(57)【要約】【課題】  伝動方向の入力トルクの大きさに応じて確実にトルクリミッタ機能を発揮させるとともに、軌道面にスプラグにより圧痕が付かないようにする。【解決手段】  内外の軌道輪１，２間の環状空間３内にその円周方向に沿って配置される複数のスプラグ４と、これらスプラグ４を保持する保持器５，６と、スプラグ４を上記環状空間３内で起立する方向に付勢するばね体７とを備えた一方向クラッチであって、各スプラグ４は、外径側および内径側に軌道輪１，２に接触するカム面４１，４２を有し、内外一方のカム面４２は、曲面４２ａと、そのロック側で該曲面４２ａに連続する平坦面４２ｂとで構成されている。スプラグ４が上記曲面４２ａと平坦面４２ｂとの変曲点４２ｃで対応する軌道輪２に接したときのスプラグ高さＨｃは、両軌道輪１，２間の間隔Ｊに対して、Ｊ＜Ｈｃ＜Ｊ×１．０５に設定される。【選択図】図３
2007092865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外の軌道輪の間に形成される環状空間内にその円周方向に沿って配置される複数のスプラグと、これらのスプラグを保持する保持器と、上記スプラグを上記環状空間内で起立する方向に付勢するばね体とを備え、
各スプラグは、その外径側および内径側にそれぞれ対応する軌道輪に接触するカム面を有し、
上記両カム面のうち、一方のカム面は、曲面と、そのロック側で該曲面に連続する平坦面とで構成され、
スプラグが上記曲面と平坦面との変曲点で対応する軌道輪に接したときのスプラグ高さＨｃが、両軌道輪間の径方向間隔Ｊに対して、
Ｊ＜Ｈｃ＜Ｊ×１．０５
であることを特徴とする一方向クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプラグを用いた一方向クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
一方向クラッチには、内外の軌道輪の間に形成されている環状空間に装着されて、駆動側の軌道輪の一方向の回転をスプラグを介して従動側の軌道輪に伝達するものがある。
【０００３】
この一方向クラッチは、内外の軌道輪の間の環状空間にその円周方向に沿って配置される複数のスプラグと、これらのスプラグを保持する保持器と、上記スプラグを上記環状空間内で起立する方向に付勢する環状のばね体とを備えている。
【０００４】
上記の保持器と、ばね体とには、それぞれスプラグ用ポケットが形成されており、これらのポケットにスプラグが径方向に貫通する状態で収容されている。
【０００５】
上記の構成において、一方の軌道輪、例えば外輪が内輪に対して一方向に回転すると、各スプラグは内外輪間の環状空間内でその半径方向に沿うように起立して、内外輪間で突っ張ってロック状態となり、外輪の一方向の回転が内輪に伝達される。内輪に対して外輪が逆方向に回転した場合は、各スプラグは外輪の回転に追随するように倒れた姿勢となり、外輪は内輪に対して空転する（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、上記の一方向クラッチでは、伝動方向に過大なトルクが負荷されると、スプラグは、両軌道輪に対する所定のトルク伝達位置を越えて、さらに両軌道輪間に食い込もうとして、一方向クラッチ自体または内外輪が変形、破損するおそれがある。また、過大なトルクが一方向クラッチの従動側に伝達されることで、従動側の部材にも破損を生じさせるおそれもある。
【０００７】
これに対しては、スプラグに形成されているカム面の一部に平坦面を設け、伝動方向に過大なトルクが作用したときには、この平坦面が軌道輪の軌道面に接触することで、その軌道輪に対してスプラグが滑りを生じるようにしたものがある（特許文献２参照）。この一方向クラッチは、伝動方向の過大な入力トルクに対してトルクリミッタのように動作し、駆動側の軌道輪が従動側の軌道輪に対して空転し、従動側の軌道輪には過大なトルクが伝達されなくなる。これにより、一方向クラッチ自体または内外輪の破損が未然に防止され、また、この一方向クラッチの従動側に連動する部材の破損も防止することができる。
【特許文献１】特開２００３−２８１９９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１５１４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のように、トルクリミッタ機能を有する一方向クラッチにおいては、スプラグのカム面の平坦面と軌道輪の軌道面との圧接、摺動により、軌道面に圧痕が付くことがあり、頻繁に過大なトルクが入力する個所に使用する一方向クラッチとしては、好ましくない。
【０００９】
また、トルクリミッタ機能を有する従来の一方向クラッチでは、伝動方向の過大な入力トルクに対して、スプラグと軌道輪との間に滑りが生じる際のトルクの値に大きなばらつきがあり、入力トルクの大きさによってはトルクリミッタとして動作しない場合があり、一方向クラッチやその従動側の部材の変形、破損を確実に防止する上で問題がある。
【００１０】
本発明は、伝動方向に入力するトルクが過大になったときに、その入力トルク値の大きさに応じて確実にトルクリミッタ機能を発揮させるとともに、内外の軌道輪の軌道面にスプラグにより圧痕が付かないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発明者は、一方向クラッチがトルクリミッタ機能を発揮する際の動作を種々検討した結果、軌道輪の軌道面に圧痕が生じたり、スプラグの平坦面と軌道輪との間に滑りが生じる際のトルクの値に大きなばらつきが生じるのは、主として、ロック時のスプラグ高さ（スプラグの一方の軌道輪との接触点と、他方の軌道輪との接触点との間の長さ）が関係するとの知見を得て、この知見に基づいて実験を重ねて、以下の構成の一方向クラッチを発明するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明による一方向クラッチは、内外の軌道輪の間に形成される環状空間内にその円周方向に沿って配置される複数のスプラグと、これらのスプラグを保持する保持器と、上記スプラグを上記環状空間内で起立する方向に付勢するばね体とを備え、各スプラグは、その外径側および内径側にそれぞれ対応する軌道輪に接触するカム面を有し、上記両カム面のうち、一方のカム面は、曲面と、そのロック側で該曲面に連続する平坦面とで構成され、スプラグが上記曲面と平坦面との変曲点で対応する軌道輪に接したときのスプラグ高さＨｃが、両軌道輪間の径方向間隔Ｊに対して、
Ｊ＜Ｈｃ＜Ｊ×１．０５であることを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成によれば、伝動方向の過大な入力トルクに対して、スプラグのカム面と対応する軌道輪との接触部位が、該カム面の曲面から変曲点を越えて平坦面に移り、この平坦面が広い範囲でほぼ全面的に軌道輪に接触することで、スプラグと軌道輪との間に滑りが生じ、一方向クラッチの全体がトルクリミッタとして動作する。
【００１４】
この場合、スプラグの平坦面は軌道輪に圧接し摺動するが、軌道輪に圧痕が付かない。これは、実験により確認されていることで、ロック状態からトルクリミッタとしての滑り状態に移行する際、両軌道輪間で突っ張ることになるスプラグの高さが、両軌道輪間の間隔に対して過大にならず、スプラグの平坦面の軌道輪に対する圧接面圧が適度の値に抑制されるためと考えられる。
【００１５】
また、上記構成では、トルクリミッタ機能を発揮する際の入力トルク値に大きなばらつきがない。これも実験により確認されていることである。上記したように、カム面の変曲点でのスプラグ高さは過大ではないから、ロック状態から滑り状態への移行が、引っ掛かりや大きな抵抗なく、滑らかに行われるためと考えられる。
【００１６】
より望ましい構成として、カム面の変曲点でのスプラグ高さは、内外の軌道輪間の径方向間隔の１．０３以下とする。この構成では、一方向クラッチは、定格トルクの３倍以下の入力トルクで、トルクリミッタの動作をすることになり、一方向クラッチの従動側には、定格トルクの３倍を越えたトルクは伝わらず、従動側の部材の変形、破損を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、伝動方向の過大な入力トルクに対しては、その入力トルク値の大きさに応じて確実にトルクリミッタ機能を発揮させることができ、しかも、軌道輪に圧痕が付くことが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１ないし図３は本発明の最良の実施形態を示すもので、図１は、最良の実施形態に係る一方向クラッチを径方向に沿って一部断面して示した正面図、図２は、図１の一方向クラッチの軸方向に沿って断面した断面図、図３は、図１の一方向クラッチの一部であるスプラグの拡大正面図である。
【００１９】
図１および図２に示すように、本実施形態の一方向クラッチは、径方向内外に同心に配置された外輪（外側の軌道輪）１と、内輪（内側の軌道輪）２との間に装着されるものであって、これら内外両輪１，２間に形成された環状空間３にその円周方向に沿って配置される複数のスプラグ４，４…と、これらのスプラグ４を環状空間３の外周側で保持する外側保持器５と、スプラグ４を環状空間３の内周側で保持する内側保持器６と、スプラグ４を内外両輪１，２間で径方向に沿って起立する方向に付勢するばね体であるリボンスプリング７とを備えている。
【００２０】
外側保持器５、内側保持器６およびリボンスプリング７には、それぞれスプラグ４を収容するためのポケット５ａ，６ａ，７ａが形成されており、これらポケット５ａ，６ａ，７ａにスプラグ４が径方向に貫通する状態に収容されている。
【００２１】
各スプラグ４は、外径側および内径側に外輪１および内輪２に接触するカム面４１，４２が形成されている。図３に示すように、外径側のカム面４１は、スプラグ４の径方向中途部に設定された点Ｑｏを中心（円弧中心）とし、半径をＲｏとした円弧からなる曲面となっている。この曲面は、円周方向前後に範囲Ｓｏにわたって形成されている。
【００２２】
内径側のカム面４２は、曲面４２ａと、この曲面４２ａに連続する平坦面４２ｂからなる。上記曲面４２ａは、内径側のカム面４２のフリー側（詳しくは、スプラグ４が径方向に対して大きく傾斜した姿勢となり、内外輪１，２に対してフリーとなったときに、内輪２に近接し接触する側で、図３では右側）に形成されており、円弧からなり、その円弧中心Ｑｉは、外径側のカム面４１の円弧中心Ｑｏから円周方向に偏位した位置に設定されている。この曲面４２ａは、半径Ｒｉとして、円周方向前後に範囲Ｓｉにわたって形成されている。
【００２３】
内径側のカム面４２の平坦面４２ｂは、該カム面４２のロック側（詳しくは、スプラグ４が径方向に沿うように起立した姿勢となり、内外輪１，２に対してロック状態になったときに、内輪２に近接し接触する側で、図３で左側）に形成されており、上記曲面４２ａに変曲点４２ｃを介して滑らかに連続している。この平坦面４２ｂは、上記変曲点４２ｃからよりロック側へ範囲Ｓｃにわたって形成されている。
【００２４】
図示の実施形態では、平坦面４２ｂは、変曲点４２ｃでの曲面４２ａの接線に沿う形状に形成されることで、曲面４２ａに滑らかに連続している。このほか、曲面４２ａのロック側（図３で左側）に該曲面４２ａより曲率半径の短い小径曲面を形成することでカム面４２の曲線部分を２段の曲面構成とし、その小径曲面の接線に沿う形状に平坦面４２ｂを形成することで、平坦面４２ｂが曲面４２ａに滑らかに連続するようにしてもよい。
【００２５】
上記スプラグ４において、外径側のカム面４１が外輪１と接触する点と、内径側のカム面４２が内輪２と接触する点との間の長さが、スプラグ高さである。例えば、内径側のカム面４２の曲面４２ａと平坦面４２ｂとの変曲点４２ｃが内輪２に接触しているとき、外径側のカム面４１が点４１ｃで外輪１に接触しているとすると、点４２ｃと点４１ｃとの間の長さが、このときのスプラグ高さＨｃとなる。また、内外輪１，２の回転中心Ｏｒから、スプラグ４と内輪２との接触点（図３の図示例では、変曲点４２ｃ）を通る半径方向線Ｒｒが、スプラグ４の内外輪１，２との接触点を結ぶ線分（図３では、点４２ｃと点４１ｃとを結ぶ線分Ｓ）となす角度θが、このときのストラト角（くさび角とも言う）である。
【００２６】
上記構成の一方向クラッチにおいて、内外輪１，２いずれを駆動輪としてもよいが、以下、外輪１を駆動輪とした場合の動作を説明する。
【００２７】
内輪２に対して外輪１が一方向（図１、図３に矢印イで示す時計方向）に回転した場合は、各スプラグ４は外輪１の回転に追随するように倒れた姿勢となってフリー状態となり、外輪１は内輪２に対して空転する。
【００２８】
内輪２に対して外輪１が逆方向（図１、図３に矢印ロで示す反時計方向）に回転すると、各スプラグ４は内外輪１，２間の環状空間３内でその半径方向に沿うように起立して、内外輪１，２間で突っ張ってロック状態となり、外輪１の矢印ロ方向の回転が内輪２に伝達される。この場合、スプラグ４の内径側では、カム面４２の曲面４２ａが内輪２の軌道面に圧接する。
【００２９】
次に、外輪１に伝動方向である矢印ロの方向に過大なトルクが作用したときには、スプラグ４は、より径方向に沿うように起立し、スプラグ４の内径側では、カム面４２の内輪２との接触位置が、曲面４２ａから変曲点４２ｃを越えて平坦面４２ｂに移り、平坦面４２ｂが内輪２の軌道面に接触することになる。そのため、スプラグ４が内輪２に対して滑りを生じ、外輪１が内輪２に対して空転する。これで、一方向クラッチはトルクリミッタのように動作し、内輪２には過大なトルクが伝達されなくなる。
【００３０】
この場合、従来の一方向クラッチでは、スプラグ４のカム面４２の平坦面４２ｂが内輪２等の軌道輪の軌道面に圧接し摺動することで、軌道面に圧痕が生じたり、スプラグ４の平坦面４２ｂと軌道面との間に滑りが生じる際のトルクの値に大きなばらつきが生じることがある。本発明の発明者は、このような不具合の発生は、ロック時のスプラグ高さに関係すると考え、一定の内外輪１，２間の径方向間隔Ｊに対して、ロック時のスプラグ高さが異なるスプラグ４を多数用意し、これらスプラグ４を含む一方向クラッチで、伝動実験を行い、スプラグ４の平坦面４２ｂと内輪２との間で滑りが生じる最低の入力トルクを測定するとともに、その測定後、内輪２の軌道面に圧痕が生じていないか否かを検査した。
【００３１】
実験に供するスプラグ４としては、具体的には、その内径側のカム面４２の変曲点４２ｃで内輪２に接したときのスプラグ高さＨｃが、内外輪１，２間の間隔Ｊに対して種々の値をとる、２１個の試料を用意した。
【００３２】
実験の結果を図示すると、図４の関係図のようになる。図４の関係図では、横軸に、内外輪１，２間の径方向間隔Ｊに対する、変曲点４２ｃでのスプラグ高さＨｃの比（Ｈｃ／Ｊ）をとり、縦軸には、その一方向クラッチの定格トルクＴｏ（一方向クラッチに負荷できるトルクで、スプラグ４の個数、スプラグ４の軸方向幅で決まる値）に対する、滑りを生じた際の入力トルクＴの倍率（Ｔ／Ｔｏ）をとって示している。関係図において、丸印（○）は圧痕が生じなかった場合を示し、バツ印（×）は、圧痕が生じた場合を示している。
【００３３】
関係図からは、スプラグ高さＨｃの対間隔比（Ｈｃ／Ｊ）が１．０５、すなわち、スプラグ高さＨｃが内外輪１，２間の径方向間隔Ｊの５％増しとなったときには、一部の試料の内輪２に圧痕が生じ、スプラグ高さＨｃの対間隔比（Ｈｃ／Ｊ）が１．０５未満では、いずれの試料でも、内輪２に圧痕が生じないことが想定できる。
【００３４】
また、関係図からは、スプラグ高さＨｃの対間隔比（Ｈｃ／Ｊ）が大きくなるに従い、定格トルクＴｏに対する滑り発生時のトルクＴの倍率（Ｔ／Ｔｏ）がほぼ正比例的に大きくなっており、しかも、スプラグ高さＨｃの対間隔比（Ｈｃ／Ｊ）の各値毎に、滑り発生時のトルクＴの値には大きなばらつきはなく、スプラグ高さＨｃが一定では、複数の試料の滑り発生時のトルクＴの定格トルクＴｏに対する倍率（Ｔ／Ｔｏ）は、最低の値から０．５ないし０．６ポイントの範囲に収まっていることが分かる。
【００３５】
以上のことから、軌道輪の軌道面に圧痕が生じず、また、滑り発生時のトルクの値に大きなばらつきがないようにするには、スプラグ４の一方のカム面４２の変曲点４２ｃでのスプラグ高さＨｃを、内外輪１，２間の径方向間隔Ｊの１．０５倍未満とすればよいことが分かる。なお、スプラグ４がその一方のカム面４２の変曲点４２ｃで内輪２に接するときには、該スプラグ４は内外輪１，２の間でロック状態となっていなければならないから、スプラグ４の変曲点４２ｃでのスプラグ高さＨｃは、内外輪１，２間の径方向間隔Ｊより大きい値となることは、言うまでもない。
【００３６】
ところで、トルクリミッタとして動作する場合の入力トルクＴが比較的大きい場合は、一方向クラッチの従動側に、定格トルクＴｏの数倍の比較的に過大なトルクが伝達され、一方向クラッチの従動側の部材に与える影響が大きい。
【００３７】
一方向クラッチの従動側の部材の強度等を考慮すると、スプラグ４のカム面４２の変曲点４２ｃでのスプラグ高さＨｃは、内外輪１，２間の径方向間隔の１．０３倍以下とすることが望ましい。
【００３８】
図４の関係図において、スプラグ高さＨｃの対間隔比（Ｈｃ／Ｊ）が１．０２から１．０３超となる範囲では、該間隔比の増加に比例して、入力トルクＴの定格トルクＴｏに対する倍率（Ｔ／Ｔｏ）が増えていると想定できる。上記のように、スプラグ高さＨｃの対間隔比が１．０３以下では、定格トルクＴｏの３倍以下の入力トルクに対して、スプラグ４と内輪２との間に滑りが発生して、トルクリミッタの動作をすることになる。そのため、一方向クラッチの従動側には、定格トルクＴｏの３倍を越えるトルクは伝わらず、従動側の部材の変形、破損を確実に防止することができる。
【００３９】
上記の実施形態では、スプラグ４の内径側のカム面４２を、曲面４２ａと平坦面４２ｂとで構成したが、外径側のカム面４１を曲面と平坦面とで構成してもよい。その場合、伝動方向の過大な入力トルクに対して、外径側のカム面４１の平坦面が外輪１の軌道面に接触して、その間で滑りが生じることになる。また、図示の実施形態では、内外２つの保持器５，６を設けたが、保持器は単一とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の最良の形態に係る一方向クラッチを径方向に沿って一部断面して示した正面図。
【図２】図１の一方向クラッチの軸方向に沿って断面した断面図。
【図３】図１の一方向クラッチの一部であるスプラグの拡大正面図。
【図４】実験により得られたスプラグ高さと入力トルクとの関係を示す関係図。
【符号の説明】
【００４１】
１      外輪
２      内輪
３      環状空間
４      スプラグ
４１    外径側カム面
４２    内径側カム面
４２ａ  曲面
４２ｂ  平坦面
４２ｃ  変曲点
５      外側保持器
６      内側保持器
７      リボンスプリング（環状ばね体）
Ｈｃ    変曲点でのスプラグ高さ
Ｊ      内外輪間の径方向間隔
【図１】
2007092865.tif 000003
【図２】
2007092865.tif 000004
【図３】
2007092865.tif 000005
【図４】
2007092865.tif 000006