JP2903325B2

JP2903325B2 - 流体摩擦伝達力制限装置

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Publication number: JP2903325B2
Application number: JP2000756A
Authority: JP
Inventors: 司郎沢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-01-05
Filing date: 1990-01-05
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH03204418A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は力の伝達制御装置の、油圧ダンパー、自動車
の駆動系の速度感応型差動制限装置、ショックアブゾー
バの如く伝達量を調節する。

【従来技術】力の減衰制御装置には粘性摩擦、滑り摩擦、ウオーム
ギヤの逆効率、電磁粉体を利用したものがある。摩擦多
板式クラッチの減衰には油圧で制御され複雑、大型であ
る。流体の使用例に、四輪駆動車の前後輪への駆動力配
分にベーンポンプと絞り弁で抵抗発生のハイドロリック
カップリング（商品名）（公開特許公報昭60−116524）
があるが、小型、高トルク化に伴い高圧油のベーンとケ
ーシングの摺接面からの漏れ対策、複雑でコスト高にな
る。又粘性抵抗の例に、公開特許公報昭51−99769のビ
スカスカップリング（商品名）の駆動側と従動側にそれ
ぞれ連結した約70枚程の板を交互に重ね高粘度油の粘性
摩擦で動力を伝達するもの、ウオームギヤの逆効率利用
の米国グリーソン社のTORSENデフ（商品名）があるが、
何れも複雑で重い欠点があった。転がり摩擦を利用した
ものには、本発明と同様にローラを利用の、スラストこ
ろ軸受けのころの差動滑りで潤滑剤の剪断摩擦抵抗の利
用、及び円すいころ軸受けの鍔の転がり滑り摩擦抵抗を
利用の特願昭57−59449（本発明と同一人）があるが、
温度で膨張する部材を介装し転動体に接触圧を付勢する
クラッチで摩擦抵抗が入力と比例せずエンジンの冷却フ
アンの駆動程度である。更に本発明に類似の、円すいこ
ろ軸受けの構成で、逆転の禁ずる門的のラチェットと軸
受けを兼ねた一方クラッチの特許広告、昭46−21126及
び、昭58−52092、がある。

【発明が解決しようとする課題】

従来技術は古典的な接触摩擦、粘性、流動、摩擦の組
み合わせのため、寿命が短く、トルク当たりの重量が重
く、小型、軽量化には限界があった。

【課題を解決するための手段】

全く新しい原理による簡単で小型、軽量、大トルク容
量の信頼性の高い、力の減衰制御、の技術を提供する。
円すいコーン軸と円すい状カップ（外輪）の間にスキュ
ウさせた転動体を介装し、トルクを負荷すると、転動体
の楔作用で接触面下の閉じ込め油膜が後述の弾性流体潤
滑膜として粘弾塑性体に転移し、これに浮上する転動体
は、圧力と潤滑剤とで決まる固有の塑性変形（クリー
プ）速度の範囲でのみ油を巻き込みながら転がる。極微
低速度のクリープを円すい面上と転動体のスキュウで増
幅され、軸と外輪の相対変位（回転速度）は速くなる、
油膜固有の変形速度を超えると粘性が逆に抵抗になり、
面圧に変換されて油膜の固化が進み、配置した全ての転
動体の油膜の持つ大きな剪断抵抗（トラクション）が転
動体の数だけ集積されブレーキとして作用し、結果一定
の速さ粘性でのみ滑りを伴って極めて大きなトルクを伝
達することができる。クリープ速度は油の種類で１分間
に数ミリの微速度から、添加剤等で極端に速くすること
ができる。発熱すると油膜は薄くなりクリープ速度は遅
くなるので直結になり限度を越えると自動的に完全直結
に至り、発熱は停止され熱は放散されてシステムの過熱
を防ぐ。粘性速度は油の種類と温度（粘度）と円すいコ
ーンの角度と転動体のスキュウ角度に依存する。前記プ
ロセスの根拠を以下に詳述する。転がり接触下の超高圧
固化油の性質については、1966年以降に「Dowson Ｄ
Higginson Ｇ Elasto−hydrodynamic Lubrication
（the fundamental of Roller and gearlubricati
on（Pergamon press Oxford 1966）」による前記、
弾性流体潤滑理論、が提唱され、その後多くの研究報告
がある。機械技術研究所報VOL42（1988）No.4論文「有
機液体の高圧粘度」の実験報告に、ナフテン油およびパ
ラフィン油をそれぞれ圧力容器に密封し200及び300MPA
に加圧すると急激に固化変態する報告がある。日本潤滑
学会第32回東京講演会「自動車の高性能化に伴う新技術
と潤滑」の中のCVTと潤滑の項に高圧固化油膜の挙動と
して「潤滑油は転がり接触面に閉じ込められて、高圧で
瞬間的にガラス転移する、潤滑油は一般に固有の圧力粘
度指数α（圧力粘度指数とは、圧力と粘度の関係を近似
的に次式、ηｐ＝ηｏ・ｅχｐ（α・ｐ）で表され、こ
のαを圧力粘度指数と呼ぶ）と圧力ｐの積αｐが、＜13
では粘性流体、13＜αｐ＜25では粘弾塑性体、25＜αｐ
では弾性体として挙動する」旨が述べられ一般化してい
る。更に弾性流体潤滑膜にはスクイズ膜（参考文献）
「潤滑ハンドブック、1987年度版ページ115 4.2.」よ
りを伴うとされ、［論文」人工股間設の潤滑（潤滑第23
巻第４号1978）ではヘルツ接触弾性圧下では、閉じ込め
油の絞り膜（スクイズ膜）による流体潤滑効果、が述べ
られており、又経験則として潤滑が豊富であれば重負荷
で（転動体が高面圧で）微速度で運転される軸受け転動
体にもしばしば金属接触の形跡が存在しないことが知ら
れている。これらを総合すると、転がり接触面下には潤
滑油が超高圧で閉じ込められて固化するとともに接触面
周期にスクイズ膜が生じ、高速域では弾性流体潤滑膜、
低速域ではスクイズ流体膜の厚さ約0.3ミクロンの強力
なプラスチック固体状のパッドの存在は明らかである。
当該発明人による特許請求の構成での実験では、直径が
２ミリ長さが15ミリの転動体（針状ころ）12本をテーパ
角度10゜の平均外径がφ18ミリのストレートのテーパ軸
の周囲にスキュウ角度12゜を与えて等間隔に、転がり軸
受けの如く保持器で転動可能に配置し、高粘度油に容積
比３％の二硫化モリブデン（極圧添加剤参考文献「潤滑
ハンドブック」日本潤滑学会編1987p81〜83に記載の極
圧添加剤を参照）添加で潤滑しトルクを負荷すると次の
結果が得られた。転動体の接触面圧が3kg/mm²になる負
荷トルク0.5kg−cmから高い面圧の180kg/mm²になる負荷
トルク300kg−cmの広い範囲のトルクを負荷すると、温
度20℃のとき負荷トルクの大小に拘らず毎分約10回転の
一定の速さでのみ回転する。この滑り速度は使用潤滑剤
の粘度と添加剤と温度とで変化する（極圧添加剤のない
高粘度潤滑油及び、金属せっけん基グリース及びフッ素
樹脂PTFEグリースでもそれぞれ速度は異なるが塑性変形
は生じ同様の結果が得られる）更に本装置に衝撃的速さ
でトルクを負荷すると、一瞬ロックして約１秒後に前記
粘性回転が始まる。この現象は転動体の楔効果で油膜圧
力が急上昇して固化するためロックし、徐々に塑性変形
とともにスクイズアウトして転がり始める所謂高分子重
合物の粘弾性流体（レオロジー）の特性（参考文献「潤
滑ハンドブック1987日本潤滑学会編」の、ばねとダッシ
ュポットの２要素が並列に配置された粘弾塑性体の基本
形モデル）のフォクトモデル及び、粘度が時間とともに
低下する時間依存性流体であるところの「チキソトロピ
流体」の特性に一致する。又固体潤滑剤に代表される二
硫化モリブデン等の層状構造の固形潤滑剤は油膜の塑性
変形速度を非常に速める結果を得た。前記弾性流体潤滑
膜は本来粘弾塑性流体（レオロジー）である、とした論
文に、K.L.Johnson ＆ K.J.Tevaarwerk;Proc.R.Soc.L
ond.,A356（1977）215（前記潤滑学会第32回東京講演会
教材（昭和62年２月27日ページ27より）があり、本発明
に関係する固化膜の塑性変形（レオロジー）速度と前記
固体潤滑剤との分子レベルでの作用機序については今後
の研究が待たれる。当該発明者の知見では、二硫化モリ
ブデンの層状分子が高圧固化油内の油の分子構造間に介
入し外力に対する油膜の剪断強度（トラクション係数）
を損なうことなく塑性変形を促進すると考えられ、その
変形速度は油の種類、添加剤（分子構造）と粘度（温
度）とに依存する。要約すると円すいコーンの角度とス
キュウ角度で、転がり接触面下の閉じ込め油膜から引き
出されるトラクションの成分とレオロジーの成分の割合
が決まり、又負荷トルクに油膜の固化圧力と塑性変形抵
抗が比例し、塑性変形速度（粘性すべり速度）が逆比例
する。実用時に於いては、大きな粘性抵抗（トラクショ
ンフォース）で長時間連続して動力を伝達すると摩擦発
熱で油の粘度が昇温とともに低下し、結果綴じ込め油膜
の塑性変形が速くなるが同時に（「潤滑ハンドブック」
より）弾性流体潤滑膜の厚さは粘度に依存するので油膜
が薄くなり限界を越えた所で転動体の楔効果が顕著に現
れ相対回転を停止し直結に至る。直結後は熱放散で冷却
され油の粘度は回復し転動体の接触下を浸潤するので元
の粘性トルク伝達が復活する。これを自動的に繰り返す
ので、差動制限装置として使用する場合、必須の過熱事
故安全装置として機能する。使用潤滑油には剪断抵抗μ
（一般にトラクション係数μで表し２円筒間での接触圧
と油膜によるトルクの伝達能力を表す係数でその値は油
の種類で0.01乃至0.08になる）の大きなものを選び添加
剤で調合し、軸のテーパ角度９゜〜12゜およびスキュウ
角度10゜〜15゜の範囲で選択組合せし、転動面の仕上げ
粗さを油膜厚さの0.3ミクロンよりも小さい0.2ミクロン
以下にする。更に別の問題点を解決する手段の動力を断
続するクラッチとして用いる特許請求の構成で、軸と外
輪とを軸方向に分離し毎分数百回転以上の相対回転した
状態で、軸と外輪を軸方向に接触又は離すことで動力を
断続するクラッチ手段について説明する。軸方向への付
勢圧は全転動体個々に分散されるため転動体一個当たり
の接触圧は低く、且つ高速で転動を開始するため接触し
た瞬間は転動体の接触下には流体潤滑が構成され、転動
体は流体膜に浮上して付勢圧に反発するためトラクショ
ンを発生しない。従って流体膜の反発力よりも強く付勢
すると前記流体膜は弾性流体潤滑膜（EHL）に遷移し，
次第にトラクションを発生する。トラクションが発生し
始めると転動体のスキュウで相対回転力が推力に変換さ
れて円すい面の楔作用で全転動体の面圧が急上昇し、全
ての転動体のトラクションが一斉にブレーキとして作用
し、軸側から外輪にトルク伝達が始まる。高速で相対回
転する断続クラッチ手段の場合は、特許請求の伝達力の
制限の過程に流体潤滑領域が加わりクラッチの接続時の
衝撃緩衝能力が増大し極めて短時間に全ての衝撃が吸収
されてソフトに伝達が完結する。クラッチの結続完了後
は前記固化油膜の粘性でクリープを生ずるがその速度は
接続前の相対回転速度に比べて極端に遅く使用上支障は
ない。又接続後は転動体の接触下には油膜が閉じ込めら
れて残存しておりトルク負荷から開放される時は転動体
が円すい面から前記油膜で浮き上がっており、円すい面
への食い付き現象はなく、切り離す際抵抗がない。高速
の相対回転から一挙にゼロ回転に至るまでに要する時間
は付勢圧の強さで決まり極めて小さな力で足りる。前記
機能は、現在広く実用されているギヤ変則のシンクロナ
イズ装置のギヤを同期させてから噛み合せると言う二段
構えの工程が不要になり、小さなシフト力（軸方向付勢
力）で作動するフルシンクロの断続クラッチに極めて有
効であって、且つ油膜のトラクションで制動するため従
来技術で問題点とした摩擦接触に伴う接触面の摩滅によ
る制動力劣化等の問題は解消する。本発明の構成は、前
記ギヤ式変速機のシンクロナイザーリング以外に、車両
のフリーホイルハブのオス、メスの歯の噛み合せによる
ドッグクラッチの代替、従来要した自動変速機での変速
用ブレーキとクラッチの組合せ及びスプラグクラッチ等
が不要で、フルシンクロの断続クラッチとして有効であ
る。

【作用】

円すいコーンの軸と外輪間にスキュウして転動可能に
保持した転動体を介装し、それぞれを軽く接触させてト
ルクを負荷すると、転動体の楔作用で接触面下の閉じ込
め油膜が固化転移し、これに浮上する転動体は、油を巻
き込みながら転がる。一定の速度を越えると油膜の塑性
変形（クリープ）抵抗が面圧増加に繋がり油膜の固化を
促進するため全転動体の固化油膜のトラクションがブレ
ーキとして作用するため、トルクの大小にかかわらず一
定の速度で巨大なトルクを伝達する。過熱すると自動的
に直結になりシステムを保護する。急激な負荷では一瞬
直結になりその直後に粘性伝達が始まる。円すいコーン
の軸と外輪が分離して高速で相対回転する場合、これを
軽く接触すると接触初期では付勢力が転動体の収容数で
分散され転動体一個当たりの面圧が低く且つ高速で転動
のため流体潤滑が成立し、転動体は流体膜に浮上し膜厚
でトラクションは小さくトルク伝達は少ない。軸方向付
勢力の増加に従い油膜は弾性流体潤滑に遷移しトラクシ
ョンが発生しはじめると転動体のスキュウで軸が外輪に
吸い込まれ、油膜の粘性によるダンパー効果が現れ衝撃
を吸収しながら極めて短時間でクラッチは自動的につな
がる。軸方向付勢力は油膜を弾性固化遷移する初期補助
圧で極めて軽微で足る。低速での相対回転をがつなぐ場
合は転動速度が遅いため流体潤滑域が無く即座に弾性流
体膜域（EHL）に入るのでクラッチが繋がる際に若干の
ショックを伴う。

【実施例】

第一部は本発明の基本の構成を示す断面図で、外輪
（１）と軸（２）の円すい軌道間周上に、複数個の角度
（５）のように傾斜したポケット穴を持つ保持器部材
（３）で転動体を等間隔に転動可能に保持してある。軸
と外輪の軌道面は勾配（5A）の円すいで成り、その母線
はスキュウした転動体を線接触させるために軸側は凹、
外輪は凸の双曲線でなるが、接触面圧によるヘルツの弾
性接近を伴うことと、転動体が針状ころ等のような細く
たわみ易い部材使用では、転動体の報が湾曲して軸に倣
うことから通常線接触が得られ、必ずしも前記双曲面で
なくともよく、負荷によって近似的に線接触が得られさ
えすれば足りる。本構成で軸側を図中の矢印の方向に回
そうとすると、転動体がトラクションで軌道間に食い込
み接触面圧が発生する。すると転動体の接触下には潤滑
油が閉じ込められ粘弾塑性体の膜として振る舞い、一定
の速さの微速度でクリープする、これに浮上する転動体
はスキュウと円すい角度とで増速され滑りながら転が
り、同時に軸から外輪に油膜のトラクションでトルクが
伝達される。矢印と逆方向の回転では、転動体の面圧は
上昇せずに空転してトルクを伝達しない。第２図は本発
明をエンジンのタイミングベルトのオートテンショナー
への応用実施例で以下詳述する。図はＶ型ツインカムエ
ンジンのカム軸駆動の歯付きタイミングベルトのプーリ
の配置を示し、カムシャフトのプーリ（８）（９）（1
1）（12）とアイドラプーリ（７）（10）とオートテン
ショナプーリ（16）から構成され、全てのプーリはエン
ジンのクランク軸のプーリ（６）で駆動され、アイドラ
プーリ以外はベルトの歯面側とギヤの歯面で噛み合う。
Ｖ型ツインカムエンジンではカム軸のプーリ間距離が
（８）（９）の如く接近しており、ベルトの巻掛け角度
が小さくなる、又ベルトが非常に長いので、エンジンブ
ロック及びベルトの熱膨脹収縮、並びにベルトの伸びに
よるタルミを生じやすい。ベルトがたるむと、前記巻掛
け角度が狭いためベルトの歯がギヤ側の歯の一部としか
噛み合わずベルトの歯の応力が過大になり欠損したり、
更に歯飛びの危険率が高くなる。ベルトが張り過ぎると
歯の負担が大きくなり支え切れずにベルトの破損、歯飛
びを生じ、又騒音を発する。従ってＶ形のツインカムエ
ンジンではベルトの故障は致命的であり、エンジンの信
頼性を左右するので高度な張力補正のできるオートテン
ショナが不可欠である。従来のオートテンショナーには
主に油圧ダンパー方式が採用されている。油圧式の構造
は、ピストンとシリンダーで成り、ベルトの張力でプー
リに作用する力でピストンを押し、シリンダー内の高圧
室の油がピストンとシリンダのギャップからリークする
ことでダンパー効果を得ているが、エンジンは−30℃か
ら90℃の温度差120℃の範囲で使用されるので、ギャッ
プが狭いと低温時にピストンのシリンダの摩擦抵抗が大
きくなりステイックを生じてベルトの張力変動に追随で
きず、又ギャップが広いと油のリークが過大になり高温
時にダンパー効果を失う等の問題と、更にプーリの追随
ストロークが油圧シリンダーの長さとピストンの動き量
とで決まるので大きなストローク変化には対応できない
こと、構造が複雑で、コストが非常に高く、重さとスペ
ースの点で必ずしも満足されていない。（参考文献自動
車技術会Vol.41,No.9,1987エンジンタイミングベルト用
オートテンショナの開発）そこで本発明をオートテンシ
ョナに使用すると、これ等の問題点を一挙に克服し優れ
た機能が得られる。その理由として、軸の周囲に配置し
た多数の転動体が一斉に均等にトルクを負荷するので高
いダンパー効果が得られ、又、転がり接触なので摩擦抵
抗が小さく急激なベルトのタルミにも即座に安定した追
随性が得られる。一方エンジンの異常燃焼による回転ム
ラでタルミ側に一瞬張力を生じた場合でも、油膜のチキ
ソトロピ効果でプーリはロックし歯飛びを防ぎ一段と高
い信頼性が得られる、又簡素な部品構成のため極めて軽
量でコンパクトになり安価となる。その実施例を第２図
で説明する。テンショナのプーリ（16）は固定ヒンジの
軸（13）（第１図では（12）に示す）を中心にブラケッ
ト（15）の長さを旋回半径として旋回可能である。軸
（13）の周囲には第１図での実施例の如く、多数の転動
体がスキュウして配置され軸の太い側がエンジンブロッ
クに固定されている。又第１図での外輪（１）は、第２
図ではブラケット（15）に強固に固定され、又転動体と
軸と外輪とが常時接触するように外輪を軸方向に付勢す
るねが第３図に示す如く皿ばねで予圧（図省略）されて
いる。エンジンの熱膨脹（プーリ間距離の膨脹）又はベ
ルトの冷却による収縮で、ベルトが張ってくるとプーリ
（６）と（12）の間のベルトが張りプーリは押されて矢
印（18）の方向に旋回する。すると軸（13）の外周のテ
ーパ面上にスキュウさせて介装した複数の転動体（14）
が油膜の固有の微低速の粘性変位以下でゆっくり移動し
て張力付勢ばね（17）と釣り合う点で停止する。クリー
プ変位の速度は油の種類で例えば１分間で１ミリの微速
度の変位も可能で任意に選択する。ベルトの温度又は劣
化による伸びと、エンジンブロックの熱収縮で、（６）
と（12）の間にタルミが生ずればプーリ（16）は付勢ば
ね（17）で引っ張られ、（本発明の装置内に配置した転
動体のトラクションがスキュウ角度で軸方向成分に変換
され転動体に楔作用を生ずる方向とは逆の抵抗の無い方
に）転動体は極めて低い摩擦で転動し、速やかにたるみ
が補正される。又エンジンを止めて登りの坂道に駐車す
るとタイヤ側からエンジンが微速度で（６）の矢印と逆
方向に回され、ベルトのタルミ側に張力を生じ、プーリ
に記載の図の矢印（18）の方向に押されて付勢ばね（1
7）に逆らっていっぱいに移動して停止する。この状態
でエンジンを始動するとき、もしプーリの追随が遅れる
とベルトのたるみがカム軸駆動ギヤ（12）の手前でしわ
寄せされて、たちまち歯飛びを生ずる。従来使用されて
いる前述の油圧式のオートテンショナでは、低温時に油
の粘度の増大とシリンダーとピストンのギャップの過小
による摺動摩擦が増加し前述の追随遅れを生ずる。本発
明では矢印の（18）と反対方向が転がり軸受けの如く軽
く回るので瞬間的に追随できる。当該用途では高粘度の
油膜であれば微低度の塑性変形が得られるので潤滑剤に
は極圧性潤滑剤の添加は不要である。次に比較的速い速
度で粘性でトルクを伝達し過剰な滑りを制限する前輪駆
動自動車のオンデマンド形の4WD車の推進軸に搭載の差
動制限装置（駆動力配分装置）の応用実施例を説明す
る。当該装置は従来技術のビスカスカップリングで述べ
た如く、通常走行では前輪と後輪のわずかな回転差を粘
性体で吸収し前輪のみを駆動する。本発明の第１図の構
成の二個を図３の如く対抗して配置し、片方の軸（28）
を前記推進軸の前輪駆動側に、反対側の軸（27）を後輪
駆動側に連結し、内輪の片方（29）の側面をスナップリ
ング（32）で固定し、もう一方の内輪（25）の側面を皿
ばね（31）で軸方向に付勢し、転動体（21）（23）を内
輪（25）（29）と外輪（22）の円すい軌道面間に密着さ
せ、転動体周囲の空間に所定の潤滑剤を充満しカバー
（24）で密閉する。駆動体は図１の（３）に示す如く、
薄肉円環の周上に転動体を収容するポケット穴が明けら
れ、該ポケットにはスキュウに相当する角度の傾斜が与
えられている。この保持器部材（30）で転動体にスキュ
ウが与えられて軌道周上に等間隔に配置され転動可能に
保持されている。又内輪（25）（29）の内径にはスプラ
イン（26）が施され、軸側のスプライン（20）と噛み合
い軸方向に移動可能に嵌合している。かくして入力軸
（27）と出力軸（28）間に差回転を生ずると、右回転で
は転動体（23）のトラクションがスキュウで軸方向の成
分に変換され推力による楔効果を生じ、左回転では反対
側の転動体（21）に楔作用を生じそれぞれ面圧が発生す
る。この時内輪は軸方向に僅かに変位するので前記のス
プラインでスライドする。かかる構成で前輪がホイルス
ピンすると急激に当該装置に差回転を生じトルクが負荷
されて前記油膜の固化による時間依存性（チキソトロ
ピ）流体としての性質が現れ一瞬ロック状態になり直結
の推進軸となり、後輪にトルクが伝達されきびきびした
走破性が得られる。又通常走行で発生する前後輪のわず
かな差回転または急カーブを曲がる時に生ずる差回転
は、低速度のため油膜の粘性滑りで吸収されるので、タ
イトコーナブレーキングは解消される。路面摩擦の低い
砂漠または雪道の高速走行では前輪が連続的にホイルス
ピンするので当該装置は摩擦発熱し油音が上昇して油膜
は薄くなり直結に近付く、この場合はもともと路面の摩
擦μが低いので差回転は路面の方で吸収され支障なく走
行できる。直結化すると摩擦発熱は停止し熱放散で冷却
され元の粘性回転が復帰する。この機能は前記のビスカ
スカップリングに於けるハンプ現象に酷似している。
（ハンプ現象とはシリコン油の温度が上がると油が膨脹
してケースの内圧が上昇し片方の金属円盤が押されても
う一方の円盤に密着して円盤間に摩擦が生じて直結とな
り粘性スリップが停止する（参考、潤滑学会第32回「自
動車の高性能化に伴う新技術と潤滑」東京講習回、教材
昭和62年２月27日より）すると発熱は停止し冷却され元
の粘性カップリングに戻る、（このハンプ現象はシステ
ムの発熱損傷を防ぐ上で重要である、しかし、ハンプ現
象をくり返すとシリコン油は早期に劣化し寿命に至る）
本発明装置でのロックとは、転動体の操作用によるロッ
クの状態であり転動体の接触面圧によるブリネル圧痕に
耐えるに十分な硬さがあれば全く劣化することはない。
本発明では粘性滑り速度は油膜の塑性変形速度で制限さ
れ、高速の差回転は期待できないので増速用のギヤを用
いて（実施例の図面省略）使用条件に適合させれば足り
る。更に本構成を力の伝達方向にタンデムに直列に配置
すれば（実施例図示略）装置当たりの滑り速度が配列数
に積算されるので速い差回転の条件にも適用できる。当
該発明の構成要件の内輪と外輪の軌道面と転動体は、無
負荷時は点接触に近い近似的線接触で、トルク負荷時は
弾性変位によって線接触化する。特許請求に記載の、ト
ルク負荷で転動体に楔作用が生ずれば足りるので転動体
にはJIS規格に記載の転がり軸受けの転動体の円筒こ
ろ、球面ころ、針状ころ、円すいころの何れでも機能す
る。更に別の用途の実施例で、特許請求の構成で高速で
相対回転する円すいコーンと外輪とを非接触状態とし、
これを軸方向に接近させ、接触時点で生ずる転がり接触
下の流体膜の粘性摩擦で動力の伝達力を制限することで
極めて短時間に衝撃を吸収して動力を繋ぐ断続クラッチ
として用いる実施例の構成を第４図に示す。図の符号
（40）は入力軸で（41）は出力軸である。円すいコーン
（42）と転動体（43）および外輪（44）で成り、転動体
は第１図の実施例の保持器と同様にスキュウしたポケッ
トを持ちポケット内に転動体が転動可能に配置されてい
る。（図省略）入力軸（40）と円すいコーン（42）はス
プライン（46）で軸方向に移動可能に嵌合している。出
力軸（41）と外輪（44）はキーで一体化している。入力
軸と出力軸はパイロット軸受け（45）でセンタリングさ
れている。円すいコーンの端部の溝にはフォーク（47）
の股が係合し、フォークは支点（49）に固定され、フォ
ークの片端（48）は油圧（又は空気圧、又は電磁作動の
ロッド、遠心力又は手動レバーで以後油圧制御ロッドと
呼称）ピストンのロッド（50）に連結され、油圧制御ロ
ッド（50）によって円すいコーンは外輪の円すい内径空
間を出入りする。円すいコーンと外輪が非接触では当然
トルク伝達は全くなく、接触した時点で転動体は高速で
転動し始め相手側と流体潤滑を開始する。接触初期は軸
方向の付勢力が転動体の全量に分散され極めて面圧が低
く転動体は、十分に厚い流体潤滑膜に浮上しトラクショ
ンは発生せず、円すいコーンと外輪には吸い込み力は生
じない。前記流体潤滑膜への浮上に逆らって僅かに軸方
向に付勢すると流体潤滑膜が弾性流体潤滑膜に遷移しト
ラクションを生ずる。この時点からトラクションの一部
がスキュウした転動で推力に変換され、円すいコーンは
外輪内径に吸い込まれる。高速で相対回転する部材を急
激に強固に噛み合せると通常激しい衝撃を伴うが、本発
明においては流体膜から弾性流体膜に移行する際の油膜
の粘性で衝撃は全て吸収され全くショックを伴わない。
トルク伝達が開始されるまでの付勢力は極めて軽微で済
む。第５図は前記相対回転の入力軸（40）と出力軸（4
1）の片方が慣性で高速空転する回転体を同期させるギ
ヤ変速機のシンクロナイズ機構の制動力トルクを示す図
で、縦軸は制動トルクの大きさを示し、横軸はクラッチ
がつながるまでの時間を示す。符号（52）は接続初期の
補助付勢力を強くした際の制動トルク（53）は微弱な場
合を示し、接続初期の補助付勢力の強弱で制動時間が制
御できる。図のピークトルク位置（55）が接続開始から
遅れて現れる理由は前記の流体潤滑膜からトルク伝達の
始まる弾性流体潤滑（EHL）に移行する時間遅れによ
る。

【発明の効果】

転がり接触下にできる粘弾塑性の流体膜に転動体を浮
上させて、固化油膜の持つレオロジー成分とトラクショ
ン成分とをトルクとして取り出し、動力の伝達制御に活
用する技術は今後の機械産業に大きく寄与する。特に軸
受け用の加工技術を利用するのでコストが安く量産に適
すとともにトライボロジーの分野の基礎技術を更に発展
させるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例第２図はＶ型ツインカムのエンジンの補機類の駆動プー
リの配置とタイミングベルトのテンショナへの配置を示
す。第３図は自動車の駆動推進軸上に装設される本発明の差
動制限装置を示す第４図は断続クラッチの実施例第５図はクラッチ接続トルクと時間を示す。符号の説明１……外輪、２……軸、３……保持器４……転動体、６……クランクプーリ７、10……アイドラプーリ８、９、11、12……カクシャフトプーリ 13……ヒンジ、15……ブラケット 16……オートテンショナ、17……付勢ばね 20……スプライン軸、21、23……転動体 22……外輪、25、29……内輪 26……内径側スプライン 27、28……駆動軸、30……保持器 40……入力軸、41……出力軸 42……円すいコーン、43……転動体 46……スプライン軸、45……パイロット 50……操作ロッド、55……最大トルクの遅れ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸と外輪の軌道面間に転動体を線接触させ
て介在し、軸と外輪の相対変位力で転動体が楔となる手
段を具備し、前記変位力による転がり面の接触圧で、転
動面下に低速域で、スクイズ流体膜、高速域では弾性流
体潤滑膜を生ぜしめ、粘弾塑性化した流体膜で、転動体
を前記楔から開放される側に滑らせて、転動体のトラク
ションフォースによる軸と外輪間における力の伝達量を
調節する、流体摩擦伝達力制限装置。