JP2014031875A - ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ワンウェイクラッチの外輪や板バネの寿命を向上し、シャフトの長寿命化を図り、シャフトと転動体との噛み合い不良も防止することである。
【解決手段】板バネ１５のリング部１５ａは、焼結部材による外輪１１の凹部に位置し、板バネ１５の押圧部１５ｂは楔形状空間１３に位置し外輪１１の楔形状空間１３の転動体１４を押圧する。外輪１１の凹部に設けられた高座１８は、シールド部材１６が板バネ１５のリング部１５ａに接触しないようにシールド部材１６を支持し、板バネ１５のリング部１５ａが自由に撓む隙間ｄを確保して板バネ１５のバネ有効長さを大きくする。シャフトが楔形状空間１３の広幅部から狭小部に向けて回転するときは、外輪１１と一体となって回転し、楔形状空間１３の狭小部から広幅部に向けて回転するときは空転する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一方の方向のみに回転力を伝達するワンウェイクラッチに関する。

ワンウェイクラッチは、シャフトの一方の方向のみの回転力を外輪に伝達するクラッチである（例えば、特許文献１参照）。シャフトが回転力を伝達できる方向に回転するときは、外輪に形成された楔形状空間とシャフトとの間に設置された転動体が板バネに押されて噛み合い状態に至り、シャフトの回転力を外輪に伝達する。一方、シャフトが逆方向へ回転したときは、転動体が楔形状空間の広幅部へ移動することで転動体の噛み合い状態が解除されてシャフトの回転は空転となり、外輪に回転力を伝達しない状態となる。このようなワンウェイクラッチは、プリンタや複写機などのいわゆるＯＡ機器の内部で紙送り機構に利用されている。

図７は従来のワンウェイクラッチ１０の一例を示す構成図であり、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は一部切欠背面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ線での断面図である。ワンウェイクラッチ１０の外輪１１は円筒状に形成され、シャフトを貫通させるための貫通孔１２を有している。外輪１１の内径面には円周方向に複数個の楔形状空間１３が形成され、楔形状空間１３に転動体１４が収納され、また、外輪１１の一方端部において縁部１１ａと凹部１１ｂとが形成され、凹部１１ｂには転動体１４を押圧する板バネ１５が収納されている。

そして、シールド部材１６は、楔形状空間１３に収納された転動体１４が楔形状空間１３から出ないように、外輪１１の一方端部において楔形状空間１３を封止している。シールド部材１６は、外輪１１の凹部１１ｂのうち板バネ１５が配置されない箇所に設けられたプロジェクション１７との間をスポット溶接して、外輪１１に固定される。

シャフトは貫通孔１２に挿入される。これにより、シャフトの外面と転動体１４の外面とが接触する。いま、シャフトが図７（ｂ）の矢印Ａの方向に回転すると、転動体１４が板バネ１５に押されて矢印Ａの方向に移動し、楔形状空間１３の広幅部から狭小部に向けて移動するので、転動体１４は楔形状空間１３でシャフト及び外輪１１と噛み合い状態に至り、シャフトの回転力は外輪１１に伝達されることになる。

一方、シャフトが矢印Ａの逆方向である矢印Ｂの方向に回転したときは、転動体１４が板バネ１５を押圧して楔形状空間１３の広幅部へ移動する。これにより、転動体１４の噛み合い状態が解除されてシャフトの回転は空転となり、外輪１１に回転力を伝達しない状態となる。

このように、ワンウェイクラッチは、シャフトの一方の方向のみの回転力を外輪１１に伝達するクラッチであり、回転トルクの伝達のオンオフを行うことができるので、例えば、複写機の用紙ストックからカット紙を連続して送り出すのに使用されている。

特開２０００−３５６２３０号公報

しかし、上記従来ものは、複写機の高速化に伴いワンウェイクラッチの期待噛み合い総回数が増加する。それに伴い、ワンウェイクラッチ構成部品である板バネの振幅回数を増加させる。これにより、板バネの寿命を向上する必要が生じている。

また、外輪は焼結部材で形成され、焼結部材で形成された外輪の硬度はＨｖ６００以上必要である。そこで、硬度Ｈｖ６００を得るために炭素濃度１．０％〜１．２%の浸炭雰囲気で熱処理を実施している。複写機が高速になるに従い、負荷トルクが増加し、噛み合い回数も増加することから外輪の硬度を維持しつつ靭性を向上させる必要が生じている。

一方、転動体は耐摩耗性を考慮して熱処理し、その硬度をＨｖ６００以上としている。そのため、転動体に適合するシャフトの硬度もＨｖ６００以上が望ましいが、シャフトの硬度を高めるためには熱処理をしなければならない。シャフトを熱処理することは、その熱処理に伴う費用が増加するだけでなく、シャフトの変形・面荒れなどの品質劣化を来たす。そのため、シャフトの長寿命化が図れる非熱処理のシャフトの使用ができるようにすることが要請されている。

また、外輪は焼結部材を使用しているので、長期間使用していると、外輪の楔形状空間に封入したグリースの基油分が焼結部材のポーラスに吸収され、グリースの粘性が高くなる傾向にあった。その結果、長期使用においてはグリース粘性が高くなることで、シャフトと転動体との噛み合い時に転動体の応答性が悪くなり、噛み合い不良が発生することがあった。

本発明の目的は、外輪や板バネの寿命を向上でき、さらにはシャフトの長寿命化を図ることができ、またシャフトと転動体との噛み合い不良も防止できるワンウェイクラッチを提供することである。

請求項１の発明に係るワンウェイクラッチは、円筒状の内径面に楔形状空間が形成され、前記楔形状空間が開放している端面側に凹部が形成された焼結部材による外輪と；前記外輪の楔形状空間に配置され、前記外輪の内径を貫通するシャフトに接触する転動体と；リング状に形成されたリング部から突出して前記転動体を押圧する押圧部を有し、前記リング部は前記外輪の凹部に位置し、前記押圧部は前記楔形状空間に位置するように配置された板バネと；前記板バネを覆って前記外輪の凹部に配置され、前記転動体が前記楔形状空間から出ないように前記楔形状空間を封止するシールド部材と；前記外輪の前記凹部に設けられ、前記シールド部材が前記板バネのリング部に接触しないように前記シールド部材を支持し、前記板バネのリング部が自由に撓む隙間を確保して前記板バネのバネ有効長さを大きくするための高座とを備え；前記シャフトが前記楔形状空間の広幅部から狭小部に向けて回転するときは前記押圧部により前記転動体を前記狭小部に押し付けて前記シャフトと前記外輪とが一体となって回転し、前記楔形状空間の狭小部から広幅部に向けて回転するときは前記転動体の前記狭小部への押し付けを解除して前記シャフトを空転させることを特徴とする。

請求項２の発明に係るワンウェイクラッチは、請求項１の発明において、前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成されることを特徴とする。

請求項３の発明に係るワンウェイクラッチは、請求項１の発明において、前記転動体の硬度は、非熱処理シャフトが使用可能な硬度としたことを特徴とする。

請求項４の発明に係るワンウェイクラッチは、請求項１の発明において、前記外輪の焼結部材のポーラスに嫌気性接着剤を含浸させたことを特徴とする。

請求項５の発明に係るワンウェイクラッチは、請求項１の発明において、前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成され、前記転動体の硬度は、非熱処理シャフトが使用可能な硬度としたことを特徴とする。

請求項６の発明に係るワンウェイクラッチは、請求項１の発明において、前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成され、前記外輪の焼結部材のポーラスに嫌気性接着剤を含浸させたことを特徴とする。

請求項７の発明に係るワンウェイクラッチは、請求項１の発明において、前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成され、前記転動体の硬度は、非熱処理シャフトが使用可能な硬度とし、前記外輪の焼結部材のポーラスに嫌気性接着剤を含浸させたことを特徴とする。

本発明によれば、外輪の凹部に設けられた高座により、板バネのリング部に接触しないようにシールド部材を支持し、板バネのリング部が自由に撓む隙間を確保して、板バネのバネ有効長さを大きくするので、板バネの曲げ応力が緩和される。従って、バネ寿命を向上させることができ空転トルクを小さくできる。

また、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材の外輪を熱処理するので、外輪の硬度を満足した状態で靭性を向上できる。さらに、転動体の硬度は非熱処理シャフトが使用可能な硬度とするので、非熱処理シャフトを使用できシャフトの寿命を延ばすことができる。

また、外輪の焼結部材のポーラスに嫌気性接着剤を含浸させるので、外輪の楔形状空間に封入したグリースの基油分が焼結部材のポーラスに吸収されるのを防止でき、グリースの粘度変化を抑えることが可能となる。また、嫌気性接着剤を含浸させたことで、外輪の金属表面に樹脂皮膜が形成され防錆効果を得ることができる。

本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチの一例を示す構成図。 本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチの組立説明図。 本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチの転動体と板バネとの係合関係の説明図。 表２に示す噛み合い回数と炭素雰囲気濃度との関係を示すグラフ。 本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチの転動体とシャフトとの接触面での弾性変形の説明図。 本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチの焼結部材で形成された外輪の表面のポーラスの説明図。 従来のワンウェイクラッチ１０の一例を示す構成図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチ１０の一例を示す構成図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ線での断面図である。

この本発明の実施形態は、図７に示した従来例に対し、外輪１１の凹部１１ｂにプロジェクション１７を有した高座１８を設けたものである。図７と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図１（ａ）に示すように、ワンウェイクラッチ１０の外輪１１は、焼結部材により円筒状に形成され、シャフトを貫通させるための貫通孔１２を有している。そして、図１（ｂ）に示すように、外輪１１の内径面には円周方向に複数個の楔形状空間１３が形成され、楔形状空間１３に転動体１４が収納されている。転動体１４は、外輪１１の内径を貫通するシャフトに接触して、シャフトと外輪１１との回転を一体としたり、シャフトの回転を空転させたりするものである。

また、外輪１１の楔形状空間１３が開放している端面側（背面側）において縁部１１ａと凹部１１ｂとが形成され、凹部１１ｂには転動体１４を押圧するための板バネ１５が配置されている。

外輪１１の凹部１１ｂにはプロジェクション１７を有した高座１８が設けられている。高座１８のプロジェクション１７は、シールド部材１６が板バネ１５に接触しないようにシールド部材１６を支持する。

図２は本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチ１０の組立説明図であり、図２（ａ）は外輪１１の楔形状空間１３に転動体１４を収納した段階の背面図、図２（ｂ）は外輪１１の凹部１１ｂに配置される板バネ１５の平面図、図２（ｃ）は外輪１１の一方端部を封止するシールド部材１６の平面図、図２（ｄ）はワンウェイクラッチ１０の背面図である。

図２（ａ）に示すように、高座１８は外輪１１の凹部１１ｂの一部に設けられ、シールド部材１６をスポット溶接するためのプロジェクション１７を有している。図２（ａ）では、６個の楔形状空間１３及び６個の高座１８が設けられた場合を示している。

そして、板バネ１５は、図２（ｂ）に示すように、リング状に形成されたリング部１５ａから押圧部１５ｂが突出して設けられる。図２（ｂ）では、６個の楔形状空間１３に対応して、６個の押圧部１５ｂが設けられた場合を示している。板バネ１５のリング部１５ａは、高座１８が設けられた位置を外して外輪１１の凹部１１ｂに配置され、また、押圧部１５ｂは楔形状空間１３に位置するように配置される。これにより、この押圧部１５ｂは転動体１４を押圧できる位置に配置される。

シールド部材１６は、図２（ｃ）に示すように、輪環状に形成される。そして、外輪１１の凹部１１ｂのうち板バネ１５が配置されない箇所に設けられた高座１８のプロジェクション１７にスポット溶接されて外輪１１に固定される。これにより、シールド部材１６は、図２（ｄ）に示すように、楔形状空間１３に収納された転動体１４が楔形状空間１３から出ないように楔形状空間１３を封止する。

図３は本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチ１０の転動体１４と板バネ１５との係合関係の説明図であり、図３（ａ）は転動体１４及び板バネ１５部分の一部切欠背面図、図３（ｂ）の矢印Ｚ方向から見た一部切欠内周面図である。なお、図３（ａ）ではシールド部材１６の図示を省略している。

図３（ａ）に示すように、外輪１１の凹部１１ｂにはプロジェクション１７を有した高座１８が設けられている。板バネ１５のリング部１５ａは、高座１８が設けられた位置を外して外輪１１の凹部１１ｂに配置され、板バネ１５の押圧部１５ｂは、楔形状空間１３の転動体１４を押圧できる位置に配置される。

図３（ｂ）に示すように、高座１８のプロジェクション１７は、シールド部材１６が板バネ１５に接触しないようにシールド部材１６を支持する。これにより、板バネ１５のリング部１５ａが自由に撓む隙間ｄを確保し、板バネ１５のバネ有効長さＬを大きくする。また、板バネ１５の押圧部１５ｂは、先端部が折り曲げられており、この折り曲げられた先端部が転動体１４に接触して転動体１４を押圧する。

このように、外輪１１の楔形状空間１３が開放している端面の凹部１１ｂに、プロジェクション１７を有した高座１８を設け、シールド部材１６と外輪１１の端面の凹部１１ｂと間に、板バネ１５のリング部１５ａが自由に撓む隙間ｄを確保した。

板バネ１５のリング部１５ａが自由に撓む隙間ｄを確保しない場合には、バネの有効長さは、バネ板１５の押圧部１５ｂの長さ（腕の長さ）Ｌ１である。これに対し、本発明の実施形態のように、板バネ１５のリング部１５ａが自由に撓む隙間ｄを確保した場合には、バネの有効長さは、バネ板１５の押圧部１５ｂの長さ（腕の長さ）Ｌ１と、高座１８のプロジェクション１７までのリング部１５ａの長さとの和（Ｌ１＋Ｌ２）となる。

曲げ応力は、バネの有効長さの１／２乗に比例する。従って、バネの有効長さがＬ１から（Ｌ１＋L２）と長くなったことから曲げ応力が緩和される。これにより、バネ寿命を向上させることができ、空転トルクを小さくすることが可能となる。

次に、外輪１１の硬度を維持しつつ靭性を向上させる手法について説明する。前述のように、本発明の実施形態では、外輪１１は焼結部材で形成される。表１にワンウェイクラッチの外輪１１並びに試験条件の仕様の一例を示す。

通常、外輪１１の硬度はＨｖ６００以上とし、外輪１１の期待寿命（噛み合い回数１００万回）を達成している。現状では、硬度Ｈｖ６００を得るために、焼結部材で形成された外輪１１を炭素濃度１．０％〜１．２%の浸炭雰囲気で熱処理を実施している。

これに対し、本発明の実施形態では、外輪１１は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成される。表２は、表１に示した仕様のワンウェイクラッチにつき、炭素濃度０．５％〜１％の浸炭雰囲気で外輪１１を熱処理した場合の耐久性（噛み合い）の試験の結果を示す。また、図４は表２に示す噛み合い回数と炭素雰囲気濃度との関係を示すグラフである。

表２及び図４から分かるように、炭素雰囲気濃度０．６％以下では、硬度不足で摩耗により期待寿命（安全率２とすると２００万回）に至らず、炭素雰囲気濃度０．９％以上では、硬度は満足するが靭性不足で割れ不良が発生する。安全率を加味した期待寿命（２００万回）を得るには、炭素雰囲気濃度０．７〜０．８％（公差を加味して炭素濃度０．６５％〜０．８５％）とする必要がある。そこで、本発明の実施形態では、浸炭雰囲気の炭素濃度を炭素濃度０．６５％〜０．８５％とすることで、硬度を満足した状態で靭性を向上させる。これにより、外輪１１の寿命は２倍以上になる。従って、複写機が高速になり負荷トルクが増加して噛み合い回数が増加しても、外輪１１の寿命を保つことができる。

次に、外輪１１に挿入されるシャフトの長寿命化を図るための手法について説明する。シャフトは外輪１１の貫通孔１２に挿入され、シャフトの外面と転動体１４の外面との噛み合い状態で、シャフトの回転力を外輪１１に伝達するものである。このことから、現状では、転動体１４は耐摩耗性を考慮して熱処理され、その硬度をＨｖ６００以上としている。そして、この転動体１４の硬度に適合させるために、シャフトの硬度も熱処理してＨｖ６００以上としている。これにより、シャフトの長寿命化を図っている。

これに対し、本発明の実施形態では、転動体１４の硬度は非熱処理のシャフト１９が使用可能な硬度（Ｈｖ４５０〜５５０）のものを使用する。

図５は本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチの転動体１４とシャフト１９との接触面での弾性変形の説明図であり、図５（ａ）は硬度Ｈｖ６００の転動体１４と硬度Ｈｖ６００のシャフト１９との接触面での弾性変形の説明図、図５（ｂ）は硬度Ｈｖ４５０の転動体１４と硬度Ｈｖ３７０のシャフト１９との接触面での弾性変形の説明図である。

図５（ａ）に示すように、転動体１４及びシャフト１９の硬度がＨｖ６００と固いので、転動体１４とシャフト１９との間の弾性変形する接触面積は狭く、最大応力Ｆ１は大きくなる。

一方、転動体１４の硬度を下げた場合には、非熱処理のシャフト１９を使用できる。図５（ｂ）に示すように、転動体１４の硬度をＨｖ４５０とした場合には、硬度Ｈｖ３７０の非熱処理のシャフト１９を用いることができる。その場合、転動体１４とシャフト１９との間の弾性変形する接触面積が広くなり最大応力Ｆ２は小さくなる。これにより、非熱処理シャフト(ステンレス鋼硬度Ｈｖ３７０前後)のフレーキングに至るまでの寿命を２倍以上に延ばすことが可能となる。

さらに、非熱処理の転動体１４（硬度Ｈｖ３７０前後)を使用すると、それに適合するシャフト１９は、軟鋼の硬度Ｈｖ２１０前後を用いることができ、その寿命を２倍以上に延ばすことが可能となる。

このように、転動体１４の硬度を下げることで、非熱処理のシャフト１９を使用できる。従って、シャフト１９の硬度を高めるための熱処理が不要となり、その熱処理に伴う費用が不要となるだけでなく、シャフト１９の変形や面荒れなどの品質劣化も防止でき、シャフト１９の長寿命化が図れる。

次に、外輪１１の楔形状空間１３に封入したグリースの粘性変化の抑制手法及び外輪１１の防錆手法について説明する。図６は本発明の実施形態に係るワンウェイクラッチの焼結部材で形成された外輪１１の表面のポーラスの説明図であり、図６（ａ）は樹脂含浸なしの状態でグリースを塗布した場合の外輪表面の一部切欠断面図、図６（ｂ）は樹脂含浸有りの状態でグリースを塗布した場合の外輪表面の一部切欠断面図である。

図６（ａ）に示すように、外輪１１は焼結部材を使用しているので、ポーラス２０を有している。一方、シャフト１９と転動体１４との噛み合いを円滑にするために、外輪１１の楔形状空間１３にはグリース２１が封入される。封入されたグリース２１の基油分が焼結部材のポーラス２０に吸収され、グリース２１の増稠剤の濃度が相対的に高くなるので、長期間使用しているとグリース２１の粘性が高くなる傾向にあった。その結果、シャフト１９と転動体１４との噛み合い時に転動体１４の応答性が悪くなり、噛み合い不良が発生することがあった。

そこで、本発明の実施形態では、図６（ｂ）に示すように、外輪１１の焼結部材の表面に嫌気性接着剤２２を塗布し、ポーラス２０に嫌気性接着剤２２を含浸させる。このように、嫌気性接着剤２２を焼結部材に含浸させポーラス２０を封孔することで、グリース２１の基油分がポーラス２０に吸収されないようにする。グリース２１の基油分がポーラス２０に吸収されないので、グリース２１の粘度変化を抑えることが可能となる。また、嫌気性接着剤２２を外輪１１に含浸させたことで、外輪１１の金属表高に数μｍの樹脂皮膜が形成されるので、防錆効果を得ることもできる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ワンウェイクラッチ、１１…外輪、１１ａ…縁部、１１ｂ…凹部、１２…貫通孔、１３…楔形状空間、１４…転動体、１５…板バネ、１６…シールド部材、１７…プロジェクション、１８…高座、１９…シャフト、２０…ポーラス、２１…グリース、２２…嫌気性接着剤

Claims (7)

1. 円筒状の内径面に楔形状空間が形成され、前記楔形状空間が開放している端面側に凹部が形成された焼結部材による外輪と；
   前記外輪の楔形状空間に配置され、前記外輪の内径を貫通するシャフトに接触する転動体と；
   リング状に形成されたリング部から突出して前記転動体を押圧する押圧部を有し、前記リング部は前記外輪の凹部に位置し、前記押圧部は前記楔形状空間に位置するように配置された板バネと；
   前記板バネを覆って前記外輪の凹部に配置され、前記転動体が前記楔形状空間から出ないように前記楔形状空間を封止するシールド部材と；
   前記外輪の前記凹部に設けられ、前記シールド部材が前記板バネのリング部に接触しないように前記シールド部材を支持し、前記板バネのリング部が自由に撓む隙間を確保して前記板バネのバネ有効長さを大きくするための高座とを備え；
   前記シャフトが前記楔形状空間の広幅部から狭小部に向けて回転するときは前記押圧部により前記転動体を前記狭小部に押し付けて前記シャフトと前記外輪とが一体となって回転し、前記楔形状空間の狭小部から広幅部に向けて回転するときは前記転動体の前記狭小部への押し付けを解除して前記シャフトを空転させることを特徴とするワンウェイクラッチ。
2. 前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成されることを特徴とする請求項１記載のワンウェイクラッチ。
3. 前記転動体の硬度は、非熱処理シャフトが使用可能な硬度としたことを特徴とする請求項１記載のワンウェイクラッチ。
4. 前記外輪の焼結部材のポーラスに嫌気性接着剤を含浸させたことを特徴とする請求項１記載のワンウェイクラッチ。
5. 前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成され、前記転動体の硬度は、非熱処理シャフトが使用可能な硬度としたことを特徴とする請求項１記載のワンウェイクラッチ。
6. 前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成され、前記外輪の焼結部材のポーラスに嫌気性接着剤を含浸させたことを特徴とする請求項１記載のワンウェイクラッチ。
7. 前記外輪は、炭素濃度０．６５％〜０．８５％の浸炭雰囲気で焼結部材を熱処理して形成され、前記転動体の硬度は、非熱処理シャフトが使用可能な硬度とし、前記外輪の焼結部材のポーラスに嫌気性接着剤を含浸させたことを特徴とする請求項１記載のワンウェイクラッチ。

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