JP3587427B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造が簡単でかつ高精度を要しない低コストの一方向クラッチに関し、特に過度の入力トルクへの対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車や農業機器、ＯＡ機器等に使用する一方向クラッチとしては、ローラ式のものやスプラグ式のもの等がよく知られている。
【０００３】
従来の一方向クラッチの一例として、ローラ式の一方向クラッチについて説明すると、図８に模式的に示すように、インナレースａと、このインナレースａに相対回転可能に組み付けられたアウタレースｂと、このアウタレースｂの内周に周方向に所定ピッチ間隔をおいて設けられた複数（同図には１つだけ示している）の凹部ｃ，ｃ，…と、それら各凹部ｃ内にそれぞれ配置されたローラｄと、これら各ローラｄをインナレースａの外周面ｅとアウタレースｂの内周面ｆとの間に挟み込まれる方向（図示する例では反時計回り方向）に向かって押圧付勢する図外のスプリングとを備えている。
【０００４】
そして、例えば上記インナレースａにスプリングの付勢方向と同じ方向（同図の反時計回り方向）のトルクが入力されたときには、各ローラｄはインナレースａの外周面ｅとアウタレースｂの内周面ｆとの間に挟み込まれ、楔作用を営んで両者ａ，ｂをロックさせるので、インナレースａに入力されたトルクはアウタレースｂに伝達される。一方、上記付勢方向とは逆の方向（同図の時計回り方向）のトルクが入力されたときには、各ローラｄは両レースａ，ｂ間に挟み込まれず、インナレースａはアウタレースｂからフリーの状態で回転する。つまり、このときには、インナレースａのトルクはアウタレースｂに伝達されない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の一方向クラッチでは、非常に高精度の部品が必要であり、また構造も複雑であることから、低コストで得ることは困難であるという問題がある。
【０００６】
加えて、上記一方向クラッチの最大伝達トルクを超えるトルクが入力されて該クラッチが破損した場合には、部品の交換だけでは済まず、クラッチ自体を交換しなければならないという問題もある。したがって、そのような事態に対処するためには、別途、トルクリミッタを付設しなければならず、さらにコストがかさむことになる。
【０００７】
また、上記最大伝達トルクを超えないまでも過大なトルクが入力された場合には、そのトルクがそのまま出力されることになるという問題もある。よって、そのような事態を防止する上でもトルクリミッタが必要となる。
【０００８】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、２軸間に巻き掛けたベルトに初張力が付与されているときには両軸間のトルク伝達を行う一方、初張力が付与されていないときにはトルク伝達を行わないベルト伝動機構の原理を応用することで、構造が簡単でありかつ高精度が要求されなくて低コストであるとともに、過大な入力トルクに対し出力トルクを抑えることのできる一方向クラッチが得られるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、２軸ベルト伝動機構において、一方の軸に、両軸の相対回転方向に応じてベルト初張力を増減させるように揺動する揺動部を設けることで、一方向クラッチとしての機能を発揮させることができるようにした。また、その際に、入力トルクの増加に応じてベルトの滑り発生率が上昇することに着目し、上記滑りをコントロールできるようにすることで、過度の入力トルクに対し、ベルトの破断により出力トルクを抑えることができるようにした。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明では、外周に断面円形状の摩擦面が形成された第１の回転部材と、外周に上記第１回転部材の摩擦面の半径方向外方に位置する断面円弧状の摩擦面が形成されているとともに該摩擦面の周方向一端側に偏った位置において第１回転部材の摩擦面の中心軸線と平行な軸心回りに揺動可能に枢支された揺動部を有していて、該第１の回転部材に上記中心軸線回りに相対回転可能に組み付けられた第２の回転部材と、これら第１及び第２回転部材の両摩擦面間に巻き掛けられた無端の摩擦部材と、上記両回転部材が一方向（以下、ロック方向という）に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部をその摩擦面の周方向他端側が半径方向外方に変位して該摩擦部材の初張力を増加させる方向に回動させ、上記両回転部材が他方向（以下、フリー方向という）に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部をその摩擦面の周方向他端側が半径方向内方に変位して該摩擦部材の初張力を減少させる方向に回動させるようにそれぞれ上記摩擦部材に初張力を付与する初張力付与機構とを備えるようにする。そして、上記第１回転部材の摩擦面と上記摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ１′及びθ１とし、かつ上記第２回転部材の摩擦面と上記摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ２′及びθ２としたときに、上記揺動部における摩擦面の周方向一端側の揺動アーム長さＬ２に対する該摩擦面の周方向他端側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２（以下、揺動アーム比という）が、
Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１
Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^２′・θ^２
の２つの関係式を共に満たすように設定されているものとする。
【００１１】
上記の構成において、第１及び第２の回転部材の一方にトルクが入力されて該両回転部材が何れかの方向に相対回転するとき、その回転方向に応じて第１及び第２の回転部材間におけるトルク伝達の断接が行われる。
【００１２】
すなわち、上記の両回転部材がロック方向に相対回転するときには、初張力付与機構によって初張力の付与されている摩擦部材により、揺動部はその摩擦面の周方向他端側が半径方向外方に変位して上記摩擦部材の初張力を増加させる方向に回動する。よって、このときには、第１及び第２の回転部材の各摩擦面と摩擦部材との間のグリップ力が共に増加するので、該第１及び第２の回転部材間においてトルクは摩擦部材を介して伝達される。
【００１３】
一方、上記両回転部材がフリー方向に相対回転するときには、揺動部はその摩擦面の周方向他端側が半径方向内方に変位して摩擦部材の初張力を減少させる方向に回動する。よって、第１及び第２の回転部材の各摩擦面と摩擦部材との間のグリップ力が失われるので、このときには、第１及び第２の回転部材間でのトルク伝達は行われない。
【００１４】
さらに、上記両回転部材がロック方向に相対回転してトルク伝達がなされるときに上記入力トルクが増加すると、それに応じて摩擦部材の張側張力及び緩み側張力が増加するので、両回転部材間の最大伝達トルク及び摩擦部材の滑り発生率は共に上昇する。その際に、上記滑り発生率は、摩擦部材の張側張力ｔ１と緩み側張力ｔ２との比ｔ１／ｔ２が、該摩擦部材と各摩擦面との間の摩擦係数にその接触角度〔単位：ラジアン〕を乗算した値が自然対数の底に累乗されてなる値に近付くにつれて急激に上昇するようになり、その値を超えると発生率が１００％となる状態に移行しようとする。
【００１５】
このとき、上記摩擦部材の張側張力ｔ１がその許容張力の範囲内であるときに上記滑り発生率が１００％に達する場合には、摩擦部材の滑りが発生することになるので、入力トルクがさらに上昇しても略一定のトルクのみが摩擦部材の滑りを伴いつつ両回転部材間で伝達される。つまり、この場合には、過度の入力トルクに対し略一定のトルクのみが出力される。
【００１６】
上記の場合とは逆に、上記張側張力ｔ１が許容張力の範囲内であるときに上記滑り発生率が１００％に達しない場合には、摩擦部材が破断して両回転部材間でのトルク伝達は停止される。つまり、この場合には、過度の入力トルクに対しトルクの出力自体が停止する。尚、摩擦部材の破断した一方向クラッチは該摩擦部材の交換により再使用可能であり、また摩擦部材の交換自体は比較的に容易である。
【００１７】
次に、上記摩擦部材の滑りの発生について詳しく説明する。例えば、第１の回転部材の摩擦面との間で摩擦部材の滑りが発生するときの該摩擦部材の張側張力Ｔ１及び緩み側張力Ｔ２の比Ｔ１／Ｔ２と、第１の回転部材の摩擦面と摩擦部材との間の摩擦係数μ１′及び接触角度θ１との間には、先にも述べたように、
Ｔ１／Ｔ２＞ｅμ^１′・θ^１
という関係式（但し，ｅは自然定数の底）が成立することは知られている。つまり、摩擦部材の張側張力ｔ１と緩み側張力ｔ２との比ｔ１／ｔ２がＴ１／Ｔ２以上（ｔ１／ｔ２≧Ｔ１／Ｔ２）となる場合には摩擦部材の滑りが発生し、逆にＴ１／Ｔ２よりも小さい（ｔ１／ｔ２＜Ｔ１／Ｔ２）場合には摩擦部材の滑りは発生せず、したがって摩擦部材が破断することになる。
【００１８】
ここで、上記揺動部の周方向一端側に作用するモーメントと、周方向他端側に作用するモーメントとが互いに釣り合っているときに、周方向一端側の揺動アーム長さＬ２及び摩擦部材の張側張力ｔ１と、周方向他端側の揺動アーム長さＬ１及び摩擦部材の緩み側張力ｔ２との間には、Ｌ２・ｔ１＝Ｌ１・ｔ２の関係があるので、ｔ１／ｔ２＝Ｌ１／Ｌ２が成立する。
【００１９】
したがって、上記第１及び第２の回転部材がロック方向に相対回転して入力トルクが増加するときに、揺動部の揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２が、第１回転部材の摩擦面と摩擦部材との間の摩擦係数μ１′にその接触角度θ１を乗算した値μ１′・θ１だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^１′・θ^１以下（Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１）であるので、上記摩擦部材の張力比ｔ１／ｔ２は滑り発生時の張力比Ｔ１／Ｔ２よりも小さく（ｔ１／ｔ２＝Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１＜Ｔ１／Ｔ２）抑えられることになる。よって、摩擦部材の滑り率は１００％に達せず、摩擦部材と第１の回転部材の摩擦面との間に滑りは発生しない。
【００２０】
また、上記揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２は、第２回転部材の摩擦面と摩擦部材との間の摩擦係数μ２′にその接触角度θ２を乗算した値μ２′・θ２だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^２′・θ^２以下（Ｌ１ ／Ｌ２ ≦ｅμ^２′・θ^２）であるので、上記の場合と同様に、上記摩擦部材の張力比ｔ１／ｔ２が、第２回転部材の摩擦面との間に摩擦部材の滑りの発生するときの張力比Ｔ１／Ｔ２よりも小さく（ｔ１／ｔ２＝Ｌ１ ／Ｌ２ ≦ｅμ^２′・θ^２＜Ｔ１／Ｔ２）抑えられるので、摩擦部材と第２の回転部材の揺動部の摩擦面との間においても滑りは発生しない。
【００２１】
つまり、この発明の場合には、上記入力トルクの増加に応じて第１及び第２の回転部材間の最大伝達トルクのみが上昇を続け、該最大伝達トルクが摩擦部材の許容張力を超えた時点で摩擦部材が破断する。
【００２２】
請求項２の発明では、外周に断面円形状の摩擦面が形成された第１の回転部材と、この第１回転部材の摩擦面の半径方向外方に互いに周方向にずれた２つの止着部が設けられているとともに該２つの止着部のうちの一方の止着部の側に偏った位置において上記第１回転部材の摩擦面の中心軸線と平行な軸心回りに揺動可能に枢支された揺動部を有していて、該第１の回転部材に上記中心軸線回りに相対回転可能に組み付けられた第２の回転部材と、上記第１の回転部材の摩擦面に巻き掛けられているとともに、両端がそれぞれ上記第２の回転部材の揺動部の対応する止着部に止着された有端の摩擦部材と、上記両回転部材がロック方向に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部を上記他方の止着部が半径方向外方に変位して該摩擦部材の初張力を増加させる方向に回動させ、上記両回転部材がフリー方向に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部を上記他方の止着部が半径方向内方に変位して該摩擦部材の初張力を減少させる方向に回動させるようにそれぞれ上記摩擦部材に初張力を付与する初張力付与機構とを備えるようにする。
そして、上記第１の回転部材の摩擦面と摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ１′及びθ１としたときに、上記揺動部における一方の止着部の側の揺動アーム長さＬ２に対する他方の止着部の側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２が、
Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１
の関係式を満たすように設定されているものとする。
【００２３】
上記の構成において、摩擦部材は、上記請求項１及び２の発明の場合とは異なって有端であり、その両端がそれぞれ第２の回転部材の揺動部の対応する止着部に止着されているので、該第２の回転部材と一体となって回転する。したがって、第１及び第２回転部材間のトルク伝達の断接は、摩擦部材と第１の回転部材の摩擦面との間のみにおいて行われる。
【００２４】
そして、上記第１及び第２の回転部材がロック方向に相対回転して入力トルクが増加するとき、上記揺動部における一方の止着部の側の揺動アーム長さＬ２に対する該揺動部における他方の止着部の側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２が、上記第１の回転部材の摩擦面と摩擦部材との間の摩擦係数μ１′にその接触角度θ１を乗算した値μ１′・θ１だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^１′・θ^１以下（Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１）であることから、上記請求項１の発明の場合と同様に、上記摩擦部材の張力比ｔ１／ｔ２が滑り発生時の摩擦部材の張力比Ｔ１／Ｔ２よりも小さく（ｔ１／ｔ２＝Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１＜Ｔ１／Ｔ２）抑えられるので、摩擦部材の滑り率は１００％に達せず、摩擦部材と第１の回転部材の摩擦面との間に滑りは発生しない。よって、この発明の場合には、請求項２の発明の場合と同じく、上記入力トルクの増加に応じて第１及び第２の回転部材間の最大伝達トルクのみが摩擦部材の破断まで上昇を続ける。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
（実施形態１）
図２及び図３は、本発明の実施形態１に係る一方向クラッチを示しており、この一方向クラッチは、例えば動力取出装置（ＰＴＯ）を備えた車両ではその動力取出装置の出力端に配置して用いられる他、農業機器としてのコンバインでは刈取り機構部の入力端に、また田植機では植付け機構部の入力端にそれぞれ配置して用いられる。
【００２７】
上記一方向クラッチは、外周に断面円形状の摩擦面１ａが形成された第１の回転部材１と、外周に第１回転部材１の摩擦面１ａの半径方向外方に位置する断面円弧状の摩擦面２ａが形成されているとともに該摩擦面２ａの周方向一端側（図２の左端側）に偏った位置において第１回転部材１の摩擦面１ａの中心軸線Ｐと平行な軸心Ｑの回りに揺動可能な揺動部３を有していて、第１回転部材１に中心軸線Ｐの回りに相対回転可能に組み付けられた第２の回転部材２と、これら第１及び第２回転部材１，２の両摩擦面１ａ，摩擦面２ａ間に巻き掛けられていて、初張力が付与された状態で両回転部材１，２の相対回転に伴って揺動部３を揺動させかつ該揺動により上記初張力が増減する無端の摩擦部材としてのゴム製の平ベルト４と、この平ベルト４に上記初張力を付与する初張力付与機構としての板ばね５とを備えている。
【００２８】
具体的に説明すると、上記第１の回転部材１は、平プーリからなっており、そのボス部１ｂは図３の左方向に向かって突出するように延設されている。また、ボス部１ｂの内周には、該ボス部１ｂに連結される図外のシャフトとキー結合するためのキー溝６が中心軸線Ｐに沿って設けられている。
【００２９】
一方、上記第２の回転部材２は、ボス部７ａにおいてベアリング８を介し上記第１回転部材１のボス部１ｂに相対回転可能に組み付けられたカップ状の本体７と、この本体７の開口を覆うように該本体７に複数本のボルト９，９，…により取り付けられた円板状のカバー部材１０とを有する。ベアリング８は、図３に示すように、平ベルト４と同一面内に配置されており、このことで、該ベアリング８に平ベルト４の張力によるモーメントが作用しないようになっている。また、カバー部材１０の中央には、第１回転部材１のボス部１ｂに対応する円形の開口１０ａが設けられている。
【００３０】
上記揺動部３は、内外周が共に断面円弧状である円弧形状をなしていて、第２回転部材２の本体７及びカバー部材１０において両端部が支承された枢支ピン１１により揺動軸心Ｑの回りに揺動可能に支持されている。揺動部３の摩擦面２ａの周方向両端部は、それ以外の部分よりも小さい曲率の断面円弧状に形成されていて、該両端部における平ベルト４の屈曲を回避するとともに、摩擦面２ａに対する平ベルト４の導入及び導出が円滑に行われるようにされている。
【００３１】
また、上記揺動部３は、その摩擦面２ａにおける揺動軸心Ｑの周方向一端側（図２の左端側）の揺動アーム長さＬ２が、該摩擦面２ａにおける揺動軸心Ｑの周方向他端側（同図の右端側）の揺動アーム長さＬ１に比べて小さく（Ｌ２＜Ｌ１）設定されている。詳しく説明すると、摩擦面２ａの周方向両端を結ぶ線分の中点に対し、揺動軸心Ｑは該線分の延びる方向において摩擦面２ａの周方向一端の側に偏って配置されている。そして、揺動部３の摩擦面２ａの周方向両端を通る直線の方向（同図の左右方向）における揺動軸心Ｑと揺動部３の摩擦面２ａの周方向一端部との間の距離が上記一端側の揺動アーム長さＬ２であり、同直線方向における揺動軸心Ｑと揺動部３の摩擦面２ａの周方向他端部との間の距離が上記他端側の揺動アーム長さＬ１である。
【００３２】
よって、上記揺動部３は、第１及び第２の回転部材１，２がロック方向に相対回転するとき、例えば第１の回転部材１が同図の反時計回り方向に回転するときには、同図に仮想線で示すように、摩擦面２ａの周方向他端側が半径方向外方に変位する方向、つまり平ベルト４を押圧する方向に回動して該平ベルト４の初張力を増加させ、一方、第１及び第２の回転部材１，２がフリー方向に相対回転するとき、例えば第１の回転部材１が同図の時計回り方向に回転するときには、摩擦面２ａの周方向他端側が半径方向内方に変位する方向、つまり平ベルト４を押圧する方向とは逆の方向に回動して該平ベルト４の初張力を減少させるようになっている。
【００３３】
上記板ばね５は、図２に仮想線で示すように、揺動部３を該揺動部３の摩擦面２ａの周方向他端側（同図の右端側）が平ベルト４を押圧する方向（同図の時計回り方向）に向かって常に回動付勢するように配置されている。この板ばね５は、その基端において第２回転部材２の本体７の内周面にボルト１２により固定されていて、その先端側により揺動部３の揺動軸方向一側又は両側を押圧するようになされている。
【００３４】
さらに、上記第２回転部材２の本体７には、図４に示すように、該第２回転部材２の入出力用ホイールとしてのＶプーリ１３が脱着可能に取り付けられている。すなわち、本体７の周方向の複数箇所には、Ｖプーリ１３の挿通孔１３ａ，１３ａ，…に挿通された取付ボルト１４，１４，…の先端を螺着するためのボルト孔７ａ，７ａ，…が予め設けられている。また、第１回転部材１のボス部１ｂの外周にはＣリング１５を嵌着するための係止溝１６が周設されており、これらのことで、Ｖプーリ１３と第１回転部材１のボス部１ｂとの間に介装されるベアリング１７を係止するようになされている。
【００３５】
そして、本実施形態では、上記揺動部３における摩擦面２ａの周方向一端側の揺動アーム長さＬ２に対する該摩擦面２ａの周方向他端側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２（揺動アーム比）が、第１回転部材１の摩擦面１ａと平ベルト４との間の摩擦係数μ１′にその接触角度θ１を乗算した値μ１′・θ１だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^１′・θ^１と、第２回転部材２の摩擦面２ａと平ベルト４との間の摩擦係数μ２′にその接触角度θ２を乗算した値μ２′・θ２だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^２′・θ^２とに基づいて設定されている。
【００３６】
すなわち、本一方向クラッチへの入力トルクの大きさに拘わらず平ベルト４と第１及び第２の回転部材１，２の各摩擦面１ａ，２ａとの間において滑りを発生させないようにする場合には、上記揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２は、
Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１ ・・・▲１▼
Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^２′・θ^２ ・・・▲２▼
の２つの関係式▲１▼及び▲２▼を共に満たすように設定される。
【００３７】
一方、本一方向クラッチへの入力トルクの増加に伴い、平ベルト４と第１及び第２の回転部材１の摩擦面１ａ，２ａの少なくとも一方との間において滑りを発生させるようにする場合には、上記揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２は、
Ｌ１／Ｌ２＞ｅμ^１′・θ^１ ・・・▲３▼
Ｌ１／Ｌ２＞ｅμ^２′・θ^２ ・・・▲４▼
の２つの関係式▲３▼及び▲４▼のうちの少なくとも一方を満たすように設定される。
【００３８】
ここで、上記のように構成された一方向クラッチの作動について、第１の回転部材１にトルクが入力される場合を例にとって説明する。
【００３９】
上記第１の回転部材１がフリー方向（図２の時計回り方向）に回転するときには、揺動部３が平ベルト４の初張力を減少させる方向（同時計回り方向）に回動するので、第１及び第２の回転部材１，２間でのトルク伝達は行われない。
【００４０】
一方、上記第１の回転部材１がロック方向（図２の反時計回り方向）に回転するときには、揺動部３が平ベルト４の初張力を増加させる方向（同反時計回り方向）に回動するので、第１及び第２の回転部材１，２間でのトルク伝達が行われる。そして、上記入力トルクが増加すると、それに応じて平ベルト４の滑り発生率及び最大伝達トルクは共に上昇する。
【００４１】
このとき、上記揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２が関係式▲１▼及び▲２▼を共に満たすように設定されている場合には、「課題を解決するための手段」の項で詳しく説明したように、平ベルト４の張側張力ｔ１（この場合には図２の左側スパンの張力）及び緩み側張力ｔ２（この場合には同図の右側スパンの張力）の比ｔ１／ｔ２が、第１の回転部材１の摩擦面１ａとの間に滑りの発生するときの平ベルト４の張側張力Ｔ１及び緩み側張力Ｔ２の比Ｔ１／Ｔ２よりも小さく（ｔ１／ｔ２＜Ｔ１／Ｔ２）抑えられるので、第１の回転部材１の摩擦面１ａと平ベルト４との間に滑りは発生しない。また、平ベルト４の張力比ｔ１／ｔ２は、第１の回転部材１の摩擦面１ａとの間に滑りの発生するときの該平ベルト４の張力比Ｔ１／Ｔ２よりも小さく（ｔ１／ｔ２＜Ｔ１／Ｔ２）抑えられるので、第１の回転部材１の摩擦面１ａと平ベルト４との間に滑りは発生しない。よって、この場合には、上記入力トルクに応じて第１及び第２の回転部材１，２間の最大伝達トルクのみが平ベルト４の破断まで上昇を続け、過度の入力トルクに対しては平ベルト４の破断によりトルクの出力自体が停止される。そして、平ベルト４が破断したときには、該平ベルト４の交換により一方向クラッチは再使用できるようになる。
【００４２】
一方、上記揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２が関係式▲３▼及び▲４▼のうちの少なくとも一方を満たすように設定されている場合には、上記の場合とは逆に平ベルト４の張力比ｔ１／ｔ２が滑り発生時の張力比Ｔ１／Ｔ２に達する（ｔ１／ｔ２≧Ｔ１／Ｔ２）ようになるので、平ベルト４と第１回転部材１の摩擦面１ａとの間及び平ベルト４と第２回転部材２の摩擦面２ａとの間のうちの少なくとも一方において、つまり、関係式▲３▼を満たしている場合には第１回転部材１の摩擦面１ａとの間において、また関係式▲４▼を満たしている場合には第２回転部材２の摩擦面２ａとの間においてそれぞれ滑りが発生する。そして、滑り発生以降は、上記入力トルクが増加しても、略一定のトルクのみが両回転部材１，２間で伝達されるようになる。よって、この場合には、過度の入力トルクに対しては平ベルト４の滑りにより略一定のトルクのみが出力されるようになる。
【００４３】
したがって、本実施形態に係る一方向クラッチによれば、第１の回転部材１に形成された断面円形状の摩擦面１ａと、第２回転部材２の有する揺動部３に形成された断面円弧状の摩擦面２ａとの間に無端の平ベルト４を巻き掛け、両回転部材１，２の相対回転に伴って平ベルト４により揺動部３を揺動させ、その揺動部３の揺動により平ベルト４の初張力を増減させることで両回転部材１，２間でのトルク伝達の断接を行うようにしたので、構造が簡単でありかつ高精度が要求されなくて低コストであるとともに、過大な入力トルクに対しては平ベルト４の滑りにより略一定のトルクのみを出力させたり又は平ベルト４の破損により出力自体を停止させたりすることで出力トルクを抑えることができる。
【００４４】
さらに、上記揺動部３の揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２を、第１回転部材１の摩擦面１ａと平ベルト４との間の摩擦係数μ１′にその接触角度θ１を乗算した値μ１′・θ１だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^１′・θ^１と、第２回転部材２の揺動部３の摩擦面２ａと平ベルト４との間の摩擦係数μ２′にその接触角度θ２を乗算した値μ２′・θ２だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^２′・θ^２とに基づいて設定し、このことで平ベルト４の滑りをコントロールするようにしたので、例えば滑り発生時の平ベルト４と各摩擦面１ａ，２ａとの間の関係式（Ｔ１／Ｔ２＞ｅμ^１′・θ^１，ｅμ^２′・θ^２）に基づく平ベルト４の張力比ｔ１／ｔ２や摩擦係数μ１′，μ２′及び接触角度θ１，θ２の設定によって行うようにする場合よりも容易に滑りをコントロールすることができる。
【００４５】
尚、上記実施形態では、摩擦部材としてゴム製の平ベルト４を用いるようにしているが、その材質や形状は特に限定されるものではなく、例えば金属フープなどを用いるようにしてもよい。
【００４６】
−具体例−
次に、図１に模式的に示す上記の一方向クラッチにおいて、第１の回転部材１にロック方向（同図の時計回り方向）のトルクが入力されて該回転部材１の摩擦面１ａと平ベルト４との間に滑りが発生するとき、そのときの平ベルト４における張側張力Ｔ１及び緩み側張力Ｔ２間の比Ｔ１／Ｔ２と、摩擦面１ａ及びベルト４間の摩擦係数μ１′及び接触角度θ１〔単位：ラジアン〕との間には、
Ｔ１／Ｔ２＞ｅμ^１′・θ^１
という関係式が成立するということを前提にして、滑り発生時の揺動部３の揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２は、同じく滑り発生時の張力比Ｔ１／Ｔ２に等しく、その結果、
Ｌ１／Ｌ２＞ｅμ^１′・θ^１
という関係式が成立するということを説明する。尚、本例では、第１回転部材１の摩擦面１ａの半径ＲをＲ＝４０．５０ｍｍに、該摩擦面１ａと平ベルト４との間の接触角度θ１をθ１＝πに、揺動部３の摩擦面２ａの周方向一端側（図１の左端側）の揺動アーム長さＬ２をＬ２＝２５．３０ｍｍに、周方向他端側（同図の右端側）の揺動アーム長さＬ１をＬ１＝５５．７０ｍｍに、そして、摩擦面２ａの周方向両端を通る直線方向（同図の左右方向）と直交する方向（同図の上下方向）における揺動軸心Ｑの中心軸線Ｐからの偏心量を２７．００ｍｍにそれぞれ設定している。
【００４７】
先ず、上記滑り発生時の平ベルト４の張側張力Ｔ１及び緩み側張力Ｔ２は、それぞれ、
Ｔ１＝有効張力×ｅμ^１′・θ^１／（ｅμ^１′・θ^１−１）
Ｔ２＝有効張力／（ｅμ^１′・θ^１−１）
と表わされる。
【００４８】
ここで、上記第１の回転部材１に５ｋｇｆ−ｍのトルクが入力されたときに上記滑りが発生するとして、そのときの平ベルト４の有効張力は、
５〔ｋｇｆ−ｍ〕÷０．０４０５〔ｍ〕＝１２３．４５６〔ｋｇｆ〕
である。
【００４９】
また、上記揺動部３の揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２が、
Ｌ１／Ｌ２＝５５．７ｍｍ／２５．３ｍｍ＝２．２０１５であるので、μ１′・θ１は、

であり、したがって、ｅμ^１′・θ^１は、
ｅμ^１′・θ^１＝ｅ^{０．７８９}＝２．２．．．
である。
【００５０】
これらから、上記平ベルト４の張側張力Ｔ１及び緩み側張力Ｔ２をそれぞれ求めると、

であり、よって、上記揺動部３の揺動軸心Ｑに加わる軸荷重は、
Ｔ１＋Ｔ２＝２２６．２１８＋１０２．７６２＝３２８．９８〔ｋｇｆ〕
となる。
【００５１】
次に、上記軸荷重を第１回転部材１に対するトルクに変換すると、このときの揺動軸心Ｑの中心軸線Ｐからの偏心量（（Ｌ１−Ｌ２）／２）が、

であるので、上記トルクは、
３２８．９８×０．０１５２＝５．０００．．．〔ｋｇｆ−ｍ〕
となる。
【００５２】
よって、上記第１の回転部材１の摩擦面１ａと平ベルト４との間に滑りが発生するとき、揺動部３の揺動アーム比Ｌ１／Ｌ２は、平ベルト４の滑り発生時の張力比Ｔ１／Ｔ２に等しく、その結果、
Ｌ１／Ｌ２＞ｅμ^１′・θ^１
という関係式の成立することが判る。
【００５３】
（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２に係る一方向クラッチの要部を示しており、この一方向クラッチの全体構成は上記実施形態１の場合と基本的に同じであるので、同じ部分には同じ符号を付して示すこととする。
【００５４】
本実施形態では、第２の回転部材２が入力側とされており、このことで、本発明における初張力付与機構が構成されている。すなわち、第２の回転部材２の回転に伴って発生する遠心力により揺動部３の摩擦面２ａの周方向他端側（同図の右端側）が半径方向外方に変位して平ベルト４を押圧することで該平ベルト４に初張力を付与するようになされている。尚、その他の構成は上記実施形態１の場合と同じであるので、説明は省略する。
【００５５】
上記のように構成された一方向クラッチの作動について説明する。
【００５６】
上記一方向クラッチにおいて、第２の回転部材２に何れかの方向のトルクが入力されるとき、該回転部材２の回転に伴って平ベルト４に初張力が付与されるようになるので、上記トルクは平ベルト４を介して第１の回転部材１に伝達されようとし、一方、揺動部３はその揺動軸心Ｑの回りに回動する。
【００５７】
そして、上記第２の回転部材２がロック方向（図５の時計回り方向）に回転するときには、揺動部３は、同図に仮想線で示すように、該揺動部３の摩擦面２ａの周方向他端側が平ベルト４を押圧する方向（同図の反時計回り方向）に回動する。これにより、平ベルト４の初張力が上昇するので、一方向クラッチとしてはロック状態となる。
【００５８】
一方、上記第２の回転部材２が、上記の場合とは逆のフリー方向（図５の反時計回り方向）に回転するときには、揺動部３は、摩擦面２ａの周方向他端側が平ベルト４を押圧する方向とは逆の方向（同図の時計回り方向）に回動する。これにより、平ベルト４の初張力が減少することになるので、一方向クラッチとしてはフリー状態となる。
【００５９】
したがって、本実施形態によれば、第１の回転部材１に形成された断面円形状の摩擦面１ａと、第２回転部材２の有する揺動部３に形成された断面円弧状の摩擦面２ａとの間に平ベルト４を巻き掛け、両回転部材１，２の相対回転に伴って平ベルト４により揺動部３を揺動させ、その揺動部３の揺動により平ベルト４の初張力を増減させることで両回転部材１，２間でのトルク伝達の断接を行うようにした一方向クラッチにおいて、上記第２の回転部材２を入力側に設定し、該第２回転部材２の回転に伴って発生する遠心力により揺動部３を揺動させることにより平ベルト４に初張力を付与するようにしたので、上記実施形態１の場合における初張力付与機構の構成部品を省略することができ、よってさらなる低コスト化を図ることができる。
【００６０】
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係る一方向クラッチの要部を示しており、この一方向クラッチの全体構成も上記実施形態１の場合と基本的に同じである。
【００６１】
本実施形態では、摩擦部材として、有端の平ベルト４が用いられており、その両端は揺動部３の周方向両端部の止着部２１ａ，２１ｂにビス２２を用いて止着されている。
【００６２】
そして、本実施形態では、上記揺動部３における一方（図６の左方）の止着部２１ａの側の揺動アーム長さＬ２に対する他方（同図の右方）の止着部２１ｂの側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２が、第１回転部材１の摩擦面１ａと平ベルト４との間の摩擦係数μ１′にその接触角度θ１を乗算した値μ１′・θ１だけ自然対数の底ｅが累乗されてなる値ｅμ^１′・θ^１に基づいて設定されている。尚、その他の構成は実施形態１の場合と同じであるので説明は省略する。
【００６３】
したがって、本実施形態によれば、有端の平ベルト４を用い、その両端を第２の回転部材２の揺動部３に止着するようにしたので、平ベルト４と第１の回転部材１の摩擦面１ａとの間のトルク伝達の断接を通じて、上記実施形態１の場合と略同じ効果を奏することができる。
【００６４】
（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４に係る一方向クラッチの要部を示しており、この一方向クラッチの全体構成も上記実施形態１の場合と基本的に同じである。
【００６５】
本実施形態では、上記実施形態２の場合と同様に第２の回転部材２が入力側とされており、このことで、本発明における初張力付与機構が構成されている。
【００６６】
また、本実施形態では、上記実施形態３の場合と同じく、摩擦部材として有端の平ベルト４が用いられていて、その両端は揺動部３の周方向両端部の止着部２１ａ，２１ｂにビス２２により止着されている。尚、その他の構成は実施形態１の場合と同じであるので説明は省略する。
【００６７】
したがって、本実施形態によれば、第２の回転部材２を入力側に設定することで初張力付与機構を構成するとともに、有端の平ベルト４を用いて、その両端を第２の回転部材２の揺動部３に止着するようにしたので、上記実施形態２と上記実施形態３とを併せた場合と同じ効果を奏することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、外周に断面円形状の摩擦面が形成された第１の回転部材と、外周に断面円弧状の摩擦面が形成されているとともに該摩擦面の周方向一端側に偏った位置において揺動可能に枢支された揺動部を有し、該第１の回転部材に上記中心軸線回りに相対回転可能に組み付けられた第２の回転部材と、これら第１及び第２回転部材の両摩擦面間に巻き掛けられた無端の摩擦部材と、両回転部材が一方向に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部を該摩擦部材の初張力を増加させる方向に回動させる一方、両回転部材が他方向に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部を該摩擦部材の初張力を減少させる方向に回動させるようにするとともに、上記第１回転部材の摩擦面と摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ１′及びθ１とし、かつ第２回転部材の摩擦面と上記摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ２′及びθ２としたときに、上記揺動部における摩擦面の周方向一端側の揺動アーム長さＬ２に対する該摩擦面の周方向他端側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２を、Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１及びＬ１／Ｌ２≦ｅμ^２′・θ^２の２つの関係式（但し、ｅは自然対数の底であり、θ１及びθ２の単位はラジアンである）を共に満たすように設定して、上記第１及び第２回転部材の各摩擦面と摩擦部材との間に滑りを生じさせないようにしたので、簡単な構造でありかつ高精度が要求されなくて低コストでありながら、入力トルクの方向に応じて第１及び第２の回転部材の少なくとも一方と摩擦部材との間でトルク伝達の断接を行うことができるとともに、過度の入力トルクに対しては摩擦部材の破断により出力自体を停止させるようにすることができ、しかも破断した摩擦部材の交換は容易であり、摩擦部材の交換により再使用することができる。
【００６９】
請求項２の発明によれば、外周に断面円形状の摩擦面が形成された第１の回転部材と、２つの止着部が周方向にずれて設けられているとともに一方の止着部の側に偏った位置において揺動可能に枢支された揺動部を有し、該第１の回転部材に上記中心軸線回りに相対回転可能に組み付けられた第２の回転部材と、第１回転部材の摩擦面に巻き掛けられているとともに両端がそれぞれ第２回転部材の揺動部の対応する止着部に止着された有端の摩擦部材と、両回転部材が一方向に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部を該摩擦部材の初張力を増加させる方向に回動させる一方、両回転部材が他方向に相対回転するときには上記摩擦部材が揺動部を該摩擦部材の初張力を減少させる方向に回動させるようにするとともに、上記第１の回転部材の摩擦面と摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ１′及びθ１としたときに、上記揺動部における一方の止着部の側の揺動アーム長さＬ２に対する他方の止着部の側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２を、Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１の関係式を満たすように設定して、上記第１回転部材の摩擦面と摩擦部材との間に滑りを発生させないようにしたので、上記請求項１の発明の場合と略同じ効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る一方向クラッチを模式的に示す正面図である。
【図２】一方向クラッチの内部を示す正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ −ＩＩＩ 線断面図である。
【図４】Ｖプーリが取り付けられた状態を示す図６相当図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る一方向クラッチを示す図２相当図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る一方向クラッチを示す図２相当図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る一方向クラッチを示す図２相当図である。
【図８】従来の一方向クラッチとしてのローラ式一方向クラッチの要部を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 第１の回転部材
１ａ 摩擦面
２ 第２の回転部材
２ａ 摩擦面
３ 揺動部
４ 平ベルト（摩擦部材）
５ 板ばね（初張力付与機構）
２１ａ，２１ｂ 止着部
Ｐ 中心軸線
Ｑ 揺動軸心
Ｌ１ 揺動部における摩擦面の周方向他端側の揺動アーム長さ、
揺動部における他方の止着部の側の揺動アーム長さ
Ｌ２ 揺動部における摩擦面の周方向一端側の揺動アーム長さ、
揺動部における一方の止着部の側の揺動アーム長さ

Claims (2)

1. 外周に断面円形状の摩擦面が形成された第１の回転部材と、
   外周に上記第１の回転部材の摩擦面の半径方向外方に位置する断面円弧状の摩擦面が形成されているとともに該摩擦面の周方向一端側に偏った位置において上記第１の回転部材の摩擦面の中心軸線と平行な軸心回りに揺動可能に枢支された揺動部を有し、該第１の回転部材に上記中心軸線回りに相対回転可能に組み付けられた第２の回転部材と、
   上記第１の回転部材の摩擦面と上記第２の回転部材の摩擦面との間に巻き掛けられた無端の摩擦部材と、
   上記第１及び第２の回転部材が一方向に相対回転するときには上記摩擦部材が上記揺動部をその摩擦面の周方向他端側が半径方向外方に変位して該摩擦部材の初張力を増加させる方向に回動させ、上記第１及び第２の回転部材が他方向に相対回転するときには上記摩擦部材が上記揺動部をその摩擦面の周方向他端側が半径方向内方に変位して該摩擦部材の初張力を減少させる方向に回動させるようにそれぞれ上記摩擦部材に初張力を付与する初張力付与機構とを備え、
   上記第１の回転部材の摩擦面と上記摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ１′及びθ１とし、かつ上記第２の回転部材の摩擦面と上記摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ２′及びθ２としたときに、上記揺動部における摩擦面の周方向一端側の揺動アーム長さＬ２に対する該摩擦面の周方向他端側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２が、
   Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１
   Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^２′・θ^２
   （但し、ｅは自然対数の底であり、θ１及びθ２の単位はラジアンである）の２つの関係式を共に満たすように設定されている
   ことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 外周に断面円形状の摩擦面が形成された第１の回転部材と、
   上記第１の回転部材の摩擦面の半径方向外方に互いに周方向にずれた２つの止着部が設けられているとともに該２つの止着部のうちの一方の止着部の側に偏った位置において上記第１の回転部材の摩擦面の中心軸線と平行な軸心回りに揺動可能に枢支された揺動部を有し、該第１の回転部材に上記中心軸線回りに相対回転可能に組み付けられた第２の回転部材と、
   上記第１の回転部材の摩擦面に巻き掛けられているとともに、両端がそれぞれ上記第２の回転部材の揺動部の対応する止着部に止着された有端の摩擦部材と、上記第１及び第２の回転部材が一方向に相対回転するときには上記摩擦部材が上記揺動部を上記２つの止着部のうちの他方の止着部の側が半径方向外方に変位して該摩擦部材の初張力を増加させる方向に回動させ、上記第１及び第２の回転部材が他方向に相対回転するときには上記摩擦部材が上記揺動部を上記他方の止着部の側が半径方向内方に変位して該摩擦部材の初張力を減少させる方向に回動させるようにそれぞれ上記摩擦部材に初張力を付与する初張力付与機構とを備え、
   上記第１の回転部材の摩擦面と上記摩擦部材との間の摩擦係数及び接触角度をそれぞれμ１′及びθ１としたときに、上記揺動部における上記一方の止着部の側の揺動アーム長さＬ２に対する上記他方の止着部の側の揺動アーム長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２が、
   Ｌ１／Ｌ２≦ｅμ^１′・θ^１
   （但し、ｅは自然対数の底であり、θ１の単位はラジアンである）
   の関係式を満たすように設定されている
   ことを特徴とする一方向クラッチ。

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