JP2018168887A - 逆入力防止クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】入力側部材から出力側部材に回転を伝達するときのトルクロスが小さいロック式逆入力防止クラッチを提供する。
【解決手段】入力側から出力側への回転伝達時は、入力軸１と一体に回転する回転伝達環２の柱部２ｃに押された第１のロック解除片１１が、入力トルクと同じ方向に回転し、その柱部１１ｃが回転方向後側のころ（ロック係合子）１４を楔形空間１６の広大部へ押し出すとともに、回転伝達環２に固定されたピン１８が回転方向変換アーム１３を出力側の内輪５に固定された支軸１７のまわりに回動させ、回転方向変換アーム１３に押された第２のロック解除片１２が入力トルクと逆方向に回転し、その柱部１２ｃが回転方向前側のころ１４を楔形空間１６の広大部へ押し出すことにより、各ころ１４が外輪７の内周円筒面と接触せず、ころ１４と外輪７との間の摩擦によるトルクロスが生じない構成とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、入力トルクが加えられたときは入力側部材の回転を出力側部材に伝達し、逆入力トルクに対しては入力側部材が回転しないようにする逆入力防止クラッチに関する。

逆入力防止クラッチは、入力側部材に入力トルクが加えられたときは、その回転を出力側部材に伝達し、出力側部材に逆入力トルクが加えられたときは、入力側部材が回転しないようにするものである。この逆入力防止クラッチには、逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式（以下、この方式を「ロック式」と称する。）のものがある。

例えば、特許文献１では、同一軸心のまわりに回転する入力側部材と出力側部材との間に、入力側部材の回転（入力トルク）を僅かな角度遅れをもって出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設け、出力側部材の径方向外側に固定部材を配し、出力側部材の外周面に複数のカム面を設けて、固定部材の内周円筒面と出力側部材の各カム面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に一対のころ（ロック係合子）とそのころを楔形空間の狭小部へ押し込むばね（弾性部材）を組み込むとともに、各楔形空間の周方向両側（ころを挟んでばねと周方向で対向する位置）に、入力側部材と一体回転するロック解除片の柱部を挿入したロック式の逆入力防止クラッチが提案されている。

この逆入力防止クラッチでは、各ころがばねの弾力で楔形空間の狭小部に押し込まれているので、出力側部材に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころが固定部材および出力側部材に係合することにより出力側部材が固定部材とロックされ、入力側部材へ回転伝達しない。

一方、入力側部材に入力トルクが加えられたときは、入力側部材と一体回転するロック解除片の柱部が回転方向後側のころをばねの弾力に抗して楔形空間の広大部へ押し出すことにより、そのころと固定部材および出力側部材との係合が解除されて、出力側部材がロック状態から解放された後、トルク伝達手段によって入力側部材から出力側部材に回転が伝達されるようになる（このとき、回転方向前側のころは楔形空間の広大部に相対移動するので、固定部材および出力側部材と係合することはない）。

特開２０１０−２８１３７５号公報

ところで、上記のようなロック式の逆入力防止クラッチでは、入力側部材から出力側部材に回転を伝達しているときは、ころが固定部材の内周円筒面と摺動するので、ころと固定部材との間の摩擦によるトルクロスが発生する。このとき、回転方向後側のころは、楔形空間の広大部へ押し出された状態で回転するため、発生させるトルクロスが大きくなりにくいが、回転方向前側のころは、ばねに楔形空間の狭小側へ押された状態で回転するので、回転方向後側のころよりも大きなトルクロスを発生させることになる。そして、この回転方向前側のころが発生させるトルクロスは、出力側部材のみの回転トルクに対して無視できない大きさになることが多く、このことが逆入力防止クラッチを組み込んだ装置の省エネルギー化や駆動モータの小型化を妨げる要因の一つとなっている。

そこで、本発明は、入力側部材から出力側部材に回転を伝達するときのトルクロスが小さいロック式逆入力防止クラッチを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の逆入力防止クラッチは、同一軸心のまわりに回転する状態で配されている入力側部材および出力側部材と、前記出力側部材の径方向外側に配されている固定部材と、前記出力側部材に加えられる逆入力トルクに対して出力側部材と固定部材とをロックするロック手段と、前記入力側部材に加えられる入力トルクに対して前記ロック手段によるロック状態を解除するロック解除手段と、前記ロック状態が解除された状態のときに、前記入力側部材に加えられる入力トルクを前記出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備え、前記ロック手段は、前記固定部材の内周に円筒面が設けられ、前記出力側部材の外周に複数のカム面が設けられて、前記固定部材の内周円筒面と出力側部材の各カム面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間が形成され、これらの各楔形空間に一対のロック係合子と、その一対のロック係合子に挟まれて各ロック係合子を楔形空間の狭小部へ押し込む弾性部材とが組み込まれているものであり、前記ロック解除手段は、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、前記各楔形空間に組み込まれている一対のロック係合子を、いずれも前記弾性部材の弾力に抗して前記楔形空間の広大部へ押し出すものである構成とした。

上記の構成によれば、入力側部材に入力トルクが加えられたときに、ロック解除手段が一対のロック係合子をいずれも楔形空間の広大部へ押し出すので、回転方向後側のロック係合子のみを楔形空間の広大部へ押し出す従来のものに比べて、入力側部材から出力側部材に回転を伝達しているときに、回転方向前側のロック係合子が固定部材の内周円筒面と接触しにくくなり、各ロック係合子と固定部材との間の摩擦によるトルクロスのうち、回転方向前側のロック係合子の分を低減することができる。

ここで、前記ロック解除手段としては、前記入力側部材の軸心のまわりに回転自在に配され、前記各楔形空間の周方向の一側に挿入される柱部を有する第１のロック解除片と、前記入力側部材の軸心のまわりに回転自在に配され、前記各楔形空間の周方向の他側に挿入される柱部を有する第２のロック解除片とを備え、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、前記第１のロック解除片と第２のロック解除片とが互いに逆方向に回転して、それぞれの柱部が周方向で対向するロック係合子を前記楔形空間の広大部へ押し出すものを採用することができる。

そして、上記のロック解除手段を採用する場合、前記第１のロック解除片と第２のロック解除片とを互いに逆方向に回転させる手段は、前記出力側部材にその軸心と平行に延びる支軸が設けられており、前記支軸に回転方向変換アームの長手方向中央部が回動自在に支持されており、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、前記第１のロック解除片と第２のロック解除片のうちの一方のロック解除片が入力側部材に押されて入力トルクと同じ方向に回転し、前記回転方向変換アームが、その一方の端部を入力側部材に押されて回動することにより、もう一方の端部で他方のロック解除片を押して入力トルクと逆方向に回転させるものとするとよい。

また、前記第１のロック解除片および第２のロック解除片として、それぞれの柱部の前記ロック係合子との対向面が、前記ロック係合子を前記楔形空間の広大部へ押し出すときに、前記固定部材の内周円筒面側へのロック係合子の移動を規制する傾斜面となっているものを採用すれば、より確実にロック係合子の固定部材との接触を阻止して、入力側部材から出力側部材に回転を伝達するときのトルクロスを低減できるようになる。

本発明の逆入力防止クラッチは、上述したように、入力側部材に入力トルクが加えられてロック解除手段が出力側部材と固定部材とのロック状態を解除するときには、そのロック解除手段が一対のロック係合子をいずれも固定部材と出力側部材の間の楔形空間の広大部へ押し出すようにしたものであるから、入力側部材から出力側部材に回転を伝達しているときに、いずれのロック係合子も固定部材と接触しにくく、トルクロスが小さい。したがって、この逆入力防止クラッチを組み込んだ装置では、従来よりも省エネルギー化や駆動モータの小型化を図ることができる。

実施形態の逆入力防止クラッチの縦断正面図 図１の分解斜視図 図１のIII−III線に沿った断面図 図３に対応して入力トルクが加えられたときのクラッチ動作を説明する断面図 図３に対応して図４に続くクラッチ動作を説明する断面図 図３に対応して図５に続くクラッチ動作を説明する断面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この逆入力防止クラッチは、図１乃至図３に示すように、入力軸１および回転伝達環２からなる入力側部材３と、出力軸４に内輪５が一体形成された出力側部材６と、外輪７が一体形成されたハウジング８および押え蓋９からなる固定部材１０と、入力軸１の外周に回転自在に嵌め込まれた第１および第２のロック解除片１１、１２と、内輪５の一端面に取り付けられた回転方向変換アーム１３と、内輪５と外輪７との間に組み込まれるころ（ロック係合子）１４およびコイルばね（弾性部材）１５とで基本的に構成されている。なお、ころ１４は球等の他の転動体からなるロック係合子に代えることができ、コイルばね１５は板ばね等の他の弾性部材に代えることができる。

前記固定部材１０は、前記内輪５の径方向外側に配される外輪７を二段円筒状のハウジング８と一体に形成し、そのハウジング８の一端に押え蓋９を取り付けたものである。そのハウジング８は、一端のフランジの外周縁に複数の切欠き８ａが形成されており、これらの切欠き８ａに押え蓋９の外周縁に形成された爪９ａを嵌め込んで周方向に折り曲げることにより、押え蓋９と一体化されている。そして、押え蓋９の外周から張り出す３つの舌状の張出部にはそれぞれ取付孔９ｂが設けられており、これらの各取付孔９ｂにより、押え蓋９が図示省略した外部部材にハウジング８と一体に固定されるようになっている。また、ハウジング８の他端の小径円筒部は、出力軸４を回転自在に支持する軸受の役割を果たしている。

前記入力側部材３は、入力軸１の外周に回転伝達環２を嵌め込んだものである。その入力軸１は、外周に二面幅（軸心と平行でかつ互いに平行な２つの係合面）が形成された係合部１ａと、係合部１ａの端面から突出する小径円筒部１ｂとを有している。入力軸１の係合部１ａの軸方向中央側部分には回転伝達環２の筒部２ａが隙間なく嵌め込まれ、入力軸１と回転伝達環２が一体回転するようになっている。そして、入力軸１の係合部１ａの先端側部分が前記内輪５の中央に設けられた係合穴５ａに挿入され、小径円筒部１ｂが内輪５の係合穴５ａの底から出力軸４の円形穴４ａに嵌め込まれて、入力側部材３（入力軸１および回転伝達環２）と出力側部材６（出力軸４および内輪５）とが同一軸心のまわりに回転するようになっている。

また、内輪５の係合穴５ａは、入力軸１の係合部１ａを挿入したときに僅かな回転方向の隙間が生じるように形成されており、これにより、入力軸１に加えられる入力トルクを僅かな角度遅れをもって出力側部材６に伝達するトルク伝達手段が構成されている。

そして、入力軸１はモータ等の駆動源（図示省略）から入力トルクを加えられ、出力軸４は外周に二面幅が形成された係合部４ｂに取り付けられる出力歯車等の回転伝達部材（図示省略）にトルクを出力するようになっている。

前記固定部材１０の外輪７の内周は円筒面となっており、内輪５の外周にはカム面５ｂが周方向に複数設けられ、外輪７の内周円筒面と内輪５の各カム面５ｂとの間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間１６が形成されている。そして、これらの各楔形空間１６には前記ころ１４が一対ずつ組み込まれ、前記コイルばね１５がその一対のころ１４に挟まれるように組み込まれて各ころ１４を楔形空間１６の狭小部へ押し込んでいる。これにより、出力側部材６に加えられる逆入力トルクに対して、出力側部材６の一部である内輪５と固定部材１０の一部である外輪７とをロックするロック手段が構成されている。

前記第１および第２のロック解除片１１、１２は、いずれも入力軸１の外周に回転自在に嵌め込まれる環状部１１ａ、１２ａを備え、その環状部１１ａ、１２ａから径方向外側に延びるアーム部１１ｂ、１２ｂの先端に、内輪５と外輪７の径方向隙間に挿入される柱部１１ｃ、１２ｃを形成したものである。第１のロック解除片１１の柱部１１ｃは、各楔形空間１６の周方向の一側（ころ１４を挟んでコイルばね１５の一端と周方向で対向する位置）に挿入され、第２のロック解除片１２の柱部１２ｃは、各楔形空間１６の周方向の他側（ころ１４を挟んでコイルばね１５の他端と周方向で対向する位置）に挿入されている。両ロック解除片１１、１２の柱部１１ｃ、１２ｃのころ１４との対向面は、径方向外側が楔形空間１６の広大部側へ張り出す傾斜面となっている。

そして、両ロック解除片１１、１２の柱部１１ｃ、１２ｃのころ１４との対向面と反対側の側面どうしの間に、前記回転伝達環２の環状部２ｂの外周部分から軸方向に延びる柱部２ｃが挿入されている。また、回転伝達環２の柱部２ｃの径方向内側には、両ロック解除片１１、１２のアーム部１１ｂ、１２ｂどうしの間に、内輪５の一端面から軸心と平行に延びる支軸１７が挿入され、これらの各支軸１７に前記回転方向変換アーム１３の長手方向中央部が回動自在に支持されている。各回転方向変換アーム１３の長手方向の一方の端部には、奥側が半円形となる切欠き１３ａが形成され、この切欠き１３ａに回転伝達環２の環状部２ｂから出力側に突出するピン１８が摺動自在に嵌め込まれている。

この逆入力防止クラッチは、上記の構成であり、各ころ１４がコイルばね１５の弾力で楔形空間１６の狭小部に押し込まれているので、出力側部材６に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころ１４が固定部材１０の一部である外輪７および出力側部材６の一部である内輪５に係合することにより出力側部材６が固定部材１０とロックされ、入力側部材３へ回転伝達しない。

一方、入力側部材３の入力軸１に入力トルクが加えられたときは出力側部材６に回転が伝達されるようになっており、この回転伝達動作を、図４乃至図６（入力トルクが入力側から見て左回りの場合）に基づいて説明する。

入力軸１に入力トルクが加えられると、まず、図４に示すように、入力軸１と一体に回転伝達環２が回転して、回転伝達環２の柱部２ｃが第１のロック解除片１１の柱部１１ｃに当接するとともに、回転伝達環２に固定された複数のピン１８がそれぞれ回転方向変換アーム１３の一方の端部を押して、回転方向変換アーム１３を内輪５に固定された支軸１７のまわりに回動させることにより、各回転方向変換アーム１３のもう一方の端部がそれぞれ第２のロック解除片１２のアーム部１２ｂに当接する。

その後、図５に示すように、回転伝達環２の柱部２ｃに押された第１のロック解除片１１が入力トルクと同じ方向に回転し、その柱部１１ｃが回転方向後側のころ１４をコイルばね１５の弾力に抗して楔形空間１６の広大部へ押し出すとともに、回転方向変換アーム１３に押された第２のロック解除片１２が入力トルクと逆方向に回転し、その柱部１２ｃが回転方向前側のころ１４をコイルばね１５の弾力に抗して楔形空間１６の広大部へ押し出すことにより、各ころ１４と外輪７および内輪５との係合が解除されて、出力側部材６がロック状態から解放される。すなわち、第１のロック解除片１１と第２のロック解除片１２を回転伝達環２と回転方向変換アーム１３とで互いに逆方向に回転させる機構により、出力側部材６のロック状態を解除するロック解除手段が構成されている。

そして、図５の状態から入力軸１がさらに回転すると、図６に示すように、入力軸１の係合部１ａと内輪５の係合穴５ａとが係合することにより、入力軸１の回転が内輪５を介して出力軸４に伝達されるようになる。

また、上記図４乃至図６で説明した例と逆に、入力軸１に入力側から見て右回りの入力トルクを加えた場合は、回転伝達環２の柱部２ｃが第２のロック解除片１２を押し、回転方向変換アーム１３が第１のロック解除片１１を押すようになるが、それ以外は上記と同様の動作が行われ、出力側部材６に回転が伝達される。

この逆入力防止クラッチでは、上述したように、入力側部材３から出力側部材６に回転を伝達しているときに、各ころ１４が楔形空間１６の広大部へ押し出されており、しかも各ロック解除片１１、１２の柱部１１ｃ、１２ｃのころ１４との対向面が、外輪７の内周円筒面側へのころ１４の移動を規制する傾斜面となっているので、各ころ１４が外輪７の内周円筒面と接触することはなく、ころ１４と外輪７との間の摩擦によるトルクロスが生じない。したがって、この逆入力防止クラッチを組み込んだ装置では、従来よりも省エネルギー化や駆動モータの小型化を図ることができる。また、ころ１４と外輪７の摩擦による発熱が生じないので、高速回転する用途にも適用することができる。

なお、各ロック解除片の柱部のころとの対向面は、ころの外輪との接触を確実に阻止するために上述した実施形態のような傾斜面とすることが望ましいが、従来のようにころを押圧する方向とほぼ直交する平面としてもよい。このようにした場合でも、回転方向後側のころのみを楔形空間の広大部へ押し出す従来の逆入力防止クラッチに比べると、入力側から出力側に回転を伝達しているときに、回転方向前側のころが外輪の内周円筒面と接触しにくくなるので、各ころと外輪との間の摩擦によるトルクロスのうち、回転方向前側のころの分を低減することができる。

１ 入力軸
１ａ 係合部
２ 回転伝達環
２ｃ 柱部
３ 入力側部材
４ 出力軸
５ 内輪
５ａ 係合穴
５ｂ カム面
６ 出力側部材
７ 外輪
８ ハウジング
９ 押え蓋
１０ 固定部材
１１ 第１のロック解除片
１１ｃ 柱部
１２ 第２のロック解除片
１２ｃ 柱部
１３ 回転方向変換アーム
１４ ころ（ロック係合子）
１５ コイルばね（弾性部材）
１６ 楔形空間
１７ 支軸
１８ ピン

Claims (4)

1. 同一軸心のまわりに回転する状態で配されている入力側部材および出力側部材と、前記出力側部材の径方向外側に配されている固定部材と、前記出力側部材に加えられる逆入力トルクに対して出力側部材と固定部材とをロックするロック手段と、前記入力側部材に加えられる入力トルクに対して前記ロック手段によるロック状態を解除するロック解除手段と、前記ロック状態が解除された状態のときに、前記入力側部材に加えられる入力トルクを前記出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備え、
   前記ロック手段は、前記固定部材の内周に円筒面が設けられ、前記出力側部材の外周に複数のカム面が設けられて、前記固定部材の内周円筒面と出力側部材の各カム面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間が形成され、これらの各楔形空間に一対のロック係合子と、その一対のロック係合子に挟まれて各ロック係合子を楔形空間の狭小部へ押し込む弾性部材とが組み込まれているものであり、
   前記ロック解除手段は、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、前記各楔形空間に組み込まれている一対のロック係合子を、いずれも前記弾性部材の弾力に抗して前記楔形空間の広大部へ押し出すものである逆入力防止クラッチ。
2. 前記ロック解除手段は、前記入力側部材の軸心のまわりに回転自在に配され、前記各楔形空間の周方向の一側に挿入される柱部を有する第１のロック解除片と、前記入力側部材の軸心のまわりに回転自在に配され、前記各楔形空間の周方向の他側に挿入される柱部を有する第２のロック解除片とを備え、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、前記第１のロック解除片と第２のロック解除片とが互いに逆方向に回転して、それぞれの柱部が周方向で対向するロック係合子を前記楔形空間の広大部へ押し出すものであることを特徴とする請求項１に記載の逆入力防止クラッチ。
3. 前記第１のロック解除片と第２のロック解除片とを互いに逆方向に回転させる手段は、前記出力側部材にその軸心と平行に延びる支軸が設けられており、前記支軸に回転方向変換アームの長手方向中央部が回動自在に支持されており、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、前記第１のロック解除片と第２のロック解除片のうちの一方のロック解除片が入力側部材に押されて入力トルクと同じ方向に回転し、前記回転方向変換アームが、その一方の端部を入力側部材に押されて回動することにより、もう一方の端部で他方のロック解除片を押して入力トルクと逆方向に回転させるものであることを特徴とする請求項２に記載の逆入力防止クラッチ。
4. 前記第１のロック解除片および第２のロック解除片は、それぞれの柱部の前記ロック係合子との対向面が、前記ロック係合子を前記楔形空間の広大部へ押し出すときに、前記固定部材の内周円筒面側へのロック係合子の移動を規制する傾斜面となっていることを特徴とする請求項２または３に記載の逆入力防止クラッチ。

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