JP2009204146A

JP2009204146A - 両方向クラッチ

Info

Publication number: JP2009204146A
Application number: JP2008049821A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takada; 声一高田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】両方向トルクリミッタの構造を単純化することによってコストの低減を図ることである。
【解決手段】ハウジング１１に収納されその一端部に支持された入力部材１２、ハウジング１１に収納され他端部に支持された出力部材１３、前記入力部材１２と出力部材１３の間に介在されたコイルばね１４及びクラッチ機構１５を備えた両方向クラッチにおいて、前記クラッチ機構１５は、前記コイルばね１４の両端部に設けられた内向きのフック３５、３６と、前記入力部材１２に設けられたロック解除部２４と、前記出力部材１３に設けられたロック部２９とによって構成され、前記ロック解除部２４とロック部２９はそれぞれ前記コイルばね１４の内径面に径方向の余裕をもって挿入されるとともに所定の対向すき間ａをもって対向し、前記フック３５、３６をそのフック内面がロック解除部２４側に向くように前記対向すき間ａに回転方向の余裕をもって挿入した構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、事務機等のトルク伝達系において用いられる両方向クラッチに関するものである。

一般に、両方向クラッチは、トルク伝達系の入力軸と出力軸との間に介在され、入力軸のトルクを出力軸側には伝達するが、出力軸側からのトルクは入力軸側に伝達させないようにした機能を有するクラッチであり、負荷側から駆動部が回転される不都合を防止する保護機構として使用される。

従来から知られている両方向クラッチは、一般に、ハウジングの一端部に収納され回転自在に支持された入力部材、該入力部材と同軸状態に前記ハウジングの他端部に収納され回転自在に支持された出力部材、前記入力部材と出力部材の間に介在されたころ等のロック部材を有する（特許文献１）。

入力部材からトルクが入力された場合は前記ロック部材のハウジングに対するロックを解除させてトルクの伝達を行う一方、出力部材からトルクが入力された場合は前記ロック部材をハウジングに対してロックさせてトルクの伝達を遮断するクラッチ機構を備えている。

前記特許文献１に開示されたものは、クラッチ機構として、出力部材とハウジングとの間に両方向クサビ部が設けられ、その両方向クサビ部にそれぞれ一対のころが介在される。その一対のころは、保持器の共通のポケットに収納され、その保持器は、入力部材と出力部材を径方向に貫通したピンに対し回転方向のすき間をおいて結合される。

前記入力部材にトルクが入力されると前記ピンが出力部材を同方向に回転させ、これと同時に保持器を同方向に回転させてころがロックされることを防止し、出力部材側に同方向のトルクを伝達する。

逆に、出力部材からトルクが入力されると、前記ピンが保持器に作用するより前に一方のころがロックされ入力部材の回転を防止する。これによって入力部材へのトルクの伝達が阻止される。

なお、前記の両方向クラッチは、回転方向が正逆いずれの方向にも同様の作用を行う。
特開平２−２７１１１６号公報（第１の実施例、第１図から第５図）

前記の両方向トルクリミッタにおいては、トルク発生部材として多数のころが用いられ、それらのころの保持器、入力部材と出力部材及び保持器を貫通するピン等の部品が必要となるので、構成が複雑であり、コスト高となる問題がある。

そこで、この発明は、構造が簡単で低コスト、かつコンパクトな両方向クラッチを提供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、図１等に示したように、ハウジング１１、前記ハウジング１１に収納されその一端部に回転自在に支持された入力部材１２、該入力部材１２と同軸状態に前記ハウジング１１に収納されその他端部に回転自在に支持された出力部材１３、前記入力部材１２と出力部材１３の間に介在されたロック部材、及び前記入力部材１２からトルクが入力された場合は前記ロック部材のハウジング１１に対するロックを解除させてトルクの伝達を行い、前記出力部材１３からトルクが入力された場合は前記ロック部材をハウジング１１に対してロックさせてトルクの伝達を遮断するクラッチ機構１５を備えた両方向クラッチを基本的な構成とする。

この発明においては、前記ロック部材はハウジング１１の内径面に拡径方向の弾性をもって装着されたコイルばね１４によって構成される。

前記クラッチ機構１５は、前記コイルばね１４の端部に設けられた内向きのフック３５（図３参照）と、前記入力部材１２に設けられたロック解除部２４と、前記出力部材１３に設けられたロック部２９とによって構成される。

前記ロック解除部２４とロック部２９は、それぞれ前記コイルばね１４の内径面に径方向の余裕をもって挿入される。また、該ロック解除部２４とロック部２９は、コイルばね１４の径方向の中心線の両側において所定の対向すき間ａをもって対向し、前記フック３５が前記コイルばね１４の当該フック３５側の端部から見た巻き方向の内側となるフック内面３５ａを前記ロック解除部２４側に向けて前記対向すき間ａに介在される。

前記コイルばね１４の一端部にのみフック３５を設ける場合と、両端部にフック３５、３６を設ける場合がある。両端部に設ける場合は、各フック３５、３６を前記対向すき間aに回転方向の余裕ｂ（図３参照）をもって介在させる。またコイルばね１４を軸方向に複数個配置した構成をとる場合もある。

〔作用〕
以上の構成の両方向クラッチは、ハウジング１１が固定された状態で使用に供される。入力部材１２に、コイルばね１４の巻き方向（図示の場合は右巻き）と反対方向のトルク（図３のロック解除部２４の矢印Ａ参照）が入力されると、入力部材１２のロック解除部２４がフック３５のフック内面３５ａに係合してコイルばね１４を縮径させる。これによってコイルばね１４のハウジング１１に対するロックが解除され、入力部材１２とともにコイルばね１４がハウジング１１に対して矢印Ａ方向に回転する。

前記の回転により、ロック解除部２４がフック３５を挟んで出力部材１３のロック部２９に押し当てられ、出力部材１３を同方向に回転させる。これにより入力部材１２に入力されたトルクが出力部材１３に伝達される（図３のロック部２９の矢印Ａ参照）。

また、出力部材１３側から、コイルばね１４の巻き方向と同方向のトルク（図３のロック部２９の一点鎖線矢印Ｂ参照）が入力されると、出力部材１３のロック部２９がフック３５の他方のフック外面３５ｂに係合してコイルばね１４を拡径させる。これによってコイルばね１４がハウジング１１に対してロックされ、出力部材１３から入力されたトルクが入力部材１２に伝達されることを阻止する。

なお、コイルばね１４の両端部にフック３５、３６を設けた場合は、矢印Ａで示した回転方向のトルクが入力されたとき、及び矢印Ｂで示した逆入力が出力側から入力されたときは、それぞれ前述と同様の作用が行われる。これに対し、前記の説明と逆方向の回転をもったトルクが入力されると、フック３６のフック内面３６ａにロック解除部２４が係合されコイルばね１４のロックを解除させ、トルクの伝達を行う。

また、前記の説明と逆方向の回転をもった逆入力に対しては、フック外面３６ｂにロック部２９が係合してコイルばね１４をロックさせる。したがって、入力トルクが正逆いずれの回転方向であってもこれを伝達し、また、逆入力トルクも正逆いずれの回転方向であってもその伝達を阻止する。

この発明によれば、ハウジング１１、入力部材１２、出力部材１３、コイルばね１４からなる少ない部品によって両方向クラッチを構成することができるので、部品コストが低く、組み立ても容易であり、製品の低コスト化、コンパクト化を図ることができる。

また、コイルばね１４の両端部にフック３５、３６を設けることにより、いずれの回転方向であっても両方向クラッチの作用を行わせることができる。さらに、コイルばね１４を複数個使用することにより、フック３５、３６に作用する負荷を分散させることができるので、高負荷化、長寿命化を図ることができる。

以下、この発明に係る両方向クラッチの実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１から図４に示した実施例１の両方向クラッチは、ハウジング１１、前記ハウジング１１に収納されその一端部に回転自在に支持された入力部材１２、該入力部材１２と同軸状態に前記ハウジング１１に収納されその他端部に回転自在に支持された出力部材１３、前記入力部材１２と出力部材１３の間に介在されたロック部材としてのコイルばね１４及びクラッチ機構１５を備えている。

前記ハウジング１１は、一端部の外径面に固定つば部１６が設けられる。その固定つば部１６を設けたハウジング１１の端部内径面にハウジング１１の内径面より小径となる出力側の軸受部１７が設けられる。ハウジング１１の他端部の内径面に係合溝３１が形成され、その係合溝３１に環状の蓋部材１８の係合リブ３２が嵌合される。その蓋部材１８の内径面が入力側の軸受部１９となっている。

前記の入力部材１２は、図１及び図２、特に図４及び図５（ａ）（ｂ）に示したように、つば部２２の一端面に円筒状の入力軸部２１が設けられる。その入力軸部２１の端面に一対の係合凹部２３が設けられる。前記つば部２２の他端面に該入力軸部２１と同径同一軸芯の半管状のロック解除部２４が設けられる。該ロック解除部２４の断面形状は、図３に示したように、完全な半円形断面より小さい樋形断面（即ち、円筒体の中心線を通る面と平行な面で切断した場合の劣弧側の断面形状）をなす。

前記のロック解除部２４を設けた側のつば部２２の端面に、該ロック解除部２４の断面形状に対して相補的な形状をもった凹入段差部でなる嵌合凹部２５が設けられる（図４、図５（ｂ）参照）。

出力部材１３も、前記入力部材１２と同様に、つば部２７の一端面に円筒状の出力軸部２６が設けられる。その出力軸部２６の端面に一対の係合凹部２８が設けられる。前記つば部２７の他端面に該出力軸部２６と同径同一軸芯の半管状のロック部２９が設けられる。該ロック部２９の断面形状は、前記ロック解除部２４と同様の樋形断面をなす。

前記ロック部２９を設けた側のつば部２７の端面においても、前記入力部材１２の場合と同様に、該ロック部２９の断面形状に対して相補的な形状をもった凹入段差部でなる嵌合凹部３０が設けられる（図４、図５（ａ）参照）。

前記入力部材１２と出力部材１３は、後述する出力部材１３の補強突起３３、３４の部分を除き同一形状である。両者の組み合わせは、図４に示したように、両部材１２、１３をロック解除部２４とロック部２９がつば部２２、２７の内側で対向するように軸方向に配置し、かつ、ロック解除部２４とロック部２９の軸方向の対向面２４ａ、２４ｂ、２９ａ、２９ｂを相互に径方向に対向させる。さらに、入力部材１２のロック解除部２４の先端部を出力部材１３の嵌合凹部３０に嵌合させ、また、出力部材１３のロック部２９の先端部を入力部材１２の嵌合凹部２５に嵌合させることにより組み合わせる。

上記の組み合わせによって入力部材１２と出力部材１３が一体に組み合わされ、対向面２４ａ、２４ｂと対向面２９ａ、２９ｂの間に一定の対向すき間aが形成される（図１、図３参照）。

前記の入力部材１２と出力部材１３をハウジング１１に組み込む際は、ハウジング１１の開口から出力部材１３を挿入してその出力軸部２６を軸受部１７から外部に突き出し、つば部２７をハウジング１１の端面に係合させ抜け止めを図る。次に、ハウジング１１の内径面にコイルばね１４を装着し、その後に入力部材１２を挿入し、前述のように、ロック解除部２４の先端部を出力部材１３の嵌合凹部３０に嵌合させ、また出力部材１３のロック部２９の先端部を入力部材１２の嵌合凹部２５に嵌合させる。

ハウジング１１の開口端面に蓋部材１８が嵌合され、つば部２２によって入力部材１２の抜け止めが図られるとともに軸受部１９において入力軸部２１が回転自在に支持される。

前記出力部材１３において、そのつば部２７のロック部２９に接した部分において、該ロック部２９の一方の対向面２９ｂと共通の面をもった補強突起３４が設けられる（図４、図５（ａ）参照）。同様に該ロック部２９の先端部に近い部分において、該ロック部２９の軸方向の他方の対向面２９ａと共通の面をもった補強突起３３が設けられる。

前記のコイルばね１４は、角形断面の鋼線をすき間なく巻いて構成され（図示の場合は右巻き）、両端部に内径向きに屈曲されたフック３５、３６が形成される。コイルばね１４の長さは、そのフック３５、３６間の長さが前記補強突起３３、３４の間隔と一致する長さに設定される。

前記のコイルばね１４は通常状態より縮径して装着されることにより、拡径方向の弾性をもってハウジング１１の内径面に緊縛される。その装着状態においてコイルばね１４の内径面と、前記ロック解除部２４とロック部２９の外径面は、径方向に若干のすき間をおいて対向する（図３参照）。

また、図３に示したように、前記フック３５、３６の回転方向に見た場合の幅は前記の対向すき間aの大きさより小さく形成され、各フック３５、３６は対向すき間ａの部分に回転方向の余裕ｂをおいて径方向外側から挿入される。その余裕ｂの大きさは、ロック解除部２４が一方のフック３５に作用してコイルばね１４を縮径させてロックを解除するまでの間にロック部２９が他方のフック３６に作用することがない大きさに設定される。

即ち、余裕ｂが小さいか又はゼロである場合は、ロック解除部２４がフック３５に作用してコイルばね１４のロックを解除する前にロック部２９が他方のフック３６に作用しコイルばね１４を拡径させる力を及ぼすので、ロック解除作用が不安定になる不都合がある。余裕ｂはこのような不都合を生じさせない大きさに設定される。

但し、コイルばね１４の一端にのみフック３５が設けられている場合は、このような不都合は起こり得ないので、前記の余裕ｂは不要である。

図３に示したように、一方のフック３５を設けた側の端面から見た場合、フック３５は、巻き方向の側面（即ち、右側面）となるフック内面３５ａとその反対側のフック外面３５ｂを有し、同様に、他方のフック３６もその端面側から見た場合に巻き方向の側面となるフック内面３６ａと反対側のフック外面３６ｂを有する。また、前記のフック外面３５ｂ、３６ｂはそれぞれフックアール面３５ｃ、３６ｃを経てコイル部分に繋がる形状をなす。

前記のロック解除部２４の対向面２４ａ、２４ｂは、それぞれ前記のフック内面３５ａ、３６ａに対向し、またロック部２９の対向面２９ａ、２９ｂはフック外面３５ｂ、３６ｂに対向する。また、前記フックアール面３５ｃ、３６ｃに対し、それぞれ前記の補強突起３４、３３が巻き方向に接近し、フックアール面３５ｃ、３６ｃに過大な負荷が作用した場合の過大な湾曲変形を防止する。

実施例１の両方向クラッチは以上のようなものであり、次にその作用について説明する。

この両方向クラッチは、ハウジング１１が固定つば部１６によって装置のフレーム等に固定した状態で使用に供され、入力軸部２１に挿入された駆動軸に立てたピンが係合凹部２３に係合され、また、出力軸部２６に挿入された従動軸に立てたピンが係合凹部２８に係合される。

前記の駆動軸から入力部材１２にコイルばね１４の巻き方向と反対方向の駆動トルク（図３の入力部材１２のロック解除部２４に付した矢印Ａ参照）が入力された場合、ロック解除部２４がフック３５のフック内面３５ａに係合してコイルばね１４を縮径させる。これによってコイルばね１４のハウジング１１に対するロックが解除され、入力部材１２とともにコイルばね１４がハウジング１１に対して矢印Ａ方向に回転する。

前記の回転により、ロック解除部２４がフック３５を挟んで出力部材１３のロック部２９に押し当てられ、出力部材１３を同方向に回転させる。これにより駆動軸に加えられた入力トルクが出力側の従動軸に伝達される。

なお、フック内面３５ａにロック解除部２４が作用してロック解除させるに至るまでの間は、前記の余裕ｂの存在により、ロック部２９が他のフック３６に作用することが避けられる。

入力部材１２に前記と逆回転のトルクが入力された場合は、フック３６側において前記と同様の縮径作用が行われ、フック３６を挟んで出力部材１３にトルクが伝達される。

逆入力が発生した場合、出力部材１３側から、コイルばね１４の巻き方向と同方向のトルク（図３のロック部２９に付した一点鎖線矢印Ｂ参照）が入力されたとすると、出力部材１３のロック部２９がフック３５のフック外面３５ｂに係合してコイルばね１４を拡径させる。これによってコイルばね１４がハウジング１１に対してロックされ、出力部材１３のトルクが入力部材１２に伝達されることを阻止する。

逆入力の回転方向が前記と逆の場合は、フック３６側において前記と同様の拡径作用が行われ、トルクの伝達が阻止される。

以上は、コイルばね１４の両端部にフック３５、３６を設けた場合について述べたが、一方のフック３５のみが設けられた場合は、入力側の回転が一方向（矢印Ａ）に限られ、また逆入力を阻止できる回転も一方向（矢印Ｂ）に限られる。

また、コイルばね１４を複数個直列に配置し、それぞれのコイルばね１４のフック３５、３６を前述のように、対向すき間ａに介在させた構成をとることができる。この構成によると、フック３５、３６に作用する負荷が分散されるので耐久性を向上させることができる。

実施例１の断面図図１のＸ_１−Ｘ_１線の断面図図２のＸ_２−Ｘ_２線の拡大断面図実施例１の入力部材と出力部材の分解平面図（ａ）実施例１の分解斜視図、（ｂ）同上の入力部材の斜視図

符号の説明

１１ハウジング
１２入力部材
１３出力部材
１４コイルばね
１５クラッチ機構
１６固定つば部
１７軸受部
１８蓋部材
１９軸受部
２１入力軸部
２２つば部
２３係合凹部
２４ロック解除部
２４ａ、２４ｂ対向面
２５嵌合凹部
２６出力軸部
２７つば部
２８係合凹部
２９ロック部
２９ａ、２９ｂ対向面
３０嵌合凹部
３１係合溝
３２係合リブ
３３補強突起
３４補強突起
３５フック
３５ａフック内面
３５ｂフック外面
３５ｃフックアール面
３６フック
３６ａフック内面
３６ｂフック外面
３６ｃフックアール面

Claims

ハウジング(１１)、前記ハウジング(１１)に収納されその一端部に回転自在に支持された入力部材(１２)、該入力部材(１２)と同軸状態に前記ハウジング(１１)に収納されその他端部に回転自在に支持された出力部材(１３)、前記入力部材(１２)と出力部材(１３)の間に介在されたロック部材、及び前記入力部材(１２)からトルクが入力された場合は前記ロック部材のハウジング(１１)に対するロックを解除させてトルクの伝達を行い、前記出力部材(１３)からトルクが入力された場合は前記ロック部材をハウジング(１１)に対してロックさせてトルクの伝達を遮断するクラッチ機構(１５)を備えた両方向クラッチにおいて、
前記ロック部材は、前記ハウジング(１１)の内径面に拡径方向の弾性をもって装着されたコイルばね(１４)によって構成され、
前記クラッチ機構(１５)は、前記コイルばね(１４)の端部に設けられた内向きのフック(３５)と、前記入力部材(１２)に設けられたロック解除部(２４)と、前記出力部材(１３)に設けられたロック部(２９)とによって構成され、
前記ロック解除部(２４)とロック部(２９)は、それぞれ前記コイルばね(１４)の内径面に径方向の余裕をもって挿入されるとともに、該コイルばね(１４)の径方向の中心線の両側において所定の対向すき間(ａ)をもって対向し、前記フック(３５)がそのフック内面(３５ａ)を前記ロック解除部(２４)側に向けて前記対向すき間(ａ)に挿入されたことを特徴とする両方向クラッチ。
前記コイルばね(１４)の両端部にフック(３５、３６)が設けられ、各フック(３５、３６)がそのフック内面(３５ａ、３６ａ)を前記ロック解除部(２４)側に向けて前記対向すき間(a)に回転方向の余裕をもって挿入されたことを特徴とする請求項１に記載の両方向クラッチ。
前記コイルばね(１４)が軸方向に複数個配列されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の両方向クラッチ。
前記入力部材(１２)は、つば部(２２)を挟んで一端部に入力軸部(２１)、他端部に半円筒形の前記ロック解除部(２４)を有し、前記出力部材(１３)は、つば部(２７)を挟んで一端部に出力軸部(２６)、他端部に半円筒形の前記ロック部(２９)を有し、前記入力軸部(２１)と出力軸部(２６)がそれぞれ前記ハウジング(１１)両端部の軸受部(１９、１７)において回転自在に支持され、前記各つば部(２２、２７)がハウジング(１１)の両端面の内面に接して収納され、前記半円筒形のロック解除部(２４)とロック部(２９)が前記の対向すき間(ａ)をもって対向し、その対向すき間(ａ)の大きさが前記フック(３５、３６)の幅より大きく形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の両方向クラッチ。
前記入力部材(１２)及び出力部材(１３)は、それぞれロック解除部(２４)及びロック部(２９)を設けた前記つば部(２２、２７)の面にそれぞれロック解除部(２４)及びロック部(２９)の断面形状と相補的な形状の嵌合凹部(２５、３０)が設けられ、前記入力部材(１２)の嵌合凹部(２５)に前記ロック部(２９)の先端部が嵌合され、前記出力部材(１３)の嵌合凹部(３０)に前記ロック解除部(２４)の先端部が嵌合されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の両方向クラッチ。
前記出力部材(１３)のロック部(２９)において、前記フック(３５、３６)に対応した部分に該フックアール面(３５ｃ、３６ｃ)に達する補強突起(３３、３４)が設けられたことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の両方向クラッチ。