(57)【要約】【課題】正回転方向ロックと逆回転方向ロックの何れかの状態に切り替えて使用されるクラッチユニットの小型化、軽量化、さらには低コスト化を図る。【解決手段】正回転方向のトルクが入力される外輪２、このトルクが出力される内輪３、外輪２と内輪３の間に配置されたローラ４、ローラ４を保持する保持器５、ローラ４を外輪２および内輪３と正逆両回転方向で楔係合させる複数のカム面１３とでクラッチユニット１を構成する。保持器５に弾性部材６の弾性力を作用させ、ローラ４を常時正回転方向に付勢した状態で、この弾性力に抗して保持器５の摺動面５ｂにシュー１７を押し当て、正回転方向ロックから逆回転方向ロックへの切り替えを行う。【選択図】      図１
2004270877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正回転方向のトルクが入力される入力側部材と、当該トルクが出力される出力側部材と、入力側部材と出力側部材の間に配置された複数の係合子と、係合子を保持する保持器と、係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる複数のカム面とを備え、正回転方向ロックと逆回転方向ロックの何れかの状態に切り替えて使用され、かつ正回転方向ロックから逆回転方向ロックへの切り替えが、保持器に制動部材を押し当てることにより行われることを特徴とするクラッチユニット。
【請求項２】
複数のカム面が、係合子を正逆両回転方向で入力側部材および出力側部材と楔係合させるものである請求項１記載のクラッチユニット。
【請求項３】
正回転方向のトルクが入力される入力側部材と、当該トルクが出力される出力側部材と、入力側部材と出力側部材の間に配置された複数の係合子と、係合子を保持する保持器と、係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる複数のカム面とを備え、出力側部材に入力された逆入力トルクが設定値以下のとき、これを入力側部材に伝達し、逆入力トルクが設定値を越えたとき、出力側部材から入力側部材へのトルク伝達を遮断することを特徴とするクラッチユニット。
【請求項４】
正回転方向ロックと逆回転方向ロックの何れかの状態に切り替えて使用され、かつ正回転方向ロックから逆回転方向ロックへの切り替えが、保持器に制動部材を押し当てることにより行われる請求項３記載のクラッチユニット。
【請求項５】
複数のカム面として、正回転方向でのみ係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる第一カム面と、正逆両回転方向で係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる第二カム面とを備える請求項３または４記載のクラッチユニット。
【請求項６】
第二カム面に、設定値を越える逆入力トルクで、カム角度をロック角度以上に増大させるためのストッパ部を設けた請求項５記載のクラッチユニット。
【請求項７】
第二のカム面を入力側部材と出力側部材の何れか一方の部材に形成し、ストッパ部で案内した係合子により、他方の部材を変形させてカム角度をロック角度以上に増大させる請求項６記載のクラッチユニット。
【請求項８】
係合子を正逆両回転方向で入力側部材および出力側部材と楔係合させるカム面の、正回転方向の係合子のロック位置と、逆回転方向の係合子のロック位置との間の角度を５°以上に設定した請求項２、５〜７何れか記載のクラッチユニット。
【請求項９】
保持器に付与した弾性力で、係合子を常時正回転方向に付勢する請求項１〜８何れか記載のクラッチユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９何れか記載のクラッチユニットの入力側部材に、モータを連結した回生発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッチユニットの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
正回転方向ロックと逆回転方向ロックの何れかの状態に切り替えて使用され得る回転伝達装置として、例えば特開平６−３３９５７号記載のものが知られている。
【０００３】
これは、外輪又は内方部材の一方向の回転に対しては、一方向クラッチにより保持器と回転抵抗付与手段の連結を切り離し、弾性部材の付勢によって保持器と外輪または内方部材とを周方向に相対移動させ、ローラを円筒面とカム面の間で係合作動状態にするとともに、上記とは逆方向の回転に対しては、一方向クラッチをロックさせ、回転抵抗付与手段の抵抗によって保持器の位相を切り替え、ローラを係合作動状態にするものである（当該公報の段落００１１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３３９５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報記載の発明では、一方向クラッチを必須の構成要素としているため、その構成が大型・複雑で、かつ高コスト化を招く不具合がある。
【０００６】
特に上記公報記載の回転伝達装置は、主として、スペース面や重量面での制約の少ない自動車用として開発されたものであり、例えば電動補助自転車の動力伝達用に使用する場合のように、設置スペースが厳しく制限され、かつ軽量化が強く求められる用途には適用が難しい。
【０００７】
そこで、本発明は、この種のクラッチユニットの、小型化、軽量化、低コスト化を図ることを目的とするものである
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかるクラッチユニットは、正回転方向のトルクが入力される入力側部材と、当該トルクが出力される出力側部材と、入力側部材と出力側部材の間に配置された複数の係合子と、係合子を保持する保持器と、係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる複数のカム面とを備え、正回転方向ロックと逆回転方向ロックの何れかの状態に切り替えて使用され、かつ正回転方向ロックから逆回転方向ロックへの切り替えが、保持器に制動部材を押し当てることにより行われるものである。
【０００９】
このように正回転方向ロックから逆回転方向ロックへの切り替えを、保持器に制動部材を押し当てることにより行えば、一方向クラッチが不要となり、小型化、軽量化、あるいは低コスト化を図ることが可能となる。
【００１０】
この場合、複数のカム面は、係合子を正逆両回転方向で入力側部材および出力側部材と楔係合させるものとすることができる。これにより、係合子を正回転方向で楔係合させれば、正回転方向のロック状態となって入力側部材から出力側部材へのトルク伝達が可能となる一方、係合子を逆回転方向で楔係合させれば、逆回転方向のロック状態となって、出力側部材からの正回転方向の逆入力トルクを入力側部材に伝達することが可能となり、これによってクラッチユニットの用途の拡大が図られる。
【００１１】
「係合子」は、入力側部材および出力側部材と楔係合可能な部材であればよく、ローラの他、スプラグを使用することもできる。また、「カム面」は入力側部材および出力側部材の何れに形成してもよい。通常、入力側部材および出力側部材は、何れか一方が他方の外径側に配置される。
【００１２】
また、本発明にかかるクラッチユニットは、正回転方向のトルクが入力される入力側部材と、当該トルクが出力される出力側部材と、入力側部材と出力側部材の間に配置された複数の係合子と、係合子を保持する保持器と、係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる複数のカム面とを備え、出力側部材に入力された逆入力トルクが設定値以下のとき、これを入力側部材に伝達し、逆入力トルクが設定値を越えたとき、出力側部材から入力側部材へのトルク伝達を遮断するものである。
【００１３】
この構成は、クラッチユニットにトルクリミッタとしての機能を付加するものであり、逆入力トルクの急激な負荷による入力側の構成要素、例えばモータの損傷を回避することが可能となって、クラッチユニットのさらなる高機能化を図ることができる。
【００１４】
このクラッチユニットについても、上記と同様に、正回転方向ロックと逆回転方向ロックの何れかの状態に切り替えて使用し、かつ正回転方向ロックから逆回転方向ロックへの切り替えを、保持器に制動部材を押し当てることにより行うものとすることができる。
【００１５】
上記トルクリミッタとしての機能は、複数のカム面として、正回転方向でのみ係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる第一カム面と、正逆両回転方向で係合子を入力側部材および出力側部材と楔係合させる第二カム面とを設けることにより、実現することができる。この場合、逆回転方向では、第二カム面でのみ入力側部材および出力側部材との楔係合が行われるので、楔係合個所での負荷が大きくなり、その結果、入力側部材もしくは出力側部材が変形し易くなる。この変形により、カム角度を増大させることができるので、過大な逆入力トルクに対してロック機能を失わせ、入力側へのトルク伝達を回避することができる。
【００１６】
このロック機能の喪失は、例えば第二のカム面を入力側部材と出力側部材の何れか一方の部材に形成し、ストッパ部で案内した係合子により、他方の部材を変形させてカム角度をロック角度以上に増大させることにより、得ることができる。
【００１７】
係合子を正逆両回転方向で入力側部材および出力側部材と楔係合させるカム面の、正回転方向の係合子のロック位置と、逆回転方向の係合子のロック位置との間の角度を５°以上に設定することにより、出力側部材に連結した伝動手段（例えばチェーン）の回転むら等によるロック方向の意図しない切り替えを防止することができる。
【００１８】
上記何れの構成においても、保持器に付与した弾性力で、係合子を常時正回転方向に付勢しておくのが望ましい。ロック方向の切替えは、この弾性力に抗する摩擦力を制動部材から保持器に与えることによって行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるクラッチユニットの一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
【００２０】
図１および図２に示すように、このクラッチユニット１は、トルクを入力される入力側部材としての外輪２と、トルクを出力する出力側部材としての内輪３と、外輪２と内輪３の間に配置される係合子としての複数の円筒形のローラ４（以下、単に「ローラ」と称する）と、ローラ４を円周方向の複数箇所に等配する保持器５と、保持器５の回転方向位相を制御する弾性部材６とを主体として構成される。
【００２１】
外輪２は、内周面２ａを円筒状とする輪体で、その外周にはブッシュ８が圧入されている。ブッシュ８の外周には入力ギヤ９が圧入されており、外部の回転駆動源、例えばモータからのトルクが、この入力ギヤ９を介してブッシュ８に伝達され、さらに外輪２に伝達される。入力ギヤ９の表面硬度を確保できるのであれば、入力ギヤ９とブッシュ８を一体とし、あるいは入力ギヤ９とブッシュ８および外輪２を一体とすることもできる。
【００２２】
内輪３は、外輪２の内周に配置された輪体で、その内周面には出力軸１１が圧入されている。出力軸１１は、ローラ４を挟んで軸方向両側に配置した軸受（例えば玉軸受１２ａ，１２ｂ）によって回転自在に支持されており、その軸端には、出力側の伝動要素、例えばスプロケットとトルク伝達可能に結合するためのスプライン１１ａが形成されている。なお、必要に応じて内輪３と出力軸１１を一体とすることもできる。
【００２３】
内輪３の外周面３ａには、複数（ローラ４と同数）のカム面１３が形成される。カム面１３は、例えば円周方向の中央部を最小径とする断面Ｖ字型に形成され、このカム面１３と外輪２の内周面２ａとの間に正逆両回転方向で半径方向の幅を縮小させた楔隙間１４が形成されている。ローラ４が楔隙間１４の円周方向中央に位置するとき、ローラ４は自転可能となるが、ローラ４が正逆何れかの回転方向に移動して外輪２および内輪３と係合（楔係合）すると、当該回転方向で外輪２と内輪３がロックされる。
【００２４】
外輪２と内輪３の間には、両者の同軸度を確保するために調心軸受１５が配置される。この調心軸受１５は、例えばブッシュ８の内周面と出力軸１１の外周面との間の空間に軸受部材１６を嵌合配置することによって構成される。
【００２５】
保持器５は、ローラ４を収容するためのポケット５ａと、後述するシュー１７と摺動する摺動面５ｂとを具備する。図示例の保持器５は、軸方向に延びる保持部５１、保持部５１の一端より半径方向に延びるフランジ部５２、フランジ部５２の外径端から軸方向に延びる大径円筒部５３、大径円筒部５３より内径側のフランジ部５２から軸方向に延びる小径円筒部５４を一体に備えている。保持部５１の円周方向の等配位置にポケット５ａが形成され、大径円筒部５３の外周面に摺動面５ｂがそれぞれ形成されている。ポケット５ａとローラ４の外周面との間の隙間は、負隙間あるいはローラ直径の１／２０以下の正隙間に設定される。正隙間とする場合、保持部５１のポケット内面に円周方向に突出する突起を設け、ローラ４の脱落を防止するのが望ましい。
【００２６】
保持器５は、摺動面５ｂとシュー１７との接触時にも外輪２や内輪３に対する同軸度が確保されるよう、出力軸１１に対して滑り軸受１８で回転自在に支持される。この滑り軸受１８は、例えば保持器５の小径円筒部５４と出力軸１１との間の環状隙間に圧入もしくは正隙間をもって配置したスペーサ１９の外周面と、小径円筒部５４の内周面との間に構成される。
【００２７】
制動部材としてのシュー１７は、保持器５に制動力を作用させるためのものであり、図示のように保持器５の摺動面５ｂと対峙させて配置されている。
【００２８】
弾性部材６は、例えばリングばねで構成される。この弾性部材６は、その一端を保持器５の保持部５１に設けた穴２１に挿入し、他端を内輪３の一端に設けた切欠き２３に挿入することにより、内輪３と保持器５の間に介装される。この弾性部材６の取付けに際しては、弾性部材６を自然状態から拡径もしくは縮径させて保持器５と内輪３にそれぞれ取り付け、取り付け後は、その弾性力によって保持器５と内輪３とに回転方向の位相ずれをもたせる。従って、この状態では、図３に示すように、保持器５に押されたローラ４が、楔隙間１４のうちの正回転方向、すなわち、入力トルクによる外輪２の回転方向（図面の時計方向）の縮小側に変位する。
【００２９】
符号２２は、軸受１２と出力軸１１の肩部との間に配置されたワッシャで、このワッシャ２２により、クラッチユニット１の構成部品の脱落防止やクラッチ内部のシールが図られている。
【００３０】
以下、上記構成からなるクラッチユニットの機能説明を図３および図４に基づいて行う。
【００３１】
図３は、入力ギヤ９への入力トルクの入力中におけるクラッチユニットを示す。この状態では、上述のように弾性部材６の弾性力により、ローラ４が楔隙間１４の正回転方向の縮小側に変位している。外部から正回転方向の入力トルクを与えて外輪２を回転させると、ローラ４が外輪２および内輪３と楔係合し、外輪２と内輪３が正回転方向にロックされる。これにより正回転方向の入力トルクが内輪３に伝達され、出力軸１１が同方向に回転する（以下、この状態を「正回転ロック状態」と呼ぶ）。また、この正回転ロック状態では、出力軸１１から内輪３に逆回転方向（反時計方向）の逆入力トルクを与えた場合も同様にローラ４が楔係合状態となり、内輪３から外輪２へのトルク伝達が可能となる。一方、これ以外の方向の入力トルクあるいは逆入力トルクが負荷された場合、楔隙間でのローラ４と外輪２および内輪３との楔係合が解除されるため、トルク伝達は行われない。
【００３２】
入力トルクの入力を中止し、外輪２の回転を拘束すると、負荷側の正回転方向の慣性回転力により、内輪３が空転してローラ４と外輪２および内輪３との楔係合が解除される。この内輪３の空転状態で保持器５の摺動面５ｂにシュー１７を押し当てて制動力を作用させると、保持器５に回転遅れが生じ、保持器５が内輪３に対して逆回転方向に相対回転する。その結果、図４に示すようにローラ４は、楔隙間１４の正回転方向の縮小部から離脱して逆回転方向の縮小部に噛み込み、外輪２および内輪３と楔係合して両者を逆回転方向にロックする（以下、この状態を「逆回転ロック状態」と呼ぶ）。この逆回転ロック状態は、機構的には外輪２からの逆回転方向の入力トルクが内輪３に伝達されると共に、内輪３からの正回転方向の逆入力トルクが外輪２に伝達され得る状態であり、これ以外の方向の入力トルクおよび逆入力トルクに対しては楔係合状態が解除されるのでトルク伝達は行われない。
【００３３】
以上に説明したクラッチユニット１の特性から、このクラッチユニットをモータと負荷側の間のトルク伝達経路中に配置することにより、回生発電システムを簡単に構築することができる。
【００３４】
すなわち、入力ギヤ９にモータからの入力トルクを入力すると共に、出力軸１１を負荷側に連結すると、モータの駆動中は、図３に示す正回転ロック状態となるので、負荷側にモータの入力トルクを伝達して駆動対象を駆動することができ、モータを停止させた後、シュー１７を摺動面５ｂに押し当てれば、図４に示す逆回転ロック状態となるので、慣性による負荷側の逆入力トルクを内輪３に入力することにより、この逆入力トルクをローラ４、さらには外輪２を通じてモータに入力し、モータを発電機として機能させることができる。もちろんこの回生発電中は、モータの内部摩擦で制動力が作用するので、負荷側のブレーキ機構として使用することもできる。
【００３５】
回生発電システムの具体的用途として、例えば図６に示す電動補助自転車を挙げることができる。
【００３６】
この電動補助自転車には、図示しないペダルに加えられた踏力を後車輪の車軸１０６に伝達する人力駆動系と、モータ１１４の出力を後車輪の車軸１０６に伝達するモータ駆動系とが設けられる。
【００３７】
詳細に説明すると、人力駆動系では、ペダルに作用する踏力がクランク１１７でクランク軸１０１の回転運動に変換され、そのトルクは第一の伝動手段１１５ａを介して後車輪の車軸１０６に伝達される。第一の伝動手段１１５ａは、クランク軸１０１に取り付けられたフロントスプロケット１０２と、後車輪の車軸１０６に取り付けられたリヤスプロケット１０４ａと、両スプロケット１０２，１０４ａに掛け渡されたチェーン１０３ａとで構成される。リヤスプロケット１０４ａと車軸１０６は、リヤスプロケット１０４ａからのトルクを車軸１０６に伝達する一方で、車軸１０６からの逆入力トルクをリヤスプロケット１０４ａに伝達しないよう、公知のワンウェイクラッチ１１９を介してフリーに連結されている。
【００３８】
モータ駆動系では、モータ１１４の出力が上記クラッチユニット１に入力され、さらにクラッチユニット１の出力が第二の伝動手段１１５ｂを介して後車輪の車軸１０６に伝達される。第二の伝動手段１１５ｂは、クラッチユニット１の出力軸１１に取り付けられたミドルスプロケット１１８と、後車輪の車軸１０６に取り付けられたリヤスプロケット１０４ｂと、両スプロケット１１８，１０４ｂに掛け渡されたチェーン１０３ｂとで構成される。リヤスプロケット１０４ｂと車軸１０６は、これら相互間で双方向のトルク伝達が可能となるようリジッドに連結されている。
【００３９】
なお、図中１２０は、緩み吸収用として人力駆動系のチェーン１０３ａに配置されたテンショナである。また、図１に示すシュー１７は、自転車のブレーキレバーにワイヤ等を介して機械的に連結する他、例えばブレーキレバーの操作状態を電気信号に変換し、この信号に基づいてソレノイドを励磁させる等の電気的手段でブレーキ操作と連動させることもできる。
【００４０】
クランク軸１０１には、その軸トルクを検出するトルク検出手段が配置されている。このトルク検出手段で検出したトルクが設定値を越えると、モータ１１４が起動して不足分に応じたトルクを補助動力として発生させる。このモータアシストによる走行中、クラッチユニット１は、図３に示す正回転ロック状態となる。従って、モータ１１４からの正回転方向の入力トルクは、入力ギヤ９→ブッシュ８→外輪２→ローラ４→内輪３→出力軸１１という経路を経てリヤスプロケット１０４ｂに伝達される。このモータトルクが人力駆動系からの踏力トルクと車軸１０６で合成されるため、自転車を軽快に走行させることが可能となる。
【００４１】
乗員がブレーキ操作を行うと、これに連動してシュー１７が摺動面５ｂに押し付けられ、クラッチユニット１のロック方向が切り替わって、図５に示す逆回転ロック状態になる。この状態で、後車輪の回転トルクは、車軸１０６とリジッドに結合されたリヤスプロケット１０４ｂおよびチェーン１０３ｂを介してクラッチユニット１の出力軸１１に伝達される。この逆入力トルクに対しては、ローラ４が逆回転方向の楔隙間に噛み込むので、逆入力トルクは、出力軸１１→内輪３→ローラ４→外輪２→ブッシュ８→入力ギヤ９という経路を経てモータ１１４に入力される。このトルクによりモータ１１４を駆動させて回生発電させることが可能となり、回生電流をバッテリに蓄電することができる。同時にモータ１１４を駆動させるための動力が制動力となり、ブレーキ操作のアシスト機能が得られる（ブレーキアシスト）。
【００４２】
ところで、一般にチェーン１０３ａ，１０３ｂの回転時には、チェーンの回転むらが避けられない。特にモータ駆動系のチェーン１０３ｂで回転むらが生じた場合には、正回転ロック状態のローラ４（図３）が突然逆回転ロック状態（図４）に移行し、モータアシスト状態からブレーキアシスト状態に切り替わって安定走行に支障を来たすおそれがある。かかる事態を防止するため、図５に示すように、正回転ロック状態のローラ４１のスタンバイ位置と逆回転ロック状態のローラ４２のスタンバイ位置との間の角度εは、５°以上に設定するのが望ましい。
【００４３】
図１および図２に示すクラッチユニット１では、ロック方向が切り替わった瞬間、すなわち図３に示す正回転ロック状態から図４に示す逆回転ロック状態に移行する瞬間に、停止していたモータを急激に回転させることとなる。この場合、入力ギヤ９よりも入力側の構成要素、例えばモータに衝撃的な荷重が負荷されるため、各要素に衝撃荷重対策が必要となってコスト高を招く場合も起こり得る。
【００４４】
図７〜図１０に、この種の衝撃荷重対策を施したクラッチユニット１’の実施形態（第二の実施形態）を示す。なお、このクラッチユニット１’の基本的構成や作用は、図１〜図４に基づいて説明した第一の実施形態のクラッチユニット１と共通するので、以下では、第一の実施形態にかかるクラッチユニット１の構成部材と共通する部材については、同じ符号を付して重複説明を省略し、相違点を中心として説明する。
【００４５】
第二の実施形態にかかるクラッチユニット１’と第一の実施形態にかかるクラッチユニット１との最大の相違点は、カム面１３の形状にある。すなわち、第一の実施形態にかかるクラッチユニット１では、各カム面１３は同一形状としているが、第二の実施形態にかかるクラッチユニット１’では、カム面として、形状の異なる二種類のカム面１３ａ，１３ｂを形成している。
【００４６】
図８に示すように、一方のカム面１３ａ（第一カム面）は、正回転方向側の領域、すなわちモータの回転中（図３の状態）にローラ４が移行する領域を平坦面状とし、当該方向でのみ外輪２の内周面２ａとの間に楔隙間の縮小部を形成している。第一カム面１３ａの逆回転方向側の領域には、半径Ｒの凸曲面状をなす逃げ部２６が平坦面部分と滑らかに連続させて形成されており、この逃げ部２６と外輪２の内周面２ａとで区画された隙間の幅は、ローラ４の直径よりも大きい。従って、逃げ部２６では、ローラ４は外輪２および内輪３と楔係合せず、公転可能となる。
【００４７】
他方のカム面１３ｂ（第二のカム面）は、全体が平坦面状をなし、正回転方向および逆回転方向の双方で外輪内周面２ａとの間に楔隙間の縮小部を形成する。第二のカム面１３ｂのうち、逆回転方向側の端部領域には、半径ｒの凹曲面状に突出するストッパ部２７が平坦面部分と滑らかに連続して形成されている。
【００４８】
以上の構成から、このクラッチユニット１’では、モータの起動時は、図８に示すように全てのローラ４が、図示しない弾性部材（図２中の符号６）の弾性力を受けた保持器５を介して正回転方向に変位し、外輪２および内輪３と楔係合して両者を正回転方向にロックする。そのため、外輪２に入力されたモータ１１４のトルクは、出力軸１１を介して負荷側に伝達される。
【００４９】
一方、シュー１７による制動時には、保持器５に生じた回転遅れによって、図９に示すように、ローラ４が正回転方向の縮小部から離脱して逆回転方向に移動する。これに伴い、第一カム面１３ａで区画形成された楔隙間１４では、ローラ４が逃げ部２６の形成領域に入るため、ローラ４は外輪２および内輪３と楔係合することなく公転可能となる。その一方で、第二カム面１３ｂで形成された楔隙間１４では、ローラ４が外輪２および内輪３と楔係合するため、外輪２と内輪３が逆回転方向にロックされる。この場合、トルクの負荷能力を有するのは、第二カム面１３ｂで形成された楔隙間１４のローラ４に限られ、第一カム面１３ａで形成された楔隙間１４のローラ４は、トルクの負荷能力を喪失する。従って、クラッチユニット１’全体でのトルクの負荷能力が不足し、外輪２は、図１０に示すように、法線力によって真円から三角歪形状への変形を強要される（なお、図１０では、理解の容易のため、外輪２の変形度合いを誇張している）。この外輪２の変形がスムーズに行われるよう、外輪２は撓み剛性の低い薄肉の鋼材で形成するのが望ましく、また、この鋼製外輪２の変形に対する外径側からの拘束力を減じるため、ブッシュ８や入力ギヤ９は、鋼材よりも弾性率の高い例えば樹脂材等で形成するのが望ましい。
【００５０】
この外輪２の変形に対応して、第二カム面１３ｂで形成された楔隙間１４のローラ４は、第二カム面１３ｂのストッパ部２７に接触し、さらにストッパ部２７に案内されて外径側に押し上げられるため、外輪２は益々顕著な三角歪形状になる。これに伴い、図１１に示すように、カム角度βがストッパ部２７の形成領域に達するより以前のカム角度（スタンバイ位置のカム角度）θよりも大きくなり、やがてロック角度を超えるようになる（図中に一点鎖線で示す）。ここで「カム角度」とは、ローラ４と外輪２および内輪３との各接触点（本実施形態でいえば外輪内周面２ａおよび第二カム面１３ｂとの各接触点）を通る接線の交差角度をいい、「ロック角度」とは、ローラ４の楔係合が解除され、ローラ４が外輪２あるいは内輪３の面（本実施形態では外輪内周面２ａ）に対して滑り始めるカム角度を意味する。ちなみに一般のクラッチでは、ロック角度は１２°〜１５°以下に設定されている。
【００５１】
このようにカム角度βが大きくなって、クラッチとしてのロック角度を超えると、ストッパ部２７と接触状態にあるローラ４が外輪２の内周面２ａを滑りはじめ、ローラ４による外輪２と内輪３のロック機能が失われる。従って、逆入力トルクの負荷に伴い、モータは衝撃的な荷重を受けることなく、ゆっくりと回転しはじめる。モータが回転しはじめると、外輪２がもとの形状に弾性復帰し、これによってカム角度が小さくなり、当該ローラ４が外輪２および内輪３と楔係合するようになって、クラッチとしての機能が回復する。そのため、以後は逆入力トルクがモータに伝達され、順調に回生発電が行われる。
【００５２】
このように、第二の実施形態にかかるクラッチユニット１’は、シュー１７による制動時に設定値以上の逆入力トルクをモータに入力させないトルクリミッタとしての機能も併せて有する。この設定値は、外輪２の変形強度、ストッパ部２７のｒ寸法、あるいはローラ４のスタンバイ位置等によって左右される。従って、換言すれば、これらの設計条件を適宜変更することによって、上記設定値を任意の値に設定することが可能となる。
【００５３】
以上の説明からも理解できるとおり、外輪２はスムーズに変形可能であるのが望ましく、これを実現するために第二のカム面１３ｂはできるだけその数を少なくするのが望ましい。この観点から、図８および図９では、全体で九つのカム面１３ａ，１３ｂのうち、第二のカム面１３ｂを三つとし、その間に二つの第一カム面１３ａを配設した構造を例示している。もちろんカム面１３ａ，１３ｂの個数や配設態様はこれに限定されるものではない。
【００５４】
なお、この他にも第二の実施形態にかかるクラッチユニット１’では、第一の実施形態にかかるクラッチユニット１と異なり、図１０に示すように、軸受部材１６とワッシャ２２と一体化することにより（この部品を符号２９で表す）、部品点数の削減を図っているが、これと同様の構成は、図１および図２に示すクラッチユニット１でも適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、正回転方向ロックと逆回転方向ロックの何れかの状態に切り替えて使用されるクラッチユニットの小型化、軽量化、さらには低コスト化を図ることができる。また、このクラッチユニットを付加することにより、簡単に回生発電システムを構築することができ、特に電動補助自転車のようにスペース面や重さ面での制約の多い用途で使用される回生発電システムに好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるクラッチユニットの軸方向の断面図である。
【図２】上記クラッチユニットの半径方向の断面図である。
【図３】上記クラッチユニットの正回転ロック状態を示す半径方向の断面図である。
【図４】上記クラッチユニットの逆回転ロック状態を示す半径方向の断面図である。
【図５】上記クラッチユニットのカム面付近を拡大して概略図示する半径方向の断面図である。
【図６】上記クラッチユニットを組み込んだ電動補助自転車の駆動部の構成例を示す図で、（ａ）図はその側面図、（ｂ）図はその平面図である。
【図７】上記クラッチユニットの他の実施形態を示す軸方向の断面図である。
【図８】上記クラッチユニットの正回転ロック状態を示す半径方向の断面図である。
【図９】上記クラッチユニットの逆回転ロック状態を示す半径方向の断面図である。
【図１０】外輪の変形状態を示す正面図である。
【図１１】上記クラッチユニットの第二カム面付近を拡大して示す半径方向の断面図である。
【符号の説明】
１，１’    クラッチユニット
２          入力側部材（外輪）
２ａ        入力側部材（外輪）内周面
３          出力側部材（内輪）
３ａ        出力側部材（内輪）外周面
４          係合子（ローラ）
５          保持器
５ａ        ポケット
５ｂ        摺動面
６          弾性部材
８          ブッシュ
９          入力ギヤ
１１        出力軸
１２ａ，１２ｂ  軸受
１３        カム面
１３ａ      第一カム面
１３ｂ      第二カム面
１５        調心軸受
１６        軸受部材
１７        制動部材（シュー）
１８        滑り軸受
１９        スペーサ
２６        逃げ部
２７        ストッパ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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