JP2019019905A

JP2019019905A - 一方向クラッチ

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Publication number: JP2019019905A
Application number: JP2017139302A
Authority: JP
Inventors: 浩志小川; Hiroshi Ogawa
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2019-02-07
Also published as: DE112018003659T5; KR20200029465A; CN110914565A; US20200132134A1; WO2019017320A1; TW201920845A

Abstract

【課題】取付対象部材に対する回り止めとなる外輪の突起の側面の傾斜をカム面の傾斜よりも大きくしながらも、取付対象部材の嵌合溝に嵌合する外輪の突起の掛かり代を確保して外輪の回り止めを確実に行うことが可能な一方向クラッチを提供する。【解決手段】取付対象部材７の取付孔７０内に取り付けられる一方向クラッチ１は、シャフト８と一体に回転する内輪２と、内輪２の回転方向に対して傾斜したカム面３０ａと内輪２の外周面２ａとの間にくさび状空間１０を形成する複数の凹部３０が形成された外輪３と、くさび状空間１０に配置されたローラ４と、ローラ４をくさび状空間１０の一側に付勢する付勢部材６とを備える。外輪３は、取付対象部材７の嵌合溝７１に嵌合する複数の突起３１１を凹部３０の外径側にあたる位置に有し、外輪３の外周面３１ｂには、突起３１１の第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃに連続して形成された窪部３１２が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の一方向への回転を許容して他方向への回転を規制する一方向クラッチに関する。

従来、回転体の一方向への回転を許容して他方向への回転を規制する一方向クラッチが様々な用途に用いられている。特許文献１に記載の一方向クラッチは、同心状に配置された外輪と内輪との間にくさび状空間が形成され、このくさび状空間にローラが配置されている。ローラは、保持器に保持され、かつ板バネによってくさび状空間の狭幅部に向かって付勢されている。内輪が一方向に回転すると、外輪と内輪との間でローラがくさび状空間の狭幅部に挟まれたロック状態となり、外輪に対する内輪の回転が規制される。また、内輪が他方向に回転すると、ローラがくさび状空間の広幅部に移動して内輪が外輪に対して回転可能となる。

特開２００５−９０７１６号公報

上記のように構成された一方向クラッチの外輪は、くさび状空間を構成するカム面が内輪の回転方向に対して傾斜して形成されている。このような外輪を鋼板の絞り加工によって成形する場合、外輪の外周面のくさび状空間の外径側にあたる部分に、カム面の傾斜に応じて突出した複数の突起が形成される（特許文献１の図３参照）。この突起は、外輪を取付対象部材の取付孔内に取り付けて一方向クラッチを使用する場合の回り止めとして用いることができる。つまり、取付対象部材の取付孔に嵌合溝を設け、この嵌合溝に外輪の突起を嵌合することで、内輪から受けるトルクによって外輪が取付孔内で回転してしまうことを阻止することができる。

しかし、取付対象部材が例えば樹脂等の外輪よりも柔らかい材料で構成されている場合、外輪の突起の傾斜が緩いと、内輪から受けるトルクの大きさによっては、外輪の突起に当接する嵌合溝の内面が外方に押し拡げられてしまい、取付孔内で外輪が回転してしまうおそれがある。このため、例えば内輪に作用するトルクの上限値を小さく制限する等の使用上の制約が生じる場合があった。

このため、本発明者らは当初、外輪の外周面における突起の側面の傾斜をカム面の傾斜よりも大きくし、外輪の突起を嵌合溝に係合しやすくすることを考えたが、このような外輪を絞り加工によって形成した場合、外輪の周方向における突起の両端部の傾斜が緩くなってしまい（後述する図６のＲ部３１１ｅ参照）、嵌合溝の内面との掛かり代を十分に確保することができなかった。

そこで、本発明は、取付対象部材に対する回り止めとして機能する外輪の突起の側面の傾斜をカム面の傾斜よりも大きくしながらも、取付対象部材の嵌合溝に嵌合する外輪の突起の掛かり代を確保して外輪の回り止めを確実に行うことが可能な一方向クラッチを提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、取付対象部材に形成された取付孔内に取り付けられ、前記取付対象部材に対して回転する回転体の一方向への回転を許容し、かつ前記回転体の他方向への回転を規制する一方向クラッチであって、前記回転体の外周囲に配置され、前記回転体の回転方向に対して傾斜して形成されたカム面と前記回転体の外周面との間にくさび状空間を形成する複数の凹部が形成された外輪と、前記くさび状空間に配置されたローラと、前記ローラを前記カム面と前記回転体の外周面との間隔が狭くなる前記くさび状空間の一側に付勢する付勢部材とを備え、前記外輪は、前記取付孔の内周面に形成された嵌合溝に嵌合する複数の突起を前記凹部の外径側にあたる位置に有し、前記複数の突起の間における前記外輪の外周面には、前記突起の周方向の側面に連続して形成された窪部が設けられている、一方向クラッチを提供する。

本発明に係る一方向クラッチによれば、取付対象部材に対する回り止めとして機能する外輪の突起の側面の傾斜をカム面の傾斜よりも大きくしながらも、取付対象部材の嵌合溝に嵌合する外輪の突起の掛かり代を確保して外輪の回り止めを確実に行うことが可能となる。

本実施の形態に係る一方向クラッチを示す断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。一方向クラッチの保持器及び付勢部材の一部を示す斜視図である。（ａ）は、外輪の複数の突起のうち１つの突起及びその突起が嵌合された取付対象部材の嵌合溝を回転軸に平行な方向に対して直交する断面で示す断面図である。（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示す突起及び嵌合溝をそれぞれ別個に示す断面図である。（ａ）〜（ｅ）は、外輪の製造工程の一例を示す説明図である。比較例に係る外輪を示す部分断面図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る一方向クラッチを示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、一方向クラッチの保持器及び付勢部材の一部を示す斜視図である。この一方向クラッチ１は、取付対象部材７に形成された取付孔７０内に取り付けられ、取付対象部材７に対するシャフト８の矢印Ｂ方向への順回転を許容し、その逆側にあたる矢印Ｂ´方向への逆回転を規制するために用いられる。一方向クラッチ１は、その全体が取付対象部材７の取付孔７０に収容されているが、図１では取付対象部材７の一部のみを示している。

一方向クラッチ１は、シャフト８が相対回転不能に連結される回転体としての内輪２と、内輪２の外周囲に配置された外輪３と、内輪２と外輪３との間に配置された複数のローラ４と、複数のローラ４をそれぞれ保持する複数の保持孔５０が形成された環状の保持器５と、ローラ４を保持器５の周方向に沿って保持孔５０の一側に付勢する付勢部材６とを備えている。図２では、ローラ４を仮想線（二点鎖線）で図示している。

内輪２、外輪３、ローラ４、及び保持器５は例えばＳＣＭ４１５等の鋼材からなる。付勢部材６は例えばＳＵＰ材（ばね鋼）からなる。取付対象部材７は、外輪３よりも柔らかい材料からなり、本実施の形態では取付対象部材７が樹脂製である。

この一方向クラッチ１は、例えば複写機やプリンタ等の紙送り機構に用いられ、取付対象部材７としての筐体に対してシャフト８と共に回転する内輪２の一方向への回転を許容し、かつ内輪２の他方孔（逆方向）への回転をローラ４のくさび効果によって規制する。一方向クラッチ１が複写機やプリンタ等の紙送り機構に用いられた場合、例えば手作業による紙詰まりの処理時にシャフト８を逆方向に回転させる力が作用する可能性がある。

内輪２は、その中心部に嵌合孔２０が設けられ、この嵌合孔２０にシャフト８が嵌合している。本実施の形態では、シャフト８がスプライン嵌合によって内輪２と相対回転不能に連結されているが、これに限らず、例えばボルトによってシャフト８が内輪２に固定されていてもよい。なお、内輪２とシャフト８とを一体にしてもよい。この場合、内輪２とシャフト８とが一体となった回転体の逆方向への回転がローラ４のくさび効果によって規制される。

外輪３は、略円筒状の円筒部３１と、円筒部３１の一端部から径方向内方に突出した内鍔部３２（図２参照）と有している。また、外輪３は、内輪２の回転方向に対して傾斜して形成されたカム面３０ａを円筒部３１の内周面３１ａの一部に有している。外輪３の円筒部３１には、内輪２の外周面２ａとの間にくさび状空間１０を形成する複数の凹部３０が形成されており、カム面３０ａがこの凹部３０の底面となっている。すなわち、外輪３のカム面３０ａと内輪２の外周面２ａの間の空間がくさび状空間１０となっており、このくさび状空間１０に円柱状のローラ４が配置されている。

内輪２及び外輪３の径方向におけるくさび状空間１０の径方向幅は、内輪２及び外輪３の周方向における一端部ではローラ４の直径よりも狭く、周方向の他端部ではローラ４の直径よりも広い。ローラ４は、その中心軸方向が内輪２及びシャフト８の回転軸Ｏと平行となるように保持器５に保持されている。

保持器５は、ローラ４の直径よりも厚みが薄く、内周面５ａ及び外周面５ｂからローラ４の一部が突出している。本実施の形態では、保持器５に８つの保持孔５０が周方向に沿って等間隔に設けられ、各保持孔５０にそれぞれ１つのローラ４が収容されている。保持器５には、その複数箇所に外輪３への固定のための複数の凸部５１（図２，３参照）が設けられており、図３ではこのうち１つの凸部５１を図示している。凸部５１は、例えば溶接によって外輪３に接合されている。

付勢部材６は、図３に示すように、保持器５の外周面５ｂに対向して配置される帯状の環体部６１と、環体部６１から保持孔５０内に延出された延出部６２と、延出部６２から突出した一対のばね部６３と、保持器５に形成された被係合部５２に係合する複数の係合部６４とを一体に有している。環体部６１には、保持器５の複数の保持孔５０のそれぞれに対応する位置に複数の角穴６１０が形成され、延出部６２はこの角穴６１０内に突出している。また、環体部６１には、軽量化のための複数の抜き穴６１１が形成されている。

付勢部材６は、係合部６４が被係合部５２に係合することで、保持器５に固定されている。本実施の形態では、係合部６４が環状部６１の幅方向（軸方向）の端部から径方向内方に突出した突片として形成され、被係合部５２は保持器５の軸方向端面に形成された切り欠きとして形成されている。

一対のばね部６３は、延出部６２から保持器５の軸方向に対して傾斜する方向に突出し、ローラ４の外周面に当接する先端部が自由端となっている。付勢部材６は、一対のばね部６３がローラ４に当接することにより、ローラ４をカム面３０ａと内輪２の外周面２ａとの間隔が狭くなるくさび状空間１０の一側に付勢している。

上記のように構成された一方向クラッチ１は、シャフト８が逆方向（矢印Ｂ´方向）に回転すると、ローラ４が外輪３のカム面３０ａ及び内輪２の外周面２ａを転動して外輪３と内輪２との間に挟まれ、さらなるシャフト８の逆方向への回転が阻止される。一方、シャフト８が順方向（矢印Ｂ方向）に回転した場合には、内輪２の回転によってローラ４がくさび状空間１０の径方向幅が広い部分に移動し、シャフト８が取付対象部材７に対して自由に回転可能となる。

取付対象部材７には、取付孔７０の内周面７０ａに、回転軸Ｏと平行な方向に延びる嵌合溝７１が形成されている。外輪３は、嵌合溝７１に嵌合する複数の突起３１１を円筒部３１における凹部３０の外径側にあたる位置に有している。外輪３は、突起３１１が嵌合溝７１に嵌合されることにより、取付対象部材７に対する相対回転が規制されている。本実施の形態では、図２に示すように、突起３１１が円筒部３１の軸方向のうち一部の領域に設けられているが、突起３１１が円筒部３１の軸方向の全体にわたって設けられていてもよい。

図４（ａ）は、外輪３の複数の突起３１１のうち１つの突起３１１、及びその突起３１１が嵌合された取付対象部材７の嵌合溝７１を回転軸Ｏに平行な方向に対して直交する断面で示す断面図である。図４（ｂ）及び（ｃ）は、図４（ａ）に示す突起３１１及び嵌合溝７１をそれぞれ別個に示す断面図である。

突起３１１は、円筒部３１の周方向における幅Ｗが例えば１．９ｍｍであり、回転軸Ｏと平行に延在している。また、突起３１１は、回転軸Ｏを円弧中心とする断面円弧状の先端面３１１ａと、内輪２の回転方向に対して傾斜した第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃとを有している。第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃは、突起３１１の周方向の両側面である。図４（ｂ）では、第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃを太線で示している。先端面３１１ａは、円筒部３１の径方向において凹部３０の最深部３０ｂ（図１参照）の外側にあたる部位を含む範囲に形成されている。第１の側面３１１ｂは、カム面３０ａの外側にあたる部位に形成されている。第２の側面３１１ｃは、円筒部３１の内周面３１ａのうち凹部３０が形成されていない部分の外側にあたる部位に形成されている。

先端面３１１ａと第１の側面３１１ｂとの間、及び先端面３１１ａと第２の側面３１１ｃとの間には、所定の曲率半径のＲ部（アール部）３１１ｄがそれぞれ形成されている。このＲ部３１１ｄの曲率半径は、例えば０．３ｍｍである。図４（ａ）及び（ｂ）に示す断面において、第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃは、Ｒ部３１１ｄに連続する直線状である。円筒部３１の周方向における第１の側面３１１ｂと第２の側面３１１ｃとの間の寸法は、先端面３１１ａから離れるにつれて徐々に広くなっている。

複数の突起３１１の間における外輪３の円筒部３１の外周面３１ｂには、第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃにそれぞれ連続して形成された一対の窪部３１２が設けられている。換言すれば、これら一対の窪部３１２の間に突起３１１が設けられている。以下、一対の窪部３１２及びこれらの間に設けられた１つの突起３１１からなる円筒部３１の周方向一部の領域を突起領域３１０という。本実施の形態では、円筒部３１に８つの突起領域３１０が等間隔に形成されている。第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃは、図４（ｂ）に示す断面において、突起領域３１０の断面形状が直線状のストレート部Ｓである。図４（ｂ）に示す仮想線Ｌは、周方向に隣り合う２つの突起領域３１０の間における円筒部３１の外周面３１ｂを回転軸Ｏに対する周方向に延長した延長線である。

仮想線Ｌに対する突起３１１の高さｈは、例えば突起３１１の周方向幅Ｗの１０分の１である。また、図４（ａ）及び（ｂ）の図示例では、第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃが仮想線Ｌに沿う円筒部３１の周方向となす角度θ_１，θ_２が３０°である。この角度θ_１，θ_２の好ましい範囲は３０°以上４５°以下である。角度θ_１，θ_２が３０°未満であると、外輪３を取付対象部材７に対して回り止めする効果が十分に得られず、角度θ_１，θ_２が４５°を超えると、後述する絞り加工により突起３１１を精度よく成形することが難しくなるためである。

円筒部３１の周方向に対するカム面３０ａの傾斜角は例えば１０°である。したがって、円筒部３１の周方向に対する第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃの傾斜角である角度θ_１，θ_２は、カム面３０ａの傾斜角よりも大きい。

窪部３１２は、仮想線Ｌよりも円筒部３１の径方向内方に窪んでいる。窪部３１２の内面３１２ａは、図４（ｂ）及び（ｃ）に示す断面における曲率半径が０．３ｍｍ以上の曲面からなる。本実施の形態では、図４（ｂ）に示す断面における窪部３１２の内面３１２ａが、第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃに連続する第１の曲面３１２ｂと、周方向に隣り合う突起領域３１０の間における円筒部３１の外周面３１ｂと第１の曲面３１２ｂとを滑らかに接続する第２の曲面３１２ｃとからなる。第１の曲面３１２ｂは、円筒部３１の径方向に対して内側に凸となる曲面であり、第２の曲面３１２ｃは、円筒部３１の径方向に対して外側に凸となる曲面である。

窪部３１２の内面３１２ａ（第１及び第２の曲面３１２ｂ，３１２ｃ）の曲率半径の好ましい範囲は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、本実施の形態では第１の曲面３１２ｂ及び第２の曲面３１２ｃの曲率半径が共に０．５ｍｍである。この曲率半径が０．３ｍｍ未満であると、後述する絞り加工により窪部３１２を精度よく成形することが難しくなり、１．０ｍｍを超えると、必要以上に窪部３１２が大きくなってしまうためである。また、第１の曲面３１２ｂの曲率半径と第２の曲面３１２ｃの曲率半径とは、同じでもよく、異なっていてもよい。このように、回転軸Ｏに直交する断面における突起領域３１０は、直線状に形成された第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃを除き、曲率半径が０．３ｍｍ以上の曲線からなり、これらの曲線同士が滑らかに連続して形成されている。

取付対象部材７の嵌合溝７１は、図４（ｃ）に示すように、その内面が底面７１ａ及び一対の当接面７１ｂ，７１ｃからなる。底面７１ａは、外輪３の突起３１１の先端面３１１ａに対向する。当接面７１ｂは、突起３１１の第１の側面３１１ｂに当接し、当接面７１ｃは、突起３１１の第２の側面３１１ｃに当接する。

（外輪３の製造方法）
次に、外輪３の製造方法について、図５を参照して説明する。

図５（ａ）〜（ｅ）は、外輪３の製造工程の一例を示す説明図である。外輪３は、複数のプレス加工を多段の加工ステーションで順次行うトランスファプレスによって成形される。図５（ａ）は外輪３の素材である円盤状の薄板鋼板３００を示し、図５（ｂ）及び（ｃ）はカップ状に成型された加工途中の第１及び第２成形体３０１，３０２をそれぞれ示している。第２成形体３０２は、図５（ｄ）に示すように上型（パンチ）９１及び下型（ダイス）９２によって絞り加工され、第３成形体３０３となる。そして、図５（ｅ）に示すように第３成形体３０３の底部の中心部に貫通孔３２０を形成することで、外輪３が得られる。

上型９１及び下型９２を用いた絞り加工工程では、カップ状の第２成形体３０２の内側に上型９１を挿入した後、上型９１が第２成形体３０２と共に下型９２の成形孔９２０内に圧下される。上型９１の外周面には、凹部３０に対応する形状の複数の凸部９１１が設けられ、下型９２の成形孔９２０の内周面には、突起領域３１０の突起３１１及び窪部３１２に対応する凹凸形状の突起領域成形部９２１が設けられている。第２成形体３０２は、この絞り加工によって外径が縮小すると共に、凹部３０及び突起領域３１０が形成される。

［比較例］
図６は、比較例に係る外輪３´を示す部分断面図である。この外輪３´は、上記の実施の形態に係る外輪３と同様に、凹部３０の外側にあたる部分に突起３１１を有しているが、窪部３１２は形成されていない。すなわち、外輪３´は、窪部３１２に対応する凸部を有しない下型によって絞り加工されている。

この外輪３´では、突起３１１における第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃの直線状の部分（太線で示すストレート部）の長さが短くなり、突起３１１の周方向両端部が例えば０．３ｍｍの曲率半径のＲ部３１１ｅとなっている。このため、外輪３´を回り止めするための有効な掛かり代の長さが短くなり、内輪２を逆方向に回転させる大きな力がシャフト８に作用した際に、外輪３´が取付対象部材７に対して回転してしまうおそれがある。

一方、本実施の形態に係る外輪３では、Ｒ部３１１ｅが形成されないので、第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃによる有効な掛かり代を大きく確保することができ、外輪３の取付対象部材７に対する回転を比較例に係る外輪３´よりも確実に阻止することができる。

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態に係る一方向クラッチ１によれば、取付対象部材７に対する回り止めとして機能する外輪の突起３１１の第１及び第２の側面３１１ｂ，３１１ｃの傾斜をカム面３０ａの傾斜よりも大きくしながらも、取付対象部材７の嵌合溝７１に対する外輪３の突起３１１の掛かり代を確保して外輪３の回り止めを確実に行うことが可能となる。また、窪部３１２の内面３１２ａが、内輪２の回転軸Ｏに直交する断面における曲率半径が０．３ｍｍ以上の曲面からなるので、突起領域３１０における一対の窪部３１２及び突起３１１を下型９２の成形孔９２０の突起領域成形部９２１の形状に倣わせて精度よく加工することができる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、一方向クラッチ１の用途として、複写機やプリンタ等の紙送り機構のシャフト８の一側への回転を規制する場合を例示したが、一方向クラッチ１の用途はこれに限らず、例えば釣り具のリールにこの一方向クラッチ１を用いてもよい。また、ローラ４や凹部３０の数は上記のものに限らず、適宜変更することが可能である。またさらに、上記実施の形態では、付勢部材６の一対のばね部６３が板ばねによって構成された場合について説明したが、これに限らず、例えばコイルばねによってローラ４を付勢してもよい。

１…一方向クラッチ１０…くさび状空間
２…内輪（回転体）３…外輪
３０…凹部３０ａ…カム面
３１１…突起３１２…窪部
４…ローラ５…保持器
５０…保持孔６…付勢部材
７…取付対象部材７０…取付孔
７１…嵌合溝

Claims

取付対象部材に形成された取付孔内に取り付けられ、前記取付対象部材に対して回転する回転体の一方向への回転を許容し、かつ前記回転体の他方向への回転を規制する一方向クラッチであって、
前記回転体の外周囲に配置され、前記回転体の回転方向に対して傾斜して形成されたカム面と前記回転体の外周面との間にくさび状空間を形成する複数の凹部が形成された外輪と、
前記くさび状空間に配置されたローラと、
前記ローラを前記カム面と前記回転体の外周面との間隔が狭くなる前記くさび状空間の一側に付勢する付勢部材とを備え、
前記外輪は、前記取付孔の内周面に形成された嵌合溝に嵌合する複数の突起を前記凹部の外径側にあたる位置に有し、
前記複数の突起の間における前記外輪の外周面には、前記突起の周方向の側面に連続して形成された窪部が設けられている、
一方向クラッチ。
前記窪部の内面は、前記回転体の回転軸に直交する断面における曲率半径が０．３ｍｍ以上の曲面からなる、
請求項１に記載の一方向クラッチ。