JP2019120344A - クラッチユニット - Google Patents

Abstract

【課題】中容量の伝達容量が要求される使用状況に好適なクラッチユニットを提供する。【解決手段】第二軸３０と一体に回転可能なロータ４０と、ロータ４０と軸方向に対向するアーマチュア５１と、第一軸２０に対して軸方向に移動可能かつ第一軸２０と一体に回転可能に嵌合されたカム部材５２と、アーマチュア５１とカム部材５２間の相対回転のトルクをアーマチュア５１とカム部材５２を離す方向の軸方向推力に変換するボールカム機構５０と、アーマチュア５１をロータ４０に吸着可能な電磁石７０とを有する。第二軸３０は、その軸方向推力によって第二軸３０に押し付けられるカム部材５２と係合可能に設ける。【選択図】図１

Description

この発明は、他装置の動力伝達系統に組み込んで使用されるクラッチユニットに関する。

他装置の入力側と出力側間に組み込むクラッチユニットとして、第一軸と第二軸間における回転の伝達と遮断を行うクラッチ機構を備え、その第一軸を他装置の入力軸又は出力軸に接続し、その第二軸を他装置の出力軸又は入力軸に接続するように構成されたものがある。この種のクラッチユニットを使用する場合、他装置の入力軸と出力軸間で伝達される動力に耐え得る伝達容量のクラッチユニットが選ばれる。

従来、クラッチユニットのクラッチ機構として、電磁クラッチが採用されている。電磁クラッチは、電磁石によってアーマチュアが電磁的に吸引されることによって、アーマチュアの摩擦面がロータの摩擦面に押し付けられ、その両摩擦面の接触部に生じる摩擦力によって両摩擦面間でのトルク伝達が行われるものである。

電磁石の吸引力によるアーマチュアのロータへの押付けのみでは、クラッチ機構の伝達容量を確保するのに限界がある。そこで、ボールカム機構と電磁クラッチを組み合わせることが行われている。ボールカム機構は、電磁石によってロータに吸着させられたアーマチュアに対するカム部材のトルクをアーマチュアとカム部材を離す方向の軸方向推力に変換する。この軸方向推力を利用してクラッチ機構の摩擦接触部における摩擦力を大きくし、これにより、クラッチ機構の伝達容量を大きくすることができる。

特許文献１のクラッチユニットは、第一軸に軸方向に移動可能に取り付けられた湿式多板式のクラッチプレートを第二軸へ押し付ける軸方向押付け力を発生させるため、電磁クラッチとボールカム機構を組み合わせたものである。ボールカム機構のカム部材は、第一軸とカム部材のスプライン嵌合により、第一軸の回転に従動させられる。電磁石への通電によってアーマチュアを第二軸側のロータに吸着させると、第一軸に従動するカム部材が、ロータに吸着されたアーマチュアに対して回転する。そのカム部材のトルクは、ボールカム機構によってアーマチュアとカム部材を離す方向の軸方向推力に変換される。この軸方向推力により、カム部材が最寄りのクラッチプレートに押し付けられて各クラッチプレートが第二軸側へ軸方向に押され、同時に、アーマチュアがロータに軸方向に押し付けられる。このため、特許文献１のクラッチユニットは、自動車の駆動系に組み込める程に大きな伝達容量のクラッチ機構を実現することができる。

特開２０１１−１４４８３５号公報

しかしながら、市場においてクラッチユニットに要求される伝達容量は様々であり、電磁石の吸引力のみでアーマチュアをロータに軸方向に押し付け、ロータとアーマチュア間のみでトルク伝達を行う単純な電磁クラッチでは伝達容量が不足する一方、特許文献１のような湿式多板式のクラッチプレートとボールカム機構とを組み合わせた大容量の電磁クラッチでは伝達容量が過剰となるような中容量が要求される場合がある。この場合、特許文献１のクラッチユニットに採用すると、過剰な伝達容量をもつことになるので、構造が過剰に複雑で、また過剰に大型なものとなる点で不利になる。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、中容量の伝達容量が要求される使用状況に好適なクラッチユニットを提供することである。

上記の課題を達成するため、この発明は、第一軸と、前記第一軸と同一軸線上に配置された第二軸と、前記第一軸と前記第二軸間における回転の伝達と遮断を行うクラッチ機構とを備えるクラッチユニットにおいて、前記クラッチ機構が、前記第二軸と一体に回転可能に配置されたロータと、前記ロータと軸方向に対向するように配置されたアーマチュアと、前記第一軸に対して軸方向に移動可能かつ当該第一軸と一体に回転可能に嵌合されたカム部材と、前記アーマチュアと前記カム部材間の相対回転のトルクを当該アーマチュアと当該カム部材を離す方向の軸方向推力に変換するボールカム機構と、前記アーマチュアを前記ロータに吸着可能な電磁石とを有し、前記第二軸が、前記軸方向推力によって当該第二軸に押し付けられる前記カム部材と係合可能に設けられている構成を採用した。

上記構成によれば、カム部材が第一軸に対して軸方向に移動可能かつ第一軸と一体に回転可能に嵌合されているので、電磁石によってアーマチュアがロータに吸着させられると、アーマチュアに対してカム部材が回転する。このトルクは、ボールカム機構により、カム部材とアーマチュアを離す方向の軸方向推力に変換される。その軸方向推力により、カム部材が第二軸に押し付けられて、第二軸とカム部材が係合する。このため、第一軸と一体に回転するカム部材から第二軸へ回転が伝達される。したがって、電磁石の吸引力のみに頼った摩擦接触部で回転伝達を行う場合よりもクラッチ機構の伝達容量を大きくすると共に、湿式多板式のクラッチプレートを省略した簡素な構造で中容量のクラッチ機構を実現することが可能になる。

例えば、前記第一軸と前記カム部材がスプライン嵌合されているとよい。このようにすると、第一軸とカム部材を確実に一体回転可能としつつ、軸方向に相対移動可能に連結することができる。

前記アーマチュアの前記カム部材側への軸方向移動を規制するストッパ部をさらに備えるとよい。このようにすると、電磁石の非吸引時にアーマチュアがカム部材側へ動くことをストッパ部で抑え、アーマチュアとロータ間を電磁石の吸引に適切な範囲に制限することができ、また、カム部材がアーマチュア側から不要に押されることも防止することができる。このため、クラッチユニットの作動信頼性が向上する。

前記ストッパ部が、前記第一軸と一体に回転可能に設けられているとよい。このようにすると、アーマチュアとストッパ部の摺動を避け、ストッパ部の損傷を防止することができる。ストッパ部を第二軸側又は静止側に設けることも可能だが、そうすると、電磁石の非吸引時にアーマチュアと第一軸がボールカム機構を介して同期回転する間、アーマチュアがストッパ部に摺動し、ストッパ部またはアーマチュアの前述の摺動箇所が摩耗する。これに対し、第一軸と一体回転可能にストッパ部を設けておけば、前述の同期回転時に前述の摺動が避けられるため、ストッパ部またはアーマチュアの損傷を防止することができる。

前記ストッパ部が、止め輪からなるとよい。このようにすると、ストッパ部を止め輪の取り付けだけで容易に設けることができる。

前記クラッチ機構が、前記アーマチュアを前記ロータから離反する方へ付勢する第一離反ばねと、前記カム部材を前記第二軸から離反する方へ付勢する第二離反ばねとを有するとよい。このようにすると、電磁石の非吸引時、第一離反ばねによってアーマチュアとロータの摩擦接触を防止し、第二離反ばねによって第二軸の対向部とカム部材の摩擦接触を防止することができる。

前記クラッチ機構が、前記アーマチュアと前記カム部材に対して周方向に移動可能な状態で当該アーマチュアと当該カム部材を連結しかつ当該アーマチュアと当該カム部材を互いに軸方向に接近する方へ付勢する引っ張りばねを有するとよい。このようにすると、アーマチュアとカム部材に対する引っ張りばねの周方向移動によってアーマチュアとカム部材の相対回転を可能にしつつ、電磁石の非吸引時、引っ張りばねによってアーマチュアとロータの摩擦接触を防止すると共に、第二軸とカム部材の摩擦接触をも防止することができる。

上述のように、この発明は、上記構成の採用により、ボールカム機構と電磁クラッチを組み合わせたクラッチ機構として中容量化を図ると共にクラッチ機構の構造の簡素化を図ることが可能なため、中容量の伝達容量が要求される使用状況に好適なクラッチユニットを提供することができる。

この発明の第一実施形態に係るクラッチユニットの解放状態を示す断面図 （ａ）は図１のカム溝を示す側面図、（ｂ）は前記（ａ）中のｂ−ｂ線の断面を示す部分拡大断面図、（ｃ）は前記（ｂ）の状態からアーマチュアとカム部材が相対回転した状態を示す部分拡大断面図 図１のクラッチ機構の締結状態を示す断面図 この発明の第二実施形態に係るクラッチユニットを示す断面図 図４のアーマチュアを示す斜視図

図１に、この発明の一例としての第一実施形態にかかるクラッチユニットを示す。このクラッチユニットは、ハウジング１０と、第一軸２０と、第一軸２０と同一軸線上に配置された第二軸３０と、第一軸２０と第二軸３０間における回転の伝達と遮断を行うクラッチ機構とを備える。このクラッチ機構は、第二軸３０と一体に回転可能なロータ４０と、ロータ４０と軸方向に対向するアーマチュア５１と、第一軸２０に対して軸方向に移動可能かつ第一軸２０と一体に回転可能なカム部材５２と、アーマチュア５１とカム部材５２間の相対回転のトルクをアーマチュア５１とカム部材５２を離す方向の軸方向推力に変換するボールカム機構５０と、アーマチュア５１を付勢する第一離反ばね６１と、カム部材５２を付勢する第二離反ばね６２と、アーマチュア５１をロータ４０に吸着可能な電磁石７０と、を有する。このクラッチ機構は、ハウジング１０に収容されている。

以下、軸方向とは、第一軸２０と第二軸３０の軸線（回転中心線）に沿った方向のことをいい、図１中において左右方向に相当する。以下、その軸方向に直交する方向を「径方向」といい、図１中において上下方向に相当する。その軸線回りの円周方向を「周方向」という。なお、図１では、クラッチユニットの図中上側半分の断面のみを示したが、残り半分は軸線（図中一点鎖線）を対称軸として図示断面と上下対称な構造を有する。

ハウジング１０は、軸方向の両側に開口部１１，１２を有し、開口部１１，１２間において軸方向に貫通する筒状になっている。これら開口部１１，１２は、第一軸２０，第二軸３０を他装置の動力伝達系統（図示省略）と接続できるように配置するためのものである。

ハウジング１０は、軸方向に二分割の構造になっている。図中右側の開口部１１は、ハウジング１０の二分割体の一方である蓋体に形成されている。図中左側の開口部１２は、ハウジング１０の二分割体の他方である有底筒状の本体に形成されている。ハウジング１０の蓋体は、例えば、ねじ部品で本体に締結されている。

第一軸２０と第二軸３０は、それぞれ軸線回りのトルクを伝達する軸である。第一軸２０の全体、第二軸３０の全体は、それぞれ常に一体に動作する。第一軸２０は、他装置の動力伝達系統の構成要素である回転軸（図示省略）と接続可能な連結部２１を有する。第一軸２０は、連結部２１からカム部材５２までのトルク伝達経路を構成する。第二軸３０は、他装置の動力伝達系統の構成要素である回転軸（図示省略）と接続可能な連結部３１を有する。第二軸３０は、連結部３１からロータ４０までのトルク伝達経路を構成する。連結部２１，３１としては、例えば、セレーション嵌合部、スプライン嵌合部、歯車等が挙げられる。連結部２１，３１は、ハウジング１０の外部に配置する場合を例示したが、ハウジングの内部に配置してもよい。

第一軸２０と第二軸３０の一方は、前述の動力伝達系統の入力側の回転軸（図示省略）と接続され、第一軸２０と第二軸３０の他方は、前述の動力伝達系統の出力側の回転軸（図示省略）と接続される。その前述の他装置としては、例えば、自動車に補機として搭載される圧縮機が挙げられる。

第二軸３０は、ハウジング１０の内方で第一軸２０、ロータ４０、アーマチュア５１及びカム部材５２を取り囲む外輪部３２を有する。外輪部３２の一部は、連結部３１から拡径する鍔部３３になっている。鍔部３３は、カム部材５２と軸方向に対向する。鍔部３３とカム部材５２の互いの対向面は、径方向に沿う摩擦面になっている。

外輪部３２の外周とハウジング１０の内周との間に転がり軸受８１が配置されている。転がり軸受８１は、第二軸３０をハウジング１０に対して回転自在に支持する。第一軸２０の外周とハウジング１０の内周との間に転がり軸受８２が配置されている。転がり軸受８２は、第一軸２０をハウジング１０に対して回転自在に支持する。第一軸２０の外周と外輪部３２の内周との間に転がり軸受８３が配置されている。転がり軸受８３は、第二軸３０を第一軸２０に対して回転自在に支持する。第一軸２０から第二軸３０へのラジアル荷重を安定して支持させるため、転がり軸受８３と転がり軸受８１は径方向に並ぶように配置されている。第一軸２０と第二軸３０は、転がり軸受８１〜８３により、ハウジング１０の開口部１１、１２間を通る同一軸線上に配置されている。

ロータ４０は、第二軸３０側のトルク伝達経路を構成する要素であって、電磁石７０に吸引されたアーマチュア５１と摩擦接触させられる回転部である。ロータ４０は、強磁性を有する金属で形成されている。

ロータ４０は、ロータ４０の外径を規定する外筒部と、ロータ４０の内径を規定する内筒部と、当該内筒部のアーマチュア５１側の端と当該外筒部との間で径方向に延びる筒底部とを有する単一部品からなる。

ロータ４０は、その外筒部において締め代をもって第二軸３０の外輪部３２に嵌合することにより、第二軸３０に対して軸方向と周方向のいずれにも相対移動しないように取り付けられている。ロータ４０の外筒部と内筒部と筒底部とで囲まれた環状空間は、電磁石７０の配置スペースとなっている。

ロータ４０は、その筒底部においてアーマチュア５１と軸方向に対向する。ロータ４０とアーマチュア５１の互いの対向面は、径方向に沿う摩擦面になっている。ここで、ロータ４０とアーマチュア５１の対向面は、アーマチュア５１がロータ４０に吸着しボールカム機構５０が作動する際に、ロータ４０とアーマチュア５１が一体に回転できる程度に摩擦接触により係合可能な摩擦面であればよい。

ボールカム機構５０は、アーマチュア５１と、カム部材５２と、アーマチュア５１とカム部材５２との間に介在するボール５３とで構成されている。ボールカム機構５０は、カム部材５２及びボール５３を介して第一軸２０のトルクをアーマチュア５１に伝達させる機構である。また、ボールカム機構５０は、アーマチュア５１とカム部材５２に互いに反対方向のトルクを作用させると、アーマチュア５１とカム部材５２を離す方向の軸方向推力を発生させる機構である。

アーマチュア５１は、電磁石７０によって磁気的に吸引され、その吸引によりロータ４０に吸着させられて第二軸３０と共に回転する可動部である。アーマチュア５１は、そのロータ４０への吸着により、第二軸３０側のトルク伝達経路を構成する要素になる。

アーマチュア５１は、円環板状に形成されている。アーマチュア５１の内周は、第一軸２０の外周にすきま嵌めされている。このすきま嵌めにより、アーマチュア５１は、第一軸２０に対して軸方向に相対移動可能でありながら、ロータ４０、カム部材５２と軸方向に対向する位置に保たれている。アーマチュア５１の内周は、円筒面状を例示したが、他の形状にしてもよい。アーマチュア５１が第一軸２０の外周との係合によって第一軸２０の回転に従動することがない限り、アーマチュア５１の内周形状と第一軸２０との嵌合態様を適宜に変更することができる。

アーマチュア５１は、強磁性を有する金属で形成されている。アーマチュア５１の全体を強磁性にする必要なく、例えば、ボール５３との接触部を鉄芯部とは別の材料で形成し、これら両部を一体化したアーマチュアにしてもよい。

カム部材５２は、アーマチュア５１と軸方向一方側で軸方向に対向し、かつ第二軸３０の鍔部３３と軸方向他方側で軸方向に対向する円環板状になっている。カム部材５２は、スプライン孔部５４を有する。スプライン孔部５４は、カム部材５２の内周に形成されている。スプライン孔部５４は、第一軸２０の外周に形成されたスプライン軸部２２に嵌合されている。すなわち、第一軸２０とカム部材５２がスプライン嵌合されている。これにより、カム部材５２は、第一軸２０に対して軸方向に移動可能かつ第一軸２０と一体に回転可能に嵌合された連結状態となっている。

なお、カム部材と第一軸の嵌合構造は、カム部材と第一軸の互いの対向周面に周方向等配で軸方向に延びる複数のキー部とキー溝部同士で噛み合うスプライン嵌合以外でもよく、第一軸に対するカム部材の軸方向スライドを行え、かつ第一軸とカム部材間のトルク伝達を実質的に滑りなく行える噛み合い部を有する嵌合構造であればよい。例えば、カム部材の軸方向幅が十分な場合、一本のキー部とキー溝部で噛み合うキー嵌合を採用することも可能である。

ボール５３は、アーマチュア５１とカム部材５２の対向面に形成された対のカム溝５５間に配置されている。なお、ボール５３は、周方向等配の複数箇所に配置されている。

カム溝５５は、図２（ａ）に示すように、周方向に延びている。カム溝５５の周方向の深さ変化を図２（ｂ）に示す。図示のように、カム溝５５は、周方向中間の中立位置から周方向両側に向かって次第に浅くなっている。つまり、アーマチュア５１とカム部材５２の相対回転が軸線回りのいずれの方向に起こるとしても、アーマチュア５１側のカム溝５５は、ボール５３との接触位置から周方向の一方向に向かって次第に深くなる形状である一方、カム部材５２側のカム溝５５は、ボール５３との接触位置から周方向の他方向に向かって次第に深くなる形状である。

アーマチュア５１とカム部材５２に互いに反対方向のトルクが作用したとき、対のカム溝５５の位相が周方向にずれてボール５３が図２（ｂ）の中立位置から転がって、図２（ｃ）に示すように対のカム溝５５の対向斜面に挟まれ、そのボール５３と対のカム溝５５の接触部においてアーマチュア５１とカム部材５２間の相対回転のトルクがアーマチュア５１とカム部材５２を離す方向の軸方向推力に変換される。

図１に示す第一離反ばね６１は、電磁石７０に吸引されたアーマチュア５１をロータ４０から離反する方へ付勢する弾性体である。第一離反ばね６１は、ロータ４０とアーマチュア５１間に介在する。電磁石７０への通電時、電磁石７０によってアーマチュア５１が吸引されることにより、第一離反ばね６１が圧縮されて付勢力を蓄積する。

第二離反ばね６２は、ボールカム機構５０で発生する軸方向推力によって第二軸３０の鍔部３３側へ移動させられたカム部材５２を鍔部３３から離反する方へ付勢する弾性体である。第二離反ばね６２は、カム部材５２と第二軸３０間に介在する。ボールカム機構５０で発生する軸方向推力により、第二離反ばね６２が圧縮されて付勢力を蓄積する。

第一離反ばね６１、第二離反ばね６２として、例えば、軸方向に伸縮可能なコイルばね、周方向に波長をもちかつ軸方向に振幅をもった波状の金属リング等を用いることができる。

電磁石７０の吸引がなくなり、さらにボールカム機構５０の軸方向推力がなくなると、第一離反ばね６１、第二離反ばね６２のそれぞれの弾性復元により、アーマチュア５１、カム部材５２がそれぞれ復帰させられる。

第二軸３０の鍔部３３は、ボールカム機構５０によってカム部材５２を押し付け可能な位置でカム部材５２と軸方向に間隔をおいて対向する。また、鍔部３３のうち、カム部材５２が押し付けられる表面部は、そのカム部材５２との摩擦接触によって係合可能な摩擦面になっている。この鍔部３３とカム部材５２の摩擦面の夫々における算術平均粗さＲａが、３．２以上１２．５以下であることが好ましい。ここで、算出平均粗さＲａは、日本工業規格のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３において規定された算術平均粗さＲａのことをいう。鍔部３３とカム部材５２の摩擦面のＲａ（μｍ）の値が３．２未満であると、これら両面の接触時の摩擦力を十分に得ることが困難となるので、伝達容量を大きくするには３．２以上にすることが好ましい。鍔部３３とカム部材５２の摩擦面のＲａ（μｍ）の値が１２．５を超えると、これら両面の接触時に粗大な摩耗粉が発生して故障を招く懸念があるので、１２．５以下にすることが好ましい。

第一実施形態に係るクラッチユニットは、アーマチュア５１のカム部材５２側への軸方向移動を規制するストッパ部９１をさらに備える。ストッパ部９１は、電磁石７０の非吸引時、第一離反ばね６１の弾性復元によって復帰させられるアーマチュア５１がカム部材５２側へ過度に動くことを抑え、アーマチュア５１とロータ４０間の間隔を一定値以下に制限する。

ストッパ部９１は、第一軸２０と一体に回転可能に設けられている。電磁石７０の吸引がなくなり、さらにボールカム機構５０の軸方向推力がなくなる状態で第一軸２０とアーマチュア５１が同期回転するとき、ストッパ部９１も第一軸２０と一体に回転する。このため、アーマチュア５１がストッパ部９１に周方向に摺動することが避けられる。一方、電磁石７０の吸引時、アーマチュア５１がストッパ部９１に接触することはない。

ストッパ部９１は、止め輪からなる。ストッパ部９１は、第一軸２０に設けられた止め輪溝に嵌着されている。クラッチユニットの組み立ての都合上、支障にならない場合、ストッパ部を第一軸の連結部及びスプライン軸部と一体に形成してもよい。

電磁石７０は、フィールドコア７１と、フィールドコア７１に巻回されたコイル７２とを有する。

フィールドコア７１は、フィールドコア７１の外径を規定する外筒部と、フィールドコア７１の内径を規定する内筒部と、これら外筒部と内筒部間を軸方向の反ロータ側の端で閉塞する筒底部とを有する。

フィールドコア７１の筒底部と、ハウジング１０の内側に設けられた円筒部１３との嵌合により、フィールドコア７１が第二軸３０と同心に配置されている。また、フィールドコア７１は、その筒底部においてハウジング１０に対して軸方向に締結することにより、ハウジング１０に固定されている。この締結は、適宜のねじ部品（図示省略）を用いて行うことができる。

コイル７２は、フィールドコア７１の内筒部の外周に巻回されている。コイル７２は、ロータ４０の筒底部と軸方向に対向する位置に配置されている。

図３に示すように、電磁石７０は、コイル７２に通電することにより、フィールドコア７１とロータ４０とアーマチュア５１を通る磁路を形成し、アーマチュア５１をロータ４０側へ吸引する。この吸引により、アーマチュア５１がロータ４０に吸着させられる。

第一実施形態に係るクラッチユニットの動作例を説明する。図１に示すように、電磁石７０への通電を停止しているとき、第一離反ばね６１によって、アーマチュア５１とロータ４０間に所定の隙間が維持されている。また、第二離反ばね６２によって、カム部材５２と第二軸３０間に所定の隙間が維持されている。この状態では、ボールカム機構５０を介してアーマチュア５１とカム部材５２と第一軸２０が同期回転な状態であり、第一軸２０と第二軸３０との間での回転の伝達が遮断される。したがって、第一軸２０と第二軸３０のうち、回転する入力側の軸は、出力側の軸に対して空転することになる。

一方、電磁石７０に通電しているとき、図３に示すように、第一軸２０と第二軸３０との間で回転が伝達する締結状態となる。すなわち、電磁石７０に通電すると、ロータ４０とアーマチュア５１と電磁石７０とを通る磁路が形成されて、アーマチュア５１が軸方向にロータ４０側へ磁気的に吸引される。この吸引力によりアーマチュア５１が軸方向にロータ４０側へ移動させられ、ロータ４０とアーマチュア５１とによって軸方向に挟まれた第一離反ばね６１が圧縮される。そして、アーマチュア５１がロータ４０に吸着させられた状態となり、アーマチュア５１には、第一軸２０の回転方向に作用するカム部材５２のトルクに対して反対方向のブレーキトルクが作用する。このため、電磁石７０によってロータ４０に吸着されられたアーマチュア５１に対して回転するカム部材５２のトルクが、ボールカム機構５０により、アーマチュア５１とカム部材５２を離す方向の軸方向推力に変換される。その軸方向推力により、カム部材５２が軸方向に第二軸３０の鍔部３３側へ移動させられ、カム部材５２と鍔部３３とによって軸方向に挟まれた第二離反ばね６２が圧縮される。その結果、その軸方向推力により、カム部材５２が第二軸３０の鍔部３３に押し付けられて、カム部材５２と鍔部３３が摩擦接触させられる。同時に、その軸方向推力により、アーマチュア５１がロータ４０に軸方向に押し付けられて、一層強く摩擦接触させられる。これにより、カム部材５２と鍔部３３間、アーマチュア５１とロータ４０間の両間の摩擦接触部において、並びに第一軸２０と一体に回転するカム部材５２のトルクが第二軸３０に伝達される係合状態となる。

ここで、第二軸３０の拡径部である鍔部３３とカム部材５２の係合は、第一軸２０と第二軸３０の軸線からの距離が大きくてトルク伝達に有利な位置でカム部材５２と第二軸３０を強く摩擦接触させることになるので、伝達容量を大きくすることにとって有利である。

電磁石７０への通電を止めると、アーマチュア５１に作用するブレーキトルクがなくなるので、アーマチュア５１がボールカム機構５０を介して第一軸２０に連れ回され、第一離反ばね６１、第二離反ばね６２の弾性復元が生じて、アーマチュア５１とカム部材５２が復帰させられる。これにより、図１の空転状態になる。ここで、アーマチュア５１の復帰動は、ストッパ部９１によって図１の位置よりカム部材５２側にならないように規制される。

第一実施形態に係るクラッチユニットは、上述のようなものであり、電磁石７０によってロータ４０に吸着されられたアーマチュア５１に対するカム部材５２のトルクをアーマチュア５１とカム部材５２をボールカム機構５０によって離す方向の軸方向推力に変換し、この軸方向推力を利用してロータ４０とアーマチュア５１が係合する摩擦接触部、及びカム部材５２と第二軸３０の鍔部３３が係合する摩擦接触部のそれぞれにおける摩擦力を大きくし、これにより、クラッチ機構の伝達容量を大きくすると共に、湿式多板式のクラッチプレートを省略した簡素な構造で中容量のクラッチ機構を実現することが可能なため、中容量の伝達容量が要求される使用状況に好適なクラッチユニットを提供することができる。

また、第一実施形態に係るクラッチユニットによれば、第一軸２０とカム部材５２がスプライン嵌合されているので、第一軸２０とカム部材５２を確実に一体回転可能としつつ、軸方向に相対移動可能に連結することができる。

また、第一実施形態に係るクラッチユニットによれば、アーマチュア５１のカム部材５２側への軸方向移動を規制するストッパ部９１を備えるので、電磁石７０の非吸引時にアーマチュア５１がカム部材５２側へ動くことをストッパ部９１で抑え、アーマチュア５１とロータ４０間の間隔を次の電磁石７０の吸引にとって適切な範囲に制限することができ、また、カム部材５２がアーマチュア５１側から不要に押されることも防止することができる。このため、クラッチユニットの作動信頼性が向上する。なお、カム部材５２がアーマチュア５１側から不要に押された場合、空転時、カム部材５２は第二離反ばね６２のみによって第二軸３０の鍔部３３との係合を防止されているため、外力等も手伝って、カム部材５２と鍔部３３が瞬間的に接触する可能性が高まり、作動信頼性を損ねる懸念がある。

また、第一実施形態に係るクラッチユニットによれば、ストッパ部９１が第一軸２０と一体に回転可能に設けられているので、アーマチュア５１とストッパ部９１の周方向の摺動を避けてストッパ部９１の損傷を防止することができる。

また、第一実施形態に係るクラッチユニットによれば、ストッパ部９１が止め輪からなるので、ストッパ部９１を止め輪の取り付けだけで容易に設けることができる。

また、第一実施形態に係るクラッチユニットによれば、クラッチ機構がアーマチュア５１をロータ４０から離反する方へ付勢する第一離反ばね６１と、カム部材５２を第二軸３０から離反する方へ付勢する第二離反ばね６２とを有するとよい。このようにすると、電磁石７０の非吸引時、第一離反ばね６１によってアーマチュア５１とロータ４０の摩擦接触を防止し、第二離反ばね６２によって第二軸３０とカム部材５２の摩擦接触を防止することができる。

なお、第一軸２０、第二軸３０として、それぞれ継ぎ目のない一部品として形成されたものを例示したが、複数の部品によって構成された第一軸、第二軸を採用してもよい。また、ロータを第二軸と一体に形成してもよい。

また、アーマチュアとロータの摩擦接触部やカム部材と第二軸の摩擦接触部には、摩擦係数を増大させる増摩処理を施したり、耐摩耗性を向上させる処理を施したりしてもよい。これら処理は、例えば、アーマチュアの全体、カム部材の全体をそれぞれ単一部品で構成する場合、摩擦面の形成部位に対する表面処理、皮膜処理で実現することができる。また、アーマチュア、カム部材をそれぞれ複数の部品で構成する場合、摩擦面を取付部品に形成することで摩擦係数を増大させたり、耐摩耗性を向上させたりすることができる。

また、アーマチュアとカム部材をそれぞれ別の離反ばねで復帰させる例を示したが、同一の離反ばねで復帰させるようにしてもよい。その一例としての第二実施形態を図４、図５に示す。以下、第一実施形態との相違点を述べるに留める。

図４に示すように、第二実施形態に係るクラッチ機構は、アーマチュア１０１に形成されたばね保持部１０３と、カム部材１０２に形成されたばね保持部１０３との間に架け渡された引っ張りばね１０４を有する。

アーマチュア１０１のばね保持部１０３は、周方向に延びる長孔状になっている。また、ばね保持部１０３は、図４、図５に示すように、引っ張りばね１０４の片端部を軸方向に引っ掛けた状態に収容可能な段付き状になっている。カム部材１０２のばね保持部１０３は、アーマチュア１０１のばね保持器１０３と軸方向に対称な形状となっている。

引っ張りばね１０４の両端部を対応側のばね保持部１０３に引っ掛けることにより、引っ張りばね１０４は、アーマチュア１０１とカム部材１０２を連結する状態となる。この連結状態において、引っ張りばね１０４の両端部は、対応側のばね保持部１０３に対して周方向に摺動して相対移動することが可能となっている。ばね保持部１０３に対して引っ張りばね１０４が周方向に移動可能な範囲は、ボールカム機構によってアーマチュア１０１とカム部材１０２に生じ得る相対回転を許容する長さに設定されている。

引っ張りばね１０４は、周方向等配の複数箇所に配置されている。引っ張りばね１０４として、例えば、コイルばねと、コイルばねの両端部にばね保持部１０３に引っ掛け可能な摺動部材とを一体化したものが挙げられる。

図４の状態から電磁石７０の吸引、ボールカム機構で発生する軸方向推力によってアーマチュア１０１とカム部材１０２間の間隔が軸方向に広がると、引っ張りばね１０４は、軸方向両側に引き伸ばされて、アーマチュア１０１とカム部材１０２を互いに軸方向に接近する方へ付勢する付勢力を蓄積する。電磁石７０の吸引がなくなると、引っ張りばね１０４の弾性復元により、アーマチュア１０１とカム部材１０２が復帰させられる。

このように、第二実施形態によれば、クラッチ機構がアーマチュア１０１とカム部材１０２に対して周方向に移動可能な状態でアーマチュア１０１とカム部材１０２を連結しかつアーマチュア１０１とカム部材１０２を互いに軸方向に接近する方へ付勢する引っ張りばね１０４を有するので、ボールカム機構の作動時、アーマチュア１０１とカム部材１０２に対する引っ張りばね１０４の周方向移動によってアーマチュア１０１とカム部材１０２の相対回転を可能にしつつ、電磁石７０の非吸引時、引っ張りばね１０４によってアーマチュア１０１とロータ４０の摩擦接触を防止すると共に、第二軸３０とカム部材１０２の摩擦接触をも防止することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２０ 第一軸
３０ 第二軸
４０ ロータ
５０ ボールカム機構
５１，１０１ アーマチュア
５２，１０２ カム部材
６１ 第一離反ばね
６２ 第二離反ばね
７０ 電磁石
９１ ストッパ部
１０４ 引っ張りばね

Claims (7)

1. 第一軸（２０）と、第二軸（３０）と、前記第一軸（２０）と前記第二軸（３０）間における回転の伝達と遮断を行うクラッチ機構とを備えるクラッチユニットにおいて、
   前記クラッチ機構が、前記第二軸（３０）と一体に回転可能に配置されたロータ（４０）と、前記ロータ（４０）と軸方向に対向するように配置されたアーマチュア（５１，１０１）と、前記第一軸（２０）に対して軸方向に移動可能かつ当該第一軸（２０）と一体に回転可能に嵌合されたカム部材（５２，１０２）と、前記アーマチュア（５１，１０１）と前記カム部材（５２，１０２）間の相対回転のトルクを当該アーマチュア（５１，１０１）と当該カム部材（５２，１０２）を離す方向の軸方向推力に変換するボールカム機構（５０）と、前記アーマチュア（５１，１０１）を前記ロータ（４０）に吸着可能な電磁石（７０）とを有し、
   前記第二軸（３０）が、前記軸方向推力によって当該第二軸（３０）に押し付けられる前記カム部材（５２，１０２）と係合可能に設けられていることを特徴とするクラッチユニット。
2. 前記第一軸（２０）と前記カム部材（５２，１０２）がスプライン嵌合されている請求項１に記載のクラッチユニット。
3. 前記アーマチュア（５１，１０１）の前記カム部材（５２，１０２）側への軸方向移動を規制するストッパ部（９１）をさらに備える請求項１又は２に記載のクラッチユニット。
4. 前記ストッパ部（９１）が、前記第一軸（２０）と一体に回転可能に設けられている請求項３に記載のクラッチユニット。
5. 前記ストッパ部（９１）が、止め輪からなる請求項３又は４に記載のクラッチユニット。
6. 前記クラッチ機構が、前記アーマチュア（５１）を前記ロータ（４０）から離反する方へ付勢する第一離反ばね（６１）と、前記カム部材（５２）を前記第二軸（３０）から離反する方へ付勢する第二離反ばね（６２）とを有する請求項１から５のいずれか１項に記載のクラッチユニット。
7. 前記クラッチ機構が、前記アーマチュア（１０１）と前記カム部材（１０２）に対して周方向に移動可能な状態で当該アーマチュア（１０１）と当該カム部材（１０２）を連結しかつ当該アーマチュア（１０１）と当該カム部材（１０２）を互いに軸方向に接近する方へ付勢する引っ張りばね（１０４）を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のクラッチユニット。

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