JP2007232029A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 トルク伝達時にローラが遠心力で固定外輪に接触し自転することを防止する。
【解決手段】 回転トルクが入出力される入出力軸２２，２３と、回転が拘束される固定外輪２１と、固定外輪２１と出力軸２３間に係合離脱可能に設けられたローラ３０ａ，３０ｂ、およびローラ３０ａ，３０ｂ間に配設されて両側のローラ３０ａ，３０ｂを固定外輪２１と出力軸２３間に係合させる方向に付勢する弾性部材４２からなり、出力軸２３からの逆入力トルクに対して出力軸２３をロックし、入力軸２２からの回転トルクに対してロック状態を解除するロック手段４４と、入出力軸２２，２３間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力軸２２からの回転トルクを出力軸２３に伝達するトルク伝達手段４５と、入力軸２２からのトルク伝達時にローラ３０ａと３０ｂに作用する弾性部材４２の押圧力をそれぞれ独立させる遮蔽板４３とを備え、弾性部材４２ａ，４２ｂの先端部位４２ａ_１，４２ｂ_１を、そのローラ３０ａ，３０ｂの外径面の一部に沿わせたＲ形状とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力側からの入力トルクを出力側に伝達する一方、出力側からの逆入力トルクをロックして入力側に還流させない機能を具備した逆入力遮断クラッチに関する。

例えば、駆動源からの入力トルクを出力側機構に伝達して所要の動作を行なう装置では、駆動源の停止時、出力側機構の位置が変動しないようにこれを保持する機能が求められる場合がある。電動シャッターを例にとると、駆動モータからの正方向または逆方向の入力トルクを出力側の開閉機構に入力して、シャッターの開閉動作を行なうが、その開閉動作の途中で何等かの事情（停電など）により駆動源が停止した場合、シャッターの自重下降による逆入力トルクが入力側に還流すると、入力側機器に損傷が生じる可能性がある。そのため、シャッターの位置を保持し、シャッターからの逆入力トルクを入力側に還流させない機能を持った機構が必要になる。

このような出力側からの逆入力トルクをロックして入力側に還流させない機能を具備した機構の一つに逆入力遮断クラッチがある（例えば、特許文献１参照）。

従来の逆入力遮断クラッチは、図５および図６に示すように静止状態にある固定外輪１に入力軸２と出力軸３を転がり軸受４，５を介して正逆回転自在に支承した構造を具備する。入力軸２には、軸中心から径方向外側へずれた位置にピン８が軸方向に突設され、出力軸３には、入力軸２と対向する端面に径方向に沿う凹溝７が形成されている。前述したピン８の先端を出力軸３と対向する端面から突出させて、出力軸３の端面に形成された凹溝７に嵌入させることにより、入力軸２からの回転トルクを出力軸３に伝達可能としている。

一方、入力軸２の出力軸側端部には径方向外側へ拡径したフランジ部２ａが一体的に形成され、そのフランジ部２ａの外周から軸方向の出力軸側へ連続して延びる複数（図では四つ）の柱部２ｂが円周方向等間隔に形成されている。この円周方向に隣接する柱部２ｂ間の空間は、軸方向の一方に向かって開口したポケット９を構成し、各ポケット９に一対のローラ１０ａ，１０ｂがそれぞれ配される。図６の符号１４は、入力軸２と出力軸３および転がり軸受５との間に配設され、ポケット９内に収容されたローラ１０ａ，１０ｂの軸方向移動を規制する間座である。

出力軸３の入力軸側外周には、前述した入力軸２の柱部２ａ間に位置するポケット９と対応させて複数対（図では四対）のカム面１１ａ，１１ｂが円周方向等間隔に形成されている。この出力軸３のカム面１１ａ，１１ｂと固定外輪１の内周面との間に、複数対（図では四対）のローラ１０ａ，１０ｂがそれぞれ配され、入力軸２の柱部２ａ間に形成されたポケット９に収容される。一対のローラ１０ａ，１０ｂのうち、一方のローラ１０ａは一対のカム面１１ａ，１１ｂのうちの一方のカム面１１ａに位置し、他方のローラ１０ｂは他方のカム面１１ｂに位置するように配されている。

一対のローラ１０ａ，１０ｂ間にはＮ字状をなす一対の弾性部材１２ａ，１２ｂが介挿され、それぞれの弾性部材１２ａ，１２ｂが一対のローラ１０ａ，１０ｂを互いに離間させる方向に弾性的に押圧する。また、入力軸２からのトルク伝達時に一方のローラ１０ａに作用する弾性部材１２ａの押圧力と他方のローラ１０ｂに作用する弾性部材１２ｂの押圧力とを独立させる仕切部材としての遮蔽板１３を一対のローラ１０ａ，１０ｂ間に配設し、その遮蔽板１３の両面に弾性部材１２ａ，１２ｂをそれぞれ固着している。

この逆入力遮断クラッチでは、図７に拡大して示す中立状態で、出力軸３に時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材１２ａの弾性力により反時計方向（回転方向後方）のローラ１０ａがその方向の楔隙間と係合して、出力軸３が固定外輪１に対して時計方向にロックされる。逆に、出力軸３に反時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材１２ｂの弾性力により時計方向（回転方向後方）のローラ１０ｂがその方向の楔隙間と係合して、出力軸３が固定外輪１に対して反時計方向にロックされる。従って、出力軸３からの逆入力トルクは、一対のローラ１０ａ，１０ｂによって正逆両回転方向にロックされる。

一方、入力軸２に回転トルクが入力されて例えば時計方向に回動すると、図８に拡大して示すように、まず、入力軸２の反時計方向（回転方向後方）の柱部２ｂがその方向（回転方向後方）のローラ１０ａと係合して、これを一方の弾性部材１２ａの弾性力に抗して時計方向（回転方向前方）に押圧する。これにより、反時計方向（回転方向後方）のローラ１０ａがその方向の楔隙間から離脱して、出力軸３のロック状態が解除されてその出力軸３が時計方向に回動可能となる。

入力軸２がさらに時計方向が回動すると、入力軸２のピン８が出力軸３の凹溝７の壁面に当接することにより、入力軸２からの時計方向の回転トルクがピン８と凹溝７との係合部分を介して出力軸３に伝達され、出力軸３が時計方向に回動する。この時、時計方向（回転方向前方）のローラ１０ｂは、その方向の楔隙間と係合せず、出力軸３のカム面１１ｂと固定外輪１の内周面に接触した状態で空転する。

入力軸２に反時計方向の回転トルクが入力された場合は、前述とは逆の動作で出力軸３が反時計方向に回動する。従って、入力軸２からの正逆両回転方向の回転トルクは、ピン８と凹溝７との係合部分を介して出力軸３に伝達され、出力軸３が正逆両回転方向に回動する。

この入力軸２からのトルク伝達時、一対のローラ１０ａ，１０ｂ間に配設された遮蔽板１３により、一方のローラ１０ａに作用する弾性部材１２ａの押圧力と他方のローラ１０ｂに作用する弾性部材１２ｂの押圧力とを独立させている。従って、回転方向後方に位置するローラ１０ａ（図８参照）を押圧する弾性部材１２ａのみが遮蔽板１３との間で変形するだけで、回転方向前方に位置するローラ１０ｂを押圧する弾性部材１２ｂは変形しない。

このように一方のローラ１０ａに作用する弾性部材１２ａの押圧力が他方のローラ１０ｂに作用する弾性部材１２ｂの押圧力の大きさに影響することがないので、その他方のローラ１０ｂに作用する弾性部材１２ｂのばね荷重が増加することはない。その結果、入力軸２から出力軸３への回転伝達におけるトルク損失を低減させることができる。
特開２００３−３４３６０１号公報

ところで、前述した逆入力遮断クラッチでは、入力軸２からのトルク伝達時、連続して回転する場合や高速で回転する場合、固定外輪１と出力軸３との係合が解除されたローラ１０ａ，１０ｂが遠心力でもって固定外輪１の内周面に押し付けられて回転する。そのため、ローラ１０ａ，１０ｂと固定外輪１の内周面との接触による引擦りトルクが発生し、これが回転時の損失となっていた。

また、前述の場合、ローラ１０ａ，１０ｂが自転する可能性がある。このようにローラ１０ａ，１０ｂが自転すると、そのローラ１０ａ，１０ｂと弾性部材１２ａ，１２ｂとの接触部で引擦りトルクが発生するため、その弾性部材１２ａ，１２ｂに摩耗が発生する可能性があった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、入力軸からのトルク伝達時に係合解除されたローラが遠心力で固定外輪に接触することを防止し、また、このトルク伝達時にローラが自転することを防止し得る逆入力遮断クラッチを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明の逆入力遮断クラッチは、回転トルクが入力される入力側部材と、回転トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束される静止側部材と、その静止側部材と出力側部材との間に係合離脱可能に設けられた複数対の係合子、および各対の係合子間に配設されて両側の係合子をそれぞれ静止側部材と出力側部材に係合させる方向に付勢する弾性部材からなり、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材をロックし、入力側部材からの入力トルクに対してロック状態を解除するロック手段と、入力側部材と出力側部材との間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段と、各対の係合子の一方に作用する弾性部材の押圧力と他方に作用する弾性部材の押圧力を独立させる仕切部材とを備え、弾性部材の係合子への作用部位を、その係合子の外周面の一部に沿わせた形状としたことを特徴とする。

ここで、「弾性部材の係合子への作用部位」とは、弾性部材による押圧力が係合子に作用する部位、つまり、弾性部材が例えば板ばねの場合、その弾性部材の先端部位を意味する。また、「係合子の外周面の一部」とは、弾性部材の作用部位が接触する係合子の外周面において、その接触点から静止側部材側に向けて延在する部位を意味する。

なお、この係合子がローラの場合、弾性部材のローラへの作用部位を、そのローラの外径面の一部に沿わせたＲ形状とすることになる。

本発明の逆入力遮断クラッチでは、入力側部材に回転トルクが入力されると、まず、ロック手段によりロック状態が解除され、その状態で入力側部材からの回転トルクがトルク伝達手段を介して出力側部材に伝達される。一方、出力側部材からの逆入力トルクは、ロック手段を介して出力側部材と静止側部材との間でロックされる。従って、入力側からの回転トルクは出力側に伝達されるのに対して、出力側からの逆入力トルクは入力側に還流させない機能が得られる。

本発明では、弾性部材の係合子への作用部位を、その係合子の外周面の一部に沿わせた形状としたことにより、弾性部材の係合子への作用部位は、その接触点から静止側部材側に向けて延在する部位で係合子を包み込む形態をとる。これにより、入力軸からのトルク伝達時に係合解除された係合子が遠心力で静止側部材に接触することを防止することができ、係合子と静止側部材との接触による引擦りトルクが発生することはない。また、このトルク伝達時にローラが自転することを防止することができ、係合子と弾性部材との接触部で引擦りトルクが発生することもない。

ロック手段には、楔係合力、凹凸係合力、摩擦力、磁気力、電磁力、流体圧力、流体粘性抵抗力、微粒子媒体などによって回転拘束力を付与するものが含まれるが、構造や制御機構の簡素化、動作の円滑化、コストの面などから、楔係合力によって回転拘束力を付与するものが好ましい。具体的には、出力側部材と静止側部材との間に楔隙間を形成し、この楔隙間に対して係合子を係合・離脱させることによって、ロック・空転を切り替える構成とするのがよい。

本発明によれば、弾性部材の係合子への作用部位を、その係合子の外周面の一部に沿わせた形状としたことにより、入力軸からのトルク伝達時に係合解除された係合子が遠心力で静止側部材に接触することを防止でき、係合子と静止側部材との接触による引擦りトルクが発生することはないので、回転時の損失トルクを低減できる。また、このトルク伝達時にローラが自転することを防止でき、係合子と弾性部材との接触部で引擦りトルクが発生することもないので、弾性部材の摩耗を防止でき、耐久性の向上が図れる。

本発明に係る逆入力遮断クラッチの実施形態を以下に詳述する。図１および図２は本発明の実施形態における逆入力遮断クラッチの全体構成を示す。

この実施形態の逆入力遮断クラッチは、図１および図２に示すように回転が拘束される静止側部材としての固定外輪２１と、固定外輪２１の内周に先端部が挿入され、回転トルクが入力される入力側部材としての入力軸２２と、固定外輪２１の内周に入力軸２２と対向する状態で挿入され、回転トルクが出力される出力側部材としての出力軸２３と、その固定外輪２１と出力軸２３との間に係合離脱可能に設けられた複数対（図では四対）の係合子としてのローラ３０ａ，３０ｂ、および各対のローラ３０ａ，３０ｂ間に配設されて両側のローラ３０ａ，３０ｂを固定外輪２１と出力軸２３間に係合させる方向に付勢する弾性部材４２ａ，４２ｂからなり、出力軸２３からの逆入力トルクに対して出力軸２３と固定外輪２１とをロックし、入力軸２２からの入力トルクに対してロック状態を解除するロック手段４４と、入力軸２２と出力軸２３との間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力軸２２からの入力トルクを出力軸２３に伝達するトルク伝達手段４５と、各対のローラ３０ａ，３０ｂのうち、一方のローラ３０ａに作用する弾性部材４２ａの押圧力と他方のローラ３０ｂに作用する弾性部材４２ｂの押圧力を独立させる仕切部材としての遮蔽板４３とを備え、固定外輪２１に入力軸２２と出力軸２３を転がり軸受２４，２５を介して正逆回転自在に支承した構造を具備する。

トルク伝達手段４５の構造は次のとおりである。入力軸２２には、軸中心から径方向外側へずれた位置にピン２８が軸方向に突設され、出力軸２３には、入力軸２２と対向する端面に径方向に沿う凹溝２７が形成されている。前述したピン２８の先端を出力軸２３と対向する端面から突出させて、出力軸２３の端面に形成された凹溝２７に嵌入させることにより、入力軸２２からの回転トルクを出力軸２３に伝達可能としている。

一方、ロック手段４４の構造は以下のとおりである。入力軸２２の出力軸側端部には径方向外側へ拡径したフランジ部２２ａが一体的に形成され、そのフランジ部２２ａの外周から軸方向の出力軸側へ連続して延びる複数（図では四つ）の柱部２２ｂが円周方向等間隔に形成されている。この円周方向に隣接する柱部２２ｂ間の空間は、軸方向の一方に向かって開口したポケット２９を構成し、各ポケット２９に一対のローラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ配される。図２の符号３４は、入力軸２２と出力軸２３および転がり軸受２５との間に配設され、ポケット２９内に収容されたローラ３０ａ，３０ｂの軸方向移動を規制する間座である。

出力軸２３の入力軸側外周には、前述した入力軸２２の柱部２２ｂ間に位置するポケット２９と対応させて複数対（図では四対）のカム面３１ａ，３１ｂが円周方向等間隔に形成されている。この出力軸２３のカム面３１ａ，３１ｂと固定外輪２１の内周面との間に、複数対（図では四対）のローラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ配され、入力軸２２の柱部２２ｂ間に形成されたポケット２９に収容される。一対のローラ３０ａ，３０ｂのうち、一方のローラ３０ａは一対のカム面３１ａ，３１ｂのうちの一方のカム面３１ａに位置し、他方のローラ３０ｂは他方のカム面３１ｂに位置するように配されている。

一対のローラ３０ａ，３０ｂ間には略Ｎ字状をなす一対の弾性部材４２ａ，４２ｂが介挿され、それぞれの弾性部材４２ａ，４２ｂが一対のローラ３０ａ，３０ｂを互いに離間させる方向に弾性的に押圧する。また、入力軸２２からのトルク伝達時に一方のローラ３０ａに作用する弾性部材４２ａの押圧力と他方のローラ３０ｂに作用する弾性部材４２ｂの押圧力とを独立させる仕切部材としての遮蔽板４３を一対のローラ３０ａ，３０ｂ間に配設し、その遮蔽板４３の両面に弾性部材４２ａ，４２ｂをそれぞれ固着している。

これら弾性部材４２ａ，４２ｂは、図１に拡大して示すようにローラ３０ａ，３０ｂへの作用部位を、ローラ３０ａ，３０ｂの外周面の一部に沿わせた形状としている。すなわち、弾性部材４２ａ，４２ｂは、そのローラ３０ａ，３０ｂを弾性的に押圧する先端部位４２ａ_１，４２ｂ_１を、その接触点から固定外輪２１の内周面側に向けて延在させ、ローラ３０ａ，３０ｂの外径面に沿わせたＲ形状としている。これにより、弾性部材４２ａ，４２ｂの先端部位４２ａ_１，４２ｂ_１は、ローラ３０ａ，３０ｂを固定外輪２１側から包み込む形態を有することになる。なお、弾性部材４２ａ，４２ｂの先端部位４２ａ_１，４２ｂ_１の曲率半径ｒは、ローラ３０ａ，３０ｂの直径Ｄの半分程度としている。

この逆入力遮断クラッチでは、図３に拡大して示す中立状態で、出力軸２３に時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材４２ａの弾性力により反時計方向（回転方向後方）のローラ３０ａがその方向の楔隙間と係合して、出力軸２３が固定外輪２１に対して時計方向にロックされる。逆に、出力軸２３に反時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材４２ｂの弾性力により時計方向（回転方向後方）のローラ３０ｂがその方向の楔隙間と係合して、出力軸２３が固定外輪２１に対して反時計方向にロックされる。従って、出力軸２３からの逆入力トルクは、一対のローラ３０ａ，３０ｂによって正逆両回転方向にロックされる。

一方、入力軸２２に回転トルクが入力されて例えば時計方向に回動すると、図４に拡大して示すように、まず、入力軸２２の反時計方向（回転方向後方）の柱部２２ｂがその方向（回転方向後方）のローラ３０ａと係合して、これを一方の弾性部材４２ａの弾性力に抗して時計方向（回転方向前方）に押圧する。これにより、反時計方向（回転方向後方）のローラ３０ａがその方向の楔隙間から離脱して、出力軸２３のロック状態が解除されてその出力軸２３が時計方向に回動可能となる。

入力軸２２がさらに時計方向が回動すると、入力軸２２のピン２８が出力軸２３の凹溝２７の壁面に当接することにより、入力軸２２からの時計方向の回転トルクがピン２８と凹溝２７との係合部分を介して出力軸２３に伝達され、出力軸２３が時計方向に回動する。この時、時計方向（回転方向前方）のローラ３０ｂは、その方向の楔隙間と係合せず、出力軸２３のカム面３１ｂと固定外輪２１の内周面に接触した状態で空転する。

入力軸２２に反時計方向の回転トルクが入力された場合は、前述とは逆の動作で出力軸２３が反時計方向に回動する。従って、入力軸２２からの正逆両回転方向の回転トルクは、ピン２８と凹溝２７との係合部分を介して出力軸２３に伝達され、出力軸２３が正逆両回転方向に回動する。

この入力軸２２からのトルク伝達時、一対のローラ３０ａ，３０ｂ間に配設された遮蔽板４３により、一方のローラ３０ａに作用する弾性部材４２ａの押圧力と他方のローラ３０ｂに作用する弾性部材４２ｂの押圧力とを独立させるようにしたから、一方のローラ３０ａに作用する弾性部材４２ａの押圧力が他方のローラ３０ｂに作用する弾性部材４２ｂの押圧力の大きさに影響することがないので、その他方のローラ３０ｂに作用する弾性部材４２ｂのばね荷重が増加することはない。その結果、入力軸２２から出力軸２３への回転伝達におけるトルク損失を低減させることができる。

つまり、図４に示すように入力軸２２から回転トルクが時計方向に入力された場合、回転方向後方に位置するローラ３０ａ（回転方向が反時計方向の時はローラ３０ｂ、以下、括弧内の符号は回転方向が反時計方向の場合を示す）を押圧する弾性部材４２ａ（４２ｂ）は、出力軸２３のカム面３１ａ，３１ｂに取り付けられた遮蔽板４３との間で変形するだけで、回転方向前方に位置するローラ３０ｂ（３０ａ）を押圧する弾性部材４２ｂ（４２ａ）は変形しないため、そのローラ３０ｂ（３０ａ）に作用する弾性部材４２ｂ（４２ａ）のばね荷重は変化しない。

また、この入力軸２２からのトルク伝達時、連続して回転する場合や高速で回転する場合、固定外輪２１と出力軸２３との係合から解除されたローラ３０ａ，３０ｂには固定外輪２１に向けて遠心力が作用する。しかしながら、ローラ３０ａ，３０ｂの先端部位４２ａ_１，４２ｂ_１をそのローラ３０ａ，３０ｂの外径面の一部に沿わせたＲ形状とし、ローラ３０ａ，３０ｂを固定外輪２１側から包み込む形態としていることから、固定外輪２１に向けて遠心力が作用するローラ３０ａ，３０ｂを出力軸２３側へ押え込むことができ、ローラ３０ａ，３０ｂと固定外輪２１の内周面との間にすきまｔを形成することができる（図４参照）。

このようにして、入力軸２２からのトルク伝達時に係合解除されたローラ３０ａ，３０ｂが遠心力で固定外輪２１に接触することを防止できるので、ローラ３０ａ，３０ｂと固定外輪２１との接触による引擦りトルクが発生することはなく、回転時の損失トルクを低減することができる。また、このトルク伝達時にローラ３０ａ，３０ｂが自転することを防止でき、ローラ３０ａ，３０ｂと弾性部材４２ａ，４２ｂとの接触部で引擦りトルクが発生することもないので、弾性部材４２ａ，４２ｂの摩耗を防止でき、耐久性の向上が図れる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る逆入力遮断クラッチの実施形態で、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１の中立状態を示す要部拡大断面図である。 入力軸から回転トルクが入力された状態を示す要部拡大断面図である。 逆入力遮断クラッチの従来例で、図６のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図５の中立状態を示す要部拡大断面図である。 入力軸から回転トルクが入力された状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

２１ 静止側部材（固定外輪）
２２ 入力側部材（入力軸）
２３ 出力側部材（出力軸）
３０ａ，３０ｂ 係合子（ローラ）
４２ａ，４２ｂ 弾性部材
４２ａ_１，４２ｂ_１ 弾性部材の係合子への作用部位
４３ 仕切部材（遮蔽板）
４３ａ，４３ｂ フランジ部
４４ ロック手段
４５ トルク伝達手段

Claims (2)

1. 回転トルクが入力される入力側部材と、回転トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束される静止側部材と、その静止側部材と前記出力側部材との間に係合離脱可能に設けられた複数対の係合子、および各対の係合子間に配設されて両側の係合子をそれぞれ静止側部材と出力側部材に係合させる方向に付勢する弾性部材からなり、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材をロックし、入力側部材からの入力トルクに対してロック状態を解除するロック手段と、前記入力側部材と出力側部材との間に設けられ、ロック解除状態の時に、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段と、前記各対の係合子の一方に作用する弾性部材の押圧力と他方に作用する弾性部材の押圧力を独立させる仕切部材とを備えた逆入力遮断クラッチであって、
   前記弾性部材の係合子への作用部位を、その係合子の外周面の一部に沿わせた形状としたことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
2. 前記係合子はローラであり、前記弾性部材のローラへの作用部位を、そのローラの外径面の一部に沿わせたＲ形状とした請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。

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