JP3874914B2

JP3874914B2 - クラッチ一体型軸受

Info

Publication number: JP3874914B2
Application number: JP35494697A
Authority: JP
Inventors: 昌弘栗田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: JPH11182591A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の機器の機械構造部分、例えば、自然状態では正転・逆転方向共に自由に回転できないが、必要に応じて正転・逆転方向同時に自由に回転が可能な機能を必要とする機械構造部分に使用できるクラッチ一体型軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、手押し車の車輪やドアの車輪は、何らかの方法で止めない限り、傾斜面においては水平方向の分力や慣性力のために動くことが可能である。このために、用途によっては、外部から車輪にブレーキ機構を付加して危険防止を図っているのが現状である。
回転のロック機能が得られる機械部品としては、ブレーキの他に、ワンウェイクラッチやツーウェイクラッチがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ワンウェイクラッチは、名前のとおり一方向への回転のみをロックするだけである。ツーウェイクラッチは、レバー等の操作によって、時計方向あるいは反時計方向だけにロックする機能があるが、両方向共にロックする機能は持っていない。したがって、安全性を要求する手押し車の車輪や、ドア用の車輪等が要求するクラッチとしての機能は備えていない。また、これらのクラッチをドア用等の車輪などに設ける場合、転がり軸受と併用することになるため、軸受とクラッチとの２部品が必要で、部品点数が多くなり、また設置スペースも大きくなる。
【０００４】
この発明の目的は、正転・逆転方向のいずれにもロック状態を保ち、外部からの操作によって、正転・逆転方向のいずれの方向にも同時に回転可能になるという新たなクラッチ機能を備え、かつ軸受としての機能も備えるクラッチ一体型軸受を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明のクラッチ一体型軸受は、内輪と外輪の間に転動体を介在させた転がり軸受において、前記内輪および外輪を構成部品とするクラッチ部を設け、このクラッチ部は、常時はこれら内外輪間の正逆両方向の回転を摩擦接触でロックするロック手段と、所定の外力が加わることで正逆両方向に回転可能な状態に前記ロック手段のロックを解除するロック解除手段とを備えたものである。
この構成によると、転がり軸受としての機能と、次のクラッチ機能とが得られる。内輪と外輪とは、常時はロック手段で互いの相対回転が不能なように回転がロックされており、すなわち回転が阻止されており、ロック解除手段に操作部材で所定の外力を加えることで、前記ロック手段のロックが解除され、内輪と外輪との正逆両方向の回転が可能となる。また、この軸受として機能する部分とクラッチ部とは、内外輪を共用するため、コンパクト化されて設置スペースが小さくて済むと共に、部品点数も削減される。
【０００６】
上記構成において、前記ロック手段は、前記内輪の外径面および外輪の内径面のいずれか一方に設けた円周軌道面と、前記内輪の外径面および外輪の内径面の他方に設けられて前記円周軌道面と対面する複数のカム面と、これら円周軌道面と各カム面の間に介在された複数の係合子とを備え、前記カム面は中央部が深く円周方向の両側が浅くなるように形成されて前記係合子が中央位置からいずれかの方向へ偏ることで前記係合子と摩擦接触して内外輪の相対回転をロックするものとし、前記ロック解除手段は、前記各係合子を位置規制状態に保持するポケットの形成された保持器と、軸方向の所定の外力が加わることで、前記係合子が前記カム面の中央位置となるように前記保持器を前記カム面の形成側輪に固定する案内手段とを備えるものとする。
この構成の場合、常時は、内輪と外輪との間に、いずれかの方向の相対回転が若干生じると、この回転に伴って係合子がカム面を中央位置から浅い位置に移動し、カム面と円周軌道面とに摩擦接触して内外輪間のそれ以上の相対回転を阻止する。相対回転が前記と逆方向に生じた場合は、係合子がカム面の中央位置から前記と逆方向に偏った位置に移動し、それ以上の内外輪の相対回転を阻止する。保持器に操作手段で所定の外力を与えると、保持器は案内手段で案内されて若干移動し、その保持している転動体をカム面の最も深い中央位置に位置させる。そのため、両方向の回転のロックが同時に解除される。
【０００７】
また、前記構成のクラッチ一体型軸受において、前記案内手段が、前記内輪および外輪のうちの前記カム面の形成側輪の円周方向の複数箇所に設けられた保持器固定溝と各保持器固定溝と噛み合うように保持器に設けられた複数の係合突部とでなるものとする。前記係合突部は保持器の一側部に突設されて他側部が狭まる三角形の山形とされ、前記保持器固定溝は概ねＶ字状の断面形状とされ、前記保持器を前記一側部側へ付勢する復帰用弾性体が設けられ、前記保持器固定溝と係合突部とは、前記外力の非付与状態で互いに緩み状態に噛み合い、かつ前記復帰用弾性体に抗する前記外力の付与状態で密に噛み合うものとする。また、前記内輪および外輪のうちの円周軌道面形成側輪と保持器との間に摩擦力を与える弾性体を設ける。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。このクラッチ一体型軸受は、一側部が軸受部Ａに、他側部がクラッチ部Ｂとなるものであり、内輪１と、外輪２と、複数の転動体２３と、複数の係合子３と、前記転動体２３および係合子３を各々保持する第１の保持器２４および第２の保持器４と、摩擦用弾性体５と、復帰用弾性体２１と、弾性体支持部材２２とで構成される。係合子３には、ころ等の転動体を用いている。
軸受部Ａの転動体２３はボールからなり、内輪１の外径面の一側部に形成された軌道面１ａと外輪２の内径面の一側部に設けられた軌道面２ａとに転接する。軌道面１ａ，２ａは、断面円弧状の円周溝に形成されている。
【０００９】
内輪１の外径面の他側部には、図３に示すように、周方向複数箇所にカム面６が設けられている。各カム面６は等間隔で設けられている。これらカム面６は、円周方向の中央部が深くかつ両側に次第に浅くなるように形成されたものであり、概ねＶ字状の断面形状とされている。このカム面６は、図４（Ａ）のように直線状であっても、同図（Ｂ）のように凹円弧状などの曲面状であっても良い。カム面６のＶ字状の開き角度αは、例えば１５５°〜１７５°に設定されている。内輪１のクラッチ部Ｂ側の幅面には、保持器固定溝７が円周方向の複数箇所に設けられている。例えば、保持器固定溝７はカム面６と交互に設けられている。保持器固定溝７は、溝幅の中心部が深くなる断面形状のものであり、この例では概ねＶ字状の断面形状とされている。Ｖ字状の傾斜は、カム面６に比べて急勾配としてある。なお、内輪１は、この例では円筒状としたが、軸であっても良い。すなわち、直接に軌道面１ａやカム面６や保持器固定溝７が直接に加工されていても良い。
【００１０】
図１に示すように、外輪２は、その他側部の内径面部分を、ころからなる係合子３が転走可能なように、円筒面状の円周軌道面２ｂとしてある。外輪２の円周軌道面２ｂと、内輪１のカム面６と、係合子３とで、内輪１と外輪２との正逆両方向の相対回転を阻止するロック手段１２が構成される。
【００１１】
クラッチ部Ｂの保持器４は、図５に示すように円筒状に形成され、円周方向の複数箇所に、係合子３を保持するポケット８が内外径に貫通して形成され、かつ内輪１の各保持器固定溝７と噛み合う係合突部９と、ばね固定用ピン１０とが各々周方向複数箇所に設けられている。ポケット８の保持器円周方向の幅は、係合子３との間に微小な隙間が生じる程度の幅、または負の隙間となる幅とする。保持器４の材質は合成樹脂製としてある。係合突部９は、保持器４の内径面の一側部（軸受部Ａと反対側の側部）に突設され、他端側が狭まる三角形の山形とされている。ばね固定用ピン１０は、保持器４における係合突部８と反対側の幅面に設けられている。保持器４の係合突部９と、内輪１の保持器固定溝７とで、案内手段１４が構成される。また、この案内手段１４と保持器４とで、ロック解除手段１３が構成される。
【００１２】
図６は、保持器４に摩擦用弾性体５を取付けた状態を示す。摩擦用弾性体５は、リング状の側板５ａと、この側板から放射状に延びるアーム状の複数のばね片５ｂとからなる板ばねで構成される。ばね片５ｂは、側板５ａから斜め外径側に延びて先端部分が軸方向と略平行となるように折り曲げられており、その先端部分が外輪２の内径面に押し付け状態に接触する。摩擦用弾性体５は、保持器４に設けられたばね固定用ピン１０を側板５ａの孔に挿通し、加締ることで保持器４に固定されている。弾性体５の固定は、加締による他に、溶着やねじ止め、あるいは鋲止め、または接着でも良い。
【００１３】
摩擦用弾性体５は、外輪２の回転に対して保持器４が一定の摩擦力を保持して連れ回る機能が得られれば良いのであるから、ばね部材の他にゴム等の弾性体を用いても良い。例えば、保持器４の外径面に設けた円周溝にＯリング等からなるリング状の弾性体（図示せず）を埋め込んでも良い。また、このような弾性体を設ける代わりに、保持器４を多角形にするか、保持器４の外径面に突部を設けるなどして、保持器４の周方向の複数箇所が外輪２の内径面に当たり、保持器４自体の弾性で外輪２に対して連れ回りが生じる程度の一定の摩擦力が得られるようにしても良い。
【００１４】
図１の復帰用弾性体２１は、保持器４を幅面側へ付勢するものであり、軸受部Ａとクラッチ部Ｂとの間で内輪１に保持された弾性体支持部材２２と保持器４との間に介在させてある。復帰用弾性体２１には、板ばねや線ばね等が用いられる。弾性体支持部材２２は、例えば内輪１の外径面に圧入固定され、復帰用弾性体２１の反力を支える。
【００１５】
この構成のクラッチ一体型軸受によると、転動体２３を介して転がり軸受としての機能が得られる他に、次のように新種のクラッチとしての機能が得られる。すなわち、保持器４に外力を付与しない自然状態では、保持器４は、内輪１に設けられた保持器固定溝７に係合突部９で緩い噛み合い状態となっており、その隙間の範囲で保持器４は内輪１に対して自由に回転位相が変わる。このため、外輪２が正逆いずれかの方向に僅かでも回転すると、保持器４が外輪２に対して連れ回りを生じ、この保持器４の移動により係合子３はカム面６の中央から偏った浅い位置となり、内外輪１，２間の回転をロックする。
保持器４に、復帰用弾性体２１に抗して内向きの軸方向の外力Ｆを与えると、保持器４の係合突部９が内輪１の保持器固定溝７に密に嵌合し、この嵌合に伴う案内作用で、保持器４と内輪１の回転位相が一致させられる。そのため、保持器４のポケット８に保持された係合子３はカム面６の中央に位置し、その位置が保持されることになり、係合子３の摩擦接触が解消されて、回転ロック機能が失われる。
【００１６】
このように、このクラッチ一体型軸受は、保持器４に外力Ｆを与えることで、時計・反時計方向のいずれの方向へも同時に空転状態とでき、また外力Ｆを除くことで、時計・反時計方向のいずれの方向へも同時に回転ロック状態とすることができる。このため、例えば、このクラッチ一体型軸受を、手押し車やドア用の軸受として使用した場合に、手を放せば車輪やドアはその場所に留まっているような安全な機構が安価に実現できる。
【００１７】
図７は、前記実施形態のクラッチ一体型軸受を、自動車の引き戸式のドアを吊持する車両用ドア支持装置に用いた例を示す。このドア支持装置は、クラッチ一体型軸受の内輪１を、ドア４０に設けられた軸４１に固定し、その外輪２はレール４２に設置して構成される。レール４２は車体に設置されたものである。軸４１は中空に形成され、その内部に軸方向移動自在に挿通された操作棒４３の一端に、クラッチ一体型軸受の保持器４と対面する外力付与部材４４が設けられている。操作棒４３の他端は、ノブ（図示せず）等の操作部材に連結されている。
この構成の場合、ドア４０を開け閉めするときは、操作棒４３を引いて外力付与部材４４で保持器４を押しながらドア４０をスライド操作する。これにより、クラッチ一体型軸受の回転ロックが解除された状態でドア移動力が与えられることになり、ドア４０の移動が自在に行われる。操作棒４３を放すと、保持器４が復帰用弾性体２１の付勢力で元の位置に戻り、回転ロック状態となる。そのため、ドア４０はその開閉状態が保持される。
【００１８】
図８はこの発明の他の実施形態を示す。この例は、図１の例において、係合子３およびカム面６を設けた代わりに、スプラグ３Ａを設けたものである。スプラグ３Ａは略Ｔ字状の側面形状のものであり、その基端を、内輪１の外径面に設けた円弧状断面の支点溝６Ａに揺動自在に嵌合させてある。同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、スプラグ３Ａは、正逆の任意方向に傾くことで、内外輪１，２間の相対回転をロックする。保持器４は、スプラグ３Ａの脚片部を嵌合するポケット８Ａを有しており、図１の例と同じ構成の係合突部７および保持器固定溝９からなる案内手段１４（図８には図示せず）で、内輪１と同位相に拘束可能とされる。この例では、スプラグ３Ａとこのスプラグ３Ａが摩擦接触する外輪２の円周軌道面２ｂとでロック手段１２Ａが構成される。また、保持器４と、係合突部７と、保持器固定溝９とでロック解除手段１３Ａが構成される。その他の構成は図１〜図６の例と同じである。
この構成の場合も、内輪１と外輪２とは、常時はスプラグ３Ａで互いの相対回転が不能なように回転がロックされており、保持器４に所定の外力を与えることで、内輪１と外輪２との正逆両方向の回転が可能となる。
【００１９】
この実施形態からわかるように、請求項１の構成のクラッチ一体型軸受において、前記ロック手段が、前記内輪の外径面および外輪の内径面のいずれか一方に設けられてこれら内外輪の円周方向に揺動自在なスプラグと、前記内輪の外径面および外輪の内径面の他方に設けられた円筒面状のスプラグ接触面とでなり、前記スプラグは、中立角度で前記スプラグ接触面に非接触状態となって内外輪の相対回転を許し、かつ正逆の任意方向に傾くことで前記スプラグ接触面に摩擦接触して内外輪間の相対回転をロックするものとし、前記ロック解除手段は、前記スプラグを中立角度に保持する状態と揺動自在な状態とに切り換えるものとしても良い。
【００２０】
【発明の効果】
この発明のクラッチ一体型軸受は、正転・逆転方向のいずれにもロック状態を保ち、外部からの操作によって、正転・逆転方向のいずれの方向にも同時に回転可能になるという従来に例のないクラッチ機能を持ったものとでき、しかも軸受機能を兼ね備える。そのため、例えば、このクラッチ一体型軸受をドア用車輪や各種のローラ類等に使用した場合に、その場で止まっているような機能が安価に実現でき、またコンパクトなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるクラッチ一体型軸受の破断側面図である。
【図２】同軸受の部分切欠正面図である。
【図３】同軸受の内輪の切欠斜視図である。
【図４】同内輪のカム面の各種の例を示す拡大断面図である。
【図５】同クラッチの保持器の斜視図である。
【図６】同保持器に弾性体を取付けた状態の斜視図である。
【図７】同クラッチ一体型軸受を用いたドア支持装置の断面図である。
【図８】この発明の他の実施形態の作用説明図である。
【符号の説明】
１…内輪９…係合突部
２…外輪１２…ロック手段
３…転動体１３…ロック解除手段
４…保持器１４…案内手段
５…摩擦用弾性体２３…転動体
６…カム面Ａ…軸受部
７…保持器固定溝Ｂ…クラッチ部

Claims

内輪と外輪の間に転動体を介在させた転がり軸受において、前記内輪および外輪を構成部品とするクラッチ部を設け、このクラッチ部は、常時はこれら内外輪間の正逆両方向の回転を摩擦接触でロックするロック手段と、所定の外力が加わることで正逆両方向に回転可能な状態に前記ロック手段のロックを解除するロック解除手段とを備えるものとし、前記ロック手段は、前記内輪の外径面および外輪の内径面のいずれか一方に設けた円周軌道面と、前記内輪の外径面および外輪の内径面の他方に設けられて前記円周軌道面と対面する複数のカム面と、これら円周軌道面と各カム面の間に介在された複数の係合子とを備え、前記カム面は中央部が深く円周方向の両側が浅くなるように形成されて前記係合子が中央位置からいずれかの方向へ偏ることで前記係合子と摩擦接触して内外輪の相対回転をロックするものとし、前記ロック解除手段は、前記各係合子を位置規制状態に保持するポケットの形成された保持器と、軸方向の所定の外力が加わることで、前記係合子が前記カム面の中央位置となるように前記保持器を前記カム面の形成側輪に固定する案内手段とを備えるものとし、前記案内手段が、前記内輪および外輪のうちの前記カム面の形成側輪の円周方向の複数箇所に設けられた保持器固定溝と各保持器固定溝と噛み合うように保持器に設けられた複数の係合突部とでなり、前記係合突部は保持器の一側部に突設されて他側部が狭まる三角形の山形とされ、前記保持器固定溝は概ねＶ字状の断面形状とされ、前記保持器を前記一側部側へ付勢する復帰用弾性体が設けられ、前記保持器固定溝と係合突部とは、前記外力の非付与状態で互いに緩み状態に噛み合い、かつ前記復帰用弾性体に抗する前記外力の付与状態で密に噛み合うものとし、前記内輪および外輪のうちの円周軌道面形成側輪と保持器との間に摩擦力を与える弾性体を設けたクラッチ一体型軸受。