JP2019052691A - トルク自動切替装置および魚釣用リール - Google Patents

Abstract

【課題】変速の際のトルクおよび速度の変化を低減するとともに、イナーシャを低減し、装置全体を小型化可能なトルク自動切替装置の提供。【解決手段】一方向クラッチ５と、トルクリミッタ機構４と、出力部材１０と、を備えるクラッチ機構２と、一方向クラッチ５を介して出力部材１０に連結されている第１出力部６と、出力部材１０に作用するトルクが所定値以下である場合、出力部材１０と一体的に回転するように、トルクリミッタ機構４を介して出力部材１０に連結される第２出力部７ａと、を備える減速機構と、を有する、トルク自動切替装置。【選択図】図１

Description

本発明は、要求トルクに応じて高速回転と低速回転とを自動的に切り替えるトルク自動切替装置および魚釣用リールに関する。

モータおよび減速機を備えた駆動装置では、負荷トルクや必要な出力回転数の範囲が広範囲に及ぶ場合、変速手段が必要である。変速の方法として、複数の異なる減速比からなるギア列を切り替えたり、または減速の有無自体を切り替えたりするなどして、モータから出力に至るまでの減速比を選択する方法が知られている。特許文献１では、要求されるトルクに応じて、高速回転をそのまま出力する状態から減速機を介して高トルクの低速回転を出力する状態に切り替え可能なトルク自動切替装置が開示されている。

また、魚釣用電動リールでは、高速巻取りに対応する場合、低速回転時のトルク不足が問題となることが指摘されており、これらを両立するために変速機構を取り入れる方法が提案されている。特許文献２では、スプール駆動モータの出力部の回転方向によって、高速用減速歯車機構と低速用減速歯車機構のいずれか一方を選択的に動力伝達可能として、スプールの回転速度を変化させる魚釣用電動リールが開示されている。

特許第４８６４５８２号公報 特許第３５３７３６３号公報

しかしながら、特許文献１のトルク自動切替装置では、装置全体が大型化してしまうとともに、高速回転時において減速機ごと回転させるためにイナーシャが大きくなりすぎてしまう。

また、特許文献２の魚釣用電動リールでは、変速の際にトルクの伝達が停止する瞬間が発生するため、それに伴いスプールの回転が停止してしまう。詳細には、駆動モータが停止、反転再起動という動作になるため、スプールの回転速度の変化も著しく大きくなってしまう。魚がかかっているときに駆動モータがこのような動作をすると、糸の張力や巻き上げ速度が著しく変化するため、魚が逃げてしまう。

本発明は、変速の際のトルクおよび速度の変化を低減するとともに、イナーシャを低減し、装置全体を小型化可能なトルク自動切替装置および魚釣用リールを提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのトルク自動切替装置は、一方向クラッチと、トルクリミッタ機構と、出力部材と、を備えるクラッチ機構と、一方向クラッチを介して出力部材に連結されている第１出力部と、出力部材に作用するトルクが所定値以下である場合、出力部材と一体的に回転するように、トルクリミッタ機構を介して出力部材に連結される第２出力部と、を備える減速機構と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、変速の際のトルクおよび速度の変化を低減するとともに、イナーシャを低減し、装置全体を小型化可能なトルク自動切替装置および魚釣用リールを提供することができる。

本発明の実施形態に係るトルク自動切替装置の断面図である。 モータに接続されたトルク自動切替装置の断面図である。 トルク自動切替装置の組立図である。 トルク自動切替装置の変形例の断面図である。 ＤＣモータを動力源とする場合のトルク自動切替装置のトルクに対する回転数および電流値の関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るトルク自動切替装置１の断面図である。図２は、モータ１７に接続されたトルク自動切替装置の断面図である。図３（ａ）はクラッチ機構部２の組立図、図３（ｂ）は減速機部（減速機構）３の組立図である。

トルク自動切替装置１は、クラッチ機構部２と減速機部３とを有する。入力ピニオン１６に入力された動力は、減速機部３で減速され、クラッチ機構部２を経て最終的に出力プーリ（出力部材）１０より出力される。クラッチ機構部２は、トルクリミッタ部（トルクリミッタ機構）４、一方向クラッチ５および出力プーリ１０を有する。減速機部３は、プラネタリ型遊星歯車減速機であり、最終段のキャリア軸（第１出力部）６の出力が最も減速された出力に相当する。本実施形態では、キャリア軸６を中空形状とし、低速側出力軸として使用する。なお、本実施形態では、減速機部３は遊星歯車機構であるが、異なる機構であってもよい。

最終段の太陽歯車７の先端には、軸（第２出力部）７ａが形成されている。軸７ａはキャリア軸６の内部に設けられた軸受８にキャリア軸６と同軸状態で支持され、先端はキャリア軸６の外部に突出する。本実施形態では、軸７ａを高速側出力軸として使用する。プラネタリ型遊星歯車減速機では、１段あたりの減速比を１／３〜１／６程度にすることが多く、この場合、低速側出力部と高速側出力部も１／３〜１／６程度の速比を持つ。

図４（ａ）に示されるように、高速側出力軸を２段目の太陽歯車に設けた場合、低速側出力部と高速側出力部の速比は２段分となり、１／９〜１／３６程度となる。また、図４（ｂ）に示されるように、高速側出力軸を１段目の駆動入力部に設けた場合、速比は３段分となり、１／２７〜１／２１６程度と大きな速比を得ることができる。このように、高速側出力軸は、所望の速比に合わせて設ければよい。

ハブ９は、軸７ａと一体的に回転するように取り付けられている。出力プーリ１０は、一方向クラッチ５を介してキャリア軸６に連結されている。一方向クラッチ５は、出力プーリ１０がキャリア軸６に対して回転方向へ回転する間、空転するとともに、出力プーリ１０の反対方向への回転をロックする。出力プーリ１０の形状は、タイミングプーリ、歯車、チェーンスプロケットなど、不図示の負荷側の部材に合わせて任意に選択可能である。また、一方向クラッチ５は、本実施形態の構成に限定されない。

トルクリミッタ部４は、摩擦板１１、摩擦板１２、摩擦材１３、これらの部材を押し付ける方向へ付勢する皿ばね１４、および皿ばね１４の付勢力を調整するナット（調整機構）１５を有する。摩擦板１１は、軸方向へ移動可能であり、出力プーリ１０と一体的に回転する。摩擦板１２は、軸方向へ移動可能であり、ハブ９と一体的に回転する。２つの摩擦材１３はそれぞれ、ハブ９の端部である摩擦部９ａと摩擦板１１との間、および摩擦板１１と摩擦板１２との間に移動可能に配置されている。より大きな摩擦トルクが必要な場合、摩擦板１１、１２と摩擦材１３を増設すればよい。本実施形態では、摩擦面を付勢する手段として、皿ばね１４と位置決め用のナット１５とを用いている。ナット１５の締め込み加減を調整することで、摩擦面の押し込み荷重、すなわち摩擦係合力を調整することができる。使用者がナット１５の締め込み加減を調整可能にするために、ナット１５は出力プーリ１０の外側に露出、または外部から容易にアクセスできるように配置されている。皿ばね１４とナット１５については、種々の弾性部材と位置決め手段で代用できる。なお、トルクリミッタ部４は、本実施形態の構成に限定されない。

以下、トルク自動切替装置１の動作について説明する。出力プーリ１０に作用する負荷がトルクリミッタ部４の摩擦係合力以下である場合、出力プーリ１０は摩擦係合力によりハブ９と一体的に回転しようとする。このとき、出力プーリ１０は、キャリア軸６よりも回転方向へ速く回る。すなわち、出力プーリ１０は、キャリア軸６に対して回転方向へ回転している。このとき、一方向クラッチ５は、空転している。したがって、出力プーリ１０は、軸７ａに従動して高速回転する。

出力プーリ１０に作用する負荷がトルクリミッタ部４の摩擦係合力よりも大きい場合、出力プーリ１０はハブ９に対して差動回転する。しかし、出力プーリ１０は、一方向クラッチ５により反対方向へ回転することができないため、キャリア軸６より遅くなることはない。したがって、低速側出力軸に従動する状態に移行する場合の速度変化を小さくすることができる。このように、出力プーリ１０に作用する負荷がトルクリミッタ部４の摩擦係合力よりも大きくなると、出力プーリ１０はキャリア軸６に従動して低速回転する。このとき、キャリア軸６に従動する出力プーリ１０と、軸７ａと一体的に回転するハブ９との間では、各出力軸の減速比の差からなる差動が生じており、それに伴うトルクリミッタ部４のスリップトルクが発生する。

トルクリミッタ部４の摩擦係合力を超える負荷が取り除かれると、出力プーリ１０は再びトルクリミッタ部４の摩擦係合力によりハブ９と一体回転しようとするため、すみやかに高速回転を行う。軸７ａに従動する状態に移行するまでの間、トルクリミッタ部４に生じているスリップトルクは途切れることがないため、出力プーリ１０には常に駆動トルクが作用している。

以上説明したように、本実施形態のトルク自動切替装置１は、出力プーリ１０に作用する負荷が変速の閾値（所定値）であるトルクリミッタ部４の摩擦係合力を超えるか否かで自動的に高速回転と低速回転とを切り替えることができる。このとき、出力プーリ１０に伝達される駆動トルクは、常に作用し続けることになり、変速に伴う出力プーリ１０の速度変化は効果的に低減される。また、前述したように、本実施形態では、ナット１５を調整することで、トルクリミッタ部４の摩擦係合力を容易に調整することができる。

なお、本実施形態では、トルク自動切替装置１は、出力プーリ１０に作用する負荷が所定値以下である場合、高速回転に切り替え、所定値より大きい場合、低速回転に切り替えるが、本発明はこれに限定されない。トルク自動切替装置１は、出力プーリ１０に作用する負荷が所定値より小さい場合、高速回転に切り替え、所定値以上である場合、低速回転に切り替えてもよい。

本実施形態では、入力される動力について特に限定しないが、図２に示されるように、入力ピニオン１６にモータ１７を取り付けることで、モータ１７の駆動力（回転力）が入力されてもよい。トルク自動切替装置１にモータ１７を取り付けることで、低負荷領域での高速回転と高負荷時の安定した巻上げが両立可能である。

従来の低負荷領域で高速回転でありながら、想定される負荷にあわせた十分な起動トルクを持つ大型で高速回転のモータは、作動音が大きく、起動時に大電流を要するために大きなバッテリーを必要とする。本実施形態では、トルク自動切替装置１とトルクの小さい小型のモータ１７とを組み合わせることで、作動音を低く抑えられるだけでなく、モータ１７や装置全体の小型化・軽量化が可能になる。また、モータ１７を動力源とすることで、前述した変速時の駆動特性に加えて、電流値にも特徴的な変化が現れる。

図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれ、ＤＣモータを動力源とする場合のトルク自動切替装置１のトルクに対する回転数および電流値の関係を示す特性図である。図５では横軸がトルクであるが、スリップトルクを境に速度が切り替わっている。このとき、トルクの増加に対する電流値の増加が著しく小さくなるように、電流値の傾きが大きく変化している。これにより、負荷の増大に伴うモータの発熱が大きく抑えられるため、より大きな負荷に対応できるとともに、高負荷領域での稼働時間を大きく取ることができる。

以上説明したように、トルク自動切替装置１は、モータを動力源とすることで広いトルク範囲に対応した動力ユニットを形成することができる。

以下、トルク自動切替装置１を魚釣用リールに適用した場合について説明する。手巻きの場合、出力プーリ１０をスプールに接続し、入力ピニオン１６に手巻き用ハンドルを接続する構成が考えられる。スリップトルクを仕掛けの重さよりも重くなるように設定しておくことで、仕掛けの回収において、低減速比の状態、すなわち少ないハンドル回転数で巻き上げることが可能である。大きな魚がかかった場合など、巻き上げに大きな力を要するときは、自動的に高減速比が選択されるため、ハンドル回転数が多く必要になるが、少ない力で巻き上げることができる。

電動リールの場合、出力プーリ１０をスプールに接続し、入力ピニオン１６にモータ１７を接続する構成が考えられる。スリップトルクを仕掛けの重さよりも重くなるように設定しておくことで、仕掛けの回収において、迅速に巻き上げることが可能である。大きな魚がかかった場合など、巻き上げに大きな力を要するときは、自動的に高減速比が選択され、スプールに大きな力を伝えることができる。また、スプールの回転数は従来に比べて低下するものの、電流値が大幅に抑えられるため、モータの発熱や電流値の制限によりこれまでは困難であった大型の魚も巻き上げることが可能である。さらに、変速の際はモータを一旦停止させる必要も無く、スプールの速度は連続的に変化しながら高速から低速に移行するため、魚を逃がしにくく、魚釣用リールに好適といえる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ トルク自動切替装置
２ クラッチ機構部（クラッチ機構）
３ 減速機部（減速機構）
４ トルクリミッタ部（トルクリミッタ機構）
５ 一方向クラッチ
６ キャリア軸（第１出力部）
７ａ 軸部（第２出力部）
１０ 出力プーリ（出力部材）

Claims (7)

1. 一方向クラッチと、トルクリミッタ機構と、出力部材と、を備えるクラッチ機構と、
   前記一方向クラッチを介して前記出力部材に連結されている第１出力部と、前記出力部材に作用するトルクが所定値以下である場合、前記出力部材と一体的に回転するように、前記トルクリミッタ機構を介して前記出力部材に連結される第２出力部と、を備える減速機構と、を有することを特徴とするトルク自動切替装置。
2. 前記トルクリミッタ機構は、前記第２出力部と前記出力部材との間の摩擦係合力を調整する調整機構を有することを特徴とする請求項１に記載のトルク自動切替装置。
3. 前記調整機構は、使用者により前記摩擦係合力が調整可能であるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載のトルク自動切替装置。
4. 前記減速機構は、回転力を伝達するモータを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のトルク自動切替装置。
5. 前記減速機構は、遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のトルク自動切替装置。
6. 前記第１出力部は、中空形状であり、
   前記第２出力部は、前記第１出力部の内部に前記第１出力部と同軸状態で支持されていることを特徴とする請求項５に記載のトルク自動切替装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のトルク自動切替装置を有することを特徴とする魚釣用リール。