(57)【要約】【課題】駆動力を接続する際の衝撃を和らげるとともに粘性回転の速度を速くする。【解決手段】トルクの伝達経路に複数の円すい面で構成される軌道面とスキュウドローラー積層して粘性回転の速度を速くして駆動力の配分を合理的にする。【選択図】図２
2007162926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円すい面でなる内輪軌道と外輪軌道の間にスキュウしたローラを介装してトルクを負荷したとき、ローラが楔状に噛み合いつつ油膜の作用で内輪から外輪にトルクが粘性すべりを伴って伝達される特許第２９０３３２５号の流体摩擦伝達力制限装置において、トルクを負荷したとき面圧を生ずる軌道が４個以上有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明はトルクの伝達量の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】機械装置の駆動力を断続又は調節するクラッチには、古くは円板を重ねて電磁力又は空圧油圧力で円板を圧着してその摩擦で動力を伝達調節する多板式のクラッチに始まり、シリコン油でなる高粘度の流体を容器に密閉してその中で薄い円板を重ねて粘性抵抗でもって動力を伝達する粘性接手（通称ビスカスカップリング）更には電気粘性流体を用いたＥＲＦと称する粘性流体クラッチ、磁性粒子を電磁力で粒子間の磁力摩擦で動力を伝達する電磁パウダークラッチなどがある。最近では、転動体のヘルツ接触の高圧下で潤滑油が通称ガラス転移といった固化膜のせん断抵抗で動力を伝達するＥＨＬ油膜のトラクション機能と当該油膜の粘弾塑性変形で粘性すべりを伴ってトルクを伝達する圧力粘性流体クラッチがある。その原理は特許２９０３３２５号に示すところの、円すい面でなる内輪軌道面と外輪軌道面の間に傾斜したスキュウド、ローラーを介装して、トルクを負荷したときに、ローラが楔状に内外輪の軌道間に食い込みつつ転動しその時転がり面に閉じ込められて生ずる強固な油膜の弾性流体潤滑油膜の塑性変形とせん断抵抗でもって強大なトルクを粘性すべり状態から直結まで可変に伝達する流体摩擦伝達力制限装置がある。【０００３】前述の弾性流体潤滑理論（ＥＨＬ）について補足説明すると、１９６２年英Ｄ．Ｄｏｗｓｏｎ，Ｇ．Ｈｉｇｇｉｎｓｏｎ  ＆  Ａ．Ｖ．Ｗｈｉｔａｋｅｒ：Ｊ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ，．４，２（１９６２）１２１．に於ける論証に始まり、最近では車両の無断変速機の発達で周知され学術的にも進歩した。しかし前述の電機粘性流体（ＥＲＦ）のように、ＥＨＬ油膜からレオロジー（粘性流体特性）を取り出してこれを機械要素として機能させるといった技術思想は学術的に未踏で、現象の発見段階にとどまっている。当該発明のＥＨＬ油膜のレオロジー機能の実施目的は４輪駆動車の前後輪の回転差を検出して動力を滑らかに適宜駆動力を有する車輪に自動配分する差動制限装置への応用が上げられる、その他各種機械装置の駆動力伝達装置としてその汎用性は広く、また当該原理を用いた実施の改良技術では下記の特許が出願されている。
【特許文献１】前記の特許２９０３３２５号の弾性流体摩擦制限装置に対する改良実施の技術に
【特許文献２】特開平４−３６２３２４  図１のローラーの両端を遊星歯車と係合しその公転位相でローラーの傾斜角度（スキュウ）を変えて粘性スベリ速度を可変にする。
【特許文献３】特開平６−１０９０３８  図２のローラーの片端を遊星歯車の位相と係合してスキュウ角を変化させて粘性スベリ速度を可変にする。
【特許文献４】特開平６−１３７３４４  図２のローラーの両端を摩擦部材に係合してその摩擦による遅れ進み力でスキュウ角を可変にする。
【特許文献５】特開平７−７１４８５の図２のローラーをケースに入れてケースの両端で位相を与えてローラのスキュウ角を変化させて速度を可変にする。
【特許文献６】特開２００３−１８４９１０の請求項１図１のローラーの代わりに全長の長いニードルを用いその片端を円錐の軌道面からはみ出させて、円環の溝に係合して円環を揺動することでローラーのスキュウ角を可変にする。
【特許文献７】特開２００３−１８４９１０の請求項３の図５に示す軌道輪の軸方向相対変位にボールのヘルツ弾性で対抗し油膜厚さを厚くして滑り速度を速くする。
【特許文献８】特開２００４−１８３８８３の図２電磁クラッチの代替で電磁コイル並びに電力を不要にするもの。  等がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  前述の差動制限装置は、４ＷＤ車両の駆動軸上に配置されるものが多く、高速回転で且つ高トルクで使用されるため機構が堅牢且つ軽量で簡素であることが求められる。機能は駆動輪が摩擦の低い路面でスリップし場合、瞬時にスリップを検出して駆動力を有する車輪に動力を集中配分させる装置で、この場合前進（正転）と後退（逆転）時では車速（軸の回転速度）が極端に異なるので差回転の検出、トルク伝達は、前進時（正回転）は毎分１００回転〜５００回転程度の差に感応して、後退時（逆転）は極端に低速のため１００回転以下での感応が望ましい、しかし現在実用中のオンデマンド形の粘性接手（ビスカスカップリング）は前進時も後退時も同じ速度でしか感応しない不都合があった。【０００５】本発明が使用する特許２９０３３２５号も同様の前述の課題を有しており、更に当該技術は弾性流体潤滑油膜の塑性変形のクリープ速度に依存するため、高トルク負荷では面圧も高くなる、それに伴って油膜の固化が進みクリープ速度はトルクに比例せずに遅くなり所望の速度を得るには増速ギヤなどの併用を要し複雑化するといった課題があった。このため当該特許技術に関して過去１５年間に亘り上記の課題を解決するためにスキュウ角がゼロの時は構成が転がり軸受に酷似して滑らかに回転するのでトルク伝達はゼロであるがスキュウ角度を大きくすると次第に粘性抵抗が現れて最終的には１００％伝達するドッグクラッチに変化すると言った技術思想で、ローラの（スキュウ）傾斜角度を０〜１０°の範囲で可変にして速度を０〜直結の可変にする発明が前記原理特許２９０３３２５号と同一発明人によって背景技術に列記したように発明されて来た。しかし粘性すべり速度が固化油膜の塑性変形のクリープ現象のみに依存するためスキュウ角度だけでは１０〜２０％程度しか変化せず、又構造が複雑化する課題があった。【０００６】又  １０Ｈｚ以上の激しい高速揺動トルクを負荷すると、入出力軸が軸方向に激しく相対変位しこれを吸収するためにスプラインなどを要した。しかしこの部位が激しい摺接を繰り返してフレッティングなどによる摩滅、ガタの増大といった二次的不具合を生じた。又  油膜厚さを変えて粘性すべり速度を制御しようとするとき、油膜の厚さが０．３ミクロン以下のためこれに相応したミクロン単位の位置の制御を要し温度の変化で生ずる線膨張収縮で寸法が変動するので極めて困難な課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  円すい面でなる内輪軌道と外輪軌道の間にスキュウしたローラを介装してトルクを負荷したとき、ローラが楔状に噛み合い油膜の作用で内輪から外輪にトルクが粘性すべりを伴って伝達される特許第２９０３３２５号の流体摩擦伝達力制限装置において、トルクを負荷したときの面圧を生ずる軌道面を４個以上にする。
【発明の効果】
【０００８】  本発明は背景技術に対して以下の進歩性と効果がある。
即ち構成が堅牢で簡素で高トルクを粘性すべりを伴って伝達できる、しかも粘性すべり速度の制御が容易であって、更にギヤ変速機に使用すれば、ギヤの回転差を油膜の粘性で吸収して自動的に同期させるので従来常用されてきたギヤの同期用薄肉の摩擦コーンのクラッチのシンクロナイザリングが不要になる。又入力トルクでローラーにはトラクションによる推力成分が生じて自動的に相手側に吸い付くので従来の電磁クラッチと置き換えた場合、電磁力、空圧力などの押し付け力のエネルギーが不要になるので電磁コイルも電力も要せず省エネで大幅に軽量化し簡素化する。また当発明には激しい振動トルクを入力しても全て吸収してしまう高いアブゾーバの機能があるので、トルク変動を伴う入力に対しては伝達系を防振し、振動による磨耗劣化が無い。更に当発明の応用実施例に示すオンデマンド形４ＷＤ車の差動制限装置では、従来のビスカスカップリングでは前進も後退時も同じ車速でしか駆動力配分が出来なかったのに対して当発明では前進と後退とで配分を変える事が出来るため車両の走行安全性を高めるばかりか、ビスカスカップリングでは入力トルクに比例して粘性回転の速度も速くなるので高速になると車輪の接地面の誤差で自然に生ずる差回転にも感応してしまい不用意に駆動力が流れ操縦安定性を欠く問題があった。【０００９】これに対して当発明は油膜の塑性変形によるクリープに依存するため設定された車速までトルクは殆ど伝達せず、車輪のスリップ発生時以外ではトルクが流れることはなく操縦安定性を妨げない。又当発明は従来のトルク伝達手段の歯車のような噛み合い歯の１〜２枚の歯だけでトルクを伝えるのに対して、非常に多くのローラーを周上に配置し全ローラーが一斉にトルクを分担するので、大きなトルク容量を有し、製造においても転がり軸受と部品が共通のため低コストで量産性が高い。このようにＥＨＬ油膜からせん断抵抗とレオロジー成分とを取り出して力の伝達媒体として機能させる当発明は、新規の機械要素でその進歩性と効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  実施例の図１
図１は請求項１の第一の実施形態を示した断面の略視図で、トルクを負荷する円すい軌道面１３、１４を図の如く逆向きに組み合わせ、これとスキュウ方向を逆向きにしたローラを図２の４，５のように積層して、特許２９０３３２５で生じていた入力軸と出力軸の軸方向相対変位を中間軌道輪３のみの軸方向変位に代行させることで、従来入出力軸上に要したスプラインが不要なりスプライン部の摩擦抵抗と磨耗の弊害が皆無になる、又粘性滑りと弾性変位を生ずる面が倍増するのでトルク変動を吸収して粘性スベリ速度が倍増する。【００１１】実施例の図２
実施例の図２は図１の外観の略視図で、符号の１は駆動側、内軌道輪、２は従動側の外軌道輪で、３の中間軌道輪は内外径面が逆向きの円すい面で構成されている。軌道面の円すい面の母線はローラーが細くて撓むニードルローラー使用の場合は直線でも良く、逆に太く剛性の高いローラの場合は線接触を得るために双曲線で構成する。中間軌道輪３の円すい軌道面と内軌道輪の軸１および外軌道輪２の円すい軌道面９、１３との間には外側（アウター）ローラー４と内側（インナー）ローラー５が外側保持器１１および内側保持器１２のポケット穴に収容されて中間軌道輪３、及び内軌道輪９の円すい軌道面の周上に約２ｍｍ間隔で均等にそれぞれ図２の４および５の如く逆向きのスキュウ角度を与えて保持されている。内保持器１１、及び外保持器１２の幅寸法はローラーの軸方向変位を妨げないように軸方向にはあそびを待たせて位置規制してある（図示省略）【００１２】各部品の使用材料を説明すると円すい軌道輪１及び２、更に中間軌道輪３は、軸受鋼を熱処理でＨＲＣ６０以上の硬さに硬化し、軌道面は油膜の構成に好適な研削仕上げ加工を施してある。ローラは同様に軸受鋼を熱処理でＨＲＣ６３以上に硬化して研削で真円度０．００１ｍｍ以下に仕上げる。ローラーにスキュウ角度を付与する保持器１１、１２は磨き帯鋼板をプレス成型し、ローラーの入るポケット穴をパンチングで穿孔加工する。その後表面を軟窒化処理し硬化させる。これらの材料と部品は大量生産されるＪＩＳの転がり軸受に使用の部品を流用可能で精度、コスト面で有利となる。保持器１１、１２はグラスファイバー含有の６６ナイロンを金型でインジェクションした成型品でも良い。中間軌道輪３には側面から皿ばね６の弾性で内外軌道の円すい面に食い込む側に押し付けられている。トルク負荷時に内外側ローラー４、９が軌道面９、１３に均等に一斉に接触しトラクションを発生しなければならないので内輪軌道面９と外輪軌道面１３と中間軌道面の内外の円すい面の４個箇所はテーパーゲージでマッチングしておく。又ローラーの径の寸法相互差は０．００２ｍｍ以下に揃える。更に内外の円すい軌道面の組み立て誤差を減らすため玉軸受の内部すきまを負にして軸方向移動量を減らすことでクラッチ機能が一層正確に作動する。【００１３】尚  中間軌道輪３を内側が円錐面で外径が雄スプラインの円環と、外側が円錐面で内径が雌スプラインの円環に分割して２層に図１の二重破線１４の如く分割すると（外観略視図２では二重破線は省略してある）そのスプライン嵌合面で二層部材が個々に軸方向にスライド変位するので、円錐面の径に多少の誤差があっても皿ばね６で３を軌道円錐面に圧着しておけば良く、内外ローラー４，５のトラクションの推力成分でそれぞれ内側軌道９と外側軌道１３に単独で当接してトラクションは一斉に生ずる、この場合は前記テパーゲージでのマッチングが不要になる。これは実施例の図３、図４、及び図５においても同じ事である（図省略）【００１４】かような構成で内軌道輪の軸１と外軌道輪２間に入力トルクが作用すると、外側と内側軌道輪の相対変位でローラー４、５は保持器のポケット穴で与えられるスキュウ角６°〜１２°及び−６°〜１２°の範囲で適宜選定されたスキュウ��度に沿って転動し、ローラーのトラクションの軸方向成分で中間軌道輪３に推力が生じて内側軌道輪１と外側軌道輪２の円すい面間に回転しながらねじ込まれる。ねじ込まれるとローラーの接触面圧が上昇し弾性流体潤滑理論に基付くヘルツの接触下に閉じ込められた油膜が固化転移し、摩擦トルクが発生し同時に粘性すべり回転が始まる。内外軌道輪に逆方向のトルクが作用するとローラーはスキュウ角に沿って逆方向に転がり、その逆向きのトラクションの推力成分で中間軌道輪を皿ばねに逆らって抜ける側に移動させるのでフリーの状態になる。以上は正転のトルク制御を述べたが逆向きトルクを制御する場合は当該装置を対抗させて一対にすれば良い。又ローラー４、５の本数がニードルベアリングの如く多く収容できることと軌道面を転がり軸受け同様に転がり接触になるので磨耗がなく、更には中間軌道輪３が皿ばね６で常に円すい面に押し込まれているので例え磨耗しても追随するのでバックラッシュが無い。【００１５】実施例の図３
実施例の図３を説明すると、図３は動力伝達をＯＮ−ＯＦＦさせるクラッチの実施例で、使用潤滑油によって粘性クラッチにもなるし単純な断続クラッチとしても機能する。図３の中間軌道輪３の軸方向の弾性変位量は前述の如くローラのヘルツ弾性変位部材が４、と５のように積層されているので総変位量は大きくなり従って位置の制御誤差の許容量が大きくなるので操作が容易になる。中間軌道輪に連結された延長部材１５の先端のフランジ１６をアームレバー１７で図の矢印１９、２０の方向に変位させると、中間軌道輪はローラーから離れる側に移動しフリー回転となり、逆方向に押し込むと密封されている潤滑油で流体潤滑が始まり、ローラーは一旦油膜に浮上して僅かに附勢に反発するが軽く押すとローラーのトラクションでスキュウ方向に転がり始め相手側軌道面への吸い込みを開始し、弾性流体潤滑に移行する。フリー時の回転から直結までの過程で入出力軸間の回転差を油膜で吸収するのでショックを伴うことなく直結に至る所謂フルシンクロの噛み合いクラッチになる。【００１６】又、レバー１７を自己保持形の例えば超音波モーターなどで駆動するとクラッチを接近させるだけでクラッチ自体の吸い付き力でトルクが繋がる、モーターの内部摩擦でクラッチの位置はそのままで次に切り離すときは引き抜く瞬間のエネルギーで足り、従来の電磁クラッチのようにトルク伝達中は圧着を維持するため電力を消費し続けると言った無駄が無い。空転状態から直結までの間すべての過程で油膜が形成されており金属接触がないのでＯＮ，ＯＦＦを繰り返しても磨耗がない、負荷トルクは全ローラーが一斉に分担するのでトルク容量が大きく耐久強度に優れる。【００１７】実施例の図４
実施例の図４を説明する。図４は車両のエンジン補機駆動ベルトで駆動される高速回転するオルターネータのクラッチ内臓のプーリーである。内径５５にはオルタネータの入力軸を圧入固定する。ディーゼルエンジンなどではトルク変動が大きくクランク軸のプーリーに架かるベルトには激しい不等速を生ずる。ところがオルタネーターは慣性力で等速回転しようとするのでベルトには過度の張力変動を生じて劣化する不都合がある。【００１８】従来はこの対策にプーリー内にくさび角度が４．５°程度でローラーの転送範囲が２ｍｍ以下の極めて狭い範囲で面圧を繰り返し受け且つローラーの収容本数の少いローラ式一方クラッチを内臓していた。ところが昨今のオルターネータの小型化、高速化でプーリーに２０Ｎｍ程度の繰り返しトルクが作用するし内蔵クラッチの耐久性が不足する問題が生じた。これに代わる実施例の図４は、実施例の図１に比べてローラー４２、４３のヘルツ弾性変位及び内外輪４４、４５の２箇所の円環の膨張収縮弾性で変位量が倍増し、スポンジのような大きなねじり弾性変位でトルク変動を吸収することができる。ローラー４２、４３の本数が通常のニードルベアリング同等に非常に多く収容できることと軌道面をローラーが転動するので磨耗がなく、更には中間軌道輪４４、４５、が皿ばね２４で常に円すい面に押し込まれているのでバックラッシュも無い。これらに使用するローラーおよび軌道輪、グリース、密封シールなどは、転がり軸受と同一材料を用いること及び転がり接触でなること及び転がり軸受の使用条件に酷似しており信頼性、耐久性に優れる。【００１９】実施例図５
実施例図５は、請求項１の技術思想を車両の差動制限装置として用いた実施例で、符号の２５は入力軸で３３は出力側の軸である。図５では軌道面が内外含め全部で６つの円すい面を持つ。その内の軌道面の３９、５６には保持器２６、６０によって同じ向きの−α°の正転時に噛みあうスキュウしたローラー５５、５８が介装されている。又軌道面５７上には保持器２３で逆転時に噛み合うスキュ方向が逆向きのα°のローラー２７が介装されている。ここではスキュウ角度は６°〜１２°の範囲で潤滑剤のクリープ速度、添加剤の種類によって決められる。使用材料、部品は前述同様ＪＩＳの転がり軸受部材と共通部品を流用する。【００２０】ここでトルクを負荷した場合の作用を説明すると、車両では前進に相当する図６の矢印５１の回転方向の入力軸２５にトルクが作用すると軸上に設けた軌道面５７上をローラー２７はスキュウ角度α°の方向の抜け出す側に転がって外輪６０にはオーバラニング状態でトルクは伝達されない。しかし同じ軸上に隣接する軌道面３９、５６はローラー５８、５５がスキュウ−α°に従って噛みこむ側に転動して外輪２８にトラクションでトルクが伝わり、同じ外輪の延長部の内輪２９を経由してローラー５６の作用で外輪５９に伝わりその先の延長部のスプライン部３２で係合している出力軸３３に出力される。そのトルクの伝達経路を示すと図６の矢印５３の如くである。【００２１】又、車両で後退に相当する図７の回転方向５２の方向にトルクが負荷されると、ローラー２７が食い込む側に転動し、ローラー５８、３０はフリーになるのでトルク伝達の流れは図７の矢印５４の方向になる。従って前進の正転では面圧を生じて内外軌道面の４面をローラーが転送するので粘性速度は二倍になるが、後退時の逆転では、内外輪の二面間をローラー２７が粘性で転動するのみで速度は前進の半分となる。【００２２】装置内にはトラクション油に層状スベリを生ずる固形潤滑剤例えば二硫化モリブデン、又は二硫化タングステンなどのを添加した弾性流体潤滑膜の塑性変形を促す潤滑油剤を充満する。高トルク負荷で連続使用すると発熱するがそれに伴い油膜が薄くなるか又は破断して摩擦係数μが０．１以上に上昇してローラーは粘性スベリを停止して純粋の転がり接触となり軌道間に食い込みロックする。この時点で通常のスプラグ式の一方クラッチに遷移してトルクは１００％伝達され車両は直結４輪駆動車として振舞う。直結状態になるとスベリの発熱要素がないので空冷却されてもとの粘性接手の機能が復活する、当該厳しい使用条件は、しばし雪又は砂路を連続送破する場合に生じ発熱、冷却が繰り返される。しかし全ての過程が油膜の作用であって金属接触がないので、焼きつき、空転による破壊が無く、４ＷＤ車両としての機能は生涯失わずにフェイルセーフをシステムとして具備する。
【実施例】
【００２３】  実施例図１はベルト５６の張力でプーリー８にラジアル荷重が作用する。このラジアル荷重は片端を併設の玉軸受７で支え、もう一方がローラーが皿ばね６で円すい面にくさび状に押し付けられることでローラー４，９でも分担し２点で支える実施例。【００２４】実施例の図３はトルクのＯＮ，ＯＦＦクラッチ又は粘性スベリクラッチで、ドアーの開閉のドアクローザー、又は防火シャッターなどの重量物の緩降装置としてのユニット化した実施例である。【００２５】実施例の図４は自動車のオルタネーター駆動の振動吸収プーリーの実施例で、中間軌道輪４４の幅を広くして中間軌道輪のローラーの転動する面を４４の箇所と４５の箇所に分けてそれぞれの受圧部の肉厚を薄くして、膨張、収縮量を２箇所で発生させて弾性変位を増大させて大きなトルク変動をも吸収する実施例。【００２６】実施例の図５は粘性速度を前進の２に対し後退時を１の比率に設定し使用頻度に適合させた実施例。
【産業上の利用可能性】
【００２７】  車両の駆動系の差動制限装置、衝撃緩和のトルク伝達装置（トルクアブゾーバ）ショックレスのフルシンクロクラッチ装置、粘性流体接ぎ手、重量物の緩降装置など広汎な機械要素に供する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】当発明の実施形態の断面略視図
【図２】は当該発明の実施形態の外観略視図
【図３】は当発明の断続クラッチへの応用の実施例の断面略視図
【図４】本発明のクラッチ内臓プーリーの実施形態の断面略視図。
【図５】は本発明の差動制限装置の実施形態の断面略視図。
【図６】は本発明の差動制限装置への応用実施形態の機能説明図
【図７】は本発明の差動制限装置への応用実施形態の機能説明図
【図８】従来技術（特許２９０３３２５号の改良技術）特開平４−３６２３２４実施例
【符号の説明】
【００２９】１・・内軌道輪  ２・・外軌道輪  ３・・中間軌道輪  ４・・外側ローラー  ５・・内側ローラー  ７・・玉軸受  ８・・プーリー  ９・・内輪軌道面  １０・・止め輪  １１・・外側保持器  １２・・内側保持器  １５・・ブラケット  １６・・操作フランジ  １７・・操作レバー  ２５・・入力軸  ２６、６０・・保持器  ２７・・逆転かみ合いローラー  ２８、２９・・中間軌道輪  ５５、５８・・正転かみ合いローラー  ３８、４０・・ローラーのスキュウ角度  ３１・・出力外輪  ３２・・スプライン  ３３・・出力軸  ３５、３６・・皿ばね  ５７・・逆転かみ合い軌道
【図１】
2007162926.tif 000003
【図２】
2007162926.tif 000004
【図３】
2007162926.tif 000005
【図４】
2007162926.tif 000006
【図５】
2007162926.tif 000007
【図６】
2007162926.tif 000008
【図７】
2007162926.tif 000009
【図８】
2007162926.tif 000010