JP4694158B2 - 回転作動型ワンウェイクラッチ - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車、スノーモービル等に使用され、所定の回転数以上になるとワンウェイクラッチの機能を発揮する回転作動型ワンウェイクラッチに関する。

一般に、ワンウェイクラッチは、相対回転する外輪及び内輪を有し、外輪と内輪との間でトルクを伝達するスプラグやローラなどが外輪または内輪の軌道面に設けたカム面に噛み合うことで、一方向のみに回転トルクを伝達している。また、逆方向では空転する構成となっている。

このようなワンウェイクラッチの中で、内輪または外輪に設けたポケット（凹所）にローラを配置し、回転方向によって、ローラがポケットの楔部分に係合する楔作用により回転をロックする構成となっているものが知られている。

例えば、特許文献１は、外輪（アウターレース）に設けた凹所にローラを配置して、外輪が時計方向に回転した場合、ローラが楔作用により凹所でロックされ、内輪に対して外輪の回転をロックする構成を開示している。

また、特許文献２は、外輪（アウターレース）と入力カップリングとの間にローラ及び補助ローラを配置して、所定回転数以上になると、遠心力で補助ローラがローラを押圧する。この押圧力により、所定方向に回転すると楔作用でローラがロックすることが可能となり、ワンウェイクラッチの機能が発揮される構成を開示している。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特公昭５３−８０１９号公報（第１−２頁、第１図等） 特開昭５２−１０００４５号公報（第２−３頁、第３図等） 特願平２００３−１０１４８０号（図１等）

特許文献１に開示されているものは、ローラを用いた一般的なワンウェイクラッチであり、回転数に応じてロックする構成となっていない。

また、特許文献２は、回転数に応じてロックする構成を開示している。しかしながら、補助ローラの作動範囲を決定する長孔が内輪とは別体に設けられているため、装置の所望の寸法精度を得るのが困難であり、また部品点数も多くなる。また、補助ローラが長孔に引っかかる虞があり、ローラを押圧するプレートや抱持片といった部品が必要であり、スプリングの設置スペースが要求されるので装置の径を小さくするには限りがある。

これらの問題を解決するため、特許文献３に示すように、付勢スプリングを内輪の凹部に嵌合させ、ローラを付勢する構成とすることもできるが、作動中に付勢スプリングが径方向外方に、すなわち外輪方向に変位して脱落する恐れがあった。

そこで、本発明は部品点数を削減するとともに、安価で、ばね定数を小さく設定でき、寸法精度が得やすいと共に、錘体が引っかかる虞が無く、付勢スプリングが径方向外方へ変位することなく安定した作動を実現した、省スペースでも設計可能な構造の回転作動型ワンウェイクラッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の回転作動型ワンウェイクラッチは、
内周円筒面を有する外輪と、カム面が形成された内輪と、前記外内輪間のトルク伝達を行う転動体、前記転動体を付勢する付勢スプリング、及び遠心力を受けて前記付勢スプリングの付勢力に抗しつつ前記転動体を係合方向へ押圧する錘体を備えた回転作動型ワンウェイクラッチにおいて、前記付勢スプリングの径方向外方への変位を防止する案内手段が設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
付勢スプリングの径方向外方への変位を防止する案内手段が設けられてので、部品点数を削減するとともに、安価で、寸法精度が得やすいと共に、錘体が引っかかる虞が無く、付勢スプリングが径方向外方へ変位することなく安定した作動を実現した、省スペースでも設計可能な構造の回転作動型ワンウェイクラッチを提供できる。

本明細書において、「回転作動型」とは、上記所定の回転数を越えた範囲での回転時において、ワンウェイ３ラッチとしての機能が確実に作動するという意味であるが、低速回転域から所定の回転数以下の回転でも、ワンウェイクラッチとして機能する場合がある。また、「所定の回転数」は、錘体の質量や錘体の内輪中心からの距離、錘作動面の傾斜角度によって、任意に決定されるものである。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。図面中、同一部分は同一符号にて示してある。

図１は、本発明の実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチ（以下、説明の便宜上単に「ワンウェイクラッチ」と称することがある）を示しており、(a)は部分上面図、(b)は一部破断した正面図である。図１は、ワンウェイクラッチ１が空転している非係合状態を示している。

図１の(b)に示すように、ワンウェイクラッチ１は、内周にスプライン２ａが刻設され、駆動軸（不図示）に嵌合する中空の軸である内輪２と、内輪２の半径方向外側で同軸上に、かつ内輪２と相対回転自在に配置された外輪３とからなっている。内輪２の外周部には、外輪３の内周面に対して開口した複数のポケット９が円周方向等分に設けられている。ポケット９の間の内輪２の外周面は、外輪３の内周面に対して摺擦する軸受部１５となっている。

各ポケット９はその内周面の一部にカム面１１が形成され、またトルク伝達を行う転動体であり、ほぼ円筒形のローラ７とほぼ円筒形の錘体８とが配置されている。ポケット９には、更にローラ７をカム面１１の深さの深い方向、即ち、カム面１１と外輪３の円筒状内周面との間でローラ７が噛み合わず、ワンウェイクラッチ１が空転する、非係合方向へ付勢する付勢スプリング５が設けられている。

カム面１１の更に外径側であって、錘体８の反対側部分には、カム面１１よりも大きく傾斜した非楔作用面１４が形成されている。非楔作用面１４は、カム面１１より浅く、すなわちカム面１１より傾斜が大きく設定されている。ローラ７に過大なトルクが加わった場合、ローラ７は、この非楔作用面１４まで移動し、非楔作用面１４で過大なトルクを逃がし、装置の破損を未然に防止する構成となっている。

錘体８は、ポケット９の奥部に設けられた凹部１６に収容されており、その上にローラ７が載置されている。また、内輪２の軸受部１５の錘体８寄りの切り込み部は、遠心力によって錘体８が移動するとき、錘体８を案内する錘作動面１２が形成されている。

付勢スプリング５には、板状の部材を折り曲げて作られるアコーデオンスプリングが用いられており、後述の側板１０の折曲部１８を付勢スプリング５の取付け部１７で挟むことによって、付勢スプリング５は側板１０に保持されている。また、折曲部１８に付勢スプリング５の端部を巻き込む形で固定することもできる。付勢スプリング５は、取り付け部１７と反対側の一端で、ローラ７を押圧する。

また、付勢スプリング５として、ローラ７のスキュー防止のため、アコーデオンスプリング以外にも、断面が楕円形状のコイルスプリングを用いるとよい。

図１の(a)に示すように、ワンウェイクラッチ１の主要部を軸方向で保持するほぼ環状の側板１０は、軸方向内方へ延在する複数のフランジ部１３を備えている。フランジ部１３は、ポケット９に対応して、周方向等分に設けられている。また、フランジ部１３に隣接して軸方向に延在する折曲部１８が設けられ、この折曲部１８の先端が加締められ加締め部４となっている。

加締め部４は、他方の側板１０に設けられた孔（不図示）に嵌合し、その状態で折り返される。それにより、側板１０はお互いに固定される。尚、図１の(b)では背面側の側板１０を、また、後述の図２の(b)においては、正面側の側板１０の図示を省略している。

図２の(a)に示すように、ローラ７の軸方向幅Ａは、側板１０のフランジ部１３間の最小幅Ｂより短い。従って、フランジ部１３間から径方向外方へと突出することが可能である。また、錘体８の軸方向幅Ｃは、内輪２の軸方向幅とほぼ同じでよい。

同様に、アコーデオンスプリングである付勢スプリング５の軸方向幅は、フランジ部１３間の幅よりも大きく設定されている。従って、付勢スプリング５の軸方向の両端は、側板１０のフランジ部１３により保持されているので、ワンウェイクラッチ１の作動中に、径方向外方へ、すなわち外輪３方向へ過剰に変位することを防止されている。

図１の(b)に明瞭に示すように、側板１０の直径は、内輪２の外周面を形成する直径より僅かに小さく設定している。従って、フランジ部１３も内輪２の外周面より内径側に偏倚しており、ワンウェイクラッチ１の作動中に外輪３の内周面に当たって、ワンウェイクラッチ１の作動に支障を与えることがない。

次に、図２の(a)及び(b)を用いて、本実施例の回転作動型ワンウェイクラッチ１の動作を説明する。図２の(a)は部分上面図、(b)は正面図であり、ワンウェイクラッチのローラの噛合い時（係合時）の状態を示している。図２は、ワンウェイクラッチ１は、噛合ったロックアップ状態を示している。

上述の構成の回転作動型ワンウェイクラッチ１は、非回転時から低速回転域までは内外輪の相対回転方向どちらの向きでもローラ７がトルク伝達を行うことはない。図１はこの状態を示しており、外輪３の内周面とローラ７との間には僅かな隙間が存在している。このとき、錘体８は、ポケット９のほぼ最奥部に位置している。また、ローラ７は、ポケット９を画成する面の一部に設けられた錘作動面１２とカム面１１の双方に接する状態で付勢スプリング５によって付勢支持され、錘体８はローラ７とポケット９を画成する錘作動面１２、カム面１１に囲まれる空所に配置されている。

図１の非係合状態から、回転数が上昇すると錘体８が遠心力を受けてポケット９の側部に形成された、外径方向に向かってポケットの周方向幅が徐々に狭まるように傾斜した周方向端面、すなわち錘体作動面１２に沿って外径側へ移動し、ローラ７自身が受ける遠心力に加えて錘体８が受ける遠心力がローラ７に加わり、ローラ７がカム面１１と係合可能な位置まで周方向に押圧する力が働く。図２は、このような係合状態を示しており、ローラ７が外輪３の内周面とカム面１１との間に噛合っている。

更に、回転数が所定値を超えるとローラ７に充分な押圧力が加わり、回転作動型ワンウェイクラッチ１の機能を発揮できる状態、つまりロックアップ可能な状態となる。即ち、この状態で、図２において内輪２を固定状態として考えると、外輪３が図中反時計方向へ回転するときは空転状態（図１に示す非係合状態）となり、図中時計方向へ回転するときは噛合い状態（係合状態）となり、内外輪間でトルクの伝達が行われる。

ワンウェイクラッチ１が係合状態でも付勢スプリング５の梁どうしはお互い当たらないように設定してある。これにより、付勢スプリング５のへたりを防止できる。尚、図１では一部のローラ及び錘体の図示を省略してある。

次に、図３を用いて、ローラ７と側板１０のフランジ部１３との関係を説明する。図３は、図２の状態に対応した軸方向断面図である。ワンウェイクラッチ１は、ローラ７が外輪３の内周面に噛合っている係合状態で示している。側板１０のフランジ部１３とローラ７の軸方向端面７ａとの間には、所定の間隙が設けられており、ローラ７がフランジ部１３の上面を越えて、フランジ部１３間から突出することを妨げない。ローラ７の作動を妨げないよう、両サイドからフランジ部１３を出して、付勢スプリング５の両端のみを支持する構造とした。側板１０及びフランジ部１３で案内手段を構成している。

また、図３から明瞭に分かるように、付勢スプリング５の軸方向両端部は、フランジ部１３により径方向外方への移動を阻止されているので、作動中に外輪３方向へ逸脱することがない。すなわち、フランジ部１３は、ローラ７を非係合方向に押圧している付勢スプリング５がワンウェイクラッチ１の作動中、遠心力で外側に外れない（飛び出ない）ように付勢スプリング５を案内保持する。

図４は、本発明実施例の変形例を示す回転作動型ワンウェイクラッチを係合前の状態で示しており、(a)は部分上面図、(b)は部分正面図である。また、図５は、図４の回転作動型ワンウェイクラッチを係合状態で示しており、(a)は部分上面図、(b)は部分正面図である。この変形例では、付勢スプリング５の形状が異なる。付勢スプリング５の一端は、側板１０の折曲部１８に固定されている。また、付勢スプリング５の他端である自由端が、上方に折り曲げられ、延長部２０となっている。

図４の(a)に示すように、延長部２０の軸方向幅は、フランジ部１３間の幅より大きく設定する。これにより、延長部２０の軸方向の両端が、フランジ部１３の下に常時位置する状態となり、付勢スプリング５は延長部２０により当接案内される。延長部２０とフランジ部１３とは互いに摺動するが相対変位を妨害しない関係となっている。また、延長部２０の周方向の端部２２は、ローラ７に対して充分なクリアランスを有し、ローラ７の作動を妨害しない構成としている。もちろん、延長部２０の幅は任意に設定できることは言うまでもない。また、延長部ではなく、別体の板部材をフランジ部１３間に設けることもできる。

延長部２０は、側板１０のフランジ部１３と付勢スプリング５との間に位置して、ローラ７が係合位置に向かって移動すると、側板１０の折曲部１８の上方に変位するが、ひっかかることはなく、摩擦が生じないようになっている。延長部２０を設けたことで、遠心力の働いた状態で付勢スプリング５の作動時に、フランジ部１３との接触面積を増大させ面圧を下げ、付勢スプリング５とフランジ部１３との接触による摩耗を防止し、付勢スプリング５の作動を安定させることができる。

図５の(a)及び(b)に示すように、ローラ７が係合状態にくると、付勢スプリング５は、最も潰れた状態になり、延長部２０の先端部２１は側板１０の折曲部１８のすぐ上まで変位している。
しかしながら、内輪２に当接はしない長さに設定してある。

変形例のように、スプリング５の自由端に延長部２０を設けることで、スプリング５の側板１０のフランジ部１３に対する面圧を面積の広い延長部２０で受けることになり、比較的面積の狭いフランジ部１３だけにスプリング５が当たることによる面圧の増大を防止できる。従って、スプリング５の作動が安定化し、局部摩耗などを防ぐことができる。

尚、錘体は、鋼材、銅、鋼合金、アルミニウム、合成樹脂等の材料から成形することが考えられるが、鋼等の比重の大きいものを用いると単位体積あたりに受ける遠心力が大きくなるので、装置のサイズが小さく且つ低速回転時においても噛合い可能な状態が得られ、また錘体８の径を小さくすることが可能となる。

以上説明した各実施例ではポケットに配置される転動体としての円筒形のローラを示したが、これは球体であっても良い。また、錘体についても、円筒形のローラではなく球体であってもよい。更に、転動体と錘体との組み合わせについても、両者ともローラ、両者とも球体、いずれか一方がローラで、他方が球体であってもよい。

また、各実施例では、ポケットは円周方向に複数箇所設けられているが、この数は必要なトルク容量などに応じて任意に変更できる。しかしながら、個数にかかわらずポケットは円周方向等配分に設けることが好ましい。また、付勢スプリング５を側板１０の折曲部１８に固定したが、付勢するスプリング５を保持する保持器を設けて、その保持器に固定することも可能である。

また、上記実施例では、ローラの直径は錘体の直径より大きいが、使用条件（例えば、作動時の回転数の範囲）によって、任意に設定することができる。例えば、同じ大きさにすることも可能である。

本発明の回転作動型ワンウェイクラッチは、自動二輪車、スノーモービル等だけでなく、四輪自動車などにも適用することが可能である。

本発明の実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチを作動（回転）前のセット状態で示しており、(a)は、部分上面図、(b)は一部破断した正面図である。 本発明の実施例を示す回転作動型ワンウェイクラッチを係合状態で示しており、(a)は部分上面図、(b)は部分正面図である。 図２の状態の回転作動型ワンウェイクラッチの軸方向断面図である。 本発明実施例の変形例を示す回転作動型ワンウェイクラッチを係合前の状態で示しており、(a)は部分上面図、(b)は部分正面図である。 本発明実施例の変形例を示す回転作動型ワンウェイクラッチを係合状態で示しており、(a)は部分上面図、(b)は部分正面図である。

符号の説明

１ 回転作動型ワンウェイクラッチ
２ 内輪
３ 外輪
４ 加締め部
５ アコーデオンスプリング
７ 転動体（ローラ）
８ 錘体
９ ポケット
１０ 側板
１３ フランジ部
１１ カム面
１２ 錘作動面
１４ 非楔作用面
２０ 延長部

Claims (2)

1. 内周円筒面を有する外輪と、外周面に、カム面が形成された複数のポケットを有する内輪と、前記ポケットに配置され、前記外内輪間のトルク伝達を行う転動体、前記転動体を付勢する付勢スプリング、及び前記ポケットに配置され、遠心力を受けて前記付勢スプリングの付勢力に抗しつつ前記転動体を係合方向へ押圧する錘体を備えた回転作動型ワンウェイクラッチであって、
   前記回転作動型ワンウェイクラッチの軸方向両端に配置された一対の側板を備え、前記一対の側板は互いに対向して軸方向に延在するフランジ部を含み、前記フランジ部は前記ポケットの位置に対応して前記付勢スプリングと前記外輪との間に延在し、前記フランジ部間の軸方向幅は、前記付勢スプリングの軸方向幅より小さく、前記フランジ部間の間隔は前記ローラの軸方向幅より大きいことを特徴とする回転作動型ワンウェイクラッチ。
2. 前記付勢スプリングは延長部を備え、前記延長部は、前記フランジ部と前記付勢スプリングの間に位置することを特徴とする請求項１に記載の回転作動型ワンウェイクラッチ。

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