JP2006097888A - 軸方向ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドを二方向に移動可能とし、必要に応じて一方向にロックすることができる軸方向ワンウェイクラッチを提供する。
【解決手段】ハウジング１の内周とその内側に挿通されたロッド４の外周間に軸方向の一端が狭小となるくさび状空間７を形成し、円錐ころ８と、保持器９とを組込む。保持器９に弾性部材１０の弾性力を付与してくさび状空間７の狭小部に向けて付勢する。ハウジング１の開口端部内にシリンダ部材１２を取付け、そのシリンダ室１３内に保持器９の端部に設けられたピストン部材１４を組込む。シリンダ室１３と吸引力発生源１５とを通路１６で連通し、その通路１６に電磁式切換弁１７を取付け、この切換えにより、シリンダ室１３を大気に連通し、弾性部材１０の弾性により保持器９をくさび状空間７の狭小部に向けて移動させ、くさび状空間７の狭小部に対する円錐ころ８の噛み込みによりロッド４を一方向にロックする。
【選択図】図１

Description

この発明は、往復動可能なロッドの一方向の移動を必要に応じて阻止し得るようにした軸方向のワンウェイクラッチに関するものである。

軸方向ワンウェイクラッチとして特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この軸方向ワンウェイクラッチは、ボディに形成されたシリンダの開口部に、その開口端を大径端とするテーパ面を設け、そのテーパ面と前記シリンダ内にスライド自在に挿入されたロッドの外周円筒面間にボールと、そのボールを保持する保持器とを組込み、上記保持器に圧縮ばねのばね力を付与してボールがシリンダのテーパ面およびロッドの外周円筒面に圧接する方向に付勢し、上記ロッドに押し込み力が負荷されたとき、シリンダのテーパ面およびロッドの外周円筒面にボールを係合させてロッドをロックするようにしている。
特公昭５６−５３１３９号公報

ところで、上記特許文献１に記載された軸方向ワンウェイクラッチにおいては、圧縮ばねのばね力によってボールがシリンダのテーパ面およびロッドの外周円筒面に圧接するスタンバイ状態にあり、ロッドに押し込み力が負荷されると、ボールが直ちに係合し、ロッドを押し込み方向に移動させることができない。

このように、上記従来の軸方向ワンウェイクラッチは、ロッドを一方向にロックし、ロッドの他方向の移動を自由とする構成であってロッドを軸方向の両方向に移動させることができないため、チェーンテンショナのような特殊な用途にのみ使用可能であって用途範囲が狭く、例えば、産業用ロボットの腕や足、あるいは電動ブレーキの駐車ブレーキ機構のように、ロッドを両方向に移動自在とし、必要なときにのみロッドを一方向にロックすることができるようにした装置類には採用することができない。

この発明の課題は、ロッドを軸方向の両方向に移動自在とし、必要なときに一方向にロックすることができるようにした軸方向ワンウェイクラッチを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、固定の配置とされるハウジングの内周と、そのハウジング内に挿通されて軸方向に移動可能なロッドの外周間に軸方向の一端が狭小となるくさび状空間を形成し、そのくさび状空間内に係合子と、その係合子を保持する保持器とを組込み、前記保持器を弾性部材により係合子がくさび状空間の狭小部に噛み込む方向に向けて付勢し、電磁式切換弁の作動により弾性部材の弾性力より大きい吸引力を前記保持器の軸方向に負荷して保持器をくさび状空間の広幅部に向けて移動させる吸引力付与手段を設けた構成を採用したのである。

ここで、係合子は、円錐ころであってもよく、ボールであってもよい。あるいは、円筒ころであってもよい。

ボールを係合子とする場合において、ロッドの外周にボールの外周に沿う断面円弧状の軸方向の案内溝を形成しておくと、軸方向ワンウェイクラッチのロック状態でロッドとボールの接触部の面圧を低減させることができ、耐久性に優れた軸方向ワンウェイクラッチを得ることができる。

また、吸引力付与手段として、下記の（Ｉ）および（II）に示す構成から成るものを採用することができる。

吸引力付与手段（Ｉ）：前記保持器の前記くさび状空間の広幅部側の端面に対して軸方向に対向配置されたリング状のシリンダ部材と、前記保持器の端部に一体化されて前記シリンダ部材に設けられた環状のシリンダ室内に摺動自在に組込まれたピストン部材と、そのピストン部材の組込みによって密閉されたシリンダ室内を吸引力発生源に連通する通路と、その通路に組込まれて前記シリンダ室が吸引力発生源に連通する状態と大気に連通する状態とに選択的に切換える電磁式切換弁とから成るもの。

吸引力付与手段（II）：前記保持器の前記くさび状空間の広幅部側の端面に対向配置されたシリンダ部材と、そのシリンダ部材に形成されたシリンダ室の一端開口を閉塞し、シリンダ室内の圧力変化により内外にわん曲して保持器を軸方向に移動させるダイヤフラムと、シリンダ部材のシリンダ室内を吸引力発生源に連通する通路と、その通路に組込まれてシリンダ室内を前記吸引力発生源に連通する状態と大気に連通する状態とに選択的に切換える電磁式切換弁とから成るもの。

上記の構成から成るワンウェイクラッチにおいては、吸引力付与手段によって保持器に吸引力を付与すると、保持器がくさび状空間の広幅部に向けて移動してくさび状空間に対する係合子の噛み込みが解除されるため、ロッドを軸方向の両方向に移動させることができる。また、保持器に対する吸引力の負荷を解除すると、弾性部材の押圧により保持器がくさび状空間の狭小部に向けて移動して、係合子がくさび状空間の狭小部に噛み込むため、ロッドを一方向にロックすることができる。したがって、両方向に移動可能なロッドを必要に応じて一方向にロックすることができる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図４はこの発明に係る軸方向ワンウェイクラッチの第１の実施形態を示す。図示のように、固定の配置とされる円筒状のハウジング１は、一端に端板２を有し、その端板２に支持された軸受３によってハウジング１の内部に挿通されたロッド４が軸方向に移動自在に支持されている。

ロッド４の外周には円筒面５が形成され、一方、ハウジング１の内周には円錐面から成るカム面６が形成され、そのカム面６と円筒面５との間に軸方向の一端が狭小となるくさび状空間７が設けられている。

くさび状空間７の内部には係合子としての複数の円錐ころ８と、その円錐ころ８を保持する保持器９が組込まれている。

くさび状空間７の広幅部には、保持器９をくさび状空間７の狭小部に向けて付勢する弾性部材１０と、その弾性部材１０の弾性力より大きい吸引力を保持器９の軸方向に負荷して保持器９をくさび状空間７の広幅部に向けて移動させる吸引力付与手段１１とが設けられている。

吸引力付与手段１１は、ハウジング１の開口端部内にリング状のシリンダ部材１２を圧入等による手段を介して取付け、そのシリンダ部材１２に保持器９と対向する側面で開口するシリンダ室１３を形成し、保持器９の端部には上記シリンダ室１３内で摺動可能なピストン部材１４を設け、このピストン部材１４によって密閉されたシリンダ室１３の内部と吸引力発生源１５とを通路１６で連通し、その通路１６に電磁式切換弁１７を組込んだ構成としており、上記シリンダ室１３内に前記弾性部材１０を組込んでいる。

ここで、電磁式切換弁１７は３ポート２位置切換弁から成り、その電磁式切換弁１７の作動位置で吸引力発生源１５とシリンダ室１３は連通して、そのシリンダ室１３に弾性部材１０の弾性力より大きい吸引力が付与されるようになっている。

また、電磁式切換弁１７のノーマル位置でシリンダ室１３は大気に連通し、シリンダ室１３内が大気圧に保持されるようになっている。

第１の実施形態で示す軸方向ワンウェイクラッチは上記の構造から成り、図１は、電磁式切換弁１７が作動位置にある状態を示し、シリンダ室１３と吸引力発生源１５とは通路１６で連通して、シリンダ室１３内に弾性部材１０の弾性力より大きい吸引力が付与される。この吸引力は保持器９の軸方向に負荷されるため、保持器９はくさび状空間７の広幅部側に変位した位置に保持され、円錐ころ８は円筒面５およびカム面６に対して係合解除された位置に保持される。

このため、ロッド４は軸方向の両方向（図１の右方向および左方向）に移動可能な状態にある。

図１に示す状態において、電磁式切換弁１７をノーマル位置に切換えると、シリンダ室１３内が大気と連通し、そのシリンダ室１３内に外気が流入して大気圧に保持され、保持器９は弾性部材１０の押圧によりくさび状空間７の狭小部に向けて移動して、図４に示すように、円錐ころ８が円筒面５およびカム面６に係合する。このため、ロッド４はロックされて一方向（図４の矢印で示す反対方向）に移動するのが防止される。

ここで、ロッド４に矢印で示す方向の押圧力が負荷されると、円錐ころ８はくさび状空間７の広幅部に向けて移動する。したがって、ロッド４は矢印で示す方向にのみ移動することができる。

上記のように、電磁式切換弁１７を操作してシリンダ室１３を大気に連通し、保持器９に対する吸引力の負荷を解除することにより、円錐ころ８が係合状態になってロッド４をロックするため、両方向に移動可能なロッド４を必要に応じて一方向にロックすることができる。

なお、第１の実施形態では、シリンダ部材１２をハウジング１の開口端部内に設けたが、ハウジング１の外部に設けるようにしてもよい。

図５乃至図７は、この発明に係る軸方向ワンウェイクラッチの第２の実施形態を示す。この実施形態で示す軸方向ワンウェイクラッチと第１の実施形態で示す軸方向ワンウェイクラッチとは吸引力付与手段１１の構成が相違する。

第２の実施形態で示す吸引力付与手段１１においては、ハウジング１の開口端部内に複数のシリンダ部材２０を周方向に間隔をおいて取付け、各シリンダ部材２０に形成されたシリンダ室２１のくさび状空間７と対向する端部開口を弾性変形可能なダイヤフラム２２で閉塞し、各ダイヤフラム２２の中央部を保持器９に連結し、上記各シリンダ室２１と吸引力発生源１５とを連通する通路１６に電磁式切換弁１７を組込んでいる。

ここで、保持器９をくさび状空間７の狭小部に向けて押圧する弾性部材１０は各シリンダ部材２０のシリンダ室２１内に組込まれている。

上記の構成から成る吸引力付与手段１１において、電磁式切換弁１７を図５に示すように作動位置に切換えると、各シリンダ部材２０のシリンダ室２１に吸引力が付与され、その吸引力によりダイヤフラム２２が図５に示すように、シリンダ室２１内に向けてわん曲し、保持器９に軸方向の引張り力が負荷されて保持器９がくさび状空間７の広幅部に向けて移動する。

このため、円錐ころ８は円筒面５およびカム面６に対して係合解除され、ロッド４は軸方向の両方向に移動することができる。

一方、電磁式切換弁１７をノーマル位置に切換えると、各シリンダ部材２０のシリンダ室２１は大気に連通するため、シリンダ室２１内は大気圧に保持され、弾性部材１０の押圧によりダイヤフラム２２は図７に示すように、シリンダ室２１の外部に向けてわん曲すると共に、保持器９はくさび状空間７の狭小部に向けて移動し、円錐ころ８が円筒面５およびカム面６に係合してロッド４をロックし、ロッド４の一方向（図７の矢印で示す反対方向）への移動を防止する。

上記のように、電磁式切換弁１７をノーマル位置に切換えることにより、円錐ころ８が係合状態になってロッド４をロックするため、両方向に移動可能なロッド４を必要に応じて一方向にロックすることができる。

第１の実施形態および第２の実施形態では、電磁式切換弁１７の作動位置でロッド４をロック解除とし、ノーマル位置でロックとしたが、逆の作動としてもよい。つまり、電磁式切換弁１７の作動位置でロッド４をロックし、ノーマル位置でロック解除としてもよい。

また、第１および第２の実施形態では、係合子として円錐ころ８を示したが、係合子はこれに限定されるものではない。例えば、図８乃至図１０に示すようにボール２３を用いるようにしてもよく、あるいは円筒ころを用いるようにしてもよい。

図８乃至図１０では、図５に示す軸方向ワンウェイクラッチの円錐ころ８に代えてボール２３を用いるようにしており、図８および図９は、ロッド４のロック解除状態を示し、図１０は、ロッド４のロック状態を示している。

ボール２３を係合子とする場合において、図１１および図１２に示すように、ロッド４の外周に軸方向に延びる案内溝２４を形成し、その案内溝２４をボール２３の外周に沿う断面円弧状とすることにより、ロッド４のロック状態でボール２３とロッド４の接触部の面圧を低減することができ、上記接触部での破損の少ない耐久性に優れた軸方向ワンウェイクラッチを得ることができる。

なお、円筒ころを係合子とする場合は、その円筒ころを軸心がロッド４の軸方向に対して直交する配置とし、ハウジング１の内周およびロッド４の外周にはハウジング１の径方向で対向する一対の平坦面を形成し、その一対の平坦面の一方をロッド４の軸方向に傾斜させて、一対の平坦面間にくさび状空間を形成する。

また、第１および第２の実施形態では、ロッド４の外周に円筒面５を形成し、ハウジング１の内周に円錐面から成るカム面６を形成したが、ハウジング１の内周に円筒面を形成し、ロッド４の外周にカム面を設けるようにしてもよい。

この発明に係る軸方向ワンウェイクラッチの第１の実施形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 保持器の縦断正面図 図１に示す軸方向ワンウェイクラッチのロック状態を示す断面図 この発明に係る軸方向ワンウェイクラッチの第２の実施形態を示す縦断正面図 図５のVI−VI線に沿った断面図 図５に示す軸方向ワンウェイクラッチのロック状態を示す断面図 この発明に係る軸方向ワンウェイクラッチの第３の実施形態を示す縦断正面図 図８のIX−IX線に沿った断面図 図８に示す軸方向ワンウェイクラッチのロック状態を示す断面図 この発明に係る軸方向ワンウェイクラッチの第４の実施形態を示す断面図 図１１のXII−XII線の沿った断面図

符号の説明

１ ハウジング
４ ロッド
７ くさび状空間
８ 円錐ころ
９ 保持器
１０ 弾性部材
１１ 吸引力付与手段
１２ シリンダ部材
１３ シリンダ室
１４ ピストン部材
１５ 吸引力発生源
１６ 通路
１７ 電磁式切換弁
２０ シリンダ部材
２１ シリンダ室
２３ ボール
２４ 案内溝

Claims (5)

1. 固定の配置とされるハウジングの内周と、そのハウジング内に挿通されて軸方向に移動可能なロッドの外周間に軸方向の一端が狭小となるくさび状空間を形成し、そのくさび状空間内に係合子と、その係合子を保持する保持器とを組込み、前記保持器を弾性部材により係合子がくさび状空間の狭小部に噛み込む方向に向けて付勢し、電磁式切換弁の作動により前記弾性部材の弾性力より大きい吸引力を前記保持器の軸方向に負荷して保持器をくさび状空間の広幅部に向けて移動させる吸引力付与手段を設けた軸方向ワンウェイクラッチ。
2. 前記係合子が円錐ころ、ボールおよび円筒ころの一種から成る請求項１に記載の軸方向ワンウェイクラッチ。
3. 前記係合子がボールから成り、前記ロッドの外周にボールの外周に沿う断面円弧状の軸方向の案内溝を形成した請求項１に記載の軸方向ワンウェイクラッチ。
4. 前記吸引力付与手段が、前記保持器の前記くさび状空間の広幅部側の端面に対して軸方向に対向配置されたリング状のシリンダ部材と、前記保持器の端部に一体化されて前記シリンダ部材に設けられた環状のシリンダ室内に摺動自在に組込まれたピストン部材と、そのピストン部材の組込みによって密閉されたシリンダ室内を吸引力発生源に連通する通路と、その通路に組込まれて前記シリンダ室が吸引力発生源に連通する状態と大気に連通する状態とに選択的に切換える電磁式切換弁とから成る請求項１乃至３のいずれに記載の軸方向ワンウェイクラッチ。
5. 前記吸引力付与手段が、前記保持器の前記くさび状空間の広幅部側の端面に対向配置されたシリンダ部材と、そのシリンダ部材に形成されたシリンダ室の一端開口を閉塞し、シリンダ室内の圧力変化により内外にわん曲して保持器を軸方向に移動させるダイヤフラムと、シリンダ部材のシリンダ室内を吸引力発生源に連通する通路と、その通路に組込まれてシリンダ室内を前記吸引力発生源に連通する状態と大気に連通する状態とに選択的に切換える電磁式切換弁とから成る請求項１乃至３のいずれかに記載の軸方向ワンウェイクラッチ。

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