JPH05149352A

JPH05149352A - ころがり軸受クラツチ

Info

Publication number: JPH05149352A
Application number: JP3339851A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Takada; 信夫高田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-15
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH081224B2

Abstract

(57)【要約】【目的】クラッチの嵌脱性を向上させ、自由回転トル
クを減少し、トルク伝達手段の機能の向上を図る。【構成】内輪１と外輪２との間で軌道４を形成し、内
外輪軌道面１ａ及び２ａを単葉回転双曲面とし、内外輪
軌道面に線状に接触するように中心軸５を含む面に対し
て例えば１５°だけ傾斜させて複数個のころ３を配設
し、外輪２のトルクを外部に伝達するハウジング６を設
け、ハウジング６と外輪２とに軸線面から同じ角度傾斜
した溝を設け、両溝間にトルクを伝達手するボール９を
嵌合させる。【効果】ボール９と溝を介して外輪を軸方向に動かす
ことができ、クラッチの嵌脱及び自由回転性能を向上さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単葉回転双曲面の内外
輪軌道面に線状に接触するように一定角度傾斜して複数
個のころを配設し、トルク伝達面を備えた回転体をトル
ク伝達手段を介して外輪と結合したころがり軸受クラッ
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】円筒状ころを傾斜して配置したころがり
軸受クラッチとしては、例えば、内外輪間にころを傾斜
して配設することにより、内外輪間が相対回転したとき
にころが自転して軸方向にも移動することによりスプラ
グとして作用し、内外輪間がクラッチされる一方クラッ
チとしてのころがり軸受クラッチが公知である（特開平
３ー７４６４１号公報参照）。

【０００３】このころがり軸受クラッチでは、クラッチ
状態から自由回転状態に移るとき又はこの反対のときに
内外輪間が軸方向に相対的に変位するが、このときにも
駆動側と従動側とが軸方向に変位することなくトルクを
伝達できるように動力伝達回転体を設け、これをトルク
伝達手段により外輪と結合した構造のものが開示されて
いる。そして、トルク伝達手段としては、トルク伝達ピ
ン、インボリュートスプライン、ボールスプライン等を
用いることができる旨が同公報に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のトルク伝達手段
では、動力伝達回転体と外輪との間でトルクは伝達され
るが、外輪は軸方向へ自由に動けるようになっている。
そして、クラッチ時には、ばね力ところによる内外輪の
引き寄せ力（軌道間隔を狭める方向へ動かす力）とによ
り外輪が動かされてクラッチし、一方、自由回転時に
は、ころによる内外輪の引き離し力により、ばね力に抗
して外輪が動かされて軌道間隔が広がり、内外輪間が相
対的に自由回転する。その結果、クラッチの嵌脱運転が
可能になっている。

【０００５】しかしながら、このようなころがり軸受ク
ラッチでは、クラッチの嵌脱が、ばね力及びころによる
内外輪間の引き寄せ力又は引き離し力に依存しているの
で、内外輪を引き寄せ又は引き離すためにころが回転す
る量だけ遊びを生ずると共に、自由回転時に於けるころ
の引き離し力が不十分であるため、自由回転時にある程
度の回転トルクが発生した。又、トルク伝達手段がトル
ク伝達のみに用いられ、その多機能化が図られていなか
った。そこで本発明は従来技術に於ける上記問題を解決
し、クラッチの嵌脱性が向上し、自由回転トルクが減少
し、トルク伝達手段の機能の向上されたころがり軸受ク
ラッチを提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、内輪と外輪との間で軌道を形成し、内外輪
軌道面を単葉回転双曲面とし、前記内外輪軌道面に線状
に接触するように一定角度傾斜させて複数個のころを配
設し、前記内輪に対して該内輪の中心軸方向の一定位置
で相対的に回転自在に取り付けられ前記外輪の外側面に
対向する位置にトルク伝達面を備えた回転体を設け、該
回転体をトルク伝達手段を介して外輪と結合したころが
り軸受クラッチに於いて、前記トルク伝達手段は、外輪
の外側表面に前記中心軸を含む面から所定角度傾斜して
設けられ断面が円弧状の外輪溝と、前記回転体の内側表
面に前記所定角度と同じ角度傾斜して設けられ断面が円
弧状の回転体溝と、前記外輪溝と前記回転溝とに嵌合す
る球体と、を有することを特徴とするころがり軸受クラ
ッチ。

【０００７】

【作用】本発明が適用されるころがり軸受クラッチ
は、内輪と外輪との間で軌道を形成し、内外輪軌道面を
単葉回転双曲面とし、内外輪軌道面に線状に接触するよ
うに一定角度傾斜させて複数個のころを配設することに
より構成されているので、例えば内輪を一方向側に回転
させると、ころは、内輪軌道面に案内されて自転しつつ
内輪上を公転する共に、内輪上を中心軸方向の一方向側
にも進む。このころの自転の方向は、外輪軌道面に対し
ては反対方向になるので、ころは外輪軌道面に対しては
一方向の反対方向に進もうとする。その結果、内外輪は
ころの回転に案内されて中心軸方向において互いに反対
方向に動かされる。この動く方向は、内外輪間で形成す
る軌道間隔が広がる方向か又は狭まる方向であり、これ
は内輪の回転方向により定まる。例えば、内輪が一方向
へ回転したときに軌道間隔が広がるように動けば、内外
輪間では自由回転が可能となり、反対方向に回転して軌
道間隔が狭まるように動けば、内外輪間はクラッチ状態
になる。一方、外輪は、内輪に対してその中心軸方向の
一定位置で相対的に回転自在に取り付けられ外輪の外側
面に対向する位置にトルク伝達面を備えた回転体とトル
ク伝達手段を介して結合されているので、外輪の回転は
回転体に伝達され、外輪と回転体とは一体として回転す
る。

【０００８】次に本発明によれば、外輪溝と回転体溝と
を中心軸を含む面に対して同じ角度傾斜するように配設
し、この両溝に球体を嵌合させているので、例えば、一
定の軸方向位置で内輪との間で回転自在な回転体を回転
させるとすると、球体には、回転体の溝の上流側端から
回転力が作用すると共に、外輪溝の下流側端から回転に
対する抵抗モーメントによる力が働く。これらの力は大
きさが等しく方向が反対である。ここで両溝が傾斜して
いるため、上記の力を、斜面に直角方向（球体の中心方
向）の力と斜面に平行方向（球体の接線方向）の力とに
分解することができるから、球体には平行力のなす偶力
とその間の距離即ち溝幅との積に相当する回転モーメン
トが作用することになる。その結果、球体は溝内で回転
しようとし、回転体及び外輪は球体に案内されて溝方向
において互いに反対方向に動こうとする。ところが回転
体は軸方向位置を固定されているので、外輪が溝方向従
って軸方向に動くことになる。このように回転体と外輪
とが回転力を与えられて何れかの方向に回転すると、外
輪は中心軸方向において何れかの方向に動き、その回転
方向により軌道間隔を広げるか又は狭める。即ち、内輪
の回転に伴う外輪の回転、又は回転体の回転により、外
輪と回転体との間に上記作用が生じ、内外輪間では、こ
ろによる引き離し又は引き寄せ力に基づく動きに、上記
外輪の動きが加えられることになる。

【０００９】この場合、外輪は、回転体と外輪とが回転
すると同時に、溝の傾斜に従って動き出すので、ころの
動きによって外輪が動かされるときの外輪の動きよりも
大きく且つ早く動かされる。その結果、クラッチ側の回
転では、遊びがなくなり早く内外輪間がクラッチ状態に
なる。又、自由回転時には、ころによる内外輪間に生ず
る引き離し力によって内外輪間が離れる以上にその間を
離すことができるので、自由回転時のトルクが減少す
る。更に、球体を、トルクの伝達のみならず、外輪の移
動にも利用できるので、簡単な構成で多機能化が図られ
る。なお、このような外輪の動きは、球体の回転により
もたらされるものであるから、すべり摩擦を伴わず、こ
ろがり摩擦だけが生ずるので極めて僅かの抵抗で滑らか
に行われる。従って、回転体の回転により球体を動かす
力は作用するが、ころの回転による内外輪間に生ずるク
ラッチ力又は引き離し力に悪影響を与えることは全くな
い。

【００１０】

【実施例】図１は実施例のころがり軸受クラッチの
構造を示す断面図であり、図２はそのころ部分の斜視図
である。先ずこれらの図により本ころがり軸受クラッチ
の全体構造について説明する。本ころがり軸受クラッチ
は、内輪１と外輪２との間で軌道４を形成し、内外輪軌
道面１ａ及び２ａを単葉回転双曲面とし、内外輪軌道面
に線状に接触するように中心軸５を含む面に対して一定
角度β、例えば１５°だけ傾斜させて複数個のころ３を
配設し（図２）、内輪１に対してその中心軸５方向の一
定位置で相対的に回転自在に取り付けられ外輪２の外表
面に対向する位置にトルク伝達面を備えた回転体として
のハウジング６を設け、ハウジング６を後述するトルク
伝達手段を介して外輪２と結合することにより構成して
いる。

【００１１】ハウジング６は、本実施例では、内輪１上
に軸受７を介して配設されているが、これを、内輪１を
駆動する軸に軸受を介して又は直接回転可能に取りつけ
ることもできる。この軸受７は、入力側又は出力側と結
合されるハウジング６からのラジアル荷重及びハウジン
グ６を介して外輪２からのスラスト荷重を受けている。
そして、ハウジング６のばね受け面６ａと外輪２の一端
側面との間には、外輪２をクラッチ方向に付勢するため
の皿ばね８を配設している。この皿ばね８は、後述する
ようにこれを省略することも可能である。又ハウジング
６には、入力側又は出力側を結合することができるよう
に、取付けボルト孔６ｂが設けられている。更に、ハウ
ジング６と外輪２との間には、トルク伝達手段を構成す
る球体としてのボール９が設けられている。ボール９
は、図３及び図４に示す外輪２及びハウジング６に設け
られた溝内に嵌合している。

【００１２】内輪１及び外輪２には、ころ３の軸方向の
動きを停止させるそれぞれ鍔１０及びストッパ１１が設
けられている。これは、ころ３が軌道４内において軸方
向に進行するときに、その進行を停止させるためであ
る。本実施例では、ストッパ１１は、クラッチ時にころ
がねじ込まれたときに一定位置でこれを停止させ、一定
値以上のトルクが掛からないようにするトルクリミッタ
の作用をさせている。但し、このような作用をさせず、
単にころの抜け出しを防止する目的のものとしてもよ
い。

【００１３】図２において、ころ３は内輪１上に中心軸
５を含む断面から角度βだけ傾けて配列され、各ころ間
はリテイナー１２によりそれぞれの位置を保持され、互
いに接触しないようにされている。このようにすると、
互いに同方向に自転する隣接したころ同士が互いに反対
方向の接線速度をもって衝突することがなく、ころ３の
自転、公転が滑らかになる。

【００１４】次に、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ及び
２ａは、ころ３と線状に接するように、それぞれ次式に
示す双曲線を中心軸５回りに回転させた単葉回転双曲面
としている。ｙｉ²／ａｉ²−ｘｉ²／ｂｉ²＝１ｙｏ²／ａｏ²−ｘｏ²／ｂｏ²＝１ここで、ｘ_i、ｘ_oは、それぞれ内輪軌道面１ａ、外輪
軌道面２ａの原点から中心軸５方向への距離、ｙ_i、ｙ
_oは、それぞれ、中心軸５を含む任意断面における内輪
軌道面１ａ、外輪軌道面２ａの中心軸５からの距離、
又、ａｉ、ｂｉ、ａｏ、ｂｏは定数である。今、内外輪
の小径側の基準面（双曲線の原点面）における中心軸５
から軌道４の中心までの距離をＦ、ころ３の半径をｒ、
傾斜角をβとして、Ｆ＝９、ｒ＝1.5 、β＝１５°の場
合の計算を行うと（計算は複雑であるため省略する）、
ａｉ、ｂｉ、ａｏ、ｂｏの値はそれぞれ、約７．５、３
０．１、１０．５、３７となり、内外輪軌道面の単葉回
転双曲面の形状が与えられる。

【００１５】以上のような構成により、例えば内輪１を
矢印Ａ方向に回転させると、ころ３は内輪軌道面１ａに
案内されて矢印Ｂ方向に自転しつつ内輪１上を公転する
共に、内輪１上を中心軸方向において左方向にも進む。
このころ３の自転の方向は、外輪軌道面２ａに対しては
反対方向になるので、ころ３は外輪軌道面２ａに対して
は反対に右方向に進む。その結果、内外輪１、２は、こ
ろ３の回転に案内されて中心軸５方向において互いに反
対方向に動かされ、軌道９の間隔が広がり、内外輪間で
は自由回転が可能になる。一方、内輪１が矢印Ａとは反
対方向に回転すれば、上記と反対の動作が起こり、内外
輪１、２間の軌道間隔が狭まり、内外輪間はクラッチ状
態になる。そして外輪２の回転はハウジング６に伝達さ
れ、外輪とハウジング６とは一体として回転する。

【００１６】図３及び図４は、それぞれ外輪２及びハウ
ジング６に設けられた溝の構造を示す。それぞれの溝２
ｂ及び６ｃは、図示の如く、断面が円弧状で、外輪２の
外側面及びハウジング６の内側面に中心軸５を含む断面
から共に同じ一定角度例えば１８°程度傾けて多数配設
されている。そして図１に示すように、外輪２及びハウ
ジング６のそれぞれの溝２ｂ及び６ｃが相対向する位置
にあるときにそれぞれの溝内にボール９が嵌め込まれて
いる。このように嵌合された溝２ｂ及び６ｃ並びにボー
ル９がトルク伝達手段を構成する。

【００１７】図５は上記のトルク伝達手段の作動を説明
するための図である。ハウジング６を例えば自由回転の
方向である矢印Ｃ方向に回転させると、ボール９には、
ハウジング６の溝６ｃの上流側端６ｃー１から回転に伴
う回転方向の力Ｆが作用すると共に、外輪溝２ｂの下流
側端２ｂー１から回転に対する抵抗モーメントによる力
Ｆが働く。これらの力は大きさが等しく方向が反対であ
る。そして両溝が同じ角度だけ傾斜しているため、上記
の力を、斜面に直角方向（ボール９の中心方向）の力Ｒ
と斜面に平行方向（ボール９の接線方向）の力Ｈとに分
解することができるから、ボール９には平行力Ｈのなす
偶力とその間の距離ｘ即ち溝幅との積Ｈｘに相当する回
転モーメントが作用することになる。その結果、ボール
９は溝内で回転しようとし、ハウジング６及び外輪２は
ボール９に案内されて溝方向において互いに反対方向に
動こうとする。ところがハウジング６は軸方向位置を固
定されているので、外輪２が溝２ｂ及び６ｃの方向、従
って図１において中心軸５方向を左側即ち自由回転側に
動くことになる。クラッチ時には、ハウジング６は矢印
Ｃの反対方向に動き、上記と同様の作用により、今度は
外輪２は溝２ｂ及び６ｃの方向であって図１において中
心軸５方向を右側即ちクラッチ側に動くことになる。

【００１８】このようにハウジング６と外輪２とが回転
力を与えられて何れかの方向に回転すると、外輪２は中
心軸５方向において何れかの方向に動き、その回転方向
により軌道間隔を広げるか又は狭める。即ち、内輪１の
回転に伴う外輪２の回転、又はハウジング６の回転によ
り、外輪２とハウジング６との間に上記作用が生じ、外
輪は、ころ３による引き離し力又は引き寄せ力により動
かされることに加えて、ボール９によっても動かされる
ことになる。

【００１９】この場合、ボール９を介する外輪２の動き
は、ハウジング６及び外輪２の回転と同時に始まるの
で、ころ３の動きによって外輪２が動かされるときの外
輪２の動きよりも大きく且つ早い。その結果、クラッチ
側に回転するときには、遊びがなくなり早く内外輪１、
２間がクラッチ状態になる。従って、例えばハウジング
６がクラッチ側に回転すると、図６に示す如く、内外輪
間においてその捩じれ角に対応して遊びなくトルクが伝
達される。一方自由回転時には、ころ３により内外輪間
に生ずる引き離し力によって内外輪間が離れる以上にそ
の間を離すことができ、自由回転時のトルクが減少す
る。更に、ボール９を、トルクの伝達のみならず、外輪
２の移動にも利用できるので、簡単な構成で多機能化を
図ることができる。

【００２０】又、本発明では外輪溝２ｂとハウジングの
溝６ｃとを同じ角度傾斜させているので、ボール９は溝
２ｂ及び６ｃ内ですべり摩擦を伴うことなく回転のみに
よって動き、外輪２はハウジング６に対して、ころがり
摩擦の下に極めて僅かの抵抗で滑らかに動かされる。従
って、このような外輪２の動きが、ころ３の回転による
内外輪１、２間に生ずるクラッチ力又は引き離し力に悪
影響を与えることは全くない。更に本ころがり軸受クラ
ッチでは、クラッチ状態において、例えば従動側になる
ハウジング６を駆動側になる内輪１よりも早く回転させ
れば、外輪２はボール９に案内されて自由回転側に動
き、クラッチ状態をオフにすることが可能で、ころがり
軸受クラッチをオン／オフクラッチとして用いることが
できる。

【００２１】なお本実施例では、図１に示す如く、クラ
ッチ方向に外輪２を付勢するために皿ばね８を設けてい
るが、外輪２とハウジング６との間でトルクが伝達され
る時には、外輪２が直ちにクラッチ側に動かされるの
で、皿ばね８を省略することができる。又、以上におい
ては、ころ３のころがり面が円筒形状である場合につい
て説明したが、ころ３が円錐形状、鼓形又は太鼓形であ
るときにも、本発明を適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、外輪をころ
により軸方向に動かすことに加えて、傾斜溝とその間に
嵌合する球体との組み合わせにより積極的に且つ滑らか
に軸方向に動かすので、クラッチの嵌脱性を向上させ、
自由回転トルクを減少し、トルク伝達手段の機能の向上
を図ることができる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のころがり軸受クラッチの断面図である

【図２】上記クラッチのころの配置を示す斜視図であ
る。

【図３】（ａ）乃至（ｃ）は上記クラッチの外輪溝の形
状を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は
部分平面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は上記クラッチのハウジング
の溝の形状を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図で
ある。

【図５】上記クラッチのハウジングと外輪間の動作の説
明図である。

【図６】捩じれ角とトルクの関係を示す曲線図である。

【符号の説明】

１内輪１ａ内輪軌道面２外輪２ａ外輪軌道面（外輪軌道面）２ｂ外輪溝３ころ４軌道５中心軸６ハウジング（回転体）６ｃハウジング溝（回転体溝）９ボール（球体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪と外輪との間で軌道を形成し、内外
輪軌道面を単葉回転双曲面とし、前記内外輪軌道面に線
状に接触するように一定角度傾斜させて複数個のころを
配設し、前記内輪に対して該内輪の中心軸方向の一定位
置で相対的に回転自在に取り付けられ前記外輪の外側面
に対向する位置にトルク伝達面を備えた回転体を設け、
該回転体をトルク伝達手段を介して外輪と結合したころ
がり軸受クラッチに於いて、前記トルク伝達手段は、外輪の外側表面に前記中心軸を
含む面から所定角度傾斜して設けられ断面が円弧状の外
輪溝と、前記回転体の内側表面に前記所定角度と同じ角
度傾斜して設けられ断面が円弧状の回転体溝と、前記外
輪溝と前記回転溝とに嵌合する球体と、を有することを
特徴とするころがり軸受クラッチ。