JP2005163904A - クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 ころがスキューした場合でも、ころエッジが内外輪に食い込むことがないクラッチの提供
【解決手段】 本発明に係るクラッチ２０は、係合子収容空間６を形成する内輪１の外周面２と外輪４の内周面５を、ころ７がスキューしたときにころエッジ７ａが内輪１と外輪４に楔係合しない形状にしたものである。例えば、外輪４の内周面５を、その軸方向の縦断面において、中央部分５ａが内径側に突出した凸曲面で形成するとよく、このクラッチ２０によれば、ころエッジ７ａが押し込まれる外輪４の内周面５の両側部分５ｂ、５ｃが外径側に反っているので、ころ７がスキューした場合でも、ころエッジ７ａは内外輪１、４に楔係合せず、ころ７の中間部分７ｂが内輪１と外輪４に線接触して楔係合する。このため、ころ７が食い込んだ部分に大きな応力集中が生じず、異常音の発生を抑えることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内輪と外輪との間にころを配設し、内外輪にころを係合させたり、ころの係合を解除したりして、内外輪のロック（動力伝達）とロック解除を行なうクラッチに関するものである。

斯かるクラッチ５０には、例えば、図１に示すように、内輪１の外周面２に設けた平坦なカム面３と、円筒形状の外輪４の内周面５との間に形成した係合子収容空間６にころ７（ローラ）を配設し、ころ７を楔係合させて内外輪１、４をロックしたり、ころ７の楔係合を解除して内外輪１、４のロックを解除したりするものが知られている（特許文献１、２）。

図１に示すクラッチ５０の各係合子収容空間６は、それぞれ周方向の両側にころ７が楔係合可能な楔形空間８を備え、周方向の中央にころ７の係合が解除される係合解除空間９を備えている。斯かる係合子収容空間６は、内輪１と外輪４の間に、周方向に所定の間隔で複数形成されており、それぞれころ７を２つずつ、ばね１０（弾性部材）を挟んで配設している。係合子収容空間６の周方向両側には、保持部材１１が延在しており、保持部材１１を周方向に操作することにより、ころ７を係合子収容空間６内で周方向に移動操作できるようになっている。このクラッチ５０は、ころ７を楔形空間８に移動させて内外輪１、４に係合させると内外輪１、４がロック（動力伝達）し、ころ７を係合解除空間９に移動させてころ７の楔係合を解除すると内外輪１、４のロックが解除されるようになっている。

例えば、このクラッチ５０の内輪１にトルクを入力し内輪１を右方向に回転させると、内外輪１、４との接触により、図中右側のころ７が内輪１の回転に応じて係合子収容空間６の楔形空間８に移動し、楔形空間８の狭小部に食い込んで楔係合し、内外輪１、４をロックする。そして、内外輪１、４にころ７が楔係合した状態から内輪１を少し左方向に回転させると、ころ７の楔係合が解除され、内外輪１、４のロックを解除することができる。また、ころ７の楔係合を解除する他の方法として、内外輪１、４に係合したころ７を保持部材１１で楔形空間８の狭小部から押し出してころ７の楔係合を解除し、内外輪１、４のロックを解除してもよい。

また、内輪１と一緒に保持部材１１を回転させて、保持部材１１でころ７を楔形空間８の狭小部から押し出しながら内輪１を回転させるようにすると、内輪１が回転してもころ７が内外輪１、４を係合しないようになり、内輪１に入力されたトルクを外輪４に出力されないようになる。これにより内輪１に入力されたトルクを外輪に出力しない逆入力防止クラッチを構成することができる（特許文献２）。

また、特許文献３には、入力側から出力側へトルクを伝達する過程において、ロック状態からロック解除状態へ移行する動作を円滑にして操作力を低減するために、ころ７にクラウニングを施したものが記載されている。

また、図示は省略するが、クラッチの他の形態として、外輪の内周面に異形形状を設けて、係合子収容空間を形成したものもある（特許文献２、図１２参照）。また、外輪の内周面を異形形状として、周方向の一方に内輪と外輪との間にころが楔係合可能な楔形空間を設け、周方向の他方にころの係合が解除される係合解除空間を設けた係合子収容空間を形成したワンウェイクラッチなどもある（特許文献４）。
特開平２−２７１１１６号公報（図２） 特開２００２−１２２１５８号公報（図１６、図１２） 特開２００２−１２２１６２号公報（図１６、図２４） 特開平２−３０９０２１号公報（図２）

これらのクラッチは、実際の使用では、内輪と外輪の取り付けに多少の誤差が生じるので、ころ７がスキューする場合がある。ここで「スキュー」とは、ころ７の軸線がクラッチの軸線に対して傾く現象をいう。

ころ７がスキューすると、ころエッジ（ころの端部）が先行して楔形空間８の狭小部に接触して楔係合する状態になり、ころエッジが内輪１の外周面２又は外輪４の内周面５の何れかと点接触した状態で楔係合する場合がある。この状態で出力軸側にトルクが負荷された場合、ころエッジが食い込んだ部分に荷重が集中し、局部的に面圧が高くなる。このため大きな変形が生じ、ロックを解除するときに、その変形が急にもどって”バキ”、”グキ”などの異常音が発生することがある。

また、特許文献３のように、ころ７にクラウニングを施すことにより、ころエッジが楔形空間８の狭小部に食い込んだときに生じる応力集中を低減させることができるが、根本的にころエッジが食い込む現象が生じることは避けられず、負荷トルクが大きいと異常音が発生し易い傾向になる。また、ころ７のクラウニングを大きくすれば、ころエッジが食い込むことにより生じる応力集中を小さくすることができるが、製造上、クラウニングを大きくすることは困難であり、また、クラウニングを大きくし過ぎると、ロック時のトルク容量が小さくなり過ぎてしまう。

また、特許文献４に記載したワンウェイクラッチでは、使用温度が４５℃以上になると、潤滑材の油膜が薄くなり、ころ７が空転する場合にころ７と内輪１との接触が不安定になって、ころ７と内輪１との間にステックスリップが生じて異常音が発生する場合がある。

そこで、本発明は、ころがスキューした場合でも、ころエッジが内外輪に食い込むことがないクラッチを提供することを目的としている。

本発明に係るクラッチは、内輪と、内輪を外装するように配設した外輪と、内輪と外輪との間に配設したころと、内輪と外輪との間に形成され、ころが内外輪に楔係合可能な楔形空間ところの係合が解除される係合解除空間を備えた係合子収容空間とを備え、係合子収容空間内でころを楔形空間に移動させて内外輪をロックするロック機構と、ころを係合解除空間に移動させてロック解除を行なうロック解除機構を備えたクラッチにおいて、係合子収容空間を形成する内輪の外周面と外輪の内周面を、ころがスキューしたときにころエッジが内輪と外輪に楔係合しない形状にしたことを特徴としている。

例えば、外輪の内周面を、軸方向断面で、内径側に突出した凸曲面にするとよい。この場合、外輪の内周面は、軸方向断面で内径側に突出した中央部分に比べて、軸方向の両側部分（ころエッジが押し込まれる部位）が外径側に反っている。このため、ころがスキューしている場合でも、ころエッジが楔係合せず、ころが食い込んだ部分に大きな応力集中が生じない。これにより異常音の発生を抑えることができる。

また、例えば、内輪の外周面を、軸方向断面で、外径側に突出した凸曲面にするとよい。この場合、内輪の外周面は、軸方向断面で外径側に突出した中央部分に比べて、軸方向の両側部分（ころエッジが押し込まれる部位）が内径側に反っている。このため、ころがスキューしている場合でも、ころエッジが楔係合せず、ころが食い込んだ部分に大きな応力集中が生じない。これにより異常音の発生を抑えることができる。

また、係合子収容空間が径方向断面において外輪の内周面を円形とし、内輪の外周面を略平坦に形成したものである場合には、内輪の外周面の略平坦な部分を、外輪の内周面の曲率半径よりも大きな曲率を有する曲面で形成するとよい。この構成によれば、径方向断面において、係合子収容空間の中央部に比べて、係合子収容空間の両側で内周面が落ち込んでいるので、ころがスキューしている場合に、ころエッジが楔係合せず、ころが点接触で食い込まない。このため、ころが食い込んだ部分に大きな応力集中が生じず、これにより異常音の発生を抑えることができる。この場合、内輪の外周面の略平坦な部分を、外輪の内周面の曲率半径に対して、１．９倍以上７．０倍以下の曲率を有する曲面で形成するとよい。

本発明はころエッジが楔係合するのを防止するこれらの形状を適当に組み合わせてもよい。また、本発明によれば、ころと内外輪との接触が安定し、ころが空転するときのステックスリップなどを防止でき、ステックスリップが生じることによる異常音の発生も抑えることができる。

本発明によれば、係合子収容空間を形成する内輪の外周面と外輪の内周面を、ころがスキューしたときにころエッジが内輪と外輪に楔係合しない形状にしたので、ころがスキューしている場合に、ころが点接触で食い込まない。これにより、ころが食い込んだ部分に大きな応力集中が生じず、これにより異常音の発生を抑えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、同じ作用を奏する部材及び部位には同じ符号を付して説明する。

本発明の第１実施形態に係るクラッチ２０は、図１に示すように、円筒形状の外輪４の内周面５と、内輪１の外周面２に形成した略平坦なカム面３との間に形成した係合子収容空間６にころ７を配設し、内外輪１、４にころ７を係合させて内外輪１、４をロック（動力伝達）し、ころ７の係合を解除して内外輪１、４のロックを解除するものである。

この実施形態では、図２に示すように、外輪４の内周面５を、その軸方向の縦断面において、中央部分５ａが内径側に突出した凸曲面で形成している。このため外輪４の内周面５は内径側に突出した中央部分５ａに比べて、軸方向の両側部分５ｂ、５ｃが外径側に反っている。

このクラッチ２０によれば、外輪４の内周面５を、その軸方向の縦断面において、中央部分５ａが内径側に突出し、ころエッジ７ａが押し込まれる外輪４の内周面５の両側部分５ｂ、５ｃが外径側に反った凸曲面で形成しているので、ころ７がスキューした場合でも、ころエッジ７ａは内外輪１、４に楔係合せず、ころ７の中間部分７ｂが内輪１と外輪４に線接触して楔係合する。このため、ころ７が食い込んだ部分に大きな応力集中が生じず、異常音の発生を抑えることができる。

この実施形態では、外輪４の内周面５を、軸方向の縦断面において、所定の曲率半径で内径側に突出した凸曲面にしているが、本発明は、ころ７がスキューしている場合でもころエッジ７ａが楔係合することがないようにするものであるので、上記の形態に限定されるものではない。例えば、外輪４の内周面５を、軸方向の縦断面において、軸方向の中央部分５ａを平坦にし、軸方向の両側部分５ｂ、５ｃのみを外径側に反らした形状にするとよい。この場合、ころ７が滑らかに転動するように、中央部分５ａと両側部分５ｂ、５ｃを滑らかな曲面で連続させるとよい。

また、外輪４の内周面５を、その軸方向の縦断面において中央部が内径側に突出した凸曲面で形成した形状は、図１に示すように内輪１の外周面２にカム面３を設けたものだけでなく、図示は省略するが外輪の内周面に異形形状を設けて、係合子収容空間を形成したものにも適用できる（例えば、特許文献２の図１２参照）。この場合、上記の凸曲面は異形形状にした係合子収容空間の全面に形成するとよいが、必ずしも係合子収容空間の全面に形成する必要はない。少なくとも外輪の内周面の係合子収容空間の楔形空間を形成する部位を、その軸方向の縦断面において中央部を内径側に突出した凸曲面にしてもよい。なお、ころ７が滑らかに転動するように、係合子収容空間６の楔形空間８を形成する部位とそれ以外の部位を滑らかな曲面で連続させるとよい。

次に第２実施形態に係るクラッチを説明する。

本発明の第２実施形態に係るクラッチ３０は、第１実施形態のクラッチ２０と同様に、円筒形状の外輪４の内周面５と、内輪１の外周面２に形成した略平坦なカム面３との間に形成した係合子収容空間６にころ７を配設し、内外輪１、４にころ７を係合させて内外輪１、４をロック（動力伝達）し、ころ７の係合を解除して内外輪１、４のロックを解除するものである。

この実施形態では、図３に示すように、内輪１の外周面２を、その軸方向の縦断面において中央部分２ａが外径側に突出した凸曲面で形成している。内輪１の外周面２は外径側に突出した中央部分２ａに比べて、軸方向の両側部分２ｂ、２ｃが内径側に反っている。

このクラッチ３０によれば、内輪１の外周面２を、その軸方向の縦断面において中央部分２ａが外径側に突出し、ころエッジ７ａが押し込まれる内輪１の外周面２の両側部分２ｂ、２ｃが内径側に反った凸曲面で形成しているので、ころ７がスキューした場合でも、ころエッジ７ａは内外輪１、４に楔係合せず、ころ７の中間部分７ｂが内輪１と外輪４に線接触して楔係合する。このため、ころ７が食い込んだ部分に大きな応力集中が生じず、異常音の発生を抑えることができる。

この実施形態では、内輪１の外周面２を、軸方向の縦断面において、所定の曲率半径で外径側に突出した凸曲面にしているが、本発明は、ころ７がスキューしている場合でもころエッジ７ａが楔係合することがないようにするものであるので、上記の形態に限定されるものではない。例えば、内輪１の外周面２を、軸方向の縦断面において、軸方向の中央部分２ａを平坦にし、軸方向の両側部分２ｂ、２ｃのみを内径側に反らした形状にするとよい。この場合、ころ７が滑らかに転動するように、中央部分２ａと両側部分２ｂ、２ｃを滑らかな曲面で連続させるとよい。

また、内輪１の外周面２に形成する凸曲面は、内輪１の外周面２に設けたカム面３全体に形成してもよいが、必ずしもカム面３全体に形成する必要はなく、カム面３の少なくとも係合子収容空間６の楔形空間８を形成する部位に形成すればよい。この場合も、ころ７が滑らかに転動するように、係合子収容空間６の楔形空間８を形成する部位とそれ以外の部位を滑らかな曲面で連続させるとよい。

また、内輪１の外周面２を、その軸方向の縦断面において中央部分２ａが外径側に突出した凸曲面で形成する構成は、内輪１の外周面２にカム面３を設けたものだけでなく、図示は省略するが外輪の内周面に異形形状を設けて、係合子収容空間を形成したものにも適用できる。

次に第３実施形態に係るクラッチを説明する。

本発明の第３実施形態に係るクラッチ４０は、第１実施形態のクラッチ２０と同様に、円筒形状の外輪４の内周面５と、内輪１の外周面２に形成した略平坦なカム面３との間に形成した係合子収容空間６にころ７を配設し、内外輪１、４にころ７を係合させて内外輪１、４をロック（動力伝達）し、ころ７の係合を解除して内外輪１、４のロックを解除するものである。

この実施形態では、図４に示すように、内輪１の外周面の略平坦なカム面３を、外輪４の内周面の曲率半径ｒよりも大きな曲率半径Ｒを有する曲面で形成している。この構成によれば、内輪１の外径面２が、係合子収容空間６の中央部分２ｄに比べて、係合子収容空間６の両側部分２ｅ、２ｆが落ち込んでいるので、ころ７がスキューしている場合に、ころエッジ７ａが楔係合せず、ころ７の中間部分７ｂが内輪１と外輪４に線接触して楔係合する。このため、ころ７が食い込んだ部分に大きな応力集中が生じず、これにより異常音の発生を抑えることができる。

この場合、内輪１のカム面の曲率半径Ｒは、外輪４の内径ｒ、ころ７の直径、ころ７間距離、楔角度などを考慮して決まるが、外輪４の内周面の半径ｒの１．９倍以上７．０倍以下の曲率半径にするとよい。

以上、本発明に係るクラッチの実施形態を説明したが、本発明に係るクラッチは、上記の実施形態に限定されるものではない。

クラッチの縦断正面図。 本発明の第１実施形態に係るクラッチの係合子収容空間を示す縦断側面図。 本発明の第２実施形態に係るクラッチの係合子収容空間を示す縦断側面図。 本発明の第３実施形態に係るクラッチの係合子収容空間を示す縦断正面図。

符号の説明

１ 内輪
３ カム面
４ 外輪
５ 内周面
６ 係合子収容空間
７ ころ
７ａ ころエッジ

Claims (5)

1. 内輪と、前記内輪を外装するように配設した外輪と、前記内輪と外輪との間に配設したころと、前記内輪と外輪との間に形成され、前記ころが前記内外輪に楔係合可能な楔形空間ところの係合が解除される係合解除空間を備えた係合子収容空間とを備え、前記係合子収容空間内でころを前記楔形空間に移動させて前記内外輪をロックするロック機構と、前記ころを係合解除空間に移動させてロック解除を行なうロック解除機構を備えたクラッチにおいて、
   前記係合子収容空間を形成する内輪の外周面と外輪の内周面を、ころがスキューしたときにころエッジが前記内輪と外輪に楔係合しない形状にしたことを特徴とするクラッチ。
2. 前記外輪の内周面が、軸方向断面で、内径側に突出した凸曲面であることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ。
3. 前記内輪の外周面が、軸方向断面で、外径側に突出した凸曲面であることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ。
4. 前記係合子収容空間が、径方向断面において、外輪の内周面を円形とし、前記内輪の外周面を略平坦に形成したものであって、前記内輪の外周面の略平坦な部分を、外輪の内周面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する曲面であることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ。
5. 前記内輪の外周面の略平坦な部分を、外輪の内周面の曲率半径に対して、１．９倍以上７．０倍以下の曲率半径を有する曲面で形成したことを特徴とする請求項４に記載のクラッチ。