JP2011085245A - ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 ばね部材を取り付けるための穴または凹部を外輪または内輪に形成することが不要となり、コストが低減でき、また、取り付け方法も比較的簡単であるワンウェイクラッチを提供する。
【解決手段】 外輪と、外輪に対して内径方向に離間され、相対回転自在に同心状に配置される内輪と、外輪と前記内輪との間に配置され、トルクを伝達する複数の係合部材と、係合部材を保持する保持器とを備えたワンウェイクラッチであって、係合部材を外輪または内輪のカム面に係合する方向に付勢する竹の子ばねが設けられていることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車や産業機械などの駆動装置内でトルク伝達、バックストップ等の部品として使用されるワンウェイクラッチに関するものである。

一般に、ワンウェイクラッチは、外輪と、外輪と同心に配置される内輪と、内輪と外輪との間に配され、トルクを伝達する複数のローラと、ローラを保持する保持器と、ローラを外輪または内輪のカム面に係合する方向に付勢するばね部材から成っている。

このような構成において、ワンウェイクラッチはローラとカム面とで構成されるカム機構により、外輪にカム面を設けた場合は、外輪に対して内輪を一方向のみに回転するようにしている。すなわち内輪は外輪に対して一方向で空転し、その逆方向でのみカム機構を介して外輪に回転トルクを与えることができる。このとき、ローラは、スプリングなどの付勢部材により噛み合い方向（係合方向）に付勢されている。

例えば、特許文献１に開示のワンウェイクラッチでは、ローラを外輪または内輪のカム面に係合する方向に付勢するばね部材として、アコーディオンスプリングを用いている。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特開２００８−２６１４８８号公報

しかしながら、アコーディオンスプリングを用いる場合は、取り付けるための穴または凹部を外輪または内輪に形成することが必要であり、このためにコストが低減できないという問題点がある。また、取り付け方法も比較的複雑であり、最大収縮時の応力集中が比較的高いという他の問題点もあった。コイルスプリングに関しても、やはり同様な問題があった。

特に、最大収縮時の応力集中が比較的高く、衝撃や荷重に対し脆弱化する恐れがある結果、ローラに対する付勢力が不安定になり、結果としてワンウェイクラッチの作動が不安定になる恐れがあった。

従って、本発明の目的は、コストが低減でき、取り付けも簡単で、最大収縮時の応力集中が低減できる竹の子ばねを用いることで、作動の安定したワンウェイクラッチを提供することである。

上記目的を達成するため、本願発明のワンウェイクラッチは、
外輪と、該外輪に対して内径方向に離間され、相対回転自在に同心状に配置される内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置され、トルクを伝達する複数の係合部材と、前記係合部材を保持する保持器とを備えたワンウェイクラッチであって、前記係合部材を前記外輪または前記内輪のカム面に係合する方向に付勢する竹の子ばねが設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
ばね部材を取り付けるための穴または凹部を外輪または内輪に形成することが不要となり、コストが低減できる。また、取り付け方法も比較的簡単である。

最大収縮時の応力集中も低減できることで、衝撃や荷重に対しばね部材が脆弱化する恐れが少なく、ローラに対する付勢力が安定し、結果としてワンウェイクラッチの作動が安定する。

竹の子ばねの先端にガイドピンを挿着、またはカバーを装着すれば、係合部材の跳ね返り（ポッピング）時の衝撃から竹の子ばねを保護することができる。

竹の子ばねは、他のばねに比べて、設置のための空間容積が小さいにもかかわらず、比較的大きな荷重及び吸収エネルギーを得ることができるという利点がある。このため、設置空間をコンパクトにできる。

本発明の一実施例を示すワンウェイクラッチの正面図である。 本発明の一実施例のワンウェイクラッチのポケット周辺の部分正面図であり、ワンウェイクラッチの空転状態を示す。 本発明の一実施例のワンウェイクラッチのポケット周辺の部分正面図であり、ワンウェイクラッチが係合状態と空転状態の中間にあることを示す。 本発明の一実施例のワンウェイクラッチのポケット周辺の部分正面図であり、ワンウェイクラッチが係合状態にあることを示す。 図２のＡ−Ａ線に沿った軸方向断面図である。 竹の子ばね、アコーディオンスプリング及びコイルスプリングの応力線図である。 竹の子ばね、アコーディオンスプリング及びコイルスプリングのばね力（荷重）線図である。

係合部材を外輪または内輪のカム面に係合する方向に付勢する竹の子ばねを設けたことで、ばね部材を取り付けるための穴または凹部を外輪または内輪に形成することが不要となり、コストが低減できる。また、取り付け方法も比較的簡単となる。

本発明で使用する用語「係合部材」は、外輪または内輪のカム面に係合する（噛み合う）部材を示す。外輪または内輪のカム面に係合することができるものであれば、形状は問わない。係合部材の例としては、ローラ、球体、球体状のスプラグなど、各種の形態が可能である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。尚、以下説明する実施例は本発明を例示として説明するものであって、本発明を限定するものではないことは言うまでもない。また、各図面中同一部分は同一符号で表わしてある。

図１は、本発明の一実施例のワンウェイクラッチ３０を示す正面図であり、ワンウェイクラッチ３０が係合状態にあることを示す。尚、以下の説明では、本発明を例示するものであり、限定するものでないことは言うまでもない。

ワンウェイクラッチ３０は、外輪１と、外輪１に対して内径方向に離間され、相対回転自在に同心状に配置される内輪２と、外輪１と内輪２との間に配置され、トルクを伝達する複数の係合部材、すなわちローラ３と、ローラ３を保持する保持器６とを備えている。更に、ワンウェイクラッチ３０には、ローラ３を外輪１または内輪２のカム面に係合する方向に付勢する竹の子ばね５が設けられている。

外輪１の内周には、径方向外方に向かって窪んだ凹部として、ポケット４が形成されている。ポケット４は、周方向に等間隔で４箇所設けられている。ポケット４の外周壁には、ローラ３が係合するカム面１３が形成されている。ポケット４内には、ローラ３と、ローラ３をカム面１３との係合（噛み合い）方向に付勢する竹の子ばね５が配置されている。

外輪１と内輪２との間に画成される環状の空間には円筒部１０を有する保持器６が配置されている。保持器６の円筒部１０は、周方向で等配に４箇所に窓９を備えている、窓９は、径方向に貫通しており、ローラ３を保持、案内している。窓９は、四辺を囲まれた矩形の形状であるが、図１乃至４では、ローラ３の動きを説明しやすくするため、正面側の辺に相当する部分を開放し、図示を省略している。円筒部１０には、切り込みによって外径方向に突出する突出部７が設けられている。突出部７は、従来のｉバーやＴバーなどの形態でもよい。突出部７は、窓９の間に一つずつ設けられている。

保持器６の突出部７は、外輪１の内周に設けた軸方向に延在する溝８に嵌合している。従って、保持器６は外輪１の内周面に接し、外輪１と同期して回転し、相対回転できない。しかしながら、保持器６は、内輪２に対しては相対回転可能である。

外輪１の軸方向の端面２１には、外輪１を他部材（不図示）に固定するため、周方向で等配にネジ孔１８が軸方向に貫通して設けられている。また、ポケット４に隣接して、ポケット４より小さな第２のポケット１４が設けられている。

ローラ３を付勢する竹の子ばね５は、テープ状の金属板材を中央に空間を残して円錐状に巻回して形成され、竹の子のような外観を有する。本体の座巻は頂部１６で最も外径が小さく、底部１７で最も外径が大きくなっている。竹の子ばね５の底部１７は、第２のポケット１４に収容されている。底部１７は、座巻から延在する端部１５を備え、この端部１５は、外輪１の軸方向の端面２１に、スポット溶接、蝋付け、接着のいずれかで固定されている。また、竹の子ばね５は、不図示の側板と外輪１の端面２１との間に端部１５を挟んで固定することもできる。このようにすることで、竹の子ばね５は、ポケット４及び第２のポケット１４内に確実に保持され、姿勢が安定する。これにより、安定した付勢力をローラ５に与えることができる。

竹の子ばね５の先端、すなわち頂部１６には、頭部１２を有するガイドピン１１が挿着されている。従って、竹の子ばね５の付勢力は、ガイドピン１１の頭部１２を介してローラ５に与えられる。ガイドピン１１を挿着しないで、頂部１６にカバー部材（不図示）を装着することもできる。ガイドピン１１またはカバー部材を設けることは必ずしも必要ではないが、ガイドピン１１またはカバー部材を設けることで、ローラ３の跳ね返り（ポッピング）時の衝撃から竹の子ばね５を保護することができる。

竹の子ばね５の頂部１６も、底部１７と同様に、座巻から延在する端部２４を備えている。この端部２４は、ローラ３の軸方向端面に摺接している。図１において、ローラ３の向こう側の端面になるため、端部２４は、一部波線で示している。

図２は、本発明の一実施例のワンウェイクラッチのポケット周辺の部分正面図であり、ワンウェイクラッチの空転状態を示している。この状態では、竹の子ばね５は、ローラ３からの押圧力により圧縮され最も潰れた状態（最大収縮時）となっている。空転状態では、ローラ３はポケット４のカム面１３に噛み合っていないため、外輪１に対して内輪２は空転しており、外輪１と内輪２とが同期して回転することはない。すなわち、ローラ３を介してのトルクの伝達はない。

図３は、本発明の一実施例のワンウェイクラッチのポケット周辺の部分正面図であり、ワンウェイクラッチが係合状態と空転状態の中間にあることを示している。この状態では、竹の子ばね５は、その付勢力の一部でローラ３からの押圧力に抗して、伸長し始めた状態となっている。竹の子ばね５が図３の状態にあるとき、ローラ３はポケット４のカム面１３に完全に噛み合っていないため、外輪１に対して内輪２は滑っている状態であり、外輪１と内輪２とが同期して回転することはない。すなわち、ローラ３を介してのトルクの伝達はほとんどない。

図４は、本発明の一実施例のワンウェイクラッチのポケット周辺の部分正面図であり、ワンウェイクラッチが係合状態にあることを示している。この状態では、竹の子ばね５は、その付勢力がローラ３からの押圧力より大きくなり、最も伸長した状態となっている。竹の子ばね５が図４の状態にある（ワンウェイクラッチ３０が係合状態にある）とき、ローラ３は、竹の子ばね５の付勢力により、ポケット４のカム面１３に噛み合うように付勢され、外輪１に対して内輪２はロックされた状態となる。このとき、外輪１と内輪２とが確実に同期して回転し、ローラ３を介してトルクが伝達される。尚、図２乃至図４においては、図１に示した竹の子ばね５の端部２４は図示を省略している。

図５は、図２のＡ−Ａ線に沿った軸方向断面図である。竹の子ばね５はその端部１５で外輪１の軸方向端面２１に固定されている。竹の子ばね５の底部１７から延在する端部１５は、座巻の底部１７から接線方向に延在し、そこからほぼ直角に曲げられることで形成されている。端部１５は、外輪１のポケット４と端面２１との境界に対応する位置に屈曲部２６を有する。

図５に示すように、保持器６は、軸方向の他端にフランジ部２５を備えており、窓９の軸方向の両端でローラ３（図５では想像線で表示）を保持している。また、竹の子ばね５の座巻は、ポケット４と第２のポケット１４との間にある、内径方向に突出した凸部２７と保持器６の円筒部１０の外周面に挟まれて保持されている。従って、竹の子ばね５が安定した付勢力をローラ３に与えることができる。

本実施例では、一例として、以下の仕様を有する竹の子ばね５を用いた。
板幅 ４．５ｍｍ
板厚 ０．０６ｍｍ
ばね長 １６ｍｍ
巻数 ６
最少平均半径（頂部） １．５ｍｍ
最大平均半径（底部） ２．５ｍｍ
ばね定数 ０．０７２８Ｎ／ｍｍ

上記の竹の子ばね５と、従来のアコーディオンスプリングとコイルスプリングとについて、比較検証した結果を図６及び図７に示す。また、図６は、竹の子ばね５と、従来のアコーディオンスプリングとコイルスプリングの応力線図であり、図７は、竹の子ばね５と、従来のアコーディオンスプリングとコイルスプリングのばね力（荷重）線図である。図６及び図７のグラフにおいて、Ａが竹の子ばね、Ｂがアコーディオンスプリング、Ｃがコイルスプリングを示す。

図６及び図７から分かるように、最大収縮時での応力は、竹の子ばねは、アコーディオンスプリングに比べて非常に小さく、コイルスプリングに比べても小さい。従って、最大収縮時の応力集中を防止するという効果が竹の子ばねによって達成できる。また、従来のアコーディオンスプリングやコイルスプリングに比べて、竹の子ばね５は、単位測定長さ当たりの応力、荷重ともに変化が少なく、安定していることが図６及び図７から分かる。

上述の実施例では、ローラ３が係合するカム面１３が外輪１に設けられた場合を説明したが、カム面１３は、内輪２の側に設けることもできる。その場合は、ポケット４を内輪２の外周面に設ければよい。

Claims (10)

1. 外輪と、該外輪に対して内径方向に離間され、相対回転自在に同心状に配置される内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置され、トルクを伝達する複数の係合部材と、前記係合部材を保持する保持器とを備えたワンウェイクラッチであって、前記係合部材を前記外輪または前記内輪のカム面に係合する方向に付勢する竹の子ばねが設けられていることを特徴とするワンウェイクラッチ。
2. 前記係合部材は、前記外輪のカム面に係合することを特徴とする請求項１に記載のワンウェイクラッチ。
3. 前記係合部材は、前記内輪のカム面に係合することを特徴とする請求項１に記載のワンウェイクラッチ。
4. 前記係合部材は、ローラであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
5. 前記竹の子ばねは、前記外輪の軸方向端面に固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
6. 前記竹の子ばねは、前記外輪の軸方向端面にスポット溶接により固定されていることを特徴とする請求項５に記載のワンウェイクラッチ。
7. 前記竹の子ばねは、外輪の軸方向端面に蝋付けにより固定されていることを特徴とする請求項５に記載のワンウェイクラッチ。
8. 前記ワンウェイクラッチの軸方向端面には側板が設けられ、前記竹の子ばねは、前記側板と前記ワンウェイクラッチの軸方向端面に挟まれて固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
9. 前記竹の子ばねの先端には、ガイドピンが挿着されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
10. 前記竹の子ばねの先端には、キャップが装着されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。

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