JP2008249020A - 一方向クラッチおよび一方向クラッチの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シェル外輪のハウジング内での滑りを有効に防止すると共に、製品コストを抑えた一方向クラッチを提供する。
【解決手段】一方向クラッチ１１は、外径寸法が相対的に大きい第１の部分と、外径寸法が第１の部分より小さい第２の部分とを含む外径面１３、軸方向に延びる複数のカム面が形成されている軌道面１４を含む内径面、および軸方向端部に径方向内側に折り曲げられた端曲げ部１７を含むシェル外輪１２と、カム面の径方向内側の円周方向一方側と他方側とで径方向の隙間が異なる楔空間に配置される総ころ形式のころ１８と、ころ１８を楔空間の径方向隙間が減少する方向に付勢する弾性部材としてのＣ形ばね１９と、シェル外輪１２の内径面に嵌まり込んで端曲げ部１７に軸方向外側から保持される側板２０とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、一方向クラッチに関し、特にプレス加工によって形成されたシェル外輪を備える一方向クラッチに関するものである。

一方向クラッチは、ハウジングに固定される外輪と、外輪と回転軸との間に形成される環状空間に配置される複数のころとを主に備える。外輪の内径面にはカム面が形成されており、外輪の内径面と回転軸との間の径方向の隙間は連続的に変化している。そして、回転軸が一方方向へ回転した場合、ころが空転して回転軸の回転を許容する。一方、回転軸が他方方向へ回転した場合、ころが狭小部に噛み合って回転軸の回転を阻止するという機能を有する。

しかし、外輪が嵌め合いのみによってハウジングに固定されている場合において、ロック時の伝達トルクが大きいと、外輪がハウジングの内部で滑り、回転軸の回転を確実に阻止できないという問題が生じる。

そこで、このような問題を解決した一方向クラッチが、例えば、特開２０００−２１３５６６号公報（特許文献１）および特開２００３−５６６０１号公報（特許文献２）に記載されている。上記の各公報には、外輪の外径面に***部を、ハウジングの内径面に***部を受け入れる溝をそれぞれ形成し、***部と溝とを係合させることによって外輪がハウジングの内部で滑るのを防止することができると記載されている。
特開２０００−２１３５６６号公報 特開２００３−５６６０１号公報

特開２０００−２１３５６６号公報（特許文献１）では引き抜き加工によって、特開２００３−５６６０１号公報（特許文献２）ではブローチ加工によって、それぞれ外輪の外径面に***部を形成している。これらの加工方法は、作業工数および作業コストが非常に高いので、結果として製品コストの増大を招く。

そこで、この発明の目的は、シェル外輪のハウジング内での滑りを有効に防止すると共に、製品コストを抑えた一方向クラッチ、およびこのような一方向クラッチの製造方法を提供することである。

この発明に係る一方向クラッチは、外径寸法が相対的に大きい第１の部分と、外径寸法が第１の部分より小さい第２の部分とを含む外径面、軸方向に延びる複数のカム面が形成されている軌道面を含む内径面、および軸方向端部に径方向内側に折り曲げられた端曲げ部を含むシェル外輪と、カム面の径方向内側の円周方向一方側と他方側とで径方向の隙間が異なる楔空間に配置される総ころ形式のころと、ころを楔空間の径方向隙間が減少する方向に付勢する弾性部材と、シェル外輪の内径面に嵌まり込んで端曲げ部に軸方向外側から保持される側板とを備える。

上記構成の一方向クラッチは、シェル外輪がハウジングに圧入されると共に、その外径面が廻り止め部として機能する。これにより、シェル外輪の耐クリープ力を大幅に向上することができる。また、シェル外輪の軸方向端部に側板を設けたことにより、シェル外輪の内部に配置される構成部品の軸方向への抜けを有効に防止することができる。さらに、このシェル外輪は、プレス加工によって製造可能であるので、製造工数および製造コストを大幅に削減することができる。なお、本明細書における「ハウジング」とは、内部に一方向クラッチを受け入れる空間を有するあらゆる部材を含むものとする。

好ましくは、シェル外輪は、内径面の端曲げ部に隣接する位置に側板を受け入れる側板案内面を有する。そして、軌道面の板厚をｔ_１、側板案内面の板厚をｔ_２とすると、０．６≦ｔ_２／ｔ_１≦０．８を満たす。これにより、側板が軌道面の方向に移動してころの回転を阻害するのを有効に防止することができる。

さらに好ましくは、端曲げ部の板厚をｔ_３とすると、０．６≦ｔ_３／ｔ_２≦０．８を満たす。これにより、側板案内面と端曲げ部との間に、端曲げ部の曲げの起点となる段差が形成される。

この発明に係る一方向クラッチの製造方法は、外径寸法が相対的に大きい第１の部分と、外径寸法が第１の部分より小さい第２の部分とを含む外径面、軸方向に延びる複数のカム面が形成されている軌道面を含む内径面、および軸方向端部に径方向内側に折り曲げられた端曲げ部を含むシェル外輪と、カム面の径方向内側の円周方向一方側と他方側とで径方向の隙間が異なる楔空間に配置される総ころ形式のころと、ころを楔空間の径方向隙間が減少する方向に付勢する弾性部材と、シェル外輪の内径面に嵌まり込んで端曲げ部に軸方向外側から保持される側板とを備える一方向クラッチを製造する方法である。

具体的には、打ち抜き加工によって鋼板から円盤を得る工程と、絞り加工によって円盤をカップ状部材に成形すると共に、カップ状部材の外側壁に第１および第２の部分を、内側壁に深さ方向に延びるカム面をそれぞれ形成する工程と、打ち抜き加工によってカップ状部材の底壁を除去する工程と、端曲げ加工によってカップ状部材の開放側端部に端曲げ部を形成する工程と、シェル外輪にころ、弾性部材、および側板を組み込む工程とを含む。

上記の製造方法のように、廻り止め部を有するシェル外輪をプレス加工によって形成すれば、従来の引き抜き加工やブローチ加工と比較して製造工数および製造コストを大幅に削減することができる。その結果、低廉で耐クリープ力の優れた一方向クラッチを得ることができる。

この発明によれば、プレス加工によって廻り止め部を形成したので、製造コストを抑えることができる。その結果、低廉で耐クリープ力の優れた一方向クラッチを得ることができる。

図１〜図６を参照して、この発明の一実施形態に係る一方向クラッチ１１を説明する。なお、図１は一方向クラッチ１１を回転軸線と平行な平面で切断した断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図、図３および図４はＣ形ばね１９の形状を示す図、図５および図６は側板２０の形状を示す図である。

まず、図１および図２を参照して、一方向クラッチ１１は、シェル外輪１２と、シェル外輪１２の内径面に沿って配置される複数のころ１８と、弾性部材としてのＣ形ばね１９と、シェル外輪１２の軸方向一方側端部に配置される側板２０とを備える。なお、この実施形態における一方向クラッチ１１は総ころ形式である。

シェル外輪１２は、外径寸法が相対的に大きい第１の部分１３ａおよび外径寸法が第１の部分１３ａより小さい第２の部分１３ｂを含む外径面と、ころ１８と接触する軌道面１４および側板２０を受け入れる側板案内面１５を含む内径面と、軌道面１４に隣接する軸方向一方側端部から径方向内側に突出する鍔部１６と、側板案内面１５に隣接する軸方向他方側端部に端曲げ部１７とを備える。

また、円周方向の一箇所にＣ形ばね１９の一方側端部を受け入れる係合部１２ａが形成されている。なお、この実施形態における係合部１２ａは、端曲げ部１７、側板案内面１５、および軌道面１４にかけてシェル外輪１２を厚み方向に貫通している例を示したが、係合部１２ａは少なくとも軌道面１４にのみ形成すればよい。具体的には、軌道面１４の所定位置に係合部１２ａとなる貫通孔を設けてもよいし、軌道面１４から側板案内面１５にかけて軸方向に拡がる貫通孔を設けてもよい。

また、係合部１２ａは、シェル外輪１２の内径面に設けられた不貫通凹部であってもよい。この場合も、少なくとも軌道面１４にのみ形成すればよい。具体的には、不貫通凹部の凹み量を調整して、軌道面１４の所定位置に凹み量が（ｔ_１−ｔ_２）以下で軸方向に延びる溝を、または軌道面１４から側板案内面１５にかけて凹み量が（ｔ_１−ｔ_３）以下で軸方向に延びる溝を、さらには軌道面１４から端曲げ部１７にかけて凹み量がｔ_１未満で軸方向に延びる溝を形成してもよい。なお、上記の各係合部は、いずれもプレス加工によって形成することができる。

シェル外輪１２の外径面は、第１および第２の部分１３ａ，１３ｂを含む非円筒形状であって、ハウジング１の内径面に嵌合したときに、シェル外輪１２がハウジング１の内部で滑るのを防止する廻り止め部として機能する。

なお、シェル外輪１２の外径面は、非円筒形状であれば任意の形状を採用することができる。例えば、多角形状（六角形、八角形、十二角形等）や歯車形状等であってもよい。なお、この実施形態においては、後述する軌道面１４の形状に対応した形状となっており、シェル外輪１２の板厚は円周方向の全ての位置で略同一となっている。

軌道面１４には、軸方向に延びる複数のカム面１４ａが形成されている。このカム面１４ａの径方向内側には、円周方向一方側と他方側とで径方向の隙間が異なる楔空間が形成されている。この実施形態においては、反時計回り方向（図２中の矢印イの方向）に向かって径方向の隙間が増加（「拡大方向」という）し、時計回り方向（図２中の矢印ロの方向）に向かって径方向の隙間が減少している（「狭小方向」という）。そして、各楔空間には、ころ１８が配置されている。

側板案内面１５は、軌道面１４に隣接する位置に設けられており、側板２０の外径面を受け入れる。ここで、軌道面１４および側板案内面１５の内径寸法を同一とすれば、側板２０が軌道面１４の方向に移動してころ１８の回転を阻害するおそれがある。そこで、軌道面１４と側板案内面１５との間に段差を設けて、側板２０が軌道面１４側に移動するのを防止している。

具体的には、軌道面１４の位置におけるシェル外輪１２の板厚をｔ_１、側板案内面１５の位置におけるシェル外輪１２の板厚をｔ_２とすると、０．６≦ｔ_２／ｔ_１≦０．８の範囲内でｔ_２を減じることによって、軌道面１４と側板案内面１５との間に段差を形成している（図９参照）。

鍔部１６は、軌道面１４に隣接するシェル外輪１２の軸方向一方側端部に位置する円環形状の部分である。この鍔部１６は、シェル外輪１２の内部に収容される構成部品（例えば、「ころ１８」、「Ｃ形ばね１９」等を指す）の軸方向への抜けを防止する。

端曲げ部１７は、側板案内面１５に隣接するシェル外輪１２の軸方向他方側端部に位置する部分である。この端曲げ部１７は、側板２０の外径面の角部を軸方向外側から保持して、側板２０の軸方向外側への抜けを防止する。なお、端曲げ部１７の位置におけるシェル外輪１２の板厚をｔ_３とすると、０．６≦ｔ_３／ｔ_２≦０．８を満たすように、ｔ_３を決定する（図９を参照）。これにより、側板案内面１５と端曲げ部１７の境界部分に段差が形成される。この段差は、端曲げ部１７の曲げの起点となる。

図３および図４を参照して、Ｃ形ばね１９は、円弧形状のＣ形部１９ａと、Ｃ形部１９ａの一方側および他方側端部にＣ形部１９ａと交差（この実施形態では「直交」）する方向に延びる係合突起１９ｂ，１９ｃとを有する。

このＣ形ばね１９は、一方向クラッチ１１に挿通する回転軸２とシェル外輪１２との間に形成される環状空間に弾性縮径された状態で配置される。そして、一方側端部の係合突起１９ｂは係合部１２ａに係合し、他方側端部の係合突起１９ｃは隣接するころ１８の間の空間（ＰＣＤより外側の空間）に配置される。

図５および図６を参照して、側板２０は円環形状の部材である。この側板２０は、シェル外輪１２の側板案内面１５に嵌まり込んで、シェル外輪１２の内部に収容される構成部品（例えば、「ころ１８」、「Ｃ形ばね１９」等を指す）の軸方向への抜けを防止する。

上記構成の一方向クラッチ１１は、例えば、内径面に回転軸２を受け入れると共に、ハウジング１に圧入される。また、ハウジング１の内径面はシェル外輪１２の外径面に対応する形状となっている。

そして、回転軸２の回転に伴ってころ１８は自転運動すると共に楔空間内を移動する。回転軸２が一方方向（図２中の矢印イの方向）に回転するとき、ころ１８は楔空間の拡大方向に移動し、空転する。すなわち、回転軸２の回転が許容される。一方、回転軸２が他方方向（図２中の矢印ロの方向）に回転するとき、ころ１８は楔空間の狭小方向に移動し、シェル外輪１２と回転軸２との間に噛み合う。すなわち、回転軸２の回転が阻止される。

ここで、シェル外輪１２とハウジング１とは、嵌め合いによって固定されていると共に、非円筒形状の外径面１３が廻り止め部として機能する。これにより、回転軸２がロックしたときの伝達トルクが大きくても、シェル外輪１２がハウジング１の内部で滑るのを確実に防止することができる。この発明は、ハウジング１が樹脂等の比較的剛性の低い材料で形成されている場合に、特に有利な効果を奏する。

また、Ｃ形ばね１９は、一方側端部が係合部１２ａに係合した状態で拡径しようとして（元の状態に復帰しようとして）、ころ１８を狭小方向（図２中の矢印ロの方向）に付勢する。これにより、ころ１８の遊度が小さくなるので、回転軸２の逆転を敏速に停止させることが可能となる。なお、弾性部材は、図３および図４に示すＣ形ばね１９に限らず、ころ１８を狭小方向に付勢可能なあらゆる形態を採用することができる。

また、シェル外輪１２の軸方向一方側端部に鍔部１６を、軸方向他方側端部に側板２０をそれぞれ設けたことにより、ころ１８やＣ形ばね１９等の軸方向への抜けを防止することができる。さらに、側板案内面１５の一方側に段差を設け、他方側に端曲げ部１７を設けたことによって、シェル外輪１２と側板２０を強固に一体化することができる。

また、上記の実施形態では、回転軸２の反時計回り方向の回転のみを許容し、時計回り方向の回転を阻止した例を示したが、これに限ることなく、回転軸２の時計回り方向の回転のみを許容し、反時計回り方向の回転を阻止することもできる。この場合、楔空間の時計回り方向が拡大方向、反時計回り方向が狭小方向となるようにカム面１４ａを形成すればよい。

また、この一方向クラッチ１１は、ハウジング１を駆動部材とし、回転軸２を拘束（非回転）しても動作させることができる。この場合、ハウジング１の回転に伴ってシェル外輪１２も一体回転する。そして、シェル外輪１２が一方方向（図２中の矢印イの方向）に回転するとき、ころ１８は楔空間の狭小方向に移動し、シェル外輪１２と回転軸２との間に噛み合う。すなわち、ハウジング１の回転が阻止される。一方、シェル外輪１２が他方方向（図２中の矢印ロの方向）に回転するとき、ころ１８は楔空間の拡大方向に移動し、空転する。すなわち、ハウジング１の回転が許容される。

次に、図７〜図１４を参照して、この発明の一実施形態に係る一方向クラッチ１１の製造方法を説明する。なお、図７は一方向クラッチ１１の製造方法の主な工程を示すフロー図、図８〜図１４は各工程におけるシェル外輪１２の形状を示す図である。

まず、図７および図８を参照して、第１の工程では、打ち抜き加工によって鋼板から円盤２１を得る（Ｓ１１）。

次に、図７、図９、および図１０を参照して、第２の工程では、絞り加工によって円盤２１をカップ状部材２２に成形すると共に、外径面１３および軌道面１４を所定の形状に成形する（Ｓ１２）。具体的には、内径面の形状がシェル外輪１２の外径面１３に対応するダイス（図示省略）に円盤２１を載置し、外径面の形状がシェル外輪１２の軌道面１４の形状に対応するポンチ（図示省略）によって絞り加工を行う。

なお、１度の絞り加工によってカップ状部材２２を得てもよいし、複数回の絞り加工を経てカップ状部材２２を形成してもよい。また、この工程において、カップ状部材２２の開放側端部の内径面の板厚を減じて、側板案内面１５および端曲げ部１７を形成する。

次に、図７および図１１を参照して、第３の工程では、打ち抜き加工によって鍔部１６を残して、カップ状部材２２の底壁２２ａを除去する（Ｓ１３）。

次に、図７、図１２、および図１３を参照して、第４の工程では、カップ状部材２２の円周上の一箇所に軸方向に延びる係合部１２ａを形成する（Ｓ１４）。この実施形態においては、カップ状部材２２の開放側端部に設けられている。

次に、図７および図１４を参照して、第５の工程では、端曲げ部１７に端曲げ加工を施して、カップ状部材２２の開放側端部に所定の曲率を与える（Ｓ１５）。端曲げ部１７の先端の直径が小さすぎると、後述する第７の工程（Ｓ１７）で側板２０を組み込むことができない。一方、端曲げ部１７の先端の直径が大きすぎると、側板２０を安定して保持することができない。

次に、図７を参照して、第６の工程では、シェル外輪１２に必要な機械的性質を得るために、カップ状部材２２に熱処理を施す（Ｓ１６）。熱処理としては、例えば、浸炭窒化処理や浸炭焼入れ処理を施す。これにより、表面は硬く、内部は軟らかく靭性の高い性質が得られる。さらに、上記の熱処理によって生じた残留応力や内部ひずみを低減し、靭性の向上や寸法を安定化させるために、上記の熱処理の後に焼戻を行う。

次に、図７および図１を参照して、第７の工程では、一方向クラッチ１１の組立を行う（Ｓ１７）。具体的には、図１に示すようにシェル外輪１２の内部に複数のころ１８およびＣ形ばね１９を組み込む。さらに、端曲げ部１７を弾性変形させながら側板２０をかち込む。

上記の各工程を経て、図１および図２に示したような一方向クラッチ１１を得ることができる。このように、プレス加工によってシェル外輪１２の外径面１４に廻り止め部を形成すれば、従来の引き抜き加工やブローチ加工等によって外輪に廻り止め加工を施す場合と比較して、作業工数および作業コストを削減することができる。その結果、低廉な一方向クラッチ１１を得ることができる。

なお、図７に示した製造工程は、一方向クラッチ１１の製造方法の一部であって、さらに工程を追加してもよいし、各工程をさらに細分化してもよい。また、一部の工程については順序を相互に入れ替えることもできる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、一方向クラッチに有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る一方向クラッチを回転軸線に平行な平面で切断した断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 Ｃ形ばねを径方向から見た図である。 Ｃ形ばねを軸方向から見た図である。 側板を軸方向から見た図である。 図５のＶＩ−ＶＩにおける断面図である。 この発明の一実施形態に係る一方向クラッチの製造方法の主な工程を示すフロー図である。 図７の第１の工程で得られた円盤の形状を示す図である。 図７の第２の工程で得られたカップ状部材を回転軸線に平行な平面で切断した断面図である。 図９のＸ−Ｘにおける断面図である。 図７の第３の工程終了後のカップ状部材の形状を示す断面図である。 シェル外輪に係合部を形成した状態を示す図である。 図１２の矢印ＸＩＩＩの方向から見た矢視図である。 図８の第６の工程終了後のカップ状部材の形状を示す断面図である。

符号の説明

１ ハウジング、２ 回転軸、１１ 一方向クラッチ、１２ シェル外輪、１２ａ 係合部、１３ 外径面、１３ａ 第１の部分、１３ｂ 第２の部分、１４ 軌道面、１４ａ カム面、１５ 側板案内面、１６ 鍔部、１７ 端曲げ部、１８ ころ、１９ Ｃ形ばね、１９ａ Ｃ形部、１９ｂ，１９ｃ 係合突起、２０ 側板、２１ 円盤、２２ カップ状部材、２２ａ 底壁。

Claims (4)

1. 外径寸法が相対的に大きい第１の部分と、外径寸法が前記第１の部分より小さい第２の部分とを含む外径面、
   軸方向に延びる複数のカム面が形成されている軌道面を含む内径面、および
   軸方向端部に径方向内側に折り曲げられた端曲げ部を含むシェル外輪と、
   前記カム面の径方向内側の円周方向一方側と他方側とで径方向の隙間が異なる楔空間に配置される総ころ形式のころと、
   前記ころを前記楔空間の径方向隙間が減少する方向に付勢する弾性部材と、
   前記シェル外輪の内径面に嵌まり込んで前記端曲げ部に軸方向外側から保持される側板とを備える、一方向クラッチ。
2. 前記シェル外輪は、内径面の前記端曲げ部に隣接する位置に前記側板を受け入れる側板案内面を有し、
   前記軌道面の板厚をｔ_１、前記側板案内面の板厚をｔ_２とすると、
   ０．６≦ｔ_２／ｔ_１≦０．８を満たす、請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 端曲げ部の板厚をｔ_３とすると、０．６≦ｔ_３／ｔ_２≦０．８を満たす、請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 外径寸法が相対的に大きい第１の部分と、外径寸法が前記第１の部分より小さい第２の部分とを含む外径面、軸方向に延びる複数のカム面が形成されている軌道面を含む内径面、および軸方向端部に径方向内側に折り曲げられた端曲げ部を含むシェル外輪と、前記カム面の径方向内側の円周方向一方側と他方側とで径方向の隙間が異なる楔空間に配置される総ころ形式のころと、前記ころを前記楔空間の径方向隙間が減少する方向に付勢する弾性部材と、シェル外輪の内径面に嵌まり込んで端曲げ部に軸方向外側から保持される側板とを備える一方向クラッチの製造方法であって、
   打ち抜き加工によって鋼板から円盤を得る工程と、
   絞り加工によって前記円盤をカップ状部材に成形すると共に、前記カップ状部材の外側壁に前記第１および第２の部分を、内側壁に深さ方向に延びる前記カム面をそれぞれ形成する工程と、
   打ち抜き加工によって前記カップ状部材の底壁を除去する工程と、
   端曲げ加工によって前記カップ状部材の開放側端部に前記端曲げ部を形成する工程と、
   前記シェル外輪に前記ころ、前記弾性部材、および前記側板を組み込む工程とを含む、一方向クラッチの製造方法。

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