JP2023135023A - カムクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、高精度の制御を不要とするとともに、カムの姿勢を強制的に変更する際の駆動力が小さくクラッチ動作の安定性を向上させることができて高い応答性を得ることができ、モード切替の自由度の高いカムクラッチを提供すること。【解決手段】内輪１１０と外輪１２０の間にケージ部材１５０に支持され周方向に配置されている複数のカム１４０備えたカムクラッチであって、複数のカム１４０が回転軸方向に複数列に配置され、ケージ部材１５０が固定された内輪１１０又は外輪１２０と相対的な回転角の制御が可能で、少なくとも１つの列に対応するカム１４０のカム面と接触して姿勢を変更可能なカム姿勢制御面１７１を有するセレクタ１７０を備え、カム姿勢制御面１７１はカム作動部１７２より半径方向カム１４０側に突出する形状でカム１４０を作動しない姿勢に変更するカム解除部１７３を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、外輪及び内輪の相対的な回転動作を許容するフリー状態と、外輪及び内輪の相対的な回転動作を禁止するロック状態とを切り換え可能に構成されたカムクラッチに関する。

回転力の伝達と遮断を制御するクラッチとして、内輪及び外輪の相対的な回転動作を禁止（回転力を伝達）するロック状態と、内輪及び外輪の相対的な回転動作を許容（回転力を遮断）するフリー状態との切り換えを、カム又はスプラグの姿勢を強制的に変更して行うカムクラッチが公知である。

例えば、特許文献１には、内輪と外輪の間の周方向に設けられた複数のカムを強制的に傾倒させる手段として複数のピン部材を備えたカム姿勢変更部を有し、ピン部材が相対的に周方向に移動してカムの側面を周方向に押圧することで、カムの姿勢を強制的に変更するものが開示されている。

特許第６８８２６９９号公報

これらのカムクラッチにおいては、ロック状態からフリー状態に切り替える際に、カムの係合力が残っている状態ではカムの姿勢変更に大きな駆動力を必要とし、内外輪のトルク伝達がされている状態での切り替えが円滑にできない虞があった。
また、内外輪軌道面を傷めるおそれもあり、カムの姿勢を変化させるための機構やアクチュエータも駆動力に応じて大型化する必要があった。

特許文献１で公知のカムクラッチは、応答性が高く、所期のトルク容量を確保できるものであり、ピン部材がピンの傾動中心から離れた位置にあることでカムの姿勢変更のためにある程度大きな駆動力を発生することが可能であるが、各ピンの相対的な位置を高精度に確保する必要があり、また、カムの姿勢変更時にカム姿勢変更部の回転角度を高精度に制御する必要があった。

本発明は、これらの問題点を解決するものであって、簡単な構成で、高精度の制御を不要とするとともに、カムの姿勢を強制的に変更する際の駆動力が小さくクラッチ動作の安定性を向上させることができて高い応答性を得ることができ、モード切替の自由度の高いカムクラッチを提供することを目的とする。

本発明は、同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪の間に周方向に配置されている複数のカムと、前記外輪又は前記内輪と回転方向に固定され複数のカムを支持するケージ部材を備えたカムクラッチであって、前記ケージ部材が回転方向に固定された前記外輪又は前記内輪と相対的な回転角の制御が可能なセレクタを備え、前記複数のカムが、回転軸方向に複数列に配置され、前記セレクタは、前記複数のカム列のカムの姿勢をそれぞれ変更可能な複数の姿勢変更部を有し、少なくとも１つの列のカムに対応する前記姿勢変更部は、前記カムのカム面と接触するとともに前記カムの姿勢を変更可能なカム姿勢制御面を有し、前記カム姿勢制御面は、前記カムが通常に動作するカム作動面部と、前記カム作動面より半径方向前記カム側に突出する形状で前記カムを作動しない姿勢に変更するカム解除面とを有することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明によれば、複数のカムが回転軸方向に複数列に配置されていることにより、セレクタが複数のカム列のカムの姿勢をそれぞれ変更可能な複数の姿勢変更部を有していることにより、複数列のカムの姿勢を１つのセレクタの回転によりそれぞれ変更可能に構成でき、複数のモードを１つのセレクタの回転角の制御で行うことができる。
また、少なくとも１つの列のカムに対して、カム姿勢制御面がカム面と接触してカムの姿勢を変更可能であり、カム作動部とカム作動部より半径方向カム側に突出する形状でカムを作動しない姿勢に変更するカム解除部とを有することにより、カム解除部のいずれの位置でもカムの動作を解除できるため、複数のカムに対する位置を高精度に揃える必要がなく、また、セレクタの回転角の高精度の制御も不要となる。

また、カム姿勢制御面に対応する列においては、カムの姿勢を強制的に変更する際の駆動力が小さく、切り替えのための部品やアクチュエータを小型化でき安価に製作可能となるとともに、クラッチ動作の安定性を向上させることができて高い応答性を得ることができ、内外輪軌道面を傷めないことで耐久性が向上する。
また、カム姿勢制御面に対応する列の切り替えはカムの端面を乗り上げての切り替えの為、セレクタの切り替え角を高精度に制御することなく大きくとることができ、各寸法公差、制御誤差に左右されずに確実な動作が可能となる。
さらに、このことで、カム姿勢制御面に対応する列においてカムの動作を解除状態のまま、さらに他の列のモード切替のためのセレクタの回転が許容されることから、１つのセレクタの回転によって切り替える複数のモードの組み合わせ自由度が向上する。

本請求項２に係る構成によれば、第１列カムがロック状態の場合、セレクタでトルクを受ける必要がないことから、セレクタの構造を簡素化でき、耐久性がさらに向上する。
本請求項３に係る発明によれば、第１列カム、第２列カムともにカム姿勢制御面に対応することで、全てのモードにおいてセレクタの回転角の高精度の制御が不要となる。
本請求項４に係る発明によれば、独立した２つの内輪に対し、１つのセレクタでモード切替を行うことが可能となる。
本請求項５に係る発明によれば、異なる種類のカムを含むことにより、セレクタで切替えられるモード毎にトルク伝達特性や応答速度特性等が異なる場合でも、最適に合わせることが可能となる。
本請求項６に係る構成によれば、少なくとも１つの列の内輪と外輪の間に、内輪の外周面及び外輪の内周面の間隔を保持するよう配置されている間隔保持部材を有することにより、間隔保持部材によって同心保持機能を有することで他の軸受部材を省略でき軸方向にコンパクトにできるとともに、内輪と外輪の軸心が高精度に一致することで複数のカムの動作のばらつきが低減しクラッチ動作の安定性がさらに向上する。

本発明の第１実施形態に係るカムクラッチの斜視図。 図１に示すカムクラッチの分解斜視図。 図１に示すカムクラッチの断面図。 図１に示すカムクラッチの動作説明図。 本発明の第２実施形態に係るカムクラッチの動作説明図。 本発明の第３実施形態に係るカムクラッチの動作説明図。 本発明の第４実施形態に係るカムクラッチの動作説明図。

本発明の実施例を図１～図７を参照して説明する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係るカムクラッチ１００は、図１～図３に示すように、同一軸上に相対回転可能に設けられる内輪１１０及び外輪１２０と、内輪１１０と外輪１２０との間で動力の伝達及び遮断を行う複数のカム１４０と、外輪１２０と回転方向に固定され複数のカム１４０を支持するケージ部材１５０と、外輪１２０と相対的な回転角の制御が可能なセレクタ１７０を備えている。
複数のカム１４０は回転軸方向に第１列カム１４１と第２列カムの２列に配置され、第１列カムと第２列カムは、それぞれ、逆方向のワンウェイクラッチを構成するように配置されている。
セレクタ１７０は、第１列カム１４１の姿勢を変更可能な姿勢変更部である押圧部１７５と、第２列カム１４２の姿勢を変更可能な姿勢変更部であるカム姿勢制御面１７１を有している。

カム姿勢制御面１７１は、第２列カム１４２が通常に動作するカム作動部１７２と、カム作動部１７２より半径方向第２列カム１４２側に突出する形状で第２列カム１４２を作動しない姿勢に変更するカム解除部１７３とを有している。
本実施形態では、第２列カム１４２の外輪１２０側のカム面は、セレクタの１７０のカム姿勢制御面１７１とのみ接触し、外輪１２０の内周面とは接触しないように構成されているが、回転軸方向の一部が外輪１２０の内周面と接触するように構成されてもよい。

カム押圧部１７５は、第１列カム１４１にそれぞれ対応した複数の軸方向に伸びるピン状部を有し、セレクタ１７０の回転によって第１列カム１４１の側面を周方向に押圧して第１列カム１４１の姿勢を変更可能に構成されている。
本実施形態では、カム押圧部１７５はセレクタ本体１７５と別部品で構成され、使用時にはカム押圧部１７５とセレクタ本体１７５が一体に回転するセレクタ１７０として機能するように構成されている。
第１列カム１４１の外輪１２０側のカム面は外輪１２０とのみ、内輪１１０側のカム面は内輪１１０とのみ接触可能に構成され、セレクタ１７０の回転によってカム押圧部１７５が第１列カム１４１の側面を押圧することで、第１列カム１４１が作動しない姿勢に変更される。
セレクタ１７０は、アクチュエータ１８０によって外輪１２０と相対的に回転駆動され、外輪１２０との相対的な回転角を制御可能に構成されている。
本実施形態では、外輪１２０とアクチュエータ１８０が固定部に固定されることで、外輪１２０とセレクタ１７０との相対的な回転角がアクチュエータ１８０によって制御される。

本実施形態に係るカムクラッチ１００は、図４に示すように、内輪１１０が外輪１２０に対して両方向の相対的な回転動作が許容される２ｗａｙフリー状態と、一方向の回転動作が許容され反対方向の回転動作が禁止される１ｗａｙロック状態と両方向の回転動作が禁止される２ｗａｙロック状態とが、セレクタ１７０の回転角により切り替えられる。
２ｗａｙフリー状態（図４の下段右側：０°の位置）では、第２列カム１４２の外輪１２０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１のカム解除部１７３に接触して、第２列カム１４２がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれ、第１列カム１４１の内輪１１０側の側面はセレクタ１７０のカム押圧部１７５に押圧されて、第１列カム１４１がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれている。

１ｗａｙロック状態（図４の下段中央：－α°の位置）では、第２列カム１４２の外輪１２０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１のカム解除部１７３に接触して、第２列カム１４２がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれ、セレクタ１７０のカム押圧部１７５が第１列カム１４１の内輪１１０側の側面から離れて、第１列カム１４１がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となる。
２ｗａｙロック状態（図４の下段左側：－α－α°の位置）では、第２列カム１４２の外輪１２０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１のカム作動部１７２に接触して、第２列カム１４２がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となり、セレクタ１７０のカム押圧部１７５が第１列カム１４１の内輪１１０側の側面から離れて、第１列カム１４１がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となる。

本発明の第２実施形態に係るカムクラッチは、図５に示すように、第１列カム１４１と第２列カム１４２がセレクタ１７０を挟んで両側に配置され、第１列カム１４１の内輪１１０側のカム面の一部が、セレクタ１７０の第１列カム１４１の姿勢を変更可能な姿勢変更部であるカム姿勢制御面１７１ｂと接触するように構成されている。
２ｗａｙフリー状態（図５の下段右側：０°の位置）では、第２列カム１４２の外輪１２０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１のカム解除部１７３に接触して、第２列カム１４２がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれ、第１列カム１４１の内輪１１０側のカム面の一部はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１ｂのカム解除部１７３ｂに接触して、第１列カム１４１がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれている。

１ｗａｙロック状態（図５の下段中央：－α°の位置）では、第２列カム１４２の外輪１２０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１のカム解除部１７３に接触して、第２列カム１４２がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれ、第１列カム１４１の内輪１１０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１ｂのカム解除部１７３ｂから離れて内輪１１０側の外周面と接触可能となり、第１列カム１４１がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となる。
２ｗａｙロック状態（図５の下段左側：－α－α°の位置）では、第２列カム１４２の外輪１２０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１のカム作動部１７２に接触して、第２列カム１４２がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となり、第１列カム１４１の内輪１１０側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１ｂのカム解除部１７３ｂから離れて内輪１１０側の外周面と接触可能となり、第１列カム１４１がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となる。
なお、本実施形態では、第２列カム１４２に対するカム解除部１７３の円周方向の長さを短くし、第１列カム１４１に対するカム解除部１７３ｂの円周方向の長さ長くすることで、１ｗａｙロック状態の回転が阻止される方向を逆とすることも可能である。

本発明の第３実施形態に係るカムクラッチは、図６に示すように、前述の第１実施形態のカムクラッチ１００のセレクタ１７０を回転軸方向の反対側に、第２内輪１１２と第２外輪１２２を設けて、その間に第３列カム１４３を配置したものである。
第２外輪１２２は、外輪１２０同様に固定部に固定され、第２内輪１１２は、内輪１１０とは独立して回転可能に構成されている。
そして、第３列カム１４３の第２内輪１１２側のカム面の一部が、セレクタ１７０の第３列カム１４３の姿勢を変更可能な姿勢変更部であるカム姿勢制御面１７１ｃと接触するように構成されている。
内輪１１０の回転は、前述の第１実施形態と同様に２ｗａｙフリー状態（図６の下段右から２番目：０°の位置）、１ｗａｙロック状態（図６の下段左から２番め：－α°の位置）、２ｗａｙロック状態（図６の下段左側：－α－α°の位置）に切替可能である。

これらの位置では、第３列カム１４３の第２内輪１１２側のカム面の一部はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１ｃのカム解除部１７３ｃに接触して、第３列カム１４３がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれ、第２内輪１１２は自由に回転可能な２ｗａｙフリー状態となる。
そして、内輪１１０の回転が２ｗａｙフリー状態かつ第２内輪１１２が２ｗａｙフリー状態（図６の下段右から２番目：０°の位置）から、セレクタ１７０を逆に回転操作する（図６の下段右：＋α°の位置）と、第３列カム１４３の第２内輪１１２側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１ｃのカム解除部１７３ｃから離れて第２内輪１１２側の外周面と接触可能となり、第３列カム１４３がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となる。
この時、第１列カム１４１の側面を押圧するカム押圧部１７５が、第１列カム１４１の姿勢変更の限界以上に押すこととなる場合は、図６の矢印で示すように、カム押圧部１７５が押し戻されて、必要以上に第１列カム１４１の側面を押さない弾性機構等を設けることが望ましい。

本発明の第４実施形態に係るカムクラッチは、図７に示すように、前述の第２実施形態のカムクラッチの第２列カム１４２のさらに回転軸方向のセレクタ１７０の反対側に、第２内輪１１２と第２外輪１２２を設けて、その間に第３列カム１４３を配置したものである。
第２外輪１２２は、外輪１２０同様に固定部に固定され、第２内輪１１２は、内輪１１０とは独立して回転可能に構成されている。
そして、第３列カム１４３の第２外輪１２２側のカム面の一部が、セレクタ１７０の第３列カム１４３の姿勢を変更可能な姿勢変更部であるカム姿勢制御面１７１ｄと接触するように構成されている。
内輪１１０の回転は、前述の第２実施形態と同様に２ｗａｙフリー状態（図７の下段右から２番目：０°の位置）、１ｗａｙロック状態（図７の下段左から２番め：－α°の位置）、２ｗａｙロック状態（図７の下段左側：－α－α°の位置）に切替可能である。

これらの位置では、第３列カム１４３の第２外輪１２２側のカム面の一部はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１ｄのカム解除部１７３ｄに接触して、第３列カム１４３がワンウェイクラッチとして動作しない姿勢に保たれ、第２内輪１１２は自由に回転可能な２ｗａｙフリー状態となる。
そして、内輪１１０の回転が２ｗａｙフリー状態かつ第２内輪１１２が２ｗａｙフリー状態（図７の下段右から２番目：０°の位置）から、セレクタ１７０を逆に回転操作する（図７の下段右：＋α°の位置）と、第３列カム１４３の第２外輪１２２側のカム面はセレクタ１７０のカム姿勢制御面１７１ｃのカム解除部１７３ｄから離れて第２外輪１２２側の内周面と接触可能となり、第３列カム１４３がワンウェイクラッチとして動作する姿勢となる。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
上記各実施形態においては、図示されたアクチュエータ１８０は、セレクタ１７０の外周に噛み合うウオーム歯車付きのモータを想定しているが、外輪１２０、第２外輪１２２に対してセレクタ１７０を相対的に回転駆動するものであれば、いかなるものであってもよい。
また、第３、第４実施形態では、独立回転できる第２内輪を有するが、さらに独立回転する内輪が３つ以上であってもよく、その数に応じて、カムの列数も４列以上であってもよい。
また、内輪と外輪の間に、間隔保持部材として複数のローラがカムと同一円周上配置されてもよく、間隔保持部材は、内輪の外周面及び外輪の内周面と摺動するよう配置されたブロック部材であってもよく、間隔保持部材がケージ部材１５０に固定され、あるいはケージ部材１５０と一体に形成されていてもよい。
また、各列のカムは、その要求されるトルク耐性等に応じて異なる形状としてもよい。
さらに、内輪を固定部に固定し、内輪に対してセレクタの回転角を制御するように構成してもよい。

１００ ・・・ カムクラッチ
１１０ ・・・ 内輪
１１２ ・・・ 第２内輪
１２０ ・・・ 外輪
１２２ ・・・ 第２外輪
１４０ ・・・ カム
１４１ ・・・ 第１列カム
１４２ ・・・ 第２列カム
１４３ ・・・ 第３列カム
１５０ ・・・ ケージ部材
１７０ ・・・ セレクタ
１７１ ・・・ カム姿勢制御面
１７２ ・・・ カム作動部
１７３ ・・・ カム解除部
１７５ ・・・ カム押圧部
１７６ ・・・ セレクタ本体
１８０ ・・・ アクチュエータ

Claims (6)

1. 同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪の間に周方向に配置されている複数のカムと、前記外輪又は内輪と回転方向に固定され複数のカムを支持するケージ部材を備えたカムクラッチであって、
   前記ケージ部材が回転方向に固定された前記外輪又は内輪と相対的な回転角の制御が可能なセレクタを備え、
   前記複数のカムが、回転軸方向に複数列に配置され、
   前記セレクタは、前記複数のカム列のカムの姿勢をそれぞれ変更可能な複数の姿勢変更部を有し、
   少なくとも１つの列のカムに対応する前記姿勢変更部は、前記カムのカム面と接触するとともに前記カムの姿勢を変更可能なカム姿勢制御面を有し、
   前記カム姿勢制御面は、前記カムが通常に動作するカム作動部と、前記カム作動部より半径方向前記カム側に突出する形状で前記カムを作動しない姿勢に変更するカム解除部とを有することを特徴とするカムクラッチ。
2. 前記複数のカムが、回転軸方向に少なくとも第１列と第２列の２列に配置され、
   第１列カムの外周側のカム面は前記外輪とのみ、内周側のカム面は前記内輪とのみ接触可能であり、
   第２列カムの外周側又は内周側のカム面は前記セレクタの前記カム姿勢制御面と接触可能であり、
   前記セレクタは、前記第１列カムの側面を周方向に押圧して前記第１列カムの姿勢を変更可能なカム押圧部からなる姿勢変更部を有することを特徴とする請求項１に記載のカムクラッチ。
3. 前記複数のカムが、回転軸方向に少なくとも第１列と第２列の２列に配置され、
   第１列カムの外周側のカム面は前記外輪とのみ接触可能で、内周側のカム面は前記セレクタの前記カム姿勢制御面と接触可能であり、
   第２列カムの内周側のカム面は前記内輪とのみ接触可能で、外周側のカム面は前記セレクタの前記カム姿勢制御面と接触可能であることを特徴とする請求項１に記載のカムクラッチ。
4. 前記複数のカムが、回転軸方向に少なくとも第１列乃至第３列の３列に配置され、
   前記内輪が、第１列カム及び第２列カムと接触可能な第１内輪と、前記第１内輪とは独立して回転可能で第３列カムと接触可能な第２内輪とを有し、
   第３列カムの外周側又は内周側のカム面は前記セレクタの前記カム姿勢制御面と接触可能であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のカムクラッチ。
5. 前記複数のカムが、異なる種類のカムを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカムクラッチ。
6. 少なくとも１つの列の前記内輪と前記外輪の間に、前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間隔を保持するよう配置されている間隔保持部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のカムクラッチ。

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