JP6659420B2

JP6659420B2 - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP6659420B2
Application number: JP2016058462A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　光司; 光司佐藤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017172670A

Description

この発明は、回転の伝達と遮断を行なう動力伝達装置に関する。

入力軸から出力軸への回転の伝達と遮断とを行う動力伝達装置として、ローラクラッチと電磁クラッチを組み合わせるとともに、前記ローラを保持する保持器を２つにして、その２つの保持器を、ボールカム機構により回転運動させて、一対のローラの係合・非係合をコントロールするものがある（特許文献１段落００２０〜同００６２、図１〜図１１参照）。

特開２０１３−２０４７６４号公報

しかし、上記従来の動力伝達装置は、制御保持器、回転保持器及び一対のローラ等からなるローラクラッチ駆動部分の構成が複雑であり、そのため、その駆動部分に大きなスペースを必要とし、特に、軸方向長さを短縮できない問題がある。また、部品点数が多い上に、正確な作用を得るためにはローラクラッチ部に厳しい製作精度が必要であり、その製作に手間がかかってコストも高く、そのコストを低減する上においても改善すべき点が残されていた。

この発明は、以上の実情の下、構造を簡素化して部品点数の削減を図ると共に、小型化を可能にすることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、上記動力伝達装置において、ローラクラッチ部をマグネットカップリングとフェーススプラインとの組み合わせに置き換えることとしたのである。
マグネットカップリングは、従来から周知であり、その構成が簡単かつ小型化し得るものであって、対の対向する永久磁石の吸引力を利用して非接触且つクリーンで静かなトルクの伝達を行なうものであり、前記対の永久磁石の間隙によって伝達動カを調整し得る。一方、フェーススプラインも同様に周知であってその対のスプライン歯の間隙変化ストロークさえ確保できれば小型化も可能なものであり、対のスプライン歯が噛み合えば、動力伝達ロスが極めて少ない。

この発明の具体的な構成としては、同一軸心上に配置された対のマグネットからなるマグネットカップリングを有し、そのマグネットカップリングの一方のマグネットを入力軸、他方のマグネットを出力軸にそれぞれ連結した動力伝達装置において、前記マグネットカップリングの入力側と出力側のどちらか一方のマグネットが前記軸心方向にスライド可能に設けられて、その一方のマグネットが電磁クラッチによって他方のマグネットから離反する方向に吸引可能となっているとともに、両マグネットの対向面間はフェーススプラインによって結合可能となっており、前記一方のマグネットは他方のマグネットに向かって弾性材によって付勢されている構成を採用することができる。

このように構成すれば、電磁クラッチによって対のマグネットが離反すれば、フェーススプラインはその嵌合（噛み合い）が開放されるとともに、マグネットカップリング（対のマグネット）の磁力が動力伝達作用をしなくし得るため、入力軸からの動力（回転）は出力軸に伝達されない。
一方、弾性材によってマグネットが接近すれば、フェーススプラインの嵌合がなされるとともに、マグネットカップリングの磁力が動力伝達作用をし得る状態になる。このとき、入出力軸間に差回転があると、フェーススプラインの嵌合がなされず、歯飛びを起こし、入力軸の回転が出力軸へ伝達されないこととなる。しかし、対のマグネット間が狭くなることによってマグネットカップリングの磁力が動力伝達作用をし得る状態になっているため、マグネットカップリングによって入力軸の回転が出力軸へ伝達される。すなわち、マグネットカップリングの伝達許容トルクまでは入力軸の回転が出力軸に差回転無く伝達されるとともに、その間にフェーススプラインの嵌合がなされる。
このため、入力軸の回転トルクがマグネットカップリングの伝達許容トルクを超えても、フェーススプラインの嵌合によってそのマグネットカップリングの伝達許容トルク以上（大トルク）の回転が円滑に伝達される。

そのマグネットカップリングは種々の構成が考えられるが、例えば、上記入力軸と出力軸とに対向するフランジがそれぞれ設けられて、その一方のフランジに上記一方のマグネットが、他方のフランジに他方のマグネットがそれぞれ設けられて、その一方のフランジが上記軸心方向にスライド自在となっており、前記両フランジの対向面間はフェーススプラインによって結合可能となっているとともに、前記一方のフランジは他方のフランジに向かって弾性材によって付勢されている構成を採用できる。
上記一方のマグネット（フランジ）と電磁クラッチの間に非磁性体部品を介在すれば、その非磁性体部品によって電磁クラッチの磁力の影響が上記マグネットカップリングに及ばないようにすることができる。
また、上記一方のマグネット（フランジ）を上記離反方向にスライド可能とする手段としては、スライドスプラインやキー溝結合等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、マグネットカップリングとフェーススプラインの組み合わせによって、回転の伝達と遮断の切換えを行なうようにしたので、その伝達・遮断構造を簡素化して部品点数の削減を図り得ると共に、小型化を可能にし得る。

この発明に係る動力伝達装置の一実施形態の電磁クラッチのＯＮ時の縦断面図図１の要部を示し、（ａ）は拡大図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図同実施形態の電磁クラッチのＯＦＦ時の初期状態を示し、（ａ）は要部拡大縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図同実施形態の電磁クラッチのＯＦＦ時の最終状態を示し、（ａ）は要部拡大縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図他の実施形態を示し、（ａ）は要部拡大縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図

以下、この発明に係る動力伝達装置の一実施形態を図１〜図４に示し、この動力伝達装置Ａは、図示のように、入力軸Ｓ_１と、その入力軸Ｓ_１と同軸上に配置された出力軸Ｓ_２と、その両軸Ｓ_１、Ｓ_２との軸端部を覆うハウジング１と、そのハウジング１内に組み込まれて、入力軸Ｓ_１から出力軸Ｓ_２への回転の伝達と遮断とを行なうマグネットカップリング１０と、フェーススプライン２０と、その両者の作用をコントロールする電磁クラッチ３０とを有する。

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、他端部内周には電磁クラッチ３０を抜止めする止め輪３が取付けられており、そのハウジング１の中心軸上に入力軸Ｓ_１と出力軸Ｓ_２が位置して軸受４を介して回転自在となっている。図中、５はオイルシールである。

マグネットカップリング１０は、入出力軸Ｓ_１、Ｓ_２端部のフランジ１１、１２と、その両フランジ１１、１２に対向して設けた永久磁石（マグネット）１３、１４とからなり、その両磁石１３、１４の磁力（吸着力）によって入力軸Ｓ_１の回転力を出力軸Ｓ_２に伝達する。
入力軸Ｓ_１側の一方のフランジ１１は、スライドスプライン１５によって入力軸Ｓ_１にその軸方向にスライド可能に取り付けられ、出力軸Ｓ_２側の他方のフランジ１２は出力軸Ｓ_２と一体に成形されている。

上記両フランジ１１、１２の対向面には共に径方向のスプライン歯２１ａ、２１ｂが形成されてフェーススプライン２０が構成されている。このため、この両スプライン歯２１ａ、２１ｂが噛み合う（嵌合する）ことによって一方のフランジ１１の回転力が他方のフランジ１２に伝達される。このフェーススプライン２０のスプライン歯２１ａ、２１ｂは軸心周りにその軸心から放射状に形成されている（図２（ｂ）参照）。
この実施形態においては、フランジ１１、１２の径方向外側に磁石１３、１４、同内側にフェーススプライン２０を設けているが、磁石１３、１４を同内側、フェーススプライン２０を同外側に設けることもできる。

一方のフランジ１１は、入力軸Ｓ_１に固定の支持リング１６との間にコイルばねからなる弾性材１７が介設されており、この弾性材１７によって他方のフランジ１２に向かって付勢されている。また、一方のフランジ１１の外周には非磁性体リング１８が一体に設けられている。

電磁クラッチ３０は、非磁性体リング１８を介して一方のフランジ１１に一体のアーマチュア３１と、入力軸Ｓ_１に固定のロータ３２と、入力軸Ｓ_１に軸受４を介して設けたヨーク３３と、そのヨーク３３内のコイル３４とからなる。この電磁クラッチ３０のコイル３４に通電されると、ヨーク３３にロータ３２が吸引され、それに伴って、アーマチュア３１と一方のフランジ１１も引き寄せられる。このとき、アーマチュア３１と一方のフランジ１１の間には非磁性体リング１８が介在されているため、ヨーク３３の磁力がマグネットカップリング１０（磁石１３、１４）に悪影響を及ぼすことはない。

この実施形態の動力伝達装置Ａは以上の構成であり、今、コイル３４に通電されると（電磁クラッチ３０がＯＮすると）、図１、図２に示すように、弾性材１７の弾力及びマグネットカップリング１０（磁石１３、１４）の吸引力に対し、その通電による電磁クラッチ３０の吸引力が打ち勝ち、ロータ３２にアーマチュア３１が吸引される。このとき、一方のフランジ１１もロータ３２側に引き付けられるため、フェーススプライン２０は外れ（スプライン歯２１ａ、２１ｂは離反してその結合（嵌合）を解除し）、磁石１３、１４は大きく開くこととなる（両者１３、１４の間隙が広くなる）。この間隙が大きく開くと、マグネットカップリング２０の伝達磁力が作用しなくなるため、入力軸Ｓ_１の回転力は出力軸Ｓ_２に伝達されない。

この状態において、コイル３４への通電が停止されると（電磁クラッチ３０がＯＦＦすると）、弾性材１７の弾力により、一方のフランジ１１が他方のフランジ１２に向かって移動する。
このとき、入力軸Ｓ_１と出力軸Ｓ_２の回転力に差があると（入出力間に差があると）、図３に示すように、フェーススプライン２０が作用できず（スプライン歯２１ａ、２１ｂが結合できず）、歯飛びを起こして、入力軸Ｓ_１の回転が出力軸Ｓ_２に伝達できない場合が生じる。
しかし、上記一方のフランジ１１の他方のフランジ１２に向かう移動によって、両磁石１３、１４の間隙ｓが狭く（小さく）なるため、マグネットカップリング１０が作用（機能）し、入力軸Ｓ_１の回転が出力軸Ｓ_２に伝達される。
このため、マグネットカップリング１０の伝達許容トルクまでは入力軸Ｓ_１の回転が出力軸Ｓ_２に円滑に伝達される。

入力軸Ｓ_１の回転力（トルク）がマグネットカップリング１０の伝達許容トルクを超えると、その超えた初期は、一方のフランジ１１に対して他方のフランジ１２が徐々に遅くなるため、その間に、スプライン歯２１ａ、２１ｂが結合し（フェーススプライン２０が作用し）、それ以後は、このフェーススプライン２０によって、入力軸Ｓ_１の回転が出力軸Ｓ_２に円滑に伝達される。
なお、電磁クラッチ３０がＯＦＦした際、スプライン歯２１ａ、２１ｂの位置（タイミング）によっては、上記歯飛びが生じずに両スプライン歯２１ａ、２１ｂが噛み合ってフェーススプライン２０の嵌合がなされる場合がある。この場合は、当初から、フェーススプライン２０によって、入力軸Ｓ_１の回転が出力軸Ｓ_２に円滑に伝達される。

この入力軸Ｓ_１の回転が出力軸Ｓ_２に伝達されている状態において、コイル３４に通電されると（電磁クラッチ３０がＯＮすると）、上記のように、ロータ３２にアーマチュア３１が吸引され、フェーススプライン２０は外れるとともに、磁石１３，１４は大きく開いて、入力軸Ｓ_１の回転力は出力軸Ｓ_２に伝達されない状態となる。
以上の作用によって、入力軸Ｓ_１の回転力が出力軸Ｓ_２に伝達されたり、伝達されなかったり（遮断されたり）する。
なお、上記作用をし得るように、磁石１３、１４の磁力や間隙ｓを実験等によって適宜に設定することは勿論である。

上記実施形態において、入力軸Ｓ_１を出力軸Ｓ_２に、出力軸Ｓ_２を入力軸Ｓ_１とすることができる。すなわち、他方のフランジ１２を出力軸Ｓ_２にスライドスプライン１５によってスライド可能とし、そのフランジ１２に電磁クラッチ３０を付設した構成とすることもできる。マグネットカップリング１０は、対のマグネット１３、１４が２筒嵌合タイプ（イン・アウトタイプ）のものであっても、この発明を採用することができる。
上記フランジ１１、１２を上記離反方向にスライド可能とする手段としては、スライドスプライン１５に代えて、図５に示すキー溝結合１５ａ等によることもできる。

Ａ動力伝達装置
Ｓ_１入力軸
Ｓ_２出力軸
１動力伝達装置のハウジング
４軸受
１０マグネットカップリング
１１マグネットカップリングの一方のフランジ
１２同他方のフランジ
１３同一方の永久磁石（マグネット）
１４同他方の永久磁石（マグネット）
１５スライドスプライン
１５ａキー溝結合
１６支持リング
１７コイルばね（弾性材）
１８非磁性体リング（非磁性体部品）
２０フェーススプライン
２１ａフェーススプラインの一方のスプライン歯
２１ｂ同他方のスプライン歯
３０電磁クラッチ
３１電磁クラッチのアーマチュア
３２同ロータ
３３同ヨーク
３４同コイル

Claims

同一軸心上に配置された対のマグネットからなるマグネットカップリングを有し、そのマグネットカップリングの一方のマグネットを入力軸、他方のマグネットを出力軸にそれぞれ連結した動力伝達装置において、
上記マグネットカップリングの入力側と出力側のどちらか一方のマグネットが前記軸心方向にスライド可能に設けられて、その一方のマグネットが電磁クラッチによって他方のマグネットから離反する方向に吸引可能となっているとともに、両マグネットの対向面間はフェーススプラインによって結合可能となっており、前記一方のマグネットは他方のマグネットに向かって弾性材によって付勢されていることを特徴とする動力伝達装置。
上記入力軸と出力軸とに対向するフランジがそれぞれ設けられて、その一方のフランジに上記一方のマグネットが、他方のフランジに他方のマグネットがそれぞれ設けられて、その一方のフランジが上記軸心方向にスライド自在となっており、前記両フランジの対向面間に上記フェーススプラインが構成されているとともに、前記一方のフランジは他方のフランジに向かって弾性材によって付勢されていることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
上記一方のマグネットと電磁クラッチの間に非磁性体部品を介在したことを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
上記一方のマグネットは上記入力軸又は出力軸にスライドスプラインによって上記離反方向にスライド可能となっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の動力伝達装置。
上記一方のマグネットは上記入力軸又は出力軸にキー溝結合によって上記離反方向にスライド可能となっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の動力伝達装置。