JP4115606B2 - ローラ式クラッチ機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車、農業機械、建設機械、工業機械などの変速機に利用されるローラ式クラッチ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動変速機に用いられるローラ式クラッチ機構、例えばローラ式ワンウェイクラッチは、相対回転する外輪及び内輪を有し、外輪と内輪の間でトルクを伝達する複数のローラが外輪または内輪の軌道面に設けたカム面に噛み合うことで、一方向のみに回転トルクを伝達している。また、逆方向では空転する構成となっている。
一般に、ローラ式クラッチ機構は、円周方向に複数個のローラが独立して内外輪間に配置され、それぞれ別個の付勢スプリングにより噛み合い方向に付勢されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の構造では、各ローラが別々に変位することができるために（非同期性）、高トルク、強振動の条件下で作動が不安定になる。また、軸受なしでは偏心に対して抵抗性が低い。
さらに、２方向ローラ式クラッチ機構では、空転中にローラの一つが反対側のカムに何らかの理由でかみ合ってしまうと、この衝撃によりクラッチ機構自体及びそれを用いた機械全体が不具合を起こす恐れがある。
【０００４】
従って、本発明の目的は、すべてのローラを一体状態で同期化することができ、高負荷、強振動下での作動安定性、偏心抵抗性、ポッピングの防止、さらには２方向クラッチの場合では空転信頼性向上を達成できるケージを備えたローラ式クラッチ機構を提供することである。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のケージを備えたローラ式クラッチ機構は、
外輪と、
前記外輪と半径方向に離間され、相対回転自在に同心状に前記外輪内に配置される内輪と、
前記外輪及び前記内輪間に配置されて前記外輪と前記内輪との間でトルクを伝達する複数のローラと、
前記ローラを一回転方向に付勢するスプリング部材と、
前記ローラをほぼ等間隔に保つため前記ローラ間に配置されると共に、前記ローラを噛合方向に付勢するため前記スプリング部材に係合するケージと、
から成ることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施態様】
全ローラは全体として一体化・同期化されると共に、各ローラは、個別にみるとケージとの間のわずかなスキマの分だけ独立して移動できる。従って、高負荷、強振動下での作動安定性、偏心抵抗性、ポッピングの防止、さらには２方向クラッチの場合では空転信頼性向上を達成できる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。尚、図面において同一部分は同一符号で示してある。
【０００８】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例のケージを備えたローラ式クラッチ機構の分解斜視図である。尚、以下の各実施例においては、クラッチ機構としてワンウェイクラッチ機構（一方向クラッチ）をとりあげた。また、説明の便宜上、単に「ワンウェイクラッチ」と称する。但し、後述の第４実施例に示すように、本発明は２方向クラッチ機構にも適用できることは言うまでもない。
【０００９】
図１において、ワンウェイクラッチ１０は、内周に、不図示の回転部材に嵌合するスプライン２ａを備え、回転自在の内輪２と、内輪２の外側に内輪２と相対回転自在に配置され、スプライン１ａを介して不図示の部材に固定された外輪１と、内輪２の環状の外周面と外輪１の環状の内周面との間に周方向で複数配置される円筒状のローラ３とからなっている。必要であれば、ローラ３の軸方向端面を全周にわたって面取りすることもできる。本実施例では、内輪２が回転し、外輪１が固定されている。但し、外輪を回転させ、内輪を固定状態にすることも可能である。このことは以下説明する他の実施例においても同様である。
【００１０】
外輪１の内周には、複数のカム面８が円周方向に所定の間隔で配置されている。外輪１と内輪２との間には、環状の側板４が嵌合しており、内外輪を同心に維持している。側板４は、半径方向外方の縁部に軸方向で外輪側に曲げられた環状のフランジ部４ａ、半径方向内方の縁部に軸方向でフランジ部４ａと反対方向に曲げられた環状のフランジ部４ｂを有する。フランジ部４ａは、外輪１に設けられた環状の段部１ｂに嵌合しており、フランジ部４ｂは所定のクリアランスで内輪２の外周面に対向している。
【００１１】
ローラ３間には、側板４から軸方向に突設された支持部７に支持されたアコーディオン型のスプリング部材６が配置されている。ローラ３間には更に、ケージ９が、スプリング部材６及び支持部７を覆うように介装されている。
【００１２】
ケージ９は、平坦な板部材より形成され、上面９ａ、上面９ａの両端からからほぼ垂直に下方に延在する垂下部９ｂを備え、軸方向断面がコの字状である。従って、上面９ａが外輪１の内周面に対向し、垂下部９ｂの外面がそれぞれローラ３に対向する。尚、軸方向内方に延在する突起４ｃが、円周方向に外輪内面と所定の間隙で側板４に設けられている。突起４ｃは、ケージ９の上面９ａの下に入り込み、支持部７との間でスプリング部材６を挟持する。突起４ｃは、垂下部９ｂの下端がローラ３の軌道面に接触したり、ケージ９が上下方向にガタつかず滑らかに周方向に動けるように保持している。
以上の構成により、全ローラ３は全体として一体化・同期化されると共に、各ローラ３は、個別にみるとケージ９のわずかな間隙（クリアランス）ｄ（図２参照）の分だけ独立して移動できる。
【００１３】
これにより、スプリング６の付勢力は、周方向に移動可能なケージ９の垂下部９ｂを介して、ローラ３に伝達されることになる。
ケージ９は、ローラ３間にあってローラ３を等間隔に保つと共に、スプリング部材６に係合しバネ力によってロック方向にローラ３を付勢する。すなわち、スペーサとホルダの機能を備えている。
【００１４】
（第２実施例）
図２は、本発明の第２実施例のケージを備えたローラ式クラッチ機構２０の半径方向部分断面図である。基本的な構成は第１実施例の場合と同じであるので、その部分の説明は省略する。
【００１５】
第２実施例で異なるのは、ケージ１９の配置である。第１実施例では、ケージ９は上面９ａと垂下部９ｂを備えており、上面９ａが外輪１の内周面に対向しているが、第２実施例では、ケージ１９は下面１９ａと、それからほぼ垂直に立ち上がる立上部１９ｂとからなっている。すなわち、第１実施例とほぼ逆の構成となっている。
下面１９ａは、内輪２の外周面と摺擦し、この下面１９ａの上面に側板４から軸方向内方に延在する支持部１７が当接する。支持部１７に一端を支持されたスプリング部材６は、他端をケージ１９の立上部１９ｂに当接させている。
【００１６】
図８および図９に示すように、支持部１７は、側板４から軸方向に延在する板部材として一体に形成されている。支持部１７は、それぞれ平坦な３つの底面１７ａ、１７ｃ及び１７ｄからなっている。スプリング支持部１７ｂは底面１７ｄから立ち上がっている。３つの底面１７ａ、１７ｃ及び１７ｄを合計した広い面積でケージ１９の上面１９ｃと摺擦するので、スプリング６を支持すると共にケージ１９を内輪２の外周面に対して良好に案内させることができる。
以上の構成により、ローラ３は全体として一体化・同期化されると共に、各ローラ３は、個別にみるとケージ１９のわずかな間隙ｄの分だけ独立して移動できる。
【００１７】
これにより、スプリング部材６の付勢力は、周方向に移動可能なケージ１９の立上部１９ｂを介して、ローラ３に伝達されることになる。尚、第２実施例では、スプリング部材６の支持部１７が、スプリング部材６の支持とケージ１９の案内とを兼ねている。
【００１８】
（第３実施例）
図３は、本発明の第３実施例のケージを備えたローラ式クラッチ機構３０の半径方向部分断面図である。基本的な構成は第１実施例の場合と同じであるので、その部分の説明は省略する。
【００１９】
本実施例では、外輪１の軸方向両端に設けられる環状の溝部に嵌合した環状の保持部材１１の突起１２にスプリング部材１６のコイル部１６ａが保持されている。また、ローラ３間のケージ１３は、第１及び第２実施例と形状が異なる。
外輪１には、位置決め用の切り欠き１１ｂが設けられ、位置決め用の切り欠き１１ｂは、保持部材１１がスプリング部材１６の反力により回動しないように保持部材１１を外輪１に固定している。
【００２０】
第３実施例では、スプリング部材とケージの構成が、第１及び第２実施例と異なる。まず、スプリング部材とケージの詳細について図４を参照して説明する。スプリング部材１６は、外輪１の軸方向両端で保持部材１１の突起１２に保持される２つのコイル部１６ａ、コイル部１６ａから延在する自由端１６ｄ、コイル部１６ａから自由端１６ｄとは反対側に延在するバー部１６ｂとからなっている。バー部１６ｂは、ローラ３に外輪１のカム面８と噛み合わせるための付勢力を与える作用部１６ｃにより連結されている。作用部１６ｃは内輪２の内周面に対してほぼ平行となっている。自由端１６ｄは外輪１の溝の段部に当接している。以上のように、スプリング部材１６は、全体として一体に構成されている。
【００２１】
一方、ローラ３を保持するケージ１３は、ローラ３に当接保持可能な曲面１３ａ、曲面１３ａの半径方向一端から延在し、内輪２の内周面に対向するほぼ平坦な下面１３ｂ、曲面１３ａの半径方向他端から延在し、外輪１の内周面に対向するほぼ平坦な上面１３ｃを一体的に備えている。
【００２２】
スプリング部材１６の作用部１６ｃは、曲面１３ａの裏面から付勢力をローラ３に作用させ、曲面１３ａを介してローラ３を付勢する。従って、この曲面１３ａは、ローラ３の円周面の曲率とほぼ同じ曲率を持つことが好ましい。
本実施例によれば、ローラ３が配置される円周上の空間にスプリング部材を配置する必要がないので、ローラ３の数を増加することができ、クラッチ機構全体として飛躍的な大容量化、小型化を達成することができる。
【００２３】
（第４実施例）
図５及び図６は、それぞれ本発明の第４実施例のケージを備えたローラ式クラッチ機構４０の半径方向部分断面図である。ここでは、２方向、すなわちツーウェイクラッチとなっている。基本的な構成は第１実施例の場合と同じであるので、その部分の説明は省略する。
【００２４】
ツーウェイクラッチ４０は、外輪１の内周面に軸方向断面が山形の形状をした一対のカム面８ａ及び８ｂとを備えている。また、ケージ２９は、図２のケージ１９とほぼ同じものである。ケージ２９の立上部２９ｂ間に装着されるスプリング部材２６は、上記各実施例のものとは構造が異なる。
【００２５】
スプリング部材２６は、アコーディオン型であるが、前述の実施例と異なり、周方向に若干長尺であり、側板４から軸方向に延在する板部材からなる支持部２７に支持される部分が、スプリング部材２６のほぼ中央に位置している。支持部２７は、ケージ２９を案内するためケージ２９の上面と摺擦する平坦な底面２７ａ、底面２７ｃと連続する平坦な底面２７ｃ、底面２７ａの一端から立ち上がる立上部２７ｂとからなっている。
【００２６】
尚、側板４の外側に別の突起を設けて他部材に固定することにより、より多機能に制御することも可能である。すなわち、側板４を周方向に移動することにより付勢方向を切り替え、ローラ３を２方向にロックアップ（図５及び図６参照）させることが可能である。
【００２７】
図５は、ローラ３が図中左側のカム面８ａに噛み合っている状態を示している。ローラ３は、ケージ２９との間の僅かな隙間ｄだけを残し噛み合っている。また、図６は、ローラ３が図中右方向のカム面８ｂに噛み合っている状態を示している。図５の場合と同様に、ローラ３は、ケージ２９との間の僅かな隙間ｄだけを残し噛み合っている。この噛み合いは、側板４を外部の制御装置（不図示）で周方向に移動させることで、付勢方向を切り替えることで行われる。
【００２８】
尚、第４実施例においても、第１実施例と同様にケージ２９を反転して配置することができる。その場合、ケージ２９の下面２９ａの曲率を内輪２の外周面の曲率に合わせることが好ましい。また、スプリング部材２６の支持部２７が、スプリング部材２６の支持とケージ２９の案内とを兼ねている。図１０および図１１に示すように、支持部２７は、側板4から軸方向に延在する板部材として一体に形成されている。支持部２７は、それぞれ平坦な２つの底面２７ａ及び２７ｃからなっている。スプリング支持部２７ｂは底面２７ａから立ち上がっている。２つの底面２７ａ及び２７ｃを合計した広い面積でケージ２９の下面２９ａと摺擦するので、スプリング部材２６を支持すると共にケージ２９を内輪２の外周面と良好に案内・摺擦させることができる。
【００２９】
図７は、第４実施例のローラ式クラッチ機構４０における逆ロック防止機能を示す軸方向部分断面図である。通常、ローラ３は、外輪１の左側カム面と噛み合う破線で示す位置Ａにあるが、何らかの力がローラ３に作用し、図中右方向に移動して位置Ｂに来た場合でも、ケージ２９は、その立上部２９ｂが支持部２７の底面２７ａにより動きを制限されているので、ローラ３は、図７において位置Ｂより右方には移動できない。従って、逆ロックを防止できる。
上記各実施例において、ケージはブロックベアリングの機能を有しており、特に、第３実施例を除く各実施例ではネジリばねであるスプリング部材の保護機能をも有する。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明した本発明のローラ式クラッチ機構は、次のような効果を有する。ローラを同期化できるので、一方向、二方向にかかわらずローラ式クラッチ機構の利点を共存させることができる。結果的に、高負荷、強振動下での作動安定性、偏心抵抗性、ポッピングの防止が可能となる。
また、本発明を２方向クラッチに適用した場合は空転信頼性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のローラ式クラッチ機構の分解斜視図
【図２】 本発明の第２実施例のローラ式クラッチ機構を示す半径方向部分断面図
【図３】 本発明の第３実施例のローラ式クラッチ機構を示す半径方向部分断面図
【図４】 本発明の第３実施例のスプリング部材とケージの詳細を示す斜視図
【図５】本発明の第４実施例のローラ式クラッチ機構を示す半径方向部分断面図であり、ローラが周方向左側のカム面に噛み合っている様子を示す。
【図６】本発明の第４実施例のローラ式クラッチ機構を示す半径方向部分断面図であり、ローラが周方向右側のカム面に噛み合っている様子を示す。
【図７】本発明の第４実施例のローラ式クラッチ機構を示す半径方向部分断面図であり、ローラの逆ロック防止機能を説明する。
【図８】本発明の第２実施例のローラ式クラッチ機構の支持部の詳細を示す上面図である。
【図９】 図８の支持部の側面図である。
【図１０】本発明の第４実施例のローラ式クラッチ機構の支持部の詳細を示す上面図である。
【図１１】 図１０の支持部の側面図である。
【符号の説明】
１．．．外輪
２．．．内輪
３．．．ローラ
１０、２０、３０．．．ワンウェイクラッチ
４０．．．ツーウェイクラッチ
６、１６、２６．．．スプリング部材
９，１３，１９、２９．．．ケージ

Claims (5)

1. 外輪と、
   前記外輪と半径方向に離間され、相対回転自在に同心状に前記外輪内に配置される内輪と、
   前記外輪及び前記内輪間に配置されて前記外輪と前記内輪との間でトルクを伝達する複数のローラと、
   前記ローラを一回転方向に付勢するスプリング部材と、
   前記ローラをほぼ等間隔に保つため前記ローラ間に配置されると共に、前記ローラを噛合方向に付勢するため前記スプリング部材に係合するケージと、
   を含み、前記ケージは周方向に移動可能であり、前記スプリングは、前記ケージを介して前記ローラを付勢することを特徴とするローラ式クラッチ機構。
2. 請求項１に記載のローラ式クラッチ機構において、前記ケージは、軸方向の断面形状がほぼコの字状であり、前記内輪の外周面または前記外輪の内周面に対して前記スプリング部材を覆うように配置されることを特徴とするローラ式クラッチ機構。
3. 請求項１に記載のローラ式クラッチ機構において、前記スプリング部材は、保持部材に支持されたコイルばねからなり、前記コイルバネの作用部が前記ケージを介して前記ローラに付勢力を与えることを特徴とするローラ式クラッチ機構。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のローラ式クラッチ機構において、前記ローラ式クラッチ機構は、一回転方向のみトルクを伝達する一方向型ワンウェイクラッチであることを特徴とするローラ式クラッチ機構。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のローラ式クラッチ機構において、前記ローラ式クラッチ機構は、両回転方向でトルクを伝達する２方向型クラッチであることを特徴とするローラ式クラッチ機構。

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