TWI570336B - Unidirectional clutch - Google Patents

Description

單方向離合器

本發明係關於一種離心力分離型單方向離合器。

離心力分離型單方向離合器(以下，簡稱為「單方向離合器」)，係具備內輪、安裝於內輪之凸輪保持架(cage)、軸支於凸輪保持架之凸輪及外輪，且內輪與凸輪保持架成為於同方向進行旋轉。於單方向離合器之組裝時，由扭轉螺旋彈簧彈壓之複數個凸輪，以按壓於內輪之外周面及外輪之內周面之方式相接。一旦連結於內輪之驅動軸往一方之方向進行旋轉，則由於凸輪於外輪之內周面上滑動，因此內輪成為相對於外輪進行空轉。而且，一旦驅動軸往同方向以高速旋轉，則離心力將抵抗位於偏離軸支凸輪之軸中心之位置之凸輪之重心往扭轉螺旋彈簧之彈壓方向，而以超過扭轉螺旋彈簧之彈力進行作用，由於凸輪進行旋動而於凸輪與內輪之外周面及外輪之內周面之間產生間隙，因此凸輪與內輪之外周面及外輪之內周面不會進行摩擦，且內輪相對於外輪進行空轉。此時，凸輪之旋動係於可維持凸輪與內輪之外周面及外輪之內周面非接觸之狀態之位置藉由止擋(stopper)部而停止。而且，藉由扭轉螺旋彈簧而彈壓凸輪，因此一旦驅動軸變為低速或停止時，將恢復成組裝時之狀態。另一方面，一旦驅動軸成為欲往反方向旋轉，則於凸輪，藉由與外輪之內周面之摩擦而作用與彈壓 構件之彈壓方向相同之方向之扭矩，且凸輪進一步地按壓內輪之外周面及外輪之內周面，因此，藉由凸輪與內輪之外周面及外輪之內周面之摩擦而使來自驅動軸之扭矩通過內輪及凸輪傳遞至外輪。以下，為便於說明，而將從內輪往外輪傳遞扭矩之情形稱為「接通(ON)狀態」，將內輪相對於外輪空轉之情形稱為「關閉(OFF)狀態」。

如此之離心力分離型單方向離合器之用途大致分為兩種。第一種用途係以如下方式進行使用之情形：將內輪連接於驅動軸，將外輪連接於被驅動軸，於通常運轉時成為接通狀態，從內輪往外輪進行扭矩之傳遞，另一方面，連接於內輪之驅動軸進行逆旋轉時，或連接於外輪之被驅動軸於過速狀態時成為關閉狀態，於內輪與外輪之間不進行扭矩之傳遞。而且，第二種用途係以如下方式進行使用之情形：將內輪連接於機械類之驅動軸，將外輪固定為無法旋轉，於通常運轉時，於關閉狀態驅動軸可進行旋轉，另一方面，於驅動軸之停止時成為接通狀態，防止外力引起之驅動軸之逆轉。作為具體例，例如，可列舉滑雪纜車或傾斜輸送機之使用例。

離心力分離型單方向離合器，係於關閉狀態驅動軸以高速旋轉時，藉由離心力而於凸輪與外輪之內面及內輪之外面之間產生間隙，因此可防止凸輪、外輪及內輪之摩擦導致之磨耗、燒烤；此外，與如滾子單向輪(roller free wheel)般之其他單方向離合器相比，具有於接通狀態之容許扭矩(以下，簡稱為「容許扭矩」)較大之優點。

作為如此之離心力分離型單方向離合器之例，有於以下列舉者。

專利文獻1：日本專利特開昭49-13551號公報

專利文獻2：日本專利特開平9-151964號公報

於專利文獻1所揭示之單方向離合器，係將與內輪摩擦卡合之凸輪保持架設置於凸輪之兩側，且以於凸輪與凸輪保持架之間安裝間插盤之狀態，藉由貫通該等之螺栓而軸支凸輪者，且凸輪藉由扭轉螺旋彈簧而被彈壓往與內輪及外輪卡合之方向。另外，彈簧圈係嵌合於內輪之溝槽，防止凸輪保持架之軸方向之移動。連結於內輪之驅動軸進行旋轉時之動作，係如上所述。另外，於關閉狀態驅動軸以高速旋轉時，凸輪藉由離心力進行旋動直至與卡於扭轉螺旋彈簧之端部之銷相接為止。亦即，成為銷發揮止擋部之作用。

於專利文獻2所揭示之單方向離合器，係於凸輪保持架之外側突出設置同步旋轉用之銷作為同步旋轉部，且以與嵌裝於設置在內輪之溝槽之扣環卡合之方式定位同步旋轉用之銷。一旦連結於內輪之驅動軸進行旋轉，由於扣環與同步旋轉用之銷接觸，與驅動軸同方向之扭矩將被傳遞至凸輪保持架。另外，軸支於凸輪保持架之凸輪，藉由扭轉螺旋彈簧而被彈壓往與內輪及外輪卡合之方向。連結於內輪之驅動軸進行旋轉時之動作，係如上所述。另外，於關閉狀態驅動軸以高速旋轉時，凸輪藉由離心力進行轉動直至與設置於凸輪保持架且卡於扭轉螺旋彈簧之端部之止 擋軸相接為止。

專利文獻1、2之單方向離合器，由於用以限制於關閉狀態驅動軸以高速旋轉時之凸輪之旋動之銷或止擋軸成為各自之凸輪之必要的個數量，因此不僅零件件數增加、製造費用提高，而且於小型性、組裝‧維護工時之大增以及重量化之方面亦存在問題。進一步地，由於不僅是凸輪之軸、亦必需將銷或止擋軸用之孔設置於凸輪保持架，因此必需進行鑽孔加工及倒角(chamfer)作業。尤其是，由於碟狀之倒角作業僅可一次一片地進行，因此將花費加工費用與時間。此外，如專利文獻2般，使同步旋轉用之銷與凸輪保持架個別地設置，亦導致零件件數之大增，成為如上所述之問題之要因。

此外，容許扭矩，係成為凸輪與內輪及外輪接觸之總合長度越長則越大。因此，可藉由增加凸輪之數量或增大凸輪之寬度而使容許扭矩增大。但是，一旦單純地增大凸輪之寬度，將導致單方向離合器之軸方向之尺寸變大，此外，即使有意增加凸輪之數量，但一旦零件件數變多，則需要各零件之空間，無法確保用以增加凸輪之空間，因此難以不增大尺寸而使容許扭矩增大。

在此，本發明有鑒於上述習知技術之問題點，目的在於提供一種精巧且容許扭矩較大、生產性佳之單方向離合器。

本發明係藉由具備有如下之特徵之單方向離合器而解決上述課題，該單方向離合器之特徵在於具備：外輪；內輪，於外周面上具有平行之2個環狀溝；扣環，嵌裝於上述環狀溝；凸輪保持架，並排設置於上述環狀溝之間之上述內輪之外周面上，且由藉由複數個銷間隔保持為固定之一對保持架環所構成；扭轉螺旋彈簧，往軸支於上述凸輪保持架之凸輪、以及該凸輪與上述內輪及外輪卡合之方向彈壓；同步旋轉部，設置於上述保持架環，且使上述內輪與上述凸輪保持架之旋轉同步，且與上述扣環卡合；以及止擋部，一體形成於上述保持架環，限制上述凸輪之旋動。

此外，較佳為：上述同步旋轉部為一體形成於上述保持架環之構成，且較佳為：上述銷係兼作止擋部之構成。

根據本發明，由於用以限制於關閉狀態驅動軸以高速旋轉時之凸輪之旋動之止擋部，係一體形成於保持架環，因此無需如習知般與保持架環為非一體之銷或止擋軸。因此，與習知相比，由於零件件數變少，繼而製造費用較少，能夠簡便地進行組裝或維護，進一步地，亦有助於輕量化。此外，隨之，由於無需於凸輪保持架加工銷或止擋軸用之孔，因此可謀求加工工時、費用及時間之降低。此外，藉由無需非一體之銷或止擋軸，能夠縮短凸輪彼此之間隔，且能夠增加凸輪之個數。因此，能夠以較習知為小之軸方向之尺寸實現容許扭矩之增大。

進一步地，若使內輪與凸輪保持架之旋轉同步，且與扣環卡合之同步旋轉部一體形成於保持架環，則無需如習 知般之用以使內輪與凸輪保持架之旋轉同步之非一體之銷，因此能夠獲得上述相同之效果。此外，若銷為兼作止擋部之構成，則無需設置設有銷之部位之止擋部，因此能夠降低加工工時。

以下，參照圖1~11，對本發明之實施形態進行說明。但本發明並不限定於該實施形態。

圖1所示之本發明之第一實施形態之單方向離合器10，係具備外輪12、內輪20及凸輪保持架30。另外，於圖1中，省略凸輪保持架30之詳細之圖示。內輪20具有軸孔22，將驅動軸(省略圖示)插入於軸孔22且以鍵緊固。另外，當然亦可藉由以鍵緊固以外之方法，將驅動軸與內輪20連結。另一方面，外輪12成為連接於被驅動軸(省略圖示)或固定成無法旋轉。

圖2係圖1之2-2線縱剖面圖。於外輪12與內輪20之間設置凸輪保持架30。凸輪保持架30係藉由並排設置於內輪20之平行之2個環狀溝26、26之間之外周面24上之保持架環32、32以銷34保持其間隔為固定而構成。銷34係藉由螺栓35、35而安裝於保持架環32、32於數個部位(於圖4係3個部位)，此外，藉由將扣環28、28嵌裝於形成在內輪20之環狀溝26、26，能夠阻止凸輪保持架30之軸方向之移動，因此凸輪保持架30成為以無法自內輪20脫落之方式安裝。另外，保持架環32並不限定於由鐵、鋼 材切削加工者，亦可為衝壓加工者，此外，若為滿足強度者，則亦可使用工程塑膠等樹脂或鋁等之非鐵材者。

此外，凸輪保持架30，具備軸支於保持架環32、32之凸輪38、及往凸輪38與內輪20及外輪12卡合之方向彈壓之扭轉螺旋彈簧39，且於組裝時，藉由扭轉螺旋彈簧39，以凸輪38按壓於內輪20之外周面24及外輪12之內周面14之方式彈壓。另外，凸輪38之支持軸36，如圖2所示，貫通凸輪38，但另亦可作為耳軸(trunnion)一體形成於凸輪38者。此外，扭轉螺旋彈簧39，係如圖3(a)所示之形狀者，且係以於凸輪之單方之側部設置一個螺旋部39a之方式而具備者，但亦可成為使用如(b)所示之扭轉螺旋彈簧39c，而以於凸輪之兩方之側部設置2個螺旋部39d、39d之方式而具備之構成。另外，使用如(a)所示之具有一個部位之螺旋部39a之扭轉螺旋彈簧39者，由於能夠確保保持架環32、32之間之空間，因此較佳。扭轉螺旋彈簧39，例如將其一端部39b卡於設置於保持架環32之內周側之卡止用凹部32e(參照圖5)，將另一端部39b卡於凸輪38，而往凸輪38與內輪20及外輪12卡合之方向彈壓。另一方面，扭轉螺旋彈簧39c，例如將其端部39e、39e卡於接近之保持架環32之卡止用凹部32e(參照圖5)，將連接部39f卡於凸輪而往凸輪38與內輪20及外輪12卡合之方向彈壓。

接著，如圖2所示，扣環28、28係藉由其彈性以與環狀溝26密接之方式安裝。在此，如圖4所示，於扣環28 之卡合部28a，設置有一體形成於保持架環32、往環狀溝26(參照圖2)方向折彎之同步旋轉部32b，因此，一旦內輪20旋轉，扣環28之卡合部28a接觸同步旋轉部32b，將與內輪20同方向之扭矩傳遞至凸輪保持架30。另外，同步旋轉部32b，如上所述之一體形成於保持架環32之後，以成為往環狀溝26方向突出之突起之方式進行加工，但另亦可以從一體形成於保持架環32之最初，成為往環狀溝26方向突出之突起之方式而形成。此外，同步旋轉部32b與扣環28之卡合部28a，並不限定於如扣環28之情形之缺口部，若同步旋轉部32b可卡合於扣環，則可根據扣環之形狀而進行變更。此外，於凸輪保持架30之情形，同步旋轉部32b，如圖5所示，設置於設在保持架環32之內周側之內周側凹部32c，若將一對保持架環32、32中之至少一方往環狀溝26方向折彎即可。如此，藉由設置內周側凹部32c，能夠謀求保持架環32之輕量化。另外，亦可根據扣環之形狀，而成為設置複數個內周側凹部32c、旋轉同步部32b之構成。

此外，於保持架環32之外周側，設置有與凸輪38相同數量之外周側凹部32d，於外周側凹部32d，設置有突起狀之止擋部32a。止擋部32a，係成為將一對保持架環32、32之至少一方往凸輪38方向折彎。如此，藉由設置外周側凹部32d，能夠謀求保持架環32之輕量化。另外，止擋部32a，係如上所述之於一體形成於保持架環32後，以成為往凸輪38方向突出之突起之方式進行加工者，但另亦可以從 一體形成於保持架環32之最初，成為往凸輪38方向突出之突起之方式而形成。

如上所述，凸輪38藉由扭轉螺旋彈簧39往與內輪20及外輪12卡合之方向彈壓，因此，組裝時成為圖5之A之狀態，亦即按壓於外輪12之內周面14及內輪20之外周面24之狀態。圖6係表示圖5之A之狀態之部分放大圖。凸輪38之重心G，係位於偏離支持軸36之中心之位置，凸輪38藉由扭轉螺旋彈簧39而往左旋轉方向彈壓。於未圖示之驅動軸左旋轉之情形，左旋轉方向之扭矩亦傳遞至內輪20及凸輪保持架30。在此，凸輪38係以從組裝時之狀態僅可往單方向(右旋轉方向)旋動之方式設計其尺寸，此外，由於與外輪12之內周面14相接，因此藉由與外輪12之內周面14之摩擦而以支持軸36為中心往右旋轉方向旋動。因此，凸輪38成為於外輪12之內周面14上滑動，因此於驅動軸左旋轉之情形，成為關閉狀態。

另一方面，如圖6之箭頭所示，於驅動軸右旋轉之情形，凸輪38與外輪12之內周面14相接，因此藉由與外輪12之內周面14之摩擦而以支持軸36為中心往左旋轉方向旋動。因此，凸輪38進一步地按壓於外輪12之內周面14與內輪20之外周面24而無法進行旋動，因此，於驅動軸右旋轉之情形，成為接通狀態。

接著，於關閉狀態、驅動軸以高速旋轉之情形，凸輪38成為圖5之B之狀態。該B之狀態之部分放大圖係為圖7。一旦驅動軸以高速旋轉，成為F方向之離心力於凸輪38 之重心G超過扭轉螺旋彈簧39之彈力進行作用，因此凸輪38進行旋動直至與止擋部32a相接為止。此時，成為於凸輪38與內輪20之外周面24及外輪12之內周面14之間產生間隙。因此，凸輪38未與內輪20之外周面24及外輪12之內周面14接觸，因此可防止該等之摩擦之發熱，且能夠防止零件之磨耗、燒烤。另外，藉由扭轉螺旋彈簧39，凸輪38往與內輪20及外輪12卡合之方向彈壓，因此於驅動軸之旋轉成為低速時或停止時，恢復成圖6所示之狀態。

如圖8所示，若構成為將扭轉螺旋彈簧39(參照圖3(a))之一端部39b卡於止擋部32a，則無需設置卡止用凹部32e(參照圖4)，因此可抑制加工工時及費用。另外，亦可藉由將扭轉螺旋彈簧39之一端部39b捲繞於止擋部32a等之方法而使之固定。此外，於使用扭轉螺旋彈簧39c(參照圖3(b))之情形，將其端部39e、39e卡於止擋部32a即可。

此外，如圖9所示，若構成為銷34兼作止擋部32a，則無需設置銷34之具有部分之止擋部32a，因此可抑制加工工時及費用。另外，亦可組合將扭轉螺旋彈簧之端部卡於止擋部32a之構成與銷34兼作止擋部32a之構成者，於此情形，可將扭轉螺旋彈簧之端部卡於銷34。

接著，圖10係如專利文獻2般之習知之單方向離合器之凸輪保持架130之前視圖(部分剖面圖)。凸輪保持架130之尺徑係為與圖4所示之凸輪保持架30相同者。凸輪保持架130，係於保持架環132具備支持軸136、由平頭螺 栓135固定之銷134，以及與扣環(省略圖示)之卡合部卡合之同步旋轉部即同步旋轉用銷131。凸輪138，藉由具有兩部位之螺旋部139a、139a(參照圖11)之扭轉螺旋彈簧139而被彈壓，且扭轉螺旋彈簧139之連接部卡於凸輪138，端部139b卡於銷134。

接著，圖11係將習知之凸輪保持架130與本發明之凸輪保持架30、30a之軸方向之尺寸進行比較之圖式。另外，於習知之凸輪保持架130，係將設置於保持架環128之平頭螺栓之頭埋入保持架環128，另一方面，於本發明之凸輪保持架30、30a，係螺栓35之頭位於保持架環28、28a之外側，因此，將凸輪保持架130之包含保持架環128、128之軸方向之尺寸與凸輪保持架30、30a之包含螺栓35之頭之軸方向之尺寸進行比較。在此，(a)表示習知之凸輪保持架130；(b)表示與(a)相同之保持架環之厚度、凸輪之寬度、個數，且螺旋部使用一個扭轉螺旋彈簧39之情形；(c)表示由(b)之構成，將凸輪之個數增設1個，且凸輪與內輪之外周面或外輪之內周面相接之總合長度成為與(a)相同之情形；(d)表示與(a)相同之凸輪之寬度、個數，且相較於(a)使保持架環更薄壁化，且螺旋部使用一個扭轉螺旋彈簧39之情形；(e)表示由(d)之構成，將凸輪之個數增設1個，且凸輪與內輪之外周面或外輪之內周面連接之總合長度成為與(a)相同之情形。

於(b)之情形，可確保相當於(a)之一個螺旋螺旋部139a之空間；於(c)之情形，除了(b)之情形以外，可 將每一個凸輪38之軸方向之尺寸縮小，相當於可增設1個凸輪38。此外，於(d)之情形，除了(b)之情形以外，可確保相當於使保持架環28a薄壁化之空間；於(e)之情形，除了(d)之情形以外，可將每個凸輪38之軸方向之尺寸縮小，相當於可增設1個凸輪38。因此，一旦將圖11(a)至(e)之凸輪保持架整體之軸方向之尺寸設為A、B、C、D、E，則成為A>B>C>D>E。因此，藉由成為本發明之構成，與習知相比，能夠謀求精巧化或容許扭矩之增大，進一步地，若使用薄壁之保持架環28a，則能夠進一步謀求精巧化或容許扭矩之增大。

如以上說明，根據本發明，藉由零件件數之削減，能夠確保單方向離合器之凸輪保持架之周方向之空間，能夠增設凸輪，因此，具有能夠提供精巧且容許扭矩較大、生產性佳之單方向離合器之效果。

10‧‧‧單方向離合器

12‧‧‧外輪

20‧‧‧內輪

24‧‧‧內輪之外周面

26‧‧‧環狀溝

28‧‧‧扣環

28a‧‧‧扣環之卡合部

30‧‧‧凸輪保持架

32‧‧‧保持架環

32a‧‧‧止擋部

32b‧‧‧同步旋轉部

32c‧‧‧內周側凹部

32d‧‧‧外周側凹部

34‧‧‧銷

38‧‧‧凸輪

39‧‧‧扭轉螺旋彈簧

圖1係表示本發明之第一實施形態之單方向離合器之前視圖。

圖2係圖1之2-2線縱剖面圖。

圖3係使用於單方向離合器之扭轉螺旋彈簧之前視圖。

圖4係安裝於本發明之第一實施形態之單方向離合器之內輪之凸輪保持架之情形之前視圖。

圖5係本發明之第一實施形態之單方向離合器之凸輪保持架之前視圖(部分剖面圖)。

圖6係圖5之A之放大圖。

圖7係圖5之B之放大圖。

圖8係本發明之第二實施形態之單方向離合器之凸輪保持架之主要部分放大圖(部分剖面圖)。

圖9係本發明之第三實施形態之單方向離合器之凸輪保持架之主要部分放大圖(部分剖面圖)。

圖10係習知之單方向離合器之凸輪保持架之前視圖(部分剖面圖)。

圖11係比較本發明之單方向離合器與習知之單方向離合器之軸方向之尺寸之圖式。

14‧‧‧外輪12之內周面

24‧‧‧內輪之外周面

30‧‧‧凸輪保持架

32‧‧‧保持架環

32a‧‧‧止擋部

32b‧‧‧旋轉同步部

32c‧‧‧內周側凹部

32d‧‧‧外周側凹部

32e‧‧‧卡止用凹部

34‧‧‧銷

35‧‧‧螺栓

36‧‧‧支持軸

38‧‧‧凸輪

39‧‧‧扭轉螺旋彈簧

Claims (3)

1. 一種單方向離合器，其特徵在於具備：外輪；內輪，於外周面上具有平行之2個環狀溝；扣環，嵌裝於上述環狀溝；凸輪保持架，並排設置於上述環狀溝之間之上述內輪之外周面上，且由藉由複數個銷間隔保持為固定之一對保持架環所構成；扭轉螺旋彈簧，往軸支於上述凸輪保持架之凸輪、以及該凸輪與上述內輪及外輪卡合之方向彈壓；同步旋轉部，設置於上述保持架環，且使上述內輪與上述凸輪保持架之旋轉同步，且與上述扣環卡合；以及止擋部，一體形成於上述保持架環，限制上述凸輪之旋動；該扭轉螺旋彈簧之一端部卡於該止擋部。
2. 如申請專利範圍第1項之單方向離合器，其中上述同步旋轉部係一體形成於上述保持架環。
3. 如申請專利範圍第1或2項之單方向離合器，其中上述銷係兼作上述止擋部。