WO2022259736A1

WO2022259736A1 - カムクラッチ

Info

Publication number: WO2022259736A1
Application number: PCT/JP2022/016163
Authority: WO
Inventors: 栄一中川; 祐仁嶌中
Original assignee: 株式会社椿本チエイン
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2022-12-15
Also published as: CN117120740A; US20240068529A1; KR20240017857A; EP4353984A1; JP2022187603A

Abstract

【課題】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ができるとともに、外輪を回転体と使用しても構造が複雑化せず、軸方向サイズも小さくすることができるカムクラッチを提供すること。両方向の相対的な回転動作を許容するフリー状態、正逆いずれか一方向の相対的な回転動作を許容するワンウェイクラッチ状態、両方向の相対的な回転動作を禁止するロック状態のいずれか２つ以上を切り換える動作モード切換機構（１４０）を備え、動作モード切換機構（１４０）は、内輪（１１０）及び外輪（１２０）の回転動作とは独立して軸方向に移動可能なカム姿勢変更部（１４１）を備え、複数のカム（１３１）は、側面からカム姿勢変更部（１４１）側に突出するように設けられた係合部（１３６）を備える。

Description

カムクラッチ

　本発明は、外輪及び内輪の両方向の相対的な回転動作を許容するフリー状態、前記外輪及び前記内輪の正逆いずれか一方向の相対的な回転動作を許容するワンウェイクラッチ状態、外輪及び内輪の両方向の相対的な回転動作を禁止するロック状態のいずれか２つ以上を切り換える動作モード切換機構を備え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、動力伝達部材としてのローラを外輪の内周に形成されたカム面の中立位置あるいは一方の係合位置に保持する保持器を制御して、２方向フリーモード、１方向ロックモード及び２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な切換機構を備えた２方向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２０１４－２１９０１５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り、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ができるとともに、外輪を回転体と使用しても構造が複雑化せず、軸方向サイズも小さくすることができる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少なくとも１組の内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪の間の周方向に設けられている複数のカムと、前記複数のカムを径方向に付勢する付勢手段とを備えたカムクラッチであって、前記外輪及び前記内輪の両方向の相対的な回転動作を許容するフリー状態、前記外輪及び前記内輪の正逆いずれか一方向の相対的な回転動作を許容するワンウェイクラッチ状態、前記外輪及び前記内輪の両方向の相対的な回転動作を禁止するロック状態のいずれか２つ以上を切り換える動作モード切換機構を備え、前記動作モード切換機構は、前記内輪及び前記外輪の回転とは独立して軸方向にカム姿勢変更部を備え、前記複数のカムの一部または全部は、側面から前記カム姿勢変更部側に突出するように設けられた係合部を備えることにより、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、カム姿勢変更部を軸方向に移動させるだけで係合部を備えたカムを所定方向に傾倒させることができる。このため、カムクラッチの動作モード切り換えに際して高い応答性を得ることができる。しかも、カムによる動力伝達機構であるため、伝達可能なトルク容量が摩擦力により制限されることがなく、所期のトルク容量を確保することができる。
　また、カム姿勢変更部の移動に伴ってカムの係合部の半径方向の位置を拘束する作用によってカムが傾倒されるため、カム姿勢変更部とカムとの摺動音や、フリー状態からロック状態への移行時にカムが軌道面に接触する際の騒音が生ずることがない。さらにまた、カムは内輪の軌道面及び外輪の軌道面に対して転がり接触し、カムと軌道面との間で滑りは生じないため、カムと内輪又は外輪との空転摩耗が生ずることを回避することができる。
　さらに、動作モード切換機構は、内輪及び外輪の回転動作とは独立して軸方向に移動可能なカム姿勢変更部と、カムの側面からカム姿勢変更部側に突出するように設けられた係合部とからなるため、従来のカムとほぼ同じカムを使用できるとともに、外輪を回転体と使用しても、構造が複雑化せず、軸方向の寸法の増加も僅かとすることができる。

　本請求項２に記載の構成によれば、カム姿勢変更部の軸方向移動によりカムを傾倒させることができ、カム姿勢変更部に対してカムが周方向に移動しても常にカムの姿勢を維持可能となるため、外輪を回転体と使用しても、極めて簡単な構成で、動作モードの切り換えを行うことが可能となる。

　本請求項３に記載の構成によれば、第１のカムと第２のカムは互いに係合する回転方向が異なるため、第１のカムと第２のカムのいずれか一方又は両方の姿勢を変更することにより、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、正転方向及び逆転方向のいずれか一方向に対してのみ回転を許容する一方向ロックモード、並びに、正転方向及び逆転方向の両方向の回転を禁止する両方向ロックモードの４つの動作モードの切り換えを行うことが可能となる。

　本請求項４に記載の構成によれば、軸方向に並列する２組のカムクラッチ機構の中央に共通する動作モード切換機構を設けることで、部品点数の削減を図ることができ、カムクラッチの構造の簡素化を図ることができる。
　本請求項５に記載の構成によれば、共通する動作モード切換機構の動作により、設けることで、部品点数の削減を図ることができ、カムクラッチの構造の簡素化を図ることができる。

　本請求項６に記載の構成によれば、第１のカム及び第２のカムに共通のカム姿勢変更部によって第１のカム及び第２のカムの姿勢を制御することができるので、カムクラッチの構造の煩雑化や大型化を回避することができる。
　そして、本請求項７に係る発明によれば、第１のカム及び第２のカムに共通のカム姿勢変更部によって第１のカムの姿勢及び第２のカムの姿勢を選択的に制御することが可能となる。

　本請求項８に記載の構成によれば、軸方向の寸法の増加を抑制しつつ十分に高いトルク容量を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係るカムクラッチの構成を示す分解斜視図である。図１に示すカムクラッチの中心軸を含む面の断面図である。図１に示すカムクラッチの平面図であって、動作モード切換機構を省略した状態を示す図である。図２に示す断面図の一部拡大図である。図１に示すカムクラッチのカムの斜視図である。図１に示す動作モード切替機構の斜視図である。本発明の第１実施形態に係るカムクラッチの他の実施形態の姿勢変更部と係合部の形状を概略的に示す図である。本発明の第２実施形態に係るカムクラッチの中心軸を含む面の断面図である。本発明の第３実施形態に係るカムクラッチの中心軸を含む面の断面図である。

　本発明の実施例を図１～図９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及び図２に示すように、同一の軸上に相対回転可能に設けられた内輪１１０及び外輪１２０と、互いに対向する内輪１１０の外周面と外輪１２０の内周面との間に配設されたカム機構と、カムクラッチ１００の動作モードを切り換える動作モード切換機構１４０とを有している。

　カム機構は、同一円周上において周方向に配列された複数のカム１３１と、複数のカム１３１に設けられた保持溝１３２に掛け回されて径方向内方に付勢する付勢手段（図示せず）とから構成されている。カム１３１は、周方向に殆ど隙間なく配設するのが好ましい。このような構成とされることにより、高い伝達トルク容量を実現することができる。
　本実施形態に係るカム機構は、互いに係合する回転方向が異なる第１のカム及び第２のカムを含む。以下においては、第１のカム及び第２のカムを特に区別して言及する場合を除いて、カム１３１と表現することもある。

　カム１３１の側面には、図５に示すように、動作モード切換機構１４０のカム姿勢変更部１４１と係合可能な係合部１３６が突出するように設けられている。
　カム機構において第１のカム及び第２のカムの配列は、特に限定されるものではないが、図３にも示すように、第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂが交互に並ぶよう配列されることが好ましい。このような構成とされることにより、第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂに共通の動作モード切換機構１４０によって第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂの姿勢を制御することができるので、カムクラッチ１００の構造の煩雑化や大型化を回避することができる。また、第１のカム１３１ａの姿勢及び第２のカム１３１ｂの姿勢を同時に制御することも可能となる。
　また、第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂは同一円周上に交互に並んでいる必要はなく、従って、第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂの数は、同じであっても、異なっていてもよい。

　第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂは、例えば互いに同一の外形形状を有し、係合部１３６のみ異なる側面に設けられたものであって、第１のカム１３１ａを表裏反転させたものを第２のカム１３１ｂとして用いている。なお、第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂは互いに異なる外形形状を有するものであってもよいが、互いに同一の外形形状を有するものであることにより、部品点数の削減が図られる。
　第１のカム１３１ａは、例えば、外輪１２０の一方向回転時に内輪１１０及び外輪１２０と摩擦係合し、外輪１２０の他方向回転時には内輪１１０及び外輪１２０から離脱する方向に傾倒するように構成されている。
　従って、第１のカム１３１ａを表裏反転させて用いられる第２のカム１３１ｂは、外輪１２０の他方向回転時に内輪１１０及び外輪１２０と摩擦係合し、外輪１２０の一方向回転時には内輪１１０及び外輪１２０から離脱する方向に傾倒するように構成されたものとなる。

　付勢手段（図示せず）としては、例えば環状のガータースプリングが用いられており、ガータースプリングは、第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂの各々の保持溝１３２を連通するように設けられている。
　付勢手段は、複数のカム１３１の各々を径方向内方又は径方向外方のいずれかの方向に付勢する弾性体であればよく、また、複数の板バネ又はねじりバネなどを用いてもよい。

　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機構を備えている。

　本実施形態の動作モード切換機構１４０は、内輪１１０及び外輪１２０の回転動作とは独立して軸方向に移動可能に設けられカム１３１の姿勢を拘束するカム姿勢変更部１４１を備えている。
　本実施形態の動作モード切換機構１４０は、図２、４、６等に示すように、内輪１１０及び外輪１２０と相対回転可能に設けられた円環板状の本体部１４２と、カム１３１の係合部１３６と当接した際に、係合部１３６と摺動しつつ係合部１３６の半径方向位置を拘束するように本体部１４２のカム１３１側の側方に円周状に設けられたカム姿勢変更部１４１とを備えている。
　カム姿勢変更部１４１は、本体部１４２を軸方向に移動することにより、カム１３１の姿勢の固定・解除を切り替えるように構成されている。
　係合部１３６は、カム姿勢変更部１４１によって半径方向位置が変更されることでカム１３１が内輪１１０及び外輪１２０に対して同時に接触しない状態となる位置、例えば、カム１３１と内輪１１０との接触点の垂線及びカム１３１より外周側に設けられている。
　本実施形態では、カム姿勢変更部１４１が円周状の溝形状に構成されているが、カム姿勢変更部１４１は、カム１３１の姿勢の固定・解除が可能なものであれば内周側のみの一条の円周上の突出部であってもよく、係合部１３６の形状に応じていかなる形状であってもよい。
　また、本実施形態では本体部１４２が円環板状であり、カム姿勢変更部１４１が一体に形成されているが、カム姿勢変更部１４１を軸方向に移動可能であれば、レバー状等の他の形状であってもよく、カム姿勢変更部１４１とは独立して別体に構成されてもよい。
　さらに、内輪１１０と外輪１２０の間に、第１のカム１３１ａ及び第２のカム１３１ｂ以外に、ベアリングローラ等を適宜配列してもよい。

　以下、上記第１実施形態に係るカムクラッチ１００の動作について説明する。
　先ず、カム姿勢変更部１４１が係合部１３６に接することなく、カム１３１の姿勢が拘束されない位置にあるときに、内輪１１０に対する外輪１２０の正転方向及び逆転方向の両方向の相対回転を禁止するロック状態にあるものとする。すなわち、カムクラッチ１００はツーウェイクラッチとして機能する。
　本体部１４２を手動によりあるいは適宜の駆動源によりカム１３１側に移動させると、カム姿勢変更部１４１が係合部１３６に係合して、カム１３１ａ、ｂの両方の姿勢を拘束し、カム１３１ａ、ｂが内輪１１０及び外輪１２０に対して同時に接触しない状態として、カムクラッチ１００を両方向の相対的な回転動作を許容するフリー状態として機能させることができる。

　以上において、カム１３１ａ、ｂを逆方向のものとしたが、カム１３１ａ、ｂいずれかのみを使用することで、ワンウェイクラッチ状態とフリー状態とを切り替える構成としてもよい。
　また、カム１３１ａ、ｂのいずれか一方にのみ係合部１３６を設け、本体部１４２の移動によりカム姿勢変更部１４１といずれか一方の係合部１３６のみが係合することで、ロック状態とワンウェイクラッチ状態とを切り替える構成としてもよい。
　さらに、図７に示すように、カム姿勢変更部１４１の溝を深くし、カム１３１ａ、ｂの一方の係合部１３６を長くしカム姿勢変更部１４１の溝内を軸方向にも摺動可能として、カム姿勢変更部１４１の軸方向移動の中間位置でカム１３１ａ、ｂの長い方の係合部１３６とのみ係合する状態を可能とすることで、ロック状態、ワンウェイクラッチ状態及びフリー状態の３つを切り替える構成としてもよい。

　図８は、本発明の第２実施形態に係るカムクラッチの構成の中心軸を含む面の断面図である。
　このカムクラッチ２００は、第１実施形態に係るカムクラッチ１００と同様の構成のカム機構を軸方向に並列に配置し、動作モード切換機構２４０の本体部２４２を中央側で共用するようにしたものである。

　動作モード切換機構２４０は、内輪２１０及び２つの外輪２２０と相対回転可能に設けられた円環板状の本体部２４２と、両側方のカム２３１に対応して本体部２４２の両側方に円周状に設けられたカム姿勢変更部２４１とを備えている。

　このカムクラッチ２００においては、動作モード切換機構２４０は、両側方のカム姿勢変更部２４１がいずれも両側のカム２３１の係合部２３６にすることがない位置、一方のカム姿勢変更部２４１が係合部２３６に係合する位置、他方のカム姿勢変更部２４１が係合部２３６に係合する位置の３位置を切り替えるように設定されている。
　ことにより、本体部２４２を手動によりあるいは適宜の駆動源により軸方向に駆動させることにより、両側のクラッチ機構をロック状態とする中立位置、一方のみ両方向の相対的な回転動作を許容するフリー状態とし他方をロック状態とする位置、その逆の位置の３つの動作状態に切り替えることができる。

　なお、中立位置を省略して、２つの動作状態を切り替えるようにしてもよい。
　また、動作モード切換機構２４０の両側のカム機構は、それぞれ第１実施形態で例示したいずれの切り替え機能を持つものでもよく、異なるものを適宜組み合わせてもよい。
　例えば、図７に示す形態のカム機構を両側に備えた場合、５つの動作状態に切り替えることが可能となる。
　また、本体部２４２の形状や構造を変更して、両側のカム姿勢変更部２４１をそれぞれ独立して軸方向移動させるように構成し、両側のクラッチ機構で同時にカム姿勢変更部２４１と係合部２３６を係合可能としてもよい。

　図９は、本発明の第３実施形態に係るカムクラッチの構成の中心軸を含む面の断面図である。
　このカムクラッチ３００は、第１実施形態に係るカムクラッチ１００と同様の構成のカム機構を二重構造としたもので、内輪３１０と中間輪３５０の間に内側のクラッチ機構、中間輪３５０と外輪３２０の間に外側のクラッチ機構を配置したものである。
　中間輪３５０は、内側のクラッチ機構においては外輪に相当し、外側のクラッチ機構においては内輪に相当する。

　動作モード切換機構３４０は、内輪３１０、中間輪３５０及び外輪３２０と相対回転可能に設けられた円環板状の本体部３４２と、内外のカム３３１に対応して本体部３４２のカム３３１側の側方に円周状に設けられた２重のカム姿勢変更部３４１とを備えている。
　このカムクラッチ３００においては、動作モード切換機構３４０の内外のカム姿勢変更部３４１と、内外のカム３３１の係合部３３６との関係は、それぞれ第１実施形態に係るカムクラッチ１００と同様のものである。

　２重のカム機構は、それぞれ第１実施形態で例示したいずれの切り替え機能を持つものでもよく、異なるものを適宜組み合わせればよい。
　また、内外のカム姿勢変更部３４１の溝の深さや、内外のそれぞれのカム３３１の係合部３３６の長さを適宜組み合わせることにより、軸方向の移動位置に応じた複数の状態を切り替え可能としてもよい。
　さらに、本体部３４２の形状や構造を変更して、内外のカム姿勢変更部３４１をそれぞれ独立して軸方向移動させるように構成し、内外のカム機構の状態を独立して制御可能としてもよい。

　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、特許請求の範囲に記載された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。

１００、２００、３００　・・・　カムクラッチ
１１０、２１０、３１０　・・・　内輪
１２０、２２０、３２０　・・・　外輪
１３１、２３１、３３１　・・・　カム
１３１ａ　　　　　　　　・・・　第１のカム
１３１ｂ　　　　　　　　・・・　第２のカム
１３２　　　　　　　　　　　　　保持溝
１３６　　　　　　　　　・・・　係合部
１４０、２４０、３４０　・・・　動作モード切換機構
１４１、２４１、３４１　・・・　カム姿勢変更部
１４２、２４２、３４２　・・・　本体部
　　　　　　　　３５０　・・・　中間輪

Claims

　同軸上に相対回転可能に設けられている少なくとも１組の内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪の間の周方向に設けられている複数のカムと、前記複数のカムを径方向に付勢する付勢手段とを備えたカムクラッチであって、
　前記外輪及び前記内輪の両方向の相対的な回転動作を許容するフリー状態、前記外輪及び前記内輪の正逆いずれか一方向の相対的な回転動作を許容するワンウェイクラッチ状態、前記外輪及び前記内輪の両方向の相対的な回転動作を禁止するロック状態のいずれか２つ以上を切り換える動作モード切換機構を備え、
　前記動作モード切換機構は、前記内輪及び前記外輪の回転動作とは独立して軸方向に移動可能なカム姿勢変更部を備え、
　前記複数のカムの一部または全部は、側面から前記カム姿勢変更部側に突出するように設けられた係合部を備えることを特徴とするカムクラッチ。
　前記カム姿勢変更部は、前記係合部と当接した際に、前記係合部と摺動しつつ前記係合部の半径方向位置を拘束するように円周状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、前記外輪又は前記内輪の一方向回転時に前記外輪及び前記内輪と摩擦係合するように傾倒する第１のカムと、前記外輪又は前記内輪の他方向回転時に前記外輪及び前記内輪と摩擦係合するように傾倒する第２のカムとを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカムクラッチ。
　少なくとも２組の前記外輪及び前記内輪が、それぞれ前記動作モード切換機構を挟んで軸方向両側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカムクラッチ。
　前記第１のカムは、前記動作モード切換機構の一方の側方に配置された前記外輪及び前記内輪の間に設けられ、
　前記第２のカムは、前記動作モード切換機構の他方の側方に配置された前記外輪及び前記内輪の間に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のカムクラッチ。
　前記第１のカムと前記第２のカムとが同一円周上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のカムクラッチ。
　前記第１のカムと前記第２のカムとが交互に並ぶよう配置されていることを特徴とする請求項６に記載のカムクラッチ。
　少なくとも２組の前記外輪及び前記内輪が、同一円周上に異なる直径で二重に設けられていることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載のカムクラッチ。