JP2023008230A

JP2023008230A - カム及び一方向カムクラッチ

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Publication number: JP2023008230A
Application number: JP2021111619A
Authority: JP
Inventors: 優斗花輪; Yuto HANAWA
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2023-01-19
Also published as: KR20240028357A; DE112022003404T5; WO2023281894A1; US20240133433A1; CN116981858A

Abstract

【課題】軽量化及び製造コストの低減化を実現しつつ、カム重心位置の設計自由度が高く、応答性に優れたカム及び一方向カムクラッチを提供すること。【解決手段】内輪１１０と外輪１２０との間に配置され環状スプリング１６０により噛み合い方向にモーメントが付与されることで内輪１１０及び外輪１２０に接触するように構成されたカム１３０において、互いに同一の外周輪郭形状を有し揺動軸方向に並列して配置される複数のカムプレート１３１が、揺動軸方向に延びる連結ピン１３５により一体に連結されてなり、環状スプリング１６０が、隣接するカムプレート１３１間及び／または複数のカムプレート１３１の揺動軸方向外側に装着可能に構成される。一方向カムクラッチ１００は、このようなカム１３０を係合子として備えた構成とされる。【選択図】図１

Description

本発明は、内輪と外輪との間の環状空間に設けられ内輪及び外輪間でトルクを伝達または遮断するカム及び該カムを係合子として用いた一方向カムクラッチに関するものである。

一方向カムクラッチは、入力軸と出力軸の間でカムが一方向にかみ合ってトルクを伝達し、他方向にはかみ合わず空転する構造となっており、その特性を利用して多くの産業機械に使われている。

一方向カムクラッチのある種のものは、内輪と外輪との間の環状空間に設けられた複数のカム（スプラグ）を、内輪及び外輪の相対的な動きに応じて内輪及び外輪に係合・離脱させることで駆動側から従動側へのトルクの伝達及び遮断をする構成とされている。
この種の一方向カムクラッチとして、複数のカムの各々における内輪側係合面または外輪側係合面に周方向に延びるスプリング装着溝を形成して複数のカムの各々のスプリング装着溝に環状スプリングを嵌合させることで、カムの噛み合い方向にモーメントを付与した構成のものが知られている（例えば特許文献１参照。）。

図１１は、従来におけるカムの一構成例を示す斜視図である。
このカム２３０は、外輪側係合面２３３にスプリング装着溝２３６が形成され、環状スプリングの付勢力が径方向内方に向かって付勢されるよう構成されている。
スプリング装着溝２３６は、図１２に示すように、２つの直線溝２３７，２３７により形成され、各々の直線溝２３７，２３７の底面により挟まれる頂部２３８の角度が鈍角となるように構成されている。スプリング装着溝２３６における頂部２３８は、揺動軸に対してカム２３０の噛み合い方向に片寄った位置に形成されており、環状スプリングが頂部２３８に常に接触するようになっている。
スプリング装着溝２３６は、例えば、所定の外周輪郭形状に加工した丸線等の鋼材を所定の厚さに切断する際に、ディスクカッターを用いて形成される。

特開平９－１７７８４０号公報

而して、一方向カムクラッチにおいては、エネルギーロスを極小化するために遠心力を利用している。このような観点から、カムの軸直交方向断面における重心位置の設計は重要なファクターとなっており、一方向カムクラッチに要求される性能（用途）に応じてそれぞれのカムの形状設計が必要である。
しかしながら、従来のカムは単一の部材で構成されているため、カムの軸直交方向断面における重心位置の設計は、カムの材質、形状、大きさ等を変更することにより行わざるを得ず、重心位置の設計上の制約が大きいという問題があった。
また、上記の一方向カムクラッチにおいては、複数のカムを環状スプリングにより拘束する構造上、複数のカムの各々に対しスプリング装着溝の加工が必要であるため、加工負担が増加するとともに、スプリング装着溝の加工を溝加工用の専用機を用いて行わなければならないため、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、軽量化及び製造コストの低減化を実現しつつ、カム重心位置の設計自由度が高く、応答性に優れたカム及び一方向カムクラッチを提供することを目的とする。

本発明は、内輪と外輪との間の環状空間に配置され環状スプリングにより噛み合い方向にモーメントが付与されることで内輪及び外輪に接触するように構成されたカムであって、互いに同一の外周輪郭形状を有し揺動軸方向に並列して配置される複数のカムプレートと、揺動軸方向に延びるよう設けられ前記複数のカムプレートの各々を互いに連結する連結ピンとを備え、前記環状スプリングが、隣接するカムプレート間及び／または前記複数のカムプレートの揺動軸方向外側に装着可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。

また、本発明は、同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間の環状空間において周方向に設けられている複数の係合子と、前記複数の係合子を前記内輪及び前記外輪に対する噛み合い方向に付勢する環状スプリングとを備えた一方向カムクラッチであって、前記複数の係合子の各々が上記のカムにより構成され、前記環状スプリングが、前記複数の係合子の各々における隣接するカムプレート間及び／または前記複数のカムプレートの揺動軸方向外側に装着された構成とすることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に記載のカムによれば、隣接するカムプレートを連結する連結ピンの位置やサイズを調整することでカムの揺動軸直交方向断面における重心位置の調整が可能となるので、カム重心位置の設計自由度が向上し、要求される性能に応じたカムの外周輪郭形状に柔軟に対応可能となる。
また、カムプレートの存在しない空間を環状スプリングの装着部として利用できるので、カムの製造過程において環状スプリング装着溝の加工が不要となり、また、各々のカムプレートは、板材を打ち抜くことでピン孔と同時に作製可能なため、加工負担を軽減して生産性の向上を図ることができるとともに製造コストを低減させることができる。
さらにまた、環状スプリングを支持する部分に駄肉（不要部分）を有さない構成とされるので、軽量化を図ることができる。

本請求項２に記載の構成によれば、複数のカムプレートの相対的な位置関係（カムプレートの姿勢）にずれが生じることを回避することができるので、各々のカムプレートの噛み合いの程度に差が生ずることを回避することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、連結ピンが環状スプリングからの付勢力を受ける付勢力受け部を兼ねることで、カムプレートを連結する連結部材とは別個に付勢力受け部を構成する部材を設ける必要がなく、軽量化及びコスト削減を図ることができる。また、カムプレートに対し単純な孔加工を施すだけでよいので、加工負担を軽減することができ、この点においても、生産性の向上を図ることができるとともに製造コストを低減させることができる。
本請求項４に記載の構成によれば、環状スプリングからの付勢力を適正にカムの噛み合い方向に作用させることが可能となるので、カムの姿勢を安定的に保持することが可能となる。
本請求項５に記載の構成によれば、付勢手段支持プレートが内輪及び外輪に接触することがないので、フリクションロスの低減を図ることができる。

本請求項６に記載の一方向カムクラッチによれば、上記構成のカムを係合子として備えていることにより、軽量化及び製造コストの低減化を実現しつつ、優れた応答性を得ることができるとともに所期のトルク伝達性能を得ることができる。

本発明の一方向カムクラッチの一例における一部の構成を概略的に示す回転軸直交方向の断面図である。図１に示す一方向カムクラッチの回転軸に沿った断面図である。図１に示す一方向カムクラッチにおけるカムの構成を示す斜視図である。図３に示すカムの分解斜視図である。図３に示すカムの揺動軸方向から見た平面図である。図１に示す一方向カムクラッチの噛み合い時におけるカムの状態（姿勢）を概略的に示す断面図である。図１に示す一方向カムクラッチの空転時におけるカムの状態（姿勢）を概略的に示す断面図である。本発明のカムの他の構成例を示す斜視図である。図７に示すカムの分解斜視図である。図７に示すカムの揺動軸直交方向の断面図である。本発明のカムのさらに他の構成例を示す斜視図である。従来におけるカムの一構成例を示す斜視図である。図１１に示すカムの揺動軸直交方向の断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る一方向カムクラッチ１００は、同一軸上に相対回転可能に設けられた内輪１１０及び外輪１２０と、内輪１１０の軌道面１１１と外輪１２０の軌道面１２１との間の環状空間において周方向に設けられ内輪１１０と外輪１２０との間でトルクの伝達及び遮断を行う係合子としての複数のカム１３０と、複数のカム１３０の各々を円周方向に所定間隔毎に並んだ位置において揺動自在に保持するカムケージ１５０と、複数のカム１３０の各々を内輪１１０及び外輪１２０に対する噛み合い方向に付勢する環状スプリング１６０を備えている。

複数のカム１３０の各々は、図３及び図４にも示すように、揺動軸方向に並列して配置される２つのカムプレート１３１と、揺動軸方向に延びるよう設けられ２つのカムプレート１３１の各々を互いに連結する連結ピン１３５とにより構成されている。このような構成とされていることにより、連結ピン１３５の位置やサイズを調整することでカム１３０の揺動軸直交方向断面における重心位置の調整が可能となるので、カム１３０の重心位置の設計自由度が向上し、要求される性能に応じたカム１３０の外周輪郭形状に柔軟に対応可能となる。
本実施形態においては、図５に示すように、カム１３０の重心位置Ｇがカム１３０の外輪側係合面１３３と外輪１２０の軌道面１２１との接点Ｃにおける法線Ｈに対し噛み合い方向に片寄った位置に形成されるように、連結ピン１３５の位置が設定されている。

各々のカムプレート１３１は、互いに同一の外周輪郭形状を有する。これにより、カムプレート１３１間で噛み合いの程度に差が生ずることがなく、フリクションロスを低減させることが可能となる。また、生産性の向上及び製造コストの削減を図ることが可能となる。
カムプレート１３１は、図５に示すように、内輪１１０の軌道面１１１と当接する内輪側係合面１３２と、外輪１２０の軌道面１２１に当接する外輪側係合面１３３を有する。内輪側係合面１３２の断面形状は例えば円弧状であり、外輪側係合面１３３の断面形状は、内輪側係合面１３２より曲率半径の小さい円弧状部分を含む曲線状である。なお、図５においては、便宜上、内輪１１０の軌道面１１１と外輪１２０の軌道面１２１を平行平面で示してある。

カムプレート１３１には、厚み方向に貫通するピン孔１３４が形成されており、連結ピン１３５がピン孔１３４に圧入されることで２つのカムプレート１３１が一体に固定される。
このような構成であることにより、２つのカムプレート１３１の相対的な位置関係（カムプレート１３１の姿勢）にずれが生じることを回避することができるので、各々のカムプレート１３１の噛み合いの程度に差が生ずることを回避することができる。また、各々のカムプレート１３１は、板材を打ち抜くことでピン孔１３４と同時に作製可能なため、この点においても、加工負担を軽減して生産性の向上を図ることが可能となるとともに製造コストを低減させることが可能となる。
本実施形態においては、連結ピン１３５として例えば円柱状のものが用いられており、従って、ピン孔１３４は、開口形状が円形状であって、厚み方向に均一な大きさの孔径を有するように構成されている。

而して、各々のカム１３０は、環状スプリング１６０が２つのカムプレート１３１間に装着可能に構成されている。すなわち、本実施形態のカム１３０においては、カムプレート１３１の存在しない空間を環状スプリング１６０の装着部として利用できるので、カム１３０の製造過程において環状スプリング装着溝の加工が不要となり、加工負担を軽減して生産性の向上を図ることが可能となるとともに製造コストを低減させることが可能となる。
そして、本実施形態のカム１３０においては、連結ピン１３５は、環状スプリング１６０と接触して環状スプリング１６０からの付勢力を受けるように構成されている。連結ピン１３５が環状スプリング１６０からの付勢力を受ける付勢力受け部を兼ねることで、カムプレート１３１を連結する連結部材とは別個に付勢力受け部を構成する部材を設ける必要がなく、軽量化及びコスト削減を図ることが可能となる。また、環状スプリング１６０を支持する部分に駄肉（不要部分）を有さない構成とされるので、軽量化を図ることが可能となる。

本実施形態における一方向カムクラッチ１００においては、環状スプリング１６０として例えば環状のガータスプリングが用いられており、複数のカム１３０の各々がカムケージ１５０の収容部に配置された状態においてガータスプリングがカム１３０の外輪側係合面１３３側から装着されることで複数のカム１３０の各々を径方向内方に向かって付勢するように構成されている（図６Ａ参照。）。複数のカム１３０の各々がガータスプリングで拘束されることで、すべてのカム１３０が姿勢（傾き）にバラつきを生ずることなく安定的に保持される。

而して、上記の一方向カムクラッチ１００においては、図６Ａに示すように、環状スプリング１６０からの付勢力Ｆ１を受けてカム１３０の内輪係合面１３２が内輪１１０の軌道面１１１に接触しているとともにカム１３０の外輪側係合面１３３が外輪１２０の軌道面１２１に接触しており、外輪１２０の一方向（図６Ａにおいて反時計方向）の回転時には、カム１３０の内輪側係合面１３２が内輪１１０の軌道面１１１と摩擦係合するとともにカム１３０の外輪側係合面１３３が外輪１２０の軌道面１２１と摩擦係合し、内輪１１０と外輪１２０との間でのトルク伝達が行われる。
一方、図６Ｂに示すように、外輪１２０の他方向（図６Ｂにおいて時計方向）の回転時には、所定の遠心力Ｆ２を受けることで、環状スプリング１６０の付勢力Ｆ１による回転モーメントに抗ってカム１３０が揺動し、カム１３０が遠心力Ｆ２によって内輪１１０に対して浮き上がる。これにより、カム１３０の内輪側係合面１３２と内輪１１０の軌道面１１１が非接触状態となって、内輪１１０と外輪１２０との間でのトルク伝達が遮断される。このため、高速空転時におけるカム１３０の内輪側係合面１３２及び外輪側係合面１３３の摩耗を防ぐことが可能となっている。

図７及び図８は、カムの他の構成例を示す図である。
このカム１３０は、環状スプリングと接触して環状スプリングからの付勢力を受けるように構成された付勢手段支持プレート１４０をさらに備えた構成とされる。ここで、図７及び図８においては、図３乃至図５に示すカムと同一の構成部材には同一の符号を付してあり、説明を省略することとする。

付勢手段支持プレート１４０には、厚み方向に貫通するピン孔１４１が形成されており、２つのカムプレート１３１，１３１を連結する連結ピン１３５がピン孔１４１に圧入されることで付勢手段支持プレート１４０が２つのカムプレート１３１，１３１と一体に固定される。

付勢手段支持プレート１４０は、図９に示すように、例えば円板の一部を頂角が鈍角となるよう交差する円板に垂直な２平面で切り欠いた平面形状を有し、２平面により挟まれた頂部により環状スプリング１６０からの付勢力を受ける付勢力受け部が構成されている。

この実施形態においては、付勢手段支持プレート１４０は、２つのカムプレート１３１，１３１間に配置され、環状スプリングが２つのカムプレート１３１，１３１間に装着可能に構成されている。付勢手段支持プレート１４０を設けることで、環状スプリングからの付勢力を適正にカム１３０の噛み合い方向に作用させることが可能となっている。
また、付勢手段支持プレート１４０は、カムプレート１３１の外周縁の内側に位置されており、これにより、付勢手段支持プレート１４０が内輪１１０及び外輪１２０に接触することがないので、フリクションロスの低減化を図ることが可能となっている。

以上、本発明の一実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
例えば、上記の実施形態では、環状スプリングが２つのカムプレート間に装着される構成とされているが、連結ピンを端部がカムプレートの外端面より突出するように設け、環状スプリングをカムプレートの揺動軸方向外側に装着する構成とされていてもよい。
また、２つのカムプレートが１つの連結ピンにより連結された構成とされているが、２つ以上の連結ピンにより連結される構成であってもよい。
さらにまた、カムプレートの数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。３つのカムプレートを備えたカムの一構成例を図１０に示す。このカム１３０においては、隣接する２つのカムプレート１３１，１３１間の空間を環状スプリングの装着部として利用することができ、従って、２本の環状スプリングが装着可能となっている。このため、要求される機能に好適な付勢力を確実にカム１３０に付与することが可能となる。

また、上記の実施形態では、連結ピンの断面形状及びピン孔の開口形状を円形状としたが、連結ピンの断面形状及びピン孔の開口形状は、円形状に限定されず、主として製造しやすい形状であれば、例えば多角形状や、楕円形状、長円形状などであってもよい。連結ピンの断面形状及びピン孔の開口形状を多角形状とした場合には、２つのカムプレートの相対回転を阻止する回り止め機能をより確実に得ることが可能である。また、連結ピンは、外径が軸方向において均一な円柱状である必要はなく、外径が異なる部分を有していてもよい。連結ピンは、カムプレートと別部材で構成されているが、一方のカムプレートと一体に構成されていてもよい。
さらにまた、上記の実施形態では、環状スプリングが複数のカムの各々を径方向内方に向かって付勢するように設けられているが、環状スプリングが複数のカムの各々を径方向外方に向かって付勢するように設けられる構成とされていてもよい。また、環状スプリングは、複数のカムの各々を内輪及び外輪に対し噛み合わせる方向に付勢するものであればよく、ガータスプリングに限定されない。

また、上記の実施形態では、カムがディスエンゲージタイプとして構成されているが、遠心力によってカムがかみ合うようにカムの重心位置が設計されたエンゲージタイプとして構成されていてもよい。
さらにまた、本発明の一方向カムクラッチにおいては、保持器（カムケージ）を備えていない構成とされていてもよい。

１００・・・一方向カムクラッチ
１１０・・・内輪
１１１・・・軌道面
１２０・・・外輪
１２１・・・軌道面
１３０，２３０・・・カム
１３１・・・カムプレート
１３２・・・内輪側係合面
１３３，２３３・・・外輪側係合面
１３４・・・ピン孔
１３５・・・連結ピン
２３６・・・スプリング装着溝
２３７・・・直線溝
２３８・・・頂部
１４０・・・付勢手段支持プレート
１４１・・・ピン孔
１５０・・・カムケージ
１６０・・・環状スプリング

Claims

内輪と外輪との間の環状空間に配置され環状スプリングにより噛み合い方向にモーメントが付与されることで内輪及び外輪に接触するように構成されたカムであって、
互いに同一の外周輪郭形状を有し揺動軸方向に並列して配置される複数のカムプレートと、揺動軸方向に延びるよう設けられ前記複数のカムプレートの各々を互いに連結する連結ピンとを備え、
前記環状スプリングが、隣接するカムプレート間及び／または前記複数のカムプレートの揺動軸方向外側に装着可能に構成されていることを特徴とするカム。
前記複数のカムプレートの各々には、厚み方向に貫通するピン孔が形成され、
前記連結ピンが前記ピン孔に圧入されることで前記複数のカムプレートが一体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のカム。
前記連結ピンは、前記環状スプリングと接触して前記環状スプリングからの付勢力を受けるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカム。
前記連結ピンにより隣接するカムプレートと一体に固定された付勢手段支持プレートを有し、
前記付勢手段支持プレートが、前記環状スプリングと接触して前記環状スプリングからの付勢力を受けるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカム。
前記付勢手段支持プレートはカムプレートの外周縁の内側に位置されていることを特徴とする請求項４に記載のカム。
同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間の環状空間において周方向に設けられている複数の係合子と、前記複数の係合子を前記内輪及び前記外輪に対する噛み合い方向に付勢する環状スプリングとを備えた一方向カムクラッチであって、
前記複数の係合子の各々が請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のカムにより構成され、前記環状スプリングが、前記複数の係合子の各々における隣接するカムプレート間及び／または前記複数のカムプレートの揺動軸方向外側に装着されていることを特徴とする一方向カムクラッチ。