JP2003278790A - 摩擦式回転運動伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力部材と出力部材をコイルばねで連接し、
入力部材の回転力で出力部材を回転させないときはコイ
ルばねに対して入力部材を空転させる装置において、入
力部材の空転時の変音発生をグリスレスで抑制する。 【解決手段】 入力部材１０の外周とコイルばね３０の
内周の摩擦嵌合部Ｋに軸方向にテーパー角度θを付け
て、摩擦嵌合部Ｋの軸方向の面圧をコイルばね３０の入
力端部側ほど小さくなるようにする。テーパー角度θに
よって入力部材空転時のコイルばね３０は、入力端部側
ほどばね緩み方向に大きく開き、開く巻数が多くなっ
て、変音発生の抑制がグリスレスでも可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイルばねを使用
したスプリングクラッチやトルクリミッターなどの摩擦
式回転運動伝達装置に関する。

【０００１】

【従来の技術】レーザープリンタの給紙ローラを回転さ
せるモータと給紙ローラとの間に設置されるピックアッ
プクラッチやタイミングクラッチは、コイルばねを使用
した摩擦式スプリングクラッチが一般的で、その従来例
を図１０乃至図１５に示す。

【０００２】図１０のスプリングクラッチ１はレーザー
プリンタのタイミングクラッチであって、ベース２に垂
直に固定されたストレートな支軸３に入力部材１０、出
力部材２０、コイルばね４０、クラッチ部材５０を装着
して構成される。このスプリングクラッチ１近くに、図
１１に示すようなクラッチ制御手段６０が配備される。
クラッチ制御手段６０は、例えばベース２に固定された
電磁石６１と、電磁石６１で開閉動作する板状のストッ
パ６２を備える。また、ベース２の支軸３の近くには別
の支軸４が固定され、この支軸４の先端部に入力歯車５
が連結される。入力歯車５は図示しないモータで定方向
に回転して、回転力をスプリングクラッチ１の入力部材
１０に伝達する。入力部材１０の回転力はコイルばね４
０を介して出力部材２０に伝達され、出力部材２０の回
転力で図示しない給紙ローラが回転する。入力部材１０
の回転力を出力部材２０に伝達するクラッチオンと、伝
達しないクラッチオフが、クラッチ制御手段６０とクラ
ッチ部材５０で切換制御される。

【０００３】出力部材２０は、図１４に示すように左端
の歯車部２１から右方向に外径を段階的に小さくした第
一円筒部２２、第二円筒部２３、第三円筒部２４を一体
に有する樹脂製の筒体である。歯車部２１が給紙ローラ
の負荷側に連結されて、出力部材２０に所定の回転トル
クを与える。第三円筒部２４の先端部は、周方向に４分
割された分割嵌合部２５で、１８０°間隔で一対の弾性
係止爪２６を有する。図１０のように出力部材２０を支
軸３の先端から根元まで嵌挿すると、弾性係止爪２６の
内面突起が支軸３の先端部外周の抜け止め用溝６に係合
して、支軸３に出力部材２０が抜けることなく回転自在
に嵌着される。支軸３に嵌着される前の出力部材２０に
入力部材１０、コイルばね４０、クラッチ部材５０が後
述するように組み付けられる。

【０００４】入力部材１０は、図１４に示すように右端
の歯車部１１に隣接するフランジ部１２から左方向に外
径を順に小さくした、第一円筒部１３、第二円筒部１４
を一体に有する樹脂製の筒体である。入力部材１０の内
径は、出力部材２０の第三円筒部２４の外径とほぼ同一
で、出力部材２０の第三円筒部２４が入力部材１０の内
周に回転自在に嵌挿される。入力部材１０の第二円筒部
１４の外径は、出力部材２０の第二円筒部２３の外径と
同一で、出力部材２０の第三円筒部２４が入力部材１０
の内周に嵌挿されると、入力部材１０の第二円筒部１４
の先端面が出力部材２０の第二円筒部２３の端面に突き
合わされて両円筒部１４、２３の外周がストレートに揃
い、図１０と図１３に示すように出力部材２０の弾性係
止爪２６の抜け止め用外側突起が入力部材１０の歯車部
１１の端面に係止する。

【０００５】コイルばね４０は、異形ばね線をコイリン
グしたストレートな円筒状の異形コイルばねで、図１４
に示すように円筒状のばね本体部４１と、ばね本体部４
１の両端から半径方向及び軸方向に延びる足部４２、４
３を有する。半径方向の足部４２が例えば入力足部であ
り、軸方向の足部４３が出力足部である。ストレート状
のばね本体部４１の内径は、入力部材１０の第二円筒部
１４の外径より少し小さく設定される。ばね本体部４１
は、第二円筒部１４の外周に軸方向一様の面圧で嵌着さ
れる。ばね本体部４１に対して第二円筒部１４は、所望
の動摩擦力で周方向（ばね巻方向）に回転可能である。
図１４に示されるばね本体部４１は、右巻きのストレー
トばねで、右側の入力端部４１の入力足部４２が半径方
向に突出し、左側の出力端部４１ｂの出力足部４２が軸
方向左方に突出する。ばね本体部４１の軸方向の全長
は、入力部材１０の第二円筒部１４の長さより少し長め
に設定されて、ばね本体部４１の出力端部４１ｂの内周
に出力部材２０の第二円筒部２３が嵌着される。

【０００６】入力部材１０の第一円筒部１３及び出力部
材２０の第一円筒部２２の外径が同一で、この外径より
円筒状のクラッチ部材５０の内径が少し大きめに設定さ
れる。クラッチ部材５０は樹脂製の円筒で、外周に周方
向等間隔で複数のラチェット歯５１を有する。クラッチ
部材５０の軸方向長さは、図１３に示すように入力部材
１０に出力部材２０を最終位置まで嵌挿したときの入力
部材１０のフランジ部１２と出力部材２０の歯車部２１
の対向する面間の距離にほぼ等しく設定される。

【０００７】図１１に示すクラッチ制御手段６０は、電
磁石６１を囲んで支持する支持枠６３をベース２に固定
し、支持枠６３の一部にストッパ６２の後端部６２ｂを
図１１の左右方向に回動可能に連結し、ストッパ６２の
後端と支持枠６３の一部に引張りばね材６４の両端を係
止させて構成される。引張りばね材６４の引張り弾力で
ストッパ６２のフック状先端部６２ａがクラッチ部材５
０の外周に向けて回動し、図１１の実線で示すように電
磁石６１がオフ状態のときにストッパ先端部６２ａがク
ラッチ部材５０のいずれか１つのラチェット歯５１に係
止し（クラッチオフ）、クラッチ部材５０の図１１で反
時計方向の回転を阻止する。電磁石６１に通電すると、
図１１の鎖線で示すようにストッパ６２が右方向に回動
して電磁石６１に磁気吸着され、先端部６２ａがラチェ
ット歯５１から離脱して（クラッチオン）、クラッチ部
材５０の回転を許容する。なお、ストッパ６２が図１１
の実線のクラッチオフ状態にあるとき、クラッチ部材５
０が時計方向に回転するとストッパ先端部６２ａがラチ
ェット歯５１のテーパー背面を乗り越えて、クラッチ部
材５０の時計方向の回転を許容する。

【０００８】スプリングクラッチ１のベース２への組付
けは、次のように行われる。図１４と図１５に示すよう
に、入力部材１０の第二円筒部１４にコイルばね４０の
ばね本体部４１を入力端部４１ａ側から嵌着し、このば
ね本体部４１の外周に出力端部４１ｂ側からクラッチ部
材５０を遊嵌して、クラッチ部材５０の入力側端部に軸
方向に形成した係止溝５２にコイルばね４０の入力足部
４２を嵌挿する。クラッチ部材５０の係止溝５２は、コ
イルばね４０の入力端部４１が入力部材１０に対して相
対的に回転するのを阻止する回り止め溝である。

【０００９】また、入力部材１０に出力部材２０を嵌挿
し、この嵌挿の途中でコイルばね４０の出力足部４３を
出力部材２０の第一円筒部２２に軸方向に形成した係止
溝２７に嵌挿する。係止溝２７は、コイルばね４０の出
力端部４１ｂが出力部材２０に対して相対的に回転する
のを阻止する回り止め溝である。出力部材２０の先端の
係止爪２６の外側突起を入力部材１０の歯車部１１の端
面に係止させた段階で、コイルばね４０のばね本体部４
１が入力部材１０の第一円筒部１３と出力部材２０の第
一円筒部２２の端面で挟持され、クラッチ部材５０が入
力部材１０のフランジ部１２と出力部材２０の歯車部２
１の端面で挟持されて、各々の軸方向の動きが規制され
る。

【００１０】次に、図１３に示すように、ベース２の支
軸３の根元まで出力部材２０を嵌挿する。この後、ベー
ス２の別の支軸４の先端部の定位置まで入力歯車５を嵌
挿して、入力歯車５と入力部材１０の歯車部１１を噛合
させる。また、図１１に示すようにベース２にクラッチ
制御手段６０を取り付け、ストッパ６２の先端部６２ａ
をクラッチ部材５０の外周に引張りばね材６４の弾力で
押し当てる。

【００１１】レーザープリンタにおけるスプリングクラ
ッチ１は、モータで入力歯車５を図１２の矢印で示す時
計方向に常時定速で連続回転させ、入力歯車５を介して
入力部材１０を反時計方向に常時定速で連続回転させて
おいて、次のクラッチオンによる給紙動作と、クラッチ
オフによる給紙停止動作を繰り返し行う。

【００１２】図１１実線のクラッチオフ状態において
は、ストッパ６２がクラッチ部材５０の反時計方向の回
転を阻止している。この場合、反時計方向に入力部材１
０が連続回転しているが、コイルばね４０の入力足部４
２がクラッチ部材５０の係止溝５２との係合で反時計方
向の回転を阻止しているので、入力部材１０だけがコイ
ルばね４０のばね本体部４１の内周と摩擦摺動して反時
計方向に空転し、このときの出力部材２０は静止したま
まである。

【００１３】このクラッチオフ状態において、クラッチ
制御手段６０に給紙開始のクラッチオン指令信号が入力
されると、電磁石６１が通電によりストッパ６２を図１
１鎖線のクラッチオン位置に移動させて、クラッチ部材
５０の反時計方向の回転を許容する。これにより、コイ
ルばね４０のばね本体部４１の出力足部４３が静止状態
にある出力部材２０に係止されている状態で、ばね本体
部４１の内周に摩擦摺動して入力部材４０が反時計方向
に回転し、このときの動摩擦力でばね本体部４１が、ば
ね本体部４１の内径が縮小して入力部材１０の第二円筒
部１４の外周に強固に締め付けられるばね締め方向に変
形をする。ばね本体部４１のばね締め変形で、互いに嵌
合するばね本体部４１の内周と入力部材１０の第二円筒
部１４の外周の摩擦嵌合部Ｋの摩擦力が瞬時に急増して
出力部材２０の負荷トルクを越えると、コイルばね４０
を介し入力部材１０の反時計方向の回転力が出力部材２
０に伝達され、出力部材２０が入力部材１０と一体とな
って反時計方向に回転する。

【００１４】出力部材２０の反時計方向の回転で給紙ロ
ーラが回転して給紙動作が行われた後、クラッチ制御手
段６０に給紙停止の指令信号が入力されると、電磁石６
１がオフ状態に切り換えられて、ストッパ６２がクラッ
チ部材５０の反時計方向の回転を阻止する。これによ
り、クラッチ部材５０と共にコイルばね４０と出力部材
２０の反時計方向の回転が停止し、静止したコイルばね
４０に対して入力部材１０が反時計方向に空転する。こ
のときの空転トルクは出力部材２０の負荷トルクより十
分に小さく設定されて、入力部材１０の空転動作が次の
クラッチオンの指令信号が出るまで連続して行われる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記クラッチオフのと
き、静止したコイルばね４０に対し入力部材１０を摩擦
摺動させて空転させると、コイルばね特有の変音が発生
することがある。この変音は、コイルばね４０のばね本
体部４１が振動して発生するビビリ音、ノイズ音などで
あり、変音の発生原因は、ばね本体部４１の内周と入力
部材１０の第二円筒部１４の外周間の摩擦嵌合部Ｋにお
ける静摩擦力及び動摩擦力の変動が主な要因である。ば
ね本体部４１のばね巻方向に入力部材１０を摩擦摺動さ
せて空転させると、ばね本体部４１のばね線が入力部材
１０との摩擦抵抗の変動でばね巻方向に自励振動し、こ
の自励振動による共振現象が変音を発生する一要因であ
る。また、自励振動で共振する条件は、クラッチの回転
速度や負荷トルクのタイミングなど様々な仕様によって
異なり、変音内容が異なる。

【００１６】そこで、コイルばね４０と入力部材１０間
の摩擦嵌合部Ｋにおける摩擦力変動を抑制するため、現
状ではクラッチ部品の精度（表面粗さや真円度）を上げ
たり、摩擦嵌合部Ｋにグリスを塗布する変音防止対策を
行っている。

【００１７】ところが、クラッチ部品は元来高精度部品
であることから、この部品精度をさらに上げる変音防止
対策は実質的に実行することが困難である。また、グリ
ス塗布による変音防止対策では、グリスが摩擦力変動を
抑制する効果に優れて、後述するように変音発生率が０
％となる場合も多い。しかし、グリス塗布のためにクラ
ッチ組立工数が増えて製造コストが増大する問題や、塗
布されたグリスがスプリングクラッチ周辺の給紙ローラ
などに付着して用紙を汚染する問題、グリスの消耗や劣
化で変音発生の恒久対策とはならないなどの不具合があ
った。

【００１８】本発明の目的は、入力部材の空転時の変音
発生を恒久的に、かつ、グリスレスでも十分効果的に抑
制し得る摩擦式回転運動伝達装置を提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的を達成
する技術的手段は、略円筒状のコイルばねと、該コイル
ばねにばね巻方向に摩擦摺動回転可能に嵌合された入力
部材と、コイルばねの一端部側に係合され、コイルばね
の入力部材への摩擦力を増大させるばね締め方向の入力
部材の回転時に回転力が伝達される出力部材とを備え、
ばね締め方向と逆のばね緩め方向の入力部材の回転時に
コイルばねに対し入力部材を空転させる摩擦式回転運動
伝達装置において、コイルばねと入力部材間の摩擦嵌合
部に、コイルばねと入力部材間の面圧がコイルばねの出
力部材と係合される一端部と反対の他端部側が小さくな
るよう軸方向にテーパー角度を付けたことを特徴とす
る。

【００２０】ここで、コイルばねは、異形ばね線を略円
筒状にコイリングした異形コイルばねなどで、いずれか
一端部が出力部材に係合されて、コイルばねに摩擦摺動
回転可能に嵌合された入力部材の回転力がコイルばねを
介して出力部材に伝達され、或いは、回転力が伝達され
ずにコイルばねに対して入力部材が空転する。入力部材
の空転時にコイルばねが入力部材との摩擦力で自励振動
して変音を発生するのが従来であるが、摩擦接触するコ
イルばねと入力部材間の摩擦嵌合部に軸方向に所望のテ
ーパー角度を付けて、摩擦嵌合部におけるコイルばねと
入力部材間の軸方向での面圧をコイルばねの出力部材と
係合される一端部（出力端部）と反対の他端部（入力端
部）になるほど小さくなるようにしておくと、入力部材
の空転時の軸方向の摩擦力分布がコイルばねの入力端部
側で小さくなり、この摩擦力分布の変化がコイルばねの
自励振動を吸収するダンパー効果となって現れて、グリ
ス塗布の変音防止対策と同程度かそれ以上に変音発生を
抑制する。

【００２１】また、コイルばねと入力部材間の摩擦嵌合
部におけるテーパー角度は、コイルばねと入力部材の一
方にだけ付けて、他方は軸方向ストレートな嵌合部にす
るか、コイルばねと入力部材の双方にテーパー角度を付
けてもよい。これらのテーパー角度は、コイルばねの種
類により選定され、レーザープリンタのスプリングクラ
ッチや同程度の大きさのトルクリミッターにおいては、
テーパー角度が後述する実験データから１．３°〜２．
３°の範囲内に設定する（請求項２の発明）。

【００２２】また、相互に摩擦嵌合されるコイルばねと
入力部材は、所定のテーパー角度を付けたコイルばねの
内周に入力部材のストレートな外周を嵌合させた構造
（請求項３の発明）に限定されず、所定のテーパー角度
を付けたコイルばねの外周に入力部材のストレートな内
周を嵌合させた構造でもよい。

【００２３】また、請求項４の発明は、コイルばねの出
力部材と係合される一端部と反対の他端部側を任意の回
転位置で回転停止させて、コイルばねに対して入力部材
を空転させるクラッチ部材を付設したことと特徴とす
る。

【００２４】この請求項４の発明は、レーザープリンタ
の給紙装置に使用されるスプリングクラッチに適用した
ものである。このようなスプリングクラッチからクラッ
チ部材を省略して、コイルばねの出力部材と係合される
一端部と反対の他端部側を回転自由な状態にすると、入
力部材が出力部材と一体的に順方向回転し、入力部材が
コイルばねとの動摩擦力による空転トルクで順方向と逆
方向で空転するトルクリミッター構造となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図７を参照して説明する。なお、図１〜図６は図１０
のスプリングクラッチに適用した実施の一形態を説明す
るためのものであり、図７はトルクリミッターに適用し
た実施の一形態を示す。また、図８及び図９は、本発明
装置の実験データを説明するためテーパー角度測定装置
の概要図である。

【００２６】図１に示されるスプリングクラッチ１Ｓは
コイルばね３０の形状を特徴とし、コイルばね３０以外
の構成部品は図１０のスプリングクラッチ１と同様で、
この同様な部品には同一符号を付して詳細な説明は省略
する。図１のスプリングクラッチ１Ｓにおけるコイルば
ね３０は、図２に示すように略円筒状のばね本体部３１
と、ばね本体部３１の入力端部３１ａに半径方向に突出
させた入力足部３２と、ばね本体部３１の出力端部３１
ｂに軸方向外方に突出させた出力足部３３を有する異形
コイルばねで、ばね本体部３１の内周と入力部材１０の
第二円筒部１４の外周が摩擦摺動回転可能に嵌合する。
入力足部３２がクラッチ部材５０の係止溝５２（図１５
参照）に嵌挿され、出力足部３３が出力部材２０の係止
溝２７（図１５参照）に係合される。これらの入力部材
１０と出力部材２０、コイルばね３０、クラッチ部材５
０の嵌合構造や組立順序は図１０と同様である。

【００２７】図１のスプリングクラッチ１Ｓは、入力部
材１０の第二円筒部１４のストレート外周に嵌合される
コイルばね３０のばね本体部３１の内周に、軸方向に所
定のテーパー角度θを付ける。図２及び図３に示すよう
に、ばね本体部３１の出力端部３１ｂ側から入力端部３
１ａ側に近付くほど内径が徐々に大きくなるように規制
して、所定角度範囲内でテーパー角度θを付ける。ここ
でのテーパー角度θは、ばね本体部３１の中心線Ｌに対
する内周面一部の軸方向のテーパー角度［θ／２］の２
倍である。

【００２８】ばね本体部３１が例えば右巻で巻数が８巻
の密着巻コイルばねの場合、テーパー角度θは１．３°
〜２．３°の範囲内が適正であることが、後述する実験
データで明白である。テーパー角度θをばね本体部３１
の内周（外周でも同じ）に付けたコイルばね３１と入力
部材１０間の摩擦嵌合部Ｋにおける軸方向の面圧分布
は、ばね本体部３１の入力端部３１ａに近いほど面圧が
小さくなる分布となる。つまり、ばね本体部３１の軸方
向全長に亘る入力部材１０との面圧は一様でなく、入力
端部３１ａ側で小さく出力端部３１ｂ側で大きくなり、
ばね本体部３１に対して入力部材１０が空転するときの
摩擦嵌合部Ｋにおける静摩擦力と動摩擦力の各摩擦力は
ばね本体部３１の入力端部３１ａ側で小さく、出力端部
３１ｂ側で大きくなる。

【００２９】このように入力端部３１ａ側で摩擦力を出
力端部３１ｂ側より小さくすると、入力部材１０が空転
するときにばね本体部３１の入力端部３１ａ側が、ばね
巻方向に発生した自励振動による共振を吸収するダンパ
ー効果を発揮するなどして、変音発生を抑制する。この
変音発生の抑制理論は十分に解明されていないが、グリ
ス塗布による変音発生抑制対策と同程度か、それ以上に
変音発生を抑制する。また、入力部材空転時における変
音発生抑制のメカニズムは、後述する図５の実験から理
解できる。

【００３０】なお、テーパー角度θは、ばね本体部３１
の内周でなくて入力部材１０の外周側に付けるようにし
てもよい。例えば、図４に示すように、ばね本体部３１
はストレートばねにして、入力部材１０の第二円筒部１
４の外周に軸方向にテーパー角度θを付ける。このよう
に入力部材１０側にテーパー角度θを付けても、コイル
ばね３１と入力部材１０間の摩擦嵌合部Ｋにおける軸方
向の面圧分布は、ばね本体部３１の入力端部３１ａに近
いほど面圧が小さくなる分布となり、ばね本体部３１に
対して入力部材１０が空転するときの摩擦嵌合部Ｋにお
ける静摩擦力と動摩擦力の各摩擦力はばね本体部３１の
入力端部３１ａ側で小さく、出力端部３１ｂ側で大きく
なって、入力部材空転時の変音発生が抑制される。

【００３１】また、図示しないがコイルばねのばね本体
部内周と、この内周に摩擦嵌合される入力部材の外周の
双方にテーパー角度を付けて、双方のテーパー角度の合
計が所定の１．３°〜２．３°になるようにしてもよ
い。

【００３２】図１のスプリングクラッチ１Ｓのクラッチ
動作は図１０と同様で、入力部材１０が反時計方向に連
続回転し、クラッチ部材５０の反時計方向の回転が図１
１のクラッチ制御手段６０で阻止されたクラッチオフ時
に静止状態の出力部材２０とコイルばね３０に対して入
力部材１０だけが反時計方向に空転し、このときの変音
発生がテーパー角度θの作用で抑制される。クラッチ部
材５０の回転をクラッチ制御手段６０で許容したクラッ
チオン時には、コイルばね３０が反時計方向に回転する
入力部材１０との摩擦力で内径が縮小する方向にばね締
めされて入力部材１０と一体化され、入力部材１０の回
転力がコイルばね３０から出力部材２０で伝達されて、
入力部材１０とコイルばね３０、出力部材２０の三者が
一体的に反時計方向に回転する。

【００３３】図１のスプリングクラッチ１Ｓにおける入
力部材空転時の変音防止効果のメカニズムを求めるた
め、次の実験をした。図５（Ａ１）と（Ｂ１）に示すよ
うに、従来の８巻のストレートコイルばね４０と本発明
採用の８巻のコイルばね３０を、入力部材１０に相当す
る治具７０の外周にばね締めして、両者の８巻ばね線の
外周面に軸方向一直線状に直線目印７１を付ける。そし
て、入力部材空転時と同様の状況とするために両コイル
ばね３０、４０の入力端部３１ａ、４１を手動でばね緩
め方向（ばね開き方向）に回動させると、次のようにな
る。 ・図５（Ａ１）のストレートコイルばね４０は、図５
（Ａ２）に示すように入力部材空転時に入力側から１巻
目のばね線が開くが、入力側から２巻目以降はほとんど
開かずに治具７０の外周にほぼ同様な面圧で摩擦接触し
たままとなる。 ・図５（Ｂ１）のテーパー角度θの付いたコイルばね３
０は、図５（Ｂ２）に示すように入力部材空転時に入力
側から４巻目のばね線まで開き、１巻目の開きが最も大
きくて２巻目から段階的に開き量が小さくなる。

【００３４】ここで、図５（Ａ１）のストレートコイル
ばね４０にグリスを塗布して入力部材空転時の状況を現
出させると、図示しないが図５（Ｂ２）と同様に入力側
から３〜４巻目のばね線が開き、このときに入力部材を
定速で空転させる状況にしても変音はほとんど発生しな
い。同様に図５（Ｂ２）のコイルばね３０に対して入力
部材を定速で空転させても、変音はほとんど発生しな
い。その理由は明確ではないが、次のことが考えられ
る。

【００３５】一般に、入力部材の外周に摩擦嵌合された
コイルばねに対して入力部材が空転するとき、静摩擦力
が動摩擦力より大きいことから、図６に示すように、静
摩擦により連れ回りしたばねのトルクが静摩擦より大き
くなった時点でばねは一気に逆回転し、動摩擦力とのつ
り合い点をオーバーランするとばねのトルクは動摩擦力
より小さくなって、再度、連れ回りとなり静摩擦が発生
することを繰り返すスティックスリップ現象が発生す
る。図５（Ｂ２）のようにテーパーコイルばね３０が入
力部材空転時に入力側から１〜４巻目まで徐々に開き、
開き量の大きいばね線ほどダンパー効果となってオーバ
ーランせず動摩擦とのつり合い点で安定し、これにより
共振発生源となるスティックスリップが抑制されて、変
音が抑制されると考えられる。また、図５（Ｂ２）のよ
うにテーパーコイルばね３０が入力部材空転時に入力側
から１〜４巻目まで開くことで、入力部材に所望の面圧
で摩擦接触して変音発生源となりやすい有効巻数が少な
くなることも、変音発生が抑制される理由と考えられ
る。

【００３６】以上の実施の形態のスプリングクラッチ１
Ｓからクラッチ部材５０を省略して、テーパーコイルば
ね３０の入力足部３２を自由回転可能な状態に解放して
トルクリミッター構造にすることが可能である。図７に
本発明をトルクリミッターに適用した実施の形態を示す
と、図７のトルクリミッター１Ｔはコイルばね３０の入
力足部３２を解放して自由回転可能にしている。なお、
図７に示される入力部材１０と出力部材２０の構造は図
１と相違するが、基本的には同じ構造ゆえに同一符号を
付している。

【００３７】図７のトルクリミッター１Ｔの場合、入力
部材１０を図７の実線矢印方向に回転させるとコイルば
ね３０がばね締めされて出力部材２０に回転力が伝達さ
れ、入力部材１０と一体的に回転する。この入力部材１
０を図７の破線矢印方向に逆回転させると、コイルばね
３０が緩められて入力部材１０がコイルばね３０に対し
て空転し、このときの空転トルクがトルクリミッターの
作用を成し、空転時のコイルばね３０の変音発生がコイ
ルばね３０に付けたテーパー角度（図７では明示されて
いない）で抑制される。

【００３８】

【実施例】図１のスプリングクラッチ１Ｓと従来品の変
音発生率を実験したデータを表１に示す。

【表１】 この実験に使用したテーパーコイルばねの仕様は、線径
［縦０．５０８ｍｍ×横０．７６２ｍｍ］、内径［１
１．６７±０．０３ｍｍ］、右巻、８巻、密着巻（ただ
し、ばね両端の１巻目と２巻目の隙間は０．１ｍｍ以
下）、伝達トルク［１．２７Ｎ・ｃｍ以上］、空転トル
ク［０．７８±０．２８Ｎ・ｃｍ］である。

【００３９】また、表１に示されるテーパー角度は、図
８及び図９に示すような専用治具８０を使って測定し
た。専用治具８０は鉛直な円柱で、下端の外周に沿って
螺旋状のばね受け８１が固定される。専用治具８０の外
周に真上からコイルばね３０のばね本体部３１を嵌挿
し、このばね本体部３１の下端側となる入力端部３１ａ
を、ここと同様な螺旋を描くばね受け８１に載置する。
ばね受け８１には、ばね本体部３１の入力足部３２が嵌
着される段部８２が形成され、段部８２に入力足部３２
を嵌着することでばね受け８１にばね本体部３１を位置
決めして、専用治具８０にコイルばね３０を変形させる
ことなく鉛直姿勢で保持する。その後、図９に示すよう
にレーザー測定器８３からばね本体部３１の外周下部に
レーザー光を照射して専用治具８０とコイルばね３０を
１〜２回転させ、このときのばね外径の最大値を読み取
る。同様にしてばね本体部３１の外周上部にレーザー光
を照射して、そのときのばね外径の最大値を読み取る。
この２回のばね外径の読み取り値を演算してテーパー角
度を算出する。

【００４０】表１における締まり代は、図１においてコ
イルばね４０に対して入力部材１０が空転するときの第
二円筒部１４に対する有効巻数部分の平均径によるもの
で、テーパー角度が０°の従来品においては締まり代の
大小にあまり関係なく変音発生率が１００％と高いこと
が分かる。また、表１における変音発生回数は、８０回
の実験の内で何回変音が発生したか示す数値で、×印の
ところは８０回の実験で４１回以上発生し、△印のとこ
ろは１回以上で４０回以下発生し、「０」のところは１
回も発生しなかったところである。

【００４１】表１で明白なように、テーパー角度が０．
５°や０．７°では締まり代が大きくなるほど変音発生
率が増大するが、変音発生の抑制効果が見られる。テー
パー角度が０°〜０．７°のコイルばねにグリスを塗布
すると変音発生率が０％と低下するが、グリス塗布に伴
う問題が残る。表１に明示されているように、テーパー
角度が１．３°を越えるあたりから締まり代の大小に関
係なく、変音発生率がほぼ０％となる。変音発生率がほ
ぼ確実に０％となるテーパー角度の最大値は、２．２°
から２．３°〜３．０°（この２．３°と３．０°は表
１にないが、実験データに基づく）程度である。テーパ
ー角度が３．０°を越えると、コイルばねと入力部材の
摩擦力を適度に確保することが難しくなるなどの不具合
が発生することがあるので、変音発生を抑制するテーパ
ー角度は０．５°〜３．０°で、好ましいテーパー角度
は１．３°〜２．３°である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、コイルばねに対して入
力部材が空転する際にコイルばねと入力部材間の摩擦嵌
合部に付けたテーパー角度で摩擦嵌合部の摩擦力変動が
抑制されて、摩擦嵌合部での変音発生が抑制され、而
も、この変音発生の抑制がグリスレスの状態で恒久的に
行われる。そのため、レーザープリンタのスプリングク
ラッチにおいては、入力部材が連続して空転しても静か
でレーザープリンタの商品価値を上げるスプリングクラ
ッチが提供でき、トルクリミッターとして使用する場合
にも静かで安定した空転トルクで動作するトルクリミッ
ターが提供できる。

【００４３】また、スプリングクラッチやトルクリミッ
ターなどの摩擦式回転運動伝達装置のグリスレス化が容
易となるため、製造コストの低減が図れ、グリスで周辺
が汚されるといった不具合が解消される効果がある。さ
らに、入力部材空転時の変音発生抑制がグリスレスで恒
久的に行えることから、グリスで小さく制限されていた
空転トルクの公差を広げることが容易になる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をスプリングクラッチに適用した実施の
一形態を示す部分断面を含む側面図である。

【図２】図１装置におけるコイルばねの拡大断面図であ
る。

【図３】図２のコイルばねの部分拡大図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を説明するための要部
の概要を示す断面図である。

【図５】コイルばねの変音発生のメカニズムを説明する
ための拡大正面図で、（Ａ１）と（Ａ２）は従来のコイ
ルばねの実験による回転初期と定速回転時の正面図、
（Ｂ１）と（Ｂ２）は本発明採用のコイルばねの実験に
よる回転初期と定速回転時の正面図である。

【図６】コイルばねの変音発生と変音発生抑制のメカニ
ズムを説明するためのコイルばねの自励振動時の概略正
面図である。

【図７】本発明をトルクリミッターに適用した実施の形
態を示す部分断面を含む側面図である。

【図８】図２のコイルばねのテーパー角度測定装置を説
明するための側面図である。

【図９】図８装置のばねテーパー角度測定時の側面図で
ある。

【図１０】従来の摩擦式回転運動伝達装置であるスプリ
ングクラッチの部分断面を含む側面図である。

【図１１】図１０装置のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図１２】図１０装置の動作の概要を示す右正面図であ
る。

【図１３】図１０装置の要部の断面図である。

【図１４】図１０装置の要部の組立前の分解側面図であ
る。

【図１５】図１０装置の要部の組立段階時の分解側面図
である。

【符号の説明】

１ １０ １Ｓ 摩擦式回転運動伝達装置（スプリングクラッ
チ） １Ｔ 摩擦式回転運動伝達装置（トルクリミッター） ２ ベース ３ 支軸 ４ 支軸 ５ 入力歯車 １０ 入力部材 １１ 歯車部 １２ フランジ部 １３ 第一円筒部 １４ 第二円筒部 ２０ 出力部材 ２１ 歯車部 ２２ 第一円筒部 ２３ 第二円筒部 ２４ 第三円筒部 ２５ 分割嵌合部 ２６ 係止爪 ２７ 係止溝 ３０ コイルばね ３１ ばね本体部 ３１ａ 入力端部 ３２ 入力足部 ３３ 出力足部 Ｋ 摩擦嵌合部 Ｌ 中心線 θ テーパー角度 ５０ クラッチ部材 ５１ ラチェット歯 ５２ 係止溝 ６０ クラッチ制御手段 ６１ 電磁石 ６２ ストッパ ６３ 支持枠 ６４ ばね材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルばねと、該コイルばねにばね巻方
   向に摩擦摺動回転可能に嵌合された入力部材と、前記コ
   イルばねの一端部側に係合され、コイルばねの入力部材
   への摩擦力を増大させるばね締め方向の入力部材の回転
   時に回転力が伝達される出力部材とを備え、前記ばね締
   め方向と逆のばね緩め方向の入力部材の回転時にコイル
   ばねに対し入力部材を空転させる摩擦式回転運動伝達装
   置において、 前記コイルばねと入力部材間の摩擦嵌合部に、コイルば
   ねと入力部材間の面圧がコイルばねの前記出力部材と係
   合される一端部と反対の他端部側で小さくなるテーパー
   角度を付けたことを特徴とする摩擦式回転運動伝達装
   置。
2. 【請求項２】 テーパー角度が０．５°〜３．０°、好
   ましくは１．３°〜２．３°である請求項１記載の摩擦
   式回転運動伝達装置。
3. 【請求項３】 内周にテーパー角度を付けたコイルばね
   の内周に入力部材の外周を嵌合した請求項１または２記
   載の摩擦式回転運動伝達装置。
4. 【請求項４】 コイルばねの出力部材と係合される一端
   部と反対の他端部側を任意の回転位置で回転停止させ
   て、コイルばねに対して入力部材を空転させるクラッチ
   部材を付設した請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦式
   回転運動伝達装置。