JP5570427B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

本願は、2007年10月22日付提出の米国仮出願60/981,587で優先権を主張しており、その内容は、参照として取り入れている。連邦政府資金による研究又は開発に該当しない。

本発明は、一方向クラッチの爪及び爪車の歯に関し、特に、双方の接触面の形状に関する。

一方向クラッチは伝動用途に使用され、トルクが１つの回転方向に伝達されるが、反対方向には伝達されない。これは、爪車機構の構成要素を含む内側及び外側軌道輪の使用で実行されている。軌道輪の１つは、対向軌道輪上の爪車の歯に強制的に係合する幾つかの爪機構を備えている。両方の軌道輪は、同一の速度で一方向に回転する。爪機構を備えている軌道輪が反対方向に回転している時、爪車の歯は、惰性走行又はオーバーランが可能で、トルクは伝えられない。

図１は従来技術の一方向クラッチで、内側軌道輪１４の爪車の歯１８に係合する複数の爪１６を収容する外側軌道輪１２を含む。一方向クラッチは、爪１６を外側軌道輪１２から離して付勢し、爪車の歯１８に係合させる係合部材２０を有している。爪１６及び爪車の歯１８の接触面２８、４４の各々は、従来の一方向クラッチの場合、平坦である。この構成は、小さい範囲が負荷の大きな部分を支え、高い応力に達する。この高い応力を下げ又は軽減する幾つかの設計では、多数の爪を組み込んで、各爪上の応力の低減、又は、比較的大きい爪を備え、応力による摩耗を抑えている。然しながら、このような設計は、相対的に高価、複雑、又は、双方を伴う。

従って、負荷分布改良に設計された構成を有する一方向クラッチに対する要求がある。

本発明は、外側軌道輪及び内側軌道輪を有する一方向クラッチを提供する。軌道輪の一方は、少なくとも１つの爪、及び、その爪を他方の軌道輪に係合を付勢する係合部材を備えている。爪車の歯の少なくとも１つ及び少なくとも１つの爪は、負荷分布を改善する弓形の接触面を備えている。弓形の接触面は、弓形の接触面に隣接する角部の曲率半径より大きい曲率半径を有している。

好ましくは、少なくとも１つの爪の接触面は、負荷分布の改善に弓形形状をしている。好ましくは、爪車の歯の接触面は、負荷分布の改善に弓形形状をしている。好ましくは、爪車の歯の接触面及び少なくとも１つの爪の双方が、弓形形状を備えている。

発明の前述及び他の目的を以下詳細に説明する。記載では図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

従来技術の一方向クラッチの爪を拡大した断面図である。 本発明の一方向クラッチの断面図である。 弓形の接触面を有する本発明の爪の拡大断面図である。 内側軌道輪の爪車の歯を拡大した断面図で、すくい角を説明する。 図３の爪の拡大断面図で、爪に作用する負荷分布を説明する。 弓形の接触面を備える本発明の爪車の歯を拡大した断面図である。

図において同様の構成部には同一の符号を表示している。更に、従来技術と本発明の同様の構成部には、１００を加えている。

図２は、共通の回転軸１１５を有する外側軌道輪１１２及び内側軌道輪１１４を備えている本発明の一方向クラッチ１１０を示している。外側軌道輪１１２は、複数の爪１１６、係合部材１２０、及び、凹部又はポケット１２２を備えている。係合部材１２０は、圧縮巻きバネ、皿バネ、板バネ、又は、同等物で、爪１１６を外側軌道輪１１２から離して内側軌道輪１１４の爪車の歯１１８に係合させる。凹部又はポケット１２２は、爪１１６及び係合部材１２０を収容する。外側軌道輪１１２が駆動構成部品の場合、図２での時計方向の回転は、係合部材１２０が、爪１１６を付勢して爪車の歯１１８に係合させる。外側軌道輪１１２の反時計方向の回転は、自由な動きとなり、爪１１６は、爪車の歯上１１８上を滑らかに進むか又は徐々に上がる。内側軌道輪１１４が駆動構成部品の場合、反時計方向の回転は、爪１１６と爪車の歯１１８との係合をもたらし、時計方向の回転は、自由な動きとなる。

図３を参照されたい。爪１１６は、各々、爪車の歯１１８に係合する爪支持面１２６及び爪接触面１２８と、爪支持面１２６に対向する係合部材接触面１３０と、旋回軸１２４となる爪反動面１３２と、爪支持面１２６と爪接触面１２８間の丸み部１３４と、爪接触面１２８と係合部材接触面１３０間の丸み部１３６と、を備えている。各々の爪１１６は、旋回軸１２４で旋回し、惰性走行で爪１１６の爪車の歯１１８上の回転又は滑りを可能にし、クラッチ１１０の反対方向の回転で、爪車の歯１１８の１つに係合する。

爪車の歯１１８は、各々、爪車の歯自由面１３８と、爪１１６に係合する爪車の歯支持面１４０及び爪車の歯接触面１４４と、爪車の歯自由面１３８と爪車の歯接触面１４４間の丸み部１４６と、を備えている。爪車の歯支持面１４０は、負荷分離面１４２で、隣接する爪車の歯１１８上にある爪車の歯接触面１４４から分離されている。負荷分離面１４２は、爪車の歯支持面１４０から径方向内向きに延びている。

爪１１６が爪車の歯１１８に係合すると、爪接触面１２８は、爪車の歯接触面１４４に接触する。これらの接触面が、爪１１６と内側軌道輪１１４間で負荷を伝達する。爪支持面１２６は、爪車の歯支持面１４０に接触する。これらの接触面が、適切な作動位置に爪１１６を保持する（図２及び図３参照）。加えて、爪反動面１３２は、爪凹部１４８に接触する。これらの接触面が、外側軌道輪１１２と爪１１６間で負荷を伝達する。

上記で簡単に記載しているが、爪及び爪車の歯の接触面は、従来の一方向クラッチの場合、共に平坦で、その結果、高い応力がこれらの接触面に作用する。図１を再度参照すると、丸み部３６近傍の爪接触面２８上の点は、負荷の著しい部分を担う。図３を参照すると、本発明の爪１１６は、回転軸１１５の方向と径方向の平面（クラッチ１１０の回転軸１１５に垂直）で眺めると、湾曲している爪接触面１２８を備えている。つまり、概ね径方向に渡り湾曲している。弓形の爪接触面１２８は、丸み部１３４、１３６の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、円弧状をしているのが望ましい。弓形の爪接触面１２８が、放物線形、楕円形、又は、同等の形でも良い。弓形の爪接触面１２８は、丸み部１３４、１３６に出会う箇所で、爪車の歯接触面１４４から小さな間隙をもたらす。間隙の大きさは、爪の寸法及び使用する材料に依存する。例えば、弓形の爪接触面１２８の高さが0.170インチの場合、0.0003インチの間隙が使用される。加えて、丸み部１３４に出会う弓形の爪接触面１２８の間隙は、更に減少できる。加えて、接触中心１５８は、弓形の爪接触面１２８の中間点近傍に位置させる必要がある。

負荷が伝達されると、爪接触面１２８が変形し、弓形の爪接触面１２８の中間点周囲の領域が、負荷が解除されると平坦になる爪車の歯接触面１４４に係合し、負荷の一部を担う。本発明によれば、従来の思惑に反し、爪接触面１２８の大きな領域が、爪車の歯接触面１４４に係合し、平坦な係合面を両方に有している従来技術のクラッチと比較して、最大応力が著しく低減される。従って、従来の一方向クラッチと同じ負荷を、より少ない又は小さな爪での伝達が可能で、重量及び費用を節約する。加えて、丸み部１３４、１３６の大きさを減少し、爪接触面１２８の大きさを増す。これは、爪車の歯接触面１４４に係合する弓形の爪接触面１２８の領域を増加させ、最大応力の更なる低減、及び、更なる重量と費用の節減を可能にする。

図４を参照すると、爪車の歯１１８のすくい角１５０は、接線１５４と径方向の直線１５２間の角度である。接線１５４は、爪接触面１２８と爪車の歯接触面１４４間との接触中心１５８で爪車の歯接触面１４４に接している。径方向の直線１５２は、回転軸１１５と接触中心１５８に交差している。本発明のすくい角１５０は、０度（±１度）が好ましい。すくい角１５０を増して、慣性運動から負荷伝達運動への変換時の反動を低減しても良い。すくい角１５０を減じて、慣性運動時の衝撃の低減も可能である。

上記議論によれば、爪１１６は、３つの面で負荷を受けている。図５に図示しているが、爪１１６は、配分された負荷１５１、１５３、１５５を受けている。つまり、爪車の歯接触面１４４、爪車の歯支持面１４０、及び、爪反動面１３２から各々負荷が加えられている。爪１１６が負荷を受けると、これら面上の接触力の方向は、爪１１６を爪車の歯１１８との係合維持を保証する。即ち、直線１５６が、爪接触面１２８での接触中心１５８と旋回軸１２４間で爪１１６に延在している。旋回軸１２４は、爪反動面１３２で定められる回転の中心である。線１５６は、作用線１６０に対し角度１６２を形成する。作用線１６０は、接触中心１５８と交差し、配分負荷１５１の実質的な力の方向に平行になっている。正味の力の角度１６２は１８０度未満にし、爪１１６が爪車の歯１１８に係合維持されるのを確実にする。角度が、１８０度以上の場合、爪１１６は、摩擦及び爪に作用するバネ力により、爪車の歯１１８に係合したままになる。しかし、爪１１６が、爪にかかる接触力で爪車の歯１１８との係合維持は好ましい。

爪車の歯１１８が、歯根から歯の自由端の方向に湾曲した弓形の爪車の歯接触面１４４を備えていても良い。この場合、爪１１６は、平坦又は曲線を描く爪接触面を有することができる。弓形の爪車の歯接触面は円弧状が好ましい。弓形の爪車の歯接触面１４４を、放物線形状、楕円形状又は同等形状にしても良い。爪１１６を、内側軌道輪１１４内のポケットに入れて、爪車の歯１１８を外側軌道輪上にしても良い。

爪及び爪車の歯（接触面を除く）の一般形状は、図３に示すものに限定するものではない。例えば、矩形状の爪及び対応する爪車の歯が従来技術では周知である。弓形の接触面をこれらの構成要素に含めても応力の低減が可能である。

本発明は、ここでの実施形態及び説明図に限定されるものでないことを特に指摘しておく。本発明は、特許請求の範囲内で記載の実施形態の部分の変形及び異なる実施形態の要素の組合せも含む。

１２ 外側軌道輪
１４ 内側軌道輪
１６ 爪
１８ 爪車の歯
２０ 係合部材
２８ 接触面（爪）
３６ 丸み部
４４ 接触面（爪車の歯）
１１０ 一方向クラッチ
１１２ 外側軌道輪
１１４ 内側軌道輪
１１６ 爪
１１８ 爪車の歯
１２０ 係合部材
１２８ 爪接触面
１３６ 丸み部
１４４ 爪車の歯接触面

Claims (13)

1. 外側軌道輪、及び、該外側軌道輪と共通の回転軸を有する内側軌道輪を備えている一方向クラッチであって、
   前記外側及び前記内側軌道輪の一方が、爪車の歯接触面を各々有する複数の爪車の歯を備え、
   前記外側及び前記内側軌道輪の他方が、少なくとも１つの爪の少なくとも一部分が収容される少なくとも１つの爪凹部と、前記外側及び前記内側軌道輪の他方から前記少なくとも１つの爪を離すように付勢する係合部材とを備え、
   前記少なくとも１つの爪は、爪支持面、前記係合部材に係合する係合部材接触面、及び、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合する爪接触面とを含み、
   前記爪接触面が、前記爪支持面と前記係合部材接触面との間に設けられており、前記爪車の歯接触面と前記爪接触面の少なくとも１つが弓形面（前記回転軸に沿って見て断面形状が弓形）で、前記弓形面が、自身に隣接する角部の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
   前記爪車の歯の各々が、前記爪支持面に係合する爪車の歯支持面を更に含み、前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面と、隣接する爪車の歯の爪車の歯支持面とに係合しており、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面が、前記隣接する爪車の歯の前記爪車の歯支持面から、負荷分離面で分離されていることを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記負荷分離面が、前記爪車の歯支持面の径方向内側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の一方向クラッチ。
3. 外側軌道輪、及び、該外側軌道輪と共通の回転軸を有する内側軌道輪を備えている一方向クラッチであって、
   前記外側及び前記内側軌道輪の一方が、爪車の歯接触面を各々有する複数の爪車の歯を備え、
   前記外側及び前記内側軌道輪の他方が、少なくとも１つの爪の少なくとも一部分が収容される少なくとも１つの爪凹部と、前記外側及び前記内側軌道輪の他方から前記少なくとも１つの爪を離すように付勢する係合部材とを備え、
   前記少なくとも１つの爪は、爪支持面、前記係合部材に係合する係合部材接触面、及び、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合する爪接触面とを含み、
   前記爪接触面が、前記爪支持面と前記係合部材接触面との間に設けられており、前記爪車の歯接触面と前記爪接触面の少なくとも１つが弓形面（前記回転軸に沿って見て断面形状が弓形）で、前記弓形面が、自身に隣接する角部の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
   前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合している時に、前記爪接触面の接触中心と前記少なくとも１つの爪の旋回軸との間で少なくとも１つの爪を経て延在する線が、前記爪接触面の接触中心に交差し前記爪接触面に作用する正味の力の方向に平行な作用線に１８０度未満の角度を形成していることを特徴とする一方向クラッチ。
4. 外側軌道輪、及び、該外側軌道輪と共通の回転軸を有する内側軌道輪を備えている一方向クラッチであって、
   前記外側及び前記内側軌道輪の一方が、爪車の歯接触面を各々有する複数の爪車の歯を備え、
   前記外側及び前記内側軌道輪の他方が、少なくとも１つの爪の少なくとも一部分が収容される少なくとも１つの爪凹部と、前記外側及び前記内側軌道輪の他方から前記少なくとも１つの爪を離すように付勢する係合部材とを備え、
   前記少なくとも１つの爪は、爪支持面、前記係合部材に係合する係合部材接触面、及び、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合する爪接触面とを含み、
   前記爪接触面が、前記爪支持面と前記係合部材接触面との間に設けられており、前記爪車の歯接触面と前記爪接触面の少なくとも１つが弓形面（前記回転軸に沿って見て断面形状が弓形）で、前記弓形面が、自身に隣接する角部の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
   前記弓形面が、前記爪車の歯接触面であることを特徴とする一方向クラッチ。
5. 前記爪車の歯接触面が、円弧状であることを特徴とする請求項４記載の一方向クラッチ。
6. 前記爪車の歯の各々が、前記爪支持面に係合する爪車の歯支持面を更に含み、前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面と、隣接する爪車の歯の爪車の歯支持面とに係合しており、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面が、前記隣接する爪車の歯の前記爪車の歯支持面から、負荷分離面で分離されている、ことを特徴とする請求項４記載の一方向クラッチ。
7. 前記負荷分離面が、前記爪車の歯支持面の径方向内側に設けられていることを特徴とする請求項６記載の一方向クラッチ。
8. 前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合している時に、前記爪接触面の接触中心と前記少なくとも１つの爪の旋回軸間の少なくとも１つの爪を経て延在する線が、前記爪接触面の接触中心に交差し前記爪接触面に作用する正味の力の方向に平行な作用線に対し１８０度未満の角度を形成していることを特徴とする請求項４記載の一方向クラッチ。
9. 外側軌道輪、及び、該外側軌道輪と共通の回転軸を有する内側軌道輪を備えている一方向クラッチであって、
   前記外側及び前記内側軌道輪の一方が、爪車の歯接触面を各々有する複数の爪車の歯を備え、
   前記外側及び前記内側軌道輪の他方が、少なくとも１つの爪の少なくとも一部分が収容される少なくとも１つの爪凹部と、前記外側及び前記内側軌道輪の他方から前記少なくとも１つの爪を離すように付勢する係合部材とを備え、
   前記少なくとも１つの爪は、爪支持面、前記係合部材に係合する係合部材接触面、及び、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合する爪接触面とを含み、
   前記爪接触面が、前記爪支持面と前記係合部材接触面との間に設けられており、前記爪車の歯接触面と前記爪接触面の少なくとも１つが弓形面（前記回転軸に沿って見て断面形状が弓形）で、前記弓形面が、自身に隣接する角部の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
   前記弓形面が前記爪接触面で、前記爪接触面に隣接する前記角部の一方が、前記爪支持面と前記爪接触面の間に設けられており、前記爪接触面に隣接する前記角部の他方が、前記係合部材接触面と前記爪接触面の間に設けられ、
   前記爪車の歯の各々が、前記爪支持面に係合する爪車の歯支持面を更に含み、前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面と、隣接する爪車の歯の爪車の歯支持面とに係合しており、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面が、隣接する前記爪車の歯の前記爪車の歯支持面から、負荷分離面で分離されている、ことを特徴とする一方向クラッチ。
10. 前記負荷分離面が、前記爪車の歯支持面の径方向内側に設けられていることを特徴とする請求項９記載の一方向クラッチ。
11. 外側軌道輪、及び、該外側軌道輪と共通の回転軸を有する内側軌道輪を備えている一方向クラッチであって、
    前記外側及び前記内側軌道輪の一方が、爪車の歯接触面を各々有する複数の爪車の歯を備え、
    前記外側及び前記内側軌道輪の他方が、少なくとも１つの爪の少なくとも一部分が収容される少なくとも１つの爪凹部と、前記外側及び前記内側軌道輪の他方から前記少なくとも１つの爪を離すように付勢する係合部材とを備え、
    前記少なくとも１つの爪は、爪支持面、前記係合部材に係合する係合部材接触面、及び、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合する爪接触面とを含み、
    前記爪接触面が、前記爪支持面と前記係合部材接触面との間に設けられており、前記爪車の歯接触面と前記爪接触面の少なくとも１つが弓形面（前記回転軸に沿って見て断面形状が弓形）で、前記弓形面が、自身に隣接する角部の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
    前記弓形面が前記爪接触面で、前記爪接触面に隣接する前記角部の一方が、前記爪支持面と前記爪接触面の間に設けられており、前記爪接触面に隣接する前記角部の他方が、前記係合部材接触面と前記爪接触面の間に設けられ、
    前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面に係合している時に、前記爪接触面の接触中心と前記少なくとも１つの爪の旋回軸間の少なくとも１つの爪を経て延在する線が、前記爪接触面の接触中心に交差し前記爪接触面に作用する正味の力の方向に平行な作用線に対し１８０度未満の角度を形成していることを特徴とする一方向クラッチ。
12. 各々が爪車の歯支持面と爪車の歯接触面を有する複数の爪車の歯を含む内側軌道輪、及び、前記内側軌道輪と共通の回転軸を有する外側軌道輪を備えている一方向クラッチであって、
    前記外側軌道輪は、少なくとも１つの爪の少なくとも一部が収容される少なくとも１つの爪凹部と、前記少なくとも１つの爪を前記外側軌道輪から離すように付勢する係合部材とを備え、
    前記少なくとも１つの爪は、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面と、隣接する爪車の歯の爪車の歯支持面とに係合し、
    前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯支持面に係合する爪支持面と、前記係合部材に係合する係合部材接触面と、前記爪車の歯接触面に係合する爪接触面とを含んでおり、
    前記爪接触面が、前記爪支持面と前記係合部材接触面間に設けられており、前記爪車の歯接触面及び前記爪接触面の少なくとも１つが弓形面（前記回転軸に沿って眺めて弓形の断面形状）で、前記弓形面が、自身に隣接する角部の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
    前記弓形面が、前記爪車の歯接触面であることを特徴とする一方向クラッチ。
13. 各々が爪車の歯支持面と爪車の歯接触面を有する複数の爪車の歯を含む内側軌道輪、及び、前記内側軌道輪と共通の回転軸を有する外側軌道輪を備えている一方向クラッチであって、
    前記外側軌道輪は、少なくとも１つの爪の少なくとも一部が収容される少なくとも１つの爪凹部と、前記少なくとも１つの爪を前記外側軌道輪から離すように付勢する係合部材とを備え、
    前記少なくとも１つの爪は、前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面と、隣接する爪車の歯の爪車の歯支持面とに係合し、
    前記少なくとも１つの爪が、前記爪車の歯支持面に係合する爪支持面と、前記係合部材に係合する係合部材接触面と、前記爪車の歯接触面に係合する爪接触面とを含んでおり、
    前記爪接触面が、前記爪支持面と前記係合部材接触面間に設けられており、前記爪車の歯接触面及び前記爪接触面の少なくとも１つが弓形面（前記回転軸に沿って眺めて弓形の断面形状）で、前記弓形面が、自身に隣接する角部の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、
    前記爪車の歯の１つの前記爪車の歯接触面が、前記隣接する爪車の歯の前記爪車の歯支持面から、負荷分離面で分離されていることを特徴とする一方向クラッチ。

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