JP2010138952A

JP2010138952A - 一方向クラッチ

Info

Publication number: JP2010138952A
Application number: JP2008313945A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Mizuta; 進一水田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】従来のものに比べて寸法が大きくならず、しかも、適正なトルクリミッタ機能を有している一方向クラッチを提供する。
【解決手段】カム面7は、楔状空間6の広い側6aにあって所定の楔角を有している断面が直線状の直線部11と、楔状空間6の狭い側にあって断面が円弧状の円弧部12とからなる。円弧部12は、直線部11の端（締め代が最大なった部分）に滑らかにつながっている。円弧部12は、内輪2の外周面2aと同心の円周面の一部とされている。この結果、円弧部12では、全範囲にわたって締め代が等しいものとなっており、二点鎖線で示すカム面37を有する従来のもにに比べて、最大伝達トルクが小さくなっている。
【選択図】図２

Description

この発明は、一方向クラッチに関し、特に、自動二輪車等のスタータクラッチなど、大きさの制約が厳しくかつ過大なトルクを受けやすい条件下で使用される場合に有用な一方向クラッチに関する。

一方向クラッチ(31)として、図３に示すように、円筒状の外周面(32a)を有する内輪(32)と、内周面にカム面(37)が形成された外輪(33)と、内輪(32)の外周面(32a)と外輪(33)のカム面(37)とで形成された楔状空間(36)に配置されたころ(34)と、ころ(34)を楔状空間(36)の狭い側へ付勢する付勢部材(35)とを備えているものが知られている（特許文献１）。
特開平９−１４３０１号公報

一方向クラッチは、自動二輪車用エンジンにおいて、セルスタータからクランク軸側へ向かう動力伝達のみを許容するスタータクラッチとして使用されることがあるが、このような使用形態では、クランク軸側から逆方向に大きなトルクが作用したときにも、このトルクを伝達することで、スタータ機構の構成部品（例えばギヤなど）を損傷させる可能性があり、その改良が課題となっている。

伝達されるトルクの大きさを制限するトルクリミッタ機能を備えた一方向クラッチも知られているが、自動二輪車では、極めて狭い空間に一方向クラッチを配置する必要があり、このような用途に適した一方向クラッチはまだ得られていない。

この発明の目的は、従来のものに比べて寸法が大きくならず、しかも、適正なトルクリミッタ機能を有している一方向クラッチを提供することにある。

この発明による一方向クラッチは、円筒状の外周面を有する内輪と、ロック位置およびフリー位置を規定するカム面が内周面に形成された外輪と、カム面と内輪の外周面とで形成された楔状空間に配置された複数のころと、ころを楔状空間の狭い側に付勢する付勢部材とを備えている一方向クラッチにおいて、楔状空間の狭い側のカム面は、内輪の外周面との間にころを噛み合わせるための所定量の締め代を有しかつ内輪の外周面と同心の円周面の一部とされていることを特徴とするものである。

楔状空間の広い側のカム面は、従来と同じでよく、所定の楔角（ころと内外輪軌道との接線同士がなす角）を有し、締め代（内輪外周面の半径ところの内接円半径との差）がマイナス（締め代なし）から所定量の締め代まで徐々に変化する断面がゆるやかな円弧状の円弧面または直線の平坦面とされ、この円弧面または平坦面が内輪の外周面と同心の円周面の一部（円弧面）と滑らかに接続されることで、カム面全体が形成される。

ころが楔状空間の狭い側（締め代がプラス）に移動すると、内輪と外輪とは、ころを介して噛み合って一体回転し（ロック状態）、ころが楔状空間の広い側（締め代がマイナス）に移動すると、内輪と外輪とは、相対回転可能（フリー状態）となる。締め代からころが受ける荷重が求められ、ころ荷重、摩擦係数および作用半径によって伝達可能なトルクが求まる。最大の締め代に対応する最大伝達トルクを越えるトルクが作用すると、内輪と外輪とは相対回転（空転）する。

従来のものでは、楔状空間の狭い側においても、平坦面（楔角設定範囲）とされており、ころが楔状空間の狭い側の端面に向かって移動するにしたがって、伝達可能なトルクも大きくなり、ころが楔状空間の狭い側の端面によってそれ以上移動できなくなったときに、最大伝達トルクが得られる。これに対し、この発明の一方向クラッチでは、内輪の外周面と同心の円周面の一部とされた楔状空間の狭い側のカム面では、締め代が同じに維持され、ころが楔状空間の狭い側の端面まで移動したとしても、最大伝達トルクは、ころが楔角設定範囲の端部にある場合と同じになる。このため、所定量以上の締め代を有しているカム面の範囲は、従来と同じであるが、最大伝達トルクは、従来のものに比べて小さいものとなる。このカム面は、従来の楔角設定範囲の一部を円弧面に置き換えることで得ることができ、各部材の径や厚みなどの寸法は、従来のものと同じにすることができる。

楔状空間の狭い側のカム面での締め代は、例えば、通常必要とされる伝達トルクの２〜３倍程度のトルクが得られるように設定される。

通常のロック状態よりも過大なトルクが作用すると、ころは、楔状空間の狭い側の端面まで移動し、作用したトルクが最大伝達トルクの設定値よりも大きい場合には、内輪と外輪とは、相対回転（空転）することになり、過大なトルクが伝達することが防止される。その後、作用するトルクが小さくなれば、通常のロック状態となり、相対回転がフリー状態の方向に変化すると、ころは、転動可能となって楔状空間の広い側に移動し、容易にフリー状態に移行することができる。

この発明による一方向クラッチは、自動二輪車等のスタータクラッチとしての使用に適している。このような用途では、クランク軸側から逆方向に大きなトルクが作用した場合、ロック状態となって、このトルクがスタータに伝達されることとなり、スタータ機構の構成部品（例えばギヤなど）を損傷させる可能性がある。この発明の一方向クラッチによると、上記のように、楔状空間の狭い側の端面までころが移動するときの最大伝達トルクの増加が抑えられているので、早い時点でトルクリミッタ機能が働くことから、スタータ機構の構成部品の損傷を防止することができる。スタータクラッチ以外でも、正逆少なくとも一方の方向に過大なトルクを受けやすいという条件下で使用される一方向クラッチに適用可能なことはもちろんである。

この発明の一方向クラッチによると、楔状空間の狭い側のカム面は、内輪の外周面との間にころを噛み合わせるための所定量の締め代を有しかつ内輪の外周面と同心の円周面の一部とされているので、所定量以上の締め代を有しているカム面の範囲は、従来と同じであるが、最大伝達トルクは、従来のものに比べて小さいものとなり、伝達されるトルクの大きさが制限される。したがって、一方向クラッチの寸法を大きくすることなく、適正なトルクリミッタ機能を付与することができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１および図２は、この発明による一方向クラッチの１実施形態を示している。

この一方向クラッチ(1)は、円筒状の外周面(2a)を有する内輪(2)と、ロック位置およびフリー位置を規定する複数のカム面(7)が内周面に形成された外輪(3)と、カム面(7)と内輪(2)の外周面(2a)とで形成された楔状空間(6)に配置され、内輪(2)と外輪(3)とが一の方向（ロック方向）に相対回転することにより内輪(2)と外輪(3)との間に噛み込み、他の方向（フリー方向）に相対回転したとき噛み込みを解除する複数のころ(4)と、ころ(4)を楔状空間(6)の狭い側(6b)（ロック方向）に付勢する圧縮コイルばね（付勢部材）(5)とを備えている。

カム面(7)は、周方向に等間隔で３カ所に設けられており、各カム面(7)は、図２に示すように、楔状空間(6)の広い側(6a)にあって所定の楔角を有している断面が直線状の直線部(11)と、楔状空間(6)の狭い側(6b)にあって断面が円弧状の円弧部(12)とからなる。

直線部(11)は、ころ(4)を噛み合わせるための締め代（内輪(2)外周面の半径ところ(4)の内接円半径との差）がマイナス（締め代なし）から内輪(2)の外周面(2a)との間に所定量の締め代が得られる範囲まで設けられており、円弧部(12)は、直線部(11)の端（締め代が最大なった部分）に滑らかにつながっている。円弧部(12)は、内輪(2)の外周面と同心の円周面の一部とされており、この結果、円弧部(12)では、全範囲にわたって締め代が等しいものとなっている。なお、直線部(11)は、完全な断面直線である必要はなく、例えば、ゆるやかな円弧状の円弧面のような実質的に直線であるものとしてもよい。

この一方向クラッチ(1)によると、内輪(2)が外輪(3)に対して反時計方向に回転すると、圧縮コイルばね(5)に付勢されたころ(4)が楔状空間(6)の狭い側(6b)へ移動させられ、内輪(2)と外輪(3)とがころ(4)を介して噛み合わされるロック状態となり、内輪(2)と外輪(3)とが一体化して同期回転する。図１および図２は、このロック状態を示している。

逆に、内輪(2)が外輪(3)に対して時計方向に回転すると、ころ(4)は、圧縮コイルばね(5)の付勢力に抗して楔状空間(6)の広い側(6a)へ移動させられ、フリー状態となるので、内輪(2)から外輪(3)への回転動力の伝達が遮断される。

この一方向クラッチ(1)は、自動二輪車等のスタータクラッチとしての使用に適している。スタータクラッチでは、セルスタータを駆動することで内輪(2)がロック方向に回転させられ、これによって、内輪(2)と外輪(3)とが一体で回転し、外輪(3)と結合されたクランク軸に動力が伝達される。クランク軸が回転させられることで、エンジンが始動すると、外輪(3)は高速回転し、この結果、ころ(4)はフリー方向に転動し、内輪(2)と外輪(3)との噛み合いが解除され、外輪(3)だけが回転を続け、内輪(2)の回転は停止する。こうして、セルスタータからクランク軸側へ向かう動力伝達のみが許容される。

自動二輪車では、エンジンスタート時にいわゆるケッチン現象が起こることがあり、キックスタータ構造を備えたものでは、キックが弱く、初期回転速度が不足すると、点火タイミングによっては、エンジン始動爆発でクランク軸が逆回転し、これによって、スタータ機構の構成部品（例えばギヤなど）を損傷させる可能性がある。また、セルモータ駆動の場合であっても、点火タイミングによっては、エンジン始動爆発でクランク軸が逆回転し、キックスタータ駆動と同様に、スタータ機構の構成部品を損傷させる可能性がある。また、この使用形態の一方向クラッチ(1)では、クランク軸側から逆方向に大きなトルクが作用した場合、内輪(2)が停止した状態で外輪(3)が図の時計方向に移動させられるが、この回転方向は、外輪(3)が停止した状態で内輪(2)が反時計方向に回転するのと同じロック方向となるので、このトルクがスタータに伝達されることとなり、ケッチン現象発生時などと同様に、スタータ機構の構成部品を損傷させる可能性がある。

この発明の一方向クラッチ(1)では、楔状空間(6)の狭い側(6b)のカム面(7)が内輪(2)の外周面(2a)と同心の円周面の一部となる円弧部(12)とされていることで、ケッチン現象発生時のスタータ機構の構成部品の損傷を防止することができる。

図２には、二点鎖線で従来のカム面（図３のものと同じもの）(37)が示されている。従来のカム面(37)は、全範囲にわたって所定の楔角を有している断面直線状の平坦面であり、ころ(4)が楔状空間の狭い側の端面に到達するまで締め代が徐々に大きくなっている。このため、この発明による一方向クラッチ(1)は、従来のものに比べて、図２にＡで示す分だけ最大伝達トルクを決定する締め代が小さいものとなっている。

具体的には、例えば、小型自動二輪車に従来の一方向クラッチを用いた場合では、ころ(4)が図２に二点鎖線で示す楔状空間の狭い側の端面に到達したとき、その締め代が０．６ｍｍ程度になるのに対し、この発明による一方向クラッチ(1)を用いた場合では、ころ(4)が楔状空間(6)の狭い側(6b)の端面に到達したときの締め代が約０．１５ｍｍと小さくできる。これにより、従来のものの最大伝達トルクが約３５０Ｎｍであるのに対し、本発明のものでは、最大伝達トルクが約１００Ｎｍに小さく設定設定できる。小型自動二輪車の場合、エンジン始動のためのトルクは、４０Ｎｍ程度あればよいので、通常のスタータ機能に差はない。

一方、従来の一方向クラッチでは、最大伝達トルクが大きいことから、クランク軸側から逆方向に３００Ｎｍを超えるトルクが作用した場合、このトルクが内輪に伝達されることから、スタータ機構の構成部品が損傷する可能性がある。これに対し、この発明による一方向クラッチ(1)では、最大伝達トルクが小さく設定できるので、過大なトルク（この例では１００Ｎｍを超えるトルク）に対しては、ころ(4)が楔状空間(6)の狭い側(6b)の端面（図２に二点鎖線で示す位置）まで移動し、その後は、内輪(2)が外輪(3)に対して相対回転（空転）し、トルクの伝達が防止される。こうして、スタータ機構の構成部品の損傷が防止される。ころ(4)が楔状空間(6)の狭い側(6b)の端面にある場合でも、スタータ機能に変化はなく、エンジンを始動することができる。そして、エンジン始動によって、相対回転がフリー状態の方向に変化すると、ころ(4)は、転動可能となって楔状空間(6)の広い側(6a)に移動し、容易にフリー状態に移行する。

図１は、この発明による一方向クラッチの１実施形態を示す横断面図である。図２は、図１の要部拡大図である。図３は、従来の一方向クラッチの図２に対応する図である。

符号の説明

(1) 一方向クラッチ
(2) 内輪
(3) 外輪
(4) ころ
(6) 楔状空間
(6a) 広い側
(6b) 狭い側
(7) カム面
(11) 直線部
(12) 円弧部

Claims

円筒状の外周面を有する内輪と、ロック位置およびフリー位置を規定するカム面が内周面に形成された外輪と、カム面と内輪の外周面とで形成された楔状空間に配置された複数のころと、ころを楔状空間の狭い側に付勢する付勢部材とを備えている一方向クラッチにおいて、
楔状空間の狭い側のカム面は、内輪の外周面との間にころを噛み合わせるための所定量の締め代を有しかつ内輪の外周面と同心の円周面の一部とされていることを特徴とする一方向クラッチ。