JP2021110359A - ラチェット型クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 配置スペースの増大を抑制し、高速回転時においても芯ブレによる振動および音の発生のない安定した挙動を示すラチェット型クラッチを提供すること。【解決手段】 外輪３と、外輪３の径方向内側に外輪３と同軸に且つ相対回転可能に配置された内輪５と、トルク伝達可能に外輪３と内輪５とを係合可能なラチェット機構とを有するラチェット型クラッチ１であって、内輪５の内周部に、転がり軸受９を介してシャフト１１が回転可能に支持され、内輪５は、転がり軸受９の外輪を構成していることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両や産業機械等においてトルク伝達用の装置として用いられるラチェット型クラッチに関する。

近年、電動化された駆動装置に用いられるクラッチにおいては、高速回転時の制御対応を簡便にするために、上記のようなラチェット型クラッチが用いられることが多くなっている。ラチェット型クラッチは、高速回転時においては、高速回転に伴う芯ブレによる振動および音の発生が懸念される。

特許文献１には、スプラグタイプのワンウェイクラッチにおいて、ワンウェイクラッチの内輪と外輪との間に転がり軸受を併設することにより、高速回転に伴う振動および音の発生を低減し、噛み合い挙動の安定化を図ったクラッチが記載されている。

特開２００３−０９０３６０号公報

しかしながら、特許文献１のように、クラッチの内輪と外輪との間に転がり軸受を配置すると、転がり軸受はトルク伝達部材すなわちスプラグと軸方向に並列して配置されることとなり、内輪および外輪の軸方向長さが大きくなってしまう。その結果、クラッチの配置スペースが軸方向に大きくなってしまう。また、軸方向に大きく半径方向に小さい形状は、高回転による遠心力に対して剛性が低いという点で不利である。近年の車両は駆動装置、変速機等はサイズダウン、軽量化が求められる傾向が強いため、このようにクラッチの配置スペースが大きくなってしまうことは好ましくない。

一方、転がり軸受をクラッチの円周方向に配置する場合、高速回転環境下において、転がり軸受など周速に上限がある部品の径を大きくすることは、高速回転を支持する上で軸受としての耐久性に懸念があり、径を小さくする配置が有利である。また、転がり軸受から見て、転がり軸受の円周方向に関するクラッチの配置は、トルク容量を安定して確保するために、転がり軸受の外径側への配置が最適となる。例えば、ラチェットタイプのクラッチであると、トルク容量は爪部材の数で設定するため、転がり軸受の内径側への配置では設定容量に限りが出てくる懸念がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、配置スペースの増大を抑制し、高速回転時における芯ブレによる振動および音の発生のない安定した挙動を示すラチェット型クラッチを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るラチェット型クラッチは、
外輪と、
前記外輪の径方向内側に前記外輪と同軸に且つ相対回転可能に配置された内輪と、
トルク伝達可能に前記外輪と前記内輪とを係合可能なラチェット機構とを有するラチェット型クラッチであって、
前記内輪の内周部に、転がり軸受を介して軸部材が回転可能に支持され、
前記内輪は、前記転がり軸受の外輪を構成していることを特徴とする。

本発明によれば、配置スペースの増大を抑制し、高速回転時における芯ブレによる振動および音の発生のない安定した挙動を示すラチェット型クラッチを提供することができる。

図１は、実施形態に係るラチェット型クラッチの要部の軸方向に沿った断面図である。 図２は、図１の２−２矢視断面図である。 図３は、比較例に係るラチェット型クラッチの要部の軸方向に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るラチェット型クラッチを、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態におけるラチェット型クラッチに係る方向について定義する。本実施形態において、「中心軸線」とはラチェット型クラッチの中心軸線すなわち外輪および内輪の中心軸線のことをいい、軸方向、径方向、周方向とは、中心軸線に関する軸方向、径方向、周方向のことをいう。また、軸方向について、図１および図３においては紙面左方側を軸方向一方側とし、紙面右方側を軸方向他方側とし、図２においては紙面手前側を軸方向一方側とし、紙面奥側を軸方向他方側とする。周方向について、図２において、紙面に向かって右側に回転する方向を周方向一方側あるいは時計方向とし、紙面に向かって左側に回転する方向を周方向他方側あるいは反時計方向とする。なお、本実施形態においては、ラチェット型クラッチの回転方向については、外輪に対する内輪の回転方向について説明するが、外輪の回転と内輪の回転とは相対的なものである。

図１は、実施形態に係るラチェット型クラッチの要部の軸方向に沿った断面図である。
図２は、図１の２−２矢視断面図である。なお、図２においては、ラチェット型クラッチの全体の断面を示している。

本実施形態に係るラチェット型クラッチ１は、環状の外輪３と、外輪３に対して径方向内方に外輪３の中心軸線Ｃと同軸に且つ外輪３と相対回転可能に配置された環状の内輪５と、外輪３と内輪５との間でトルク伝達を可能とするトルク伝達機構と、を有している。本実施形態におけるトルク伝達機構は、後述するように、ラチェット機構である。

内輪５の外周部には、径方向外方に突出し軸方向に延在する多数の歯部１３が周方向の全周に亘って等間隔に形成されている。内輪５の内周部には、周方向に亘って配置された複数の転動体であるボール７を含む転がり軸受９を介して、出力用或いは入力用のシャフト１１が回転可能に支持されている。内輪５および転がり軸受９の詳細な構成については後述する。

外輪３は、軸方向に所定の長さを有する円筒状の本体部１７と、本体部１７の軸方向中央部の内周面から径方向内方に周方向に亘って突出し、後述する複数の爪機構部が保持される環状部１９とから構成されている。本体部１７と内周側の環状部１９とは一体に形成されている。外輪３の本体部１７の外周面には、径方向外方に突出し軸方向に延在する凸部２１が周方向所定間隔に複数設けられている。これら凸部２１がハウジング２２の嵌合部２２ａに嵌合することにより、外輪３はハウジング２２に回転不能に固定されている。
なお、以降の説明において、便宜上、外輪３の内周側の環状部１９よりも軸方向一方側の本体部１７の部分を外輪３の「第１円筒部２３」とし、環状部１９よりも軸方向他方側の本体部１７の部分を外輪３の「第２円筒部２５」とする。

図２に示すように、外輪３の環状部１９の内周部には、第１の爪部材３１と、第１の爪部材３１の周方向他方側に隣接して設けられた第２の爪部材３７とからなる一対の爪機構部３８が、周方向に所定間隔に複数対設けられている。本実施形態においては、八対の爪機構部３８が設けられている。第１の爪部材３１は、円柱部２７から周方向他方側に向かって延在する爪部２９を有し、第２の爪部材３７は、円柱部３３から周方向一方側に向かって延在する爪部３５を有する。すなわち、軸方向一方側から見て、周方向一方側から周方向他方側に向かって順に並んだ第１の爪部材３１と第２の爪部材３７とで一対の爪機構部３８を構成し、外輪３の環状部１９にはこのような爪機構部３８が複数対設けられている。したがって外輪３の環状部１９の内周部には、複数の第１の爪部材３１と、これと同数の第２の爪部材３７とが、周方向に交互に配置されている。以下、一対の爪機構部３８の構成について説明するが、他の爪機構部３８の構成も同様である。

第１の爪部材３１は、円柱部２７を中心に爪部２９が径方向に揺動可能に、外輪３の環状部１９の内周部に形成された保持部３９に保持されている。保持部３９は、外輪３の環状部１９の軸方向一方側端面および内周面に開口する凹部である。また、外輪３の環状部１９の保持部３９には第１の爪部材３１の爪部２９を径方向内方すなわち内輪５の外周面に向けて常に付勢しているコイル状のスプリング４１が設けられている。第１の爪部材３１は、内輪５の歯部１３と噛み合うことにより、外輪３に対する内輪５の時計方向すなわち周方向一方の回転方向への回転をロックするとともに、外輪３に対する内輪５の反時計方向すなわち周方向他方の回転方向への回転を可能としている。

第２の爪部材３７は、円柱部３３を中心に爪部３５が径方向に揺動可能に、外輪３の環状部１９の内周部に形成された保持部４３に保持されている。保持部４３は、外輪３の環状部１９の軸方向一方側端面および内周面に開口する凹部である。また、外輪３の環状部１９の保持部４３には第２の爪部材３７の爪部３５を径方向内方すなわち内輪５の外周面に向けて常に付勢しているコイル状のスプリング４５が設けられている。第２の爪部材３７は、内輪５の歯部１３と噛み合うことにより、外輪３に対する内輪５の反時計方向すなわち周方向他方の回転方向への回転をロックするとともに、外輪３に対する内輪５の時計方向すなわち周方向一方の回転方向への回転を可能としている。このように、外輪３の保持部３９、４３に保持された第１の爪部材３１および第２の爪部材３７と、スプリング４１、４５と、歯部１３が形成された内輪５とで、ラチェット機構が構成されている。

外輪３の第１円筒部２３の内周側には、外輪３と同軸上に環状のリテーナ４７が配置されている。リテーナ４７は、外輪３の環状部１９の軸方向一方側端面、および複数の第１および第２の爪部材３１、３７の軸方向一方側端面と軸方向に対向している。リテーナ４７の軸方向一方側に隣接する外輪３の第１円筒部２３の内周面の部分には、周方向溝４８が形成されている。周方向溝４８には止め輪４９が嵌め込まれている。リテーナ４７は、外輪３の環状部１９の軸方向一方側端面と止め輪４９とによって軸方向の移動が規制されるとともに、複数の第１および第２の爪部材３１、３７が外輪３の環状部１９から軸方向一方側へ抜けることを防止している。

外輪３の第２円筒部２５の内周側には、外輪３と同軸上に環状の切り替えプレート５１が配置されている。切り替えプレート５１は、外輪３に対する内輪５の回転のロック方向を切り替えるための部材である。言い換えると、切り替えプレート５１は、外輪３に対する内輪５の回転可能な方向を切り替えるための部材である。切り替えプレート５１は、外輪３の環状部１９の軸方向他方側端面および内輪５の軸方向他方側端部の外縁部と、軸方向に対向している。切り替えプレート５１は、中心軸線Ｃを中心に回動可能に、外輪３の第２円筒部２５に保持されている。切り替えプレート５１の軸方向他方側に隣接する外輪３の第２円筒部２５の内周面の部分には、周方向溝５３が形成されている。周方向溝５３には止め輪５５が嵌め込まれている。切り替えプレート５１は、外輪３の環状部１９の軸方向他方側端面と止め輪５５とによって軸方向の移動が規制されている。

切り替えプレート５１の内径側部分には、軸方向一方側に突出する厚肉部５７が周方向全周に亘って形成されている。厚肉部５７は、外輪３の環状部１９の径方向内方すなわち第１および第２の爪部材３１、３７よりも内径側に位置している。また、厚肉部５７は、外輪３の環状部１９の軸方向中間部に対応する軸方向位置まで、軸方向一方側に突出している。厚肉部５７の軸方向一方側の端面は、内輪５の軸方向他方側の端部と軸方向に対向している。このような構成により、厚肉部５７の外周面は、外輪３の環状部１９の内周面の軸方向他方側部分と、所定の空間を介して径方向に対向している。

厚肉部５７の軸方向一方側の端面の外径側縁部には、図１に示すように、軸方向一方側に突出する突出部５９が設けられている。突出部５９は、各爪部３１、３７と１対１に対応して、周方向所定間隔に複数設けられている。突出部５９は周方向に所定の幅を有し、第１および第２の爪部材３１、３７に対応する軸方向位置まで、軸方向一方側に突出している。

突出部５９は、内輪５の歯部１３の頂部と外輪３の環状部１９の内周面との間の径方向位置にあり、内径側の面が内輪５の歯部１３の頂部と僅かな隙間を介して径方向に対向し、外径側の面が外輪３の環状部１９の内周面と僅かな隙間を介して径方向に対向している。突出部５９は、対応する第１または第２の爪部材３１、３７の内径側に位置すると、外径側の面が第１または第２の爪部材３１、３７の内径側の面に接触し、第１または第２の爪部材３１、３７の内径側の面を内輪５の歯部１３よりも外径側に固定する。これにより、突出部５９は第１または第２の爪部材３１、３７と内輪５の歯部１３との噛み合いを阻止する。

切り替えプレート５１は、回動することによって一対の爪機構部３８に対する厚肉部５７の突出部５９の周方向位置を変更する。これにより、一対の爪機構部３８すなわち第１の爪部材３１と第２の爪部材３７とに対する突出部５９の接触または非接触の組み合わせ状態を変更する。具体的には、切り替えプレート５１は、一対の爪機構部３８に対する突出部５９の接触または非接触の４つの組み合わせ状態を切り替え、これにより外輪３に対する内輪５の回転のロック方向を切り替える。

一対の爪機構部３８に対する突出部５９の接触または非接触の第１の組み合わせ状態は、突出部５９が第１の爪部材３１と第２の爪部材３７との何れにも接触せず、突出部５９の外径側の面が外輪３の環状部１９の内周面に対向している状態である。この状態において第１の爪部材３１および第２の爪部材３７は、それぞれスプリング４１および４５の付勢力によって内輪５の歯部１３に噛み合っている。したがってこの状態において、内輪５は外輪３に対して周方向一方および周方向他方の何れの方向への回転もロックされた状態である。なお、以降の説明において、この状態を切り替え式ラチェット型クラッチ１の「第１の状態」という。

一対の爪機構部３８に対する突出部５９の接触または非接触の第２の組み合わせ状態は、１つの突出部５９が第２の爪部材３７の内径側の面に接触し、第１の爪部材３１には突出部５９が接触していない状態である。この状態において、第２の爪部材３７に接触している突出部５９は、第２の爪部材３７に対してスプリング４５を圧縮した状態で接触し、第２の爪部材３７の内径側の面を内輪５の歯部１３よりも外径側に固定し、第２の爪部材３７と内輪５の歯部１３との噛み合いを阻止する。一方、第１の爪部材３１は、スプリング４１の付勢力によって内輪５の歯部１３に噛み合っている。したがってこの状態において、内輪５は外輪３に対して周方向他方への回転が可能であり、周方向一方への回転がロックされた状態である。なお、以降の説明において、この状態を切り替え式ラチェット型クラッチ１の「第２の状態」という。

一対の爪機構部３８に対する突出部５９の接触または非接触の第３の組み合わせ状態は、１つの突出部５９が第１の爪部材３１の内径側の面に接触し、第２の爪部材３７には突出部５９が接触していない状態である。この状態において、第１の爪部材３１に接触している突出部５９は、第１の爪部材３１に対してスプリング４１を圧縮した状態で接触し、第１の爪部材３１の内径側の面を内輪５の歯部１３よりも外径側に固定し、第１の爪部材３１と内輪５の歯部１３との噛み合いを阻止する。一方、第２の爪部材３７は、スプリング４５の付勢力によって内輪５の歯部１３に噛み合っている。したがってこの状態において、内輪５は外輪３に対して周方向一方への回転が可能であり、周方向他方への回転がロックされた状態である。なお、以降の説明において、この状態を切り替え式ラチェット型クラッチ１の「第３の状態」という。

一対の爪機構部３８に対する突出部５９の接触または非接触の第４の組み合わせ状態は、１つの突出部５９が第１の爪部材３１の内径側の面に接触し、さらに他の１つの突出部５９が第２の爪部材３７の内径側の面に接触している状態である。ここで第１の爪部材３１に接触している突出部５９と第２の爪部材３７に接触している突出部５９とは、周方向に隣り合う突出部５９である。この状態において、第１の爪部材３１に接触している突出部５９は第１の爪部材３１の内径側の面を内輪５の歯部１３よりも外径側に固定し、第１の爪部材３１と内輪５の歯部１３との噛み合いを阻止する。さらに、第２の爪部材３７に接触している突出部５９は第２の爪部材３７の内径側の面を内輪５の歯部１３よりも外径側に固定し、第２の爪部材３７と内輪５の歯部１３との噛み合いを阻止する。したがってこの状態において、内輪５は外輪３に対して周方向一方への回転も周方向他方への回転もロックされておらず、周方向一方と周方向他方の何れの方向への回転も可能である。なお、以降の説明において、この状態を切り替え式ラチェット型クラッチ１の「第４の状態」という。

切り替えプレート５１の回動は、例えば図示しないアクチュエータにより行われる。ラチェット型クラッチ１は、図示しないアクチュエータによって、中心軸線Ｃを中心に切り替えプレート５１が回動し、これにより一対の爪機構部３８に対する突出部５９の接触または非接触の組み合わせ状態を切り替えている。これによりラチェット型クラッチ１は、上記第１の状態と第２の状態と第３の状態と第４の状態とを切り替え、外輪３と内輪５と間でのトルク伝達方向を切り替えている。

本実施形態のラチェット型クラッチ１は、内輪５の内周部に、転がり軸受９を介して出力用或いは入力用のシャフト１１が回転可能に支持されている。本実施形態においては、ラチェット型クラッチ１の内輪５が転がり軸受９の外輪を構成している。転がり軸受９は、転がり軸受９の外輪であるラチェット型クラッチ１の内輪５と、内輪６３と、転がり軸受９の外輪であるラチェット型クラッチ１の内輪５と内輪６３との間に転動可能に配置された複数のボール７とを備えている。以下、転がり軸受９の構成について説明する。なお、以下の説明において、「転がり軸受９の外輪」は、「転がり軸受９の外輪であるラチェット型クラッチ１の内輪５」を意味する。

内輪５の内周面には、全周に亘って周方向溝６１が形成されている。周方向溝６１の断面形状は円弧状に形成され、複数のボール７の転動路を構成している。周方向溝６１は、第１および第２の爪部材３１、３７の軸方向位置に対応する内輪５の内周面の部分に形成されている。すなわち周方向溝６１は、第１および第２の爪部材３１、３７の径方向内方に位置している。

転がり軸受９の外輪であるラチェット型クラッチ１の内輪５の内径側には、転がり軸受９の内輪６３が、内輪５と同軸に配置されている。内輪６３は、円筒状のシャフト保持部６５と、ボール７の転動路が外周面に形成された環状の転動路形成部６７とを備えている。

転動路形成部６７は、転がり軸受９の外輪側の周方向溝６１と径方向に対向するシャフト保持部６５の外周面の部分に嵌合されている。シャフト保持部６５と転動路形成部６７とは一体に回転する。転動路形成部６７の外周面には、周方向溝６１と径方向に対向する周方向溝６９が全周に亘って形成されている。周方向溝６９の断面形状は円弧状に形成され、ボール７の転動路を構成している。転動路形成部６７の軸方向一方側に隣接するシャフト保持部６５の外周面の部分には、止め輪７１が嵌め込まれている。また、転動路形成部６７の軸方向他方側に隣接するシャフト保持部６５の外周面は拡径され、転動路形成部６７の軸方向他方側の端面と対向する段部７３が形成されている。転動路形成部６７は、止め輪７１と段部７３とにより軸方向の移動が規制されている。

シャフト保持部６５の中心すなわち内輪６３の中心にはシャフトホール７５が形成され、シャフトホール７５にはシャフト１１が嵌合されている。シャフト保持部６５とシャフト１１とは一体に回転する。したがって、シャフト１１とシャフト保持部６５と転動路形成部６７とは一体に回転する。このように、シャフト１１は転がり軸受９に回転可能に支持されている。

上述したように、本実施形態に係るラチェット型クラッチ１は、内輪５の内周部に転がり軸受９を介してシャフト１１を回転可能に支持している。このような構成により、本実施形態のラチェット型クラッチ１は、高速回転時においてもシャフト１１とラチェット型クラッチ１との間で滑らかに回転が伝達するので、芯ブレによる振動および音の発生を低減し、ラチェット機構の挙動の安定化を図ることができる。

また、本実施形態に係るラチェット型クラッチ１は、内輪５の内周部に転がり軸受９が配置されているので、転がり軸受９はトルク伝達機構すなわちラチェット機構の径方向内方に位置することとなる。したがって、ラチェット型クラッチ１の外輪３および内輪５は、軸方向の長さを大きくする必要がなく、ラチェット型クラッチ１の配置スペースが軸方向に大きくなってしまうことを抑制できる。

さらに、本実施形態に係るラチェット型クラッチ１は、ラチェット型クラッチ１の内輪５が転がり軸受９の外輪を構成している。このようにラチェット型クラッチ１の内輪５と転がり軸受９の外輪とを一体の部材として構成することにより、ラチェット型クラッチ１の内輪５と転がり軸受９の外輪とを別体の部材として設けた場合と比較して、ラチェット型クラッチ１の外輪３および内輪５の径の増大を抑制することができる。その結果、ラチェット型クラッチ１の配置スペースが径方向に大きくなってしまうことを抑制できる。

ここで、図３は、比較例に係るラチェット型クラッチ１０１の要部の軸方向に沿った断面図である。比較例に係るラチェット型クラッチ１０１は、ラチェット型クラッチ１０１の内輪１０５と転がり軸受１０９の外輪１０６とが別体の部材として構成されている。他の構成は上記実施形態のラチェット型クラッチ１と同様であるので、上記実施形態と同様の構成は、上記実施形態と同じ参照符号を付している。

比較例に係るラチェット型クラッチ１０１は、ラチェット型クラッチ１０１の内輪１０５と転がり軸受１０９の外輪１０６とが別体の部材として構成されているので、外輪１０６が配置される分、ラチェット型クラッチ１０１の内輪１０５の径を大きくする必要がある。その結果、ラチェット型クラッチ１０１は外径方向に大型化し、配置スペースが外径方向に大きくなってしまう虞がある。

これに対し、本実施形態に係るラチェット型クラッチ１は、上述したように、配置スペースが径方向に大きくなってしまうことを抑制できる。さらに、ラチェット型クラッチ１の内輪５と転がり軸受９の外輪とを一体の部材として構成しているので、部品点数の削減および軽量化を図ることができる。
このように、本実施形態によれば、配置スペースの増大を抑制し、高速回転時においても芯ブレによる振動および音の発生のない安定した挙動を示すラチェット型クラッチ１を提供することができる。

なお、本発明に係るラチェット型クラッチ１は、上記実施形態に限定されず、変形が可能である。例えば、ラチェット型クラッチ１は、外輪３の内周面に歯部を設け、内輪５に爪機構部を設けても良い。また、ラチェット型クラッチ１は、ワンウェイクラッチとして構成しても良い。また、転がり軸受９の転動体は、ボール７に替えて、ローラとしても良い。また、第１の爪部材３１および第２の爪部材３７の数は、ラチェット型クラッチ１が伝達するトルク容量によって適宜設計することができる。

１ ラチェット型クラッチ
３ 外輪
５ 内輪
７ ボール
９ 転がり軸受
１１ シャフト
１３ 歯部
１９ 環状部
２２ ハウジング
３１ 第１の爪部材
３７ 第２の爪部材
３８ 爪機構部
５１ 切り替えプレート
６１ 周方向溝
６３ 内輪
６５ シャフト保持部
６７ 転動路形成部
６９ 周方向溝
７５ シャフトホール

Claims (2)

1. 外輪と、
   前記外輪の径方向内側に前記外輪と同軸に且つ相対回転可能に配置された内輪と、
   トルク伝達可能に前記外輪と前記内輪とを係合可能なラチェット機構とを有するラチェット型クラッチであって、
   前記内輪の内周部に、転がり軸受を介して軸部材が回転可能に支持され、
   前記内輪は、前記転がり軸受の外輪を構成していることを特徴とするラチェット型クラッチ。
2. 前記転がり軸受は、前記ラチェット機構の径方向内方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のラチェット型クラッチ。

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