JP2005127448A - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単で、各部品の加工精度を高精度に設定する必要がなく、動力を確実にかつショックを抑えて伝達する。
【解決手段】 一方向クラッチ３５は、駆動軸３３の軸方向に延びる円柱部５１及びこの円柱部５１から延ばした突起部５２からなる鍵穴断面の揺動クラッチ片５３と、円柱部５１を収納するとともに揺動クラッチ片５３を揺動自在に収納するために駆動軸３３に設けたクラッチ片収納凹部５４と、駆動軸３３に空転可能に嵌めるカラー５５と、このカラー５５に開けることで突起部５２を出没自在に収納する通孔部５６と、突起部５２を係合させるために従動部材３６側に設けた係合凹部５７と、カラー５５が駆動軸３３に連れ回ることを防止するためにハウジング３１−カラー５５間に介在させたシール部材６１と、からなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、動力伝達系に一方向クラッチを用いた動力伝達機構に関するものである。

一方向クラッチは、一定方向にのみ動力を伝達するもので、例えば、歩行刈払機の駆動輪の左右端に内蔵することで、刈払機の旋回を容易にしたり、エンジンを停止した状態で刈払機を移動させる場合に、刈払機を押す力を小さくする（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
米国特許第４９０９３６５号明細書（第２頁、ＦＩＧ．２） 特開２００１−５９５３１公報（第１４頁、図４、第１５頁、図１０）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は、従来のフリーホイールクラッチの基本構成を説明する図であり、従来のフリーホイールクラッチ１０１は、出力軸１０２と、出力軸１０２のキー溝１０３に嵌めるキー１０４と、出力軸１０２に嵌める摩擦ディスク１０５及びピニオン１０６と、ピニオン１０６を押すと同時に摩擦ディスク１０５をもハウジング１０７に向け押す圧縮ばね１０８と、を備え、出力軸１０２が回転しない場合、キー１０４を引き起こさないので、ピニオン１０６及び駆動輪を双方向に回転自在とすることができる。

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図１０（ａ），（ｂ）は、従来の動力伝達機構の基本構成を説明する図であり、従来の動力伝達機構１２０は、駆動軸１２１と、駆動軸１２１のカム溝１２２に嵌めるピン１２３と、駆動軸１２１に嵌めるギヤ１２４及び摩擦板１２５と、摩擦板１２５に嵌めるオイルシール１２６と、を備え、駆動軸１２１が回転しない場合、ピン１２３をギヤ１２４から離すことで、ギヤ１２４及び駆動輪を双方向に回転自在とすることができる。

しかし、特許文献１のフリーホイールクラッチ１０１では、キー溝１０３、キー１０４及び摩擦ディスク１０５の形状が複雑になる。特に、キー１０４及び摩擦ディスク１０５の製造に用いる金型は複雑になる。
また、圧縮ばね１０８によって摩擦ディスク１０５に回転抵抗を発生させる場合、ハウジング１０７の面と摩擦ディスク１０５の両面とピニオン１０６の端面との間の摩擦係数のばらつきを小さくする必要があり、これらの３部品の表面の加工に手間がかかる。

特許文献２の動力伝達機構１２０では、特許文献１の圧縮ばね１０８及びキー１０４を用いないが、特許文献２のカム溝１２２、ピン１２３の外径及びギヤ１２４の穴１２７を高精度に加工する必要がある。具体的には、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、カム溝１２２やピン１２３の寸法公差を小さく設定しないと、３本のピン１２３間で接触に過不足が起き、ピン１２３は蛇行のような挙動を起こしやすくなるとともに、滑りが発生したり、動力を伝達する際のショックが大きくなったりする心配がある。

本発明は、構造が簡単で、各部品の加工精度を高精度に設定する必要がなく、動力を確実にかつショックを抑えて伝達することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ハウジング（３１）に駆動軸（３３）を回転自在に取り付け、この駆動軸（３３）の一端をハウジング（３１）から突出させ、この駆動軸（３３）の一端に、一方向クラッチを介して従動部材（３６）を取り付けた動力伝達機構において、
一方向クラッチは、駆動軸（３３）の軸方向に延びる円柱部（５１）及びこの円柱部（５１）から延ばした突起部（５２）からなる鍵穴断面の揺動クラッチ片（５３）と、円柱部（５１）を収納するとともに揺動クラッチ片（５３）を揺動自在に収納するために駆動軸（３３）に設けたクラッチ片収納凹部（５４）と、駆動軸（３３）に空転可能に嵌めるカラー（５５）と、このカラー（５５）に開けることで突起部（５２）を出没自在に収納する通孔部（５６）と、突起部（５２）を係合させるために従動部材（３６）側に設けた係合凹部（５７）と、カラー（５５）が駆動軸（３３）に連れ回ることを防止するためにハウジング（３１）−カラー（５５）間に介在させたシール部材（６１）と、からなり、駆動軸（３３）より遅れて回るカラー（５５）で揺動クラッチ片（５３）を起こすことでクラッチを係合状態にし、揺動クラッチ片（５３）を寝かせることでクラッチを非係合状態にする。

請求項１に係る発明では、一方向クラッチは、クラッチ片収納凹部（５４）と、クラッチ片収納凹部（５４）に収納する揺動クラッチ片（５３）と、カラー（５５）と、カラー（５５）に開けた通孔部（５６）と、従動部材（３６）側に設けた係合凹部（５７）と、シール部材（６１）と、を備えるので、クラッチ片収納凹部（５４）を円柱部（５１）に対応する円弧状の溝に加工し、揺動クラッチ片（５３）を円柱と角柱を一体とした形状に加工し、カラー（５５）を鋼管状とし、通孔部（５６）を突起部（５２）に対応するスリット状に形成することができ、構造が簡単で、各部品の加工精度を高精度に設定する必要がないという利点がある。

また、駆動軸（３３）のクラッチ片収納凹部（５４）に嵌めた揺動クラッチ片（５３）の円柱部（５１）を回転軸心にしてかつクラッチ片収納凹部（５４）に密着させた状態で突起部（５２）を揺動させることができ、動力を確実にかつショックを抑えて伝達することができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は、本発明の動力伝達機構を用いた刈払機の側面図である。
刈払機１１は、車体フレーム１２と、車体フレーム１２に取り付けた前輪１３と、車体フレーム１２から後斜め上に延ばした操作ハンドル１４と、車体フレーム１２の上部中央に搭載したエンジン１５と、車体フレーム１２の下部中央に取り付けたカッタハウジング１６と、カッタハウジング１６に収納してエンジン１５の出力軸１７に結合した刈刃１８と、出力軸１７に接続した駆動装置２１と、駆動装置２１に接続した駆動輪２２と、を備え、前進させながら芝草を刈る歩行型自走式芝刈機である。

駆動装置２１は、出力軸１７に取り付けた駆動プーリ２４と、駆動プーリ２４に掛けたベルト２５と、ベルト２５を掛ける従動プーリ２６と、従動プーリ２６を取り付けるとともに車体フレーム１２に取り付けた駆動減速機２７と、車体フレーム１２に取り付けた車輪支持手段２８と、車体フレーム１２に取り付けた筒状のハウジング３１（図２参照）と、駆動減速機２７に接続した動力伝達機構３２，３２（図２参照）と、を備える。

次に動力伝達機構３２を説明する。
図２は、本発明の動力伝達機構の断面図である。
動力伝達機構３２は、駆動減速機２７に駆動軸３３を配置するとともに、筒状のハウジング３１に駆動軸３３を回転自在に取り付け、この駆動軸３３の一端３４（図右）をハウジング３１から突出させ、この駆動軸３３の一端３４に、一方向クラッチ３５を介して従動部材３６を取り付け、駆動軸３３の他端３７（図左）をハウジング３１から突出させ、この駆動軸３３の他端３７に、一方向クラッチ３５を介して従動部材３６を取り付けたもので、従動部材３６，３６で車輪支持手段２８，２８に配置した駆動輪２２，２２へ動力を伝える。３８は駆動輪２２のホイールを示す。

車輪支持手段２８は、ハウジング３１にブラケット４２を固定するとともに車体フレーム１２にブラケット４２を掛止し、ブラケット４２に車軸部材４３を固定し、車軸部材４３及びハウジング３１にカバー４４を取り付け、ホイール３８に歯車４５を取り付け、歯車４５を一方向クラッチ３５に設けた従動部材３６に係合したものである。

次に一方向クラッチ３５を説明する。
図３は、図２の３部詳細図であり、一方向クラッチ３５の断面を示す。
一方向クラッチ３５は、駆動軸３３の軸方向（矢印ａの方向）に延びる円柱部５１及びこの円柱部５１から延ばした突起部５２からなる鍵穴断面の揺動クラッチ片５３と、円柱部５１を収納するとともに揺動クラッチ片５３を揺動自在に収納するために駆動軸３３に設けたクラッチ片収納凹部５４と、駆動軸３３に空転可能（矢印ｂの方向）に嵌めるカラー５５と、このカラー５５に開けることで突起部５２を出没自在に収納する通孔部５６と、突起部５２を係合させるために従動部材３６側に設けた係合凹部５７と、カラー５５が駆動軸３３に連れ回ることを防止するためにハウジング３１−カラー５５間に介在させたシール部材６１と、からなり、駆動軸３３より遅れて回るカラー５５で揺動クラッチ片５３を起こすことでクラッチを係合状態にし、揺動クラッチ片５３を寝かせることでクラッチを非係合状態にする。

シール部材６１は、オイルシールであり、ばね６３を備えたものが望ましい。
図中、６４は駆動軸３３を受けるためにハウジング３１に嵌めた軸受、６５，６５は止め輪、６６，６６は平輪を示す。

図４は、図３の４−４線断面図である。
一方向クラッチ３５は、前に説明したように、駆動軸３３に形成したクラッチ片収納凹部５４と、クラッチ片収納凹部５４に係合させた揺動クラッチ片５３と、駆動軸３３に嵌めたカラー５５と、カラー５５に開けることで突起部５２を出没自在に収納する通孔部５６と、従動部材３６側に設けた係合凹部５７と、を備え、駆動軸３３が矢印ｄの方向に回転すると、揺動クラッチ片５３が係合凹部５７に係合し、従動部材３６に動力を矢印ｅの如く伝える。

図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の動力伝達機構の分解図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図、（ｃ）は（ａ）のｃ矢視図である。
（ａ）において、駆動軸３３は、一端３４側に形成したクラッチ片収納凹部５４及び周溝７１，７１と、他端３７側に形成したクラッチ片収納凹部５４及び周溝７１，７１と、を有する。周溝７１には止め輪６５，６５を掛止する。
駆動軸３３の材質は、鉄鋼であり、例えば、ＪＩＳに規定されたものの中のＳ４８Ｃ（種類の記号）を用いる。

カラー５５は、駆動軸３３に嵌るとともに、所定厚さｔの筒本体７２を形成するとともに、筒本体７２にシール部７３及び係合部７４を形成した。
カラー５５の材質は、例えば、鋼管を用いた。

通孔部５６は、筒本体７２にスリット状に形成した部位である。スリット状に形成することで、加工は容易になり、また、揺動クラッチ片５３の組立ては容易になる。

従動部材３６は、平歯車を採用し、平歯車の歯幅をＷｔに設定した。なお、従動部材３６は、平歯車以外でもよく、例えば、プーリを採用することも可能である。
従動部材３６の材質は、例えば、焼結材料を用いた。

係合凹部５７は、従動部材３６に内周面７５を歯幅Ｗｔのほぼ半分の長さで形成し、内周面７５に溝７６，７６，７６を周３等配に形成した部位である。なお、係合凹部５７の溝７６の数は任意である。

（ｂ）において、クラッチ片収納凹部５４は、円弧部７７を揺動クラッチ片５３の円柱部５１が嵌るように形成し、円弧部７７に連ねて収納部７８を突起部５２が通孔部５６から出ないように形成した溝である。

（ｃ）において、揺動クラッチ片５３は、既に述べたように、円柱部５１及びこの円柱部５１から延ばした突起部５２からなる鍵穴断面の形態をなし、突起部５２の先端に傾斜部８１，８１を形成した。傾斜部８１，８１を形成することで、突起部５２が係合する係合凹部５７の深さｈ（図４参照）を浅くして係合凹部５７を小さくすることができるとともに、係合凹部５７の隅を鈍角に設定することができ、係合凹部５７の加工は容易になる。
揺動クラッチ片５３の材質は、焼結材料を用いた。

次に本発明の動力伝達機構の作用を説明する。
図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の動力伝達機構の第１作用図であり、エンジン１５（図１参照）で走行させる場合を示す。ここでは、一方向クラッチ３５が駆動力を伝えない状態（非係合状態）から駆動力を伝える状態（係合状態）になるまでの機構を説明する。

（ａ）において、一方向クラッチ３５は非係合状態であり、駆動力を伝えない。具体的には、一方向クラッチ３５の揺動クラッチ片５３は、角度θ１だけ倒れてクラッチ片収納凹部５４内に入ると同時にカラー５５の通孔部５６に沈み込むから、係合凹部５７に係合せず、一方向クラッチ３５は動力を伝えない。

ここで、刈払機１１のエンジン１５（図１参照）を始動し、駆動軸３３が矢印ｆの如く回転を始めると、駆動軸３３のクラッチ片収納凹部５４に嵌めた揺動クラッチ片５３の突起部５２は内周面７５に当たるとともに、カラー５５の通孔部５６に掛り、カラー５５を矢印ｇの如く回し始める。その際、カラー５５はシール部材６１（図３参照）の締め付け力に抗して回転を始める。

（ｂ）において、引き続き、駆動軸３３は、カラー５５を回動させ、駆動軸３３とカラー５５はともに回動するが、従動部材３６は回動せず、静止し続ける。

（ｃ）において、駆動軸３３とカラー５５はともに回動を続け、カラー５５の通孔部５６及び突起部５２がともに係合凹部５７に達すると、突起部５２は係合凹部５７に進入可能な自由な状態となるから、カラー５５を回す力より突起部５２が係合凹部５７に押し込まれる際の力は小さくなり、カラー５５はシール部材６１の締め付け力によって静止する若しくは遅れて回るが、突起部５２は回動を続ける駆動軸３３によって係合凹部５７に押し込まれる。言い換えると、カラー５５で揺動クラッチ片５３を矢印ｈの如く角度θ２だけ起こす。

（ｄ）において、駆動軸３３は回動を続け、駆動軸３３、カラー５５及び揺動クラッチ片５３（突起部５２）が一体的に係合凹部５７の溝７６の幅にほぼ対応する角度βだけ回転すると、一方向クラッチ３５は係合状態になる。

（ｅ）において、一方向クラッチ３５は、駆動力を伝えることができる状態（係合状態）になり、駆動軸３３から従動部材３６に駆動力を矢印ｊの如く伝えることができる。

このように、一方向クラッチ３５では、図６（ｃ）のように、揺動クラッチ片５３の円柱部５１を回転軸心にして、クラッチ片収納凹部５４に密着させた状態で突起部５２を角度θ２だけ揺動させることができ、動力を確実にかつショックを抑えて伝達することができるという利点がある。

一方向クラッチ３５では、図３に示すように、ハウジング３１−カラー５５間に介在させたシール部材６１を備えたので、シール部材６１によってカラー５５に回転抵抗を加えることができ、カラー５５に回転抵抗を加える構成は容易である。

図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の動力伝達機構の第２作用図であり、エンジン１５（図１参照）で走行しながら刈払機１１（図１参照）を旋回させる場合を示す。ここでは、一方向クラッチ３５が駆動力を伝える状態（係合状態）から駆動力を伝えない状態（非係合状態）になるまでの機構を説明する。なお、説明を容易にするために、駆動軸３３の図を回転させていない。

（ａ）において、一方向クラッチ３５は、係合状態であり、駆動軸３３から従動部材３６に駆動力を伝え、駆動輪２２（図１参照）を駆動する。
ここで、駆動軸３３の回転数をＮｄ、従動部材３６の回転数をＮｇとしたときに、駆動軸３３の回転数Ｎｄと従動部材３６の回転数Ｎｇは同じ（Ｎｄ＝Ｎｇ）である。

（ｂ）において、駆動軸３３の回転数Ｎｄに比べ、従動部材３６の回転数をＮｇからＮｆに上げる（Ｎｆ＞Ｎｄ）と、従動部材３６の係合凹部５７は、突起部５２に干渉することなく回動するので、従動部材３６は駆動軸３３より速く回動することができる。
従動部材３６の回転数を上げる操作は、操作ハンドル１４（図１参照）を押すことで駆動輪２２（図１参照）を回して行う。

（ｃ）において、引き続き、従動部材３６を回転数Ｎｆで回動させると、係合凹部５７は、突起部５２に干渉するが、干渉した突起部５２とともにカラー５５をシール部材６１（図３参照）の締め付け力に抗して矢印ｋ，ｍの如く回動させる。カラー５５の回動に伴い、揺動クラッチ片５３は次第に倒れ（矢印ｋの方向）始める。

（ｄ）において、カラー５５の回動に伴い、揺動クラッチ片５３は角度γだけ倒れてクラッチ片収納凹部５４内に入ると同時にカラー５５の通孔部５６に沈み込み、従動部材３６は揺動クラッチ片５３に係合しない。言い換えると、カラー５５で揺動クラッチ片５３を矢印ｋの如く角度γだけ寝かせることでクラッチを非係合状態にする。
その結果、駆動軸３３の回転抵抗を受けることなく、従動部材３６を一方向（矢印ｊの方向）、ここでは、前進させる方向に小さな力で回転させることができる。

なお、駆動軸３３を回転させない場合も、図７で説明した機構と同様の機構で従動部材３６は一方向に回転する。つまり、駆動輪２２（図１参照）を一方向に回転させることができるので、手で刈払機１１を前進させる場合、使用者は小さな力で刈払機１１を前進さることができる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の動力伝達機構の第３作用図であり、刈払機１１を模式的に示す。（ａ）は刈払機１１を使用し始める場合、（ｂ）は刈払機１１を直進させる場合、（ｃ）は刈払機１１を旋回させる場合を示す。

（ａ）において、使用者は刈払機１１のエンジン１５を始動させずに、図７に示した機構によって刈払機１１を前進させることができる。
（ｂ）において、エンジン１５を始動させた場合、エンジン１５の駆動力は、一方向クラッチ３５，３５の図６に示した機構によって左右の駆動輪２２，２２に伝達されるので、左右の駆動輪２２，２２を駆動して、運転者は刈払機１１を直進させことができる。

（ｃ）において、エンジン１５の駆動力は、一方向クラッチ３５の図７に示した機構によって左の駆動輪２２へ伝わらないので、運転者が左の駆動輪２２の回転数を上げるのは容易であり、運転者は、刈払機１１の右旋回を容易に行うことができる。

尚、本発明の動力伝達機構は、実施の形態では刈払機に適用したが、１輪〜４輪の運搬車、耕耘機及び除雪機にも適用可能であり、一般の車両に適用することは差し支えない。

本発明の動力伝達機構は、刈払機に好適である。

本発明の動力伝達機構を用いた刈払機の側面図 本発明の動力伝達機構の断面図 図２の３部詳細図 図３の４−４線断面図 本発明の動力伝達機構の分解図 本発明の動力伝達機構の第１作用図 本発明の動力伝達機構の第２作用図 本発明の動力伝達機構の第３作用図 従来のフリーホイールクラッチの基本構成を説明する図 従来の動力伝達機構の基本構成を説明する図

符号の説明

３１…ハウジング、３２…動力伝達機構、３３…駆動軸、３４…駆動軸の一端、３５…一方向クラッチ、３６…従動部材、５１…円柱部、５２…突起部、５３…揺動クラッチ片、５４…クラッチ片収納凹部、５５…カラー、５６…通孔部、５７…係合凹部、６１…シール部材。

Claims (1)

1. ハウジング（３１）に駆動軸（３３）を回転自在に取り付け、この駆動軸（３３）の一端をハウジング（３１）から突出させ、この駆動軸（３３）の一端に、一方向クラッチを介して従動部材（３６）を取り付けた動力伝達機構において、
   前記一方向クラッチは、前記駆動軸（３３）の軸方向に延びる円柱部（５１）及びこの円柱部（５１）から延ばした突起部（５２）からなる鍵穴断面の揺動クラッチ片（５３）と、
   前記円柱部（５１）を収納するとともに揺動クラッチ片（５３）を揺動自在に収納するために前記駆動軸（３３）に設けたクラッチ片収納凹部（５４）と、
   前記駆動軸（３３）に空転可能に嵌めるカラー（５５）と、このカラー（５５）に開けることで前記突起部（５２）を出没自在に収納する通孔部（５６）と、
   前記突起部（５２）を係合させるために前記従動部材（３６）側に設けた係合凹部（５７）と、
   前記カラー（５５）が駆動軸（３３）に連れ回ることを防止するためにハウジング（３１）−カラー（５５）間に介在させたシール部材（６１）と、からなり、
   駆動軸（３３）より遅れて回るカラー（５５）で揺動クラッチ片（５３）を起こすことでクラッチを係合状態にし、揺動クラッチ片（５３）を寝かせることでクラッチを非係合状態にすることを特徴とする動力伝達機構。

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