特許 7189462 カムクラッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-06

(45)【発行日】2022-12-14

(54)【発明の名称】カムクラッチ

(51)【国際特許分類】

   F16D 41/07 20060101AFI20221207BHJP

   F16D 41/06 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

F16D41/07 A

F16D41/06 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021100670

(22)【出願日】2021-06-17

【審査請求日】2022-02-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000003355

【氏名又は名称】株式会社椿本チエイン

(74)【代理人】

【識別番号】100153497

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 信男

(72)【発明者】

【氏名】楠 颯太

【審査官】日下部 由泰

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－１９３６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２３６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２７６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５５５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１０１３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－３１３４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－１９３６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１５５０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１５１４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１４３９３９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｄ ４１／０７，４１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間において周方向に設けられている複数のカムと、前記複数のカムを前記内輪及び前記外輪に対して噛み合わせる方向に付勢する付勢手段とを備えたカムクラッチであって、
前記複数のカムの各々は、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さず、かつ、カム高さが噛み合い基準カム高さより大きい範囲においてカム高さの増大に伴って接線の傾きが減少する領域を有さないストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状を有することを特徴とするカムクラッチ。

【請求項2】

同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間において周方向に設けられている複数のカムと、前記複数のカムを前記内輪及び前記外輪に対して噛み合わせる方向に付勢する付勢手段とを備えたカムクラッチであって、
前記複数のカムの各々は、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さず、かつ、下に凸の曲線により示される領域を有するストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状を有することを特徴とするカムクラッチ。

【請求項3】

前記ストラットアングル線は、カム高さが噛み合い基準カム高さより大きい範囲においてカム高さの増大に伴って接線の傾きが減少する領域を有さないことを特徴とする請求項２に記載のカムクラッチ。

【請求項4】

前記ストラットアングル線は、ストラットアングルがカム高さの増大に伴って減少し、極小値をとった後増大する領域を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のカムクラッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、一方向には内外輪間でトルクを伝達し、逆方向には空転するカムクラッチに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、カムの性能はストラットアングル線によって評価される。ストラットアングルαは、図３を参照して説明すると、平行面に対するカム１３０の第一接点（図３では内輪側接点）Ｐａ及び第二接点（図３では外輪側接点）Ｐｂを結ぶ直線と、第一接点Ｐａにおけるカム面の接線に対する垂線とのなす角により定義され、ストラットアングル線は、カム高さｈに対するストラットアングルαの変化をグラフ化したものである。カム高さｈは、第一接点Ｐａにおけるカム面に対する接線と、第二接点Ｐｂにおけるカム面に対する接線との離間距離により定義される。

【0003】

従来においては、カムの断面形状（外周輪郭形状）は、例えば平行面の一方に接触する一方の接触領域が円弧状であって、平行面の他方に接触する他方の接触領域が複数の円弧が連続する曲線状となるようデザインされている（例えば特許文献１参照。）。このようなカムにおけるストラットアングル線は、他方の接触領域を構成する円弧の数に対応した複数の上に凸の曲線が連続する曲線により示される。
図９は、平行面の一方に接触する一方の接触領域Ｓ１が曲率半径Ｒの円弧状であり、平行面の他方に接触する他方の接触領域Ｓ２が曲率半径ｒ１の第１円弧Ｃ１及び曲率半径ｒ２の第２円弧Ｃ２の２つ円弧が連続する曲線状である断面形状を有するカム２３０をストラットアングル線とともに概略的に示すものである。
このカム２３０のストラットアングル線は、第１円弧Ｃ１に対応する区間においてカム高さがｈ１からｈ２に増大するに伴ってストラットアングルαが上に凸の曲線に沿って単調減少し、第２円弧Ｃ２に対応する区間においてカム高さがｈ２からｈ３に増大するに伴ってストラットアングルαが上に凸の曲線に沿って単調増加する傾向を示す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１０－５３３２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなカムを備えたカムクラッチにおいては、内輪と外輪の中心軸の僅かなズレや振動、寸法公差に起因して、カムケージによって円周上に保持された各カムの内外輪への接近量にばらつきが生じることとなる。そのため、各カムのスラットアングルが変化するような場合には、クラッチのトルク負荷時に各カムの伝達トルクや公転速度のばらつきや変化が大きくなり、さらなる内輪と外輪の中心軸のズレや振動を誘発するとともに、カムケージを破損してしまうおそれがある、という問題があった。

【0006】

本発明者は、このようなカムにおいては、接触領域を構成する複数の円弧の端点同士の接続位置のように、カム面の曲率半径が急激に変化（図９に示す例では、曲率半径ｒ１から曲率半径ｒ２に変化）する箇所が存在していることに着目し、カム面の断面形状をカム面の曲率半径がカム高さの増大に伴って滑らかに連続的に変化するよう構成することで、上記課題を解決することが可能となることを見出し、本発明を完成したものである。

【0007】

本発明は、内輪と外輪の回転中心軸の僅かなズレや振動、寸法公差に起因する公転速度のばらつきや変化を抑制し、作動不良やカムケージ等の不測の破損を防止して長寿命化を図ることができるとともに許容トルクの増大を図ることのできるカムクラッチを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間において周方向に設けられている複数のカムと、前記複数のカムを前記内輪及び前記外輪に対して噛み合わせる方向に付勢する付勢手段とを備えたカムクラッチであって、前記複数のカムの各々は、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さず、かつ、カム高さが噛み合い基準カム高さより大きい範囲においてカム高さの増大に伴って接線の傾きが減少する領域を有さないストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状を有する構成とすることにより、前記課題を解決するものである。

【発明の効果】

【0009】

本請求項１に記載の構成によれば、複数のカムの各々を、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さず、かつ、カム高さが噛み合い基準カム高さより大きい範囲において接線の傾きが減少する領域を有さないストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状とすることで、内輪または外輪に対する接触領域を構成するカム面の曲率半径がカム高さの変化に伴って緩やかに連続的に変化することとなり、カムクラッチのトルク負荷時に各カムの伝達トルクや公転速度のばらつきや変化を緩やかにすることが可能となる。このため、内輪と外輪の回転中心軸の僅かなズレや振動、寸法公差による作動不良やカムケージ等の不測の破損を回避することが可能となる。また、内輪と外輪の回転中心軸の僅かなズレや振動、寸法公差に起因して複数のカムの各々の噛み合い時の姿勢にバラツキが生じた場合であっても、各々のカムにおいて揺動によるカム高さの変化の程度に差が生じて噛み合いの過程でのカムの姿勢のバラツキを小さくすることができる。このため、複数のカムの各々の噛み合いの程度を均一になり、高いトルクを伝達することが可能となってトルクの伝達性能を向上させることができる。

【0010】

本請求項２に記載の構成によれば、複数のカムの各々を、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さず、かつ、下に凸の曲線により示される領域を有するストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状とすることで、内輪または外輪に対する接触領域を構成するカム面の曲率半径がカム高さの変化に伴って緩やかに連続的に変化することとなり、カムクラッチのトルク負荷時に各カムの伝達トルクや公転速度のばらつきや変化を緩やかにすることが可能となる。このため、内輪と外輪の回転中心軸の僅かなズレや振動、寸法公差による作動不良やカムケージ等の不測の破損を回避することが可能となる。
本請求項３に記載の構成及び本請求項４に記載の構成によれば、内輪と外輪の回転中心軸の僅かなズレや振動、寸法公差に起因する公転速度のばらつきや変化を一層確実に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係るカムクラッチの一例における回転中心軸に垂直な断面の構成を概略的に示す断面図である。

【図2】本発明に係るカムクラッチを構成するカムにおけるストラットアングル線の一例を概略的に示す図である。

【図3】図１に示すカムクラッチにおけるカムの構成を示す平面図である。

【図4】図３に示すカムにおける外輪接触領域を構成するカム面の曲率半径の、カム高さに対する変化を示す図である。

【図5】本発明に係るカムクラッチを構成するカムにおけるストラットアングル線の他の例を概略的に示す図である。

【図6】本発明に係るカムクラッチを構成するカムにおけるストラットアングル線のさらに他の例を概略的に示す図である。

【図7】本発明に係るカムクラッチを構成するカムにおけるストラットアングル線のさらに他の例を概略的に示す図である。

【図8】 参考例に係るカムにおけるストラットアングル線の一例を概略的に示す図である。

【図9】従来におけるカムの一例における構成をストラットアングル線と共に概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明のカムクラッチについて、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明に係るカムクラッチ１００は、同一軸Ｘ上に相対回転可能に設けられた内輪１１０及び外輪１２０と、内輪１１０と外輪１２０との間に設けられ内輪１１０と外輪１２０との間でトルクを伝達する複数のカム１３０と、複数のカム１３０の各々を内輪１１０及び外輪１２０に対して噛み合わせる方向に付勢する付勢手段１４０とを備えている。複数のカム１３０は、内輪１１０と外輪１２０との間においてこれらと同心状に配置されたケージリング（図示せず）によって揺動自在に保持されている。

【0013】

複数のカム１３０の各々は、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さないストラットアングル線、換言すれば、接線の傾きがカム高さの変化に伴って連続的に変化する曲線または接線の傾きが一定である領域を含む曲線により示されるストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状を有する。

【0014】

また、複数のカム１３０の各々は、カム高さが噛み合い基準カム高さより大きい範囲において接線の傾きがカム高さの増大に伴って減少する領域を有さないストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状を有することが好ましい。ここに、噛み合い基準カム高さは、内輪１１０及び外輪１２０が偏心していない時の内輪軌道径と外輪軌道径の距離の値を示したものである。

【0015】

図２に、ストラットアングル線の一例を示す。このストラットアングル線は、下に凸の曲線で示される曲線領域を有する。具体的には、このストラットアングル線は、ストラットアングルαがカム高さｈの変化に伴って減少する上に凸の曲線で示される領域と、該領域に変曲点を介して連続し、ストラットアングルαがカム高さｈの増大に伴って減少して極小値をとった後増大する下に凸の曲線で示される領域とを有する。すなわち、このストラットアングル線は、上に凸の曲線で示される領域においては、接線の傾きがカム高さｈの変化に伴って連続的に減少し、下に凸の曲線で示される領域においては、接線の傾きがカム高さｈの変化に伴って連続的に増大しており、接線の傾きがカム高さｈの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さないものである。また、噛み合い基準カム高さｈ０は、例えばストラットアングルαが極小値をとるカム高さ位置より大きいカム高さ範囲内に位置されており、従って、カム高さｈが噛み合い基準カム高さｈ０より大きい範囲において接線の傾きがカム高さｈの増大に伴って連続的に増大する傾向を示す。図２における破線は、任意のカム高さ位置におけるストラットアングル線に対する接線を示す。

【0016】

本実施例におけるカム１３０は、例えば図３に示すように、内輪１１０の軌道面１１１に対する一方の接触領域（内輪側接触領域）Ｓ１を構成するカム面の断面形状が例えば円弧状であって、外輪１２０の軌道面１２１に対する他方の接触領域（外輪側接触領域）Ｓ２を構成するカム面の断面形状が、内輪側接触領域Ｓ１を構成するカム面の断面形状との関係において上記のストラットアングル線が得られるよう、カム高さｈの変化に伴って曲率半径が連続的に変化する自由曲線で示される形状となるように構成されている。なお、図３では、便宜上、内輪１１０の軌道面１１１と外輪１２０の軌道面１２１を平行平面で示してある。

【0017】

而して、カムクラッチにおいては、例えば内輪と外輪が偏心している場合には、内輪軌道径と外輪軌道径の距離が一様ではなくなるため、複数のカムの各々の姿勢にバラツキが生じる。図９に示すようなカムを備えたカムラッチにおいては、複数のカムの各々の姿勢にバラツキが生じていると、ストラットアングル線上において互いに異なるカム高さ位置において噛み合いを開始する。そして、カムクラッチにトルクを負荷することで各々のカムが揺動してカム高さが変化するが、各々のカムにおいて噛み合いの程度が異なるため、内輪及び外輪とともに公転するカムの公転速度にバラツキが生ずることとなる。この結果、カムの隙間が詰まって競り合いを起こしたり、カムの隙間を一定に保つためのケージリングの破損を招いたりするおそれがある。

【0018】

然るに、本実施例に係るカムクラッチ１００によれば、複数のカム１３０の各々においては、外輪側接触領域Ｓ２を構成するカム面は、図４に示すように、曲率半径ｒがカム高さｈの増大に伴って連続的に変化するもの、換言すれば、カム高さｈの増大に伴う曲率半径ｒの程度が小さいものとなる。このため、カムクラッチ１００のトルク負荷時に各カム１３０の公転速度のバラツキや変化を緩やかにすることが可能となり、寸法公差による作動不良やカムケージ等の不測の破損を回避することが可能となる。

【0019】

また、内輪側接触領域Ｓ１及び外輪側接触領域Ｓ２を構成するカム面の曲線半径の変化は、カムの揺動速度（自転速度）に影響を及ぼし、各々のカムにおいて姿勢の変化の仕方に差が生じることとなる。図９に示すような外輪側接触領域Ｓ２を構成するカム面の曲率半径が急激に変化する断面形状を有するカムにおいては、すべてのカムが例えば曲率半径がＲ２の円弧により構成される領域において互いに異なる姿勢で噛み合っているときには、すべてのカムの揺動速度が均一となりカム高さの変化の程度に差がないため、噛み合いの程度のバラツキが緩和されることはない。
然るに、本実施例に係るカム１３０においては、外輪側接触領域Ｓ２を構成するカム面は、曲率半径ｒがカム高さｈの増大に伴って連続的に変化するものとなるため、カム１３０の姿勢によってカム１３０の揺動速度に差が生ずることとなる。そして、複数のカム１３０の各々を、カム高さｈが噛み合い基準カム高さｈ０より大きい範囲において接線の傾きが減少する領域を有さないストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状とすることで、複数のカム１３０の各々の噛み合い時の姿勢にバラツキが生じた場合であっても、各々のカム１３０において揺動によるカム高さの変化の程度に差が生じて噛み合いの過程でのカム１３０の姿勢のバラツキを小さくすることができる。このため、複数のカム１３０の各々の噛み合いの程度が均一になり、高いトルクを伝達することが可能となってトルクの伝達性能を向上させることができる。

【0020】

以上、本発明の一実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
カムのストラットアングル線は、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さず、かつ、カム高さが噛み合い基準カム高さより大きい範囲においてカム高さの増大に伴って接線の傾きが減少する領域を有さないものであれば、図２に示すものに限定されるものではない。
例えば、ストラットアングル線が下に凸の曲線領域を有する場合において、下に凸の曲線領域は、接線の傾きが減少することなく、カム高さの増大に伴ってストラックアングルが増大する部分を有していればよい。すなわち、ストラットアングル線は、図２に示すように、カム高さｈの増大に伴ってストラットアングルαが減少して極小値を経て増大する傾向を示すものである必要はなく、例えば図５に示すように、一の下に凸の曲線により示されるものであってもよく、ストラットアングルαがカム高さｈの増大に伴って変曲せずに単調増加する下に凸の曲線の一部により示されるものであってもよい。また、下に凸の曲線領域に連続する領域は、例えば図６に示すように、ストラットアングルαがカム高さｈの増大に伴って変曲せずに単調増加する直線により示されるものであってもよく、例えば図７に示すように、上に凸の曲線により示されるものであってもよい。さらにまた、ストラットアングル線は、下に凸の曲線領域を複数有するものであってもよい。
さらにまた、ストラットアングル線は、下に凸の曲線領域を有さないものであってもよい。例えば図８は、参考例に係るカムにおけるストラットアングル線であって、一の上に凸の曲線により示されるものである。
図５～図８に示すストラットアングル線のうちでも、トルクの伝達性能の観点からは、カム高さｈが噛み合い基準カム高さｈ０より大きい範囲においてカム高さｈの増大に伴って接線の傾きが減少する領域を有さない図５及び図６に示すものが好ましい。
以上において、ストラットアングル線は、厳密にカム高さの増大に伴ってストラットアングルが単調減少及び単調増加している必要はなく、微少変動（増減）もしくは直線的に変化していてもよい。
また、本発明のカムクラッチを構成するカムは、エンゲージタイプ及びディスエンゲージタイプのいずれであってもよく、また、内輪側接触領域及び外輪側接触領域の各々を構成するカム面以外の断面形状は、特に限定されるものではく、適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0021】

１００ ・・・ カムクラッチ
１１０ ・・・ 内輪
１１１ ・・・ 軌道面
１２０ ・・・ 外輪
１２１ ・・・ 軌道面
１３０ ・・・ カム
１４０ ・・・ 付勢手段
α ・・・ ストラットアングル
Ｐａ ・・・ 第一接点（内輪側接点）
Ｐｂ ・・・ 第二接点（外輪側接点）
Ｓ１ ・・・ 内輪側接触領域
Ｓ２ ・・・ 外輪側接触領域

【要約】

【課題】内輪と外輪の回転中心軸の僅かなズレや振動、寸法公差に起因する公転速度のばらつきや変化を抑制し、作動不良やカムケージ等の不測の破損を防止して長寿命化を図ることができるとともに許容トルクの増大を図ることのできるカムクラッチを提供すること。
【解決手段】本発明のカムクラッチ１００においては、同軸上に相対回転可能に配置されている内輪１１０と外輪１２０との間でトルクを伝達する複数のカム１３０の各々が、接線の傾きがカム高さの変化に伴って非連続的に変化する箇所を有さないストラットアングル線が得られるよう構成された断面形状を有する構成とされる。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】