JP4322162B2

JP4322162B2 - ２方向ローラクラッチ

Info

Publication number: JP4322162B2
Application number: JP2004119369A
Authority: JP
Inventors: 隆英齋藤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: JP2005299855A

Description

この発明は、回転トルクの伝達経路上において、回転トルクの伝達と遮断の切り換えに用いられる２方向ローラクラッチに関するものである。

この種の２方向ローラクラッチとして、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この２方向ローラクラッチは、入力軸の外側に外輪を設け、その外輪の内周に円筒面を設け、入力軸の外周には上記円筒面との間で楔形空間を形成する複数のカム面を周方向に間隔をおいて設け、各カム面と円筒面間にローラを組込み、そのローラを入力軸と外輪に組込まれた保持器で保持し、上記保持器と入力軸の相互間に組込まれた弾性体としてのスイッチばねにより、ローラが円筒面およびカム面に対して係合解除された中立位置に保持器を弾性保持している。

また、保持器と軸方向で対向するアーマチュアを保持器に対して回り止めし、かつ軸方向に移動自在に支持し、そのアーマチュアに対して外輪に取付けられたロータを対向し、そのロータに電磁石を対向し、上記電磁石内の電磁コイルに対する通電によりロータにアーマチュアを吸着して、保持器の回転を制御し、その保持器と入力軸の相対回転により、ローラを円筒面およびカム面に係合させて、入力軸と外輪の相互間でトルクを伝達するようにしている。

ここで、図１０は、上記特許文献１に記載された２方向ローラクラッチの一部分を示し、入力軸２０と外輪２１間に組込まれ保持器２２にはローラ２３を収容するポケット２４が形成され、そのポケット２４の保持器周方向で対向する一対の側面２４ａは平行面とされ、上記側面２４ａに沿ってローラ２３と外輪２１の円筒面２５間に形成された隙間ｂの範囲内でローラ２３が半径方向に移動し得るようになっている。２６は入力軸２０の外周に形成されたカム面を示す。
特開平１１−３３６７９９号公報

ところで、図１０に示す従来の２方向ローラクラッチにおいては、入力軸２０と保持器２２の相互間にローラ２３を中立位置に保持する弾性体が組込まれているため、入力軸２０の空転時、その入力軸２０と共に保持器２２が回転し、その保持器２２に保持されたローラ２３が公転する。

このとき、ローラ２３が組込まれた保持器２２のポケット２４は保持器周方向で対向する側面２４ａが平行面であって、ローラ２３は保持器２２の半径方向に移動可能であるため、入力軸２０の低速回転時におけるローラ２３の重心の公転軌跡は真円にならず、ローラ２３はその自重等によって、入力軸２０のカム面２６に対する当接と外輪２１の円筒面２５に対する当接を繰り返す。このため、ローラ２３の挙動が不安定となり、外輪２１の円筒面２５に対するローラ２３の当接時には、その接触部に作用する摩擦抵抗が保持器２２の回転抵抗となり、保持器２２に引きずりトルクが負荷されて、ローラ２３が円筒面２５およびカム面２６にミス係合するおそれがある。

また、ローラ２３の挙動が不安定であるため、振動が発生し易く、振動特性がよいとは言えない。

この発明の課題は、上記のような２方向ローラクラッチにおいて、低速回転時のローラの挙動の安定化を図り、引きずりトルクの低減と振動特性の向上を図ることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、内輪の外周と外輪の内周における一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間で楔形空間を形成する複数のカム面を周方向に間隔をおいて設け、各カム面と円筒面間にローラを組込み、前記内輪と外輪間に組込まれた保持器に各ローラが収容されるポケットを形成し、その保持器と前記カム面が形成された部材の相互間にローラが円筒面およびカム面に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持する弾性体を設け、前記保持器とカム面が形成された部材の相対回転によりローラを円筒面およびカム面に係合させるようにした２方向ローラクラッチにおいて、前記ポケットの周方向で対向する両側部の少なくとも一方にローラを外輪内周に向けて付勢する弾性片を設け、前記カム面が形成された部材の隣接するカム面間に円筒形のラジアル軸受面を設け、前記保持器には前記ラジアル軸受面により接触案内される円弧状膨出部を形成した構成を採用したのである。
なお、弾性片としては、金属、樹脂等、弾性を有するものであればいずれでもよい。

ここで、外輪の内周面を円筒面とし、その円筒面の軸方向両端部にローラの端面を案内する鍔を設けると、保持器のポケット内にローラを組込み、その保持器を外輪の内側に組込むことによって組立て状態を保持することができ、その組立て状態で保持器の内側に内輪および弾性体を組込むことにより２方向ローラクラッチを組立てることができるので、２方向ローラクラッチの組立ての容易化を図ることができる。

また、弾性片のローラと接触する部分に摩擦係数を低減する表面処理を施すと、円筒面との接触によってローラをスムーズに回転させることができるため、２方向ローラクラッチの空転時、保持器に負荷される引きずりトルクのより低減化を図ることができる。

上記のような２方向ローラクラッチにおいて、ラジアル軸受面と膨出部の接触面における一方に摩擦係数を低減する表面処理を施すと、２方向ローラクラッチの係合時、内輪と保持器とを相対的にスムーズに回転させることができ、２方向ローラクラッチを確実に係合させることができる。

２方向ローラクラッチにおいては、製作誤差等により、総てのローラが同時に係合するとは限らず、伝達トルクの増加に伴って、ローラが次々に係合する場合があり、初期係合時の係合が不安定になり易い。そこで、複数のカム面を奇数とすると、最初に１つのローラが係合した場合に、その反力によって対向位置近傍の２つのローラが係合することになり、初期係合時の係合の安定化を図ることができる。

上記のように構成すれば、保持器のポケットに形成された弾性片によりローラは外輪の内周に向けて付勢されて保持器の半径方向に移動するのが防止されるため、２方向ローラクラッチの低速回転時のローラの挙動の安定化を図ることができる。

このため、保持器に負荷される引きずりトルクの低減化を図り、ローラがミス係合するのを防止することができると共に、ローラが内輪外周および外輪内周に繰り返し衝突することもないため、振動特性の優れた２方向ローラクラッチを得るとができる。

また、カム面が形成された部材の隣接するカム面間に円筒形のラジアル軸受面を設け、前記保持器には前記ラジアル軸受面により接触案内される円弧状膨出部を形成したことにより、保持器、ローラおよび外輪から成る組立て品と内輪との半径方向支持の安定化を図ることができると共に、保持器の円周方向の剛性を高めることができるので、耐久性に優れた２方向ローラクラッチを得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図１乃至図９に基づいて説明する。図１乃至図４は参考例としての２方向ローラクラッチを示す。図１および図２に示すように、内輪１の外側には外輪２が設けられ、その外輪２の内周には円筒面３が形成されている。また、外輪２には、円筒面３の軸方向両端部に鍔４が設けられている。

一方、内輪１の外周には、上記円筒面３との間で楔形空間を形成する複数のカム面５が周方向に間隔をおいて設けられ、各カム面５と円筒面３間にローラ６が組込まれている。

内輪１と外輪２との間には保持器７が組込まれている。保持器７には各カム面５と対応する位置にポケット８が形成され、各ポケット８内に前記ローラ６が収容されている。

各ポケット８の保持器周方向で対向する側部のそれぞれには弾性片９が設けられ、その弾性片９によりローラ６は外輪１の内周に向けて付勢されている。そのローラ６の付勢によってローラ６とカム面５との間に隙間ａが形成されている。

保持器７の軸方向一端部には外向きフランジ１０が設けられ、そのフランジ１０は外輪２の一側面と対向して、対向部間に所要の間隙が確保されている。

保持器７と内輪１の相互間には弾性体１１が設けられている。弾性体１１はローラ６が円筒面３およびカム面５に対して係合解除される中立位置に保持器７を弾性保持している。

参考例としての２方向ローラクラッチは上記の構造から成り、図１および図２は２方向ローラクラッチの係合解除状態を示している。その係合解除状態において、保持器７のフランジ１０に図１の矢印で示す方向の軸方向力Ｆを負荷すると、保持器７が外輪２に向けて移動して、図３に示すように、フランジ１０が外輪２の側面に圧接される。

ここで、軸方向力Ｆの負荷は、油圧によるもの、電磁力によるもの、空気圧によるもの、遠心力によるもの等のいずれでもよい。

図３に示すように、保持器７のフランジ１０を外輪２の側面に圧接すると、その接触面に作用する摩擦力が保持器７の回転抵抗となり、上記摩擦力が弾性体１１の弾性力を上回ると、内輪１と保持器７とが相対回転し、図４に示すように、ローラ６が円筒面３およびカム面５に係合して、内輪１の回転がローラ６を介して外輪２に伝達される。また、内輪１と保持器７の相対回転によって弾性体１１が弾性変形する。

内輪１と外輪２の相互間における回転トルクの伝達状態において、フランジ１０に対する軸方向力の負荷を解除すると、弾性体１１の復元弾性により保持器７が中立位置に向けて回転し、その回転によって円筒面３およびカム面５に対するローラ６の係合が解除され、内輪１が空回転する。また、内輪１と保持器７の相互間には弾性体１１が組込まれているため、保持器７と共にローラ６が公転する。

このとき、ローラ６は弾性片９により外輪２の内周に向けて付勢されて保持器７の半径方向内方への移動が防止されるため、内輪１の低速回転時のローラ６の挙動は安定し、保持器７に負荷される引きずりトルクも小さく、ローラ６が円筒面３およびカム面５にミス係合することもない。

また、ローラ６は弾性片９によって保持器７の半径方向に移動するのが防止されるため、ローラ６が円筒面３およびカム面５に繰り返し衝突することもなく、ローラ６の衝突による振動の発生は殆どない。このため、振動特性に優れた２方向ローラクラッチを得ることができる。

ここで、内輪１と保持器７の相対回転により、ローラ６が円筒面３とカム面５で形成される楔形空間内に押し込まれる際、外輪２には図４に矢印で示す放射状の力が作用する。一般的に、伝達トルクが大きくなるに従って、外輪２の半径方向の弾性変形量が増加する傾向にあるが、その変形により、従来ではくさび角θが図９の実線で示すように変化する。

ここで、参考例で示す外輪２は、円筒面３の軸方向両端に鍔４を設けた構成であるため、外輪２の半径方向の剛性はきわめて高い。このため、内周を円筒面のみとした従来構造の外輪に比較して、半径方向の弾性変形量が小さくなり、結果、図９の点線で示すようなくさび角変化となる。つまり、２方向ローラクラッチのトルク伝達の可否を決定する最大くさび角に対し、比較的大きなトルクまでトルク伝達を可能とすることができる。

また、外輪２の内周に鍔４を設けたこと、および保持器７のポケット８に弾性片９を設けたことによって、保持器７のポケット８に収容されたローラ６の保持器７内径方向の移動と外輪２軸方向への移動を防止することができる。

このため、保持器７のポケット８にローラ６を組込み、その保持器７を外輪２の内側に組込むことによって、外輪２、保持器７およびローラ６を組立て状態に保持することができ、その組立て状態で保持器７の内側に内輪１および弾性体１１を挿入することで２方向ローラクラッチを得ることができ、２方向ローラクラッチの組立ての容易化を図ることができる。

ここで、弾性片９のローラ６と接触する接触面に摩擦係数を低減する表面処理を施すと、円筒面３との接触によってローラ６をスムーズに回転させることができ、２方向ローラクラッチの空転時、保持器７に負荷される引きずりトルクのより低減化を図ることができる。

図５および図６は、この発明に係る２方向ローラクラッチの第１の実施形態を示す。この実施形態では、内輪１の外周に形成されたカム面５間に円筒形のラジアル軸受面１２を設け、保持器７には隣接するポケット８間に上記ラジアル軸受面１２で接触案内される円弧状の膨出部１３を形成し、その膨出部１３とラジアル軸受面１２の接触面における少なくとも一方に摩擦係数を低減する表面処理を施している。

他の構成は、図１および図２に示す参考例としての２方向ローラクラッチと同じであるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

第１の実施形態で示すように、内輪１にラジアル軸受面１２を設け、保持器７に膨出部１３を形成すると、保持器７、ローラ６および外輪２から成る組立て品と内輪１との半径方向支持の安定化を図ることができると共に、保持器７の円周方向の剛性を高めることができ、耐久性に優れた２方向ローラクラッチを得ることができる。

また、ラジアル軸受面１２と膨出部１３の接触面における少なくとも一方に表面処理を施すと、２方向ローラクラッチの係合時、内輪１と保持器７とを相対的にスムーズに回転させることができ、２方向ローラクラッチを確実に係合させることができる。

図７および図８は、この発明に係る２方向ローラクラッチの第２の実施形態を示す。この実施形態では、外輪２の外側にプーリ１４を圧入し、内輪１の外周に形成された複数のカム面５を奇数としている。他の構成では、図１および図２に示す参考例としての２方向ローラクラッチと同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

外輪２上にプーリ１４を圧入した２方向ローラクラッチにおいては、プーリ１４に図７の矢印で示す方向のモーメント荷重が負荷されつつローラクラッチが係合し始めた場合、製作誤差等により総てのローラが同時に係合することはなく、伝達トルクの増加につれてローラ６が次々に係合することがあり、初期係合時の係合が不安定になり易い。

第２の実施形態で示す２方向ローラクラッチのように、複数のカム面５を奇数とすると、最初に１つのローラ６が係合した場合に、その反力によって対向位置近傍の２つのローラ６の一方が係合するが、係合した２つのローラ６だけでは釣り合いが保てないので対向位置近傍の他方のローラ６が係合して、３つのローラ６で係合状態となる。このため、初期係合時の安定化を図り、支持剛性の高い２方向ローラクラッチを得ることができる。

また、外輪２の外側にプーリ１４を圧入したことにより、プーリ１４に過大トルクが入力され、そのトルクが外輪２とプーリ１４の圧入面間の緊縛力を上回ると、外輪２とプーリ１４の圧入面間で滑りが生じ、トルクリミッタとしての機能を発揮させることができる。

ここで、２方向ローラクラッチにおいては、そのローラクラッチの係合時、外輪２には図４に示すように、伝達トルクの大きさに応じた法線力が作用し、その法線力により外輪２が弾性変形するため、伝達トルクに応じた緊縛力を外輪２とプーリ１４の圧入面間に負荷することができる。

参考例としての２方向ローラクラッチを示す縦断正面図図１の縦断側面図図１に示す２方向ローラクラッチの係合状態を示す断面図図３の縦断正面図この発明に係る２方向ローラクラッチの第１の実施形態を示す縦断側面図図５に示す２方向ローラクラッチの係合状態を示す断面図この発明の係る２方向ローラクラッチの第２の実施形態を示す縦断正面図図７の一部切欠側面図２方向ローラクラッチのくさび角とトルクの関係を示すグラフ従来の２方向ローラクラッチを示す断面図

１内輪
２外輪
３円筒面
４鍔
５カム面
６ローラ
７保持器
８ポケット
９弾性片
１１弾性体
１２ラジアル軸受面
１３膨出部

Claims

内輪の外周と外輪の内周における一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間で楔形空間を形成する複数のカム面を周方向に間隔をおいて設け、各カム面と円筒面間にローラを組込み、前記内輪と外輪間に組込まれた保持器に各ローラが収容されるポケットを形成し、その保持器と前記カム面が形成された部材の相互間にローラが円筒面およびカム面に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持する弾性体を設け、前記保持器とカム面が形成された部材の相対回転によりローラを円筒面およびカム面に係合させるようにした２方向ローラクラッチにおいて、前記ポケットの周方向で対向する両側部の少なくとも一方にローラを外輪内周に向けて付勢する弾性片を設け、前記カム面が形成された部材の隣接するカム面間に円筒形のラジアル軸受面を設け、前記保持器には前記ラジアル軸受面により接触案内される円弧状膨出部を形成したことを特徴とする２方向ローラクラッチ。
前記外輪の内周を円筒面とし、その円筒面の軸方向両端部にローラの端面を案内する鍔を形成した請求項１に記載の２方向ローラクラッチ。
前記弾性片の前記ローラと接触する部分に摩擦係数を低減する表面処理を施した請求項１又は２に記載の２方向ローラクラッチ。
前記ラジアル軸受面と前記膨出部の接触面における少なくとも一方に摩擦係数を低減する表面処理を施した請求項１乃至３のいずれかの項に記載の２方向ローラクラッチ。
前記複数のカム面を奇数とした請求項１乃至４のいずれかの項に記載の２方向ローラクラッチ。