JP2017215021A - 逆入力防止クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】入力側から出力側への回転伝達時のロック係合子と固定部材との摺動による発熱が少なく、トルク容量も確保できるロック式の逆入力防止クラッチを提供する。
【解決手段】出力側部材４の一部である内輪３と固定部材１２の一部である外輪５の間に配されるロック係合子として、外輪５に対する摺動抵抗が小さい玉９を用い、その玉９を軸方向に複数並ぶ状態で組み込むことにより、ロック状態における玉９と外輪５および内輪３との間に作用する接触荷重が分散され、各玉９の接触面圧が抑えられるようにして、ロック係合子としてころを用いた場合よりも入力側から出力側への回転伝達時の発熱が抑えられるとともに、ころを用いた場合に大きく劣らないトルク容量を確保できるようにしたのである。
【選択図】図１

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１参照。）。

上記特許文献１に記載されたロック式の逆入力防止クラッチは、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ロック係合子となる一対のころとそのころを楔形空間の狭小部へ押し込むばね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保持器の柱部を挿入したものである。

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の内周円筒面および出力側部材のカム面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保持器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）。

特許第４９６５８７１号公報

ところで、上記のようにロック係合子としてころを用いた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伝達する際にころが固定部材の内周円筒面と線接触状態で摺動するので、その摺動による発熱でクラッチ内部が高温になり、クラッチ内部に封入されている潤滑剤の早期劣化を生じるおそれがある。特に、入力側部材をモータに直結した状態で使用される用途では、減速機構を介さずにモータの回転が入力されるため、高速回転での運転により発熱量が大きくなって、潤滑剤の早期劣化が問題となりやすい。この問題への対策としては、ロック係合子をころから玉に代えて、ロック係合子の固定部材に対する摺動抵抗を小さくすることが有効と考えられる。

しかしながら、ロック係合子として玉を用いた場合は、玉が固定部材の内周円筒面および出力側部材のカム面と点接触するので、ころの場合に比べて、ロック状態の玉と固定部材および出力側部材との間に生じる接触面圧が大きくなり、それによってトルク容量が小さくなってしまう。

そこで、本発明は、入力側から出力側への回転伝達時のロック係合子と固定部材との摺動による発熱が少なく、トルク容量も確保できるロック式の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曲面が設けられ、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曲面と出力側部材の各カム面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間が形成されており、これらの各楔形空間にロック係合子としての玉が軸方向に複数並ぶ状態で組み込まれ、前記各玉がばねで楔形空間の狭小部へ押し込まれているものとした。

すなわち、ロック係合子として固定部材に対する摺動抵抗が小さい玉を用いることにより、ころを用いた場合よりも入力側から出力側への回転伝達時の発熱が抑えられるようにするとともに、その玉を軸方向に複数並ぶ状態で組み込むことにより、ロック状態における玉と固定部材および出力側部材との間に作用する接触荷重が分散されて、各玉の接触面圧が抑えられ、ころを用いた場合に大きく劣らないトルク容量が確保できるようにしたのである。

ここで、前記楔形空間は、狭小となる方向が同じものが周方向に複数連続して形成されており、前記玉は、前記各楔形空間に周方向で１つずつ配され、そのうち周方向に連続する楔形空間に配されている複数の玉が周方向で隣り合うものと互いに当接する状態で前記ばねに押されている構成を採用すれば、玉の総組込数を増やすことによりトルク容量をさらに大きくすることができる。

また、前記ばねが、その周方向両側に配されている前記玉を両端部で押圧するコイルばねである場合は、その両端部が前記玉の一部を覆うように形成されている構成として、入力側から出力側への回転伝達時にコイルばねが遠心力を受けても径方向外側へ移動しにくくすることが望ましい。このようにすれば、コイルばねの固定部材との接触・摺動による摩耗や折損等の不具合を防止できるとともに、コイルばねが玉を楔形空間の狭小部へ十分に押し込めない姿勢となることがなく、逆入力トルクに対するロック不良も防止できる。

さらに、上記の場合、前記コイルばねは、その伸縮方向の中央部の直径が両端部の直径よりも小さい鼓形状に形成されている構成とするとよい。このようにすれば、コイルばねの中央部と出力側部材の外周面との接触を回避できるので、ロック状態が解除されるときやロック解除状態からロック状態に戻るときのコイルばねの伸縮がスムーズに行われ、安定したクラッチ動作が得られる。

本発明の逆入力防止クラッチは、上述したように、ロック係合子として固定部材に対する摺動抵抗がころよりも小さい玉を用い、その玉を軸方向に複数並ぶ状態で組み込んで、トルク容量を確保しつつ、入力側から出力側への回転伝達時の発熱を抑えられるようにしたものであるから、高速回転で運転される用途でも、クラッチ内部に封入されている潤滑剤の早期劣化を防止でき、長期間安定して使用することができる。

第１実施形態の逆入力防止クラッチの縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 図１のばねの側面図 ａ、ｂは、それぞれ図２に対応してクラッチ動作を説明する断面図 図１に対応してばねの変形例を示す要部の断面図 図６のVII−VII線に沿った断面図 第２実施形態の逆入力防止クラッチの要部の図２に対応する断面図 図８のIX−IX線に沿った断面図（外輪を除く）

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５は第１の実施形態を示す。この逆入力防止クラッチは、図１および図２に示すように、入力側部材としての入力軸１と、出力軸２と内輪３が一体形成された出力側部材４と、内輪３の径方向外側に配される外輪５が一体形成された二段円筒状のハウジング６と、ハウジング６の一端に取り付けられる押え蓋７と、内輪３と外輪５との間に挿入される複数の柱部８ａを有する保持器８と、内輪３と外輪５との間に組み込まれる鋼製の玉（ロック係合子）９およびコイルばね１０と、ハウジング６他端の小径部内周に嵌め込まれて出力軸２を回転自在に支持する焼結軸受１１とで構成されている。

前記ハウジング６は、一端のフランジの外周縁に複数の切欠き６ａが形成されており、これらの切欠き６ａに押え蓋７の外周縁に形成された爪７ａを嵌め込んで折り曲げることにより、押え蓋７と一体化されている。押え蓋７は、その外周から張り出す３つの舌状の張出部に取付孔７ｂが設けられている。そして、このハウジング６と押え蓋７が、押え蓋７の取付孔７ｂで図示省略した外部部材に一体に固定される固定部材１２となっている。

前記入力軸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、その係合部１ａの先端側部分が、前記内輪３の中央に設けられた係合穴３ａに挿入され、小径円筒部１ｂが内輪３の係合穴３ａの底から出力軸２の円形穴２ａに嵌め込まれて、出力側部材４（出力軸２および内輪３）と同一軸心のまわりに回転するようになっている。ここで、内輪３の係合穴３ａは、断面が入力軸１の係合部１ａとほぼ同じ形状で、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４に伝達するトルク伝達手段が構成されている。

また、入力軸１の係合部１ａの軸方向中央側部分には、保持器８の円筒部８ｂが隙間なく嵌め込まれて、入力軸１と保持器８が一体回転するようになっている。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２は外周に二面幅が形成された係合部２ｂ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。

前記外輪５の内周は円筒面となっており、内輪３の外周にはカム面３ｂが周方向に複数設けられ、外輪５の内周円筒面と内輪３の各カム面３ｂとの間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間１３が形成されている。そして、図３にも示すように、これらの各楔形空間１３には前記玉９が軸方向に３個並ぶ状態で周方向に一対ずつ組み込まれ、前記コイルばね１０が各対の玉９に挟まれる位置にそれぞれ配されて各玉９を楔形空間１３の狭小部へ押し込んでいる。これにより、出力側部材４に加えられる逆入力トルクに対して、出力側部材４の一部である内輪３と固定部材１２の一部である外輪５とをロックするロック手段が構成されている。なお、外輪の内周は、この実施形態のような円筒面に限らず、内輪のカム面との間に楔形空間を形成する曲面が設けられていればよい。

ここで、前記コイルばね１０は、図４に示すように、その伸縮方向の中央部の直径が、玉９を押圧する両端部の直径よりも小さい鼓形状に形成されている。そして、図２および図３に示すように、その両端部が周方向両側に配されている玉９の一部を覆い、中央部が内輪３のカム面３ｂと接触しない状態で組み込まれている。

また、図２に示すように、前記各楔形空間１３の周方向両側（玉９を挟んでコイルばね１０と周方向で対向する位置）には、前記保持器８の柱部８ａが挿入されている。これにより、入力軸１に入力トルクが加えられたときに、保持器８が入力軸１と一体に回転して、保持器８の柱部８ａがコイルばね１０で反回転方向に押されている玉９を楔形空間１３の広大部へ押し出して、前記ロック手段によるロック状態を解除するようになっている。すなわち、この保持器８が、入力軸１に加えられる入力トルクに対して前記ロック状態を解除するロック解除手段となっている。

この逆入力防止クラッチは、上記の構成であり、各玉９がコイルばね１０の弾力で楔形空間１３の狭小部に押し込まれているので、出力側部材４に逆入力トルクが加えられても、コイルばね１０で反回転方向に押されている玉９が固定部材１２の一部である外輪５および出力側部材４の一部である内輪３に係合することにより出力側部材４が固定部材１２とロックされ、入力軸１へ回転伝達しない。

一方、入力軸１に入力トルクが加えられたときには、まず、図５（ａ）に示すように、入力軸１と一体に回転する保持器８の柱部８ａがコイルばね１０で反回転方向に押されている玉９をコイルばね１０の弾力に抗して楔形空間１３の広大部へ押し出すことにより、その玉９と外輪５および内輪３との係合が解除されて、出力側部材４がロック状態から解放される。そして、図５（ｂ）に示すように、入力軸１がさらに回転して、その係合部１ａと内輪３の係合穴３ａとが係合すると、入力軸１の回転が内輪３を介して出力軸２に伝達されるようになる（このとき、コイルばね１０で回転方向に押されている玉９は楔形空間１３の広大部に相対移動するので、外輪５および内輪３と係合することはない）。

ここで、玉９は、上記のように入力軸１から出力側部材４へ回転が伝達されているときに転がりながら外輪５と摺動するが、従来ロック係合子として用いられるころに比べると外輪５に対する摺動抵抗は小さい。しかも、玉９が軸方向に複数並ぶ状態で組み込まれているので、ロック状態における玉９と外輪５および内輪３との間に作用する接触荷重が分散されて、各玉９の接触面圧が抑えられるようになっている。したがって、ロック係合子としてころを用いた場合よりも入力側から出力側への回転伝達時の発熱が抑えられるとともに、ころを用いた場合に大きく劣らないトルク容量を確保することができる。

また、コイルばね１０は、その両端部が玉９の一部を覆うように形成され、入力側から出力側への回転伝達時に遠心力を受けても径方向外側へ移動しにくくなっている。このため、外輪５との接触・摺動による摩耗や折損等の不具合を生じるおそれがないし、玉９を楔形空間１３の狭小部へ十分に押し込めない姿勢となることがなく、逆入力トルクに対するロック不良を生じさせるおそれもない。

さらに、コイルばね１０は、鼓形状に形成されているので、中央部が内輪３のカム面３ｂに接触しない。これにより、ロック状態が解除されるときやロック解除状態からロック状態に戻るときに、コイルばね１０がスムーズに伸縮し、安定したクラッチ動作が得られるようになっている。

図６および図７は、上述した鼓形状のコイルばね１０に代えて、軸方向から見た外形が略長方形で、軸方向に並ぶ３個の玉９を単体で押圧できるコイルばね１４を用いた例を示す。そして、図示は省略するが、このコイルばね１４も、両端部がそれぞれ３個の玉９の一部を覆い、伸縮方向の中央部の短手方向寸法が両端部の短手方向寸法よりも小さく形成されて、中央部が内輪３のカム面３ｂと接触しないようになっている。

図８および図９は第２の実施形態を示す。この実施形態は、内輪３の外周に傾斜方向が同じカム面３ｂを周方向に連続して２つ設けることにより、外輪５と内輪３の間に狭小となる方向が同じ楔形空間１５を周方向に連続して２つ形成し、各楔形空間１５に３個の玉９を軸方向に並ぶ状態で配している。そして、楔形空間１５の広大部どうしが向かい合う位置の空間に組み込まれた３つの鼓形状のコイルばね１０が、それぞれの両端部で周方向に並ぶ玉９を２個ずつ互いに当接させて楔形空間１５の狭小部に押し込んでいる。また、各楔形空間１５の狭小部どうしが向かい合う位置、すなわち玉９を挟んでコイルばね１０と周方向で対向する位置の空間に、ロック解除手段となる保持器８の柱部８ａが挿入されている。その他の構成およびクラッチ動作（逆入力トルクに対する出力側部材のロックおよびそのロック状態の解除動作）は、第１実施形態と同じである。なお、この実施形態でも、軸方向に並ぶ３つの鼓形状のコイルばね１０に代えて、図６および図７に示したコイルばね１４を用いることができる。

この第２実施形態では、第１実施形態に比べて玉９の総組込数が多く、各玉９の接触面圧が低くなるので、トルク容量の増大を図ることができる。

１ 入力軸（入力側部材）
１ａ 係合部
２ 出力軸
３ 内輪
３ａ 係合穴
３ｂ カム面
４ 出力側部材
５ 外輪
６ ハウジング
７ 押え蓋
８ 保持器
８ａ 柱部
９ 玉（ロック係合子）
１０ コイルばね
１１ 焼結軸受
１２ 固定部材
１３ 楔形空間
１４ コイルばね
１５ 楔形空間

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曲面が設けられ、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曲面と出力側部材の各カム面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間が形成されており、これらの各楔形空間にロック係合子としての玉が軸方向に複数並ぶ状態で組み込まれ、前記各玉がばねで楔形空間の狭小部へ押し込まれているものである逆入力防止クラッチ。
2. 前記楔形空間は、狭小となる方向が同じものが周方向に複数連続して形成されており、前記玉は、前記各楔形空間に周方向で１つずつ配され、そのうち周方向に連続する楔形空間に配されている複数の玉が周方向で隣り合うものと互いに当接する状態で前記ばねに押されてい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. 前記ばねは、その周方向両側に配されている前記玉を両端部で押圧するコイルばねであり、その両端部が前記玉の一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の逆入力防止クラッチ。
4. 前記コイルばねは、その伸縮方向の中央部の直径が両端部の直径よりも小さい鼓形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の逆入力防止クラッチ。

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