JP4570346B2 - 回転作動型ワンウェイクラッチ - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車、スノーモービル等に使用され、所定の回転数以上になって初めてワンウェイクラッチの機能を発揮する回転作動型ワンウェイクラッチに関する。

一般に、ワンウェイクラッチは、相対回転する外輪及び内輪を有し、外輪と内輪との間でトルクを伝達するスプラグやローラなどが外輪または内輪の軌道面に設けたカム面に噛み合うことで、一方向のみに回転トルクを伝達している。また、逆方向では空転する構成となっている。

このようなワンウェイクラッチの中で、内輪または外輪に設けたポケット（凹所）にローラを配置し、回転方向によって、ローラがポケットの楔部分に係合する楔作用により回転をロックする構成となっているものが知られている。

例えば、特許文献１は、外輪（アウターレース）に設けた凹所にローラを配置して、外輪が時計方向に回転した場合、ローラが楔作用により凹所でロックされ、内輪に対して外輪の回転をロックする構成を開示している。

また、特許文献２は、外輪（アウターレース）と入力カップリングとの間にローラ及び補助ローラを配置して、所定回転数以上になると、遠心力で補助ローラがローラを押圧する。この押圧力により、ローラと外内輪がロックできる状態となり、外内輪が噛合方向に相対回転しようとすると、楔作用が働いて回転がロックされる構成を開示している。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特公昭５３−８０１９号公報（第１−２頁、第１図等） 特開昭５２−１０００４５号公報（第２−３頁、第３図等）

しかしながら、特許文献１に記載されているものは、錘の作動範囲を決定する長穴が外輪とは別体に設けられているため、装置の所望の寸法制度を得るのが困難であり、また部品点数も多くなる。また、補助ローラが長穴に引っかかる虞があり、ローラを押圧するプレートや抱持片といった部品が必要であり、スプリングの設置スペースが要求されるので装置の径を小さくするには限りがある。

また、高速回転時の引き摺りトルクを低減するためには、噛合い位置での錘作動面の傾斜が外輪内周面の接線に対して平行に近い方（半径方向に対して大きく傾斜している方）が、遠心力の働きを抑えることができて有利である。

しかし、低速回転時にはローラが外輪内周面から確実に離れた位置に保持することができたほうが空転の引き摺りトルクが発生することなく有利である。ところが、錘作動面の傾斜を接線に近い傾斜とし、かつローラを外輪内周面から確実に離れた位置に保持しようとすると、錘作動面の範囲を大きくする必要があり、装置が大型化してしまう。

そこで、本発明の目的は、部品点数を削減するとともに、安価で、ばね定数を小さく設定でき、寸法精度が得やすく、錘が引っかかる虞が無く、省スペースでも設計可能な構造の回転作動型一方向クラッチを提供することである。また、本発明の他の目的は、回転作動型ワンウェイクラッチを大型化することなく引き摺りトルクを低減することである。

上記目的を達成するため、本発明の回転作動型ワンウェイクラッチは、
内周円筒面を有する外輪と、カム面が形成された内輪と、前記外内輪間のトルク伝達を行う転動体と、前記転動体を付勢する付勢スプリングと、遠心力を受けて前記付勢スプリングの付勢力に抗しつつ前記転動体を係合方向へ押圧する錘体、及び前記錘体の作動方向を決定する錘作動面を備えた回転作動型ワンウェイクラッチにおいて、前記錘作動面の外径側部分が内径側部分に比べて半径方向に対して大きく傾斜していることを特徴としている。

上記目的を達成するため、本発明の回転作動型ワンウェイクラッチは、
内周円筒面を有する外輪と、カム面が形成された内輪と、前記外内輪間のトルク伝達を行う転動体と、前記転動体を付勢する付勢スプリングと、遠心力を受けて前記付勢スプリングの付勢力に抗しつつ前記転動体を係合方向へ押圧する錘体を有し、前記内輪に前記転動体、錘体、付勢スプリングを収容し前記錘体の作動方向を決定する錘作動面を有するポケットが形成された回転作動型ワンウェイクラッチにおいて、前記錘体の非作動時に、前記転動体が前記ポケットの外周縁部分よりも内径側部分に保持されていることを特徴としている。

上記目的を達成するため、本発明の回転作動型ワンウェイクラッチは、
内周円筒面を有する外輪と、カム面が形成された内輪と、前記外内輪間のトルク伝達を行う転動体と、前記転動体を付勢する付勢スプリングと、遠心力を受けて前記付勢スプリングの付勢力に抗しつつ前記転動体を係合方向へ押圧する錘体、及び前記転動体、錘体、付勢スプリングを収容し前記錘体の作動方向を決定する錘作動面を有する保持器を備えた回転作動型ワンウェイクラッチにおいて、前記錘体の非作動時に、前記転動体が前記保持器の外周縁部分よりも内径側に保持されていることを特徴としている。

本発明によれば、次のような効果が得られる。
請求項１乃至３に記載の発明によって、装置を大型化することなく錘作動面の範囲を大きくすることが可能になる。
また、請求項４及び５に記載の発明によって、低速回転域でローラを確実に外輪内周面から離れた位置に保持することが可能になる。

錘作動面の外径側部分が内径側部分に比べて半径方向に対して大きく傾斜しているように構成する。錘体の非作動時に、転動体が前記ポケットの外周縁部分よりも内径側部分に保持されているように構成する。錘体の非作動時に、転動体が保持器の外周縁部分よりも内径側に保持されているように構成する。

本明細書において、「回転作動型」とは、上記所定の回転数を越えた範囲での回転時において、ワンウェイクラッチとしての機能が確実に作動するという意味であるが、低速回転域から所定の回転数以下の回転でも、ワンウェイクラッチとして機能する場合がある。

また、本明細書において、「錘作動面」とは、遠心力を受けた錘体が、この面に沿って外径側へ転動または滑ることにより案内される面であり、ローラに接触押圧し、ローラを噛合い位置まで移動させるために設けられている。「錘作動面」は外径方向に向かってポケットの周方向幅が徐々に狭まるように傾斜していることが好ましい。

以下、本発明の各実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。図面中、同一部分は同一符号にて示してある。尚、説明の便宜上、以下「回転作動型ワンウェイクラッチ」は単に「ワンウェイクラッチ」と称する。

（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例を示すワンウェイクラッチの正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った軸方向断面図である。ワンウェイクラッチ１は、内周にスプライン２ａが刻設され、駆動軸６（図２）に嵌合する中空の軸である内輪２と、内輪２の半径方向外側で同軸上に、かつ内輪２と相対回転自在に配置された外輪３とからなっている。

図３において、内輪２の外周部には、外輪３の内周面３ａに対して開口した複数のポケット９が円周方向等分に設けられている。ポケット９の間の内輪２の外周面は、外輪３の内周面３ａに対して摺擦する軸受部１３となっている。

各ポケット９はその内周面の一部にカム面１１（図３及び図５参照）が形成され、またほぼ円筒形のローラ７とほぼ円筒形の錘体８とが配置されている。ポケット９には、更にローラ７をカム面１１の深さの深い方向、即ち、カム面１１と外輪３の円筒状内周面との間でローラ７が噛み合わず、ワンウェイクラッチ１が空転する、非係合方向へ付勢する付勢スプリング５が設けられている。

付勢スプリング５にはアコーデオンスプリングが用いられており、保持器４の保持器柱部１０に取り付けられている。尚、付勢スプリング５として、コイルスプリングなどを用いることもできるが、コイルスプリングでは限られたスペースでばね定数を小さく設定することが困難であり、アコーデオンスプリング等に比べて、価格的にも割高となる虞があるため、アコーデオンスプリングを用いることが好ましい。

図２は、内輪２、外輪３、付勢スプリング５の関係を示す軸方向断面図であり、付勢スプリング５は保持器４に保持されていることを示している。また、内輪２の嵌合する駆動軸６と外輪３との間には、ワンウェイクラッチ部と隣接して軸受１９が配置されている。

次に、図３−図５を用いて、第１実施例のワンウェイクラッチ１の動作を説明する。図３は図１の要部を示す正面図であり、ローラの噛合い前（非係合時）の状態を示しており、図４は、非作動時のローラの位置を示す概略図であり、図５は図1の要部を示す正面図であり、ローラの噛合い時（係合時）の状態を示している。

上述の構成のワンウェイクラッチ１は、非回転時から低速回転域までは内外輪の相対回転方向どちらの向きでもローラ７がトルク伝達を行うことはない。図３及び図４はこの状態を示しており、外輪３の内周面３ａとローラ７との間には僅かな隙間ｄ１が存在している。また、錘体８は、ポケット９のほぼ最奥部に位置している。図４から分かるように、錘体８の非作動時に、ローラ７がポケットの外周縁部分、すなわち外輪３の内周面３ａよりも内径側部分に保持されている。

図３の非係合状態から、回転数が上昇すると錘体８が遠心力を受けてポケット９の側部に形成された、外径方向に向かってポケットの周方向幅が徐々に狭まるように傾斜した周方向端面、すなわち錘体作動面１２に沿って外径側へ移動し、ローラ７自身が受ける遠心力に加えて錘体８が受ける遠心力をローラ７に加え、ローラ７がカム面１１と係合可能な位置までローラ７を係合方向へ押しあげながら噛合い位置まで周方向に押圧する力が働く。図５は、このような係合状態を示しており、ローラ７が外輪３の内周面３ａとカム面１１との間に噛合っている。

更に、回転数が所定値を超えるとローラ７に充分な押圧力が加わり、ワンウェイクラッチ１の機能を発揮できる状態、つまりロックアップ可能な状態となる。即ち、この状態で、図５において内輪２を固定状態として考えると、外輪３が図中左方向へ回転するときは空転状態（非係合状態）となり、図中右方向へ回転するときは噛合い状態（係合状態）となり、内外輪間でトルクの伝達が行われる。

ところで、錘体８がローラ７と錘体作動面１２との間へ挟まってしまうことを防止するため、錘体作動面１２は、所定の角度で傾斜している。また、カム面１１の更に外径側であって、錘体８の反対側部分には、カム面１１よりも大きく傾斜した非楔作用面２１が形成されている。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例を説明する。図６は、第２実施例を示すワンウェイクラッチ３０の正面図であり、図７は、ワンウェイクラッチ３０の軸方向断面図である。

第１実施例では、ワンウェイクラッチ部を構成するローラ、錘体、アコーデオンスプリングなどが収容されるポケットが内輪に形成されていたが、第２実施例では、これら要素の大部分を保持器３２に設けた窓部４３（図８及び図１０参照）に収容する。

外輪３と内輪２との間に配置されるほぼ環状の保持器３２は、保持器本体であり、保持器３２の軸方向端面にはほぼ環状の支持プレート３４が設けられている。支持プレート３４は、保持器結合部３３により、保持器３２に固定される。

保持器３２に周方向等分に設けられた窓部４３には、外輪３側からローラ３７を付勢するアコーデオンスプリング３５、外輪３と内輪２との間でトルクを伝達するローラ３７、ローラ３７に作用してローラ３７を噛合方向へ押圧する錘体３８が配置されている。錘体３８が作用してないとき、錘体３８の一部は内輪２の外周面に設けられた凹部３１に嵌合している。

保持器３２には径方向断面がほぼコの字状の凹部３６が設けられ、アコーデオンスプリング３５のローラ３７に付勢力を与える端部と反対の端部がこの凹部３６（図９参照）に嵌合し、保持されている。

図７は、ワンウェイクラッチ３０の軸方向断面図である。保持器３２に対して支持プレート３４が保持器結合部３３により固定されていることが分かる。また、ローラ３７が、保持器３２の壁部と支持プレート３４との間で微小なクリアランスを有し、軸方向に支持されていることも分かる。

次に、第２実施例のワンウェイクラッチ３０の動作について、図８〜図１０を用いて説明する。図８は、第２実施例において非回転〜低速回転時のローラと錘体の状態を示した図であり、図９は、図８中、Ｂ部の拡大図であり、非作動時のローラの位置を示しており、図１０は、第２実施例の作動時（噛合い時）のローラと錘体の状態を示した図である。

ここで、図８を参照して、第２実施例の構成をより詳細に説明する。保持器３２は、内輪２の外周面に周方向等分に設けた複数の凹溝４５に嵌合する複数の凸部４４を備えている。凸部４４が凹溝４５に嵌合しているため、保持器３２と内輪２とは相対回転をしない構成になっている。また、錘作動面４０は、内径側から内径側部分４０ａ、円弧状部分４０ｂ及び外径側部分４０ｃが連続して設けられている。このように構成することで、錘体３８の移動範囲、すなわち作動範囲を大きくすることができる。

保持器３２の窓部４３の一方の側面には錘作動面４０が形成されており、錘体３８が遠心力を受けるとこの面に沿って外径側へ移動し、ローラ３７に接触押圧し、ローラ３７を噛合い位置まで移動させる。この錘作動面４０の外径側には錘体３８の作動範囲を制限する錘係止部４１が設けられており、錘体３８はそれ以上外径側へ移動できないようになっている。この錘係止部４１は錘作動面４０と内輪２の外周面の間を幅狭にすることにより形成されている。更に、その外径側にはローラ３７の錘体３８方向への作動範囲を制限するローラ係止部４２（転動体係止部）が設けられている。錘作動面４０、錘係止部４１、ローラ係止部４２は、実施例では連続的に設けられているが、必ずしも連続的に形成する必要はない。図８において、ローラ係止部４２が設けられているため、ローラ３７が、カム面側へ来ることはない。

保持器３２の錘作動面４０、錘係止部４１、ローラ係止部４２が設けられた部分に対向した、内輪２の外周面には、錘体３８の一部が嵌合する凹部３１が設けられ、この凹部３１に隣接して、ローラ３７のトルク伝達面であるカム面４７が形成され、カム面４７の更に外径側であって、カム面４７の凹部３１の反対側部分には、カム面よりも大きく傾斜した非楔作用面４６が形成されている。凹部３１、カム面４７、非楔作用面４６は、実施例では連続的に設けられているが、必ずしも連続的に形成する必要はない。

凹部３１は、錘体３８の一部を収容することができるようになっているが、一部分だけを収容するのは錘体３８の作動範囲を極力小さくするためである。

図８に示すように、非回転〜低速回転時（域）では、錘体３８は凹部３１の内径側に位置しており、ローラ３７はアコーデオンスプリング３５によってローラ係止部４２に押し当てられた状態となっている。その後、内輪２が回転し、その回転が所定回転数以上の高速で回転するようになると遠心力を受けた錘体３８が外径側へ移動して、ローラ３７をカム面４７の噛合い位置へ移動させる。この状態で内輪２が外輪３に対して図中反時計方向に先行して回転するとトルク伝達が行われる仕組みになっている。この作動時の状態を図１０に示している。

上述の構成のワンウェイクラッチ３０は、非回転時から低速回転域までは内外輪の相対回転方向どちらの向きでもローラ３７がトルク伝達を行うことはない。図８及び図９はこの状態を示しており、外輪３の内周面３ａとローラ７との間には僅かな隙間ｄ２が存在している。すなわち、錘体３８の非作動時に、ローラ３７がポケットの外周縁部分、すなわち外輪３の内周面３ａよりも内径側部分に保持されている。

（第３実施例）
次に、図１１−１５を参照して、本発明の第３実施例を説明する。第３実施例は、錘体３８、ローラ３７、アコーデオンスプリング３５の位置関係及び動作については上述の第２実施例とほぼ同様である。第３実施例では、保持器の形態が第１及び第２実施例と異なる。

図１１は、第３実施例を示すワンウェイクラッチ８０の正面図であり、図１２は、第３実施例を示すワンウェイクラッチ８０の軸方向断面図である。また、図１３は、第３実施例において非回転〜低速回転時のローラと錘体の状態を示した図であり、図１４は、非作動時のローラの位置を示す概略図であり、図１５は、第３実施例の作動時（噛合い時）のローラと錘体の状態を示した図である。

図１１において、内輪２の外周面に設けられたカム面４７、非楔作用面４６（図１３及び１５）は前述の第１及び第２実施例とほぼ同じである。第３実施例と前記第１及び第２実施例との違いは、板状鋼材に曲げ加工を施して形成された第１及び第２のプレートをかしめによって結合し、保持器５０を形成した点である。

径方向に対して所定の傾斜を持った錘作動面５２と、錘作動面５２と傾斜が異なる錘係止部５５が連続的に形成される。錘作動面５２と錘係止部５５とは、錘体３８側から連続的に形成される。

図１２は、図１１の軸方向断面図であり、保持器５０が第１プレート６０と第２プレート７０からなることが分かる。

次に、図１３−１５を参照して、第３実施例のワンウェイクラッチ８０の作動を説明する。基本的な作動は、第１及び第２実施例と同じである。図１３に示すように、非回転〜低速回転時（域）では、錘体３８は凹部３１の内径側に位置してローラ３７と接し、ローラ３７はアコーデオンスプリング３５によって、非係合方向に押圧されている。

その後、内輪２が回転し、その回転が所定回転数以上の高速で回転するようになると遠心力を受けた錘体３８が錘作動面５２に沿って外径側へ移動して、ローラ３７をカム面４７の噛合い位置へ移動させる。この状態で内輪２が外輪３に対して図中反時計方向に先行して回転するとトルク伝達が行われる仕組みになっている。この作動時の状態を図１５に示している。

図１３に示すように、錘作動面５２は、内径側から、ほぼ直線状の内径側部分５２、円弧状部分５７、ほぼ直線状の外径側部分５５が連続して設けられている。また、非回転時から低速回転域までは内外輪の相対回転方向どちらの向きでもローラ３７がトルク伝達を行うことはない。図１３及び図１４はこの状態を示しており、第２プレート７０の外周縁とローラ３７との間には僅かな隙間ｄ３が存在している。錘体３８の非作動時に、ローラ３７がポケットの外周縁部分、すなわち保持器５０の外周縁よりも内径側部分に保持されている。

尚、錘体は、鋼材、銅、鋼合金、アルミニウム、合成樹脂等の材料から成形することが考えられるが、鋼等の比重の大きいものを用いると単位体積あたりに受ける遠心力が大きくなるので、装置のサイズが小さく且つ低速回転時においても噛合い可能な状態が得られ、また錘体８の径を小さくすることが可能となる。

以上説明した各実施例ではポケットに配置される転動体としての円筒形のローラを示したが、これは球体であっても良い。また、錘体についても、円筒形のローラではなく球体であってもよい。更に、転動体と錘体との組み合わせについても、両者ともローラ、両者とも球体、いずれか一方がローラで、他方が球体であってもよい。

また、各実施例では、ポケットは円周方向に複数箇所設けられているが、この数は必要なトルク容量などに応じて任意に変更でき、８箇所以外でもよく、例えば、４箇所や６箇所でも良い。しかしながら、個数にかかわらずポケットは円周方向等配分に設けることが好ましい。

また、第２及び第３実施例では、ローラと錘体の直径がほぼ同じ大きさであるが、必ずしも同じ大きさにする必要はないが、使用条件（例えば、作動時の回転数の範囲）によって、任意に設定することができる。

本発明は、自動二輪車やスノーモービル以外の車両、すなわち四輪自動車などに用いることも可能である。

本発明の第１実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチの正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った軸方向断面図である。 図１の要部を示す正面図であり、ローラの噛合い前（非係合時）の状態を示している。 非作動時のローラの位置を示す概略図である。 図1の要部を示す正面図であり、ローラの噛合い時（係合時）の状態を示している。 本発明の第２実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチの正面図である。 本発明の第２実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチの軸方向断面図である。 第２実施例において非回転〜低速回転時のローラと錘体の状態を示した図である。 非作動時のローラの位置を示す概略図（図８中Ｂ部分の拡大図）である。 第２実施例の作動時（噛合い時）のローラと錘体の状態を示した図である。 第３実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチ８０の正面図である。 第３実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチ８０の軸方向断面図である。 第３実施例において非回転〜低速回転時のローラと錘体の状態を示した図である。 非作動時のローラの位置を示す概略図（図１３中Ｃ部分の拡大図）である。 第３実施例の作動時（噛合い時）のローラと錘体の状態を示した図である。

符号の説明

１、３０，８０ 回転作動型ワンウェイクラッチ
２ 内輪
３ 外輪
５，３５ アコーデオンスプリング
７，３７ 転動体（ローラ）
８，３８ 錘体
９ ポケット
１１，４７ カム面

Claims (3)

1. 内周円筒面を有する外輪と、カム面が形成された内輪と、前記外内輪間のトルク伝達を行う転動体と、前記転動体を付勢する付勢スプリングと、遠心力を受けて前記付勢スプリングの付勢力に抗しつつ前記転動体を係合方向へ押圧する錘体、及び前記錘体の作動方向を決定する錘作動面を備えた回転作動型ワンウェイクラッチにおいて、
   前記錘作動面の外径側部分が内径側部分に比べて半径方向に対して大きく傾斜していることを特徴とする回転作動型ワンウェイクラッチ。
2. 前記錘体作動面は円弧部分を有することを特徴とする請求項１に記載の回転作動型ワンウェイクラッチ。
3. 前記錘体作動面は傾斜角の異なる二つの直線部分、及びこれらの直線部分を結ぶ一つの円弧部分からなることを特徴とする請求項１または２に記載の回転作動型ワンウェイクラッチ。

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