WO2001027486A1

WO2001027486A1 - Dispositif d'embrayage

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Publication number: WO2001027486A1
Application number: PCT/JP2000/007144
Authority: WO
Inventors: Masahiro Inoue; Isao Usuki; Koji Shima
Original assignee: Koyo Seiko Co., Ltd.
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2001-04-19
Also published as: US6464061B1; DE60038665T2; DE60038665D1; EP1143162A4; EP1143162B1; EP1143162A1

Description

明細書

クラツチ装置技術分野

本発明は、ほぼ同軸に対向配設される二つの回転体のうち、第 1回転体側から回転動力が入力されたときに両回転体を同期回転可能に結合する一方、第 2回転体側から回転動力が入力されたときに第 1回転体への回転動力を遮断するクラッチ装置に関する。背景技術

従来のこの種のクラツチ装置において、モータ等の動力源により第 1回転体を回転駆動し、この回転動力を第 2回転体側に伝達している場合において、第 2回転体から逆方向回転動力が入力されたときにはその回転動力が第 1回転体に伝達されること (逆入力）を遮断する機構としてウォーム減速機や電磁ブレーキが採用されている。ウォーム減速機の場合、第 1回転体の回転動力の第 2回転体に対する伝達効率が低く、また、その伝達に際し、ウォームギヤとウォームとの嚙合音が発生してクラッチ装置の静粛性に劣る。

電磁ブレーキの場合、ブレーキ動作に際し通電が必要となるから使用コストが嵩むうえ、回転動力の伝達タイミングを制御する電磁コイルへの通電制御に複雑な電子制御回路が必要となり、それだけ製作コストが高くなる。

また、いずれの場合も、クラッチ装置としての軽量化に限界を生じる。

したがって、本発明は、クラッチ装置において、第 1回転体の回転動力の伝達性に優れ、また、静粛性に優れたものとし、かつ簡易な構造としてその使用上ならびに製作上におけるコストの大幅な低減を可能とし、かつ、軽量化をさらに図れるクラッチ装置を提供することを目的としている。発明の開示

本発明は、ほぼ同軸に対向配設される二つの回転体のうち、第 1回転体に回転動力が入力されたときに両回転体を同期回転可能に結合する一方、第 2回転体に回転動力が入力されたときに第 1回転体への回転動力を遮断するクラツチ装置において、第 2 回転体と同期回転可能でかつ軸方向変位可能に取り付けられる可動摩擦部材と、可動摩擦部材の軸方向変位によって当該可動摩擦部材が圧接または離隔する位置に固定配置される固定摩擦部材と、第 1回転体が回転したときに可動摩擦部材を固定摩擦部材から離隔させて第 1回転体と可動摩擦部材と第 2回転体との三者を一体にして両回転体を同期回転可能に結合する一方、第 2回転体が回転したときに可動摩擦部材を固定摩擦部材に圧接させて第 2回転体と可動摩擦部材と固定摩擦部材との三者を一体にして第 2回転体を非回転状態にするカム機構とを含むことを特徴としている。

本発明によると、可動摩擦部材と固定摩擦部材とカム機構とで第 1回転体の回転動力を第 2回転体に高効率で伝達でき、また、簡易な構造として使用ならびに製作のコストを低減できるものとなる。

本発明は、上述の改良されたクラッチ装置において、可動摩擦部材が、外周面が軸方向一方に向けて拡径するテーパ面に形成された環状板からなり、また、固定摩擦部材が、内周面が軸方向一方に向けて拡径するテーパ面となっているとともに、その内周面が前記可動摩擦部材の外周面に同心状に配設される筒体からなり、前記可動摩擦部材が、軸方向に変位することによりそのテーパ状外周面が前記固定摩擦部材のテ一パ状内周面に対して圧接する状態あるいは離隔する状態になるものとしている。

こうした場合、可動摩擦部材と固定摩擦部材それぞれのテーパ面で、可動摩擦部材の固定摩擦部材に対する圧接、離隔を行う簡易な構造であるから、よりその使用ならびに製作のコストを低減できるものとなる。

本発明は、上述の改良されたクラッチ装置において、カム機構が、第 1回転体と可動摩擦部材の両対向面にそれぞれ設けられるカム溝と、両カム溝間に介装されるクラツチ用玉とを含み、前記クラッチ用玉が、前記カム溝内を周方向に転動することで可動摩擦部材を固定摩擦部材に対し圧接または離隔するよう変位させるようにしている。こうした場合、そのカム機構が、カム溝とクラッチ用玉とで構成されるので、第 1 回転体の回転動力を第 2回転体に高効率で伝達でき、また、簡易な構造として使用ならびに製作のコストを低減できるものとなる。

本発明は、上述の改良されたクラッチ装置において、前記カム機構が、第 1回転体と可動摩擦部材との両対向面に振り分けられて設けられる一対のカム溝およびカム状凸部とを含み、前記カム状凸部が、前記カム溝内を周方向に転動することで可動摩擦部材を固定摩擦部材に対し圧接または離隔するよう変位させるようにしている。

こうした場合、そのカム機構が、カム溝とカム状凸部とで構成されるので、第 1回転体の回転動力を第 2回転体に高効率で伝達でき、また、簡易な構造として使用ならびに製作のコストを低減できるものとなる。

本発明は、上述の改良されたクラッチ装置において、可動摩擦部材を固定摩擦部材に圧接させる側に弹発付勢する付勢部材が取り付けられている。

こうした場合、付勢部材で可動摩擦部材を固定摩擦部材に圧接させる構造であるので、第 1回転体と第 2回転体との同期回転動作と、第 2回転体の第 1回転体からの分離動作をよりスムーズにできる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の最良の実施形態に係る、動力遮断状態にあるクラッチ装置の側面断面図である。

図 2は、動力伝達状態にある図 1のクラツチ装置の側面断面図である。

図 3は、図 1のクラッチ装置の分解斜視図である。

図 4は、図 1のカム機構の要部拡大図である。

図 5は、図 2のカム機構の要部拡大図である。

図 6は、本発明の他の実施形態に係るクラツチ装置のカム機構における図 4に対応する要部拡大図である。

図 7は、図 6のクラッチ装置の力ム機構における図 5に対応する要部拡大図である。図 8は、本発明のさらに他の実施形態に係るクラツチ装置の側面断面図である。図 9は、本発明のさらに他の実施形態に係るクラツチ装置におけるカム機構の要部拡大図である。

図 1 0は、本発明のさらに他の実施形態に係るクラッチ装置の分解斜視図である。図 1 1は、本発明のさらに他の実施形態に係るクラッチ装置においてクラッチハウジングとカムプレートの両接触面における部分側面断面図である。

図 1 2は、図 1 1のクラッチ装置において、リース潤滑の場合の圧縮荷重と滑り出しトルクとの関係を示す図である。図 1 3は、図 1 1のクラッチ装置において、 A T F潤滑の場合の圧縮荷重と滑り出しトルクとの関係を示す図である。

図 1 4は、図 1 1のクラッチ装置において、圧入荷重と抜け荷重との関係を示す図である。

図 1 5は、本発明のさらに他の実施形態に係るクラッチ装置のカム機構における力ム機構の要部拡大図である。

図 1 6は、図 1 5のクラッチ装置において、そのカム溝の傾斜角と両接触面の径方向隙間との関係式の説明に用いるものでクラツチハウジングとカムプレートとの要部の部分側面断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図 1ないし図 5は、本発明の最良の実施形態に係り、図 1は、動力遮断状態におけるクラッチ装置の側面断面図、図 2は、動力伝達状態におけるクラッチ装置の側面断面図、図 3は、クラッチ装置の分解斜視図、図 4は、図 1の要部拡大図、図 5は、図 2の要部拡大図である。

これらの図において、 1は、固定摩擦部材としてのクラッチハウジング、 2は、第 1回転体としての第 1回転軸、 3は、第 2回転体としての第 2回転軸、 4は、可動摩擦部材の一例としての可動カムプレート、 5は、付勢部材の一例としての皿バネ、 6 は、転がり軸受、 7は、止め輪である。

クラッチハウジング 1は、図外のクラッチ装置取付壁に固定されるとともに、その内周面の軸方向一方側に軸方向一方に向けて拡径する固定接触面 1 a と、軸方向他方側に軸受取り付け面 1 bとを備えた筒体構造となっている。

第 1回転軸 2は、モータ等の動力源により回転駆動され、回転軸本体 8の外周面に径方向外向きの固定カムプレート 9がー体に形成され、また、回転軸本体 8の軸方向端面に軸方向の小径軸部 1 0が形成されている。

第 2回転軸 3は、軸方向一方側軸部 1 1がクラッチハウジング 1外に延び、軸方向他端側の軸部端面に形成された軸方向有底穴 1 2に第 1回転体 2の小径軸部 1 0が嵌入され、サークリップ 1 3で第 1回転軸 3に連結される。第 2回転軸 3はまた、外周面にスプライン歯 1 4が形成され、軸受 6を介してクラツチハウジング 1の軸受取り付け面 1 bに回転可能に支持されている。

この場合、第 2回転軸 3の外周面の周溝 1 5に止め輪 7が固定され、これによつて、第 2回転軸 3等がクラツチハウジング 1から抜け出すのが防止されている。

可動カムプレート 4は、径方向の外周面が軸方向一方に向けて拡径する可動接触面 4 aを有し、クラッチハウジング 1の固定接触面 1 aと対向するようクラッチハウジング 1 と同心状に配設された環状板構造となり、固定カムプレート 9との軸方向対向面間で、カム機構 1 6を構成する。

可動カムプレート 4はまた、第 2回転軸 3の嵌入穴を有し、その嵌入穴内周壁に第 2回転軸 3のスプライン歯 1 4に嵌合するスプライン歯 1 7を備え、そのスプライン歯 1 7と第 2回転軸 3のスプライン歯 1 4との嵌合で第 2回転軸 3と一体回転し、かつ、軸方向に変位可能となっている。

カム機構 1 6は、可動カムプレート 4と固定カムプレ一ト 9の両対向面に形成されたカム溝 1 8 , 1 9と、このカム溝 1 8， 1 9間に介装されるクラッチ用玉 2 0とで構成されている。

両カム溝 1 8 , 1 9は、円周方向複数箇所で互いに等間隔に形成されており、径方向中央側 1 8 a 0 , 1 9 a 0で軸方向溝深さが深く、それの径方向両側 1 8 a 1， 1 8 a 2 ： 1 9 b 1 , 1 9 b 2で溝深さが浅くなる形状を有した構造となっている。皿バネ 5は、可動カムプレート 4と軸受 6 との軸方向対向面間において、第 2回転軸 3の外周に挿入され、可動カムプレート 4を付勢相手としてこれを固定カムプレート 9方向に付勢する。

カム機構 1 6は、第 1回転軸 2力；、回転したとき、可動カムプレート 4をクラッチハウジング 1から離隔させて第 1回転軸 2と可動カムプレート 4と第 2回転軸 3との三者を一体にして両回転軸 2 , 3を同期回転可能に結合する。

カム機構 1 6はまた、第 2回転軸 3が回転したとき、可動カムプレート 4をクラッチハウジング 1に圧接させて第 2回転軸 3と可動カムプレート 4とクラッチハウジング 1 との三者を一体にして第 2回転軸 3を非回転状態とする。

作用を説明する。

図示の状態では、可動カムプレート 4は、皿バネ 5で軸方向他方に付勢され、その可動接触面 4 aが、クラッチハウジング 1の固定接触面 1 aに圧接されている状態となっているから、第 2回転軸 3は回転が口ックされて非回転状態となっている。

一方、図示の状態から、第 1回転軸 2が図外のモータ等の動力源で回転駆動された場合は、固定カムプレート 9と可動カムプレート 4の両対向面間のカム溝 1 8， 1 9 間をクラッチ用玉 2 0が周方向に転動する。そうすると、可動カムプレート 4が、皿バネ 5に抗して、固定カムプレート 9より軸方向一方に向けて変位し、これによつて、可動カムプレート 4の可動接触面 4 aが、クラツチハウジング 1の固定接触面 1 aから離隔する。

そのため、可動カムプレート 4は、第 1回転軸 2の回転動力で回転し、これとともに、第 2回転軸 3も回転させられて、第 1回転軸 2の回転動力が伝達されることになる。

上記構造を備えた実施形態のクラッチ装置は、第 1回転軸 2の回転動力を第 2回転軸 3に高効率で伝達できる一方、第 1回転軸 2から第 2回転軸 3への回転動力の伝達と第 2回転軸 3を非回転として第 1回転軸 2から分離する構造が簡易であるから使用ならびに製作のコストを低減できる。

なお、本発明は、上述の最良の実施形態に限定されるものではなく、以下の述べる種々の応用が変形が可能である。

( 1 ) 本発明においては、図 6および図 7で示すように第 1回転軸 2にカム溝 1 8 を形成し、可動カムプレート 4に、このカム溝に対向するカム状凸部 2 1を有した構成としてもよい。なお、このカム溝 1 8とカム状凸部 2 1は断面が台形形状であり、カム状凸部 2 1が図 6のようにカム溝 1 8の斜面 1 8 a l , 1 8 a 2に収まっているときは、可動カムプレート 4の回転動力が、軸方向推進力に変換されて、可動カムプレート 4が、皿バネ 5に抗して、環状フランジ 9より軸方向一方に向けて変位し、これによって、可動カムプレート 4の可動接触面 4 a力クラッチハウジング 1の内周面の固定接触面 1 aから離隔する。

なお、図 6は図 4に、図 7は図 5に対応するのでそれ以上の説明は省略する。

この場合、カム溝 1 8を可動カムプレート 4に、カム状凸部 2 1を第 1回転軸 2に設けてもよい。

( 2 ) 本発明においては、クラッチハウジング 1 と可動カムプレート 4は、それぞれの一方の面を軸方向に対向させた形態とし、可動カムプレート 4を軸方向に変位させることによりクラッチハウジング 1の対向面に圧接または離隔させるようにしてもよい。 -

(3) 本発明においては、第 1回転軸 2が皿バネ 5の反力で第 2回転軸 3との相対位置がずれるのを防止するサークリップ 1 3を廃止し、図 8で示すように、回転軸 2 をクラツチハウジング 1に対して転がり軸受 2 2を介して回転自在に支持させるようにしてもよい。

(4) 本発明においては、図 9で示すようにカム溝 1 8, 1 9からクラッチ用玉 2 0の抜け出しを防止可能なように、カム溝 1 8， 1 9の寸法を以下のように設定してちょい。

すなわち、クラッチ用玉 20の最深位置における両カム溝 1 8, 1 9それぞれの深さ（周方向中心 1 8 a 0, 1 9 a 0) 、クラッチ用玉 20の半径より小さい寸法関係に、また、クラッチ用玉 20がすり鉢状斜面の a点にきたとき、クラッチ用玉 20 の抜け出しを阻止するカム溝の段部 b点の寸法関係は、次式（a ) ないし（c ) を満足するようにしてもよい。

t a η φ > ( 2 · T) / (D p · F s ) かつ DBZ 2 > R a … （ a )

D c > (SiZt a n 77) +D_B . s i n <i) … ( b )

ただし、

51 ：クラツチ用玉 20の軸方向最大変位量

5₂：第 1回転軸 2と可動カムプレート 4との軸方向離隔最短距離

D p ：クラッチ用玉 20のピッチ円径

DB ：クラッチ用玉 20の直径

D c : カム溝 1 8， 1 9の周方向外径

Θ ：カム作動角

φ ：カムストッパ角

V ：すり鉢状斜面の傾斜角度！：（π— θ ) Z2〕

T ：回転動力 F s ：皿バネ 5のバネカ

R a ：すみ R

ここで、カム作動角 Θは、第 1回転軸 2のカム溝 1 8では周方向中心 1 8 a 0，つまり最も最深の位置を中心にして隣り合うすり鉢状斜面 1 8 a 1 , 1 8 a 2の開き角度、可動カムプレート 4のカム溝 1 9では周方向で隣り合うすり鉢状斜面 1 9 a 1 , 1 9 a 2の開き角度である。

カムストッパ角 φは、クラッチ用玉 2 0がカム溝 1 8 , 1 9のすり鉢状斜面 1 8 a 1の周方向他方側とすり鉢状斜面 1 9 a 1の周方向一方側との間で挟まれた状態、または、カム溝 1 8， 1 9のすり鉢状斜面 1 8 a 2の周方向一方側とすり鉢状斜面 1 9 a 2の周方向他方側との間で挟まれた状態において、クラッチ用玉 2 0とすり鉢状斜面における接点 aとクラッチ用玉 2 0の中心を通る軸方向線とのなす角度である。また、 R aは、 b点において、クラッチ用玉 2 0に接する平面とすり鉢状斜面とのすみ Rがクラッチ用玉 2 0の半径より大きいとクラッチ用玉 2 0が容易に乗り上げのるでそれを防ぐためにクラツチ用玉 2 0の半径より小さくする。

そして、上記各式（a ) ないし（c ) の意味について説明する。

式（a ) の左側は、回転動力 Tとカムストッパ角 φとの関係を示し、右側は、単にカムストッパ角 φにおいてクラツチ用玉 2 0が乗り上げない条件を示している。式（b ) は、カム溝 1 8， 1 9の周方向外径の制約を示している。

式（c ) は、深さの関係として φという力ムストツパ角をもっても必ずクラッチ用玉 2 0に接触面が存在する条件を示している。

このような式の関係において、クラッチ用玉 2 0の抜け出し防止には、実施形態でこのカム角 R aの基準位置 cの深さが、上記式（a ) ないし（c ) を満足させることが必要となる。

このような式を満足するカム機構 1 6の作用を説明する。

第 1回転軸 2に回転動力が与えられず、図 9の実線で示すように、両カム溝 1 8 , 1 9が軸方向に正対しているときは、クラッチ用玉 2 0は、両カム溝 1 8， 1 9の周方向中心 1 8 a 0， 1 9 a 0間に位置して、可動カムプレート 4は、第 1回転軸 2に対して最小離隔距離 S 2で軸方向に対向している。この状態では可動カムプレート 4 は、皿バネ 5で軸方向他方に付勢され、その可動接触面 4 aが、クラッチハウジング 1の固定接触面 1 aに圧接されている状態となっているから、第 2回転軸 3は回転がロックされて非回転状態となっている。

この状態から、第 1回転軸 2が図外のモータ等の動力源で回転駆動されると、クラツチ用玉 20が、両カム溝 1 8 , 1 9のすり鉢状斜面 1 8 a 2, 1 9 a 2または 1 8 a 1， 1 9 a 1を転動し、図 9の仮想線で示すように、そのすり鉢状斜面の両側で挟まれた状態となる。

この状態では、第 1回転軸 2と可動カムプレート 4との離隔距離は S 1 + S 2となり、上述したように、第 1回転軸 2の回転動力が第 2回転軸 3に伝達されることになる。

この段階でさらに第 1回転軸 2が回転していっても、カム溝 1 8, 1 9は上述した関係式を有しているから、クラッチ用玉 20は、カム溝 1 8, 1 9のすり鉢状斜面を抜け出すことが防止され、構造上の信頼性に優れたものとなる。

(5) 本発明においては、カム機構全体の形状の小型化を図るため、カム溝 1 8， 1 9は、図 1 0で示すように、径方向の溝幅がクラッチ用玉 20の径方向における所要以上の転動を規制しかつ周方向においてほぼ一様とされた形状としてもよい。例えば、軸方向から見られてほぼ楕円形状あるいはほぼ小判形状、その他これらに類する形状としてよレ、。

具体的には、カム溝 1 8, 1 9は、径方向において対向する一対の内外径壁の対向間隔つまり径方向の溝幅が、クラッチ用玉 20が周方向に転動可能とする程度でほぼクラツチ用玉 20の径に近くされている。

カム溝 1 8, 1 9の両内外径壁は、周方向に沿う曲線形状となっているために、力ム溝 1 8, 1 9の径方向の溝幅は周方向においてほぼ一様となる。

この一様な形状には、小判形状のように前記両内外径壁が周方向において径方向内外に多少膨出した形態も含む。

したがって、図 1 0の場合、固定カムプレート 9と可動カムプレート 4は、その直径をカム溝 1 8， 1 9の溝幅より若干大きくする程度の大きさで形成できることになる結果、固定カムプレート 9と可動カムプレート 4それぞれのサイズを、円錐形状のカム溝を形成する場合のようにカム溝形成のための大きなスペースを確保しておく必要がなくなり、その平面サイズを小型にすることができる結果、これによつて、カム機構全体の小型化が達成できる。

また、カム溝 1 8， 1 9が、楕円形状であって径方向において対向する一対の内外径壁の対向間隔つまり径方向の溝幅が、クラッチ用玉 20が周方向に転動可能とする程度でほぼクラッチ用玉 20の径に近くされているから、クラッチ用玉 20に遠心力が作用してもその外径壁によって転動位置がずらされることを抑制できる。

その結果、クラツチ装置における動作性能の向上に寄与できて好ましい。

(6) クラッチハウジング 1 と可動カムプレート 4の両接触面 1 a， 4 aの傾斜角度が小さいと、両接触面 l a , 4 a間の摩擦係合力が増しロック状態がより安定する力ロック状態を重視しすぎて傾斜角度を過小にすると、両接触面 l a, 4 aの嚙み込みが発生し、口ック状態から非口ック状態へのクラツチ切り換えに際して可動接触面 4 aを固定接触面 1 aから離隔させるのに大きな離隔トルクを要しクラッチ性能に影響する。

そこで、本発明においては、図 1 1を参照して説明するように、クラッチハウジング 1 と可動カムプレート 4の両接触面 1 a， 4 aの傾斜角度を θ、また接触面 l a， 4 aにおける摩擦係数を μ としたとき、その傾斜角度 0を、

Θ > t a n-¹^ … ( d )

の関係式に基づいて管理するとよい。。

上記関係式（d) の導き方について説明する。

可動接触面 4 aが固定接触面 1 aを圧接しているとき、可動接触面 4 aが受ける固定接触面 l aからの反力（可動接触面 4 aに垂直な力）を Rとし、可動接触面 4 aを固定接触面 1 aから引き抜くのに要する軸方向外力を Pとすると、次式（e) が成立する。

P= 2 M R c o s 0 - 2 R s i n 0 = 2 R ( M C O S 9 - S ί η θ) … ( e )

ここで、右辺の「2」の係数は、両側勾配のためである。

そして、可動カムプレート 4の可動接触面 4 aがクラッチハウジング 1の固定接触面 1 aに嚙み込むのを防止する、つまり自然に抜ける条件は、？< 0、っまり次式（が成立する必要がある。

P = 2 R (^ c o s e - s i n fl) < 0 ·■■ ( f )

上記式（ f ) より上記関係式（d) が得られる。

この関係式（d) に従うよう傾斜角度を管理すると、傾斜角度を小さくしてロック状態の安定を図る場合、傾斜角度を小さくしすぎて接触面の嚙み込み発生を起こすようなことが防止され、クラッチ性能が安定する。

上記関係式（d ) に従って本発明者らが、以下に述べる試験を行ったところ、両接触面の潤滑状態がグリース潤滑の場合と無潤滑（乾燥）の場合との間で、摩擦係数 μ を 0. 1〜0. 3として傾斜角度 6を、 6〜 1 5度の範囲に管理すると、嚙み込み防止と口ック状態の安定に加えて適正なロック力が得られるという好ましい結果となつた。

前記摩擦係数は、接触面の面粗さの設定で行われるが、面粗さが粗すぎると経時摩耗による耐久性の低下をもたらす。そこで本実施の形態では、好ましくは、その面粗さを中心線平均粗さ（R a) で 0. 8としている。

この試験について図 1 2ないし図 1 4を参照して説明する。

図 1 2および図 1 3は、口ック状態で固定接触面 1 aが可動接触面 4 aから受ける圧縮荷重と、その圧縮荷重下で可動接触面 4 aに回転トルクを加えた場合に、可動接触面 4 aが固定接触面 1 a上を滑り出す滑り出しトルクとを示す。そして、図 1 2の場合は、接触面の潤滑がグリース潤滑、図 1 3の場合は接触面の潤滑が AT F

(Automatic Transmission Fluidの略称）潤滑を示している。これらの図において、黒塗潰丸印の細線は傾斜角度 20度、接触面の接触長さ 5mm、

黒塗潰四角印の細線は傾斜角度 20度、接触面の接触長さ 1 0mm、

黒塗潰三角印の細線は傾斜角度 20度、接触面の接触長さ 1 5mm、黒塗潰丸印の太線は傾斜角度 1 0度、接触面の接触長さ 5mm、

黒塗潰四角印の太線は傾斜角度 10度、接触面の接触長さ 1 Omm、

黒塗潰三角印の太線は傾斜角度 10度、接触面の接触長さ 1 5mm、

白抜き丸印の点線は傾斜角度 5度、接触面の接触長さ 5mm、

白抜き四角印の点線は傾斜角度 5度、接触面の接触長さ 1 Omn！、

白抜き三角印の点線は傾斜角度 5度、接触面の接触長さ 1 5mm

である。

図 1 2および図 1 3は傾斜角度が大きいと滑り出しトルクが小さくなり口ック状態の安定性が低下し、傾斜角度が小さいと滑り出しトルクが大きくなり口ック状態の安定性があがる。

傾斜角度が小さく特に 5度の場合は、圧縮荷重増大に伴い滑り出しトルクが非常に大きくなり口ック状態が安定するというより両接触面 1 a， 4 aが嚙み込んでしまう結果となる。このような傾斜角度の場合は、可動接触面 4 aが固定接触面 1 aに圧入されていると考えられる。

図 1 4は、前記傾斜角度 5度と小さくなつて両接触面 1 a， 4 aに嚙み込みが発生した場合を示し、横軸が圧入荷重、縦軸が離隔トルクを示している。圧入荷重は可動接触面 4 aを固定接触面 1 aに圧入に要した荷重、また、離隔トルクは、可動接触面 4 aを固定接触面 1 aに対し離隔するのに要したトルクである。

黒塗潰丸印の細線は AT F潤滑で傾斜角度 5度、接触長さ 5mm、

黒塗潰四角印の細線は AT F潤滑で傾斜角度 5度、接触長さ 1 Omm、

黒塗潰三角印の細線は AT F潤滑で傾斜角度 5度、接触長さ 1 5mm、

黒塗潰丸印の太線はグリース潤滑で傾斜角度 5度、接触長さ 5mm、

黒塗潰四角印の太線はグリース潤滑で傾斜角度 5度、接触長さ 1 Omm、

黒塗潰三角印の太線はグリース潤滑で傾斜角度 5度、接触長さ 1 5mm

である。

AT F潤滑にくらべ、グリース潤滑は離隔トルクがわずかに小さい。

以上のことから、傾斜角度は小さい方が、また、接触長さは長い方が、ロック力が大きい。

また、ロック力だけを考えると、傾斜角度を小さくするとよいが、傾斜角度を小さくしすぎると接触面の嚙み込みにより離隔トルクが大きくなつてしまレ、、クラッチ性能の応答性が低下し好ましくない。

( 7 ) 図 1 5および図 1 6を参照して説明するように、第 1回転軸 2の回転時における両接触面 1 a， 4 aに所要の径方向隙間 Sを確保可能とする角度を下限角度に、またクラツチハウジング 1の接触面 1 aから可動カムプレ一ト 4の接触面 4 aを離隔するために要する起動トルクを所要以下に抑制可能とする角度を上限角度とする。そして、本発明においては、カム溝 1 8， 1 9のすり鉢状斜面の傾斜角度 ηを、前記下限と上限の両角度の範囲に規定するに当たり、両接触面 l a， 4 aの径方向隙間 Sに対して次の関係式（_g) で適正に規定してもよい。

= t a n- 1 ( S /K) ··· ( g )

ただし、 Kは定数である。

この定数 Kは、両接触面の接触角度を θ、カム溝の周方向外径を D c、クラッチ用玉 2 0の直径を DB、カムストッパ角度を φとして、 K= (D c — D_B ' s i n (i) ) · t a η Θの式で導かれる定数である。

ここで、カムストッパ角 φとは、例えばクラッチ用玉 2 0がカム溝 1 8 , 1 9のすり鉢状斜面 1 8 a 2とすり鉢状斜面 1 9 a 2との間で挟まれた状態において、すり鉢状斜面 1 9 a 2の段部 a とクラツチ用玉 2 0の中心を通る軸方向線とのなす角度である。

上記関係式（g ) の導き方について説明する。

第 1回転軸 2の軸方向最大移動量 S 1は、図 1 5より明らかであるように S 1 = (D c — DB · s i η φ ) · t a η 7]で得られる。

また、両接触面 l a , 4 aの径方向隙間 Sは、図 1 6で明らかであるように可動力ムプレート 4の軸方向移動量 S 1に対するものであるから、 S = S 1 · t a η Θで得られる。

目 ijgl両 3 ^力ら、 S = (D c — DB · s i η φ ) · t a n η · t a n Θ = K · t a n η が得られ、これを変形して上記式（ 1) を導くことができる。

なお、式（g) よりカム溝 1 8, 1 9のすり鉢状斜面の傾斜角度 ηは、 6〜 1 5度の範囲が好ましい。

この場合、両接触面 l a， 4 aの径方向隙間 Sを、 0. 1 5以上に規定する。

このような径方向隙間 Sとした場合、前記定数 Kにおいて、両接触面 l a , 4 aの嚙み込み防止には、両接触面 l a , 4 aの接触角度 0を 3〜 1 5度に規定することが好ましい。同様に、カム溝 1 8, 1 9に対するクラッチ用玉 20の乗り上げ防止には力ムストツパ角 φを約 70度に規定することが好ましい。

前記関係式（g) に従って、カム溝 1 8， 1 9の傾斜角度を適正に規定した場合、接触面 l a， 4 aの径方向隙間 Sも適正に規定することができ、その結果、この規定により前記両接触面 1 a， 4 aの嚙み込みを抑制して可動接触面 4 aを固定接触面 1 aから離すための起動トルクを小さくできる一方、前記傾斜角度を動力伝達における両接触面 l a , 4 aの離隔距離を確保でき、第 1回転軸 2から第 2回転軸 3への動力伝達効率を向上させられる結果、所望のクラツチ性能を発揮できるものとなる。

また、径方向隙間 Sが適正に規定されるから、第 2回転軸 3を非回転に確実に確保することができ、クラッチ性能の向上に好ましい。

なお、本発明においては、両接触面 l a , 4 aの接触角度を θ、カム溝 1 8， 1 9 の周方向長さを D c、クラッチ用玉の直径を D_B、力ムストツパ角度を φとして、前記定数 Kを、（D c— ϋ_Β · 3 Ϊ η φ ) · t a η 0の式で導かれる定数とすると、この定数に含まれる例えば接触角度 0を適正に規定して両接触面 1 a， 4 aにおける嘴み込みを防止可能としても、よりカム溝 1 8， 1 9の傾斜角度 ηをより正確かつ容易に適正な値に規定することができて好ましい。

(8) 本発明において、皿バネ 5は圧縮コイルパネに置き換えられてもよい。

(9) 本発明において、可動摩擦部材は、可動カムプレート 4のようなプレート構造に限定されるものではない。

( 1 0) 本発明において、固定摩擦部材は、クラッチハウジング 1のようなハウジング構造に限定されるものではない。 ( 1 1 ) 本発明において、固定カムプレート 9は、第 1回転軸 2の外周に径方向外向きのフランジとして一体に設けられているが、この固定カムプレート 9は、第 1回転体と別体に形成し、それを第 1回転体に対して軸方向不動に取り付けることで一体的にしてもよい。

( 1 2 ) 本発明において、上述のクラッチ装置は、例えば、無断変速機や、電動パワーステアリング、その他の機械装置類に応用することができる。産業上の利用可能性

本発明によれば、同軸上に対向配設される二つの回転体の動力伝達間に介装され、かつ第 1回転体に回転動力が入力されたときに両回転体を同期回転可能に結合する一方、第 2回転体に回転動力が入力されたときに第 2回転体を非回転状態とするクラッチ装置として好適に利用される。

Claims

請求の範囲

1 . ほぼ同軸に対向配設される二つの回転体のうち、第 1回転体に回転動力が入力されたときに両回転体を同期回転可能に結合する一方、第 2回転体に回転動力が入力されたときに第 1回転体への回転動力を遮断するクラツチ装置であって、

第 2回転体と同期回転可能でかつ軸方向変位可能に取り付けられる可動摩擦部材と、可動摩擦部材の軸方向変位によって当該可動摩擦部材が圧接または離隔する位置に固定配置される固定摩擦部材と、

第 1回転体が回転したときに可動摩擦部材を固定摩擦部材から離隔させて第 1回転体と可動摩擦部材と第 2回転体との三者を一体にして両回転体を同期回転可能に結合する一方、第 2回転体が回転したときに可動摩擦部材を固定摩擦部材に圧接させて第 2回転体と可動摩擦部材と固定摩擦部材との三者を一体にして第 2回転体を非回転状態にするカム機構と、

を含むことを特徴とするクラツチ装置。

2 . 請求項 1のクラッチ装置において、

可動摩擦部材が、外周面が軸方向一方に向けて拡径する接触面を備えた環状板からなり、

固定摩擦部材が、内周面が軸方向一方に向けて拡径する接触面となっているとともに、その内周面が前記可動摩擦部材の外周面に同心状に配設される筒体からなり、前記可動摩擦部材が、軸方向に変位することによりその接触面が前記固定摩擦部材の接触面に対して圧接する状態あるいは離隔する状態になる、ことを特徴とするクラツチ装置。

3 . 請求項 1のクラッチ装置において、

カム機構が、可動摩擦部材と第 1回転体に一体的に軸方向不動に設けられる固定力ムプレートとの対向面に設けられた一対のカム溝とこれに収納されて当該両カム溝内を転動することで可動摩擦部材を軸方向に変位させるクラツチ用玉とを含む、ことを特徴とするクラッチ装置。

4 . 請求項 1のクラッチ装置において、

前記カム機構が、可動摩擦部材と第 1回転体に一体的に軸方向不動に設けられる固定カムプレートとの対向面に設けられた一対のカム溝およびカム状凸部とを含み、前記カム状凸部が、前記カム溝内を周方向に摺動することで可動摩擦部材を固定摩擦部材に対し圧接または離隔するよう変位させる、ことを特徴とするクラッチ装置。

5 . 請求項 3のクラッチ装置において、

可動摩擦部材を固定摩擦部材に圧接させる側に弾発付勢する付勢部材が取り付けられている、ことを特徴とするクラッチ装置。

6 . 請求項 5のクラッチ装置において、

前記一方のカム溝に、少なくとも周方向一方へ向けて深さが浅くなる斜面が、また、前記他方のカム溝に、少なくとも周方向他方へ向けて深さが浅くなる斜面が設けられており、

前記両カム溝それぞれの最深位置の深さが、クラッチ用玉の半径より小さい寸法に設定され、また、両カム溝それぞれの最も浅い位置の深さが、クラッチ用玉の抜け出しを阻止する寸法に設定されている、ことを特徴とするクラツチ装置。

7 . 請求項 5のクラッチ装置において、

両カム溝は、径方向の溝幅がクラツチ用玉の径方向における所要以上の転動を規制しかつ周方向においてほぼ一様とされた形状とされており、

一方のカム溝に、少なくとも周方向一方へ向けて深さが浅くなる斜面が、また、他方のカム溝に、少なくとも周方向他方へ向けて深さが浅くなる斜面が、それぞれ設けられている、ことを特徴とするクラッチ装置。

8 . 請求項 7のクラッチ装置において、

前記カム溝形状が、周方向に長く径方向に短い楕円形状であることを特徴とするクラツチ装置。

9 . 請求項 2のクラッチ装置において、

両摩擦部材の各接触面が円錐面形状とされ、この各接触面の傾斜角度 eが、前記接触面における摩擦係数を μとして、 Θ > t a η-ΐμの関係式に基づいて管理される、ことを特徴とするクラツチ装置。

1 0. 請求項 9のクラッチ装置おいて、

前記摩擦係数/ を、 0. 1〜0. 3とすることにより前記傾斜角度 6力 6〜 1 5 度に管理されている、ことを特徴とするクラッチ装置。

1 1. 請求項 5のクラッチ装置において、

前記カム溝の傾斜角度を、第 1回転体の回転時における前記両接触面に所要の径方向隙間を確保可能とする角度と、固定摩擦部材の接触面から可動摩擦部材の接触面を離隔するために要する起動トルクを所要以下に抑制可能とする角度との範囲に規定するにあたり、前記両接触面の径方向隙間に対して次の関係式（1 ) に従って規定している、ことを特徴とするクラッチ装置。

η = t a -^ (S/K) ··■ ( 1 )

ただし、 η ：カム溝の傾斜角度

S ：前記両接触面の径方向隙間

Κ：定数

1 2. 請求項 1 1のクラッチ装置において、

前記カム溝の傾斜角度を、 6〜 1 5度の範囲に規定している、ことを特徴とするクラツチ装置。