JP2022190947A - ラチェット型クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 構成部品として組み込まれる装置全体の重量の増大および当該装置の配置スペースの増大を抑制することができるトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチを提供すること。【解決手段】 ラチェット機構は、内輪５に設けられた歯部１３と、外輪３に設けられ、歯部１３と噛み合うことにより外輪３に対する内輪５の第１の回転方向への相対回転をロックし、第２の回転方向への相対回転を許容する複数の第１の爪部材１５と、外輪３に設けられ、それぞれが第１の爪部材１５と対をなし、歯部１３と噛み合うことにより外輪３に対する内輪５の第２の回転方向への相対回転をロックし、第１の回転方向への相対回転を許容する第２の爪部材１７とを備え、各第１の爪部材１５は、外輪３の回転によって作用する遠心力によって回動し、遠心力が所定の大きさを上回ると、歯部１３と非噛み合い状態となることを特徴とするラチェット型クラッチ１。【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トルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチに関する。

従来、ラチェット機構を用いたクラッチであって、外輪部材に対する内輪部材或いは内輪部材に対する外輪部材の回転方向に関し、一方向または反対方向の何れかの回転方向への回転のみをロックする状態と、一方向および反対方向の両方の回転方向への回転を同時にロックする状態と、一方向および反対方向の何れの回転方向への回転もロックしない状態とを切り替えることにより、トルク伝達方向を切り替えることができるものがある（例えば特許文献１、２を参照）。

特許文献１、２に記載されたクラッチは、変位することによってラチェット機構の係合状態を変更可能な環状部材を、アクチュエータ等の外部装置を用いて変位させることにより内外輪間の回転伝達方向すなわちトルク伝達方向を切り替えている。

特表２０１６－５０８５８２号公報 特開２０２１－０３８７５５号公報

近年、車両における電動制御の発達は著しく、車両に搭載される各種装置の構成部品も複雑化してきており、これに比例してこれら各種装置の重量および搭載スペースも増大してきている。特許文献１または２のクラッチのように、トルク伝達方向の切り替えをアクチュエータ等の外部装置で行うことは、クラッチを変速装置の構成部品として用いる場合には、変速装置全体の重量および車両への搭載スペースが増大してしまう虞がある。このことは、近年の厳しい軽量化および省スペースの要求の達成を困難にする虞がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、構成部品として組み込まれる装置全体の重量の増大および当該装置の配置スペースの増大を抑制することができるトルク伝達方向切り替え式の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、本発明のラチェット型クラッチは、
第１の環状部材と、
前記第１の環状部材と同軸に且つ相対回転可能に配置された第２の環状部材と、
トルク伝達可能に前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを係合可能なラチェット機構とを有し、
前記ラチェット機構は、前記第１の環状部材に設けられた歯部と、
前記第２の環状部材に設けられ、前記歯部と噛み合うことにより前記第２の環状部材に対する前記第１の環状部材の第１の回転方向への相対回転をロックし、第２の回転方向への相対回転を許容する複数の第１の爪部材と、
前記第２の環状部材に設けられ、それぞれが前記第１の爪部材と対をなし、前記歯部と噛み合うことにより前記第２の環状部材に対する前記第１の環状部材の前記第２の回転方向への相対回転をロックし、前記第１の回転方向への相対回転を許容する複数の第２の爪部材とを備え、
前記第１の爪部材のそれぞれは、前記第２の環状部材の回転によって作用する遠心力によって回動し、前記遠心力が所定の大きさを上回ると、前記歯部と非噛み合い状態となることを特徴とする。

本発明によれば、構成部品として組み込まれる装置全体の重量の増大および当該装置の配置スペースの増大を抑制することができるトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチを提供することができる。

図１は実施形態に係るトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチの正面図であり、軸方向から見た状態を示している。 図２はトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチの部分拡大図である。

以下、本発明の実施形態に係るトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチを、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチは、車両の変速装置の構成部品として用いられる例として説明する。また、以下の説明においては、トルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチを「ラチェット型クラッチ」と略記する場合がある。

まず、本実施形態におけるトルク伝達方向切り替え式の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Ｃ」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Ｃ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２において、紙面手前方向を軸方向一方とし、紙面奥方向を軸方向他方とする。周方向について、図１および図２において、紙面に向かって時計回りに回転する方向を周方向一方とし、紙面に向かって反時計回りに回転する方向を周方向他方とする。

なお、ラチェット型クラッチの回転方向について、外輪の回転と内輪の回転とは相対的なものである。例えば、内輪が時計回りに回転可能な場合、外輪も反時計回りに回転可能であり、また、内輪と外輪とが同方向に回転する場合であっても、外輪と内輪との回転速度が異なれば、外輪と内輪とは相対的にいずれかの方向に回転していると言える。

図１は実施形態に係るトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチの正面図であり、軸方向一方から見た状態を示している。
図２はトルク伝達方向切り替え式のラチェット型クラッチの部分拡大図である。

本実施形態に係るトルク伝達方向切り替え式の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離間し、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、ラチェット機構である。

外輪３は軸方向に所定の長さを有する円筒状の形状で、後述する複数の爪機構部が保持される。外輪３は、電動モータ等の駆動装置（図示省略）と連結された入力用の軸部材（図示省略）、または電動モータ等の駆動力が伝達される被駆動側装置に連結された出力用の軸部材（図示省略）の何れか一方に連結されている。

図１、図２に示すように、外輪３の内周部には、第１の爪部材１５と、第１の爪部材１５の周方向一方側に隣接し、第１の爪部材１５と対をなす第２の爪部材１７とが設けられている。第１の爪部材１５と第２の爪部材１７とで１つの爪機構部を構成している。すなわち、外輪３には、軸方向一方側から見て、周方向他方側から周方向一方側に向かって順に並んで対をなす第１の爪部材１５と第２の爪部材１７とを含む爪機構部が設けられている。外輪３にはこのような爪機構部が、周方向に所定間隔で複数設けられている。

内輪５は外輪３の径方向内方に配置されている。内輪５の外周部には、多数の歯部１３が全周に亘って所定間隔に形成されている。各歯部１３は径方向外方に突出し、中心軸線Ｃ方向に延在している。外輪３の内周面と内輪５の外周部すなわち歯部１３とは、所定の空間を介して径方向に対向している。歯部１３は、第１の爪部材１５および第２の爪部材１７が噛み合うラチェット歯を構成している。具体的には、図２に示すように、各歯部１３の周方向一方側の側面は第１の爪部材１５と噛み合う第１の噛み合い部１３ａを構成し、各歯部１３の周方向他方側の側面は第２の爪部材１７と噛み合う第２の噛み合い部１３ｂを構成している。内輪５の内周面には、前述した出力用或いは入力用の図示しない軸部材の何れか他方が嵌合されている。

第１の爪部材１５は、外輪３の内周面に設けられた内向きに開口する凹部である第１保持部１９に保持されている。第１の爪部材１５は、中心軸線Ｃ方向に延在する円柱部２１と、円柱部２１から周方向他方に向かって延在する爪部２３とを有している。第１の爪部材１５は、円柱部２１が第１保持部１９に回動可能に保持されている。すなわち第１の爪部材１５は、円柱部２１を中心として爪部２３が径方向に揺動可能に、第１保持部１９に保持されている。第１の爪部材１５は、回動中心は円柱部２１であるが、重心は爪部２３に位置している。すなわち第１の爪部材１５の爪部２３は、重心が爪部２３に在るような質量を有している。第１の爪部材１５の爪部２３は、コイル状の、或いはそれ以外のタイプでも良いスプリング２５によって径方向内方すなわち歯部１３との噛み合い方向へ常に付勢されている。

第１の爪部材１５は、爪部２３が径方向内方へ揺動すると、爪部２３が内輪５の歯部１３の第１の噛み合い部１３ａと噛み合い、これにより第１の爪部材１５は歯部１３と噛み合い状態になる。第１の爪部材１５は歯部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への相対回転をロックする。一方、外輪３に対して内輪５が反時計方向すなわち周方向他方へ相対回転する際は、第１の爪部材１５の爪部２３はスプリング２５の付勢力に抗して内輪５の歯部１３によって径方向外方へ押され、内輪５の当該回転を許容する。

第２の爪部材１７は、外輪３の内周面に設けられた内向きに開口する凹部である第２保持部２７に保持されている。第２の爪部材１７は、所定の周方向長さを有し、部分円筒状の外周面を有する中央部２９と、中央部２９から周方向一方側へ突出する爪部３１と、中央部２９から周方向他方側へ突出する突出部３３とから構成されている。第２の爪部材１７は、中央部２９が第２保持部２７に回動可能に保持されている。すなわち第２の爪部材１７は、中央部２９を中心として爪部３１が径方向に揺動可能に、第２保持部２７に保持されている。第２の爪部材１７は、回動中心は中央部２９であり、重心も中央部２９に位置するように構成されている。第２保持部２７には、第２の爪部材１７の突出部３３が径方向に揺動可能な逃げ部３５が設けられている。第２の爪部材１７の爪部３１は、コイル状の、あるいはそれ以外のタイプでも良いスプリング３７によって径方向内方すなわち内輪５の歯部１３との噛み合い方向へ常に付勢されている。

このように、本実施形態においては、対をなす第１の爪部材１５と第２の爪部材１７との形状がそれぞれ異なっている。また、第１の爪部材１５は重心と回転中心が異なる位置であるのに対して、第２の爪部材１７は重心と回転中心が同じ位置である。

第２の爪部材１７は、爪部３１が径方向内方へ揺動すると、爪部３１が内輪５の歯部１３の第２の噛み合い部１３ｂと噛み合い、これにより第２の爪部材１７は歯部１３と噛み合い状態になる。第２の爪部材１７は歯部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への相対回転をロックする。一方、外輪３に対して内輪５が時計方向すなわち周方向一方へ相対回転する際は、第２の爪部材１７はスプリング３７の付勢力に抗して内輪５の歯部１３によって径方向外方へ押され、内輪５の当該回転を許容する。

このように、外輪３に保持された第１の爪部材１５および第２の爪部材１７と、スプリング２５、３７と、内輪５に形成された複数の歯部１３とで、ラチェット機構が構成されている。

本実施形態のラチェット型クラッチ１は、外輪３の回転速度が所定の速度を上回ると、第１の爪部材１５と内輪５の歯部１３との噛み合いが解除されるように構成されている。すなわち外輪３の回転速度が所定の速度を上回ると、第１の爪部材１５が、後述の如く遠心力によりスプリング２５に抗して回転し、爪部２３が歯部１３よりも径方向外方に位置するようになっている。以下、ラチェット機構の構成について、第１の爪部材１５および第２の爪部材１７の作動と共に、さらに詳細に説明する。

本実施形態のラチェット型クラッチ１において、第１の爪部材１５および第２の爪部材１７は以下のように作動する。
外輪３に駆動力が伝達され、外輪３が周方向一方または周方向他方へ回転を始めると、外輪３の回転による遠心力が第１の爪部材１５および第２の爪部材１７に作用する。遠心力が作用すると、第１の爪部材１５は、重心が爪部２３にあるため、円柱部２１を中心として爪部２３が径方向外方に向かう方向に回動すなわち揺動しようとする。すると、第１の爪部材１５を付勢しているスプリング２５は、爪部２３によって径方向外方すなわち圧縮する方向に押圧される。外輪３の回転が速くなり、作用する遠心力が大きくなると、スプリング２５は、回動する第１の爪部材１５の爪部２３によって圧縮されてゆく。そして外輪３の回転速度が所定の回転速度よりも速くなり、第１の爪部材１５に作用する遠心力が所定の大きさＦ１よりも大きくなると、スプリング２５は爪部２３によって大きく圧縮され、爪部２３は全体が歯部１３よりも径方向外方に位置することとなる。すなわちこの状態において、第１の爪部材１５と歯部１３とは非噛み合い状態となる。ここで所定の大きさＦ１の遠心力が発生する外輪３の所定の回転速度をＲ１とする。

一方、第２の爪部材１７は、外輪３の回転による遠心力が作用しても、重心は中央部２９にあり、且つ爪部３１の質量は第１の爪部材１５の爪部２３よりも小さいため、爪部３１が径方向外方へ揺動しようとする力は、第１の爪部材１５の爪部２３よりも小さい。そして第２の爪部材１７を付勢しているスプリング３７は、第２の爪部材１７に所定の大きさＦ１よりも大きい遠心力が作用しても大きく圧縮することはなく、第２の爪部材１７と歯部１３との噛み合い状態を維持する。

このように、第１の爪部材１５の重心の位置およびスプリング２５の弾性力は、外輪３の回転速度が所定速度Ｒ１を上回り、Ｆ１よりも大きい遠心力が第１の爪部材１５に作用すると、スプリング２５が爪部２３によって圧縮され、爪部２３が歯部１３よりも径方向外方まで変位するように構成されている。一方、第２の爪部材１７の重心の位置およびスプリング３７の弾性力は、外輪３の回転速度が所定速度Ｒ１を上回り、Ｆ１よりも大きい遠心力が第２の爪部材１７に作用しても、第２の爪部材１７と歯部１３との噛み合い状態を維持するように構成されている。

なお、第１の爪部材１５の重心の位置、第２の爪部材１７の重心の位置、スプリング２５の弾性力、スプリング３７の弾性力、所定の大きさＦ１の遠心力、さらに所定の大きさＦ１の遠心力が発生する際の外輪３の所定の回転速度Ｒ１は、伝達するトルクの大きさ、車速等を考慮し、適宜設計される。

次に、本実施形態に係るラチェット型クラッチ１の作動について説明する。
まず、内輪５を入力側とし、内輪５が時計方向すなわち周方向一方へ回転する場合について説明する。

ラチェット型クラッチ１が停止状態においては、図１に示すように、第１の爪部材１５および第２の爪部材１７は、それぞれスプリング２３およびスプリング３７の付勢力によって歯部１３と噛み合っている状態である。この状態から内輪５に駆動力が伝達され、内輪５が周方向一方へ回転を始めると、外輪３は内輪５と一体に周方向一方へ回転する。外輪３の回転速度がＲ１となるまでは外輪３は内輪５と一体に回転し、内輪５から外輪３へトルク伝達がなされる。外輪３の回転速度がＲ１を上回ると、第１の爪部材１５に作用する遠心力が所定の大きさＦ１を上回り、第１の爪部材１５と歯部１３との噛み合いが解除される。一方、第２の爪部材１７は、歯部１３との噛み合いを維持している。この状態において、駆動側の内輪５の回転速度がさらに上昇しても、内輪５は被駆動側の外輪３対して空転状態となる。すなわち内輪５から外輪３へトルク伝達はなされない。

この状態から、外輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１まで下がると、第１の爪部材１５に作用する遠心力は所定の大きさＦ１まで小さくなり、第１の爪部材１５はスプリング２５の付勢力によって再び歯部１３と噛み合い状態となる。すなわち内輪５から外輪３へトルク伝達がなされる。

次に、内輪５を入力側とし、内輪５が反時計方向すなわち周方向他方へ回転する場合について説明する。
この場合、外輪３の回転速度がＲ１となるまでは外輪３は内輪５と一体に周方向他方へ回転し、内輪５から外輪３へトルク伝達がなされる。外輪３の回転速度がＲ１を上回ると、第１の爪部材１５に作用する遠心力が所定の大きさＦ１を上回り、第１の爪部材１５と歯部１３との噛み合いが解除される。一方、第２の爪部材１７は、歯部１３との噛み合いを維持している。この状態において、駆動側の内輪５の回転速度がさらに上昇すると、内輪５から外輪３へ引き続きトルク伝達がなされる。一方、外輪３の回転速度が内輪５の回転速度よりも速い場合は、外輪３は内輪５に対して空転し、内輪５から外輪３へトルク伝達はなされない。

外輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１まで下がると、第１の爪部材１５に作用する遠心力は所定の大きさＦ１まで小さくなり、第１の爪部材１５はスプリング２５の付勢力によって再び歯部１３と噛み合い状態となる。すなわち内輪５から外輪３へトルク伝達がなされる。

次に、外輪３を入力側とし、外輪３が反時計方向すなわち周方向他方へ回転する場合について説明する。
この場合、外輪３の回転速度がＲ１となるまでは内輪５は外輪３と一体に周方向他方へ回転し、外輪３から内輪５へトルク伝達がなされる。外輪３の回転速度がＲ１を上回ると、第１の爪部材１５に作用する遠心力が所定の大きさＦ１を上回り、第１の爪部材１５と歯部１３との噛み合いが解除される。一方、第２の爪部材１７は、歯部１３との噛み合いを維持している。この状態において、駆動側の外輪３の回転速度がさらに上昇しても、外輪３は被駆動側の内輪５対して空転状態となる。すなわち外輪３から内輪５へトルク伝達はなされない。

外輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１まで下がると、第１の爪部材１５に作用する遠心力は所定の大きさＦ１まで小さくなり、第１の爪部材１５はスプリング２５の付勢力によって再び歯部１３と噛み合い状態となる。すなわち外輪３から内輪５へトルク伝達がなされる。

次に、外輪３を入力側とし、外輪３が時計方向すなわち周方向一方へ回転する場合について説明する。
この場合、外輪３の回転速度がＲ１となるまでは内輪５は外輪３と一体に周方向一方へ回転し、外輪３から内輪５へトルク伝達がなされる。外輪３の回転速度がＲ１を上回ると、第１の爪部材１５に作用する遠心力が所定の大きさＦ１を上回り、第１の爪部材１５と歯部１３との噛み合いが解除される。一方、第２の爪部材１７は、歯部１３との噛み合いを維持している。この状態において、駆動側の外輪３の回転速度がさらに上昇すると、外輪３から内輪５へ引き続きトルク伝達がなされる。一方、内輪５の回転速度が外輪３の回転速度よりも速い場合は、内輪５は外輪３に対して空転し、外輪３から内輪５へトルク伝達はなされない。

外輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１まで下がると、第１の爪部材１５に作用する遠心力は所定の大きさＦ１まで小さくなり、第１の爪部材１５はスプリング２５の付勢力によって再び歯部１３と噛み合い状態となる。すなわち外輪３から内輪５へトルク伝達がなされる。

このように、本実施形態によれば、第１の爪部材１５に作用する遠心力によって、言い換えると第１の爪部材１５が設けられている外輪３の回転速度によって、第１の爪部材１５と歯部１３との噛み合いと噛み合いの解除とを制御することができる。したがって第１の爪部材１５と歯部１３との噛み合いと噛み合いの解除とを切り替えるための装置を別に設ける必要がない。したがって本実施形態によれば、ラチェット型クラッチ１が構成部品として組み込まれる装置全体の重量の増大および当該装置の配置スペースの増大を抑制することができる。本実施形態のようにラチェット型クラッチ１が構成部品として組み込まれる装置が車両の変速装置であれば、変速装置全体の重量の増大および車両への搭載スペースの増大を抑制することができる。さらに、入力側となる内輪５または外輪３の回転方向を制御することにより、上述したように、トルク伝達方向を切り替えることができる。

なお、本発明の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、爪機構部を内輪側に設け、爪機構部と噛み合う歯部を外輪の内周面に設ける構成としても良い。また、伝達するトルク容量により爪機構部の数は適宜変更が可能である。

１ ラチェット型クラッチ
３ 外輪
５ 内輪
１３ 歯部
１５ 第１の爪部材
１７ 第２の爪部材
１９ 第１保持部
２３ 爪部
２５ スプリング
２７ 第２保持部
３１ 爪部
３７ スプリング

Claims (6)

1. 第１の環状部材と、
   前記第１の環状部材と同軸に且つ相対回転可能に配置された第２の環状部材と、
   トルク伝達可能に前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを係合可能なラチェット機構とを有し、
   前記ラチェット機構は、前記第１の環状部材に設けられた歯部と、
   前記第２の環状部材に設けられ、前記歯部と噛み合うことにより前記第２の環状部材に対する前記第１の環状部材の第１の回転方向への相対回転をロックし、第２の回転方向への相対回転を許容する複数の第１の爪部材と、
   前記第２の環状部材に設けられ、それぞれが前記第１の爪部材と対をなし、前記歯部と噛み合うことにより前記第２の環状部材に対する前記第１の環状部材の前記第２の回転方向への相対回転をロックし、前記第１の回転方向への相対回転を許容する複数の第２の爪部材とを備え、
   前記第１の爪部材のそれぞれは、前記第２の環状部材の回転によって作用する遠心力によって回動し、前記遠心力が所定の大きさを上回ると、前記歯部と非噛み合い状態となることを特徴とするラチェット型クラッチ。
2. 前記第２の爪部材のそれぞれは、前記所定の大きさを上回る遠心力が作用しても、前記歯部と噛み合い可能であ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。
3. 前記第１の爪部材のそれぞれは、前記第２の環状部材に回動可能に保持され、前記第１の爪部材の回動中心である第１の回動中心部と、前記第１の回動中心部と一体に形成され前記歯部と噛み合う第１の爪部とを有し、
   前記第１の爪部材は、重心が前記第１の爪部側に在ることを特徴とする請求項１または２に記載のラチェット型クラッチ。
4. 前記第２の爪部材のそれぞれは、前記第２の環状部材に回動可能に保持され、前記第２の爪部材の回動中心である第２の回動中心部と、前記第２の回動中心部と一体に形成され前記歯部と噛み合う第２の爪部とを有し、
   前記第２の爪部材は、重心が前記第２の回動中心部に在ることを特徴とする請求項３に記載のラチェット型クラッチ。
5. 前記第１の爪部材は、前記第２の環状部材に保持された第１の弾性部材によって前記歯部との噛み合い方向に付勢されており、
   前記第１の弾性部材の弾性力は、前記所定の大きさを上回る遠心力が作用すると、前記歯部との噛み合いが解除される大きさであることを特徴とする請求項３または４に記載のラチェット型クラッチ。
6. 前記第２の爪部材は、前記第２の環状部材に保持された第２の弾性部材によって前記歯部との噛み合い方向に付勢されており、
   前記第２の弾性部材の弾性力は、前記所定の大きさを上回る遠心力が作用しても、前記歯部との噛み合いを維持可能な大きさであることを特徴とする請求項４または５に記載のラチェット型クラッチ。

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