特許 5897951 クラッチ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5897951

(24)【登録日】2016年3月11日

(45)【発行日】2016年4月6日

(54)【発明の名称】クラッチ装置

(51)【国際特許分類】

   F16D 41/061 20060101AFI20160324BHJP

   F16D 41/06 20060101ALI20160324BHJP

   F16D 15/00 20060101ALI20160324BHJP

【ＦＩ】

   F16D41/061

   F16D41/06 Z

   F16D15/00 Z

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-73099(P2012-73099)

(22)【出願日】2012年3月28日

(65)【公開番号】特開2013-204667(P2013-204667A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2014年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154347

【氏名又は名称】株式会社ユニバンス

(74)【代理人】

【識別番号】110000534

【氏名又は名称】特許業務法人しんめいセンチュリー

(72)【発明者】

【氏名】加藤 忠彦

【審査官】 小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−００４７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２４４８３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ ４１／０６−４１／１０

Ｆ１６Ｄ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力系回転部材およびその入力系回転部材に対して軸方向に相対移動可能に構成された出力系回転部材と、
その出力系回転部材の内周面または外周面の一方に形成された出力軌道面と、
その出力軌道面に対向すると共に前記入力系回転部材の内周面または外周面の一方に形成された入力軌道面と、
その入力軌道面と前記出力軌道面との間に前記入力系回転部材の中心軸を含む面から所定角度傾斜させて介設された複数のコロと、
前記入力系回転部材または前記出力系回転部材と一体に形成または結合されると共に、前記中心軸に対して歯すじが非平行となるように歯が形成された第１ギヤと、
その第１ギヤに係合する第２ギヤとを備え、
その第２ギヤの反力によって前記第１ギヤに作用する軸方向力の向きは、前記入力軌道面および前記出力軌道面の間隔を狭めるときの軸方向における前記入力系回転部材または前記出力系回転部材の移動の向きと同一に設定され、
前記第２ギヤが駆動歯車、前記第１ギヤが被動歯車となって前記第１ギヤ及び前記第２ギヤに発生する軸方向力は、前記コロの回転による前記入力系回転部材および前記出力系回転部材の引き離し力より先に前記入力系回転部材または前記出力系回転部材に作用することを特徴とするクラッチ装置。

【請求項2】

前記第１ギヤは、前記第２ギヤの反力によって前記第１ギヤに作用する軸方向力の絶対値が、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤの歯面同士の摩擦によって前記軸方向力と反対方向に働く摩擦力の軸方向分力の絶対値より大きくなるように設定されてい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3】

前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとが係合不能となる軸方向位置に前記入力系回転部材または前記出力系回転部材を移動させる移動手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクラッチ装置。

【請求項4】

前記第２ギヤの回転軸の軸線は、前記中心軸と異なる位置にあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクラッチ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はクラッチ装置に関し、特に所定のトルクを確実に伝達できるクラッチ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、入力系回転部材および出力系回転部材の間に形成される軌道に複数のコロを配置したクラッチ装置が知られている（特許文献１）。特許文献１に開示されるクラッチ装置は、中心軸を含む面に対してコロが傾斜配置されると共に、出力系回転部材（外輪）が軸方向に移動自在に構成されている。出力系回転部材（外輪）に対して入力系回転部材（内輪）が所定方向に相対回転するときには、コロによる入力系回転部材および出力系回転部材の引き寄せ力（軌道間隔を狭める方向へ動かす力）により、出力系回転部材が軸方向に移動されてコロが係合し、出力系回転部材に動力が伝達される。一方、出力系回転部材に対して入力系回転部材が反対方向に相対回転するときには、コロによる入力系回転部材および出力系回転部材の引き離し力（軌道間隔を広げる方向へ動かす力）により、出力系回転部材が軸方向に移動されてコロが係合解除され、入力系回転部材および出力系回転部材は相対回転（自由回転）する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６−１７３９７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら上記従来の技術では、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合するときには、入力軌道面および出力軌道面とコロとに生じる摩擦力の軸方向分力によって、入力系回転部材および出力系回転部材の軸方向の引き寄せ力が抑制される。そのため、入力軌道面および出力軌道面の間隔を十分に狭くすることができず、所定のトルクを伝達できなくなることがあるという問題があった。

【0005】

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、所定のトルクを確実に伝達できるクラッチ装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段および発明の効果】

【0006】

この目的を達成するために請求項１記載のクラッチ装置によれば、入力系回転部材に対して出力系回転部材が軸方向に相対移動可能に構成され、出力系回転部材の内周面または外周面の一方に出力軌道面が形成される。その出力軌道面に対向すると共に入力系回転部材の内周面または外周面の一方に入力軌道面が形成される。その入力軌道面と出力軌道面との間に複数のコロが介設され、そのコロは、入力系回転部材の中心軸を含む面から所定角度傾斜しているので、入力系回転部材を所定方向に回転させると、コロは入力軌道面および出力軌道面に案内されて自転しつつ中心軸の回りを公転する。そのコロの回転に案内されて、入力系回転部材および出力系回転部材は径方向に弾性変形しながら、軸方向に、入力軌道面と出力軌道面との間隔が小さくなる方向へ相対移動する。その結果、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合して、入力系回転部材から出力系回転部材に動力が伝達される。

【0007】

出力系回転部材に伝達された動力は出力系回転部材と一体に形成または結合される第１ギヤに伝達され、第１ギヤに係合する第２ギヤに伝達される。第１ギヤが入力系回転部材と一体に形成または結合されている場合には、第１ギヤと係合する第２ギヤから第１ギヤに動力が入力されると、入力系回転部材が回転する。第１ギヤは歯すじが中心軸に対して非平行となるように歯が形成されており、第２ギヤの反力によって第１ギヤに作用する軸方向力の向きは、入力軌道面および出力軌道面の間隔を狭めるときの軸方向における入力系回転部材または出力系回転部材の移動の向きと同一に設定されている。そのため、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合して第１ギヤから第２ギヤへ動力が伝達されると、その第２ギヤの反力によって、入力系回転部材または出力系回転部材は、入力軌道面および出力軌道面の間隔を狭めるように軸方向への移動が促進される。これにより入力系回転部材および出力系回転部材の軸方向の引き寄せ力を増加させることができ、所定のトルクを確実に伝達できる効果がある。
第２ギヤが駆動歯車、第１ギヤが被動歯車となって第１ギヤ及び第２ギヤに発生する軸方向力は、コロの回転による入力系回転部材および出力系回転部材の引き離し力より先に入力系回転部材または出力系回転部材に作用する。よって、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合解除を素早く行うことができるという効果がある。

【0008】

請求項２記載のクラッチ装置によれば、第２ギヤの反力によって第１ギヤに作用する軸方向力の絶対値が、その軸方向力の反対方向に働く摩擦力であって第１ギヤ及び第２ギヤの歯面同士の摩擦による軸方向分力の絶対値より大きくなるように第１ギヤは設定されている。そのため、第１ギヤ及び第２ギヤの歯面同士の摩擦によって入力系回転部材および出力系回転部材の軸方向の引き寄せ力が抑制されることを防止できる。その結果、請求項１の効果に加え、所定のトルクを確実に伝達できる効果がある。

【0009】

請求項３記載のクラッチ装置によれば、入力軌道面および出力軌道面とコロとが係合不能となる軸方向位置に移動手段により入力系回転部材または出力系回転部材が移動されるので、入力系回転部材から出力系回転部材への動力の伝達を遮断することができる。その結果、請求項１又は２の効果に加え、入力系回転部材から出力系回転部材へ動力を遮断可能に伝達できる効果がある。

【0010】

請求項４記載のクラッチ装置によれば、第２ギヤの回転軸の軸線は中心軸と異なる位置にあるので、第２ギヤの回転半径を小さくすることができる。その結果、請求項１から３のいずれかの効果に加え、クラッチ装置を小型化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施の形態におけるクラッチ装置の軸方向断面図である。

【図2】コロの配置を示す入力系回転部材および保持器の斜視図である。

【図3】（ａ）は入力系回転部材を軸方向に移動させたクラッチ装置の片側断面図であり、（ｂ）はコロが係合状態にあるクラッチ装置の片側断面図である。

【図4】（ａ）は入力軌道面および出力軌道面の展開図であり、（ｂ）はコロが係合状態にある入力軌道面および出力軌道面の模式図である。

【図5】（ａ）は第１ギヤと第２ギヤとの噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図であり、（ｂ）は第２実施の形態におけるクラッチ装置の第１ギヤと第２ギヤとの噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるクラッチ装置１の軸方向断面図であり、図２はコロ８の配置を示す内輪４（入力系回転部材）及び保持器９の斜視図である。なお、図１では内輪４から外輪１０へ動力を伝達する機構を図示し、軸方向力を受けるスラストベアリング等の図示を省略している。また、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３にそれぞれ形成された歯１２ａ，１３ａの一部の図示を省略している。

【0013】

図１に示すようにクラッチ装置１は、入力系回転部材としての内輪４と、その内輪４の外周側に配置される出力系回転部材としての外輪１０と、内輪４及び外輪１０の間に介設される複数のコロ８と、外輪１０と共に回転する第１ギヤ１２と、その第１ギヤ１２に係合する第２ギヤ１３とを主に備えて構成されている。

【0014】

内輪４は、入力軸２の回転動力を外輪１０に伝達するための機能を担う部材であり、中心軸ｏ回りの単葉回転双曲面をなす入力軌道面４ａが外周面に形成されている。内輪４は、スプライン４ｂによって入力軸２に対して回転が規制される一方、入力軸２に対する軸方向の移動が許容されている。ストッパ５，６は、所定量を超える内輪４の軸方向の移動を規制するための部材であり、内輪４の軸方向端面と所定の間隔をあけて入力軸２の外周であって内輪４の軸方向端面の軸方向外側に突設されている。内輪４は、ストッパ５と内輪４との間に配設された皿ばね７によって、軸方向端面がストッパ６に当接するように軸方向の一方側（図１右側）に付勢されている。

【0015】

入力軸２は軸方向にカムシャフト３が貫設されている。カムシャフト３は、駆動装置（図示せず）によって軸方向に移動されることにより、外周に形成されたカム面３ａによってピン３ｂを入力軸２の外周に出没させるための部材である。ピン３ｂは入力軸２の径方向に貫設される部材であり、カム面３ａによって押し上げられて入力軸２の外周に先端が突出すると、内輪４の内周面に形成された傾斜面４ｃに先端が押し付けられる。内輪４の傾斜面４ｃにピン３ｂが押し付けられることによる内輪４の軸方向力は、皿ばね７の付勢力（軸方向力）より大きく設定されているので、皿ばね７の付勢力に抗して内輪４がストッパ５側（図１左側）に移動する。

【0016】

外輪１０は、内輪４と共に入力軸２の動力を第１ギヤ１２に伝達するための機能を担う部材であり、中心軸ｏ回りの単葉回転双曲面をなす出力軌道面１０ａが内周面に形成されている。外輪１０は、内輪４と相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に構成されている。外輪１０は、ストッパ５に突設された鍔５ａ及びストッパ６によって、所定量を超える軸方向の移動が規制される。ストッパ５，６は、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が係合して捻じ込まれたときに、一定位置で内輪４及び外輪１０の軸方向移動を停止させ、一定以上のトルクがかからないようにするトルクリミッタの機能と、コロ８の抜け出しを防止する機能とを有する。外輪１０は、ストッパ６と外輪１０との間に配設された皿ばね１１によって、軸方向端面が鍔５ａに当接するように軸方向の他方側（図１左側）に付勢されている。皿ばね１１は、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔を広げるように外輪１０を付勢するための部材である。

【0017】

図２に示すように、コロ８は円筒状に形成される部材であり、保持器９によって入力軌道面４ａと出力軌道面１０ａとの間に保持される。保持器９は、コロ８が相互に干渉することなく円滑に回転するように、互いに間隔をあけてコロ８を保持するための部材である。コロ８は、中心軸ｏを含む面から一定角度α（例えば１５°）傾斜して入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの円周方向に複数配設され、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａに外周面が線状に接触可能に配置される。

【0018】

図１に戻って説明する。第１ギヤ１２は、外輪１０に伝達された動力を、係合する第２ギヤ１３に伝達するための部材であり、外輪１０の外周面に外輪１０と一体に形成または結合されると共に、外周面に複数の歯１２ａを有し、その歯すじが中心軸ｏに対して非平行となるように形成されている。第２ギヤ１３も同様に外周面に複数の歯１３ａを有し、その歯すじが中心軸ｏに対して非平行となるように形成されている。本実施の形態では、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３は、互いに係合する一対のヘリカルギヤとして形成されており、第２ギヤ１３の回転軸１４の軸線は中心軸ｏと異なる位置に配置されると共に、第２ギヤ１３の回転軸１４は中心軸ｏと平行に配置されている。なお、第２ギヤ１３を複数のピニオンギヤで構成し、その第２ギヤ１３の外周にリングギヤ（内歯車）を配置する遊星歯車機構とすることは可能である。

【0019】

ストッパ５，６及び鍔５ａの間隔は、皿ばね７，１１の付勢力によって内輪４の軸方向端面がストッパ６に当接されると共に外輪１０の軸方向端面が鍔５ａに当接される場合に、入力軌道面４ａ又は出力軌道面１０ａの少なくとも一方にコロ８の外周面が接触しないように設定されている。この場合は入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８は係合不能となる。これに対し、カムシャフト３を軸方向の一方側（図１左側）に移動させて皿ばね７の付勢力に抗して内輪４をストッパ５側に移動させた場合には、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔が狭くなり、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が線状に接触するように設定されている。

【0020】

以上のように構成されるクラッチ装置１について、図３及び図４を参照してその動作を説明する。図３（ａ）は入力系回転部材（内輪４）を軸方向に移動させたクラッチ装置１の片側断面図であり、図３（ｂ）はコロ８が係合状態にあるクラッチ装置１の片側断面図であり、図４（ａ）は入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの展開図であり、図４（ｂ）はコロ８が係合状態にある入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの模式図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、内輪４のトルクによって回転したコロ８及び外輪１０を、コロ８´及び外輪１０´（二点鎖線）によって図示している。

【0021】

図３（ａ）に示すように、カムシャフト３を軸方向の一方側（図３（ａ）左側）に移動させ、ピン３ｂにより内輪４をストッパ５側に移動させた場合には、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔が狭くなり、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が線状に接触する。内輪４が一方向（図２及び図４（ａ）矢印Ｒｉ方向）に回転すると、図４（ｂ）に示すようにコロ８が自転しながら（図４（ｂ）時計回り）入力軌道面４ａを公転する。コロ８の回転によってコロ８及び出力軌道面１０ａが径方向（図４（ｂ）上下方向）に変位（ｌ及びＬ）し、出力軌道面１０ａは、それらの変位によって径方向に弾性変形しながら矢印Ｋ方向（図４（ａ）参照）へ移動する。その結果、外輪１０は、図４（ａ）に示す矢印Ｒｏ方向へ回転すると共に、軸方向における矢印Ｃ方向（入力軌道面４ａと出力軌道面１０ａとの間隔（以下「軌道間隔」と称す）を狭める方向）へ相対移動する。軸方向における内輪４の移動はストッパ５及びピン３ｂによって規制されているので、図３（ｂ）に示すように、外輪１０が、皿ばね１１の付勢力に抗して軌道間隔を狭める方向（図３（ｂ）右側）に移動する。これにより、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が係合し内輪４から外輪１０に動力が伝達される。

【0022】

なお、軸方向における外輪１０の相対移動が所定の位置（ストッパ６の位置）で規制されると、それ以上は軸方向の軌道間隔は縮まらなく、外輪１０の径方向の弾性変形が生じるので、その軌道間隔で伝達可能なトルク（所定値）より大きなトルクを伝達できなくなる。その結果、内輪４及び外輪１０は所定値より大きなトルクで相対回転が可能となる。即ち、クラッチ装置１はトルクリミッタとしての機能を発揮する。

【0023】

次に、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が係合した状態において（図３（ｂ）参照）、外輪１０に対して内輪４が反対方向（図２反矢印Ｒｉ方向）に相対回転する場合には、コロ８の回転による引き離し力（軌道間隔を広げる方向へ動かす力）により、内輪４及び外輪１０は軸方向において互いに離れる方向に相対移動する。軸方向における内輪４の移動はストッパ５及びピン３ｂによって規制されているので、図３（ａ）に示すように、外輪１０が、軌道間隔を広げる方向（図３（ａ）左側）に移動する。皿ばね１１の付勢力は、外輪４の軸方向の一方側（図３（ａ）左側）への移動を補助する。これにより、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａとコロ８との係合が解除され、内輪４及び外輪１０は相対回転（自由回転）が可能となる。

【0024】

なお、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａとコロ８との係合が解除された状態において（図３（ａ）参照）、カムシャフト３を軸方向の他方側（図３（ａ）右側）に移動させてピン３ｂによる傾斜面４ｃの押し付けを解除した場合には、皿ばね７の付勢力によって内輪４がストッパ６側に移動される。入力軌道面４ａ又は出力軌道面１０ａの少なくとも一方にコロ８が接触しなくなるので、コロ８は入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａに係合不能となる。その結果、内輪４から外輪１０への動力の伝達を遮断することができる。

【0025】

次に図５（ａ）を参照して、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３の回転方向と第１ギヤ１２に作用する軸方向力（スラスト）について説明する。図５（ａ）は第１ギヤ１２と第２ギヤ１３との噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図である。なお、図５（ａ）では外輪１０の外周面に形成された第１ギヤ１２と、それに係合する第２ギヤ１３とを図示し、内輪４、コロ８等の図示を省略すると共に、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３にそれぞれ形成された歯１２ａ，１３ａの一部の図示を省略している。

【0026】

入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８を線状に接触させた状態で、図５（ａ）に示すように、外輪１０に対して内輪４を一方向（図５（ａ）矢印Ｒｉ方向）に相対回転させると、前述のように入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が係合し内輪４から外輪１０に動力が伝達される（矢印Ｒｏは外輪１０の回転方向）。外輪１０に伝達された動力によって第１ギヤ１２が駆動されると（回転方向は矢印Ｒｏ方向）、第２ギヤ１３及び回転軸１４に回転が伝達されると共に（回転方向は矢印Ｒｔ方向）、第２ギヤ１３（被動歯車）及び第１ギヤ１２に、それぞれ一定方向（図５（ａ）矢印Ａ方向及び矢印Ｐ方向）の軸方向力が発生する。第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３の歯すじの方向は、第１ギヤ１２に作用する軸方向力の向き（図５（ａ）矢印Ａ方向）が、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔を狭めるときの軸方向における外輪１０の移動方向（図５（ａ）矢印Ａ方向）と同一になるように設定されている。

【0027】

ここで、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａとコロ８とに生じる摩擦力の軸方向分力は、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が係合するときの内輪４及び外輪１０の軸方向の引き寄せ力を抑制し、内輪４から外輪１０へ所定のトルクを伝達できない原因となる。これに対しクラッチ装置１によれば、コロ８の回転による入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの引き寄せ力に加え、第２ギヤ１３の反力による軸方向力によって、外輪１０は、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔を狭めるように軸方向への移動が促進される。その結果、内輪４及び外輪１０の軸方向の引き寄せ力を増加させることができるので、クラッチ装置１は所定のトルクを確実に伝達できる。

【0028】

一方、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａにコロ８が係合した状態において、外輪１０に対して内輪４が反対方向（図５（ａ）反矢印Ｒｉ方向）に相対回転する場合には、第２ギヤ１３が駆動歯車、第１ギヤ１２が被動歯車となる。この場合には、第２ギヤ１３及び第１ギヤ１２にそれぞれ反対方向（図５（ａ）反矢印Ａ方向および反矢印Ｐ方向）の軸方向力が発生する。この軸方向力は、第２ギヤ１３が駆動歯車、第１ギヤ１２が被動歯車となると同時に働くので、コロ８の回転による内輪４及び外輪１０の引き離し力より外輪１０に早く作用する。その結果、入力軌道面４ａと出力軌道面１０ａとの間隔を早く広げることができるので、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａとコロ８との係合解除を素早く行うことができる。

【0029】

また、内輪４及び外輪１０が相対回転（自由回転）をするときには、コロ８の回転による入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの引き離し力に加え、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３による反対方向（図５（ａ）反矢印Ａ方向）の軸方向力が外輪１０に働く。その結果、コロ８の回転による引き離し力によって内輪４及び外輪１０が離れる以上に、第１ギヤ１２に働く軸方向力によって入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔を広げることができる。これにより内輪４及び外輪１０が相対回転（自由回転）をするときのトルクを減少できる。

【0030】

さらに図５（ａ）を参照して、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３の歯面同士の摩擦について検討する。第１ギヤ１２を一方向（図５（ａ）矢印Ｒｏ方向）に回転した場合には、第２ギヤ１３の反力によって第１ギヤ１２の歯面に、軸直角平面における円周力Ｎが作用する。一方、被動歯車である第２ギヤ１３の歯面にも、軸直角平面における円周力Ｎが作用する。円周力Ｎは、中心軸ｏと垂直方向の接線力Ｆ及び中心軸ｏと平行方向の軸方向力Ｓに分解される。第１ギヤ１２のねじれ角をβとすれば、軸方向力Ｓは式（１）で表される。

【0031】

Ｓ＝Ｎ・ｓｉｎβ …式（１）
また、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３の歯面同士の摩擦係数をμとすれば、第２ギヤ１３の歯面による摩擦力の軸方向分力Ｓ´は式（２）で表される。

【0032】

Ｓ´＝μＮ・ｃｏｓβ …式（２）
ここで、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔を狭めるように外輪１０を軸方向（図５（ａ）矢印Ａ方向）へ移動させるには、第２ギヤ１３に対して第１ギヤ１２を軸方向（図５（ａ）矢印Ａ方向）に移動させることが必要である。そのためには摩擦力の軸方向分力Ｓ´の絶対値より軸方向力Ｓの絶対値が大きいこと、即ち式（３）が成立することが必要である。なお、Ｓ＞０，Ｓ´＞０なので、式（３）では絶対値記号を省略する。

【0033】

Ｓ−Ｓ´＞０ …式（３）
式（３）に式（１）及び式（２）を代入して解くと、式（４）が導かれる。

【0034】

μ＜ｔａｎβ …式（４）
式（４）に示すように第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３の歯面同士の摩擦係数μと第１ギヤ１２のねじれ角βとを設定すれば、第２ギヤ１３に対して第１ギヤ１２を軸方向（図５（ａ）矢印Ａ方向）に移動させることができる。それに伴い入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔を狭めるように外輪１０を軸方向（図５（ａ）矢印Ａ方向）へ移動させることができるので、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３の歯面同士の摩擦によって、内輪４及び外輪１０の軸方向の引き寄せ力が抑制されることを防止できる。これによりクラッチ装置１は所定のトルクを確実に伝達できる。

【0035】

また、クラッチ装置１によれば、第２ギヤ１３の回転軸１４の軸線は中心軸ｏと異なる位置にあるので、第１ギヤ１２と同心状の内歯車等によって第２ギヤ１３を形成する場合と比較して、第２ギヤ１３の回転半径を小さくすることができる。その結果、クラッチ装置１を小型化できると共に構造を簡素化できる。

【0036】

また、外輪１０（出力系回転部材）のトルクはギヤ（第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３）によって伝達されるので、ボールスプラインやピン等によってトルクを伝達する場合と比較して、トルクが伝達される接触面の面積を大きくできる。その結果、面圧（歯面圧）を低下させることができ、トルクが伝達される部分（接触面）の耐久性を向上できる。

【0037】

また、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３はヘリカルギヤによって構成されているので、同じ大きさの平歯車に比べて強度を大きくできると共に、静かに回転動力を伝達できる。また、高速回転を伝達可能であると共に、第１ギヤ１２及び第２ギヤ１３の歯数の組み合わせに制限がなく自在性に優れる。

【0038】

次に図５（ｂ）を参照して、第２実施の形態におけるクラッチ装置１０１について説明する。クラッチ装置１０１は、第２ギヤ１１３から第１ギヤ１１２に動力を入力し、外輪１０を入力系回転部材、内輪４を出力系回転部材とする点、第１ギヤ１１２（又は第２ギヤ１１３）の歯すじのねじれ方向を、第１実施の形態におけるクラッチ装置１の第１ギヤ１２（又は第２ギヤ１３）の歯すじのねじれ方向と異ならせている点が第１実施の形態と相違する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0039】

図５（ｂ）に示すように回転軸１４及び第２ギヤ１１３を矢印Ｒｔ方向に回転すると、第１ギヤ１１２が矢印Ｒｉ方向に被動され、外輪１０が矢印Ｒｉに回転する。内輪４及び外輪１０にコロ８が係合すると、軸１０２から矢印Ｒｏの回転動力が出力される。

【0040】

第１ギヤ１１２が矢印Ｒｉ方向に被動されるときは、第２ギヤ１１３（歯１１３ａ）の反力によって、第１ギヤ１１２（歯１１２ａ）の歯面に軸直角平面における円周力Ｎが作用する。これにより、第１ギヤ１１２及び外輪１０に軸方向力Ｓ（矢印Ａ方向）が発生する。クラッチ装置１０１もクラッチ装置１と同様に、第１ギヤ１１２に作用する軸方向力Ｓの向き（矢印Ａ方向）が、軌道間隔を狭めるときの軸方向における外輪１０の移動方向と同一になるように、第１ギヤ１１２及び第２ギヤ１１３の歯すじのねじれ方向が設定されている。

【0041】

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施の形態で挙げた数値（例えば、各構成の数量や寸法等）は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

【0042】

上記実施の形態では、外輪１０の外周に第１ギヤ１２，１１２を設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、内輪４の軸方向端面を軸方向に延設して外輪１０の軸方向端面より軸方向外側に延びる延設部（図示せず）を設け、その延設部に第１ギヤ１２，１１２を設けることは可能である。その第１ギヤ１２，１１２に係合する第２ギヤ１３，１１３を設けることにより、本実施の形態と同様の作用効果を実現できる。

【0043】

上記実施の形態では、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａを単葉回転双曲面で形成し、円筒状のコロ８を採用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形態における入力軌道面４ａ、出力軌道面１０ａ及びコロ８を採用することは当然可能である。他の形態としては、例えば入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａを単葉回転双曲面で形成しコロ８を円錐状とするもの、入力軌道面４ａ又は出力軌道面１０ａを円筒状としたり、コロ８を鼓状、太鼓状や円筒状としたりするもの等が挙げられる。

【0044】

上記実施の形態では、第１ギヤ１２，１１２及び第２ギヤ１３，１１３を一対のヘリカルギヤ（斜歯ギヤ）で構成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、歯すじが中心軸ｏと非平行となるように歯を形成し軸方向力（スラスト）が発生するものであれば、他のギヤを採用することは当然可能である。他のギヤとしては、例えば、かさ歯車、ねじ歯車等を挙げることができる。

【0045】

上記実施の形態では、第２ギヤ１３，１１３の回転軸１４を中心軸ｏと異なる位置に設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、第２ギヤ１３，１１３を内歯車とすることによって、第２ギヤ１３，１１３の回転軸１４の軸線を中心軸ｏと同じ位置に設けることは当然可能である。

【0046】

上記実施の形態では、第１ギヤ１２，１１２及び第２ギヤ１３，１１３を一対のヘリカルギヤで構成したので、第２ギヤ１３，１１３の回転軸１４を中心軸ｏと平行な位置に配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、第２ギヤ１３，１１３の回転軸１４の軸線と中心軸ｏとの位置関係は、第１ギヤ１２，１１２及び第２ギヤ１３，１１３の種類によって適宜設定することが可能である。例えば、かさ歯車を採用した場合には第２ギヤ１３，１１３の回転軸１４の軸線を中心軸ｏと交わる位置に配置し、ねじ歯車を採用した場合には第２ギヤ１３，１１３の回転軸１４と中心軸ｏとを食い違い軸となるように配置する。

【0047】

上記実施の形態では、第１ギヤ１２，１１２に第２ギヤ１３，１１３を係合させ、その第２ギヤ１３，１１３の回転軸１４を出力軸とする場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、第１ギヤ１２，１１２をサンギヤとすると共に第２ギヤ１３，１１３を複数のピニオンギヤで構成し、その第２ギヤ１３，１１３の外側にリングギヤ（内歯車）を配置した遊星歯車機構を採用することは当然可能である。また、外輪１０を軸方向に延設して第１ギヤ１２，１１２（リングギヤ）を設け、第２ギヤ１３，１１３を複数のピニオンギヤで構成し、その第２ギヤ１３，１１３の内側にサンギヤを配置した遊星歯車機構を採用することも可能である。この遊星歯車機構は、シングルピニオン式、ダブルピニオン式のいずれを採用することも可能である。この場合、ピニオンギヤの公転を出力に割り当てたり、リングギヤやサンギヤの回転を出力に割り当てたりすることができる。

【0048】

上記実施の形態では、内輪４及び外輪１０とコロ８とを係合不能にするため、カムを利用して内輪４を軸方向に移動させる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、外輪１０を軸方向に移動させる手段を採用することによって、内輪４及び外輪１０とコロ８とを係合不能にすることは当然可能である。

【0049】

上記実施の形態では、内輪４を軸方向に移動させる手段としてカムシャフト３と、そのカムシャフト３のカム面３ａによって出没し内輪４の傾斜面４と干渉するピン３ｂと、軸方向に内輪４を付勢する皿ばね７とを備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の移動手段を採用することは当然可能である。内輪４又は外輪１０を軸方向に移動させる他の移動手段としては、例えば、流体圧を利用するシリンダ、磁力を利用する電磁石等の公知の手段を挙げることが可能である。

【0050】

上記実施の形態では、皿ばね７，１１によって内輪４や外輪１０を軸方向に付勢する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の付勢部材を採用することは当然可能である。他の付勢部材としては、例えば圧縮コイルばね、ゴム状弾性体等が挙げられる。

【0051】

上記実施の形態では、入力軌道面４ａ及び出力軌道面１０ａの間隔を広げる（ストッパ５側に外輪１０を移動させる）ように外輪１０を付勢する皿ばね１１を設けているが、外輪１０及び内輪４が相対回転するときには、コロ８の回転および第２ギヤ１３の反力によって外輪１０がストッパ５側に動かされるので、皿ばね１１を省略することは可能である。
＜その他＞
＜手段＞
技術的思想１のクラッチ装置は、入力系回転部材およびその入力系回転部材に対して軸方向に相対移動可能に構成された出力系回転部材と、その出力系回転部材の内周面または外周面の一方に形成された出力軌道面と、その出力軌道面に対向すると共に前記入力系回転部材の内周面または外周面の一方に形成された入力軌道面と、その入力軌道面と前記出力軌道面との間に前記入力系回転部材の中心軸を含む面から所定角度傾斜させて介設された複数のコロと、前記入力系回転部材または前記出力系回転部材と一体に形成または結合されると共に、前記中心軸に対して歯すじが非平行となるように歯が形成された第１ギヤと、その第１ギヤに係合する第２ギヤとを備え、その第２ギヤの反力によって前記第１ギヤに作用する軸方向力の向きは、前記入力軌道面および前記出力軌道面の間隔を狭めるときの軸方向における前記入力系回転部材または前記出力系回転部材の移動の向きと同一に設定されている。
技術的思想２のクラッチ装置は、技術的思想１記載のクラッチ装置において、前記第１ギヤは、前記第２ギヤの反力によって前記第１ギヤに作用する軸方向力の絶対値が、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤの歯面同士の摩擦によって前記軸方向力と反対方向に働く摩擦力の軸方向分力の絶対値より大きくなるように設定されている。
技術的思想３のクラッチ装置は、技術的思想１又は２に記載のクラッチ装置において、前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとが係合不能となる軸方向位置に前記入力系回転部材または前記出力系回転部材を移動させる移動手段を備えている。
技術的思想４のクラッチ装置は、技術的思想１から３のいずれかに記載のクラッチ装置において、前記第２ギヤの回転軸の軸線は、前記中心軸と異なる位置にある。
＜効果＞
技術的思想１記載のクラッチ装置によれば、入力系回転部材に対して出力系回転部材が軸方向に相対移動可能に構成され、出力系回転部材の内周面または外周面の一方に出力軌道面が形成される。その出力軌道面に対向すると共に入力系回転部材の内周面または外周面の一方に入力軌道面が形成される。その入力軌道面と出力軌道面との間に複数のコロが介設され、そのコロは、入力系回転部材の中心軸を含む面から所定角度傾斜しているので、入力系回転部材を所定方向に回転させると、コロは入力軌道面および出力軌道面に案内されて自転しつつ中心軸の回りを公転する。そのコロの回転に案内されて、入力系回転部材および出力系回転部材は径方向に弾性変形しながら、軸方向に、入力軌道面と出力軌道面との間隔が小さくなる方向へ相対移動する。その結果、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合して、入力系回転部材から出力系回転部材に動力が伝達される。
出力系回転部材に伝達された動力は出力系回転部材と一体に形成または結合される第１ギヤに伝達され、第１ギヤに係合する第２ギヤに伝達される。第１ギヤが入力系回転部材と一体に形成または結合されている場合には、第１ギヤと係合する第２ギヤから第１ギヤに動力が入力されると、入力系回転部材が回転する。第１ギヤは歯すじが中心軸に対して非平行となるように歯が形成されており、第２ギヤの反力によって第１ギヤに作用する軸方向力の向きは、入力軌道面および出力軌道面の間隔を狭めるときの軸方向における入力系回転部材または出力系回転部材の移動の向きと同一に設定されている。そのため、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合して第１ギヤから第２ギヤへ動力が伝達されると、その第２ギヤの反力によって、入力系回転部材または出力系回転部材は、入力軌道面および出力軌道面の間隔を狭めるように軸方向への移動が促進される。これにより入力系回転部材および出力系回転部材の軸方向の引き寄せ力を増加させることができ、所定のトルクを確実に伝達できる効果がある。
技術的思想２記載のクラッチ装置によれば、第２ギヤの反力によって第１ギヤに作用する軸方向力の絶対値が、その軸方向力の反対方向に働く摩擦力であって第１ギヤ及び第２ギヤの歯面同士の摩擦による軸方向分力の絶対値より大きくなるように第１ギヤは設定されている。そのため、第１ギヤ及び第２ギヤの歯面同士の摩擦によって入力系回転部材および出力系回転部材の軸方向の引き寄せ力が抑制されることを防止できる。その結果、技術的思想１の効果に加え、所定のトルクを確実に伝達できる効果がある。
技術的思想３記載のクラッチ装置によれば、入力軌道面および出力軌道面とコロとが係合不能となる軸方向位置に移動手段により入力系回転部材または出力系回転部材が移動されるので、入力系回転部材から出力系回転部材への動力の伝達を遮断することができる。その結果、技術的思想１又は２の効果に加え、入力系回転部材から出力系回転部材へ動力を遮断可能に伝達できる効果がある。
技術的思想４記載のクラッチ装置によれば、第２ギヤの回転軸の軸線は中心軸と異なる位置にあるので、第２ギヤの回転半径を小さくすることができる。その結果、技術的思想１から３のいずれかの効果に加え、クラッチ装置を小型化できる効果がある。

【符号の説明】

【0052】

１，１０１ クラッチ装置
３ カムシャフト（移動手段の一部）
４ 内輪（入力系回転部材または出力系回転部材）
４ａ 入力軌道面、出力軌道面
７ 皿ばね（移動手段の一部）
８ コロ
１０ 外輪（出力系回転部材または入力系回転部材）
１０ａ 出力軌道面、入力軌道面
１２，１１２ 第１ギヤ
１２ａ，１１２ａ 歯
１３，１１３ 第２ギヤ
１４ 回転軸
ｏ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】