JPH04219528A - 転がり流体摩擦継手 - 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】 ３、［産業上の利用分野］ 本発明は動力の伝達並びに伝達量を制御する装置である
。

［従来技術］ 従来力の伝達量を増減する装置に流体継手、ベルト式、
多板クラッチ、油圧ポンプとパワーシリンダ装置、粘性
クラッチ、パウダークラッチ、トラクションドライブ等
がある。

又伝達には板クラッチ、ドッグクラッチ、がある更に本
発明の基本技術として特願昭５７−５９４４９、特願第
２−７５６号（本発明と同一発明人）がある。

［解決すべき問題点］ 従来技術の前記装置は大型で部品点数が多く、又動力の
伝達効率、伝達剛性が低いので多くの欠点がある。

本発明と同種の技術に基ずく特願第２−７５６の発明で
はトルクの作用方向に合わせてその都度別々の軌道と転
動体の構成部材を要し、又トラクション力の制御が不可
能であったが本発明では構成部品が半分になり更にトラ
クションの伝達力を制御することが出来る。

［問題点を解決するための手段］ 伝達力を転動体の転がり接触面の圧力に変換して該接触
面下の潤滑剤を高圧にし、潤滑剤に含有の固体潤滑剤の
何層もの層間に流体潤滑剤の分子を侵入させ粘弾性流体
潤滑膜（ＥＨＬ膜）を前記固体潤滑剤の層間に形成せし
め、該粘性ＥＨＬ膜のニュートン流動で転動体に粘性摩
擦抵抗を生ぜしめて力の伝達量を増減させるものである
。

伝達量の増減手段として円すい軌道面上の転動体の傾斜
角度を変化させることでトラクションと粘性滑りの配分
を調節して伝達力（トラクション）を制御するものであ
る。

又転動体を円すいころにして外輪軌道の円すい勾配を内
輪軌道のそれよりも小さくし、ころの大径端側が小径端
側よりも内輪の回転方向に向かって先行して転動させる
ようにして何れの回転方向に対してもころを常に自動的
に食い込み側に傾斜するようにすれば、特願第２−７５
６では両方向の回転には２個必要であったものが１個だ
けで対応可能になる。

［作用］ 転動体の接触面下の高圧潤滑剤の物性を利用したもので
はトラクションドライブ装置、転がり軸受け装置があり
この分野で、ＥＨＬ理論の研究でかなり解明され、潤滑
剤の弾性流体潤滑膜（以下ＥＨＬ膜と称する）は高圧下
ではガラス転位し剪断抵抗が高く大きなトルクを伝達す
ることが知られている。

現在までの研究ではここまでしか判明しておらずこれ以
外の物性はまだ実用に供されていない。

本発明は微低速でも潤滑膜は確実に存在し、該潤滑膜は
粘性に富み且つニュートン流動を呈することに基ずく。

この原理で層状滑りの極圧潤滑剤と併用することで層間
にスクイズ膜流体潤滑を構成させ該何層もの層間の粘性
ＥＨＬ膜で円すい軌道面上を転動体を軸方向に滑らせト
ラクションによる伝達力を制御するものである。

円すい状の軌道では転動体は流体のトラクションで滑ら
ずに転がって軌道上を公転すると同時に、入力トルクで
生ずる面圧から解放される方向に向かって円すい軌道面
を軸方向に滑る。

このトラクション（摩擦）は理論的に速度と面圧に比例
し、高い面圧でも又、速度が速くてもトラクション（摩
擦）は大きくなる。

転動体のトルクによる面圧は転動体の傾斜角度（くさび
作用を生じさせる角度）に比例するので転動体の傾斜を
可変にしてやれば自在に発生面圧を変化させることがで
きる、即ちトラクション（摩擦抵抗）を自在に変化する
ことができる。

如何なる円すい角度に於いても転動体の傾斜角度を０゜
にすれば単純な円すいころ軸受けであり入力トルクで面
圧は全く発生せず、単純な転がり摩擦だけでありトラク
ションは生じない（力は伝達されない）が、該傾斜角度
を例えば１５゜円すい軌道の勾配を１０゜にすればトル
クによって転動体が楔となり面圧を生じて前記ニュート
ン流動の摩擦抵抗で転動体は自動的に円すい軌道間に食
い込み、くさび効果を高めて行き、更に面圧が上がり最
後には許容面圧の４００ｋｇ／ｍｍ２のヘルツ圧力まで
上昇し、ＥＨＬ膜の大きなニュートン流動摩擦によるト
ラクション（転がり摩擦抵抗）となり遂には直結状態に
至り動力を１００％伝達することになる。

実験結果では例え４００ｋｇ／ｍｍ２のヘルツ圧力でも
潤滑膜は存在し、この４００ｋｇ／ｍｍ２での許容伝達
トルクはスプラグ式の一方クラッチの定格トルクと同じ
定義である。しかし実験結果からも明らかに軌道面に金
属接触の痕跡はまったく認められず流体潤滑膜のトラク
ション膜（摩擦抵抗）の存在が明白である。層状の固体
潤滑剤と流体潤滑剤の混合では層間にもＥＨＬ膜が存在
しこれが面圧下で粘弾性流体潤滑膜のニュートン流動を
生ずる、即ち各転動体の接触面下にはミクロの多板式の
粘性摩擦継手即ちビスカスカップリングとして知られる
粘性クラッチが構成されていることになる。本発明では
トルクの伝達特性（トラクション特性）が使用潤滑剤の
粘度特性と一致し、この点からもシリコン油の粘性を利
用した継手（ビスカスカップリング）と全く同じである
。

かくして転動体の傾斜角度を変化させればトラクション
を自在に変化させ得ることになる。

又、転動体に円すいころを用い外輪軌道勾配を内輪軌道
勾配より大きくした場合、ころは回転方向に対抗して転
動するに従い自動的にくさび効果が大きくなる方向に傾
斜し傾斜角が限度を越えると逆に楔効果を失うことにな
る。従って保持器の窓で傾斜角度を適正値に規制してや
れば軌道の相対変位の方向に対しころは自動的に適正傾
斜角となり両方向の回転トルクを伝達できる粘性継手が
得られる。

保持器窓の形状を選択すると動力の回転方向に従って自
動的に断続可能のクラッチが得られ且つ粘性の乏しい潤
滑剤を使用すればフルシンクロの自動噛み合いの衝撃吸
収形ドッグクラッチが得られる。

［実施例］ 第１図は本発明の基本要件である転がり接触面下の固体
潤滑剤の層間に侵入した潤滑剤の分子がスクイズ膜流体
潤滑と、ニュートン流動を生じながらトラクションで摩
擦伝達をする概念説明図を示す。

図中の１、２は転動体を示し、３は二流化モリブデン等
の固体潤滑剤の層を示し４は流体潤滑剤の分子を示す。

第二図は本発明の特許請求範囲１項に記載の代表的な実
施例を示す。図中の５はトルクの入力軸で６はその内輪
軌道を示し内輪軌道と外輪軌道７の間に転動体８が介在
し転動体の両端には遊星ギヤ９、１０が回動可能に装嵌
してある。遊星ギヤの内側はそれぞれサンギヤの１１と
１２に噛み合う。

サンギヤ１２はリングギヤ１３と噛み合いリングギヤ１
３が軸方向に移動した時遊星ギヤ１０が僅かに公転する
ようにスパイラルギヤにしてある。

１５は出力軸であって、入力軸にトルクが発生した場合
転動体が軸心に対し傾斜（スキュウ）していると転動体
は内輪軌道と外輪軌道間でくさびとなり接触面下にトラ
クション摩擦の弾性流体潤滑膜を生ずると同時に固体潤
滑剤の層間でニュートン流動（粘性）を伴い半クラッチ
の状態になる。

転動体が傾斜していない場合は単なる円すいころ軸受け
であり転動体の接触面下には面圧が発生せず単なる転が
り摩擦抵抗であり入力トルクは全く伝達されない。出力
側のセンサー１６で出力トルクを検出してこれをコント
ローラ１７で演算し、ステッピングモータ１８のピニオ
ン１９で適量だけ制御ギヤ２０を駆動し２０が回転すれ
ば２０の内径側のねじ２１で推力が発生して軸受け２４
で回転運動している制御部材２２を軸方向にスライドす
る。かくして遊星ギヤ１０が適量公転した分だけ反対側
の遊星ギヤ９の公転運動とに位相を生じころに適量のス
キュウを発生させることが出来る。外輪７と制御部材２
２とはスプライン嵌合にしてあり軸方向にのみスライド
運動できる。

本装置には層状潤滑の極圧固体潤滑剤と適正粘度の温度
依存の低い流体潤滑剤の混合潤滑剤が封入してある。

以上の構成でコントローラによるステッピングモータで
転動体に適量のスキュウを与え転動体のトラクションに
よるトルク伝達量を制御するサーボアクチュエーターか
機能する。

第三図は転動体の両端に装設された遊星ギヤの実施例を
示す。

第四図は特許請求範囲第二項の転動体に円すいころを使
用した実施例を示す。

第四図の２５は内輪軌道の勾配（角度）で外輪軌道の勾
配２６より小さい。かくして転動体は内輪と外輪の相対
回転で食い込む側に保持器の窓の幅２７の範囲で傾斜し
前記原理でトラクションと粘性滑りで回転速度に比例し
てトルクを伝達する。

第五図では保持器３０の転動体のポケットの窓の形状が
軌道の軸心２９に対し片側のみに２８に示す分だけ転動
体が動ける様に規制してある、こうすることにより内輪
の回転方向３１に対しては完全な円すいころ軸受けとな
り極めて低い摩擦抵抗で回転し且つ荷重を受けることが
できる。回転方向３２に対しては転動体はくさびとなり
前記原理でトルクを伝達する。

第四図第五図の実施例共に粘度の低い且つ層状固体潤滑
剤を含まない潤滑剤では単なる動力断続用のクラッチと
なる。

転動体と内輪又は外輪とを接触させなければ全くのニュ
ートラルになり接触させればトルクで自動的に転動体が
軌道間に吸い込まれ、滑ることのない動力の断続クラッ
チとなる。

動力伝達の補助装置としてギヤ変速機のギヤの噛み合い
を同期させるシンクロナイザリングの代用としても実用
可能である。

第六図は円すいころを用いた特許請求範囲第二項の代表
実施例を示し、入力軸３４と内輪３５が一体であり内輪
軌道と外輪軌道４１の間に円すい状の転動体３６が介装
してある。円すい状転動体は保持器３７で保持器の窓３
８の範囲で自由に傾斜するようにし内輪軌道上を公転す
るように配置してある。

かくして入力トルクの方向に従い転動体は自動的に食い
込み側に傾斜してトラクションで動力を伝達する。勿論
保持器の窓を第五図の如く転動体を片側のみに傾斜する
ようにしておけば一方にはトルクの伝達量を制限又は直
結で伝達し、反対側には空転させてトルクを伝達しない
等の制御が可能である。

図中の３９は転動体を常に軌道に接触させておくための
ばねである。

又本装置の空間には前述の潤滑剤が適宜選択されて封入
してある ［図面の簡単な説明］ 第一図は本発明の基本要件の概念説明図、第二図は本発
明原理を元にしたサーボアクチュエータの実施例、第三
図は転動体と遊星ギヤの組み合わせ実施例、第四図、第
五図は円すいころと保持器の組み合わせ実施例、第六図
は円すいころと保持器を用いた動力伝達装置の実施例、
１、２…転動体、３…固体潤滑剤の層、４…流体潤滑剤
の分子、６…内輪軌道、７…外輪、８…転動体、９、１
０…遊星ギヤ、１１、１２…サンギヤ、１３、１４…リ
ングギヤ、１８…ステッピングモータ、２２…制御部材
、３３…出力軸、３４…入力軸、３５…内輪軌道、３６
…転動体（円すいころ）、３７…保持器、３８…保持器
窓ポケット、３９…予圧ばね、４０…潤滑剤、４１…外
輪、 ［効果］本発明を実施すれば、トラクション（トルクの
伝達）が転がり接触面下の極めて薄い粘弾性流体潤滑膜
で行われるので伝達剛性並びに効率が高く伝達トルクを
微妙に自在に変化出来、転がり軸受けと同じ構成のため
我が国の軸受け産業技術がそのまま活用出来る、即ち加
工が容易で安定した高精度の量産性に富み、従来の流体
継手に比べ場所を取らず極端に小型軽量化が可能で、ト
ルクの伝達力（トラクション）の微量の制御が可能であ
り自動車では自動変速機はもとより従来の油圧式パワー
ステアリングの代替、油圧式ダンパー、アブゾーバー、
サーボアクチュエータとしてあらゆる静及び動的力の高
効率での伝達量の制御に適しており、新しい機械要素と
して極めて広範な用途に供することが出来る。

特許出願人　沢司郎

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内輪と外輪の軌道間に転動体を軌道の軸心
   に 対し３次元に傾斜して配置することにより入力トルクを
   転動体と軌道との接触圧力に変換させると共に前記転動
   体の軸の傾斜角度を変化させてトルクの伝達量を任意に
   増減させることを特徴とした転がり流体摩擦継手。
2. 【請求項２】前記転がり流体摩擦継手において、内輪軌
   道 の円すい勾配角を外輪軌道の勾配よりも小さくして、前
   記軌道の相対回転の方向に転動体の傾斜角度を自動的に
   対抗させる共に保持器に転動体の傾斜角度を規制する手
   段を具備したことを特徴とする転がり流体摩擦継手並び
   に摩擦継手。