JP2011089570A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】一方向の入力トルクの伝達を行う逆入力遮断クラッチの駆動ロスを低減する。
【解決手段】入力回転部材１を構成する外輪１０と出力軸２との間の楔形空間１２に配されるころ３を、ハウジング７から摺動ばね５を介して回転抵抗を受ける保持器４で保持するとともに、その保持器４にフライホイール６を取り付けて、一定方向の入力トルクが加えられたときは、保持器４でころ３を外輪１０および出力軸２と係合させて出力軸２にトルクを伝達し、その入力トルクの供給が停止したときには、保持器４がフライホイール６と一体に惰走してころ３と外輪１０および出力軸２との係合状態を解除することにより、逆入力トルクに対して出力軸２が空転するようにした。これにより、従来のクラッチに比べて摺動ばね５とハウジング７との間の摩擦力を小さく設定して、その摩擦力に起因する駆動ロスを低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力側に加えられる入力トルクを出力側に伝達し、出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達されないようにする逆入力遮断クラッチに関する。

逆入力遮断クラッチは、同一軸心のまわりに回転する入力回転部材と出力回転部材とをトルク伝達可能に連結し、その連結部に逆入力遮断機構、すなわち入力回転部材に加えられる入力トルクを出力回転部材に伝達し、出力回転部材に加えられる逆入力トルクは入力回転部材に伝達しない機構を設けたものである。そのうち、逆入力トルクに対して出力回転部材を空転させる方式のものは、例えば、複写機やプリンタ等の事務機の紙送り装置に、紙詰まりを生じた用紙を容易に引き抜けるようにするための手段として組み込まれている。

ところで、逆入力遮断クラッチの使用条件としては、入力回転部材の回転方向が一方向に限定されている場合、例えば用紙を送る方向が一定の紙送り装置に組み込まれるような場合がある。そこで、本出願人は、このような使用条件のもとで一方向の入力トルクのみを伝達し、逆入力トルクに対しては出力回転部材を空転させる構造の逆入力遮断クラッチを提案した（特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された逆入力遮断クラッチの具体的な構造は、入力回転部材の径方向内側に入力回転部材と同心状態に出力回転部材を配し、その出力回転部材の外周面を円筒面とし、入力回転部材の内周面に所定の周方向間隔をおいて複数のポケットを設け、これらの各ポケットの底側に同一方向に傾斜するカム面を設けて、各ポケットのカム面と出力回転部材の円筒面との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、各ポケットに、ころと、ころを楔形空間の広大側へ向けて付勢する付勢ばねと、ころを挟んで付勢ばねと対向する位置に配される押さえ板とを収容し、固定部材と摺動する摺動ばねを押さえ板に係合させて押さえ板の制動機構を形成したものである。

このクラッチでは、入力回転部材に所定の一方向の入力トルクが加えられると、ころが固定部材から摺動ばねを介して回転抵抗を受ける押さえ板に押され、付勢ばねの弾性力に抗して楔形空間の狭小側へ相対移動して入力回転部材および出力回転部材と係合（ロック）することにより、出力回転部材にトルクが伝達されるようになっている。一方、出力回転部材に逆入力トルクが加えられたときは、付勢ばねがころおよび押さえ板を楔形空間の広大側へ押すことにより、ころの入力回転部材および出力回転部材との係合が解除された状態となるので、出力回転部材が空転して入力回転部材にはトルクが伝達されない。

特開２００５−３５１４２２号公報

上述した特許文献１に記載の逆入力遮断クラッチは、二方向の入力トルクを伝達する構造のものよりもコンパクト化することが可能である。しかし、入力トルクが加えられたときに確実にころを入力回転部材および出力回転部材と係合させるために、押さえ板でころを押す力が付勢ばねの弾性力よりも大きくなるように摺動ばねと固定部材との間の摩擦力（制動機構の制動力）を設定する必要があるので、その摩擦力に起因する駆動ロスが大きいという難点がある。

そこで、本発明は、一方向の入力トルクの伝達を行う逆入力遮断クラッチの駆動ロスを低減することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の逆入力遮断クラッチは、同一軸心のまわりに回転する入力回転部材と出力回転部材とを径方向内外に配し、前記入力回転部材の出力回転部材との対向面に所定の周方向間隔をおいて同一方向に傾斜するカム面を設けて、各カム面とこれに対向する前記出力回転部材の円筒面との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、各楔形空間にころを配するとともに、前記入力回転部材と出力回転部材との間に、前記各ころをポケットに収容して入力回転部材および出力回転部材と係脱自在に保持する保持器を配し、この保持器に回転抵抗を付与する制動機構を設けて、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときは、前記保持器でころを楔形空間の狭小側へ相対移動させて入力回転部材および出力回転部材と係合させることにより、出力回転部材にトルクが伝達されるようにするとともに、前記入力トルクの供給が停止したときに前記保持器でころを楔形空間の広大側へ移動させて前記ころと入力回転部材および出力回転部材との係合状態を解除するロック解除機構を設け、前記出力回転部材に逆入力トルクが加えられたときには、出力回転部材が空転して入力回転部材にトルクが伝達されないようにした構成を採用した。

すなわち、前述した従来のクラッチの付勢ばねに代えて、入力トルクの供給が停止したときに保持器でころと入力回転部材および出力回転部材との係合状態を解除するロック解除機構を設けることにより、ころの係合に必要な制動機構の制動力を従来よりも小さく設定して、その制動力に起因する駆動ロスを低減できるようにしたのである。

上記の構成において、前記ロック解除機構としては、前記保持器にフライホイールを取り付け、前記入力トルクの供給が停止したときに、前記保持器がフライホイールと一体に惰走して前記ころを楔形空間の広大側へ押し出すようにしたものを採用するとよい。

一方、前記制動機構としては、前記保持器に固定部材と摺動する摺動部材を係合させたものを採用することができる。ここで、前記摺動部材を、弾性体で形成され、その弾性力により前記固定部材に押し付けられるものとすれば、保持器に安定した回転抵抗を付与でき、クラッチ動作を安定させることができる。また、前記摺動部材として、金属製線材を少なくともその両端部が互いに重なり合うように巻いた摺動ばねを採用すれば、組み込み前の摺動ばねが他の部品に絡みにくくなり、クラッチを組み立てやすくなる。

また、前記保持器の内周側のポケット開口幅を、前記ころの直径よりも小さくすることにより、クラッチ組立て時には、入力回転部材と出力回転部材のうちの径方向外側に配された部材と保持器とで、ころをポケット開口から内周側へ脱落しないように保持できるようになり、組立て作業を効率よく行うことができる。

さらに、前記保持器のポケットの周方向両側の壁面を、前記ころの半径以上の曲率半径をもつ凹円弧面とすれば、保持器がころを押して入力回転部材および出力回転部材と係合させたりその係合を解除したりする際に、ころの移動がスムーズになり、クラッチ動作の安定性を向上させることができる。

そして、本発明の逆入力遮断クラッチは、駆動ロスの低減が強く求められる用途に適用した場合に効果が大きい。その使用形態としては、例えば、駆動ローラと従動ローラとを径方向で対向させ、前記駆動ローラをモータで駆動することにより前記両ローラ間に供給された用紙を送り出すようにした紙送り装置に、前記入力回転部材がモータの出力側に連結され前記出力回転部材が駆動ローラの入力側に連結される状態で組み込む場合や、外部回転体からのトルクを受けて、電気回路内のスイッチの一方の接点を他方の接点へ押し付けるスイッチ切替手段を備えた電気回路開閉機構に、前記入力回転部材が外部回転体の出力側に連結され前記出力回転部材がスイッチ切替手段の入力側に連結される状態で組み込む場合がある。

本発明の逆入力遮断クラッチは、上述したように、従来のクラッチの付勢ばねに代えて、入力トルクの供給が停止したときに保持器でころと入力回転部材および出力回転部材との係合状態を解除するロック解除機構を設けたものであるから、ころの係合に必要な制動機構の制動力を従来よりも小さく設定して、その制動力に起因する駆動ロスを低減することができる。

第１実施形態の逆入力遮断クラッチの分解斜視図 図１のクラッチの縦断正面図 図２のIII−III線に沿った断面図 ａ、ｂは、それぞれ図１のクラッチの動作を説明する要部の断面図 第２実施形態の逆入力遮断クラッチの縦断正面図 図５のクラッチの要部の分解斜視図 図1のクラッチの使用例の説明図 図５のクラッチの使用例の説明図 図８の矢印Ａ方向からの矢視図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は第１の実施形態を示す。この逆入力遮断クラッチは、図１乃至図３に示すように、入力回転部材１と、入力回転部材１の径方向内側に配される出力回転部材としての出力軸２と、入力回転部材１と出力軸２との間に配される複数のころ３と、各ころ３を保持する保持器４と、保持器４と係合する摺動ばね５と、保持器４と一体回転するフライホイール６と、入力回転部材１の径方向外側に配される固定部材としてのハウジング７とで基本的に構成されている。その出力軸２およびハウジング７は、入力回転部材１と同心状態に配されている。

前記ハウジング７は、円筒状部材の内周面を軸方向に３段に形成したもので、その一端側に設けられたフランジ７ａには固定用の取付孔７ｂがあけられている。また、その一端側内周には、入力回転部材１を通す円板状の蓋８が嵌め込まれている。

前記入力回転部材１は、二段円筒状の入力軸９の大径部内周に外輪１０を嵌め込んだものである。その入力軸９と外輪１０とは、入力軸９大径部内周面の軸方向リブ９ａを外輪１０外周面の回り止め溝１０ａに嵌め込むことにより一体に回転するようになっている。また、入力軸９は、その大径部をハウジング７の最大内径部で回転自在に支持され、ハウジング７に嵌め込まれた蓋８で抜け止めされている。そして、入力軸９の小径部には、断面がＤ字状に形成された部分にこれと合致する孔形状の入力歯車１１が嵌め込まれ、この入力歯車１１から入力回転部材１に入力トルクが加えられるようになっている。

前記外輪１０の内周面には、所定の周方向間隔をおいて同一方向に傾斜するカム面１０ｂが設けられており、このカム面１０ｂと出力軸２の外周円筒面との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間１２が形成されている。そして、各楔形空間１２に前記ころ３が一つずつ配されている。

前記保持器４は、ハウジング７の最小内径部に挿入されて回転自在に支持される円筒部４ａと、この円筒部４ａの一端に設けられたフランジ４ｂと、円筒部４ａの一端面に立設された複数の柱部４ｃとからなり、隣接する柱部４ｃどうしの間にころ３を収容するポケット１３が形成されている。そして、その各柱部４ｃが外輪１０と出力軸２との間に挿入され、フランジ４ｂがハウジング７の中間内径部の内周面と対向する状態で、ポケット１３に収容したころ３を外輪１０および出力軸２と係脱自在に保持するようになっている。また、そのフランジ４ｂの外周部には摺動ばね５と係合する凸部４ｄが設けられ、円筒部４ａの他端にはフライホイール６を取り付けるための凹部４ｅが設けられている。

この保持器４の内周側のポケット１３開口幅はころ３の直径よりも小さく形成され、クラッチ組立て途中でポケット１３にころ３を収容した保持器４の柱部４ｃを外輪１０の内周側に挿入したときに、ころ３が内周側へ脱落しないようになっている。また、ポケット１３の周方向両側の壁面（各柱部４ｃの周方向端面）はころ３の半径以上の曲率半径をもつ凹円弧面に形成され、後述するように柱部４ｃでころ３を押したときに、ころ３がスムーズに移動するようになっている。なお、ポケットの壁面は、この実施形態のような形状とすることが望ましいが、平面や円弧面以外の凹形曲面とすることもできる。

前記摺動ばね５は、金属製線材を環状に巻いたもので、ハウジング７の中間内径部の内周面と摺動する摺動部５ａと、摺動部５ａの両端から内側に延びるフック部５ｂとからなる。その摺動部５ａは両端部が互いに重なり合うように巻かれ、組み込み前の摺動ばね５が他の部品に絡みにくく、クラッチを組み立てやすくなっている。そして、両フック部５ｂが保持器フランジ４ｂの凸部４ｄに引っ掛けられて保持器４に係合するとともに、摺動部５ａが弾性的に縮径した状態でハウジング７の中間内径部の内周面に押し付けられ、これにより保持器４に回転抵抗を付与する制動機構が形成されている。

前記フライホイール６は、ハウジング７の外側に配される円筒部６ａと、出力軸２を通す蓋部６ｂと、蓋部６ｂの内面に設けられた突出部６ｃとからなり、その突出部６ｃが保持器円筒部４ａの凹部４ｅに嵌め込まれて、保持器４と一体回転するようになっている。これにより、後述するようにころ３と外輪１０および出力軸２との係合状態を解除するロック解除機構が形成されている。

また、フライホイール６および入力歯車１１は、それぞれに隣接する位置で出力軸２に嵌め込まれた止め輪１４、１５により抜け止めされている。

次に、この逆入力遮断クラッチの動作について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、入力回転部材１に所定の一方向（図中の矢印方向）の入力トルクが加えられたときには、外輪１０がそのカム面１０ｂでころ３を押してころ３とともに保持器４およびフライホイール６を回転させようとするが、保持器４はハウジング７から摺動ばね５を介して回転抵抗を受けてその場に留まろうとするため、保持器４の柱部４ｃに押されたころ３が相対的に楔形空間１２の狭小側へ移動して外輪１０および出力軸２と係合し、出力軸２にトルクが伝達される。

一方、上記のように入力側から出力側へのトルク伝達が行われているときに入力トルクの供給が停止すると、図４（ｂ）に示すように、入力回転部材１も停止するが、保持器４は慣性の大きいフライホイール６と一体に惰走して（図中の矢印方向）ころ３を楔形空間１２の広大側へ押し出し、ころ３と外輪１０および出力軸２との係合状態が解除される。その後、保持器４が受ける回転抵抗により、保持器４、フライホイール６およびころ３が係合解除状態で停止する。この係合解除状態では、出力軸２に逆入力トルクが加えられても、出力軸２が空転して入力回転部材１にはトルクが伝達されない。

この逆入力遮断クラッチは、上述したように、入力回転部材１を構成する外輪１０と出力軸２との間の楔形空間１２に配されるころ３を、ハウジング７から摺動ばね５を介して回転抵抗を受ける保持器４で保持し、一定方向の入力トルクの供給が停止したときには、フライホイール６と一体に惰走する保持器４でころ３と外輪１０および出力軸２との係合状態を解除して逆入力トルクが遮断されるようにしたので、前述した従来のクラッチよりも摺動ばね５とハウジング７との間の摩擦力を小さく設定して、その摩擦力に起因する駆動ロスを低減することができる。

また、クラッチ組立て作業の途中では、外輪１０と保持器４とでころ３をポケット１３開口から内周側へ脱落しないように保持できるので、組立て作業を従来よりも効率よく行える。そのほか、従来のクラッチでは、一般に金属で形成される入力回転部材にカム面を含む複雑な形状のポケットの加工を行う必要があるが、このクラッチの外輪１０にはカム面１０ｂのみを加工すればよく、ポケット１３を有する保持器４は合成樹脂の射出成形により製作できるので、製造時の加工コストを削減できるという利点もある。

図５および図６に示す第２の実施形態は、第１実施形態をベースとして、入力トルクの供給機構を変更したものである。この実施形態の入力回転部材１６は、有蓋円筒状の外環１７の内周に外輪１０を嵌め込み、外環１７の開放側端部の外周に環状の軸受部材１８を圧入したもので、その外環１７の閉塞側端部と軸受部材１８をハウジング７の最大内径部で回転自在に支持され、ハウジング７の一端側内周に嵌め込まれた蓋１９で抜け止めされている。そして、ハウジング７の最大内径部に窓７ｃをあけるとともに、外環１７の外周面にハウジング７の窓７ｃから挿入される外部入力歯車２０と噛み合う歯１７ａを設けて、外部入力歯車２０から入力回転部材１６に入力トルクが加えられるようにしている。

なお、上述した各実施形態では、入力回転部材の径方向内側に出力軸（出力回転部材）を配しているが、本発明は入力回転部材を出力回転部材の径方向内側に配した逆入力遮断クラッチにも適用することができる。

次に、本発明の逆入力遮断クラッチの使用例について説明する。図７は第１実施形態のクラッチを事務機の紙送り装置に組み込んだ例を示す。この紙送り装置は、径方向に対向配置した駆動ローラ２１と従動ローラ２２とを加圧接触させ、駆動ローラ２１を図示省略したモータで回転させることにより、両ローラ２１、２２間に供給された用紙Ｓを送り出すものであり、そのモータと駆動ローラ２１との間に第１実施形態のクラッチが組み込まれている。

具体的には、前記モータの主軸に取り付けた駆動歯車（図示省略）とクラッチの入力軸９に取り付けた入力歯車１１とを噛み合わせるとともに、クラッチの出力軸２を駆動ローラ２１の回転軸としている。また、各ローラ２１、２２はそれぞれの回転軸を左右の側壁２３、２４に回転自在に支持されており、その一方の側壁２３にクラッチのハウジング７のフランジ７ａが固定されている。これにより、前記モータからの入力トルクはクラッチを介して駆動ローラ２１に伝達される一方、駆動ローラ２１からの逆入力トルクに対しては駆動ローラ２１が空転し、トルクがモータに伝達されないようになっている。従って、紙詰まりが生じた際には、装置停止後に詰まった用紙Ｓを引っ張るだけで、駆動ローラ２１および従動ローラ２２を空転させながら用紙Ｓを引き抜いて紙詰まりを解消することができる。

図８および図９は第２実施形態のクラッチを事務機の定着装置に組み込んだ例を示す。この定着装置は、径方向に対向配置した定着ローラ２５と加圧ローラ２６とを加圧接触させ、定着ローラ２５の一部を電磁誘導加熱するＩＨコイル２７を設けて、各ローラ２５、２６を図示省略したモータで回転させることにより、両ローラ２５、２６間に供給された用紙Ｓを送り出しながら、定着ローラ２５で用紙Ｓを加熱して、用紙Ｓ上に形成されたトナー像を用紙Ｓに定着させるものである。そして、両ローラ２５、２６の回転が停止したときにＩＨコイル２７の電源を切る電気回路開閉機構の中に、第２実施形態のクラッチが組み込まれている。

前記電気回路開閉機構は、ＩＨコイル２７に電力を供給する電気回路２８の途中にスイッチ２９を設け、このスイッチ２９のオン状態とオフ状態とを切り替えるスイッチ切替手段を設けたものである。そのスイッチ切替手段は、スイッチ２９の一方の接点２９ａが取り付けられる揺動レバー３０と、スイッチ２９の一方の接点２９ａが他方の接点２９ｂから離れる方向に揺動レバー３０を付勢する戻しばね３１と、加圧ローラ２６からのトルクを受けて揺動レバー３０を戻しばね３１の付勢力に抗して回動させることにより、一定の力で一方の接点２９ａを他方の接点２９ｂへ押し付けるトルクリミッタ３２とからなる。そして、第２実施形態のクラッチは、その外環１７の歯１７ａが加圧ローラ２６の回転軸に取り付けた外部入力歯車２０と噛み合い、出力軸２に取り付けた出力歯車３３がトルクリミッタ３２の入力歯車３４と噛み合う状態で組み込まれている。また、クラッチのハウジング７は、そのフランジ７ａで定着装置の側壁３５に固定されている。

上記の構成により、加圧ローラ２６が回転している間は、加圧ローラ２６からの入力トルクがクラッチを介してトルクリミッタ３２に伝達され、スイッチ２９がオン状態になって定着ローラ２５が加熱される。一方、加圧ローラ２６が停止すると、クラッチの出力軸２がフリーとなりトルクリミッタ３２からクラッチへの逆入力が遮断されるようになるので、戻しばね３１の作用によりトルクリミッタ３２が逆転するとともにスイッチ２９がオフ状態になって定着ローラ２５の加熱は中止される。従って、定着装置がトラブル等で停止しても、定着ローラ２５の過度の温度上昇を防止することができる。

１ 入力回転部材
２ 出力軸（出力回転部材）
３ ころ
４ 保持器
５ 摺動ばね
６ フライホイール
７ ハウジング（固定部材）
８ 蓋
９ 入力軸
１０ 外輪
１０ｂ カム面
１１ 入力歯車
１２ 楔形空間
１３ ポケット
１６ 入力回転部材
１７ 外環
１７ａ 歯
１８ 軸受部材
１９ 蓋
２０ 外部入力歯車
２１ 駆動ローラ
２２ 従動ローラ
２５ 定着ローラ
２６ 加圧ローラ
２７ ＩＨコイル
２８ 電気回路
２９ スイッチ
２９ａ、２９ｂ 接点
３０ 揺動レバー
３１ 戻しばね
３２ トルクリミッタ
３３ 出力歯車
３４ 入力歯車

Claims (9)

1. 同一軸心のまわりに回転する入力回転部材と出力回転部材とを径方向内外に配し、前記入力回転部材の出力回転部材との対向面に所定の周方向間隔をおいて同一方向に傾斜するカム面を設けて、各カム面とこれに対向する前記出力回転部材の円筒面との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、各楔形空間にころを配するとともに、前記入力回転部材と出力回転部材との間に、前記各ころをポケットに収容して入力回転部材および出力回転部材と係脱自在に保持する保持器を配し、この保持器に回転抵抗を付与する制動機構を設けて、前記入力回転部材に一定方向の入力トルクが加えられたときは、前記保持器でころを楔形空間の狭小側へ相対移動させて入力回転部材および出力回転部材と係合させることにより、出力回転部材にトルクが伝達されるようにするとともに、前記入力トルクの供給が停止したときに前記保持器でころを楔形空間の広大側へ移動させて前記ころと入力回転部材および出力回転部材との係合状態を解除するロック解除機構を設け、前記出力回転部材に逆入力トルクが加えられたときには、出力回転部材が空転して入力回転部材にトルクが伝達されないようにした逆入力遮断クラッチ。
2. 前記ロック解除機構が、前記保持器にフライホイールを取り付け、前記入力トルクの供給が停止したときに、前記保持器がフライホイールと一体に惰走して前記ころを楔形空間の広大側へ押し出すようにしたものであることを特徴とする請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。
3. 前記制動機構が、前記保持器に固定部材と摺動する摺動部材を係合させたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の逆入力遮断クラッチ。
4. 前記摺動部材が、弾性体で形成され、その弾性力により前記固定部材に押し付けられるものであることを特徴とする請求項３に記載の逆入力遮断クラッチ。
5. 前記摺動部材が、金属製線材を少なくともその両端部が互いに重なり合うように巻いた摺動ばねであることを特徴とする請求項４に記載の逆入力遮断クラッチ。
6. 前記保持器の内周側のポケット開口幅を、前記ころの直径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
7. 前記保持器のポケットの周方向両側の壁面を、前記ころの半径以上の曲率半径をもつ凹円弧面としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
8. 駆動ローラと従動ローラとを径方向で対向させ、前記駆動ローラをモータで駆動することにより前記両ローラ間に供給された用紙を送り出すようにした紙送り装置に、前記入力回転部材がモータの出力側に連結され前記出力回転部材が駆動ローラの入力側に連結される状態で組み込まれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
9. 外部回転体からのトルクを受けて、電気回路内のスイッチの一方の接点を他方の接点へ押し付けるスイッチ切替手段を備えた電気回路開閉機構に、前記入力回転部材が外部回転体の出力側に連結され前記出力回転部材がスイッチ切替手段の入力側に連結される状態で組み込まれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。

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