JP2013194796A - ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない部品構成でバックラッシュが少ないワンウェイクラッチを提供する。
【解決手段】アウターレースと、インナーレースとが相互に同軸で回転するワンウェイクラッチは、前記アウターレースの内側部及び前記インナーレースの外側部のうちいずれか一方に複数の内歯が周方向に略均等に設けられ、前記アウターレースの内側部及び前記インナーレースの外側部のうち前記内歯が設けられていない他方に、前記内歯に係合可能な複数の可撓性のラチェット爪が周方向に略均等に設けられており、前記内歯及び前記ラチェット爪は、前記内歯と前記ラチェット爪の周方向の数が互いに同数又はいずれか一方が他方の整数倍にならないように設けられている構成とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ワンウェイクラッチに関し、より詳しくは、ラチェット爪方式のワンウェイクラッチに関するものである。

従来、ニードルとニードルの付勢手段によるワンウェイ回転機構（ニードル式ワンウェイクラッチ）がある（特許文献１）。このワンウェイ回転機構は、一般的にローラ式とも呼ばれる、カム式のワンウェイクラッチである。外輪（アウターレース）と内輪（インナーレース）、ローラ、スプリング（圧縮バネ、板バネ、樹脂バネなど）で構成され、外輪の内側又は内輪の外側にカム面を持ったポケットが設けられる。ポケットの内部にはローラが配置され、スプリングによって外輪のカム面と内輪の外側、或いは内輪のカム面と外輪の内側に接触するように保たれ、バックラッシュが殆ど無い。内輪に対して外輪がある一方向に回転しようとするとカム面とローラとの接触面圧が高くなり、抵抗となって内輪への動力を伝達する。逆方向に回転すると、カム面とローラとの接触面圧が低くなり、滑って動力伝達を切断する。

又、従来、樹脂により可撓性を有するラチェット爪を持つワンウェイ回転機構がある（特許文献２）。このワンウェイ回転機構は、本体ケースと、巻取ドラムとの間に、開環端部に係合突子を有する開環リング部材が巻取ドラムと同心的に介在されている。巻取ドラムにはその回動時に上記開環リング部材の係合突子に相互に係合する係合突起が形成されている。本体ケースには、巻取ドラムが所定の方向に回転する際に、上記係合突子が周面に弾性摺接し且つ乗り越えるよう形成された複数の爪部を備えたラチェット部材が固設されている。

又、従来、アウターレースとインナーレースの間にギアを介在させたワンウェイ回転機構がある（特許文献３）。このワンウェイ回転機構は、アウターレース部材に設けられた内歯リングギアに噛合して転動する遊星ギアを、インナーレース部材に設けられた凹所内に回転自在に受容させる。凹所に形成されたエッジに遊星ギアの歯の一部が係合するとアウターレース部材とインナーレース部材とが一体回転する。係合エッジに対する遊星ギアの係合が解除されることによって、アウターレース部材とインナーレース部材とが相対回転する。

このように、従来、ワンウェイクラッチ、ワンウェイベアリングといったワンウェイ回転機構（以下「ワンウェイクラッチ」という。）は、それぞれの用途に応じて様々な形態で用いられている。

特開平８−２０６３８９号公報 特開２００７−６４７７７号公報 特開２００４−１９７５７号公報

しかしながら、上記従来のワンウェイクラッチには、改善すべき課題があった。

上記ニードル式ワンウェイクラッチでは、円周状に均等に配列された複数のニードルと斜面を有しているため、比較的高耐荷重であること、金属加工により製造されているものでは高耐久性に優れるという利点がある。その半面、部品加工、部品精度が極めてシビアであり、表面性を保つために表面硬化処理などの熱処理を施す場合もある。又、それぞれのニードルは、バックラッシュを最小限度にするために、軽圧で付勢するための圧縮バネ又は板バネなどの付勢手段を備えているため、部品点数が多く、製造工程が長く複雑である。

又、上記樹脂製のラチェット爪を用いたワンウェイクラッチでは、保持されるラチェットの数が少なく、停止する角度も広いため、高分解能にするには限界がある。細かいピッチ角度にしようとすると、外輪内側の歯のピッチも細かくする必要がある。しかし、そのように細かくすると、歯高さの確保が不足し、外れやすくなる。

又、上記遊星ギア方式のワンウェイクラッチの場合、小さなモジュールのプラスチック製の遊星ギアの歯面に、回転時の荷重がかかる。そのため、ギアの強度を高めるのが困難であった。又、内部に遊離する遊星ギアであるので、シリコーングリースなどを封入する必要があり、回転による温度上昇でのグリースの軟化による油漏れのおそれがある。更に、全体の大きさを小さくするためには、遊星ギアは、より小モジュール、少ない歯数を選択することとなる。しかし、ロック時に円周を歯数で割る角度の遊びが生じる。又、クラッチの大きさを小さくすることは同時に耐荷重（ロックトルク）が小さくなることを意味する。

又、上記従来の構成では、ワンウェイクラッチの正転、逆転の動きを音によって確認することはできない。

以上のように、バックラッシュが少なく、耐荷重（ロックトルク）も比較的大きい、高性能且つ高耐久なワンウェイクラッチは、基本的に金属ニードル方式で金属製のアウターレースとインナーレースとを用いて構成したものである。

一方、低回転、低精度、低コストを求める場合、上述のような遊星ギア方式があるが、インナーレースとアウターレースとの間で遊離歯車を使用するので、上述のように例えばシリコーンオイルなどの潤滑油の封入が必要である。そして、このオイルが滲み出てくる場合があるので、油分を嫌う機構個所には不適当である。又、そのオイル量もワンウェイクラッチの使用に伴って徐々に少なくなり効果が薄れるので、動作が不安定となる。その他、ワンウェイクラッチの量産においては、使われ方によってグリースの種類や量を調整する必要もあり、その管理に注意を要する。

このように、例えば、低回転、低耐久、低精度の汎用品のジャンルでは、低コスト化の要求があり、そのためには、より少ない部品構成で、オイルレスで管理が容易で品質が安定する、バックラッシュの少ないワンウェイクラッチが求められている。

従って、本発明の目的は、より少ない部品構成でバックラッシュが少ないワンウェイクラッチを提供することである。

上記目的は本発明に係るワンウェイクラッチにて達成される。要約すれば、本発明は、アウターレースと、インナーレースとが相互に同軸で回転するワンウェイクラッチであって、前記アウターレースの内側部及び前記インナーレースの外側部のうちいずれか一方に複数の内歯が周方向に略均等に設けられ、前記アウターレースの内側部及び前記インナーレースの外側部のうち前記内歯が設けられていない他方に、前記内歯に係合可能な複数の可撓性のラチェット爪が周方向に略均等に設けられており、前記内歯及び前記ラチェット爪は、前記内歯と前記ラチェット爪の周方向の数が互いに同数又はいずれか一方が他方の整数倍にならないように設けられていることを特徴とするワンウェイクラッチである。

本発明によれば、より少ない部品構成でバックラッシュが少ないワンウェイクラッチを提供することができる。

本発明の一実施例に係るワンウェイクラッチの断面図である。 本発明の一実施例に係るワンウェイクラッチの外観図である。 本発明の一実施例に係るワンウェイクラッチの分解斜視図（アウターレース側から見た図）である。 本発明の一実施例に係るワンウェイクラッチの分解斜視図（インナーレース側から見た図）である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの断面図である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの分解斜視図（インナーレース側から見た図）である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの分解斜視図（アウターレース側から見た図）である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの斜視図（インナーレース側から見た図）である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの動作を説明するための断面図である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの動作を説明するための断面図である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの動作を説明するための断面図である。 本発明の他の実施例に係るワンウェイクラッチの動作を説明するための断面図である。 本発明の更に他の実施例におけるギアを装着したワンウェイクラッチの（ａ）断面図、（ｂ）外観図である。 本発明の更に他の実施例におけるアウターレースとギアとが一体化されたワンウェイクラッチの（ａ）断面図、（ｂ）外観図である。 本発明の更に他の実施例におけるアウターレースとギアとが一体化されたワンウェイクラッチの（ａ）断面図、（ｂ）外観図である。 本発明の更に他の実施例に係るノブ形状のワンウェイクラッチを適用した用紙搬送路の斜視図である。 本発明の更に他の実施例に係るノブ形状のワンウェイクラッチを適用した用紙搬送路の側面図である。 本発明の更に他の実施例に係るノブ形状のワンウェイクラッチを適用した用紙搬送路の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係るアウターレースがノブ形状とされたワンウェイクラッチの（ａ）、（ｂ）外観図、（ｃ）断面図である。 ワンウェイクラッチのラチェット爪、内歯に係る角度を説明するための模式図である。

以下、本発明に係るワンウェイクラッチを図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１〜図４は、本発明の一実施例に係るワンウェイクラッチ１を示す。ワンウェイクラッチ１は、アウターレース（外輪部材）２と、インナーレース（内輪部材）３と、を有する。アウターレース２と、インナーレース３とは、それぞれ略中空円柱状の部材であり、アウターレース２の軸線方向に延在する略円柱状穴２ａ内に、インナーレース３が挿入される。アウターレース２と、インナーレース３とは、相互に同軸で回転する。

尚、以下の説明において、ワンウェイクラッチ１（或いは、アウターレース２、インナーレース３のそれぞれ）の軸線方向における、図１（ｂ）中の右側に相当する端部（アウターレース２へのインナーレース３の挿入方向の後側）を基端とする。一方、同図中左側に相当する端部（アウターレース２へのインナーレース３の挿入方向の前側）を先端とする。

アウターレース２の軸線方向の略中央部における略円柱状穴２ａの内側部には、軸線方向に延在する筋状の傾斜した凹凸部で構成された、複数の内歯５が設けられている。複数の内歯５は、円周方向に略均等に配列されている。又、アウターレース３の軸線方向における基端及び先端側の内側部に、それぞれアウターレース摺動面１１ａ、１１ｂが設けられている。

インナーレース３の軸線方向の略中央部の外側部には、複数の羽根状の可撓性のラチェット爪４が設けられている。複数のラチェット爪４は、円周方向に略均等に配列されている。各ラチェット爪４は、インナーレース３の外側部から半径方向外側に突出すると共に周方向に傾斜して延在する係合部４ａを有する。複数のラチェット爪４は、全て同一形状を有している。本実施例では、各ラチェット爪４は、周方向において隣接するラチェット爪４と所定範囲がオーバーラップしている。これにより、可撓性を持たせたラチェット爪４の角度を後述するような適当な範囲に維持しつつ、ラチェット爪４の歯数をより多くすることができる。又、インナーレースの軸線方向における基端及び先端側の外側部に、アウターレース２のアウターレース摺動面１１ａ、１１ｂと接触するインナーレース摺動面１２ａ、１２ｂがそれぞれ設けられている。

アウターレース２とインナーレース３とは、アウターレース２の内歯５と、インナーレース３のラチェット爪４とが係合するように嵌合される。

上述のように、アウターレース２とインナーレース３とには、それぞれ軸線方向において２か所の摺動面（滑合面）を設けられている。これらの摺動面は、ワンウェイクラッチ１の軸線方向において、ラチェット爪４及び内歯５を介して両端部側で、アウターレース２とインナーレース３との相互間の摺動面を形成している。これらの軸線方向における２か所の摺動面のいずれかに、アウターレース２とインナーレース３との軸線方向（スラスト方向）のズレを阻止する、凹凸対で構成された係止手段を設けることができる。係止手段の凹凸は相互に嵌め込まれ、係止されることで保持される。これにより、アウターレース２とインナーレース３とは、回転方向では互いに摺動（滑動）可能とされると共に、軸線方向では所定量以上の移動（ズレ）が防止される。本実施例では、基端側のアウターレース摺動面１１ａに凹部である抜け止め１０が形成され、基端側のインナーレース摺動面１２ａに凸部であるリブ９が形成される。このように、インナーレース３とアウターレース２との摺動面のいずれか一方に凹部、他方に凸部が設けられている。この凹部と凸部とは、インナーレース３とアウターレース２との回転方向の摺動を許すと共に、互いに係合することでインナーレース３とアウターレース２との軸方向の移動を規制する。

又、本実施例では、インナーレース３の略円柱状穴３ａの基端側開口部の一部に、インナーレース３が装着される被着部材とインナーレース３との回転方向の移動を阻止する回転阻止手段（回転阻止形状）としてのＤカット７が形成されている。上記被着部材は、例えば後述するローラの回転軸などである。

ワンウェイクラッチ１は、少なくともラチェット爪４が設けられる側が合成樹脂（プラスチック）材料で形成される。典型的には、アウターレース２、インナーレース３の両方とも合成樹脂材料で形成される。合成樹脂材料としては、ＰＡ（ポリアミド樹脂）、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）などの、高密度成形にも適しており精密部品で多く利用されている材料を好適に用いることができる。本実施例では、インナーレース３は、ＰＡにより一体成型で作製し、アウターレースはＰＯＭにより一体成型で作製した。

ラチェット爪４と内歯５は、アウターレース摺動面１１ａ、１１ｂと、インナーレース摺動面１２ａ、１２ｂとの接触により、同心で摺擦するように構成されている。

又、アウターレース２の軸線方向における基端側のアウターレース摺動面１１ａの略中央に上記抜け止め溝１０が設けられ、インナーレース３の基端側のインナーレース摺動面１２ａの対応する位置に上記リブ９が設けられている。抜け止め溝１０、リブ９は、それぞれアウターレース摺動面１１ａ、インナーレース摺動面１２ａ上において、周方向に連続して形成されている。リブ９は、抜け止め溝１０に対して弾発的に係合する。

ワンウェイクラッチ１を組み立てる際には、アウターレース２とインナーレース３とを、相互にラチェット爪４が倒れるように捩じりつつ、樹脂の弾性力を利用して図３及び図４中の矢印で示すように軸線方向に嵌め込む。すると、抜け止め溝１０にリブ９が入り、回転方向ではスムーズに摺動（滑合）し、軸線方向ではリブ９が抜け止め溝１０に接触することで抜け止めとなる。

又、ワンウェイクラッチ１の軸線方向においてインナーレース３の基端部側の外側張り出し形状部に形成された段部２７と、アウターレース２の内歯５との間には、軸線方向に隙間が空くようにギャップ２５ａが設けられている。又、アウターレース２の先端側の内側張り出し形状部に形成された段部２８とインナーレース３のラチェット爪４との間には、軸線方向に隙間が空くようにギャップ２５ｂが設けられている。つまり、ラチェット爪４が逃げるような形状にギャップ２５ａ、２５ｂが設けられている。これにより、軸線方向で、上記段部２７、２８の側面と内歯５、ラチェット爪４とが摺擦するなどの影響で、トルク変動に悪影響が出ないようにすることができる。この場合、抜け止め溝１０の軸線方向の端部壁部とリブ９とが先に接触して、軸線方向でアウターレース２とインナーレース３とを互いに保持するように、抜け止め溝１０、リブ９及びギャップ２５ａ、２５ｂの寸法を設定する。これにより、アウターレース２とインナーレース３との軸線方向のガタの影響が出ないようにすることができる。

本実施例では、アウターレース２の内歯５の数は２０歯であり、周方向における１歯分の角度範囲は１８度である。一方、本実施例では、インナーレース３のラチェット爪４の数は１９歯である。そして、本実施例では、内歯５とラチェット爪４とが同時にロックする数（同時掛かり数）は１である。ワンウェイクラッチ１のアウターレース２とインナーレース３とが相互に回転すると、ある１歯のラチェット爪４が内歯５の１歯分を進行する間に、内歯５にロック（係合）するラチェット爪４の位置が周方向に順次に移動していく。即ち、同時掛かり数を考慮すると、ロック状態間のインナーレース３の回転角度であるステップ角度θは、次式、
θ＝３６０度／（内歯の数×（ラチェット爪の数／内歯とラチェット爪の同時掛り数））
で表される。従って、本実施例では、ステップ角度θは、３６０／（２０×（１９／１））＝０．９４７（度）となる。

仮に、内歯５とラチェット爪４とが同数の２０歯の場合は、同時掛かり数は２０であるので、ステップ角度θは、３６０／（２０×（２０／２０））＝１８（度）となる。この場合、バックラッシュは１８度であり、動作上も、操作上もガタが多いと感じる違和感のある角度となる。尚、内歯５とラチェット爪４の周方向の数が互いに同数の場合は、同時掛かり数はその数になり、内歯５とラチェット爪４の周方向の数が互いにいずれか一方が他方の整数倍の場合は、同時掛かり数はその内の少ない方の数になる。

このように、本発明に従って、内歯５とラチェット爪４の周方向の数は、互いに同数又はいずれか一方が他方の整数（正の整数）倍にならないようにする。これにより、ワンウェイクラッチの分解能が向上し、高分解能のラチェット構成が得られる。

ここで、実施例４及び実施例５において詳しくは後述する図１６〜図１９に示すような使用者が手で操作するワンウェイクラッチの場合において、複数の使用者の操作による官能計測評価を行った。その結果、操作感の観点から許容可能なバックラッシュ量（ステップ角度）は、概ね３度以下であることが分かった。この程度の遊びであるバックラッシュ量であれば、操作感を損なわない許容範囲とされた。例えば、このバックラッシュ量（ステップ角度）を３度とした場合、分解能である１周のステップ数は１２０ステップとなる。尚、ワンウェイクラッチの用途などによっては、バックラッシュ量（ステップ角度）は、５度程度まで許容される場合がある。又、製造上の理由などから、通常、バックラッシュ量（ステップ角度）は０．５度以上とされる。

他方、樹脂成型における成形技術の限界がある。そのような限界の要因としては、金型強度の限界と、成形性であるところのプラスチック材料の流動性の限界と、がある。又、プラスチック材料には、常温で液状を示す熱硬化型樹脂や、ハイフローと呼ばれる流動性を向上させたグレードの材料がある。上述のように、アウターレース２、インナーレース３は、ＰＡ、ＰＯＭなどの、高密度成形にも適しており精密部品で多く利用されている材料を使用して作製することができる。更に、ハイフローグレードを用いた場合でも、金型の狭い隙間に材料を十分行き渡らせ、ショートモールドを発生させないために、成形圧を可能な限り上昇させることや、金型の温度を高めに設定することも可能である。

これらの要因には、それぞれ限界点があり、量産時に品質の安定化を図ることの可能な範囲で調整することとなる。このような材料と成形性の両側面から考慮して、一般的に、成型品の肉厚は、通常０．８ｍｍ以上であり、限界点としては概ね０．３ｍｍ以上である。つまり、金型内面を磨いて流動抵抗を低減させることや、加圧や成形圧に対してのメンテナンスのために入れ子対応などを行い、高度、高精度に金型を製作することでこれらを達成することになる。

さて、例えば、本実施例に従うワンウェイクラッチ１に装着される被着部材（相手側部材）が、ＯＡ機器におけるシャフトなどである場合、その直径は、多くの場合８ｍｍ〜１２ｍｍ程度である。例えば、直径８ｍｍとした場合、上記の金型成型の限界点を加味すると、インナーレース３のラチェット爪４の数は２０個程度が限界となる。つまり、ラチェット爪４の根元におけるインナーケース３の直径は、上記被着部材の直径である８ｍｍに例えば肉厚０．５ｍｍを加味すると直径９ｍｍ（＝８ｍｍ＋０．５ｍｍ×２）となり、その直径位置での周長は約２８．３ｍｍとなる。よって、例えば肉厚０．３ｍｍを確保して、隙間である金型部の板厚を加味すると、ラチェット爪４のピッチは１．４ｍｍ（≒２８．３ｍｍ／２０）程度が限界ということになる。又、上記同様の製造上の理由などから、内歯５の数についても２０個程度が限界となる。

以上のように、内歯５とラチェット爪４の周方向の数は、互いに同数又はいずれか一方が他方の整数倍にならないようにする。そして、上述のような操作感の観点や製造上の理由から、上記式により表されるステップ角度θは、好ましくは０．５度〜５．０度、より好ましくは０．５度〜３．０度とする。又、ラチェット爪４、内歯５の数は、それぞれ好ましくは２０個以下とされる。ラチェット爪４と内歯５の数はいずれが多くてもよく、又後述するようにラチェット爪４と内歯５は、それぞれインナーレース３とアウターレース２のいずれに設けられてもよい。

このように、本実施例では、アウターレース２と、インナーレース３とが相互に同軸で回転するワンウェイクラッチ１は、次の構成を有する。即ち、アウターレース２の内側部及びインナーレース３の外側部のうちいずれか一方に複数の内歯５が周方向に略均等に設けられている。又、アウターレース２の内側部及びインナーレース３の外側部のうち内歯５が設けられていない他方に、内歯５に係合可能な複数の可撓性のラチェット爪４が周方向に略均等に設けられている。内歯５及びラチェット爪４は、内歯５とラチェット爪４の周方向の数が互いに同数又はいずれか一方が他方の整数倍にならないように設けられている。

例えば、バックラッシュ量（ステップ角度）を３度としてステップ数を１２０ステップとするには、次のような構成も可能である。即ち、インナーレース３のラチェット爪４の歯数を２０歯とし、アウターレース２の内歯５の歯数を６歯として、同時掛かり数を３とした噛み合わせにより成り立たせることも可能である。

尚、アウターレース２の内歯５の段差部５ｂの高さ（段差寸法）は、ラチェット爪４が十分に掛かりきれる高さが必要である。従って、例えばラチェット爪４の厚みが０．３ｍｍの場合では、寸法公差０．１ｍｍを含めると０．４ｍｍ程度以上が必要となる。

回転トルクに与える変動も、本実施例のように高分解能である方が均一に近くなる。即ち、内歯５とラチェット爪４とが同数の場合の負荷トルクＴａに比べると、内歯５とラチェット爪４の数を同数にしない場合の負荷トルクＴｂは、Ｔｂ＝Ｔａ（１／内歯数×ラチェット爪数）と軽くなる。

図２０（ａ）を参照して、ラチェット爪４の自然状態（変形されていない状態）での角度θ１を、次のように定義する。即ち、ワンウェイクラッチ１の回転軸線と略直交する平面に沿って略直線状に延在する、ラチェット爪４の係合部４ａの先端４ｂ側の外側面４ｃに沿う直線をＬ１とする。又、係合部４ａの先端４ｂ側の外側面４ｃの端部（エッジ部）４ｄにおける、ワンウェイクラッチ１の回転中心を中心とした円周の接線をＬ２とする。そして、直線Ｌ１と接線Ｌ２とで形成される角度を角度θ１とする。このとき、角度θ１は、５度〜４５度とすることが好ましい。

一方、図２０（ｂ）を参照して、内歯５の角度（先端角度）θ２を、次のように定義する。即ち、ワンウェイクラッチ１の回転軸線と略直交する平面に沿って略直線状に延在する、内歯底部５ａに沿う直線をＬ３とする。又、内歯底部５ａの段差部５ｂの下部に連続する側の端部５ｃにおける、ワンウェイクラッチ１の回転中心を中心とした円周の接線をＬ４とする。そして、直線Ｌ３と接線Ｌ４とで形成される角度を角度θ２とする。このとき、角度θ２は、３度〜４０度とすることが好ましい。

そして、アウターレース２とインナーレース３とを互いに装着させて噛み合わせると、ラチェット爪４はインナーレース３の半径方向内側に向けて撓む。これにより、上記直線Ｌ１と、ラチェット爪４の係合部４ａの先端４ｂにおけるインナーレース３の半径方向に対する角度は、上記自然状態の角度以上となる。即ち、このとき上記直線Ｌ１と上記接線Ｌ２とでなす角度θ３は、θ１よりも小さくなる。ラチェット爪４の係合部４ａが内歯５にロックした状態で、角度θ３は角度θ２と実質的に等しくなる。

又、インナーレース３の回転軸線と略直交する平面に沿う方向における、ラチェット爪４の係合部４ａの先端４ｂの厚さ（板厚）は、内歯５の段差部５ｃの高さ以上とすることが好ましい。更に、図２０（ｃ）に示すように、ラチェット爪４の先端（端面）４ｂと外側面４ｃとでなす角度（先端角度）θ４は９０度以下として、鋭利な角度に設定することが好ましい。但し、金型の表面粗さ、部品寸法の公差、或いは爪の抜けやすさである逃げ勝手の理由から、通常、この角度は８７度以上とされる。

仮に、内歯５とラチェット爪４とが同数の場合に、細かいピッチにしようとすると、外輪内側の爪のピッチも細かくする必要がある。このように細かくすると、爪の角度が起きてくるので爪が外れやすくなり、限界逆止トルクが低下するという課題が生じる。

これに対して、本発明に従えば、内歯５とラチェット爪４の数に差分を設けることで、分解能を高めて、この課題を解決することができる。

尚、本実施例では、各ロック状態では、１つのラチェット爪４が内歯５に係止してロックしているだけである。これに対して、例えば耐荷重を増やしたい場合などには、次のようにすることができる。即ち、この場合には、内歯５の数に対して、ラチェット爪４の数を下記のステップ角度の式に応じて設定すれば、同時に内歯５に掛かるラチェット爪４の数を調整することができる。

即ち、同時掛り数が１の場合、
内歯の数＝（３６０度／ステップ角度）／ラチェット数
である。又、複数の同時掛り数を加味すると、上述のように、
ステップ角＝３６０度／（内歯の数×（ラチェット数／同時掛り数））
となる。内歯５に対してラチェット爪４が同時に複数個所ロックするようにすれば、その分ロック時の最大荷重を増やすことが可能になる。

又、他の構成として、ラチェット爪４を１つにして、内歯５を細かく分割して同様の分解能を得ることで同様の機能を得られるように考えられる。しかし、内歯５の歯数を、ピッチ角度が１度程度になるように増やすような、細かいピッチで作ると、内歯５の噛み合いロック部２６の段差部５ｂ（図１）が小さくなる。そのために、ロック方向に大きなトルクが加わると、ラチェット爪４の厚みよりも段差部５ｂが低くなる現象で、ラチェット爪４が内歯５から外れやすくなる。これを防止するために、ラチェット爪４の角度を、ラチェット爪４の先端におけるインナーレース３の回転中心を中心とした円周の接線に対して起き上がるように設定すると、ラチェット爪４の角度が立ってしまう。これによって順回転の際にラチェット爪４の撓み量は大きくなり、反力も強まるので、回転トルクが重くなり、ラチェット爪４の圧縮弾性力が下回り、ヘタリが生じるおそれがある。そのため、本実施例と一見等価であるように思える機能ではあるが、実使用上不具合があり、本実施例と同一の効果を得ることはできない。

以上、本実施例によれば、内歯５とラチェット爪４との周方向の数が同数又は整数倍にならないようにする。これによって、ワンウェイクラッチ１は、アウターレース２とインナーレース３のみの２部品によるシンプルな構成で、ラチェット爪４や内歯５のそれぞれの数よりも逆転時の係止段数の分解能が多くなり、バックラッシュを少なくすることができる。本実施例では、２部品によるシンプルな構成で、ラッチ爪とラッチ山とで位相を設け、アウターレースの内歯に対してインナーレースのラッチ爪数分の分解能を持たせたため、ワンウェイクラッチ１は、バックラッシュを少なくすることができる。又、本実施例によれば、ワンウェイクラッチ１は、より少ない部品数で、樹脂成型により形成することができるので、製造が容易で、例えば軽負荷の個所に用いるのに適している。このように、本実施例によれば、より少ない部品構成でバックラッシュが少ないワンウェイクラッチを提供することができる。

実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例のワンウェイクラッチにおいて、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

図５〜図８は、本実施例に係るワンウェイクラッチ１を示す。又、図９〜図１２は、本実施例に係るワンウェイクラッチ１の動作過程を示す。又、図１３は、本実施例に係るワンウェイクラッチ１をギア１４に装着した例を示す。

本実施例では、アウターレース２の外側部には、アウターレース２が装着される被着部材（後述するギアなど）とアウターレース２との回転方向の移動を阻止する回転阻止手段（回転阻止形状）として回転阻止溝６が３か所設けられている。尚、回転阻止手段は、１か所以上の適宜数だけ設けることができる。回転阻止溝６は、アウターレース２の軸線方向に延在する。これにより、例えば図１３に示すようにアウターレース５がギア１４に装着された際に、ギア１４にかかる回転力によってギアとアウターレース２とが滑らないように、回転力を支えるようになっている。例えば、アウターレース２は、ギア１４とは軽圧入又は嵌め合い公差設定により装着される。

又、図６に示すように、アウターレース２の軸線方向において基端側の回転阻止溝６の端部は、アウターレース２の基端側端部まで達しておらず、アウターレース２の外周面が残されている。これにより、回転阻止溝６のアウターレース２の基端側の端部には溝側面６ａが設けられている。これにより、回転ロック方向に対して、誤組立を防止できるように配慮されている。即ち、ギア１４側に設けられた突起に対して反対方向からアウターレース２を装着しようとしても、その際の装着方向先端側のアウターレース２の端部が円形状なので装着できない。このように組立作業において、より確実に正しく組立てることができるようになっている。

又、本実施例では、アウターレース２、インナーレース３は、それぞれ樹脂モールド成形に対応し、金型の構造を簡略化するために、基本的に上下抜きで成形可能としている。そのために、アウターレース２の抜け止め溝１０は、無理抜き可能な形状にしてある。又、インナーレース３の基端側の端面３ｂには、該端面３ｂより先端側に設けられたラチェット爪４に対向する長穴２４が設けられ、金型で上下抜きができるようになっている。長穴２４は、インナーレース３の軸線方向に見て、ラチェット爪４に適合する形状を有する。これによって、シンプルなモールド金型での多数個採りが容易になる。そのため、イニシャルコストを低減できる他、生産性を高めることも容易となる。

このように、アウターレース２とインナーレース３は、両方とも樹脂成型で作製する場合、アウターレース２側にラチェット爪４を設け、インナーレース３側に内歯５を設けることも容易である。このように、ラチェット爪４と内歯５とを本実施例とは逆に配置しても、機能的には同様のワンウェイクラッチ１を構成することが可能である。

一般的に、インナーレース３及びアウターレース２は、ラチェット爪４、インナーレース摺動面１２、アウターレース摺動面１１などを有しているので、耐摩耗性に配慮することが必要である。そのため、成形品での実験によれば、材質の相性として、例えばインナーレース３は成形性能に優れ弾性回復力を有するＰＡ（ポリアミド樹脂）により一体成型で作製し、アウターレース２はＰＯＭ（摺動特性ポリアセタール樹脂）により一体成型で作製するのが良い。これにより、無給油で、５万回転の耐久試験を行っても、摩耗による不具合は生じなかった。

尚、図１３の例では、ギア１４の回転軸部（略円柱状穴）１４ａに同軸でワンウェイクラッチ１が装着されている。例えば、樹脂モールド成形によって成形されたギア１４に対して、上述のようにワンウェイクラッチ１のアウターレース２が軽圧入又は嵌め合い公差寸法設定で装着できるようになっている。しかし、位置精度や強度などを更に高めるために二色成形やインサート成型にして金型内で精度よく成形することも可能である。

ここで、本実施例では、実施例１と比較するとラチェット爪４の数が少なくしてある。これは、量産性を踏まえて、金型の耐久性、成形性に対して配慮したためである。本実施例では、内歯５の数は２０歯であり、ラチェット爪４の数は９歯である。又、同時掛かり数は１である。そして、周方向における内歯５の１歯分の角度範囲は１８度である。これに対してラチェット爪４の数が９歯であるので、ステップ角度θは２度になっている。このラチェットの枚数でも、ワンウェイクラッチ１の用途によってはバックラシュは十分に小さく、例えば操作感で許容されるような箇所に採用できる。

より具体的には、本実施例の成形品では、１歯のみのラチェット爪４がロックするようになっている。そして、ラチェット爪４の寸法は、板厚０．３ｍｍ、長さ２．５ｍｍ、幅３．５ｍｍ、上記ラチェット爪の角度θ１は５度と設定した。この場合、正転トルク０．３Ｎ・ｍ、ロックトルク５Ｎ・ｍの性能を示した。ラチェット爪４の圧縮座屈力により耐荷重は決定されるため、本実施例のワンウェイクラッチ１は、所謂、軽負荷のロックトルクの個所での利用に適している。

図９〜図１２は、便宜上固定されたアウターレース２に対して、インナーレース３が図中矢印Ｒで示すように右回転した際の、ラチェット爪４が内歯５に順次ロックしていく様子を示している。

図９のＳＴＥＰ１では、内歯５とラチェット爪４との噛み合い位置は、同図中の噛み合いロック部２６ａの位置である。インナーレース３が矢印Ｒ方向に回転すると、図１０のＳＴＥＰ２の噛み合いロック部２６ｂに変化することで、１ステップ角度回転し、逆回転方向はロックされる。同様に、図１１のＳＴＥＰ３では、同図中の噛み合いロック部２６ｃに移動し、図１２のＳＴＥＰ４では、同図中の噛み合いロック部２６ｄに移動する。これによって、１ステップあたり２度の角度でロックが確実に掛るように変化していくようになっている。

尚、本実施例では、アウターレースの内歯の数は２０歯、インナーレースのラチェットの数は９歯であるので、９ステップ進行する事で、内歯１歯分の１８度の回転角度になる（図示せず）。

以上、本実施例の構成によっても実施例１で説明したものと同様の効果を得ることができる。又、本実施例によれば、製造コストの低減やギアに装着する際の作業性を向上することができる。

実施例３
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例のワンウェイクラッチにおいて、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

図１４及び図１５は、本実施例に係るアウターレースとギアとが一体化されたワンウェイクラッチ１を示す。

本実施例では、図１３に示したアウターレース２をギア１４と一体化して、本発明に従うワンウェイクラッチの構成を適用したギアの部品点数を低減し、精度の向上、強度アップを図った。ギア１４の回転中心部（略円柱状穴）１４ａには、図１３に示したアウターレース２の内歯５と同一形状の内歯５が一体的に成形されている。即ち、本実施例では、ギア１４は、実施例１、２におけるアウターレース２の外側部に歯面１４ｂが形成されたギア付きのアウターレース２と見なせる。

ギア１４（即ち、ギア付きのアウターレース２）は、樹脂ギアに多く用いられるＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）を材料として一体成型で作製し、インナーレース３は、ＰＡ（ポリアミド樹脂）を材料として一体成型で作製することが好ましい。

又、インナーレース３の略円柱状穴３ａで構成されるシャフト装着部に設けられたＤカット７は、機能的にはシャフトとインナーレース３とが一体的に回転することが目的である。従って、Ｄカット形状に限らず、並行ピンや波形ピンをシャフトに装着してワンウェイクラッチ１に係合させるような適宜任意の方法を用いても良い。又、軽圧入や、接着による保持方法を用いてもよい。

以上、本実施例によれば、本発明に従うワンウェイクラッチの構成を適用したギアの構成をより簡易とすることができる。

実施例４
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例のワンウェイクラッチにおいて、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

図１６〜図１８は、本実施例に係るアウターレースがノブ形状とされたワンウェイクラッチ１を示す。

図１６〜図１８には、本実施例に係るワンウェイクラッチ１が適用される、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置における用紙搬送路の部分を模式化して示している。同図において、用紙搬送路を形成する上ガイド２０と、下ガイド２１は、薄板板金（電気亜鉛メッキ鋼板）又は樹脂板（モールド成形）によって構成され、平行に配置されている。その上ガイド２０と下ガイド２１との間には、２ｍｍ〜４ｍｍの隙間（ギャップ）が形成されている。そして、その隙間内を搬送される用紙２２の送り方向に対して、搬送力を付与するためにローラ対を設けて挟持させるのが一般的である。

同図において、第１のシャフト１６には、ゴム材質又は従動プラスチックローラなどを第１のシャフト１６に圧入した、上ローラ１７が２個設けられている。又、第１のシャフト１６と対向する位置には、第２のシャフト１８が平行に配置されており、第２のシャフト１８には、ゴム材質の下ローラ１９が２個圧入されて接着されることにより設けられている。これら上ローラ１７と下ローラ１９とのローラ対は、バネなどの付勢手段（図示せず）により互いに圧接されており、更にその長手方向（回転軸線方向）の両端部を軸受（図示せず）により保持されている。

この用紙搬送路で、用紙ジャム（紙詰まり）が生じる場合があり、その場合にはジャムを起こした用紙２２の除去をする必要がある。この場合に、使用者は、第２のシャフト１８の長手方向の端部に設けられたプラスチック製のノブ１５を手でつまみ、これを回転させることで、上記ローラ対を回転させて用紙２２を排出させることになる。本実施例では、このノブ１５の回転中心部（略円柱状穴）１５ａに実施例２と同様のワンウェイクラッチ１が装着されている。

更に説明すると、図１８に示すように、本実施例では、第２のシャフト１８の長手方向の端部には、実施例２と同様のワンウェイクラッチ１のインナーレース３の内径側に設けられたＤカット７と合致するように、Ｄカット１８ａが設けられている。これにより、インナーレース３の回転時に、第２のシャフト１８も連動するようになっている。一方、実施例２と同様のワンウェイクラッチ２のアウターレース２が、ノブ１５に軽圧入などの方法により、一体的に取り付けられている。

ここで、使用者は、このノブ１５を手で回してジャムを起こした用紙２２を除去することになる。しかし、用紙搬送路内の用紙２２を除去するノブ１５をどちらに回すべきか判りにくく、うっかり逆方向に回すと、ジャムを起こした用紙２２の除去が困難になる。その場合、例えば、用紙搬送路を開いて用紙２２の除去作業を行う必要が生じるなど、作業時間や手間が掛ることがある。

本実施例では、ノブ１５に実施例２と同様のワンウェイクラッチ１を用いることにより、ノブ１５は左右どちらにでも回すことができる。しかし、逆方向に回すと、ラチェット爪４が空回りする際に反発弾性で内歯と打突音が生じる。典型的には、実施例２の構成では、回転中には「ジーッ」という連続音が発生して、使用者に逆回転であることを知らせることが可能になる。一方、正回転させると、ラチェット爪４が内歯５と係止するので音は発生しない。そして、用紙２２の排出方向である正しい方向のみに上記ローラ対を回転させて、用紙２２の除去が可能となる。

このようにアウターレース２の凹凸歯数に対してインナーレース３のラチェット爪４の数を除したステップ角度の分解能を有する。そして、アウターレース２とインナーレース３とを相対的に正転方向に回転させると、円周状の何れかのラチェット爪４が係止されてロックするようになっている。又、アウターレース２とインナーレース３とを相対的に逆転方向に回転させると、上記ステップ角度分の分解能でラチェット爪４から離間音と打突音が発生する。

以上、本実施例によれば、ワンウェイクラッチ１は、簡易な構成で、正転、逆転の動きを音によって容易に確認することができる。従って、例えば画像形成装置の用紙搬送路中のローラのノブに適用することで、ローラを正規の方向にのみ回転させると共に、逆回転させた際にはそのことを使用者に容易に認識させることができる。

実施例５
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例のワンウェイクラッチにおいて、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

図１９は、本実施例に係るアウターレースがノブ形状とされ、アウターレースがノブと一体化されたワンウェイクラッチ１を示す。

実施例４では、ノブ１５とワンウェイクラッチ１のアウターレース２とは、分割して形成され、軽圧入などの方法により一体化された。これに対して、図１４に示したギア１４の場合と同様に、図１９に示すノブ１５では、ノブ１５の内径部に内歯５を設ける。即ち、本実施例では、ノブ１５は、実施例１、２におけるアウターレース２の外側部に摘み形状が形成されたノブ付きのアウターレース２と見なせる。

本実施例では、ノブ１５（即ち、ノブちきのアウターレース）は、樹脂で一体成型することで、部品点数を削減することができるので、組立性の容易化を図ることができる。ノブ１５の内側にはインナーレース２が一体的に形成された構成であるので、ラチェット爪４が内歯５と係合してワンウェイクラッチと同様の機能となる。

更に、ノブを金属製、例えばダイキャストなどの製造方法を用いて形成アウターレースを一体的に形成することも可能である。これによっても上記樹脂で一体成型する場合と同等のアウターレース２の内歯４の機能を発揮することができる。

尚、本実施例では、ノブ１５の例を示したが、これに限定されるものではなく、同様に正回動側は片側にロックさせ、反回動側はラチェット爪の音を立てながら空転する構成のレバー、ハンドルなどに用いることも可能である。その場合は、てこの原理で、アームの先端部に対して根元の回転中心はトルクが大きく掛るので、回動トルクに留意が必要である。その対策としては、ラチェット爪４が複数個所同時に係合するように設定配慮することで、ロックトルクを高めることができる。即ち、アウターレース２は、ワンウェイクラッチ１が組み込まれる旋回部材と同期して回転するように一体的に結合されるか又は一体的に形成されることができる。旋回部材としては、前述のギア、ノブ、レバー、ハンドルなどが含まれる。

以上、本発明によれば、内歯とラチェット爪との空転距離（角度）が短く、バックラッシュを低減することができる。又、ラチェット爪とインナーレースとが樹脂成型で一体化されて部品点数を少なくしたものを、対向するアウターレース側の内歯とセットにすることで、シンプルな構成でありながら、細分解能を達成したワンウェイクラッチを提供することができる。

１ ワンウェイクラッチ
２ アウターレース
３ インナーレース
３ａ 略円柱状穴（シャフト装着部）
４ ラチェット爪
５ 内歯
６ 回転阻止溝
６ａ 溝側面
７ Ｄカット
９ リブ
１０ 抜け止め溝
１１ アウターレース摺動面
１２ インナーレース摺動面
１４ ギア
１５ ノブ

Claims (9)

1. アウターレースと、インナーレースとが相互に同軸で回転するワンウェイクラッチであって、
   前記アウターレースの内側部及び前記インナーレースの外側部のうちいずれか一方に複数の内歯が周方向に略均等に設けられ、
   前記アウターレースの内側部及び前記インナーレースの外側部のうち前記内歯が設けられていない他方に、前記内歯に係合可能な複数の可撓性のラチェット爪が周方向に略均等に設けられており、
   前記内歯及び前記ラチェット爪は、前記内歯と前記ラチェット爪の周方向の数が互いに同数又はいずれか一方が他方の整数倍にならないように設けられていることを特徴とするワンウェイクラッチ。
2. 次式、
   θ＝３６０度／（内歯の数×（ラチェット爪の数／内歯とラチェット爪の同時掛かり数））
   で表される前記内歯と前記ラチェット爪の係合のステップ角度θは、０．５度〜５．０度であることを特徴とする請求項１に記載のワンウェイクラッチ。
3. 前記アウターレース及び前記インナーレースのうち少なくとも前記ラチェット爪が形成される側は、合成樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のワンウェイクラッチ。
4. 変形させられていない状態の前記ラチェット爪の先端における側面と、前記先端における前記ワンウェイクラッチの回転中心を中心とした円周の接線とのなす角度は５度〜４５度であり、前記内歯の段差部における底部と、前記段差部における前記ワンウェイクラッチの回転中心を中心とした円周の接線とのなす角度は３度〜４０度であり、前記アウターレースと前記インナーレースとを互いに装着させた状態で、前記ラチェット爪は撓んで、前記ラチェット爪の先端における側面と、前記先端における前記ワンウェイクラッチの回転中心を中心とした円周の接線とのなす角度は、前記変形させられていない状態の角度より小さくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のワンウェイクラッチ。
5. 前記ラチェット爪の先端の厚さは、前記内歯の段差部の高さ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のワンウェイクラッチ。
6. 前記ラチェット爪の先端の端面と側面とでなす角度は９０度以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のワンウェイクラッチ。
7. 前記インナーレースと前記アウターレースとの摺動面のいずれか一方に凹部、他方に凸部が設けられており、前記凹部と前記凸部とは、前記インナーレースと前記アウターレースとの回転方向の摺動を許すと共に、互いに係合することで前記インナーレースと前記アウターレースとの軸方向の移動を規制することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のワンウェイクラッチ。
8. 前記アウターレースと前記インナーレースとを相対的に正転方向に回転させると周方向の何れかの前記ラチェット爪が前記内歯に係止され、前記アウターレースと前記インナーレースとを相対的に逆転方向に回転をさせると前記ラチェット爪から離間音と打突音が発生することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のワンウェイクラッチ。
9. 前記アウターレースは、前記ワンウェイクラッチが組み込まれる旋回部材と同期して回転するように一体的に結合されるか又は一体的に形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のワンウェイクラッチ。

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