(57)【要約】【課題】クラッチ装置１において、状態の切り換え動作を安定化する。【解決手段】クラッチ装置１に備えるカム機構において、一対のカム溝２ｄ，５ｂの最深部は、クラッチ体５と第１軸体２とが相対回転したときにクラッチ体５を第１軸体２の鍔部２ｂに対して遠・近変位させるための推力を所定時間遅延して発生させる形状とされている。これにより、特に、第１軸体２の鍔部２ｂに対してクラッチ体５を近づける過程で、クラッチ体５の変位方向が短時間で繰り返し反転するような不安定な現象が発生しなくなる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面の一端側に摩擦面を有する外筒と、
前記外筒の内径において前記摩擦面を除く領域に転がり軸受を介して支持される第１軸体と、
第１軸体と同一軸線上に沿って相対回転可能に配置される第２軸体と、
第２軸体に対して一体回転可能で軸方向に変位可能に設けられかつ前記外筒の摩擦面に対して接触・離隔される摩擦面を有するクラッチ体と、
前記クラッチ体の摩擦面を前記外筒の摩擦面に対して圧接させる状態と離隔させる状態とに切り換えるカム機構とを含み、
前記カム機構は、前記クラッチ体と前記第１軸体に一体的に設けられる径方向外向きの鍔部とにおいて軸方向で互いに対向する面それぞれの円周数ヶ所に振り分けて設けられる一対のカム溝と、前記一対のカム溝間に配置される玉と、前記クラッチ体を前記第１軸体の鍔部側へ常時付勢させる付勢部材とを備え、
前記一対のカム溝は、周方向に沿う長溝とされていて、周方向両端へ向けてそれぞれ深さが漸次浅くなるよう傾斜されており、両カム溝間における玉の周方向位置に応じて前記クラッチ体を前記第１軸体の鍔部に対して遠・近変位させるものであり、
前記一対のカム溝は、前記クラッチ体と第１軸体とが相対回転したときに前記クラッチ体を前記第１軸体の鍔部に対して遠・近変位させるための推力を所定時間遅延して発生させる形状とされている、クラッチ装置。
【請求項２】
前記一対のカム溝の最深部は、周方向に沿う所定長さの平坦面とされている、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、２つの回転体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を提案している（特許文献１参照）。
【０００３】
このクラッチ装置の状態切り換えには、次のようなカム機構を利用している。カム機構は、軸方向不動で回転可能に配置される固定部材と、前記固定部材に対して互いの回転中心を一致させた状態で軸方向から対向されかつ軸方向変位可能で回転可能に配置される可動部材とが相対回転したときに前記可動部材を前記固定部材に対して遠・近変位させる構成である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９５８６５号公報
【０００５】
【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、新たな課題を見出したので、この出願に至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のクラッチ装置は、内周面の一端側に摩擦面を有する外筒と、前記外筒の内径において前記摩擦面を除く領域に転がり軸受を介して支持される第１軸体と、第１軸体と同一軸線上に沿って相対回転可能に配置される第２軸体と、第２軸体に対して一体回転可能で軸方向に変位可能に設けられかつ前記外筒の摩擦面に対して接触・離隔される摩擦面を有するクラッチ体と、前記クラッチ体の摩擦面を前記外筒の摩擦面に対して圧接させる状態と離隔させる状態とに切り換えるカム機構とを含み、前記カム機構は、前記クラッチ体と前記第１軸体に一体的に設けられる径方向外向きの鍔部とにおいて軸方向で互いに対向する面それぞれの円周数ヶ所に振り分けて設けられる一対のカム溝と、前記一対のカム溝間に配置される玉と、前記クラッチ体を前記第１軸体の鍔部側へ常時付勢させる付勢部材とを備え、前記一対のカム溝は、周方向に沿う長溝とされていて、周方向両端へ向けてそれぞれ深さが漸次浅くなるよう傾斜されており、両カム溝間における玉の周方向位置に応じて前記クラッチ体を前記第１軸体の鍔部に対して遠・近変位させるものであり、前記一対のカム溝の最深部は、前記クラッチ体と第１軸体とが相対回転したときに前記クラッチ体を前記第１軸体の鍔部に対して遠・近変位させるための推力を所定時間遅延して発生させる形状とされている。
【０００７】
この場合、前記カム機構のクラッチ体と第１軸体とが相対回転したときに、カム溝において最深部と傾斜部との間での玉の移動に所定のタイムラグが発生する。これにより、特に第１軸体の鍔部にクラッチ体が近づく向きに変位する過程で、クラッチ体の変位方向が短時間で繰り返し反転するような不安定な現象が発生しなくなる。このようなカム機構を用いてクラッチ装置を構成しているので、クラッチ体の摩擦面を外筒の摩擦面に対して離隔している状態から接触させる状態へ切り換わる過渡期において、前記状態が短時間で繰り返し切り換わるような不安定な現象が発生しなくなる。
【０００８】
ところで、上記一対のカム溝の最深部は、周方向に沿う所定長さの平坦面とすることにより、この平坦面でもって上記推力の未発生期間を確保することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１から図４に本発明の一実施形態を示している。図中、１はクラッチ装置の全体、２は第１軸体、３は第２軸体、４は外筒、５はクラッチ体、６はクラッチ用玉、７は付勢部材としての円錐コイルバネである。
【００１０】
第１軸体２は、軸部２ａと、軸部２ａの一端側に径方向外向きに一体形成される鍔部２ｂとを有している。鍔部２ｂの中心部分には凹部２ｃが設けられている。なお、軸部２ａには、入力軸または出力軸が嵌入結合される断面Ｄ字形の取付穴（符号省略）が設けられている。
【００１１】
第２軸体３は、円柱形に形成されており、その一端側（図の左側）が第１軸体２の凹部２ｃに対して相対回転可能に嵌入支持されているとともに、Ｃ形リング２１を介して軸方向に位置決めされている。これにより、第１軸体２と第２軸体３との回転軸線が同一軸線上に沿って配置されている。
【００１２】
外筒４は、円筒形に形成されており、その内周面において軸方向途中から一方軸端（図の右側）までの領域には、外側へ向けて拡径するテーパコーン形状の摩擦面４ａが設けられている。この外筒４の内周面において円筒形の領域に対して、第１軸体２が深溝型玉軸受などの転がり軸受２０を介して軸方向に不動で相対回転可能に支持されている。
【００１３】
一方、第２軸体３の外周面において軸方向中間領域には、スプライン歯３ａが形成されており、このスプライン歯３ａには、クラッチ体５がスプライン嵌合されることにより周方向に不動で軸方向に変位可能に取り付けられている。このクラッチ体５は、外筒４の内周において摩擦面４ａの存在する範囲内に配置されている。
【００１４】
上記クラッチ体５は、環状板からなり、その外周には、外筒４の摩擦面４ａに対して合致するテーパコーン形状の摩擦面５ａが設けられている。このクラッチ体５は、外筒４の摩擦面４ａの内周において第１軸体２の鍔部２ｂと軸方向で対向する状態で配置されている。
【００１５】
このクラッチ体５と、第２軸体３のスプライン歯３ａの軸方向途中に係合された止め輪２２との間には、クラッチ体５を第１軸体２の鍔部２ｂ側へ常時弾発付勢する円錐コイルバネ７が介装されている。
【００１６】
上記第１軸体２の鍔部２ｂとクラッチ体５との各対向面の円周数ヶ所には、一対となるカム溝２ｄ，５ｂが設けられており、両カム溝２ｄ，５ｂの間にクラッチ用玉６が介装されている。カム溝２ｄ，５ｂは、それぞれ、周方向に沿う長溝形状に形成されており、周方向中間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。
【００１７】
上記第１軸体２のカム溝２ｄ、クラッチ体５のカム溝５ｂ、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、第１軸体２とクラッチ体５とが相対回転することに伴い両カム溝２ｄ，５ｂ間においてクラッチ用玉６が周方向に転動してクラッチ体５を第１軸体２の鍔部２ｂに対して遠・近変位させるよう動作する。
【００１８】
そして、上記カム溝２ｄ，５ｂにおいて最深部は、周方向に沿う所定長さＬの平坦面２ｄ１，５ｂ１とされている。この平坦面２ｄ１，５ｂ１の周方向長さＬは、クラッチ用玉６の直径寸法よりも大きな寸法に設定されている。この場合、例えばクラッチ体５と第１軸体２とが相対回転することによって、クラッチ用玉６が平坦面２ｄ１，５ｂ１上を転動しても、クラッチ体５を第１軸体２の鍔部２ｂから遠ざける向きに変位させるための推力を生まない。つまり、カム機構の応答に所定のタイムラグが生じるようになっている。
【００１９】
次に、動作について説明する。ここでは、第１軸体２を図示しないモータの回転動力が入力される入力軸とし、第２軸体３を図示しない回転負荷に接続される出力軸とし、さらに外筒４を非回転かつ軸方向不動とし、第１軸体２の回転動力を第２軸体３へ伝達または遮断させるようにする。
【００２０】
まず、第１軸体２が非回転の状態では、図４（ｃ）に示すように、クラッチ用玉６が両カム溝２ｄ，５ｂの最深部である平坦面２ｄ１，５ｂ１に位置していて、クラッチ体５が円錐コイルバネ７の弾発付勢力によって第１軸体２の鍔部２ｂに最接近して最小の対向間隔Ｓ１になっているとともに、クラッチ体５の摩擦面５ａが外筒４の摩擦面４ａに対して圧接されている。このため、クラッチ体５および第２軸体３が回転不可能な状態、つまり第１軸体２から第２軸体３に対して回転動力を伝達しない切断状態になっている。
【００２１】
ここで、第１軸体２に回転動力を入力すると、第１軸体２の鍔部２ｂのカム溝２ｄとクラッチ体５のカム溝５ｂとが周方向一方へずれて、図４（ａ）に示すように、クラッチ用玉６が両カム溝２ｄ，５ｂの一方の傾斜部２ｄ２，５ｂ２へ乗り上がるとともに、クラッチ体５が円錐コイルバネ７の弾発付勢力に抗して第１軸体２の鍔部２ｂから遠ざかる向きに変位させられて最大の対向間隔Ｓ２となる。これにより、クラッチ体５の摩擦面５ａが外筒４の摩擦面４ａから離隔されるので、第１軸体２と第２軸体３とクラッチ体５が一体化して同期回転する状態、つまり第１軸体２から第２軸体３へ回転動力を伝達できる接続状態になる。
【００２２】
ここで、第１軸体２の回転トルクが規定トルク以下になると、第２軸体３は回転負荷から前記回転トルクと逆向きの負荷トルクを受けているので、第１軸体２の鍔部２ｂのカム溝２ｄとクラッチ体５のカム溝５ｂとが周方向一方へずれる。これにより、クラッチ用玉６が図４（ｃ）に示すように両カム溝２ｄ，５ｂの最深部である平坦面４ｃ１，５ｂ１へ転動するとともに、円錐コイルバネ７の弾発付勢力によりクラッチ体５が第１軸体２の鍔部２ｂ側へ近づく向きに変位して、クラッチ体５の摩擦面５ａが外筒４の摩擦面４ａに対して圧接されることになる。これで、クラッチ体５および第２軸体３が回転不可能な状態、つまり第１軸体２から第２軸体３に対して回転動力を伝達しない切断状態になる。
【００２３】
ところで、この実施形態のように、カム溝２ｄ，５ｂの最深部を所定長さＬの平坦面２ｄ１，５ｂ１にしている場合、上記接続状態から上記切断状態に切り換わるときに、図４（ａ）に示すようにカム溝２ｄ，５ｂの一方の傾斜部２ｄ２，５ｂ２に位置するクラッチ用玉６が、図４（ｂ）に示すように平坦面２ｄ１，５ｂ１にまで下がって、さらにこの平坦面２ｄ１，５ｂ１上を周方向に沿って転動して、図４（ｃ）に示すように他方の傾斜部２ｄ３，５ｂ３の裾野に位置することになる。一方、クラッチ装置１が切断状態から接続状態に切り換わるときには、上記と逆に、図４（ｃ）に示すようにカム溝２ｄ，５ｂの平坦面２ｄ１，５ｂ１に位置するクラッチ用玉６が、図４（ｂ）に示すように平坦面２ｄ１，５ｂ１上を周方向に沿って転動した後、図４（ａ）に示すようにカム溝２ｄ，５ｂの一方の傾斜部２ｄ２，５ｂ２に乗り上がることになる。
【００２４】
このように、クラッチ装置１の接続状態と切断状態との切り換わり過程で、カム溝２ｄ，５ｂの平坦面２ｄ１，５ｂ１上をクラッチ用玉６が所定距離転動するようになっているから、クラッチ体５を第１軸体２の鍔部２ｂに対して遠・近変位させるための推力が所定時間遅延して発生するようになる。これにより、下記するような状況において有利となる。
【００２５】
仮に、カム溝２ｄ，５ｂを図５に示すようにすり鉢形状にして最深部に平坦面を設けないようにしている場合（本発明の比較例）では、次のような状況において動作が不安定になるおそれがある。つまり、例えば図５（ａ）に示す接続状態においてモータなどの駆動源から第１軸体２に対して入力している回転動力を突然遮断すると、第１軸体２の入力トルクは急激にゼロになるが、この第１軸体２は慣性力により回転を継続する。その一方で、第２軸体３はそれに連結される回転負荷（図示省略）から前記回転トルクと逆向きの負荷トルクを受けているので、クラッチ体５と第１軸体２の鍔部２ｂとの間に回転速度差が生じる。これにより、図５（ａ）に示すように両カム溝２ｄ，５ｂの一方の傾斜部２ｄ２，５ｂ２側に位置するクラッチ用玉６が、図５（ｂ）に示すようにカム溝２ｄ，５ｂの最深部２ｄ１，５ｂ１へ転動するものの、クラッチ用玉６が図５（ｃ）に示すようにオーバーランして最深部２ｄ１，５ｂ１から他方の傾斜部２ｄ３，５ｂ３側へ乗り上げてしまうことがある。この後、再度、クラッチ用玉６が図５（ｂ）に示すように最深部２ｄ１，５ｂ１に戻り、さらに、図５（ｃ）に示すようになる。このように、第１軸体２に対する回転動力を急激に遮断した場合には、図５の（ｂ）状態と（ｃ）状態とが短時間で繰り返し切り換わることになり、クラッチ体５の変位方向が短時間で繰り返し反転するような現象が発生するなど、カム機構の動作が不安定になりやすい。
【００２６】
これに対し、上記実施形態のように、カム溝２ｄ，５ｂの最深部を平坦面２ｄ１，５ｂ１にしていれば、モータなどの駆動源から第１軸体２に対して入力している回転動力を突然遮断したときでも上記のようにカム機構の動作が不安定になることを回避できる。つまり、例えばモータなどの駆動源から第１軸体２に対して入力している回転動力を突然遮断すると、上記同様に、図４（ａ）に示すように両カム溝２ｄ，５ｂの一方の傾斜部２ｄ２，５ｂ２側に位置するクラッチ用玉６が、図４（ｂ）に示すように、カム溝２ｄ，５ｂの最深部２ｄ１，５ｂ１へ転動するが、このとき、クラッチ用玉６がオーバーランしようとすると、カム溝２ｄ，５ｂの平坦面２ｄ１，５ｂ１上をクラッチ用玉６が所定量だけ周方向に沿って転動することになり、他方の傾斜部２ｄ３，５ｂ３側へ乗り上げなくなる。そのため、カム機構によりクラッチ体５を変位させるための推力が発生されないので、クラッチ体５は図４（ｃ）の状態のまま不動に保たれる。つまり、カム溝２ｄ，５ｂの平坦面２ｄ１，５ｂ１の周方向長さＬを適宜に設定すれば、クラッチ用玉６が平坦面２ｄ１，５ｂ１上を転動する間に、第１軸体２とクラッチ体５との回転速度差を収束するようになる。このようなことから、クラッチ体５が第１軸体２の鍔部２ｂに近づく向きに変位する際にクラッチ体５の変位方向が短時間で繰り返し反転するといった現象が発生しなくなるので、クラッチ体５の摩擦面５ａが外筒４の摩擦面４ａに対して圧接したまま不動に保たれて、切断状態が確定する。
【００２７】
以上説明したように、上記クラッチ装置１では、カム溝２ｄ，５ｂの形状を工夫することにより、特にクラッチ接続状態において第１軸体２に対する入力トルクが急激にゼロになるような状況で、接続状態から切断状態へ切り換わる過渡期に前記状態が短時間で繰り返し切り換わるという不安定な動作が発生することを防止できるようになる。したがって、カム機構を常に安定に動作させることができて、接続状態と切断状態との切り換え動作の安定した信頼性の高いクラッチ装置１を提供できるようになる。
【００２８】
次に、上記クラッチ装置１の動作を成立させるための関係式を以下に示す。
【００２９】
【数１】
2004251307.tif 000003
上記▲１▼式において、停止時間ｔ（玉６がカム溝２ｄ，５ｂの平坦面から傾斜部へ移動する時間）を直線勾配減速とした場合、
θｎ＞０．５ωＯ・ｔＳ  となる。
【００３０】
ＴＳＯ＝ＩＯ・（ωＯ／ｔＳ）                      …▲２▼
ＴＳｉ＝Ｉｉ・（ωＯ／ｔＳ）                      …▲３▼
ＦＣ＝ＴＳｉ／（ｒＣ・ｔａｎθＣ）              …▲４▼
ＴＬ＝ｒＰ・μ・（ＦＳ／ｓｉｎθＰ）−ＴＳＯ      …▲５▼
ＦＳ＝ＦＢ−ＦＣ                                …▲６▼
但し、ＴＬ＞０とする。
【００３１】
θｎ：カム溝２ｄ，５ｂの平坦面２ｄ１，５ｂ１の円周方向での占有角度
θＣ：カム溝２ｄ，５ｂ全体の円周方向での占有角度
ωＯ：接続状態の角速度
ｔＳ：接続→切断までの時間
ＴＳｉ：入力側の慣性トルク
ＴＳＯ：出力側の慣性トルク
ＴＬ：切断状態にさせるためのトルク（ロックトルク）
Ｉｉ：入力側の慣性モーメント
ＩＯ：出力側の慣性モーメント
ｒＣ：カム溝２ｄ，５ｂ上における玉６の移動軌跡の半径
θＰ：摩擦面４ａ，５ａの角度
ｒＰ：摩擦面４ａ，５ａの平均半径
μ：摩擦面４ａ，５ａの摩擦係数
ＦＢ：円錐コイルバネ７の反力
ＦＣ：カム機構による推力（クラッチ体５を切断方向に押す力）
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。
【００３２】
（１）上記実施形態において、第２軸体３を入力軸に、第１軸体２を出力軸とすることができる。さらに、外筒４を入力軸（または出力軸）とし、第２軸体３を出力軸（または入力軸）とすることができるが、その場合、接続状態と切断状態との切り換えは、第１軸体２に対して回転抵抗を付与したり付与しなかったりすることで行う。この回転抵抗の付与の有無を行う手段としては、電磁ブレーキなどを用いることができる。
【００３３】
（２）上記実施形態において、クラッチ装置１の円錐コイルバネ７は、皿ばねや円筒コイルバネなどを用いても同様に実施できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のクラッチ装置は、クラッチ接続状態とクラッチ切断状態との切り換え動作を安定にでき、信頼性を向上することができる。
【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のクラッチ装置の分解斜視図
【図４】図１のカム機構の動作を示す図
【図５】本発明の比較例に係るカム機構の動作を示す図
【符号の説明】
１    クラッチ装置              ２    第１軸体
２ｂ  第１軸体の鍔部            ２ｄ  鍔部のカム溝
３    第２軸体                  ４    外筒
４ａ  外筒の摩擦面              ５    クラッチ体
５ａ  クラッチ体の摩擦面        ５ｂ  クラッチ体のカム溝
６    クラッチ用玉              ７    円錐コイルバネ
【図１】
2004251307.tif 000004
【図２】
2004251307.tif 000005
【図３】
2004251307.tif 000006
【図４】
2004251307.tif 000007
【図５】
2004251307.tif 000008