JP2014500459A - 強制的なスプリングクリアランスの解除を備えるラップスプリングクラッチ結合器 - Google Patents

Abstract

回転結合器が提供される。結合器は、回転軸を中心として配置された第１のハブと第２のハブとを含む。ラップスプリングがハブの半径方向外側に配置され、第１のハブの、第１の回転方向における回転時にハブを回転自在に結合する。スプリング作動部材は軸を中心とした回転のために構成され、ラップスプリングの一端に結合されている。ラップスプリングの反対端は第２のハブに結合されている。作動部は、スプリング作動部材および第２のハブの、第１の回転方向における回転を選択的に停止し、スプリング作動部材の、第２の回転方向における回転を生じさせ、それによって、ラップスプリングを緩めるように構成されている。回転結合器は、したがって、結合器の解放時における、第１のハブからのラップスプリングの解除を容易にし、過度の騒音および振動を防止するとともに摩耗を低減する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、回転結合器に関し、特に、クラッチの解放時にラップスプリングの解除を補助する特徴を有するラップスプリングクラッチに関する。

従来のラップスプリングクラッチは入力ハブと出力ハブとを含む。ラップスプリングは締まり嵌めによって入力ハブおよび出力ハブの１つに結合されている。ラップスプリングが連結されたハブが第１の回転方向に回転すると、スプリングが他方のハブに締め付けられ、それによって、２つのハブが互いに結合されて回転し、クラッチが係合される。ラップスプリングが結合されたハブが停止するか方向を反転すると、またはラップスプリングの回転を防止する外力のため、スプリングが緩められ、クラッチが解放される。

ラップスプリングクラッチの動作は入力ハブと出力ハブとの間の回転速度の差に依存する。特に、ハブ間の回転速度に大きな差がある場合、ラップスプリングはより迅速に係合および解除される。多くの用途では、しかしながら、クラッチの係合および解除時の回転速度の差は比較的小さい。このため、クラッチの解除時、ラップスプリングは、それが巻かれたハブに望ましくない引きずりを生じさせ、不要な騒音および振動を発生させるおそれがある。このため、ラップスプリングは摩耗も増加しやすい。ラップスプリングクラッチは、したがって、ハブ間の回転速度の差が比較的小さい用途には不適当なことが多い。従来のラップスプリングクラッチでは、ハブに対するラップスプリングの締まり嵌めを調整することによってこれら問題を克服しようとしている。締まり嵌めの調整には、しかしながら、クラッチの係合（締め代が不十分な場合は損なわれるおそれがある）および解除（締め代が大きすぎる場合は損なわれるおそれがある）の双方を可能にする繊細なバランスが要求される。多くの用途においては、適切なバランスを得ることができず、従来のラップスプリングクラッチを使用することはできない。

本発明者は本明細書において上で明らかにした欠点の１つまたは複数を最小にする、および／または取り除く回転結合器の必要性を認識した。

本発明は回転結合器を提供する。

本発明の一実施形態による回転結合器は回転軸を中心として配置された第１のハブと第２のハブとを含む。結合器は、第１のハブおよび第２のハブの半径方向外側に配置されたラップスプリングをさらに含む。第１のハブの第１の回転方向における回転の間、ラップスプリングは第１のハブと第２のハブとを互いに結合して回転させるように構成されている。結合器は、軸を中心とした回転のために構成されており、ラップスプリングの第１の端部に結合されているスプリング作動部材をさらに含む。本発明の一実施形態では、スプリング作動部材はラップスプリングの半径方向外側に配置されたカラーを含む。ラップスプリングの第２の端部は第２のハブに結合されている。結合器は、スプリング作動部材および第２のハブの、第１の回転方向における回転を停止し、スプリング作動部材の、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向における回転を生じさせ、それによって、ラップスプリングを緩めるように構成されている作動部をさらに含む。

本発明による回転結合器は、従来の回転結合器、特に、従来のラップスプリングクラッチに対する改良を示すものである。ハブの相対回転とは無関係にラップスプリングを巻き戻すことを容易にする機構を提供することによって、本発明の結合器は、ハブ間の回転速度の差が小さい用途においてさえもラップスプリングの解放を容易にする。このため、本発明の結合器は、以前はラップスプリングクラッチに不適当と考えられていたさらなる用途において使用することができる。

当業者には、以下の詳細な説明および本発明の特徴を例として示す添付の図面から、本発明のこれらの利点および他の利点が明らかになろう。

本発明の一実施形態による回転結合器の平面図である。 線２−２に沿って切った図１の回転結合器の断面図である。 線３−３に沿って切った図１の回転結合器の断面図である。 図１の回転結合器の分解斜視図である。

ここで、種々の図における同一の構成要素を示すために同様の参照符号を使用する図面を参照すると、図１〜４は、本発明の一実施形態による回転結合器１０を示す。結合器１０は、シャフト、プーリ、ギヤ、スプロケットおよびシーブ（図示せず）などの入力部材と出力部材との間においてトルクを選択的に伝達するためのクラッチとして機能する。結合器１０は、また、トルクが出力部材に伝達されていない場合、出力部材のブレーキとして機能してもよい。示される実施形態では、結合器１０は、スタート／コースト（またはスタート／ストップ）クラッチとして機能する。しかしながら、本発明は、オーバランニング／ワンウェイクラッチおよび単回転クラッチなどの他のクラッチ、ならびにＡｌｔｒａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍｏｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．により「ＤＹＮＡＣＯＲＰ」および／または「ＷＡＲＮＥＲ ＥＬＥＣＴＲＩＣ」の商標において販売されている、ＳＣおよびＷＳＣメカニカルシリーズクラッチおよび／またはＣＰおよびＳＡＣ作動クラッチシリーズおよび／またはＤＣＢ、ＣＢおよびＳｕｐｅｒ作動クラッチブレーキのいずれかを含む、クラッチ／ブレーキの組み合わせにおいて使用できることを理解すべきである。結合器１０は、入力ハブ１２と、出力ハブ１４と、一方向ベアリング１６などの、出力ハブ１４の１つの回転方向における回転を防止するための手段と、ラップスプリング１８と、スプリング作動部材２０と、作動部２２と、を含んでもよい。

入力ハブ１２は、シャフト、プーリ、ギヤ、スプロケットまたはシーブなどの入力デバイスからラップスプリング１８を介して出力ハブ１４にトルクを伝達するための手段を提供する。ハブ１２は当技術分野における従来のものであり、従来の金属および金属合金から作製してもよく、例えば、オイルを含浸させた焼結鉄製ハブを含んでもよい。ハブ１２は環状であり、回転軸２４を中心に配置されている。示される実施形態では、ハブは入力シャフト２６の周りに配置されており、シャフト２６に回転自在に結合されている。ハブ１２は、従来のキー／キー溝関係を使用して、または別の従来の手法でシャフト２６に結合してもよい。ハブ１２は、一方の軸端に配置された部分２８と、部分２８に対して縮径を有する部分３０と、を含む。しかしながら、ハブ１２の構成は用途によって変えてもよいことを理解すべきである。部分２８は、ラップスプリング１８および作動部材２０の軸方向の動きを制限するように構成されている。部分３０はラップスプリング１８の一部を支持するように構成されている。

出力ハブ１４は、入力ハブ１２から、シャフト、プーリ、ギヤ、スプロケットまたはシーブなどの出力部材にトルクを伝達するための手段を提供する。示される実施形態では、ハブ１４はギヤ３２にトルクを伝達する。示される実施形態はシャフト入力部材およびギヤ出力部材用に構成されているが、この関係は逆にすることができ、かつハブ１２、１４は種々の入力部材および出力部材への取り付け用に構成することができることを理解すべきである。ハブ１４は当技術分野における従来のものであり、従来の金属および金属合金から作製してもよく、例えば、オイルを含浸させた焼結鉄製ハブを含んでもよい。ハブ１４は環状であり、軸２４を中心に配置されており、入力ハブ１２と同軸上に並べられてもよい。
ハブ１４およびギヤ３２は、それらを貫通する入力シャフト２６をベアリングスリーブ３４とともに受容するような大きさにされている。ベアリングスリーブ３４は、シャフト２６とハブ１４との間に、ならびにシャフト２６とギヤ３２との間に配置されている。ハブ１４の半径方向外面３６は、クラッチが係合すると、ラップスプリング１８のための係合面を提供する。クラッチが係合していないとき、入力ハブ１２と出力ハブ１４は相対回転することができる。

一方向ベアリング１６は、１つの回転方向に（すなわち、クラッチの駆動方向と逆の方向に）おける出力ハブ１４の回転を防止するための手段を提供する。ベアリング１６は当技術分野における従来のものである。ベアリング１６は環状であり、軸２４を中心に配置されている。ベアリング１６は、出力ハブ１４の半径方向外側に配置されており、かつ一方ではギヤ３２とスプリング１８との間、他方ではギヤ３２と作動部材２０との間に軸方向に配置されている。出力ハブ１４の逆回転を防止するため、示される実施形態ではベアリング１６を使用しているが、同じ結果を得るため、駆動システム内で例えば、摩擦と同様に爪と爪車、回転防止用スプリング、カムまたはブレーキバンド含む他の機構を使用することができ、そのようなハブ１４を逆に回転させるために必要なトルクはスプリング１８を開放するために必要なトルクを超えることを理解すべきである。

入力ハブ１２と出力ハブ１４とを互いに結合して回転させるためラップスプリング１８が提供される。ラップスプリング１８は当技術分野における従来のものであり、従来の金属および金属合金から作製してもよい。スプリング１８は、入力ハブ１２の部分２８および出力ハブ１４の表面３６の外径よりもわずかに小さな内径を有する。したがって、スプリング１８はハブ１２、１４に締まり嵌めで係合してもよい。１つの回転方向（「駆動」方向）におけるハブ１２の回転によりスプリング１８がハブ１４にきつく巻き付き、ハブ１２とハブ１４とを互いに結合して回転させ、それによって、入力ハブ１２から出力ハブ１４にトルクを伝達する。ハブ１２の回転が終了するかハブ１２が逆回転方向に回転すると、または出力ハブ１４の回転が停止すると、スプリング１８が緩められてハブ１２とハブ１４とが分離され、クラッチが解除される。示される実施形態では、スプリング１８は出力ハブ１４に直接係合しているが、スプリング１８は中間部材に巻き付き、出力ハブ１４に間接的に係合できることを理解すべきである。さらに、示される実施形態では、スプリング１８は出力ハブ１４に巻き付いているが、別法として、スプリング１８が、クラッチの係合時には入力ハブ１２に巻き付き、クラッチの解放時には入力ハブ１２から巻き戻されるようにスプリング１８を配向できることは当業者には理解されよう。スプリング１８は一端においてスプリング作動部材２０に結合され、かつ部材２０の対応する凹部内に延びるタング３８を含んでもよい。スプリング１８は反対端においてハブ１４に結合され、かつハブ１４の対応する凹部内に延びる別のタング（図示せず）を含んでもよい。さらに、別実施形態において、スプリング１８は、ハブ１４に対して、ハブ１２に結合されてもよいことを理解すべきである。

スプリング作動部材２０は、ハブ１２、１４の相対回転のほかに、クラッチの制御された解除のための手段を提供する。示される実施形態では、部材２０はスプリング１８の半径方向外側に配置されたカラーを含む。部材２０は、鋼またはアルミニウムインサートを備えたガラス強化ナイロンから作製してもよい。部材２０は環状の形状であり、軸２４を中心に配置されており、ハブ１２、１４と同軸上に並べられている。部材２０は、結合器１０の組み立て時に入力ハブ１２の部分２８と一方向ベアリング１６との間に受容されるような大きさであり、かつ部分２６およびベアリング１６の一方の軸端面に接触してもよい。部材２０は、ラップスプリング１８の半径方向外側に配置されており、かつスプリング１８に対して所定の間隔を可能とするような大きさの内径を有する。部材２０は、スプリング１８のタング３８を受容するように構成されたスロット３９または類似の構造を含む。部材２０は、ハブ１２の部分２６およびベアリング１６の外径よりも大きくてもよい外径を有する。図３〜４を参照すると、以下に記載される目的のため、部材２０の半径方向外面は１つまたは複数のらせん状のスロット４０を画定する。スロット４０は、部材２０の外面に周方向に等間隔で配置されてもよい。示される実施形態では、部材２０は、互いに径方向に対向している２つのスロット４０を含む。示される実施形態では、部材２０は環状のカラーを含むが、部材２０は、以下により詳細に記載されるように、例えば、リンク、カムまたはロッドを含む、スプリング１８の一端を保持するのに十分であり、かつスプリング１８の回転運動を可能にする種々の構造形態をとることができることを理解すべきである。

作動部２２は、スプリング作動部材２０および出力ハブ１４の、１つの回転方向（すなわち、クラッチが係合され、入力ハブ１２と出力ハブ１４とが回転自在に結合される駆動方向）における回転を停止し、部材２０の逆回転方向における回転を生じさせるための手段を提供し、それによってラップスプリング１８を緩める。作動部２２は、カラー４２と、ピン４４と、作動リング４６と、リング４６をカラー４２と係合させるためのソレノイド４８などの手段と、を含んでもよい。

カラー４２は、１つの回転方向（クラッチの駆動方向）における部材２０（したがって、スプリング１８を介して出力ハブ１４）の回転を停止するため、および部材２０を逆回転方向に付勢するための逆トルクを印加するための制動トルクを部材２０に付与するように構成されている。カラー４２は、鋼またはアルミニウムインサートを備えたガラス強化ナイロンから作製してもよい。カラー４２は環状の形状であり、軸２４を中心に配置されている。カラー４２は、部材２０を受容するような大きさの内径を有する。
カラー４２は、そこを貫通する１つまたは複数の半径方向の穴５０を含む。穴５０は、穴５０内にプレス嵌めされても成形されてもよいピン４４を受容するように構成されている。以下に記載される目的のため、カラー４２は、また、一方の軸端に複数の軸方向に延在する歯５２を画定する。

軸２４に沿ったカラー４２の直線運動を回転トルク、特に、部材２０（したがって、スプリング１８を介して出力ハブ１４）の、１つの回転方向（クラッチの駆動方向）における回転運動を停止するために使用される制動トルク、ならびにスプリング１８を巻き戻すため、部材２０の、逆方向における回転運動を生じさせるために使用される逆トルクに変換するためにピン４４が提供される。ピン４４は、従来の金属および金属合金またはプラスチックから作製してもよい。ピン４４は、カラー４２の穴５０内および部材２０のスロット４０内に受容されるような形状とされ、示される実施形態においては円形の断面である。ピン４４は、ピン４４がカラー４２の内径を越えて半径方向内側に延び、対応するスロット４０内に入るように、カラー４２の内径と外径との間の距離よりも大きな長さを有する。スロット４０と同様、ピン４４は周方向に等間隔で配置されてもよい。示される実施形態では、２つのピン４４は互いに径方向に対向して配置されている。

以下に記載される目的のため、リング４６は、カラー４２の回転運動を停止するための制動トルクをカラー４２に伝達するため、およびさらに、カラー４２を軸方向に移動するために提供されている。リング４６は、逆側の軸端に配置され、かつ複数の軸方向に延在するピン５８によって互いに連結された第１の部材５４と第２の部材５６とを含む。部材５４は、一方の軸端に、ソレノイド４８による係合用に構成された表面６０を画定する。部材５６は、逆側の軸端に、カラー４２上の歯５２に係合するように構成された、複数の軸方向に延在する歯６２を画定する。リング４６が軸方向に移動可能であるが、回転的に静止するように、ピン５８は、静止した筐体６４（図１に示される）内に軸方向に延びる穴内に延びている。このため、歯６２がカラー４２の歯５２と係合すると、カラー４２の、駆動方向におけるさらなる回転が防止されるとともに、ピン４４とスロット４０との相互作用により、部材２０のさらなる回転が防止される。

リング４６の位置を軸２４に沿って制御するため、およびリング４６をカラー４２に向かって選択的に付勢し、カラー４２と係合させるため、ソレノイド４８が提供される。ソレノイド４８は当技術分野における従来のものである。図２を参照すると、巻かれた導体６６における電界の発生により、プランジャ６８の直線運動を生じさせ、リング４６の表面６０と係合させるとともに、そこから解除し、リング４６の、軸２４に沿った動きを制御する。結合器１０の示される実施形態ではソレノイド４８を利用しているが、リング４６の位置を調節し、かつリング４６をカラー４２と係合させる種々の手段を提供してもよいことを理解すべきであり、この手段には、例えば、流体制御式アクチュエータ（例えば、油圧式アクチュエータおよび空気圧式アクチュエータ）、電気制御式アクチュエータ、および手動制御式アクチュエータを含む。

ここで、図２〜４を参照して結合器１０の動作をより詳細に説明する。１つの回転方向（すなわち、クラッチの駆動方向）における入力シャフト２６の回転により、入力ハブ１２の対応する回転が生じ、さらに、スプリング１８が出力ハブ１４の表面３６に巻き付き、ハブ１２とハブ１４とを回転自在に結合するとともに、クラッチを係合する。クラッチを解除することが望ましい場合、ソレノイド４８がリング４６をカラー４２に向かって付勢する。リング４６上の歯６２の、カラー４２の歯５２との係合により、制動トルクがカラー４２に印加され、駆動回転方向におけるカラー４２のさらなる回転が防止される。ピン４４は、この制動トルクを部材２０に伝達し、部材２０の回転を停止する。同様に、部材２０から出力ハブ１４にスプリング１８を介して制動トルクが印加される。（歯６２および歯５２それぞれによる）リング４６とカラー４２の係合、ならびにソレノイド４８による軸方向における力の継続的な印加により、ピン４４がスロット４０に沿って移動し、部材２０がクラッチの駆動方向と逆の方向に回転する。出力ハブ１４がクラッチの駆動方向と逆の方向に回転することはベアリング１６によって防止される。これにより、両端において部材２０とハブ１４とに結合されたスプリング１８が緩められる。

本発明による回転結合器は、従来の回転結合器、特に、従来のラップスプリングクラッチからの改良を示す。ハブ１２とハブ１４との相対回転とは無関係にラップスプリング１８を巻き戻すことを容易にする機構を提供することによって、本発明の結合器１０はハブ１２とハブ１４との間の回転速度の差が小さい用途においてもラップスプリング１８の解放を容易にする。これにより、本発明の結合器１０は、以前はラップスプリングクラッチに不適当とみなされていたさらなる用途において使用することができる。

本発明は、その１つまたは複数の特定の実施形態を参照して示され、かつ記載されたが、当業者には、本発明の範囲および精神から逸脱することなく種々の変更および改良を施すことができることは理解されよう。

Claims (20)

1. 回転軸を中心として配置された第１のハブおよび第２のハブと、
   前記第１のハブおよび前記第２のハブの半径方向外側に配置されたラップスプリングであって、第１の回転方向における前記第１のハブの回転中、前記第１のハブと前記第２のハブとを互いに結合し、回転させるように構成されているラップスプリングと、
   前記軸を中心とした回転のために構成されており、前記ラップスプリングの第１の端部に結合され、前記ラップスプリングの第２の端部は前記第2のハブに結合されているスプリング作動部材と、
   前記第１の回転方向における前記スプリング作動部材および前記第２のハブの回転を選択的に停止し、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向における前記スプリング作動部材の回転を生じさせ、それによって、前記ラップスプリングを緩めるように構成されている作動部と、
   を含む、回転結合器。
2. 前記第１のハブは入力ハブを含み、前記第２のハブは出力ハブを含む、請求項１に記載の回転結合器。
3. 前記スプリング作動部材は前記ラップスプリングの半径方向外側に配置された第１のカラーを含む、請求項１に記載の回転結合器。
4. 前記作動部は、
   前記第１のカラーの半径方向外側に配置され、かつ前記第１のカラーに対して軸方向に移動可能な第２のカラーと、
   前記第２のカラーから半径方向内側に延在し、かつ前記第１のカラーの半径方向外面に形成された第１のスロット内に受容されるように構成されている第１のピンと、
   を含む、請求項３に記載の回転結合器。
5. 前記第１のスロットはらせん状である、請求項４に記載の回転結合器。
6. 前記作動部は、前記第２のカラーから半径方向内側に延在し、かつ前記第１のカラーの半径方向外面に形成された第２のスロット内に受容されるように構成されている第２のピンをさらに含む、請求項４に記載の回転結合器。
7. 前記第１のスロットおよび前記第２のスロットはらせん状である、請求項６に記載の回転結合器。
8. 前記第１のピンと前記第２のピンは互いに径方向に対向している、請求項６に記載の回転結合器。
9. 前記第２のカラーは、作動リングが前記軸に沿って動くと、前記作動リングに配置された第２の複数の歯に係合するように構成されている第１の複数の歯を一方の軸端に画定する、請求項４に記載の回転結合器。
10. 前記作動部は、前記作動リングを移動して前記第２のカラーと係合させるための手段を含む、請求項９に記載の回転結合器。
11. 回転軸を中心として配置された第１のハブおよび第２のハブと、
    前記第１のハブと前記第２のハブとの半径方向外側に配置されたラップスプリングであって、第１の回転方向における前記第１のハブの回転中、前記第１のハブと前記第２のハブとを互いに結合し、回転させるように構成されているラップスプリングと、
    前記軸を中心とした回転のために構成されており、前記ラップスプリングの第１の端部に結合され、前記ラップスプリングの第２の端部は前記第2のハブに結合されているスプリング作動部材と、
    前記第１の回転方向における前記スプリング作動部材および前記第２のハブの回転を停止する手段であって、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向における前記スプリング作動部材の回転を生じさせ、それによって、前記ラップスプリングを緩めるための停止手段と、
    を含む、回転結合器。
12. 前記第１のハブは入力ハブを含み、前記第２のハブは出力ハブを含む、請求項１１に記載の回転結合器。
13. 前記スプリング作動部材は、前記ラップスプリングの半径方向外側に配置された第１のカラーを含む、請求項１１に記載の回転結合器。
14. 前記停止手段は、
    前記第１のカラーの半径方向外側に配置され、かつ前記第１のカラーに対して軸方向に移動可能な第２のカラーと、
    前記第２のカラーから半径方向内側に延在し、かつ前記第１のカラーの半径方向外面に形成された第１のスロット内に受容されるように構成されている第１のピンと、
    を含む、請求項１３に記載の回転結合器。
15. 前記第１のスロットはらせん状である、請求項１４に記載の回転結合器。
16. 前記停止手段は、前記第２のカラーから半径方向内側に延在し、かつ前記第１のカラーの前記半径方向外面に形成された第２のスロット内に受容されるように構成されている第２のピンを含む、請求項１４に記載の回転結合器。
17. 前記第１のスロットおよび前記第２のスロットはらせん状である、請求項１６に記載の回転結合器。
18. 前記第１のピンと前記第２のピンは互いに径方向に対向している、請求項１６に記載の回転結合器。
19. 前記第２のカラーは、作動リングが前記軸に沿って動くと、前記作動リングに配置された第２の複数の歯に係合するように構成されている第１の複数の歯を一方の軸端に画定する、請求項１４に記載の回転結合器。
20. 前記停止手段は前記作動リングを移動して前記第２のカラーと係合させるための手段を含む、請求項１９に記載の回転結合器。

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