JP2006307972A - 直動ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドの一方向の移動をロックすることができるようにした軸方向ワンウェイクラッチにおいて、ロッドに過大なロック方向の軸方向力が負荷されてもハウジングが破損されないようにすることである。
【解決手段】ハウジング１の内周に形成された円錐面７とロッド４の円筒状外周面６間のくさび状空間８内に保持器９を組込み、その保持器９にはくさび状空間８の大径端側に位置する一端から軸方向に延びる複数のポケット１０を形成する。各ポケット１０内にボール１１と、そのボール１１をくさび状空間８の狭小部に向けて押圧するスプリング１２とを組込み、ロッド４にロック方向の軸方向力が負荷されたとき、ボール１１を円錐面７および円筒状外周面６に噛み込ませてロッド４をロックする。ロッド４を中空とし、その肉厚を外輪１の肉厚より薄くして塑性変形能を高め、ロッド４に過大な軸方向力が負荷されたとき、ロッド４をボール１１の係合部位で塑性変形させてロッド４のロック方向の移動を可能とし、ハウジング１の円錐面７の破損を防止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸方向に移動可能なロッドを一方向にロックすることができるようにした直動ワンウェイクラッチに関するものである。

この種の直動ワンウェイクラッチとして特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この直動ワンウェイクラッチにおいては、円筒状の本体内に円錐内面を設け、その円錐内面と本体内に挿入された軸の円筒状表面間に複数の係合子を周方向に等間隔に組込み、各係合子をスプリングで押圧して上記本体の円錐内面と軸の円筒状表面に噛み込む方向に向けて付勢し、上記円錐内面と円筒状表面に対する係合子の噛み込みによって軸を一方向にロックするようにしている。

また、本体の端面にキャップを対向し、本体の外周部にソレノイドを設け、そのソレノイドに対する通電によりキャップに磁気吸引力を付与して上記キャップを本体の端面に向けて移動させ、そのキャップに設けられた筒体部で係合子を軸方向に押圧して係合子の噛み込みを解除するようにしている。
特開昭５１−１１４５５３号公報

ところで、上記直動ワンウェイクラッチにおいて、本体と軸の表面硬度および剛性が同程度であると、軸に過大なロック方向の荷重が負荷された場合に、係合子が円錐内面および円筒状表面に強く噛み込み、円錐内面および円筒状表面の双方を塑性変形させて使用不能な状態になる可能性がある。また、クラッチ取付部やフレームを破損させる可能性がある。その対策には各部の剛性を高めることが有効であるが、重量が増加し、コストが高くなるという問題が発生する。

この発明の課題は、過大な軸方向力の負荷によってハウジングが破損するのを防止することができるようにして、軽量化と低コスト化が可能な軸方向ワンウェイクラッチを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、固定の配置とされるハウジング内にロッドを挿入して同軸上に配置し、ハウジングの内周には軸方向に傾斜する円錐面を設け、その円錐面とロッドの円筒状外周面間に形成されたくさび状空間内に保持器を組込み、その保持器に保持された係合子を弾性部材によりくさび状空間の狭小部に向けて付勢した軸方向ワンウェイクラッチにおいて、前記ロッドの円筒状外周面の塑性変形能を外輪の円錐面の塑性変形能より高くしてロッドに負荷される軸方向荷重が所定値を超えたときに円筒状外周面を塑性変形させるようにした構成を採用したのである。

ここで、ロッドの円筒状外周面の塑性変形能を外輪の円錐面の塑性変形能より高くするには、ロッドの円筒状外周面の硬度を前記ハウジングの円錐面の硬度より小さくするようにしてもよく、あるいは、ロッドを中空としてその肉厚を外輪の肉厚より薄くするようにしてもよい。

この発明にかかる軸方向ワンウェイクラッチにおいて、前記保持器をくさび状空間の大径端側に向けて移動させて係合子を円錐面および円筒状外周面に対して係合解除された位置に保持する解除手段を設けると、上記解除手段の操作により係合子を係合解除させることができるため、ロッドを２方向に移動可能とし、必要に応じて一方向にロックすることができる。

前記解除手段として、くさび状空間の狭小部に組込まれて保持器と軸方向で対向するカムリングを有し、そのカムリングの外周に設けられたレバーをハウジングに形成された周方向に長いレバー挿入孔に挿入し、前記カムリングと保持器の対向面に、保持器に対するカムリングの相対回転によって保持器をくさび状空間の大径端側に移動させるトルクカムを設けた構成から成るものを採用することができる。

上記の解除手段において、トルクカムは、保持器とカムリングの対向面一方に周方向の両端が相反する方向に傾斜するＶ形のカム突起を設け、他方にそのカム突起に適合するＶ形の凹部を設けた構成から成るものであってもよく、あるいは、保持器とカムリングの対向面それぞれに周方向の両端に向けて溝深さが次第に浅くなるカム溝を形成し、そのカム溝間にボールを組込んだ構成から成るものであってもよい。

上記のように、ロッドに形成された円筒状外周面の塑性変形能を外輪の内周に形成された塑性変形能より高くすることによって、ロッドにロック方向の軸方向荷重が負荷され、その軸方向荷重がロッドの弾性限界を超える過大な軸方向荷重であると、ロッドの円筒状外周面が係合子との係合部位で塑性変形しつつ、ロッドが軸方向に移動する。このように、ロッドの円筒状外周面の塑性変形能を高くすることによってトルクリミッタとしての機能を付加することができ、ハウジングの円錐面や、クラッチ取付部の破損を防止することができる。このため、これらの剛性を高める必要もないため、軽量化や低コスト化を可能とすることができる。

また、トルクリミッタが機能すると、ロッドを新しいロッドと交換しなければならないが、上記ロッドはハウジング内に挿入した組込みであって係合子がくさび状空間の広幅部に向けて移動する方向に自由に移動することができるため、簡単に交換することができ、ロッドやハウジングの双方を交換する場合に比較して交換に要するコストの低減化を図ることができる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図３に示すように、固定の配置とされるハウジング１は円筒状をなし、その両端には端板２、３が設けられ、この両端板２、３を貫通するようにしてロッド４が設けられている。

ロッド４は一方の端板２に取付けられた軸受５によって軸方向に移動自在に支持され、その外周面６は円筒状とされている。一方、ハウジング１の内周には軸方向に傾斜する円錐面７が設けられ、この円錐面７とロッド４の円筒状外周面６間に軸方向の一端が狭小のくさび状空間８が形成されている。

くさび状空間８内には保持器９が組込まれている。保持器９にはくさび状空間８の大径端側に位置する一端面から軸方向に延びる複数のポケット１０が周方向に等間隔に形成され、各ポケット１０内に係合子としてのボール１１と、弾性部材としてのスプリング１２とが組込まれている。スプリング１２はボール１１をくさび状空間８の狭小部に向けて押圧し、その押圧による反力はハウジング１の端板３によって支持されるようになっている。

保持器９の他端とハウジング１の端板２間には、上記保持器９をくさび状空間の大径端側に向けて移動させてボール１１を円錐面７および円筒状外周面６に対して係合解除された位置に保持する解除手段２０が設けられている。

解除手段２０は、保持器９の他端面に対向配置されたカムリング２１を有し、そのカムリング２１と保持器９の対向面間にトルクカム２２を設け、上記保持器９に対するカムリング２１の相対回転により、保持器９をくさび状空間８の大径端側に移動させ、その移動時にポケット１０の閉塞端でボール１１を押圧するようにしている。

ここで、カムリング２１は、ロッド４との間に組込まれた軸受２３によって回転自在に支持され、外周には回転操作用のレバー２４が設けられている。このレバー２４はハウジング１に形成された周方向に長いレバー挿入孔２５に挿入されて端部がハウジング１の外部に臨み、そのレバー２４の端部に操作力を付与してカムリング２１を回転させるようにしている。

図７に示すように、トルクカム２２は、カムリング２１の保持器９に対する対向面に周方向の両端が相反する方向に傾斜するテーパ面とされたＶ形のカム突起２６を形成し、保持器９にはカムリング２１に対する端面に上記カム突起２６に適合するＶ形の凹部２７を形成した構成とされている。

上記の構成から成るトルクカム２２において、レバー２４がレバー挿入孔２５の一端に当接する状態では、図７（Ｉ）に示すように、カム突起２６が凹部２７に嵌合する。このとき、ボール１１はハウジング１の円錐面７およびロッド４の円筒状外周面６に係合する状態に保持される。

上記の状態からレバー２４をレバー挿入孔２５の他端に向けて移動させると、カム突起２６と凹部２７が周方向に位相がずれ、上記カム突起２６の押圧により保持器９がくさび状空間８の大径端側に移動し、ボール１１はポケット１０の閉塞端で押されて円錐面７および円筒状外周面６に対して係合解除される。そして、レバー２４がレバー挿入孔２５の他端に当接する状態で、カム突起２６が図７（II）に示すように、保持器９の端面に当接し、上記ボール１１は係合解除状態に保持される。

実施形態で示す直動ワンウェイクラッチは上記の構造から成り、図３は、レバー２４がレバー挿入孔２５の他端に当接する状態を示す。その状態において、カム突起２６の先端は図７（II）に示すように、保持器９の端面に当接し、ボール１１はハウジング１の円錐面７およびロッド４の円筒状外周面６に対して係合解除された状態に保持され、ロッド４は図１の右方向および左方向の両方向に移動し得るようになっている。

図３に示す状態からレバー２４をレバー挿入孔２５の一端に当接する位置まで揺動させると、カム突起２６が凹部２７に対向し、スプリング１２の押圧によりボール１１がくさび状空間８の狭小部に押し込まれて図１および図２に示すように、円錐面７および円筒状外周面６に係合する。その係合によりロッド４がロックされて一方向（図１の矢印で示す反対方向）に移動するのが防止される。

なお、ロッド４に矢印で示す方向の軸方向力が負荷されると、ボール１１はくさび状空間８の広幅部に向けて移動することになり、ロッド４は矢印で示す方向にのみ移動することができる。

このように、レバー２４をレバー挿入孔２５の一端に当接する位置まで揺動させることによってボール１１が円筒状外周面６および円錐面７に係合してロッド４をロックするため、両方向に移動可能なロッド４を必要に応じて一方向にロックすることができる。

実施形態では、保持器９に形成される複数のポケット１０のそれぞれ内部にボール１１と、そのボール１１をくさび状空間８に押し込むスプリング１２とを組込むようにしたので、複数のボール１１のそれぞれを同時に係合および係合解除させることができると共に、ボール１１とスプリング１２の位相がずれることもなく、上記スプリング１２によってボール１１をくさび状空間８の狭小部に確実に押し込むことができ、直動ワンウェイクラッチを常に精度よく作動させることができる。

上記のような直動ワンウェイクラッチにおいて、外輪１に形成された円錐面７とロッド４の円筒状外周面６の硬度が同じであると、ロッド４に過大なロック方向の軸方向力が負荷されると、ボール１１が円錐面７および円筒状外周面６に強く噛み込んで両者を塑性変形させるおそれがある。

その防止対策として、実施の形態では、ロッド４の円筒状外周面６の塑性変形能をハウジング１の円錐面７の塑性変形能より高くしている。

塑性変形能を相違させる方法として、ロッド４の円筒状外周面６の硬度をハウジング１の円錐面７の硬度より低くする方法や、図１に示すように、ロッド４を中空としてその肉厚をハウジング１の肉厚より薄くする方法が存在する。

上記のように、ハウジング１の円錐面７とロッド４の円筒状外周面６の塑性変形能を相違させることにより、ロッド４にロック方向の軸方向荷重が負荷され、その軸方向荷重がロッド４の弾性限界の範囲内であると、ロッド４はボール１１の係合部位で弾性変形する。さらに、荷重が増加し、弾性限界を超えると、ロッド４はボール１１との係合部位で塑性変形を起す。このロッド４の径方向塑性変形は軸方向荷重とともに増大し、図５に示すように、ボール１１が保持器９に当接し、その変位が規制されるまで継続される。

さらに、軸方向荷重が増大すると、図６に示すように、ロッド４に軸方向の塑性変形が生じ、ロッド４は軸方向に移動する。

図９は、ロッド４の円筒状外周面６の塑性変形能をハウジング１の円錐面７の塑性変形能より高くした軸方向ワンウェイクラッチのロッド４の軸ストロークと軸方向保持力の関係を示すグラフを示す。そのグラフにおいて、過大荷重初期（Ｉ）では、ボール１１が円筒状外周面６に押し込まれ、その円筒状外周周面６が図５に示すように弾性変形する。さらに荷重が増大すると、図６に示すように、ボール１１によるロッド４の半径方向変形量を保持したままロッド４が軸方向に移動する状態（II）となる。その領域においては比較的フラットな荷重特性領域ａが得られ、この部分でトルクリミッタとして機能が発揮する。

上記のように、ロッド４の円筒状外周面６の塑性変形能をハウジング１の円錐面７の塑性変形能より高くすることによってトルクリミッタとしての機能を負荷することができ、円錐面７やハウジング１の取付け部の破損を防止することができる。このため、これらの剛性を高めることもないため、軽量化やコストの低減を図ることができる。

トルクリミッタが機能した場合は、ロッド４が塑性変形しているため、新しいものと交換する必要が生じる。このとき、ロッド４はボール１１がくさび状空間８の広幅部に向けての移動は自由であるため、ロッド４を簡単に交換することができ、ロッド４やハウジング１の双方を交換する場合に比較して交換に要するコストの低減を図ることができる。

図７に示すトルクカム２２においては、カムリング２１にカム突起２６を形成し、保持器９の端面に凹部２７を設けたが、カムリング２１に凹部を形成し、保持器９にカム突起を設けてもよい。

なお、トルクカム２２は図７のものに限定されない。例えば、図８（Ｉ）に示すように、保持器９とカムリング２１の対向面それぞれに中央から周方向両端に至るに従って溝深さが次第に浅くなるカム溝２８、２９を形成し、そのカム溝２８、２９間にボール３０を組込んだものであってもよい。

図８（Ｉ）に示すトルクカム２２において、カムリング２１を保持器９に対して相対回転させると、カム溝２８、２９が周方向に位相がずれ、ボール３０はカム溝２８、２９の溝深さの浅い方に移動するため、保持器９が軸方向に移動する。そして、図８（II）に示すように、ボール３０を保持器９の端面とカムリング２１の端面間に位置させることにより、保持器９を移動させた位置に保持することができる。

実施の形態では、係合子としてボール１１を示したが、係合子はボールに限定されない。例えば、円錐ころであってもよい。円錐ころの場合、その大径端がくさび状空間８の広幅部に位置する組込みとする。

この発明に係る直動ワンウェイクラッチの第１の実施形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に添った断面図 ロッドのロック状態を示す断面図 図４のボール係合部の拡大断面図 ロッドが塑性変形した状態の断面図 （Ｉ）はトルクカムを示す展開図、（II）は作動状態の展開図 （Ｉ）はトルクカムの他の例を示す展開図、（II）は作動状態の展開図 軸ストロークと軸方向保持力の関係を示すグラフ

符号の説明

１ ハウジング
４ ロッド
６ 円筒状外周面
７ 円錐面
８ くさび状空間
９ 保持器
１０ ポケット
１１ ボール（係合子）
１２ スプリング（弾性部材）
２０ 解除手段
２１ カムリング
２２ トルクカム
２４ レバー
２５ レバー挿入孔
２６ カム突起
２７ 凹部
２８、２９ カム溝
３０ ボール

Claims (7)

1. 固定の配置とされるハウジング内にロッドを挿入して同軸上に配置し、ハウジングの内周には軸方向に傾斜する円錐面を設け、その円錐面とロッドの円筒状外周面間に形成されたくさび状空間内に保持器を組込み、その保持器に保持された係合子を弾性部材によりくさび状空間の狭小部に向けて付勢した軸方向ワンウェイクラッチにおいて、前記ロッドの円筒状外周面の塑性変形能を外輪の円錐面の塑性変形能より高くしてロッドに負荷される軸方向荷重が所定値を超えたときに円筒状外周面を塑性変形させるようにしたことを特徴とする軸方向ワンウェイクラッチ。
2. 前記ロッドの円筒状外周面の硬度を前記ハウジングの円錐面の硬度より小さくした請求項１に記載の軸方向ワンウェイクラッチ。
3. 前記ロッドを中空としてその肉厚を外輪の肉厚より薄くした請求項１に記載の軸方向ワンウェイクラッチ。
4. 前記保持器をくさび状空間の大径端側に向けて移動させて係合子を円錐面および円筒状外周面に対して係合解除された位置に保持する解除手段を設けた請求項１乃至３のいずれかに記載の直動ワンウェイクラッチ。
5. 前記解除手段が、くさび状空間の狭小部に組込まれて保持器と軸方向で対向するカムリングを有し、そのカムリングの外周に設けられたレバーをハウジングに形成された周方向に長いレバー挿入孔に挿入し、前記カムリングと保持器の対向面に、保持器に対するカムリングの相対回転によって保持器をくさび状空間の大径端側に移動させるトルクカムを設けた構成から成る請求項４に記載の直動ワンウェイクラッチ。
6. 前記トルクカムが、保持器とカムリングの対向面一方に周方向の両端が相反する方向に傾斜するＶ形のカム突起を設け、他方にそのカム突起に適合するＶ形の凹部を設けた構成から成る請求項５に記載の直動ワンウェイクラッチ。
7. 前記トルクカムが、保持器とカムリングの対向面それぞれに周方向の両端に向けて溝深さが次第に浅くなるカム溝を形成し、そのカム溝間にボールを組込んだ構成から成る請求項５に記載の直動ワンウェイクラッチ。

Images