(57)【要約】【課題】ロック時の応力集中を抑制する。【解決手段】ワンウェイクラッチＣＬは、内輪２１と、外輪２２と、内輪および外輪の間に形成され、周方向一方側に向かうにつれ径方向の間隔が狭くなるくさび状空間２４と、くさび状空間内に収容され周方向に転動可能なローラ３０と、ローラを周方向一方側に付勢する付勢手段とを備える。くさび状空間を形成する外輪の内周面が、軸方向の抜き勾配を有する。ローラの外周面が、抜き勾配に合わせて外径が軸方向に変化するテーパ部を有する。【選択図】図１
2019120272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、
前記内輪と同軸に配置された外輪と、
前記内輪および前記外輪の間に形成され、周方向一方側に向かうにつれ径方向の間隔が狭くなるくさび状空間と、
前記くさび状空間内に収容され周方向に転動可能なローラと、
前記ローラを周方向一方側に付勢する付勢手段と、
を備え、
前記くさび状空間を形成する前記外輪の内周面が、軸方向の抜き勾配を有し、
前記ローラの外周面が、前記抜き勾配に合わせて外径が軸方向に変化するテーパ部を有する
ことを特徴とするワンウェイクラッチ。
【請求項２】
前記ローラに、その軸方向の向きを特定するための識別マークが設けられる
請求項１に記載のワンウェイクラッチ。
【請求項３】
前記抜き勾配が、軸方向の一端側から他端側に向かって前記外輪の内周面を徐々に拡径させるような抜き勾配であり、
前記識別マークが、前記ローラの軸方向他端側の端面に設けられる
請求項２に記載のワンウェイクラッチ。
【請求項４】
前記識別マークが、凹部により形成される
請求項２または３に記載のワンウェイクラッチ。
【請求項５】
車両のスタータのオーバーランニングクラッチに適用されるように構成された
請求項１〜４のいずれか一項に記載のワンウェイクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はワンウェイクラッチに係り、特に、車両のスタータのオーバーランニングクラッチに適用可能なワンウェイクラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関を始動するため、車両にはスタータが装備されている。スタータは、内燃機関の始動時には内燃機関にトルクを伝達する一方、内燃機関の始動後には直ちに内燃機関からのトルクを断つ必要がある。このためスタータには、スタータ側から内燃機関側へのトルク伝達のみを許容し、逆方向のトルク伝達を禁止するオーバーランニングクラッチ、すなわちワンウェイクラッチが設けられている。
【０００３】
一般にワンウェイクラッチは、内輪と外輪の間に形成され周方向一方側に向かうにつれ径方向の間隔が狭くなるくさび状空間と、くさび状空間内に収容されたローラと、ローラを周方向一方側に付勢する弾性部材とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１０６４３１号公報
【特許文献２】特開昭５９−７７１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に外輪は冷間鍛造により形成されるため、その内周面には凸型を抜くための軸方向の抜き勾配が付けられている。くさび状空間を形成する外輪の内周面も同様である。よってくさび状空間の径方向の間隔は、軸方向の一端側から他端側に向かうにつれ徐々に大きくなっている。
【０００６】
しかし、ローラの外径は一定であるため、ワンウェイクラッチのロック時にローラの軸方向一端側の端部とくさび状空間の内面との接触部に応力が集中し、この応力集中によって表面剥離や亀裂等の破損が生じる虞がある。
【０００７】
そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、ロック時の応力集中を抑制できるワンウェイクラッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一の態様によれば、
内輪と、
前記内輪と同軸に配置された外輪と、
前記内輪および前記外輪の間に形成され、周方向一方側に向かうにつれ径方向の間隔が狭くなるくさび状空間と、
前記くさび状空間内に収容され周方向に転動可能なローラと、
前記ローラを周方向一方側に付勢する付勢手段と、
を備え、
前記くさび状空間を形成する前記外輪の内周面が、軸方向の抜き勾配を有し、
前記ローラの外周面が、前記抜き勾配に合わせて外径が軸方向に変化するテーパ部を有する
ことを特徴とするワンウェイクラッチが提供される。
【０００９】
好ましくは、前記ローラに、その軸方向の向きを特定するための識別マークが設けられる。
【００１０】
好ましくは、前記抜き勾配が、軸方向の一端側から他端側に向かって前記外輪の内周面を徐々に拡径させるような抜き勾配であり、
前記識別マークが、前記ローラの軸方向他端側の端面に設けられる。
【００１１】
好ましくは、前記識別マークが、凹部により形成される。
【００１２】
好ましくは、前記ワンウェイクラッチが、車両のスタータのオーバーランニングクラッチに適用されるように構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、ロック時の応力集中を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】スタータおよびその周辺の概略構成図である。
【図２】ワンウェイクラッチの要部断面図であり、（Ａ）はロック時、（Ｂ）はアンロック時を示す。
【図３】一般的なローラを用いた場合の応力分布を示す概念図である。
【図４】本実施形態のローラを示し、（Ａ）は端面図、（Ｂ）は正面図である。
【図５】本実施形態のローラを用いた場合の応力分布を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
【００１６】
図１は、本実施形態のワンウェイクラッチが適用されたスタータおよびその周辺の概略構成図である。スタータＳＴは、図示しない車両に搭載された内燃機関（エンジン）を始動すべく、車両に搭載される。本実施形態のワンウェイクラッチＣＬは、スタータＳＴのオーバーランニングクラッチに適用されるように構成されている。なお車両および内燃機関の種類、用途等に特に限定はないが、車両はトラック等の大型車両であってよく、内燃機関はディーゼルエンジンであってよい。
【００１７】
スタータＳＴは、電動モータ１、メイン接点２、プランジャ３、保持コイル４、吸引コイル５、戻りバネ６、回動レバー７、ワンウェイクラッチＣＬ、およびピニオン軸８を備える。スタータＳＴは車載バッテリ９から給電され、スタータスイッチ１０のオン・オフによってオン・オフされる。スタータＳＴがオンされると、図中矢示するようにピニオン軸８がエンジンのリングギヤ１１に噛み込み、同時にモータ１がオンされてピニオン軸８およびリングギヤ１１を回転駆動する。リングギヤ１１がエンジンのクランクシャフトに接続されているので、これによりクランクシャフトが回転駆動され、エンジンが始動される。
【００１８】
図１はスタータＳＴがオフの状態を示す。このときプランジャ３は戻りバネ６により図中右側のオフ位置に付勢されている。またピニオン軸８はリングギヤ１１に噛合しない図中左側のオフ位置に位置される。ピニオン軸８は、軸本体１２とピニオンギヤ１３とを一体的に有する。軸本体１２が、ワンウェイクラッチＣＬの出力部である内輪２１にスプライン１４により係合されることで、ピニオン軸８はワンウェイクラッチＣＬの内輪２１に対し軸方向（図中左右方向）にスライド移動可能である。
【００１９】
モータ１の出力軸１５の先端にはピニオンギヤ１６が設けられ、このピニオンギヤ１６はアウターギヤ１７に常時噛合される。アウターギヤ１７は、ワンウェイクラッチＣＬの入力部である外輪２２の外周面に形成されている。
【００２０】
回動レバー７は、レバー中心１８の周りを、プランジャ３の軸方向（左右方向）移動に連動して回動する。回動レバー７は、プランジャ３の軸方向移動をピニオン軸８に伝達し、ピニオン軸８を軸方向移動させるためのものである。
【００２１】
次に、スタータＳＴの作動を説明する。スタータスイッチ１０がオンされると、バッテリ９からの電流が保持コイル４に流れてアースＥに至る。このとき、プランジャ３に巻き付けられた保持コイル４および吸引コイル５に流れた電流によって、磁界が発生し、プランジャ３を矢示の如く図中左側へ動かすような電磁力すなわち駆動力が発生する。
【００２２】
この駆動力により、プランジャ３は図中左側に軸方向移動する。この軸方向移動は、回動レバー７を矢示の如く反時計回りに回動させ、この回動はピニオン軸８を矢示の如く図中右側にスライド移動させる。
【００２３】
同時に、吸引コイル５を経由してモータ１、アースＥへと至る比較的小さい電流によって、モータ１が緩やかに回転する。
【００２４】
ピニオン軸８が仮想線で示す如くリングギヤ１１に噛み込むのと同時に、プランジャ３が仮想線で示す如くメイン接点２を閉じる。この時のピニオン軸８およびプランジャ３の位置をオン位置という。これによりモータ１はバッテリ９と直結状態となり、モータ１に大電流が流れ、モータ１が強力に回転駆動される。
【００２５】
モータ１の回転は、ピニオンギヤ１６、ワンウェイクラッチＣＬ、ピニオン軸８、リングギヤ１１へと順次伝達される。これによりクランクシャフトが回転駆動され、エンジンが始動される。
【００２６】
この段階では、吸引コイル５の入口部と出口部が同電位となるため、吸引コイル５には電流が流れない。よって吸引コイル５によるプランジャ３の駆動力は消失するが、プランジャ３は既に移動後であり、その後は位置を保持するだけでよいので、保持コイル４の駆動力によりプランジャ３の位置が保持される。
【００２７】
次に、エンジンの始動が完了してスタータスイッチ１０がオフされた場合は次のようになる。スタータスイッチ１０がオフされた瞬間では、まだメイン接点２が閉じたままである。よって瞬間的に、バッテリ９から吸引コイル５、保持コイル４へと流れる電流が発生する。
【００２８】
すると、両コイルの電磁力が相殺されるので、両コイルによるプランジャ３への駆動力が実質的に消失し、プランジャ３は戻りバネ６によって右側のオフ位置に戻される。すると前記と逆の動きで、ピニオン軸８はリングギヤ１１から左側に引き抜かれ、同時にモータ１が停止され、スタータＳＴがオフされる。
【００２９】
ワンウェイクラッチＣＬにおいて、エンジン始動中にモータ１がオンされているときには、外輪２２と内輪２１が一体化すなわちロックしてピニオンギヤ１６の回転がピニオン軸８に伝達される。他方、エンジン始動完了後（エンジン始動後）にピニオン軸８がエンジン側から駆動されたときには、外輪２２と内輪２１が切り離され、ピニオン軸８の回転がピニオンギヤ１６に伝達されない。エンジンによるモータ１の連れ回りは防止される。こうした動作を行うワンウェイクラッチＣＬの構造を以下に説明する。
【００３０】
ワンウェイクラッチＣＬは、前述の内輪２１と外輪２２を有する。内輪２１および外輪２２は、クラッチ中心軸Ｃに同軸に、かつ互いに同軸に、かつ軸回りに相対回転可能に配置されている。外輪２２は内輪２１の半径方向外側に回転可能に嵌合されている。但し内輪２１に対する外輪２２の軸方向移動は図示しないストッパにより規制されている。またスタータボディに対する外輪２２の軸方向移動も図示しないストッパにより規制され、ワンウェイクラッチＣＬは一定位置に保持される。内輪２１の中心部に、軸方向に貫通するスプライン穴２３が設けられ、これにピニオン軸８のスプライン１４が軸方向スライド可能に挿入係合される。
【００３１】
図２（Ａ）にも詳細に示すように、内輪２１と外輪２２の間にはくさび状空間２４が形成される。くさび状空間２４は、周方向一方側すなわちロック側に向かうにつれ径方向の間隔が狭くなるような空間である。くさび状空間２４は外輪２２の周方向に等間隔で複数形成される。
【００３２】
内輪２１の外周面２５は、周方向および軸方向において半径一定の単なる円筒面とされる。これに対し、外輪２２の内周面２６は、くさび状空間２４の形成箇所に、径方向外側に凹まされた凹部２７を有する。内輪外周面２５と対向する凹部底面がカム面２８をなし、このカム面２８と内輪外周面２５との径方向間隔はロック側に向かうにつれ狭くなる。例えば図中のロック側の所定位置の間隔Ｄ１は、周方向他方側すなわちアンロック側の所定位置の間隔Ｄ２より狭い。従ってカム面２８は内輪外周面２５と平行ではなく、ロック側がアンロック側より内輪外周面２５に近づくよう傾斜される。こうして、カム面２８と内輪外周面２５によりくさび状空間２４が画成される。
【００３３】
各くさび状空間２４内にはローラ３０が周方向に転動可能に収容されている。ローラ３０は軸方向に伸長され、断面円形である。
【００３４】
また各くさび状空間２４内には、ローラ３０をロック側に付勢する付勢手段としての弾性部材、具体的にはコイルスプリング３１も収容されている。すなわち、凹部２７のアンロック側端部にはスプリング室３２が形成され、このスプリング室３２内にコイルスプリング３１が、ローラ３０に隣接して、かつ周方向に沿う姿勢で、圧縮状態で配置されている。従ってコイルスプリング３１は図２（Ａ）に矢示するようにローラ３０をロック側に押す押しバネとして機能する。
【００３５】
エンジン始動中にモータ１がオンされたとき、外輪２２がピニオンギヤ１６から回転方向Ｒの回転トルクを受ける。この回転方向Ｒはロック側からアンロック側に向かう方向である。外輪２２が回転トルクを受けると、外輪２２が回転方向Ｒに回転し、この回転は、コイルスプリング３１によりロック側に押されているローラ３０に対し外輪２２を回転方向Ｒに回転させる相対回転を一瞬生じさせる。この相対回転によりローラ３０はくさび状空間２４内で相対的にロック側に移動し、カム面２８と内輪外周面２５との間に強固に挟まれる。これにより外輪２２と内輪２１がロックされ、外輪２２の回転トルクが内輪２１に伝達されると共に、外輪２２と内輪２１は一体となって回転するようになる。
【００３６】
他方、図２（Ｂ）に示すように、エンジンの始動完了直後、ピニオン軸８および内輪２１がエンジン側から逆駆動される。このとき内輪２１は、外輪２２よりも高い回転速度で回転方向Ｒに回転する。このため内輪２１は、矢示の如くローラ３０をくさび状空間２４内で相対的にアンロック側に移動させ、ローラ３０による外輪２２と内輪２１のロックを解除させる。これにより内輪２１および外輪２２が互いにフリーになり、内輪２１および外輪２２間での回転トルクの伝達は無くなる。
【００３７】
このように、回転方向Ｒにおいて外輪２２が内輪２１より高い回転速度で回転しようとするときには、外輪２２と内輪２１がロックされ、外輪２２の回転トルクが内輪２１に伝達される。他方、内輪２１が外輪２２より高い回転速度で回転しようとするときには、外輪２２と内輪２１がアンロックされ、外輪２２と内輪２１間で回転トルクは伝達されなくなる。
【００３８】
なお図１に示すように、くさび状空間２４の軸方向両端は適宜な手段によって閉鎖され、ローラ３０およびコイルスプリング３１の脱落が防止される。本実施形態では、軸方向一端側（図中右側）に外輪２２の端壁３３が形成され、これによりくさび状空間２４の軸方向一端が閉鎖されている。また、軸方向他端側（図中左側）に蓋板３４が取り付けられ、これによりくさび状空間２４の軸方向他端が閉鎖されている。
【００３９】
さて、こうしたワンウェイクラッチＣＬには次のような問題がある。
【００４０】
外輪２２は鍛造、特に冷間鍛造により形成され、その内周面２６は凸型により成形される。そのため内周面２６には凸型を抜くため、軸方向の極僅かな（例えば０．５〜２°程度）抜き勾配が付けられている。くさび状空間２４を形成する外輪２２の内周面、具体的にはカム面２８にも同様に軸方向の抜き勾配が付けられている。よってくさび状空間２４の径方向の間隔は、軸方向の一端側から他端側に向かうにつれ徐々に大きくなっている。本実施形態の場合、図１に示すように、くさび状空間２４の軸方向他端側（図中左側）において外輪２２が開放されており、この軸方向他端側が型抜き方向とされると共に、この軸方向他端側からローラ３０とコイルスプリング３１がくさび状空間２４内に挿入される。カム面２８の内径と、くさび状空間２４の径方向の間隔とは、この軸方向他端側に向かって徐々に大きくなる。従って軸方向他端側から見れば、くさび状空間２４は奥側の径方向間隔が狭まっているように見える。なお前述したように、内輪２１の外周面２５の外径は周方向および軸方向において一定である。
【００４１】
図３に示すように、くさび状空間２４に、一般的な外径一定のローラ３０Ａを収容した場合を仮定する。この場合、ワンウェイクラッチのロック時に、ローラ３０Ａの軸方向一端側（図中右側）の端部の角部が、くさび状空間２４の内面すなわちカム面２８に食い込み、両者の接触部に応力が集中する。この応力集中によって、ローラ３０Ａおよびカム面２８の少なくとも一方に表面剥離や亀裂等の破損が生じる虞がある。
【００４２】
そこで本実施形態では、かかる問題を解決するため、図４および図５に示すように、外周面３５にテーパ部３６を有するローラ３０を用いることとした。テーパ部３６は、図５に示すような外輪２２の抜き勾配θに合わせて外径Ｄが軸方向に変化するものである。なお図４（Ｂ）および図５の右側が軸方向一端側、左側が軸方向他端側であり、図４（Ａ）は軸方向他端側から見たときの端面図である。
【００４３】
本実施形態では、ローラ３０の外周面３５全体がテーパ部３６となっている。テーパ部３６のテーパ角はβである。ローラ中心軸ＣＲに対するローラ外周面３５の傾斜角（ローラ傾斜角という）はαであり、β＝２αである。くさび状空間２４の径方向間隔の変化に合わせて、テーパ部３６は、軸方向他端側に向かうにつれ徐々に外径Ｄが拡大するようなテーパ形状とされる。
【００４４】
本実施形態において、ローラ傾斜角αは抜き勾配θの１／２の角度とされる。α＝θ／２である。これにより図５に示すように、テーパ部３６（ローラ３０）の断面形状とくさび状空間２４の断面形状とが合致し、テーパ部３６がカム面２８および内輪外周面２５の両方に、軸方向全長において線状接触させられる。なお下方の図は、ローラ３０を矢印ａの方向から見たときのカム面２８との接触領域ｂを示す。
【００４５】
ところでローラ傾斜角αは微小な角度であるため、外観や触感からローラ３０の軸方向の向きを特定するのは困難である。そこで本実施形態では、その軸方向の向きを容易に特定できるようにするため、識別マークがローラ３０に設けられている。これによりローラ３０の誤組付を防止できる。
【００４６】
本実施形態において、識別マークは凹部３７により形成される。凹部３７はローラ３０の端面、特に軸方向他端側の端面３８に設けられる。これにより凹部３７を見ながら、軸方向他端側から、ローラ３０をくさび状空間２４内に挿入でき、誤組付防止に非常に有効である。凹部３７は例えば端面３８にポンチ等を打ち込むことにより容易に形成される。この際の作業容易化のため、凹部３７は端面３８の中心に一つだけ設けられる。なお凹部３７の断面形状は三角形とされているがそれは任意に変更可能である。
【００４７】
本実施形態によれば、図５に示すように、ワンウェイクラッチのロック時に、ローラ３０の軸方向全長がカム面２８に接触するため、より広い面積で接触が可能であると共に、当該接触部において応力を分散し、均等化できる。よってロック時の応力集中を抑制し、ローラ３０等の破損を確実に抑制することができる。そして耐久性を高めると同時に、伝達トルクを増加することができる。応力集中を抑制しているため、クラッチを小型化しても必要な性能を担保できる。
【００４８】
なお内輪外周面２５に対してもローラ３０が軸方向全長で接触するため、応力を均等化できる。図３に示すように、一般的な外径一定のローラ３０Ａを用いた場合だと、本実施形態より明らかに接触領域ｂが狭くなり、応力集中が顕著となる。
【００４９】
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。
【００５０】
（１）例えばローラ３０は、その軸方向の一部にテーパ部３６を有してもよい。具体的には、ローラ３０の軸方向一端側の部分がテーパ部３６とされ、それより他端側の部分はテーパ部３６の最大外径に等しい一定外径とされてもよい。
【００５１】
（２）ローラ傾斜角αは、必ずしも抜き勾配θの１／２の角度に等しくなくてもよく、その角度より僅かに大きいか、あるいは小さくてもよい。こうしても一般的な外径一定のローラ３０Ａよりは応力集中を回避できるからである。
【００５２】
（３）識別マーク（凹部３７）の数および位置は変更可能である。また識別マークは凹部３７以外のもの、例えば刻み、切り込み、焼き付け、着色等によっても形成することができる。識別マークは端面以外の場所に形成してもよい。
【００５３】
（４）外輪２２は鍛造以外の製法、例えば精密鋳造によって作製されてもよい。
【００５４】
（５）付勢手段はコイルスプリング３１に限らず、板バネ、皿バネ、ゴム等の他の弾性部材によって形成されてもよい。
【００５５】
（６）本開示に係るワンウェイクラッチは車両用スタータ以外の用途にも適用可能である。
【００５６】
前述の各実施形態および各変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
２１  内輪
２２  外輪
２４  くさび状空間
２８  カム面
３０  ローラ
３１  コイルスプリング
３５  外周面
３６  テーパ部
３７  凹部
３８  端面
ＣＬ  ワンウェイクラッチ
ＳＴ  スタータ
θ  抜き勾配
【図１】
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【図２】
2019120272.tif 000004
【図３】
2019120272.tif 000005
【図４】
2019120272.tif 000006
【図５】
2019120272.tif 000007