JP2017207172A - 逆入力防止クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ロック係合子としてころを用いたロック式の逆入力防止クラッチにおいて、出力側部材のころとの係合位置の摩耗や疲労の進行を抑える。
【解決手段】逆入力防止クラッチの内輪３と外輪５の間に複数の楔形空間を形成し、各楔形空間に配された一対のころ９を楔形空間の狭小部へ押し込むばね１０として、ころ９を押圧する押圧部１０ａと出力側部材４に取り付けられる取付部１０ｂとからなり、その押圧部１０ａがころ９の軸方向中央位置を押圧するものを用いることにより、逆入力トルクに対して回転方向後側のころ９が内輪３に係合して出力側部材４がロックするときに、そのころ９がばね１０に押圧されている位置を中心にわずかに回転することが多くなり、ころ９が内輪３に係合する範囲が従来よりも広がって、内輪３のころ９との係合位置の摩耗や疲労の進行が抑えられるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力トルクが加えられたときは入力側部材の回転を出力側部材に伝達し、逆入力トルクに対しては入力側部材が回転しないようにする逆入力防止クラッチに関する。

逆入力防止クラッチは、入力側部材に入力トルクが加えられたときは、その回転を出力側部材に伝達し、出力側部材に逆入力トルクが加えられたときは、入力側部材が回転しないようにするものである。この逆入力防止クラッチには、逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式（以下、この方式を「ロック式」と称する。）のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載されたロック式の逆入力防止クラッチは、同一軸心のまわりに回転する入力側部材と出力側部材との間に、入力側部材の回転を僅かな角度遅れをもって出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設け、出力側部材の径方向外側に固定部材を配し、出力側部材の外周面に複数のカム面を設けて、固定部材の内周円筒面と出力側部材の各カム面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間にロック係合子となる一対のころとそのころを楔形空間の狭小部へ押し込むばねを組み込むとともに、各楔形空間の周方向両側（ころを挟んでばねと周方向で対向する位置）に、入力側部材と一体回転する保持器の柱部を挿入したものである。

この逆入力防止クラッチでは、各ころがばねの弾力で楔形空間の狭小部に押し込まれているので、出力側部材に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころが固定部材の内周円筒面および出力側部材のカム面に係合することにより出力側部材が固定部材とロックされ、入力側部材へ回転伝達しない。

一方、入力側部材に入力トルクが加えられたときは、入力側部材と一体回転する保持器の柱部が回転方向後側のころをばねの弾力に抗して楔形空間の広大部へ押し出すことにより、そのころと固定部材および出力側部材との係合が解除されて、出力側部材がロック状態から解放された後、トルク伝達手段によって入力側部材から出力側部材に回転が伝達されるようになる（このとき、回転方向前側のころは楔形空間の広大部に相対移動するので、固定部材および出力側部材と係合することはない）。

特許第４９６５８７１号公報

ところで、上記のようなロック式の逆入力防止クラッチでは、通常、ころを楔形空間の狭小部へ押し込むばねが、コイルばねの場合はころに軸方向の２箇所で接触し、板ばねの場合はころに軸方向で線接触しているので、逆入力トルクに対して出力側部材が固定部材とロックするときに、ころが常に同じ姿勢（ころと出力側部材の軸方向がほぼ一致する姿勢）で出力側部材のカム面の同じ位置に係合することになる。このため、使用中に出力側部材のロックとそのロック状態の解除を繰り返すことにより、出力側部材のころとの係合位置の摩耗や疲労が他の部位よりも早く進みやすい。

そして、出力側部材のころとの係合位置で摩耗が大きくなると、ストラト角が変化して出力側部材のロック動作やロック解除動作が不安定になるし、疲労が進むと表層部の損傷が生じ、クラッチ寿命が大幅に短縮される。

そこで、本発明は、ロック係合子としてころを用いたロック式の逆入力防止クラッチにおいて、出力側部材のころとの係合位置の摩耗や疲労の進行を抑えることを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、同一軸心のまわりに回転する状態で配されている入力側部材および出力側部材と、前記出力側部材の径方向外側に配されている固定部材と、前記出力側部材に加えられる逆入力トルクに対して出力側部材と固定部材とをロックするロック手段と、前記入力側部材に加えられる入力トルクに対して前記ロック手段によるロック状態を解除するロック解除手段と、前記ロック状態が解除された状態のときに、前記入力側部材に加えられる入力トルクを前記出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備え、前記ロック手段は、前記固定部材の内周に円筒面が設けられ、前記出力側部材の外周に複数のカム面が設けられて、前記固定部材の内周円筒面と出力側部材の各カム面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間が形成されており、これらの各楔形空間に一対のころが組み込まれ、前記各ころがばねで楔形空間の狭小部へ押し込まれているものである逆入力防止クラッチにおいて、前記ばねは、前記ころを押圧する押圧部と前記入力側部材または出力側部材に取り付けられる取付部とからなり、前記押圧部が前記ころをその軸方向中央位置で押圧する状態で組み込まれている構成を採用した。

上記の構成によれば、逆入力トルクに対して出力側部材がロックするときに、回転方向後側のころがばねに押圧されている位置を中心にわずかに回転して、出力側部材の軸方向に対して傾いた姿勢で固定部材の内周円筒面および出力側部材のカム面に係合することが可能となるので、出力側部材はころとの係合位置に自由度ができ（係合位置の範囲が広がり）、その係合位置の摩耗や疲労の進行が抑えられる。

ここで、前記ばねは、前記取付部が環状に形成されて前記出力側部材の外周に嵌め込まれ、この取付部から前記各楔形空間の一対のころの間に前記押圧部が挿入されている構成とすることができる。

また、前記ロック解除手段が、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有し、前記入力側部材に入力側部材と一体回転する状態で取り付けられている保持器である場合には、前記ばねは、前記楔形空間と同数組み込まれ、それぞれ前記押圧部が楔形空間の一対のころの間に挿入され、前記取付部が前記保持器を介して入力側部材に取り付けられている構成とすることができる。

また、前記ばねは、前記楔形空間と同数組み込まれ、それぞれ前記押圧部が楔形空間の一対のころの間に挿入され、前記取付部が前記出力側部材のカム面に設けられた凹部に嵌め込まれている構成とすることもできる。

さらに、前記出力側部材のカム面が、前記ころの硬さよりも高い硬さを有している構成とすれば、出力側部材のころとの係合位置の摩耗や疲労の進行を一層効果的に抑えることができる。

本発明の逆入力防止クラッチは、上述したように、ロック係合子となるころの軸方向中央位置をばねで押圧するようにしたものであるから、逆入力トルクに対して出力側部材がロックするときに、出力側部材のころとの係合位置の範囲が広がって、その係合位置の摩耗や疲労の進行が抑えられ、従来よりも長期間安定して使用することができる。

第１実施形態の逆入力防止クラッチの縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のばねの外観斜視図 図１のIV−IV線に沿った断面図 ａ、ｂは、それぞれ図２に対応してクラッチ動作を説明する断面図 第２実施形態の逆入力防止クラッチの要部の縦断正面図 図６のばねの外観斜視図 図６のVIII−VIII線に沿った断面図 第３実施形態の逆入力防止クラッチの要部の縦断正面図 図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図 図９のばねの外観斜視図 図９のXII−XII線に沿った断面図 図９の逆入力防止クラッチの第１の変形例を示す要部の縦断正面図 図１３のばねの外観斜視図 図９の逆入力防止クラッチの第２の変形例を示す要部の縦断正面図 図１５のばねの外観斜視図

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５は第１の実施形態を示す。この逆入力防止クラッチは、図１および図２に示すように、入力側部材としての入力軸１と、出力軸２と内輪３が一体形成された出力側部材４と、内輪３の径方向外側に配される外輪５が一体形成された二段円筒状のハウジング６と、ハウジング６の一端に取り付けられる押え蓋７と、内輪３と外輪５との間に挿入される複数の柱部８ａを有する保持器８と、内輪３と外輪５との間に組み込まれるロック係合子としてのころ９と、ころ９を押圧する押圧部１０ａを有するばね１０と、ハウジング６他端の小径部内周に嵌め込まれて出力軸２を回転自在に支持する焼結軸受１１とで構成されている。

前記ハウジング６は、一端のフランジの外周縁に複数の切欠き６ａが形成されており、これらの切欠き６ａに押え蓋７の外周縁に形成された爪７ａを嵌め込んで折り曲げることにより、押え蓋７と一体化されている。押え蓋７は、その外周から張り出す３つの舌状の張出部に取付孔７ｂが設けられている。そして、このハウジング６と押え蓋７が、押え蓋７の取付孔７ｂで図示省略した外部部材に一体に固定される固定部材１２となっている。

前記入力軸１は、外周に二面幅（軸心と平行でかつ互いに平行な２つの係合面）が形成された係合部１ａと、係合部１ａの端面から突出する小径円筒部１ｂとを有し、その係合部１ａの先端側部分が、前記内輪３の中央に設けられた係合穴３ａに挿入され、小径円筒部１ｂが内輪３の係合穴３ａの底から出力軸２の円形穴２ａに嵌め込まれて、出力側部材４（出力軸２および内輪３）と同一軸心のまわりに回転するようになっている。ここで、内輪３の係合穴３ａは、断面が入力軸１の係合部１ａとほぼ同じ形状で、入力軸１の係合部１ａを挿入したときに僅かな回転方向の隙間が生じるように形成されており、これにより、入力軸１に加えられる入力トルクを僅かな角度遅れをもって出力側部材４に伝達するトルク伝達手段が構成されている。

また、入力軸１の係合部１ａの軸方向中央側部分には、保持器８の円筒部８ｂが隙間なく嵌め込まれて、入力軸１と保持器８が一体回転するようになっている。そして、入力軸１はモータ等の駆動源（図示省略）から入力トルクを加えられ、出力軸２は外周に二面幅が形成された係合部２ｂに取り付けられる出力歯車等の回転伝達部材（図示省略）にトルクを出力するようになっている。

前記外輪５の内周は円筒面となっており、内輪３の外周にはカム面３ｂが周方向に複数設けられ、外輪５の内周円筒面と内輪３の各カム面３ｂとの間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間１３が形成されている。そして、これらの各楔形空間１３には前記ころ９が一対ずつ組み込まれ、前記ばね１０の押圧部１０ａがその一対のころ９に挟まれる位置に配されて各ころ９を楔形空間１３の狭小部へ押し込んでいる。これにより、出力側部材４に加えられる逆入力トルクに対して、出力側部材４の一部である内輪３と固定部材１２の一部である外輪５とをロックするロック手段が構成されている。

また、前記各楔形空間１３の周方向両側（ころ９を挟んでばね１０の押圧部１０ａと周方向で対向する位置）には、前記保持器８の柱部８ａが挿入されている。これにより、入力軸１に入力トルクが加えられたときに、保持器８が入力軸１と一体に回転して、保持器８の柱部８ａが一対のころ９のうちの回転方向後側のころ９を楔形空間１３の広大部へ押し出して、前記ロック手段によるロック状態を解除するようになっている。すなわち、この保持器８が、入力軸１に加えられる入力トルクに対して前記ロック状態を解除するロック解除手段となっている。

前記ばね１０は、図３に示すように、金属板を素材として、複数の押圧部１０ａと環状の取付部１０ｂを一体形成したものである。各押圧部１０ａは、金属板の外周部分の切り起こしによりころ９に向かって凸状に湾曲する形状に形成された一対の押圧片からなる。そして、図１、図２および図４に示すように、取付部１０ｂは軸方向で内輪３に隣接する位置で出力軸２の外周に嵌め込まれており、この取付部１０ｂから楔形空間１３の一対のころ９の間に挿入された各押圧部１０ａの一対の押圧片が、それぞれ周方向で対向するころ９をその軸方向中央位置で押圧している。また、このばね１０の取付部１０ｂは軸方向で内輪３の他端面とハウジング６段差部の内側面に挟まれており、これによりばね１０は軸方向移動を規制されて、常にころ９の軸方向中央位置を押圧するようになっている。

この逆入力防止クラッチは、上記の構成であり、各ころ９がばね１０の押圧部１０ａの弾力で楔形空間１３の狭小部に押し込まれているので、出力側部材４に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころ９が固定部材１２の一部である外輪５の内周円筒面および出力側部材４の一部である内輪３のカム面３ｂに係合することにより出力側部材４が固定部材１２とロックされ、入力軸１へ回転伝達しない。

一方、入力軸１に入力トルクが加えられたときには、まず、図５（ａ）に示すように、入力軸１と一体に回転する保持器８の柱部８ａが回転方向後側のころ９をばね１０の押圧部１０ａの弾力に抗して楔形空間１３の広大部へ押し出すことにより、そのころ９と外輪５および内輪３との係合が解除されて、出力側部材４がロック状態から解放される。そして、図５（ｂ）に示すように、入力軸１がさらに回転して、その係合部１ａと内輪３の係合穴３ａとが係合すると、入力軸１の回転が内輪３を介して出力軸２に伝達されるようになる（このとき、回転方向前側のころ９は楔形空間１３の広大部に相対移動するので、外輪５および内輪３と係合することはない）。

ここで、各ころ９はその軸方向中央位置をばね１０の押圧部１０ａに押圧されているので、上記のように逆入力トルクが加えられて出力側部材４が固定部材１２とロックされるときには、回転方向後側のころ９が軸方向中央位置を中心にわずかに回転して、出力側部材４の軸方向に対して傾いた姿勢で外輪５の内周円筒面および内輪３のカム面３ｂに係合することが多くなる。そして、そのころ９の回転角度は、出力側部材４がロックするときのころ９と内外輪３、５との間の摩擦状態等によって変化する。

すなわち、この逆入力防止クラッチでは、ロック係合子であるころ９の軸方向中央位置をばね１０で押圧することにより、逆入力トルクに対して出力側部材４がロックするときの内輪３のころ９との係合位置に自由度ができる（ころ９が内輪３のカム面３ｂに係合する範囲が従来よりも広がる）ようにしたので、その係合位置の摩耗や疲労の進行が抑えられ、長期間安定して使用することができる。

さらに、内輪３のカム面３ｂの硬さをころ９の硬さよりも高くすれば、内輪３のころ９との係合位置の摩耗や疲労の進行を一層効果的に抑えられるようになる。具体的には、ころ９を鋼製とし、内輪３を含めた出力側部材４をセラミックや超硬材で形成したり、カム面３ｂにＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のコーティングや硬質クロムメッキを施したりすればよい。

図６乃至図８は第２の実施形態を示す。この実施形態では、第１実施形態の一体形成されたばね１０に代えて、楔形空間１３と同数のばね１４を組み込んでいる。

前記各ばね１４は、それぞれ金属板を素材として、第１実施形態と同じ形状の一対の押圧片からなる押圧部１４ａと柱状の取付部１４ｂを一体形成したものである。そして、その押圧部１４ａは、第１実施形態と同じく、楔形空間１３の一対のころ９の間に挿入されており、取付部１４ｂの長手方向の両端部が、ころ９の配列の外側で保持器８の柱部８ａの内周側に形成された凹部８ｃに嵌め込まれている。これにより、各ばね１４は、押圧部１４ａの一対の押圧片が周方向で対向するころ９の軸方向中央位置を押圧する状態で、保持器８を介して入力軸１に取り付けられている。

図９乃至図１２は第３の実施形態を示す。この実施形態も、第２実施形態と同じく、第１実施形態のばね１０に代えて楔形空間１３と同数のばね１５を組み込んだものである。

前記各ばね１５は、図１１に示すように、それぞれ金属板を素材として、横断面がくの字状の一対の押圧片からなる押圧部１５ａと、縦断面がＣ字状の取付部１５ｂとを一体形成したもので、その押圧部１５ａの押圧片は取付部１５ｂの両周端から径方向外側へ延びている。

図９および図１０に示すように、各ばね１５の取付部１５ｂは、それぞれ内輪３のカム面３ｂの周方向中央部に設けられた凹部３ｃに嵌め込まれている。この内輪３の凹部３ｃは、径方向断面の奥側がばね１５の取付部１５ｂの外形に沿う円形に形成され、開口部が奥側よりも幅狭で径方向外側に向かって広がるように形成されており、内輪３の軸方向中央部から他端面まで延びている。そして、内輪３の他端面から凹部３ｃとほぼ同じ断面形状の止め栓１６が嵌め込まれて、ばね１５が抜け止めされるとともに軸方向に位置決めされている。これにより、図１２にも示すように、ばね１５の押圧部１５ａが楔形空間１３の一対のころ９の間に挿入され、その押圧部１５ａの一対の押圧片が、それぞれ周方向で対向するころ９の軸方向中央位置を押圧するようになっている。

この第３実施形態においては、図１３および図１４に示す第１の変形例あるいは図１５および図１６に示す第２の変形例のように、図９乃至図１２の例のばね１５に代えて、金属線を素材として形成したばね１７、１８を組み込むこともできる。

上記各変形例のばね１７、１８は、それぞれ金属線を図９乃至図１２のばね１５の縦断面形状とほぼ同形状となるように塑性変形させて、一対の押圧片からなる押圧部１７ａ、１８ａと取付部１７ｂ、１８ｂを形成したものである。ここで、第１変形例のばね１７の取付部１７ｂはＣ字状であるが、第２変形例のばね１８の取付部１８ｂは螺旋状に形成されている。このため、第２変形例では、ばね１８が第１変形例のばね１７よりも強い弾力でころ９を楔形空間１３の狭小部に押し込むことができ、第１変形例よりも安定したロック動作を行うことができる。

上述した第２および第３の実施形態でも、第１実施形態と同様、ころ９の軸方向中央位置をばね１４、１５、１７、１８で押圧しているので、逆入力トルクに対して出力側部材４がロックするときの内輪３のころ９との係合位置の範囲が広く、その係合位置の摩耗や疲労の進行が抑えられ、従来よりも長期間安定して使用できる。

なお、本発明において、ばねがころを押圧する位置は、厳密な意味でのころの軸方向中央に限定されるものではなく（第３実施形態の第２変形例の図１５参照）、ころがばねに押圧される位置を中心として軸方向両側でほぼ均等な距離だけ回転できるようになっていればよい。

１ 入力軸（入力側部材）
１ａ 係合部
２ 出力軸
３ 内輪
３ａ 係合穴
３ｂ カム面
３ｃ 凹部
４ 出力側部材
５ 外輪
６ ハウジング
７ 押え蓋
８ 保持器
８ａ 柱部
９ ころ
１０、１４、１５、１７、１８ ばね
１０ａ、１４ａ、１５ａ、１７ａ、１８ａ 押圧部
１０ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１７ｂ、１８ｂ 取付部
１１ 焼結軸受
１２ 固定部材
１３ 楔形空間
１６ 止め栓

Claims (5)

1. 同一軸心のまわりに回転する状態で配されている入力側部材および出力側部材と、前記出力側部材の径方向外側に配されている固定部材と、前記出力側部材に加えられる逆入力トルクに対して出力側部材と固定部材とをロックするロック手段と、前記入力側部材に加えられる入力トルクに対して前記ロック手段によるロック状態を解除するロック解除手段と、前記ロック状態が解除された状態のときに、前記入力側部材に加えられる入力トルクを前記出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備え、
   前記ロック手段は、前記固定部材の内周に円筒面が設けられ、前記出力側部材の外周に複数のカム面が設けられて、前記固定部材の内周円筒面と出力側部材の各カム面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間が形成されており、これらの各楔形空間に一対のころが組み込まれ、前記各ころがばねで楔形空間の狭小部へ押し込まれているものである逆入力防止クラッチにおいて、
   前記ばねは、前記ころを押圧する押圧部と前記入力側部材または出力側部材に取り付けられる取付部とからなり、前記押圧部が前記ころをその軸方向中央位置で押圧する状態で組み込まれていることを特徴とする逆入力防止クラッチ。
2. 前記ばねは、前記取付部が環状に形成されて前記出力側部材の外周に嵌め込まれ、この取付部から前記各楔形空間の一対のころの間に前記押圧部が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の逆入力防止クラッチ。
3. 前記ロック解除手段が、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有し、前記入力側部材に入力側部材と一体回転する状態で取り付けられている保持器であり、
   前記ばねは、前記楔形空間と同数組み込まれ、それぞれ前記押圧部が楔形空間の一対のころの間に挿入され、前記取付部が前記保持器を介して入力側部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の逆入力防止クラッチ。
4. 前記ばねは、前記楔形空間と同数組み込まれ、それぞれ前記押圧部が楔形空間の一対のころの間に挿入され、前記取付部が前記出力側部材のカム面に設けられた凹部に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の逆入力防止クラッチ。
5. 前記出力側部材のカム面が、前記ころの硬さよりも高い硬さを有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の逆入力防止クラッチ。

Images