JP2011012716A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】一方向クラッチにおいて、部品点数を増大させることなく、バックラッシュを小さくすると共に静粛性や耐久性を向上し得る。
【解決手段】アウタ部材２の内歯車２ｂに噛合する歯車部４ａを有する遊星歯車部材４に、歯車部に対して同軸かつ一体にフランジ部４ｃを介してロック歯部４ｂを設ける。インナ部材３に、ロック歯部４ｂを受容するＵ字状壁部３ｂを設け、U字状壁部にロック歯部の一部の歯が係合し得る係合部５を設ける。ロック歯部によりロック状態を実現することから、歯車部が歯数に制約を受けても、ロック歯の歯数（ピッチ）を任意に細かく設定することができ、遊星歯車部材の回転に伴うロック状態の間隔が細かくなり、部品点数が増加することなく、一方向クラッチにおけるバックラッシュを低減できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、一方向クラッチに関し、特に、負荷側から駆動側が逆駆動されることを防止するのに適した一方向クラッチに関するものである。

従来、一方向クラッチが用いられている機械装置は種々あり、例えばコピー機の紙送り機構においては、紙詰まりの際の用紙除去に支障が生じないようにするために、用紙搬送ローラと駆動モータとの間に一方向クラッチが設けられている。

この一方向クラッチとして、内歯車を有するアウタ部材と、アウタ部材に同軸的に且つ回動自在に受容されると共に、その外周部に凹部を有するインナ部材と、凹部に回転自在に受容され且つ内歯車に噛合する遊星歯車とを有し、アウタ・インナ部材の相対回転により転動する遊星歯車の一方への転動時には遊星歯車の一部の歯が係合するが、他方への転動時には係合解除となるように凹部側に係合部を設け、アウタ・インナ部材の相対回転の一方向へはトルクが伝達され、他方向へはトルクが伝達されなくなるようにしてものが知られている（例えば特許文献１・２参照）。

特許第３８６２３６０号公報 特開２００５−１７２１９９号公報

上記特許文献１のものでは、一方向クラッチにおけるバックラッシュを低減するために、遊星歯車の隣り合う歯の間隔よりも狭くかつ歯先部分の歯厚よりも広い間隔を有する複数の突起を凹部の凹面に設けている。しかしながら、突起の形状は、遊星歯車の係合・非係合位置間の移動量の制限を受け、小さい突起となり、その成形性に難があるという問題がある。

また、上記特許文献２のものでは、凹部の凹面に歯先が摺接しながら遊星歯車が回転するものにおける静粛性や耐久性を改善すべく、遊星歯車の移動範囲規定手段（ガイド）を設けて遊星歯車のフリー回転時に歯先が凹部の凹面に当たらないようにしている。それにより、静粛性や耐久性が向上するが、別部品を設けてガイドするこようにしていることから、部品点数の増大や大型化してまうという問題がある。

このような課題を解決して、部品点数を増大させることなく、バックラッシュを小さくすると共に静粛性や耐久性を向上し得る一方向クラッチを提供するために、本発明に於いては、内歯車を有するアウタ部材と、前記アウタ部材と同軸上で相対回転自在であり且つその外周部に凹部を有するインナ部材と、前記凹部内に転動可能に緩く受容され且つ前記内歯車に噛合する歯車部を有する遊星歯車部材とを備え、前記アウタ部材に対して前記インナ部材が一方へ回転する向きには、その回転に伴って前記遊星歯車部材が前記凹部内で自由に回転し、前記アウタ部材に対して前記インナ部材が他方へ回転する向きには、その回転に伴って回転しようとする前記遊星歯車部材が前記アウタ部材と前記インナ部材との間でロック状態になる一方向クラッチであって、前記遊星歯車部材が、前記歯車部と同軸に設けられ且つ外周面に複数のロック歯が設けられたロック歯部を有し、前記インナ部材が、前記ロック歯部の一部のロック歯が係合し得る係合部を有し、前記ロック歯部の一部のロック歯が前記係合部と係合することにより前記ロック状態になるものとした。

これによれば、遊星歯車部材に設けたロック歯部のロック歯が係合部に係合してアウタ・インナ部材のロック状態になることから、アウタ部材の内歯車に噛合する歯車部を係合状態にしてロック状態にする必要が無く、遊星歯車として機能する歯車部の歯数とは関係なくロック歯の歯数（ピッチ）を設定することができ、ロック歯のピッチを細かく設定することにより、一方向クラッチにおけるバックラッシュを低減できる。

特に、前記遊星歯車部材に、前記歯車部と前記ロック歯部との間に同軸にフランジ部を設けると良い。これによれば、歯車部の歯をフランジ部と一体化して形成することができ、それにより歯車部の歯の強度を高めることができると共に、遊星歯車部材の転動においてフランジ部の外周面が凹部の凹面を摺接するようにすることにより、滑らかな面同士の摺接となり、遊星歯車部材の転動時の静音化を向上し得る。

さらに、前記フランジ部は、前記歯車部の歯先円と同一または大径に形成されていると良い。これによれば、歯車部の歯を歯先に至るまでフランジ部と一体に形成することができると共に、歯車部の歯が凹部の凹面に摺接することを確実に防止することができるため、耐久性及び静音化をより一層向上し得る。

また、前記ロック歯部のロック歯と前記係合部との互いに係合する各係合面は、互いに係合する向きが前記ロック歯部の円周方向に対して略直交する向きになるように形成されていると良い。これによれば、ロック歯と係合部との係合方向が、遊星歯車部材の回転方向と略一致するようになるため、ロック時の強度が大きくなり、同じ強度であればロック歯と係合部との大きさを小さくすることができる。

このように本発明によれば、遊星歯車部材を、アウタ部材の内歯車に噛合する歯車部と、歯車部に同軸かつ一体に設けたロック歯部とを有するように形成して、ロック歯部によりロック状態を実現することから、歯車部が歯数に制約を受けても、ロック歯の歯数（ピッチ）を任意に細かく設定することができ、遊星歯車部材の回転に伴うロック状態の間隔が細かくなり、部品点数が増加することなく、一方向クラッチにおけるバックラッシュを低減できると共に、歯車部を係合させてロック状態にしないため、歯車部の歯の強度を必要最小限とすることができ、コンパクト化が可能である。

本発明に基づく一方向クラッチの軸線方向に沿って破断して示す断面図である。 図１のII−II線に沿って見た矢視図である。 図１のIII−III線に沿って見た矢視図である。 一方向クラッチの構成要素を示す分解組立斜視図である。 インナ部材に遊星歯車部材を組み付けた状態を示す要部拡大斜視図である。 図５にアウタ部材を組み付けた状態を示す要部拡大斜視図である。 ロック歯部の係合状態を示す要部拡大正面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に基づく一方向クラッチの軸線方向に沿って破断して示す断面図であり、図２は図１のII−II線に沿って見た矢視図であり、図３は図１のIII−III線に沿って見た矢視図であり、図４は一方向クラッチの構成要素を示す分解組立斜視図である。なお、この一方向クラッチは、例えばプリンタの紙送り機構に設けられるものであって良い。

図示例の一方向クラッチ１は、アウタ部材２と、インナ部材３と、両部材２・３間に介装された図示例では４個の遊星歯車部材４とにより構成されている。それら各部材２・３・４は合成樹脂材を一体成形して形成されるものであって良い。

アウタ部材２は、図２に併せて示されるように、外周面に図示されないモータにギア結合される外歯車２ａと、内周面に内歯車２ｂとを有する浅底の筒状に形成されている。なお、底部の外側には外方に同軸に突出する環状ボス部２ｃが形成されている。

インナ部材３は、図３に示されるように、アウタ部材２の環状ボス部２ｃに挿通状態で相対的に回転自在に支持される環状胴部３ａと、環状胴部３ａの外周面に９０度間隔で配置されかつ半径方向外向きに開口する４つのＵ字状壁部３ｂと、軸線方向外側端面に形成されたトルク伝達用の一対の係合突部３ｃとを有する浅底の筒状に形成されている。なお、環状胴部３ａの貫通孔に挿通される図示されない軸部材によりインナ部材３が回転自在に支持され、そのインナ部材３に対して上記したようにアウタ部材２が相対的に回転自在に支持される構成となっている。

遊星歯車部材４は、図４では代表して１つのみ図示されているが、その図に示されるように、アウタ部材２の内歯車２ｂに噛合する歯車部４ａと、インナ部材３のU字状壁部３ｂに受容されるロック歯部４ｂと、歯車部４ａとロック歯部４ｂとの間に設けられた円筒面を有するフランジ部４ｃとをそれぞれ同軸に有するように形成されている。なお、フランジ部４ｃの外径は歯車部４ａの歯先円より少しだけ大径にされているが、同一径であっても良く、ロック歯部４ｂの外径はフランジ部４ｃの外径と同一であって良い。

アウタ部材２の内歯車２ｂの歯幅は、遊星歯車部材４の歯車部４ａの歯幅に対応する長さにされており、歯車部４ａに隣接するフランジ部４ｃは組み付け状態でインナ部材３側に受容される。ロック歯部４ｂのロック歯は、断面形状で鋸歯状に形成されていると共に、歯車部４ａの歯数の倍またはそれ以上の歯数で設けられている。

Ｕ字状壁部３ｂは、インナ部材３の周方向の一方の側ではロック歯部４ｂとフランジ部４ｃとを合わせた長さ（インナ部材３の軸線方向長さ）の短い幅にて形成され、インナ部材３の周方向の他方の側では遊星歯車部材４の全長（軸線方向長さ）と略同一長さの長い幅にて形成されている。Ｕ字状壁部３ｂのインナ部材３の周方向に対応する内幅は、ロック歯部４ｂが少しだけ移動し得る長さに設定されている。

そして、Ｕ字状壁部３ｂの上記した短い幅の方には、その内周面に係合部５が設けられている。係合部５は、図示例では、Ｕ字状壁部３ｂの全体としてＵ字状をなす内周面に対して半径方向外向きに切り取って形成された段部からなる。遊星歯車部材４がＵ字状壁部３ｂ内を係合部５側に転動した場合には、ロック歯部４ｂの一部（１つ）のロック歯が係合部５に係合し得るようにされている。

次に、各部材２・３・４の組み付け要領について説明する。図５に示されるように、遊星歯車部材４のロック歯部４ｂがインナ部材３のＵ字状壁部３ｂにより受容される状態に載置する。その状態のインナ部材３に対してアウタ部材２を同軸に被せるように、アウタ部材２の環状ボス部２ｃをインナ部材３の環状胴部３ａに嵌装する（図６）。

図６の嵌装状態で、各遊星歯車部材４の歯車部４ａはアウタ部材２の内歯車部２ｂと噛合する。また、環状ボス部２ｃの内周面と環状胴部３ａの外周面とには、アウタ部材２とインナ部材３とが互いに同軸に対向しかつ重ね合わされた状態で互いに嵌り合う周方向突部２ｄと周方向溝３ｄとが設けられている。図６に示されるように、周方向突部２ｄと周方向溝３ｄとの凹凸係合により、アウタ部材２とインナ部材３とは、互いに相対回転可能であるが軸線方向には抜け止めされた状態で一体的に組み付けられる。

このようにして組み付けられた一方向クラッチ１では、インナ部材３に対してアウタ部材２が相対的に図２の矢印Ａの向きに回転しようとする場合には、歯車部４ａが内歯車２ｂと噛合している遊星歯車部材４が矢印Ａ方向に転動する。これにより、図７に示されるように、ロック歯部４ｂの一部のロック歯が係合部５に係合し、遊星歯車部材４の転動が止められて、アウタ部材２とインナ部材３とが互いにロック状態になる。モータでアウタ部材２が駆動される場合には、モータトルクがインナ部材３に伝達され、例えばインナ部材３に連結される紙送りローラ（図示せず）が回転する。

逆に、上記紙送りローラが停止時に紙に加わる張力で図２の矢印Ａの向きに回転しようとするトルクがインナ部材３に作用した場合には、アウタ部材２に対してインナ部材３が相対的に矢印Ａの向きに回転するため、ロック歯部４ｂに対して係合部５が先行するようになり、両者の係合状態が解除されて一方向クラッチ１のロック状態が解除される。その状態では、遊星歯車部材４はＵ字状壁部３ｂの長い幅の方により押されるようになり、内歯車２ｂに歯車部４ａが噛み合いながら遊星歯車部材４がフリー回転する。

上記したように、遊星歯車部材４のフランジ部４ｃの外径は歯車部４ａの歯先円より大径であることから、上記遊星歯車部材４のフリー回転状態ではフランジ部４ｃの外周面がＵ字状壁部３ｂの内周面に摺接する。フランジ部４ｃの外周面は円周となるように形成されており、フランジ部４ｃの外周面とＵ字状壁部３ｂの内周面との接触状態は遊星歯車部材４の回転位置にかかわらず常に一定である。

従来のように歯車の歯先が直接Ｕ字状壁部３ｂの内周面（凹部の凹面）に摺接する場合には、歯数に対応した多角形の各角部が摺接するのと同じようになる。その場合には、遊星歯車部材４の回転位置により段差が生じて摺接するようになるため、タタキ音が発生する。

それに対して、本発明の上記構造によれば、常に同一径のフランジ部４ｃの外周面が摺接し得るため、上記したようなタタキ音は発生せず、静粛性が確保される。

また、フランジ部４ｃが歯車部４ａと一体成形により形成されていることにより、歯車部４ａの強度が高くなり、遊星歯車部材４を小径化した場合の歯車部４ａの強度を高く保つことができ、一方向クラッチ１を何等問題なくコンパクト化し得る。

また、従来の遊星歯車を用いた一方向クラッチでは、遊星歯車の歯の一部を、凹部に設けた係合部に係合させてロック状態にしており、その場合には遊星歯車の隣り合う歯の間隔によるバックラッシュが大きかった。

それに対して、遊星歯車としての歯車部４ａではなく、ロック歯部４ｂの歯を係合部５に係合させてロック状態としており、ロック歯部４ｂの歯を係合状態に合わせて設計できる。図７に示されるように、ロック歯部４ｂの歯６は、ロック歯部４ｂの円周方向（矢印Ｂ）に対して直交する（９０度）面６ａを有する。係合部５を形成する段の面も、ロック状態においてロック歯部４ｂの円周方向Ｂに対して直交する（９０度）ように形成されており、ロック状態で互いに正対して係合する。

このような形状同士の係合により、ロック歯部３ｂの回転方向のトルクが分力として逃げることなく係合部５により受け止められる。これにより、ロック歯部４ｂの歯６の高さなどの形状を小さくしても十分な係合力が得られ、歯６の高さを小さくかつピッチも小さくすることができる。そのようにロック歯部４ｂを形成することにより、細かいピッチでロック状態になり得るため、従来の遊星歯車の歯を係合させてロック状態にしていた構造のものに対してバックラッシュが小さくなるため、高精度かつ高品質な一方向クラッチを提供し得る。

また、遊星歯車として機能する歯車部４ａと、ロック状態を実現するロック歯部４ｂとを１つの部材である遊星歯車部材４として形成することができる。その遊星歯車部材４を一体成形することができるため、従来のアウタ・インナ部材と遊星歯車との３部品と部品点数は何等変わらずに一方向クラッチを構成することができ、部品点数の増加を伴わずにバックラッシュの小さな一方向クラッチ１を実現し得る。

なお、ロック歯部４ｂの歯６の係合する面６ａと係合部５とをロック歯部４ｂの円周方向Ｂに対してそれぞれ９０度になる面として形成したが、９０度に限られるものではなく、ロック状態のトルク設計値が確保されるのであれば略９０度であって良く、それにより成形誤差が許容され、加工コストの低廉化を促進し得る。

また、ロック歯部４ｂもフランジ部４ｃと一体成形されており、それにより歯６の強度も高まり、耐久性も向上する。フランジ部４ｃは歯車部４ａとロック歯部４ｂとの間に設けられており、上記したようにフランジ部４ｃの外周面をＵ字状壁部３ｂの内周面に摺接させている。ロック状態で係合部５及びロック歯部４ｂの係合部分と歯車部４ａ及び内歯車２ｂの噛合部分とが遊星歯車部材４の軸線方向に互いにずれており、係合部分と噛合部分とが力点と作用点となる杆において、その支点がフランジ部４ｃとなり得るため、歯車部４ａやロック歯部４ｂの各歯先に荷重が加わることがなく、過荷重による各歯の摩耗や変形を防止し得る。

本発明にかかる一方向クラッチは、バックラッシュを小さくすることができ、プリンタの紙送り機構に限られず、種々の装置に用いられる一方向クラッチとして有用である。

１ 一方向クラッチ
２ アウタ部材
２ｂ 内歯車
３ インナ部材
３ｂ Ｕ字状壁部
４ 遊星歯車部材
４ａ 歯車部
４ｂ ロック歯部
４ｃ フランジ部
５ 係合部
６ 歯
６ａ 面

Claims (4)

1. 内歯車を有するアウタ部材と、前記アウタ部材と同軸上で相対回転自在であり且つその外周部に凹部を有するインナ部材と、前記凹部内に転動可能に緩く受容され且つ前記内歯車に噛合する歯車部を有する遊星歯車部材とを備え、前記アウタ部材に対して前記インナ部材が一方へ回転する向きには、その回転に伴って前記遊星歯車部材が前記凹部内で自由に回転し、前記アウタ部材に対して前記インナ部材が他方へ回転する向きには、その回転に伴って回転しようとする前記遊星歯車部材が前記アウタ部材と前記インナ部材との間でロック状態になる一方向クラッチであって、
   前記遊星歯車部材が、前記歯車部と同軸に設けられ且つ外周面に複数のロック歯が設けられたロック歯部を有し、
   前記インナ部材が、前記ロック歯部の一部のロック歯が係合し得る係合部を有し、
   前記ロック歯部の一部のロック歯が前記係合部と係合することにより前記ロック状態になることを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記遊星歯車部材に、前記歯車部と前記ロック歯部との間に同軸にフランジ部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記フランジ部は、前記歯車部の歯先円と同一または大径に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 前記ロック歯部のロック歯と前記係合部との互いに係合する各係合面は、互いに係合する向きが前記ロック歯部の円周方向に対して略直交する向きになるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の一方向クラッチ。

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