JP3030000B2 - 軸力発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転トルクを利用
して軸力を発生するための軸力発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の軸力発生装置の一例を示す
正面図であり、図６はそのＡ−Ａ線断面図である。入力
軸１は、エンジン等によって回転駆動され、回転カム２
も一体的に回転する。回転カム２、７は、端面が対向す
るように同じＸ軸上に配置され、端面の一部には周方向
に沿って面間隔が連続的に変化するように波状のカム面
３、６がそれぞれ形成される。カム面３、６の間には複
数のローラ４が両面に接触するように介在している。回
転カム２、７およびローラ４は互いに一定の押圧力で密
着するように、たとえば回転カム７の背面が皿ばね等に
よって押圧されている。

【０００３】リテーナ５は、円板にローラ４の外形より
僅かに大きい矩形状の保持孔を周方向に沿って等間隔で
形成したものであり、これらの孔にローラ４を挿着する
ことによって、ローラ４の回転を許容しつつ、ローラ４
同士の相対位置を保持している。

【０００４】出力軸８は、回転カム７とともに一体的に
回転し、回転カム７の軸方向変位を許容するためにスプ
ライン軸として構成され、負荷側に連結される。

【０００５】次に動作を説明する。軽負荷状態で回転カ
ム２、７が定常回転している場合は、ローラ４はカム面
３、６の谷に位置した状態で回転カム２、７と一体的に
Ｘ軸回りに公転する。

【０００６】次に入力軸１に正のトルクが入ると、回転
カム２が回転カム７より先行して回転するため、両者の
相対的角変位に伴ってローラ４が周方向に転がり、カム
面３、６の斜面を乗り上がろうとする。すると、カム面
３、６の面間隔が広がろうとして、回転カム７が軸方向
に押圧されて、Ｘ軸方向の軸力Ｆが発生する。こうして
入力軸１と出力軸８のトルク差にほぼ比例した軸力Ｆを
発生させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の軸力発生装置に
おいて、ローラ４の形状は周面が平行な円筒状であっ
て、カム面３、６は回転カム２、７の半径方向に平行に
形成されている。

【０００８】そのため、高速回転になると、遠心力によ
ってローラ４が半径方向に変位してリテーナ５に大きな
力で接触するため、リテーナ５の保持孔の外側（図６の
Ｂ部分）とローラ４の摩擦力が増加して、ローラ４の転
がりを妨げるようになる。すると、ローラ４とカム面
３、６との間ですべりが増大して軸力Ｆが正常に発生し
なくなったり、ローラ４やリテーナ５の磨耗や発熱によ
って強度低下や寿命劣化をもたらす。

【０００９】本発明の目的は、ローラとリテーナ部材と
の摩擦力を低減化して、ローラの円滑な転がり運動を実
現し、信頼性や耐久性に優れた軸力発生装置を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向する端面
にカム面が形成された一対の回転カム部材と、各回転カ
ム部材のカム面に接触し、回転カム部材の相対的角変位
に応じて周方向に転動可能な複数のローラと、ローラの
回転を許容しつつ、ローラ同士の相対位置を保持するリ
テーナ部材とを備え、ローラの周面は、回転カム部材の
半径方向にローラ径が小さくなるようにテーパー状に形
成され、カム面もローラのテーパー形状に合わせた傾斜
面に形成されることを特徴とする軸力発生装置である。
本発明に従えば、ローラの周面を外側に細いテーパー状
に形成し、カム面もローラのテーパー形状に合わせた傾
斜面に形成することによって、回転時の遠心力が作用し
て、ローラが回転カム部材の半径方向に変位しようとし
ても、ローラ周面がカム面によって拘束されるため、ロ
ーラ端面とリテーナ部材との接触を防止できる。したが
って、ローラとリテーナ部材との摩擦力が殆ど発生しな
くなり、ローラの円滑な転がり運動を実現することがで
きる。さらに、高速回転になるとローラ自体の質量によ
る遠心力がカム面の面間隔を広げようとする力として作
用するため、遠心力による軸力発生が可能となり、回転
カム部材のトルク差で変換された軸力を増強できる。

【００１１】また本発明は、ローラの外側端面が曲面状
に形成されることを特徴とする。本発明に従えば、ロー
ラの外側端面を曲面状に形成することによって、回転時
の遠心力が作用して、ローラが回転カム部材の半径方向
に変位してリテーナ部材に接触した場合、ローラの外側
端面とリテーナ部材との接触面積を極力少なくできる。
したがって、ローラとリテーナ部材との摩擦力を格段に
減少させることができ、ローラの円滑な転がり運動を実
現することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態の
構成を示す断面図である。入力軸１１は、エンジン等に
よって回転駆動され、回転カム１２も一体的に回転す
る。回転カム１２、１７は、端面が対向するように同じ
Ｘ軸上に配置され、端面の一部には周方向に沿って面間
隔が連続的に変化するように波状のカム面１３、１６が
それぞれ形成される。カム面１３、１６の間には複数
（たとえば４個）のローラ１４が両面に接触するよう
に、Ｘ軸回りの周方向に等間隔（たとえば９０°間隔）
で配置される。

【００１３】ローラ１４の周面は、回転カム１２、１７
の半径方向にローラ径が小さくなるようにテーパー状に
形成され、図１ではテーパー角θ＝２°の例を示す。カ
ム面１３、１６もローラ１４のテーパー形状に合わせ
て、回転カム１２、１７の半径方向（Ｘ軸の垂直方向）
に対して角度θ＝２°で傾斜した直線群から成る傾斜面
として形成されている。

【００１４】回転カム１２、１７およびローラ１４は互
いに一定の押圧力で密着するように、たとえば回転カム
１７の背面が皿ばね等によって押圧される。

【００１５】リテーナ１５は、円板にローラ１４の外形
より僅かに大きい矩形状の保持孔を周方向に沿って等間
隔で形成したものであり、これらの保持孔にローラ１４
を挿着することによって、ローラ１４の回転を許容しつ
つ、ローラ１４同士の相対位置を保持している。

【００１６】出力軸１８は、回転カム１７とともに一体
的に回転し、回転カム１７の軸方向変位を許容するため
にスプライン軸として構成され、負荷側に連結される。

【００１７】さらに、回転カム１７に発生する軸力を利
用する装置の一例として、クラッチ装置２０が連結され
る。クラッチ装置２０は、回転カム１７と共に回転する
クラッチ板２１と、クラッチ板２１に対して僅かな隙間
を隔てて対向配置されたクラッチ板２２と、クラッチ板
２２と共に回転し、出力軸１８と分離するように中空状
に形成された出力軸２３などで構成されている。

【００１８】次に動作を説明する。軽負荷状態で回転カ
ム１２、１７が定常回転している場合は、ローラ１４は
カム面１３、１６の谷に位置した状態で回転カム１２、
１７と一体的にＸ軸回りに公転する。

【００１９】次に入力軸１１に正のトルクが入ると、回
転カム１２が回転カム１７より先行して回転するため、
両者の相対的角変位に伴ってローラ１４が周方向に転が
り、カム面１３、１６の斜面を乗り上がろうとする。す
ると、カム面１３、１６の面間隔が広がろうとして、回
転カム１７が軸方向に押圧されて、Ｘ軸方向の軸力Ｆが
発生する。こうして入力軸１１と出力軸１８のトルク差
にほぼ比例した軸力Ｆを発生させることができる。

【００２０】回転カム１７に発生した軸力Ｆはクラッチ
板２１に伝達し、クラッチ板２２に対して押圧する力と
なって作用して、クラッチ板２１、２２は互いに摩擦で
連結し、出力軸２３から回転力が取り出される。

【００２１】一方、回転が高速になると、遠心力によっ
てローラ１４が回転半径方向に動こうとするが、ローラ
１４およびカム面１３、１６をテーパー状に形成してい
るため、ローラ１４の動きがカム面１３、１６によって
拘束される。そのため、ローラ１４の外側端面がリテー
ナ１５に接触することが無くなり、両者間の摩擦力が発
生しない。したがって、高速回転時でもローラ１４の転
がりを円滑に保つことができる。

【００２２】さらに回転が高速になると、ローラ１４自
体の遠心力がカム面１３、１６の面間隔を広げる方向に
作用するため、遠心力による軸力発生が可能となる。

【００２３】なお、ここでは軸力発生装置をクラッチ装
置２０に連結する例を示したが、その他にブレーキ装置
などの各種機構に応用が可能である。

【００２４】図２は、本発明の第２実施形態の構成を示
す断面図である。この構成は図１のものと同様であり、
ローラ１４およびカム面１３、１６のテーパー角θ＝３
°の例を示している。テーパー角θを大きくすると、カ
ム面１３、１６によるローラ１４の拘束力が大きくなる
とともに、遠心力による軸力発生の変換効率が向上する
という利点があり、図１に示すテーパー角θ＝２°の構
成と比べて高速回転に対応した構成となる。

【００２５】図３は、ローラ１４の形状が平行ローラで
あって、外側端面が曲面状に形成されている構成を示す
断面図である。

【００２６】ローラ１４の周面は一定のローラ径を持つ
円筒状に形成され、カム面１３、１６もローラ１４の形
状に合わせて、回転カム１２、１７の半径方向に平行な
直線群から成る傾斜面に形成されている。さらに、ロー
ラ１４の外側端面は、外側に凸状の曲面状に形成され、
リテーナ１５の保持孔の内面に対してほぼ点接触となる
ように構成される。

【００２７】こうした構成によって、回転時の遠心力に
よってローラ１４が外側に動いて、その外側端面がリテ
ーナ１５と接触した場合、従来よりも接触面積を格段に
低減化できるため、ローラ１４とリテーナ１５との間の
摩擦力を大きく減少させることができ、ローラ１４の円
滑な転がりを維持できる。

【００２８】図４は、本発明の第３実施形態の構成を示
す断面図である。全体構成は図１のものと同様である
が、ローラ１４がテーパーローラであって、かつローラ
１４の外側端面が曲面状に形成されている点が相違す
る。

【００２９】ローラ１４の周面は外側のローラ径が細く
なる角度θ＝２°のテーパー形状に形成され、カム面１
３、１６もローラ１４のテーパー形状に合わせた傾斜面
に形成されている。ローラ１４の外側端面は、外側に凸
状の曲面状に形成され、リテーナ１５の保持孔の内面に
対してほぼ点接触となるように構成される。

【００３０】こうした構成によって、回転時の遠心力に
よってローラ１４が外側に動こうとするが、テーパーの
付いたカム面１３、１６によって拘束されるため、ロー
ラ１４の外側端面とリテーナ１５との接触を防止でき
る。さらに、何らかの原因で回転カム１７が軸力発生に
伴って軸方向に変位すると、カム面１３、１６の面間隔
が広がって、ローラ１４の位置が拘束位置よりさらに外
側に変位することがある。この場合でも、ローラ１４の
外側端面が曲面状であるため、リテーナ１５との摩擦力
を極力小さくでき、滑らかな転がりを実現できる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、回
転時の遠心力が作用して、ローラが回転カム部材の半径
方向に変位しようとしても、ローラ周面がカム面によっ
て拘束されるため、ローラ端面とリテーナ部材との接触
を防止できる。したがって、ローラとリテーナ部材との
摩擦力が殆ど発生しなくなり、ローラの円滑な転がり運
動を実現することができる。

【００３２】さらに、高速回転になるとローラ自体の遠
心力による軸力発生が可能となり、回転カム部材のトル
ク差に起因する軸力を増強できる。

【００３３】また本発明に従えば、回転時の遠心力が作
用して、ローラが回転カム部材の半径方向に変位してリ
テーナ部材に接触した場合、ローラの外側端面とリテー
ナ部材との接触面積を極力少なくできる。したがって、
ローラとリテーナ部材との摩擦力を格段に減少させるこ
とができ、ローラの円滑な転がり運動を実現することが
できる。

【００３４】こうしてローラとリテーナ部材との摩擦力
を低減化して、ローラの円滑な転がり運動を実現し、信
頼性や耐久性に優れた軸力発生装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第２実施形態の構成を示す断面図であ
る。

【図３】ローラ１４の形状が平行ローラであって、外側
端面が曲面状に形成されている構成を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の第３実施形態の構成を示す断面図であ
る。

【図５】従来の軸力発生装置の一例を示す正面図であ
る。

【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１１ 入力軸 １２、１７ 回転カム １３、１６ カム面 １４ ローラ １５ リテーナ １８ 出力軸 ２０ クラッチ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−137398（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−130451（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭39−416（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 25/00 - 25/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する端面にカム面が形成された一対
   の回転カム部材と、 各回転カム部材のカム面に接触し、回転カム部材の相対
   的角変位に応じて周方向に転動可能な複数のローラと、 ローラの回転を許容しつつ、ローラ同士の相対位置を保
   持するリテーナ部材とを備え、 ローラの周面は、回転カム部材の半径方向にローラ径が
   小さくなるようにテーパー状に形成され、 カム面もローラのテーパー形状に合わせた傾斜面に形成
   されることを特徴とする軸力発生装置。
2. 【請求項２】 ローラの外側端面が曲面状に形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の軸力発生装置。