JP6013056B2 - 回転伝達装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転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。

駆動軸から従動軸への回転の伝達と遮断とを行う回転伝達装置として、２方向クラッチを有し、その２方向クラッチの係合および解除を電磁クラッチにより制御するようにしたものが従来から知られている。

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、内輪が設けら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、制御保持器および回転保持器の全体を熱処理して硬度を高めると、靱性が低下し、ローラを中立位置に押圧変位させる際、柱部の付け根部分に応力が集中して亀裂が生じ易くなる。このため、制御保持器および回転保持器は、熱処理することのない未処理の状態で用いるようにしている。

この場合、トルクカムを形成するカム溝のボールが転がり移動する表面の硬度が低いため、ボールとの接触によってその表面が摩耗し易い。また、ボールと接触する部位に窪みが生じ、その窪みに対するボールの係合により制御保持器と回転保持器の相対回転が阻害されて２方向クラッチの機能に影響を及ぼし、それぞれの保持器の耐久性を向上させる上において改善すべき点が残されている。

この発明の課題は、制御保持器および回転保持器の耐久性の向上を図ることである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、入力軸から、その入力軸と同軸上に配置された出力軸への回転の伝達と遮断とを行なう２方向クラッチおよびその２方向クラッチの係合および解除を制御する電磁クラッチを有し、前記２方向クラッチが、フランジの片面外周部に柱部を設けた制御保持器およびフランジの片面外周部に柱部を設けた回転保持器を有し、その両保持器の軸方向で対向するフランジ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を設け、そのカム溝間にボールを組込んで、前記制御保持器の軸方向への移動により制御保持器と回転保持器とを相対回転させて、制御保持器の柱部と回転保持器の柱部間に組み込まれた係合子を、出力軸の軸端部に設けられた外輪の内周と入力軸の軸端部に設けられた内輪の外周に係合させる構成とされ、前記電磁クラッチが、電磁石を有し、その電磁石に対する通電により２方向クラッチの制御保持器を軸方向に移動させるようにした回転伝達装置において、前記制御保持器および回転保持器に形成された前記カム溝の表面のみを熱処理して硬度を高めるようにした構成を採用したのである。

上記のように、制御保持器および回転保持器のカム溝の表面のみを熱処理する局部的な熱処理とすることにより、柱部の付け根に影響を与えることがなく、その付け根の靱性を確保する状態でカム溝表面の硬度を高めることができる。このため、カム溝の表面の摩耗や変形および柱部の付け根の損傷を防止し、耐久性に優れた保持器を得ることができる。

ここで、熱処理深さを、０．３〜０．８ｍｍの範囲とすることにより、柱部の付け根に与える影響を効果的に避けることができる。また、トルクカムを制御保持器および回転保持器の柱部に対して周方向に位置をずらして形成しておくと、柱部への熱処理の影響をより効果的に避けることができる。

上記熱処理として、高周波焼入れやレーザー焼入れを採用することができる。

この発明においては、上記のように、制御保持器および回転保持器に形成されたカム溝の表面のみを熱処理したことにより、柱部の付け根の靱性を確保する状態でカム溝の表面のみを局部的に硬化させることができ、カム溝表面の摩耗や変形および柱部の付け根の損傷を防止し、耐久性に優れた制御保持器および回転保持器を図ることができる。

この発明に係る回転伝達装置の実施の形態を示す縦断面図 図１の２方向クラッチ部を拡大して示す断面図 図２のトルクカム部を拡大して示す断面図 （ａ）は、図１のIV−IV線に沿った断面図、（ｂ）は、ローラの係合状態を示す断面図 図１のV−V線に沿った断面図 図５のVI−VI線に沿った断面図 図１のVII−VII線に沿った断面図 （ｃ）は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図、（ｄ）は、（ｃ）の作動状態

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、入力軸１と、その入力軸１と同軸上に配置された出力軸２と、その両軸の軸端部を覆うハウジング３と、そのハウジング３内に組み込まれて入力軸１から出力軸２への回転の伝達と遮断とを行なう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３は円筒状をなし、その一端部には小径の軸受筒４が設けられ、その軸受筒４内に組み込まれた軸受５によって出力軸２が回転自在に支持されている。

図１、図２および図４に示すように、２方向クラッチ１０は、出力軸２の軸端部に設けられた外輪１１の内周に円筒面１２を設け、入力軸１の軸端部に設けられた内輪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間に係合子としての一対のローラ１５と弾性部材２０とを組込み、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の閉塞端部の内面側には小径の凹部１７が形成され、その凹部１７内に組み込まれた軸受１８によって入力軸１の軸端部が回転自在に支持されている。

内輪１３は入力軸１に一体に形成されている。その内輪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１９が設けられ、そのばね支持面１９によって弾性部材２０が支持されている。

弾性部材２０はコイルばねからなる。この弾性部材２０は一対のローラ１５間に配置される組込みとされ、その弾性部材２０で一対のローラ１５は離反する方向に付勢されて、円筒面１２およびカム面１４に係合するスタンバイ位置に配置されている。

保持器１６は、制御保持器１６Ａと、回転保持器１６Ｂとからなる。図２および図７に示すように、制御保持器１６Ａは、環状のフランジ２１の片面外周部にカム面１４と同数の柱部２２を周方向に等間隔に設け、その隣接する柱部２２間に円弧状の長孔２３を形成し、外周には柱部２２と反対向きに筒部２４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２５の外周にカム面１４と同数の柱部２６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２３内に回転保持器１６Ｂの柱部２６が挿入されて、その柱部２２、２６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２２、２６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２１および回転保持器１６Ｂのフランジ２５が入力軸１の外周に嵌合された支持リング２８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４に示すように、制御保持器１６Ａの柱部２２と回転保持器１６Ｂの柱部２６間にポケット２７が形成され、そのポケット２７は内輪１３のカム面１４と径方向で対向し、各ポケット２７内に対向一対のローラ１５および弾性部材２０が組込まれている。

図２に示すように、制御保持器１６Ａのフランジ２１および回転保持器１６Ｂのフランジ２５は入力軸１の外周に形成されたスライド案内面２９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２５と入力軸１に嵌合された上述の支持リング２８間にスラスト軸受３０が組み込まれている。

スラスト軸受３０は、回転保持器１６Bが電磁クラッチ５０側に移動するのを防止する状態で、その回転保持器１６Ｂを回転自在に支持している。

図２および図７に示すように、制御保持器１６Ａのフランジ２１と回転保持器１６Ｂのフランジ２５間には、トルクカム４０が設けられている。図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、トルクカム４０は、制御保持器１６Ａにおけるフランジ２１と回転保持器１６Ｂにおけるフランジ２５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、その対向一対のカム溝４１、４２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２１が回転保持器１６Ｂのフランジ２５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８（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２７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２、図５および図６に示すように、内輪１３の軸方向一端面とスライド案内面２９の交差部には、そのスライド案内面２９より大径の円筒形のホルダ嵌合面４４が形成され、そのホルダ嵌合面４４にばねホルダ４５が嵌合されている。

ばねホルダ４５は、ホルダ嵌合面４４に対して回り止めされ、かつ、軸方向に非可動の支持とされ、その外周には、制御保持器１６Ａの柱部２２と回転保持器１６Ｂの柱部２６間に配置される複数の回り止め片４６が形成されている。

複数の回り止め片４６は、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂとがポケット２７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２２および回転保持器１６Ｂの柱部２６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。

ばねホルダ４５の外周部には複数の弾性部材２０のそれぞれ外径側に張り出すばね保持片４７が設けられ、そのばね保持片４７によって弾性部材２０は一対のローラ１５間より外径側に逃げ出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２４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、支持リング２８の外周に嵌合されて回転自在に、かつ、スライド自在に支持され、そのアーマチュア５１の外周部に設けられた連結筒５５の内径面に制御保持器１６Ａの筒部２４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、支持リング２８の円筒状外径面５４と入力軸１の外周のスライド案内面２９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。

ここで、支持リング２８は、入力軸１のスライド案内面２９の軸方向他側に形成された段部３１によって軸方向に位置決めされている。

ロータ５２は、入力軸１に嵌合され、上記支持リング２８との間に組み込まれたシム５６によって軸方向に位置決めされ、かつ、入力軸１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３の他端開口内に嵌合され、そのハウジング３の他端部開口内に取付けた止め輪６によって抜止めされている。また、コア５３ｂは入力軸１に嵌合された軸受５７を介して入力軸１と相対的に回転自在とされている。

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に示す電磁クラッチ５０の電磁コイル５３ａに対する通電の遮断状態で、２方向クラッチ１０のローラ１５は、図４（ｂ）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に係合する状態にある。

このため、入力軸１が一方向に回転すると、その回転は内輪１３から対向一対のローラ１５の一方を介して外輪１１に伝達され、出力軸２が入力軸１と同方向に回転する。また、入力軸１が逆方向に回転すると、その回転は他方のローラ１５を介して出力軸２に伝達される。

２方向クラッチ１０の係合状態で、電磁クラッチ５０の電磁コイル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。

このとき、アーマチュア５１と制御保持器１６Ａとは、連結筒５５と筒部２４の嵌合によって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２１が回転保持器１６Ｂのフランジ２５に接近する方向に移動する。

制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂの相対移動により、図８（ｄ）に示すボール４３が、図８（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２７の周方向幅が小さくなる方向に相対回転する。

制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂの相対回転により、図４（ｂ）に示す対向一対のローラ１５は制御保持器１６Ａの柱部２２と回転保持器１６Ｂの柱部２６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、図４（ａ）に示すように、円筒面１２およびカム面１４に対して係合解除する中立位置に変位し、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１に回転トルクを入力して、その入力軸１を一方向に回転させると、ばねホルダ４５に形成された回り止め片４６が制御保持器１６Ａの柱部２２と回転保持器１６Ｂの柱部２６の一方を押圧するため、入力軸１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、入力軸１の回転は外輪１１に伝達されず、入力軸１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２７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２２と回転保持器１６Ｂの柱部２６がばねホルダ４５の回り止め片４６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２０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。

入力軸１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２０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２７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４（ｂ）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の一方を介して入力軸１の回転が出力軸２に伝達される。

ここで、入力軸１を停止して、その入力軸１の回転方向を切換えると、他方のローラ１５を介して入力軸１の回転が出力軸２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２７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、入力軸１から出力軸２への回転トルクの伝達は、カム面１４と同数のローラ１５を介して行われるため、入力軸１から出力軸２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２７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８（ｄ）に示す状態となる。

上記のように、電磁クラッチ５０を電磁石５３に対する通電の遮断によってＯＦＦにすると２方向クラッチ１０が係合し、電磁クラッチ５０を電磁石５３に対する通電によりＯＮにすると２方向クラッチ１０が係合解除するため、フェールセーフ機構が求められる用途にきわめて有効である。

ここで、図８に示すトルクカム４０においては、上述のように、電磁クラッチ５０の電磁コイル５３ａに対する通電および解除により、ボール４３がカム溝４１、４２に沿って転がり移動して制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂとを相対回転させるようになっており、その相対回転時、ボール４３は弾性部材２０の弾性力が常に負荷される状態で転がり移動するため、カム溝４１、４２の表面の硬度が低いと、その表面が摩耗し、あるいは、変形する可能性がある。

ここで、カム溝４１、４２の表面が変形すると、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂの相対回転が阻害されて、２方向クラッチ１０を精度よく作動させることができなくなり、その２方向クラッチ１０を精度よく機能させるため、制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂの耐久性を考慮する必要がある。

耐久性の向上には、熱処理する方法が一般的に採用される。しかし、制御保持器１６Ａおよび回転保持器１６Ｂの全体を熱処理すると、靱性が低下し、ローラ１５を中立位置に押圧変位させる際、柱部２２、２６の付け根部分に応力が集中して亀裂が生じ易くなる。

そこで、実施の形態においては、カム溝４１、４２の表面のみを熱処理して、図３に示すように、カム溝４１、４２の表層部に硬化層６０を形成している。このとき、熱処理深さδが必要以上に深くなると、柱部２２、２６の付け根部に影響を及ぼして強度を低下させるため、その熱処理深さδは、０．３〜０．８ｍｍの範囲としている。

上記のように、カム溝４１、４２の表面のみを熱処理する局部的な熱処理とすることにより、柱部２２、２６の付け根部の靱性を確保する状態でカム溝４１、４２の表面のみを局部的に硬化させることができ、カム溝４１、４２表面の摩耗や変形および柱部２２、２６の付け根の損傷を防止し、制御保持器１６Ａおよび回転保持器１６Ｂの耐久性を向上させることができる。

ここで、熱処理として、高周波焼入れやレーザー焼入れを採用することができる。そのような焼入れを採用するため、制御保持器１６Ａおよび回転保持器１６Ｂのそれぞれは炭素鋼で形成されている。炭素鋼として、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣＭ，ＳＵＪ２等を挙げることができる。

図７に示すように、トルクカム４０を制御保持器１６Ａおよび回転保持器１６Ｂの柱部２２、２６に対して周方向に位置ずらして形成しておくと、柱部２２、２６への熱処理の影響をより効果的に避けることができる。

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２２、２６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２１，２５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。

実施の形態における回転伝達装置においては、２方向クラッチ１０として、電磁石５３に対する通電により制御保持器１６Ａを軸方向に移動させて、その制御保持器１６Ａと回転保持器１６Ｂを相対回転させ、柱部２２、２６間に組み込まれた係合子としてのローラ１５を外輪１１の内周と内輪１３の外周に係合させるようにしたローラタイプのものを示したが、２方向クラッチはこれに限定されるものではない。例えば、径の異なる一対の保持器を内外に配置し、径の大きな外側保持器を制御保持器と回転保持器とで形成し、電磁クラッチの電磁石に対する通電の遮断により、制御保持器の柱部と回転保持器の柱部間に組み込まれた係合子としての一対のスプラグを、その対向部間に組み込まれた弾性部材により外輪の内周円筒面と内輪の外周円筒面に係合させ、前記電磁石に対する通電により制御保持器と回転保持器を相対回転させて、一対のスプラグを係合解除させるようにしたスプラグタイプのものであってもよい。

１ 入力軸
２ 出力軸
１０ ２方向クラッチ
１１ 外輪
１２ 円筒面
１３ 内輪
１４ カム面
１５ ローラ（係合子）
１６Ａ 制御保持器
１６Ｂ 回転保持器
２１ フランジ
２２ 柱部
２５ フランジ
２６ 柱部
４１ カム溝
４２ カム溝
４３ ボール
５０ 電磁クラッチ

Claims (4)

1. 入力軸から、その入力軸と同軸上に配置された出力軸への回転の伝達と遮断とを行なう２方向クラッチおよびその２方向クラッチの係合および解除を制御する電磁クラッチを有し、
   前記２方向クラッチが、フランジの片面外周部に柱部を設けた制御保持器およびフランジの片面外周部に柱部を設けた回転保持器を有し、その両保持器の軸方向で対向するフランジ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を設け、そのカム溝間にボールを組込んで、前記制御保持器の軸方向への移動により制御保持器と回転保持器とを相対回転させて、制御保持器の柱部と回転保持器の柱部間に組み込まれた係合子を、出力軸の軸端部に設けられた外輪の内周と入力軸の軸端部に設けられた内輪の外周に係合させる構成とされ、
   前記電磁クラッチが、電磁石を有し、その電磁石に対する通電により２方向クラッチの制御保持器を軸方向に移動させるようにした回転伝達装置において、
   前記制御保持器および回転保持器は、その制御保持器および回転保持器に形成された前記カム溝の表面のみを熱処理して硬度を高めるようにしたことを特徴とする回転伝達装置。
2. 前記熱処理を行う深さが、０．３〜０．８ｍｍの範囲とされた請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記熱処理が、高周波焼入れからなる請求項１又は２に記載の回転伝達装置。
4. 前記対向一対のカム溝が、制御保持器および回転保持器の柱部に対して周方向に位置をずらして形成された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転伝達装置。

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