JP2020118250A - クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で、トルク伝達方向を切り替えるための切り替え機構を簡素化できるクラッチ装置を提供すること。【解決手段】 外輪３と内輪５とを係合可能な係合機構と、内輪５に対してロックする外輪３の回転方向を切り替え可能な切り替え機構とを備え、係合機構は、外輪３に設けられたノッチ１１と、内輪５に設けられ、第１の爪部材１３を備え内輪５に対する外輪３の他方の回転方向への回転をロック可能な第１の爪機構部１５と、第２の爪部材１７を備え内輪５に対する外輪３の一方の回転方向への回転をロック可能な第２の爪機構部１９とであり、切り替え機構は、外輪３および内輪５に対して軸方向に移動可能な環状のカム部材４１を有し、ノッチ１１に対する第１の爪部材１３の係合状態または非係合状態と、ノッチ１１に対する第２の爪部材１７の係合状態または非係合状態との組み合わせを変更することを特徴とするクラッチ装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、車両や産業機械等においてトルク伝達用の装置として用いられるクラッチ装置に関する。

従来、車両の変速機等に用いられるクラッチ装置であって、外側レースに対する内側レースの回転方向に関し、一方の回転方向への回転をロックするとともに、前記一方の回転方向とは反対の回転方向（以後、単に「反対の回転方向」という）への回転を可能とする一方向ロック状態と、一方の回転方向および反対の回転方向の両方向への回転をロックする両方向ロック状態とを切り替えることが可能なものがある（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１のクラッチ装置は、一方向ロック状態においては、外側レースに対して内側レースが一方の回転方向へ回転すると、内側レースに設けられた爪部材が外側レースに係合し、外側レースと内側レースとの間でトルク伝達を可能とする一方、外側レースに対して内側レースが反対の回転方向へ回転すると、前記爪部材は外側レースに係合せず、外側レースに対して内側レースは空転し、トルク伝達は行わない。また、両方向ロック状態においては、外側レースに対して内側レースが一方の回転方向または反対の回転方向の何れの回転方向へ回転しても、前記爪部材が外側レースに係合し、外側レースと内側レースとの間でトルク伝達を可能としている。

なお、特許文献１のクラッチ装置は、内側レースの回転が所定の速さを上回ると、内側レースの回転による遠心力によって前記爪部材が所定方向に揺動し、前記爪部材と外側レースとの係合が解除される構成となっている。この状態において、外側レースに対して内側レースが一方の回転方向または反対の回転方向の何れの回転方向へ回転しても、前記爪部材は外側レースに係合せず、外側レースに対して内側レースは空転し、トルク伝達は行わない。

特表２０１６−５０８５８２号公報

特許文献１に記載のクラッチ装置は、外側レースと同心に配置され、外側レースに対して所定角度の範囲で回転可能な円環状のアクチュエータカムを有している。アクチュエータカムは内周部にカム歯が形成され、カム歯は内側レースの爪部材の姿勢を変化させるように構成されている。具体的には、アクチュエータカムのカム歯は、外側レースに対するアクチュエータカムの回転角度位置によって、外側レースに対する前記爪部材の係合状態を変化させる構成となっている。

このような構成を有する従来のクラッチ装置は、円環状のアクチュエータカムを回転させて外側レースに対するアクチュエータカムの角度位置を変更し、外側レースに対する前記爪部材の係合状態を変化させることによって、クラッチ装置の前記一方向ロック状態と両方向ロック状態とを切り替えている。そして外側レースに対するアクチュエータカムの回転は、アクチュエータカムを回転させるために設けられた専用のアクチュエータを用いて行っている。
近年、このようなトルク伝達方向の切り替えが可能なクラッチ装置に対する小型化、およびトルク伝達方向を切り替えるための切り替え機構の簡素化が求められている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、小型であって、トルク伝達方向を切り替えるための切り替え機構を簡素化することができるクラッチ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るクラッチ装置は、
同軸に且つ相対回転可能に配置された外輪および内輪と、
トルク伝達可能に前記外輪と前記内輪とを係合可能な係合機構と、
前記内輪に対してロックする前記外輪の一方または他方への回転方向を切り替え可能な切り替え機構と、を備えたクラッチ装置において、
前記係合機構は、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部の何れか一方に設けられたノッチと、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部の何れか他方に設けられ、前記ノッチに係合可能な第１の係合部材を備え前記ノッチと係合することにより前記内輪に対する前記外輪の前記他方の回転方向への回転をロック可能な第１のラチェット機構部と、前記ノッチに係合可能な第２の係合部材を備え前記ノッチと係合することにより前記内輪に対する前記外輪の前記一方の回転方向への回転をロック可能な第２のラチェット機構部とであり、
前記切り替え機構は、前記外輪および前記内輪と同軸上に前記外輪および前記内輪に隣接して配置され、前記外輪および前記内輪に対して軸方向に移動可能な環状の移動部材を有し、前記移動部材が軸方向に移動することによって、前記ノッチに対する前記第１の係合部材の係合状態または非係合状態と、前記ノッチに対する前記第２の係合部材の係合状態または非係合状態との組み合わせを変更することを特徴とする。

本発明によれば、小型であって、トルク伝達方向を切り替えるための切り替え機構を簡素化することができるクラッチ装置を提供することができる。

図１は実施形態に係るクラッチ装置の要部を示す正面図であり、第１の状態を示している。 図２（ａ）は図１の２Ａ−２Ａ矢視断面図であり、図２（ｂ）は図１の２Ｂ−２Ｂ矢視断面図である。 図３はクラッチ装置の要部の斜視図である。 図４はクラッチ装置の要部を示す正面図であり、第２の状態を示している。 図５（ａ）は図４の５Ａ−５Ａ矢視断面図であり、図５（ｂ）は図４の５Ｂ−５Ｂ矢視断面図である。 図６はクラッチ装置の要部を示す正面図であり、第３の状態を示している。 図７（ａ）は図６の７Ａ−７Ａ矢視断面図であり、図７（ｂ）は図６の７Ｂ−７Ｂ矢視断面図である。

以下、本発明の一つの実施形態に係るクラッチ装置を、図面を参照しながら説明する。

まず、本実施形態におけるクラッチ装置に係る方向について定義する。本実施形態において、「中心軸線」とはクラッチ装置の中心軸線すなわち外輪および内輪の軸線のことをいい、軸方向、径方向、周方向とは、中心軸線に関する軸方向、径方向、周方向のことをいう。また、軸方向について、図１、図４、図６においては紙面手前側を軸方向一方側とし、紙面奥側を軸方向他方側とし、図２、図５、図７においては紙面左方側を軸方向一方側とし、紙面右方側を軸方向他方側とする。周方向について、図１、図４、図６において、紙面に向かって右側に回転する方向を周方向一方側あるいは時計方向とし、紙面に向かって左側に回転する方向を周方向他方側あるいは反時計方向とする。また、回転方向については、周方向一方側すなわち時計方向への回転方向を一方の回転方向とし、周方向他方側すなわち反時計方向への回転方向を他方の回転方向とする。なお、クラッチ装置の回転方向については、説明の便宜上、内輪に対する外輪の回転方向について説明するが、内輪の回転と外輪の回転とは相対的なものである。

図１は、実施形態に係るクラッチ装置の要部を示す正面図であり、後述する第１の状態を示している。図１は、クラッチ装置１について、中心軸線Ｃを中心として略９０度の角度範囲を示し、他の部分の記載を省略している。このことは後述する図４および図６も同様である。
図２（ａ）は、図１の２Ａ−２Ａ矢視断面図であり、図２（ｂ）は、図１の２Ｂ−２Ｂ矢視断面図である。
図３は、図１に示すクラッチ装置１の要部の斜視図である。なお、図３においては、外輪を取り払い、環状のカム部材が最も軸方向他方側に位置し、２つの爪部材が起立している状態を示している。

本実施形態に係るクラッチ装置１は、環状の外輪３と、外輪３に対して径方向内方に離間し、外輪３と同軸に且つ外輪３と相対回転可能に配置された環状の内輪５と、外輪３と内輪５との間でトルク伝達を可能とするトルク伝達機構と、を有している。外輪３の内周面と内輪５の外周面とは、環状の空間Ｓを介して径方向に対向している。本実施形態におけるトルク伝達機構は、後述するように、ラチェット機構である。

外輪３の内周部には、径方向内方に突出する多数の歯部９が周方向の全周に亘って等間隔に形成されている。各歯部９は外輪３の軸方向全長に亘って形成されている。周方向に隣り合う歯部９によって、１つのノッチ１１が形成されている。したがって外輪３の内周部には、多数のノッチ１１が周方向の全周に亘って等間隔に形成されている。

内輪５の外周部には、外輪３のノッチ１１と噛み合い可能な第１の爪部材１３を含む第１の爪機構部１５と、ノッチ１１と噛み合い可能な第２の爪部材１７を含む第２の爪機構部１９とが設けられている。第１の爪機構部１５と第２の爪機構部１９とはそれぞれ同数が設けられ、内輪５の外周部の全周に亘って所定間隔で交互に配置されている。本実施形態においては、４つの第１の爪機構部１５と４つの第２の爪機構部１９が設けられている。図１には、周方向一方側から周方向他方側に向かって順に並んだ第１の爪機構部１５と第２の爪機構部１９とが示されている。このように並んだ第１の爪機構部１５と第２の爪機構部１９とは一対の爪機構部を構成している。したがって本実施形態においては、図示は省略するが、４対の爪機構部が設けられている。以下、一対の爪機構部の構成について説明するが、他の爪機構部の構成も同様である。

第１の爪機構部１５は、第１の爪部材１３と、内輪５の外周部に形成され、第１の爪部材１３を保持する爪保持部２１と、コイル状のスプリング２３と、スプリング２３を内部に収容するポケット２５とを有している。爪保持部２１は、軸方向一方側から見て、内輪５の外周面に開口し、開口から径方向内方に向かって凹んだ凹部２７と、凹部２７の周方向一方側に凹部２７と連続して設けられ、内輪５の外周部を切り欠いた切り欠き部２９とからなる。凹部２７および切り欠き部２９は、内輪５を軸方向に貫通している。軸方向一方側から見た凹部２７の断面形状は、径方向外方且つ周方向一方側に開口する円弧形状に形成されている。凹部２７の断面の円弧形状は、中心角が１８０度以上の扇形の弧となっている。したがって凹部２７の内周側の壁は、軸方向に延在し、径方向外方且つ周方向一方側に開口する断面が円弧状の溝を形成している。

ポケット２５は、切り欠き部２９の底面に穿設され、略径方向内方に向かって凹んだ凹部である。ポケット２５は軸方向一方側から見た断面形状が略矩形に形成され、内輪５を軸方向に貫通している。

第１の爪部材１３は、爪保持部２１の凹部２７に、凹部２７の軸方向に沿って配置される円柱部１３ａと、円柱部１３ａの外周面から突出する爪部１３ｂとから構成されている。円柱部１３ａの外周面は、凹部２７の断面形状の円弧より僅かに小さい曲率半径を有している。第１の爪部材１３は、円柱部１３ａが凹部２７に回動可能に配置され、爪部１３ｂが凹部２７の開口から周方向一方側に向かって突出している。このような構成なので、第１の爪部材１３は、円柱部１３ａを軸にして爪部１３ｂが径方向に揺動可能に、爪保持部２１に保持されている。

第１の爪部材１３の爪部１３ｂは切り欠き部２９に配置され、ポケット２５の径方向外方を覆い、内輪５の外周面近傍部まで延在している。ポケット２５に収容されているスプリング２３は、爪部１３ｂの内径側の面に接触し、爪部１３ｂを径方向外方すなわち外輪３の内周面に向けて常に付勢している。第１の爪部材１３は、スプリング２３のこの付勢力によって、円柱部１３ａを軸にして爪部１３ｂの先端部が外輪３に近づく方向に回動して起立し、外輪３のノッチ１１との係合が可能となっている。なお、図１および図２（ａ）においては、第１の爪部材１３は起立をしていない状態すなわち倒伏している状態であり、外輪３のノッチ１１とは非係合状態である。

以上の構成により、第１の爪機構部１５は、外輪３のノッチ１１と共に第１のラチェット機構を構成し、外輪３のノッチ１１と係合することにより、内輪５に対する外輪３の反時計方向すなわち他方の回転方向への回転をロックすると共に、内輪５に対する外輪３の時計方向すなわち一方の回転方向への回転を可能としている。

第２の爪機構部１９は、軸方向から見て、第１の爪機構部１５とは周方向の向きが反対となるように構成されている。

第２の爪機構部１９は、第２の爪部材１７と、内輪５の外周部に形成され、第２の爪部材１７を保持する爪部材保持部３１と、コイル状のスプリング３３と、スプリング３３を内部に収容するポケット３５とを有している。爪部材保持部３１は、軸方向一方側から見て、内輪５の外周面に開口し、開口から径方向内方に向かって凹んだ凹部３７と、凹部３７の周方向他方側に凹部３７と連続して設けられ、内輪５の外周部を切り欠いた切り欠き部３９とからなる。凹部３７および切り欠き部３９は、内輪５を軸方向に貫通している。軸方向一方側から見た凹部３７の断面形状は、径方向外方且つ周方向他方側に開口する円弧形状に形成されている。凹部３７の断面の円弧形状は、中心角が１８０度以上の扇形の弧となっている。したがって凹部３７の内周側の壁は、軸方向に延在し、径方向外方且つ周方向他方側に開口する断面が円弧状の溝を形成している。

ポケット３５は、切り欠き部３９の底面に穿設され、略径方向内方に向かって凹んだ凹部である。ポケット３５は軸方向一方側から見た断面形状が略矩形に形成され、内輪５を軸方向に貫通している。ポケット３５に収容されているスプリング３３は、第１の爪機構部１５のスプリング２３と同様の構成である。

第２の爪部材１７は、爪保持部３１の凹部３７に、凹部３７の軸方向に沿って配置される円柱部１７ａと、円柱部１７ａの外周面から突出する爪部１７ｂとから構成されている。円柱部１７ａの外周面は、凹部３７の断面形状の円弧より僅かに小さい曲率半径を有している。第２の爪部材１７は、円柱部１７ａが凹部３７に回動可能に配置され、爪部１７ｂが凹部３７の開口から周方向他方側に向かって突出している。このような構成なので、第２の爪部材１７は、円柱部１７ａを軸にして爪部１７ｂが径方向に揺動可能に、爪保持部３１に保持されている。

第２の爪部材１７の爪部１７ｂは切り欠き部３９に配置され、ポケット３５の径方向外方を覆い、内輪５の外周面近傍部まで延在している。ポケット３５に収容されているスプリング３３は、爪部１７ｂの内径側の面に接触し、爪部１７ｂを径方向外方すなわち外輪３の内周面に向けて常に付勢している。第２の爪部材１７は、スプリング３３のこの付勢力によって、円柱部１７ａを軸にして爪部１７ｂの先端部が外輪３に近づく方向に回動して起立し、外輪３のノッチ１１との係合が可能となっている。なお、図１および図２（ｂ）においては、第２の爪部材１７は起立している状態であり、外輪３のノッチ１１と係合状態である。

以上の構成により、第２の爪機構部１９は、外輪３のノッチ１１と共に第２のラチェット機構を構成し、外輪３のノッチ１１と係合することにより、内輪５に対する外輪３の時計方向すなわち一方の回転方向への回転をロックすると共に、内輪５に対する外輪３の反時計方向すなわち他方の回転方向への回転を可能としている。

本実施形態のクラッチ装置１は、外輪３のノッチ１１に対する第１の爪機構部１５の係合状態または非係合状態と、外輪３のノッチ１１に対する第２の爪機構部１９の係合状態または非係合状態との組み合わせを変更することによって、内輪５に対してロックする外輪３の回転方向または内輪５に対して回転可能な外輪３の回転方向を変更し、回転伝達方向すなわちトルク伝達方向を切り替えることができる構成となっている。次にこのようなトルク伝達方向を切り替える切り替え機構について説明する。

本実施形態のクラッチ装置１のトルク伝達方向を切り替えるための切り替え機構は、外輪３および内輪５に対して軸方向に移動可能な環状のカム部材４１を用いている。カム部材４１は、外輪３および内輪５の軸方向他方側に、外輪３および内輪５と同心に、且つ軸方向移動可能に配置されている。カム部材４１は内輪５と一体回転する。カム部材４１は、軸方向に延在する円筒部４３と、円筒部４３の軸方向他方端から径方向内方に延在するフランジ部４５とを有している。円筒部４３は内輪５と同等または内輪５よりも小さい軸方向長さを有している。また円筒部４３は、外輪３と内輪５との間の環状の空間Ｓの外径よりも小さい外径を有している。フランジ部４５には、内径側縁部から軸方向他方側に延在する突出部４７が形成されている。突出部４７は、本実施形態のクラッチ装置１が搭載される作動機構、例えば搭載された本体からの油圧や電動等の制御機構にて軸方向移動となる。

カム部材４１の円筒部４３の軸方向一方側の端面には、軸方向一方側に突出するカム部４９が複数形成されている。図１乃至３に示すように、１つのカム部４９は、第１の爪保持部２１の凹部２７と第２の爪保持部３１の凹部３７との間の内輪５の外周面の部分５ａに沿う円弧状に形成されている。カム部４９の周方向一方端は、軸方向一方側から見て、内輪５の外周面の部分５ａの周方向一方端よりも周方向一方側に突出し、第１の爪保持部２１の凹部２７の開口の周方向他方側の部分を覆っている。またカム部４９の周方向他方端は、軸方向一方側から見て、内輪５の外周面の部分５ａの周方向他方端よりも周方向他方側に突出し、第２の爪保持部３１の凹部３７の開口の周方向一方側の部分を覆っている。本実施形態においては、４対の爪機構部に一対一に対応して、４つのカム部４９が周方向所定間隔に形成されている。

カム部４９は、内輪５の外周面の軸方向長さと同等の軸方向長さを有している。カム部４９の外周面は、外輪３の多数の歯部９の頂部に接する内接円よりも小さい曲率半径を有している。カム部４９の内周面は、内輪５の外周面の曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有している。したがってカム部４９は、外輪３と内輪５との間の環状の空間Ｓに軸方向に挿入可能となっている。カム部４９は、カム部材４１が最も軸方向他方側に位置しているときは、図３に示すように、ほぼ全体が環状の空間Ｓの軸方向他方側に位置しており、この状態からカム部材４１が軸方向一方側に移動するに従って空間Ｓ内に挿入されていく。カム部材４１が内輪５に対して軸方向に移動する際、カム部４９の内周面は内輪５の外周面の部分５ａ上を滑らかに摺動する。

カム部４９の内周面には、軸方向一方側の縁部の周方向中央部に、径方向内方に突出する凸部５１が形成されている。内輪５の外周面の部分５ａには、周方向中央部に軸方向溝５ｂが形成されている。軸方向溝５ｂは内輪５の軸方向全長に亘って形成されている。カム部４９の凸部５１は、内輪５の軸方向溝５ｂに軸方向移動可能に係合している。すなわち内輪５の軸方向溝５ｂは、カム部材４１の軸方向移動の案内溝を構成している。また、カム部４９の凸部５１が内輪５の軸方向溝５ｂに係合することにより、カム部材４１と内輪５とは一体回転する。なお、カム部４９の凸部５１は、軸方向に延在する畝状に形成しても良い。

カム部４９の内周面の周方向一方側端部には、径方向内方に突出する第１の突出部５３が形成されている。第１の突出部５３は、軸方向一方側から見て、内輪５の外周面の部分５ａの周方向一方端よりも周方向一方側に突出したカム部４９の部分に形成されている。第１の突出部５３は、カム部４９の軸方向他方端から軸方向一方側に向かって延在し、図２（ａ）に示すように、カム部４９の軸方向第１中間部５５まで延在している。したがってカム部４９の周方向一方側端部は、軸方向他方側の部分が厚肉部となっている。

第１の突出部５３の軸方向一方側の端部は、軸方向一方側に向かうに従い中心軸線Ｃから遠くなり、軸方向他方側に向かうに従い中心軸線Ｃに近づく方向に傾斜した斜面５７となっている。したがって、第１の突出部５３の内周面５９と、第１の突出部５３よりも軸方向一方側のカム部４９の部分の内周面４９ａとは、斜面５７によって滑らかに連続している。

図３に示すように、第１の爪部材１３が起立状態すなわち外輪３のノッチ１１と係合している状態において、軸方向一方側から見て、第１の突出部５３の斜面５７は第１の爪部材１３の爪部１３ｂの外周面１３ｃに対応する径方向位置に位置している。一方、この状態において、第１の突出部５３よりも軸方向一方側のカム部４９の部分は爪部１３ｂの外周面１３ｃよりも外径側に位置している。したがって第１の突出部５３の斜面５７は、内輪５に対するカム部材４１の軸方向への移動により、第１の爪部材１３の爪部１３ｂの外周面１３ｃの軸方向他方側縁部に接触可能となっている。

カム部４９の第１の突出部５３が第１の爪部材１３よりも軸方向他方側に位置し、第１の爪部材１３が起立している状態からカム部材４１が軸方向一方側に移動し、第１の突出部５３の斜面５７が第１の爪部材１３の爪部１３ｂの外周面１３ｃの軸方向他方側縁部に接触すると、カム部材４１が軸方向一方側へ移動するに従い爪部１３ｂの外周面１３ｃの軸方向他方側縁部は相対的に斜面５７を軸方向一方側から軸方向他方側に向かって摺動する。すると第１の爪部材１３を径方向外方に付勢しているスプリング２３が圧縮され、第１の爪部材１３は円柱部１３ａ中心に爪部１３ｂが径方向内方に揺動し、起立状態から倒伏状態へと変位していく。そしてカム部材４１が軸方向一方側へさらに移動し、第１の突出部５３の内周面５９が第１の爪部材１３の外周面１３ｃと接触する状態になると、第１の爪部材１３は倒伏状態となる。この状態において、第１の爪部材１３の爪部１３ｂは、外輪３のノッチ１１に対して非係合状態で保持される。

一方、第１の爪部材１３が倒伏している状態からカム部材４１が軸方向他方側に移動すると、爪部１３ｂの外周面１３ｃの軸方向他方側縁部は相対的に第１の突出部５３の斜面５７を軸方向他方側から軸方向一方側に向かって摺動する。すると第１の爪部材１３はスプリング２３の付勢力により円柱部１３ａ中心に爪部１３ｂが径方向外方に揺動し、倒伏状態から起立状態へと変位していく。そしてカム部材４１が軸方向他方側へさらに移動し、第１の突出部５３が第１の爪部材１３よりも軸方向他方側に位置する状態になると、第１の爪部材１３は起立状態となり、第１の爪部材１３は外輪３のノッチ１１に対して係合状態となる。

このように、カム部４９の第１の突出部５３は、カム部材４１の軸方向移動によって、第１の爪部材１３の爪部１３ｂの外周面１３ｃの軸方向他方側縁部が相対的に斜面５７上を軸方向に摺動することにより、爪部１３ｂを径方向に移動させ、第１の爪部材１３の起立状態と倒伏状態とを切り替える。このように、第１の突出部５３の斜面５７は、カム部材４１の軸方向への運動を第１の爪部材１３の径方向への運動に変換するカム面を構成している。カム部４９の第１の突出部５３は、このように第１の爪部材１３の起立状態と倒伏状態とを切り替えることにより、外輪３のノッチ１１に対する第１の爪部材１３の係合状態と非係合状態とを切り替えている。

カム部４９の内周面の周方向他方側端部には、径方向内方に突出する第２の突出部６３が形成されている。第２の突出部６３は、軸方向一方側から見て、内輪５の外周面の部分５ａの周方向他方端よりも周方向他方側に突出したカム部４９の部分に形成されている。第２の突出部６３は、カム部４９の軸方向他方端から軸方向一方側に向かって延在し、図２（ｂ）に示すように、カム部４９の軸方向第２中間部６５まで延在している。したがってカム部４９の周方向一方側端部は、軸方向他方側の部分が厚肉部となっている。

カム部４９の軸方向第２中間部６５は、図２（ａ）に示す軸方向第１中間部５５よりも軸方向他方側に位置している。したがって第２の突出部６３は、第１の突出部５３よりも軸方向寸法が短く形成されている。

第２の突出部６３の軸方向一方側の端部は、軸方向一方側に向かうに従い中心軸線Ｃから遠くなり、軸方向他方側に向かうに従い中心軸線Ｃに近づく方向に傾斜した斜面６７となっている。したがって、第２の突出部６３の内周面６９と、第２の突出部６３よりも軸方向一方側のカム部４９の部分の内周面４９ｂとは、斜面６７によって滑らかに連続している。第２の突出部６３の斜面６７は第１の突出部５３の斜面５７と同様の構成である。第２の突出部６３は第１の突出部５３よりも軸方向寸法が短く形成されているので、第２の突出部６３の斜面６７は、第１の突出部５３の斜面５７よりも軸方向他方側に位置している。すなわち第１の突出部５３の斜面５７と第２の突出部６３の斜面６７とは、カム部４９の異なる軸方向位置に形成されている。

図２（ｂ）に示すように、第２の爪部材１７が起立状態すなわち外輪３のノッチ１１と係合している状態において、軸方向一方側から見て、第２の突出部６３の斜面６７は第２の爪部材１７の爪部１７ｂの外周面１７ｃに対応する径方向位置に位置している。一方、この状態において、第２の突出部６３よりも軸方向一方側のカム部４９の部分は爪部１７ｂの外周面１７ｃよりも外径側に位置している。したがって第２の突出部６３の斜面６７は、内輪５に対するカム部材４１の軸方向への移動により、第２の爪部材１７の爪部１７ｂの外周面１７ｃの軸方向他方側縁部に接触可能となっている。

カム部４９の第２の突出部６３は、第１の突出部５３と同様に、第２の爪部材１７の起立状態と倒伏状態とを切り替え可能な構成となっている。すなわち、カム部材４１が内輪５に対して軸方向に移動し、カム部４９の第２の突出部６３の斜面６７が第２の爪部材１７の爪部１７ｂの外周面１７ｃの軸方向他方側縁部に接触し、爪部１７ｂの外周面１７ｃの軸方向他方側縁部が相対的に斜面６７上を摺動することにより、第２の爪部材１７の起立状態と倒伏状態とを切り替えている。すなわち、第２の突出部６３の斜面６７は、カム部材４１の軸方向への運動を第２の爪部材１７の径方向への運動に変換するカム面を構成している。そしてカム部４９の第２の突出部６３は、第１の突出部５３と同様に、軸方向移動によって第２の爪部材１７の起立状態と倒伏状態とを切り替えることにより、外輪３のノッチ１１に対する第２の爪部材１７の係合状態と非係合状態とを切り替えている。

本実施形態のクラッチ装置１は、以上のような構成のカム部４９を有するカム部材４１の外輪３および内輪５に対する軸方向位置を変更することにより、外輪３のノッチ１１に対する第１の爪部材１３と第２の爪部材１７の係合状態と非係合状態との組み合わせを変更することができる。具体的には、カム部材４１は外輪３および内輪５に対して３つの軸方向位置を取り得る構成となっている。そしてクラッチ装置１は、カム部材４１の各軸方向位置において、それぞれ異なるトルク伝達状態となる。以下、内輪５に対するカム部材４１の３つの軸方向位置を、第１の軸方向位置と、第１の軸方向位置よりも軸方向一方側の第２の軸方向位置と、第１の軸方向位置よりも軸方向他方側の第３の軸方向位置として、クラッチ装置の作動について説明する。

まず、カム部材４１が第１の軸方向位置にあるクラッチ装置１の第１の状態について説明する。
図１、図２（ａ）および図２（ｂ）は、カム部材４１が第１の軸方向位置にある状態を示している。この状態において、カム部４９の第１の突出部５３は、図２（ａ）に示すように、その内周面５９が第１の爪機構部１５の第１の爪部材１３の外周面１３ｃと接触している状態であり、第１の爪部材１３はカム部４９の第１の突出部５３によって、図１に示すように倒伏状態に保持されている。したがって第１の爪部材１３は、図１に示すように、外輪３のノッチ１１に対して非係合状態である。この状態において、第１の爪機構部１５は、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向および他方の回転方向の何れの回転方向への回転もロックせず、内輪５に対する外輪３の何れの回転方向への回転も可能としている。

一方、カム部４９の第２の突出部６３は、第１の突出部５３よりも軸方向他方側に形成されているので、図２（ｂ）に示すように、第２の爪機構部１９の第２の爪部材１７よりも軸方向他方側に位置し、第２の爪部材１７は起立状態である。したがって第２の爪部材１７は、図１に示すように、外輪３のノッチ１１に対して係合状態である。この状態において、第２の爪機構部１９は、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向への回転をロックすると共に、内輪５に対する外輪３の他方の回転方向への回転を可能としている。

カム部材４１が第１の軸方向位置にある状態においては、第１の爪部材１３は外輪３のノッチ１１に対して非係合状態であり、第２の爪部材１７は外輪３のノッチ１１に対して係合状態である。したがってこの状態において、クラッチ装置１は、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向への回転がロックされ、内輪５に対する外輪３の他方の回転方向への回転を可能としている。すなわちクラッチ装置１は、第１の状態において、内輪５と外輪３との間で、一方向へのトルク伝達が可能な状態である。

次に、カム部材４１が第２の軸方向位置にあるクラッチ装置１の第２の状態について説明する。
図４は、カム部材４１が第２の軸方向位置にある状態におけるクラッチ装置１の要部を示す正面図であり、図５（ａ）は図４の５Ａ−５Ａ矢視断面図であり、図５（ｂ）は図４の５Ｂ−５Ｂ矢視断面図である。

カム部材４１が第１の軸方向位置（図２（ａ）、（ｂ））から軸方向一方側に移動すると、カム部４９の第１の突出部５３は、図２（ａ）に示す状態から、その内周面５９が第１の爪機構部１５の第１の爪部材１３の外周面１３ｃ上を軸方向一方側に移動する。この状態において、第１の突出部５３の内周面５９は、図５（ａ）に示すように、第１の爪部材１３の外周面１３ｃと接触している状態であり、第１の爪部材１３はカム部４９の第１の突出部５３によって倒伏状態に保持されている。したがって第１の爪部材１３は、図４に示すように、外輪３のノッチ１１に対して非係合状態である。

一方、カム部材４１が第１の軸方向位置から軸方向一方側に移動すると、図２（ｂ）に示す状態から、カム部４９の第２の突出部６３の斜面が第２の爪部材１７の爪部１７ｂの外周面１７ｃの軸方向他方側縁部に接触し、爪部１７ｂの外周面１７ｃの軸方向他方側縁部は相対的に斜面６７を軸方向一方側から軸方向他方側に向かって摺動する。すると第２の爪部材１７は、図１に示す起立状態から倒伏状態へと変位していく。そしてカム部材４１が第２の軸方向位置まで移動すると、図５（ｂ）に示すように、第２の突出部６３の内周面６９が第２の爪部材１７の外周面１７ｃと接触する状態となり、第２の爪部材１７は倒伏状態となる。したがって第２の爪部材１７は、図４に示すように、外輪３のノッチ１１に対して非係合状態である。

カム部材４１が第２の軸方向位置にある状態においては、第１の爪部材１３も第２の爪部材１７も外輪３のノッチ１１に対して非係合状態である。したがってこの状態において、クラッチ装置１は、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向および他方の回転方向の何れの回転方向への回転もロックせず、内輪５に対する外輪３の何れの回転方向への回転も可能としている。すなわちクラッチ装置１は、第２の状態において、内輪５と外輪３との間でトルク伝達が不能な状態である。

なお、カム部材４１が第２の軸方向位置から第１の軸方向位置に移動する際は、第１の爪部材１３は倒伏状態が保持され、第２の爪部材１７はカム部４９の第２の突出部６３によって倒伏状態から起立状態へと変位する。

次に、カム部材４１が第３の軸方向位置にあるクラッチ装置１の第３の状態について説明する。
図６は、カム部材４１が第３の軸方向位置にある状態におけるクラッチ装置１の要部を示す正面図であり、図７（ａ）は図６の７Ａ−７Ａ矢視断面図であり、図７（ｂ）は図６の７Ｂ−７Ｂ矢視断面図である。

カム部材４１が第１の軸方向位置（図２（ａ）、（ｂ））から軸方向他方側に移動すると、カム部４９の第１の突出部５３は、図２（ａ）に示す状態から、その内周面５９が第１の爪部材１３の外周面１３ｃ上を軸方向他方側に移動する。そしてカム部材４１が軸方向他方側に移動するに従い、第１の爪部材１３の爪部１３ｂの外周面１３ｃの軸方向他方側縁部は、相対的に第１の突出部５３の斜面５７を軸方向他方側から軸方向一方側に向かって摺動する。すると第１の爪部材１３は、スプリング２３の付勢力により図１に示す倒伏状態から起立状態へと変位していく。そしてカム部材４１が第３の軸方向位置まで移動すると、図７（ａ）に示すように、カム部４９の第１の突出部５３は、第１の爪部材１３よりも軸方向他方側に位置し、第１の爪部材１３は起立状態となる。したがって第１の爪部材１３は、図６に示すように、外輪３のノッチ１１に対して係合状態である。

一方、図２（ｂ）に示す状態から図７（ｂ）に示す状態までカム部材４１が第１の軸方向位置から軸方向他方側に移動しても、カム部４９の第２の突出部６３は第２の爪部材１７よりも軸方向他方側に位置し、第２の爪部材１７は起立状態である。したがって第２の爪部材１７は、図６に示すように、外輪３のノッチ１１に対して係合状態である。

カム部材４１が第３の軸方向位置にある状態においては、第１の爪部材１３も第２の爪部材１７も外輪３のノッチ１１に対して係合状態である。したがってこの状態において、クラッチ装置１は、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向および他方の回転方向の何れの回転方向への回転もロックし、内輪５に対する外輪３の何れの回転方向への回転も不能としている。すなわちクラッチ装置１は、第３の状態において、内輪５と外輪３との間で、何れの回転方向へもトルク伝達が可能な状態である。

なお、カム部材４１が第３の軸方向位置から第１の軸方向位置に移動する際は、第１の爪部材１３はカム部４９の第１の突出部５３によって起立状態から倒伏状態へと変位し、第２の爪部材１７は起立状態が保持される。

このように、本実施形態のクラッチ装置１は、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向への回転をロックする第１の状態と、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向および他方の回転方向の何れの回転方向への回転もロックしない第２の状態と、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向および他方の回転方向の何れの回転方向への回転もロックする第３の状態とを切り替えることが可能である。そしてクラッチ装置１の第１の状態と第２の状態と第３の状態とは、外輪３および内輪５に対するカム部材４１の軸方向位置を変更してカム部材４１を第１乃至第３の３つの軸方向位置に選択的に位置させることにより、ラチェット機構である第１の爪機構部１５および第２の爪機構部１９の外輪３に対する係合状態と非係合状態との組み合わせを変更することによって切り替えられる。

そして本実施形態においては、カム部材４１は、本実施形態のクラッチ装置１が搭載される作動機構、例えば搭載された本体からの油圧や電動等の制御機構にて軸方向移動となる。したがってクラッチ装置１にカム部材４１を駆動させるための専用の個別装置を別途設ける必要がない。したがって本実施形態によれば、クラッチ装置１自体の小型化を図ることができる。

また、外輪３に対する第１の爪機構部１５および第２の爪機構部１９の係合状態と非係合状態との組み合わせの変更は、カム部４９を有するカム部材４１を第１乃至第３の３つの軸方向位置に選択的に位置させることによってなされる。したがって本実施形態のクラッチ装置１は、簡素な機構によって第１乃至第３の状態の切り替えが可能であり、その結果小型化および軽量化を図ることができる。

なお、上記実施形態は、内輪５に対してロック状態とする外輪３の回転方向、あるいは内輪５に対して非ロック状態とする外輪３の回転方向について説明したが、内輪５の回転と外輪３の回転とは相対的なものである。したがって、上記第１乃至第３の状態のクラッチ装置１において、内輪５と外輪３の何れを駆動側または被駆動側として内輪５と外輪３との間でトルク伝達をするかは、本実施形態のクラッチ装置１が用いられる装置の用途等によって適宜設定される。したがって、図１に示す内輪５の内周部に設けられたスプライン７１は、図示は省略するが駆動側の軸部材または被駆動側の軸部材に嵌合される。

本実施形態のクラッチ装置１は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、クラッチ装置１は第１の状態において、内輪５に対する外輪３の一方の回転方向への回転がロックされるが、第１の状態において、内輪５に対する外輪３の他方の回転方向への回転がロックされるようにしても良い。このような構成とするためには、カム部４９の第１の突出部５３の斜面５７の軸方向位置と第２の突出部６３の斜面６９の軸方向位置とを、本実施形態とは逆の状態とすれば良い。

また、上記実施形態においては、ノッチ１１を外輪３の内周部に形成し、第１爪機構部１５および第２爪機構部１９を内輪５の外周部に設けたが、ノッチ１１を内輪５の外周部に形成し、第１爪機構部１５および第２爪機構部１９を外輪３の内周部に設けても良い。また、第１爪機構部１５および第２爪機構部１９の数は、クラッチ装置１が伝達するトルク容量によって適宜設計することができる。

１ クラッチ装置
３ 外輪
５ 内輪
１１ ノッチ
１３ 第１の爪部材
１５ 第１の爪機構部
１７ 第２の爪部材
１９ 第２の爪機構部
２１ 爪部材保持部
２７ 凹部
２９ 切り欠き部
３１ 爪部材保持部
３７ 凹部
３９ 切り欠き部
４１ カム部材
４９ カム部
５３ 第１の突出部
５７ 斜面
６３ 第２の突出部
６７ 斜面

Claims (7)

1. 同軸に且つ相対回転可能に配置された外輪および内輪と、
   トルク伝達可能に前記外輪と前記内輪とを係合可能な係合機構と、
   前記内輪に対してロックする前記外輪の一方または他方への回転方向を切り替え可能な切り替え機構と、を備えたクラッチ装置において、
   前記係合機構は、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部の何れか一方に設けられたノッチと、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部の何れか他方に設けられ、前記ノッチに係合可能な第１の係合部材を備え前記ノッチと係合することにより前記内輪に対する前記外輪の前記他方の回転方向への回転をロック可能な第１のラチェット機構部と、前記ノッチに係合可能な第２の係合部材を備え前記ノッチと係合することにより前記内輪に対する前記外輪の前記一方の回転方向への回転をロック可能な第２のラチェット機構部とであり、
   前記切り替え機構は、前記外輪および前記内輪と同軸上に前記外輪および前記内輪に隣接して配置され、前記外輪および前記内輪に対して軸方向に移動可能な環状の移動部材を有し、前記移動部材が軸方向に移動することによって、前記ノッチに対する前記第１の係合部材の係合状態または非係合状態と、前記ノッチに対する前記第２の係合部材の係合状態または非係合状態との組み合わせを変更することを特徴とするクラッチ装置。
2. 前記第１のラチェット機構部は、周方向に所定間隔で複数が設けられ、
   前記第２のラチェット機構部は、周方向に所定間隔で複数が設けられ、
   前記複数の前記第１のラチェット機構部と前記複数の第２のラチェット機構部とは、周方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ装置。
3. 前記移動部材は、前記外輪および前記内輪に対する第１の軸方向位置と第２の軸方向位置と第３の軸方向位置とに選択的に位置し、
   前記切り替え機構は、前記移動部材が前記第１の軸方向位置にあるとき、前記内輪に対する前記外輪の一方または他方の回転方向への回転をロックし、前記移動部材が前記第２の軸方向位置にあるとき、前記内輪に対する前記外輪の一方または他方の回転方向への何れの回転方向への回転も非ロック状態とし、前記移動部材が前記第３の軸方向位置にあるとき、前記内輪に対する前記外輪の一方または他方の回転方向への何れの回転方向への回転もロックすることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチ装置。
4. 前記移動部材は、軸方向一方側に突出し、軸方向一方側に移動するに従い前記外輪と前記内輪との間の空間に挿入されてゆく複数の突出部を有し、
   前記複数の突出部はそれぞれ、前記移動部材の軸方向移動の際、１つの前記第１の係合部材に接触可能な第１の接触部と、前記第１の係合部材と周方向に隣り合う１つの前記第２の係合部材に接触可能な第２の接触部とを有し、
   前記第１の接触部と前記第２の接触部とは、異なる軸方向位置に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のクラッチ装置。
5. 前記切り替え機構は、前記移動部材が軸方向に移動することにより、前記第１の接触部が前記第１の係合部材に接触し、前記ノッチに対する前記第１の係合部材の係合状態と非係合状態とを切り替え、前記第２の接触部が前記第２の係合部材に接触し、前記ノッチに対する前記第２の係合部材の係合状態と非係合状態とを切り替えることを特徴とする請求項４に記載のクラッチ装置。
6. 前記第１の接触部は、軸方向一方側に向かうに従い前記外輪および前記内輪の中心軸線から遠くなる方向に傾く第１の斜面であり、前記移動部材の軸方向移動の際、前記第１の係合部材が前記第１の斜面上を相対的に摺動し、
   前記第２の接触部は、軸方向一方側に向かうに従い前記外輪および前記内輪の中心軸線から遠くなる方向に傾く第２の斜面であり、前記移動部材の軸方向移動の際、前記第２の係合部材が前記第２の斜面上を相対的に摺動することを特徴とする請求項５に記載のクラッチ装置。
7. 前記第１の斜面は、前記移動部材の軸方向の運動を前記第１の係合部材の径方向の運動に変換する第１のカム面であり、前記第２の斜面は、前記移動部材の軸方向の運動を前記第２の係合部材の径方向の運動に変換する第２のカム面であることを特徴とする請求項６に記載のクラッチ装置。

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