JP2014001807A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルな構造で小型化する事が出来て、使い易くて安価な一方向クラッを実現する。 更に従来、順逆両回転のうちのいずれか一方の回転力だけしか伝達しなかったものを、両方共伝達して取り出して回転出力する。これによりエネルギーロスが無くなる。
【解決手段】 回転入力軸と回転出力軸が軸方向に噛合するラッチ歯車を有する伝達歯車を入力回転軸に対して前後に遊動させて、回転出力軸の伝達、非伝達を行う。
請求項１に於いては伝達歯車を前に遊動させて回転出力軸と噛合させて伝達し、後ろに遊動させて非噛合にして、非伝達する。
請求項２に於いては、順回転はそのまま噛合させて噛合出力し、逆回転は反転回転結合させて順回転として伝達する事により、順逆両方の回転共に一方向の回転にして回転出力する。
【選択図】 図８

Description

本発明は一方向クラッチに関するもので、回転軸の順逆回転を一方向の回転に変換するものである。

従来の一方向クラッチは、古くから多様されているラチェット機構があり、円周方向に噛合する歯車とこれを係止するラチェット爪から構成されていた。

近年に於いては、円周方向に、逆回転防止のための係止構造がバネやローラ等の部品が図１に示す様に、回転軸の円周方向に複数個配列さた一方向クラッチが多用されているが複雑な構造であり、伝達する回転軸の直径よりかなり大きくなっていた。

また、従来の一方向クラッチでは順回転と逆回転の両方向のうち、いずれか一方向の回転力だけを回転出力として伝達するに過ぎず、他方向の回転は無駄に空費されていた。
順逆両方の回転力共に回転出力として伝達する事が出来れば回転伝達効率が増加するのでその様な一方向クラッチが求められていた。

順回転と逆両方の両回転力共に回転出力として取り出し伝達する様な機構は存在したが、これを実現するため、従来の一方向クラッチを歯車と共に部品として組み合わせた複雑な機構のものが提案されていた。
（例えば特許文献１参照）
これは、機構部品としての一方向クラッチと歯車を必要に応じて組み合わせたものであり、サイズ的にもコンパクトに、機構部品としての汎用性を考慮して使用する事は無かった。

特開2002-316685

バネやローラーで構成され、円周方向に多数個配置されていた従来の一方向クラッチの複雑さやサイズの大きさを解消して、簡単な構造で且つ小口径に一方向クラッチを実現するものである。
更に、従来の様に順逆回転のいずれか一方だけを取り出すのではなく、順回転と逆回転の両方向の入力回転を、順回転はそのまま、逆回転は反転し、一方向の回転出力として取り出す事を可能にする一方向クラッチである。
そしてこれを簡単な構造で少ない部品点数で実現し、且つ小サイズで実現するものである。

従来の一方向クラッチは、一方向にのみ回転伝達する機構が図１に示す様に円周方向に配置されていたが、本発明は軸方向に噛合する一方向噛合歯車（以下ラッチ歯と称する）を使用して一方向に回転伝達する。

図２に示す様に、軸方向に突出するラッチ歯の噛合により回転伝達が行われるのであり、伝達用ラッチ歯を有する回転伝達歯車が、入力回転軸の回転方向に応じて軸方向に遊動し、回転出力軸が順回転の時には噛合がなされ、逆回転の時は噛合がなされないようにして一方向回転のみを回転出力軸に伝達するのである。

更に図３に示す様に、回転入力軸の前後にそれぞれ逆方向にラッチ歯を取付け、順回転に際しては前のラッチ歯と回転出力軸を嵌合させてそのまま回転出力とし、逆回転に際しては後ろのラッチ歯と逆回転出力軸が嵌合させて反転歯車で順回転に変換して回転出力する事により順逆両方の入力回転を一方向の回転にして回転出力として取り出す事が可能になるのである。

ラッチ歯の軸方向の噛合具合により、回転の伝達、非伝達が行われるシンプルな機構なので、従来の様に複雑な機構を円周方向に配置する必要が無く、これにより、小型軽量化を実現することが出来る。
また、順逆両回転のエネルギーを一方向回転として取り出し可能になるのでエネルギーロスの少ない一方向クラッチを実現する事が可能になるのであり、この様な一方向クラッチは汎用部品としては存在していなかった。

特に本発明は人力をエネルギー源とする回転デバイスとしての利用に最適である。
例えば本発明を、手握り発電器として利用したり、手握り回転調理具に利用すればよい。
他にも、図４に示す様な使い方をすれば、不規則往復を連続回転に変換可能になるので、例えば図１０に示す様な波力発電等の自然界のランダム振動エネルギーを回転運動にして利用可能になる。

従来の一方向クラッチで円周に係止機構が配置されている図 請求項１の概要を示す斜視図 請求項２の概要を示す斜視図 バネを使った請求項１で順回転を伝達する一部断面図 バネを使った請求項１で逆回転を非伝達する請求項１の一部断面図 溝カム機構を使った請求項１で順回転を伝達する一部断面図 溝カム機構を使った請求項１で逆回転を非伝達する一部断面図 溝カム機構を使った請求項２で順回転を伝達する一部断面図 溝カム機構を使った請求項２で逆回転を反転して伝達する一部断面図 本発明の利用例

以下、図４〜図７を用いて本発明の動作を説明する。
図４〜図５は伝達歯車２００を前後に遊動させる手段として、回転入力軸１００と伝達歯車２００との間に挿入したバネ６００を使用する請求項１の例である。
図示すように、回転力が入力される回転入力軸１００と、これを伝達したり非伝達にするための伝達歯車２００と回転出力軸３００とが軸方向に直列に配列されている。

伝達歯車２００と回転入力軸１００は、キー溝１０５を介し貫通して回転結合されていて、軸方向に前後に遊動自在に、且つ入力回転に追従回転する。そして、回転入力軸１００と伝達歯車２００との間に挿入したバネ６００により、伝達歯車２００が出力回転軸３００の方向に押圧されている。

この状態で回転入力軸１００が順回転（Ａ）すると伝達歯車２００は出力回転軸３００に押しつけられているので、伝達歯車２００のラッチ歯２２０と出力回転軸３００のラッチ歯３２０が噛合して、この順回転をそのまま出力回転順３００に伝達する。

この状態から図５に示す様に、回転入力軸１００が逆回転した際に於いては、出力回転軸３００に回転負荷が全く掛かってなければ、回転出力軸３００と伝達歯車２００のラッチ歯同士がバネ力により押しつけられた状態のまま、この逆回転が伝達さようとするが、この押圧力を凌駕する回転負荷が掛かっているので、図５に示す様に、双方のラッチ歯の噛合はバネ力を凌駕して滑り空転し解消され、逆回転は伝達されない。このバネ６００のバネ力は、は伝達歯車２００を回転出力軸３００に押しつけるに足るだけの押圧力に調整する。

回転出力軸３００は何かを回転させるためのものであり、回転負荷が掛かっているのは当然であるから、回転入力軸１００が逆回転する事により、伝達歯車２００は回転出力軸３００とは滑り空転して非伝達となる。
これにより、順回転は伝達され、逆回転は非伝達となる一方向クラッチとしての機能が発揮される事になるのである。

図６〜図７は、回転入力軸１００と伝達歯車２００との間の溝カム機構を利用して伝達歯車を前後に遊動させる例である。
図６に示す様に、回転入力軸１００が順回転した際（Ａ）には、この回転力により接触子１５０が溝カム２５０の溝側面を押圧して伝達歯車２００を前方に遊動させ、このラッチ歯２３０が回転出力軸３００のラッチ歯３３０と噛合して順回転が伝達され、回転出力される。

図７に示す様に、回転入力軸１００が逆回転した際（Ｂ）には接触子１５０が溝カム２５０の溝の逆側面を押圧して伝達歯車２００を後方に遊動させ、このラッチ歯２３０が回転出力軸３００のラッチ歯３３０との噛合が解消されて回転が伝達されない。

上記説明したように、軸方向に噛合するラッチ歯を、前後に遊動させて回転伝達する事により、従来の一方向クラッチの欠点を解消する事が可能になるので、従来よりシンプルで小型化された汎用部品が実現出きるのである。そして更に汎用性を考慮し、請求項４に示す様に入力回転軸と出力回転軸を筐体に回転自在に支承してケーシングする事により標準部品としてより汎用的に利用する事が可能になるのである。

次に、順回転と逆回転の両方を一方向回転として回転出力する請求項２について説明する。
図８に示す様に、伝達歯車２００の前端には前端ラッチ歯２３５を、後端には後端ラッチ歯２３７を有し、このどちらか一方が噛合して回転を伝達する。この伝達歯車２００の後側には逆回転軸４００が配置されていて、伝達歯車２００が後退した際には、後端ラッチ歯２３７を介して回転入力軸１００の逆回転が逆回転軸４００に伝達される様になっている。そして逆回転軸４００と回転出力軸３００とは反転歯車５００で反転結合されている。
回転出力軸３００と逆回転軸４００とは、互いにいずれか一方だけに回転入力軸１００と有効に回転結合するので、回転結合してない方は空転して、他方の回転を干渉する事はない。

回転入力軸１００が順回転すると請求項１の説明に示したと同じ経緯で回転出力軸３００に順回転が伝達される。

回転入力軸１００が逆回転すると、溝カム機構２５０の動作により、この伝達歯車２００は後退して後端ラッチ歯２３７と逆回転用ラッチ歯４３０とが噛合して逆回転軸４００に逆回転が伝達される。そして筐体７００に回転支持された反転歯車５００を介して順回転に変換されて回転出力軸３００に回転出力されるのである。

以上、説明したように、伝達歯車２００が前後に遊動して、順逆両回転を順方向するて一方向クラッチが実現されるのであが、前後に遊動させる手段を、バネやカム機構を使う方式で説明したが、回転入力軸１００の回転方向をセンスして、電磁力により実現する等の方法も考えられる。

１００ 回転入力軸
１０５ キー溝
１５０ 接触子
２００ 伝達歯車
２３０ 伝達用ラッチ歯
２３５ 前端ラッチ歯
２３７ 後端ラッチ歯
２５０ 溝カム
３００ 回転出力軸３００
３３０ 出力用ラッチ歯
４００ 逆回転軸
４３０ 逆回転用ラッチ歯
５００ 反転歯車
６００ バネ
７００ 筐体

Claims (3)

1. 軸方向に噛合するラッチ歯を有する回転伝達歯車が、回転入力軸に遊動自在に同心回転結合され、この回転入力軸の回転方向に応じて伝達歯車を前後に遊動させる手段を有し、回転出力軸に入力回転の一方向回転のみを出力する一方向クラッチであって
   回転入力軸の順回転に際しては、伝達歯車を前進させて回転出力軸のラッチ歯と噛合させしてこの順回転を伝達し、回転入力軸の逆回転に際しては、伝達歯車を後退させて、この逆回転は非伝達となる一方向クラッチ。
2. 軸方向に噛合するラッチ歯を両端に有する回転伝達歯車が、回転入力軸に遊動自在に同心回転結合され、この回転入力軸の回転方向に応じて伝達歯車を前後に遊動させる手段を有し、この伝達歯車の前側に位置する出力軸と後側に位置する逆回転出力軸のいずれかに回転伝達して入力回転の順逆両回転を一方向回転にして出力する一方向クラッチであって
   回転入力軸の正回転に際しては、伝達歯車を前進させて回転出力軸のラッチ歯と噛合させこの順回転を伝達し、回転入力軸の逆回転に際しては伝達歯車を後退させて、逆回転出力軸のラッチ歯と噛合させ逆回転を伝達し逆転歯車でこの逆回転を反転して回転出力軸に伝達する一方向クラッチ。
3. 入力回転軸と出力回転軸が筐体に回転自在に支承されてケーシングされてなる請求項１及び請求項２記載の一方向クラッチ。

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