JP3664520B2 - トルクリミッタ機能を備えた一方向転がり軸受クラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一方向にはローラの転がりをロック状態にしてトルク伝達を可能とする転がり軸受とクラッチの機能を合わせ持った一方向転がり軸受クラッチに関し、特にロック方向にトルクリミッタ機能を備えた一方向転がり軸受クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の一方向転がり軸受クラッチとしては、たとえば図９に示すような構成となっている。
【０００３】
すなわち、内輪１００と、外輪１０１と、内輪１００外周と外輪１０１内周の間に介装される多数のローラ１０４とを備えている。ローラ１０４は、図９(ｂ)に示すように、内，外輪１００，１０１の中心軸ｘに対して所定のねじれ角βでもって配置されている。内輪１００外周の軌道面１０２は先細となるような円錐台形状のテーパ面で、外輪１０１内周の軌道面１０３も内輪１００の軌道面１０５に対応して円錐台形状に成形されている。また、これらの軌道面１０２，１０３はローラ１０４が線接触することが条件となるので、ローラ１０４を中心軸ｘを中心にして回転させた軌跡である単葉双曲面となる。内，外輪１００，１０１の軌道面１０２，１０３は中心軸ｘに対して所定のソケット角φでもって傾斜している。
【０００４】
ローラ１０４は所定のねじれ角βでもって内，外輪１００，１０１の軌道面１０２，１０３と接触し、内外輪１００，１０１の回転に伴ってローラ１０４が軌道面１０２，１０３間で螺旋状に転がることになる。
【０００５】
図９(ｂ)に示すように、ローラ１０４を介して内輪１００を外輪１０１内にねじり込む方向に回転させると、ローラ１０４の転がりによって内輪１００と外輪１０１が軸方向に接近させるクラッチ分力Ｆ１が働き、内輪１００と外輪１０１間のローラ１０４がロック状態となってトルク伝達が可能となる。
【０００６】
一方、逆方向に回転させると、図９(ｃ)に示すように、ローラ１０４の転がりによって内外輪１００，１０１を互いに引き離す方向の転がり分力Ｆ２が発生し、ローラ１０４がフリー状態で転がり回転する。
【０００７】
このような特性を利用して、一方向にはトルクを伝達し、他方向にはフリーに回転する一方向クラッチとして利用されている。このローラ１０４を内外輪１００，１０１に初期接触させるために、内輪１００と外輪１０１間に軽い予圧を加える予圧ばね１０５が設けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した従来技術の場合には、ロック状態で過剰なトルクが加わると、ローラ１０４が内，外輪１００，１０１の軌道面１０２，１０３間に転がり込み過ぎて外輪１０１が破損に至るおそれがあった。
【０００９】
また、図１０に示すように、一方向クラッチとして利用する場合よりも大きな軸方向予圧を加える予圧ばね１０６を設け、一方向転がり軸受クラッチのフリー回転方向に所定量の摩擦トルクを発生させ、トルクリミッタ機能を持たせたトルクアブソーバも知られている。
【００１０】
しかし、このようにフリー回転方向でトルクリミッタ機能を持たせたものでは、逆回転方向はロックすることになり、本来の一方向クラッチとして利用できないことになる。
【００１１】
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ロック状態で過剰トルクが作用した際にローラをスリップさせて過剰トルクを吸収し得るトルクリミッタ機能を備えた一方向転がり軸受クラッチを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にあっては、内輪と、外輪と、内輪外周と外輪内周に形成されたテーパ状の軌道面間に介装される多数のローラと、前記内輪と外輪を軸方向に押圧して内外輪の軌道面を近づける方向に付勢する予圧付与手段と、を備え、前記ローラは内外輪の中心軸に対して所定のねじれ角でもって傾斜配置され、内輪及び外輪の軌道面を前記ローラを中心軸に対して回転させた際の回転軌跡である双曲面形状とし、内外輪を一方向に相対回転させる場合にはロックして一方向にのみトルクを伝達する一方向転がり軸受クラッチにおいて、前記内外輪のロック方向の相対回転時に、ローラと外輪及び内輪の軌道面との接触部の最大静止摩擦トルクの範囲でトルクを伝達可能とし、最大静止摩擦トルクを越える過剰トルクが作用するとローラと外輪及び内輪との軌道面の接触部をすべらせて過剰トルクを吸収可能としたことを特徴とする。
【００１３】
ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の軌道面との少なくともいずれか一方の接触部の転がり接触角を、当該接触部の静止摩擦係数に対応する摩擦角よりも大きい値に設定したことを特徴とする。
【００１４】
ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の軌道面との食い込み角を（ψ）、接触部の静止摩擦係数を（μs）とした場合に、食い込み角（ψ）を、式tan（ψ／２）＞μsの関係となるように設定したことを特徴とする。
【００１５】
ローラと外輪の軌道面との接線と中心角とのなす角をソケット角とした場合に、ローラのねじれ角をほぼ２１°〜２４°、ソケット角をほぼ８°〜１０°の範囲に設定したことを特徴とする。
【００１６】
ローラのねじれ角を２１°、ソケット角を１０°に設定したことを特徴とする。
【００１７】
予圧付与手段による予圧を調整可能とする予圧調整機構を備えていることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
従来の一方向転がり軸受クラッチでは、内外輪をロックする方向に回転させた場合には、ローラを内外輪の軌道面に対して食い付かせて内外輪間がテーパねじ状に締め込んでいくのに対して、本願発明の場合には、ローラをすべらせて内外輪の軌道面間に転がって食い付いていかないようにしたものである。
【００１９】
トルクの伝達は、予圧付与手段によってローラと内外輪の軌道面との接触面圧を大きくし、ローラと外輪及び内輪の軌道面との接触部の最大静止摩擦トルクの範囲でトルク伝達を可能とする。
【００２０】
このようにすれば、最大静止摩擦トルクまではローラは軌道面との接触部ですべらず入力トルクがそのまま出力トルクとして伝達され、最大静止摩擦トルクを越えるとローラが軸方向にすべりつつ転がる状態となり、過剰トルクが吸収されて伝達される出力トルクは所定の値に制限される。
【００２１】
外輪と内輪を逆方向に回転させた場合には、ローラは外輪と内輪を引き離す方向に転動することになり、ローラは軌道面上を軸方向にすべりつつ転がることになる。
【００２２】
ローラが内外輪の軌道面間に食い付かない条件としては、たとえば、ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の軌道面との少なくともいずれか一方の接触部の転がり接触角を、接触部の静止摩擦係数に対応する摩擦角よりも大きい値に設定しておけば、ローラが内外輪の軌道面のいずれかですべるために転がり込んでいかない。
【００２３】
また、内外輪の転がり接触角はほぼ等しいものとして、食い込み角（ψ）と最大静止摩擦係数（μs）の関係を、tan（ψ／２）＞μsと設定してもよい。
【００２４】
この場合に、転がり接触角（θ）あるいは食い込み角（ψ）は、ローラねじれ角（β）とソケット角（φ）で幾何学的に定まるので、ローラが食い付いていかない条件を、ローラねじれ角（β）とソケット角（φ）でもって定めることができる。
【００２５】
特に、ローラねじれ角βを２１°〜２４°、ソケット角φを８〜１０°の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
ローラのねじれ角βが２１°以下になるとロックしやすくなり、２５°以上になると転がりにくくなる。また、ソケット角φが８°以下になるとロックしやすく、１０°を越えるとスリップしやすく安定性が悪くなってくる傾向があるからである。
【００２７】
特に、ねじれ角βをほぼ２１°、ソケット角φをほぼ８°に設定することが好適である。
【００２８】
予圧付与手段により付与される予圧を調整可能としておけば、制限されるトルクの大きさを任意の値に制御することができる。
【００２９】
【実施例】
以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
【００３０】
図１には本発明の第１実施例に係るトルクリミッタ付き一方向転がり軸受クラッチを示している。
【００３１】
すなわち、この一方向転がり軸受クラッチ１は、内輪２と、外輪３と、内輪２外周と外輪３内周の間に介装される多数のローラ４とを備えている。ローラ４は、図１(ｃ)に示すように、内，外輪２，３の中心軸ｘに対して所定のねじれ角βでもって配置されている。内輪２外周の軌道面５は先細となるような円錐台形状のテーパ面で、外輪３内周の軌道面６も内輪２の軌道面５に対応して円錐台形状に成形されている。
【００３２】
ここで、内，外輪２，３の軌道面５，６はローラ４が線接触してはじめて機能を満足するものであり、図３(ａ)及び(ｂ)に示すように、ローラ４を中心軸ｘの周りに公転させた場合のローラ４の外周及び内周の軌跡であり双曲面形状となる。
【００３３】
内，外輪２，３の軌道面５，６は中心軸ｘに対して所定のソケット角φでもって傾斜している。ソケット角φとは、図１(ｃ)に示すように、内輪２及び外輪３の中心軸線ｘを通る平面で切断した双曲線となる軌道断面のローラ接点Ｐ（ｘ0，ｙ0）における接線ａと中心軸ｘとのなす角である。
【００３４】
ローラ４は保持器７によって所定間隔に保持されている。ローラ４のねじれ角βは保持器７によって保持されるのではなく、内，外輪２，３の軌道面５，６の双曲面形状によって自動的に維持される。保持器７は、内外輪２，３を分解した際にローラ４がバラバラにならないように保持するものである。
【００３５】
内輪２内周にトルク入力側の駆動部材が固定され、外輪３に従動側の部材が連結される。本実施例では外輪３外周にスプロケット歯８が一体成形されている。
【００３６】
内輪２と外輪３間には、内，外輪２，３間に軸方向予圧を付与する予圧付与手段としての予圧ばね９が設けられている。この予圧ばね９は環状の板ばね構造で、内輪２の大径部側に配置されている。予圧ばね９の外径端部は固定リング１０によって外輪３に固定され、内径端部がスラストベアリング１１を介して内輪２の大径部側端部に圧接されており、内輪２を外輪３内にくさび状に打ち込むように付勢している。
【００３７】
予圧ばね９としては板ばねに限定されるものではなく、たとえばコイルスプリング等の他のばねを用いることができる。また予圧付与手段としては、ばねに限らず、軸方向予圧を加えることができる構成、たとえば磁石や流体圧シリンダ等の種々の構成をとることができる。
【００３８】
なお、１２は、内輪２の小径先端部側の内輪２と外輪３間の隙間に介装されるシール部材である。
【００３９】
本発明では、内外輪２，３のロック方向の相対回転時に、ローラ４と内，外輪２，３の軌道面５，６との接触部の最大静止摩擦トルクの範囲でトルクを伝達可能とし、最大静止摩擦トルクを越える過剰トルクが作用するとローラ４と内外輪２，３の軌道面５，６との接触部をすべらせて過剰トルクを吸収可能としたものである。
【００４０】
ここで、内外輪２，３にロック方向のトルクが加えられた場合の内，外輪２，３とローラ４の挙動を検討すると、ローラ４がねじれ角を有するために、ローラ４を介して内輪２が外輪３内に軸方向に深く食い込む方向に案内される。このとき、ローラ４と軌道面５，６間がすべらないで軌道面５，６に食い込んでいくと外輪３に作用する内圧が増大する一方となって破損に至る。このローラ４が軌道面５，６との接触部ですべれば内輪２が外輪３内にそれ以上入り込まないことになる。
【００４１】
実際にローラ４に作用している力関係は複雑であるが、ローラ４の軸線方向から見たローラ４と内外輪２，３の軌道面５，６との少なくともいずれか一方の接触部の転がり接触角を、当該接触部の静止摩擦係数に対応する摩擦角よりも大きい値に設定しておけば、ローラ４が軌道面ですべることになり、ローラがトルクによって軌道面に食い込むことが防止できると考えられる。
【００４２】
転がり接触角とは、内輪２の軌道面５の外径、外輪３の軌道面６の内径のローラ４の転動方向に沿った増加、縮小度合いを示す角度のことである。
【００４３】
図４(ａ)に示すテーパねじを参考にして説明すると、テーパねじ１３のねじ山１４は仮想円筒面１５に対して所定のリード角βでもって螺旋状に巻き付けられると同時に、その外周は中心軸ｘに対して所定のソケット角φでもって上方に向かって拡径する円錐台１６の外周上に位置する。したがって、ねじ山１４外径は仮想円筒面１５に対して上方に向かうにつれて所定の角度θで徐々に拡大するくさび形状となる。この角度θを転がり接触角とする。
【００４４】
この転がり接触角θは、テーパねじとした場合のおねじとめねじのねじりに伴うねじ径の増加または減少角を求めたものであるが、おねじをめねじにねじ込むときは、この両者の転がり接触角の和が実際のくさび角となる。
【００４５】
一方向転がり軸受クラッチ１の場合には、内輪２と外輪３間に介在するローラ４がねじれ角βを有しているので、ローラ４を介して内輪２と外輪３を相対回転させると、ローラ４の転がり方向によって、あたかもリード角βのねじが存在するように内輪２が外輪３内にねじり込まれ、ローラ４が内輪２と外輪３の軌道面５，６間に食い込むことになり、テーパねじ１３と全く同様の関係となる。
【００４６】
図４(ｂ)には、一方向転がり軸受クラッチ１の内，外輪２，３をローラ４の転がり方向に螺旋状に切断した図を示している。図示するように、内輪２側の軌道面５はローラ４の転動方向に転がり接触角θiでもって徐々に大径となるように傾斜し、外輪３側の軌道面６は上方に向かって転がり接触角θ0でもって徐々に小径となるように傾斜している。
【００４７】
図４(ｃ)は、この軌道面５，６間に介在するローラ４を軸方向から見たみた模式図である。
【００４８】
内輪２と外輪３の軌道面５，６間が狭まる方向に相対移動させるとローラ４が食い込むことになる。このローラ４の食い込み状態は、内輪２側と外輪３側の転がり接触角θiとθoの両方が作用するので、両方を合成して食い込み角ψと定義する。
【００４９】
上記したように、内輪２と外輪３の軌道面５，６とローラ４をすべらせる条件として、ローラ４と軌道面５，６との接触部の転がり接触角θi，θoの少なくともいずれか一方が、接触部の静止摩擦係数μsi，μsoに対応する摩擦角λi，λoよりも大きくなるように設定すればよい。すなわち、θi＞λiかθo＞λoの一方、あるいは、θi＞λiかつθo＞λoの条件であればよい。
【００５０】
ここで、摩擦角とは、平らな斜面上に物体をのせて徐々に傾けた場合にすべり始める角度のことで、tanλi＝μsi、tanλo＝μsoである。したがって、摩擦角を最大摩擦係数との関係で書き換えれば、tanθi＞μsiとtanθo＞μsoの２条件のうちの少なくともいずれか一方の条件である。
【００５１】
図１(ｄ)は、転がり摩擦角θiとθoの合成角（θi＋θo）として定義される食い込み角ψをモデル的に表したものである。
【００５２】
内，外輪２，３は同一材料であり、ローラ４と両軌道面５，６との接触部の静止摩擦係数は等しく、また、内輪２と外輪３の軌道面５，６との転がり接触角θi，θoはほぼ等しいと考えられるので、食い込み角を（ψ）が、式tan（ψ／２）＞μsの関係を満足するように設定した。このように設定しても実用上問題はない。図中、Ｎは接触面からローラ４に作用する抗力、Ｆは摩擦力、Ｐはその合力である。以下（φ／２）をθとして説明する。
【００５３】
しかし、このような転がり接触角θを測定して成形することは困難であり、実際はローラねじれ角βとソケット角φとの関係でθが設定される。
【００５４】
この接触角θ，ローラねじれ角β及びソケット角φは、幾何学的に一定の関係を有している。
【００５５】
図４(ａ)に示したテーパねじモデルで説明すると、次式のような関係となる。
【００５６】
tanθ＝sinβ・tanφ
すなわち、図中、ｈ＝ｌtanβ，Δ＝ｈtanφよりΔ＝ｌtanβ・tanφ。また、ｌ1＝ｌ／COSβ、tanθ＝Δ／ｌ1より、tanθ＝cosβ・tanβ・tanφ＝sinβ・tanφで証明される。この関係式は一方向転がり軸受クラッチでも全く同一の関係となる。
【００５７】
したがって、ローラねじれ角βと、ソケット角φが、sinβ・tanφ＞μsとなるように設定すればよい。
【００５８】
ローラねじれ角βとソケット角φについては、静止摩擦係数の大きさとの兼ね合いとなるが、ローラねじれ角βをほぼ２１°〜２４°程度、ソケット角φはほぼ８°〜１０°程度とすることが効果的である。特に、ローラねじれ角βを約２１°、ソケット角φを約１０付近に設定することが好適である。
【００５９】
ローラねじれ角βが２１°以下になるとローラ４がロックしやすくなり、２５°以上になるとローラ４が転がりにくくなる。また、ソケット角φが８°以下になるとロックしやすくなり、１０°を越えるとスリップしやすく安定性が悪くなってくる。
【００６０】
この点、従来はローラねじれ角βを１５°〜１８°、ソケット角φを４°〜４．５°の範囲で使用していた。この条件では過剰なトルクが作用すると外輪の破損に至った。これはローラ４が内外輪２，３の軌道面５，６に食い付いて接触部で滑らないからである。
【００６１】
tanθ＝sinβ・tanφを計算すると、β；１５°〜１８°，φ；４°〜４．５°の場合には０．０２程度、β；２１°〜２４°，φ；８°〜１０°の場合は約０．０５７、β；２１°，φ；８°の場合は０．０５〜０．０６程度となり、μsを０．０２〜０．０５の範囲とすれば、β；２１°〜２４°，φ；８°〜１０°の範囲でローラ４がすべるものと思量される。
【００６２】
もちろん、ローラねじれ角βとソケット角φは相対的なもので、ローラねじれ角βを従来と同様にほぼ１５°〜１８°の範囲とし、それに合わせてtanθ＝sinβ・tanφがμsの値より大きくなるようにソケット角φを選べばよいし、逆にソケット角φを従来の４°〜４．５°の範囲に設定し、それに合わせてtanθ＝sinβ・tanφがμsの値より大きくなるように設定すればよい。
【００６３】
また、上記数値以外のローラねじれ角βが上記以外の１５°以下の範囲、１８〜２１°間の範囲、さらに２４°以上の範囲についても適用可能である。
【００６４】
また、ソケット角φについても、上記以外の４°以下の範囲、４．５〜８°の範囲、１０°以上の範囲も適用可能である。
【００６５】
さらに、最大静止摩擦係数μsについても、上記した０．０２〜０．０５程度に限定されるものではなく、０．１，０．１５等種々の値をとり得る。すなわち、ローラねじれ角βを１５°〜１８°、ソケット角φを４°〜４．５°と、従来のままの角度設定とし、最大静止摩擦係数μsを０．０２より小さくすればすべる条件になる。あくまでも最大静止摩擦係数μsとローラ４の転がり摩擦角θあるいは食い込み角φとの相対関係である。
【００６６】
上記ローラねじれ各βとソケット角φとの間にも、図３(ｃ)に示すように、幾何学的に一定の関係がある。
【００６７】
図３(ｃ)より次式の関係が成立する。
【００６８】
【数１】

ここで、ローラ４の食い込み角ψは、内外輪２，３とローラ４の転がり接触角θi，θoの和であるから、次式で示される。
【００６９】
【数２】

この関係について説明すると、図３(ｃ)に示すように、ローラ４のねじれ角θによって軌道断面形状が決定する。ソケット角φは、決定された軌道断面のどの範囲を実際に軌道として使うかで決まる。すなわち、ローラ接点ＰのＸ座標（上式中のｘ0）と、予め定めたＦの値で決まることになる。ローラ接点はローラの軸方向中央位置である。
【００７０】
図２は、上記一方向転がり軸受クラッチの動作説明図である。
【００７１】
駆動トルクは内輪２から外輪３側に伝達されるものとする。
【００７２】
予圧ばねによって軸方向予圧が付与されてローラ４は内輪２と外輪３間の軌道面５，６間にくさび状に食い込んで接触面の法線方向の抗力を増大させ、静止摩擦力を大きくしている。軸方向予圧については、従来では２〜３［kg］程度のばね荷重であったものを、２００〜３００［kg］程度のばね荷重に設定している。
【００７３】
すなわち、従来はローラ４の転がりによる能動的な食い付き作用を利用していたので初期圧接力を与えるだけで、ローラ４が転がり込むことによってロックしていたが、本願発明ではローラの転がりによる食い付き作用が発生しないようにしているので、すべらないように高い荷重を負荷している。
【００７４】
そして、この静止摩擦力による静止摩擦トルクの範囲で駆動軸から駆動トルクＴ１が入力する場合には、図２(ａ)，(ｄ)に示すように同一の出力トルクＴ１が伝達される。
【００７５】
次いで、静止摩擦トルクを越える過剰なトルクＴ２が入力されると、ローラ４は螺旋状に軌道面間に螺旋状に食い込んでいかないで、軸方向にすべりながら転がりトルクが吸収されて伝達されるトルクＴ３は所定の大きさに制限される（図２(ｂ)，(ｅ)参照）。
【００７６】
この状態をグラフで示すと、図２(ｇ)に示すような関係となる。
【００７７】
一方、図２(ｃ)，(ｆ)に示すように、逆方向に回転させると、ローラ４は抜け出す方向にすべりながら転がり、トルクは伝達されず内輪２のみがフリー回転する。
【００７８】
ただし、大きな予圧を付与しているので、ローラ４の回転による引き離し分力との兼ね合いで、引き離し分力よりも予圧が大きいと、完全にフリー状態とはならずに摺動摩擦分のトルクが伝達される。
【００７９】
引き離し分力を大きくすれば、完全にフリーにすることも可能である。
【００８０】
図１１には実験結果を示している。この実験例は、ローラねじれ角βが２１°、ソケット角φが１０°の場合である。これはロック側及びフリー側のそれぞれに過大な静トルクを入力し、トルクリミット性能を確認したものである。
【００８１】
グラフから明きらかなように、出力トルクが所定のトルク（１８．５［kgf・m］程度）に制限されていることが分かる。この制限トルクは予圧ばね９のばね荷重によって任意の値に設定することができる。従来は２〜３［kg］程度のばね荷重に設定していたが、本実施例では２００〜３００［kg］程度のばね荷重を加えてローラ４の摩擦力を増大させ、制限トルクまではスリップしないようにしている。また、図中、組幅変位量δとは外輪と内輪の軸方向組み付け幅の変位量である。ロック方向に回転させた場合には内輪が外輪内に軸方向に食い込む状態を示している。
【００８２】
また、逆方向に回転させた場合には、ローラ４の回転による引き離し方向の分力が作用するので、制限された出力トルクがロック方向と比較して小さく（７．０［kgf・m］程度）、組幅変位量δも小さい。
［他の実施例］
次に、図５〜図８を参照して本発明の他の実施例について説明する。
【００８３】
以下の他の実施例でも、内輪と外輪の軌道面間にローラが転がり食い込まないように、ローラと軌道面の接触部がすべることが条件となっており、第１実施例の場合と全く同様の構造なので、ローラと内外輪との転がり接触角の関係については説明を省略する。
【００８４】
図５には本発明の第２実施例が示されている。
【００８５】
第２実施例の一方向転がり軸受クラッチ２０の場合には、軸方向の外輪２３移動が取付けに影響しないよう外環２１１を用いたものである。すなわち、内輪２２の延長部２２１外周にベアリング２１２を介して外環２８が軸方向には固定で回転方向に移動自在に支持されている。
【００８６】
この外環２１１の外輪２３側端面には、外輪２３を軸方向に移動自在に支持する環状壁２１３が突出しており、この環状壁２１３内周に外輪２３の端部がボールスプライン２１４を介して軸方向に相対移動自在で、回転方向には一体的に移動するように支持されている。そして、外輪２２と外環２８の対向端面間には予圧ばね２９が介装されており、内輪２２に対して外輪２３を軸方向に押圧してローラ２４に予圧を付与するように構成されている。
【００８７】
図６には本発明の第３実施例が示されている。
【００８８】
この第３実施例は制限されるトルクを調整可能とした例である。
【００８９】
この一方向転がり軸受クラッチ３０の場合も、軸方向の外輪移動が取付けに影響しないよう外環３１１を用いたものである。この外環３１１は外輪３３を収納する収納凹部３１３を備えた筒状部材で、一端がベアリング３１２を介して内輪３２の第１延長部３２１外周に回転自在に支持されており、他端に収納凹部３１３が開口し、ボールスプライン３１４を介して収納凹部３１３内周に外輪３３が軸方向に移動自在に支持されている。
【００９０】
また、内輪３２の他方端の第２延長部３２２には外輪３３を軸方向に押圧して軸方向予圧を付与する予圧付与手段としての予圧ばね３９が設けられており、この予圧ばね３９の押圧力を調整するための予圧調整ナット３９１がねじ込まれている。予圧ばね３９は環状の板ばねで、内輪３２の第２延長部３２２外周に軸方向に移動自在に挿入されている。この予圧ばね３９の外径端部はスラストベアリング３１５を介して外輪３３端面に圧接され、内径端部が第２延長部３２２にねじ込まれる予圧調整ナット３９１によって押圧されている。この予圧調整ナット３９１のねじ込み量を調整することによって軸方向予圧を調整可能となっている。
【００９１】
この軸方向予圧を調整することによって最大静止摩擦トルクが変化させることが可能となり、図６(ｂ)に示すように、制限トルクＴ３の大きさを調整することができる。
【００９２】
図７には、本発明の第４実施例が示されている。
【００９３】
この第４実施例はローラの長さを短くして複列に配置したもので、高速回転使用、高トルクを負荷する場合に最適である。
【００９４】
すなわち、一つの筒状の内輪４２外周に、軸方向中央を境にして左右に２箇所に両端に向けて徐々に小径となるように傾斜する左右内輪軌道面４５１，４５２を設けている。
【００９５】
一方、この左右内輪軌道面４５１，４５２に対して、それぞれローラ４４１，４４２を介して左右一対の外輪４３１，４３２を嵌合し、左右一対の外輪４３１，４３２を一つの筒状の外環４１１内周にボールスプライン４１２，４１３を介して軸方向に移動自在に挿入している。また、外環４１１の両端開口部と内輪４２間にはベアリングケース４１４，４１５を介してベアリング４１６，４１７が介装され、このベアリング４１４，４１５を介して外環４１１と内輪４２が相対回転自在に組み付けられている。外環４１１と外輪４３はボールスプライン４１２，４１３を介して軸方向に移動自在で、かつ回転方向には一体的に回転自在となっている。ローラ４４１，４４２のねじれ角は当然のことながら逆向きに傾斜している。
【００９６】
この外環４１１の外周の中央にはフランジ４１８が設けられ、左右どちら側からでも取付けられるように構成されている。
【００９７】
図８には、本発明の第５実施例が示されている。
【００９８】
この実施例は、適切な軸方向予圧を与えて、上記各実施例の一方向クラッチのロック方向だけでなく、フリー回転方向にもトルク伝達を可能としたものである。
【００９９】
この実施例も、軸方向の外輪移動が取付けに影響しないよう５１外環が用いられている。この外環５１の外輪５３側端面には、外輪５３を軸方向に移動自在に支持する環状壁５１３が突出しており、この環状壁５１３内周に外輪５３の端部がボールスプライン５１４を介して軸方向に相対移動自在で、回転方向には一体的に移動するように支持されている。
【０１００】
そして、外輪５３と外環５１の間に予圧付与手段としての予圧ばね５９が介装されており、内輪５２に対して外輪５３を軸方向に押圧してローラ５４に予圧を付与するように構成されている。
【０１０１】
予圧ばね５９は環状の板ばねで外環５１の外周にねじ込まれたトルク調整ナット５９１と、外輪５３の外周に装着されたスペーサ５９２の間に装着され、トルク調整ナット５９１のねじ込み量を調整することによって、軸方向予圧が調整可能となっている。
【０１０２】
この実施例によれば、与えた軸方向予圧に比例したトルクでフリー回転し、所定の大きさのトルクを伝達する。逆方向に回転させるとロックしてフリー回転方向よりも大きなトルクを伝達できる。もちろん、ロック方向の伝達トルクは限界があり、過剰なトルクが加わるとローラ５４がすべってトルクが一定に保たれる。
【０１０３】
この伝達される限界トルクは、ローラ５４の転がりによる軸方向分力によってフリー回転方向よりもロック方向の方が大きい。この大きさの比率は、およそ３対１程度に設定されている。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にあっては、ローラと外輪及び内輪の軌道面との接触部の最大静止摩擦トルクの範囲でトルク伝達を可能とし、最大静止摩擦トルクを越える過剰トルクが作用するとローラがすべるように構成したので、従来のように過剰トルクが加えられた場合に外輪が破損するおそれは無くなる。
【０１０５】
ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の軌道面との少なくともいずれか一方の接触部の転がり接触角を、接触部の静止摩擦係数に対応する摩擦角よりも大きい値に設定、あるいは食い込み角ψと最大静止摩擦係数μsの関係を、tan（ψ／２）＞μsと設定すれば、軌道面間でローラが滑って転がり込んでいかない。
【０１０６】
予圧付与手段により付与される予圧を調整可能としておけば、制限されるトルクの大きさを任意の値に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施例に一方向転がり軸受クラッチを示す図である。
【図２】 図２は図１の一方向転がり軸受クラッチの動作説明図である。
【図３】図３は一方向転がり軸受クラッチの軌道面の説明図である。
【図４】図４は一方向転がり軸受クラッチのローラのくさび角の説明図である。
【図５】図５は本発明の第２実施例に一方向転がり軸受クラッチを示す図である。
【図６】図６は本発明の第３実施例に一方向転がり軸受クラッチを示す図である。
【図７】図７は本発明の第４実施例に一方向転がり軸受クラッチを示す図である。
【図８】図８は本発明の第５実施例に一方向転がり軸受クラッチを示す図である。
【図９】図９は従来の一方向転がり軸受クラッチを示す図である。
【図１０】図１０は従来の一方向転がり軸受クラッチを示す図である。
【図１１】図１１は本願発明の一方向転がり軸受クラッチの実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 一方向転がり軸受クラッチ
２ 内輪
３ 外輪
４ ローラ
５，６ 軌道面
９ 予圧ばね（予圧付与手段）
２０ 一方向転がり軸受クラッチ
２１ 外環
２２ 内輪
２３ 外輪
２４ ローラ
２９ 予圧ばね（予圧付与手段）
３０ 一方向転がり軸受クラッチ
３１ 外環
３２ 内輪
３３ 外輪
３４ ローラ
３９ 予圧ばね（予圧付与手段）
４０ 一方向転がり軸受クラッチ
４１ 外環
４２ 内輪
４３ 外輪
４４ ローラ
４９ 予圧ばね（予圧付与手段）
５０ 一方向転がり軸受クラッチ
５１ 外環
５２ 内輪
５３ 外輪
５４ ローラ
５９ 予圧ばね（予圧付与手段）

Claims (5)

1. 内輪と、外輪と、内輪外周と外輪内周に形成されたテーパ状の軌道面間に介装される多数のローラと、前記内輪と外輪を軸方向に押圧して内外輪の軌道面を近づける方向に付勢する予圧付与手段と、を備え、前記ローラは内外輪の中心軸に対して所定のねじれ角でもって傾斜配置され、内輪及び外輪の軌道面を前記ローラを中心軸に対して回転させた際の回転軌跡である双曲面形状とし、内外輪を一方向に相対回転させる場合にはロックして一方向にのみトルクを伝達する一方向転がり軸受クラッチにおいて、
   前記内外輪のロック方向の相対回転時に、ローラと外輪及び内輪の軌道面との接触部の最大静止摩擦トルクの範囲でトルクを伝達可能とし、最大静止摩擦トルクを越える過剰トルクが作用するとローラと外輪及び内輪との軌道面の接触部をすべらせて過剰トルクを吸収可能とすると共に、
   ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の軌道面との食い込み角を（ψ）、接触部の静止摩擦係数を（μｓ）とした場合に、食い込み角（ψ）を、式ｔａｎ（ψ／２）＞μｓの関係となるように設定したことを特徴とするトルクリミッタ機能を備えた一方向転がり軸受クラッチ。
2. 内輪と、外輪と、内輪外周と外輪内周に形成されたテーパ状の軌道面間に介装される多数のローラと、前記内輪と外輪を軸方向に押圧して内外輪の軌道面を近づける方向に付勢する予圧付与手段と、を備え、前記ローラは内外輪の中心軸に対して所定のねじれ角でもって傾斜配置され、内輪及び外輪の軌道面を前記ローラを中心軸に対して回転させた際の回転軌跡である双曲面形状とし、内外輪を一方向に相対回転させる場合にはロックして一方向にのみトルクを伝達する一方向転がり軸受クラッチにおいて、
   前記内外輪のロック方向の相対回転時に、ローラと外輪及び内輪の軌道面との接触部の最大静止摩擦トルクの範囲でトルクを伝達可能とし、最大静止摩擦トルクを越える過剰トルクが作用するとローラと外輪及び内輪との軌道面の接触部をすべらせて過剰トルクを吸収可能とすると共に、
   ローラと外輪の軌道面との接線と中心角とのなす角をソケット角とした場合に、ローラのねじれ角をほぼ２１°〜２４°、ソケット角をほぼ８°〜１０°の範囲に設定したことを特徴とするトルクリミッタ付き一方向転がり軸受クラッチ。
3. ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の軌道面との少なくともいずれか一方
   の接触部の転がり接触角を、当該接触部の静止摩擦係数に対応する摩擦角よりも大きい値に設定したことを特徴とする請求項２に記載のトルクリミッタ付き一方向転がり軸受クラッチ。
4. ローラのねじれ角をほぼ２１°、ソケット角をほぼ１０°に設定したことを特徴とする請求項２または３に記載のトルクリミッタ付き一方向転がり軸受クラッチ。
5. 予圧付与手段による予圧を調整可能とする予圧調整機構を備えている請求項１，２，３または４に記載のトルクリミッタ機能を備えた一方向転がり軸受クラッチ。

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