JP6786327B2

JP6786327B2 - クラッチユニット

Info

Publication number: JP6786327B2
Application number: JP2016186999A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　光司; 光司佐藤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2036-09-26
Also published as: JP2018053921A

Description

この発明は、クラッチユニットに関するものである。

従来から、車両等の輸送機器や各種分野の産業機械等において、回転作動型のクラッチユニットが用いられる場合がある。回転作動型のクラッチユニットでは、内方部材が所定回転数以下の場合に外方部材と係合せず、所定回転数以上の場合に外方部材と係合する。

この種の回転作動型のクラッチユニットとして、例えば、特許文献１や特許文献２に、ローラ式ワンウェイクラッチが開示されている。

特許文献１及び２のローラ式ワンウェイクラッチは、内周円筒面を有する外方部材と、カム面が形成された内方部材とを備え、その外方部材と内方部材との間に、ローラからなる係合子と、その係合子を付勢する弾性部材と、その弾性部材の付勢力に抗して遠心力によって係合子を係合方向へ押圧する錘体とを備えている。

内方部材が所定回転数以上に回転すると、錘体が係合子を係合方向へ押圧し、その押圧により、係合子は内方部材のカム面に押し込まれる。これにより、外方部材と内方部材とが結合して駆動力が伝達される状態となる。

特開２００４−３１６８８６号公報特開２０１６−０５６９３７号公報

しかしながら、従来の回転作動型のクラッチユニットでは、内方部材のカム面の近傍に錘体を挿入するためのスペースを設ける必要がある。このため、クラッチユニットに配置できる係合子の数が制限され、トルク容量を確保しにくいという課題があった。

そこで、この発明の課題は、係合子の数を増加させて、トルク容量を確保したクラッチユニットを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、回転軸周りに回転する内方部材と、前記内方部材と同軸状に配置された外方部材と、前記外方部材と前記内方部材との間に設けられて、前記外方部材と前記内方部材とを係合することでトルク伝達を行う係合子と、前記係合子を保持する円環状の保持器と、前記係合子が非係合状態となる中立位置に前記保持器を付勢する中立用弾性部材と、前記中立用弾性部材の付勢力に抗して前記保持器を円周方向一方へ押圧して前記係合子を係合状態にする遠心移動体と、を備え、前記遠心移動体は、前記係合子に対して軸方向にオフセットした位置に配置されているクラッチユニットを採用した。

このとき、前記外方部材及び前記内方部材の一方に円筒面が設けられ、前記外方部材及び前記内方部材のうち前記円筒面が設けられた部材とは異なる部材にカム面が設けられ、前記係合子は、前記円筒面及び前記カム面に当接することで前記内方部材と前記外方部材とを係合し、前記保持器は、前記内方部材が所定回転数以下で回転した場合に前記係合子を前記カム面側に押し付け前記円筒面側との接触を抑制する突起を備える構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記保持器には、その径方向内側から径方向外側に向かうにつれて円周方向他方側へと傾斜する傾斜面が設けられ、前記遠心移動体は、前記傾斜面に当接して前記保持器を円周方向一方へ押圧する構成を採用することができる。

また、これらの各態様において、前記保持器と前記内方部材は、径方向内側から径方向外側に向かって互いの距離が狭くなる対向面を有し、前記遠心移動体は、前記対向面のそれぞれに当接して前記保持器を円周方向一方へ押圧する構成を採用することができる。

ここで、前記保持器は、前記係合子を保持するポケット部を有し、前記傾斜面は、前記ポケット部に対して軸方向にオフセットした位置に配置されている構成を採用することができる。

また、前記保持器は、前記係合子を保持するポケット部を有し、前記対向面は、前記ポケット部に対して軸方向にオフセットした位置に配置されている構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記内方部材は、前記保持器が円周方向一方へ相対回転した際に所定の相対回転角で前記保持器の回転が規制されるストッパ部を有する構成を採用することができる。

また、これらの各態様において、前記保持器は、前記係合子を付勢する係合用弾性部材を備える構成を採用することができる。

この発明は、係合子の挿入数を増加させてトルク容量を確保したクラッチユニットを提供することができる。

この発明の一実施形態を示す縦断面図非係合状態を示す図１のＩＩ−ＩＩ断面図非係合状態を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図非係合状態を示す図１のＩＶ−ＩＶ断面図係合状態を示す図１のＩＩ−ＩＩ断面図係合状態を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図係合状態を示す図１のＩＶ−ＩＶ断面図同実施形態の分解斜視図同実施形態の要部を示す分解斜視図この発明の他の実施形態を示す縦断面図非係合状態を示す図１０のＸＩ−ＸＩ断面図非係合状態を示す図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図非係合状態を示す図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。この実施形態では、一方向ローラクラッチを用いたクラッチユニット１０について説明する。

クラッチユニット１０は、図１に示すように、同軸状に配置された外方部材１及び内方部材２と、外方部材１の内径面１ａに設けられる円筒面ｘと、内方部材２の外径面２ａに設けられるカム面ｙと、その外方部材１と内方部材２との間に組み込まれた係合子３とを備えている。

この実施形態では、外方部材１は筒状の部材で構成されている。外方部材１は、クラッチユニット１０を支持するハウジング（図示せず）に対して、軸受を介してクラッチの軸回りに回転自在となるように支持される。内方部材２は、外方部材１の内周に設けられている。また、内方部材２は、回転軸である軸部材１２の一部で構成されている。具体的には、内方部材２は、入力側である軸部材１２の一部を全周に亘って径方向外側に突出させることで構成されている（図８及び９参照）。ここでは、内方部材２と軸部材１２とが一体の部材として成形されているが、内方部材２と軸部材１２とを別部材で構成される場合もある。以下の説明において、軸部材１２と平行な方向を「軸方向」、軸部材１２を中心とした径方向を単に「径方向」、軸部材１２を中心とした周方向を単に「周方向」又は「円周方向」と呼ぶ。

軸部材１２は、中心軸Ｃに沿って配置されている。軸部材１２の両端は、外方部材１の内部に組込まれた支持軸受１１によって、軸回り回転自在に支持されている。また、軸部材１２の一端には他の軸部材（図示せず）が接続されて、ハウジングを貫通するとともに外部に延長して引き出され、入力側の機構に接続されている。延長された軸部材は、ハウジングの貫通部に組込まれた軸受を介してクラッチの軸回りに回転自在に支持されている。

カム面ｙは、径方向に向かい合う円筒面ｘとの間で、周方向の両端がそれぞれ狭小となるくさび形空間を形成する。カム面ｙは、内方部材２の外径面２ａのうちクラッチの軸回りの円周に対する接線方向に一定の長さだけ伸びるフラット面で構成され、そのフラット面が、外径面２ａのうち円周方向に沿って等間隔に設けられる。

係合子３は、ローラで構成される。係合子３は、円筒面ｘとカム面ｙとで形成されるくさび形空間の狭小部に係合して、内方部材２と外方部材１とを係合させる。この係合により、係合子３を通じて、内方部材２と外方部材１との間のトルク伝達が可能となる。なお、係合子３は、ローラに限らず、スプラグであってもよい。

係合子３は、環状の保持器２０によって、円周方向及び軸方向に保持される。保持器２０は、周方向に沿って複数のポケット部２２を有する。ポケット部２２は、保持器２０を径方向に貫通する孔で構成され、一つのポケット部２２に一つの係合子３が収容される。

図３に示すように、複数のポケット部２２には、それぞれ係合子３を係合方向に付勢する係合用弾性部材２３を備える。係合用弾性部材２３は、係合子３をくさび形空間の狭小部へ押圧する方向へ付勢している。係合用弾性部材２３としては、板バネ、皿バネ、コイルバネ等の種々の弾性部材を採用することができる。

また、ポケット部２２には、係合子３をカム面ｙ側に押し付ける突起２５が設けられている。突起２５は、クラッチの回転数（すなわち、内方部材２の回転数）が所定回転数以下の場合、係合子３をカム面ｙ側に押し付けることで、円筒面ｘと係合子３との接触を抑制する役割を果たす。突起２５のうち係合子３との当たり面は、径方向に沿って内径側から外径側へ向かうにつれて、係合子３の係合方向とは逆方向、すなわち、クラッチの円周方向他方へ傾斜している。

図１及び図４に示すように、保持器２０には、係合子３が非係合状態となる中立位置に、保持器２０を付勢する中立用弾性部材３０が組み込まれている。中立位置は、係合子３が、カム面ｙの長さ方向中央部に位置し、カム面ｙには接しているが、円筒面ｘには接していない、あるいは、円筒面ｘにわずかに接して互いに摺接しているような状態である。このため、係合子３が中立位置にある状態では、内方部材２と外方部材１とは空転状態である。

この実施形態では、中立用弾性部材３０としてスイッチばねが採用されている。

スイッチばね３０は、円環状のリング部３２と、一対の押圧片３１，３１とを有している。リング部３２は、内方部材２の軸方向一方の端面に形成されたばね収納凹部７内に組込まれる。一対の押圧片３１，３１は、リング部３２の一部を径方向外側に突出させることで形成されている。一対の押圧片３１，３１は、内方部材２のばね収納凹部７の周壁の一箇所に形成された切欠部７ａ（図８参照）を通って、保持器２０の円周方向一箇所に設けられた切欠き２１に挿入される。

一対の押圧片３１，３１は、切欠部７ａの両端部（クラッチの円周方向で対向する切欠部７ａの両端の端面）と、切欠き２１の両端部（クラッチの円周方向で対向する切欠き２１の両端の端面）とをリング部３２が拡径する方向に、すなわち、それぞれ相反する方向に押圧する。この押圧により、係合子３が円筒面ｘとカム面ｙに係合しない中立位置となるように、保持器２０が弾性保持される。

保持器２０は、その内周面から径方向内側に突出する保持器突部２４を備えている。保持器突部２４は、その保持器２０の内径面よりもさらに内径側（軸部材１２側）へ突出する。保持器突部２４は、係合子３及びポケット部２２が配置されている軸方向範囲よりも軸方向外側に配置されている。即ち、保持器突部２４が、係合子３及びポケット部２２に対して軸方向にオフセットした位置に配置されている。この実施形態では、保持器突部２４は、保持器２０の端面に沿って設けられており、保持器２０の端面と保持器突部２４の端面とが面一となっている。

保持器突部２４は、内方部材２に設けられた収容部５（図９参照）に収容されている。収容部５は、係合子３及びポケット部２２が配置されている軸方向範囲よりも軸方向外側に配置されている。この実施形態では、収容部５は、内方部材２の端面に臨む凹部（溝部）として設けられているが、内方部材２の外径面から内径側へ向かう孔で構成してもよい。

保持器突部２４は、その径方向内側から径方向外側に向かうにつれて、円周方向他方に傾斜する傾斜面２４ａと、保持器２０の内周面から径方向内側に向かって略直角に延びる水平面２４ｂとを備えている。水平面２４ｂは、傾斜面２４ａとは円周方向反対側に形成されている。

収容部５内には、遠心移動体６が配置されている。遠心移動体６は、クラッチの回転、すなわち、内方部材２が軸心回りに回転した際にともに軸心回りに回転し、その回転に伴う遠心力により、径方向内側から径方向外側に向かって移動しようとする。

この遠心力により、遠心移動体６は、保持器突部２４の傾斜面２４ａと、収容部５のうち径方向に延びる端面５ｂとの間に挟まれながら、中立用弾性部材３０の中立状態への付勢力、すなわち、円周方向他方への付勢力に抗して、保持器２０を円周方向一方へ押圧する。この押圧により、保持器２０は円周方向一方へ回転するので、係合子３は円筒面ｘとカム面ｙに係合して、外方部材１と内方部材２とを係合状態にする。

ここで、遠心移動体６は円柱状の部材からなるローラであるので、軸方向に直交する断面が円形である。このような断面円形の遠心移動体６を採用すれば、遠心移動体６は、保持器突部２４の傾斜面２４ａと、収容部５の端面５ｂのそれぞれに点接触又は線接触となるので、その移動がスムーズである。

また、遠心移動体６の径方向外側への移動は、クラッチの回転数、すなわち、内方部材２の軸心回り回転数が、予め設定された所定の回転数を超えた場合に行われるように、遠心移動体６の形状、大きさ、重量、数量、配置場所等の諸元が設定されている。遠心移動体６の諸元を調整することにより、非係合状態から係合状態へと移行する際のクラッチの回転数を増減させることも可能である。

保持器突部２４（傾斜面２４ａ）及び遠心移動体６は、いずれも、係合子３及びポケット部２２が配置されている軸方向範囲の軸方向外側に配置されており、すなわち、係合子３の配置場所と遠心移動体６の配置場所が、軸方向において互いにずれた状態（オフセットした状態）となっている。このため、クラッチユニット１０に配置される係合子３及びポケット部２２の数を制限する必要がない。したがって、クラッチユニット１０において、係合子３の配置数を充分に確保でき、大きなトルク容量を確保することが可能となる。

また、従来のクラッチユニットでは、内方部材の回転数が増大するのに伴い、遠心移動体（錘体）による係合子の押圧力も増加する。このため、仮に、想定される回転数を超えるような状態が発生した場合、係合子はカム面に強く押し込まれることになる。この状態で、外方部材が内方部材よりも同方向へ速く回転するような場合（いわゆるオーバーランの状態）、カム面に係合子が押し込まれた状態で空転する。このため、カム面及び係合子に、大きな摩耗が発生する危惧があった。

また、係合子と遠心移動体とは一対となっていたため、遠心移動体の重量ばらつきがあると、係合子がカム面に係合するタイミングが、それぞれの係合子間で異なるような事態が発生する。このため、重量のばらつきが極端に大きい場合には、最も重い遠心移動体に対応する係合子が早いタイミングで係合してしまい、他の係合子の噛合いが遅れてしまうという危惧もあった。

しかし、本実施形態のクラッチユニット１０では、遠心移動体６の作用による保持器２０の回転を通じて、すべての係合子３を同時に円周方向一方側へ移動させることがでるので、オーバーランの状態での異常な摩耗や、係合子の噛合い時期のばらつきの発生を回避することができる。

内方部材２には、保持器２０が中立状態から円周方向一方へ相対回転した際に、所定の相対回転角で保持器２０の回転を規制するストッパ部５ａが設けられている。ストッパ部５ａは、収容部５の端面、具体的には、収容部５のうち保持器突部２４の水平面２４ｂと周方向に対向する端面で構成されている。ストッパ部５ａに、保持器突部２４の水平面２４ｂが当接することにより、ストッパの機能が発揮される。

遠心移動体６の径方向外側への移動を、保持器２０の円周方向一方への移動に変換する切替機構として、上記の実施形態では、保持器突部２４の傾斜面２４ａと収容部５の端面５ｂとの間に遠心移動体６を配置する構成としたが、他の構成からなる切替機構を採用することもできる。

本実施形態では、保持器突部２４が収容部５に入り込んだ状態で、保持器突部２４と収容部５にそれぞれ、径方向内側から径方向外側に向かって互いの距離が狭くなる対向面２４ａ，５ａ（２４ｂ，５ｂ）を設け、当該対向面２４ａ，５ａ（２４ｂ，５ｂ）に遠心移動体６を当接させることにより、保持器２０を円周方向一方へ押圧する構成とすることができる。遠心移動体６が遠心力により径方向外側へ移動しようとすると、径方向外側に向かうにつれて徐々に狭くなる対向面間を、円周方向に沿って押し広げようとするので、これにより、保持器２０は円周方向一方へ回転することができる。

この場合も、対向面及び遠心移動体６は、係合子３及びポケット部２２が配置されている軸方向範囲に対して、軸方向外側に配置されている。すなわち、遠心移動体６は、係合子３及びポケット部２２に対して軸方向にオフセットした位置に配置されている。

外方部材１と内方部材２とが非係合状態であるとき、内方部材２が所定回転数以下で回転している場合は、遠心移動体６に作用する遠心力が小さいため、遠心移動体６は、収容部５のうち径方向内側の部分に留まっている。また、保持器２０は、中立用弾性部材３０により、内方部材２に対してセンタリングされる。また、係合子３は、保持器２０ポケット部２２内の突起２５により、内方部材２のカム面ｙ側に押圧されているので、係合子３は、外方部材１の円筒面ｘとの間に隙間がある状態となり、係合子３と外方部材２とは非接触状態、あるいは、わずかに接触することがあっても非接触に近い状態で維持されている。

外方部材１と内方部材２とが係合状態であるとき、内方部材２の回転数が増加すると、遠心移動体６が収容部５のうち径方向外側の部分に移動し、その遠心移動体６や内方部材２、保持器２０に設けられた切替機構の作用により、保持器２０が内方部材２に対して円周方向一方へ相対回転を始める。このとき、中立用弾性部材３０は、自らの付勢力に抗して回転方向に沿って撓んでいく（一対の押圧片３１，３１同士が接近する）。そして、内方部材２の回転数が所定回転数を超えると、内方部材２のストッパ部５ａに保持器突部２４の水平面２４ｂが当接するまで保持器２０が内方部材２に対して相対回転し、内方部材２と保持器２０は一体回転を開始する。

このとき、係合子３は、出力側である外方部材１の内径面１ａと、内方部材２の外径面２ａに対して、保持器２０に設けた係合用弾性部材２３の押圧により係合し、その係合により、内方部材２から外方部材１へのトルク伝達が開始される。この状態で、仮に、外方部材１の回転数が内方部材２の回転数を上回ったとしても、係合子３は、係合用弾性部材２３による付勢力によってのみカム面ｙに押圧されているので、係合子３と外方部材１との空転摩耗の発生を抑えることが可能である。

そして、内方部材２の回転数が低下すると、遠心移動体６に作用する遠心力が低下するため、中立用弾性部材３０の復元力により、保持器２０が内方部材２に対して円周方向他方へ相対回転し、係合子３は非係合状態に復帰する。

前述の実施形態では、外方部材１の内径面１ａに円筒面ｘを、内方部材２の外径面２ａにカム面ｙを設けた内方部材カムタイプとしているが、内外を逆にして、外方部材１の内径面１ａにカム面ｙを、内方部材２の外径面２ａに円筒面ｘを設けた外方部材カムタイプとすることもできる。

図１０〜１３は、本発明に係るクラッチユニットの他の実施形態である外方部材カムタイプのクラッチユニットを示す。保持器２０に設けられる保持器突部２４は、保持器２０の外径面よりも径方向外側に突出しており（図１１参照）、また、カム面ｙは、円周方向他方側から一方側へ向かって徐々に内径側へ近づく円弧面である等、前述の実施形態とは差異点がある。さらに、中立用弾性部材３０として採用されるスイッチばねの押圧片３１は、リング部３２の両端から内向きに形成されている等の差異点もある。しかし、基本的な機能や発明の効果等は、図１〜図９に示す実施形態と同様であるため、機能や構成の詳細な説明は省略する。

１外方部材
１ａ内径面
２内方部材
２ａ外径面
３係合子
５収容部
６遠心移動体
１０クラッチユニット
２０保持器
２２ポケット部
２３係合用弾性部材
２４ａ傾斜面（対向面）
２５突起
３０中立用弾性部材（スイッチばね）
ｘ円筒面
ｙカム面

Claims

回転軸周りに回転する内方部材と、
前記内方部材と同軸状に配置された外方部材と、
前記外方部材と前記内方部材との間に設けられて、前記外方部材と前記内方部材とを係合することでトルク伝達を行う係合子と、
前記係合子を保持する円環状の保持器と、
前記係合子が非係合状態となる中立位置に前記保持器を付勢する中立用弾性部材と、
前記中立用弾性部材の付勢力に抗して前記保持器を円周方向一方へ押圧して前記係合子を係合状態にする遠心移動体と、
を備え、
前記遠心移動体は、前記係合子に対して軸方向にオフセットした位置に配置されており、
前記外方部材及び前記内方部材の一方に円筒面が設けられ、
前記外方部材及び前記内方部材のうち前記円筒面が設けられた部材とは異なる部材にカム面が設けられ、
前記係合子は、前記円筒面及び前記カム面に当接することで前記内方部材と前記外方部材とを係合し、
前記保持器は、前記内方部材が所定回転数以下で回転した場合に前記係合子を前記カム面側に押し付け前記円筒面側との接触を抑制する突起を備えるクラッチユニット。
前記保持器には、その径方向内側から径方向外側に向かうにつれて円周方向他方側へと傾斜する傾斜面が設けられ、
前記遠心移動体は、前記傾斜面に当接して前記保持器を円周方向一方へ押圧する
請求項１に記載のクラッチユニット。
前記保持器と前記内方部材は、径方向内側から径方向外側に向かって互いの距離が狭くなる対向面を有し、
前記遠心移動体は、前記対向面のそれぞれに当接して前記保持器を円周方向一方へ押圧する請求項１に記載のクラッチユニット
回転軸周りに回転する内方部材と、
前記内方部材と同軸状に配置された外方部材と、
前記外方部材と前記内方部材との間に設けられて、前記外方部材と前記内方部材とを係合することでトルク伝達を行う係合子と、
前記係合子を保持する円環状の保持器と、
前記係合子が非係合状態となる中立位置に前記保持器を付勢する中立用弾性部材と、
前記中立用弾性部材の付勢力に抗して前記保持器を円周方向一方へ押圧して前記係合子を係合状態にする遠心移動体と、
を備え、
前記遠心移動体は、前記係合子に対して軸方向にオフセットした位置に配置されており、
前記保持器と前記内方部材は、径方向内側から径方向外側に向かって互いの距離が狭くなる対向面を有し、
前記遠心移動体は、前記対向面のそれぞれに当接して前記保持器を円周方向一方へ押圧するクラッチユニット。
前記保持器は、前記係合子を保持するポケット部を有し、
前記傾斜面は、前記ポケット部に対して軸方向にオフセットした位置に配置されている
請求項２に記載のクラッチユニット。
前記保持器は、前記係合子を保持するポケット部を有し、
前記対向面は、前記ポケット部に対して軸方向にオフセットした位置に配置されている
請求項３又は４に記載のクラッチユニット。
回転軸周りに回転する内方部材と、
前記内方部材と同軸状に配置された外方部材と、
前記外方部材と前記内方部材との間に設けられて、前記外方部材と前記内方部材とを係合することでトルク伝達を行う係合子と、
前記係合子を保持する円環状の保持器と、
前記係合子が非係合状態となる中立位置に前記保持器を付勢する中立用弾性部材と、
前記中立用弾性部材の付勢力に抗して前記保持器を円周方向一方へ押圧して前記係合子を係合状態にする遠心移動体と、
を備え、
前記遠心移動体は、前記係合子に対して軸方向にオフセットした位置に配置されており、
前記内方部材は、前記保持器が円周方向一方へ相対回転した際に所定の相対回転角で前記保持器の回転が規制されるストッパ部を有するクラッチユニット。
前記保持器は、前記係合子を付勢する係合用弾性部材を備える
請求項１〜７のいずれかに記載のクラッチユニット。