JP2005321045A

JP2005321045A - ばねクラッチ

Info

Publication number: JP2005321045A
Application number: JP2004139953A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ando; 大介安藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2024-05-10
Also published as: JP4549098B2

Abstract

【課題】コイルばねを用いた一方向ばねクラッチにおいて、ロック方向への回転時に高負荷トルクが作用した場合にコイルばねの自由側端部が破損するおそれを解消することである。
【解決手段】コイルばね６の自由端から見てその巻き方向に外輪１が回転するときに該コイルばね６の拡径作用により外輪１を内輪４にロックさせるようにした一方向ばねクラッチにおいて、前記内輪４に設けた規制溝９に前記コイルばね６の自由端に設けた内向きフック１７を挿入し、無負荷時において前記内向きフック１７と該規制溝９の規制端壁１１との間に一定の間隔を設け、一定以上の高負荷トルク時において前記内向きフック１７を規制端壁１１に係合させることによりそれ以上の拡径を阻止し外輪１を空転させるリミッタ機能を付与した。
【選択図】図５

Description

この発明はばねクラッチに関し、特にリミッタ機能を有する一方向ばねクラッチに関するものである。

トルクの入力部材と出力部材をコイルばねを介在して同芯状態に嵌合し、そのコイルばねの一端部を前記入力部材又は出力部材に固定するとともに他端部を自由端とし、その入力部材の一定方向の回転に伴うコイルばねの連れ回りによる拡径又は縮径作用により入力部材を出力部材にロックさせ、また、前記と逆方向の回転により入力部材を空転させるようにしたばねクラッチは従来から知られている（特許文献１）。

特許文献１の「発明の実施の形態」の項において、第１実施形態（特許文献１の図１から図５）として示されたものは、２方向ばねクラッチであるが、制御部材の作用により制御アームを一定位置に固定した状態においては１方向ばねクラッチを構成する。この場合、コイルばねの一端部のフックは出力部材に固定され、他端部のフックは自由端となっており、無負荷時においては、入力部材のロック方向の回転方向に対し自由端側のフックは前記の制御アームに当接している（特許文献１の図４（ａ）、図５（ａ）参照）。

上記構造のばねクラッチは、入力部材の一定方向の回転時にコイルばねの縮径作用により入力部材が出力部材に対してロックしてトルクの伝達が行われ（図４（ａ）、図５（ａ）の状態）、逆方向の回転時にコイルばねの拡径作用により入力部材が空転しトルクの伝達が遮断される。
特開２０００−２６９４９０号公報（第１実施形態、図１から図５）

前記のように、無負荷時においてコイルばねの自由端側のフックが制御アームに当接しロック方向（縮径方向）に対してすき間がない構造では、コイルばねと入力部材との間に存在する僅かのすき間分だけ変形することにより、回転方向に応じたロックと空転のクラッチ作用が行われる。このため、ロック方向に高負荷トルクが作用した場合、コイルばねの変形余裕が少なく、縮径作用が一定以上に強くなると自由端側のフックが制御アームに強く押し当てられ、破損に至るおそれがある。

そこで、この発明はコイルばねに所要の変形余裕を与えるとともに、高負荷トルクが作用した場合における自由端側のフックの破損のおそれを解消することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、外輪と内輪を同軸状態に嵌合し、外輪の内径面と内輪の外径面との間にコイルばねを介在しそのコイルばねを外輪内径面に接触させるとともに内輪外径面との間にすき間を設け、前記コイルばねの一方の端部を自由端とするとともに他方の端部を内輪に固定し、前記コイルばねの自由端から見てその巻き方向に外輪が回転するときに前記コイルばねの拡径作用により外輪を内輪にロックさせ、外輪が前記と逆方向に回転したときに該コイルばねの縮径作用により外輪を空転させるようにしたばねクラッチにおいて、前記コイルばねの自由端側に拡径制限手段を設け、これにより高負荷トルク時において外輪を空転させるリミッタ機能を付与した構成を採用した。

前記拡径制限手段は、前記内輪に設けた周方向の規制溝と、その規制溝に前記コイルばねの自由端に設けたフックを挿入することにより形成し、前記コイルばねの自由端側からみた前記規制溝の該コイルばねの巻き方向側の内端壁を規制端壁と定め、無負荷時において前記フックと該規制端壁との間に一定の間隔を設けた構成とする。

以上の構成は、外輪が入力部材であり、内輪又は内輪内径面に嵌入された軸が出力部材となり、入力部材である外輪の回転方向に応じて出力側にトルクを伝達し、またその反対方向の回転時にはトルクの伝達が遮断される一方向クラッチの機能を果たすものである。

これとは逆に、外輪が出力部材であり、軸が入力部材として用いる場合は以下のように構成される。即ち、外輪と内輪、内輪と軸をそれぞれ同軸状態に嵌合し、前記内輪内径面と軸外径面との間にコイルばねを介在し、そのコイルばねを軸外径面に接触させるとともに内輪内径面との間にすき間を設け、前記コイルばねの一方の端部を自由端とするとともに他方の端部を内輪に固定し、前記コイルばねの自由端から見てその巻き方向と反対方向に前記軸が回転するときに前記コイルばねの縮径作用により軸を内輪にロックさせ、前記軸が前記と逆方向に回転したときに該コイルばねの拡径作用により前記軸を空転させるようにしたばねクラッチにおいて、前記コイルばねの自由端側に縮径制限手段を設け、これにより高負荷トルク時において前記軸を空転させるリミッタ機能を付与した構成を採用する。

また、前記縮径制限手段を、前記内輪に設けた周方向の規制溝と、その規制溝に前記コイルばねの自由端に設けたフックを挿入することにより形成し、前記コイルばねの自由端側からみた前記規制溝の該コイルばねの巻き方向と反対側の内端壁を規制端壁と定め、無負荷時において前記フックと該規制端壁との間に一定の間隔を設けた構成とする。

上記のような拡径制限手段又は縮径制限手段を設けることにより、コイルばねの変形余裕が大きくなり、負荷トルクの変動に幅広く対応できるとともに、一定以上の高負荷トルクに対してリミッタ機能が働くので、フックの破損のおそれを解消することができる。

以下、添付図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。図１に示したように、実施形態１のばねクラッチは１方向ばねクラッチであり、入力部材となる外輪１、その外輪１の内径側に転がり軸受２を介して中空の軸３が同芯状態に嵌入され、その軸３の外径面に内輪４が嵌合一体化される。内輪４の内端面と前記転がり軸受２との間にスペーサ５が介在される。前記外輪１の内径面と内輪４の外径面との間のすき間にコイルばね６が介在される。

前記の内輪４は、コイルばね６の内径面に対向した胴部７の外端部につば部８、内端部につば部８’を設けたものである（図５参照）。外端部のつば部８に接近した位置において、胴部７の外表面に周方向に長さ方向を持った規制溝９が設けられる。内輪４の外端部（つば部８側）の端部から規制溝９を見た場合（図２参照）の右側の端壁を規制端壁１１と称し、他方の左側の端壁を自由端壁１２と称する。

また、内端部のつば部８’の外周面に周方向の切欠き１３が形成される（図６、図７参照）。内輪４の内端部（つば部８’側）から前記切欠き１３を見た場合、該切欠き１３は右端１３ａから左端１３ｂに至るに従い次第に深くなり、左端１３ｂの近傍では胴部７の外径と同じ高さとなる。その左端１３ｂからつば部８’の内部に切り込まれ、かつ内輪４の端面に開放された円弧状の係止溝１４が形成される。その係止溝１４は内輪４の内径面に次第に接近するように緩やかにわん曲し、その終端において外向きＬ形に屈曲した屈曲溝１５が設けられる。

コイルばね６は、図５及び図６に示したように、角形断面の鋼線を右巻きしたものであり、全長にわたり同径に形成されたストレート部１６の外端部に内向きフック１７が設けられ、内端部に外向きフック１８が設けられる。ストレート部１６の外径は前記外輪１の内径とほぼ等しく、かつ各つば部８、８’の外径より若干大径に形成される。また、各フック１７、１８はそれぞれ前記の規制溝９及び屈曲溝１５の位置に対応して設けられる。このコイルばね６は、各フック１７、１８側端部をその弾性力に対向して強制的に拡大させながら内輪４の胴部７に所要の締め代で嵌合され、外向きフック１８を含む所要長さの部分を内輪４の胴部７から前記切欠き１３の部分に引き出し、さらに内輪４の内端面側から前記の係止溝１４に強制的に嵌合させる。これと同時に外向きフック１７を屈曲溝１５に嵌合させる。これによりコイルばね６の外向きフック１８はガタツキ無く屈曲溝１５に嵌合固定される。

また、内向きフック１７は前記の規制溝９にその長さ方向にも幅方向にも余裕があるように嵌合される。長さ方向には、図４（ａ）に示したように、該フック１７と前記の規制端壁１１との間に一定のすき間ａが存在し、また反対側の自由端壁１２との間にも一定のすき間ｂが存在する。すき間ｂはゼロに近い大きさに設定される場合もあるが、すき間ａはできるだけ大きく設定される。図示の場合は、すき間ａ、ｂを同等の大きさに設定した場合を示している。

なお、実際の組み立てにおいては、前記のようにして内輪４にコイルばね６を嵌合したのち、その内輪４とともに転がり軸受２を軸３に嵌合一体化し、その後、外輪１をコイルばね６と転がり軸受２の外径側に嵌合する。これにより、コイルばね６が外輪１の内径面に軽く当接した状態に組み立てられる（図１参照）。この組み立て状態が無負荷状態である。このときコイルばね６と外輪１の内径面との間には、ある程度の締め付け余裕が存在する。

実施形態１のばねクラッチは以上のように構成され、次にその作用について説明する。上記の無負荷状態から入力部材である外輪１が前記のつば部８側（内輪４の外端部側）から見てコイルばね６の巻き方向（右方向）（図２の矢印Ａ参照）に回転すると、その外輪１の内径面に当接したコイルばね６に連れ回りが生じ外輪１の内径面とコイルばね６との間に存在する締め付け余裕の存在により拡径作用が生じる。その結果、コイルばね６の外輪１内径面に対する押圧力が強くなり、外輪１がコイルばね６と一体化し、内輪４に対しロック状態となる。これにより軸３にトルクが伝達される。このとき、内向きフック１７はコイルばね６の拡径量に応じて規制端壁１１側に移動する。軸３に作用する負荷トルクが一定以上に大きくなると、内向きフック１７が規制端壁１１に係合するためそれ以上の拡径作用が阻止される。負荷トルクがそれ以上に増大するとコイルばね６と外輪１の内径面において滑りが生じ、外輪１が空転する。即ち、一定以上に大きい負荷トルクが作用するとリミッタ機能が作用し、内向きフック１７に過大な荷重が作用することを防止する。図４（ｂ）はロック方向の回転時において負荷トルクが一定以上に大きくなるとリミッタ機能が作用し、伝達トルクが一定になることを定性的に示している。

また、前記の無負荷状態から外輪１が左回転（図２の矢印Ｂ参照）すると、コイルばね６に縮径作用が働き、外輪１は内輪４に対して空転する（図４（ｂ）参照）。このとき内向きフック１７は縮径量に応じて自由端壁１２側に移動するか、又はストレート部１６の部分で吸収され移動量は実質的にゼロとなる。

以上の実施形態１は、外輪１を入力側、内輪４及び軸３側を出力側とし、コイルばね６の外径面を外輪１の内径面に当接させ、外輪１の回転方向に応じて軸３側にトルクを伝達し、またその伝達を遮断するようにしている。

これに対し、図８から図１１に示した実施形態２のトルクリミッタは、軸３が入力側、外輪１が出力側となるように使用されるものであり、外輪１と内輪４、内輪４と軸３をそれぞれ同軸状態に嵌合している。軸３と外輪１との間に転がり軸受２が介在される。

前記内輪４の内径面と軸３外径面との間のすき間にコイルばね６が介在され、そのコイルばね６を軸３の外径面に所要の締め代で接触させるとともに内輪４の内径面との間にすき間を設けている。コイルばね６の外端部に外向きフック２２が形成され、内端部に内向きフック２３（図１０参照）が形成される。

内輪４はその内径面の内外両端部に内向きのつば部２１、２１’が設けられ、内側つば部２１’において内輪４の内径面２４から連続し、内輪４の内端面に開放された係止溝２５が設けられる（図１１参照）。係止溝２５は次第に内輪４の外径面に接近するように緩やかに湾曲し、その先端部において内向きの屈曲部２６が形成される。

また、内輪４の外側つば部２１に近い部分の内径面に周方向に長さ方向を持った規制溝２７が設けられる。内輪４の外側つば部２１の端部から規制溝２７を見た場合の左側の端壁を規制壁２８（図９参照）と称し、他方の端壁を自由端壁２９と称する。

前記のコイルばね６は、軸３の外径面に所要の締め代をもって装着され、その内向きフック２３を含む所要長さの部分を内輪４の内径面から内側つば部２１’の部分から引き出し、係止溝２５と屈曲部２６に嵌合させる。これにより、コイルばね６の内向きフック２３はガタツキ無く屈曲部２６に嵌合固定される。

また、外向きフック２２は、前記の規制溝２７にその長さ方向にも幅方向にも余裕があるように嵌合される。長さ方向には、図９に示したように、該フック２２と前記の規制端壁２８との間に一定のすき間ａが存在し、また反対側の自由端壁２９との間にも一定のすき間ｂが存在する。すき間ｂはゼロに近い大きさに設定される場合もあるが、すき間ａはできるだけ大きく設定される。図示の場合は、すき間ａ、ｂを同等の大きさに設定した場合を示している。

実施形態２のばねクラッチは以上のように構成され、次のその作用について説明する。入力部材である軸３が前記のつば部２１側（内輪４の外端部側）から見てコイルばね６の巻き方向と反対方向（左方向）（図９の矢印Ｂ参照）に回転すると、その軸３の外径面に当接したコイルばね６に連れ回りが生じ軸３の外径面とコイルばね６との間に存在する締め付け余裕の存在により縮径作用が生じる。その結果、コイルばね６の軸３外径面に対する押圧力が強くなり、軸３がコイルばね６と一体化し、内輪４に対しロック状態となる。これにより外輪１にトルクが伝達される。

このとき、外向きフック２２はコイルばね６の縮径量に応じて規制端壁２８側に移動する。外輪１に作用する負荷トルクが一定以上に大きくなると、外向きフック２２が規制端壁２８に係合するためそれ以上の縮径作用が阻止される。負荷トルクがそれ以上に増大するとコイルばね６と軸３の外径面において滑りが生じ、軸３が空転する。即ち、一定以上に大きい負荷トルクが作用するとリミッタ機能が作用し、外向きフック２２に過大な荷重が作用することを防止する。

また、前記の無負荷状態から軸３が右回転（図９の矢印Ａ参照）すると、コイルばね６に拡径作用が働き、軸３は内輪４に対して空転する。このとき外向きフック２２は拡径量に応じて自由端壁２９側に移動するか、又はコイルばね６のストレート部１６の部分で吸収され移動量は実質的にゼロとなる。

実施形態１の断面図図１のII-II線の断面図図１のIII-III線の断面図（ａ）図２の一部拡大断面図、（ｂ）トルク特性図同上の分解斜視図同上の一部分解斜視図図６の組み合わせ状態の端面図実施形態２の断面図同上のIX-IX線の断面図同上のX-X線の断面図同上の内輪の斜視図

符号の説明

１外輪
２転がり軸受
３軸
４内輪
５スペーサ
６コイルばね
７胴部
８、８’ つば部
９規制溝
１１規制端壁
１２自由端壁
１３切欠き
１４係止溝
１５屈曲溝
１６ストレート部
１７内向きフック
１８外向きフック
２１、２１’ つば部
２２外向きフック
２３内向きフック
２４内径面
２５係止溝
２６屈曲部
２７規制溝
２８規制端壁
２９自由端壁

Claims

外輪と内輪を同軸状態に嵌合し、外輪の内径面と内輪の外径面との間にコイルばねを介在しそのコイルばねを外輪内径面に接触させるとともに内輪外径面との間にすき間を設け、前記コイルばねの一方の端部を自由端とするとともに他方の端部を内輪に固定し、前記コイルばねの自由端から見てその巻き方向に外輪が回転するときに前記コイルばねの拡径作用により外輪を内輪にロックさせ、外輪が前記と逆方向に回転したときに該コイルばねの縮径作用により外輪を空転させるようにしたばねクラッチにおいて、前記コイルばねの自由端側に拡径制限手段を設け、これにより高負荷トルク時において外輪を空転させるリミッタ機能を付与したことを特徴とするばねクラッチ。
前記拡径制限手段を、前記内輪に設けた周方向の規制溝と、その規制溝に前記コイルばねの自由端に設けたフックを挿入することにより形成し、前記コイルばねの自由端側からみた前記規制溝の該コイルばねの巻き方向側の内端壁を規制端壁と定め、無負荷時において前記フックと該規制端壁との間に一定の間隔を設けたことを特徴とする請求項１に記載のばねクラッチ。
外輪と内輪、内輪と軸をそれぞれ同軸状態に嵌合し、前記内輪内径面と軸外径面との間にコイルばねを介在し、そのコイルばねを軸外径面に接触させるとともに内輪内径面との間にすき間を設け、前記コイルばねの一方の端部を自由端とするとともに他方の端部を内輪に固定し、前記コイルばねの自由端から見てその巻き方向と反対方向に前記軸が回転するときに前記コイルばねの縮径作用により軸を内輪にロックさせ、前記軸が前記と逆方向に回転したときに該コイルばねの拡径作用により前記軸を空転させるようにしたばねクラッチにおいて、前記コイルばねの自由端側に縮径制限手段を設け、これにより高負荷トルク時において前記軸を空転させるリミッタ機能を付与したことを特徴とするばねクラッチ。
前記縮径制限手段を、前記内輪に設けた周方向の規制溝と、その規制溝に前記コイルばねの自由端に設けたフックを挿入することにより形成し、前記コイルばねの自由端側からみた前記規制溝の該コイルばねの巻き方向と反対側の内端壁を規制端壁と定め、無負荷時において前記フックと該規制端壁との間に一定の間隔を設けたことを特徴とする請求項３に記載のばねクラッチ。