JP4739181B2 - オーバーラニングクラッチ - Google Patents

Description

本発明は、円筒状の内輪と同軸な外輪との間で円周方向に前後配置された複数の締付要素を備え、前記締付要素は、ケージのポケット内で案内されつつ、前記ケージと半径方向に当接する帯ばねのばね舌片によって荷重が負荷されているオーバーラニングクラッチに関する。

前述したタイプのオーバーラニングクラッチは、ドイツ国特許ＤＥ１１４２２５４Ｂ公報によって公知である。このオーバーラニングクラッチの帯ばねは、穿孔されて環状に曲げられた弾性的に柔軟な金属製の帯板であり、そこにはＵ字形に曲げられた横方向折曲部を介してばね舌片が横方向ウェブに接続されている、各ばね舌片の横方向折曲部に加えて、横方向ウェブによって互いに接続されている長手方向に延びる両方のウェブにもまた横方向折曲部が形成されている。これらの横方向折曲部は帯ばねの柔軟な挙動を強めるが、すべてのばね舌片の領域に３つの横方向折曲部が形成されているという事実によって、この帯ばねの構造設計は複雑なものとなっている。

米国特許第５，３３５，７６１号公報によって公知な、前述したタイプの他のオーバーラニングクラッチは、締付要素を受け入れている各ポケットの内部に、締付要素のケージ上への支持を可能とする制限壁をさらに備えている。締付要素の回動は、ケージに対し平面接触によって当接し、締付要素がばね舌片に対して面と面の接触によって当接するとともにばね舌片によってケージ上に支持されるまで、ばね舌片のたわみを生じさせる。

本発明の目的は、経済的に製造できるケージと、単純な幾何学的形状を有した帯ばねとを備えたオーバーラニングクラッチを提供することにある。このオーバーラニングクラッチの締付要素および帯ばねは、定められた連動端部位置を取ることができなければならない。制限されたばね変位によって耐久性のある設計を達成すること、および各締付要素によってケージに負荷される半径方向の力がケージから外輪に伝達できるようにすることが意図されている。

本発明のこれらのおよびその他の目的、利点は、以下の詳細な説明から明らかとなる。

本発明は、制限壁を有している半径方向領域ごとにケージの外側表面に一体的に形成された補強用の水平棚状突起をケージが有しているという事実によって、上記の目的を達成する。このようにして、ケージは、締付要素をケージ上に支持していることによって半径方向の力が外側方向に作用する正にその場所において補強される。同時に、ばね舌片がケージに当接すると、オーバーラニングクラッチは最高速度で動作することができる。このようなばね舌片の制限壁上への平面的な支持により、締付要素の遠心力がケージを介して外輪へと純粋に半径方向に伝達されるように、制限壁、ばね舌片および締付要素の外側輪郭をそれぞれ構成することができる。

本発明のオーバーラニングクラッチにおいては、ポケットが締付要素およびばね舌片の変位を制限することができ、かつこのことがばねの動作寿命に対して有利な効果をもたらす。この制限のための特徴は、ケージの内径上に丸みあるいは斜面として構成することができる。ケージおよび帯ばね内における締付要素の正確な案内により、オーバーラニングクラッチの振動感受性を減少させることができる。

このケージは、単純な構造設計を有していて、アンダーカットなしに製造することができる。図面の図２におけるケージはその両側に隆起した部分を有しており、その結果このケージはＵ字形の形状を有している。この隆起した部分は、滑動ワッシャを受け入れるだけの役割を果たしている。それらは単純にケージ上に装着して締りばめによってそこに保持することができる。あるいは、ケージは各側に環状溝を有することができ、滑動ワッシャはこれらの溝内に留めることができる。

帯ばねは、打ち抜かれた開口あるいはレーザ加工によって形成された単純な切欠きを有するばね帯金である。しかしながら、締付要素の懸架は、文献ＤＥ１１４２２５４Ｂの先行技術とは異なっている。ばね舌片が、多かれ少なかれ締付要素からケージに対して半径方向外側に出ていて、帯ばねがいかなる曲げモーメントも被らないからである。ケージ、帯ばねおよび締付要素から成る組立体を供給する状態においては、ばね舌片には実際に初期応力が生じていない。締付要素を保持するためにだけ、これらにはわずかな初期応力が生じる。この組立体をオーバーラニングクラッチの内輪と外輪との間の取り付けたときにのみ、注目すべき初期応力が生じる。

特定の締付要素が締付けられるとすぐに、それに関連付けられているばね舌片が少しずつ弛緩し、このようにして除荷される。これは、締付体の形態の結果として生じ、かつ帯ばねがケージとは別個に円周方向に動くことができるからである。次いで、締付要素は締付力のみによって内輪と外輪との間に保持され、これは帯ばねの耐久性の最適化に帰着する。

ばねの挙動は、ばね帯金の厚み、ばね舌片の数、幅および全長、またケージ上の接触輪郭により、要求に適合させることができる。帯ばねは、ケージの内径に当接するとともに、ケージとは別個に円周方向に回転することができる。ばね帯金の接合端は、重ね合わせあるいは突き合わせた関係において互いにスポット溶接することができる。あるいはばね帯金は、その接合端の間にいかなる種類の接続もなしにローラ磨きすることもできる。切り口は、円周方向の運動の間に帯ばねがケージに引っかからないように、内径側に向いていなければならない。軸線方向には、帯ばねは締付要素によって保持される。

制限壁は、ケージの内側表面から始まる斜面の形態あるいは凸面アーチ型表面部分の形態に構成することができる。この制限壁は、各ポケットの隙間内に配置することができ、この隙間の軸線方向の寸法はばね舌片の軸方向長さに一致する。このようにして、ばね舌片は、湾曲した幾何学的形状を必然的には必要としない。制限壁および締付要素の接触面は、理想的には一致した形状から成る。

打ち抜きの代わりに、帯ばねのための鋼製帯はレーザ加工によって孔を開けることもできる。これは切り口の品質が一様であるという利点をもたらす。やがて加工片にミクロ割れを生じさせる切削工具の摩耗は、レーザー加工による切断においては何の影響もない。これに加えたさらなる利点は、あらゆる寸法のばねを同じ設備装置によって製造できることにある。

実施形態の例は図面に示されかつ下記により精密に説明される。

図１〜図４に示したオーバーラニングクラッチは、円筒状の内輪１と、内輪１を同軸に囲んでいる外輪２と、内輪と外輪とのスペース内に配置された、ケージ３、帯ばね４および複数の締付要素５から成る組立ユニットとを備えている。ケージ３は、締付要素５を受け入れるために円周方向に等間隔に配置されたポケット６を有している。

帯ばね４は、環状の形態を有するとともに、打ち抜き加工された鋼製の帯材から作られている。ケージ３のポケット６に対応して、帯ばね４は、円周方向に互いに前後に配置されている打ち抜き開口と、穿孔作業の間に形成されて各開口内に配置されたばね舌片７とを有している。帯ばね４は、ケージ３の内側へと軸線方向に挿入することができるように寸法決めされていて、ケージ３の内側表面に当接している。挿入すると、帯ばね４のばね舌片７はケージ３のポケット６の領域内に延びる。

締付要素５は、それからケージ３のポケット６および帯ばね４の打ち抜き開口内へと半径方向に外側から挿入することができ、次いでケージ３の円周方向においてばね舌片７により一方の側が支持されるとともに帯ばね４のウェブにより他方の側が支持される。本発明の１つの提案によると、締付要素５を受け入れるための各ポケット６は、ばね舌片７がケージ３と面同士の接触を可能にする斜面の形態の制限壁８を備えている。

図１は、締付要素５を、動作中に互いに引き続いて生じる４つの異なる状態で示している。左側に最も外側の締付要素５は、内輪１と外輪２との間で最大締付動作の状態にあるが、右側に最も外側の締付要素５は、持ち上げられた状態にあって、帯ばね４に接合しているばね舌片７を制限壁８に対して保持している。

図５はオーバーラニングクラッチの１実施形態を示しているが、そこにおいては補強用の水平棚状突起１０が、制限壁８を有しているケージ９の半径方向領域においてケージ９の外側表面に一体的に形成されている。この補強用の水平棚状突起１０は、締付要素５によってケージ９に負荷される力Ｆの半径方向成分ＦＲを、外輪２に対して直接伝達できるようにしている。斜面として構成された制限壁８が、力Ｆが円周方向成分ＦＵと半径方向成分ＦＲに分離するように傾斜を有しているからである。

図６に示したオーバーラニングクラッチの実施形態においては、ケージ１１の内側表面から出発する凸面アーチ型表面部分の形態の制限壁１２が、すべてのポケット６内に配置されている。このアーチ型部分は半径Ｒによって特徴づけられており、ケージ１１の内側においてポケット６の方へ開いた隙間１３を画成している。この場合、ばね舌片１４は湾曲した幾何学的形状である必要はなく、むしろ帯ばね１５の接線方向に延びている。締付要素５が傾斜すると、ばね舌片１４は、隙間１３の内側において凸面の制限壁１２に当接できるようになる。

図７〜図１０に示したオーバーラニングクラッチの全体的な概念においては、締付要素の幾何学的形状は完全に自由に設計することができ、したがって機能に関して絶対的に最適化することができる。必要なことは、締付要素が、正確に定められた腰回りラインを有することだけである。このことは、帯ばね１６およびケージ１７，１８内の締付要素５を明確に位置決めする役割を果たすとともに、締付要素５を締付軌道の間に取り付けることの実現可能性に向けられている。

ケージの材料は、すでに自動車部門において現状技術となっているガラス繊維強化プラスチックとすることができる。このことは、射出成形型による大量な数の部品の有利かつ経済的な製造に加えて、材料コストが低いという利点を有している。そのような型によるむしろ高いコストは、自動車分野においては部品の数および作動寿命によって取り戻すことができる。樹脂を使用することの説得力のある議論は、その小さい質量およびそれに起因する低い質量慣性である。ガラス繊維成分は強度および耐摩耗性を高める。最新の樹脂は最高で摂氏２００度の耐熱性を有しており、かつ一般的な自動車オイルに対してきわめて良好な化学的適合性を有している。鉄鋼より低い摩擦係数は、締付要素、ばね及び締付軌道に関して肯定的な摩耗および摩擦の挙動をもたらす。

半径方向に見ると、ケージ１７，１８はＴ字形の隙間を有している。これらのいわゆるポケット１９は、円周方向の全体にわたって均等に分配されており、かつ２つの領域から構成されている。大きな長方形の隙間を有する領域２０は、締付要素５を受け入れるとともに円周方向におけるそれらを対称的に分布させる役割を果たしている。締付要素５は、軸線方向に互いに平行に配置されるとともに軸線方向に案内されている。それらは、その自由な運動が常に可能であるように構成されている。より小さい長方形の隙間２１を有した領域は、固定舌片２２の妨げられずかつ衝突のない動きを可能にしている。

ケージの内径における制限勾配２３は、締付要素５と内側の締付軌道、例えば内輪１上の締付軌道との接触が失われて個々の締付要素５が遠心力の影響下において動くときの確実な端部ストッパを形成している。このようにして、締付要素５の浮き上がった移動が制限される結果、反対方向の懸架力によって遠心力が減少すると、締付要素５は内輪１の締付軌道との外力によって固定された接触を迅速に回復する。したがって、ばねの移動および帯ばね１６の随伴する応力も同様に制限される。

外側に向かってわずかに付勢されている帯ばね１６の半径方向の案内は、ケージの直径が最も小さいケージ１７、１８の内側表面にもたらされる。同時に、この表面は、遠心力の影響下において開口している帯ばねが広がることを防止する。その接合端が互いに接続されていないからである。ケージの縁部は、必要な場合にケージに配設することができる滑動ワッシャと締付要素５との間の軸線方向の接触に加えて、ケージ１７、１８からの帯ばね１６の軸線方向の突出を防止する。

ケージの全体は外側で案内されており、ケージの外径と外側の締付軌道、すなわち外輪２の内側表面との間の隙間は、異なる熱膨張率に対する熟慮によってできる限り小さく構成されている。このようにして、理想的な場合に、締付要素５に作用する遠心力の半径方向成分は外側の締付軌道に直接的に伝達することができる。これは、ケージに対する負荷の軽減に結びつく。遠心力の影響を受けて増加するケージと外側の締付軌道との間の摩擦は、外側の締付軌道の回転数における締付要素およびケージの確実な回転を促進する。

１つ若しくは２つの滑動ワッシャをケージ上に配置する必要がある場合には、ケージの一方の側あるいは両側に円周方向溝を形成することができる。そのような溝は、軸線方向にぱちんと取り付けられた滑動ワッシャの回転のない、輸送が安全な受け入れを可能にする。ぱちんと取り付けることは、滑動ワッシャ上に微小なビードによって生じる。ケージの外側案内は、制限勾配２３の上方にあるケージウェブの領域における、ケージ外径上の半径方向の持ち上げによって達成される。

説明したケージ構造は対称な幾何学的形状を有している。オーバーラニングクラッチの締付方向は、ケージ上のマーキングあるいは、滑動ワッシャ上の記号によって示すことができる。

帯ばね１６は、各締付要素の個々の懸架のために１片のばね鋼帯から製造される。その幾何学的形状は、単純で、何の曲がりもない一次元かつ直線的である。唯一可能な設定挙動はばね帯金が広がることであるが、これはケージ内径上の案内によって防止される。この帯は、単純に打ち抜かれるか或いはレーザ切断された部品として製造することができる。

ばね帯金の全体は、ばね舌片２２を含めて一様にロールバニッシュされる。このようにして、組立てられた状態においては、最初および最後の締付要素について、かつそれらの間にある全ての締付要素について、一様な懸架特性を得ることができる。ばね帯金は、半径方向にわずかに付勢されてケージ内に挿入されるとともに、このように定められて同軸に配置される。

締付要素５が安全な輸送のために受け入れられるとともに軸線方向に平行な状態に保持される、ばね舌片２２とばねウェブ２４との間の隙間は、少なくとも締付要素５（腰回りライン）の最も細い部分に一致していなければならない。これによってのみ、特に固いばね舌片２２がそのゼロ位置を横切るときに、すなわち懸架力の方向が半径方向外側から半径方向内側に変化するとき、およびその逆の場合のときに、ばねポケット内における締付要素の自由で滑らかな運動が保証される。

オーバーラニングクラッチの輸送のために、この隙間は締付要素の腰回りラインに正確に位置しており、それはケージ内径が当然に十分に寸法決めされなければならないことを意味している。したがって、懸架は周囲の部品の内側に取付けられた後に有効となる。トルク受け取りの始めにおいては、この種の懸架は、締付要素と締付軌道との間の摩擦によるロック、それと同時にトルクから生じる締付要素の回転運動を促進する。トルクが増大する間に、懸架力はゼロ位置を横断するときにその方向を変える。この後、トルクが再び減少するときに、それは締付要素の解放を助ける。これにより、高い荷重負荷周波数において、この種の懸架は締付要素の慣性とは反対に作用する。

曲げ荷重が負荷されるばね舌片２２は、ばねウェブ２４のねじりのみによってばね作用が生じる、ねじり荷重が負荷されるばねウェブ２４に比べると、かなり固い。ばね舌片およびばね縁部は、この懸架によって弾性的な歪を受けない。この理由により、ケージはばねウェブ２４の領域において取り除かれなければならない。

本発明の第１実施形態のオーバーラニングクラッチの部分断面図。 図１のオーバーラニングクラッチのケージを示す斜視図。 図１のオーバーラニングクラッチの帯ばねを示す斜視図。 ケージ、挿入された帯ばね、および取り付けられた締付要素を有した、オーバーラニングクラッチのための組立ユニットを示す斜視図。 図１のオーバーラニングクラッチの第１変形例を示す図。 図１のオーバーラニングクラッチの第２変形例を示す図。 締付要素がばね舌片によって支持されずに直接的にケージに支持されており、かつ３つの締付要素が異なる作動状態で示されている、図１のオーバーラニングクラッチの第３変形例を示す要部断面図。 図７のオーバーラニングクラッチのための帯ばねを示す斜視図。 図７のオーバーラニングクラッチのためのケージを示す斜視図。 図７のオーバーラニングクラッチのためのさらに他のケージを示す斜視図。

Claims (4)

1. 円筒状の内輪（１）とこの内輪と同軸な外輪（２）との間で円周方向に互いに前後に配置された締付要素（５）を備え、
   前記締付要素（５）は各々、ケージ（３，９，１１，１７，１８）に設けられたポケット（６，１９）内において案内されつつ、前記ケージ（３，９，１１，１７，１８）に対して半径方向に当接するとともにばね舌片（７，１４，２２）を有する帯ばね（４，１５，１６）によって荷重が負荷されるようにされており、
   前記締付要素（５）を受け入れるための前記ポケット（６，１９）の各々に、前記締付要素（５）の前記ケージ（３，９，１１，１７，１８）上での支持を可能とする制限壁（８，１２，２３）が設けられており、
   前記制限壁（８，１２，２３）を有している前記ケージ（３，９，１１，１７，１８）の全ての半径方向領域に、前記ケージの外側表面に一体的に形成された補強用の水平棚状突起（１０）が設けられており、
   前記内輪（１）と前記外輪（２）との間にトルクがかかっていないときには、前記各ばね舌片（７，１４，２２）とそれに隣接する前記帯ばね（４，１５，１６）のウエブ（２４）との間の隙間が前記各締付要素（５）の最も細い部分に一致しており、かつ、前記ばね舌片（７，１４，２２）が前記締付要素（５）に懸架力を作用させない中立位置であるゼロ位置に前記ばね舌片（７，１４，２２）が位置するようになっており、
   前記締付要素（５）は、トルクの受け取りの始めにおいては前記締付要素（５）の締付軌道に対する摩擦によるロックと、それと同時にトルクにより生じる前記締付要素（５）の回り込み運動とが促進され、かつ、トルクが増大する間に、前記ゼロ位置を通過するときに前記締付要素（５）を支持する前記帯ばね（４，１５，１６）の懸架力の方向が半径方向内向きの方向から半径方向外向きの方向にあるいはその逆に変わるように懸架されていることを特徴とするオーバーラニングクラッチ。
2. 前記制限壁（８）が、前記ケージ（３，９）の内側表面から始まる斜面であることを特徴とする請求項１に記載のオーバーランニングクラッチ。
3. 前記制限壁（１２）が、前記ケージ（１１）の内側表面から始まる凸状アーチ型の表面部分であることを特徴とする請求項１に記載のオーバーランニングクラッチ。
4. 前記制限壁（１２）がすべてのポケットの隙間内に配置され、前記ポケットの隙間（１３）の軸線方向寸法が前記ばね舌片（１４）の軸線方向長さに一致していることを特徴とする請求項１に記載のオーバーランニングクラッチ。

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