JP2023072829A - ラチェット型ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な組み立て作業を必要とせずに耐久性の向上を図ることができるラチェット型ワンウェイクラッチを提供すること。
【解決手段】爪部材３は、内輪９が外輪７に対して空転する際、歯部５と接触する内径側の面４５を有し、内輪９の中心軸線Ｃ方向から見て、内径側の面４５と歯部５との接点を接点Ｐとし、中心軸線Ｃと垂直に交わり接点Ｐを通る直線を直線Ａとし、直線Ａと垂直に交わり、接点Ｐを通り且つ中心軸線Ｃ方向と直交する方向の直線を直線Ｂとし、内径側の面４５に関して接点Ｐにおける接線を接線Ｔとし、直線Ｂと接線Ｔとが成す角の大きさをαとしたとき、αの範囲が所定の条件式を満足することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両や産業機械等においてトルク伝達機構として用いられるラチェット型ワンウェイクラッチに関する。

近年、電動化された駆動装置等に用いられるワンウェイクラッチとして、噛み合いの確実性および制御性から、ラチェット型ワンウェイクラッチが用いられることが多くなっている。

電動化された駆動装置等に用いられるラチェット型ワンウェイクラッチにおいては、例えば動力に電動モータを用いた場合、高速回転による部品群の耐久性の低下が懸念される。特許文献１および２には、耐久性の向上が図られたラチェット型ワンウェイクラッチが記載されている。

特許文献１には、円筒状支持部材を用いてスプリングを支持することによりスプリングの挙動を安定させ、スプリングの摩耗、折損を抑制することによって耐久性を向上させたラチェット型ワンウェイクラッチが記載されている。
特許文献２には、スプリングシートを介してコイル状のスプリングを外輪に取り付けることによりスプリングの一端をスプリングシートの平面部で支持し、スプリングの振れを抑制することによって耐久性を向上させたラチェット型ワンウェイクラッチが記載されている。

特開２０１７－１１０７０７号公報 特開２０１７－１０１７５８号公報

しかしながら、特許文献１および２のラチェット型ワンウェイクラッチにおいては、従来の構成部品に加えてスプリングを保持するための部品を追加してスプリングの挙動を安定させることによって構成部品の破損を抑制し、これによりラチェット型ワンウェイクラッチの耐久性を向上させている。このため、特許文献１および２のラチェット型ワンウェイクラッチにおいては、部品数が増加するとともに組み立て作業が複雑になり、コストが増加してしまう懸念がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、複雑な組み立て作業を必要とせずに耐久性の向上を図ることができるラチェット型ワンウェイクラッチを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るラチェット型ワンウェイクラッチは、
第１の環状部材と、
前記第１の環状部材と同軸に且つ相対回転可能に配置された第２の環状部材と、
トルク伝達可能に前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを係合可能なラチェット機構とを有し、
前記ラチェット機構は、前記第１の環状部材に設けられた複数の歯部と、
前記第２の環状部材に設けられ、前記歯部と噛み合うことにより前記第２の環状部材に対する前記第１の環状部材の第１の回転方向への相対回転をロックし、第２の回転方向への相対回転を許容する複数の爪部材と、
前記複数の爪部材をそれぞれ前記歯部との噛み合い方向へ付勢する複数の弾性部材とを備え、
前記爪部材は、前記第１の環状部材が前記第２の環状部材に対して前記第２の回転方向へ相対回転する際、前記歯部と接触する曲面を有し、
前記第１の環状部材の中心軸線方向から見て、前記曲面と前記歯部との接点を接点Ｐとし、前記中心軸線と垂直に交わり前記接点Ｐを通る直線を直線Ａとし、前記直線Ａと垂直に交わり、前記接点Ｐを通り且つ前記中心軸線方向と直交する方向の直線を直線Ｂとし、前記曲面に関して前記接点Ｐにおける接線を接線Ｔとし、前記直線Ｂと前記接線Ｔとが成す角の大きさをαとしたとき、αの範囲が以下の条件式を満足することを特徴とする。
１０°＜α＜１５°

本発明によれば、複雑な組み立て作業を必要とせずに耐久性の向上を図ることができるラチェット型ワンウェイクラッチを提供することができる。

図１は、実施形態に係るラチェット型ワンウェイクラッチの要部を示す正面図であり、爪部材と歯部との非噛み合い状態を示している。

以下、本発明の実施形態に係るラチェット型ワンウェイクラッチを、図面を参照しながら説明する。
まず、本実施形態におけるラチェット型ワンウェイクラッチに係る方向について定義する。本実施形態において、軸方向、径方向、周方向とは、ラチェット型ワンウェイクラッチの中心軸線Ｃすなわち外輪および内輪の中心軸線Ｃに関する軸方向、径方向、周方向のことをいう。また、軸方向について、図１において紙面手前側を軸方向一方側または正面側とし、紙面奥側を軸方向他方側とする。周方向について、図１において紙面に向かって時計方向に回転する方向を周方向一方側とし、紙面に向かって反時計方向に回転する方向を周方向他方側とする。

なお、ラチェット型クラッチの回転方向について、外輪の回転と内輪の回転とは相対的なものである。例えば、内輪が時計回りに回転可能な場合、外輪も反時計回りに回転可能であり、また、内輪と外輪とが同方向に回転する場合であっても、外輪と内輪との回転速度が異なれば、外輪と内輪とは相対的にいずれかの方向に回転していると言える。

図１は、実施形態に係るラチェット型ワンウェイクラッチ１の要部を軸方向一方側から見た状態を示す正面図であり、爪部材３と歯部５との非噛み合い状態を示している。
本実施形態に係るラチェット型ワンウェイクラッチ１は、軸方向から見た全体の形状は、上記特許文献２の図１に示された形状と同様の円環状であり、複数の爪部材３と複数の歯部５とを備えている。図１においては、１つの爪部材３とその周辺部分のみを示している。

本実施形態に係るラチェット型ワンウェイクラッチ１は、環状の外輪７と、外輪７の径方向内方に外輪７と同軸に且つ外輪７と相対回転可能に配置された環状の内輪９と、外輪７と内輪９との間でトルクの伝達を可能とするラチェット機構とを有している。

内輪９の外周面には、径方向外方に突出し軸方向に延在する歯部５が周方向等間隔に多数形成されている。周方向に隣り合う歯部５によって、周方向所定幅の空間１１が形成されている。歯部５は軸方向から見た断面形状が略矩形であり、周方向一方側の面１３と、周方向他方側の面１５と、周方向一方側の面１３の外径側端と周方向他方側の面１５の外径側端とを周方向に結ぶ外径側の面１７とを備えている。歯部５の外径側の面１７は、軸方向と平行な平面或いは径方向外方に僅かに膨出する曲面に形成されている。歯部５は内輪９の軸方向の一方端から他方端に亘って延在している。

内輪９の中心部には、図示しないシャフトホールが形成され、該シャフトホールには、例えば電動モータ等の駆動軸（図示省略）が嵌合される。

外輪７の内周部には、複数の爪部材保持部２１が周方向に所定間隔で形成されている。爪部材保持部２１は、径方向内方に開口し径方向外方に凹んだ凹部である。爪部材保持部２１の底部には更に、周方向一方側から周方向他方側に向かって順に、第１の凹部２３と第２の凹部２５とが形成されている。第１の凹部２３は、周方向一方側且つ径方向外方に向かって凹んでいる。第２の凹部２５は、周方向他方側且つ径方向外方に向かって凹んでいる。

爪部材３は、軸方向に延在する円柱部４１と、円柱部４１から周方向他方に向かって延在する爪部４３とを有している。円柱部４１と爪部４３とは一体に形成されている。爪部４３は所定の径方向厚さを有し、内径側の面４５と、外径側の面４７と、内径側の面４５の周方向他方端と外径側の面４７の周方向他方端とを略径方向に結ぶ先端面４９とを備えている。爪部４３の内径側の面４５は、内輪９の歯部５と径方向に対向している。爪部材３は、円柱部４１が爪部材保持部２１の第１の凹部２３に回動可能に保持されている。すなわち爪部材３は、円柱部４１を中心として爪部４３が径方向に揺動可能に、第１の凹部２３に保持されている。

爪部材保持部２１の第２の凹部２５には、爪部材３を内輪９側に向けて付勢する１つのコイル状のスプリング５１が配置されている。具体的には、スプリング５１は、爪部材３の爪部４３の外径側の面４７に接触し、爪部４３を内輪９側に向けて付勢する。この構成により、爪部材３は、スプリング５１によって歯部５との噛み合い方向へ常に付勢されている。

このように、１つの爪部材保持部２１には、爪部材３とスプリング５１とが一組保持されている。内輪９の歯部５と、爪部材保持部２１に保持された爪部材３およびスプリング５１とでラチェット機構が構成されている。なお、本実施形態においては、スプリング５１はコイル状のものを用いているが、スプリング５１の形態はこれに限定されるものではない。

外輪７の外周部には、図示しないスプラインが形成され、該スプラインには、例えば図示しない電動モータ等の駆動力が伝達される被駆動側装置（図示省略）と連結している軸部材（図示省略）が嵌合される。或いは外輪７を固定とし、ラチェット型ワンウェイクラッチ１をバックストップとして用いることもできる。

本実施形態のラチェット型ワンウェイクラッチ１は、図１において、内輪９が時計方向に回転するときに外輪７に対する内輪９の相対回転が固定され、内輪９が反時計方向に回転するときに外輪７に対して内輪９は空転する。

詳細には、内輪９が時計方向に回転すると、外輪７の複数の爪部材３がそれぞれ内輪９の歯部５に噛み合う。爪部材３と歯部５との噛み合いは、具体的には、スプリング５１の付勢力によって歯部５間の空間１１内に落ち込んでいる爪部４３の先端面４９が、歯部５の周方向一方側の面１３と係合することによりなされる。このように、内輪９の歯部５の周方向一方側の面１３は、外輪７の爪部材３と噛み合う歯部５の噛み合い面を構成している。なお、以降の説明において、歯部５の周方向一方側の面１３を「歯部５の噛み合い面１３」とも言う。爪部材３と歯部５とが噛み合うことにより、外輪７と内輪９とが一体回転し、内輪９から外輪７へとトルクが伝達される。或いは、外輪７が固定されている場合には、外輪７に対する内輪９の回転が固定されるため、内輪９の時計方向への回転を阻止するバックストップとして機能する。

一方、内輪９が反時計方向に回転すると、複数の爪部材３は内輪９の歯部５に噛み合わず、内輪９は外輪７に対して空転する。具体的には、爪部材３の爪部４３は、スプリング５１の付勢力に抗して内輪９の歯部５によって径方向外方へ押し上げられ、内輪９の回転を許す。この状態においては、内輪９から外輪７へのトルクの伝達はなされない。このように、ラチェット機構は、内輪９と外輪７とを、トルク伝達状態とトルク非伝達状態とに切り替えている。

本実施形態に係るラチェット型ワンウェイクラッチ１は、内輪９が反時計方向に回転し、外輪７に対して空転する際、爪部材３が安定した挙動を示す構造を有している。以下、本実施形態に係るラチェット型ワンウェイクラッチ１のラチェット機構の構成について、さらに詳細に説明する。なお、以下の説明においては、外輪７に対して内輪９が回転する場合を例として説明する。

本実施形態のラチェット型ワンウェイクラッチ１は、爪部材３の爪部４３の内径側の面４５が径方向内方に膨出する曲面に形成されている。具体的には、爪部４３の内径側の面４５は、軸方向から見た断面形状が径方向内方に膨出する円弧状となる曲面に形成されている。すなわち爪部４３の内径側の面４５は、部分円筒外周面である。爪部材３の爪部４３が歯部５と噛み合っている状態、すなわち爪部４３の先端面４９が歯部５の噛み合い面１３と噛み合っている状態から、図１において内輪９が反時計方向に回転する際は、内輪９の歯部５は、外径側の面１７と周方向他方側の面１５との稜部６１が、爪部４３の内径側の面４５上を周方向一方側から周方向他方側に向けて摺動する。そして稜部６１が爪部４３の内径側の面４５上を周方向他方に向かうに従い、爪部４３は径方向外方へ押し上げられてゆく。

内輪９がさらに反時計方向へ回転し、爪部４３に対して歯部５が周方向他方へ移動し、歯部５の稜部６１が爪部４３の内径側の面４５の周方向他方側の先端まで摺動すると、その後は、爪部４３に対して歯部５が周方向他方へ移動するに従い、爪部４３の先端すなわち爪部４３の内径側の面４５の周方向他方端が歯部５の外径側の面１７上を相対的に周方向一方へ向けて摺動する。爪部４３の内径側の面４５の周方向他方端は、歯部５の外径側の面１７の周方向一方端まで摺動すると、その後はスプリング５１の付勢力によって歯部５間の空間１１に落ち込む。すなわち爪部４３の先端部は歯部５間の空間１１に落ち込む。爪部材３と歯部５とは、内輪９が反時計方向に回転している間は、このような挙動を繰り返す。

ここで、軸方向から見て、ラチェット型ワンウェイクラッチ１の空転時すなわち外輪７に対して内輪９が空転する際の、爪部４３の内径側の面４５と、歯部５の稜部６１または外径側の面１７との接点を接点Ｐとし、内輪９の中心軸線Ｃと垂直に交わる直線であって接点Ｐ通る直線を直線Ａとする。さらに、直線Ａと垂直に交わる直線であって、接点Ｐを通り且つ中心軸線Ｃ方向と直交する方向の直線を直線Ｂとする。さらに、爪部４３の内径側の面４５に関して接点Ｐにおける接線を接線Ｔとし、直線Ｂと接線Ｔとが成す角の大きさをαとする。なお、図１における直線Ａ、直線Ｂ、接線Ｔは何れも仮想線である。

本実施形態のラチェット型ワンウェイクラッチ１は、αの範囲が以下の条件式（１）を満足するように構成されている。
（１）１０°＜α＜１５°

すなわち本実施形態のラチェット型ワンウェイクラッチ１は、歯部５と接触する爪部材３の内径側の面４５の形状が、条件式（１）を満足するように構成されている。爪部材３の内径側の面４５における接点Ｐの位置は、上述したように、内輪９が回転するに従って変位するが、本実施形態のラチェット型ワンウェイクラッチ１は、接点Ｐの位置が内径側の面４５のどの位置であっても、条件式（１）を満足するように構成されている。詳細には、爪部材３の内径側の面４５の形状は、曲率半径および周方向長さが、条件式（１）を満足するように構成されている。

本実施形態のラチェット型ワンウェイクラッチ１は、爪部材３の内径側の面４５の形状が条件式（１）を満足することにより、空転時における爪部材３と複数の歯部５との連続する接触による爪部材３の径方向の揺動を小さくすることができる。このような構成により、本実施形態のラチェット型ワンウェイクラッチ１は、空転時におけるスプリング５１の挙動が安定し、スプリング５１およびスプリング５１の周辺部品の破損を抑制することができ、耐久性の向上を図ることができる。また、スプリング５１の挙動が安定するので、従来用いられている構造のスプリングを高速回転のラチェット型ワンウェイクラッチ１に適用することが可能となる。

なお、爪部材３の内径側の面４５の形状が条件式（１）の範囲を外れると、空転時における爪部材３と歯部５との連続する接触による爪部材３の径方向の揺動が大きくなってしまい、スプリング５１の挙動を安定させることが困難になってしまうので好ましくない。

このように、本実施形態によれば、複雑な組み立て作業を必要とせず、さらにコストの増大を抑制することができるラチェット型ワンウェイクラッチ１を実現することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。例えば、爪部材３を内輪９の外周部に備え、歯部５を外輪７の内周部に備えたラチェット型ワンウェイクラッチに適用することもできる。

１ ラチェット型ワンウェイクラッチ
３ 爪部材
５ 歯部
７ 外輪
９ 内輪
１３ 周方向一方側の面
１５ 周方向他方側の面
１７ 外径側の面
２１ 爪部材保持部
４１ 円柱部
４３ 爪部
４５ 内径側の面
５１ スプリング

Claims (1)

1. 第１の環状部材と、
   前記第１の環状部材と同軸に且つ相対回転可能に配置された第２の環状部材と、
   トルク伝達可能に前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを係合可能なラチェット機構とを有し、
   前記ラチェット機構は、前記第１の環状部材に設けられた複数の歯部と、
   前記第２の環状部材に設けられ、前記歯部と噛み合うことにより前記第２の環状部材に対する前記第１の環状部材の第１の回転方向への相対回転をロックし、第２の回転方向への相対回転を許容する複数の爪部材と、
   前記複数の爪部材をそれぞれ前記歯部との噛み合い方向へ付勢する複数の弾性部材とを備え、
   前記爪部材は、前記第１の環状部材が前記第２の環状部材に対して前記第２の回転方向へ相対回転する際、前記歯部と接触する曲面を有し、
   前記第１の環状部材の中心軸線方向から見て、前記曲面と前記歯部との接点を接点Ｐとし、前記中心軸線と垂直に交わり前記接点Ｐを通る直線を直線Ａとし、前記直線Ａと垂直に交わり、前記接点Ｐを通り且つ前記中心軸線方向と直交する方向の直線を直線Ｂとし、前記曲面に関して前記接点Ｐにおける接線を接線Ｔとし、前記直線Ｂと前記接線Ｔとが成す角の大きさをαとしたとき、αの範囲が以下の条件式を満足することを特徴とするラチェット型ワンウェイクラッチ。
   １０°＜α＜１５°

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