(57)【要約】      （修正有）【課題】円すい状の単葉回転双曲面の内外軌道輪の間に軸心に対して傾斜したローラーを配置して一方に回すとローラーが係合子となって接点下に高圧で油が閉じ込められ、トルクに比例する面圧で油膜が粘性流体、塑性体、弾性体に遷移する。そのための専用の油剤が必要になるが、他の潤滑油が混入すると誤動作して危険になるので、周囲の潤滑剤と隔離するためクラッチ専用の機能流体を封じ込めたパックにする。【解決手段】クラッチのローラー係合子３を保持する保持部材４の端部に内輪１，外輪２に摺接する内側シールリップ１７及び大径側シールリップ２１を設け、クラッチに専用のオイルを内蔵したオイルパック方式にする。クラッチ内の空間容積は広いので、必要十分な量の潤滑材が内蔵できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪外径の単葉回転双曲面と円すいの外輪の内径の単葉回転双曲面の間に軸心に対して傾斜した複数個のポケット穴を有する環状のローラー保持部材にローラーを収容して一方に回すと空転し反対にはローラーが係合子となり接点下に高圧閉じ込め油膜が生じて、油膜の粘弾性体への遷移作用で内輪と外輪間でトルクの伝達が増減されるローラークラッチにおいて、前記のローラー保持部材に内外輪に摺設するシール部材を装設したことを特徴とするシール付ローラークラッチ。
【請求項２】
請求項１のローラークラッチの保持部材のローラー係合子を収容するポケット穴を略三角形状にしてその三角穴の底辺位置にローラーの片端と係合して該保持部材と相対回動してスキュウを付与する環状のスキュウ付与部材を備えた正逆両方向回転に対応のローラークラッチにおいて、該保持部材とスキュウ付与部材のそれぞれに請求項１のシール部材を装設して該シール部材が内外輪に連れ回る力でローラーを軸心に対して一定の角度スキュウさせ、スキュウした後に連れ回りを止めるストッパー部材を備えたことを特徴とするシール付ローラークラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  機械装置のトルク伝達装置
【背景技術】
【０００２】  機械装置の駆動力伝達制御には、粘性接ぎ手、流体接ぎ手、摩擦板クラッチ、歯車と爪のラチェット、コイルスプリングの巻きつき摩擦クラッチ、１９３２年のスプラグ式ワンウエイクラッチ、及び円筒ローラーと多角形のカムリングのワンウエイクラッチ、それを応用した正逆２ウエイクラッチ、などがある。【０００３】  これら古典手法に対して、転がり接触下に閉じ込められる油膜によるクラッチ特許４６１４１６７号がある。これは円すいの単葉回転双曲面の内外軌道面の間に傾斜したローラー係合子を介装すると、一方に回すと噛み合ってローラーの接点下に潤滑油が２〜３ＧＰａの超高圧で閉じ込められて厚さが０．０００３（０．３μ）ミリの固化した強固な油膜が出来る。閉じ込められた油は高粘度の鉱油の場合接点の周囲から長時間に渡り（１週間）スクイズアウトして接点周囲にスクイズ流体膜を生ずる。これにローラーが浮上して僅かにころがると新たに接点に油が取り込まれてスクイズ膜を作る、これを繰り返す原理でトルクの大小に拘らず一定の速さで粘性クリープ（スベリ）回転する。このクリープ速度は潤滑剤及び添加剤によって著しく異なりエステル系潤滑油ではクリープしない。逆に回すと無負荷のコロガリ軸受なみに軽く回転する。【０００４】  前述の閉じ込め油膜とは、転がり接触下の弾性流体潤滑理論（ＥＨＬ）で、英、Ｄ．Ｄｏｗｓｏｎ，．Ｈｉｇｇｉｎｓｏｎ．Ｖ．Ｗｈｉｔａｋｅｒ：Ｊ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ，．４，２（１９６２）１２１．によって、潤滑油が高圧で閉じ込められて、粘性流体から塑性体、弾性体に遷移することが実証され以降転がり軸受、無断変速機ＣＶＴ等の実用面で長足に進歩した。最近では微速度の転がり接点下にも厚さが０．３μの閉じ込め油膜の存在が検証されている。
【先行技術文献】
【０００５】
【特許文献３】特許登録番号第４６１４１６７（請求項３、図１４）
【特許文献４】特開平０７−０７１４８７
【特許文献５】特開２０１１−１２７５６３（図１）
【特許文献６】特許登録番号第５３５２７６９（図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】先行技術４６１４１６７、の特徴は
▲１▼親和性の高い６Ａ族遷移金属系極圧添加剤の例えば層状固形潤滑剤の二硫化モリブデンを添加すると金属表面の六価のクロムとの親和性と層間に介在する油分子の相関作用で高面圧下で摩擦係数μが０．０１以下でトルクの大小に関係なく一定の速さでクリープ回転する。【０００７】▲２▼また負荷トルクは固化油膜のせん断強度に依存しその強度が低いと急激につなぐいだときにジャダーを起こす。
▲３▼エステル系油剤では正確にロックするワンウエイクラッチになる。
▲４▼またトルクを負荷するとトルクに比例して内外輪が軸方向に弾性で相対変位する、その変位量をリニアポテンショメーターで計測すると軸トルクをダイレクトに検知できる高精度のクラッチ兼トルクセンサーになる。この場合トルクを除いた瞬間に変位を速やかにゼロ点に戻すため圧力で固化しにくい油剤が好ましい。【０００８】以上を具体的事例の図７で説明すると、図７の中央のクラッチ周囲にはベアリング１０９、２０、８４、１１３、９、に歯車６、スプライン７、が配置されこれらと潤滑油は共有され一括管理される。ところがクラッチだけは前述の▲１▼クリープ滑りが目的、▲２▼ワンウエイクラッチが目的、▲３▼トルク変動を吸収ダンパー、▲４▼低温または高温下で機能を確保する場合、▲５▼トルクセンサーでは圧力で固化し難い油剤を用いる、▲６▼逆転防止など安全装置では極低温でも確実に作動するスクアレンのような低温で凍結しない油剤を用いる。などクラッチだけは使用目的に沿った最適油剤を使い分ける必要がある。【０００９】特に事故防止のための逆転防止、つまり重要保安箇所に使われる場合が多く他の潤滑剤が混入すると極めて危険である。そのため当該クラッチの係合子ローラー周辺だけは専用機能油剤をパックにした隔離が不可欠である。そこでクラッチの左右に専用のオイルシールを設ける場合非常に大きなスペースと複雑化とコストを要する。本構成のクラッチの原案は公開実案昭和４２ー７５２（出願は１９６４年３月３日）でその後、世界中の業者が実用化に励んだが既存のワンウエイクラッチ類が歴史的に金属接触を前提に発展して来た背景から油剤の危険性への認識が不足して誤動作による事故を繰り返し５０年に渡り実用化し得なかった。【００１０】また、従来のワンウエイクラッチを他の潤滑油から隔離する手段については、先行技術特開２０１１−１２７５６３の図１のエンジン始動用ワンウエイクラッチのシールの構成が一般的であってシール専用のスペースがクラッチの両側に要しクラッチ本体に比べてあまりにも大き過ぎる。【００１１】更に請求項１のクラッチを正逆両方回転にも適応させる手段に、特許文献４の特開平０７−０７１４８７がある、これは係合子のスキュウ方向を反転させるために二枚の環状保持部材それぞれに軌道に摺接する舌状の板ばねを設けてその摩擦抵抗を利用する手段であるが早期に接点が摩滅鏡面化して流体潤滑となり摩擦抵抗が急減して反転力を失う。バネ圧を強くすれば摩擦力で保持部材でローラーを強く締め付けてローラーは転がらずにスリップして噛み合わない。それを防ぐため特許文献６特許５３５２７６９（図１４今出願人による）の係合子ローラーの左右に直径の大小異なる遊星ローラーを配置して左右で公転の遅れ進みを生ずる原理を用いローラーにスキュウ角度を反転付与する機構であるが複雑である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  請求項１について説明する。
内輪外径が軸心に対して円すい角度が５°〜６°の回転双曲面と外輪内径の同じ円すい角度の回転双曲面の間に円環の周上に軸心に対して８〜１５°傾斜した長穴を設けた円環状の保持器手段を設ける。これに係合子のローラーを自転可能に収容保持する。すると一方には空転し、反対方向には接点下に高圧で油剤が閉じ込められてその油膜が高圧で粘弾性体に遷移してそのせん断抵抗（トラクション）でローラーがクラッチの系合子になる。【００１３】そこで前記保持器の片側若しくは両側に内外の両円すい軌道面と摺接する内外径に張り出したオイルシールリップを設けてクラッチに専用のオイルを内蔵したオイルパック方式にする。シールリップが摺接する相手軌道面はローラーの転送面として既に高い精度で平滑な仕上げ加工が施されており又、シールリップを内外径から挟む軌道間隔の誤差は、皿バネのスラスト方向の付勢力でもってローラーが挟まれる側に常に押し付けられていることとローラー外径の公差０．００５ｍｍで規制されるのでシールリップの締めしろばらつきは自動的に０．００５ｍｍ以下に収まる。
そのためオイルシールの初期シメシロを０．０１０ｍｍに設定するとリップのシメシロは０．０１５〜０．０２５の範囲に入り緊迫力は極めて小さく均一で摺動する際の摩擦抵抗も非常に小さくできる。当然発熱も摩耗も少なく長期に渡りシール機能を確実に担保する。【００１４】当該シールパックの形式ではクラッチ内の空間容積はローラー間の距離が広いので必要十分な量の潤滑剤が内蔵出来る。また油の消費量はクラッチがロックする際の油膜厚さ０．００３ミリで周上のローラー数も１０個程でありしかも高い面圧で転がる量は角度で６０°以下で発熱もない。また反対側に空転する場合は皿バネの軽い付勢のみで無負荷に近く完全に流体潤滑に浮上するので潤滑油の消費劣化はほとんど無い。【００１５】従って当該パック方式にすると如何なる環境にも対応できて特別にシールのスペースを要せず機能、コスト面に寄与する。またシールの側面に給油の穴とめくら栓（図６，５２、５３）を設けると良い。【００１６】請求項２の正逆両方向のクラッチの作用機序について説明する。
相対回転する内輪と外輪に摺接する摩擦部材にローラーの両端を係合させて、生ずる軌道輪との摩擦抵抗でローラーを係合可能な角度に傾斜させ、その後はストッパーでローラーの油膜によるトラクション自転を妨げないように摩擦部材の連れ回り力を遮断する。【００１７】  これを得る手段の請求項２は、請求項１のローラークラッチの保持部材３１にローラーを収容保持するポケット穴を図２の３４、の如く扇形の略三角形状にする。保持部材３１の大径側片端には、保持部材３１と相対揺動する環状のスキュウ付与部材３０を被せてこれにローラー端部と係合するＶ溝３５を設ける。保持部材３１の小径側端部には請求項１のシール部材（１７、２１）を装着する。前記スキュウ付与部材３０には揺動範囲を規制するストッパー部材３３を周上複数個設けて所定の角度スキュウした後にはローラーの自転を妨げないようにシールの摩擦抵抗力を遮断する。またストッパー３３は保持部材３１からスキュウ付与部材が抜け出さないフック機能を兼ねる。かくして軌道輪の相対回転で生ずるシール（３６ａ、３６ｂ）の長期安定した摺接摩擦抵抗の矢印４１ａ、４１ｂでもってローラーにスキュウが付与されて正逆両方向回転に対応のローラークラッチが得られる。【００１８】ここでローラーにスキュウを付与する駆動力は、円錐の大径側の内側のリップ３６ａと小径側の外側のリップ３６ｂの逆向きの摩擦抵抗で得るのでその他のシールリップ４８、４９の緊迫力は最小にする。かくして内外輪が相対回転すると相対回転の方向に沿ってロック側にスキュウする。
【発明の効果】
【００１９】本発明は背景技術に対して以下の進歩性と効果がある。
本発明のローラークラッチは既存のクラッチの流体継手、板クラッチに代わる新しい油膜クラッチであるが、従来周辺の潤滑油との共用を余儀なくされるためトルク特性及び信頼性が得られたなっか。本発明により目的に沿った油剤を自在に選定できる。例えば自動車の従来のギヤ式自動変速機のディスク形断続クラッチ〈通称デュアルクラッチ）を当該クラッチに置き換えることでトルクの受け渡し速度が著しく短縮し、ソフトな弾性噛み合いでショックを緩和し、変速の多段化で益々使用頻度が高くなる歯数の異なるギヤ間のトルクの受け渡しに要する半クラッチ域が従来の摩擦ディスクをスベらせて得るのでは無く油膜のクリープで得るので摩耗することもない、更に当該クラッチは負荷トルクに応じて軸方向に正確に弾性変位する、その変位量の計測信号でＯＮ−ＯＦＦ制御がきることから一層の省エネ効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２０】図１は、請求項１、の実施例を示す略視図。
図２は、請求項１のシールの摩擦抵抗を用いて両方向対抗のクラッチ外観図
図３は、正逆スキュウ付与の仕組み模式図
図４、スキュウ付与部材の作動範囲規制機構説明図
図５、ローラー片端の突起に係合させてスキュウを付与する実施例図
図６、ローラー保持部材端部に密封シール材を加流接着した実施例。
図７、請求項１、２をギヤ変速装置に使用した実施例。
図８、は従来のワンウエイクラッチの密封機構の実施例。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  発明を実施するための形態を説明する。
請求項１の図１、の実施例は、内輪１、外輪２、ローラー３、共にＩＳＯ規格標準品の円すいころ軸受用の材料（ＳＵＪ−２）精度の標準部品を用いる。ローラーを保持する保持部材４はＳ３５Ｃなどでの鉄製または６６ナイロンにガラス繊維を２０〜３０％含有した強化樹脂などを用いる。内輪と外輪軌道がローラーと確実な接触を担保するスラスト付勢力（←印４７）の皿ばね４５を併設する。また外輪２、の外径には歯筋が僅かに傾斜（約３°）したスライドキー６１、またはスキュウドスプライン歯を形成して更にそのスライド摺設面に摩擦係数の低い自己潤滑性の表面処理または油溜りのディンプル加工を施してトルク負荷時の軸方向相対変位３〜５ｍｍをズリ変位させローラーの噛み合いをアシストする。保持部材の両端にはオイルシール１７、２１を設ける、シール材はニトルルゴムまたはアクリルゴム、とし高温域用途ではフッソ樹脂を用い保持部材には図１、６の如く溝内に接着剤と嵌合とで一体化する。シールのリップ形状は図１の１７、２１の如く鋭利な刃物でカットする。
【００２２】保持部材の両側面は金属面を露出させて皿バネ３８、とスラスト受け５８、で挟んで軸方向に位置決めする。同時に保持部材の内外径に設けたオイルシールのリップの弾性で半径方向に支持されセンタリングされる。このセンタリング形態はローラーベアリングに於けるローラーガイド保持器に相当する。またシールの軌道輪との緊迫力は油剤が初期漏れしない程度よい。
【００２３】請求項２の実施形態の図２について説明する。保持部材本体３１には三角のポケット穴３４が周上に等間隔に穿孔してある。本体３１の片端に３１の外周と回動可動にスキュウ付与部材３０を被せる。スキュ付与部材３０の周上の３箇所にはストッパーになる舌部３３が設けてあり保持部材３１に装着後保持部材のリブ部５０を抱くように三角ポケットの内側に折り曲げてスキュウ付与部材と保持部材３１とが揺動可動でかつ脱落しないように遊嵌する。スキュウ付与部材と保持部材の側面にはそれぞれオイルシール３６ａが装着されガータースプリング３７でリップの摩耗劣化による緊迫力の緩みを防ぐ。ガータースプリングはゴム内に埋め込むモールドイン式とし緊迫力が持続できる材質であればガータースプリングは廃止しても良い。
【００２４】ストッパー３３の側面にはクラッチのＯＮ−ＯＦＦ及び反転のたびにシールの摩擦抵力が繰り返し働き、極低温または長期間停止後に始動する場合にシールリップが軌道輪に凍結又はサビで固着すると軌道輪の回転力がそのままスキュウ付与部材を経て作用する、これらを勘案し相応の強度（熱処理硬さ）を要する。スキュウ付与部材は鋼板のプレス成形で浸炭又は窒化で表面を硬化する。舌部は周上３箇所程度設け、熱処理後に曲げ加工するため曲げ部のみクラック割れ防止のために浸炭処理前に防炭剤を塗布する。
【実施例】
【００２５】実施例１、図１は保持部材の端に内外径に突き出たゴムシール、リップの装着実施例を示す。【００２６】実施例２、図６は保持部材４の周上一箇所に油剤補給穴と栓を設けた実施例で、図６のシールの代わりに保持部材の内外径に溝を設けて溝に断面がＸは四角のゴム、樹脂などのリングを嵌めてよい（図省略）【００２７】実施例３、図２は請求項２を代表する実施例を示す。図３は摩擦抵抗を矢印４１ａ、４１ｂ、で三角ポケット３４内のローラー３にスキュウが付与される作動を説明する図。【００２８】実施例４、図５はローラーに突起４４を設けてスキュウ付与部材４２の溝又は穴４３に係号合してシールリップ３６ａの摩擦抵抗と連動してローラーをスキュウさせる実施例。逆にローラーの端に穴を明けスキュウ付与部材側にピンにしても良いしローラーの両端を突起に相手側を穴にしてもよい。（図省略）
実施例５、本発明を変速ギヤに用いた実施例を図７に示す。図７ではクラッチのＯＮ−ＯＦＦ操作を偏心カムの回転軸１１３と中間部材１６とカムの外径で構成されたテコの原理を用いたＯＮ−ＯＦＦ操作の実施例である。ウオームギヤ１１を力点、中間部材１６に係合の１１２を支点、外輪９の外径を作用点とすると、ウオームギヤ１１をモータ１３で回すと偏心カム９が回転し外輪２を小径側に押し返し軌道間隔が広がり空転する。偏心カムを元に戻せば正逆両方向にロックするか若しくは油膜の粘性による半クラッチ状態になる。これらの機能は請求項１及び２のローラーの手段で適合油剤とクラッチとをパックにすれることで使用する各ギヤごとにトルク特性が変えられる。
実施例６  図示の実施例では保持部材の両側にシール材を設けたが入出力の軸の端部にクラッチが使用される場合では片側シールのみで良い、ま二個のクラッチを並べて使う場合、径方向に内側と外側に重ねた場合は片側シールだけでよい（図省略）
実施例７  請求項２ではスキュウ反転の駆動源をシールリップの摩擦抵抗で得ているが密封機能自体が不要の場合は、スキュウ付与部材３０と保持部材３１がそれぞれが内外輪に連れて回ればよいので駆動源として摩耗が少なく安定した摩擦抵抗を生ずる例えば摩擦板、油の粘性抵抗、磁性流体でもよい（図省略）
またストッパー３３の方式は一事例に過ぎず相対揺動する片側にピンを反対側を長穴、若しくは突起部材をキー溝内に係合させて作動範囲を規制する方法でもよくまた何処に配置してもよい。（図省略）
【産業上の利用可能性】
【００２９】クラッチ専用の機能流体をパックしたユニットにすれば変速機内のクラッチ、速度可変の粘性流体継手（半クラッチの状態）高速オーバラニング可能なバックストップ、トルクリミッター、トーショナルダンパー、トルクセンサー、更には衝撃吸収付きのシンクロクラッチ、油圧空圧、電磁力を要しない省エネの自己保持形の摩耗劣化の無いクラッチが得られる。
中でも回転翼航空機のオートローテーションのワンウエイクラッチを当該発明に置き換えれば信頼性が格段に向上する。又ハイブリッド車の動力振り分け装置、自動変速機並びに４ＷＤ車の差動制限装置、速度可変の粘性流体継手、エンジンの始動クラッチ、ドアクローザ、防火シャッターの緩降クラッチなど動力マネジメント要素として広く活用出来る。
【符号の説明】
【００３０】１・・入力軸（内輪）
２・・出力軸（外輪）
３・・ローラー係合子
４・・保持部材
５・・出力ギヤ
７・・スプライン嵌合
９・・カム
１１・・ウオームギヤ
１３・・駆動モーター
１４・・内輪軌道面
１５・・外輪軌道面
１７・・内側シールリップ
２１、２１ａ・・大径側シールリップ
２１、２１ｂ・・小径側シールリップ
２４・・スラスト受け
２５・・シール芯金
３０、４２・・スキュウ付与部材
３１・・保持部材柱（リブ）
３３・・ストッパー
３４・・ポケット穴
３５・・ローラー係合のＶ溝
３６ａ・・大径側内輪摺接リップ
３６ｂ・・小径側外輪摺接リップ
３７・・ガータースプリング（緊迫力保持ばね）
４３、４５・・皿バネ
４１ａ、４１ｂ・・スキュウ付与駆動力（軌道輪に連れ回りる方向）
４４・・係合子ローラーの係合突起
４７・・予圧付勢の方向
４８・・外径摺接シールリップ
４９・・内径摺接シールリップ
５１・・係合用の溝
５２・・給油穴、５３・・給油栓
５６・・ロールカシメ箇所
５９・・ロック方向
６０・・グリース、油剤密封空間
６１・・スキュウド  キー溝
１７１・・リニアポテンショメータ（トルクセンサー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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