(57)【要約】アーバと、ばねとスリーブを有するばねクラッチ。ばねは少なくとも部分的にアーバの周囲を囲み、かつ、軸を中心としたアーバとの相対的回転を制限するようアーバに連結される第１の部分を有する。スリーブは少なくとも部分的にばねの周囲を覆い、ばねと協働する。該協働は、軸を中心とする第１の方向におけるアーバとスリーブの間の初期の相対的回転が、ばねを巻きもどしてスリーブと安定に係合するよう十分である。協働は、軸を中心とする反対方向におけるアーバとスリーブの間の初期の相対的回転がばねを巻きもどさず、かつクラッチを非係合状態に維持する程度に十分である。
2006517642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部と第２の端部と外側に歯を設けられた部分を有するアーバと、
少なくとも部分的にそのアーバの周囲を囲み、かつ、アーバの外側に歯を設けられた部分とかみ合う、内側に歯を設けられた部分を有するばねと、
少なくとも部分的にばねの周囲を囲み、かつ、第１の方向におけるアーバとの間の初期の相対的回転はばねを巻きほぐし、かつ、そのばねとの係合をより安定化し、さらに、第１の方向とは反対方向の第２の方向におけるアーバとの間の初期の相対的回転は、ばねを巻きもどさないようにばねを摩擦係合させるスリーブ、
を含んでなることを特徴とする、クラッチ装置。
【請求項２】
前記スリーブと一体的に形成されるピニオン・ギアをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載のクラッチ装置。
【請求項３】
前記ばねが、
第１の軸方向は第１の軸方向末端から第２の軸方向末端に向かう方向であると定義づけられる、第１の軸方向末端と第２の軸方向末端と、
内側表面と外側表面と、
その内側表面と外側表面の間で第１の軸方向末端から第２の軸方向末端まで延在し、かつ、非一定のねじれ角を有するスロット、
を有することを特徴とする、請求項１記載のクラッチ装置。
【請求項４】
前記スロットが、第１の軸方向末端において、長手方向に対して１５°以内に延在し、かつ、第２の軸方向末端において、円周方向に対して１０°以内に延在することを特徴とする、請求項３記載のクラッチ装置。
【請求項５】
第１の端部と第２の端部と外側に歯を設けられた部分を有するアーバと、
少なくとも部分的にそのアーバの周囲を囲み、かつ、軸を中心としたアーバとの相対的回転を制限するようアーバに連結される第１の部分を有するばねと、
少なくとも部分的にばねの周囲を囲み、かつ、軸を中心とする第１の方向におけるアーバとの間の初期の相対的回転は、ばねを巻きもどし、かつ、そのばねとの係合状態における係合をより安定化し、さらに、第１の方向とは反対方向の第２の方向におけるアーバとの間の初期の相対的回転は、ばねを巻きもどさず、かつそのばねとの非係合状態におけるクラッチ装置を維持するように、ばねと協働するスリーブ、
を含んでなることを特徴とする、係合状態と非係合状態を有するばねクラッチ装置。
【請求項６】
前記スリーブと一体的に形成されるピニオン・ギアをさらに含むことを特徴とする、請求項５記載のクラッチ装置。
【請求項７】
第１の方向が第１の軸方向末端から第２の軸方向末端に向かう方向であると定義される、第１の軸方向末端と第２の軸方向末端と、
内側表面と外側表面と、
少なくとも部分的な長手方向の溝部とランド部を交互に多数有する第１の軸方向末端部分と、
内側表面と外側表面の間にあり、かつ第１の方向において前記ばねの少なくとも一部に沿って累進的に変化してより環状になるような非一定のねじれ角を有するスロット、
を含んでなることを特徴とするばね。
【請求項８】
前記スロットが第１の末端から第２の末端まで延在することを特徴とする、請求項７記載のばね。
【請求項９】
前記スロットが、第１の軸方向末端部分に沿って実質的に長手方向に延在することを特徴とする、請求項７記載のばね。
【請求項１０】
前記スロットが機械加工されることを特徴とする、請求項８記載のばね。
【請求項１１】
第１の方向が第１の軸方向末端から第２の軸方向末端に向かう方向であると定義される、第１の軸方向末端と第２の軸方向末端と、
内側表面と外側表面と、
アーバからばねクラッチへ回転を伝達するようアーバを固定するための内部手段を有する第１の部分と、
出力スリーブを係合するための外部手段を有し、第１の方向におけるアーバの回転は、スリーブに回転を伝達するようにその外部手段をスリーブと固定させ、さらに、第１の方向と反対の方向である第２の方向におけるアーバの回転は、アーバとの相対的な回転を可能にするよう外部手段をスリーブに比較的非固定させる第２の部分、
を含んでなることを特徴とするばねクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国政府の権利
本発明は、米国陸軍との契約番号第ＤＡＡＨ１０−０１−２−００３２に基づいて、米国政府の支持によってなされたものである。従って、本発明について米国政府は明白な権利を有する。
【０００２】
本発明は動力伝達装置に関し、詳細には、ばねクラッチに関する。
【背景技術】
【０００３】
オーバーランニング（一方向）ばねクラッチは、十分に開発された技術である。そのようなクラッチは、コイルばねを、その軸を中心に一方向にねじると拡張し、また、他方にねじると収縮するという原理を使用するものである。代表的なクラッチにおいて、コイルばねのそれぞれの部分は、それぞれのスリーブ内に配置される。ニュートラルの（クラッチが切れた）状態では、各スリーブ内のばね位置について、末端部分はわずかにスリーブに摩擦係合され、残りの部位はスリーブから径方向において若干離間される。スリーブが、相互に相対してスリーブの共通軸を中心に回転するとき、スリーブと関連する末端部分の間の摩擦がばねをねじる結果となる。相対的な回転がばねを収縮させるような方向にある場合、すべり、又はオーバーランニングが存在する。相対的な回転がそれとは反対方向にある場合、末端部分とスリーブの間の垂直力が増大し、かつそれまで離間されていた部分各部位は拡張して、スリーブと摩擦係合するようになるため、相対的回転に対抗することが可能となる。従って、第１の方向において（絶対的な）入力回転から出力回転へ駆動するのにそのようなクラッチを使用する際、クラッチにより、その第１の方向において、出力回転を入力回転より速く回転させることが可能となる。これにより、入力回転の速度が遅いかあるいは回転が停止している場合、出力回転を連続的に回転させることができる。反対向きの第２の方向における入力の絶対回転（又は、入力と出力の両方）は、補助的な内部又は外部機構によって防止することができる。
【０００４】
米国特許第５，７９９，９３１号（’９３１号特許）は、そのような代表的なばねクラッチを開示している。この特許では、管形状のヘリカルスロットを機械加工することによってばねをコイルに形成している（例えば、ワイヤを巻線したり、スロットを機械加工したりすることなく鋳造することとは異なる）。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、アーバ、ばね及びスリーブを有するクラッチ装置に関連する。アーバは第１の端部、第２の端部及び外側に歯を設けた部分を有する。ばねは、少なくとも部分的にアーバを取り囲み、かつ、アーバの外側に設けられた歯部分と相互にかみ合う内側に設けられた歯の部分を有する。スリーブは、少なくとも部分的にばねの周囲を囲み、かつばねと摩擦係合する。この係合は、第１の方向におけるアーバとスリーブの間の初期の相対的な回転が、ばねを巻きもどして（ｕｎｃｏｉｌ）バイアスし、スリーブとより安定して係合するのに十分なものである。また、この係合は、第１の方向とは反対向きの第２の方向におけるアーバとスリーブの間の初期の相対的回転が、ばねを巻きもどさない（ｎｏｔ  ｕｎｃｏｉｌ）程度に十分なものである。
【０００６】
様々な実施において、ピニオン・ギアは、スリーブと一体的に形成することができる。ばねはその内部表面と外部表面の間に、第１と第2の軸方向における末端の間で延在し、かつ非一定のねじれ角を有するスロットを有することができる。スロットは、第１の軸方向末端において長手方向に延在し、かつ、第２の軸方向末端においてほぼ周方向に延在してよい。
【０００７】
本発明の１又は複数の実施態様を添付の図面並びに以下の詳細な説明とともに説明する。本発明のその他の特徴、目的、及び利点は、それら詳細な説明と図面並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【０００８】
異なる図面における同じ符号並びに名称は同様の構成部材を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、中央の長手方向軸５００を付した、ハウジング２２を有するばねクラッチ２０を示す。クラッチ入力ハウジング２２は、それ自体が主ハウジング２３（例えば、主変速機ハウジング）内に実装される。クラッチは、外部駆動源（例えば、エンジン（図示せず））からの軸５００に沿った駆動トルクを、入力駆動フランジ２４を介して受容する。クラッチは、第１の向き、即ち、第１の方向のそのようなトルクを、出力ピニオン・ギア２６を介して外部負荷（例えば、ヘリコプターロータシステム（図示せず））に伝達することができる。クラッチは、反対の向きのかなりのトルクを伝達しない方が好ましい。従って、第１の方向における入力回転は出力回転として伝達されるが、出力ピニオン・ギアはその方向においてはオーバーランニング状態でより速く回転し得る。反対向きの入力回転は（可能であれば）出力ピニオン・ギアにそのように伝達されない。
【００１０】
図示する実施態様において、入力駆動フランジ２４は、ダイアフラム継手３０を介してアーバシャフト２８を駆動する。具体的には、このフランジは、継ぎ手の一方の端部に固定されるが、他方の端部は外側カラー３２に固定される。外側カラー３２は、内側カラー３４の上流、即ち、入力末端部分を取り囲み、相互にかみ合う歯によって係合する。内側カラー３４は、アーバシャフト２８の一部を取り囲み、かつ同様に相互にかみ合う歯によってアーバシャフト２８の一部と係合する。上流の端部では、外側軸受けスリーブ４０が、ハウジング２２中の開口部内に取り付けられる。ボール軸受け装置４２は、外側軸受けスリーブ４０と内側カラー３４の間で、径方向に配置される。アーバシャフトの上流端４４付近では、ナット４６がシャフト上にねじ止めされている。ナット４６は、スペーサ４８を支持し、スペーサ４８は外側カラー３２の上流フランジを支持する。外側カラー３２の下流側のリムはスペーサ５０を支持し、スペーサ５０はボール軸受け装置４２の内側レースの上流リムを支持する。一方、そのレースの下流側リムは、内側カラー３４の、上流に面した外側肩部を支持する。内側カラー３４の下流に面した内側肩部は、前出の一連の構成部材がナットとアーバシャフトの間に圧縮して挟持されるよう、アーバシャフトの上流に面した外側肩部を支持する。ボール軸受け装置４２の外側レースは、外側軸受けスリーブ４０の上流に面した内側肩部と保持器５２の間で捕捉される。
【００１１】
代表的なピニオン・ギア２６は、それと一体的に形成されるスリーブ６０から径方向外側に延びている。スリーブの上流部分は、上流側のころ軸受け装置６２と、そのすぐ下流にあるボール軸受け装置６４を介して回転可能にハウジング２２に取り付けられる。軸受け装置６２と６４は、ハウジング２２の下流に面した内側肩部と、ハウジング２２の下流側リムに固定された保持器６６の間に捕捉される。
【００１２】
スリーブ６０の下流部分は、ハウジング２２とは接触していないが、主ハウジング２３の上流に面した内側肩部と保持器７２の間に捕捉されるころ軸受け装置７０を介して主ハウジング２３に対して回転可能に取り付けられる。
【００１３】
アーバシャフト２８のその下流端８０付近の部分は、スリーブ６０内で同軸的に配置される。この代表的な実施態様においては、比較的広い内径と外径を有するが、アーバシャフトの主中央部分と同じ肉厚の壁部を有する管状部分８２が包含される。管状部分８２の下流部８３は、スリーブ軸受け８４の上流部分の周囲を覆い、一方スリーブ軸受け８４の下流部分はスリーブ６０の下流側端部に取り付けられる。下流部８３の内側表面８５と、スリーブ軸受け８４の上流部分の外側表面８６は、スリーブ軸受けの上流部分内の通路８７を介して潤滑化され、摺動するよう接触している。潤滑剤は、スリーブ軸受け内に同軸的に設けられ、横方向の出口ポートを有するジェット８８を介して導入することができる。図１の代表的な実施態様は、別途説明しないが、多数のその他の潤滑化効果を示している。
【００１４】
管状部分８２の下流部８３は、その外部には歯が設けられているが、上流部は滑らかである。外部に歯が設けられた部分は、ばね９２の内側に歯が設けられた基部９０とかみ合う。ばね９２の周方向外側表面９４は、以下により詳細に説明するように、スリーブ６０に近接して離間して面しているか、あるいは近接して接触している。
【００１５】
図２及び図３は、ばね９２のさらなる細部を示している。ばねは、軸の基部端１００から軸の先端部１０２まで延在している。スロット１０４は、基部側のコイル端１０６と先端側のコイル端１０８のそれぞれを有するコイルとしてばねを形成するよう、それら基部端と先端部の間で延在する。代表的なスロット１０４は、基部９０に沿った縦軸のような部分１１０を有し、これはらせん部分１１２に変わる。参考として、らせん部分１１２は、らせんと縦軸方向の間の鋭角なねじれ角であるねじれ角θを有する。代表的な実施態様において、その角度は一定ではなく、基部９０から累進的に減少している。ばねの先端部分では、その先端部分が概ね一定のねじれ角を有するように、その減少割合がほぼなくなっているか、あるいは完全になくなっていてよい。代表的な実施態様では、ゆるんだ状態において、ばねの周方向における外側表面９４は円筒形状に近く、その長さの主要部にそって本質的に円筒形であり、かつ最先端、即ち、チーザ部分１２０で若干広がっている。ゆるんだ状態において、最先端部分１２０は、スリーブの内側表面９６と摩擦的に接触している。ばねの壁部の肉厚は、ばねの最先端部分とスリーブの間の摩擦係合を軽くするために、この先端部分に沿って薄くなっている。ばねは、開発すべき技術のため、既知の技術あるいは開発される技術によって製作することができる。ばねの一般的形状は、’９３５号特許におけるばねに内側に歯を設けた先端部分を追加したようなばねなどに、ある程度似た形状のばねとすることができる。
【００１６】
アーバが、スリーブに対して最初に回転するとき（初期の回転）、最先端部分１２０とスリーブの内側表面９６の間に摩擦係合が存在する。この初期の回転が、ばねを収縮させるような方向におけるものである場合、そのような回転は、最先端部分１２０とスリーブの内側表面９６の間に十分な滑りがある状態で継続させることができる。この初期の相対的な回転が反対向きにおけるもの、即ち、拡張させる方向におけるものであった場合、拡張に関連した力は、最先端部分１２０とスリーブの内側表面９６の間の垂直力を増大させ、かつ、それまで接触することなく間隔を空けて離れていた表面９４の部分を、拡張によって表面９６と接触させて摩擦係合させるようになる。この増強された摩擦は、さらなる相対的回転に対して抵抗する。
【００１７】
次に、ばねとアーバシャフトの歯の役割について説明する。図４は、クラッチの切れたニュートラル又はオーバーランニング状態にある、ばねとアーバシャフトの歯のかみ合いを示している。この状態において、スロット状の部分１１０は、比較的閉じており、かつばねの周方向における外側表面９４はスリーブの内側表面９６から離間している。このクラッチが切れた状態では、歯同士はかみ合っているが、概して非接触状態であり、非負荷関係にある。例えば、空隙部分１１０を閉じようとするばねの弾性により、ばねの歯付近の空隙部分に面した表面を、対向するアーバシャフトの歯の表面と接触させる。この空隙から、周方向において離れるよう動かすことによって、両方の歯は非接触状態となる。クラッチが入った状態におけるばねの拡張に伴うトルクの伝達により、ばねとアーバシャフトの歯１２１，１２２の間にカミング相互作用が生じ、スロット状の部分１１０を拡張して、ばね表面９４を径方向に拡張させてスリーブ表面９６と係合させる。代表的な実施態様において、この拡張により、ばねとアーバシャフトのさらなる組は連続的に相互に係合される。歯のピッチとその他（表面９４と９６の間の径方向における初期の空隙など）の形状寸法は、全てのアーバの歯が、近接するばねの歯を支持するとき（図５）、最大の係合状態が得られるように選択される。
【００１８】
スロット状の部分１１０の拡張は、例えば、スロットが部分９０における終端となっているような他の場合において存在する応力集中を低減するものであることが好ましい。そのため、ばねとアーバシャフトの間をより堅固に動かないよう固定することが可能であっても、部分９０に沿ってばねを拡張する程度に十分動かせるよう固定するのが好ましい。従って、代表的な実施態様においては、拡張を可能にするのに適切な歯のピッチの摩擦に関連する動きを、歯の協働によって抑制する。代表的な実施態様では、最先端部分１０２の付近において、ばねのコイルはほぼ円周に近似して（例えば、円周から１０°未満それて）延在する。軸の基部端１００付近では、スロットは、（例えば、長手方向において１５°以内に延在しており、スロットを効果的に拡張させる）長手方向に延在する。歯をらせん状あるいは別の形状に形成した場合、整合するようスロットを別の形状に形成することができる。
【００１９】
本発明の１以上の実施態様を説明してきたが、本発明の趣旨並びに範囲から逸脱することなく様々な修正をなし得ることは理解されたい。例えば、種々の実施態様又は使用において、入力をアーバではなくスリーブを介するものとしても良い。また、本発明を、既知のあるいは既に開発された様々なばね及びクラッチ形態に適用することもできる。特定の用途の詳細（例えばクラッチが使用される環境）は、そのような実施態様の構造に影響を及ぼすであろう。従って、その他の実施態様は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の原理によるクラッチの長手方向における部分断面図。
【図２】図１のクラッチのばねの図。
【図３】図２のばねの、３−３線に沿った長手方向における断面図。
【図４】クラッチが切れた状態にある、図１のクラッチのアーバシャフト、ばね及びスリーブの横方向断面図。
【図５】クラッチが入った状態にある、図１のクラッチのアーバシャフト、ばね及びスリーブの横方向断面図。
【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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【国際調査報告】
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