JP5858530B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、遠心力リフトオフ型一方向クラッチに関する。

遠心力リフトオフ型一方向クラッチ（以下、単に「一方向クラッチ」ということがある。）は、内輪、内輪に装着されるカムケージ、カムケージに軸支されるカム、及び外輪を具え、内輪とカムケージは、同方向に回転するようにされている。一方向クラッチの組付時は、ねじりコイルばねによって付勢されている複数のカムが内輪の外周面及び外輪の内周面に押付けられるように接している。内輪に連結される駆動軸が一方の方向に回転すると、カムが外輪の内周面上を滑るため、内輪は外輪に対して空転することになる。そして、駆動軸が同方向に高速で回転すると、遠心力がカムを軸支している軸の中心から偏心した位置にあるカムの重心にねじりコイルばねの付勢方向に抗して、その弾性力を超えて作用し、カムが回動してカムと内輪の外周面及び外輪の内周面との間に間隙が生じるため、カムと内輪の外周面及び外輪の内周面とが摩擦することなく、内輪は外輪に対して空転することになる。このとき、カムの回動は、カムが内輪の外周面及び外輪の内周面と非接触状態を維持できる位置でストッパ部によって止められる。そして、ねじりコイルばねによってカムが付勢されているため、駆動軸が低速になる又は停止すると、組付時の状態に戻る。一方、駆動軸が逆方向に回転しようとすると、カムには、外輪の内周面との摩擦により付勢部材の付勢方向と同じ方向のトルクが作用し、カムが内輪の外周面及び外輪の内周面にさらに押付けられるから、カムと内輪の外周面及び外輪の内周面との摩擦によって駆動軸からのトルクが内輪及びカムを通じて外輪に伝達される。以下、説明の便宜上、内輪から外輪へトルクが伝達される場合を「オン状態」、内輪が外輪に対して空転する場合を「オフ状態」ということにする。
このような遠心力リフトオフ型一方向クラッチの用途は、大きく分けて二つある。一つ目は、内輪が駆動軸に、外輪が被駆動軸に接続され、通常運転時にオン状態となり、内輪から外輪へトルクの伝達が行われ、一方、内輪に接続される駆動軸が逆回転するとき、又は外輪に接続される被駆動軸がオーバーラン状態のときにオフ状態となり、内輪と外輪との間でトルクの伝達が行われないように使用する場合である。そして、二つ目は、内輪が機械類の駆動軸に接続され、外輪が回転不能に固定され、通常運転時はオフ状態で駆動軸が回転できるようにし、一方、駆動軸の停止時にはオン状態となり、外力に起因する駆動軸の逆転を防止するように使用する場合である。具体例としては、例えば、スキーリフトや傾斜コンベアにおける使用例が挙げられる。
遠心力リフトオフ型一方向クラッチは、オフ状態で駆動軸が高速で回転するとき、遠心力によりカムと外輪の内面及び内輪の外面との間に間隙が生じるため、カム、外輪、及び内輪の摩擦による摩耗、焼付を防止することができ、また、ローラーフリーホイールのような他の一方向クラッチに比べて、オン状態での許容トルク（以下、単に「許容トルク」ということがある。）が大きいという利点がある。
このような遠心力リフトオフ型一方向クラッチの例として、以下に挙げるものがある。

特開昭４９−１３５５１号公報 特開平９−１５１９６４号公報

特許文献１に開示されている一方向クラッチは、内輪に摩擦係合するカムケージがカムの両側に設けられ、カムとカムケージの間に間挿ディスクを介在させた状態で、これらを貫通するボルトによってカムを軸支しているものであり、カムはねじりコイルばねで内輪及び外輪に係合する方向に付勢されている。なお、ばねリングが内輪の溝に嵌合し、カムケージの軸方向の移動を防止している。内輪に連結される駆動軸が回転するときの動作は、上述した通りである。なお、オフ状態で駆動軸が高速で回転するとき、カムは、遠心力によりねじりコイルばねの端部が掛けられているピンに接するまで回動する。すなわち、ピンがストッパ部の役割を果たしていることになる。
特許文献２に開示されている一方向クラッチは、カムケージの外側に回転同期部として回転同期用のピンを突設させ、内輪に設けられた溝に嵌着される止輪に係合するように回転同期用のピンが位置している。内輪に連結される駆動軸が回転すると、止輪が回転同期用のピンに当たるため、駆動軸と同方向のトルクがカムケージに伝達される。なお、カムケージに軸支されているカムはねじりコイルばねによって内輪及び外輪に係合する方向に付勢されている。内輪に連結される駆動軸が回転するときの動作は、上述した通りである。なお、オフ状態で駆動軸が高速で回転するとき、カムは、遠心力により、カムケージに設けられ、且つ、ねじりコイルばねの端部が掛けられているストッパ軸に接するまで回動する。

特許文献１、２の一方向クラッチは、オフ状態で駆動軸が高速で回転するときのカムの回動を制止するためのピンやストッパ軸がそれぞれのカムの個数分必要となるため、部品点数が増え、製造費用が嵩むだけでなく、コンパクト性、組立・メインテナンス工数の増大、及び重量化という点で問題がある。さらに、カムの軸だけでなく、ピンやストッパ軸用の孔をカムケージに設けなければならないため、穴あけ加工及び面取り作業をする必要がある。特に、皿状の面取り作業は一度に一枚ずつしかできないため、加工費用と時間がかかる。また、特許文献２のように、回転同期用のピンが、カムケージと別個に設けられていることも、部品点数の増大に繋がり、前述したような問題の要因となっている。
ところで、許容トルクは、カムと内輪及び外輪とが接触する総合的な長さが長い程大きくなる。従って、カムの数を増やす、又はカムの幅を大きくすることによって許容トルクを増大させることができる。しかし、単純にカムの幅を大きくすると、一方向クラッチの軸方向の寸法が大きくなってしまい、また、カムの数を増やそうとしても、部品点数が多いと、各部品のスペースが必要となり、カムを増やすためのスペースを確保できないため、サイズを大きくすることなく許容トルクを増大させるということは困難である。

そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑み、コンパクトで許容トルクが大きい、生産性に優れた一方向クラッチを提供することをその目的とする。

本発明は、外輪と、
外周面上に平行な２つの環状溝を有する内輪と、
前記環状溝に嵌着される止輪と、
前記環状溝の間の前記内輪の外周面上に並設され、複数のピンによって間隔が一定に保たれる一対のケージリングによって構成されるカムケージと、
前記カムケージに軸支されるカム及び該カムを前記内輪及び外輪と係合する方向に付勢するねじりコイルばねと、
前記ケージリングに設けられる、前記内輪と前記カムケージとの回転を同期させる、前記止輪と係合する回転同期部と、
少なくとも一方の前記ケージリングに形成された外周側凹部から前記カム方向に突出し前記カムの回動を制止する、前記ケージリングと一体のストッパ部を具えていることを特徴とする一方向クラッチによって前記課題を解決した。

また、前記回転同期部が前記ケージリングに一体形成されている構成とすることが好適であり、前記ピンがストッパ部を兼ねる構成とすることが好ましい。

本発明によれば、オフ状態で駆動軸が高速で回転するときのカムの回動を制止するためのストッパ部が、ケージリングと一体で、少なくとも一方のケージリングに形成された外周側凹部からカム方向に突出しているため、従来のように、ケージリングと別体のピンやストッパ軸は不要である。従って、従来に比べて、部品点数が少なくなるため、製造費用が少なくて済み、組立やメインテナンスを簡便に行うことができ、さらに、軽量化にも資することになる。また、これに伴い、ピンやストッパ軸用の孔をカムケージに加工する必要がなくなるため、加工工数、費用、及び時間の低減を図ることができる。また、別体のピンやストッパ軸が不要となったことにより、カム同士の間隔を狭めることができ、カムの個数を増やすことができる。従って、従来よりも小さな軸方向の寸法で許容トルクの増大を実現することができる。また、カムの片方の側部に一つのコイル部を有するねじりコイルばねを使用することにより、ケージリングの間のスペースを確保できるので、コンパクト化又は許容トルクの増大を一層図ることができる。

さらに、内輪とカムケージとの回転を同期させる、止輪と係合する回転同期部をケージリングに一体形成すれば、従来のような、内輪とカムケージとの回転を同期させるための、別体のピンは不要であるため、上記同様の効果を得ることができる。また、ピンがストッパ部を兼ねる構成とすれば、ピンが設けられる箇所のストッパ部を設ける必要がなくなるため、加工工数を低減することができる。

本発明の第一実施形態の一方向クラッチを表した正面図。 図１の２−２線縦断面図。 一方向クラッチに使用されるねじりコイルばねの正面図。 本発明の第一実施形態の一方向クラッチの内輪にカムケージが取付けられている場合の正面図。 本発明の第一実施形態の一方向クラッチのカムケージの正面図（一部断面図）。 図５のＡの拡大図。 図５のＢの拡大図。 本発明の第二実施形態の一方向クラッチのカムケージの要部拡大図（一部断面図）。 本発明の第三実施形態の一方向クラッチのカムケージの要部拡大図（一部断面図）。 従来の一方向クラッチのカムケージの正面図（一部断面図）。 本発明の一方向クラッチと従来の一方向クラッチの軸方向の寸法を比較した図。

以下、本発明の実施形態を図１〜１１を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に示す、本発明の第一実施形態の一方向クラッチ１０は、外輪１２、内輪２０、及びカムケージ３０を具えている。なお、図１において、カムケージ３０の詳細な図示は省略している。内輪２０は軸孔２２を有しており、駆動軸（図示省略。）が軸孔２２に挿入され、キー締結されることになる。なお、キー締結以外の方法により、駆動軸と内輪２０とを連結してもよいことは言うまでもない。一方、外輪１２は、被駆動軸（図示省略。）に接続されるか、又は回転不能に固定されることになる。

図２は、図１の２−２線縦断面図である。外輪１２と内輪２０との間に、カムケージ３０が位置している。カムケージ３０は、内輪２０の平行な２つの環状溝２６、２６の間の外周面２４上に並設されているケージリング３２、３２がピン３４でその間隔が一定に保たれることによって構成されている。ピン３４はボルト３５、３５によってケージリング３２、３２に数箇所（図４においては３箇所。）取付けられており、また、内輪２０に形成された環状溝２６、２６に止輪２８、２８が嵌着されることにより、カムケージ３０の軸方向の移動が阻止されるため、カムケージ３０は内輪２０から外れないように取付けられることになる。なお、ケージリング３２は、鉄、鋼材から切削加工したものに限らず、プレス加工したものでもよく、また、強度を満足するものであれば、エンジニアリングプラスチック等の樹脂、或いは、アルミ等の非鉄材を使用したものでもよい。

また、カムケージ３０は、ケージリング３２、３２に軸支されるカム３８及びカム３８を内輪２０及び外輪１２と係合する方向に付勢するねじりコイルばね３９を具え、組付時は、ねじりコイルばね３９によって、カム３８が内輪２０の外周面２４及び外輪１２の内周面１４に押付けられるように付勢されている。なお、カム３８の支持軸３６は、図２に示すような、カム３８を貫通しているものの他に、トラニオンとしてカム３８に一体形成されるものであってもよい。また、ねじりコイルばね３９は、図３（ａ）に示すような形状のものであり、カムの片方の側部に一つのコイル部３９ａが位置するように具えられているものであるが、（ｂ）に示すようなねじりコイルばね３９ｃを使用して、カムの両方の側部に２つのコイル部３９ｄ、３９ｄが位置するように具える構成としてもよい。なお、（ａ）に示すような、一箇所のコイル部３９ａを有するねじりコイルばね３９を使用する方が、ケージリング３２、３２の間のスペースを確保できるため好適である。ねじりコイルばね３９は、例えば、その一方の端部３９ｂをケージリング３２の内周側に設けられる掛止用凹部３２ｅ（図５参照。）に掛け、他方の端部３９ｂをカム３８に掛けてカム３８を内輪２０及び外輪１２と係合する方向に付勢する。一方、ねじりコイルばね３９ｃは、例えば、その端部３９ｅ、３９ｅを近接するケージリング３２の掛止用凹部３２ｅ（図５参照。）に掛け、接続部３９ｆをカムに掛けてカム３８を内輪２０及び外輪１２と係合する方向に付勢する。

次に、図２に示すように、止輪２８、２８は、その弾性によって環状溝２６に密着するように取付けられている。ここで、図４に示すように、止輪２８の係合部２８ａには、ケージリング３２に一体形成された、環状溝２６（図２を参照。）方向に折り曲げられる回転同期部３２ｂが位置しているため、内輪２０が回転すると、止輪２８の係合部２８ａが回転同期部３２ｂに当たり、内輪２０と同方向のトルクがカムケージ３０に伝達されることになる。なお、回転同期部３２ｂは、前述のような、ケージリング３２に一体形成した後に、環状溝２６方向に突出する突起となるように加工するものの他、ケージリング３２に一体形成した当初から、環状溝２６方向に突出する突起となるように形成してもよい。また、回転同期部３２ｂと止輪２８との係合部２８ａは、止輪２８の場合のような切欠部に限らず、回転同期部３２ｂが止輪に係合可能であれば、止輪の形状に応じて変更することができる。また、カムケージ３０の場合、回転同期部３２ｂは、図５に示すように、ケージリング３２の内周側に設けられた内周側凹部３２ｃに設けられており、一対のケージリング３２、３２の内、少なくとも一方を環状溝２６方向に折り曲げればよい。このように、内周側凹部３２ｃを設けることによって、ケージリング３２の軽量化を図ることができる。なお、止輪の形状に応じて、内周側凹部３２ｃ、回転同期部３２ｂを複数設ける構成とすることもできる。

また、ケージリング３２の外周側には、カム３８と同数の外周側凹部３２ｄが設けられており、外周側凹部３２ｄには、突起状のストッパ部３２ａが設けられている。ストッパ部３２ａは、一対のケージリング３２、３２の少なくとも一方が、カム３８方向に折り曲げられることになる。このように、外周側凹部３２ｄを設けることによって、ケージリング３２の軽量化を図ることができる。なお、ストッパ部３２ａは、前述のような、ケージリング３２に一体形成した後に、カム３８方向に突出する突起となるように加工するものの他、ケージリング３２に一体形成した当初から、カム３８方向に突出する突起となるように形成してもよい。

前述の通り、カム３８はねじりコイルばね３９により内輪２０及び外輪１２と係合する方向に付勢されるため、組付時は図５のＡの状態、すなわち、外輪１２の内周面１４及び内輪２０の外周面２４に押付けられている状態になる。図６は、図５のＡの状態を表した一部拡大図である。カム３８の重心Ｇは、支持軸３６の中心から偏心した位置にあり、カム３８はねじりコイルばね３９によって左回転方向に付勢されている。図示しない駆動軸が左回転する場合、内輪２０及びカムケージ３０にも左回転方向のトルクが伝達される。ここで、カム３８は、組付時の状態から一方向（右回転方向）にのみ回動できるようにその寸法が設計されており、また、外輪１２の内周面１４に接しているため、外輪１２の内周面１４との摩擦によって支持軸３６を中心として右回転方向に回動しようとする。従って、カム３８が外輪１２の内周面１４上を滑ることになるため、駆動軸が左回転する場合は、オフ状態となる。

一方、図６の矢印が示すように、駆動軸が右回転する場合、カム３８は、外輪１２の内周面１４と接しているため、外輪１２の内周面１４との摩擦によって支持軸３６を中心として左回転方向に回動しようとする。このため、カム３８は外輪１２の内周面１４と内輪２０の外周面２４にさらに押付けられ回動することができないから、駆動軸が右回転する場合は、オン状態となる。

次に、オフ状態で、駆動軸が高速で回転する場合、カム３８は、図５のＢの状態となる。このＢの状態の一部拡大図が図７である。駆動軸が高速で回転すると、Ｆ方向の遠心力がカム３８の重心Ｇにねじりコイルばね３９の弾性力を超えて働くことになるため、カム３８はストッパ部３２ａに接するまで回動する。このとき、カム３８と内輪２０の外周面２４及び外輪１２の内周面１４との間に間隙が生じることになる。従って、カム３８と内輪２０の外周面２４及び外輪１２の内周面１４とが接触しないため、これらの摩擦による発熱を防ぎ、部品の摩耗、焼付を防止することができる。なお、ねじりコイルばね３９によってカム３８が内輪２０及び外輪１２と係合する方向に付勢されているため、駆動軸の回転が低速となったとき又は停止したときは、図６に示す状態に戻る。

図８に示すように、ねじりコイルばね３９（図３（ａ）参照。）の一方の端部３９ｂをストッパ部３２ａに掛ける構成とすれば、掛止用凹部３２ｅ（図４参照。）を設ける必要がないため、加工工数及び費用を抑えることができる。なお、ねじりコイルばね３９の一方の端部３９ｂをストッパ部３２ａに巻き付ける等の方法により固定させてもよい。また、ねじりコイルばね３９ｃ（図３（ｂ）参照。）を使用する場合は、その端部３９ｅ、３９ｅをストッパ部３２ａに掛ければよい。

また、図９に示すように、ピン３４がストッパ部３２ａを兼ねる構成とすれば、ピン３４がある部分のストッパ部３２ａを設ける必要がないため、加工工数及び費用を抑えることができる。なお、ねじりコイルばねの端部をストッパ部３２ａに掛ける構成とピン３４がストッパ部３２ａを兼ねる構成とを組合わせたものとしてもよく、この場合、ピン３４にねじりコイルばねの端部を掛けることができる。

次に、図１０は、特許文献２のような、従来の一方向クラッチのカムケージ１３０の正面図（一部断面図）である。カムケージ１３０の径は、図４に示すカムケージ３０と同じものである。カムケージ１３０は、ケージリング１３２に支持軸１３６、皿ボルト１３５で固定されるピン１３４、及び止輪（図示省略。）の係合部に係合する回転同期部である回転同期用ピン１３１を具えている。カム１３８は、二箇所のコイル部１３９ａ、１３９ａ（図１１参照。）を有するねじりコイルばね１３９によって付勢されており、ねじりコイルばね１３９の接続部はカム１３８に、端部１３９ｂはピン１３４に掛けられている。

次に、図１１は、従来のカムケージ１３０と本発明のカムケージ３０、３０ａとの軸方向の寸法を比較した図である。なお、従来のカムケージ１３０では、ケージリング１２８に設けられる皿ボルトの頭がケージリング１２８に埋込まれており、一方、本発明のカムケージ３０、３０ａでは、ボルト３５の頭がケージリング２８、２８ａの外側にあるため、カムケージ１３０のケージリング１２８、１２８を含めた軸方向の寸法と、カムケージ３０、３０ａのボルト３５の頭を含めた軸方向の寸法とを比較している。ここで、（ａ）は、従来のカムケージ１３０を表しており、（ｂ）は、（ａ）と同じケージリングの厚み、カムの幅、個数であって、コイル部が一つのねじりコイルばね３９を使用した場合を、（ｃ）は、（ｂ）の構成から、カムの個数を１個増設し、カムが内輪の外周面又は外輪の内周面に接する総合長さが（ａ）と同一となるようにした場合を、（ｄ）は、（ａ）と同じカムの幅、個数であって、（ａ）よりもケージリングを薄肉化し、コイル部が一つのねじりコイルばね３９を使用した場合を、（ｅ）は、（ｄ）の構成から、カムの個数を１個増設し、カムが内輪の外周面又は外輪の内周面に接する総合長さが（ａ）と同一となるようにした場合を表している。

（ｂ）の場合、（ａ）のねじりコイル部１３９ａ１個分スペースを確保することができ、（ｃ）の場合は、（ｂ）の場合に加えて、カム３９を１個増設できる分、カム３９の１個あたりの軸方向の寸法を小さくすることができる。また、（ｄ）の場合、（ｂ）の場合に加えて、ケージリング２８ａを薄肉化した分スペースを確保することができ、（ｅ）の場合、（ｄ）の場合に加えて、カム３９を１個増設できる分、カム３９の１個あたりの軸方向の寸法を小さくすることができる。このため、図１１（ａ）乃至(e)のカムケージ全体の軸方向の寸法をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとすると、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅとなる。従って、本発明の構成とすることにより、従来と比べてコンパクト化又は許容トルクの増大を図ることができ、さらに、薄肉のケージリング２８ａを使用すれば、コンパクト化又は許容トルクの増大を一層図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、部品点数の削減により、一方向クラッチのカムケージの周方向のスペースを確保でき、カムを増設することができるため、コンパクトで許容トルクが大きく、生産性に優れた一方向クラッチを提供することができる効果がある。

１０ 一方向クラッチ
１２ 外輪
２０ 内輪
２４ 内輪の外周面
２６ 環状溝
２８ 止輪
２８ａ 止輪の係合部
３０ カムケージ
３２ ケージリング
３２ａ ストッパ部
３２ｂ 回転同期部
３２ｃ 内周側凹部
３２ｄ 外周側凹部
３４ ピン
３８ カム
３９ ねじりコイルばね

Claims (4)

1. 外輪と、
   外周面上に平行な２つの環状溝を有する内輪と、
   前記環状溝に嵌着される止輪と、
   前記環状溝の間の前記内輪の外周面上に並設され、複数のピンによって間隔が一定に保たれる一対のケージリングによって構成されるカムケージと、
   前記カムケージに軸支されるカム及び該カムを前記内輪及び外輪と係合する方向に付勢するねじりコイルばねと、
   前記ケージリングに設けられる、前記内輪と前記カムケージとの回転を同期させる、前記止輪と係合する回転同期部と、
   少なくとも一方の前記ケージリングに形成された外周側凹部から前記カム方向に突出し前記カムの回動を制止する、前記ケージリングと一体のストッパ部を具えていることを特徴とする、
   一方向クラッチ。
2. 前記回転同期部が前記ケージリングに一体形成されている、請求項１の一方向クラッチ。
3. 前記ピンが前記ストッパ部を兼ねる、請求項１又は２の一方向クラッチ。
4. 前記ねじりコイルばねの一方の端部が前記ストッパ部に掛けられている、請求項１から３のいずれかの一方向クラッチ。

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