CN109944883B

CN109944883B - 单向离合器

Info

Publication number: CN109944883B
Application number: CN201811561860.7A
Authority: CN
Inventors: 奥野和秀; 河村浩司; 桑田隆
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: US20190195295A1; JP2019113093A; CN109944883A; JP7013228B2; US10883553B2

Abstract

提供一种单向离合器，其中第一旋转构件相对于第二旋转构件的旋转方向被切换，第一旋转构件包括接收行星齿轮的凹入部分并在其外圆周部分中包括与行星齿轮接合的接合部分，由此行星齿轮与第一和第二旋转构件的相对旋转被切换成可旋转和不可旋转的。当第一旋转构件相对于第二旋转构件相对旋转时，行星齿轮与第二旋转构件的内齿啮合，从而限制行星齿轮的位置。

Description

单向离合器

技术领域

本发明涉及一种单向离合器，更具体地涉及内齿轮式的单向离合器。

背景技术

作为用于进纸机构等(例如成像设备和图像读取设备)的单向离合器，已知下面所说明的内齿轮式的单向离合器。所述单向离合器包括：管状外部构件，所述管状外部构件包括在其内圆周部分中的内齿；以及内部构件，所述内部构件可旋转地设置在内齿的内部空间中，并且在其外圆周部分中包括其中形成有锁定边缘部分的多个凹入部分。所述单向离合器还包括行星齿轮，该行星齿轮可滚动地接收在多个凹入部分中的每一个中并与内齿啮合。当内部构件相对于外部构件向一侧旋转时，锁定边缘部分根据该旋转与行星齿轮的齿槽部分接合，由此行星齿轮变得不能滚动，并且外部构件和内部构件被驱动到联接。当内部构件相对于外部构件向另一侧旋转时，行星齿轮的齿槽部分根据该旋转与锁定边缘部分脱离，由此行星齿轮变得能够滚动。因此，允许外部构件和内部构件相对旋转，从而断开外部构件和内部构件的驱动联接。(日本专利No.5336418)

发明内容

参考图5A，使用过去的内齿轮式的单向离合器的实例来说明本发明要解决的问题。在图5A中，附图标记81表示内部构件，而附图标记85表示外部构件，内齿86形成在所述外部构件的内侧上。附图标记87表示适配在内部构件81的凹入部分82中的行星齿轮。

在过去的内齿轮式的单向离合器中，当内部构件81相对于外部构件85相对旋转时，从内部构件81或外部构件85施加的力有时会偏离行星齿轮87的重心。然后，重心的偏离导致行星齿轮87在与轴向方向正交的方向上倾斜。行星齿轮87的轴端部面89和90同时与内部构件81的凹入部分端部面83和84接触，以限制所述倾斜。因此，在轴端部面89和90与凹入部分端部面83和84之间产生高压力，并且该高压力在行星齿轮87旋转时引起滑动阻力。因此，产生空转扭矩，该空转扭矩是在内部构件81和外部构件85相对旋转时的扭矩。

本发明的目的是提供一种具有小的空转扭矩的单向离合器。

为了实现该目的，本发明的单向离合器包括：

行星齿轮；

第一旋转构件，所述第一旋转构件包括可旋转地接收所述行星齿轮的凹入部分，并且在其外圆周部分中包括与所述行星齿轮接合的接合部分，所述第一旋转构件根据所述行星齿轮的旋转相对于所述行星齿轮旋转；以及

第二旋转构件，所述第二旋转构件在其内圆周表面上包括与所述行星齿轮啮合的内齿，并且能够将所述第一旋转构件可旋转地容纳在所述内齿的内部空间中，所述第二旋转构件沿着与所述行星齿轮相同的方向旋转并且相对于所述第一旋转构件旋转，

其中，当所述第一旋转构件相对于所述第二旋转构件向一侧旋转时，所述接合部分根据该旋转与所述行星齿轮接合，使得所述行星齿轮变得不能旋转，并且所述第二旋转构件与所述第一旋转构件被驱动到联接，

其中，当所述第一旋转构件相对于所述第二旋转构件向另一侧旋转时，所述接合部分和所述行星齿轮根据该旋转而脱离，使得所述行星齿轮变得能够旋转，允许所述第二旋转构件和所述第一旋转构件相对旋转，并且所述第二旋转构件和所述第一旋转构件的驱动联接断开，并且

其中，当所述第一旋转构件和所述第二旋转构件中的一个相对于另一个旋转时，所述行星齿轮与所述内齿啮合，并且由此限制所述行星齿轮的位置。

如上所述，根据本发明，可以提供一种具有小的空转扭矩的单向离合器。

通过下文参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得显而易见。

附图说明

图1是根据第一实施例的单向离合器的透视图；

图2是根据第一实施例的单向离合器的分解透视图；

图3A至3C是根据第一实施例的单向离合器的剖视图；

图4A至4C是根据第一实施例的行星齿轮的示图；

图5A至5C是用于说明对单向离合器的行星齿轮的倾斜的限制的剖视图；

图6A和6B是根据第一实施例的单向离合器的剖视图；以及

图7是根据第二实施例的单向离合器的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本发明的实施例(示例)进行描述。然而，可以根据应用本发明的设备的构造、各种条件等适当地改变实施例中所描述的组件的尺寸、材料、形状、及其相对布置等。因此，实施例中所描述的组件的尺寸、材料、形状、及其相对布置等不旨在将本发明的范围限制到以下实施例。

第一实施例

参考图1和图2说明单向离合器的构造。所述单向离合器包括形成离合器壳体的外部构件10(第二旋转构件)。外部构件10由带底的圆柱体构成，所述外部构件的一个端部部分在其轴向方向上由端部壁11封闭。一系列内齿12形成在外部构件10的内圆周表面上。

大致柱状的内部构件20(第一旋转构件)可旋转地设置在外部构件10的相当于内齿12的内部空间的圆柱形内部空间中。内部构件20可以容纳在所述内部空间中。围绕内部构件20的中心轴线的凸台(第二接合部分)21形成在内部构件20的轴向方向上的一个端部部分处。凸台21可旋转地接合在形成于外部构件10的端部壁11上的凹槽13中。

圆形凸缘部分(第三接合部分)22和23形成在内部构件20的轴向方向上的另一端部部分处。圆形凸缘部分22和23与外部构件10的敞开端部部分中的内圆周表面14和15可旋转地接合。形成为凸出部的外部连接部分24设置在内部构件20的圆形凸缘部分22和23的另一侧上。环形引导脊部(凸出部分)25形成在圆形凸缘部分22和23的外圆周表面上。环形引导脊部25可滑动地适配在形成于外部构件10的敞开端部部分中的内圆周表面14和15上的环形凹入凹槽16中。因此，与外部构件10组装在一起的内部构件20不容易从外部构件10脱离。

利用这种构造，内部构件20沿轴向方向在两个端部部分处均由外部构件10支撑，并且能够在外部构件10的圆柱形内部空间中与圆柱形内部空间的中心同心地旋转。内部构件20与外部构件10的圆柱形内部空间的中心同心意味着形成在圆柱形内部空间的内圆周表面上的内齿12的中心与内部构件20的旋转中心是同心的。

两个凹入部分26和28形成在内部构件20中。凹入部分26和28通过以口袋形状切出内部构件20的外圆周部分的一部分而形成。其外圆周表面上形成有一系列外齿31、41的行星齿轮30和40设置在凹入部分26、28中，以能够围绕行星齿轮30、40的中心轴线旋转(即，能够滚动)以及能够在内部构件20的圆周方向上仅移位预定量。行星齿轮30和40以这种方式被接收在凹入部分26和28中。行星齿轮30和40的外齿31和41与内齿12啮合。

参考图3A至3C说明单向离合器的操作。

当内部构件20相对于外部构件10向一侧旋转时，内部构件20在离合器接合时的旋转方向被设定为图3A至3C中的逆时针方向。当内部构件20相对于外部构件10向另一侧旋转时，内部构件20在离合器非接合(释放)时的旋转方向被设定为图3A至3C中的顺时针方向。

在内部构件20的逆时针方向上，通过行星齿轮30和40的外齿31和41选择性地与齿槽部分30A和40A接合的锁定边缘部分27和29形成在凹入部分26和28的旋转方向延迟侧的边缘部分处。

当内部构件20相对于外部构件10向一侧旋转时，即，沿图3A至3C中的逆时针方向，内部构件20根据该旋转相对于行星齿轮30和40移位到逆时针方向侧。因此，如图3C所示，锁定边缘部分(接合部分)27或29从图3A至图3B所示的状态与行星齿轮30的齿槽部分30A或行星齿轮40的齿槽部分40A接合。因此，行星齿轮30或40变得不能滚动(行星齿轮30或40不能旋转的状态)。行星齿轮30或40的外齿31或外齿41与外部构件10的内齿12彼此啮合。外部构件10和内部构件20被驱动到联接。也就是说，内部构件20的旋转被传递到外部构件10。外部构件10和内部构件20与行星齿轮30或40成为一体并沿逆时针方向旋转。

另一方面，当内部构件20相对于外部构件10向另一侧旋转时，即，图3A至3C中的顺时针方向，内部构件20相对于行星齿轮30和40移位到顺时针方向侧。因此，锁定边缘部分27或29从行星齿轮30或40的齿槽部分30A或40A脱离。因此，行星齿轮30和40都变得能够滚动。外部构件10和内部构件20变得能够相对旋转。外部构件10和内部构件20的驱动联接断开。也就是说，内部构件20的旋转不会被传递到外部构件10。当内部构件20沿顺时针方向旋转时，外部构件10沿逆时针方向旋转。注意，此时，外部构件10在与行星齿轮30和40相同的方向上旋转。

参考图4A至4C说明行星齿轮30与内部构件20的锁定边缘部分27接合的条件。从内部构件20或外部构件10施加的力偏离行星齿轮30的重心，由此在行星齿轮30中出现在与轴向方向正交的方向上的倾斜。此时，当倾斜角θ较大时，锁定边缘部分27不会进入行星齿轮30的齿槽部分30A并且不会与齿槽部分30A接合。锁定边缘部分27与齿槽部分30A接合的条件用齿槽部分30A的宽度w和外齿31的齿宽t表示如下。

[公式1]

当满足表达式(1)时，锁定边缘部分27以图4C中的直线α所示的位置关系接收齿槽部分30A。因此，锁定边缘部分27可以与齿槽部分30A接合。另一方面，当不满足表达式(1)时，锁定边缘部分27以图4C中的直线β所示的位置关系接收齿槽部分30A。因此，锁定边缘部分27与形成齿槽部分30A的两个外齿都接触。锁定边缘部分27不能与齿槽部分30A接合。因此，需要限制行星齿轮30以满足表达式(1)。

下面参考图5A至5C以及图6A和6B说明限制相关现有技术和本实施例中的单向离合器中的行星齿轮的倾斜以及空转扭矩的大小的方法。

在相关现有技术中，如图5A所示，为了满足表达式(1)，行星齿轮87在与轴向方向正交的方向上的倾斜受到内部构件81的凹入部分端部面89和90的限制。如图5B所示，当行星齿轮87的轴向方向长度表示为l，轴的直径表示为d，并且凹入部分82的轴向方向长度表示为c时，倾斜角θ可取的最大值θ_max计算如下。

[公式2]

表达式(2)的倾斜角θ_max被设定为满足表达式(1)，由此行星齿轮87与锁定边缘93接合。

然而，在相关现有技术中，为了限制行星齿轮87的倾斜，行星齿轮87的轴端部面89和90同时与凹入部分端部面83和84接触。因此，产生空转扭矩。如图5B所示，在与轴向方向正交的方向上从内部构件81的凹入部分端部面83和84施加到行星齿轮87的力表示为R_x1和R_x2，内部构件81和行星齿轮87之间的摩擦系数表示为μ，并且在与轴向方向正交的方向上从外部构件85施加到行星齿轮87的力表示为F。如上所述，t和c分别表示外齿31的齿宽和凹入部分82的轴向方向长度。因此，当力F的施加位置与凹入部分82的轴向方向中心的偏差表示为△x时，力R_x1和R_x2计算如下。

[公式3]

因此，当行星齿轮87倾斜时，值由表达式(3)表示的载荷被施加到内部构件81。因此，由于根据行星齿轮87的旋转产生了滑动阻力，所以空转扭矩增加。

另一方面，在本实施例中，如图5C所示，行星齿轮30的轴部分的端部面32和33是球形的。因此，行星齿轮30适配在柱体p的内侧上，所述柱体p以凹入部分82的轴向方向长度c为直径。因此，轴部分的端部面32和33不会同时与内部构件20的凹入部分端部面36和37接触。另一方面，行星齿轮30的外齿构造成与外部构件10的内齿啮合。也就是说，行星齿轮30的位置受到外部构件10的限制。因此，行星齿轮30在与轴向方向正交的方向上的倾斜受到外部构件10的限制。因此，行星齿轮30与内部构件20的接触面积减小。没有产生相关现有技术中由表达式(3)表示的空转扭矩。如图6A所示，行星齿轮30的外齿31与外部构件10的内齿12之间在与轴向方向正交的方向上的齿隙量表示为j_t。在行星齿轮30的齿面上的所述行星齿轮的齿面与外部构件10的内齿的齿形的相交的一个点处由行星齿轮30的径向线和所述行星齿轮的切线所形成的角表示为压力角α。如图6B所示，从行星齿轮30的正常位置起的最大下降量表示为j_r。这意味着从行星齿轮30的中心到齿尖的距离与从行星齿轮30的中心到最靠近内部构件20的轴的位置的距离存在偏差，在内部构件20的凹入部分中行星齿轮30的齿尖与该位置接触。然后，在外部构件10的限制中倾斜角θ可取的最大值θ_max计算如下。

[公式4]

以下表达式仅需要根据表达式(2)和表达式(4)来满足，以使用外部构件10而不是内部构件20来限制行星齿轮30的倾斜。

[公式5]

表达式(4)的倾斜角θ_max被设定为满足表达式(1)，由此行星齿轮30与锁定边缘部分27接合。上面仅说明了对行星齿轮30的限制。然而，对行星齿轮40的限制是一样的。在该实施例中，说明了包括多个行星齿轮的构造。然而，可以以相同的方式限制一个行星齿轮。

说明相关现有技术和该实施例中的空转扭矩的计算。创建相关现有技术和本实施例的CAD模型。通过使外部构件在外部构件从预定位置倾斜的状态下空转来产生行星齿轮倾斜的状态。使用NX mosion(NX mosion是仿真软件)来计算空转扭矩。表1中示出了空转扭矩计算的结果。相关现有技术中的空转扭矩是286mN·mm，而本实施例中的空转扭矩是77mN·mm。因此，在本实施例的构造中可以减小空转扭矩。

[表1]

考查模型	空转扭矩仿真结果
		相关现有技术	286mN·mm
本实施例	77mN·mm

第二实施例

参考图7说明第二实施例。在本实施例中，改变了第一实施例中的单向离合器中的行星齿轮的形状。在行星齿轮70中，轴端部面72和73是平面。当行星齿轮70的轴向方向长度表示为l’，行星齿轮70的轴的直径表示为d’，并且内部构件60的凹入部分61的轴向方向长度表示为c’时，行星齿轮70被设计成满足以下表达式。

[公式6]

l′²+d′²≤_c′²···(6)

表达式(6)意味着行星齿轮70适配在形成于内部构件60的凹入部分61中并且以凹入部分61的轴向方向长度c’为直径的柱状空间中。

因此，行星齿轮70的轴端部面72和73不会同时与内部构件60的凹入部分端部面62和63接触。如在第一实施例中那样，行星齿轮70的外齿与外部构件50的内齿啮合，由此行星齿轮70的位置受到外部构件50的限制。因此，行星齿轮70在与轴向方向正交的方向上的倾斜受到外部构件50而不是内部构件60的限制。因此，在本实施例中也可以减小空转扭矩。

在本实施例中，轴端部面72和73是平面。然而，轴端部面72和73可以是球形的。

尽管已经参考示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。对下列权利要求的范围应作最广义的解释，从而涵盖所有改型以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种单向离合器，所述单向离合器包括：

行星齿轮，所述行星齿轮包括分别位于轴向方向上的两个端部部分处的轴部分；

第一旋转构件，所述第一旋转构件包括能够以可旋转和可倾斜的状态接收所述行星齿轮的凹入部分，并且所述第一旋转构件包括与所述行星齿轮的齿槽部分接合的接合部分，所述第一旋转构件根据所述行星齿轮的旋转相对于所述行星齿轮旋转；以及

其中，当所述第一旋转构件相对于所述第二旋转构件向另一侧旋转时，所述接合部分和所述行星齿轮根据该旋转而脱离，使得所述行星齿轮变得能够旋转，允许所述第二旋转构件和所述第一旋转构件相对旋转，并且所述第二旋转构件和所述第一旋转构件的驱动联接断开，

其中，当所述第一旋转构件和所述第二旋转构件中的一个相对于另一个旋转时，所述行星齿轮与所述内齿啮合，并且由此限制所述行星齿轮的位置，

其中，当所述第一旋转构件和所述第二旋转构件中的一个相对于另一个旋转时，所述行星齿轮与所述内齿啮合，并且由此限制所述行星齿轮在与轴向方向正交的方向上的倾斜，

其中，所述行星齿轮在轴向方向上的两个端部均是球形的。

2.根据权利要求1所述的单向离合器，其中，所述行星齿轮设置为多个，并且多个行星齿轮接收在所述第一旋转构件的多个凹入部分中。

3.根据权利要求1或2所述的单向离合器，其中，所述行星齿轮的尺寸适配在如下柱状空间中，所述柱状空间形成在所述凹入部分中并且以所述第一旋转构件的轴向方向上的长度为直径。

4.根据权利要求3所述的单向离合器，其中，当所述行星齿轮在轴向方向上的长度表示为l’，每个所述轴部分的端部面的直径表示为d’，并且所述凹入部分在所述第一旋转构件的轴向方向上的长度表示为c’时，所述行星齿轮满足以下表达式，

5.根据权利要求3所述的单向离合器，其中，每个所述轴部分的端部面是平面或球形的。

6.根据权利要求1或2所述的单向离合器，其中，当所述行星齿轮在与轴向方向正交的方向上的倾斜角表示为θ，所述行星齿轮在轴向方向上的长度表示为l，每个所述轴部分的端部面的直径表示为d，所述行星齿轮在与轴向方向正交的方向上的齿隙量表示为j_t，从所述行星齿轮的中心到齿尖的距离与从所述行星齿轮的中心到最靠近所述第一旋转构件的轴的位置的距离之差表示为j_r，在所述凹入部分中所述行星齿轮的齿尖与该位置接触，在所述行星齿轮的齿面上的所述行星齿轮的齿面与所述内齿的齿形相交的一个点处由所述行星齿轮的径向线和所述行星齿轮的切线所形成的角表示为压力角α，并且所述凹入部分在所述第一旋转构件的轴向方向上的长度表示为c时，所述倾斜角θ的最大值θ_max满足以下表达式，

7.根据权利要求6所述的单向离合器，其中，当所述行星齿轮的齿槽部分的宽度表示为w，并且所述行星齿轮的外齿的齿宽表示为t时，所述倾斜角θ满足以下表达式,

8.根据权利要求1所述的单向离合器，其中，所述第一旋转构件在轴向方向上的一个端部部分处还包括与所述第二旋转构件接合的第二接合部分，并且在轴向方向上的另一个端部部分处包括与所述第二旋转构件接合的第三接合部分。

9.根据权利要求1所述的单向离合器，其中，所述第一旋转构件在轴向方向上的一个端部部分处还包括环形凸出部分，并且所述环形凸出部分适配在形成于所述第二旋转构件中的凹槽中。