JP2023067520A - カムクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減化を実現しつつ、生産性及び組立性が向上し、設計自由度の高いカムクラッチを提供すること。
【解決手段】同軸上に相対回転可能に設けられている内輪１１０及び外輪１２０と、前記内輪１１０と前記外輪１２０の間において周方向に並ぶように配置された複数のカム１３０とを具えたカムクラッチ１００であって、隣接する２つのカム１３０の相対位置を固定する位置固定部材１４０を備え、前記位置固定部材１４０は、隣接する２つのカムをそれぞれ独立して揺動可能に連結するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸と出力軸との間でトルクの伝達及び遮断を行うカムクラッチに関する。

カムクラッチは、主として、内輪及び外輪の間に配置される複数のカムと、複数のカムを保持する保持器と、各々のカムを内輪及び外輪に対する噛み合い方向に付勢する付勢手段とで構成されている。
例えば、特許文献１には、線材を軸方向部と周方向部とのコ字型ジグザグ状のエンドレスとなるように屈曲して形成されたワイヤーケージを保持器として用いた一方向クラッチが開示されている。このような保持器は、周方向部と軸方向部で形成される部分にカムを配置することで、カムを周方向に等間隔に保持するようになっている。

特開２００５－１０６１３５号公報

而して、保持器を具えるカムクラッチにおいては、同一のサイズのものであっても、要求される特性が異なる場合も少なくなく、例えば、要求される伝動トルクの容量によって、最適な形状のカムを組み込んだり、カムの数や配置を変更したりすることがある。これに伴って、保持器の構成も変更することが必要となる。
このように、カムクラッチに要求される特性あるいはサイズなどに応じて専用の保持器を製作しなければならず、部品の汎用性に欠け、保持器を製造するのが困難で生産性が低下するとともに製造コストが上昇してしまう、という問題があった。
また、保持器をワイヤーケージにより構成する場合には、その構造上、カムの数が偶数個である必要があり、カムの数が制限されるといった不都合があった。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、製造コストの低減化を実現しつつ、生産性及び組立性が向上し、設計自由度の高いカムクラッチを提供することを目的とする。

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の間において周方向に並ぶように配置された複数のカムとを具えたカムクラッチであって、隣接する２つのカムの相対位置を固定する位置固定部材を備え、前記位置固定部材を、隣接する２つのカムをそれぞれ独立して揺動可能に連結するように構成することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に記載のカムによれば、保持器を具えておらず、隣接する２つのカムが位置固定部材により連結されて２カムの相対位置関係が固定されるので、構造がシンプルで製造し易く生産性の向上及び製造コストの低減化を実現することができるとともに、専用の保持器を作製する必要がないので、高い汎用性を得ることができる。しかも、ワイヤーケージにより構成された保持器を具えたカムクラッチのように、カムの数についての制限がなくなるので、高い設計自由度を得ることができる。

本請求項２に記載の構成によれば、各々のカムプレート及び位置固定部材は、板材を打ち抜くことでピン孔と同時に作製可能であり、カムプレート及び位置固定部材に対し単純な孔加工を施すだけでよいので、加工負担を軽減して生産性の向上を図ることができるとともに製造コストを低減させることができる。
また、本請求項３に記載の構成によれば、複数のカムプレートが２つの連結ピンで固定されることで、カム組立時の位相合わせが容易となって、組み立て性を向上させることができるとともに、カムが駄肉（不要部分）を有さない構成とされるので、軽量化を図ることができる。

本請求項３に記載の構成によれば、位置固定部材が配置されカムプレートの存在しない空間を環状スプリングの装着部として利用できるので、カムの製造過程において環状スプリング装着溝の加工が不要となり、この点においても、加工負担を軽減して生産性の向上を図ることができるとともに製造コストを低減させることができる。また、位置固定部材がスプリング受け部を兼ねることで、環状スプリングからの付勢力を適正にカムの噛み合い方向に作用させることが可能となるので、各々のカムの噛み合いの程度に差が生ずることを回避することができる。

本発明のカムクラッチの一例における構成を示す回転軸方向から見た平面図である。 図１に示すカムクラッチの回転軸に沿った断面斜視図である。 図１に示すカムクラッチの回転軸に沿った軸方向部分断面図である。 図１に示すカムクラッチにおけるカムの構成を示す分解斜視図である。 図１に示すカムクラッチにおけるカムの構成を示す揺動軸方向から見た平面図である。 図１に示すカムクラッチの噛み合い待機状態におけるカムの状態（姿勢）を概略的に示す断面図である。 図１に示すカムクラッチの空転時におけるカムの状態（姿勢）を概略的に示す断面図である。

図１乃至図３に示すように、本実施形態に係るカムクラッチ１００は、同一軸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の軌道面１１１と外輪１２０の軌道面１２１との間の環状空間において周方向に設けられ内輪１１０と外輪１２０との間でトルクの伝達及び遮断を行う係合子としての複数のカム１３０と、複数のカム１３０の各々を内輪１１０及び外輪１２０に対する噛み合い方向に付勢する環状スプリング１６０を備えている。

複数のカム１３０の各々は、図４にも示すように、揺動軸方向に並列して配置される２つのカムプレート１３１と、周方向に離間した２か所において揺動軸方向に延びるよう設けられ２つのカムプレート１３１の各々を互いに連結する２つの連結ピン１３５とにより構成されている。一対のカムプレート１３１が２つの連結ピン１３５で固定されることで、カム組立時の位相合わせが容易となって、組み立て性を向上させることが可能となるとともに、カムが駄肉（不要部分）を有さない構成とされるので、軽量化を図ることが可能となっている。
本実施形態においては、カム１３０が組み立てられた状態においては、図５に示すように、カム１３０の重心位置Ｇがカム１３０の外輪側係合面１３３と外輪１２０の軌道面１２１との接点Ｃにおける法線Ｈに対し噛み合い方向に片寄った位置に形成されるように、２つの連結ピン１３５の位置が設定されている。

本実施形態に係るカム１３０においては、カムプレート１３１の数は２つとされているが、カムプレートの数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。例えば、３つのカムプレートを備えたカムにおいては、隣接する２つのカムプレート間の空間を環状スプリングの装着部として利用することができ、従って、２本の環状スプリングが装着可能となる。このため、要求される機能に好適な付勢力を確実にカムに付与することが可能となる。
また、本実施形態に係るカム１３０は、２つのカムプレート１３１が２つの連結ピン１３５により連結された構成とされているが、１つの連結ピンにより連結される構成であっても、３つ以上の連結ピンにより連結される構成であってもよい。

各々のカムプレート１３１は、互いに同一の外周輪郭形状を有する。これにより、カムプレート１３１間で噛み合いの程度に差が生ずることがなく、フリクションロスを低減させることが可能となる。また、生産性の向上及び製造コストの削減を図ることが可能となる。
カムプレート１３１は、図５に示すように、内輪１１０の軌道面１１１と当接する内輪側係合面１３２と、外輪１２０の軌道面１２１に当接する外輪側係合面１３３を有する。内輪側係合面１３２の断面形状は例えば円弧状であり、外輪側係合面１３３の断面形状は、内輪側係合面１３２より曲率半径の小さい円弧状部分を含む曲線状である。なお、図５においては、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。

カムプレート１３１には、厚み方向に貫通する２つのピン孔１３４が形成されており、連結ピン１３５がピン孔１３４に圧入されることで２つのカムプレート１３１が一体に固定される。
このような構成であることにより、２つのカムプレート１３１の相対的な位置関係（カムプレート１３１の姿勢）にずれが生じることを回避することができるので、各々のカムプレート１３１の噛み合いの程度に差が生ずることを回避することができる。また、各々のカムプレート１３１は、板材を打ち抜くことでピン孔１３４と同時に作製可能なため、この点においても、加工負担を軽減して生産性の向上を図ることが可能となるとともに製造コストを低減させることが可能となる。

本実施形態においては、連結ピン１３５として例えば円柱状のものが用いられており、ピン孔１３４は、開口形状が円形状であって、厚み方向に均一な大きさの孔径を有するように構成されているが、連結ピンの断面形状及びピン孔の開口形状は、円形状に限定されず、主として製造しやすい形状であれば、例えば多角形状や、楕円形状、長円形状などであってもよい。連結ピンの断面形状及びピン孔の開口形状を多角形状とした場合には、２つのカムプレートの相対回転を阻止する回り止め機能をより確実に得ることが可能である。また、連結ピンは、外径が軸方向において均一な円柱状である必要はなく、外径が異なる部分を有していてもよい。連結ピンは、カムプレートと別部材で構成されているが、一方のカムプレートと一体に構成されていてもよい。

各々のカム１３０は、環状スプリング１６０が２つのカムプレート１３１間に装着可能に構成されている。すなわち、本実施形態のカム１３０においては、カムプレート１３１の存在しない空間を環状スプリング１６０の装着部として利用できるので、カム１３０の製造過程において環状スプリング装着溝の加工が不要となり、加工負担を軽減して生産性の向上を図ることが可能となるとともに製造コストを低減させることが可能となっている。
本実施形態では、環状スプリング１６０が２つのカムプレート１３１間に装着される構成とされているが、少なくとも一方の連結ピンを端部がカムプレートの外端面より突出するように設け、環状スプリング１６０をカムプレートの揺動軸方向外側に装着する構成とされていてもよい。

本実施形態におけるカムクラッチ１００においては、環状スプリング１６０として例えば環状のガータスプリングが用いられており、図６Ａに示すように、ガータスプリングがカム１３０の外輪側係合面１３３側から装着されることで複数のカム１３０の各々を径方向内方に向かって付勢して噛み合い方向の回転モーメントＭを付与するように構成されている。複数のカム１３０の各々がガータスプリングで拘束されることで、すべてのカム１３０が姿勢（傾き）にバラつきを生ずることなく安定的に保持される。
本実施形態では、環状スプリング１６０が複数のカム１３０の各々を径方向内方に向かって付勢するように設けられているが、環状スプリングが複数のカム１３０の各々を径方向外方に向かって付勢するように設けられる構成とされていてもよい。また、環状スプリングは、複数のカム１３０の各々を内輪１１０及び外輪１２０に対し噛み合わせる方向に付勢するものであればよく、ガータスプリングに限定されない。

而して、上記のカムクラッチ１００においては、隣接する２つのカム１３０の相対位置を固定する位置固定部材１４０を備えており、従って、カム１３０を保持するケージリングなどの保持器を有さない構成とされる。
位置固定部材１４０は、隣接する２つのカム１３０をそれぞれ独立して揺動可能に連結するように構成されている。
本実施形態における位置固定部材１４０は、平面形状が長円形の板状部材で構成され、長軸方向に離間した位置に２つのピン孔１４１が設けられている。そして、連結ピン１３５に対してカムプレート１３１が揺動可能であるように、隣接する２つのカム１３０の連結ピン１３５のそれぞれが遊嵌状態でピン孔１４１に挿入されることで、カム１３０の挙動が阻害されることなしに、隣接する２つのカム１３０が独立して揺動可能に連結され相対位置関係が固定される。
このような構成であることにより、構造がシンプルで製造し易く生産性の向上及び製造コストの低減化を実現することが可能となるとともに、専用の保持器を作製する必要がないので、高い汎用性を得ることが可能となっている。しかも、ワイヤーケージにより構成された保持器を具えたカムクラッチのように、カムの数についての制限がなくなるので、高い設計自由度を得ることができるようになっている。本実施形態においては、カム１３０の数は、偶数個例えば２２個とされているが、奇数個であってもよく、カム１３０の数は目的に応じて適宜変更可能である。

位置固定部材１４０は、２つのカムプレート１３１間において、内輪１１０及び外輪１２０に接触することのないように、カムプレート１３１の外周縁の内側に配置され、環状スプリング１６０と接触して環状スプリング１６０からの付勢力を受けるように構成されている。位置固定部材１４０がスプリング受け部を兼ねることで、環状スプリング１６０からの付勢力を適正にカム１３０の噛み合い方向に作用させることが可能となるので、各々のカム１３０の噛み合いの程度に差が生ずることを回避することができる。

而して、上記のカムクラッチ１００においては、図６Ａに示すように、環状スプリング１６０により回転モーメントＭが付与されることでカム１３０の内輪係合面１３２が内輪１１０の軌道面１１１に接触するとともにカム１３０の外輪側係合面１３３が外輪１２０の軌道面１２１に接触しており、すべてのカム１４０は、内輪１１０または外輪１２０にトルクが働くことで内輪１１０及び外輪１２０に対する噛み合いが直ちに開始されるように噛み合い待機の状態を維持している。
例えば内輪１１０を一方向（図６Ａにおいて時計方向）に回転させた時には、カム１３０の内輪側係合面１３２が内輪１１０の軌道面１１１と摩擦係合するとともにカム１３０の外輪側係合面１３３が外輪１２０の軌道面１２１と摩擦係合し、内輪１１０と外輪１２０との間でのトルク伝達が行われる。
一方、図６Ｂに示すように、内輪１１０を他方向（図６Ｂにおいて反時計方向）に回転させた時には、所定の遠心力を受けることで、環状スプリング（図６Ｂにおいては省略してある）の付勢力による回転モーメントに抗ってカム１３０が揺動し、カム１３０が遠心力によって内輪１１０に対して浮き上がる。カム１３０の内輪側係合面１３２と内輪１１０の軌道面１１１が非接触状態となることで内輪１１０が空転し、内輪１１０と外輪１２０との間でのトルク伝達が遮断される。このため、高速空転時におけるカム１３０の内輪側係合面１３２及び外輪側係合面１３３の摩耗を防ぐことが可能となっている。
また、位置固定部材１４０は、隣接する２つのカム１３０の連結ピン１３５のそれぞれが遊嵌状態でピン孔１４１に挿入されていることから、カム１３０の揺動に伴って位置固定部材１４０が回転することで、位置固定部材１４０がカム１３０の挙動を阻害することがなく、円滑な動作が可能で、高い応答性が得られる。

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。
例えば、上記実施形態においては、隣接する２つのカムがプレート状の位置固定部材により連結された構成とされているが、隣接する２つのカムの相対位置関係を固定する手段は、隣接する２つのカムをそれぞれ独立して揺動可能に連結することが可能であれば、プレート状の位置固定部材に限定されるものではない。
また、２つのカムプレートを固定する連結ピンが位置固定部材のピン孔に挿入された構成とされているが、円筒状のブシュを位置固定部材のピン孔に圧入して設け、連結ピンをブシュ内に遊嵌状態で挿入した構成とされていてもよい。
さらにまた、一の連結ピンに対して２つの位置固定部材が装着された構成とされていてもよい。
また、上記実施形態においては、位置固定部材が２つのカムプレート間に装着される構成とされているが、少なくとも一方の連結ピンを端部がカムプレートの外端面より突出するように設け、位置固定部材をカムプレートの揺動軸方向外側に装着する構成とされていてもよい。このような構成とする場合には、位置固定部材の抜け防止部材を設ければよい。
また、上記実施形態においては、カムを内輪及び外輪に対し噛み合い方向に付勢する付勢手段を具えた構成のものについて説明したが、付勢手段を有さない構成とされていてもよい。この場合には、カムの重心位置を適宜変更して、遠心力の作用により内輪及び外輪に摩擦係合するように構成すればよい。
以上においては、本発明を一方向カムクラッチに適用した場合について説明したが、例えば互いに異なる方向に回転モーメントが付与されるように構成された２種のカムを備えた二方向カムクラッチや、カムクラッチの動作モードを強制的に切り替える動作モード切替機構を備えたカムクラッチなどに適用することも可能である。

１００ ・・・ カムクラッチ
１１０ ・・・ 内輪
１１１ ・・・ 軌道面
１２０ ・・・ 外輪
１２１ ・・・ 軌道面
１３０ ・・・ カム
１３１ ・・・ カムプレート
１３２ ・・・ 内輪側係合面
１３３ ・・・ 外輪側係合面
１３４ ・・・ ピン孔
１３５ ・・・ 連結ピン
１４０ ・・・ 位置固定部材
１４１ ・・・ ピン孔
１６０ ・・・ 環状スプリング

Claims (4)

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の間において周方向に並ぶように配置された複数のカムとを具えたカムクラッチであって、
   隣接する２つのカムの相対位置を固定する位置固定部材を備え、
   前記位置固定部材は、隣接する２つのカムをそれぞれ独立して揺動可能に連結するように構成されていることを特徴とするカムクラッチ。
2. 前記カムは、互いに同一の外周輪郭形状を有し揺動軸方向に並列して配置される複数のカムプレートと、揺動軸方向に延びるよう設けられ前記複数のカムプレートの各々を互いに連結する連結ピンとを備え、
   前記位置固定部材は、隣接する２つのカムの連結ピンのそれぞれに遊嵌状態で装着されていることを特徴とする請求項１に記載のカムクラッチ。
3. 前記複数のカムプレートは、周方向に離間した２か所において前記連結ピンにより連結されていることを特徴とする請求項２に記載のカムクラッチ。
4. 前記複数のカムを前記内輪及び前記外輪に対する噛み合い方向に付勢する環状スプリングをさらに備え、
   前記連結部材は、前記環状スプリングと接触して前記環状スプリングからの付勢力を受けるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカムクラッチ。

Images