JP2017057893A

JP2017057893A - 回転伝達装置

Info

Publication number: JP2017057893A
Application number: JP2015181699A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　光司; Koji Sato; 光司佐藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-03-23

Abstract

【課題】電磁クラッチによって係合、解除が制御される２方向クラッチの加工コストの低減と小型化を図ることである。
【解決手段】外輪２１の内径面２４を円筒状とし、その外輪２１の内側に組み込まれた内輪２２に、その内輪２２の回転中心に対して径方向にオフセット位置に中心を有する円筒状外径面３１を形成し、その円筒状外径面３１と外輪２１の円筒状内径面２４間に形成された偏心環状空間３２内に一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂを面対称の配置で組み込む。内輪２２に回転自在に支持された回転リング３５の柱部３７を一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂの厚肉側端部間に配置し、電磁クラッチ５０の電磁石５３に対する通電により回転リング３５を外輪２１に連結し、内輪２２と回転リング３５の相対回転により一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂの一方を偏心環状空間３２の狭小部にくさび係合させて、外輪２１と内輪２２の相互間で回転を伝達する。
【選択図】図１

Description

この発明は、同軸上に配置された２軸の相互間において回転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。

第１軸と第２軸とを同軸上に配置し、その２軸の相互間で回転の伝達と遮断とを行う回転伝達装置として、下記特許文献１に記載されたものが従来から知られている。

特許文献１に記載された回転伝達装置においては、２方向クラッチと、その２方向クラッチの係合、解除を制御する電磁クラッチとからなる。２方向クラッチは、外輪の内側に内輪を組込み、その内輪に設けられたカムリングの外周に、外輪の内周に形成された円筒面との間で周方向の両端部に向けて狭小となるくさび空間を形成する複数のカム面を形成し、各カム面と円筒面間にローラからなる係合子を組込み、その係合子を保持器で保持している。

また、保持器と内輪の間にスイッチばねを組み込んで、係合子を円筒面およびカム面に対して係合解除された中立位置に保持器を保持している。

一方、電磁クラッチは、外輪の開口端に対向してアーマチュアを設け、上記外輪に接続されたロータをアーマチュアに対向し、そのロータに対向して電磁石を設け、上記電磁石に対する通電によりロータにアーマチュアを吸着して保持器を外輪に接続し、その保持器と内輪の相対回転により、係合子を外輪の内径面および内輪のカム面に係合させて、内輪と外輪の相互間において回転トルクを伝達している。

特開２００７−２４７７１３号公報

ところで、上記従来の回転伝達装置において、ローラからなる係合子を外輪の内周と内輪の外周に係合させるため、内輪の外周に外輪の円筒状内径面との間でくさび空間を形成する平坦なカム面を複数形成しているが、そのカム面には所定の面精度、面粗度が必要であるため、平面研削、超鋼エンドミルによる仕上げ加工が必要とされる。また、角度精度も必要となることから、高度なインデックス装置を備えた加工機が必要であり、加工コストを高める要因となっていた。

また、係合子は内輪のカム面と線接触するため、トルク負荷時の接触面圧が高く、その面圧は、係合子の外径を大きくし、あるいは、係合子の軸方向長さを長くし、さらには、係合子数を多くすることによって小さくすることができるが、２方向クラッチが大型化するという問題が生じる。

この発明の課題は、電磁クラッチによって係合、解除が制御される２方向クラッチの加工コストの低減と小型化を図ることである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、２方向クラッチと、その２方向クラッチの係合、解除を制御する電磁クラッチとからなる回転伝達装置において、前記２方向クラッチが、円筒状内径面を有する外輪と、その外輪の円筒状内径面の中心と同軸上に回転中心を有し、その回転中心から径方向にオフセットされた位置を中心にして円筒状の外径面が形成された内輪と、その内輪の円筒状外径面と前記外輪の円筒状内径面間に形成された偏心環状空間内に組み込まれて面対称の配置とされ、偏心環状空間の狭小部に向けての移動により外輪の円筒状内径面および内輪の円筒状外径面のそれぞれにくさび係合する一対のウェッジ部材と、前記内輪に回転自在に支持される環状部の周方向の一部に軸方向に延びる柱部が設けられ、その柱部が前記一対のウェッジ部材の厚肉側端部の対向部間に配置された回転リングと、前記一対のウェッジ部材を前記回転リングの柱部に当接する方向に向けて付勢して一対のウェッジ部材を係合解除される中立位置に保持するスイッチばねとからなり、前記電磁クラッチが電磁石を有し、その電磁石に対する通電により前記回転リングを前記外輪に結合する構成としたのである。

上記の構成からなる回転伝達装置において、電磁クラッチの電磁石に対する通電の遮断状態では、スイッチばねの弾性によって一対のウェッジ部材は外輪の円筒状内径面および内輪の円筒状外径面に対して係合解除する状態にある。

このため、例えば、外輪を回転駆動すると、その回転は内輪に伝達されず、外輪がフリー回転する。

外輪の回転状態において、電磁クラッチの電磁石に通電すると、回転リングが外輪に結合されて外輪と共に回転する。このとき、回転リングは内輪に対して相対回転するため、回転リングに設けられた柱部が、その回転方向の前側に配置されたウェッジ部材を押圧し、上記ウェッジ部材が周方向に移動して外輪の円筒状内径面と内輪の円筒状外径面とで形成される偏心環状空間の狭小部に噛み込み、２方向クラッチが係合状態とされて外輪と内輪が結合され、外輪の回転が内輪に伝達される。

ここで、ウェッジ部材が偏心環状空間の狭小部に噛み込む２方向クラッチの係合時、ウェッジ部材の内面は内輪の円筒状外径面に面係合し、また、ウェッジ部材の外面は外輪の円筒状内径面に面係合するため、係合部での面圧は小さく、係合部で変形し、損傷するという不都合の発生はない。

ウェッジ部材が周方向に移動して外輪の円筒状内径面と内輪の円筒状外径面に面係合するとき、スイッチばねは弾性変形する。このため、電磁石に対する通電を遮断すると、スイッチばねの復元弾性によりウェッジ部材が偏心環状空間の広幅部に向けて移動して、外輪の円筒状内径面および内輪の円筒状外径面に対して係合解除する中立位置に戻される。

この発明に係る回転伝達装置において、電磁クラッチとして、外輪の開口端に対向配置されたアーマチュアと、２方向クラッチの外輪に接続されて上記アーマチュアに対向配置されたロータと、そのロータに対向配置され、通電によりロータにアーマチュアを磁力結合させる電磁石とからなるものを採用することができる。このような電磁クラッチの採用に際しては、アーマチュアと回転リングの柱部を相対的に回り止めし、かつ、軸方向に移動自在とし、上記電磁石に対する通電によって回転リングが外輪に結合されるようにする。

この発明においては、上記のように、外輪と内輪間に形成された偏心環状空間の狭小部にウェッジ部材を噛み込ませて２方向クラッチを係合状態とするものであり、その偏心環状空間を形成する外輪の内径面および内輪の外径面は円筒状であるため、研削加工のみの加工でよく、容易に加工することができ、複数の平坦なカム面を形成する場合に比較して、加工コストを大幅に低減することができる。

また、ウェッジ部材を外輪の円筒状内径面および内輪の円筒状外径面に面係合させるクラッチ結合であるため、ローラを係合子とする従来の２方向クラッチに比較して係合部での面圧が大幅に小さく、変形や損傷することが少ない耐久性に優れた小型の２方向クラッチを得ることができる。

この発明に係る回転伝達装置の実施の形態を示す縦断面図図１の２方向クラッチ部を拡大して示す断面図図２のIII−III線に沿った断面図電磁クラッチの作動状態を示す断面図図４のV−V線に沿った断面図２方向クラッチを形成する内輪、ウェッジ部材、スイッチばねおよび回転リングを示す分解斜視図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、ハウジング１０は円筒状をなし、その一端には端壁１１が設けられ、その端壁１１に第１軸Ｓ_１が挿通される軸挿入孔１２が設けられている。

ハウジング１０の内側には、２方向クラッチ２０と、その２方向クラッチ２０の係合および解除を制御する電磁クラッチ５０が組み込まれている。

２方向クラッチ２０は、外輪２１と、その外輪２１内に組み込まれた内輪２２との間に、一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂ（図３参照）を組込み、上記ウェッジ部材２３ａ、２３ｂを介して外輪２１と内輪２２とを結合、解除するようにしている。

外輪２１は、ハウジング１０内に位置する一端部が開口し、他端が閉塞し、その閉塞端に第２軸Ｓ_２が設けられている。また、外輪２１の内径面２４は円筒状とされている。外輪２１は、その外径面とハウジング１０の内径面間に組み込まれた軸受２５により回転自在に支持されて、第２軸Ｓ_２が第１軸Ｓ_１と同軸上の配置とされている。

外輪２１の閉塞端部とハウジング１０の他端部間に形成された開口部はシール部材２６の組込みにより閉塞されている。

図１乃至図３に示すように、内輪２２は小径筒部２７ａ、２７ｂを両端部に有し、外輪２１の閉塞端側に位置する小径筒部２７ｂが外輪２１の閉塞端部内に組み込まれた軸受２８によって回転自在に支持されている。

内輪２２は、外輪２１と同軸上に軸挿入孔２９が形成され、その軸挿入孔２９内に第１軸Ｓ_１が挿入されて回り止めされている。その回り止めに際し、ここでは、軸挿入孔２９と第１軸Ｓ_１をセレーション３０による嵌合としているが、スプラインによる嵌合としてもよい。

内輪２２の外径面３１は円筒状とされている。この円筒状外径面３１の中心Ｏ_１は軸挿入孔２９の中心Ｏ_０に対して径方向にオフセットされ、その円筒状外径面３１と外輪２１の円筒状内径面２４間に偏心環状空間３２が設けられている。

偏心環状空間３２内には一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂが組み込まれている。ウェッジ部材２３ａ、２３ｂの外面３３および内面３４のそれぞれは円筒状とされ、その円筒状外面３３の曲率半径ｒ_２は外輪２１の円筒状内径面２４の曲率半径ｒ_０よりやや小さくされている。

一方、円筒状内面３４の曲率半径ｒ_３は内輪２２の円筒状外径面３１の曲率半径ｒ_１よりやや大きくされて、その曲率中心は円筒状外面３３の曲率中心に対して径方向にオフセットされ、そのオフセット量は外輪２１の円筒状内径面２４の曲率中心Ｏ_０と内輪２２の円筒状外径面３１の曲率中心Ｏ_１のオフセット量と同一とされている。

一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂは、厚肉側端部が対向する面対称の組込みとされて円筒状外面３３の曲率中心が外輪２１の円筒状内径面２４の曲率中心Ｏ_０に一致し、かつ、円筒状内面３４の曲率中心が内輪２２の円筒状外径面３１の曲率中心Ｏ_１に一致しており、上記円筒状外面３３と円筒状内径面２４間および円筒状内面３４と円筒状外径面３１間に微小な間隙が形成されている。

内輪２２の小径筒部２７ｂ上には回転リング３５が組み込まれている。図６に示すように、回転リング３５は、断面Ｌ形の環状部３６の周方向の一部に軸方向に延びる柱部３７が設けられた構成とされており、図２および図３に示すように、上記環状部３６が小径筒部２７ｂに回転自在に支持されて、柱部３７が一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂの厚肉側端部間に位置する組み込みとされている。

また、回転リング３５は、小径筒部２７ｂに取り付けられた止め輪３８により抜止めされている。

図２および図３に示すように、内輪２２の一端部に設けられた小径筒部２７ａ上にはスイッチばね３９が組み込まれている。スイッチばね３９は、円弧状部３９ａの両端に径方向外方に向く一対の押圧片３９ｂを設けた構成とされている。

スイッチばね３９は、円弧状部３９ａが内輪２２の一端面に形成された円形凹部４０内に組み込まれ、一対の押圧片３９ｂが上記円形凹部４０に形成された開口部４１から外部に突出して、開口部４１の両端面および一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂの薄肉側端面を押圧している。その押圧により、一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂは回転リング３５の柱部３７に向けて付勢されて外輪２１の円筒状内径面２４および内輪２２の円筒状外径面３１に対して係合解除する中立位置に保持されている。

内輪２２の一端部に設けられた小径筒部２７ａには環状のばね押え板４２が嵌合され、そのばね押え板４２は小径筒部２７ａに取り付けた止め輪４３によって抜止めされており、上記ばね押え板４２によってスイッチばね３９は円弧状部３９ａが円形凹部４０から抜け出るのが防止されている。

図１に示すように、電磁クラッチ５０は、内輪２２の小径筒部２７ａにスライド自在に嵌合されて外輪２１の開口端と軸方向で対向するアーマチュア５１と、そのアーマチュア５１と軸方向で対向するロータ５２と、そのロータ５２と軸方向で対向する電磁石５３とからなり、上記アーマチュア５１とロータ５２の対向部間には離反ばね５４が組み込まれている。

アーマチュア５１には、回転リング３５の柱部３７と対向する位置に挿入孔５５が形成され、その挿入孔５５に柱部３７の先端部がスライド自在に挿入されて、アーマチュア５１と回転リング３５は相対的に回り止めされている。

ロータ５２は、内周および外周に円筒部５２ａ、５２ｂを有し、内周円筒部５２ａの内径面に第１軸Ｓ_１を回転自在に支持する軸受５６が組み込まれている。一方、外周円筒部５２ｂには非磁性体からなる筒状のロータガイド５７の一端部が嵌合されて回り止めされ、そのロータガイド５７の他端部が外輪２１の開口端部の外周に嵌合されて回り止めされ、上記ロータガイド５７を介してロータ５２が外輪２１に回り止めされている。

電磁石５３は、電磁コイル５３ａと、その電磁コイル５３ａを支持するコア５３ｂからなり、上記コア５３ｂがハウジング１０の端壁１１に連結されている。

実施の形態で示す回転伝達装置は上記の構造からなり、図１に示す電磁石５３の電磁コイル５３ａに対する通電の遮断状態においては、図３に示すように、スイッチばね３９のばね力により一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂは、円筒状外面３３および円筒状内面３４が外輪２１の円筒状内径面２４および内輪２２の円筒状外径面３１に対して係合解除する中立位置に保持されている。

このため、外輪２１に設けられた第２軸Ｓ_２を駆動軸としての使用において、その第２軸Ｓ_２が回転しても、外輪２１が共に回転するのみで、外輪２１の回転は内輪２２に伝達されず、第２軸Ｓ_２および外輪２１が空転する。

外輪２１が図３の矢印で示す方向に回転する状態において、図１に示す電磁石５３の電磁コイル５３ａに通電すると、アーマチュア５１に磁気吸引力が負荷され、アーマチュア５１が離反ばね５４の弾性に抗して移動して、図４に示すように、ロータ５２に吸着される。

このとき、図３に示す回転リング３５の柱部３７は、図４に示すように、アーマチュア５１に形成された挿入孔５５内に挿入された状態を維持し、回転リング３５はアーマチュア５１に回り止めされた状態になる。

また、アーマチュア５１はロータ５２に吸着され、ロータ５２は図１に示すロータガイド５７を介して外輪２１に連結されているため、回転リング３５は外輪２１に連結されて、外輪２１と共に回転すると共に、内輪２２に対して相対回転する。

内輪２２に対する回転リング３５の相対回転により、回転リング３５の柱部３７が一対のウェッジ部材２３ａ、２３ｂの一方のウェッジ部材２３ａを押圧する。その押圧により、ウェッジ部材２３ａが、図５の矢印で示すように、外輪２１と内輪２２間に形成される偏心環状空間３２の狭小部に向けて押し込まれて、円筒状外面３３が外輪２１の円筒状内径面２４にくさび係合すると共に、円筒状内面３４が内輪２２の円筒状外径面３１にくさび係合し、外輪２１の回転は偏心環状空間３２の狭小部にくさび係合するウェッジ部材２３ａを介して内輪２２に伝達され、内輪２２が外輪２１と同方向に回転する。

ウェッジ部材２３ａが図５の矢印で示す方向に移動すると、同図で示すように、スイッチばね３９が弾性変形する。このため、電磁石５３の電磁コイル５３ａに対する通電を解除すると、スイッチばね３９の復元弾性により、ウェッジ部材２３ａが外輪２１の円筒状内径面２４および内輪２２の円筒状外径面３１に対して係合解除する中立位置に戻され、第２軸Ｓ_２から第１軸Ｓ_１への回転伝達が遮断される。

上記説明では、外輪２１を図３の矢印で示す方向に回転させるようにしたが、外輪２１を矢印で示す方向と反対の方向に回転させる状態で電磁石５３の電磁コイル５３ａに通電してアーマチュア５１をロータ５２で磁気吸着すると、内輪２２に対する回転リング３５の相対回転により、回転リング３５の柱部３７が図３に示す右側のウェッジ部材２３ｂを押圧し、その押圧によりウェッジ部材２３ｂが外輪２１の円筒状内径面２４および内輪２２の円筒状外径面３１で形成される偏心環状空間３２の狭小部に押し込まれてくさび係合し、外輪２１の回転が内輪２２に伝達される。

実施の形態で示す回転伝達装置においては、第１軸Ｓ_１を駆動軸として使用することもできる。第１軸Ｓ_１を駆動軸とし、その第１軸Ｓ_１と共に内輪２２が図３の時計方向に回転する状態で電磁コイル５３ａに通電し、アーマチュア５１をロータ５２に磁気吸着させて回転リング３５を外輪２１に連結すると、内輪２２の円筒状外径面３１が内輪２２の回転中心Ｏ_０を中心に偏心回転して、円筒状外径面３１が一方のウェッジ部材２３ａまたは２３ｂの円筒状内面３４に係合する。その係合により一方のウェッジ部材２３ａまたは２３ｂが周方向に移動して円筒状外面３３が外輪２１の円筒状内径面２４に係合し、その一方のウェッジ部材２３ａまたは２３ｂを介して内輪２２の回転が外輪２１に伝達される。

実施の形態で示す回転伝達装置においては、上記のように、外輪２１と内輪２２間に形成された偏心環状空間３２の狭小部にウェッジ部材２３ａまたは２３ｂを噛み込ませて２方向クラッチ２０を係合状態とするものであり、その偏心環状空間３２を形成する外輪２１の内径面２４および内輪２２の外径面３１は円筒状であるため、研削によって容易に加工することができ、加工コストを大幅に低減することができる。

また、ウェッジ部材２３ａ，２３ｂを外輪２１の円筒状内径面２４および内輪２２の円筒状外径面３１に面係合させるクラッチ結合であるため、ローラを係合子とするローラ式２方向クラッチに比較して係合部での面圧が大幅に小さく、変形や損傷することが少ない耐久性に優れた小型の２方向クラッチ２０を得ることができる。

Ｓ_１第１軸
Ｓ_２第２軸
２０２方向クラッチ
２１外輪
２２内輪
２３ａウェッジ部材
２３ｂウェッジ部材
２４円筒状内径面
３１円筒状外径面
３２偏心環状空間
３５回転リング
３６環状部
３７柱部
３９スイッチばね
５０電磁クラッチ
５１アーマチュア
５２ロータ
５３電磁石

Claims

２方向クラッチと、その２方向クラッチの係合、解除を制御する電磁クラッチとからなる回転伝達装置において、
前記２方向クラッチが、円筒状内径面を有する外輪と、その外輪の円筒状内径面の中心と同軸上に回転中心を有し、その回転中心から径方向にオフセットされた位置を中心にして円筒状の外径面が形成された内輪と、その内輪の円筒状外径面と前記外輪の円筒状内径面間に形成された偏心環状空間内に組み込まれて面対称の配置とされ、偏心環状空間の狭小部に向けての移動により外輪の円筒状内径面および内輪の円筒状外径面のそれぞれにくさび係合する一対のウェッジ部材と、前記内輪に回転自在に支持される環状部の周方向の一部に軸方向に延びる柱部が設けられ、その柱部が前記一対のウェッジ部材の厚肉側端部の対向部間に配置された回転リングと、前記一対のウェッジ部材を前記回転リングの柱部に当接する方向に向けて付勢して一対のウェッジ部材を係合解除される中立位置に保持するスイッチばねとからなり、前記電磁クラッチが電磁石を有し、その電磁石に対する通電により前記回転リングを前記外輪に結合する構成とされたことを特徴とする回転伝達装置。
前記電磁クラッチが、前記外輪の開口端に対向配置されたアーマチュアと、前記２方向クラッチの外輪に接続されて前記アーマチュアに対向配置されたロータと、そのロータに対向配置され、通電により前記ロータに前記アーマチュアを磁力結合させる電磁石とからなり、前記アーマチュアと前記回転リングが相対的に回り止めされ、かつ、軸方向に移動自在とされた請求項１に記載の回転伝達装置。