(57)【要約】【課題】同一軸線上に沿って配置される第１回転軸２と第２回転軸３との間で回転動力を伝達する接続状態や伝達しない切断状態に切り換えるクラッチ装置１の構成簡素化とコスト低減を図る。【解決手段】前記接続状態と切断状態とを切り換えるためにクラッチ体５に対して回転抵抗を付与するかしないかを、遠心力の大小に応じて動作する遠心摩擦部材１０，１１で自動的に行わせるようにしている。これにより、従来例のような電磁ブレーキに比べて構成が簡素で済むとともに、電磁ブレーキの動作を制御するための装置や電力が不要となる。【選択図】  図１
2004239405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上に沿って配置される第１、第２回転軸の間で回転動力を伝達する接続状態や伝達しない切断状態に切り換えるクラッチ装置であって、
前記第１回転軸の外周に軸方向ならびに周方向に相対変位可能に嵌合されかつ摩擦面を有するクラッチ体と、
前記第２回転軸に設けられて前記クラッチ体の摩擦面が接触・離隔される摩擦面と、
前記クラッチ体の摩擦面を前記第２回転軸側の摩擦面から離す向きに常時付勢する付勢部材と、
所定以上の遠心力を受けていないときに前記クラッチ体に対して回転抵抗を付与する一方で、所定以上の遠心力を受けたときに前記クラッチ体に対して回転抵抗を付与しない遠心摩擦部材と、
前記遠心摩擦部材で前記クラッチ体に回転抵抗を付与しているときに、当該クラッチ体の摩擦面を前記第２回転軸の摩擦面に対して圧接させて前記接続状態とする一方で、前記遠心摩擦部材で前記クラッチ体に回転抵抗を付与していないときに、当該クラッチ体の摩擦面を前記第２回転軸の摩擦面から離して前記切断状態とするカム機構とを含む、クラッチ装置。
【請求項２】
前記カム機構は、前記第１回転軸の外周において前記クラッチ体よりも外端側に軸方向隣り合わせで軸方向ならびに周方向に不動に嵌合される固定環体と、この固定環体および前記クラッチ体において互いに対向する面の円周数ヶ所に設けられかつ少なくとも周方向一方へ向けて溝深さが漸次浅く設定されるカム溝と、両カム溝間に周方向転動可能に介装されるクラッチ用玉とを含み、
前記クラッチ用玉が前記両カム溝の深い部分に位置したときに、前記クラッチ体を前記固定環体側に近づけて前記両摩擦面を離隔させる一方で、前記クラッチ用玉が前記両カム溝の浅い部分に位置したときに、前記クラッチ体を前記固定環体から遠ざけて前記両摩擦面を圧接させる、請求項１のクラッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、構成簡素なクラッチ装置を提案している（特許文献１参照）。このクラッチ装置は、筒軸と、その内周に転がり軸受を介して相対回転可能に挿通される中心軸と、前記筒軸の内周に対して前記中心軸と同一軸線上に向き合う状態で挿通配置される制御軸と、前記制御軸が回転抵抗を受けないときに前記筒軸と中心軸との間で回転動力を伝達しない切断状態とする一方で制御軸が回転抵抗を受けたときに筒軸と中心軸との間で回転動力を伝達する接続状態にするクラッチ作用部とを有する。なお、制御軸に対して回転抵抗を付与するものとして、電磁ブレーキを用いている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２１３５００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願出願人は、上記クラッチ装置の開発を進めている過程で、さらなる構成簡素化と低コスト化を図ることを見出した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のクラッチ装置は、同一軸線上に沿って配置される第１、第２回転軸の間で回転動力を伝達する接続状態や伝達しない切断状態に切り換えるもので、前記第１回転軸の外周に軸方向ならびに周方向に相対変位可能に嵌合されかつ摩擦面を有するクラッチ体と、前記第２回転軸に設けられて前記クラッチ体の摩擦面が接触・離隔される摩擦面と、前記クラッチ体の摩擦面を前記第２回転軸側の摩擦面から離す向きに常時付勢する付勢部材と、所定以上の遠心力を受けていないときに前記クラッチ体に対して回転抵抗を付与する一方で、所定以上の遠心力を受けたときに前記クラッチ体に対して回転抵抗を付与しない遠心摩擦部材と、前記遠心摩擦部材で前記クラッチ体に回転抵抗を付与しているときに、当該クラッチ体の摩擦面を前記第２回転軸の摩擦面に対して圧接させて前記接続状態とする一方で、前記遠心摩擦部材で前記クラッチ体に回転抵抗を付与していないときに、当該クラッチ体の摩擦面を前記第２回転軸の摩擦面から離して前記切断状態とするカム機構とを含むことを特徴とするものである。
【０００６】
この構成では、クラッチ体に対して回転抵抗を付与するかしないかを、遠心力で動作する遠心摩擦部材で自動的に行うようにしている。これにより、従来例のような電磁ブレーキと異なり、構成が簡素で済むとともに、電磁ブレーキの動作を制御するための装置や電力が不要となる。
【０００７】
ところで、上記前記カム機構は、前記第１回転軸の外周において前記クラッチ体よりも外端側に軸方向隣り合わせで軸方向ならびに周方向に不動に嵌合される固定環体と、この固定環体および前記クラッチ体において互いに対向する面の円周数ヶ所に設けられかつ少なくとも周方向一方へ向けて溝深さが漸次浅く設定されるカム溝と、両カム溝間に周方向転動可能に介装されるクラッチ用玉とを含み、前記クラッチ用玉が前記両カム溝の深い部分に位置したときに、前記クラッチ体を前記固定環体側に近づけて前記両摩擦面を離隔させる一方で、前記クラッチ用玉が前記両カム溝の浅い部分に位置したときに、前記クラッチ体を前記固定環体から遠ざけて前記両摩擦面を圧接させるものとすることができる。
【０００８】
この場合、接続状態や切断状態を維持しやすくなり、動作が安定する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１から図７に本発明の一実施形態を示している。図例のクラッチ装置１は、同一軸線上に沿って配置されている第１回転軸２と第２回転軸３との間で回転動力を伝達するクラッチ接続状態と回転動力の伝達を遮断するクラッチ切断状態とに切り換えるものである。
【００１０】
第１回転軸２の外周面において軸方向中間領域は大径に設定されている。第２回転軸３は、外周にスプライン歯３ｃが形成された軸部３ａと、軸部３ａにおいて第１回転軸２側の端部に一体形成された円筒部３ｂとを有している。
【００１１】
第２回転軸３の円筒部３ｂの内周に対して第１回転軸２の内端側が深溝型玉軸受などの転がり軸受２０を介して相対回転可能な状態で挿入されている。第１回転軸２の外端側には深溝型玉軸受などの転がり軸受２１が取り付けられている。
【００１２】
第１回転軸２の大径領域には、固定環体４およびクラッチ体５が軸方向隣り合わせで嵌合されている。具体的に、固定環体４の円筒部４ａが第１回転軸２に対して「すきま嵌め」されており、クラッチ体５の円筒部５ａが第１回転軸２に対して軸方向ならびに周方向に相対変位可能に「すきま嵌め」されている。これら両環体４，５は、第１回転軸２の軸方向両端に取り付けてある転がり軸受２０，２１で軸方向に位置決めされている。クラッチ体５と図中右側の転がり軸受２０との間には、クラッチ体５を固定環体４側へ弾発付勢する付勢部材として皿ばね７が介装されている。
【００１３】
固定環体４およびクラッチ体５の各鍔部４ｂ，５ｂの各対向面の円周数ヶ所には、一対となるカム溝４ｃ，５ｃが設けられている。両カム溝４ｃ，５ｃの間にクラッチ用玉６が介装されている。両カム溝４ｃ，５ｃは、それぞれ、周方向に沿う長溝形状に形成されており、その周方向中央から周方向両側へ向けて漸次浅くなるすり鉢形状になっている。
【００１４】
上記固定環体４のカム溝４ｃ、クラッチ体５のカム溝５ｃ、クラッチ用玉６がカム機構を構成している。つまり、このカム機構は、固定環体４とクラッチ体５との相対回転に伴い両カム溝４ｃ，５ｃ間においてクラッチ用玉６が周方向に転動して可動部材５を制御部材４に対して近接・離隔させるよう動作する。
【００１５】
第２回転軸３の円筒部３ｂの開口側内周面には、外側へ向けて拡径するテーパコーン形状の摩擦面３ｄが設けられている。クラッチ体５の外周面は、第２回転軸３の円筒部３ｂに設けてある摩擦面３ｄに対して合致するテーパコーン形状の摩擦面５ｄとされている。
【００１６】
固定環体４の鍔部４ｂの外径部分には、歯車２２がボルトにより取り付けられている。この歯車２２には、図示しないモータなどの出力ギヤが噛合される。一方、第２回転軸３の軸部３ａのスプライン歯３ｃには、歯車２３がスプライン嵌合されている。この歯車２３は、軸部３ａにおいて図中の右側に外装される深溝型玉軸受などの転がり軸受２４と円筒部３ｂとにより軸方向に位置決めされている。
【００１７】
第２回転軸３の円筒部３ｂの内周とクラッチ体５の円筒部５ａの外周との間の空間には、遠心摩擦部材としての二つの半円筒形のブレーキシュー１０，１１が円筒形となるように配置されている。これらブレーキシュー１０，１１において、各一端は、第２回転軸３の円筒部３ｂ内底部に対してピン１２ａ，１２ｂを介して揺動可能に支持されており、各他端には、引っ張りばね１３が互いを近接させるように取り付けられている。なお、ブレーキシュー１０，１１の内径部分には、クラッチ体５の円筒部５ａ外周面に対して当接される凸部１０ａ，１１ａが設けられている。なお、この凸部１０ａ，１１ａは、ブレーキシュー１０，１１においてピン１２ａ，１２ｂ寄りに設けており、この配置により、円筒部５ａ外周面に対して大きな摩擦力を付与できるようになる。
【００１８】
次に、動作について説明する。ここでは、図示しないモータの回転動力を歯車２２を介して第１回転軸２に入力させて、第１回転軸２の回転速度に応じて第１回転軸２から第２回転軸３に対して回転動力を伝達または遮断するようにしている。つまり、第１回転軸２を回転動力の入力側とし、第２回転軸３を出力側とする。
【００１９】
まず、第１回転軸２が非回転の状態では、図６に示すように、クラッチ用玉６が両カム溝４ｃ，５ｃの浅い部分に位置していて、クラッチ体５が皿ばね７の弾発付勢力に抗して固定環体４から遠ざけられているとともに、クラッチ体５の摩擦面５ｄが第２回転軸３の摩擦面３ｄに対して圧接されている。このとき、ブレーキシュー１０，１１に対して遠心力が作用していないので、引っ張りばね１３の引っ張り弾力でもってブレーキシュー１０，１１の凸部１０ａ，１１ａがクラッチ体５の円筒部５ａの外周面に対して圧接されており、この摩擦トルクによってクラッチ体５が軸方向に不動となっている。このため、第１回転軸２と第２回転軸３が一体化して同期回転する状態、つまり第１回転軸２から第２回転軸３へ回転動力を伝達できる接続状態になっている。
【００２０】
ここで、第１回転軸２に回転動力を入力することにより、第１回転軸２の回転速度が所定の回転速度を越えるまでは、上記接続状態を維持するが、前記所定の回転速度を越えると、ブレーキシュー１０，１１に作用する遠心力が、引っ張りばね１３の引っ張り弾力に打ち勝つことになって、ブレーキシュー１０，１１が径方向外向きに開いてブレーキシュー１０，１１の凸部１０ａ，１１ａがクラッチ体５の円筒部５ａの外周面から離隔する。これにより、皿ばね７の弾発付勢力によってクラッチ体５が固定環体４に近づく向きに移動させられるととともに、クラッチ体５の回転速度が固定環体４および第１回転軸２よりも遅くなる。そのため、固定環体４のカム溝４ｃがクラッチ体５のカム溝５ｃに対して周方向一方へずれ動かされて、図７に示すように、クラッチ用玉６が両カム溝４ｃ，５ｃの深い部分に位置する。これにより、クラッチ体５の摩擦面５ｄが第２回転軸３の摩擦面３ｄから離隔されて、第１回転軸２に対して第２回転軸３が相対回転する状態、つまり第１回転軸２から第２回転軸３に対して回転動力を伝達しない切断状態になる。
【００２１】
このような状態から、第１回転軸２の回転数が所定未満に下がって、ブレーキシュー１０，１１に作用する遠心力よりも引っ張りばね１３の引っ張り弾力が勝ると、ブレーキシュー１０，１１が径方向内向きに閉じてその凸部１０ａ，１１ａがクラッチ体５の円筒部５ａ外周に圧接されるので、その摩擦トルクによりクラッチ体５の回転速度が固定環体４よりも遅れる。これにより、クラッチ用玉６が両カム溝４ｃ，５ｃの浅い部分に位置することになり、クラッチ体５が皿ばね７の弾発付勢力に抗して固定環体４から遠ざかる向きに移動させられるので、クラッチ体５の摩擦面５ｄが第２回転軸３の摩擦面３ｄに圧接されることになる。このため、第１回転軸２に対して第２回転軸３が一体化して同期回転する状態、つまり第１回転軸２から第２回転軸３に対して回転動力を伝達する接続状態になる。
【００２２】
なお、上記とは逆に、第２回転軸３を入力側として、第１回転軸２を出力側としても上記同様に接続状態と切断状態とに切り換えることができる。
【００２３】
以上説明したように、上記クラッチ装置１は、接続状態と切断状態との切り換えを、遠心力で動作するブレーキシュー１０，１１で自動的に行うようにしているから、従来例の電磁ブレーキよりも遥かに簡素な構成であるとともに、電磁ブレーキの動作を制御するための装置や前記動作制御のための電力が不要となるなど、イニシャルコストならびにランニングコストの低減に貢献できる。
【００２４】
図８から図１０に、本発明の他の実施形態を示している。この実施形態では、クラッチ体５の円筒部５ａを無くし、第２回転軸３の円筒部３ｂにおいて摩擦面３ｄの領域の円周１ヶ所に、径方向に貫通する貫通孔３ｅを設け、この貫通孔３ｅに対して円柱形状の遠心摩擦部材１５をスライド自在に収納するとともに、この遠心摩擦部材１５の外径側に円筒コイルバネ１６を配置し、この円筒コイルバネ１６を止め輪１７で抜け止めしている。なお、皿ばね７の代わりに、円錐コイルバネ７ａを用いている。
【００２５】
この場合の動作を説明する。まず、第１回転軸２が回転していない状態では、クラッチ用玉６が両カム溝４ｃ，５ｃの浅い部分に位置しているとともに、クラッチ体５が円錐コイルバネ７ａの弾発付勢力に抗して固定環体４から遠ざけられており、クラッチ体５の摩擦面５ｄが円筒部３ｂの摩擦面３ｄに圧接されている。これにより、第１回転軸２と第２回転軸３とが接続状態になっている。このとき、遠心力が働いていないので、円筒コイルバネ１６により弾発付勢されている遠心摩擦部材１５がクラッチ体５の摩擦面５ｄに押し付けられている。そのため、クラッチ体５の摩擦面５ｄが円筒部３ｂの摩擦面３ｄに対して滑らなくなっており、前記接続状態が保たれている。
【００２６】
この状態で第１回転軸２および第２回転軸３を所定の回転速度以上で回転させると、遠心力により遠心摩擦部材１５が円筒コイルバネ１６を圧縮させつつ径方向外向きに変位してクラッチ体５の摩擦面５ｄから離れる。これにより、クラッチ体５の摩擦面５ｄと円筒部３ｂの摩擦面３ｄとの間の摩擦トルクよりも、円錐コイルバネ８ａの弾発付勢力が打ち勝つので、クラッチ体５が固定環体４側へ旋回移動することになって、クラッチ用玉６が両カム溝４ｃ，５ｃの深い部分に移動し、クラッチ体５の摩擦面５ｄが円筒部３ｂの摩擦面３ｄから離隔される。したがって、第１回転軸２から第２回転軸３へ回転動力を伝達しない切断状態になる。
【００２７】
ところで、上記各実施形態の動作を成立させるための条件を説明する。
【００２８】
Ｔｉ：入力側トルク
Ｔｏ：出力側トルク
Ｎｉ：入力側回転数
Ｎｏ：出力側回転数
Ｔｆ：入力側で発生する摩擦トルク（ひきずりトルク）
Ｆｃ１：切断状態においてカム機構部によりクラッチ体５を摩擦面３ｄに押し付ける力（カム押付力）
Ｆｃ２：接続状態においてカム機構部によりクラッチ体５を摩擦面３ｄに押し付ける力（カム押付力）
Ｆｓ１：切断状態における皿ばね７（円錐コイルバネ７ａ）の反力
Ｆｓ２：接続状態における皿ばね７（円錐コイルバネ７ａ）の反力
Ｔｓ１：切断状態で皿ばね７（円錐コイルバネ７ａ）の反力を加味したブレーキシュー１０，１１の摩擦トルク
Ｔｓ２：接続状態で皿ばね７（円錐コイルバネ７ａ）の反力を加味したブレーキシュー１０，１１の摩擦トルク
ｒｃ：カム溝の回転半径
θｃ：カム溝の円周方向での占有角度
（１）切断状態を保持する条件を説明する。
【００２９】
Ｎｉ＝０  ，  Ｔｏ＝０
Ｆｃ１＝（Ｔｆ＋Ｔｓ１）／（ｒｃ・ｔａｎθｃ）＜Ｆｓ１  …▲１▼
Ｔｆ＞Ｔｓ１                                            …▲２▼
（２）接続状態を保持する条件を説明する。
【００３０】
Ｎｉ＝Ｎｏ≠０  ，  Ｔｉ＝Ｔｏ≠０  ，  Ｔｉ＞Ｔｆ
Ｆｃ２＝Ｔｉ／（ｒｃ・ｔａｎθｃ）＞Ｆｓ２              …▲３▼
（３）切断状態から接続状態に切り換わるときの条件を説明する。
【００３１】
Ｆｃ１＞Ｆｓ１                                          …▲４▼
Ｆｃ２＞Ｆｓ２（摩擦面３ｄ，５ｄの接触直前）            …▲５▼
Ｔｉ＞Ｔｓ１                                            …▲６▼
Ｔｉ＞Ｔｓ２（摩擦面３ｄ，５ｄの接触直前）              …▲７▼
（４）接続状態から切断状態に切り換わるときの条件を説明する。
【００３２】
Ｆｃ２＝（Ｔｆ＋Ｔｓ２）／（ｒｃ・ｔａｎθｃ）＜Ｆｓ２  …▲８▼
Ｆｃ１＜Ｆｓ１                                          …▲９▼
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が可能である。
【００３３】
（１）上述したクラッチ装置１は、例えば自動車のエンジンとモータの２種の動力源を有するハイブリッドカーにおいて、自動車の走行速度が一定の速度に到達するまでの間において上記エンジン動力で前輪を駆動させるとともに上記モータ動力で後輪を駆動させる四輪駆動形態とし、自動車の走行速度が一定の速度を越えた場合に、後輪へのモータ動力の伝達を遮断して前二輪駆動形態とするために利用することができる。
【００３４】
（２）上記実施形態のカム溝４ｃ，５ｃについては、周方向一方へのみ漸次浅くした形状にすることができる。この場合、一対のカム溝４ｃ，５ｃは、互いに周方向逆向きに配置する必要がある。このような構成では、入力軸となる第１回転軸２をいずれか一方のみに回転駆動させる必要がある。
【００３５】
（３）上記実施形態において、クラッチ装置１の皿ばね７は、円錐コイルバネや円筒コイルバネなどを用いても同様に実施できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、第１回転軸と第２回転軸との間で回転動力を伝達させる接続状態と伝達しない切断状態との切り換えについて、遠心力に応じて動作する遠心摩擦部材で自動的に行わせるようにしており、構成簡素化ならびに低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の接続状態を示す断面図
【図２】図１のクラッチ装置の切断状態を示す断面図
【図３】図１の（３）−（３）線断面の矢視図
【図４】図２の（４）−（４）線断面の矢視図
【図５】図１の固定環体およびクラッチ体の斜視図
【図６】図１のカム機構の接続状態を示す要部拡大図
【図７】図２のカム機構の切断状態を示す要部拡大図
【図８】本発明の他の実施形態に係るクラッチ装置の接続状態を示す断面図
【図９】図１のクラッチ装置の切断状態を示す断面図
【図１０】図８の（１０）−（１０）線断面の矢視図
【符号の説明】
１      クラッチ装置
２      第１回転軸
３      第２回転軸
３ｄ    第２回転軸の摩擦面
４      固定環体
４ｃ    固定環体のカム溝
５      クラッチ体
５ｃ    クラッチ体のカム溝
５ｄ    クラッチ体の摩擦面
６      クラッチ用玉
７      皿ばね
１０，１１      ブレーキシュー
【図１】
2004239405.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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