JP2007255553A - 一方向クラッチおよびスプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】スプラグの重心位置設定の自由度を高める。
【解決手段】外周円筒面を有する内輪５と、内周円筒面を有する外輪１と、前記両円筒面の間に配置され前記外周円筒面および前記内周円筒面に対応する複数のカム面１１，１２を有する複数のスプラグ２と、前記各スプラグ２を付勢する弾性部材３とを備えた一方向クラッチに使用する前記スプラグ２の重心位置調整方法であって、前記スプラグ２に、その軸方向両端面２ａ，２ｂ間を結ぶ貫通孔１３を穿孔し、その貫通孔１３内に前記スプラグ２を構成する素材と異なる比重を有する素材からなる充填材１４を入れることにより、前記スプラグ２の軸心直交断面における重心位置Ｇを移動させた。貫通孔１３及び充填材１４による重量変化により、スプラグ２の重心位置を移動させるため、スプラグ２に要求されるカム面の形状や、あるいは、内外輪５，１間のスペース等の制約を受けることなく重心位置を自由に設定できる。
【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。
この種の一方向クラッチの構成として、内輪と外輪間にスプラグを介在させ、このスプラグを、内外輪の相対的な動きに応じてその内外輪に係合・離脱させることにより、駆動側から従動側へのトルクの伝達・遮断をするスプラグ型のものがある。

スプラグ型の一方向クラッチとして、例えば、図５（ａ）（ｂ）に示すように、前記内輪５の外周円筒面と外輪１の内周円筒面とで形成された環状空間内にスプラグ２が多数配置され、その各スプラグ２は、保持器４等により周方向所定間隔に保持される。また、各スプラグ２には、前記内輪の外周円筒面と、前記外輪の内周円筒面に対応する複数のカム面１１，１２が形成されており、各スプラグ２に係合するように配設した弾性部材３の弾性力により、各カム面１１，１２と、その各カム面１１，１２に対応する内外輪５，１の各円筒面とが係合する方向へとスプラグ２が付勢される。

この種のスプラグ型の一方向クラッチには、例えば、外輪１が所定の回転速度に達すると、図５（ａ）に示すように、スプラグ２の重心Ｇに作用する一方向クラッチの軸心周りの遠心力Ｆと、弾性部材３による弾性力Ｂとがスプラグ２に併せて作用し、そのスプラグ２の内径側のカム面１２が内輪５から離れるように作用するディスエンゲージタイプと、図５（ｂ）に示すように、前記遠心力Ｆの作用により、スプラグ２が係合方向に姿勢を変えるように機能させ、カム面１２を内輪５に接触させるように作用するエンゲージタイプのものとがある。

前記ディスエンゲージタイプでは、内外輪５，１との空転状態において、スプラグ２の内径側のカム面１２が内輪５の外周円筒面に対して、比較的非接触に近い状態に保持されるため、スプラグ２と内輪５との間において接触による摩耗が少なく、また、引き摺りトルクが小さいが、内外輪５，１が相対回転する際に、スプラグ２が内輪に係合しない回転領域がある。
また、エンゲージタイプでは、内外輪５，１との空転状態において、スプラグ２の内径側のカム面１２が、内輪５の外周円筒面にある程度接触し、内輪５はその接触状態を維持しながら回転を継続するため、スプラグ２と内輪５の接触部における引き摺りトルクが大きくなる傾向がある。

この両タイプの一方向クラッチは、スプラグ２の軸直交方向断面における重心Ｇの位置により区分される。
すなわち、ディスエンゲージタイプでは、スプラグ２の重心位置Ｇは、そのスプラグ２を一方向クラッチに組み込んだ際に、カム面１１と外輪１との接触点Rから一方向クラッチの軸心に向かって径方向内側に下ろした垂線P（以下、「中立線P」という）よりも図中左側、すなわち内径側のカム面１２の係合側に隣接する側面１５（以下、「係合側側面１５」という）に近い側あり、また、エンゲージタイプでは、スプラグ２の重心位置Ｇは前記中立線Pより図中右側、すなわち内径側のカム面１２の空転側に隣接する側面１６（以下、「空転側側面１６」という）に近い側にある。
特開平８−２１９１８４号公報

このディスエンゲージタイプ、あるいは、エンゲージタイプの一方向クラッチにおいて、ディスエンゲージ回転数（噛合いが解除される時期における回転数）やエンゲージ回転数（噛合い時期における回転数）の決定には、スプラグの重心位置が大きな要素となる。
しかし、重心位置を変更するために、スプラグの形状、大きさを変更することには、カム面の形状、あるいは、そのスプラグを配置する内外輪間のスペースの制限等の制約がある。このため、スプラグの重心位置は、常に任意の位置に設定できるわけではなく、その自由度は限られているのが現状である。

そこで、この発明は、スプラグの重心位置設定の自由度を高めることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、外周円筒面を有する内輪と、前記内輪に対して同軸心に配置され前記外周円筒面に対向する内周円筒面を有する外輪と、前記外周円筒面と前記内周円筒面の間の環状空間に配置され前記外周円筒面および前記内周円筒面に対応する複数のカム面を有する複数のスプラグと、前記各カム面が前記外周円筒面及び前記内周円筒面に係合する方向に前記各スプラグを付勢する弾性部材とを備え、前記スプラグに、その軸方向両端面間を結ぶ貫通孔を穿孔することにより、前記スプラグの軸方向に直交する断面における重心位置が調整された一方向クラッチの構成を採用した。

このようにすれば、スプラグに前記貫通孔を形成することに伴う重量変化により、そのスプラグの前記軸心直交断面における重心位置が移動するので、その貫通孔を設ける前後において、スプラグの重心位置を移動させることができる。また、その貫通孔の位置、内径を、選択的に適宜変更することにより、前記重心位置設定の自由度はより高まるといえる。
このため、スプラグに要求されるカム面の形状や、あるいは、そのスプラグを配置する内外輪間のスペースの制限等の制約を受けることなく、スプラグの重心位置を自由に変更できる。

また、前記貫通孔内に、前記スプラグを構成する素材と異なる比重を有する素材からなる充填材を充填した構成を採用してもよい。この構成によれば、前記貫通孔を形成することに伴う重量変化に加え、充填材の重量により重心位置を移動させることができる。また、その充填材の比重を選択的に適宜変更することにより、重心位置設定の自由度はより高まるといえる。
なお、例えば、その貫通孔内に入れた充填材が、前記スプラグを構成する素材よりも小さい比重を有する素材であれば、その充填材を入れることにより、前記貫通孔を形成したことによるスプラグの重量減少を幾分補うようにスプラグの重量が増加する。このため、スプラグの重心位置を、前記貫通孔を設けた後且つ充填材を入れる前の重心位置と、前記貫通孔を設けていない同一の形状、大きさ、素材からなるスプラグの重心位置との間に設定することができる。
また、例えば、その貫通孔内に入れた充填材が、前記スプラグを構成する素材よりも大きい比重を有する素材であれば、その充填材を入れることにより、前記貫通孔を形成したことによるスプラグの重量減少分を超えてスプラグの重量が増加する。このため、スプラグの重心位置を、前記貫通孔を設けていない同一の形状、大きさ、素材からなるスプラグの重心位置と比較して、その貫通孔側へと移動させることができる。

また、上記の構成において、前記一方向クラッチがディスエンゲージタイプである場合において、前記スプラグに、その軸方向両端面間を結ぶ貫通孔を形成し、前記スプラグに前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、前記貫通孔を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグと比較して、前記係合方向と逆方向に傾くモーメントを増大させた構成を採用することができる。

また、前記一方向クラッチがエンゲージタイプである場合において、前記スプラグに、その軸方向両端面間を結ぶ貫通孔を形成し、前記スプラグに前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、前記貫通孔を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグと比較して前記係合方向に傾くモーメントを増大させた構成を採用することができる。

なお、上記ディスエンゲージタイプ、エンゲージタイプの各一方向クラッチにおいて、前記貫通孔内に、前記スプラグを構成する素材とは異なる比重を有する素材からなる充填材を入れた構成としてもよい。

上記ディスエンゲージタイプの構成によれば、外輪が所定の回転速度に達すると、スプラグの重心に作用する一方向クラッチの軸心周りの遠心力と、弾性部材による弾性力とがスプラグに併せて作用し、そのスプラグの内径側のカム面が内輪から離れるように作用する。また、上記エンゲージタイプの構成によれば、前記遠心力の作用により、スプラグが係合方向に姿勢を変えるように機能させ、カム面を内輪に接触させるように作用する。
その重心位置は、スプラグに前記貫通孔を形成することに伴う重量変化により、そのスプラグの前記軸心直交断面における重心位置を移動させて設定することができる。また、その貫通孔の位置、内径を選択的に適宜変更することにより、前記重心位置設定の自由度が高まる。また、その貫通孔に充填材を入れることによる効果も、上述の場合と同様である。

この発明は、前記スプラグに、その軸方向両端面間を結ぶ貫通孔を形成したので、カム面の形状や、そのスプラグを配置する内外輪間のスペースの制限に関わりなく、スプラグの重心位置を自由に変更、調整できる。このため、スプラグの重心位置設定の自由度を高めることができる。

図１乃至図４に、この発明の実施形態のスプラグ２を示す。このスプラグ２が使用される一方向クラッチＣの機能は、従来例と同様であるので説明を省略し、以下、スプラグ２について説明する。

スプラグ２の軸直交方向の断面は、図１（ａ）に示すように、上下の端面が外に突出する凸の曲面状のカム面１１，１２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１１，１２が周方向に対し直立する状態（両カム面１１，１２の外輪１内面との接点間の距離が比較的大きい状態）で内輪５と外輪１間でのトルクの伝達が行なわれ（図３（ｂ）参照）、スプラグ２が周方向に傾斜するにつれて内輪５は外輪１に対しすべり、トルクの伝達が遮断される（図３（ａ）参照）。

そのスプラグ２に、その軸方向両端面２ａ，２ｂ間を結ぶ貫通孔１３が形成されている。この貫通孔１３は、金属材料等により予め無垢に形成されたスプラグ２の所定の部分を、軸方向に穿孔することにより形成される。

まず、図１（ａ）は、ディスエンゲージタイプの一方向クラッチＣに使用されるスプラグ２である。ディスエンゲージタイプであるので、前記スプラグ２の重心位置（軸直交方向断面における重心位置）Ｇは、図４（ａ）に示すように、前記カム面１１が前記外輪１の内周円筒面に係合した状態におけるその内周円筒面への接触点Ｒと、前記一方向クラッチの軸心とを結ぶ中立線Ｐに対して左側、すなわち係合側側面１５に近い側に位置させておくこととなる。
貫通孔１３は、中立線Ｐを挟んで、前記重心位置Ｇを設定するべき位置の反対側（図中右側）に設けられている。貫通孔１３を穿孔することにより、そのスプラグ２には穿孔に伴う重量減が生じ、したがって、穿孔後の重心位置Ｇを、その穿孔位置から遠ざかる方向、すなわち中立線Ｐを挟んで図中左側へ移動させたものである。
このため、スプラグ２に前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、重心Ｇに作用する遠心力Ｆ、及び弾性部材３による作用する付勢力Ｂの効果により、前記貫通孔１３を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグ２と比較して、空転方向、すなわち前記係合方向と逆方向に傾くモーメントを増大させた構成となる。

なお、図２（ａ）も、ディスエンゲージタイプの一方向クラッチＣに使用されるスプラグ２である。
貫通孔１３は、図４（ｂ）に示すように、前記カム面１１が前記外輪１の内周円筒面に係合した状態におけるその内周円筒面への接触点Ｒと、前記一方向クラッチの軸心とを結ぶ中立線Ｐを挟んで、前記重心位置Ｇを設定するべき位置の同じ側（図中左側）に設けられ、その貫通孔１３内に、スプラグ２の素材（母材）よりも大きい比重を有する充填材１４が入れられている。この充填材の素材としては、所定の比重を有する限りにおいて金属、樹脂等、特に限定されず、金属材料であれば、貫通孔１３と同一の断面形状に成形したものを嵌め込むのが便利であり、樹脂であれば前記嵌め込み式のほか、液状の素材を充填後固化させる構成としてもよい。
貫通孔１３を穿孔し、且つその貫通孔１３内に充填材１４が入れられることにより、そのスプラグ２には重量増が生じ、したがって、前記貫通孔１３の穿孔、及び充填材１４を入れた後の重心位置Ｇを、その貫通孔１３の位置に近づく方向、図中左側へ移動させたものである。
このため、スプラグ２に前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、前記貫通孔１３を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグ２と比較して空転方向に傾くモーメントを増大させた構成となる。

一方、図１（ｂ）は、エンゲージタイプの一方向クラッチＣに使用されるスプラグ２である。エンゲージタイプであるので、前記スプラグ２の重心位置（軸直交方向断面における重心位置）Ｇは、図４（ｃ）に示すように、中立線Ｐに対して右側、すなわち空転側側面１６に近い側に位置させておくこととなる。
貫通孔１３は、前記中立線Ｐを挟んで、前記重心位置Ｇを設定するべき位置の反対側（図中左側）に設けられ、その穿孔に伴う重量減により、穿孔後の重心位置Ｇを、その穿孔位置から遠ざかる方向、すなわち中立線Ｐを挟んで図中右側へ移動させたものである。
このため、スプラグ２に前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、重心Ｇに作用する遠心力Ｆ、及び弾性部材３による作用する付勢力Ｂの効果により、前記貫通孔１３を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグ２と比較して、前記係合方向に傾くモーメントを増大させた構成となる。

なお、図２（ｂ）も、エンゲージタイプの一方向クラッチＣに使用されるスプラグ２である。
貫通孔１３は、図４（ｄ）に示すように、前記中立線Ｐを挟んで、前記重心位置Ｇを設定するべき位置の同じ側に設けられ、その貫通孔１３内に、スプラグ２の素材（母材）よりも大きい比重を有する充填材１４が入れられている。この充填材の素材としては、前述の場合と同様である。
貫通孔１３を穿孔し、且つその貫通孔１３内に充填材１４が入れられることにより、そのスプラグ２には重量増が生じ、したがって、前記貫通孔１３の穿孔、及び充填材１４を入れた後の重心位置Ｇを、その貫通孔１３の位置に近づく方向、すなわち図中右側へ移動させたものである。
このため、スプラグ２に前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、前記貫通孔１３を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグ２と比較して前記係合方向に傾くモーメントを増大させた構成となる。

つぎに、図２（ｃ）は、複数の貫通孔１３を形成した構成である。この実施形態では、貫通孔１３を、図中左側の上部及び図中右側の下部に対角線状に二つ形成しているが、孔位置は、要求される重心位置に応じて適宜変更すればよく、その孔の数も自由に設定することができる。このため、例えば、三つ以上の貫通孔１３を形成しても差し支えない。
例えば、その複数の貫通孔１３の中から、前記中立線Ｐを挟んで一方に位置する貫通孔１３にのみ充填材１４を入れれば、重心位置Ｇを、その充填材１４を入れる前よりも貫通孔１３に近づく方向へ移動させることができる。したがって、予め、複数の貫通孔１３を形成したスプラグ２を容易しておけば、充填材１４を入れる貫通孔１３を選択することにより、重心位置を前記中立線Ｐのどちらの側にも設定可能である。このため、このスプラグ２は、ディスエンゲージタイプ、エンゲージタイプ、いずれの一方向クラッチＣにも対応できるようになる。

なお、上記の各構成において、貫通孔１３は、スプラグ２の軸方向に対してその全長に亘り同一断面で形成した。このため、スプラグの両端面間を結ぶ軸方向に対する、そのスプラグの重量バランスを維持し得る。
したがって、上記バランスが許容される（スプラグ２の姿勢変化に悪影響を及ぼさない）限りにおいて、貫通孔１３の断面形状を、前記軸方向に沿って途中で変化させることも可能である。

一実施形態のスプラグを示す斜視図 同実施形態のスプラグを示す斜視図 スプラグの姿勢変化を示す説明図 スプラグに作用する遠心力、付勢力の作用図 従来例の要部拡大図

符号の説明

１ 外輪
２ スプラグ
２ａ，２ｂ 端面
３ 弾性部材
４ 保持器
５ 内輪
１１ スプラグの外径側カム面
１２ スプラグの内径側カム面
１３ 貫通孔
１４ 充填材
Ｃ 一方向クラッチ

Claims (6)

1. 外周円筒面を有する内輪（５）と、前記内輪（５）に対して同軸心に配置され前記外周円筒面に対向する内周円筒面を有する外輪（１）と、前記外周円筒面と前記内周円筒面の間の環状空間に配置され前記外周円筒面および前記内周円筒面に対応する複数のカム面（１１，１２）を有する複数のスプラグ（２）と、前記各カム面（１１，１２）が前記外周円筒面及び前記内周円筒面に係合する方向に前記各スプラグ（２）を付勢する弾性部材（３）とを備え、
   前記スプラグ（２）に、その軸方向両端面（２ａ，２ｂ）間を結ぶ貫通孔（１３）を穿孔することにより、前記スプラグ（２）の軸方向に直交する断面における重心位置Ｇが調整された一方向クラッチ。
2. 前記貫通孔（１３）内に、前記スプラグ（２）を構成する素材と異なる比重を有する素材からなる充填材（１４）を充填したことを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 請求項１または２記載の一方向クラッチにおいて、前記一方向クラッチはディスエンゲージタイプであり、前記スプラグ（２）に、その軸方向両端面（２ａ，２ｂ）間を結ぶ貫通孔（１３）を形成し、前記スプラグ（２）に前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、前記貫通孔（１３）を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグ（２）と比較して前記係合方向と逆方向に傾くモーメントを増大させたことを特徴とする一方向クラッチ。
4. 請求項１または２記載の一方向クラッチにおいて、前記一方向クラッチはエンゲージタイプであり、前記スプラグ（２）に、その軸方向両端面（２ａ，２ｂ）間を結ぶ貫通孔（１３）を形成し、前記スプラグ（２）に前記一方向クラッチの軸心周りの遠心力が作用した際に、前記貫通孔（１３）を有さない同一の形状、大きさ、素材のスプラグ（２）と比較して前記係合方向に傾くモーメントを増大させたことを特徴とする一方向クラッチ。
5. 請求項３又は４に記載の一方向クラッチにおいて、前記貫通孔（１３）内に、前記スプラグ（２）を構成する素材とは異なる比重を有する素材からなる充填材（１４）を入れたことを特徴とする一方向クラッチ。
6. 請求項３乃至５のいずれかに記載の一方向クラッチに使用するスプラグ（２）であって、前記スプラグ（２）に、その軸方向両端面（２ａ，２ｂ）間を結ぶ貫通孔（１３）が形成されていることを特徴とするスプラグ。

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