JPH03204418A - 流体摩擦伝達力制限装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は力の伝達装置として、油圧ダンパー、自動車の
駆動軸のトルク比例型差動制限装ｍ、油圧式ショックア
ブシーバーの如く力の伝達量を調節するものである。

［従来技術］ 力の減衰制御装置には流体の粘性抵抗、流動抵抗、摩擦
板の滑り抵抗、ウオームギヤの摩擦抵抗、電磁粉体を利
用したものがあるが何れも複雑、大型化、磨耗、耐久性
等の問題がある。例えば摩擦板を使用した多板式クラツ
ナでは摩擦係数が変動するので摩擦板の接触圧の制御か
一般に油圧によって行われるか複雑になり、且つ大型で
ある。流体を媒体にした実用化の例に、四輪駆動車の前
後輪の動力配分装置にベー〉・ポンプての発生油圧をオ
リフ７ｆスで抵抗を与える方式のハイドロリックカップ
リング（商品名）（公開特許公報昭６０−１１６５２４
）があるが、小型化になるに従い高圧になりベーンとケ
ーシングとの接触面の隙間から油漏れを生じ、異物の混
入による不具合、複雑な構造によるコスト高、の問題か
ある、又流体の粘性抵抗を利用したものに例えばシリコ
ン油を使用したビスカスカップリング（商品名）（公開
特許公報昭５ｌ−９９７６９）が実用されているが、約
７０枚程の薄い鉄板を重ねてオイルと一緒に密閉したも
ので、同様に油漏れ、大型化、コスト高となる。

米国グリーソン社で開発されたウオームギヤの逆効率を
利用したＴＯＲ３ＥＮデフ（商品名）があるが、ギヤの
歯面の接触圧が低圧のため潤滑油の油膜の剪断抵抗が小
さく且つ温度の影響を受けやすいので複雑な構造と重量
が重い欠点があった。

又本発明と類似原理の、転がり接触下の潤滑剤の剪断摩
擦抵抗を利用した伝達力制限装置として、スラストころ
軸受けの転動体の差動滑りによる潤滑剤の剪断摩擦抵抗
、円すいころ軸受けの転がり摩擦抵抗を利用した特願昭
５７−５９４４９　（本発明と同−発明人）があるか、
これは温度で膨張する部材を介装し転動体の接触圧を上
げる温度感応型のクラッチであり、接触圧が小さいため
伝達トルクか限られファンを駆動する程度である２、又
本発明の構成に類似した特許広告、昭４６−２１１２６
及び、昭５８−５２０９２の円すいころ軸受けの構成を
基本にした一方りラッヂがあるが、これ等はラチェット
の代用機能で、転がり軸受と兼用にした即ち、転がり一
方クラッチであって、単にフリーロック機能しかなく、
本発明の如く、転動体の接触面に作用トルクによって弾
性流体潤滑膜を形成し、これをクリープ剪断若しくは剪
断させることで力を逃がして伝達量を制限する装置は全
く無かった。

［発明が解決しようとする問題点コ 前記の方式は何れも古くから知られている部材の基本物
性の接触摩擦抵抗、粘性抵抗、流動抵抗を単に組み合わ
せて利用しただけのため、寿命が短く、トルク当たりの
重量が大きく、小型、軽量化には限界があった。

、ｒ問題点を解決するための手段］ 本発明は転かり軸受の転動体又は、トラクションドライ
ブ装置のローターの、数万気圧の高圧な転がり接触面下
で生ずるガラス転移した弾性流体潤滑膜の、粘着力の高
いクリープ剪断滑り又は、剪断摩擦抵抗と極圧性潤滑剤
とが無関係なために、潤滑膜が剪断された後に金属接触
に至る迄の間を極圧性潤滑剤の優れた滑り摩擦を利用す
るものである。即ち入力トルクで転動体に模作用を住ぜ
しめ、該模作用で接触圧下の潤滑剤を瞬間的にガラス転
位させ、該ガラス転位した弾性流体潤滑膜は強い粘着力
を有し、非常な微速度でしかも低摩擦でクリープ剪断に
よる滑りを生ずる、その剪断摩擦の係数のμを適宜潤滑
剤によって選択し、入力で該潤滑膜をクリープ剪断させ
ることで、微低速で僅かに滑らせて逃がし、入力を減衰
させるものである。

又高圧下に於ける潤滑剤には大きな剪断抵抗があり、こ
れをトラクシコン係数と称し、潤滑剤の種類で大きく異
なることか実験で判明している、このトラクシ３ン係数
は滑り率か増加するに従い急激に上昇し、最大値を越え
ると逆にゆるい勾配で低下する特性がある。トラクショ
ン係数の安定した高い領域で剪断抵抗を得る為には転動
体に僅かな差動滑りをさせるか、スキュウさせるかして
、そのトラクション係数の安定する領域での剪断抵抗で
動力を伝達する。前記のａ滑剤の微低速のクリープ剪断
で力を制限する場合は、転動体の楔角度を１°程度にし
ておけば、広範囲のトラクション係数の潤滑剤か適用で
きる。

比較的速く滑らせて大きな摩擦抵抗を得る場合はトラク
ション係数の大きな且つ極圧性の高い潤滑剤を用い、転
動体の楔角を使用潤滑剤のトラクション係数に合わせて
選定する、例えば滑り率か高い安定した領域でのトラク
ション係数μ＝　０．０８の潤滑剤を使用時にはμ＝０
．０８を超えた所で滑り始め、楔によるロックに至る金
属接触時の摩擦係数μｍ０．１２に至るまでの間は極圧
潤滑剤で滑らせるので楔角の設計値は６°程度とする。

。 楔角が大き過ぎると面圧か上がらず剪断抵抗が得られな
いばかりか、油膜破断時に軌道の損傷を防ぐための、金
属同志の摩擦係数μ−〇、１２でもロックし７なくなり
危険であるので、最大楔角はθ−６°以内とする。尚安
定した高い滑り摩擦抵抗を得るためには予めある程度の
滑り率が必要で、転動体に差動滑りを与えるため僅かに
デーパ・・−に、して置くとよい。

１作用〕 転がり接触面下に生したカラス転位した潤滑膜は静止し
た状態でも存在し、該油膜は非常に粘着性が高く、材料
かクリープするが如く低い摩擦係数でゆっくりと剪断さ
れ、この剪断される速度は油の種類で大きく異なる。又
剪断される過程で新しい油を接触面に巻き込み、残留応
力と釣り合う位置まで剪断滑りが続くことは実験で確認
されている。単なる一方クラッチのように転動体に楔作
用を生せしめる構成と、前記の与えた力が時間と共に自
動的に解放されて行く特異な現象を組み合わせれば、一
方向にはフリーに運動し、逆方向にはラチェットの如く
ロックするが、ロック方向に急激に力を加えてもロック
したままであるが、ゆっくりと力を加えるか又は、力を
加えたままで時間を経過させればロック方向に微低速で
僅かずつ変位させることができる。この機能は油圧式の
シ３・ンクアブゾーバそのものの機能であり、構造が軸
と転動体と外輪と潤滑剤のみで簡単なためあらゆる機械
装置に有効である。

これを回転軸上に転がり軸受けの如く配置し、例えば自
動車のエンジンに使用されているベルトに適量の張力を
与えるテンションブーりの固定アームの支点に組み込む
と、ベルトに：ｉ！Ｕ張力が作用すれば、プーリかヘル
ドで押されて本装置の転動体に楔作用が生じ微低速のク
リープ滑りでプーリはゆっくりベルトの緩み側に移動し
て適度の張力と釣り合い停止する。

ベルトが弛み過ぎればプーリにセットしであるばね圧で
、ベルトを締める側に向かって、プーリが押され、それ
に連れて転動体は抵抗の無いフリー方向に転がるので速
やかにベルトに張力を与える、又ベルトの振動で油圧ポ
ンプの如く本装置はボンピングアップされ、振動が停止
する点の即ち、ばね圧とベルトの適正な張力の釣り合い
点で停止する。従ってベルトの張力を常に適正値に自動
補正するのでベルトに無理がかからず振動も伴わないの
でベルトの寿命を飛躍的の延ばすことが出来る。

但しこの用途に於いてはクリープ剪断滑り以外の滑りを
避けるため極圧性潤滑剤を使用してはならない。

又、別の用途として、本装置の特徴である速い速度での
潤滑剤の剪断摩擦抵抗で力を伝達し過剰滑りを制限する
特徴は、自動車に広く使用されている差動制限装置の、
多数の金属板の間にシリコン油を封入し、粘性でトルク
を伝達するビスカスカップリングの代用として有効であ
る、即ち急激なトルクの作用で油膜を剪断させれば、伝
達トルクは制限され、高速で滑りが続けば発熱で油温か
上昇し油膜が破断して通常の一方クラッチとしてロック
作動し動力は自動的〔：直結される。

この機能は前記のビスカスカップリングのハンプ現象、
即ちスリップで高温になると金属板が密着し直結となり
、スリップが停止するとその後冷却され元の粘性クラッ
チに戻る機能と全く同じであるか、ビスカスカップリン
グでは、ハンプ現象をくり返すとシリコン油が劣化し、
早期に寿命に至るが、本発明では、単なる一方クラッチ
のインデックス機能そのままであり、全く劣化すること
はない。この弾性流体潤滑膜の剪断滑り装置は潤滑剤固
有の剪断力（トラクション係数）に委ねられており、低
い剪断力の潤滑剤で極圧性を上げれば低いトルクで機能
させることができる。

高トルクで使用する場合、潤滑剤は高いトラクション係
数と高い極圧性、低い設計面圧、即ち楔角を大きめにす
るとよい。更にギヤ又はテコを補助的に用い、増速しで
やれば広範の機械の特性に適合させることができる。

又本構成の装置を力の伝達方向にタンデムに直列に配置
すれば、装置当たりの滑り速度が加算されるので速い速
度の使用条件にも適用可能である。

更に本制限装置を別の用途として、円すいころ軸受けの
如く構成しギヤー式変速機のギヤーシフトのフルシンク
ロのドッグクラッチの代わりに使、１する場合について
説明する。

水袋■の内輪を入力端に固定し外輪を出力側に軸方向に
可動に固定し、入力軸を停止させ、出力軸を慣性で回転
させて両者を接触させると、トルクの作用方向に従い本
装置内の転動体が楔効果を生じ外輪が内輪を自動的に吸
いこみ瞬時にロックする、この場合慣性力で大きな衝撃
を伴うはずであるが実際には転動体と軌道面との接触面
には弾性流体潤滑膜のクツションが生じ、ガラス転移し
た該潤滑膜の剪断で慣性力が吸収されて減速し、その後
極圧性潤滑剤の助けで円滑に滑り、最後に楔作用が働き
転動体のトラクションでロックする。

この過程を経るので慣性で高速回転中であっても先ず慣
性エネルギを吸収してから直結されるので衝撃は伴わな
い。この機能はギヤー変速に使用されているシンクロナ
イザリングの同期させてからギヤーをシフトするのと同
じであるが本装置にはギヤーの歯がないので同期の必要
が無くショックを伴わすに非常に短時間てノット出来る
。又ノノクロナイサリングの摩擦抵抗は使用するに従い
表面か庁滅してシフトフィーリングを劣化させるか本装
置の如く弾性流体ｅＪ滑膜の剪断によるギヤの慣性エネ
ルギの吸収は前記リンクの摩擦よりも吸収力か十分に大
きく、又劣化することも無く、しかも内輪と外輪を押し
付けるのでは無く単に接触させるだけで良いのでシフト
操作力が不要で、転動体のトラクションで動力を伝達す
るためにトルク変動、衝撃を吸収するので騒音を少なく
できる。従って今後の高出力変速機、ギヤー式電子制御
自動変速機、四輪駆動車のフリーホイルハブ内のフルシ
ンクロドッグクラッチ、流体接手自動変速機の一方クラ
ッチと摩擦ブレーキの組合せを本発明の制限装置に置き
換えることで小型化、性能向上か可能となる。

長時間トルクを伝達した状態では通常トルク変動、振動
等でフレッチングコローションを軌道に発生させるが本
発明の制限装置においては弾性流体潤滑膜がクリープ剪
断で転動体か僅かにスリップするのでフレッチングコロ
ーションは発生しない。

［実施例〕 第１図は本発明の応用実施例である自動車等のエンジン
のヘルドの自動張力調整装置である。即ちベルト１、に
テンションプーリ３、をばね２、で押し付けて張力を与
え、ブーりのアーム７、はビン４、を支点に回動可能に
しである。ビン４、とアームの内径には本発明の装置が
介装してあり、ベルトが弛む方向、図中の矢印の向きに
は転動体か楔作用を生じ、逆向きにはフリーになるよう
装着し、である。かくしてエンジンの熱膨張でベルトが
過張力になった場合、ブーりはゆっくりと矢印に向けて
ベルトによって押される、このときビンの外径の転動体
は楔作用で軌道と高い面圧で接触するので、ロック状態
になるか接触面下の弾性流体潤滑膜が低い摩擦係数でゆ
っくりとクリープ剪断され、プーリは微低速で移動しベ
ルトの張力と、ばね２、の押付は力が釣り合ったところ
で停止する。

エンジンの異常燃焼でのキックハックではベルトの緩み
側に急激な張力を生ずるが、前述の転動体“はロック状
態にあり急激には動かず従ってプーリは移動しない。

ベルトか緩むと激しくばたついて振動し、ばねの力てプ
ーリはベルトに押し付けられているので、ブーりも振動
するが、ビン４、に介装されている制限装置が転動体の
楔作用でベルトに張力を与える側にしか回らず、ベルト
のＳ動で駆動されるので、ベルトの弛み感応型の自動張
力調整装置になる。更に車を坂道でバックギヤに入れた
ままで停車した場合、エンジンがゆっくりと逆転するた
めベルトの緩み側に張力を発注する。従ってプーリは微
低速で押されて、本制限装置内の転動体に楔作用を生ず
る方向にゆっくりと力が加わる、そのため潤滑膜はクリ
ープ剪断され、ブーりは運転時に於いてベルトの緩み側
に移動し、エンジンの再スタート時にジャンピングスリ
ップする恐れがある、しかし本制限装置では、転動体の
フリー回転方向には転がり接触で非常に摩擦抵抗が低く
、ばねの圧力で瞬時に正規の位置に復帰するので全く問
題はない。第２図は自動車のデファレンシャルの差動制
限装置に於ける本発明の応用実施例を示す。

８、はドライブピニオンで　９、のリングギヤに動力が
伝達される、リングギヤ９、にはデフケース１５が連結
されており、デフケースにはデファレンシャルピニオン
１４かサイドギヤ１２と１３に噛み合う様に配置されて
いる、かくし２てアクスルンヤフト１０と１１はデファ
レンシャルピニオン１４のアクスルンヤフトを中心に公
転して駆動力がアクスルシャフトに伝えられが、片側の
車輪かスリップし空転すれば動力は全てスピンしている
車輪から抜けてしまい駆動力は路面に伝わらない。デフ
ァレンシャルピニオンの内径に本制限装置を介装して責
けば、左右の車輪に回転差を生じたときデファレンシャ
ルピニオンは自転しようとするが、本装置には第６図の
両方向がロックする制限装置を用いであるので、トルク
か作用し転動体の楔作用で高圧の接触面での極圧性ギヤ
オーｒルの潤滑膜が比較的低いトルクで剪断され、剪断
された後はある程度の速度まで極圧添加剤の作用でスリ
ップを続け、滑り速度が限界を越え油膜が破断した時点
で、転動体は楔状に噛み込みデファレンシャルピニオン
はロックして差動を停止し所謂トルク比例型の差動制限
デフロック装置となる。

通常走行のカーブを曲がる程度でのデフの差動範囲では
、本制限装置においては油膜のクリープ剪゛断の範囲内
であり差動機能を妨げない。

面、当該使用箇所の本制限装置には第６図の如き配置で
針状ころを使用するき非常にコンパクトで従来のデファ
レンシャル装置を同等改造することなくピニオンの内径
に針状ころを介装するだけで済む。又デファレンシャル
ギヤケース内には極圧性のギヤオイルが大量に封入され
ているので本装置の作動には頗る都合が良い。

第４図は前輪駆動車のオンデマンド型４ＷＤのプロペラ
シャフトにおける実施例である。

制限装置は第６図の如き構成で、正逆両方向の入力トル
クに対し転動体が楔作用を生じする様に配置しトラクシ
ョン係数の低い、極圧性側潤滑が封入されている。

この方式では、通常走行時は前輪で駆動され、後輪はつ
れ回りのため、制限装置には僅かな前後輪のタイヤ径の
差の分だけの差回転しか入力されない、この程度の低速
の差回転は制限装置の転動体の接触面の潤滑膜の低摩擦
のクリープ剪断速度だけで十分に吸収される。前輪がス
リップした場合は直ちに制限装置に速い差回転が入力さ
れ、潤滑膜は剪断され、真っ先に剪断抵抗分が駆動力と
なり後輪に伝達され、その後極圧剤の摩擦が鉄の摩擦係
数のμｍ０．１２に到達した時点で転動体は楔として軌
道間に噛み合い、該制限装置はロックして動力は直結さ
れ後輪に全駆動力か流れる。

急カーブを旋回する場合は前輪の方が速く回転するので
制限装置に差回転が働くが、タイトコーナブレーキング
現象を防ぐための差回転吸収は、該制限装置の転動体の
接触面の潤滑油膜のクリープ剪断又は、低いトラクショ
ン係数の極圧性潤滑剤使用による、僅かな剪断抵抗を伴
なった、極圧性潤滑膜での滑りで、直結に至らずに差回
転を吸収する、この場合厳密には、潤滑剤の剪断摩擦抵
抗分たけトルク循環されブレーキング作用となるが実用
上はビスカスカップリングと同程度で問題にはならない
。

第５図は本発明装置の許容速度を拡大するための増速ギ
ヤと組み合わせた応用実施例である。入力軸２５、でリ
ングギヤ２２、を駆動し該リングギヤでプラネタリギヤ
２４、の公転速度は大幅に減速される。プラネタリギヤ
の自転中心軸は本制限装置の外輪と一体に連結されおり
、又出力軸２６、と本制限装置の内輪とは一体で回るの
で該制限装置の差回転速度は拡大されて出力される。

第６図は本発明の代表的実施例である、内外輪の軌道１
８．２０間に転動体３１、が軌道面に対しスキュウさせ
て、且つ線接触するように介装しである、転動体は図面
では針状ころを示しであるが円筒ころ、円すいころ、あ
るいは球面ころでも良く、又軌道面の母線形状は双曲面
を基本に、要は転動体と線接触して転勤すれば足る。

内外輪を相対回転すると転動体は転がり、転動体の全長
の片側半分が軌道間に楔となって食い込む、反対方向に
相対回転すると同じく転動体の反対側の半分が軌道間に
楔となって食い込む、食い込む側の軌道は接近しすきま
２９は減少し、食い込まない方の側の半分は軌道が互い
に離れる方向に移動するので、転動体とのすきま３０、
が１拡大しフリー回転を容易にする。

転動体が軌道に食い込む際の楔角を大きくする場合は軌
道と転動体の母線形状を僅かにクラウニングして修正す
るか、軌道の基本母線に勾配角αを設けた円すいころ軸
受けの構成にする。（説明図省略）片側の方向のみに力
の伝達量を制限する場合は軌道及び転動体のフリーにな
る半分は不要であるので省略し幅を狭くすることが出来
る、（第７図）又、第８図のスペーサ２８、とばね２７
、で内外輪の片側の相対変位を制限し片側を殺して置く
こともできる。転動体をころ軸受けの如く保持器でカイ
トすれば（図面省略）転動体がばらけることも無く取扱
いに便利である。かくして使用潤滑剤のトラクション係
数０１０１〜０１０９と、極圧潤滑剤の高圧下での滑り
摩擦抵抗特性と、鉄の摩擦係数０１１２と入力条件とで
、楔角を選定するが、該楔角度は前記軌道の母線と、前
記円すい勾配角と、転動体の接触面圧、スキュウ角の関
係を基に使用条件に合わせて最適値を実験的に選定する
。第９図はフルシンクロの動力断続用のドッグクラッチ
としての本発明の制限装置の応用実施例である。３２は
出力軸、３３は入力軸、３４は本発明の制限装置の内輪
、３５は外輪、３６は内輪のシフト操作レバー、３７は
シフト制御油圧、を示す。本構成において入力軸３３を
静止させ、３２か慣性で高速回転中に、操作油圧３７で
内輪３４を外輪３５に接触させた場合、衝撃的に噛み合
うが、その噛み合い衝撃をグラフに表すと第１０図のご
とくなる。横軸に時間を表し、立て軸にトルクの大きさ
を表すと潤滑剤を全く使用しないドライの状態ではトル
クカーブは３９の如く激しい衝撃で噛み合うが、トラク
ション係数の大きな且つ極圧性の潤滑剤を使用した場合
はカーブが４１の如くになり潤滑剤の剪断で衝撃はほと
んど吸収される。

［効果 ころかり接触による高圧下のカラス転移した弾性流体潤
滑膜は従来トラク／ヨントライブ装置、又は転がり仙受
けに於ける一Ａ　１ｏ＋上の浦膜としてのみに活用され
て来たか、不発明を実施することにより従来知られてい
なかった、特徴的な低摩徨でのクリープ剪断滑り、及び
剪断させることでトルク変動の衝撃を吸収し、力の伝達
量を制限するという機械装置には極めて有効な利用方か
確立されることとなる。又、Ｅ　ＨＬ油Ｉｌｉ厚さは０
５ミクロン程度で薄く、又転動体には転がり軸受は用と
全く同一品か使用可能で、品質か安定しており量産可能
で、基礎技術においてもトライホロシーの分野で既に確
立されており機械産業に大きく寄与すてものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本装置をヘルド張力自動補正装置、第２図は自
動車のデフ７レンノヤルキヤの差動制限装置としての応
用実施例、 第３図は上記のデファレンンヤルビニγン；こ本装置の
装着実施例、第４図はオンデマンＦ’　４　ＷＤ　東の
制限装置として応用実施例、第５図は速度拡大実施例、
第６図は本発明の基本実施例、刃７図、第８図は本発明
の機能説明図、 第９図はドッグクラッチとしての応用実施例、第１０図
は潤滑剤による噛み合い時の衝撃特性１・・ヘルド　２
・・ばね　３・・プーリ４・・ビン　５・・本発明の連
結装置　６・・楔作用方向矢印　７・・アーム ８・・トライブビニオノ　９・・リングギヤ１０．１１
・・車軸　１２．１３・・デフサイトギヤ　】４・・デ
フ：レンシャルビニン「二／（差ソノ小歯車）　１５・
・デフケース　１６・・本発明の連結装置、１７・・入
力軸　１８・・内輪１９・・ケース　２０・・外輪２１
・・ばね２２・・リングギヤ　２３・・本発明の連結装
置２・１・・プラネタリギヤ　２５・・入力軸２６・・
出力軸　２７・・はね ２８・・スペーサー　２９．３０・・Ｔきま・・・図面
の浄書（内容に変更なし） イイ 千 Ｚ図 第４図 第１０図 第６図 第”ｒ図 第８図 手 続 補 正置 平成２年５月２「１ １゜ 事件の表示 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係 平成２年特許願第２〜７５６ 流体摩擦伝達力制限装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸と外輪の軌道面間に転動体を線接触させて介在し、軸
   と外輪の相対変位力で転動体が楔となる手段を具備し、
   前記転動体を潤滑剤の圧力効果で滑らせて力の伝達量を
   制限し、且つ特定入力に対しては楔効果で力を直結させ
   ることを特徴とした力の伝達量を調節する流体摩擦伝達
   力制限装置。