JP2006200671A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製作可能であり、かつ、内・外輪間での動力伝達において過大な伝達容量にならず、必要とする伝達容量を容易に確保可能にする。
【解決手段】互いの対向間にくさび状空間２４を構成する内・外輪（軌道部材）１２，１４と、ボール収納ポケット１６ａ，１６ｂを備えた保持器１６と、くさび状空間２４内のロック側２４ａに転動して内・外輪１２，１４を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間２４内のフリー側２４ｂに転動して内・外輪１２，１４を相対回転可能なフリー状態にする複数のボール１８とを備え、保持器１６は、ボール収納ポケット１６ａ，１６ｂを円周方向複数でかつ軸方向多列に備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内・外輪の一回転方向に対して両輪を一体回転可能なロック状態とし、他回転方向に対して両輪を相対回転可能なフリー状態とする一方向クラッチに関する。この種の一方向クラッチは、例えば釣具用リール、複写機用紙送り機構、車両の各種補機等の広範な産業機械に組み込まれて用いられている。

一方向クラッチの一例を説明する。この説明に係る一方向クラッチは、内・外輪間の環状空間においてその円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間を設ける。両輪間に介装する保持器が備える円周方向複数のポケットをくさび状空間と同数でかつ円周方向同位置に配置し、このポケットに転動体であるころをくさび状空間の狭い隙間側（ロック側）に付勢するスプリングを配置して構成されている（特許文献１、特許文献２参照）。

上記一方向クラッチでは、例えば内輪を駆動側として一方向に回転させると、ころがくさび状空間内をロック側に転動し、ころは両輪の内径・外径面に噛み込み、これによって内・外輪が一体回転状態なロック状態となる。このロック状態により内輪の回転動力は外輪へ伝達される。内輪が他方向に回転すると、ころはくさび状空間内を広い隙間側（フリー側）に転動し、内・外輪はころによる一体回転可能なロック状態から相対回転可能なフリー状態となり、内輪は空転してその回転動力は外輪に伝達されず動力伝達は遮断される。

以上の構成を備えた一方向クラッチにおいては、例えば内輪が他方向に回転して内・外輪が相対回転可能なフリー状態になっても、ころは内・外輪の内径・外径面に摺接しているので、両輪にはフリー状態であってもころからその空転を阻止する向きのフリートルクが負荷されている。このフリートルクは内・外輪のフリー状態における回転性能を低下させるものであり、例えば、釣具用リールにおいてリールのフリー状態での必要とする回転性能を低下させたり、複写機の紙送り機構のフリー状態での必要とする紙送り性能を低下させたり、車両の各種補機における必要とする補機性能を低下させたりする。

このような用途においては、内・外輪間での動力伝達は必要としないが、フリートルクを低減することが要求される。しかしながら、上記一方向クラッチでは転動体がころであるために、両輪との接触面積が大きく、フリートルクも極めて大きくなっており、さらに、ころは軸方向に長いために、ロック状態とフリー状態との転動時にスキューしたりするので、円筒度、真円度、等において高精度な製作が要求されてその製作コストが高くつくものである。そのため、転動体としてころよりもフリートルクが小さくて済みかつ製作コストも安価に済むボールを転動体に採用することが考えられるが、単にころをボールに置換するのみであれば、フリートルクを低減することができても、伝達容量が格段に低下してしまい、一方向クラッチとしての本来の機能を確保しにくくなるという課題がある。

また、一方向クラッチの用途によっては大きい伝達容量を必要としない用途においては、ころの伝達容量が必要以上に過大となるので、この場合でも、ころをボールに置換することが考えられるが、単にころとボールとでは伝達容量に格段の差があるために、上記用途で大きい伝達容量を必要としないものの、ボールではその必要とする伝達容量を得難いという課題がある。
特開平１１−２２３２２８号公報 特開２００２−３６４６８２号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、安価に製作可能であり、必要とする伝達容量を容易に確保することができる一方で、フリートルクを抑制ないしは調整可能とした一方向クラッチを提供することである。

本発明による第１の一方向クラッチは、半径方向で対向する相手側の軌道部材との対向面間で円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間を構成する軌道部材と、くさび状空間に配置される複数の転動体と、両軌道部材間に介装されて転動体を保持する保持器と、保持器に保持された複数の転動体とを備える一方向クラッチにおいて、上記転動体は、くさび状空間内の狭い隙間側に転動して両軌道部材を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間内の広い隙間側に転動して両軌道部材を相対回転可能なフリー状態にするボールであり、上記保持器は、軸方向多列でかつ各列の円周方向複数箇所に、ボールを収納するボール収納ポケットを備えていることを特徴とするものである。

本発明による第２の一方向クラッチは、半径方向で対向する相手側の軌道部材との対向面間で円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間を構成する軌道部材と、くさび状空間に配置される複数の転動体と、両軌道部材間に介装されて転動体を保持する保持器と、保持器に保持された複数の転動体とを備える一方向クラッチにおいて、上記転動体は、くさび状空間内の狭い隙間側に転動して両軌道部材を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間内の広い隙間側に転動して両軌道部材を相対回転可能なフリー状態にするボールであり、上記保持器は、円周方向複数箇所に、ボールを軸方向多列に収納するボール収納ポケットを備えていることを特徴とするものである。

本発明による第３の一方向クラッチは、半径方向で対向する相手側の軌道部材との対向面間で円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間を構成する軌道部材と、くさび状空間に配置される複数の転動体と、両軌道部材間に介装されて転動体を保持する保持器と、保持器に保持された複数の転動体とを備える一方向クラッチにおいて、上記転動体は、くさび状空間内の狭い隙間側に転動して両軌道部材を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間内の広い隙間側に転動して両軌道部材を相対回転可能なフリー状態にするボールであり、上記保持器は、円周方向複数箇所において、円周方向交互に、ころ収納ポケットとボール収納ポケットとを備えていることを特徴とするものである。

上記くさび状空間は、例えば、軌道部材が外輪の場合はその内径面、内輪の場合はその外径面にカム面を設けることで形成することができる。

本発明の第１および第２の一方向クラッチにおいては、転動体のすべてをボールにより構成し、かつ、ボールを軸方向多列に配置しており、これによって、一方向クラッチを安価に製作することができるとともに、ボールの多列数の設定で、ころに匹敵する程度に大きな伝達容量を確保することができる一方で、大きな伝達容量を必要としない用途ではボールの列数を少なくしてその用途が必要とする伝達容量に容易に設定することができる。

本発明の第３の一方向クラッチにおいては、一部にころ、一部にボールを用いた転動体構成であるので、ころで大きな伝達容量を確保する一方で、ボールにより微妙な伝達容量の調整を行うことが可能となる。すなわち、転動体がころだけの場合では、ころの単列構成から複列構成とすると、伝達容量の増大割合が大きくなりすぎ、微妙な調整が困難であり、かつ、製作コストも極めて高くつくが、一部をころ、一部をボールとする構成では、伝達容量を大きく確保すると同時に伝達容量の微妙な調整をすることが可能となる。

本発明の第１および第２の一方向クラッチにおいては、両軌道部材が相対回転可能なフリー状態であるとき、両軌道部材にはボールからフリートルクが負荷されるが、このフリートルクは転動体がころである場合と比較して小さいので、両軌道部材のフリー状態時の回転性能を向上させることができる。

本発明によれば、転動体をボールで構成したから安価に製作可能であり、かつ、過大な伝達容量にならず必要とする伝達容量を容易に確保することができると同時にフリー状態での内・外輪の回転性能を低下させることなくフリートルクを抑制することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る一方向クラッチを詳細に説明する。実施の形態の一方向クラッチは、例えば釣具用リール、複写機用紙送り機構、車両の各種補機等の広範な産業機械に組み込まれて適用実施することができるものである。

（実施の形態１）
図１ないし図５は本発明の実施の形態１に係り、図１は、実施の形態１の一方向クラッチの断面図、図２は図１のＡ−Ａ線の断面図、図３は、保持器の部分切り欠き斜視図、図４は保持器の平面展開図、図５は図４の円で囲む部分の拡大図である。なお、図１のＡ−Ａ線の断面と、Ｂ−Ｂ線の断面とは同形に現れるのでＢ−Ｂ線の断面の図示を省略している。

これらの図を参照して、一方向クラッチ１０は、クラッチ要素として、一方の軌道部材である外輪１２と、他方の軌道部材である内輪１４と、保持器１６と、ボール１８と、スプリング２０とを備えている。内輪１４は中実でも中空でもよい。外輪１２の内径面と内輪１４の外径面との間の環状空間２２に外径案内方式の保持器１６が介装されている。外輪１２は、その内径面の円周方向複数箇所（実施の形態では図解の都合で６箇所）にカム面１２ａが形成されている。外輪１２のカム面１２ａと内輪１４の外径面１４ａとの間の環状空間２２には、円周方向一方（図２では時計回り方向）に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間２４が形成されている。このくさび状空間２４のくさび角度は図示を略している。この場合、くさび状空間２４のくさび角度は、外輪１２の内径面にカム面１２ａを設ける場合、ロック側にあるボール１８の内輪１４の外径面１４ａとの接線の延長線とカム面１２ａとの接線の延長線との交差角度で与えられる。この交差角度の大小設定により、ボール１８の内・外輪１２，１４に対する噛み込み性等を適宜に調整することができる。保持器１６は、軸方向複列で各列複数のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂが形成されている。

以上の構成を備えた一方向クラッチ１０では、内輪１４が動力伝達側として図２の矢印で示すロック方向に回転すると、ボール１８は内輪１４の外径面１４ａとの接触摩擦で上記方向とは逆方向に回転駆動され、これによってボール１８はくさび状空間２４内の円周方向一方（図２では時計回り方向）のロック２４ａ側へ転動して外輪１４のカム面１２ａと内輪１４の外径面１４ａとに噛み込む。内外輪１２，１４はボール１８の噛み込みにより一体回転可能なロック状態になり、内輪１４の回転動力は外輪１２に伝達される。また、内輪１４が矢印で示すフリー方向に回転すると、ボール１８は内輪１４の外径面との接触摩擦で内・外輪との噛み込みが解除され、くさび状空間２４内の円周方向他方のフリー側２４ｂへ転動する。これにより内・外輪１２，１４は相対回転可能なフリー状態となり、内輪１４の回転動力は外輪１２に伝達されず、内輪１４は空転する。

実施の形態１の一方向クラッチ１０においては、保持器１６に軸方向多列（実施形態例では２列）構成でボール収納ポケット１６ａ，１６ｂを配置している。各列のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂは円周方向等間隔に複数設けられ、第１列目のボール収納ポケット１６ａと第２列目のボール収納ポケット１６ｂは軸方向に平行で、かつ、上記くさび状空間２４と円周方向同数とされて該くさび状空間２４と対応する位置に位置付けられている。両ボール収納ポケット１６ａ，１６ｂはくさび状空間２４とは同一の空間を共用している。

以下、保持器１６の構成を詳しく説明する。保持器１６は、軸方向に対向する円環状の２つの第１、第２の側板１６ｃ，１６ｄと、両側板１６ｃ，１６ｄ間の軸方向中央に配置された円環状の中央板１６ｅと、第１の側板１６ｃと中央板１６ｅとの間、および第２の側板１６ｄと中央板１６ｅとの間それぞれに円周方向等間隔に設けられた複数の第１、第２の保持器柱１６ｆ，１６ｇとを備える。

第１の側板１６ｃと中央板１６ｅと複数の第１の保持器柱１６ｆとで第１列目の複数のボール収納ポケット１６ａを画定する。第１のボール収納ポケット１６ａの円周方向他方の内壁面それぞれには円周方向一方に突出する第１のスプリング係止部１６ａ１が設けられ、第１のスプリング係止部１６ａ１に第１のコイルスプリング２０の一端側が係止されている。第１のコイルスプリング２０の他端側は円周方向一方に延び、該他端側に設けた押圧部材１６ａ２で第１のボール収納ポケット１６ａ内のボール１８をロック側に付勢している。押圧部材１６ａ２の押圧面はボール１８の曲率中心と同じ曲率中心を有する球状凹面になっていて、ボール１８をくさび状空間２４のロック側２４ａの方向にストレートに押圧付勢することが可能になっている。

第２の側板１６ｄと中央板１６ｅと複数の第２の保持器柱１６ｇとで第２列目の複数のボール収納ポケット１６ｂを画定する。各第２のボール収納ポケット１６ｂの円周方向他方の内壁面それぞれには円周方向一方に突出する第２のスプリング係止部１６ｂ１が設けられ、第２のスプリング係止部１６ｂ１に第２のコイルスプリング２０の一端側が係止されている。第２のコイルスプリング２０の他端側は円周方向一方に延び、該他端側に設けた押圧部材１６ｂ２で第２のボール収納ポケット１６ｂ内のボール１８をロック側に付勢している。押圧部材１６ｂ２の押圧面はボール１８の曲率中心と同じ曲率中心を有する球状凹面になっていて、ボール１８をくさび状空間２４のロック側２４ａ方向にストレートに押圧可能になっている。

くさび状空間２４は、中央板１６ｅで第１のボール収納ポケット１６ａ側と第２のボール収納ポケット１６ｂ側とに軸方向２つの空間に仕切られている。

以上の構成を備えた保持器１６においては、各列のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂ内のすべてにボール１８を収納したものであるから、安価に製作することができるとともに、ボール１８が多列に配置されているので、そのボール１８の多列数の設定で、ころに匹敵する程度に大きな伝達容量を確保することができる。また、大きな伝達容量を必要としない用途において必要とする伝達容量をボール１８の多列数の設定で容易に設定することができる。

実施の形態１では複数のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂの２列構成であるが、これらをさらに３列以上の構成とすることができる。

（実施の形態２）
図６および図７を参照して本発明の実施の形態２に係る一方向クラッチ１０を説明する。図６（ａ）は実施の形態２の保持器１６の部分斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の第１列目のボール収納ポケット１６ａ付近での保持器１６と外輪１２と内輪１４との一部の断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）の第２列目のボール収納ポケット１６ｂ付近での保持器１６と外輪１２と内輪１４との一部の断面図である。図７は保持器の部分平面展開図である。実施の形態２の一方向クラッチ１０は、互いの対向間の円周方向複数箇所にくさび状空間２４を構成する内・外輪１２，１４と、くさび状空間２４に配置される複数のボール１８と、両輪１２，１４間に介装されてボール１８を保持する保持器１６とを備える。

この一方向クラッチ１０の保持器１６においては、第１列目のボール収納ポケット１６ａと第２列目のボール収納ポケット１６ｂとを円周方向交互に設けている。外輪１２の内径面には、第１列目の複数のボール収納ポケット１６ａに対応した複数の第１のくさび状空間２４１と、第２列目の複数のボール収納ポケット１６ｂに対応した複数の第２のくさび状空間２４２を有する。両第１、第２のくさび状空間２４１，２４２は第１列目と第２列目それぞれのボール収納ポケット１６ａ，１６ｂに対応して互いに円周方向交互に形成されている。

以上の構成を備えた実施の形態２の一方向クラッチ１０においては、各列のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂ内のすべてにボール１８を収納したものであるから、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができるとともに、実施の形態１のそれとは異なり、各列のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂが保持器１６に対して円周方向交互に配置されているので、各列のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂを軸方向に重ならないように配置して中央板１６ｅを軸方向に薄肉にすることができ、一方向クラッチ１０の軸方向寸法を小型化することができる。

（実施の形態３）
図８ないし図１０を参照して本発明の実施の形態３に係る一方向クラッチを説明する。図８は、実施の形態３の一方向クラッチ１０の半断面図、図９は保持器１６の部分斜視図、図１０は保持器１６の部分平面展開図である。これらの図に示す実施の形態３の一方向クラッチ１０は、互いの対向間の円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間２４を構成する内・外輪１２，１４と、くさび状空間２４と同数同位置にボール収納ポケット１６１を備えて両輪１２，１４間に介装された保持器１６と、各ボール収納ポケット１６１それぞれに収納されてくさび状空間２４内のロック側２４ａに転動して内・外輪１２，１４を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間２４内のフリー側２４ｂに転動して内・外輪１２，１４を相対回転可能なフリー状態にするボール１８とを備える。

実施の形態３においては、同一のボール収納ポケット１６１内にボール１８を軸方向に多列に配置収納することが可能となっている。外輪１２の内径面のカム面１２ａと内輪１４の外径面１４ａにボール１８の軌道溝をボール１８の多列数に合わせて軸方向に複数形成することができる。

各ボール１８に個別に対応してスプリング２０を設けるが、図１１で示すようにスプリング２０の個数を例えば１つとし、そのスプリング２０の他端側にボール１８の全体を押圧する押圧部材１６ｂ２を設けてもよい。押圧部材１６ｂ２は、複列のボール１８全体を押圧することができる矩形形状の押圧部１６ｂ１と押圧部１６ｂ１の軸方向両端部からボール１８側に折り曲げてなりボール１８の軸方向移動を規制するフランジ状の規制部１６ｂ２２とから構成することができる。スプリング２０は板バネでもよい。この押圧部材１６ｂ２でボール１８の全体を円周方向一方に押圧してボール１８全体をロック側に押圧し、これによって内・外輪１２，１４を効果的に一体回転可能にロックすることができるようになる。

以上の構成を備えた実施の形態３の一方向クラッチ１０においては、同一のボール収納ポケット１６１内にボール１８を軸方向多列に配置したから、実施の形態１、実施の形態２と同様の作用効果を得ることに加えて、同一のボール収納ポケット１６１内にボール１８を軸方向複列に収納したから、両側板１６ｃ，１６ｄ間に上記した中央板１６ｅが不要化し、したがって、一方向クラッチ１０の軸方向幅を短縮して一方向クラッチ１０の軸方向寸法を小型化することができる。

（実施の形態４）
図１２を参照して本発明の実施の形態４に係る一方向クラッチ１０を説明する。図１２は、実施の形態４の保持器１６の部分平面図である。図に示す実施の形態４の一方向クラッチ１０においては、図示を略した内・外輪間に介装される保持器１６を備える。この保持器１６には、円周方向交互に複数のころ収納ポケット１６２と軸方向複列のボール収納ポケット１６３ａ，１６３ｂとを設けている。ボール収納ポケット１６３ａ，１６３ｂは、実施の形態１のボール収納ポケット１６ａ，１６ｂと同様の構成であるのでその説明を省略する。

以上の構成を備えた実施の形態４の一方向クラッチ１０においては、一部にころ１８１、一部にボール１８２を用いた転動体構成であるので、ころ１８１で大きな伝達容量を確保する一方で、ボール１８２により微妙な伝達容量の調整を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る一方向クラッチの断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 保持器の部分切り欠き斜視図である。 保持器の部分平面図である。 図４の部分拡大平面図である。 （ａ）本発明の実施の形態２に係る一方向クラッチの保持器の部分斜視図、（ｂ）は第１のボール収納ポケット周囲の内・外輪と保持器の一部のみの断面図、（ｃ）は第２のボール収納ポケット周囲の内・外輪と保持器の一部のみの断面図である。 図６の一方向クラッチの保持器の部分平面展開図である。 本発明の実施の形態３に係る一方向クラッチの半断面図である。 図８の一方向クラッチの保持器の部分斜視図である。 図８の一方向クラッチの保持器の部分平面展開図である。 図８の押圧部材の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る一方向クラッチの保持器の部分平面展開図である。

符号の説明

１０ 一方向クラッチ
１２ 外輪
１２ａ カム面
１４ 内輪
１６ 保持器
１６ａ 第１列目のボール収納ポケット
１６ｂ 第２列目のボール収納ポケット
１６ｃ 第１の側板
１６ｄ 第２の側板
１６ｅ 中央板
１６ｆ 第１の保持器柱
１６ｇ 第２の保持器柱
１８ ボール
２０ スプリング
２２ 環状空間
２４ くさび状空間
２４ａ ロック側（くさび状空間内の狭い隙間側）
２４ｂ フリー側（くさび状空間内の広い隙間側）

Claims (3)

1. 半径方向で対向する相手側の軌道部材との対向面間で円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間を構成する軌道部材と、くさび状空間に配置される複数の転動体と、両軌道部材間に介装されて転動体を保持する保持器と、保持器に保持された複数の転動体とを備える一方向クラッチにおいて、
   上記転動体は、くさび状空間内の狭い隙間側に転動して両軌道部材を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間内の広い隙間側に転動して両軌道部材を相対回転可能なフリー状態にするボールであり、
   上記保持器は、軸方向多列でかつ各列の円周方向複数箇所に、ボールを収納するボール収納ポケットを備えている、ことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 半径方向で対向する相手側の軌道部材との対向面間で円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間を構成する軌道部材と、くさび状空間に配置される複数の転動体と、両軌道部材間に介装されて転動体を保持する保持器と、保持器に保持された複数の転動体とを備える一方向クラッチにおいて、
   上記転動体は、くさび状空間内の狭い隙間側に転動して両軌道部材を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間内の広い隙間側に転動して両軌道部材を相対回転可能なフリー状態にするボールであり、
   上記保持器は、円周方向複数箇所に、ボールを軸方向多列に収納するボール収納ポケットを備えている、ことを特徴とする一方向クラッチ。
3. 半径方向で対向する相手側の軌道部材との対向面間で円周方向複数箇所に円周方向一方に向けて半径方向隙間が狭くなるくさび状空間を構成する軌道部材と、くさび状空間に配置される複数の転動体と、両軌道部材間に介装されて転動体を保持する保持器と、保持器に保持された複数の転動体とを備える一方向クラッチにおいて、
   上記転動体は、くさび状空間内の狭い隙間側に転動して両軌道部材を一体回転可能なロック状態にし、くさび状空間内の広い隙間側に転動して両軌道部材を相対回転可能なフリー状態にするボールであり、
   上記保持器は、円周方向複数箇所において、円周方向交互に、ころ収納ポケットとボール収納ポケットとを備えている、ことを特徴とする一方向クラッチ。
   

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