JP2012031964A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】一方向の入力トルクのみを伝達する逆入力遮断クラッチにおいて、入力トルク伝達後の逆入力トルクに対して入力回転部材の共回りを防止する。
【解決手段】入力側の外輪１１と出力軸２との間の楔形空間１４に配されるころ３を、ハウジング８から摺動ばね５を介して回転抵抗を受ける保持器４で保持するとともに、ハウジング８内周面に摺接するブレーキばね６と入力軸１０との間に戻しばね７を配して、入力回転部材１（入力軸１０と外輪１１）に一定方向の入力トルクが加えられたときは、入力軸１０とブレーキばね６との間で戻しばね７を圧縮しながら、保持器４でころ３を外輪１１および出力軸２と係合（ロック）させて出力軸２にトルクを伝達し、その入力トルクの供給が停止したときには、戻しばね７が弾性回復して入力回転部材１を入力トルクと逆の方向へ回転させることにより、ころ３のロック状態が確実に解除されるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、入力側に加えられる入力トルクを出力側に伝達し、出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達されないようにする逆入力遮断クラッチに関する。

逆入力遮断クラッチは、同一軸心のまわりに回転する入力回転部材と出力回転部材とをトルク伝達可能に連結し、その連結部に逆入力遮断機構、すなわち入力回転部材に加えられる入力トルクを出力回転部材に伝達し、出力回転部材に加えられる逆入力トルクは入力回転部材に伝達しない機構を設けたものである。

ところで、逆入力遮断クラッチの使用条件としては、入力回転部材の回転方向が一方向に限定されている場合があることから、本出願人は、このような条件のもとで使用するのに適したコンパクトな逆入力遮断クラッチとして、所定の一方向（一定方向）の入力トルクのみを伝達し、逆入力トルクに対しては出力回転部材が空転する構造のものを提案した（特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された逆入力遮断クラッチの具体的な構造は、入力回転部材の径方向内側に入力回転部材と同心状態に出力回転部材を配し、その出力回転部材の外周面を円筒面とし、入力回転部材の内周面に所定の周方向間隔をおいて複数のポケットを設け、これらの各ポケットの底側に同一方向に傾斜するカム面を設けて、各ポケットのカム面と出力回転部材の円筒面との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、各ポケットに、ころと、ころを楔形空間の広大側へ向けて付勢する付勢ばねと、ころを挟んで付勢ばねと対向する位置に配される押さえ板とを収容し、押さえ板に固定部材と摺動する摺動ばねを取り付けたものである。

このクラッチでは、入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられると、ころが固定部材から摺動ばねを介して回転抵抗を受ける押さえ板に押され、付勢ばねの弾性力に抗して楔形空間の狭小側へ相対移動して入力回転部材および出力回転部材と係合することにより、出力回転部材にトルクが伝達される。一方、出力回転部材に逆入力トルクが加えられたときは、付勢ばねがころおよび押さえ板を楔形空間の広大側へ押すことにより、ころの入力回転部材および出力回転部材との係合（ロック）が解除された状態となるので、出力回転部材が空転して入力回転部材にはトルクが伝達されないようになっている。

特開２００５−３５１４２２号公報

ところが、上述した特許文献１に記載の逆入力遮断クラッチでは、入力回転部材に入力トルクが加えられて出力回転部材にトルクが伝達された後、入力トルクと逆方向の逆入力トルクが出力回転部材に加えられたときに、入力回転部材が出力回転部材と共回りしてしまうことがある。これは、トルク伝達直後には、ころのロック状態が保持されているからである。すなわち、トルク伝達後のロック状態において、入力トルクと同方向の逆入力トルクが加えられると、ころが出力回転部材から受ける摩擦力と付勢ばねの弾性力により楔形空間の広大側へ移動してロック状態が解除され、出力回転部材が空転するが、逆方向の逆入力トルクが加えられた場合は、ロック状態が解除されず、逆入力トルクが入力回転部材に伝達されてしまうのである。

そこで、本発明は、一方向の入力トルクのみを伝達する逆入力遮断クラッチにおいて、入力トルク伝達後の逆入力トルクに対して入力回転部材の共回りを防止することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、同一軸心のまわりに回転する入力回転部材と出力回転部材とを径方向内外に配し、前記入力回転部材の出力回転部材との対向面に所定の周方向間隔をおいて同一方向に傾斜するカム面を設けて、各カム面とこれに対向する前記出力回転部材の円筒面との間に周方向の一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ころを配して、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときは、前記各ころと固定部材との間に設けたロック手段が各ころを前記楔形空間の狭小側へ相対移動させて入力回転部材および出力回転部材と係合させることにより、出力回転部材にトルクが伝達され、前記出力回転部材に逆入力トルクが加えられたときには、出力回転部材が空転して入力回転部材にトルクが伝達されないようにした逆入力遮断クラッチにおいて、前記一定方向の入力トルクの供給が停止したときに前記入力回転部材を逆方向に回転させることにより、前記各ころを楔形空間の広大側へ相対移動させてころと入力回転部材および出力回転部材との係合状態を解除するロック解除手段を設けた構成を採用したのである。この構成によれば、入力トルクの供給が停止したときに確実にころのロック状態を解除することができるので、その後に入力トルクと逆方向の逆入力トルクが加えられても入力回転部材が共回りすることがない。

上記の構成において、前記ロック解除手段としては、前記入力回転部材に回転抵抗を付与する制動部材と、この制動部材と入力回転部材との間で伸縮する戻しばねとを備え、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときには、前記戻しばねが弾性変形した状態で入力回転部材および制動部材と一体に回転し、前記入力トルクの供給が停止したときに、前記戻しばねが弾性回復することにより前記入力回転部材を逆方向に回転させるものを採用するとよい。

ここで、前記制動部材は、弾性体で形成され、その弾性力により前記固定部材に押し付けられるもの、具体的には、金属製線材を前記固定部材の円筒部の内周面に拡径力をもって摺接するように巻いたブレーキばねを用いることができる。

また、前記戻しばねには、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときに、入力回転部材と前記制動部材との間で圧縮される圧縮コイルばね、あるいは入力回転部材と前記制動部材との間で引っ張られる引張コイルばねを用いることができる。圧縮コイルばねを用いる場合は、予め所定の圧縮しろを残して圧縮した状態で組み込むことにより、入力回転部材を逆方向に回転させる力を大きくして、ロック状態の解除がより確実に行われるようにすることができる。引張コイルばねを用いる場合は、その初張力を高く設定するほど、入力回転部材の小さい回転角度で制動部材を入力回転部材と一体回転させるのに必要な弾性力が生じるので、入力トルクの伝達開始から定常状態になるまでの遅れ角を小さくすることができる。

一方、前記ロック手段としては、前記各ころを入力回転部材のカム面と出力回転部材の円筒面との間に配した保持器で保持し、前記保持器と係合した状態で前記固定部材の円筒部と摺動する摺動ばねを組み込んで、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときに、前記入力回転部材のカム面に押されたころを、前記摺動ばねと固定部材との間の摩擦力を受ける保持器で前記楔形空間の狭小側へ相対移動させるものを採用することができる。

また、前記出力回転部材に、前記逆入力トルクによる出力回転部材の回転速度を、前記ロック解除手段による入力回転部材の逆回転の速度よりも小さくする回転速度制限手段を設ければ、一定方向の入力トルクの供給が停止したときに、出力回転部材に入力トルクと逆方向の逆入力トルクが加えられていても、入力回転部材を出力回転部材よりも速く逆回転させてロック解除を行うことができる。その回転速度制限手段としては、ダンパーを用いることができる。

さらに、前記入力回転部材へ駆動機構の駆動トルクを伝達する入力伝達部材と入力回転部材との間に一方向クラッチを設けて、一定方向の駆動トルクのみが入力トルクとして入力回転部材に加えられるようにすれば、逆方向の駆動トルクに対して入力回転部材およびロック手段やロック解除手段を構成する部材が回転しなくなるので、駆動機構の空転トルクを小さくすることができる。

本発明の逆入力遮断クラッチは、上述したように、一定方向の入力トルクの供給が停止したときに、入力回転部材を逆方向に回転させることにより、ころのロック状態を確実に解除できるようにしたものであるから、その後に入力トルクと逆方向の逆入力トルクが加えられても入力回転部材が共回りすることがなく、安定した逆入力遮断動作が得られる。

第１実施形態のクラッチの分解斜視図 図１のクラッチの縦断正面図 ａは図２のIIIａ−IIIａ線断面図、ｂはａの入力軸凹部付近の平面図 図１のクラッチの動作を説明する要部の断面図 第２実施形態のクラッチの要部の分解斜視図 図５のクラッチの縦断正面図 ａは図６のVIIａ−VIIａ線断面図、ｂはａの入力軸凹部付近の平面図 図５のクラッチの動作を説明する要部の断面図 第３実施形態のクラッチの分解斜視図 図９のクラッチの縦断正面図 ａは図１０のXIａ−XIａ線断面図、ｂはａの入力軸凹部付近の平面図 図９のクラッチの動作を説明する要部の断面図 第４実施形態のクラッチの縦断正面図 図１３のXIV−XIV線断面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は第１の実施形態を示す。この逆入力遮断クラッチは、図１乃至図３に示すように、入力回転部材１と、入力回転部材１の径方向内側に配される出力回転部材としての出力軸２と、入力回転部材１と出力軸２との間に配される複数のころ３と、各ころ３を保持する保持器４と、保持器４と係合する摺動ばね５と、入力回転部材１に回転抵抗を付与する制動部材としてのブレーキばね６と、ブレーキばね６と入力回転部材１との間に配される戻しばね（圧縮コイルばね）７と、入力回転部材１の径方向外側に配される固定部材としてのハウジング８とで基本的に構成されている。その出力軸２およびハウジング８は、入力回転部材１と同心状態に配されている。

前記ハウジング８は、一端に出力軸２を通す蓋部を有する円筒状のもので、その一端側に設けられた鍔部８ａに固定用の取付孔８ｂがあけられ、他端部の内周には出力軸２を通す円板状の蓋９が嵌め込まれている。

前記入力回転部材１は、二段円筒状の入力軸１０とその大径部内周に嵌め込まれる外輪１１とからなり、入力軸１０と外輪１１とが互いの嵌合面に形成された凹凸の嵌合により一体回転するようになっている。その入力軸１０の小径部には、断面がＤ字状に形成された部分にこれと合致する孔形状の入力伝達部材としての入力歯車１２が嵌め込まれ、この入力歯車１２が図示省略した駆動機構の駆動トルクを入力回転部材１へ入力トルクとして伝達するようになっている。入力歯車１２は、これに隣接する位置で出力軸２に嵌め込まれた止め輪１３により抜け止めされている。また、入力軸１０の大径部外周には、ブレーキばね６の両端のフック部６ａと戻しばね７を収納する凹部１０ａが設けられている。

前記戻しばね７は、その一端部が入力軸１０の凹部１０ａの内壁に固定され、所定の圧縮しろを残して圧縮された状態で他端がブレーキばね６の一端のフック部６ａに当接するように組み込まれている。また、ブレーキばね６は、金属製線材をＣ字状に巻いたもので、ハウジング８の内周面に拡径力をもって摺接するとともに、その一端のフック部６ａが戻しばね７と当接することにより、ハウジング８との間の摩擦力を受けて入力回転部材１に回転抵抗を付与するようになっている（図３（ａ）、（ｂ）参照）。

前記外輪１１の内周面には、所定の周方向間隔をおいて同一方向に傾斜するカム面１１ａが設けられており、このカム面１１ａと出力軸２の外周円筒面との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間１４が形成されている。そして、各楔形空間１４に前記ころ３が一つずつ配されている（図３（ａ）参照）。

前記保持器４は、出力軸２を通す円板部４ａと、円板部４ａの一側面に立設された複数の柱部４ｂとからなり、隣接する柱部４ｂどうしの間にころ３を収容するポケット１５が形成されている。そして、その各柱部４ｂが外輪１１と出力軸２との間に挿入される状態で、ポケット１５に収容したころ３を外輪１１および出力軸２と係脱自在に保持するようになっている。また、その円板部４ａの外周部には摺動ばね５と係合する凸部４ｃが設けられている。

前記摺動ばね５は、金属製線材を環状に巻いたもので、ハウジング８の内周面に拡径力をもって摺接するとともに、互いに重なり合う両端部から内側に延びるフック部５ａが保持器４の凸部４ｃに引っ掛けられて保持器４に係合することにより、ハウジング８との間の摩擦力を受けて保持器４に回転抵抗を付与するようになっている。

次に、この逆入力遮断クラッチの動作を図４に基づいて説明する。このクラッチでは、入力歯車１２から入力回転部材１に一定方向（実線矢印）の入力トルクが加えられると、まず、入力回転部材１のみがわずかに回転し、回転した入力軸１０とその場に留まろうとするブレーキばね６との間で戻しばね７が圧縮される。このとき、入力回転部材１は外輪１１のカム面１１ａでころ３を押してころ３とともに保持器４を回転させようとするが、保持器４は摺動ばね５から回転抵抗を受けてその場に留まろうとするため、保持器４に保持されたころ３が相対的に楔形空間１４の狭小側へ移動して外輪１１および出力軸２と係合（ロック）する。ころ３がロックすると入力回転部材１から出力軸２にトルクが伝達されるようになり、その後に圧縮された戻しばね７の弾性力がブレーキばね６とハウジング８との間の摩擦力より大きくなって、戻しばね７およびブレーキばね６が回転し始め、定常的なトルク伝達状態となる。このトルク伝達が行われている間、戻しばね７は組み込み時よりも圧縮された状態で入力回転部材１およびブレーキばね６と一体に回転する。

そして、上記の入力トルクの供給が停止すると、入力回転部材１はブレーキばね６および戻しばね７とともに一旦停止するが、圧縮されていた戻しばね７が停止したブレーキばね６に他端側への伸びを規制された状態で弾性回復して、入力回転部材１を入力トルクと逆の方向へわずかに回転させる（一点鎖線矢印）。これにより、各ころ３は楔形空間１４の広大側へ相対移動し、ころ３のロック状態が解除される（一点鎖線の状態となる）。従って、この後に出力軸２に逆入力トルクが加えられても、出力軸２は逆入力トルクの方向によらず空転し、入力回転部材１が共回りすることはない。

なお、図示は省略するが、図４と逆方向の入力トルクが加えられた場合は、入力回転部材１が回転しても、ころ３は楔形空間１４の広大側に留まりロック状態とならないので、出力軸２にはトルクが伝わらない。

この逆入力遮断クラッチは、上述したように、一定方向の入力トルクの供給が停止したときに、入力回転部材１を逆方向に回転させてころ３のロック状態を確実に解除するロック解除手段を設けたので、入力トルク供給停止後に入力トルクと逆方向の逆入力トルクを加えられても入力回転部材１が共回りせず、安定した逆入力遮断動作が得られる。

図５乃至図８に示す第２の実施形態は、第１実施形態のブレーキばね６と戻しばね７との間に戻し部材１６を介在させたものである。この戻し部材１６は、図５乃至図７に示すように、入力回転部材１の入力軸１０小径部を通す円板状部材であり、入力軸１０大径部の凹部１０ａに収納される凸部１６ａと、ブレーキばね６の両端のフック部６ａを収納する凹部１６ｂとが設けられている。そして、図７（ａ）、（ｂ）に示したように、その凸部１６ａの一側面が戻しばね７の他端に当接し、凹部１６ｂの周方向両側の内壁にそれぞれブレーキばね６の両端のフック部６ａが当接するように組み込まれている。その他の部分の構成は第１実施形態と同じである。

従って、図８に示すように、入力回転部材１に一定方向（実線矢印）の入力トルクが加えられたときは、戻しばね７が入力軸１０の凹部１０ａの内壁と戻し部材１６の凸部１６ａの一側面との間で圧縮され、ブレーキばね６の一端のフック部６ａが戻し部材１６の凹部１６ｂの内壁に押される状態で、第１実施形態と同様にころ３がロックして出力軸２にトルクが伝達される。一方、その入力トルクの供給が停止すると、停止したブレーキばね６および戻し部材１６に他端側への伸びを規制された戻しばね７が弾性回復し、第１実施形態と同様に入力回転部材１がわずかに逆回転して（一点鎖線矢印）、ころ３のロック状態が解除される（一点鎖線の状態となる）。

この実施形態では、上述のように戻しばね７およびブレーキばね６がそれぞれ戻し部材１６の平面部分と当接して両者間の力の伝達を行うので、戻しばね７とブレーキばね６が直接当接する第１実施形態よりも安定したクラッチ動作が得られる。

図９乃至図１２に示す第３の実施形態は、第１実施形態の戻しばね７に代えて、引張コイルばねを戻しばね１７として用いたものである。また、これに伴い、ブレーキばね６は互いに重なり合う両端部の一方にのみフック部６ａを有するものとし、入力軸１０大径部の凹部１０ａにはその奥側の内壁から突出するピン１０ｂを設けている。そして、図１１（ａ）、（ｂ）に示したように、戻しばね１７は、その一端のフックをブレーキばね６のフック部６ａに、他端のフックを入力軸１０のピン１０ｂにそれぞれ引っ掛けた状態で組み込まれている。その他の部分の構成は第１実施形態と同じである。

従って、図１２に示すように、入力回転部材１に一定方向（実線矢印）の入力トルクが加えられたときは、戻しばね１７が入力軸１０のピン１０ｂとブレーキばね６のフック部６ａとの間で引っ張られた状態で、第１実施形態と同様にころ３がロックして出力軸２にトルクが伝達される。一方、その入力トルクの供給が停止すると、停止したブレーキばね６に一端を保持された戻しばね１７が弾性回復し（縮み）、第１実施形態と同様に入力回転部材１がわずかに逆回転して（一点鎖線矢印）、ころ３のロック状態が解除される（一点鎖線の状態となる）。

この実施形態では、上述のように戻しばね１７として引張コイルばねを用いたので、その初張力を適度に高く設定して、入力回転部材１の小さい回転角度でブレーキばね６を入力回転部材１と一体回転させるのに必要な弾性力を生じさせることにより、入力トルクの伝達開始から定常状態になるまでの遅れ角を小さくすることができる。

図１３および図１４に示す第４の実施形態は、第１実施形態をベースとし、入力軸１０小径部の外径を２段に形成して、この入力軸１０の最小外径部と入力歯車１２との間に一方向クラッチ１８を設けるとともに、出力軸２に出力軸２の回転速度を制限するダンパー１９を取り付けたものである。

前記一方向クラッチ１８は、図１４に示したように、入力歯車１２と一体回転する外輪２０の内周面に複数のカム面２０ａを設け、各カム面２０ａと入力軸１０最小外径部の外周円筒面との間に形成される楔形空間２１に、ころ２２ところ２２を楔形空間２１の狭小側へ付勢するばね２３を配した一般的な構成のもので、前記駆動機構から入力歯車１２に伝わる駆動トルクのうち、一定方向の駆動トルクのみを入力トルクとして入力軸１０に伝達するようになっている。これにより、逆方向の駆動トルクに対しては、入力回転部材１が回転せず、その結果ブレーキばね６、戻しばね７、ころ３、保持器４および摺動ばね５も回転しないので、第１実施形態のものに比べて前記駆動機構の空転トルクを小さくすることができる。

また、前記ダンパー１９は、逆入力トルクによる出力軸２の回転速度を、戻しばね７による入力回転部材１の逆回転の速度よりも小さくするように調整されている。これにより、一定方向の入力トルクの供給が停止したときに、出力軸２に入力トルクと逆方向の逆入力トルクが加えられていても、入力回転部材１を出力軸２よりも速く逆回転させて確実にロック解除を行うことができる。

１ 入力回転部材
２ 出力軸（出力回転部材）
３ ころ
４ 保持器
５ 摺動ばね
６ ブレーキばね（制動部材）
７ 戻しばね（圧縮コイルばね）
８ ハウジング（固定部材）
１０ 入力軸
１１ 外輪
１１ａ カム面
１２ 入力歯車
１４ 楔形空間
１６ 戻し部材
１７ 戻しばね（引張コイルばね）
１８ 一方向クラッチ
１９ ダンパー

Claims (11)

1. 同一軸心のまわりに回転する入力回転部材と出力回転部材とを径方向内外に配し、前記入力回転部材の出力回転部材との対向面に所定の周方向間隔をおいて同一方向に傾斜するカム面を設けて、各カム面とこれに対向する前記出力回転部材の円筒面との間に周方向の一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ころを配して、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときは、前記各ころと固定部材との間に設けたロック手段が各ころを前記楔形空間の狭小側へ相対移動させて入力回転部材および出力回転部材と係合させることにより、出力回転部材にトルクが伝達され、前記出力回転部材に逆入力トルクが加えられたときには、出力回転部材が空転して入力回転部材にトルクが伝達されないようにした逆入力遮断クラッチにおいて、前記一定方向の入力トルクの供給が停止したときに前記入力回転部材を逆方向に回転させることにより、前記各ころを楔形空間の広大側へ相対移動させてころと入力回転部材および出力回転部材との係合状態を解除するロック解除手段を設けたことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
2. 前記ロック解除手段が、前記入力回転部材に回転抵抗を付与する制動部材と、この制動部材と入力回転部材との間で伸縮する戻しばねとを備え、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときには、前記戻しばねが弾性変形した状態で入力回転部材および制動部材と一体に回転し、前記入力トルクの供給が停止したときに、前記戻しばねが弾性回復することにより前記入力回転部材を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１に記載の逆入力遮断クラッチ。
3. 前記制動部材が、弾性体で形成され、その弾性力により前記固定部材に押し付けられるものであることを特徴とする請求項２に記載の逆入力遮断クラッチ。
4. 前記制動部材が、金属製線材を前記固定部材の円筒部の内周面に拡径力をもって摺接するように巻いたブレーキばねであることを特徴とする請求項３に記載の逆入力遮断クラッチ。
5. 前記戻しばねが、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときに、入力回転部材と前記制動部材との間で圧縮される圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
6. 前記戻しばねとしての圧縮コイルばねを、予め所定の圧縮しろを残して圧縮した状態で組み込んだことを特徴とする請求項５に記載の逆入力遮断クラッチ。
7. 前記戻しばねが、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときに、入力回転部材と前記制動部材との間で引っ張られる引張コイルばねであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
8. 前記ロック手段が、前記各ころを入力回転部材のカム面と出力回転部材の円筒面との間に配した保持器で保持し、前記保持器と係合した状態で前記固定部材の円筒部と摺動する摺動ばねを組み込んで、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときに、前記入力回転部材のカム面に押されたころを、前記摺動ばねと固定部材との間の摩擦力を受ける保持器で前記楔形空間の狭小側へ相対移動させるものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
9. 前記出力回転部材に、前記逆入力トルクによる出力回転部材の回転速度を、前記ロック解除手段による入力回転部材の逆回転の速度よりも小さくする回転速度制限手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
10. 前記出力回転部材の回転速度制限手段としてダンパーを用いたことを特徴とする請求項９に記載の逆入力遮断クラッチ。
11. 前記入力回転部材へ駆動機構の駆動トルクを伝達する入力伝達部材と入力回転部材との間に一方向クラッチを設けて、一定方向の駆動トルクのみが入力トルクとして入力回転部材に加えられるようにしたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。

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