(57)【要約】【課題】小型軽量化が可能で、駆動軸の回転数が小さい回転速度でクラッチ機能が働くクラッチを提供すること。【解決手段】流体５を封入してなるハウジング４と、駆動側カップリング部材２と、被駆動側カップリング部材１０と、ハウジング４に対して回転可能に貫通し、ハウジング４の内部に配置されたスクリュー部材６が固定され、一端側が駆動側カップリング部材２に常時係合され、他端側が被駆動側カップリング部材１０に選択的にカップリングされる直動軸部材３と、被駆動側から駆動側の方向に向う弾性力を直動軸部材３に与える弾性部材７とを備え、直動軸部材３が設定値以上の回転数で回転するとき、流体５中を回転するスクリュー部材６の推進力によって直動軸部材３が駆動側から被駆動側へ前進するのに伴い、直動軸部材３の前記他端側が被駆動側カップリング部材１０にカップリングされる直動式流体クラッチ。【選択図】  図１
2011133027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を封入してなるハウジング部材と、
回転駆動力によって回転する駆動側カップリング部材と、
前記回転駆動力を被駆動側に選択的に伝達する被駆動側カップリング部材と、
前記ハウジング部材の内部に配置されたスクリュー部材と、
前記ハウジング部材に対して回転可能に貫通し、前記スクリュー部材が固定された軸部材であって、一端側が前記駆動側カップリング部材に常時係合され、他端側が前記被駆動側カップリング部材に選択的にカップリングされる直動軸部材と、
被駆動側から駆動側の方向に向う弾性力を前記直動軸部材に与えることができる弾性部材と、
を備え、
前記駆動側カップリング部材と前記直動軸部材とは、回転方向には互いにカップリングされているが、駆動側から被駆動側の方向、又はその逆方向、すなわち軸方向には前記直動軸部材が前記駆動側カップリング部材に対して前記軸方向に移動できる構造になっており、
前記直動軸部材が設定値以上の回転数で回転するとき、前記流体中を回転する前記スクリュー部材の推進力によって、前記直動軸部材が駆動側から被駆動側へ前進するのに伴い、前記直動軸部材の前記他端側が前記被駆動側カップリング部材にカップリングされ、
前記回転駆動力の回転数が前記設定値よりも低下するときに、前記弾性部材の弾性力によって前記直動軸部材の前記他端側が前記被駆動側カップリング部材から解離されることを特徴とする直動式流体クラッチ。
【請求項２】
請求項１に記載された直動式流体クラッチにおいて、
前記駆動側カップリング部材と前記直動軸部材とが対面する面には双方に前記軸方向に延びる複数の溝が形成されており、前記溝には転動球が備えられ、前記駆動側カップリング部材と前記直動軸部材とは前記転動球によって双方の間で回転が生じないように係合されていることを特徴とする直動式流体クラッチ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された直動式流体クラッチにおいて、
前記スクリュー部材が前記ハウジング部材内の他の部材に接触するのを防止する回転補助部材備え、該回転補助部材は前記ハウジング部材内の前記他の部材と転がり又は摺動で接触することを特徴とする直動式流体クラッチ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載された直動式流体クラッチにおいて、
前記弾性部材は、前記ハウジング部材の内部において前記スクリュー部材の被駆動側、あるいは駆動側に位置することを特徴とする直動式流体クラッチ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載された直動式流体クラッチにおいて、
前記弾性部材は、前記ハウジング部材の外部に位置し、該ハウジング部材と前記被駆動側カップリング部材との間、又は前記ハウジング部材と前記被駆動側カップリング部材との間、あるいは前記被駆動側カップリング部材の内部に備えられていることを特徴とする直動式流体クラッチ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載された直動式流体クラッチにおいて、
前記直動軸部材の被駆動側から駆動側への移動を制限するストッパ部材が、前記直動軸部材に固定されていることを特徴とする直動式流体クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転する駆動軸に係合されている直動軸部材を軸方向に移動させてカップリング、解離を行う直動式流体クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を始めとして回転機構を備える機器にはクラッチを備えているものが多い。クラッチとしては古くから駆動軸の回転による遠心力を利用した遠心クラッチが広く知られている（例えば、特許文献１、２参照）。遠心クラッチは、主に複数個のクラッチシューとクラッチアウターとコイルスプリングとからなるものが多い。駆動軸の回転遠心力でコイルスプリングの弾性力に逆らって、複数個のクラッチシューが半径外方向に移動し、クラッチシューとクラッチアウターとが摩擦接触し、クラッチアウターが回転する。このようにして駆動回転力がクラッチアウターを通して被駆動部材に伝達される。
【０００３】
このような構造の遠心クラッチは、駆動軸の回転遠心力を利用して、コイルスプリングの弾性力に抗してクラッチシューを半径外方向に移動させ、クラッチアウターにしっかりと接触しなければ、駆動回転力が被駆動側に伝達されない。したがって、必然的に、クラッチシュー及びクラッチアウターはある大きさの質量と接触面積とを有していなくてはならず、遠心クラッチの大型化及び重量化は避けられない。また、駆動回転力がかなり大きくなければ、クラッチシューとクラッチアウターとの必要な摩擦接触が得られないので、駆動回転力の回転数が小さければ、駆動側回転力は被駆動側に伝達されない問題がある。また、このような遠心クラッチはクラッチシューとクラッチアウターとが機械的に接触、解離を行う構造であるので、それらの摩耗による問題もある。
【０００４】
このような問題点を解決し得る流体クラッチの類似の装置としてトルクコンバータが広く知られている。一般にトルクコンバータは、主にエンジンなどの力を直接受けて回転するポンプと、その力をオイルなどの流体を介して受け止めてミッションに伝達するタービン、及びトルクの増幅機能を司るステータなどからなる。ポンプとタービンとステータそれぞれにはブレードを有する羽根車が付いており、その羽根車を流体の中で回すことで動力を伝達している（例えば、特許文献３、４参照）。トルクコンバータは動力の伝達ばかりでなく、ポンプとタービンとの間に位置するステータがトルク増幅作用を行うという働きを行うが、装置の規模が大きくなり、小型軽量でコストの低いクラッチとするには不適である。
【０００５】
その他にも、電気粘性流体を用いた流体クラッチが既に開示されている（例えば、特許文献５参照）。特許文献５に掲載された流体クラッチは電気粘性流体に印加する電圧の大きさを制御して電気粘性流体の粘度を大幅に変化させ、その粘性力を介して駆動回転力を被駆動側に伝達するものである。しかしこの流体クラッチは電源や制御回路などの電気回路が必要であり、経済性に不利であるだけでなく、粘性力の変化に要する時間、粘性力の大きさなどに問題がある。
【０００６】
また、ダイラタンシー現象を発現するダイラタント流体を用いた流体クラッチも既に提案されている（例えば、特許文献６参照）。この流体クラッチは、所定のせん断速度を超えると、粘性力及びせん断力が増大して固体状に変質するダイラタンシー現象を利用し、駆動側と被駆動側の回転速度の差によって自動的にトルクの伝達や遮断を行うものである。しかしこの流体クラッチも、固体状に変質するという特殊な流体の特性を利用しているために、実際上にあっては振動などの外部からの力が加わるために、用途などが制限されるという大きな問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１９０１００号公報
【特許文献２】特開平１０−９６４３７号公報
【特許文献３】特開平１１−２３０５号公報
【特許文献４】特開平１１−６３１５１号公報
【特許文献５】特開平７−３５１６１号公報
【特許文献６】特表平２−５０４５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の遠心クラッチなどにあっては小型軽量化が難しいので、駆動回転力がある程度まで大きくならないとクラッチ操作ができないという問題がある。また、流体クラッチにあっては特殊な流体を使用しているので、電気系統が必要であること、あるいは流体の特性により種々な制約があることなどの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、広く使用されているシリコーン樹脂などの流体と直動軸部材に固定されたスクリュー部材などをハウジング部材の内部に密封し、直動軸部材の回転力をスクリュー部材によってその直動軸部材の長さ方向と同一方向の推進力に変えて直動軸部材を前進させ、その直動軸部材を被駆動側カップリングにカップリングさせることによって、駆動側の回転力を被駆動側に伝達する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流体として広く用いられている安全で経済性に優れ、かつ取り扱い易いシリコーン樹脂などの流体を用い、その流体中におけるスクリュー部材によって直動軸部材の回転力をその直動軸部材の延びる方向と同一方向の推進力に変え、直動軸部材そのものを前進させているので、クラッチ構造を簡素化でき、かつ小型軽量化できる。そして、このことは駆動回転力が低い回転数の段階でクラッチ動作を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る直動式流体クラッチ及びその関連部分の断面を示す。
【図２】本発明の実施形態１に係る直動式流体クラッチの一部分の断面を示す。
【図３】本発明の実施形態１に係る直動式流体クラッチのハウジング部材の中の断面を示す。
【図４】本発明の実施形態１に係る直動式流体クラッチの一部分を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。回転駆動力をその回転方向と垂直な方向の直線方向の力に変換し、その直線方向の力によって直動軸部材を直線方向に移動させることにより、直動軸部材を被駆動側カップリングに選択的にカップリング又は解離を行うことを特徴としている。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。本明細書及び図面において、符号が同じ部材は互いに同一の名称のものを示すものとする。
【００１３】
［実施形態１］
図１〜図３によって本発明に係る実施形態１の直動式流体クラッチの基本的な構造などについて説明する。図１（Ａ）はカップリング部が被駆動側カップリング部材にカップリングされる前の図を示し、図１（Ｂ）はカップリング部が被駆動側カップリング部材にカップリングされた状態を示す。先ず、実施形態１の概要について説明する。図１には示していないモータなどの回転軸に機械的に結合される駆動軸１が駆動側カップリング部材２の一端側に固定されている。したがって、駆動軸１の回転と一緒に駆動側カップリング部材２は回転する。駆動側カップリング部材２の他端側からは直動軸部材３が延びている。詳しくは後で述べるが、直動軸部材３は駆動軸１と同軸（軸線Ｘ−Ｙ）であって、軸線Ｘ−Ｙを駆動軸１とは逆方向に延びている。直動軸部材３は、駆動側カップリング部材２に常時係合されており、駆動軸の回転方向に対しては駆動側カップリング部材２に結合され、軸線Ｘ−Ｙ方向には移動できるようになっている。
【００１４】
直動軸部材３は、ハウジング部材４の一端側から他端側を抜けるようにして延びている。ハウジング部材４の中には流体５、直動軸部材３に固定されたスクリュー部材６、弾性部材７、回転補助部材８、及びストッパ部材９が密封されている。ハウジング部材４の他端側から外側に延びる直動軸部材３の先端部のカップリング部３Ｂは、選択的に被駆動側カップリング部材１０にカップリングされる。被駆動側カップリング部材１０には、不図示の精密機器などの回転機構の回転軸に結合される被駆動軸１１が固定されている。駆動軸１の中心及び被駆動軸１１の中心を結ぶ直線が軸線Ｘ−Ｙであり、直動軸部材３の中心も軸線Ｘ−Ｙ上にある。
【００１５】
嵌め合い又はビス止めなど任意の手段によって駆動軸１が駆動側カップリング部材２の一端側に固定されている。駆動軸１は、一般的に軸線Ｘ−Ｙ方向には動かず、不図示の回転軸が回転するときに、それと一緒に矢印で示すような時計方向、又はそれと逆方向の反時計方向に回転する。
【００１６】
駆動側カップリング部材２は、図１及び図２に示すように、その他端側に直動軸部材３の一端側を受け入れるためのカップリング用空洞２Ｄとその空洞に続いている空洞２Ａを有する。前記カップリング用空洞２Ｄと空洞２Ａの直径は直動軸部材３の一端側の直径よりも大きい。前記カップリング用空洞２Ｄを形成する駆動側カップリング部材２の内面２Ｂには、軸線Ｘ−Ｙ方向に延びる溝２Ｃが形成されている。この実施形態１ではほぼ９０度間隔で４本の溝２Ｃが形成されている。溝２Ｃの深さ及び幅は、溝２Ｃを転動する転動球Ｂａの大きさによって決められる。
【００１７】
直動軸部材３は、駆動側カップリング部材２のカップリング用空洞２Ｄに受け入れられる一端側の円筒状外面に、軸線Ｘ−Ｙ方向に延びる溝３Ａを有する。この実施形態１では、溝３Ａは９０度間隔で４本（条）形成されており、駆動側カップリング部材２の溝２Ｃと対向する位置に形成されている。溝３Ａの深さ及び幅は、溝３Ａを転動する転動球Ｂａの大きさによって決められる。したがって、それぞれの溝２Ｃと溝３Ａとにより形成される直線的な軌道に位置する転動球Ｂａはその軌道を転動できるので、直動軸部材３は小さな転がり抵抗で軸線Ｘ−Ｙ方向に移動することが可能となる。
【００１８】
また、それぞれの溝２Ｃと溝３Ａとにより形成される直線的な軌道に位置する転動球Ｂａは、駆動側カップリング部材２に対して直動軸部材３が駆動軸１の回転方向に回転するのを阻止する働きを行う。したがって、駆動側カップリング部材２と直動軸部材３とが転動球Ｂａを介して常時係合されているので、それらの間では回転が生じないが、直動軸部材３は駆動側カップリング部材２に対してＸ−Ｙ方向に容易に直動することができる。ここで、溝２Ｃと溝３Ａとにより形成されるそれぞれの軌道に存在する転動球Ｂａは２個以上が好ましい。
【００１９】
転動球Ｂａを一定位置に保持するリテーナについては図示していないが、必要があれば備えてもよい。転動球Ｂａの直径を溝２Ｃと溝３Ａの深さよりも大きくすることにより、駆動側カップリング部材２の内面２Ｂと直動軸部材３の外面とが接触しないようにし、直動軸部材３が直動するときの抵抗を小さくすることもできる。なお、４本の溝２Ｃと溝３Ａが形成されている例を述べたが、３本以上が好ましい。
【００２０】
実施形態１では、小型軽量化、コスト低減などの面から駆動側カップリング部材２及び直動軸部材３に溝２Ｃと溝３Ａを設け、溝２Ｃと溝３Ａとにより形成される軌道に転動球Ｂａを備えたが、直線駆動ベアリングを用いてもよい。この場合には、適度の長さの円筒状の外輪部材と内輪部材を用い、それらに溝２Ｃと溝３Ａに相当する溝を形成し、それら溝２Ｃと溝３Ａにより形成される軌道に転動球を備えた直線駆動ベアリングとし、その外輪部材を駆動側カップリング部材２の内面２Ｂに固定し、その内輪部材を直動軸部材３の外面に固定すればよい。この場合には、直動軸部材３と一緒に前記内輪部材がＸ−Ｙ方向に移動することになる。
【００２１】
ハウジング部材４は容器部４Ａとシールド部４Ｂとからなり、回転しない。直動軸部材３が挿通する箇所の内又は外、あるいは双方には、一般的に流体５が漏洩するのを防止するためのシールド部材が備えられているが、シールド部材は流体式ダンパなどで用いられている一般的なものでよいので、図１では省略している。直動軸部材３に固定されたスクリュー部材６と弾性部材７などを容器部４Ａ内に配置し、次に流体５を容器部４Ａ内へ流し込んだ後に、シールド部４Ｂで容器部４Ａを密閉する。なお、容器部４Ａは円筒状の内壁と円板状の底板からなるものが好ましい。この場合には、当然にシールド部４Ｂも円板状である。
【００２２】
流体５は、広く実用化されている流体式ダンパなどに用いられているシリコーン樹脂などの流体が環境面や安全性、コストなどの面で好ましい。後述するスクリュー部材６の推進力に影響を与えるという面から、気泡やボイドなどを含まない流体５であることが望ましい。したがって、例えば、真空中で予め脱泡処理を施した流体５を容器部４Ａ内に流し込む。流体１の動粘度は後述するスクリュー部材６の推進力に影響を与えるので、動粘度が大きすぎても、また小さすぎても大きな推進力が得られず、適当な範囲にあることが望ましい。
【００２３】
直動軸部材３の所定位置に固定されたスクリュー部材６は、直動軸部材３が時計方向に回転するとき、流体５中で一緒に時計方向に回転して推進力を生じる。また、直動軸部材３が反時計方向に回転するとき、スクリュー部材６は流体５中で一緒に反時計方向に回転して前記推進力とは反対方向の逆推進力を生じる。スクリュー構造に関しては、種々の研究がされており、海水中などにおいてより大きな推進力を得ることができるスクリューの構造などについて発表されているので、具体的な構造については説明しない。ここでは、３枚羽根又は４枚羽根のスクリューを用いた。
【００２４】
スクリュー部材６の推進力によって、直動軸部材３には駆動側から被駆動側方向（図１の左方向、以下では前進方向と言う。）への力が働く。しかし、少なくとも直動軸部材３が被駆動側カップリング部材１０にカップリングする前に、弾性部材７の弾性力が駆動側方向（図１の右側方向）に直動軸部材３を押すように働くので、直動軸部材３には前進方向と逆方向の弾性部材７の弾性力の他に種々の摩擦などが抵抗力として働く。したがって、直動軸部材３の回転数が設定回転数以上になり、スクリュー部材６の推進力がこれら各種の抵抗力に打ち勝たないと、直動軸部材３は前進方向に移動することができない。ここでは、スクリュー部材６の推進力で直動軸部材３が前進を開始するときの直動軸部材３の回転数を設定回転数という。
【００２５】
弾性部材７はウエーブワッシャ、皿バネなどの板バネ、あるいはコイルバネなどのバネ部材からなる。弾性部材７の弾性力は、直動軸部材３の回転停止、つまりスクリュー部材６が回転停止をしたときに、直動軸部材３を後退させてスクリュー部材６を元の位置に戻すことができる大きさ以上でなければならない。弾性部材７の弾性力が大きい場合、駆動軸１の回転数が大きくなければ、スクリュー部材６の推進力が弾性部材７の弾性力に打ち勝つことができない。つまり、弾性部材７の弾性力が大きいほど駆動軸１の回転が低速度では後述するカップリング動作が難しく、弾性部材７の弾性力が小さいほど、駆動軸１が低速度で回転してもカップリング動作が容易である。したがって、そのカップリングの解離に必要な弾性力の大きさも考慮し、適度の大きさの弾性力を有する弾性部材７が選定される。
【００２６】
駆動軸１の駆動回転数が設定回転数以上に上昇するとき、直動軸部材３に固定されているスクリュー部材６が設定回転数以上の速度で回転し、スクリュー部材６は弾性部材７の弾性力及び種々の抵抗力よりも大きな推進力を生じる。この推進力によって直動軸部材３が前進方向に移動する。そのまま前進すると、スクリュー部材６が弾性部材７に接触してその回転が阻害されるので、スクリュー部材６と弾性部材７との間には、回転補助部材８が備えられている。また、スクリュー部材６が後退（図１の右側方向）する場合にも、スクリュー部材６がハウジング部材４のシールド部４Ｂに接触しないように、スクリュー部材６とシールド部４Ｂとの間にはストッパ部材９が備えられている。
【００２７】
図３によって、回転補助部材８の一例について説明する。図３では、容器部４Ａ及びシールド部４Ｂを除いて各部材の断面を示す斜線を省略している。回転補助部材８として深溝タイプの通常のラジアルベアリングを用いている。回転補助部材８は、嵌め合いなどによって直動軸部材３に固定された内輪８Ａ、ラジアル方向に転動する複数の転動球８Ｂ、内輪８Ａとの間に転動球８Ｂが転動する軌道を形成する外輪８Ｃからなる。スクリュー部材６の推進力で直動軸部材３が前進するのに伴い、回転補助部材８の外輪８Ｃの側面が弾性部材７に接触するが、Ｘ−Ｙ方向の厚みが外輪８Ｃよりも薄い内輪８Ａは外輪８Ｃの端面よりも引っ込んでいるので弾性部材７に接触しない。
【００２８】
したがって、直動軸部材３が前進するのに伴い、外輪８Ｃが弾性部材７に接触すると、その後は外輪８Ｃが弾性部材７を押して収縮させる。しかし、内輪８Ａは外輪８Ｃに影響されることなく回転するので、弾性部材７との接触による摩擦抵抗を受けることなく、スクリュー部材６の推進力で直動軸部材３は前進する。なお、図３において、４ａは容器部４Ａの側壁に取り付けられたシール部材、４ｂはシールド部４Ｂに取り付けられた一般的なシール部材を示す。なお、比較的小型の直動式流体クラッチにあってはスクリュー部材の推進力は小さいので、深溝タイプのラジアルベアリングであってもスラスト方向の荷重による悪影響は小さい。
【００２９】
図示しないが、外輪８Ｃには外輪８Ｃと一緒に回転する側板が固定されていてもよい。この場合には、弾性部材７が前記側板に接触してもよい。また、回転補助部材８は図４（Ａ）、（Ｂ）に示すような例でもよい。図４においても断面を示す斜線を省略している。図４（Ａ）に示す回転補助部材８ａは、直動軸部材３に垂直に固定された軌道板８１と複数個の転動球８２とからなる。軌道板８１は弾性部材７に対向する面（図４の左側の面）に軌道となる円環状溝８１Ａを有し、その円環状溝８１Ａを転動球８２が転動する。円環状溝８１Ａの深さは転動球８２の半径よりも若干深く、かつ入り口は転動球８２の半径よりも若干小さくなっているので、転動球８２を円環状溝８１Ａに押し込んだ後は、転動球８２が円環状溝８１Ａから脱落しないので取り扱いが便利である。
【００３０】
弾性部材７が、例えばコイルスプリングである場合には、弾性部材７の回転補助部材８又は回転補助部材８ａに対向する面に平板７Ａが取り付けられる。スクリュー部材６の推進力で直動軸部材３が回転しながら前進し、回転する軌道板８１に支持された転動球８２が平板７Ａに接すると、転動球８２が軌道板８１の円環状溝８１Ａを転動するので、その僅かな転がり抵抗が増えるだけで直動軸部材３は回転する。この回転補助部材８ａはスラスト方向の力に対する強度が大きいので、スクリュー部材６の推進力が大きい場合に特に有効である。なお、平板７Ａに軌道板８１の円環状溝８１Ａと同じ大きさの円環状溝を設け、軌道板８１の円環状溝８１Ａと平板７Ａの前記円環状溝とで、転動球８２が転動する円環状の軌道を形成してもよい。また、回転補助部材８ａはこのような構造の軌道板８１と平板７Ａとが一体化されたスラストベアリング構造のものであってもよい。
【００３１】
別の回転補助部材８ｂを図４（Ｂ）により説明する。この回転補助部材８ｂは、外径の小さい円筒状の小径部８３と少なくとも小径部８３よりも外径の大きな部分を有する大径部８４とからなる。回転補助部材８は直動軸部材３に固定されている。大径部８４は摺動抵抗、つまり摩擦抵抗の小さな材料からなる円板状のもの、あるいは一部分が打ち抜かれて空部になっていて弾性部材７との接触面積を小さくする形状のものなどからなる。スクリュー部材６の推進力で直動軸部材３が回転しながら前進することによって、回転する大径部８４が弾性部材７に接触し、摺動しながら回転する。このとき流体６が潤滑剤の役割を果たすので、摺動抵抗は小さくなる。なお、回転補助部材８ｂは直動軸部材３に固定され、かつ弾性部材７との摺動面を有するものであれば、形状に限定されない。この一例は小型軽量化が可能で、しかもコストの低減ができる。
【００３２】
図３に示すストッパ部材９は回転補助部材８に類似した構造である。ストッパ部材９は嵌め合いなどによって直動軸部材３に固定された内輪９Ａ、ラジアル方向に転動する複数の転動球９Ｂ、内輪９Ａとの間に転動球９Ｂが転動する軌道を形成する外輪９Ｃからなる。外輪９Ｃが内輪９Ａの幅よりも大きな幅を有している。したがって、スクリュー部材６の逆推進力で直動軸部材３は後退するとき、外輪９Ｃの側面がシール部材４ｂに接触するが、内輪９Ａはシール部材４ｂに接触しないので、直動軸部材３の回転は阻害されない。
【００３３】
ストッパ部材９は、図３に示した構造のものの他に、図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示した回転補助部材８ａ又は回転補助部材８ｂに相当する構造あってもよい。図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示した構造のものを用いる場合には、回転補助部材８ａ又は回転補助部材８ｂに相当する構造のものを１８０度逆にして、転動球８２又は大径部８４に相当するものが図３のシール部材４ｂに接触するように設けられる。ストッパ部材９は必ずしも転動球８２又は大径部８４とシール部材４ｂとの間の抵抗について考慮する必要が無いが、信頼性や寿命などの観点からストッパ部材９とシール部材４ｂとの間の抵抗が小さい方が望ましい。
【００３４】
なお、ストッパ部材９は、スクリュー部材６の逆推進力で直動軸部材３が後退するときに、スクリュー部材６がシールド部４Ｂ又はシール部材４ｂに接触しないようにストッパとして働くものであるので、必ずしもハウジング部材４の中にある必要は無い。したがって、ハウジング部材４の外側の適当な箇所、例えばハウジング部材４のシールド部４Ｂの外壁と駆動側カップリング部材２との間にあってもよい。この場合には、ストッパ部材９は直動軸部材３の後退時に、スクリュー部材６がシールド部４Ｂ又はシール部材４ｂに接触しないように、駆動側カップリング部材２のシールド部４Ｂに対向する外面に接触してストッパ機能を行う。ストッパ部材９が駆動側カップリング部材２に接触する際には、駆動側カップリング部材２とストッパ部材９とは同一速度で回転しているので、それらの間の回転方向の摩擦力を考慮する必要は無く、また、ハウジング部材４の小型化、直動軸部材３の前進時の抵抗の低減などの面で有利である。
【００３５】
図３に戻って説明を続ける。スクリュー部材６の推進力で直動軸部材３が前進することによって、回転補助部材８の外輪８Ｃが弾性部材７を収縮させながら前進し、ハウジング部材４の外部において、図１（Ｂ）に示すように直動軸部材３の先端部のカップリング部３Ｂが被駆動側カップリング部材１０のカップリング部１０Ａにカップリングする。直動軸部材３の先端部のカップリング部３Ｂ及び被駆動側カップリング部材１０のカップリング部１０Ａの構造は種々の形状が考えられるので詳しくは図示しないが、例えば多角形状の凸部と凹部、扇形の凸部と凹部、球状面における沢山の微細な凸部と凹部、平板面における沢山の微細な凸部と凹部などが考えられる。これら各形状の凸部と凹部の場合、直動軸部材３のカップリング部３Ｂにおける凸部又は凹部が回転しながら、被駆動側カップリング部材１０のカップリング部１０Ａにおける凹部又は凸部とカップリングする。これによって被駆動側カップリング部材１０及び被駆動軸１１が回転し、駆動軸１の駆動回転力が被駆動軸１１に伝達される。
【００３６】
次に、本発明に係る実施形態１の直動式流体クラッチの駆動力の被駆動側への伝達について全体的に説明する。図１において、駆動軸１に結合されている不図示のモータなどが回転を開始すると、駆動側カップリング部材２、直動軸部材３及びスクリュー部材６などが回転を始める。その回転数が設定回転数未満のときには、スクリュー部材６の推進力が弾性部材７の弾性力及び各種の抵抗よりも小さいので、直動軸部材３は被駆動側へ前進しない。そして、直動軸部材３の回転数が設定回転数以上に上昇すると、スクリュー部材６が流体５の中で設定回転数以上の回転数で回転することによって、推進力が大きくなり、その推進力が弾性部材７の弾性力及び各種の抵抗よりも勝るために、直動軸部材３及びこれに固定のスクリュー部材６などが被駆動側へ前進を始める。
【００３７】
直動軸部材３が前進を始めると、先ず回転補助部材８が弾性部材７に接する。この実施形態では、回転補助部材８の外輪８Ｃが弾性部材７接触し、弾性部材７を収縮させながら直動軸部材３は前進する。そして、直動軸部材３の先端部のカップリング部３Ｂが被駆動側カップリング部材１０のカップリング部１０Ａにカップリングする。カップリング部３Ｂとカップリング部１０Ａとのカップリングが行われると、直動軸部材３には回転負荷がかかるので、直動軸部材３の前進は止む。カップリング部３Ｂとカップリング部１０Ａとのカップリング状態で、駆動軸１の駆動回転力が被駆動軸１１に伝達され、被駆動軸１１が回転する。被駆動軸１１の回転によって、これに結合される不図示の回転負荷が回転する。このカップリング部３Ｂとカップリング部１０Ａとのカップリング状態は、少なくとも駆動軸１の回転数が設定回転数よりも低下するまで続く。
【００３８】
駆動軸１の回転数、つまり直動軸部材３の回転数がほぼゼロになると、直動軸部材３が被駆動側の回転負荷による荷重から実質的に開放されるので、直動軸部材３は弾性部材７の弾性力によって後退を始め、そのカップリング部３Ｂは被駆動側カップリング部材１０のカップリング部１０Ａから解離される。そして、直動軸部材３は更に後退し、スクリュー部材６は元の位置に戻る。また、駆動軸１が反時計方向に逆転して回転するとき、スクリュー部材６は逆推進力を生じ、直動軸部材３は更に後退するが、ストッパ部材９がシールド部４Ａ（図３ではシール部材４ａ）に接触することにより、停止する。このようにして、直動軸部材３に与えられる駆動力の回転によって生じるスクリュー部材６の推進力によってクラッチ機能が行われる。
【００３９】
実施形態１では、図１に示したように、弾性部材７をハウジング部材４の容器部４Ａの底板４Ａａと回転補助部材８との間に配置したが、他の位置に配置することも可能である。その幾つかの例について次に述べる。ハウジング部材４の内部において、シールド部４Ｂとストッパ部材９との間に弾性部材７を配置してもよい。この場合には、弾性部材７の一端をストッパ部材９に結合し、かつ他端をハウジング部材４のいずれかの箇所に固定する必要がある。弾性部材７は、直動軸部材３が前進するときに伸長する力を受け、直動軸部材３が後退するときに自己の弾性力で収縮する。
【００４０】
前述したように、直動軸部材３のカップリング部３Ｂが被駆動側カップリング部材１０のカップリング部１０Ａにカップリングすると、通常は回転負荷によってそれらカップリング部に大きな捩れ力がかかるので、直動軸部材３はそれ以上前進することが無い。したがって、スクリュー部材６と容器部４Ａの底板４Ａａとの間の距離を、前記カップリングが行われるまでの直動軸部材３の前進距離よりも大きく設定することによって、回転補助部材８を必ずしも必要としない。このようにすると、ハウジング部材４の小型化、直動軸部材３の前進時の抵抗の低減などの面で有利である。
【００４１】
また、ハウジング部材４の内部において、弾性部材７をシールド部４Ｂとストッパ部材９との間に配置する場合には、スクリュー部材６とストッパ部材９との間の距離を適切に選定することによって、弾性部材７にストッパ機能を行わせることも可能であるので、ストッパ部材９のストッパ機能は必ずしも必要ではない。したがって、この場合には、ストッパ部材９は弾性部材７の一端を取り付けるための単なる取り付け用部材の働きを行えばよいので、ストッパ部材９を省略することも可能である。このようにすると、ハウジング部材４の小型化、直動軸部材３の前進時の抵抗の低減などの面で有利である。
【００４２】
また、弾性部材７をハウジング部材４の外側に設けることもできる。例えば、弾性部材７をハウジング部材４の容器部４Ａの底板４Ａａと被駆動側カップリング部材１０との間、又はハウジング部材４のシールド部４Ｂと駆動側カップリング部材２との間に備えることもできる。弾性部材７をハウジング部材４の容器部４Ａの底板４Ａａと被駆動側カップリング部材１０との間に配置する場合には、直動軸部材３に不図示の板状部材を固定しておき、その板状部材と被駆動側カップリング部材１０との間に弾性部材７を挟む形で配置し、直動軸部材３の前進に伴って弾性部材７を収縮させる構造とすることができる。
【００４３】
あるいは、弾性部材７をハウジング部材４のシールド部４Ｂと駆動側カップリング部材２との間に配置する場合には、弾性部材７の一端をハウジング部材４に結合し、他端を直動軸部材３に固定してもよい。この場合には、ストッパ部材９をハウジング部材４の外部で直動軸部材３に固定し、弾性部材７をハウジング部材４のシールド部４Ｂとストッパ部材９との間に配置し、弾性部材７の他端をストッパ部材９に固定すればよい。また、弾性部材７を駆動側カップリング部材２の内部、例えば空洞２Ａに設けてもよい。この場合には、弾性部材７の一端を直動軸部材３に結合し、他端を駆動側カップリング部材２に固定する。
【００４４】
以上では、スクリュー部材６が１個の場合について述べたが、複数個でもよい。例えば、スクリュー部材６の前又は後、あるいは双方の位置で、スクリュー部材６よりも小型で厚みの小さい他のスクリュー部材を直動軸部材３に固定してもよい。このようにスクリュー部材を増やすことによって、より推進力を大きくすることができ、駆動軸１の回転数が小さい場合でもクラッチ機能が可能になる。
【００４５】
本発明は、信頼性や安全性の面から考えると、図１〜図４に示した構造が好ましいが、前述したように、弾性部材７と回転補助部材８とストッパ部材９とをハウジング部材４の外部に配置できるので、これら部材をハウジング部材４の外部に配置し、ハウジング部材４内にはスクリュー部材５だけを配置し、流体５内をスクリュー部材５と直動軸部材３とが前進、後退する構造にすることが可能である。この場合には、スクリュー部材５と直動軸部材３とが前進、後退するときの抵抗を最小にでき、ハウジング部材を小型にできるので、応答性の良好な小型の直動式流体クラッチを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
モータのような回転駆動機構と回転負荷、及びそれらの間を結合又は解離するクラッチ機構を有する各種の機器、特に回転数の低い回転速度で働くクラッチ機構を必要とする精密機器などに適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・駆動軸
２・・・駆動側カップリング部材
２Ａ・・・空洞
２Ｂ・・・内面
２Ｃ・・・溝
２Ｄ・・・カップリング用空洞
３・・・直動軸部材
３Ａ・・・溝
３Ｂ・・・カップリング部
４・・・ハウジング部材
４Ａ・・・容器部
４Ａａ・・・底板
４Ｂ・・・シールド部（蓋）
４ａ、４ｂ・・・シール部材
５・・・流体
６・・・スクリュー部材
７・・・弾性部材
７Ａ・・・平板
８、８ａ、８ｂ・・・回転補助部材
８Ａ・・・内輪
８Ｂ・・・転動球
８Ｃ・・・外輪
８１・・・軌道板
８１Ａ・・・円環状溝
８２・・・転動球
８３・・・小径部
８４・・・大径部
９・・・ストッパ部材
９Ａ・・・内輪
９Ｂ・・・転動球
９Ｃ・・・外輪
１０・・・被駆動側カップリング部材
１０Ａ・・・カップリング部
１１・・・被駆動軸
Ｂａ・・・転動球
【図１】
2011133027.tif 000003
【図２】
2011133027.tif 000004
【図３】
2011133027.tif 000005
【図４】
2011133027.tif 000006