JP5829726B2

JP5829726B2 - 回転伝達装置

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Publication number: JP5829726B2
Application number: JP2014127815A
Authority: JP
Inventors: 幸治秋吉; 齋藤　隆英; 隆英齋藤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: JP2014206279A

Description

この発明は、動力の伝達と遮断の切換えに用いられる回転伝達装置に関する。

ＦＲベースの４輪駆動車において、補助駆動輪としての前輪に駆動力の伝達と遮断とを行う回転伝達装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。

上記特許文献１に記載された回転伝達装置においては、外輪とその内側に組み込まれた内輪との間に制御保持器と回転保持器とを、各保持器に形成された柱部が周方向で交互に配置されるよう組込み、隣接する柱部間に形成されたポケット内に対向一対のローラを組込み、その一対のローラをその対向部間に組み込まれた弾性部材で離反する方向に付勢して、外輪の内周に形成された円筒面と内輪の外周に形成されたカム面に係合する位置にスタンバイさせ、上記内輪の一方向への回転により一方のローラを円筒面およびカム面に係合させ、内輪の回転を外輪に伝達するようにしている。

また、内輪に接続された入力軸上に電磁クラッチを設け、その電磁クラッチにより制御保持器を軸方向に移動させ、その制御保持器のフランジと回転保持器のフランジの対向面間に設けられたトルクカムの作用によりポケットの周方向幅が小さくなる方向に制御保持器と回転保持器とを相対回転させて、各保持器の柱部で一対のローラを係合解除位置まで移動させ、内輪から外輪への回転伝達を遮断するようにしている。

上記回転伝達装置においては、電磁クラッチにより制御保持器のフランジが回転保持器のフランジから離反する方向に制御保持器を移動させると、対向一対のローラ間に組み込まれた弾性部材の押圧作用により制御保持器と回転保持器とがポケットの周方向幅が大きくなる方向に相対回転して対向一対のローラが円筒面およびカム面に直ちに係合するため、回転方向ガタがきわめて小さく、応答性に優れているという特徴を有している。

特開２００９−２９３６７９号公報

ところで、上記特許文献１に記載された回転伝達装置においては、外輪内において制御保持器と回転保持器の全体を収容する構成であるため、軸方向長さの長い外輪を必要として重量も重くなり、その軽量化を図る上において改善すべき点が残されている。また、２方向クラッチを精度よく機能させる上においても改善すべき点が残されている。

この発明の課題は、回転伝達装置の軽量化を図ること、２方向クラッチを精度よく機能させることである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、入力軸と、その入力軸と同軸上に配置された出力軸と、前記入力軸および出力軸の両軸の軸端部を覆うハウジングと、前記ハウジング内に組み込まれて前記入力軸と前記出力軸の相互間において回転の伝達と遮断とを行う２方向クラッチと、前記入力軸上に設けられた電磁石、その電磁石に対向配置されたロータおよびそのロータに対向配置されたアーマチュアを有し、前記電磁石に対する通電によりアーマチュアを軸方向に移動させてロータに吸着させる電磁クラッチを有し、前記アーマチュアの前記ロータに対する軸方向への吸着移動により前記２方向クラッチを係合解除させて回転遮断状態とし、前記電磁石に対する通電の解除により前記２方向クラッチを係合させて回転伝達状態とするトルクカムを備えた回転伝達装置において、前記２方向クラッチと前記電磁クラッチの軸方向の対向部間に前記トルクカムを配置した構成を採用したのである。

上記のように、２方向クラッチを制御するトルクカムを２方向クラッチと電磁クラッチの軸方向の対向部間に配置することによって、回転伝達装置の軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。

また、アーマチュアを軸方向に間隔をおいた２箇所でもってスライド自在に支持することになり、アーマチュアをロータに対して常に平行状態に保持することができる。

このため、アーマチュアとロータとの対向面間に形成される磁気吸引隙間は周方向の全体にわたって均一な大きさとされ、電磁石への通電によってアーマチュアをロータに確実に磁気吸引することができ、ローラの係合および係合解除を精度よく行うことができる。

ここで、入力軸を非磁性金属により形成し、あるいは、入力軸に非磁性体からなるリングを嵌合してアーマチュアを移動自在に支持することにより、アーマチュアから入力軸に磁束が漏れるのを防止するため、電磁石として小型のものを採用することができる。

上記非磁性体は、非磁性金属であってもよく、樹脂であってもよい。樹脂を採用する場合において、ポリアセタール(ＰＯＭ)、ポリアミド(ＰＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)等の自己潤滑性樹脂を採用することにより、アーマチュアの摺動抵抗を低減し、そのアーマチュアを軸方向にスムーズに移動させることができる。

この発明においては、上記のように、２方向クラッチを制御するトルクカムを２方向クラッチと前記電磁クラッチの軸方向の対向部間に配置することによって、回転伝達装置の軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。

また、アーマチュアを軸方向に間隔をおいた２箇所でもってスライド自在に支持したことになり、アーマチュアをロータに対して常に平行状態に保持することができるため、アーマチュアとロータとの対向面間に形成される磁気吸引隙間を周方向の全体にわたって均一な大きさとすることができ、電磁石への通電によってアーマチュアをロータに確実に磁気吸引することができ、２方向クラッチを精度よく機能させることができる。

この発明に係る回転伝達装置の実施の形態を示す縦断正面図図１の一部を拡大して示す断面図アーマチュアを移動自在に支持するスライド案内部の他の例を示す断面図アーマチュアを移動自在に支持するスライド案内部の他の例を示す断面図図１のV−V線に沿った断面図図１のVI−VI線に沿った断面図（ａ）は、図６のVII−VII線に沿った断面図、(ｂ)は弾性部材の他の例を示す断面図図１のVIII−VIII線に沿った断面図 (ｃ)は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図、(ｄ)は、作動状態を示す平面図図１のX-X線に沿った断面図図１０のXI-XI線に沿った断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る回転伝達装置の実施の形態を示す。図示のように、回転伝達装置は、ハウジング１と、ハウジング１内に収容された２方向クラッチ１０およびその２方向クラッチ１０の係合、解除を制御する電磁クラッチ５０とからなる。

ハウジング１は円筒状をなし、その一端部には小径の軸受筒２が設けられ、他端には外向きの取付フランジ３が形成されている。

図１および図５に示すように、２方向クラッチ１０は、外輪１１の内周に円筒面１２を設け、外輪１１の内側に組み込まれた内輪１３の外周に複数のカム面１４を周方向に等間隔に形成し、その複数のカム面１４のそれぞれと円筒面１２間に一対のローラ１５を組込み、そのローラ１５を保持器１６で保持し、上記内輪１３の一方向への回転により一対のローラ１５の一方を円筒面１２およびカム面１４に係合させて内輪１３の回転を外輪１１に伝達し、また、内輪１３の他方向への回転時に他方のローラ１５を円筒面１２およびカム面１４に係合させて内輪１３の回転を外輪１１に伝達するようにしている。

ここで、外輪１１は閉塞端を有し、その閉塞端に出力軸１７が設けられ、その出力軸１７がハウジング１の軸受筒２内に挿通されて端部が外部に臨んでおり、上記軸受筒２内に出力軸１７を回転自在に支持する軸受４と波ばね５とが組み込まれている。

また、外輪１１には閉塞端部の内面側に小径の凹部１８が形成され、その凹部１８内に組み込まれた軸受１９によって外輪１１と内輪１３は相対的に回転自在とされている。

図５に示すように、内輪１３の外周に形成されたカム面１４は、相反する方向に傾斜する一対の傾斜面１４ａ、１４ｂから形成されて外輪１１の円筒面１２との間に周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成しており、上記一対の傾斜面１４ａ、１４ｂ間には内輪１３の接線方向に向く平坦なばね支持面２０が設けられ、そのばね支持面２０によって弾性部材２１が支持されている。

弾性部材２１として、図７(ａ)では、断面が長方形の矩形コイルばねが示されているが、弾性部材２１はこれに限定されるものではない。例えば、図７(ｂ)に示すように、断面が長円形の長円形コイルばねであってもよい。これらの弾性部材２１は長辺部がばね支持面２０で支持されるようにして一対のローラ１５間に組込まれ、その弾性部材２１により一対のローラ１５は長さ方向のほぼ全長にわたり押圧されて、離反する方向に付勢されている。

図１に示すように、内輪１３には非磁性金属からなる入力軸２２の軸端部が嵌合され、その嵌合部に形成されたセレーション２３によって内輪１３と入力軸２２は相対的に回り止めされている。

保持器１６は、制御保持器１６Ａと、回転保持器１６Ｂとからなる。図１および図８に示すように、制御保持器１６Ａは、環状のフランジ２４の片面外周部にカム面１４と同数の柱部２５を周方向に等間隔に設け、その隣接する柱部２５間に円弧状の長孔２６を形成し、外周には柱部２５と反対向きに筒部２７を設けた構成とされている。

一方、回転保持器１６Ｂは、環状のフランジ２８の外周にカム面１４と同数の柱部２９を周方向に等間隔に設けた構成とされている。

制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂは、制御保持器１６Ａの長孔２６内に回転保持器１６Ｂの柱部２９が挿入されて、その柱部２５、２９が周方向に交互に並ぶ組み合わせとされている。そして、その組み合わせ状態で柱部２５、２９の先端部が外輪１１と内輪１３間に配置され、制御保持器１６Ａのフランジ２４および回転保持器１６Ｂのフランジ２８が入力軸２２の外周に設けられたフランジ３０と外輪１１間に位置する組込みとされている。

上記のような保持器１６Ａ、１６Ｂの組込みによって、図５に示すように、制御保持器１６Ａの柱部２５と回転保持器１６Ｂの柱部２９間にポケット３１が形成され、そのポケット３１は内輪１３のカム面１４と径方向で対向し、各ポケット３１内に対向一対のローラ１５および弾性部材２１が組込まれている。

図１に示すように、制御保持器１６Ａのフランジ２４および回転保持器１６Ｂのフランジ２８は入力軸２２の外周に形成されたスライド案内面３２に沿ってスライド自在に支持され、上記回転保持器１６Ｂのフランジ２８と入力軸２２のフランジ３０間にスラスト軸受３３が組み込まれている。

図２、図８および図９(ｄ)に示すように、制御保持器１６Ａのフランジ２４と回転保持器１６Ｂのフランジ２８間には、トルクカム４０が設けられている。トルクカム４０は、制御保持器１６Ａのフランジ２４と回転保持器１６Ｂのフランジ２８の対向面それぞれに周方向の中央部で深く両端に至るに従って次第に浅くなる対向一対のカム溝４１、４２を設け、一方のカム溝４１の一端部と他方のカム溝４２の他端部間にボール４３を組み込んだ構成としている。

カム溝４１、４２として、ここでは円弧状の溝を示したが、Ｖ溝であってもよい。

上記トルクカム４０は、制御保持器１６Ａのフランジ２４が回転保持器１６Ｂのフランジ２８に接近する方向に制御保持器１６Ａが軸方向に移動した際に、図９（ｃ）に示すように、ボール４３がカム溝４１、４２の溝深さの最も深い位置に向けて転がり移動し、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂをポケット３１の周方向幅が小さくなる方向に相対回転させるようになっている。

図１および図６に示すように、内輪１３の他側面には円筒部４５が形成され、その円筒部４５に環状の保持プレート４６が嵌合されて内輪１３に固定されている。保持プレート４６の外周面には制御保持器１６Ａの柱部２５と回転保持器１６Ｂの柱部２９間の各ポケット３１内に配置される複数の回り止め片４７が形成されている。

複数の回り止め片４７は、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂとがポケット３１の周方向幅を縮小する方向に相対回転した際に、制御保持器１６Ａの柱部２５および回転保持器１６Ｂの柱部２９を両側縁で受け止めて対向一対のローラ１５を中立位置に保持するようになっている。

図６および図７に示すように、保持プレート４６の外周部には複数の弾性部材２１のそれぞれ外径側に張り出すばね押えアーム４８が設けられ、そのばね押えアーム４８によって弾性部材２１は一対のローラ１５間より外径側に逃げでるのが防止されている。

図１に示すように、電磁クラッチ５０は、制御保持器１６Ａに形成された筒部２７の端面と軸方向で対向するアーマチュア５１と、そのアーマチュア５１と軸方向で対向するロータ５２と、そのロータ５２と軸方向で対向する電磁石５３とを有している。

図２に示すように、アーマチュア５１は、入力軸２２のフランジ３０の外周に形成されたスライド案内面５４に嵌合されて回転自在かつスライド自在に支持され、そのアーマチュア５１の外周部に連結筒５５が形成され、その連結筒５５の内径面に制御保持器１６Ａの筒部２７が圧入されて制御保持器１６Ａとアーマチュア５１が連結一体化されている。その連結によってアーマチュア５１は、フランジ３０の外周のスライド案内面５４と入力軸２２の外周のスライド案内面３２の軸方向の２箇所においてスライド自在の支持とされている。

ロータ５２は、入力軸２２に嵌合され、そのロータ５２と入力軸２２の外周に設けられたフランジ３０との間に位置決めリング５６が設けられて軸方向に位置決めされ、かつ、入力軸２２に対して回り止めされている。

図１に示すように、電磁石５３は、電磁コイル５３ａと、その電磁コイル５３ａを支持するコア５３ｂとからなり、上記コア５３ｂはハウジング１の他端部開口内に嵌合され、ハウジング１の他端部開口内に取付けた止め輪５７によって抜止めされている。また、コア５３ｂは入力軸２２に嵌合された軸受８０を介して入力軸２２と相対的に回転自在とされている。

図１０および図１１に示すように、コア５３ｂは開口部内にほぼぴったりと嵌まり込む嵌合とされてカバーを兼用している。また、コア５３ｂの外周には突出部５８が設けられ、その突出部５８はハウジング１の他端開口部の内周に形成された回り止め溝５９に嵌合し、その嵌合によりコア５３ｂは回り止めされ、電磁コイル５３ａから引き出されたリード線(図示省略)に捩じれが生じて断線することのないようにされている。

図１に示すように、ハウジング１の軸受筒２から外側に位置する出力軸１７の端部にはダストカバー６０が嵌合されている。ダストカバー６０は、出力軸１７の外径面に嵌合される円筒部６１の一端に軸受筒２の端面と軸方向で対向する円板部６２を設け、その円板部６２の外周に軸受筒２の端部外周を覆う筒部６３を設けた構成とされて、軸受筒２内に異物が侵入するのを防止している。

実施の形態で示す回転伝達装置は上記の構造からなり、図１は、電磁石５３の電磁コイル５３ａに対する通電の遮断状態を示し、アーマチュア５１はロータ５２から離反する状態にある。また、２方向クラッチ１０の対向一対のローラ１５は、図５に示すように、外輪１１の円筒面１２および内輪１３のカム面１４に対して係合するスタンバイ位置に位置している。なお、図１では、アーマチュア５１とロータ５２は密着した状態が示されているが、実際には両者間に隙間が存在している。

２方向クラッチ１０のスタンバイ状態において、電磁コイル５３ａに通電すると、アーマチュア５１に吸引力が作用し、アーマチュア５１が軸方向に移動してロータ５２に吸着される。

ここで、アーマチュア５１は制御保持器１６Ａに連結一体化されているため、アーマチュア５１の軸方向への移動に伴って制御保持器１６Ａは、そのフランジ２４が回転保持器１６Ｂのフランジ２８に接近する方向に移動する。

このとき、図９（ｄ）に示すボール４３が図９(ｃ)に示すように、カム溝４１、４２の溝深さの最も深い位置に向けて転がり移動し、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂはポケット３１の周方向幅が小さくなる方向に相対回転し、図５に示す対向一対のローラ１５が制御保持器１６Ａの柱部２５と回転保持器１６Ｂの柱部２９で押されて互いに接近する方向に移動する。このため、ローラ１５は円筒面１２およびカム面１４から係合解除して中立状態となり、２方向クラッチ１０は係合解除状態とされる。

２方向クラッチ１０の係合解除状態において、入力軸２２に回転トルクを入力して内輪１３を一方向に回転すると、保持プレート４６に形成された回り止め片４７が制御保持器１６Ａの柱部２５と回転保持器１６Ｂの柱部２９の一方を押圧するため、内輪１３と共に制御保持器１６Ａおよび回転保持器１６Ｂが回転する。このとき、対向一対のローラ１５は係合解除された中立位置に保持されているため、内輪１３の回転は外輪１１に伝達されず、内輪１３はフリー回転する。

ここで、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂがポケット３１の周方向幅を小さくなる方向に相対回転すると、制御保持器１６Ａの柱部２５と回転保持器１６Ｂの柱部２９が保持プレート４６の回り止め片４７の両側縁に当接して相対回転量が規制される。

このため、弾性部材２１は必要以上に収縮することはなくなり、伸長と収縮が繰り返し行われても疲労によって破損するようなことはない。

内輪１３のフリー回転状態において、電磁コイル５３ａに対する通電を解除すると、アーマチュア５１は吸着が解除されて回転自在となる。その吸着解除により、弾性部材２１の押圧によって制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂがポケット３１の周方向幅が大きくなる方向に相対回転し、対向一対のローラ１５のそれぞれが、図５に示すように、円筒面１２およびカム面１４に係合するスタンバイ状態とされ、その対向一対のローラ１５の一方を介して内輪１３と外輪１１の相互間で一方向の回転トルクが伝達される。

ここで、入力軸２２を停止して、その入力軸２２の回転方向を切換えると、他方のローラ１５を介して内輪１３の回転が外輪１１に伝達される。

このように、電磁コイル５３ａに対する通電の遮断により、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂがポケット３１の周方向幅が大きくなる方向に相対回転して、対向一対のローラ１５のそれぞれが円筒面１２およびカム面１４に直ちに噛み込むスタンバイ状態とされるため、回転方向ガタは小さく、内輪１３の回転を外輪１１に直ちに伝達することができる。

また、内輪１３から外輪１１への回転トルクの伝達は、カム面１９と同数のローラ１５を介して行われるため、内輪１３から外輪１１に大きな回転トルクを伝達することができる。

なお、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂがポケット３１の周方向幅が大きくなる方向に相対回転すると、ボール４３は対向一対のカム溝４１、４２の浅溝部に向けて転がり移動して、図９（ｄ）に示す状態となる。

図１に示す実施の形態では、制御保持器１６Ａおよび回転保持器１６Ｂを、その柱部２５、２９が外輪１１と内輪１３間に位置し、軸方向で対向するフランジ２４，２８が外輪１１とアーマチュア５１間に配置される組込みとしているため、外輪１１の軸方向長さのコンパクト化と軽量化とを図ることができる。

また、アーマチュア５１に設けた連結筒５５と制御保持器１６Ａのフランジ外周部に形成された筒部２７とを圧入による嵌合として一体化し、そのアーマチュア５１の内径面を入力軸２２のフランジ３０外周面に形成されたスライド案内面５４でスライド自在に支持し、かつ、制御保持器１６Ａのフランジ内径面を入力軸２２の外周に形成されたスライド案内面３２で移動自在に支持したことによって、アーマチュア５１をロータ５２に対して常に平行状態に保持することができ、電磁石５３への通電によってアーマチュア５１をロータ５２に確実に磁気吸引することができる。このため、ローラ１５の係合および係合解除を精度よく行うことができる。

さらに、実施の形態では、入力軸２２を非磁性金属により形成しているため、アーマチュア５１から入力軸２２に磁束が漏れるのを防止するため、電磁石５３として小型のものを採用することができる。

実施の形態では、上記のように、入力軸２２を非磁性金属で形成したが、上記入力軸２２を磁性金属で形成し、その入力軸２２に、図３に示すように、非磁性金属リング７０を嵌合し、あるいは、図４に示すように、樹脂リング７１を嵌合して磁束の漏洩を防止するようにしてもよい。

樹脂リング７１を採用する場合において、ポリアセタール(ＰＯＭ)、ポリアミド(ＰＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)等の自己潤滑性樹脂を採用することにより、アーマチュア５１の摺動抵抗を低減し、そのアーマチュア５１を軸方向にスムーズに移動させることができることになる。

図３に示す非磁性金属リング７０および図４に示す樹脂リング７１のいずれのリングも入力軸２２の外周に形成された段部７２で軸方向に位置決めして、その入力軸２２に固定する。

１ハウジング
１０２方向クラッチ
１６Ａ制御保持器
１６Ｂ回転保持器
２２入力軸
２７筒部
３２スライド案内面
４０トルクカム
５０電磁クラッチ
５１アーマチュア
５２ロータ
５３電磁石
５４スライド案内面
５５連結筒

Claims

入力軸と、
その入力軸と同軸上に配置された出力軸と、
前記入力軸および出力軸の両軸の軸端部を覆うハウジングと、
前記ハウジング内に組み込まれて前記入力軸と前記出力軸の相互間において回転の伝達と遮断とを行う２方向クラッチと、
前記ハウジングの端部開口内に嵌合されて前記入力軸に対して回転自在に設けられた電磁石、その電磁石に対向配置されたロータおよびそのロータに対向配置されたアーマチュアを有し、前記電磁石に対する通電によりアーマチュアを軸方向に移動させてロータに吸着させる電磁クラッチを有し、
前記アーマチュアの前記ロータに対する軸方向への吸着移動により前記２方向クラッチを係合解除させて回転遮断状態とし、前記電磁石に対する通電の解除により前記２方向クラッチを係合させて回転伝達状態とするトルクカムを備えた回転伝達装置において、
前記２方向クラッチと前記電磁クラッチの軸方向の対向部間に前記トルクカムを配置し、前記２方向クラッチが、制御保持器と回転保持器を有し、その両保持器の相対回転によりローラを係合および係合解除するローラクラッチからなり、前記トルクカムが、前記制御保持器の電磁クラッチ側への軸方向への移動により回転保持器を相対回転させて２方向クラッチを係合解除させる構成とされ、前記制御保持器が、前記回転保持器との間で前記トルクカムを形成するフランジ部と、そのフランジ部の外周部に設けられて回転により前記ローラを押圧して係合解除する複数の柱部と、その柱部とは逆向きに設けられたアーマチュア連結用筒部を有してなることを特徴とする回転伝達装置。
前記制御保持器の筒部を前記アーマチュアの外周部に設けられた連結筒に圧入固定した請求項１に記載の回転伝達装置。
前記入力軸には前記アーマチュアの内径面を移動自在に支持するスライド案内面と、前記制御保持器の内径面を移動自在に支持するスライド案内面を設けた請求項２に記載の回転伝達装置。