JPWO2011121719A1 - クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型であっても伝達トルク容量を大きくすることができると共に、エネルギー損失を抑制できるクラッチ装置を提供すること。【解決手段】内輪（２）及び外輪（３）にそれぞれ接する係合面（４ａ，４ｂ）を有するスプラグ（４）は、内輪（２）及び外輪（３）の対向間において円周方向に複数配設されると共に、荷重付与装置（１０）により荷重が付与されロック方向へ傾動することで、内輪（２）及び外輪（３）に係合面（４ａ，４ｂ）がそれぞれ係合して内輪（２）と外輪（３）との相対回転を規制する。保持器（５）でスプラグを保持することにより複数のスプラグを小さな間隔で配設することができ、小型であっても伝達トルク容量を大きくすることができる。さらに、スプラグ（４）を小さな荷重で傾動させることができ、エネルギー損失を抑制できる。【選択図】図５

Description

本発明は、一定方向に回転を伝達するクラッチ装置に関し、小型であっても伝達トルク容量を大きくすることができると共に、エネルギー損失を抑制できるクラッチ装置に関するものである。

一定方向に回転を伝達するクラッチ装置として、例えば、特許文献１には、低中速回転時はスプラグに付勢力が付与されることで、内輪および外輪へのスプラグの係合が解除され内輪と外輪とが相対回転すると共に、高速回転時は付勢力に抗してスプラグに遠心力が付与されることで、内輪および外輪にスプラグが係合して内輪と外輪との相対回転が規制されるスプラグ型ワンウェイクラッチが開示されている。

しかしながら、この特許文献１に開示されるスプラグ型ワンウェイクラッチでは、低中速回転時には回転を伝達できず、また、高速回転時には一定方向に常時回転を伝達してしまう。従って、一定方向への回転の伝達および遮断の切り替えを必要に応じて行うことができなかった。

これに対し、特許文献２には、入力軸と出力軸との対向間に円周方向に沿って対向間隔が変化する隙間を設け、リテーナをばねにより押圧して摩擦子を隙間の大きい部位に保持することで、入力軸および出力軸への摩擦子の係合が解除され入力軸と出力軸とが相対回転し、動力の伝達が遮断される摩擦式一方向クラッチの断続装置が開示されている。この装置では、ばねによる保持力以上の荷重をリテーナに付与して摩擦子を回転方向の隙間の小さい部位に移動させることで、入力軸および出力軸に摩擦子が係合して入力軸と出力軸との相対回転が規制され、動力が伝達される。

また、特許文献３には、内輪と外輪との対向間にくさび形空間を形成し、保持器をスイッチばねにより押圧して係合子をくさび形空間の中立位置に保持することで、内輪および外輪への係合子の係合が解除され内輪と外輪とが相対回転し、動力の伝達が遮断される回転伝達装置が開示されている。この装置では、スイッチばねによる保持力以上の荷重を保持器に付与して係合子をくさび形空間の中立位置から回転方向に移動させることで、内輪および外輪に係合子が係合して内輪と外輪との相対回転が規制され、動力が伝達される。

以上のように特許文献２及び３に開示される装置は、摩擦子または係合子に荷重を付与して摩擦子または係合子を移動させることで、一定方向への回転の伝達および遮断の切り替えを必要に応じて行うことができる。

実開昭６２−１５１４４０号公報 特開平５−１４９３５１号公報 特開２００５−３０４４３号公報

しかしながら、特許文献２に開示される装置では、入力軸と出力軸との対向間に対向間隔が変化する隙間が設けられ、この隙間の中を摩擦子が移動する。この隙間は入力軸の円周方向に沿って設けられるため、入力軸の円周長、即ち入力軸の直径が小さくなると、隙間を多く設けることができなくなる。動力は、この隙間の中に収容される摩擦子を介して伝達されるため、隙間の数が少なくなると、摩擦子の数を多くすることができない。その結果、入力軸の直径が小さな小型の装置では、摩擦子を介して伝達されるトルク（伝達トルク容量）を大きくすることができないという問題点があった。

同様に特許文献３に開示される装置においても、内輪と外輪との対向間にくさび形空間が設けられ、このくさび形空間の中を係合子が移動する。くさび形空間は内輪の円周方向に沿って設けられるため、内輪の円周長、即ち内輪の直径が小さくなると、くさび形空間を多く設けることができなくなる。動力は、くさび形空間の中に収容される係合子を介して伝達されるため、くさび形空間の数が少なくなると、係合子の数を多くすることができない。その結果、内輪の直径が小さな小型の装置では、伝達トルク容量を大きくすることができないという問題点があった。

さらに、特許文献２及び３に開示される装置では、摩擦子または係合子を円周方向に移動させるために荷重を付与する方向が、ばねによる保持力の方向と同じ円周方向であるため、付与する荷重の大きさを、ばねによる保持力よりも大きくする必要があった。そのため、荷重を付与する装置の大型化を招くと共に、大きな荷重を加える必要があるため、エネルギー損失も大きくなるという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、小型であっても伝達トルク容量を大きくすることができると共に、エネルギー損失を抑制できるクラッチ装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

請求項１記載のクラッチ装置によれば、スプラグは、内輪の外周面および外輪の内周面にそれぞれ接する２つの係合面を有し、外周面および内周面の対向間において円周方向に複数配設されると共に、荷重付与装置により荷重が付与されロック方向へ傾動することで、外周面および内周面に２つの係合面がそれぞれ係合して内輪と外輪との相対回転を規制する。このスプラグが傾動可能な程度の間隔を保持器で確保することにより、外周面および内周面の対向間に複数のスプラグを小さな間隔で配設することができる。これにより、小型であっても伝達トルク容量を大きくすることができる効果がある。

また、付勢部材の付勢力により外周面または内周面の一方と係合面の一方とが接点で接するように反ロック方向へ傾動されたスプラグが、荷重付与装置からの荷重により外周面および内周面に２つの係合面が接するようにロック方向へ傾動されるときは、付勢部材の付勢力による接点の回りのモーメントと、荷重付与装置からの荷重による接点の回りのモーメントとの関係でスプラグは傾動される。従って、付勢部材の付勢力よりも小さな荷重でスプラグを傾動させることができる。これにより、荷重付与装置を小型化できると共に、小さな荷重で済むので、エネルギー損失を抑制できる効果がある。

請求項２記載のクラッチ装置によれば、スプラグは、反ロック方向へ傾動されることで、外周面または内周面の他方とスプラグの係合面の他方とに隙間が形成されるので、内輪と外輪とが相対回転をするときは、外周面または内周面の他方とスプラグの係合面の他方との摩擦をなくすことができる。これにより、請求項１の効果に加え、外周面または内周面と係合面との摩擦によるエネルギー損失を抑制できる効果がある。

請求項３記載のクラッチ装置によれば、外周面または内周面の一方が係合面の一方と接する接点において外周面または内周面の一方からスプラグに作用する反力は、荷重付与装置によりスプラグに作用する荷重方向の分力成分の向きがロック方向と同じ向きであるので、荷重付与装置によってスプラグに荷重が付与されると、外周面または内周面の上を係合面が滑ることが防止され、そこを中心にスプラグを確実に傾動させることができる。これにより、請求項１又は２の効果に加え、荷重付与装置から荷重が付与されることで、スプラグの２つの係合面を外周面および内周面に確実に係合させることができる効果がある。

請求項４記載のクラッチ装置によれば、スプラグは、外周面および内周面の対向間に等間隔に配設され、反ロック方向へ傾動されることで互いに当接するので、互いに当接する位置までスプラグを傾かせると互いに拘束し合う。互いに拘束し合うまでスプラグを傾けることで、外周面または内周面の他方と係合面の他方との隙間を十分に確保できる。その結果、請求項２又は３の効果に加え、内輪と外輪とが相対回転をするときに、外周面または内周面の他方と係合面の他方とが接触して、意図せずにスプラグが係合して相対回転が規制されてしまうことを防止できる効果がある。

請求項５記載のクラッチ装置によれば、保持器は、スプラグを保持する保持部と、荷重付与装置から荷重が伝達される荷重伝達部とを備え、荷重付与装置は、保持器を介してスプラグに荷重を付与するので、請求項１から４のいずれかの効果に加え、複数のスプラグに一度に荷重を付与することができ、効率良くスプラグに荷重を付与できる効果がある。

また、保持部は軸心方向に延設される一方、荷重伝達部は軸心方向と交差する方向に延設されているので、荷重伝達部を軸心方向に延設する場合と比較して、保持器の軸心方向の寸法を短縮できクラッチ装置の小型化を図ることができる効果がある。

請求項６記載のクラッチ装置によれば、荷重伝達部は歯車状に形成され、歯車機構を介して荷重付与装置から荷重が伝達されるので、請求項５の効果に加え、荷重付与装置から保持器までの荷重の伝達経路中に生じるエネルギー損失を小さくでき、効率良く保持器に荷重を伝達できる効果がある。

請求項７記載のクラッチ装置によれば、荷重付与装置は電動機により構成されているので、荷重付与装置をシリンダやソレノイド等により構成する場合と比較して、荷重付与装置の構造を簡素化すると共に荷重付与装置の小型化を図ることができ、請求項１から６のいずれかの効果に加え、ひいてはクラッチ装置の小型化を図ることができる効果がある。

また、荷重付与装置が保持器を介してスプラグに荷重を付与する構成の場合には、クラッチ装置が回転を伝達している状態では、保持器が内輪および外輪の回転に伴い軸心回りに回転するので、荷重付与装置が保持器の回転抵抗となるが、荷重付与装置を電動機により構成することで、保持器の回転抵抗を小さくでき、内輪および外輪を高速回転させることができる。一方、クラッチ装置が回転を遮断している状態では保持器は回転しないので、駆動エネルギーの小さな電動機でスプラグに荷重を付与することができ、エネルギー損失を抑制できると共に、クラッチ装置の小型化を図ることができる効果がある。

本発明の第１実施の形態におけるクラッチ装置が搭載される車両を模式的に示した模式図である。 クラッチ装置を備える動力伝達装置の軸方向断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるクラッチ装置の断面図である。 クラッチ装置の一部の分解立体図である。 （ａ）は図３のＶで示す部分を拡大して示した動力の伝達を遮断するクラッチ装置の部分拡大断面図であり、（ｂ）は動力を伝達するクラッチ装置の部分拡大断面図である。 反ロック方向へ傾動されたスプラグの模式図である。 （ａ）は第２実施の形態における動力の伝達を遮断するクラッチ装置の部分拡大断面図であり、（ｂ）は動力を伝達するクラッチ装置の部分拡大断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１から図６を参照して、第１実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１実施の形態におけるクラッチ装置１が搭載される車両１００を模式的に示した模式図である。なお、図１の矢印Ｆ−Ｂ，Ｌ−Ｒは、車両１００の前後方向、左右方向をそれぞれ示している。

まず、車両１００の概略構成について説明する。車両１００は、図１に示すように、前輪１０１（左の前輪１０１ＦＬ及び右の前輪１０１ＦＲ）を駆動するフロントユニット１１０と、後輪１０２（左の後輪１０２ＢＬ及び右の後輪１０２ＢＲ）を駆動するリヤユニット１２０とを備え、前輪１０１及び後輪１０２をそれぞれ独立して駆動可能に構成されている。フロントユニット１１０は、動力源としてのモータ１１１と、モータ１１１の動力を前輪１０１に伝達する動力伝達装置１１２とを主に備え、モータ１１１の動力により前輪１０１を駆動可能に構成されている。

リヤユニット１２０は、動力源としてのモータ１２１と、そのモータ１２１の動力を後輪１０２に伝達する動力伝達装置１２２とを主に備え、前輪１０１の駆動トルクに応じてモータ１２１が制御されることで、前輪１０１及び後輪１０２の駆動トルクが車両１００の走行状態に応じた適切なトルク配分となるように後輪１０２を駆動可能に構成されている。

また、このリヤユニット１２０の動力伝達装置１２２には、本発明の第１実施の形態におけるクラッチ装置１（図２及び図３参照）が組み込まれており、車両１００の走行状態に応じて、モータ１２１から後輪１０２までの動力の伝達経路を遮断可能に構成されている。

次いで、図２から図４を参照して、クラッチ装置１の詳細構成について説明する。図２は、クラッチ装置１を備える動力伝達装置１２２の一部を断面図として示した軸方向断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるクラッチ装置１の断面図であり、図４はクラッチ装置１の一部の分解立体図である。

クラッチ装置１は、図２及び図３に示すように、内輪２と、その内輪２の外周を囲む外輪３と、それら内輪２と外輪３との間に配設される複数のスプラグ４と、それらスプラグ４を保持する保持器５とを主に備え、モータ１２１（図１参照）の動力を内輪２及び外輪３を介して後輪１０２（図１参照）に伝達可能に構成されている。なお、本実施の形態では、外輪３にモータ１２１の動力が入力され、外輪３に入力されたモータ１２１の動力が内輪２を介して後輪１０２に伝達されるように構成されている。

内輪２は、モータ１２１の動力を後輪１０２に伝達するための機能を担う部材であり、図２及び図３に示すように、断面円形状の外周面２ａを備え、軸心Ｏ回りに回転可能に構成されている。なお、本実施の形態における内輪２は、略円柱状に形成され、図２に示すように、ボールベアリングＢ１を介して動力伝達装置１２２の外郭をなすケース１２２ａに支持されている。

外輪３は、内輪２と共にモータ１２１の動力を後輪１０２に伝達するための機能を担う部材であり、図２及び図３に示すように、内輪２の外周面２ａに対向する断面円形状の内周面３ａを備え、内輪２と同様に軸心Ｏ回りに回転可能に構成されている。なお、本実施の形態における外輪３は、略円環状に形成され、図２に示すように、ローラーベアリングＢ２を介して内輪２に支持されている。

スプラグ４は、内輪２と外輪３との相対回転を規制するための機能を担う部材であり、外周面２ａ及び内周面３ａにそれぞれ接する係合面４ａ，４ｂ（図４及び図５参照）を備え、図３に示すように、外周面２ａ及び内周面３ａの対向間において円周方向に等間隔で複数配設されている。また、スプラグ４は、図４に示すように、２つの係合面４ａ，４ｂを連絡する２つの側面４ｃに溝部４ｄが各々形成されている。溝部４ｄは、後述する付勢部材６が装着される部位である。

保持器５は、スプラグ４を外周面２ａ及び内周面３ａの円周方向へ傾動可能に保持する部材であり、図２及び図３に示すように、軸心Ｏ方向に環状に延設された保持部５ａと、その保持部５ａから軸心Ｏ方向と交差する方向に延設された荷重伝達部５ｂとを備えて構成されている。

保持部５ａは、スプラグ４を保持する部位であり、図２及び図３に示すように、内輪２の外周面２ａの周りに配設されている。また、図４に示すように、保持部５ａは円周方向に亘って等間隔に形成された孔部５ａ１を複数備えている。内輪２側に位置するスプラグ４の部位（係合面４ａ側）が孔部５ａ１に挿入され、スプラグ４の２つの係合面４ａ，４ｂを連絡する２つの前後面４ｅと孔部５ａ１との間には適当な大きさの遊間が形成される。これにより、スプラグ４は保持部５ａによって、円周方向に大きく傾動可能に外周面２ａと内周面３ａとの対向間に保持される。

荷重伝達部５ｂは、後述する荷重付与装置１０から荷重が伝達される部位であり、図２及び図３に示すように、軸心Ｏ方向と交差する方向に延設されている。これにより、荷重伝達部５ｂを軸心Ｏ方向に延設する場合と比較して、保持器５の軸心Ｏ方向の寸法を短縮でき、クラッチ装置１の小型化を図ることができる。

また、この荷重伝達部５ｂは、図３に示すように、歯車状に形成され、後述するピニオン１２との間に構成される歯車機構を介して、荷重付与装置１０から荷重が伝達されるように構成されている。これにより、荷重付与装置１０から保持器５までの荷重の伝達経路中に生じるエネルギー損失を小さくでき、効率良く保持器５に荷重を伝達することができる。

付勢部材６は、図３に示すように、環状のコイルスプリングにより形成されており、拡径する方向に付勢力を作用させる部材である。ここで、図５（ａ）を参照して、付勢部材６により付勢されるスプラグ４について説明する。図５（ａ）は、図３のＶで示す部分を拡大して示した動力の伝達を遮断するクラッチ装置１の部分拡大断面図である。なお、図５において、外輪３はモータ１２１（図１参照）によって駆動され、矢印Ｔ方向（図５反時計回り）に回転しているものとする。

付勢部材６は、スプラグ４の溝部４ｄに装着されており、拡径する方向に付勢力を作用させることで、スプラグ４の係合面４ｂと外輪３の内周面３ａとに生じる摩擦力を利用して、スプラグ４の係合面４ａを図５の矢印Ｓ方向（以下「反ロック方向」と称す）へ傾動させる。これにより、内輪２及び外輪３は相対回転が可能となり、外輪３から内輪２への動力の伝達は遮断される。また、図５（ａ）に示すように、外周面２ａと係合面４ａとに隙間が生じる。その結果、外周面２ａとスプラグ４の係合面４ａとの摩擦をなくすことができ、摩擦によるエネルギー損失を抑制できる。

また、スプラグ４の２つの係合面４ａ，４ｂを連絡する２つの前後面４ｅ（図４参照）と、保持部５ａに形成された孔部５ａ１との間には適当な大きさの遊間が形成されているので、図５（ａ）に示すように、スプラグ４は反ロック方向に大きく傾動されることで互いに当接する。互いに当接する位置までスプラグ４を傾かせると、スプラグ４は互いに拘束し合う。これにより、外周面２ａと係合面４ａとの隙間を十分に確保できる。その結果、内輪２と外輪３とが相対回転をするときに、外周面２ａと係合面４ａとが接触して、意図せずにスプラグ４が外周面２ａ及び内周面３ａに係合して内輪２及び外輪の相対回転が規制されてしまうことを防止できる。

また、スプラグ４の２つの係合面４ａ，４ｂを連絡する２つの側面４ｃに溝部４ｄが各々形成され、付勢部材６が、これら溝部４ｄに装着されるので、付勢部材６の付勢力によって、スプラグ４をバランス良く反ロック方向へ傾動させることが可能である。

上述のクラッチ装置１によれば、内輪２及び外輪３へスプラグ４を係合させるには、付勢部材６の付勢力に抗してスプラグ４に外力を付与する必要がある。そこで、クラッチ装置１には、荷重付与装置１０（図２及び図３参照）が設けられている。

荷重付与装置１０は、付勢部材６の付勢力に抗してスプラグ４に荷重を付与して、スプラグ４を図５の反矢印Ｓ方向（以下「ロック方向」と称す）へ傾動させるための装置であり、図２及び図３に示すように、アクチュエータ１１と、ピニオン１２とを備えて構成されている。アクチュエータ１１は、スプラグ４に付与する荷重を生み出す動力源であり、電動機（交流モータ又は直流モータ）により構成され、電源（図示せず）から供給される電力により駆動可能に構成されている。

このように、荷重付与装置１０（アクチュエータ１１）は、電動機により構成されているので、例えば、荷重付与装置１０（アクチュエータ１１）をシリンダやソレノイド等により構成する場合と比較して、荷重付与装置１０の構造を簡素化すると共に荷重付与装置１０の小型化を図ることができ、ひいてはクラッチ装置１の小型化を図ることができる。

また、クラッチ装置１が回転を伝達している状態では、保持器５が内輪２及び外輪３の回転に伴い軸心Ｏ回りに回転するので、荷重付与装置１０が保持器５の回転抵抗となるが、荷重付与装置１０（アクチュエータ１１）を電動機により構成することで、保持器５の回転抵抗を小さくでき、内輪２及び外輪３を高速回転させることができる。一方、スプラグ４が公転しない状態では保持器５も回転しないので、荷重付与装置１０（アクチュエータ１１）を電動機により構成することで、小さい駆動エネルギーでスプラグ４に荷重を付与することができる。

ピニオン１２は、アクチュエータ１１の動力を保持器５に伝達するための部材であり、図２に示すように、保持器５の荷重伝達部５ｂと噛み合う歯車状に形成され、荷重伝達部５ｂとの間に歯車機構が構成されている。このピニオン１２によりアクチュエータ１１の動力が保持器５に伝達されることで、保持器５を介してスプラグ４に荷重が付与される。このように、荷重付与装置１０は、保持器５を介してスプラグ４に荷重を付与するので、複数のスプラグ４に一度に荷重を付与することができ、効率良くスプラグ４に荷重を付与することができる。

以上のように構成される荷重付与装置１０によれば、図５（ｂ）に示すように、付勢部材６の付勢力に抗して保持器５を介して、スプラグ４にロック方向（図５の反矢印Ｓ方向）の荷重を付与することで、スプラグ４の係合面４ｂを略中心にして、スプラグ４をロック方向へ傾動させることができる。その結果、外周面２ａ及び内周面３ａにスプラグ４の係合面４ａ，４ｂが接することで、内周面３ａと係合面４ｂとの接点および外周面２ａと係合面４ａとの接点に摩擦力が発生すると共に、外周面２ａ及び内周面３ａの円周方向における各接点の位置ずれにより、内輪２及び外輪３にスプラグ４が係合して内輪２と外輪３との相対回転が規制される。これにより、外輪３から内輪２に動力が伝達され、外輪３の回転（図５（ｂ）反時計回り）に伴い内輪２が回転する。

内輪２及び外輪３にスプラグ４が係合して内輪２と外輪３との相対回転が規制されるとき、内輪２との相対回転で内輪２側からみて、外輪３がロック方向（図５の矢印Ｌｏ方向）に回転するときは、荷重付与装置１０による荷重の付与を停止しても、外輪３の回転によってスプラグ４はロック方向に傾動され、内輪２及び外輪３とスプラグ４との係合は維持される。

これに対し、内輪２及び外輪３にスプラグ４が係合して内輪２と外輪３との相対回転が規制されるときに、内輪２との相対回転で内輪２側からみて、外輪３が反ロック方向（図５の反矢印Ｌｏ方向）に回転するときは、荷重付与装置１０を停止するか荷重付与装置１０が付与する荷重を小さくすることで、付勢部材６の付勢力により、スプラグ４は反ロック方向（図５の矢印Ｓ方向）に傾動する。これにより、内輪２及び外輪３とスプラグ４との係合が解除され、外輪３から内輪２への動力の伝達が遮断される。

以上のように構成されるクラッチ装置１によれば、動力伝達装置１０によりスプラグ４に荷重が付与されることで、内輪２及び外輪３にスプラグ４が係合して内輪２と外輪３との一定回転方向への相対回転が規制される。これに対し、動力伝達装置１０による荷重の付与が解除されると、付勢部材６によりスプラグ４に付勢力が付与されているので、内輪２及び外輪３へのスプラグ４の係合が解除され、内輪２と外輪３とが両回転方向に相対回転する。これにより、一定方向への回転の伝達および遮断の切り替えを行うことができる。

次いで、図６を参照して、スプラグ４に作用する付勢力および荷重の関係について説明する。図６は反ロック方向へ傾動されたスプラグ４の模式図である。図６に示すように、内輪２及び外輪３との係合が解除されているスプラグ４は、付勢部材６によって付与される付勢力（荷重Ｐ）により、当接面４ｂと内周面３ａとの接点Ａの回りに、反ロック方向（図６時計回り）へ傾動される回転モーメントが生じる。また、スプラグ４が内輪２及び外輪３に係合して内輪２及び外輪３の回転に伴い軸心Ｏ回りに公転すると、スプラグ４に遠心力Ｋが働く。これらに伴い、接点Ａに押付け荷重が作用する。その反力として、スプラグ４に対して、接点Ａにおいて内周面３ａの法線方向へ反力Ｆ_Ａが作用する。これに対して、スプラグ４をロック方向へ傾動させるために、保持部５ａは、スプラグ４と接する接点Ｃにロック方向（図６反矢印Ｓ方向）の荷重Ｒを付与する。

ここで、スプラグ４に作用する接点Ａ回りの回転モーメントＭ_Ａを考えると、スプラグ４には荷重Ｐ、荷重Ｒ及び遠心力Ｋが作用するので、回転モーメントＭ_Ａは、以下の式（１）で表される。

Ｍ_Ａ＝Ｌｐ・Ｐ＋Ｌｋ・Ｋ−Ｌｒ・Ｒ …式（１）
但し、式（１）において、Ｌｐは接点Ａから荷重Ｐの作用点（溝部４ｄ）までの水平距離であり、Ｌｋは接点Ａから遠心力Ｋの作用点（スプラグ４の重心Ｇ）までの水平距離であり、Ｌｒは接点Ａから荷重Ｒの作用点（接点Ｃ）までの垂直距離である。なお、回転モーメントＭ_Ａは接点Ａ回りの時計回りを正とする。また、荷重Ｐ，Ｋ及びＲは、厳密にいえば、荷重の水平成分および垂直成分による誤差を考慮する必要があるが、その誤差は荷重Ｐ，Ｋ及びＲの大きさに比べて著しく小さいため、荷重Ｐ及びＫは垂直方向に作用し、荷重Ｒは水平方向に作用するものとする。

ここで、スプラグ４の係合面４ａを外周面２ａに係合させるためには、スプラグ４の係合面４ｂが内周面３ａを滑らずに、スプラグ４が図６の反時計回りに傾動されることが必要である。即ちＭ_Ａ＜０であることが必要である。また、図６に示す状態では、内輪２及び外輪３とスプラグ４との係合が解除されているので、外輪３や内輪２は軸心Ｏ回りに回転できるが、外輪３や内輪２の駆動力ではスプラグ４は軸心Ｏ回りに公転できない。従って、スプラグ４に遠心力Ｋは作用しない（Ｋ＝０）。以上のことから、スプラグ４の係合面４ａを外周面２ａに係合させる必要条件は、式（２）にＭ_Ａ＜０，Ｋ＝０を代入して、以下の式（２）で表される。

Ｒ＞Ｌｐ／Ｌｒ・Ｐ …式（２）
ここで、Ｌｐ＜Ｌｒであるとすれば、Ｌｐ／Ｌｒ＜１である。よって、式（２）より、荷重Ｒ＞Ｌｐ／Ｌｒ・Ｐ＜Ｐとなる。従って、荷重付与装置１０（図３参照）は、付勢部材６の付勢力（荷重Ｐ）よりも大きな荷重をスプラグ４に付与しなくとも、外輪３及び内輪２へスプラグ４を係合させることができる。これにより、荷重付与装置１０を小型化できると共に、小さな荷重で済むので、エネルギー損失を抑制できる。ひいてはクラッチ装置１を小型化できる。

また、図６において、接点Ａにおける法線と垂直方向とのなす角をαとすると、内周面３ａからスプラグ４に作用する反力Ｆ_Ａの水平方向の分力成分Ｆ_Ａｈの大きさはＦ_Ａ・sinαであり、その向きはロック方向（図６反矢印Ｓ方向）と同じ向きである。また、接点Ａにおける摩擦係数をμ、反力Ｆ_Ａの垂直方向の分力成分をＦ_Ａｐとすると、摩擦の大きさはμ・Ｆ_Ａｐ＝μ・Ｆ_Ａ・cosαであり、その向きもロック方向（図６反矢印Ｓ方向）と同じ向きである。

以上のように、内周面３ａが係合面４ｂと接する接点Ａにおいて内周面３ａからスプラグ４に作用する反力Ｆ_Ａは、荷重付与装置１０により保持部５ａを介してスプラグ４に作用する荷重Ｒの荷重方向（水平方向であり図６の左右方向）の分力成分の向きが、ロック方向（図６反矢印Ｓ方向）と同じ向きであるので、荷重付与装置１０によってスプラグ４に荷重Ｒが付与されると、内周面３ａの上を係合面４ｂが滑ることが防止され、接点Ａを略中心にスプラグ４を確実に傾動させることができる。これにより、荷重付与装置１０から荷重が付与されることで、スプラグ４の２つの係合面４ａ，４ｂを外周面２ａ及び内周面３ａに確実に係合させることができる。

以上説明したようにクラッチ装置１によれば、荷重付与装置１０により、一定方向への回転の伝達および遮断の切り替えを必要に応じて行うことができる。さらに、スプラグ４が傾動可能な程度の間隔を保持器５で確保することにより、外周面２ａ及び内周面３ａの対向間に複数のスプラグ４を小さな間隔で配設することができる。これにより、クラッチ装置１は、小型であっても伝達トルク容量を大きくすることができる。

次いで、図７を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、付勢部材６がスプラグ４に軸心Ｏから離れる方向に付勢力を作用すると共に、外輪３から内輪２に動力が伝達される場合について説明した。これに対し、第２実施の形態では、付勢部材２６がスプラグ２４に軸心Ｏに近付く方向に付勢力を作用すると共に、内輪２から外輪３に動力が伝達される場合について説明する。

ここで、図７（ａ）は第２実施の形態における動力の伝達を遮断するクラッチ装置２１の部分拡大断面図であり、図７（ｂ）は動力を伝達するクラッチ装置２１の部分拡大断面図である。なお、第１実施の形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明を省略する。また、図７において、内輪２はモータ１２１（図１参照）によって駆動され、矢印Ｔ方向（図７時計回り）に回転しているものとする。第２実施の形態におけるクラッチ装置２１の保持器２５を構成する保持部２５ａは、図７に示すように、外輪３の内周面３ａの内側に配設され、スプラグ２４の外輪３側に位置する部位を保持している。

付勢部材２６は、環状のコイルスプリングにより形成されており、スプラグ２４の溝部２４ｄに装着されて、縮径する方向に付勢力を作用させる。これにより、スプラグ２４の係合面２４ａと内輪２の外周面２ａとに生じる摩擦力を利用して、スプラグ２４を、図７の矢印Ｓ方向（以下「反ロック方向」と称す）へ傾動させる。これにより、内輪２及び外輪３は相対回転が可能となり、内輪２から外輪３への動力の伝達は遮断される。また、図７（ａ）に示すように、内周面３ａと係合面２４ｂとに隙間が生じる。その結果、内周面３ａとスプラグ２４の係合面２４ｂとの摩擦をなくすことができ、摩擦によるエネルギー損失を抑制できる。

また、第１実施の形態と同様に、スプラグ２４は反ロック方向（矢印Ｓ方向）に大きく傾動されることで、図７（ａ）に示すように、互いに当接する。互いに当接する位置までスプラグ２４を傾かせると、スプラグ２４は互いに拘束し合う。これにより、内周面３ａと係合面２４ｂとの隙間を十分に確保できる。その結果、内輪２と外輪３とが相対回転をするときに、内周面３ａと係合面２４ｂとが接触して、意図せずに外周面２ａ及び内周面３ａにスプラグ２４が係合して内輪２及び外輪３の相対回転が規制されてしまうことを防止できる。

荷重付与装置１０により、図７（ｂ）に示すように、付勢部材２６の付勢力に抗して保持器２５（保持部２５ａ）を介して、スプラグ２６にロック方向（図７反矢印Ｓ方向）の荷重を付与することで、スプラグ２６の係合面２４ａを略中心にして、スプラグ２４をロック方向（反矢印Ｓ方向）へ傾動させることができる。その結果、外周面２ａ及び内周面３ａにスプラグ２４の係合面２４ａ，２４ｂが接することで、内周面３ａと係合面２４ｂとの接点および外周面２ａと係合面２４ａとの接点に摩擦力が発生すると共に、外周面２ａ及び内周面３ａの円周方向における各接点の位置ずれにより、内輪２及び外輪３にスプラグ２４が係合して内輪２と外輪３との相対回転が規制される。これにより、内輪２から外輪３に動力が伝達され、内輪２の回転（図７矢印Ｔ方向）に伴い外輪３が回転する。

内輪２及び外輪３にスプラグ２４が係合して内輪２と外輪３との相対回転が規制されるときに、外輪３との相対回転で外輪３側からみて、内輪２がロック方向（図７矢印Ｌｉ方向）に回転するときは、荷重付与装置１０による荷重の付与を停止しても、内輪２の回転によってスプラグ２４はロック方向に傾動され、内輪２及び外輪３とスプラグ２４との係合は維持される。

これに対し、内輪２及び外輪３にスプラグ２４が係合して内輪２と外輪３との相対回転が規制されるときに、外輪３との相対回転で外輪３側からみて、内輪２が反ロック方向（図７反矢印Ｌｉ方向）に回転するときは、荷重付与装置１０を停止するか荷重付与装置１０が付与する荷重を小さくすることで、付勢部材２６の付勢力により、スプラグ２４は反ロック方向（図７矢印Ｓ方向）に傾動する。これにより、内輪２及び外輪３とスプラグ２４との係合が解除され、内輪２から外輪３への動力の伝達が遮断される。以上のように、クラッチ装置２１によれば、第１実施の形態と同様に、一定方向への回転の伝達および遮断の切り替えを行うことができる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施の形態で挙げた数値や形状は一例であり、他の数値や形状を採用することは当然可能である。

また、上記実施の形態では、クラッチ装置１，２１が車両１００の動力伝達装置１２２に組み込まれる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、他の車両（機関車、旅客車、貨物車および特殊車など）の走行装置、作業装置および工作機械などの動力伝達装置に組み込むことは当然可能である。

上記各実施の形態では、アクチュエータ１１が電動機（交流電動機または直流電動機）により構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の動力源を採用することは当然可能である。他の動力源としては、例えば、油圧モータ、空気圧シリンダ、油圧シリンダ、交流ソレノイド及び直流ソレノイド等が例示される。

ここで、アクチュエータ１１をソレノイドにより構成する場合には、歯車機構などによりスプラグ４，２４に荷重を付与する場合に限られず、例えば、電磁力を利用してスプラグ４，２４に荷重を付与するように構成しても良い。

上記各実施の形態では、付勢部材６，２６がコイルスプリングにより構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の付勢部材を採用することは当然可能である。他の付勢部材としては、例えば、金属材料に波状の曲げ加工を施して形成され、その弾性を利用して付勢力としての荷重をスプラグ４，２４に付与可能に構成されるリボンスプリングが挙げられる。

上記各実施の形態では、反ロック方向（矢印Ｓ方向）に傾動されたスプラグ４，２４が互いに当接して互いを拘束する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、スプラグ４，２４の形状によっては、例えば、反ロック方向に傾動されたスプラグ４，２４を保持部５ａ，２５ａ（保持器５，２５）に当接させ、それ以上の傾動を規制するようにすることも当然可能である。この場合も同様の作用が得られる。

１，２１ クラッチ装置
２ 内輪
２ａ 外周面
３ 外輪
３ａ 内周面
４，２４ スプラグ
４ａ，４ｂ，２４ａ，２４ｂ 係合面
５，２５ 保持器
５ａ，２５ａ 保持部
５ｂ 荷重伝達部
６，２６ 付勢部材
１０ 荷重付与装置
１１ アクチュエータ（荷重付与装置の一部、電動機）
Ａ 接点
Ｏ 軸心

Claims (7)

1. 断面円形状の外周面を有し軸心回りに回転可能に構成される内輪と、
   その内輪の前記外周面に対向する断面円形状の内周面を有し前記軸心回りに回転可能に構成される外輪と、
   前記外周面および前記内周面にそれぞれ接する２つの係合面を有し、それら係合面が前記外周面および前記内周面に係合可能に構成されると共に、前記外周面および前記内周面の対向間において円周方向に複数配設されるスプラグと、
   そのスプラグを前記外周面および前記内周面の円周方向へ傾動可能に保持する保持器と、
   前記外周面または前記内周面の一方と前記係合面の一方とが接点で接するように前記スプラグに付勢力を付与して前記スプラグを前記円周方向の反ロック方向へ傾動させる付勢部材と、
   その付勢部材の付勢力に抗して前記スプラグに荷重を付与して前記外周面および前記内周面に前記２つの係合面が接するように前記反ロック方向とは逆方向であって前記円周方向のロック方向へ前記スプラグを傾動させる荷重付与装置とを備え、
   その荷重付与装置により前記付勢部材の付勢力に抗して前記スプラグに荷重が付与され前記スプラグが前記ロック方向へ傾動することで、前記外周面および前記内周面に前記スプラグの２つの係合面がそれぞれ係合して前記内輪と前記外輪との相対回転が規制されることを特徴とするクラッチ装置。
2. 前記スプラグは、前記反ロック方向へ傾動されることで、前記外周面または前記内周面の他方と前記係合面の他方とに隙間が形成されることを特徴とする請求項１記載のクラッチ装置。
3. 前記外周面または前記内周面の一方が前記係合面の一方と接する前記接点において前記外周面または前記内周面の一方から前記スプラグに作用する反力は、前記荷重付与装置により前記スプラグに作用する荷重方向の分力成分の向きが、前記ロック方向と同じ向きであることを特徴とする請求項１又は２に記載のクラッチ装置。
4. 前記スプラグは、前記外周面および前記内周面の対向間に等間隔に配設され、前記反ロック方向へ傾動されることで互いに当接することを特徴とする請求項２又は３に記載のクラッチ装置。
5. 前記保持器は、前記軸心方向に延設され前記スプラグを保持する保持部と、前記軸心方向と交差する方向に延設され前記荷重付与装置から荷重が伝達される荷重伝達部とを備え、
   前記荷重付与装置は、前記保持器を介して前記スプラグに荷重を付与することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクラッチ装置。
6. 前記荷重伝達部は、歯車状に形成され、歯車機構により前記荷重付与装置から荷重が伝達されることを特徴とする請求項５記載のクラッチ装置。
7. 前記荷重付与装置は、電動機により構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のクラッチ装置。

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