(57)【要約】      （修正有）【課題】２方向ローラクラッチを係合させるために必要なスイッチングトルクを小さくすることができるようにした回転伝達装置を提供する。【解決手段】外輪１の内周には内輪２の外周円筒面１１との間でくさび状空間を形成する複数のカム面１２を形成する。保持器１３には各カム面１２の両端部と対向する位置にポケット１４を形成し、正転用ローラ１５ａと逆転用ローラ１５ｂを組込んで２種類のローラを周方向に交互に配置する。スイッチばね１６により各ローラ１５ａ、１５ｂが係合解除される中立位置に保持器１３を弾性保持する。保持器１３を内輪２に結合する電磁クラッチ２０を設ける。外輪１のフリー回転時に、遠心力により外方向に移動する正転用ローラ１５ａ及び逆転用ローラ１５ｂとカム面１２との接触により、各ローラ１５ａ、１５ｂから保持器１３に逆向きの回転トルクを負荷してローラクラッチを係合させるためのスイッチングトルクの低減化を図る。【選択図】図４
2006153201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内方部材とその外側に設けられた外方部材とを同軸上に配置して相対的に回転自在に支持し、内方部材の外周には円筒面を設け、外方部材の内周には前記円筒面との間で形成される間隔が周方向中央から両端に至るに従って次第に大きくなる複数のカム面を周方向に等間隔に形成し、前記内方部材と外方部材間に保持器を組込み、その保持器と外方部材の相対回転によって前記円筒面とカム面で形成されるくさび状空間の狭小部に噛み込むローラを保持器で保持し、そのローラがくさび状空間の広幅部に配置される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねを設け、前記保持器の軸方向一端側に、電磁コイルを有し、その電磁コイルへの通電によって保持器と内方部材とを結合する電磁クラッチを設けた回転伝達装置において、前記各カム面の両端部と前記円筒面との間に形成されるくさび状空間のそれぞれにローラを組込んだことを特徴とする回転伝達装置。
【請求項２】
前記カム面が、平面から成る請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項３】
前記カム面が、凹曲面から成る請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項４】
前記カム面が、凸曲面から成る請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項５】
前記カム面が、平面、凹曲面、凸曲面のうちの少なくとも２つの組合わせ面から成る請求項１に記載の回転伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力伝達経路上において、動力の伝達と遮断の切り換えに用いられる回転伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２軸の相互間において動力の伝達と遮断の切り換えに用いられる回転伝達装置として特許文献１の図７乃至図１１に記載されたものが従来から知られている。
【０００３】
上記回転伝達装置は、入力外輪と出力軸との間に２方向ローラクラッチを組込み、その２方向ローラクラッチのオン、オフを電磁クラッチにより制御するようにしている。
【０００４】
ここで、２方向ローラクラッチは、入力外輪の内側に組込まれた出力軸の外周に円筒面を設け、入力外輪の内周には上記円筒面との間でくさび状空間を形成する複数のカム面を周方向に連続して設け、入力外輪と出力軸間に組込まれた保持器に複数のポケットを形成し、各ポケットにローラを組込み、前記入力外輪に対する保持器の相対回転によりローラを円筒面とカム面で形成されるくさび状空間の狭小部に噛み込ませて、入力外輪の回転トルクを出力軸に伝達するようにしている。
【０００５】
上記の構成から成る２方向ローラクラッチにおいては、入力外輪と保持器との間にスイッチばねを組込み、そのスイッチばねによってローラが円筒面とカム面で形成されるくさび状空間の広幅部に配置される中立位置に保持器を弾性保持するようにしている。
【０００６】
一方、電磁クラッチは、保持器に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動可能なアーマチュアと、出力軸に回り止めされて上記アーマチュアと軸方向で対向するロータと、そのロータと軸方向で対向する電磁石とから成り、上記電磁石の電磁コイルに対する通電によりロータにアーマチュアを吸着し、その吸着面に作用する摩擦抵抗により入力外輪と保持器を相対回転させて、ローラを円筒面とカム面で形成されるくさび状空間の狭小部に噛み込ませるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−５３０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記回転伝達装置においては、入力外輪と出力軸間に組込まれた保持器にカム面と同数のポケットを形成して、各ポケット内にローラを組込み、そのローラが隣接するカム面の交差部に形成される凹部と対向する位置に保持されるよう保持器をスイッチばねによって弾性保持するようにしているため、入力外輪の高速回転時には、ローラが遠心力により外方に移動して隣接するカム面の交差部に形成される凹部と係合する。
【０００８】
このため、電磁コイルに対する通電によって２方向ローラクラッチを係合させようとする場合に、保持器には、上記係合力とスイッチばねの弾力の和を超える回転抵抗（アーマチュアとロータ間の摩擦抵抗）を保持器に負荷しなければならない。つまり、２方向ローラクラッチの係合状態への切換えに際しては、保持器に対して大きなスイッチングトルクを負荷する必要が生じ、電磁クラッチが大型化し、消費電力が多くなり、改善すべき点が残されていた。
【０００９】
この発明の課題は、２方向ローラクラッチを係合させるために必要なスイッチングトルクを小さくすることができるようにした回転伝達装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、この発明においては、内方部材とその外側に設けられた外方部材とを同軸上に配置して相対的に回転自在に支持し、内方部材の外周には円筒面を設け、外方部材の内周には前記円筒面との間で形成される間隔が周方向中央から両端に至るに従って次第に大きくなる複数のカム面を周方向に等間隔に形成し、前記内方部材と外方部材間に保持器を組込み、その保持器と外方部材の相対回転によって前記円筒面とカム面で形成されるくさび状空間の狭小部に噛み込むローラを保持器で保持し、そのローラがくさび状空間の広幅部に配置される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねを設け、前記保持器の軸方向一端側に、電磁コイルを有し、その電磁コイルへの通電によって保持器と内方部材とを結合する電磁クラッチを設けた回転伝達装置において、前記各カム面の両端部と前記円筒面との間に形成されるくさび状空間のそれぞれにローラを組込んだ構成を採用したのである。
【００１１】
ここで、カム面は、その周方向中央と内方部材の中心とを結ぶ直線に直交する平面から成るものであってもよく、凹曲面から成るものであってもよい。また、凸曲面から成るものであってもよく、あるいは、平面、凹曲面、凸曲面のうちの少なくとも２つの組合わせ面から成るものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように、各カム面の両端部と円筒面間に形成される二つのくさび状空間のそれぞれにローラを組込んだことにより、外方部材がフリー回転する空転時、外方部材と共に回転するローラが遠心力により外方に移動してカム面に当接し、そのカム面との当接によって二つのくさび状空間のそれぞれに組込まれた二つのローラの一方は保持器に対して時計方向の回転トルクを負荷すると共に、他方のローラは保持器に対して反時計方向の回転トルクを負荷することになり、ローラが隣接するカム面の交差部に形成される凹部に嵌り込むようなことはない。
【００１３】
したがって、ローラクラッチを係合させるために必要なスイッチングトルクを小さくすることが可能となり、従来の回転伝達装置に比較して容量の小さな電磁石を採用することができ、回転伝達装置の軽量化、小型化、低コスト化および省電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、外方部材としての外輪１の内側には内方部材としての内輪２が組込まれている。
【００１５】
内輪２は、カムリング部２ａの軸心上に軸部２ｂを設けた構成とされ、上記軸部２ｂの一方の端部と外輪１間に組込まれた軸受３によって外輪１と内輪２は相対的に回転自在に支持されている。
【００１６】
外輪１と内輪２間には２方向ローラクラッチ１０が設けられ、その２方向ローラクラッチ１０に並設して電磁クラッチ２０が設けられている。
【００１７】
図１および図２に示すように、２方向ローラクラッチ１０は、内輪２のカムリング部２ａの外周に円筒面１１を形成し、外輪１の内周には上記円筒面１１との間でくさび状空間を形成する複数のカム面１２を周方向に連続して形成し、上記外輪１と内輪２間に保持器１３を組込み、その保持器１３に形成された複数のポケット１４内にローラ１５ａ、１５ｂを組込み、上記外輪１に対する保持器１３の相対回転により、ローラを円筒面１１とカム面１２で形成されるくさび状空間の狭小部に噛み込ませて、外輪１と内輪２とを結合するようにしている。
【００１８】
ここで、保持器１３に形成されたポケット１４は、外輪１の内周に形成された複数のカム面１２の両端部と対応する位置のそれぞれに形成され、各カム面１２と対向する二つのポケット１４のうち、一方のポケット１４内には正転用のローラ１５ａが、他方のポケット１４内には逆転用のローラ１５ｂが組込まれて、正転用ローラ１５ａと逆転用ローラ１５ｂが周方向に交互に配置されている。
【００１９】
図１および図３に示すように、保持器１３の一方の端部内にはスイッチばね１６が組込まれている。スイッチばね１６はＣ形をなし、その両端に一対の係合片１７が外向きに形成されている。一対の係合片１７は保持器１３の一方の端部に設けられた切欠き１８から外輪１の内周に形成された切欠部１９内に挿入されて、切欠き１８および切欠部１９の周方向で対向する端面を相反する方向に押圧し、その押圧によって、保持器１３は正転用ローラ１５ａおよび逆転用ローラ１５ｂが円筒面１１とカム面１２の両端部で形成されるくさび状空間の広幅部と対応する中立位置に弾性保持されている。
【００２０】
図１に示すように、電磁クラッチ２０は、保持器１３と軸方向で対向するアーマチュア２１と、そのアーマチュア２１と軸方向で対向するロータ２２と、そのロータ２２と軸方向で対向する電磁石２３とから成っている。
【００２１】
アーマチュア２１は環状をなし、その内周には切欠部２４が形成され、一方、保持器１３の他方の端部には突片２５が設けられ、上記切欠部２４に対する突片２５の挿入によって、アーマチュア２１は保持器１３に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動可能とされている。
【００２２】
ロータ２２は磁性体から成る。このロータ２２は外筒部２２ａと内筒部２２ｂとを有し、内筒部２２ｂは内輪２の軸部２ｂ外周に取付けられた非磁性体から成るロータガイド２６に圧入されている。このため、ロータ２２は内輪２と共に回転する。
【００２３】
電磁石２３はフィールドコア２３ａと、そのフィールドコア２３ａに巻付けられた電磁コイル２３ｂとから成る。電磁石２３はロータ２２の外筒部２２ａと内筒部２２ｂ内に配置され、フィールドコア２３ａが静止部材に固定される支持部材２７に支持されている。
【００２４】
実施の形態で示す回転伝達装置は上記の構造から成り、電磁コイル２３ｂに対する通電の遮断時、２方向ローラクラッチ１０のローラ１５ａ、１５ｂは、図２に示すように、円筒面１１およびカム面１２で形成されるくさび状空間の広幅部に位置する中立位置に保持されている。
【００２５】
このため、外輪１が回転しても、その回転は内輪２に伝達されず、外輪１がフリー回転する。このとき、外輪１と保持器１３の相互間にはスイッチばね１６が組込まれているため、保持器１３およびローラ１５ａ、１５ｂも外輪１と共に回転する。
【００２６】
外輪１の回転状態、例えば、外輪１が図２の矢印で示す方向に回転している状態において、電磁コイル２３ｂに通電すると、ロータ２２とアーマチュア２１の相互間に磁気吸引力が作用してアーマチュア２１がロータ２２側に移動し、ロータ２２に吸着される。その吸着面に作用する摩擦抵抗は回転抵抗となるため、外輪１と保持器１３とは相対回転し、その相対回転によって正転用ローラ１５ａは図５に示すように、円筒面１１とカム面１２とで形成されるくさび状空間の狭小部に噛み込み、外輪１の回転トルクが正転用ローラ１５ａを介して内輪２に伝達される。
【００２７】
図４は、２方向ローラクラッチ１０の正転用ローラ１５ａの係合過程を示す。正転用ローラ１５ａおよび逆転用ローラ１５ｂのそれぞれには公転回転数に応じて発生する遠心力Ｆｅ、Ｆｆが作用する。
【００２８】
ここで、カム面１２に対するローラ位置が変化することによって、ローラ１５ａ、１５ｂの公転半径はＲe 、Ｒf のように変化する。一般的に、ローラに作用する遠心力Ｆは、ローラの公転半径をＲ、ローラの質量をｍ、ローラの角速度をωとすると、
Ｆ＝ｍＲω2 
で表わされる。
【００２９】
このため、公転半径Ｒが変化すると、遠心力Ｆも変化するが、公転半径Ｒの変化量が非常に小さいため、ここでは、Ｒe＝Ｒf＝Ｒ、Ｆe＝Ｆf＝Ｆとする。
【００３０】
これらの遠心力Ｆは、カム面１２に水平な方向成分と、カム面１２に垂直な方向成分に分力される。図６に示すように、遠心力をＦc 、遠心力作用方向ベクトルとカム面１２に垂直な方向ベクトルとの角度をθf とすると、
水平方向成分＝Ｆc ｓｉｎθf 
垂直方向成分＝Ｆc ｃｏｓθf 
で表わすことができる。
【００３１】
遠心力Ｆｃの水平方向成分（Ｆc ｓｉｎθf ）は、ローラ１５ａを隣接するカム面１２の交差部に形成される凹部Ａに向けて移動させる方向のトルクを発生させる。このトルクをＴとし、正転用ローラ１５ａの半径をｒ、外輪１の回転中心からカム面１２までの距離をＢとすれば、トルクＴの大きさは、
Ｔ＝（Ｂ−ｒ）Ｆc ｓｉｎθf 
となり、このトルクＴが正転用ローラ１５ａを介して保持器１３に作用する。
【００３２】
また、遠心力Ｆc の垂直方向成分は、互いに接するカム面１２とローラ１５ａ間の相対運動を妨げる方向に摩擦力を発生させ、カム面１２とローラ１５ａの接触部の摩擦係数をμとすると、摩擦力の大きさは、
μＦc ｃｏｓθf 
で表わされる。
【００３３】
図６に示すように、カム面１２のプロフィールが直線の場合、この摩擦力により、ローラ１５ａを介して保持器１３に負荷されるトルクは
μＢＦc ｃｏｓθf 
となり、その作用方向は、カム面１２とローラ１５ａ間の相対運動を妨げる方向となる。
【００３４】
実施の形態では、図４に示すように、一つのカム面１２に対して正転用ローラ１５ａと逆転用ローラ１５ｂの二つのローラ、すなわち、凹部Ａを形成する二つのカム面１２のそれぞれに対して正転用ローラ１５ａと逆転用ローラ１５ｂのそれぞれが配置されており、外輪１の一方の回転方向に対して２方向ローラクラッチ１０を係合させる場合、凹部Ａを形成する凹部両側のカム面１２のそれぞれに対して配置される正転用ローラ１５ａと逆転用ローラ１５ｂ間で前記θf の大きさに差が生じ、これにより、上記一方の回転方向に係合させる方向に保持器１３を回転させるトルクＴc が発生する。
【００３５】
すなわち、ローラ中立位置におけるローラ遠心力作用方向ベクトルとカム面１２に垂直な方向ベクトルとのなす角度をθf とし、外輪１と保持器１３との円周方向相対位置が中立位置よりΔθだけずれた場合、ローラ１５ａ、１５ｂの遠心力作用方向ベクトルとカム面１２に垂直方向ベクトルとのなす角度は、図４に示すように、係合させようとする側の正転用ローラ１５ａに対してはθe ＝（θf−Δθ）、逆転用ローラ１５ｂに対してはθf
＝（θf＋Δθ）となり、
Ｔc ＝（Ｂ−ｒ）・Ｆ・（ｓｉｎθf −ｓｉｎθe ）
−μＢＦ（ｃｏｓθf ＋ｃｏｓθe ）＞０
となる。
【００３６】
このため、実施形態における回転伝達機構では、係合を妨げようとする方向の保持器回転トルク（Ｔc＜０）が生じず、また、上記のクラッチ係合方向に働く保持器回転トルクＴc によって電磁クラッチ２０が担うスイッチングトルクをさらに小さくすることができる。
【００３７】
その結果、電磁クラッチ２０のサイズの小型化と、消費電力の低減化を図ることができる。
【００３８】
実施の形態では、カム面１２が平面から成るものを示したが、図７（Ｉ）に示すように、外輪１の回転中心に対して半径方向にオフセットされた位置に曲率中心Ｏ’をもつ凹曲面であってもよく、あるいは、図７（II）に示すように、外輪１の外側に曲率中心Ｏ”をもつ凸曲面であってもよい。さらに、平面、凹曲面、凸曲面のうちの少なくとも２つの組合わせ面から成るものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明に係る回転伝達装置の実施の形態を示す縦断正面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図１のIII−III線に沿った断面図
【図４】２方向ローラクラッチの係合開始時の状態を示す断面図
【図５】図４の一部分を示す拡大して示す断面図
【図６】ローラに作用する遠心力の分力説明図
【図７】（Ｉ）、（II）はカム面の他の例を示す断面図
【符号の説明】
【００４０】
１      外輪（外方部材）
２      内輪（内方部材）
１１    円筒面
１２    カム面
１３    保持器
１５ａ  正転用ローラ
１５ｂ  逆転用ローラ
２０    電磁クラッチ
２３    電磁コイル
【図１】
2006153201.tif 000003
【図２】
2006153201.tif 000004
【図３】
2006153201.tif 000005
【図４】
2006153201.tif 000006
【図５】
2006153201.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006153201.tif 000009