JP7227515B2

JP7227515B2 - カムクラッチ

Info

Publication number: JP7227515B2
Application number: JP2021107554A
Authority: JP
Inventors: 栄一中川; 幸平國松; 孝之森本
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2023-02-22
Anticipated expiration: 2041-06-29
Also published as: WO2023276409A1; JP2023005554A

Description

本発明は、外輪及び内輪の相対的な回転動作を許容するフリー状態と、外輪及び内輪の相対的な回転動作を禁止するロック状態とを切り換え可能に構成されたカムクラッチに関する。

回転力の伝達と遮断を制御するクラッチとして、正転方向及び逆転方向の両方向に駆動と空転が切り換え可能な２方向クラッチが知られている。
２方向クラッチのある種のものは、内輪及び外輪の相対的な回転動作を禁止（回転力を伝達）するロック状態と、内輪及び外輪の相対的な回転動作を許容（回転力を遮断）するフリー状態との切り換えを、カム又はスプラグを傾倒させることで行う構成とされている（例えば特許文献１，特許文献２参照。）。

また、特許文献３には、付勢手段によって回転ロック方向が逆方向になるように付勢された第１スプラグおよび第２スプラグをともに保持する保持器を制御して、正転方向及び逆転方向の両方向の回転を許容する両方向フリーモード、正転方向に対してのみ回転を許容する一方向ロックモードおよび逆転方向に対してのみ回転を許容する一方向ロックモードの３つの動作モードの切り換えが可能に構成されたクラッチが記載されている。

特開２０１１－２２０５０９号公報特開平１１－１８２５８９号公報特開２０１１－２３１８２８号公報特開２０２０－１９０２５５号公報

而して、特許文献１に記載の２方向クラッチにおいては、入力側回転体が出力側回転体に対して相対回転したとき、スプラグが入力側回転体の回転方向と同方向に傾くことで、入力側回転体と出力側回転体との係合及び切り離しが切り換えられる。このため、回転方向が切り換わる際に時間ロスが発生し応答性が悪いという問題がある。また、特許文献２に記載の２方向クラッチにおいても同様の問題がある。
特許文献３に記載の２方向クラッチは、板ばね状の部材で両方向同時に動力伝達可能にしている。しかしながら、摩擦による動力伝達のため、２方向クラッチの体格に対して伝達可能なトルクが小さいといった問題がある。

このような問題点を解決し、簡単な構造で、動作モードの切り換えが可能であり、応答性が高く、所期のトルク容量を確保することのできるカムクラッチを提供することを目的として、出願人は特許文献４に示す動作モード切換機構を有したカムクラッチを発明した。
特許文献４に記載のカムクラッチの第１、第２、第４実施形態では、外輪を回転体として使用する場合、動作モード切換機構を固定側から操作するためには複雑な機構が必要となるという課題があった。
また、第３実施形態では、特殊な形状のカムが必要となり、また、軸方向のサイズが大きくなるという課題があった。

本発明は、これらの問題点を解決するものであって、内輪、外輪をともに回転体としても構造が複雑化せず動作モードの切り換えが可能なカムクラッチを提供することを目的とする。

本発明は、同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪の間において周方向に間隔を空けて配置された複数のカムと、複数のカムの各々を内輪及び外輪と接するように付勢する付勢手段とを備えたカムクラッチであって、前記複数のカムは、前記内輪または前記外輪とともに回転可能に配置され、前記複数のカムの回転と連動可能、かつ、独立して回転可能に設けられる動作モード切換手段を備え、前記動作モード切換手段は、円環状の本体部と、前記本体部の一面における内周縁から軸方向に延びるよう設けられるカム姿勢変更部と、前記本体部から前記外輪の外周側に向けて延びる周壁部とを有し、前記本体部は、外周に凹部が設けられ、前記凹部に外部から凸部が挿入されることにより回転を制限されるように構成され、前記カム姿勢変更部は、前記本体部が回転を制限され前記複数のカムの回転と位相がずれた際に前記カムと接触して前記カムの姿勢を強制的に変更するように構成されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明によれば、動作モード切換手段の回転を外部から制御することでカムの姿勢を強制的に変更して動作モードを変更することができるため、内輪、外輪をともに回転体としても構造が複雑化せず動作モードの切り換えが可能となる。

本請求項２に記載の構成によれば、カムの周方向位置及びカムの姿勢をより確実に規制することができ、動作モード切換手段によって確実に動作モードの切り換えができる。

本請求項３に係る発明によれば、両方向の回転に対し動作モードの切り換えを行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るカムクラッチの斜視図である。図１に示すカムクラッチの別角度から見た斜視図である。図１に示すカムクラッチの回転軸心を含む平面で切った断面斜視図である。図１に示すカムクラッチの回転軸心を含む平面で切った断面図である。図１に示すカムクラッチの回転軸心と直交する平面で切った断面図である。図１に示すカムクラッチの回転軸心と直交する平面で切った断面斜視図である。図１に示すカムクラッチの動作モード切換手段の斜視図である。図１に示すカムクラッチにおけるカムケージの及びカムの斜視図である。参考例に係るカムクラッチの斜視図である。図９に示すカムクラッチの動作モード切換手段の斜視図である。本発明のカムクラッチの動作説明図である。本発明のカムクラッチの変形例の簡易説明図である。

本発明の実施例を図１～図８を参照して説明する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係るカムクラッチ１００は、図１～図６に示すように、同一の中心軸上に相対回転可能に設けられる内輪１１０及び外輪１２０と、内輪１１０と外輪１２０との間で動力の伝達及び遮断を行うカム機構１３０とを備えている。
カム機構１３０は、内輪１１０及び外輪１２０の間に配置される複数のカム１４０と、複数のカム１４０の各々を同一円周上において周方向に所定の間隔を空けて保持するカムケージ１５０と、複数のカム１４０の各々を内輪１１０及び外輪１２０と接するように付勢する付勢手段である環状のガータスプリング１３５から構成されている。

カム１４０は、ガータスプリング１３５が装着されることでカムケージ１５０に保持され、カム１４０の周方向における位置が規制されるとともにカム１４０の姿勢が規制され、すべてのカム１４０が姿勢（傾き）にバラつきを生ずることなく内輪１１０及び外輪１２０に接する状態とされる。
このカムクラッチ１００においては、外輪１２０に固定されカムケージ１５０の外輪１２０に対する相対回転を禁止するケージ回り止め１７０が設けられている。
本実施形態では、作動する回転方向が異なるカム１４０が交互に設けられており、カム１４０が動作可能な状態では内輪１１０と外輪１２０の両方向の相対的な回転動作が禁止される。

本実施形態に係るカムクラッチ１００は、内輪１１０及び外輪１２０の相対的な回転動作が許容されるフリー状態と、内輪１１０及び外輪１２０の相対的な回転動作が禁止されるロック状態とを切り換える動作モード切換手段１８０を備えている。
本実施形態の動作モード切換手段１８０は、円環状の本体部１８１と、本体部１８１の一面における内周縁から軸方向に延びるよう設けられカム姿勢変更部として機能する複数の片状部材１８５と、本体部１８１から外輪１２０の外周側に向けて延びる周壁部１８２とを有する。
動作モード切換手段１８０は、その周壁部１８２が円筒状の同心保持部材１９０を介してケージ回り止め１７０に外嵌され、複数の片状部材１８５が隣接するカム１４０の間において内輪１１０の外周面に近接して設けられている。

同心保持部材１９０は、動作モード切換手段１８０の回転軸心と内輪１１０及び外輪１２０の回転軸心を一致させるとともに、動作モード切換手段１８０が外輪１２０とともに回転する複数のカム１４０の回転と連動可能、かつ、独立して回転可能となるものであれば、軸受部材、弾性部材、潤滑シート等いかなるものであってもよい。
また、同心保持部材１９０が省略され、動作モード切換手段１８０の周壁部１８２がケージ回り止め１７０あるいは外輪１２０の外周に直接回転可能に外嵌されていてもよい。
また、本体部１８１の外周縁には凹部１８３が設けられており、凹部１８３に外部から凸部を挿入することで動作モード切換手段１８０の回転を阻止することが可能に構成されている。

図９は、参考例に係るカムクラッチの斜視図である。
このカムクラッチは、図９、図１０に示すように、本体部１８１の外周縁にはギヤ１８４が形成されており、ギヤ１８４には制動部Ｓの回転軸に設けられた係合ギヤＧが係合し、制動部Ｓの回転抵抗を制御することで、動作モード切換手段１８０の回転を阻止することが可能に構成されている。
その他の構成は、第１実施形態と同じである。
このことで、制動部Ｓの回転抵抗をゼロとすることで内輪１１０と外輪１２０との相対的な正逆転方向の回転が禁止されるロックモードとなり、制動部Ｓの回転抵抗を大きくすることで、内輪１１０と外輪１２０の相対的な正転方向及び逆転方向の回転が許容される両方向フリーモードとなる。
この構成によれば、外輪１２０が回転している状態で動作モード切換手段１８０の回転を制限しても、動作モード切換手段１８０及び外輪１２０が急激に回転停止することなく両方向フリーモードに移行することが可能となる。

次にカムクラッチ１００の動作について説明する。
このカムクラッチ１００においては、カム姿勢変更部を構成する片状部材１８５が中立位置にあるときに、内輪１１０と外輪１２０の相対的な正逆転方向の回転が禁止されるロックモードにあり、動作モード切換手段１８０の回転を制限することで、カムクラッチ１００の動作モードを両方向ロックモードから内輪１１０と外輪１２０の相対的な正転方向及び逆転方向の回転が許容される両方向フリーモードに切り換えることができる。
すなわち、凹部１８３への外部から凸部の挿入、等がなく動作モード切換手段１８０が自由に回転できる状態では、動作モード切換手段１８０は外輪１２０及びカムケージ１５０とほぼ抵抗なく連れ回りするため、外輪１２０がいずれの方向に回転しても、片状部材１８５がカム１４０の姿勢を変化させることはない。
このため、内輪１１０と外輪１２０の相対的な回転に対してカム１４０が動作してトルクが伝達され、内輪１１０と外輪１２０との相対的な正逆転方向の回転が禁止されるロックモードとなる。

凹部１８３への外部から凸部の挿入、制動部Ｓの回転抵抗の付与等によって動作モード切換手段１８０の回転が制限されると、外輪１２０の回転に対して動作モード切換手段１８０は相対的に回転するため、外輪１２０とともに回転するカム１４０と片状部材１８５が相対的に回転し、片状部材１８５がカム１４０の内輪１１０側に当接してカム１４０の姿勢を変化させ、内輪１１０とカム１４０の接触を解除する。
このことで、カム１４０による内輪１１０と外輪１２０とのトルクの伝達は切断され、内輪１１０と外輪１２０の相対的な回転が許容される。
本実施形態では、作動する回転方向が異なるカム１４０が交互に設けられているため、内輪１１０と外輪１２０の相対的な正転方向及び逆転方向のいずれにおいても同様の作用が生じ、両方向の回転が許容される両方向フリーモードとなる。

例えば、ロックモードで内輪１１０を時計方向に回転して外輪１２０にトルクを伝える状態から両方向フリーモードに移行する場合の動作について、図１１に基づき説明する。
ロックモード時は、ａに示すように、内輪１１０は黒矢印のように回転しており、左側のカム１４０が内輪１１０及び外輪１２０と接触して外輪１２０にトルクが伝達され、外輪１２０は白矢印のように内輪１１０と等速で回転するとともに、動作モード切換手段１８０も白矢印のように外輪１２０と等速で回転する。
このことで片状部材１８５は、カム１４０の姿勢に何ら影響を与えない位置に保持される。

両方向フリーモードに移行するために動作モード切換手段１８０の回転に制動をかけると、ｂに示すように、動作モード切換手段１８０の回転速度が外輪１２０より小さくなることで片状部材１８５が、外輪１２０と等速で回転しているカム１４０に接近する。
そして、ｃに示すように、片状部材１８５がカム１４０の内輪１１０側を持ち上げることでカム１４０による内輪１１０と外輪１２０とのトルクの伝達は切断され、内輪１１０はフリーで回転を継続し、外輪１２０及び動作モード切換手段１８０は停止する。
内輪１１０が逆回転する場合は、図の右のカムに対して同様の作用となり、両方向フリーとなる。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各構成部品の形状、配置、他の付属機構の有無等、本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
上記実施形態においては、カムケージが外輪とともに回転し、動作モード切換手段が外輪と連れ回り可能のものについて説明したが、カムケージが内輪とともに回転し、動作モード切換手段が内輪連れ回り可能に構成とされてもよい。
また、カム機構は、正転方向または逆転方向のいずれか一方向のみでトルクを伝達するもの（いわゆるワンウェイクラッチ）であってもよく、軸方向に並行して複数に配置されてもよい。
また、カムケージとケージ回り止めとは、一体に形成されていてもよい。
また、動作モード切換手段１８０の回転の制御のための手段は、摩擦クラッチ等、片状部材１８５がカム１４０の姿勢を変化させるレベルで回転抵抗を与えることができるものであればいかなるものであってもよい。
さらに、トルクの伝達経路、カムケージの回転態様、カムの形状等に応じて、図１２ａに示すように、片状部材１８５がカム１４０の外輪１２０側に接触して姿勢を変更するように配置されていてもよく、図１２ｂに示すように、片状部材１８５がカム１４０の外輪１２０側に接触するものと内輪１１０側に接触するものの両方が配置されていてもよい。

１００・・・カムクラッチ
１１０・・・内輪
１２０・・・外輪
１３０・・・カム機構
１３５・・・ガータスプリング
１４０・・・カム
１５０・・・カムケージ
１７０・・・ケージ回り止め
１８０・・・動作モード切換手段
１８１・・・本体部
１８２・・・周壁部
１８３・・・凹部
１８４・・・ギヤ
１８５・・・片状部材（カム姿勢変更部）
１９０・・・同心保持部材
Ｓ・・・制動部
Ｇ・・・係合ギヤ

Claims

同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪の間において周方向に間隔を空けて配置された複数のカムと、複数のカムの各々を内輪及び外輪と接するように付勢する付勢手段とを備えたカムクラッチであって、
前記複数のカムは、前記内輪または前記外輪とともに回転可能に配置され、
前記複数のカムの回転と連動可能、かつ、独立して回転可能に設けられる動作モード切換手段を備え、
前記動作モード切換手段は、円環状の本体部と、前記本体部の一面における内周縁から軸方向に延びるよう設けられるカム姿勢変更部と、前記本体部から前記外輪の外周側に向けて延びる周壁部とを有し、
前記本体部は、外周に凹部が設けられ、前記凹部に外部から凸部が挿入されることにより回転を制限されるように構成され、
前記カム姿勢変更部は、前記本体部が回転を制限され前記複数のカムの回転と位相がずれた際に前記カムと接触して前記カムの姿勢を強制的に変更するように構成されていることを特徴とするカムクラッチ。
前記複数のカムは、前記内輪または前記外輪とともに回転するカムケージによって周方向位置が規制され、
前記動作モード切換手段は、前記カムケージの回転と連動可能、かつ、独立して回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカムクラッチ。
前記複数のカムは、前記付勢手段によって互いに異なる向きのモーメントが与えられた第１のカムおよび第２のカムを含み、
前記動作モード切換手段は、前記第１のカムの姿勢及び前記第２のカムの姿勢を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカムクラッチ。