JP2006207797A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なく、幅寸法がコンパクトで、硬化処理を必要とする箇所が少なく、組立時に分離せず、安価な一方向クラッチＣ_１を得る。
【解決手段】一方向クラッチＣ_１は、内軸Ａ_Ｘｉ側円周方向に鍔部１_Ｆ、１_Ｆを有し鍔部間が開放された断面コ字状の外輪１内に互いに隣接して設けた複数のスプラグ２と、これらスプラグの軸方向の端面の片面に沿って装填されたリング状の弾性部材３とを備えている。スプラグ２の外輪１及び内軸Ａ_Ｘｉへの当接部を介してトルクの伝達・遮断が行なわれる。外輪は、プレス成形品であり、弾性部材３によりスプラグを外輪内面に当接して保持するので、組立時に外輪からスプラグが分離せず、スプラグを保持するための別部材が不必要となる。このため、部品点数が減少する。また、部品点数が減少することによって、幅寸法もコンパクト化し得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、動力伝達経路上で動力の伝達と遮断の切換えをする一方向クラッチに関する。

一方向クラッチは、方向性を持つカップリングであり、駆動側の回転速度が従動側より速いと、動力を伝達し、駆動側の回転方向が反転したり、従動側の回転速度が駆動側より速くなったりすると、動力の伝達を遮断するものである。
この一方向クラッチには、内輪と外輪間にスプラグを介在し、このスプラグを内外輪にその相対的な動きに応じて噛み合い・離脱をさせてトルクの伝達・遮断をするスプラグ型のものがある。
また、そのスプラグを内外輪に介在する態様として、複数のスプラグを互いに適当に隔てて設けたものと、複数のスプラグを互いに隣接して設けたものとが知られている。

前者の例として、内外輪間に多数のスプラグを環状に配置し、そのスプラグを、リテーナにより所定間隔に保持するとともに、スプリングで係合方向に付勢し、スプラグの両側面（クラッチの軸方向の両側面）に一対の環状側板を設けたものがある（特許文献１ 第３図 参照）。
後者の例として、内外輪間に多数のスプラグを環状に配置し、その各スプラグをガータスプリングとリテーナにより挟持するとともに、各スプラグを係合方向に付勢し、環状側板をスプラグ側面とリテーナ間に配設したものがある（特許文献２ 第６図 参照）。
特開昭５９−７３６３２号公報 特開昭５８−１６３８３２号公報

これらの従来の一方向クラッチは、組み立ての際、内輪と外輪間に多数のスプラグを組込むため、スプラグが分離し易い問題がある。
また、部品点数が多く、従って全体をシンプルで幅寸法をコンパクト、かつ安価とするには構成そのものを再考する必要がある。又、構成部材として必ず内輪、外輪を必要とするため、スプラグが内輪、外輪と接触するそれぞれの転走面に対し硬化処理（熱処理等）を施す必要がある。又、組立時に部品が分離し易い等種々の問題が残っており、さらに幅寸法、重さ、コストのいずれについても不十分である。

この発明は、上記の問題に留意して、部品点数が少なく、幅寸法（クラッチの軸方向寸法）がコンパクトで、組立時に分離せず、安価な一方向クラッチとすることを課題とする。

上記課題を解決するため、この発明は、上記内輪無しに、上記各スプラグと弾性部材が上記外輪内から脱落しないようにしたのである。
具体的には、例えば、スプラグと外輪側壁の間にあるスプラグ係合用弾性部材が各スプラグに外輪内面への当接力を付与するようにする。弾性部材は、スプラグと外輪側壁の間にあるため、その付与力に基づくその両者への突っ張りによって外輪内に自分自身を保持し、スプラグは、その付与力によるその保持された弾性部材と外輪内面への当接によって外輪内に保持される。
このようにすれば、組立時に外輪からスプラグ及び弾性部材が分離せず、スプラグを保持するための別部材が不必要となるため、部品点数が減少する。また、部品点数が減少することによって、幅寸法もコンパクト化し得る。

この発明は、各部品が組立時に分離することがなく、軽量で安価、かつ十分なクラッチ機能を保有する一方向クラッチが得られるという優れた効果を奏する。

この発明の実施形態としては、断面コ字状の環状部材からなる外輪と、この外輪内に設けた複数のスプラグと、これらの各スプラグと前記外輪の一方の側壁の間にその周方向に沿って設けられ、各スプラグを係合方向に付勢する弾性部材とを備え、前記各スプラグを介して外輪と内輪の間のトルクの伝達・遮断を行い、かつ、前記弾性部材は、各スプラグに外輪内面への当接力を付与してその各スプラグの外輪からの脱落を防止するようになっている構成を採用することができる。

この構成において、上記各スプラグに上記弾性部材の嵌る凹部を形成すれば、スプラグと弾性部材の係合度合が高まり、弾性部材のスプラグへの作用、すなわち係合方向への力及び外輪内面への当接力の付与が確実となる。

また、上記スプラグの上記外輪の他方の側壁に対向する端に凸部を形成し、この凸部をその外輪の他方の側壁内面に当接させれば、スプラグは、弾性部材、外輪の内周面及び側壁内面の少なくとも３点で支持されるため、外輪内における保持安定度が向上する。このとき、その凸部の表面を円弧面として、その凸部と外輪側壁内面とを点接触又は線接触とすれば、スプラグと外輪内面との摺動摩擦抵抗が小さくなって、スプラグの動きがスムースとなる。

さらに、上記外輪をプレス成形による一体成形品とすれば、その外輪を軽量でかつ幅寸法もコンパクトに形成できる。このとき、外輪内面の転走面（スプラグと外輪の接触する当接面（トルク伝達部））は、高周波焼き入れ・浸炭焼き入れ等によって硬化処理をする。その処理は、プレス成形前でも、後でも良い。プレス成形前の場合、通常、平板材のため、その硬化処理が容易ではあるが、プレス成形の際、その硬化処理面に割れが生じる恐れはある。このため、その硬化処理の時期は、その時期の欠点・利点を考量して適宜に選択する。

上記外輪の一方の側壁には、その周方向に所要間隔に、上記転走面に至らない範囲の切欠きを形成することができ、この切欠きによって、プレス成形がし易くなり、また、スプラグの装填が容易になる。他方の側壁にもその切欠きを形成することができる。
また、上記外輪の両側壁の先端縁全周にそれぞれ内側に向く鍔部を設け、この鍔部と内輪の間に油溜めを形成することができる。このとき、その鍔部内径面にはさらに油溝を設けることができる。

上記スプラグは、上記外輪の軸心方向から見て、その外輪と内輪側にそれぞれ凸で、非対称な樽形を呈して、その凸部の頂面がカム面となったものとし、かつ、各スプラグは、過大トルクを受けても相互に接触して転倒しないようになっているものとすることができる。
相互に接触すれば、各スプラグが相互に押し合ってロック状態となって、相互のそれ以上の転倒を防止し合うため、過大トルクに耐えて内外輪間の伝達機能を維持する。

図１、図２に一実施例を示し、図１（ａ）は正面図、同（ｂ）は同（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの断面図、図２（ａ）、（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大図、同（ｃ）は図１（ｂ）の部分拡大図をそれぞれ示す。

この実施例の一方向クラッチＣ_１は、内輪をなす内軸Ａ_Ｘｉ側にその内軸と当接可能な鍔部１_Ｆ、１_Ｆを有してその鍔部間が開放状の断面コ字状の環状部材を外輪１とし、この外輪１の開放された中空断面内に互いに隣接して設けた複数のスプラグ２と、これらスプラグ２の軸方向端面の片面に沿ったリング状の弾性部材３とが設けられている。弾性部材３には、後述するコイルスプリング、ガータスプリングその他各種のスプリングやゴムなどの弾性材が用いられる。

外輪１は、例えば、所定厚さの円盤状平鋼板を、プレス成形により、その外縁側を曲げ加工してカップ状としたのち、内径部を打ち抜くとともに、前記曲げた外側縁部の外側部をさらに曲げて、断面視でコ字形の開放断面状に形成する。また、外輪１の後記外周部１ｃと同一径のパイプ状鋼材の両端部を内側に曲げ加工して断面視でコ字形の開放断面状に形成することもできる。
このとき、図２（ｃ）に示すように、軸方向（クラッチの軸方向）の断面では、外輪１の図中での左の側壁（側板）１ａを内側に少し凹状に窪ませ、右の側壁（側板）１ｂを外側へ曲線状の凸面として形成し、外軸Ａ_ＸＯに接合する外周部１ｃはフラットに形成する。

外輪１の右の側壁１ｂには所定の間隔（等間隔）で切欠き４が形成され、一方の側壁１ａを形成した後、その側壁１ａと外周部１ｃの内側にスプラグ２を装填し、その後、他方の側壁１ｂのプレス成形がし易いようになっている。但し、外輪１を断面コ字状にプレス成形した後、その外輪１内に、スプラグ２を鍔１_Ｆ、１_Ｆの間から斜めにして挿入して装填することもできる。この場合には、切欠き４を省略できる。一方、切欠き４から、スプラグ２を外輪１内に装填することもできる。切欠き４は、曲げ加工時の曲げ皺の発生を防ぐ作用も行うため、その作用を得られるように、その幅（外輪周方向）及び間隔を適宜に設定する。
外輪側壁１ａ、１ｂのそれぞれの内軸Ａ_Ｘｉ寄りの端の内側に向く鍔部１_Ｆ、１_Ｆは、内軸Ａ_Ｘｉの曲面に対し極くわずかな隙間が生じるように設けられている。

外輪１の中空断面内に収容されているスプラグ２の左右の端面２ａ、２ｂは、左端面２ａが円弧面の凸状、右端面２ｂが円弧面の凹状に形成されている。その円弧面は、柱面でも球面でも良いが、この実施例では、両者共に柱面として線接触となっている。このとき、前者２ａを球面とすることができる。

上記外輪１の中空断面内には、複数のスプラグ２の凹状端面２ｂに沿って上記弾性部材３が装填され、この弾性部材３によってスプラグ２は、外輪１の内面（外周部１ｃの内面）に当接され、弾性部材３は、スプラグ２と外輪側壁１ｂの間にあるため、その当接付与力に基づくその両者２、１ｂへの突っ張りによって外輪１内に自分自身を保持し、スプラグ２は、その付与力によるその保持された弾性部材３と外輪１内面への当接によって外輪内に保持される。

また、その弾性部材３の付勢力によって、常に、クラッチの軸中心と平行なスプラグ中心線を中心にスプラグ２が外輪１と係合するようになっているとともに（図２（ａ）、（ｂ）の実線状態）、すなわち、その付勢力により、図２（ａ）に示すｆ_１と−ｆ_１の偶力が生じてその偶力によってスプラグ２が外輪１と係合するようになっているとともに（直立する方向に付勢されているとともに）、スプラグ２は一方向クラッチＣ_１の軸方向及び周方向への移動と、ねじれを防止され、かつ取扱い時にスプラグ２が脱落するのを防止される。

スプラグ２の軸（一方向クラッチＣ_１の軸方向）と直交方向の断面は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、上下の端面が外に突出する凸の円弧面状のカム面２_Ｕ、２_Ｄをそれぞれ有する非対称な樽形に形成されている。カム面２_Ｕ、２_Ｄが周方向に対し直立する状態(両カム面２_Ｕ、２_Ｄの外輪１内面との接点間の距離が最大となった状態）で内軸Ａ_Ｘｉと外輪１間でのトルクの伝達が行なわれ（図２（ａ）鎖線状態）、スプラグ２が周方向に傾斜するにつれて内軸Ａ_Ｘｉは外輪１に対しすべり、トルクの伝達が遮断される（図２（ｂ）鎖線状態）。なお、トルクの伝達・非伝達時のスプラグ２の動きは僅かであり、図２（ａ）、（ｂ）において、実線を待機状態とし、鎖線状態は、理解がし易いようにその待機状態から大きく動いたように記載している。

その伝達時（図２（ａ）鎖線状態）、各スプラグ２は、下部側面が他のスプラグ２の下部側面に当接し、係合方向（ｆ_１矢印方向）の過大なトルクが作用し、そのトルクによる回転力がその当接面に作用すると、当接する両スプラグ２、２は互いに反対方向に回転させようとし（反対方向の反力が作用し）、ロック状態となる。すなわち、各スプラグ２は、相互に接触して過大トルクを受けても転倒しない。これにより、スプラグ２の外輪１との係離作用が安定してクラッチ動作が円滑になされる。

外輪１の鍔部１_Ｆ内径面（内軸Ａ_Ｘｉに当接する面）には油溝５（図１（ｂ）参照）を形成して、その鍔部１_Ｆと内軸Ａ_Ｘｉの間に油溜めを設けて、両者間の潤滑条件を良好にしている。油溝５を形成しなくても、十分な潤滑条件となる油溜めとなる場合には、油溝５を省略できる。そのとき、鍔部１_Ｆがなくても、側壁１ａ、１ｂの端面と内軸Ａ_Ｘｉの間で十分な油溜めを形成できる場合には、その鍔部１_Ｆも省略できる。

また、少なくとも外輪１の転走面であるスプラグ当接部（外周部１ｃの内周面）は、クラッチとしての必要な硬さを有するように、高周波焼き入れ・浸炭焼き入れ等により予め硬化処理（熱処理等）を施してある。図２（ｃ）中の４ａは切欠き４の端面である。

図３〜図５に他の実施例の一方向クラッチＣ_２、Ｃ_３、Ｃ_４を示し、それぞれの（ａ）は正面図、（ｂ）は同（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの部分拡大断面図を示す。いずれの実施例も基本構成は第一実施例（図１）と同じであり、同じ構成、機能部材には同じ符号を付し、以下では異なる点について説明する。

図３の実施例の一方向クラッチＣ_２は、第一実施例の弾性部材３としてリング状の直径の異なる複数個のコイルスプリング３’を用いている。このとき、そのコイルスプリング３’を一本のばね線からなる円錐台状に螺旋させたものとすることもできる。
図４の実施例の一方向クラッチＣ_３は、第一実施例の弾性部材３としてスプリング材を小径のらせん状に巻き全体をリング状としたガータスプリング（コイルスプリング）３ａを用いている。

図５の実施例の一方向クラッチＣ_４は、第一実施例の弾性部材３として図４の実施例よりさらに小径としたらせん状のコイルを全体にリング状としたガータスプリング（コイルスプリング）３ａ’を用いている。この実施例では、切欠き４の領域を円周方向に大きく広げ、かつ側壁１ｂを短いものとして、図示の例では３箇所に設けている。又、外輪１の側壁１ｂの内面に沿って全円周に延びるドーナツ状のスペーサ６（外周の一部が直線状にカットされている）を設け、ガータスプリング３ａ’を保持している点で外輪１の構造も若干異なっている。

この図３〜図５に示す各実施例の弾性部材３（３’、３ａ、３ａ’）も、上記第一実施例と同様に、図２（ａ）で見た場合に、常に、クラッチの軸中心と平行なスプラグ中心線を中心にスプラグ２が外輪１と係合するよう付勢する弾性力をスプラグ２に加えるべく、各スプラグ２の片側の端面２ｂの凹部に沿って係合するように設けられている。

この各実施例の一方向クラッチＣ_１〜Ｃ_４の作用は同じであり、各スプラグ２には、弾性部材３（コイルスプリング３’、ガータスプリング３ａ、３ａ’）により、そのリング径が拡径する方向に常に弾性力が作用している。このため、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各スプラグ２は、クラッチの軸中心と平行な回転中心線ｘを中心として転動するように付勢され、上下の非対称なカム面２_Ｕ、２_Ｄを介して−ｆ_１、ｆ_１の方向の力（偶力）が作用して、外輪１の外周部内面、内軸Ａ_Ｘｉにそれぞれ係合する。

従って、外輪１が駆動側、内軸Ａ_Ｘｉが従動側のときは、外輪１への回転力が矢印−ｆ_１方向であれば、図２（ａ）の鎖線で示すように、スプラグ２が直立する方向となり、このため、クラッチＣ_１〜Ｃ_４が係合されて静止している内軸Ａ_Ｘｉを同一方向（矢印ｆ_２の方向）に回転させる。
一方、外輪１への回転力が反対方向であれば、弾性部材３による弾性力に逆らって各スプラグ２を上記と反対方向に回転させ、このため、図２（ｂ）の鎖線で示すように、各スプラグ２は直立状態から傾き、内軸Ａ_Ｘｉへ回転力は伝達されず、クラッチオフ（遮断）の状態となる。
内軸Ａ_Ｘｉが駆動側、外輪１が従動側のときは、上記と全く逆の関係で、すなわち、内輪Ａ_Ｘｉへの回転力が矢印ｆ_１方向であれば、クラッチＣ_１〜Ｃ_４が係合されて静止している外輪１を同一方向（矢印−ｆ_２の方向）に回転させ、一方、内輪Ａ_Ｘｉへの回転力が反対方向（矢印ｆ_２の方向）であれば、外輪１へ回転力は伝達されず、クラッチオフ（遮断）の状態となる。

図６にさらに他の実施例を示し、この実施例は、鍔１_Ｆをなくしたものであり、油溜りを不要とする場合の構成である。この実施例において、側壁１ａ、１ｂの下端を内軸Ａ_Ｘｉ外周面に近づけることにより、その下端と外周面の隙間に油溜りを形成することができる。

上記各実施例では、外輪１に対する切欠き４は、図１（ｂ）に示す右の側壁１ｂにのみ設けた例を示したが、切欠き４は右と左の両側壁１ａ、１ｂに設けてもよいし、反対に左の側壁１ａのみに設けてもよい。又、両側壁１ａ、１ｂ及びスプラグ２の凹凸面２ａ、２ｂの関係も図示の例と逆であってもよい。さらに、弾性部材３として上記各実施例に限られず、他の形状のものでも、同じ機能を有するものであればよい。

また、上記各実施例は、内輪を内軸Ａ_Ｘｉで構成したが、環状の内輪として、その内輪に軸を嵌める等によって連結した構成も採用できる。また、外輪１も、筒状の軸で構成することもできる。さらに、各スプラグ２を外輪１の周方向に所要間隔に保持する保持器を設けたものとすることもできる。また、弾性部材３（コイルスプリング３’、ガータスプリング３ａ、３ａ’）は、そのリング径が縮小する方向に常に弾性力が作用するものとすることもできる。

一実施例の一方向クラッチを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は同（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの一部断面を含む側面図 （ａ）、（ｂ）は図１（ａ）の、（ｃ）は同（ｂ）のそれぞれ部分拡大断面図 他の実施例の一方向クラッチを示し、（ａ）は半正面図、（ｂ）は同（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの部分拡大断面図 他の実施例の一方向クラッチを示し、（ａ）は半正面図、（ｂ）は同（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの部分拡大断面図 他の実施例の一方向クラッチを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は同（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの部分拡大断面図 他の実施例の一方向クラッチを示し、（ａ）は半正面図、（ｂ）は同（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの部分拡大断面図

符号の説明

１ 外輪
１ａ、１ｂ 外輪側壁
１ｃ 外輪外周部
１_Ｆ 鍔部
２ スプラグ
２ａ スプラグの凸部
２ｂ スプラグの凹部
２_Ｕ スプラグの外輪側カム面
２_Ｄ スプラグの内輪側カム面
３ 弾性部材
３’ コイルスプリング
３ａ、３ａ’ ガータスプリング
４ 切欠き
５ 油溝
Ａ_Ｘｉ 内軸
Ａ_ＸＯ 外軸
Ｃ_１〜Ｃ_５ 一方向クラッチ

Claims (9)

1. 断面コ字状の環状部材からなる外輪（１）と、この外輪（１）内に設けた複数のスプラグ（２）と、これらの各スプラグ（２）と前記外輪（１）の一方の側壁（１ｂ）の間にその周方向に沿って設けられ、前記各スプラグ（２）を係合方向に付勢する弾性部材（３）とを備え、前記各スプラグ（２）を介して外輪（１）と内輪の間のトルクの伝達・遮断を行う一方向クラッチにおいて、
   上記内輪無しに、上記各スプラグ（２）と弾性部材（３）が上記外輪（１）内から脱落しないようにしたことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 上記弾性部材（３）が、前記各スプラグ（２）に前記外輪（１）内面への当接力を付与して、その付与力により、弾性部材自身と上記各スプラグを上記外輪（１）から脱落しないようにしたことを特徴とする請求項1記載の一方向クラッチ。
3. 上記各スプラグ（２）に上記弾性部材（３）の嵌る凹部（２ｂ）を形成したことを特徴とする請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 上記スプラグ（２）の上記外輪（１）の他方の側壁（１ａ）に対向する端に凸部（２ａ）を形成し、この凸部（２ａ）をその外輪（１）の前記他方の側壁（１ａ）内面に当接させたことを特徴とする請求項３に記載の一方向クラッチ。
5. 上記外輪（１）をプレス成形による一体成形品とし、その上記スプラグ（２）の転走面に硬化処理をしたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の一方向クラッチ。
6. 上記外輪（１）の一方の側壁（１ｂ）は、その周方向に所要間隔に、上記転走面に至らない範囲の切欠き（４）が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の一方向クラッチ。
7. 上記外輪（１）の両側壁（１ａ、１ｂ）の先端縁全周にそれぞれ内側に向く鍔部（１_Ｆ）を設け、この鍔部（１_Ｆ）と内輪の間に油溜めを形成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の一方向クラッチ。
8. 上記鍔部（１_Ｆ）内径面に油溝（５）を設けたことを特徴とする請求項７に記載の一方向クラッチ。
9. 上記スプラグ（２）を、上記外輪（１）の軸心方向から見て、その外輪（１）と内輪側にそれぞれ凸で、非対称な樽形を呈して、その凸部の頂面がカム面（２_Ｕ、２_Ｄ）となったものとし、かつ、各スプラグ（２）は、過大トルクを受けても相互に接触して転倒しないようになっていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の一方向クラッチ。

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