JP4621078B2 - Axial one-way clutch - Google Patents
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Description
この発明は、軸方向に移動可能なロッドを一方向にロックすることができるようにした軸方向ワンウェイクラッチに関するものである。 The present invention relates to an axial one-way clutch capable of locking a rod movable in the axial direction in one direction.
この種の軸方向ワンウェイ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。この軸方向ワンウェイクラッチにおいては、円筒状の本体内に円錐内面を設け、その円錐内面と本体内に挿入された軸の円筒状表面間に複数の係合子を周方向に等間隔に組込み、各係合子をスプリングで押圧して上記本体の円錐内面と軸の円筒状表面に噛み込む方向に向けて付勢し、上記円錐内面と円筒状表面に対する係合子の噛み込みによって軸を一方向にロックするようにしている。
Conventionally, this type of axial one-way clutch described in
また、本体の端面にキャップを対向し、本体の外周部にソレノイドを設け、そのソレノイドに対する通電によりキャップに磁気吸引力を付与して上記キャップを本体の端面に向けて移動させ、そのキャップに設けられた筒体部で係合子を軸方向に押圧して係合子の噛み込みを解除するようにしている。
ところで、上記軸方向ワンウェイクラッチにおいて、本体と軸の表面硬度および剛性が同程度であると、軸に過大なロック方向の荷重が負荷された場合に、係合子が円錐内面および円筒状表面に強く噛み込み、円錐内面および円筒状表面の双方を塑性変形させて使用不能な状態になる可能性がある。また、クラッチ取付部やフレームを破損させる可能性がある。その対策には各部の剛性を高めることが有効であるが、重量が増加し、コストが高くなるという問題が発生する。 By the way, in the above-mentioned axial one-way clutch, if the surface hardness and rigidity of the main body and the shaft are approximately the same, when the shaft is loaded with an excessive load in the locking direction, the engaging element is strongly applied to the conical inner surface and the cylindrical surface. Biting and plastic deformation of both the conical inner surface and the cylindrical surface can render it unusable. Moreover, there is a possibility of damaging the clutch mounting part and the frame. As countermeasures, it is effective to increase the rigidity of each part, but there is a problem that the weight increases and the cost increases.
この発明の課題は、ロッドを軸方向一方にロックすることができるようにした軸方向ワンウェイクラッチにトルクリミッタとしての機能を付加してハウジングの破損を防止すること、およびトルクリミッタ荷重を要求に応じて設定できるようにすることである。 An object of the present invention is to add a function as a torque limiter to an axial one-way clutch that can lock a rod in one axial direction to prevent damage to the housing, and to respond to a request for torque limiter load. Is to be able to set.
上記の課題を解決するために、この発明においては、固定の配置とされるハウジング内にロッドを挿入して同軸上に配置し、ハウジングの内周には軸方向に傾斜する円錐面を設け、その円錐面とロッドの円筒状外周面間に形成されたくさび状空間内に保持器を組込み、その保持器に形成されたポケット内に係合子を組込み、その係合子がハウジングの円錐面とロッドの円筒状外周面とに当接するスタンバイ位置に向けて前記保持器を付勢する弾性部材を設け、前記ロッドの円筒状外周面の塑性変形能をハウジングの円錐面の塑性変形能より高くし、前記ハウジングには前記円錐面の小径端側の端部内に保持器の軸方向一方への移動量を制限するストッパを設け、そのストッパと前記保持器との間にロッドに対して相対的に軸方向に移動可能な調整リングを組込んだ構成を採用したのである。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a rod is inserted into a fixed housing and arranged coaxially, and a conical surface inclined in the axial direction is provided on the inner periphery of the housing, A cage is assembled in a wedge-shaped space formed between the conical surface and the cylindrical outer peripheral surface of the rod, and an engagement element is incorporated in a pocket formed in the retainer, and the engagement element is a conical surface of the housing and the rod. An elastic member that biases the cage toward a standby position that contacts the cylindrical outer peripheral surface of the rod, and the plastic deformability of the cylindrical outer peripheral surface of the rod is higher than the plastic deformability of the conical surface of the housing; The housing is provided with a stopper for limiting the amount of movement of the retainer in the axial direction in the end portion on the small diameter end side of the conical surface, and the shaft is positioned relative to the rod between the stopper and the retainer. Movable in direction It was adopted a structure incorporating an integer ring.
ここで、ロッドの円筒状外周面の塑性変形能をハウジングの円錐面の塑性変形能より高くするには、ロッドの円筒状外周面の硬度を前記ハウジングの円錐面の硬度より小さくするようにしてもよく、あるいは、ロッドを中空としてその肉厚をハウジングの肉厚より薄くするようにしてもよい。 Here, in order to make the plastic deformability of the cylindrical outer peripheral surface of the rod higher than the plastic deformability of the conical surface of the housing, the hardness of the cylindrical outer peripheral surface of the rod is made smaller than the hardness of the conical surface of the housing. Alternatively, the rod may be hollow and the thickness thereof may be made thinner than the thickness of the housing.
上記の構成から成る軸方向ワンウェイクラッチにおいて、ロッドにロック方向の軸方向荷重が負荷されると、係合子が円錐面および円筒状外周面に係合し、その係合によってロッドがロックされる。 In the axial one-way clutch configured as described above, when an axial load in the locking direction is applied to the rod, the engaging element engages with the conical surface and the cylindrical outer peripheral surface, and the rod is locked by the engagement.
軸方向荷重が増大すると、係合子はくさび状空間の狭小部に向けて引き込まれる。このとき、ロッドの円筒状外周面の塑性変形能はハウジングの円錐面の塑性変形能より高いため、上記円筒状外周面が弾性変形する。 When the axial load increases, the engagement element is pulled toward the narrow portion of the wedge-shaped space. At this time, since the plastic deformability of the cylindrical outer peripheral surface of the rod is higher than the plastic deformability of the conical surface of the housing, the cylindrical outer peripheral surface is elastically deformed.
上記軸方向荷重がロッドの弾性限界を超える過大な軸方向荷重であると、ロッドの円筒状外周面が径方向内方に塑性変形し、係合子の軸方向への移動量が大きくなるにつれて変形量も増大する。 If the axial load is an excessive axial load that exceeds the elastic limit of the rod, the cylindrical outer peripheral surface of the rod is plastically deformed radially inward and deformed as the amount of movement of the engaging element in the axial direction increases. The amount also increases.
係合子の軸方向への移動時、保持器も共に移動し、保持器がストッパに当接すると、係合子は停止し、ロッドは径方向変形量を保持した状態で軸方向に移動する。 When the engagement element moves in the axial direction, the retainer also moves. When the retainer comes into contact with the stopper, the engagement element stops, and the rod moves in the axial direction while maintaining the amount of radial deformation.
このように、ロッドに過大な軸方向荷重が負荷され、その軸方向荷重が所定値を超えると、ロッドは塑性変形する状態で軸方向に移動し、その移動はトルクリミッタとしての作用であるため、ハウジングやハウジングの取付け部の破損防止に効果を挙げることができる。 In this way, when an excessive axial load is applied to the rod and the axial load exceeds a predetermined value, the rod moves in the axial direction in a plastically deformed state, and the movement is an action as a torque limiter. The effect of preventing damage to the housing and the mounting portion of the housing can be obtained.
上記トルクリミッタのリミット荷重は、ロッドの径方向内方への変形量、すなわち、係合子を保持する保持器の軸方向移動量とほぼ比例する。 The limit load of the torque limiter is substantially proportional to the amount of deformation of the rod inward in the radial direction, that is, the amount of axial movement of the cage that holds the engagement element.
このため、この発明のように、調整リングを組込むことにより、保持器の軸方向への移動量を制限することができるため、トルクリミッタのリミット荷重を任意に設定することができる。 For this reason , since the amount of movement of the cage in the axial direction can be limited by incorporating the adjustment ring as in the present invention, the limit load of the torque limiter can be arbitrarily set.
上記のように、この発明においては、ロッドの円筒状外周面の塑性変形能をハウジングの円錐面の塑性変形能より高くしたことにより、トルクリミッタとしての機能を付加することができ、ハウジングの円錐面やクラッチ取付部の破損を防止することができる。このため、これらの剛性を高める必要もないため、軽量化や低コスト化を図ることができる。 As described above, in the present invention, the plastic deformability of the cylindrical outer peripheral surface of the rod is made higher than the plastic deformability of the conical surface of the housing, so that a function as a torque limiter can be added. Damage to the surface and the clutch mounting portion can be prevented. For this reason, since it is not necessary to raise these rigidity, weight reduction and cost reduction can be achieved.
また、トルクリミッタが機能すると、ロッドを新しいロッドと交換しなければならないが、上記ロッドはハウジング内に挿入した組込みであって係合子がくさび状空間の広幅部に向けて移動する方向に自由に移動することができるため、簡単に交換することができ、ロッドやハウジングの双方を交換する場合に比較して、交換に要するコストの低減化を図ることができる。 In addition, when the torque limiter functions, the rod must be replaced with a new rod, but the rod is built-in inserted into the housing and can freely move in the direction in which the engagement element moves toward the wide portion of the wedge-shaped space. Since it can move, it can be replaced easily, and the cost required for replacement can be reduced as compared with the case where both the rod and the housing are replaced.
さらに、ハウジングに設けたストッパによって保持器の軸方向への移動量を制限することができるため、トルクリミッタのリミット荷重を所定値に設定することができる。 Furthermore, since the amount of movement of the cage in the axial direction can be limited by the stopper provided in the housing, the limit load of the torque limiter can be set to a predetermined value.
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1乃至図3に示すように、固定の配置とされるハウジング1は円筒状をなし、その内側にはロッド2が挿入され、そのロッド2の外周面3は円筒状とされている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the
ハウジング1の内周には軸方向に傾斜する円錐面4が設けられ、この円錐面4とロッド2の円筒状外周面3間に軸方向の一端が狭小のくさび状空間5が形成されている。
A
また、ハウジング1には、円錐面4の小径端側の一端部内周には、ストッパとしての内向きのフランジ6が設けられている。フランジ6の内周はスライド案内面7とされ、そのスライド案内面7によってロッド2がスライド自在に支持されている。
The
ハウジング1とロッド2との間には、保持器8が組込まれ、その保持器8とフランジ6間に調整リング9が組込まれている。
A
また、ハウジング1とロッド2との間には、保持器8がハウジング1の他端開口から抜け出るのを防止する抜け止めプレート10が組込まれ、一方、抜け止めプレート10はハウジング1の他端部内周に取付けた止め輪11によって抜け止めされる。
Further, a
保持器8には、複数のポケット12が周方向に間隔をおいて設けられ、各ポケット12内に係合子としてのボール13が組込まれている。
A plurality of
保持器8と抜け止めプレート10間には、弾性部材14が組込まれている。弾性部材14は保持器8に保持され、その弾性部材14によって保持器8はくさび状空間5の狭小部に向けて付勢され、ボール13はハウジング1の円錐面4およびロッド2の円筒状外周面3に当接するスタンバイ状態とされている。
An
ロッド2の円筒状外周面3の塑性変形能は、ハウジング1の円錐面4の塑性変形能より高くされている。その塑性変形能に差をつけるため、実施の形態では、ロッド2を筒状として、その肉厚をハウジング1の肉厚より薄くしているが、ロッド2の円筒状外周面3の硬度を円錐面4の硬度より低くするようにしてもよい。
The plastic deformability of the cylindrical outer
実施の形態で示す軸方向ワンウェイクラッチは上記の構造から成り、図3に示すように、ボール13がハウジング1の円錐面4およびロッド2の円筒状外周面3に当接するスタンバイ状態において、ロッド2に同図の矢印で示す方向(ロック解除方向)の軸方向力が負荷されると、ボール13はくさび状空間5の広幅部に向けて移動することになり、ロッド2は矢印方向に自由に移動する。
The axial one-way clutch shown in the embodiment has the above-described structure. As shown in FIG. 3, in the standby state in which the
また、上記とは逆に、ロッド2に矢印で示す方向と反対の方向(ロック方向)の軸方向力が負荷されると、ボール13は円錐面4および円筒状外周面3に係合し、その係合によってロッド2はロックされ、軸方向に移動するのが防止される。
Contrary to the above, when an axial force in the direction opposite to the direction indicated by the arrow (lock direction) is applied to the
ロッド2のロック状態において、ロック方向への軸方向力(軸方向荷重)が増大すると、ボール13はくさび状空間5の狭小部に向けて引き込まれる。
When the axial force (axial load) in the locking direction increases in the locked state of the
このとき、ロッド2の円筒状外周面3の塑性変形能はハウジング1の円錐面4の塑性変形能より高いため、円錐面4に沿って小径端側に移動するボール13の押圧により、ロッド2の円筒状外周面3は径方向内方に弾性変形する。
At this time, since the plastic deformability of the cylindrical outer
ロッド2に負荷される軸方向荷重が、そのロッド2の弾性限界を超えると、図4に示すようにロッド2はボール13との係合部位で塑性変形し、ボール13の軸方向の移動量が大きくなるにつれて、ロッド2の径方向への塑性変形量も増大する。
When the axial load applied to the
ボール13の軸方向への移動時、そのボール13と共に保持器8も軸方向に移動して調整リング9に当接する。このとき、調整リング9はフランジ6に当接して停止状態にあるため、その調整リング9に対する当接によってボール13は停止状態に保持される。
When the
ロッド2に負荷される軸方向荷重がさらに増大すると、図5に示すように、径方向への塑性変形量を保持したままロッド2が軸方向に移動する。
When the axial load applied to the
図6は、ロッド2の円筒状外周面3の塑性変形能をハウジング1の円錐面4の塑性変形能より高くした軸方向ワンウェイクラッチのロッド2の軸ストロークと軸方向保持力の関係を示すグラフである。そのグラフにおいて、過大荷重作用初期(I)ではボール13が円筒状外周面3に押し込まれ、その円筒状外周面3が径方向内方に弾性変形する。軸方向荷重がさらに増大すると、ボール13によるロッド2の径方向内方への変形量を保持したままロッド2が軸方向に移動する状態(II)となる。その領域(II)においては、比較的フラットな荷重特性領域aが得られ、この部分でトルクリミッタとしての機能を発揮する。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the axial stroke and the axial holding force of the
上記のように、ロッド2の円筒状外周面3の塑性変形能をハウジング1の円錐面4の塑性変形能より高くすることによって、軸方向ワンウェイクラッチにトルクリミッタとしての機能を付加することができ、円錐面4やハウジング1の取付け部の破損を防止することができる。このため、これらの剛性を高める必要がないので、軽量化やコストの低減を図ることができる。
As described above, by making the plastic deformability of the cylindrical outer
トルクリミッタが機能した場合は、ロッド2が塑性変形しているため、新しいものと交換する必要が生じる。このとき、ロッド2をロック方向と逆方向(図4の矢印で示す方向と反対方向)に押圧すると、ボール13がくさび状空間5の広幅部に向けて移動してロッド2の保持を解除するため、ロッド2を簡単に交換することができ、ロッド2とハウジング1の双方を交換する場合に比較して交換に要するコストの低減を図ることができる。
When the torque limiter functions, since the
ここで、ロッド2にロック方向の荷重を負荷して径方向に所定の変形量のみ変形させて軸方向保持力を測定したところ、図7に示すグラフの結果を得た。この図7から明らかなように、ロッド2の径方向変形量と軸方向保持力はほぼ比例の関係にある。
Here, when a load in the lock direction was applied to the
このため、軸方向ワンウェイクラッチに付加されるトルクリミッタのリミット荷重の設定には、ロッド2の径方向変形量を制御すればよい。この径方向変形量は、ハウジング1の円錐面4に対するボール13および保持器8の軸方向移動量により決定されるため、保持器8の軸方向移動量を制御することによってリミット荷重を任意に設定することができる。
For this reason, the amount of deformation in the radial direction of the
このため、調整リング9を取り除いて保持器8をストッパとしてのフランジ6に当接させ、あるいは、調整リング9を長さの異なる調整リング9に取り替えることによってトルクリミッタのリミット荷重を任意に設定することができ、要求されるトルクリミッタを簡単に得ることができる。
For this reason, the limit load of the torque limiter is arbitrarily set by removing the
1 ハウジング
2 ロッド
3 円筒状外周面
6 フランジ
8 保持器
9 調整リング
12 ポケット
13 ボール(係合子)
14 弾性部材
DESCRIPTION OF
14 Elastic members
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