ、かつ要求される最も大きい推力を出力するためのカム溝１９，２０の傾斜角度は、多板クラッチ１に要求される伝達トルク容量に基づいて定められる。したがって、カム溝１９，２０の全域の傾斜角度を上記多板クラッチ１に要求される伝達トルク容量に基づいて定められる傾斜角度に形成すると、カム溝１９，２０の円周方向の長さが長くなる可能性があるが、上述したように第１領域Ａおよび第３領域Ｃに連なって第２領域Ｂおよび第４領域Ｄを形成することにより、カム溝２０の円周方向の長さを短くすることができる。そのため、入力部材１６および出力部材１８に形成するカム溝１９，２０の数を増加させることができるので、ボール１７の一つあたりに作用する面圧を低減することができる。その結果、ボール１７の強度を低減することができるので、ボール１７の外径を小さくすることができ、ひいてはボールカム機構２の軸長を短くすることができる。または、カム溝１９，２０の円周方向の長さを短くすることができるので、カム溝１９，２０を内周側に形成することができる。そのため、ボール１７に作用する遠心力を低減することができるので、ボール１７が外周側に離脱することを抑制することができる。さらに、カム溝１９，２０の円周方向の長さを短くすることができるので、入力部材１６の単位回転量あたりの出力部材１８の移動量を大きくすることができる。その結果、ボールカム機構２の応答性を向上させることができる。

上述した例では、第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおけるカム溝１９，２０の底面の傾斜角度が次第に小さくなるように形成されているが、第２領域Ｂおよび第４領域Ｄは、出力部材１８を大きな荷重で押圧することができればよいので、図６に示すように第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおけるカム溝１９，２０の底面の傾斜角度を、上述した第３接触部３１および第６接触部３４と同一の傾斜角度に形成してもよい。すなわち、大きな荷重を出力させるための傾斜角度、より具体的には、第３接触部３１や第６接触部３４における傾斜角度まで遷移させる領域を備えていなくてもよい。

図６に示すように第２領域Ｂおよび第４領域Ｄにおけるカム溝１９，２０の底面の傾斜角度を、上述した第３接触部３１および第６接触部３４と同一の傾斜角度に形成することにより、加工精度が低下することを抑制することができる。そのため、出力部材１８を押圧する荷重がばらつくなどの性能の低下を抑制することができる。

１…多板クラッチ、２・・・ボールカム機構、１６・・・入力部材、１７・・・ボール、１８・・・出力部材、１９，２０・・・カム溝、２９，３０，３１・・・（出力部材に形成されたカム溝の底面とボールとが接触する）接触部、３２，３３，３４・・・（入力部材に形成されたカム溝の底面とボールとが接触する）接触部、Ａ，Ｃ・・・（出力部材がドリブンプレートに接触するまでにボールが転がり接触する）領域、Ｂ，Ｄ・・・（出力部材がドリブンプレートに接触した後にボールが転がり接触する）領域。

Claims

軸線方向で互いに対向しかつ相対回転する第１カム部材と第２カム部材とを有し、前記第１カム部材における前記第２カム部材に対向した対向面に軸線方向に窪みかつ窪み深さが最も深い箇所から前記各カム部材の回転方向での一方の回転方向に向けて次第に浅くなる第１カム溝が形成され、前記第２カム部材における前記第１カム部材に対向した対向面に軸線方向に窪みかつ深さが最も深い箇所から前記各カム部材の回転方向での他方の回転方向に向けて次第に浅くなるように前記第１カム溝と対称形状の第２カム溝が形成され、前記各カム溝の間に転動体が挟み込まれ、前記第１カム部材と前記第２カム部材とが相対回転することにより一方のカム部材が軸線方向に移動するように構成されるとともに、摩擦力によりトルクを伝達する摩擦係合装置に対して前記一方のカム部材における前記対向面とは反対側の端面が軸線方向で所定の間隔を空けて配置され、前記各カム部材の位相差が所定量以上のときに、前記一方のカム部材が前記摩擦係合装置を押圧することにより該摩擦係合装置の伝達トルク容量を増大させるカム機構において、
前記各カム溝は、前記位相差が所定量以下のときに前記転動体が転がり接触する前記各カム溝の底面における前記各カム部材の回転面に対する傾斜角度が、前記位相差が大きくなるにつれて大きくなるように形成された第１領域と、前記位相差が所定量以上のときに前記転動体が転がり接触する前記各カム溝の底面の前記回転面に対する傾斜角度が、前記第１領域における最も大きい傾斜角度よりも小さく形成された第２領域とを備えていることを特徴とするカム機構。
前記第１領域と前記第２領域とは、前記各カム部材の円周方向に連なって形成され、前記第１領域と前記第２領域との境界部分で前記転動体が前記カム溝の底面に接触する際に、前記一方のカム部材と前記摩擦係合装置とが接触し始めるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカム機構。
前記第２領域は、前記傾斜角度が一定に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカム機構。
前記位相差が大きくなるにつれて前記一方のカム部材が軸線方向に押圧される荷重が大きくなるように、前記第２領域における前記傾斜角度が回転方向に向けて次第に小さく形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカム機構。