JP6738025B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、内輪と外輪との間に複数のカムを具え、内輪を一方向に回転させた時又は外輪を他方向に回転させた時にカムの内周側係合面と外周側係合面が内輪の外周係合面と外輪の内周係合面にそれぞれ摩擦係合し、内輪を他方向に回転させた時又は外輪を一方向に回転させた時に内輪又は外輪が空転するように構成されている一方向クラッチに関する。

従来、内輪と外輪が高速で空転する場合に用いられる一方向クラッチには、カムを保持する保持器が用いられている。高速空転する側の内輪又は外輪に固定された保持器でカムを保持することによりカムを内輪又は外輪と同方向に回転させ、カムに遠心力を与えてカムを回動（リフトオフ）させている。すなわち、カムの内周側係合面と外周側係合面を内輪の外周係合面及び／又は外輪の内周係合面と非接触の状態にさせて、カムの内周側係合面と外周側係合面の摩耗を防止している。

一方で、内輪と外輪が空転したとき、内輪又は外輪のトルクを内輪又は外輪に固定された保持器でカムに伝達させるという構成以外の構成で、内輪又は外輪のトルクをカムに伝達させる一方向クラッチも提案されてきている。以上に説明した一方向クラッチの例として、以下に挙げるものがある。

特開２００５−１０６１３５号公報 特開２００７−０９２８７０号公報

特許文献１には、内輪と外輪の間に複数配設されているカムを一対の側板と連結されているワイヤーケージによって周方向に等間隔に保持し、側板を外輪に固定した一方向クラッチが開示されている。これによれば、外輪のトルクを外輪に固定された保持器でカムに伝達させることができる。

特許文献２には、内輪と外輪の間に複数配設されているカムを内保持器と外保持器で周方向に等間隔に保持した一方向クラッチが開示されている。外保持器は、外輪に固定されており、カムは、羽根状部を具えている。本構成によれば、外輪が回転したとき、潤滑油や空気等の流体をカムの羽根状部が受けてカムを回動させることができるとされている。

しかし、保持器を具える一方向クラッチの場合、以下の問題がある。すなわち、保持器の分、一方向クラッチが大型化する、一方向クラッチに振動が加わったときなどの保持器とカムの衝突により保持器が破損する、複雑な構造を有する保持器を製造するのが困難でコストが掛かる、等の問題である。

一方で、内輪と外輪が低速で空転する場合に用いられる一方向クラッチには、保持器を具えていないタイプのものもある。この場合、カムは、カムに対して軸方向両側に位置する側板によって、軸方向の移動が制限され、内輪と外輪の間に保持されている。なお、側板は、内輪又は外輪に固定されていない。よって、内輪と外輪が空転したとき、カムの内周側係合面と外周側係合面が内輪の外周係合面及び外輪の内周係合面に対して摺動する。本構成の一方向クラッチは、内輪と外輪が低速で空転する場合には、カムの内周側係合面と外周側係合面の摩耗による影響が限定的である。しかし、内輪と外輪が高速で空転する場合、カムの内周側係合面と外周側係合面の摩耗による影響が大きくなるため、内輪と外輪が高速で空転する場合に用いられる一方向クラッチとしては、この構造は適していない。

また、一方向クラッチは、複数のカムを内径方向又は外径方向に付勢する付勢手段を具えており、この点においても一方向クラッチを軸方向に小型化することが困難である、という問題がある。さらにまた、クラッチの組立に際して取り扱うべき部品点数が多く、作業負担も大きいという問題がある。

そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑み、シンプルで製造し易く、軸方向に小型化が図られ、軽量で、壊れ難く、高速空転時のカムの内周側係合面と外周側係合面の摩耗を防ぐことができる一方向クラッチを提供することをその目的とする。

本発明は、同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と外輪との間の周方向に設けられている複数のカムとを具え、前記内輪を一方向に回転させた時又は前記外輪を他方向に回転させた時に前記複数のカムの各々が前記内輪及び前記外輪と摩擦係合し、前記内輪を他方向に回転させた時又は前記外輪を一方向に回転させた時に前記内輪又は前記外輪が空転するように構成されている一方向クラッチであって、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、該内輪又は外輪とともに回転し、前記カムに対して軸方向両側に位置する側板を具え、前記複数のカムの各々は、前記内輪及び前記外輪が互いに同方向に回転する時に所定の遠心力を受けて前記内輪及び前記外輪に対する係合方向に回動するように構成されており、前記複数のカムを前記内輪及び前記外輪に接触するように付勢する付勢手段を具備せず、前記側板は、前記複数のカムの各々の端面における内周側部分又は外周側部分を覆う円環板状のものであって、前記複数のカムの各々の端面と前記側板の内面との間に潤滑剤が充填され、前記複数のカムの各々は、前記側板を具えた内輪又は外輪を空転方向に回転した時に潤滑剤の粘性によって該複数のカムの各々の端面に作用する力で回動して内周側係合面が前記内輪の外周係合面から離脱するように構成されている一方向クラッチによって前記課題を解決した。

請求項１に係る発明によれば、外輪と内輪との間に設けられる複数のカムの各々は、軸方向に対し、側板によって挟み込まれて保持されている。このため、本発明は、保持器を具えていない。よって、保持器の破損による故障は起こらないので、壊れ難く、構造がシンプルで製造し易く、且つ、小型・軽量である。
しかも、複数のカムの各々は、遠心力を受けて係合（噛合）方向に回動するように構成されている。すなわち、従来のスプリングなどの付勢手段によってカムに付与される回転モーメントが、カムが外輪及び内輪と同方向に回転するときにカムの重心位置に作用する遠心力によって付与されることとなる。このため、本発明は、付勢手段を具えていなくても、カムの挙動を安定化させ所期の動力伝達性能を得ることができる。よって、一方向クラッチは軸方向に対して一層小型化（薄型化）されたものとなる。
さらに、部品点数が減少することから、一方向クラッチの組立に際して作業負担を軽減することができ容易に製造することができる。

請求項２に記載の構成によれば、側板が複数のカムの各々の内周側部分又は外周側部分を覆う円環板状であって、側板の内面と複数のカムの各々の端面との間には、潤滑剤が充填されている。また、複数のカムの各々は、内輪又は外輪を空転方向に回転させたとき時に潤滑剤の粘性によって内輪の外周係合面から離脱するように構成されている。よって、一方向クラッチの空転時に、カムの内周側係合面は、内輪の外周係合面と接触しない状態とされるので、内輪又は外輪が高速で空転したときもカムの内周側係合面と外周側係合面の摩耗を防ぐことができる。

請求項３に記載の構成によれば、複数のカムが隣接するカムの周面、内輪の外周面及び内周側側板の内面によって閉空間を形成するように互いに接する状態で配列されている。このため、一方向クラッチの空転時に内輪に形成された油路を介して潤滑剤が閉空間に継続的に供給されると、該閉空間の体積が広がる方向に圧力が加わるので、一方向クラッチの空転時に複数のカムの各々の内周側係合面は、内輪の外周係合面と接触しない状態とされる。よって、内輪又は外輪が高速で空転したときもカムの内周側係合面と外周側係合面の摩耗を防ぐことができる。
また、複数のカムの各々が周方向にほぼ隙間なく並ぶことになるので、高い伝達トルク容量を実現することができる。

請求項４に記載の構成によれば、一方向クラッチの空転時において、潤滑剤が継続的に供給されることによる圧力の作用に加え、内周側側板及び外周側側板の各々の内面と複数のカムの各々の端面との間に充填された潤滑剤の作用によって、カムの内周側係合面と内輪の外周係合面とが接触しない状態を確実に得ることができる。よって、内輪又は外輪が高速で空転したときもカムの内周側係合面と外周側係合面の摩耗を確実に防ぐことができる。

請求項５に記載の構成によれば、複数のカムの各々が固定手段によって周方向において等間隔毎に保持されている。このため、各々のカムは隣接するカムに規制されることなく回動することができるので、内輪又は外輪を回転させた時にすべてのカムを内輪及び外輪に対して速やかに係合又は係合を解除させることができる。

本発明の一方向クラッチの一構成例を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面の一部を示す拡大断面図である。 図１に示す一方向クラッチの分解斜視図である。 図１に示す一方向クラッチの動作を説明するための観念図である。 カムの配列を説明するための図である。 本発明の一方向クラッチの他の例における動作を説明するための観念図である。 本発明の一方向クラッチのさらに他の例における動作を説明するための観念図である。 固定手段の一構成例を示す斜視図である。 固定手段とカムとの位置関係を示す図である。

本発明の実施例を図１〜９を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一方向クラッチの一構成例を示す平面図である。図２は図１のＡ−Ａ線における断面の一部を示す拡大断面図である。図３は図１に示す一方向クラッチの分解斜視図である。
この一方向クラッチ１００は、同一のＸ軸上に相対回転可能に設けられる内輪１１０及び外輪１５０と、内輪１１０と外輪１５０との間に設けられた複数のカム１４０とを具えている。

各々のカム１４０は、内周側係合面１４１と外周側係合面１４６とを有し、両端面は平坦面とされている。
カム１４０の内周側係合面１４１は、内輪１１０を一方向に回転させた時又は外輪１５０を他方向に回転させた時に内輪１１０の外周係合面１１２と摩擦係合し、内輪１１０を他方向に回転させた時又は外輪１５０を一方向に回転させた時に内輪１１０の外周係合面１１２に対する係合が解除されるように構成されている。
カム１４０外周側係合面１４６は、内輪１１０を一方向に回転させた時又は外輪１５０を他方向に回転させた時に外輪１５０の内周係合面１５２と摩擦係合し、内輪１１０を他方向に回転させた時又は外輪５０を一方向に回転させた時に外輪１５０の内周係合面１５２に対する係合が解除されるように構成されている。
なお、カム１４０の形状は、適宜変更することができる。

また、すべてのカム１４０は、図４に示すように、外周側係合面１４６と外輪１５０の内周係合面１５２との接点Ｃにおける法線Ｈに対して重心位置Ｇが偏位して位置され、内輪１１０及び外輪１５０が互いに同方向に回転する時に所定の遠心力を受けて内輪１１０及び外輪１５０に対する係合方向に回動するように構成されている。
例えば、内輪１１０が一方向（時計方向、図４において回転方向を白抜きの矢印で示す。）に回転しており、外輪１５０が内輪１１０を上回る回転速度で内輪１１０と同方向に回転している、すなわち、クラッチが係脱（空転）しているとする。このとき、この一方向クラッチ１００では、カム１４０は、内輪１１０及び外輪１５０と同方向に回転（公転）しており、カム１４０の重心位置Ｇに作用する遠心力Ｆ₁ によってカム１４０を係合方向に回動させる回転モーメントが生じている。そして、内輪１１０の回転速度が大きくなり、又は外輪１５０の回転速度が小さくなり、内輪１１０の回転速度と外輪１５０の回転速度とが等しくなる瞬間、カム１４０は係合方向に回転モーメントを受けているため、クラッチは係合する（かみ合う）。このようにして、この一方向クラッチ１００では、クラッチのかみ合い時に、従来の一方向クラッチにおいて用いられているスプリング等による付勢力に相当する力をカム１４０に付与することができる。

カム１４０は、周方向に殆ど隙間なく配設されていることが好ましい。
この例においては、図５に示すように、複数のカム１４０の各々の外周側係合面１４６を外輪（図示省略）の内周係合面１５２に接触させ、複数のカム１４０の内、第一カム１４０ａ以外のカム１４０を互いに密着させた状態で、第一カム１４０ａを径方向内側に移動させたとき、第一カム１４０ａがその両隣のカム１４０ｂ，１４０ｃに接するように構成するのがよい。すなわち、第一カム１４０ａ以外のカム１４０を互いに密着させた状態において、第一カム１４０ａの両隣のカム１４０ｂ，１４０ｃの最近位の間隔Ｗａが、第一カム１４０ａの幅Ｗｂよりも小さい構成とすることが好ましい。このような構成とされることにより、外輪１５０、第一カム１４０ａ以外のカム１４０、および後述の外周側側板１３０を組み付けた状態、すなわち内輪１１０がない状態であっても、第一カム１４０ａが内輪側に脱落することがないため、組立性が良く、一方向クラッチを簡便に組立てることができる。また、高い伝達トルク容量を実現することができる。

本実施形態の一方向クラッチ１００においては、内輪１１０が、内輪１１０とともに回転し、カム１４０に対して軸方向両側に位置する内周側側板を具えているとともに、外輪１５０が、外輪１５０とともに回転し、カム１４０に対して軸方向両側に位置する内周側側板を具えている。なお、内輪１１０及び外輪１５０の少なくとも一方が側板を具えた構成とされていればよい。

内周側側板１２０は、複数のカム１４０の各々の端面における内周側部分を覆う円環板状であって、内輪１１０の両端面の各々における内周縁部に形成された軸方向外方に突出する円筒状の軸部１１５に外嵌されて内輪１１０と一体的に回転するように固定されている。

外周側側板１３０は、複数のカム１４０の各々の端面における外周側部分を覆う円環板状であって、外輪１５０の両端面の各々において外周縁に沿って延びるよう形成された軸方向外方に突出する周壁部１５５の内周面に対して内嵌されて外輪１５０と一体的に回転するように固定されている。
ここに、内側板１２０の外周面と外側板１３０の内周面とは離間しており、カム１４０の端面の一部が露出された状態とされている。

内側板１２０及び外側板１３０は、止め輪（図示せず）で抜け止めされ、内輪１１０及び外輪１５０と一体的に回転するように固定されていてもよい。また、内側板１２０及び外側板１３０は、ボルト等で内輪１１０及び外輪１５０に締結されて固定されていてもよい。

本実施形態の一方向クラッチ１００においては、カム１４０の端面と内周側側板１２０の内面との間及びカム１４０の端面と外周側側板１３０の内面との間に、潤滑剤（図示省略）が充填された構成とされていることが好ましい。
例えば内輪１１０が他方向（反時計方向）に回転すると、図６（ａ）に示すように、内輪１１０に固定されている内周側側板１２０も内輪１１０と同方向に回転する。次いで、内周側側板１２０の内面とカム１４０の端面との間の潤滑剤もその粘性によって同方向に回転しようとし、カム１４０の両端面における内周側側板１２０と対向する領域には、カム１４０を内輪１１０及び外輪１５０に対する係合が解除される方向に回動させる力Ｆ₂ が作用する。このようにして、この一方向クラッチ１００では、図６（ｂ）に示すように、内輪１１０を他方向に回転させた時に、潤滑剤の粘性によってカム１４０を内輪１１０及び外輪１５０に対する係合が解除される方向に回動させカム１４０を内輪１１０から離脱（リフトオフ）させることができる。なお、潤滑剤の粘度は、カム１４０を内輪１１０と同方向に回転させることができるものとする。

図示しての説明は省略するが、外輪を他方向（反時計方向）に回転させたときに、複数のカムの各々の内周側係合面を内輪の外周係合面から離脱させて内輪の外周係合面と接触しない状態が得られるように構成されていてもよい。

また、本発明の一方向クラッチにおいては、潤滑剤の供給構造を具えた構成とされていることが好ましい。
この一方向クラッチにおいては、図７（ａ）に示すように、複数のカム１４０は、隣接する２つのカム１４０の周面、内輪２１０の外周面および内周側側板２２０の内面によって閉空間Ｓを形成するように互いに接する状態で配列されており、内輪１１０が潤滑剤を閉空間に継続的に供給する油路２１３を具えた構成とされている。
油路２１３は、内輪２１０の側面におけるカム間に形成された複数個所の閉空間の各々に対応する位置に形成された径方向に延びる貫通孔により構成されている。

本実施形態の一方向クラッチにおいては、例えば内輪２１０を他方向（反時計方向）に回転させると、図７（ｂ）に示すように、カム１４０が内輪２１０の外周係合面２１２および外輪１５０の内周係合面１５２に対する係合が解除される方向に回動する。次いで、内輪２１０の内部空間を流通する潤滑剤１６０が油路２１３を介して閉空間Ｓに継続的に供給されると、該閉空間Ｓの体積が広がる方向に圧力が加わるので、複数のカム１４０の各々の内周側係合面１４１を内輪２１０の外周係合面２１２から離脱させて内輪２１０の外周係合面２１２と接触しない状態とすることができる。

また、本実施形態の一方向クラッチにおいては、内周側側板の内面とカム端面との間に潤滑剤が充填された構成とされていてもよい。このような構成によれば、一方向クラッチの空転時において、潤滑剤が閉空間に継続的に供給されることによる圧力の作用に加え、内周側側板の内面とカムの端面との間に充填された潤滑剤の粘性の作用によって、カムの内周側係合面と内輪の外周係合面とが接触しない状態を確実に得ることができる。

本発明の一方向クラッチにおいては、複数のカムの各々を内輪または外輪に固定する固定手段を具えた構成とされていてもよい。
固定手段は、複数のカムの各々を周方向において等間隔毎に保持するように構成される。固定手段の一構成例を図８に示す。

この固定手段１７０は、外輪の内周面に嵌合する円筒状の基部１７１と、基部１７１の一端面上において周方向に等間隔毎に並んで形成された、軸方向外方に突出する複数の片状のスペーサ部１７２とを具えている。この固定手段１７０においては、図９に示すように、隣接するスペーサ部１７２間に形成された空間に、カム１４０の外周縁部分が受容されカムの周方向位置が規制されている。
なお、固定手段は、円環板状の基部の一端面において外周縁に沿って周方向に等間隔毎に並ぶ軸方向外方に突出する複数の片状のスペーサ部が形成されたものとすることができる。このような固定手段によれば、円環板状の基部を外側板として機能させることができる。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
例えば、内側板及び外側板は、内輪及び外輪と別部材で構成されている必要はなく、内輪及び外輪と一体に形成された構成とされていても、内輪及び外輪の一部により構成されていてもよい。
また、本発明の一方向クラッチは、潤滑剤を供給するタイプのものの他、外輪と内輪の間をシール部材で密閉して、グリスを充填したタイプのものとすることもできる。

以上に説明したように、本発明によれば、シンプルで製造し易く、軸方向に小型化が図られ、軽量で、壊れ難く、高速空転時の摩耗を防ぐことができる一方向クラッチを提供することができる。

１００ ・・・ 一方向クラッチ
１１０，２１０ ・・・ 内輪
１１２，２１２ ・・・ 外周係合面
２１３ ・・・ 油路
１１５ ・・・ 軸部
１２０，２２０ ・・・ 内周側側板
１３０ ・・・ 外周側側板
１４０，１４０ｂ，１４０ｃ ・・・ カム
１４０ａ ・・・ 第一カム
１４１ ・・・ 内周側係合面
１４６ ・・・ 外周側係合面
１５０ ・・・ 外輪
１５２ ・・・ 内周係合面
１５６ ・・・ 周壁部
１６０ ・・・ 潤滑剤
１７０ ・・・ 固定手段
１７１ ・・・ 基部
１７２ ・・・ スペーサ部
Ｃ ・・・ カムと外輪との接点
Ｈ ・・・ 接点における法線
Ｇ ・・・ カム重心位置

Claims (4)

1. 同軸上に相対回転可能に設けられている内輪及び外輪と、前記内輪と外輪との間の周方向に設けられている複数のカムとを具え、前記内輪を一方向に回転させた時又は前記外輪を他方向に回転させた時に前記複数のカムの各々が前記内輪及び前記外輪と摩擦係合し、前記内輪を他方向に回転させた時又は前記外輪を一方向に回転させた時に前記内輪又は前記外輪が空転するように構成されている一方向クラッチであって、
   前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、該内輪又は外輪とともに回転し、前記カムに対して軸方向両側に位置する側板を具え、
   前記複数のカムの各々は、前記内輪及び前記外輪が互いに同方向に回転する時に所定の遠心力を受けて前記内輪及び前記外輪に対する係合方向に回動するように構成されており、
   前記複数のカムを前記内輪及び前記外輪に接触するように付勢する付勢手段を具備せず、
   前記側板は、前記複数のカムの各々の端面における内周側部分又は外周側部分を覆う円環板状のものであって、
   前記複数のカムの各々の端面と前記側板の内面との間に潤滑剤が充填され、
   前記複数のカムの各々は、前記側板を具えた内輪又は外輪を空転方向に回転した時に潤滑剤の粘性によって該複数のカムの各々の端面に作用する力で回動して内周側係合面が前記内輪の外周係合面から離脱するように構成されていることを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記内輪が、前記複数のカムの各々の端面における内周側部分を覆う円環板状の内周側側板を具え、
   前記複数のカムは、隣接するカムの周面、前記内輪の外周面及び前記内周側側板の内面によって閉空間を形成するように互いに接する状態で配列され、
   前記内輪が、クラッチの空転時に前記閉空間に潤滑剤を継続的に供給する油路を具えていることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記外輪が、前記複数のカムの各々の端面における外周側部分を覆う円環板状の外周側側板を具え、
   前記複数のカムの各々は、前記内輪又は外輪を空転方向に回転させた時に潤滑剤の粘性によって該複数のカムの各々が回動して内周側係合面が前記内輪の外周係合面から離脱するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 前記複数のカムの各々を前記内輪又は前記外輪に固定する固定手段を具えており、該固定手段は、前記複数のカムの各々を周方向において等間隔毎に保持するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の一方向クラッチ。

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