JP2001165199A

JP2001165199A - 一方向クラッチ

Info

Publication number: JP2001165199A
Application number: JP34452499A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Matsumoto; 靖之松本; Osamu Fujii; 修藤井; Toshiyuki Yamamoto; 敏之山本; Toshiyuki Kato; 寿之加藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】構成部品点数の少ない一方向クラッチを提供す
る。【解決手段】軸部材１と方向規制リングが同心が配置さ
れ、方向規制リングの内径面側に設けられた複数のポケ
ット４にそれぞれころ５が収容されて、当該軸部材１と
方向規制リングとの間で、複数のころ５を介してトルク
の伝達・切断が行われる。上記ポケット４から上記ころ
５を楔状空間に付勢する弾圧部７が突出し、当該弾圧部
７は方向規制リングと一体に形成されている。符号・・
は、ころ５の脱落を防止する保持突起８であって、当該
保持突起８も方向規制リングと一体に形成されている。
また、上記弾圧部７等と一体になっている方向規制リン
グは、弾性率が２ＧＰａ以上の樹脂からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、複写機、
ファクシミリ、プリンター等の事務機器や、各種の産業
機械の回転軸等に装着して用いられる一方向クラッチに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリなどで使用される一方向ク
ラッチとしては、例えば特開平９−８９０１１号公報に
記載されたものがある。この一方向クラッチでは、軸部
材（内径側部材）の外径側に対し同心に方向規制リング
（外径側部材）が配置される。方向規制リングの内径面
には、円周方向に沿って複数のポケットが設けられ、そ
の各ポケットにころが収容されることで、上記方向規制
リングの内径面は、複数のころを介して軸部材の外径面
に支持される。

【０００３】上記ポケットの底面の一部は、円周方向一
方に向けて狭くなる楔状の空間を形成する傾斜したカム
面となっていると共に、ポケット内に収容されたころを
上記円周方向一方に向けて付勢する金属製板材からなる
バネ片が、当該ポケット内に装着されている。そして、
例えば、軸部材が上記円周方向一方側に軸回転する場合
には、ころがカム面と軸部材外径面との間で形成される
楔状空間に押しつけられることで（ロック動作）、つま
りころがロック状態となることで、軸部材と方向規制リ
ングとが接続して軸部材のトルクが方向規制リングに伝
達され、逆に、軸部材が反対方向に軸回転する場合に
は、ころがバネ片側に移動してフリー状態となることで
上記ロック状態が解除され、軸部材と方向規制リングと
の間のトルク伝達が切断される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記一
方向クラッチでは、クラッチ機構を構成する部品とし
て、軸部材を除けば、方向規制リング、金属製のバネ
片、及びトルク伝達用の複数のローラが必要となり、ク
ラッチを構成する部品点数が多く、その分だけコスト高
となったり、組付け作業に手間が掛かるという問題があ
る。

【０００５】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、構成部品点数の少ない一方向クラッチ
を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の一方向クラッチは、同心に配置される内径
側部材及び外径側部材における、径方向で対向する面間
で転動体を介してトルクの断続が行われるものであっ
て、上記両部材の一方が方向規制リングからなり、その
方向規制リングにおける上記両部材の他方と対向する面
側には、円円周方向に沿って上記転動体を収容可能な複
数のポケットが設けられ、その各ポケットには、円周方
向一方に向けて狭くなる楔状の空間を形成するカム面が
設けられていると共に、上記ポケットに収容された転動
体を上記円周方向一方に向けて付勢する弾圧部を備える
一方向クラッチにおいて、上記弾圧部を方向規制リング
と一体に形成したことを特徴とするものである。

【０００７】ここで、ポケット内に収容されて弾圧部で
付勢される転動体を当該ポケット内に保持するための保
持突起を、上記方向規制リングと一体に形成することが
好ましい。また、上記方向規制リングを外径側部材と
し、内径側部材を軸部材とした場合には、上記ポケット
は方向規制リングの内径面側に形成される。

【０００８】本発明によれば、クラッチ機構部分を構成
する部品が、方向規制リングと、当該方向規制リングと
径方向で対向する部材（内径側部材又は外径側部材）、
及びトルク伝達用の転動体で構成されることで部品点数
が少なく、低コストの一方向クラッチとなる。ここで、
軽量化や加工容易性等の観点から、上記弾圧部と一体に
形成される方向規制リングを樹脂製とすることが好まし
い。

【０００９】但し、一方向クラッチでは、上記ころによ
るロック動作及びフリー動作が繰り返し発生し、ロック
動作の度にころからカム面に大きな圧縮応力が作用す
る。このため、方向規制リングを樹脂製とした場合に
は、上記大きな圧縮応力によって上記カム面が変形し
（楔状空間のくさび角が変化し）、経時的にロック精度
が劣化するおそれがある。また、転動体を押圧する弾圧
部を方向規制リングと一体に成形すると、樹脂の種類に
よっては剛性が低いことから、一定の変位での弾圧部の
付勢力が許容以上に変化するおそれがあり、当該付勢力
が小さいとロックの遅れが発生し、反対に付勢力が大き
いとロック解除がスムースに行われないというようなお
それがある。

【００１０】以上のことを考慮すると、上記弾圧部と一
体に形成される方向規制リングを樹脂製とする場合に
は、弾性率が２ＧＰａ以上且つ１０ＧＰａ以下となって
いる樹脂を用いることが好ましい。弾圧部と一体に形成
される方向規制リングを、弾性率が２ＧＰａ以上且つ１
０ＧＰａ以下の樹脂とすることで、上述のように部品点
数が少ないにも関わらず、経時的なロック精度の劣化が
抑えられる一方向クラッチを提供することが可能とな
る。

【００１１】上記弾性率の境界値は以下の理由による。
すなわち、転動体からのロック時の圧縮応力による方向
規制リングの変形をできるだけ抑えて大きな伝達トルク
を得るためには、高弾性の樹脂材料が好ましい。また、
繰り返し応力によるカム面の永久変形（クリープ）を抑
制するためにもより高剛性が好ましい。そして、弾性率
が２ＧＰａ未満だと、特に圧縮応力によりカム面が必要
以上に変形して楔状空間の楔角が変わることで伝達トル
クが不足すると共に、弾圧部による転動体への付勢力が
不足してロックの遅れやばらつきを生じる。反対に、樹
脂の弾性率が１０ＧＰａを超えると、弾圧部の付勢力が
大きくなりすぎて、ロック解除時の遅れが発生するおそ
れがある。このような理由から、弾性率が２ＧＰａ以
上、１０ＧＰａ以下としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、複写機にお
ける紙送り駆動用のギヤ部分に一方向クラッチを設けた
場合の例で説明する。図１及び図２がその構造を示す図
である。まず、構成について説明すると、図１及び図２
に示すように、軸部材１（内径側部材）の外周に外輪部
材２（外径側部材）が同心に配置され、さらに、外輪部
材２の外径面に対し圧入によってギア３が同心に取り付
けられている。

【００１３】上記外輪部材２は、樹脂製の方向規制リン
グであって、上記軸部材１の外径面と対向する内径面側
には、円周方向に沿って所定間隔毎に複数のポケット４
が形成されている。図２では、ポケット数が６個の場合
を例示している。そして、各ポケット４にころ５（転動
体）が収容され、収容された各ころ５が軸部材１に摺接
することで、外輪部材２は、その複数のころ５を介して
上記軸部材１に同心に支持される。

【００１４】上記ポケット４の底面における円周方向一
方（本実施形態では反時計回りの方向）側は、当該円周
方向一方に向かうにつれて軸部材１との間隙が連続して
小さくなるように傾斜してカム面６を構成する。すなわ
ち、上記ポケット４と軸部材１外径面との間に形成する
空間は、円周方向一方側が、当該円周方向一方に向けて
間隙が狭くなる楔状の空間となっていて、カム面６と軸
部材１との間の半径方向寸法が、円周方向一方に向かう
につれて、ころ径よりも大きい部分から、ころ径よりも
小さい寸法に連続的に変化するように設定されている。

【００１５】また、ポケット４の底面における円周方向
他方側（本実施形態では時計回りの方向側）から略内径
方向に向けて舌状の弾圧部７が突出し、当該弾圧部７に
よってポケット４内に収容したころ５がカム面６側（円
周方向一方側）に向けて付勢されている。ここで、符号
８は、ポケット４に収容されて弾圧部７に付勢された状
態のころ５が、当該ポケット４から脱落することを防止
するための保持突起である。この保持突起８によって、
外輪部材２を軸部材１に組み付ける前であっても、ポケ
ット４内にころ５を保持した状態とすることができる。
なお、ころ５は弾圧部７と保持突起８によって脱落が防
止されるので、ポケット４の内径側の開口幅は、ころ５
の直径よりも大きくても構わない。

【００１６】また、外輪部材２の軸方向一端部には、図
１に示すように、ころ５の軸方向への抜けを防止するた
めの鍔部９がある。この鍔部９は、外輪部材２と一体成
形されていても良いし、外輪部材２とは別体となってい
ても良い。この鍔部９が外輪部材２と別体となっている
場合には、外輪部材２とは別の樹脂によって形成しても
良いし、金属製であっても良い。なお、軸方向他端部側
は、ギヤ３のフランジ部３ａによって、ころ５の抜けが
防止される。

【００１７】そして、本実施形態にあっては、上記弾圧
部７及び保持突起８が、方向規制リングである外輪部材
２と一体成形されている。次に、本実施形態の一方向ク
ラッチの動作や作用などについて説明する。上記構成の
一方向クラッチにあっては、外輪部材２及びギア３に対
して相対的に軸部材１が反時計回りに軸回転すると、各
ころ５は、楔形状の空間を形成するカム面６と軸部材１
との間に挟まれてロック状態となり、当該ころ５を介し
て、軸部材１のトルクが外輪部材２及びギア３に伝達さ
れる。反対に、外輪部材２及びギア３に対して相対的に
軸部材１が時計回りに軸回転すると、各ころ５は、弾圧
部７の付勢に抗してカム面６から離れる方向移動して、
軸部材１とポケット４の底面との間の半径方向の寸法が
ころ径よりも広い空間に位置することでころ５はフリー
状態となって空転し、軸部材１のトルクは外輪部材２及
びギア３に伝達されない。このようにして、一方向クラ
ッチとしての動作が確保される。

【００１８】そして、本実施形態では、クラッチ機構部
分が、軸部材１を除けば、外輪部材２と複数のころ５だ
けから構成されることで、部品点数が少なく、コストが
抑えられると共に、組付けも容易となる。本実施形態で
は、軽量化や成形を容易にするために、方向規制リング
を構成し且つ弾圧部７と一体となっている外輪部材２を
樹脂から構成している。このとき、ころ５のロック時
に、外輪部材２、特にカム面６にはころ５からのトルク
伝達のため大きな荷重を受ける。一般に、樹脂材料は金
属に比べ弾性率が小さく、金属より大きな変形を生じ
る。したがって、上記樹脂としては、大きな伝達トルク
を確保するために、高弾性の材料が好ましい。また、ロ
ック動作によって生じる繰り返しの応力による永久変形
（クリープ）を抑制するためにも、より高剛性が好まし
い。樹脂の弾性率は、２ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下のも
のを使用する。弾性率が２ＧＰａ未満だと、特にカム面
６の変形により伝達トルクが不足し又弾圧部７のころ５
への押圧力が不足してロックの遅れやばらつきを生じ
る。反対に、弾性率が１０ＧＰａを超えると、弾圧部７
の押圧力が大きく解除時の遅れが発生すると共に、ポケ
ット４へのころ５の組み付けが困難となる場合もある。
また、弾圧部７を上述のように舌状形状にした場合に
は、弾性率が同じでも厚さによって撓み易さが変わる
が、樹脂のよって外輪部材２と弾圧部７とを一体に成形
すると、弾圧部７の形状にばらつきが起きやすくなる。
したがって、形状のばらつきによる、各弾圧部７の付勢
力のバラツキを抑える点からも弾性率は２ＧＰａ以上が
好ましい。

【００１９】また、ころ５を内径方向から押圧してポケ
ット４内に保持する保持突起８についても、ころ５を適
切な力で押さえておくだけの弾性率が必要がある。この
観点からも高剛性の弾性率を有する樹脂から保持突起８
を備えた外輪部材２を構成することが好ましい。また、
保持突起８はころ５からの反力で内径側に撓むため、そ
の撓み量と樹脂の弾性率によって、保持突起８による各
ころ５への押圧力が決まる。各保持突起８は、ころ５に
対して同じ力で押圧することが好ましいが、樹脂で外輪
部材２と保持突起８とを一体に成形すると、保持突起８
の形状にばらつきが起きやすく、保持突起８の弾性率が
比較的に低くなるおそれがある。したがって、保持突起
８に生じる撓み量を大きくすることで、所定以上の押圧
力を確保して、複数の保持突起同士での押圧力のばらつ
きを吸収することが好ましい。

【００２０】外輪部材２を構成する高弾性率の樹脂材料
としては、例えば６６ナイロン、６ナイロン、１１ナイ
ロン、１２ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリアセタ
ール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、オレフィ
ン系樹脂を単独で用いるか、又は、補強材を充填して使
用することで実現できる。補強材を充填することによ
り、樹脂材料の弾性率は大きくなり、耐圧性能も向上す
ることから、補強材の種類と充填量を選定することによ
り、任意の弾性率に調整できる。補強材としては、ガラ
ス繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウムウィスカーな
どのウィスカーを例示できる。

【００２１】また、一方向クラッチに所要のロック性能
を確保するために、ころ５がロック状態となったときに
おける、ころ５の軸部材１との接点の接線と、ころ５の
カム面６との接点の接線とのなすくさび角θ（図２参
照）は、ロックによる任意トルクの増大ロックの遅れを
少なくすると共にロック状態のバラツキを小さくすると
いう観点から、５°以上が好ましく、更に好ましくは１
０°以上がより好ましい。

【００２２】ここで、弾圧部７の位置や形状は、図２に
示すものに限定されず、図３及び図４に示すように、楔
状の空間と円周方向で対向するポケット４面から楔状空
間に向けて舌状の弾圧部７を突出させても良い。また、
ポケット４の底面から略内径方向に弾圧部７を突出させ
る場合であっても、図５に示すように、弾圧部７の先端
部を外径側に跳ねた様な形状として弾圧部７の形状によ
って当該弾圧部７による付勢力を調整しても良い。さら
には、図６に示すように、舌形状の弾圧部７を別途、設
けることなく、ポケット４の円周方向の幅を狭くして、
上記楔状の空間と円周方向で対向するポケット４側面部
を弾圧部１１として使用しても良い。

【００２３】さらに、図７に示すように、ポケット４面
から楔状空間に向けて板状の弾圧部７を突出させても良
い。、また、図７では左右に２本（Ａ−Ａ′断面）突出
させているが、突出位置を軸方向にずらして１本として
も良い。また、上記実施形態では、転動体としてころ５
を例示しているが玉であっても良い。但し、外輪部材２
を樹脂で構成した場合には、応力緩和の観点から接触面
積の大きいころ５を用いる方が有利である。なお、転動
体の材質は、特に限定しないが、軸受鋼などの金属が例
示できる。軸部材１は、一般にステンレス等が使用され
る。

【００２４】また、上記実施形態では、外径側部材であ
る外輪部材２を方向規制リングとしているが、例えば、
外輪部材２を軸部材１に圧入で固定し、当該外輪部材２
外径面とギア３内径面との間にクラッチ機構を形成して
も良い。この場合には、外輪部材２の外径面側にポケッ
ト４などが配置される。

【００２５】

【実施例】上記図１及び図２に示す構成の一方向クラッ
チについて、弾圧部７を備えた外輪部材２を樹脂製とし
た。外輪部材２の材料して、ポリアセタール樹脂（ポリ
プラスチック（株）製ジュラコン、Ｍ９０）、ポリアセ
タール樹脂（ポリプラスチック（株）製ジュラコン、Ｍ
９０）にガラス繊維を２５％充填した材料（ポリプラス
チック（株）製ジュラコン、ＧＨ２５）、６６ナイロン
の３０％ガラス繊維強化材料（ＢＡＳＦジャパン（株）
ウルトラミッドＡ３ＷＧ６）、及びポリエチレン（三井
化学（株）ハイゼックス２１００Ｊ）をそれぞれ用い
て、４種類の外輪部材２をそれぞれ成形した。

【００２６】その後、各外輪部材２について、ポケット
４にころ５を装着し、図８に示す耐久試験機で耐久性評
価の試験を行った。この試験機は、ころ５を収容した評
価する外輪部材２を軸部材１の一端部に装着し、外輪部
材２外周に取り付けたアーム１２をモータ駆動で揺動さ
せることで、ころ５によるロック状態とフリー状態を繰
り返すものである。軸部材１の他端部には、トルク負荷
用の荷重レバー１３が取り付けられている。

【００２７】そして、トルク負荷用の荷重レバーによっ
て軸部材１に負荷するトルク負荷を４９Ｎ・ｃｍに設定
して、上記４種類の各外輪部材２について耐久性能試験
を行った。その結果を表１に示す。ここで、一方向クラ
ッチの耐久寿命の評価として、入力と出力の応答の時間
差が２倍になるまでロック精度が劣化した時点の繰り返
し回数を採用した。

【００２８】

【表１】

【００２９】この表１から分かるように、弾圧部７が一
体成形された外輪部材２（方向規制リング）の樹脂の弾
性率が２．５ＧＰａ以上であれば、弾圧部７が一体に形
成されている外輪部材２を樹脂製としても耐久性の向上
が認められ、必要とする寿命が確保できる。さらに、上
記外輪部材２を構成する樹脂の弾性率を変えて、上記評
価試験を繰り返したところ、弾性率が２ＧＰａ前後で耐
久寿命が向上することを確認した。つまり、弾圧部７が
一体成形された外輪部材２（方向規制リング）の樹脂の
弾性率が２．０ＧＰａ以上であれば、弾圧部７が一体に
形成されている外輪部材２を樹脂製としても耐久性の向
上が認められ、必要とする寿命が確保できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明を採用
すると、転動体をカム面６に付勢する弾圧部７が方向規
制リングと一体で形成されていることから、クラッチ機
構を構成する部分が内径側部材、外径側部材、及び転動
体だけとなり、低コストの一方向クラッチを提供できる
という効果がある。また、部品点数が減少することは、
組付けも簡易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施形態に係る一方向クラッチ
を示す断面図である。

【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。

【図３】他の弾圧部の構成を示す断面図である。

【図４】他の弾圧部の構成を示す断面図である。

【図５】他の弾圧部の構成を示す断面図である。

【図６】他の弾圧部の構成を示す断面図である。

【図７】他の弾圧部の構成を示す断面図であり、（ａ）
は断面全体図を、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図を表して
いる。

【図８】実施例で用いる耐久試験機の概略構成図であ
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１軸部材２外輪部材（方向規制リング）３ギア４ポケット５ころ６カム面７弾圧部８保持突起９鍔部１１弾圧部 θ くさび角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本敏之神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内 (72)発明者加藤寿之神奈川県高座郡寒川町一之宮４−17−３株式会社コーメー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同心に配置される内径側部材及び外径側
部材における、径方向で対向する面間で転動体を介して
トルクの断続が行われるものであって、上記両部材の一
方が方向規制リングからなり、その方向規制リングにお
ける上記両部材の他方と対向する面側には、円周方向に
沿って上記転動体を収容可能な複数のポケットが設けら
れ、その各ポケットには、円周方向一方に向けて狭くな
る楔状の空間を形成するカム面が設けられていると共
に、上記ポケットに収容された転動体を上記円周方向一
方に向けて付勢する弾圧部を備える一方向クラッチにお
いて、上記弾圧部を方向規制リングと一体に形成したことを特
徴とする一方向クラッチ。