JP2013213556A - スプリング式一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】二重スプリング式一方向クラッチのトルク伝達動作の安定性を向上させる。
【解決手段】外輪１の内向きフランジ４の内側面に係合凸部７を設け、回転軸２の円筒状外周面と外輪１の内周面の間に、小径巻部３ａと大径巻部３ｂとを偏心した状態で軸方向に交互に形成した二重のクラッチスプリング３を、その小径巻部３ａが回転軸２の外周面と弾性接触し、大径巻部３ｂが外輪１の係合凸部７の凸円弧面７ａと弾性接触するとともに係合凸部７の回転軌跡と交差し、一端のフック３ｄが外輪１に係止されるように組み込むことにより、回転軸２が所定の一方向に回転して、クラッチスプリング３の小径巻部３ａと大径巻部３ｂがいずれも縮径するときに、大径巻部３ｂが係合凸部７を十分に締め付けることができない場合でも係合凸部７と回転方向で係合し、回転軸２から外輪１へのトルク伝達が安定して行われるようにしたのである。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力部材の一方向の回転をクラッチスプリングの作用によって出力部材に伝達するスプリング式一方向クラッチに関する。

プリンタや複写機、ファクシミリの紙送り機構等に組込まれる一方向クラッチとして、クラッチスプリングの締め付けおよびその解除によって所定の一方向の回転トルクの伝達と遮断とを行うようにしたスプリング式のものが従来から知られている。

一般的なスプリング式一方向クラッチは、非特許文献１に記載されているように、同一軸上に配置された入力軸（駆動アーバ）と出力軸（従動アーバ）の軸端部に跨るようにクラッチスプリングを組み付けて、入力軸が所定の一方向に回転したときに、クラッチスプリングが縮径して入力軸と出力軸を締め付ける作用により、入力軸の回転が出力軸に伝達されるようにしている。しかし、伝達トルク容量が小さく、大きなトルクを伝達する場合には、巻き数の多いクラッチスプリングを用いる必要があるため、軸方向に長くなるという問題がある。

一方、特許文献１では、クラッチスプリングを二重とし、その大径コイル部を入力部材（プーリ）の内周のクラッチ面に弾性接触させ、小径コイル部を入力部材の内側に組み込まれた出力部材（プーリハブ）の外周クラッチ面に弾性接触させて、入力部材が所定の一方向に回転したときに、クラッチスプリングの大径コイル部が拡径して入力部材を締め付けると同時に小径コイル部が縮径して出力部材を締め付ける作用により、入力部材の回転が出力部材に伝達されるようにした二重スプリング式のものが提案されている。この構成によれば、上述した一般的な一重のクラッチスプリングを用いたものよりも伝達トルク容量が大きくなり、軸方向寸法のコンパクト化を図ることができる。

「機械要素活用マニュアル・ばね」、編者；ニッパツ・日本発条株式会社、発行；１９９５年２月１５日、Ｐ．１３６

特開２００８−１０１７４０号公報

ところで、上記特許文献１に記載された二重スプリング式の一方向クラッチでは、上述したように軸方向寸法のコンパクト化は図れるが、二重のクラッチスプリングの大径コイル部の直径が一般的な一重のクラッチスプリングの直径に比べて大きくなる。このため、入力部材を所定の一方向に回転させたときの大径コイル部の拡径量が小さくなり、特に大径コイル部と入力部材との間の摩擦係数が小さくなった場合等に、大径コイル部が入力部材を十分に締め付けることができず、両者の間で滑りを生じてスムーズなトルク伝達が行えなくなるおそれがある。

そこで、本発明の課題は、二重スプリング式一方向クラッチのトルク伝達動作の安定性を向上させることである。

上記の課題を解決するため、本発明のスプリング式一方向クラッチは、一端に内向きフランジを有する筒状の出力部材と、その出力部材の内側に挿入されて出力部材と同軸上に配置された入力部材と、その入力部材の円筒状外周面と出力部材の内周面の間に組み込まれ、出力部材に一端を係止されたクラッチスプリングとからなり、前記出力部材の内向きフランジの内側面に出力部材内周面と対向する凸円弧面を有する係合凸部が設けられ、前記クラッチスプリングは、前記入力部材の外周面と全周にわたって弾性接触する小径巻部と、前記係合凸部の凸円弧面と弾性接触する大径巻部と、小径巻部と大径巻部とをつなぐ連設部とを有し、前記入力部材が所定の一方向に回転したときに、その小径巻部と大径巻部がいずれも縮径して、小径巻部が前記入力部材を締め付け、大径巻部が前記出力部材の係合凸部を締め付けるものであり、このクラッチスプリングの大径巻部または連設部を、前記出力部材の軸心まわりの係合凸部の回転軌跡と交差するように配した構成を採用したのである。

上記の構成によれば、入力部材が所定の一方向に回転して、クラッチスプリングの小径巻部と大径巻部がいずれも縮径するときに、大径巻部が出力部材の係合凸部を十分に締め付けることができない場合でも、その係合凸部の回転軌跡と交差するように配された大径巻部または連設部が係合凸部と回転方向で係合することにより、入力部材から出力部材へのトルク伝達を安定して行うことができる。

上記の構成において、前記クラッチスプリングとしては、前記小径巻部と前記大径巻部とをそれぞれの周方向の一点が前記連設部となるように偏心させて軸方向に交互に形成するか、あるいは前記小径巻部と前記大径巻部とを一つずつコイル状に形成して、その小径巻部が大径巻部の内周に接するように偏心させて配し、前記大径巻部が前記係合凸部の回転軌跡と交差するようにしたものを採用することができる。また、前記小径巻部と前記大径巻部とを同軸上で軸方向に交互に形成し、前記連設部が前記係合凸部の回転軌跡と交差するようにしたものを採用することもできる。

前記クラッチスプリングの他端にフックを設け、このフックと係合する制御部材を前記出力部材および入力部材と同軸上で回転可能に設け、この制御部材の回転を停止させることにより、前記入力部材が前記クラッチスプリングに対して空転するようにすれば、制御部材の回転制御によって入力部材から出力部材へのトルク伝達と遮断を制御することができる。

ここで、前記出力部材の他端に前記制御部材に通される蓋取付部を設け、この蓋取付部に前記制御部材を抜け止めする蓋を取り付けて、前記出力部材と制御部材を一体化することにより、クラッチ全体のユニット化が容易に行えるようになる。

本発明のスプリング式一方向クラッチは、上述したように、出力部材の内向きフランジの内側面に係合凸部を設け、入力部材の円筒状外周面と出力部材の内周面の間に組み込まれる二重のクラッチスプリングの小径巻部を入力部材の外周面に全周にわたって弾性接触させ、大径巻部を係合凸部の凸円弧面に弾性接触させるとともに、その大径巻部または小径巻部と大径巻部とをつなぐ連設部を、出力部材の軸心まわりの係合凸部の回転軌跡と交差するように配することにより、入力部材が所定の一方向に回転して、クラッチスプリングの小径巻部と大径巻部がいずれも縮径するときに、大径巻部が出力部材の係合凸部を十分に締め付けることができない場合でも、大径巻部または連設部が係合凸部と回転方向で係合するようにしたものであるから、入力部材から出力部材へのトルク伝達を安定して行うことができる。

第１実施形態のスプリング式一方向クラッチの縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 ａは図１のクラッチスプリングの右側面図、ｂはａのIII−III線に沿った断面図 第２実施形態のスプリング式一方向クラッチの縦断正面図 ａは図４のクラッチスプリングの右側面図、ｂはａのＶ−Ｖ線の沿った断面図 第３実施形態のスプリング式一方向クラッチの縦断正面図 図６のVII−VII線に沿った断面図 ａは図６のクラッチスプリングの右側面図、ｂはａのVIII−VIII線に沿った断面図 第４実施形態のスプリング式一方向クラッチの縦断正面図 図９の右側面図 図９の要部の分解斜視図 第５実施形態のスプリング式一方向クラッチの縦断正面図 ａは図１２の左側面図、ｂはａのXIII−XIII線に沿った断面図 第６実施形態のスプリング式一方向クラッチの縦断正面図 ａは図１４の左側面図、ｂはａのXV-XV線に沿った断面図

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３は第１の実施形態を示す。この実施形態のスプリング式一方向クラッチは、図１に示すように、出力部材としての外輪１と、外輪１の中心部に挿通される入力部材としての回転軸２と、回転軸２の円筒状外周面と外輪１の内周面の間に組み込まれたクラッチスプリング３とを備えており、その外輪１と回転軸２とが相対的に回転自在とされている。

前記外輪１は、外周面に歯１ａが形成されたギヤであり、その一端に内向きフランジ４を有し、他端部の内周側に環状の蓋５が嵌め込まれている。その蓋５は、外輪１の他端の開口を閉塞して、クラッチスプリング３を抜け止めしている。また、その内向きフランジ４の内周面と蓋５の内周面が、回転軸２を外輪１と相対回転自在に支持するラジアル軸受面となっている。なお、外輪としては、この実施形態のようなギヤのほかに、外周のベルト案内面に軸方向に延びる歯が多数形成された歯付きプーリ等を用いることもできる。

図１および図２に示すように、外輪１の内周側には、内向きフランジ４の内側面から他端側へ向かって、径方向断面がＣ字状の段部６と、径方向断面が三日月状で外輪１内周面と対向する凸円弧面７ａを有する係合凸部７が設けられている。Ｃ字状段部６は、その内周面に、後述するようにクラッチスプリング３を係止するための軸方向溝６ａが形成されている。また、係合凸部７は、その先端が蓋５の内側面に設けられた環状溝５ａに挿入されるようになっている。

前記クラッチスプリング３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、小径巻部３ａと大径巻部３ｂとが、それぞれの周方向の一点を互いをつなぐ連設部３ｃとして偏心した状態で、軸方向に交互に一巻ずつ形成されており、スプリング全体の一端には径方向外側へ延びるフック３ｄが形成されている。なお、各小径巻部３ａおよび各大径巻部３ｂの巻き数は任意に変更できる。そして、図１および図２に示すように、小径巻部３ａが回転軸２の外周面と全周にわたって弾性接触し、大径巻部３ｂが外輪１の係合凸部７の凸円弧面７ａおよび回転軸２の外周面の一部と弾性接触し、フック３ｄが外輪１の内周側に形成された軸方向溝６ａに差し込まれる状態で組み込まれる。これにより、一端をフック３ｄで外輪１に係止されるとともに、大径巻部３ｂが外輪１の軸心まわりの係合凸部７の回転軌跡と交差するようになっている。

このスプリング式一方向クラッチは、上記の構成であり、回転軸２をクラッチスプリング３の他端（自由端）側から見た巻き方向と反対の方向（図２の矢印方向）に回転させると、クラッチスプリング３の小径巻部３ａと大径巻部３ｂがいずれも縮径して、小径巻部３ａが回転軸２を締め付けると同時に大径巻部３ｂが外輪１の係合凸部７と回転軸２を締め付ける作用により、回転軸２から外輪１へ回転トルクが伝達され、外輪１が回転軸２と同方向に回転する。

このとき、クラッチスプリング３の大径巻部３ｂと外輪１の係合凸部７との間の摩擦係数の減少等により、大径巻部３ｂが係合凸部７を十分に締め付けることができない場合もあるが、この大径巻部３ｂは係合凸部７の回転軌跡と交差するように配されており、係合凸部７と回転方向で係合するので、回転軸２から外輪１へのトルク伝達を安定して行うことができる。

一方、回転軸２を上記と逆に（図２の矢印方向と反対の方向に）回転させると、クラッチスプリング３の小径巻部３ａと大径巻部３ｂがいずれも拡径し、回転軸２から外輪１へのトルク伝達は行われず、回転軸２が空転する。

図４および図５は第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態のクラッチスプリング３に代えて図５に示すクラッチスプリング８を用いたものである。その他の構成は第１実施形態と同一であるため、第１実施形態と同一の部品については、基本的に同一の符号を付して説明を省略する。これは後述する第３乃至第６の実施形態においても同じである。

この第２実施形態のクラッチスプリング８は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、小径巻部８ａと大径巻部８ｂとを一つずつコイル状に形成して、その小径巻部８ａが大径巻部８ｂの内周に接するように偏心させて配し、両者の端部どうしを渦巻き状に延びる連設部８ｃでつないだものである。その小径巻部８ａの自由端（スプリング全体の一端）には、径方向外側へ延びるフック８ｄが形成されている。

そして、このクラッチスプリング８を、図４に示すように、小径巻部８ａが回転軸２の外周面と全周にわたって弾性接触し、大径巻部８ｂが外輪１の係合凸部７の凸円弧面７ａと弾性接触し、フック８ｄが外輪１の軸方向溝６ａに差し込まれる状態で組み込むことにより、クラッチスプリング８のフック８ｄが外輪１に係止され、大径巻部８ｂが係合凸部７の回転軌跡と交差するようになっている。

したがって、この第２実施形態も、第１実施形態と同様に、クラッチスプリング８の大径巻部８ｂが係合凸部７を十分に締め付けることができない場合でも、大径巻部８ｂが係合凸部７と回転方向で係合するので、外輪１へのトルク伝達を安定して行える。

図６乃至図８は第３の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態のクラッチスプリング３に代えて図８に示すクラッチスプリング９を用い、このクラッチスプリング９が組み込めるように外輪１の内周側の構造を変更したものである。

この第３実施形態の外輪１は、円筒状の内周面にクラッチスプリング９係止用の軸方向溝１ｂが形成されている。また、内向きフランジ４の内側面から他端側へ向かって、径方向断面が三日月状の大小２つの係合凸部１０、１１が設けられている。各係合凸部１０、１１は、外輪１内周面と対向する凸円弧面１０ａ、１１ａを有し、先端が蓋５の内側面に設けられた環状溝５ａに挿入されるようになっている。

一方、クラッチスプリング９は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、小径巻部９ａと大径巻部９ｂとを同軸上で軸方向に交互に形成し、両者の端部どうしを渦巻き状に延びる連設部９ｃでつないだもので、スプリング全体の一端には径方向外側へ延びるフック９ｄが形成されている。なお、各小径巻部９ａおよび各大径巻部９ｂの巻き数は任意に変更できる。

そして、このクラッチスプリング９を、図６および図７に示すように、小径巻部９ａが回転軸２の外周面と全周にわたって弾性接触し、大径巻部９ｂが外輪１の各係合凸部１０、１１の凸円弧面１０ａ、１１ａと弾性接触し、フック９ｄが外輪１の軸方向溝１ｂに差し込まれる状態で組み込むことにより、クラッチスプリング９のフック９ｄが外輪１に係止され、連設部９ｃが各係合凸部１０、１１の回転軌跡と交差するようになっている。

したがって、この第３実施形態では、クラッチスプリング９の大径巻部９ｂが係合凸部１０、１１を十分に締め付けることができない場合、連設部９ｃが各係合凸部１０、１１と回転方向で係合するので、第１、第２実施形態と同様に、外輪１へのトルク伝達を安定して行うことができる。

図９乃至図１１は第４の実施形態を示す。この実施形態では、第３実施形態をベースとして、クラッチスプリング９の他端に軸方向外側へ延びるフック９ｅを設け、このフック９ｅと係合する制御部材としてのラチェットホイール１２を、回転軸２の外周に回転自在に嵌め込んでいる。ラチェットホイール１２は、その外周に形成された歯１２ａと外部のラチェット爪１３との係合、離脱によって回転が制御されるようになっている。また、その径方向中央部には軸方向に貫通する一対の扇形の窓１２ｂが形成され、内周面にはクラッチスプリング９の他端のフック９ｅが差し込まれる軸方向溝１２ｃが形成されている。

一方、外輪１の他端には、ラチェットホイール１２の窓１２ｂに通される一対の扇形の蓋取付部１４が設けられており、この蓋取付部１４の先端側の内周にラチェットホイール１２を抜け止めする環状の蓋１５が嵌め込まれて、外輪１とラチェットホイール１２が一体化されている。

この第４実施形態では、ラチェット爪１３がラチェットホイール１２の歯１２ａから離脱した状態で、回転軸２を図１０の矢印方向に回転させると、クラッチスプリング９の小径巻部９ａと大径巻部９ｂがいずれも縮径して、小径巻部９ａが回転軸２を締め付けると同時に、大径巻部９ｂが外輪１の各係合凸部１０、１１を締め付け、外輪１とクラッチスプリング９とラチェットホイール１２と蓋１５とが一体となって回転軸２と同方向に回転する。このとき、クラッチスプリング９の大径巻部９ｂが係合凸部１０、１１を十分に締め付けることができない場合でも、連設部９ｃが各係合凸部１０、１１と回転方向で係合し、外輪１へのトルク伝達を安定して行える点は、第３実施形態と同じである。

上記の回転軸２から外輪１へのトルク伝達状態において、ラチェット爪１３をラチェットホイール１２の半径方向内方に移動させ、ラチェットホイール１２の歯１２ａに係合させてラチェットホイール１２を停止させると、クラッチスプリング９の小径巻部９ａと大径巻部９ｂがいずれも拡径し、回転軸２がクラッチスプリング９に対して空転するようになって、回転軸２から外輪１へのトルク伝達が遮断される。

このように、第４実施形態では、ラチェットホイール１２の回転制御によって回転軸２から外輪１へのトルク伝達と遮断を制御することができる。

図１２および図１３は第５の実施形態を示し、図１４および図１５は第６の実施形態を示す。これらの各実施形態は、第１実施形態をベースとして、クラッチスプリング３の一端のフック３ｄの形状を変更し、これに対応するように外輪１のフック係止構造を変更したものである。

このうち、図１２および図１３（ａ）、（ｂ）に示す第５の実施形態では、クラッチスプリング３のフック３ｄが、軸方向外側へ延びた部分の先端側をクラッチスプリング３の巻方向と逆方向（輪郭円の略接線方向）へ折り返したＬ字状に形成されている。そして、外輪１の内向きフランジ４の内周近傍に、このフック３ｄを収容するフック収容部１６が設けられている。

前記外輪１のフック収容部１６は、クラッチスプリング３のフック３ｄを通す長孔状の窓１６ａと、内向きフランジ４の外側で窓１６ａの長手方向一端（トルク伝達時の回転方向側端）から延びる凹部１６ｂとからなる。そして、フック３ｄ全体をフック収容部１６の窓１６ａに挿入した後、クラッチスプリング３と外輪１を相対回転させることにより、フック３ｄの先端部をフック収容部１６の凹部１６ｂに差し込んで、クラッチスプリング３を外輪１に係止するようになっている（図１３（ｂ）参照）。

この第５実施形態では、上記のようにクラッチスプリング３のフック３ｄがＬ字状に形成されており、トルク伝達時にスプリング３の内側へ引き込まれにくくなっているので、入力トルクが大きくなっても安定してトルク伝達を行うことができる。また、クラッチスプリング３は外輪１によって軸方向にも拘束されることになるので、クラッチスプリング３を抜け止めする蓋５を省略することもできる。

図１４および図１５（ａ）、（ｂ）に示す第６の実施形態は、第５実施形態と基本的な構成は同じであるので、第５実施形態との相違点のみを説明する。まず、この第６実施形態では、クラッチスプリング３の組み込みが容易になるように、外輪１のフック収容部１６の幅（径方向寸法）を広くし、クラッチスプリング３のフック３ｄを軸方向に対して若干傾斜した方向に延ばしている。

また、第５実施形態と同様にクラッチスプリング３を組み込んだ後、外輪１のフック収容部１６の窓１６ａとこれに連続する段部６の軸方向溝６ｂへ断面扇形の柱状部材１７を嵌め込むことにより、クラッチスプリング３を周方向にも拘束して、より安定したトルク伝達が行えるようにしている。

１ 外輪（出力部材）
２ 回転軸（入力部材）
３、８、９ クラッチスプリング
３ａ、８ａ、９ａ 小径巻部
３ｂ、８ｂ、９ｂ 大径巻部
３ｃ、８ｃ、９ｃ 連設部
３ｄ、８ｄ、９ｄ フック（一端側）
４ 内向きフランジ
５ 蓋
６ 段部
６ａ、６ｂ 軸方向溝
７、１０、１１ 係合凸部
７ａ、１０ａ、１１ａ 凸円弧面
９ｅ フック（他端側）
１２ ラチェットホイール（制御部材）
１３ ラチェット爪
１４ 蓋取付部
１５ 蓋
１６ フック収容部
１６ａ 窓
１６ｂ 凹部
１７ 柱状部材

Claims (6)

1. 一端に内向きフランジを有する筒状の出力部材と、その出力部材の内側に挿入されて出力部材と同軸上に配置された入力部材と、その入力部材の円筒状外周面と出力部材の内周面の間に組み込まれ、出力部材に一端を係止されたクラッチスプリングとからなり、
   前記出力部材の内向きフランジの内側面に出力部材内周面と対向する凸円弧面を有する係合凸部が設けられ、
   前記クラッチスプリングは、前記入力部材の外周面と全周にわたって弾性接触する小径巻部と、前記係合凸部の凸円弧面と弾性接触する大径巻部と、小径巻部と大径巻部とをつなぐ連設部とを有し、前記入力部材が所定の一方向に回転したときに、その小径巻部と大径巻部がいずれも縮径して、小径巻部が前記入力部材を締め付け、大径巻部が前記出力部材の係合凸部を締め付けるものであり、
   このクラッチスプリングの大径巻部または連設部を、前記出力部材の軸心まわりの係合凸部の回転軌跡と交差するように配したスプリング式一方向クラッチ。
2. 前記クラッチスプリングが、前記小径巻部と前記大径巻部とをそれぞれの周方向の一点が前記連設部となるように偏心させて軸方向に交互に形成し、前記大径巻部が前記係合凸部の回転軌跡と交差するようにしたものであることを特徴とする請求項１に記載のスプリング式一方向クラッチ。
3. 前記クラッチスプリングが、前記小径巻部と前記大径巻部とを一つずつコイル状に形成して、その小径巻部が大径巻部の内周に接するように偏心させて配し、前記大径巻部が前記係合凸部の回転軌跡と交差するようにしたものであることを特徴とする請求項１に記載のスプリング式一方向クラッチ。
4. 前記クラッチスプリングが、前記小径巻部と前記大径巻部とを同軸上で軸方向に交互に形成し、前記連設部が前記係合凸部の回転軌跡と交差するようにしたものであることを特徴とする請求項１に記載のスプリング式一方向クラッチ。
5. 前記クラッチスプリングの他端にフックを設け、このフックと係合する制御部材を前記出力部材および入力部材と同軸上で回転可能に設け、この制御部材の回転を停止させることにより、前記入力部材が前記クラッチスプリングに対して空転するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスプリング式一方向クラッチ。
6. 前記出力部材の他端に前記制御部材に通される蓋取付部を設け、この蓋取付部に前記制御部材を抜け止めする蓋を取り付けて、前記出力部材と制御部材を一体化したことを特徴とする請求項５に記載のスプリング式一方向クラッチ。

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