JP4755403B2

JP4755403B2 - 双方向クラッチ装置

Info

Publication number: JP4755403B2
Application number: JP2004234802A
Authority: JP
Inventors: 励菊島
Original assignee: TOK Bearing Co Ltd
Current assignee: TOK Bearing Co Ltd
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2024-08-11
Also published as: JP2006052792A

Description

本発明は、例えばラップトップパソコン、ノート型パソコン等の蓋部の開閉機構、またはシステムキッチン等の回転蓋のヒンジ部分等に使用される双方向クラッチ装置に関する。

従来から、この種の双方向クラッチ装置には、特許文献１に開示されているような両方向係止クラッチなるものがある。すなわち、この公報に開示されている技術内容は、ケーシングに対し相対的に回転自在に配設される軸体と、該軸体を挿通可能な略環状に形成され、該ケーシングと軸体との間に介装されるローラホルダと、該ローラホルダの内周部適所に形成されたローラ保持溝に装填されるローラと、前記軸体を挿通し得るように略環状に形成されていると共に、内周部の適所に、略楕円状に且つ溝底面略中央部が軸体側に突出し、軸体周面と該溝底面略中央部とにより最浅溝部を構成するように切欠き形成されたローラ挿通溝と、該ローラ挿通溝を形成する壁部を薄肉とし、その弾力性を高めるために形成された切欠き部とを有し、前記ローラホルダに隣接してケーシングに対して固定配設される固定プレートと、前記ローラホルダの適所に形成されたスプリング保持溝に装填され、該ローラホルダの回動範囲を規制することにより、前記ローラを前記固定プレートに形成されたローラ挿通溝の最浅溝部方向へ付勢するスプリング部材とを備えたものである。
特許第２８８０２９６号公報

上記した従来の構成では、蓋等の回転に伴い軸体が回転してローラが溝底面の中央部を通過する際に、固定プレートの溝底面の中央部近傍部分が外方向に変位する。この部分が外方向に変位すると、その反作用として、固定プレートの溝底面中央部以外のローラと接しない部分が内方向に変位して、場合により軸体の外周面に圧接し、軸体がスムーズに回転できなくなるという恐れがある。

そこで本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、一方向の回転とは逆の方向に回転させる場合に、一定以上のトルクにより制動力を受けつつ逆方向への回転を進めてある点を過ぎると、制動方向が逆転して逆の動作となる双方向クラッチ装置において、高トルクによる軸体の回転に伴い、ローラが固定プレートの溝底面の中央部を通過するときでも、固定プレートの内周面が軸体の外周面に圧接する恐れがなく、軸体のスムーズな回転を保つことができる双方向クラッチ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明にあっては、内部に軸を相対回転自在に保持し得るケーシングと、該ケーシングの軸心と直交する方向に配設され、該ケーシングに対して回転不能に保持され、中央に、前記軸が空間的余裕を持って貫通し得る開口部を有する複数枚の薄板状のプレートと、該プレート開口部の前記軸に対向する内面であって、前記軸に対して最も近接した中央の近接部と、該近接部よりも前記軸との距離が大きな左右の退避部とを有して成るクサビ面と、前記クサビ面と前記軸の外周面との間に介在して保持され、その直径が、前記クサビ面の近接部と前記軸の外周面との間の距離よりも大きく、前記クサビ面の退避部と前記軸の外周面との間の距離よりも小さいニードルと、該ニードルを前記クサビ面の退避部から近接部方向に付勢する付勢手段と、より成る双方向クラッチ装置であって、前記プレートと前記軸との間に介在し、当該プレートの内方向への変位を制限する変位制限部材を備えたことを特徴とする。
また、前記変位制限部材７は、前記ニードル５を前記付勢手段と共に収納保持し、前記ケーシング２に対して回転不能に構成されたニードル保持部材である。

以上のように構成された本発明に係る双方向クラッチ装置にあって、軸を回転させてそれによってニードルをクサビ面の退避部上から近接部上に移動させ当該近接部を通過する過程において、複数のプレートのクサビ面近傍部分は外方向に変位するが、これに伴う反作用として、プレートのクサビ面近傍部分以外の部分が内方向に変位しようとする。これを変位制限部材が阻止し、プレートの内周面が軸の外周面に圧接することが防止される。この変位制限部材はニードル保持部材でもある。

本発明によれば、一方向の回転とは逆の方向に回転させた場合に、一定以上のトルクにより制動力を受けつつ逆方向への回転を進めてある点を過ぎると、制動方向が逆転して逆の動作となる双方向クラッチ装置において、軸が回転してニードルがクサビ面の退避部上から近接部上に移動して当該近接部を通過する際においても、クサビ面の近接部以外の部分のプレート内周面が軸の外周面に圧接せず、軸のスムーズな回転を保つことができる。

すなわちこれは本発明が、内部に軸を相対回転自在に保持し得るケーシングと、該ケーシングの軸心と直交する方向に配設され、該ケーシングに対して回転不能に保持され、中央に、前記軸が空間的余裕を持って貫通し得る開口部を有する複数枚の薄板状のプレートと、該プレート開口部の前記軸に対向する内面であって、前記軸に対して最も近接した中央の近接部と、該近接部よりも前記軸との距離が大きな左右の退避部とを有して成るクサビ面と、前記クサビ面と前記軸の外周面との間に介在して保持され、その直径が、前記クサビ面の近接部と前記軸の外周面との間の距離よりも大きく、前記クサビ面の退避部と前記軸の外周面との間の距離よりも小さいニードルと、該ニードルを前記クサビ面の退避部から近接部方向に付勢する付勢手段と、より成る双方向クラッチ装置であって、前記プレートと前記軸との間に介在し、当該プレートの内方向への変位を制限する変位制限部材を備えたからであり、これにより、軸が回転してニードルがクサビ面の退避部から近接部に移動して当該近接部を通り過ぎる際においても、軸の回転に対する抵抗は必要以上に大きくなることが無くスムーズな回転を保つことができる。

また、前記変位制限部材は、前記ニードルを前記付勢手段と共に収納保持し、前記ケーシングに対して回転不能として成るニードル保持部材であるので、プレートの内方向へ変位して軸３の外周面への圧接しようとする動きをこの変位制限部材たるニードル保持部材により容易に抑止することができる。これと同時に、軸外周面と軸に対向するプレートのクサビ面との間でのニードルの安定した動作を行わせるための空間を確実に確保できると共に、クサビ面に対するニードルの位置決め安定性も容易に確保することができる。

尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項夫々において付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付したもので、図面中の符号によって示された構造・形状に本発明が限定されるものではない。

以下図面を参照して本発明を実施するための最良の一形態を説明すると、図において示される符号１は、例えばラップトップパソコン、ノート型パソコン等の蓋部の開閉機構、またはシステムキッチン等の回転蓋のヒンジ部分等に使用される双方向クラッチ装置である。この双方向クラッチ装置１は、図１及び図２に示すように、ケーシング２、軸３、プレート４，４’、ニードル５，５’、付勢手段６，６’、変位制限部材（ニードル保持部材）７，７’、リテーナ８、キャップ部材９等から概ね構成されている。

すなわち、双方向クラッチ装置１は、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ケーシング２の軸孔２Ａに挿入された軸３は、該ケーシング２の底部に一体形成されている変位制限部材７の内径面によって、後述するカラー１１を介して回転自在に支持され、該変位制限部材７の外側には該ケーシング２の軸心と直交する方向に配設され、ケーシング２に対して回転不能に保持された複数の薄板状のプレート４が積層状に嵌合配置されている。変位制限部材７によって形成される後述するポケット部１３には、付勢手段６とニードル５それぞれが収納されている。

ケーシング２内の開口部寄り（図１中左側）には、変位制限部材７と同様な変位制限部材７’を一体に備えたリテーナ８が配置されている。リテーナ８の軸孔８Ａには前記軸３が挿通され、後述するカラー１１を介して変位制限部材７’の内径面により回転自在に支持されている。該変位制限部材７’の外側には、プレート４と同様の複数の薄板状のプレート４’が積層状に嵌合されている。変位制限部材７’によって形成される後述するポケット部１３’には、付勢手段６’とニードル５’がそれぞれ収納されている。

このとき、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、リテーナ８は、変位制限部材７’に嵌装したプレート４’が、当該プレート４’の後述する固定用突起部４Ｃ’がケーシング２内壁面の後述する係合溝２Ｂに対して回転不能となるように係合していることにより、リテーナ８自体もケーシング２内で回転しない。また、リテーナ８の変位制限部材７’及びこれを囲むプレート４’は、ケーシング２底部の変位制限部材７及びこれを囲むプレート４に対し、４５度位相をずらした状態に配置してある。こうしてケーシング２の内部は、リテーナ８の後述するフランジ部８Ｂによってプレート４,４’の収納部分が二分割されている。
ケーシング２の開口部は、キャップ部材９によって閉塞されている。このときキャップ部材９中央の軸孔９Ａには軸３先端部がブッシュ１２を介して回転自在に支持されている。

ケーシング２は、図３に示すように、中央に軸３用の軸孔２Ａを有する有底筒状に形成され、内部には、前述のように、ケーシング２側のプレート４、ニードル５及び付勢手段６、リテーナ８、リテーナ８側のプレート４’、ニードル５’及び付勢手段６’が収納される。

軸３は、ケーシング２の軸孔２Ａに相対的に回転し得るように挿通配置される。この軸３のケーシング２内部に位置する部分は、外周の一部がＤカットされており、ここにＤ形孔を有するカラー１１,１１’が挿入され、軸３はこのカラー１１,１１’を介してケーシング２底部の４つの変位制限部材７及びリテーナ８の４つの変位制限部材７’によって回転自在に支持される。カラー１１,１１’は軸３より硬度の高い材料で構成されており、これによって、耐摩耗性の向上を図っている。そして、この軸３またはケーシング２の一方が、不図示の回転蓋の固定基部に、他方が当該回転蓋の回転軸に連結される。

ケーシング２底部側とリテーナ８側のそれぞれに配置されるプレート４,４’は、図５に示すように、中央に略正方形状の開口部４Ａ,４Ａ’を有し、略四角形ないし十字形の外形形状を有する環状の薄板である。外周部には９０度間隔で４箇所に切欠形成された円弧状凹部４Ｂ,４Ｂ’を間に介して４つの固定用突起部４Ｃ,４Ｃ’が形成されている。外周に円弧状凹部４Ｂ,４Ｂ’を有する部分は、プレート４,４’の外面と開口部４Ａ,４Ａ’の内面との間の距離を短くして、比較的大きな弾性を有するように形成されている。固定用突起部４Ｃ,４Ｃ’は、ケーシング２の内壁面に周方向に４５度間隔に形成された８つの係合溝２Ｂの１つおきに位置する４箇所に係合されて保持される。中央の開口部４Ａ,４Ａ’には、ケーシング２の底面に立設された４つの変位制限部材７（図２参照）と、リテーナ８の片面に立設された４つの変位制限部材７’（図３参照）が嵌挿される。ここにおいて、リテーナ８は、固定用突起部４Ｃ’がケーシング２側内壁面の係合溝２Ｂに対して回転不能となるように係合されたプレート４’の開口部４Ａ’内に嵌挿されているため、リテーナ８もケーシング２内で回転しない。
尚、このプレート４,４’は、図示例では略正方形状の中央開口部を有する略四角形の環状として説明したが、中央開口及び全体の形状はこれに限られず、三角以上の多角形状であればよい。また、プレート４,４’のケーシング２による回転止め支持を４点支持として説明したが、安定した支持が可能であれば２点または３点支持とすることもできる。

ケーシング２の筒内底部に立設された４つの変位制限部材７の長さは、当該変位制限部材７の筒内底部からの高さが、ケーシング２全長の略半分の位置となるように設定されている。このケーシング２内部には、更にリテーナ８が嵌め込まれ、さらにその上にキャップ部材９が嵌め込まれ、これによってケーシング２の略全長が占められる。

リテーナ８は、図４に示すように、ポリアセタール等の合成樹脂製材によって形成されており、ケーシング２の筒内底部の面積とほぼ同じ外径を有し、且つ中央に軸３の軸孔８Ａを穿孔した円形状のフランジ部８Ｂと、該フランジ部８Ａの片面に軸孔８Ａを囲繞するように立設されたケーシング２側の変位制限部材７と同様の略三角柱状の４つの変位制限部材７’とから成る。

変位制限部材７,７’は、ニードル５，５’を付勢手段６，６’と共に収納保持可能としたニードル保持部材によって構成されている。すなわち、各変位制限部材７,７’としてのニードル保持部材の左右には、ニードル５，５’、付勢手段６，６’それぞれを収納するための縦長溝状のポケット部１３,１３’が形成されている。すなわち、各変位制限部材７,７’の内径面と接するように軸３が挿通され、各変位制限部材７,７’の外面側にプレート４,４’の開口部４Ａ,４Ａ’が嵌められることで、相隣接する変位制限部材７,７’の間にポケット部１３,１３’が形成される。プレート開口部４Ａ,４Ａ’の軸３に対向する内面は、当該軸３に対して最も近接した中央の近接部１４Ａ,１４Ａ’と、該近接部よりも軸３との距離が大きな左右の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’とを有するクサビ面１４,１４’となる。

ニードル５,５’は、前記クサビ面１４,１４’と軸３の外周面との間に介在して保持されるものであって、その直径が、前記クサビ面１４,１４’の近接部１４Ａ,１４Ａ’と軸３の外周面との間の距離より大きく、前記クサビ面１４,１４’の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’と軸３の外周面との間の距離よりも小さく形成されている。

付勢手段６,６’は、ニードル５,５’のクサビ面１４上における回転移動範囲を規制するとともに、ニードル５,５’を左右何れかの退避部１４Ｂ,１４Ｂ’位置から中央の近接部１４Ａ,１４Ａ’位置へ付勢する。例えば図５に示すように、弾性のある帯板部材を略Ｕ字形に折曲し、一端を外側へ向けて略コ字形に折り返した係止爪部６Ａ（６Ａ’）を有して成る板バネによって形成される。そして、この付勢手段６,６’は、この略Ｕ字形折曲部分をケーシング２の筒内底部方向に向けて変位制限部材７,７’の左右それぞれのポケット部１３,１３’に各挿入し、係止爪部６Ａ（６Ａ’）を、図３（ａ）、図４（ａ）に示される、変位制限部材７,７’上面の係止孔７Ａ,７Ａ’に嵌め込むことにより固定される。

尚、変位制限部材７,７’を、前記ニードル５,５’を前記付勢手段６,６’と共に収納保持可能としたニードル保持部材によって代替させているが、これに限らず、ニードル保持部材と独立した構造の変位制限部材７,７’を使用しても良いことは勿論である。

次に、上記した構成による組立、使用、動作について説明する。先ず組み付け手順について説明すると、ケーシング２に対し相対的に回転し得るように軸３を軸孔２Ａに挿通し、この軸３のケーシング２挿通側のＤカット棒状部分にＤ形孔を有するカラー１１を挿入し、このカラー１１を介して軸３を４つの変位制限部材７に対し回転可能となるように支持する。そして、この軸３またはケーシング２の一方を、不図示の回転蓋の固定基部に、他方を当該回転蓋の回転軸に連結する。

ケーシング２内の変位制限部材７の外面にプレート４の中央の開口部４Ａの内面が接するように、ケーシング２側の複数のプレート４を順次嵌装して変位制限部材７の外側にプレート４の積層を形成する。このとき、プレート４の固定用突起部４Ｃを、ケーシング２の内周壁面に８つある係合溝２Ｂの１つおきに位置する４箇所に係合して保持させる。そして、各変位制限部材７の左右のポケット部１３に、ケーシング２側のニードル５、付勢手段６を収納する。次に、変位制限部材７とこれを囲むプレート４の積層の外側の面にリテーナ８のフランジ部８Ｂの外面が当接するように、リテーナ８をケーシング２内に装入する。このとき、軸３はリテーナ８の軸孔８Ａに挿通される。この軸３のＤカット部分にＤ形孔を有するカラー１１’を装着し、このカラー１１’を介して軸３をリテーナ８の４つの変位制限部材７’の内径面により回転自在に支持する。リテーナ８の変位制限部材７’の外面にプレート４’の中央の開口部４Ａ’の内面が接するように、複数のプレート４’を順次嵌装して変位制限部材７’の外側にプレート４’の積層を形成する。

次いでリテーナ８側の各変位制限部材７’における左右のポケット部１３’に、リテーナ８側のニードル５’、付勢手段６’それぞれを収納し、ケーシング２の開口部をキャップ部材９で閉塞する。このとき、軸３の先端部はブッシュ１２を介してキャップ部材９の中央の軸孔９Ａに回転自在に支承される。

次に、使用、動作について図２（ａ）、図２（ｂ）を参照して説明する。例えば、ケーシング２側が不図示の回転蓋の固定基部に連結され、軸３が当該回転蓋の回転軸に連結されている構成を想定した場合、軸３が矢印方向に回転すると、クサビ面１４,１４’の一方（図中右側）の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’に位置しているニードル５,５’は、反作用により逆回転しながら図中右方向に移動しようとするが、付勢手段６,６’により右方向への移動は規制される。しかし、退避部１４Ｂ,１４Ｂ’と軸３の外周面との間の距離はニードル５,５’の直径よりも大きいため、ニードル５,５’は退避部１４Ｂ,１４Ｂ’における回転が許容され、軸３は軽い力で回転する。即ち、回転蓋は軽い力で回転することになる。

一方、軸３が矢印と逆方向に回転すると、即ち、回転蓋を上記とは逆方向に回転させると、ニードル５,５’は、反作用により逆回転しながら、クサビ面１４,１４’の一方の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’から中央の近接部１４Ａ,１４Ａ’に向って図中左方向に移動しようとする。しかし、クサビ面１４,１４’の近接部１４Ａ,１４Ａ’と軸３の外周面との間の距離はニードル５,５’の直径より小さいため、軸３の回転トルクが所定より小さいとニードル５,５’はクサビ面１４,１４’の近接部１４Ａ,１４Ａ’まで進むことができない。このためニードル５,５’はクサビ面１４,１４’に食い込むことになり、軸３は回転を阻止される。即ち、回転蓋は回転することができず、その位置で静止することになる。軸３の回転トルクが所定のトルク以上になると、即ち、回転蓋を所定以上の力で動かそうとすると、プレート４,４’の外周に円弧状凹部４Ｂ,４Ｂ’を有する部分が弾性により外方に撓み、ニードル５,５’がクサビ面１４,１４’の近接部１４Ａ,１４Ａ’を通り他方の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’まで回転移動することを許容する。このようにニードル５,５’が他方の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’まで回転移動すれば、ニードル５,５’は、他方の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’位置において再び自由回転ができるようになり、即ち、回転蓋は矢印とは逆方向に抵抗なしに回転ができるようになる。

ニードル５,５’が他方（図中左側）の退避部１４Ｂ,１４Ｂ’まで進んだ後、軸３が再び矢印方向に回転したときには、上記の逆となり、所定トルク以下では軸３は回転できず、所定以上のトルクで、ニードル５,５’がクサビ面１４,１４’の近接部１４Ａ,１４Ａ’を通過し、その後軸３はその方向に自由回転できるようになるものである。

こうして軸３が一方向に回転するときには軽く回転し、その状態で逆方向に回転した場合には一定以上のトルクが働かないと回転しないものとなり、しかもこの状態で再度上記一方向に軸３が回転した場合には軽い力で回転することになる。また、上記逆方向に、一定以上のトルクを加えるとニードル５,５’がクサビ面１４,１４’の近接部１４Ａ,１４Ａ’を乗り越えてその逆方向へ回転可能となる。そして、その後はその逆方向への回転においては軽い力で回転し、上記一方向への回転は一定以上のトルクを負荷しないと回転しないものとなる。

上記動作において、複数のプレート４,４’のクサビ面１４,１４’の中央の近接部１４Ａ,１４Ａ’は外方向に変位するが、これに伴い、プレート４,４’の他の部分は反作用により内方向に変位しようとする。しかし、この動きは変位制限部材７,７’により阻止され、プレート４,４’の内周面が軸３の外周面に圧接することが防止される。

また、ニードル保持部材としての変位制限部材７,７’は、プレート４,４’の内方向へ変位して軸３の外周面への圧接しようとする動きに対する抵抗部材として機能する以外に、前記ニードル５,５’を前記付勢手段６,６’と共に収納保持する機能をも有している。

本発明を実施するための最良の形態における双方向クラッチ装置の縦断面図であり、図２（ａ）のＩ−Ｉ断面図と、図２（ｂ）のＩ−Ｉ断面図との合成図を含む。（ａ）は図１のａ−ａ断面図、（ｂ）は図１のｂ−ｂ断面図である。ケーシングの一例を示すもので（ａ）は平面図、（ｂ）は図３（ａ）の３ｂ−３ｂ断面図である。リテーナの一例を示すもので（ａ）は平面図、（ｂ）は図４（ａ）の４ｂ−４ｂ断面図である。プレートの正面図である。付勢手段の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１…双方向クラッチ装置
２…ケーシング
２Ａ…軸孔
２Ａ…嵌合溝
３…軸
４…プレート
４Ａ…開口部
４Ｂ…円弧状凹部
４Ｃ…固定用突起部
５…ニードル
６…付勢手段
６Ａ…係止爪部
７…変位制限部材（ニードル保持部材）
７Ａ…係止孔
８…リテーナ
８Ａ…フランジ部
８Ｂ…軸孔
９…キャップ部材
９Ａ…軸孔
１１…カラー
１２…ブッシュ
１３…ポケット部
１４…クサビ面
１４Ａ…近接部
１４Ｂ…退避部

Claims

内部に軸を相対回転自在に保持し得るケーシングと、
該ケーシングの軸心と直交する方向に配設され、該ケーシングに対して回転不能に保持され、中央に、前記軸が空間的余裕を持って貫通し得る開口部を有する複数枚の薄板状のプレートと、
該プレート開口部の前記軸に対向する内面であって、前記軸に対して最も近接した中央の近接部と、該近接部よりも前記軸との距離が大きな左右の退避部とを有して成るクサビ面と、
複数の前記クサビ面と前記軸の外周面との間に保持され、その直径が、前記クサビ面の近接部と前記軸の外周面との間の距離よりも大きく、前記クサビ面の退避部と前記軸の外周面との間の距離よりも小さいニードルと、
該ニードルを前記クサビ面の退避部から近接部方向に付勢する付勢手段と、
より成り、
前記プレートは、内面に前記クサビ面を有する部分が弾性を有するように形成されている双方向クラッチ装置であって、
前記プレートと前記軸との間に介在し、当該プレートの内方向への変位を制限する複数の変位制限部材を備え、該複数の変位制限部材は、中央に近接部を有しかつその左右に退避部を有する各前記クサビ面の中央の近接部から離れた左右の退避部近傍に前記プレートの内面を支えるように配置されていることを特徴とする双方向クラッチ装置。
前記変位制限部材は、前記ニードルを前記付勢手段と共に収納保持し、前記ケーシングに対して回転不能に構成されたニードル保持部材である請求項１記載の双方向クラッチ装置。