(57)【要約】  本発明は、クランピングボディ（固定体）フリーホイール用のクランピングボディ（３）に関し、クランピングボディ（３）は、複数の輪郭部でできた輪郭を有している。クランピングボディは、内側の固定曲線と、外側の固定曲線と、第１および第２の側方曲線との少なくとも１つの輪郭部を備え、それによって、外側および内側の固定曲線（７、８）は、対数螺旋（１１）の一部分を形成している。
2008527270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側レースと外側レースの間に間隙の大きさＨを有するスプラグ型フリーホイールクラッチ用のスプラグであって、複数の輪郭部から構成される輪郭を有し、内側の係合曲線と、外側の係合曲線と、第１および第２の側方曲線との輪郭部を少なくとも有しており、前記外側の係合曲線（８）および内側の係合曲線（７）全体が、同じ対数螺旋（１１）の一部分を形成することを特徴とするスプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスプラグであって、前記第１の側方曲線（９）が、隣接している内向きに凸状であるピッチ円（２１）と共に直線部（１２）によって画定されること、ならびに、前記第２の側方曲線（１０）が、隣接している、相対して凸状である２つの円形部（１４、１５）から構成されることを特徴とするスプラグ。
【請求項３】
請求項１に記載のスプラグであって、前記外側の係合曲線（８）および前記内側の係合曲線（７）によって規定される角度が、いずれの場合も５７°から６３°であることを特徴とするスプラグ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスプラグであって、前記係合曲線（７、８）および前記側方曲線（９、１０）が接続円形部（１６、１７、１８、１９）によって形成される輪郭部（６）として接続されるように、前記輪郭（５）が設計されることを特徴とするスプラグ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスプラグであって、各輪郭部（６）が、隣の輪郭部（６）に接線方向に結合することを特徴とするスプラグ。
【請求項６】
請求項５に記載のスプラグであって、
前記対数螺旋（１１）が次式のパラメータによって定義され、
【数１】
2008527270.tif 000007
上式で、ｒが半径を示し、αが２つの平行平面間で測定された前記スプラグの係合角度を示し、
横座標が、φ＝０°である動径ベクトルによって形成され、縦座標が、φ＝９０°である動径ベクトルによって形成され、
前記外側の係合曲線（８）がφ１＝８２°からφ２＝１３３°まで延び、
前記内側の係合曲線（７）がφ３＝２６１°からφ４＝３２０°まで延び、
前記第２の側方曲線（１０）の前記第１の円形部（１４）が、座標（−０．３Ｈ；＋０．５Ｈ）を有する中心ｍ１と半径ｒ１＝０．７Ｈとを有する円の上に存在し、
前記ピッチ円（２１）が、座標（−０．４Ｈ；＋０．２Ｈ）を有する中心ｍ２と半径ｒ２＝０．３Ｈとを有する円の上に存在し、
前記第２の側方曲線（１０）の前記第２の円形部（１５）が、中心ｍ３が、前記ピッチ円（２１）の中心から０．９Ｈ、前記縦軸から０．４Ｈ離れ、前記外側および内側の係合曲線の間にあり、前記第２の円形部（１５）の半径が、ｒ３＝０．３Ｈであり、
前記第１の側方曲線（１０）の前記直線部（１２）が、前記ピッチ円（２１）と前記縦軸との交点から、β＝１８０°＋４２°の角度で前記内側の係合曲線（７）の方向に延び、
前記ピッチ円（２１）を前記外側の係合曲線（８）に接続する前記接続円形部（１６）が、ｒ４＝＜０．１Ｈの半径を有し、
前記外側の係合曲線（８）を前記第１の円形部（１４）に接続する前記接続円形部（１７）が、ｒ５＝＜０．１Ｈの半径を有し、
前記第２の円形部（１５）を前記内側の係合曲線（７）に接続する前記接続円形部（１８）が、ｒ６＜０．１Ｈの半径を有し、
前記内側の係合曲線（７）を前記直線部（１２）に接続する前記接続円形部（１９）が、ｒ７＜０．１Ｈの半径を有することを特徴とするスプラグ。
【請求項７】
請求項５に記載のスプラグであって、
前記対数螺旋（１１）が次式のパラメータによって定義され、
【数２】
2008527270.tif 000008
上式で、ｒが半径を示し、αが２つの平行平面間で測定された前記スプラグの係合角度を示し、
横座標が、φ＝０°である動径ベクトルによって形成され、縦座標が、φ＝９０°である動径ベクトルによって形成され、
前記外側の係合曲線（８）がφ１＝８０°からφ２＝１４２°まで延び、
前記内側の係合曲線（７）がφ３＝２５９°からφ４＝３２０°まで延び、
前記第２の側方曲線（１０）の前記第１の円形部（１４）が、座標（−０．２８６Ｈ；＋０．５０８Ｈ）を有する中心ｍ１と半径ｒ１＝０．７１５Ｈとを有する円の上に存在し、
前記ピッチ円（２１）が、座標（−０．４２９Ｈ；＋０．２２２Ｈ）を有する中心ｍ２と半径ｒ２＝０．３３５Ｈとを有する円の上に存在し、
前記第２の側方曲線（１０）の前記第２の円形部（１５）が、中心ｍ３が、前記ピッチ円（２１）の中心から０．９２９Ｈ、前記縦軸から０．３７３Ｈ離れ、前記外側および内側の係合曲線の間にあり、前記第２の円形部（１５）の半径が、ｒ３＝０．２８６Ｈであり、
前記第１の側方曲線（１０）の前記直線部（１２）が、前記ピッチ円（２１）と前記縦軸との交点から、β＝１８０°＋４２°の角度で前記内側の係合曲線（７）の方向に延び、
前記ピッチ円（２１）を前記外側の係合曲線（８）に接続する前記接続円形部（１６）が、ｒ４＝０．０６４Ｈの半径を有し、
前記外側の係合曲線（８）を前記第１の円形部（１４）に接続する前記接続円形部（１７）が、ｒ５＝０．０４８Ｈの半径を有し、
前記第２の円形部（１５）を前記内側の係合曲線（７）に接続する前記接続円形部（１８）が、ｒ６＝０．０７９Ｈの半径を有し、
前記内側の係合曲線（７）を前記直線部（１２）に接続する前記接続円形部（１９）が、ｒ７＝０．０５６Ｈの半径を有することを特徴とするスプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプラグ型フリーホイールクラッチ用のスプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
スプラグ型フリーホイールクラッチは、例えば自動変速機においてまたはコンベヤにおいて一方向クラッチとして使用されている。スプラグ型フリーホイールクラッチは、一方向にのみ、いわゆるロック方向にねじり荷重を伝達する。他の方向、すなわちアイドリング方向において、スプラグ型フリーホイールクラッチは自由に移動する。そのような効果を達成するために、スプラグ型フリーホイールクラッチは、互いに同軸でありまた双方が離れていることにより間隙の大きさＨを画定する内側レースおよび外側レースと、それらのレース間で傾斜することができるように配置されたスプラグとを備えている。
【０００３】
スプラグ型フリーホイールクラッチのくさび止め表面において、スプラグは凸状のくさび面を有している。これらの面は、傾斜角が変動するとスプラグ高さが半径方向に変動するように設計されている。係合シーケンスを開始するために、スプラグは、例えばばねによって、レースによって画定されるくさび軌道に対して押し付けられる。傾斜動作の方向は、２つのレースの相対運動に依存する。したがって、相対運動は、ある方向においては、半径方向のスプラグ高さを、したがって摩擦を減少させる傾斜運動となり（アイドリング方向）、他の方向においては、摩擦結合が確立されかつトルクが伝達されうるように半径方向のスプラグ高さを増加させる傾斜運動となる。
【０００４】
アイドリング方向での特定の相対角速度において、好適に選択された質量中心が与えられると、非対称の幾何学的形状により生じる慣性モーメントによってスプラグに作用する遠心力は、スプラグを軸の周りで旋回させる大きさに増加し、その結果、スプラグと外側レースとの間にクリアランスが生じる。それによって、磨耗のないアイドリング動作が確実となる。そのようなスプラグ型フリーホイールクラッチは、例えばＵＳ−Ａ２８２４６３５に開示されている。
【０００５】
この場合、特定の用途に応じて、異なる要件がスプラグに対して設けられる。そのスプラグは、低い慣性モーメントを有すると同時に高度な剛性を有するようにするために、軽い質量を有することが意図されている。シャフトとボアとの間の取りうる最大の許容差を、同時に低水準の応力でカバーするためには、長いくさび外形が有利である。スプラグはさらに、高い転倒荷重を有しかつ保持器内での大きな運動の自由度を有さなければならない。
【０００６】
剛性を増すために、スプラグは、例えばＤＥ１４５０１５８によれば、互いの鏡像として延び、外側および内側レースに対して支えられる湾曲部が、隣接する対数曲線部を有する円弧部から横方向に反転して得られるように設計されている。この場合、円弧部は、湾曲部全体の３／１０と５／１０の間を表す。第１の部分における円弧部は、フリーホイーリング状態に役立ち、残りの部分および対数曲線部はロッキングをもたらす。同時に、対数曲線部は、接触点における法線と動径ベクトルとの間の角度が対数曲線部全体にわたって一定であるように、また、スプラグが転動するとき係合角度が変化しないように設計されている。レースが偏心していることによるスプラグの傾斜運動はしたがって、係合角度にはほとんど影響を及ぼさない。
【０００７】
ＤＥ１４５０１５８に開示されているスプラグはしかしながら、大きな質量を有している。加えて、円弧状の構成要素がフリーホイール範囲に必要であり、係合角度はその範囲内で変化する。さらに、そのスプラグは、内側および外側レースの特定の組合せに対して設計されている。剛性は、スプラグの位置すなわち半径方向におけるスプラグの向きの関数として変動するため、間隙の大きさＨが別の用途において異なる場合、スプラグの特定の幾何学的形状は、その幾何学的形状を単に拡大・縮小するだけでは十分ではないことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的はしたがって、軽い質量を有すると同時に一定の高い剛性を有し、かつ単に拡大・縮小することによって異なるレースの組合せに適合させることができるスプラグを作製することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、スプラグの外側および内側係合曲線全体がそれぞれ、同じ対数螺旋の部分を形成するという点で、請求項１の特徴的形態によって達成される。
【００１０】
スプラグの輪郭は、外側および内側の係合曲線と側方曲線とから構成される。係合曲線はここでは対数螺旋から導かれ、側方曲線は接線方向に変化してこれらの係合曲線に接合する。外側および内側の係合曲線全体が１つの対数螺旋上に存在するという事実は、係合角度αが一定であることを意味する。係合角度αは荷重にかかわらず一定であり、また、間隙の大きさＨが変動する場合でも、依然として一定である。それによって、本発明によるスプラグは、円柱状のレースの偏心度を補正し、それによって耐用寿命を増すだけでなく、第二には、偏心軸にも特によく適しているが、これはその場合にも、スプラグ型フリーホイールクラッチ上の円周方向の荷重分布が一定であるからである。最後に、本発明によるスプラグは、その位相幾何学により、拡大・縮小が可能であり、すなわち、異なる間隙の大きさが要求される用途においては、適合する寸法に相似変換によって拡張するだけでよく、形状を変更する必要はない。
【００１１】
本発明によるスプラグの係合曲線は同じ対数螺旋上に存在するという事実が意味することとして、対数螺旋が基づく次式
【数１】
2008527270.tif 000003
【００１２】
のパラメータは、外側および内側の係合曲線に対して同じであり、上式において、αは２つの平行平面間で測定されたスプラグの係合角度を示し、ｃｏｔは余接関数を表す。ここで、φ＝０である点における動径ベクトルｒ０は、次式のとおりである。
【数２】
2008527270.tif 000004
【００１３】
一般に、湾曲率がより好ましくないことから、内側の係合曲線に対するヘルツ応力は、外側の係合曲線に対するものよりも大きい。スプラグ型フリーホイールクラッチの耐用寿命は、スプラグの内側の係合曲線に発生するピッチングに主に依存するため、耐用寿命は通常、この影響により制限される。本発明によるスプラグの場合、内側の係合曲線に対するヘルツ応力は、保持器を介して外側レースに対するものと厳密に同じであり、ばねは過度の応力から保護される。さらに、スプラグ型フリーホイールクラッチの機械装填においては、側部の識別を容易にし、それによって、間違った位置に装填することを避けるために、側方曲線の設計を可能な限り異なるものにすると有利であるため、第１の側方曲線に接続される直線部により、組立てが容易となる。
【００１４】
スプラグを記述するすべての変数は、内側レースと外側レースとの間隙の大きさＨの小数倍としてパラメータ化することができ、用途によって事前に決めることができる。このようにして設計されたスプラグは、それによって任意の寸法に縮小・拡大することができ、したがって、内側レースと外側レースの多数の異なる間隔に対して使用することができる。従来技術のスプラグには、このことは当てはまらないが、それは、間隔が増すとフリーホイールクラッチにおける湾曲率も変動し、単に拡大されたスプラグは異なる負荷応力を受けるからである。一方、本発明によるスプラグにおいては、剛性はほとんど一定である。好適なスプラグの外形を再開発するにはコストがかかるが、そのような再開発は排除される。
【００１５】
請求項６に記載の本発明のスプラグは、質量を最適化するように設計されており、さらに、最小直径の領域において低い切欠き応力を示す。対数螺旋の外部形状と共に、特別な質量分布によって、最適化されたスプラグを有するスプラグ型フリーホイールクラッチに対する撚り角度の特性曲線は、ティッピングポイント（転換点）に向かって線形に延びる。最小の間隙におけるスプラグ型フリーホイールクラッチの転倒荷重は、それによって相当に増加する。低い切欠き応力を同時に伴うそのような高い転倒荷重が不可欠でない場合、同じ耐荷力に対して、スプラグ型フリーホイールクラッチにより少数のスプラグを取り付けることが可能であり、その結果、重量およびコストが削減される。
【００１６】
本発明についてさらに説明するために図面を参照することにするが、その図面において、本発明の例示的実施形態は簡略化した形式で表されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に詳細に示すが、１は内側レースを、２は外側レースを、２３は内側レースと外側レースとの間に配置されたばね要素を示し、スプラグ３は内側レース１と外側レース２との間に配置されている。これらは共に、スプラグ型フリーホイールクラッチ４の基本的な機能単位を形成している。図２および３は、本発明によるスプラグ３の輪郭５の断面を示し、その輪郭５の輪郭部６は、内側係合曲線７と、外側係合曲線８と、第１の側方曲線９と、第２の側方曲線１０と、接続円形部１６、１７、１８、１９とから形成されている。内側係合曲線７および外側係合曲線８は、対数螺旋１１の外形を有している。第１の側方曲線９の外形は、隣接している内向きに凸状であるピッチ円２１と共にキャリア直線１３上の直線部１２によって表され、第２の側方曲線１０は、２つの隣接している相対して凸状である円形部１５、１６からなる。内側および外側の係合曲線７、８は、ここでは、第１および第２の側方曲線９、１０へ接続円形部１６、１７、１８、１９によって接続されている。接続円形部１６、１７、１８、１９の厳密な設計は、ここでは重要ではない。接続円形部１６、１７、１８、１９はまた、いかなる境界をも有することなく係合曲線と側方曲線を接線方向に接続するならば、他の設計形式のものであってもよい。
【００１８】
有利な実施形態において、接続円形部１６、１７、１８、１９は、係合曲線７、８および側方曲線９、１０に接線方向に結合する。剛性を最適にするためには、内側および外側係合曲線７、８の場合の動径ベクトルは、５８°の角度にわたる。内側レース１の湾曲率が好ましくないため、第２の側方曲線１０の上を通る、スプラグ３の外側の係合曲線８と内側の係合曲線７との間の角距離２０は、１１０度から１１８度である。これがくびれ形の設計のものであり、最小の幅ｂが間隙の大きさＨの約３１％である場合、スプラグ３の最適な重量削減が高い剛性を同時に伴って達成される。
スプラグ３の特性は、その精密な輪郭に大いに依存している。図３は、特に有利なスプラグ３を示し、このスプラグ３は複数の輪郭部６を有している。次の角度データは、対数螺旋１１のパラメータφに関し、数学的に負の方向（時計方向）に解釈されるべきである。横座標は、φ＝０°である動径ベクトルによって形成されており、縦座標は、φ＝９０°である動径ベクトルによって形成されている。所定の間隙の大きさＨ、および上述の式による対数螺旋１１のパラメータ化を用いて、スプラグ３は次の特性によって定義される。
【００１９】
・各輪郭部６は、隣の輪郭部６と接線方向に結合する。
【００２０】
・対数螺旋（１１）は次式のパラメータによって定義され、
【数３】
2008527270.tif 000005
【００２１】
ここで、ｒは半径を示し、αは２つの平行平面間で測定されたスプラグの係合角度を示す。
【００２２】
・横座標は、φ＝０°である動径ベクトルによって形成され、縦座標は、φ０＝９０°である動径ベクトルによって形成される。
【００２３】
・外側の係合曲線（８）はφ１＝８２°からφ２＝１３３°まで延びる。
【００２４】
・内側の係合曲線（７）はφ３＝２６１°からφ４＝３２０°まで延びる。
【００２５】
・第２の側方曲線（１０）の第１の円形部（１４）は、座標（−０．３Ｈ；＋０．５Ｈ）を有する中心ｍ１と半径ｒ１＝０．７Ｈとを有する円の上に存在する。
【００２６】
・ピッチ円（２１）は、座標（−０．４Ｈ；＋０．２Ｈ）を有する中心ｍ２と半径ｒ２＝０．３Ｈとを有する円の上に存在する。
【００２７】
・第２の側方曲線（１０）の第２の円形部（１５）は、中心ｍ３が、ピッチ円（２１）の中心から０．９Ｈ、縦軸から０．３Ｈ離れ、外側および内側の係合曲線の間にある円の上に存在する。その半径はｒ３＝０．３Ｈである。
【００２８】
・第１の側方曲線（１０）の直線部（１２）は、ピッチ円（２１）と縦軸との交点から、β＝１８０°＋４２°の角度で内側の係合曲線（７）の方向に延びる。
【００２９】
・ピッチ円（２１）を外側の係合曲線（８）に接続する接続円形部（１６）は、ｒ４＜０．１Ｈの半径を有する。
【００３０】
・外側の係合曲線（８）を第１の円形部（１４）に接続する接続円形部（１７）は、ｒ５＜０．１Ｈの半径を有する。
【００３１】
・第２の円形部（１５）を内側の係合曲線（７）に接続する接続円形部（１８）は、ｒ６＜０．１Ｈの半径を有する。
【００３２】
・内側の係合曲線（７）を直線部（１２）に接続する接続円形部（１９）は、ｒ７＜０．１Ｈの半径を有する。
【００３３】
次の設計のスプラグは、特に有利であることが判明している。
【００３４】
・各輪郭部６は、隣の輪郭部６と接線方向に結合する。
【００３５】
・対数螺旋（１１）は次式のパラメータによって定義され、
【数４】
2008527270.tif 000006
【００３６】
ここで、ｒは半径を示し、αは２つの平行平面間で測定されたスプラグの係合角度を示す。
【００３７】
・横座標は、φ＝０°である動径ベクトルによって形成され、縦座標は、φ＝９０°である動径ベクトルによって形成される。
【００３８】
・外側の係合曲線（８）はφ１＝８０°からφ２＝１４１°まで延びる。
【００３９】
・内側の係合曲線（７）はφ３＝２５９°からφ４＝３２０°まで延びる。
【００４０】
・第２の側方曲線（１０）の第１の円形部（１４）は、座標（−０．２８６Ｈ；＋０．５０８Ｈ）を有する中心ｍ１と半径ｒ１＝０．７１５Ｈとを有する円の上に存在する。
【００４１】
・ピッチ円（２１）は、座標（−０．４２９Ｈ；＋０．２２２Ｈ）を有する中心ｍ２と半径ｒ２＝０．３３４Ｈとを有する円の上に存在する。
【００４２】
・第２の側方曲線（１０）の第２の円形部（１５）は、中心ｍ３が、ピッチ円（２１）の中心から０．９２９Ｈ、縦軸から０．３７３Ｈ離れ、外側および内側の係合曲線の間にある円の上に存在する。その半径はｒ３＝０．２８６Ｈである。
【００４３】
・第１の側方曲線（１０）の直線部（１２）は、ピッチ円（２１）と縦軸との交点から、β＝１８０°＋４２°の角度で内側の係合曲線（７）の方向に延びる。
【００４４】
・ピッチ円（２１）を外側の係合曲線（８）に接続する接続円形部（１６）は、ｒ４＝０．０６４Ｈの半径を有する。
【００４５】
・外側の係合曲線（８）を第１の円形部（１４）に接続する接続円形部（１７）は、ｒ５＝０．０４８Ｈの半径を有する。
【００４６】
・第２の円形部（１５）を内側の係合曲線（７）に接続する接続円形部（１８）は、ｒ６＝０．０７９Ｈの半径を有する。
【００４７】
・内側の係合曲線（７）を直線部（１２）に接続する接続円形部（１９）は、ｒ７＝０．０５６Ｈの半径を有する。
【００４８】
図３に示すスプラグ３は、ねじりモーメントを撚り角度の関数として示す線形なねじり角度特性曲線を、広範囲にわたって有する。この特性曲線の傾きは、スプラグ３の剛性の尺度となる。線形な相関性はしたがって、剛性が撚り角度の関数として変動しないことを意味する。特に、このことは、スプラグ３のティッピングポイントに近接した範囲においても当てはまる。さらに、伝達可能なねじりモーメントは高い水準にある。
【００４９】
さらなる利点として、図３および４に示すスプラグ３の切欠き応力は低く、特に、側方曲線９、１０に対する過負荷の場合、あまり急激に増加することがなく、さらにはほぼ等しい。同じ切欠き応力と線形な撚り角度特性曲線が意味することとして、本発明によるスプラグ３を取り付けられたスプラグ型フリーホイールクラッチ４はより耐久性があり、また、特性が一定であることにより、限界範囲においても予測可能であり、かつ／または、取付けが必要となるそのようなスプラグはより少なくなり、質量およびコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、従来技術のスプラグ型フリーホイールクラッチの側面図からの詳細を示す。
【図２】図２は、本発明によるスプラグの断面を示す。
【図３】図３は、図２における本発明によるスプラグの断面を、詳細な設計データと共に示す。
【符号の説明】
【００５１】
１  内側レース
２  外側レース
３  スプラグ
４  スプラグ型フリーホイールクラッチ
５  輪郭
６  輪郭部
７  内側の係合曲線
８  外側の係合曲線
９  第１の側方曲線
１０  第２の側方曲線
１１  対数螺旋
１２  直線部
１３  キャリア直線部
１４  第１の円形部
１５  第２の円形部
１６  第１の接続円形部
１７  第２の接続円形部
１８  第３の接続円形部
１９  第４の接続円形部
２０  角度距離
２１  ピッチ円
２２  （未割当て）
２３  ばね要素
Ｈ  間隙の大きさ
ｂ  最小幅
【図１】
2008527270.tif 000009
【図２】
2008527270.tif 000010
【図３】
2008527270.tif 000011
【国際調査報告】
2008527270.tif 000012
2008527270.tif 000013
2008527270.tif 000014
2008527270.tif 000015