JP2019113093A - ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】空転トルクが小さいワンウェイクラッチを提供すること。
【解決手段】遊星ギアと、それを受容する凹部、外周部に遊星ギアの歯谷部との係合部を有する第１の回転部材と、内周面に遊星ギアと噛合う内歯車を有し、第１の回転部材と相対回転する第２の回転部材と、を有し、第１の回転部材が第２の回転部材に対して一方の側に回転すると、遊星ギアの歯谷部に係合部が係合し、遊星ギアが回転不能となり、第２の回転部材と第１の回転部材とが駆動連結し、第１の回転部材が第２の回転部材に対して他方の側に回転すると、前述の係合が解除され、遊星ギアの回転と第２の回転部材と第１の回転部材との相対回転が可能となり、第２の回転部材と第１の回転部材との駆動連結を切り離すワンウェイクラッチで、第１の回転部材が第２の回転部材に対して相対回転しているとき、遊星ギアの位置は、遊星ギアが内歯車と噛合うことによって規制される。
【選択図】図５

Description

本発明は、ワンウェイクラッチに関し、特に、内接歯車式のワンウェイクラッチに関する。

画像形成装置や画像読み取り装置等の給紙機構等に用いられるワンウェイクラッチとして、以下のような内接歯車式のワンウェイクラッチが知られている。それは内周部に内歯車を有する筒状のアウタ部材と、前記内歯車の内側空間に回転自在に設けられ、外周部に係止エッジ部を形成された複数の凹部を有するインナ部材と、を有している。さらに、前記複数の凹部の各々に転動可能に受容されて前記内歯車に噛合する遊星ギアも有している。そして、前記インナ部材が前記アウタ部材に対して一方の側に回転するときには、当該回転に伴って前記遊星ギアの歯谷部に前記係止エッジ部が係合することにより、当該遊星ギアが転動不能になって前記アウタ部材と前記インナ部材とを駆動連結する。また、前記インナ部材が前記アウタ部材に対して他方の側に回転するときには、当該回転に伴って前記遊星ギアの歯谷部と前記係止エッジ部との係合が解除されることにより、当該遊星ギアが転動可能になる。その結果、前記アウタ部材と前記インナ部材との相対回転を許し、前記アウタ部材と前記インナ部材との駆動連結を切り離すようになっている。（特許文献１）

特許第５３３６４１８号公報

発明が解決しようとする課題について、従来の内接歯車式のワンウェイクラッチの事例を用いて図５（ａ）で説明する。８１はインナ部材、８５はアウタ部材で内側に内歯車８６が形成されている。８７は遊星ギアであり、インナ部材８１の凹部８２に収まっている。
従来の内接歯車式のワンウェイクラッチは、インナ部材８１がアウタ部材８２に対して相対回転しているときに、インナ部材８１やアウタ部材８２から加わる力が遊星ギア８７の重心からずれることがある。すると、重心のずれにより遊星ギア８７に軸線方向に直交する方向の傾きが発生する。その傾きを規制するために遊星ギア８７の軸端面８９および９０がインナ部材８１の凹部端面８３および８４と同時に当接する。これにより、軸端面８９および９０と凹部端面８３および８４との間に高い圧力が発生してしまい、遊星ギア８７が回転する際の摺動抵抗の原因となる。このことから、インナ部材８１とアウタ部材８２が相対回転する時のトルクである空転トルクが発生してしまっていた。

本発明の目的は、空転トルクが小さいワンウェイクラッチを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のワンウェイクラッチは、
遊星ギアと、
前記遊星ギアを回転可能に受容する凹部と、外周部に前記遊星ギアの歯谷部との係合部と、を有し、前記遊星ギアの回転に伴い、前記遊星ギアと相対回転する第１の回転部材と、
内周部に前記遊星ギアと噛合う内歯車を有し、前記内歯車の内側空間に前記第１の回転
部材を回転自在に収容可能とし、前記遊星ギアと同方向に回転し、前記第１の回転部材と相対回転する筒状の第２の回転部材と、
を有し、
前記第１の回転部材が前記第２の回転部材に対して一方の側に回転するときは、当該回転に伴い前記遊星ギアの歯谷部に前記係合部が係合することにより、当該遊星ギアが回転出来なくなり、前記第２の回転部材と前記第１の回転部材とを駆動連結し、
前記第１の回転部材が前記第２の回転部材に対して他方の側に回転するときは、当該回転に伴い前記遊星ギアの歯谷部と前記係合部との係合が解除されることにより、当該遊星ギアが回転可能になり、前記第２の回転部材と前記第１の回転部材との相対回転を許し、前記第２の回転部材と前記第１の回転部材との駆動連結を切り離すワンウェイクラッチであって、
前記第１の回転部材と前記第２の回転部材のどちらか一方がどちらか他方に対して相対回転しているとき、前記遊星ギアが前記内歯車と噛合うことによって、前記遊星ギアの位置が規制されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、空転トルクが小さいワンウェイクラッチを提供できる。

実施例１に係るワンウェイクラッチの斜視図 実施例１に係るワンウェイクラッチの分解斜視図 実施例１に係るワンウェイクラッチの断面図 実施例１に係る遊星ギアの図 ワンウェイクラッチの遊星ギアの傾きの規制を説明する断面図 実施例１に係るワンウェイクラッチの断面図 実施例２に係るワンウェイクラッチの断面図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１、２を用いてワンウェイクラッチの構成を説明する。ワンウェイクラッチは、クラッチケースをなすアウタ部材１０（第２の回転部材）を有する。アウタ部材１０は、軸線方向の一方の端部を端壁１１により閉じられた有底円筒体により構成され、内周面に一連の内歯車１２を形成されている。

内歯車１２の内側空間に相当するアウタ部材１０の円筒状の内部空間には、略円柱状のインナ部材２０（第１の回転部材）が回転自在に設けられており、インナ部材２０を収容可能となっている。インナ部材２０の軸線方向の一方の端部には、インナ部材２０の中心軸線周りのボス（第２の係合部）２１が形成されており、アウタ部材１０の端壁１１に形成された溝１３に回転可能に係合されている。
インナ部材２０の軸線方向の他方の端部には円形フランジ部（第３の係合部）２２、２３が形成されており、アウタ部材１０の開口端部分の内周面１４、１５に回転可能に係合されている。インナ部材２０の円形フランジ部２２、２３の他方の側には、突出形成された外部接続部２４を有する。また、円形フランジ部２２、２３の外周面には円環状案内突
条（突出部）２５が形成されており、円環状案内突条２５はアウタ部材１０の開口端部分の内周面１４、１５に形成された円環状凹溝１６に摺動可能に嵌合している。これによりアウタ部材１０に組み付けられたインナ部材２０はアウタ部材１０から容易には外れない。

この構成により、インナ部材２０は、軸線方向の両端部をアウタ部材１０より支持され、アウタ部材１０の円筒状内部空間内を、当該円筒状内部空間の中心と同心に回転可能になっている。ここで、インナ部材２０が、アウタ部材１０の円筒状内部空間の中心と同心とは、当該円筒状内部空間の内周面に形成された内歯車１２の中心とインナ部材２０の回転中心とが同心であることを意味する。

インナ部材２０には、２個の凹部２６、２８が形成されている。凹部２６、２８は、インナ部材２０の外周部の一部を、ポケット状に切り欠いたものである。凹部２６、２８には、外周面に一連の外歯車３１を形成された遊星ギア３０、４０が、自身の中心軸線周りに回転可能に、即ち、転動可能に、且つ所定量のみインナ部材２０の周方向に変位可能に配置されている。遊星ギア３０、４０は、このように凹部２６、２８に受容され、遊星ギア３０、４０の外歯車３１、４１は、内歯車１２に噛合している。

次に図３を用いてワンウェイクラッチの動作を説明する。
インナ部材２０がアウタ部材１０に対して一方の側に回転するクラッチ係合時のインナ部材２０の回転方向を、図３で見て反時計回り方向とする。また、インナ部材２０がアウタ部材１０に対して他方の側に回転するクラッチ非係合（解放）時のインナ部材２０の回転方向を、図３で見て時計回り方向とする。
インナ部材２０の上述の反時計回り方向で見て、凹部２６、２８の回転方向遅れ側の縁部には、遊星ギア３０、４０の外歯車３１、４１による歯谷部３０Ａ、４０Ａに選択的に係合する係止エッジ部２７、２９が形成されている。

インナ部材２０がアウタ部材１０に対して一方の側、つまり、図３で見て反時計回り方向に回転する時には、当該回転に伴ってインナ部材２０が遊星ギア３０、４０に対して反時計回り方向側に変位する。その結果、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）を経て図３（ｃ）のように係止エッジ部（係合部）２７または２８が遊星ギア３０の歯谷部３０Ａまたは遊星ギア４０の歯谷部４０Ａに係合する。これにより、遊星ギア３０または４０が転動不能（回転出来ない状態）になり、遊星ギア３０または４０の外歯車３１または外歯車４１とアウタ部材１０の内歯車１２が噛合うとともに、アウタ部材１０とインナ部材２０とが駆動連結される。すなわち、インナ部材２０の回転がアウタ部材１０に伝達され、アウタ部材１０とインナ部材２０は、遊星ギア３０または４０とともに一体となって、反時計回り方向に回転する。

これに対し、インナ部材２０がアウタ部材１０に対して他方の側、つまり、図３で見て時計回り方向に回転する時には、当該回転に伴ってインナ部材２０が遊星ギア３０、４０に対して時計回り方向側に変位する。その結果、係止エッジ部２７または２８が遊星ギア３０または４０の歯谷部３０Ａまたは４０Ａとの係合より離脱（係合解除）する。これにより、遊星ギア３０、４０ともに転動可能になり、アウタ部材１０とインナ部材２０とが相対回転できる状態になり、アウタ部材１０とインナ部材２０との駆動連結が切り離される。すなわち、インナ部材２０の回転はアウタ部材１０に伝達されず、インナ部材２０が時計回り方向に回転すると、アウタ部材１０は反時計回り方向に回転する。なお、このとき、アウタ部材１０は遊星ギア３０、４０と同方向に回転する。

次に、図４を用いて遊星ギア３０がインナ部材２０の係止エッジ部２７に係合する条件を説明する。インナ部材２０やアウタ部材１０から加わる力が遊星ギア３０の重心からず
れることにより遊星ギア３０に軸線方向に直交する方向の傾きが発生する。このとき、傾き角度θが大きいと、係止エッジ部２７が遊星ギア３０の歯谷部３０Ａに入りこまなくなり、係合しなくなってしまう。係合する条件は、歯谷部３０Ａの距離をｗ、外歯車３１の歯幅ｔを用いて、

となる。式（１）を満たすとき、係止エッジ部２７は図４（ｃ）の直線αのような位置関係で歯谷部３０Ａを受け入れるため、係合することができる。一方で、式（１）を満たさないとき、係止エッジ部２７は図４（ｃ）の直線βのような位置関係で歯谷部３０Ａを受け入れるため、係止エッジ部２７が歯谷部３０Ａを形成する２つの外歯にともに当たってしまい、係合することができない。したがって、遊星ギア３０は式（１）を満たすように規制されている必要がある。

次に、図５、６を用いて、従来例と本実施例のワンウェイクラッチにおける遊星ギアの傾きの規制の方法と、空転トルクの大きさについて説明する。
従来例においては、図５（ａ）に示すとおり、式（１）を満たすために、遊星ギア８７の軸線方向に直交する方向の傾きをインナ部材８１の凹部端面８９および９０によって規制している。ここで、図５（ａ）のように遊星ギア８７の軸方向長さをｌ、軸の直径をｄ、凹部８２の軸方向長さをｃとおくと、傾き角度θが取りうる最大値θ_maxは、

となる。式（２）の傾き角度θ_maxが式（１）を満たすようにすることにより、遊星ギア
８７が係止エッジ９３に係合する。

しかし、従来例の場合、遊星ギア８７の傾きを規制するために遊星ギア８７の軸端面８９および９０がインナ部材８１の凹部端面８３および８４と同時に当接するため、空転トルクが発生する。図５（ｂ）のように、インナ部材８１の凹部端面８３，８４から遊星ギア８７に軸線方向に直交する方向にかかる力をＲ_ｘ１、Ｒ_ｘ２、インナ部材８１と遊星ギア８７との間の摩擦係数をμ、アウタ部材８５から遊星ギア８７に軸線方向に直交する方向にかかる力をＦとする。そして、ｔ、ｃは上述の通り、それぞれ外歯車３１の歯幅、凹部８２の軸方向長さを指すので、Ｆがかかる場所の、凹部８２の軸方向中心からのずれをΔｘと記号をおくと、

となる。したがって、遊星ギア８７が傾くと式（３）で示した値だけインナ部材８１に負
荷がかかるため、遊星ギア８７の回転に伴い摺動抵抗が発生することとなるので、空転トルクが高くなってしまう。

一方で、本実施例においては、図５（ｃ）に示すとおり、遊星ギア３０の軸部の端面３２，３３は球面であるため、遊星ギア３０が凹部８２の軸方向長さｃを直径とする円柱ｐの内側に収まっている。その結果、軸部の端面３２，３３がインナ部材２０の凹部端面３６，３７と同時に当接することはない。その一方で、遊星ギア３０の外歯車はアウタ部材１０の内歯車と噛合うように構成されている。すなわち、遊星ギア３０の位置がアウタ部材１０によって規制されることになる。その結果、遊星ギア３０の軸線方向に直交する方向の傾きはアウタ部材１０によって規制されるため、遊星ギア３０と、インナ部材２０との接触面積が少なくなり、従来例での式（３）のような空転トルクは発生しない。ここで、図６（ａ）のように、遊星ギア３０の外歯車３１とアウタ部材１０の内歯車１２との間の軸線方向に直交する方向のバックラッシ量をｊｔとする。また、遊星ギア３０が有する歯面の１点において、遊星ギア３０の半径線が、歯面とアウタ部材１０の内歯車の歯形との接線となす角度を圧力角αとする。また、図６（ｂ）のように遊星ギア３０の正規の位置からの最大落ち込み量をｊｒとおく。これは、遊星ギア３０の中心から歯先までの距離と、遊星ギア３０の中心からインナ部材２０の凹部において遊星ギア３０の歯先が接するインナ部材２０の軸に最も近い位置との距離の差分を意味する。すると、アウタ部材１０による規制における傾き角度θが取りうる最大値θ_maxは、

となる。遊星ギア３０の傾きがインナ部材２０ではなくアウタ部材１０で規制されるためには、式（２）と式（４）より、

であればよい。式（４）の傾き角度θ_maxが式（１）を満たすようにすることにより、遊
星ギア３０が係止エッジ２７に係合する。なお、ここでは、遊星ギア３０の規制についてのみ説明したが、遊星ギア４０の規制も同様である。また、本実施例において、遊星ギアが複数備えられた構成について説明したが、遊星ギアが１つの場合であっても同様に規制をすることができる。

次に、従来例と本実施例の空転トルクの算出について説明する。従来例と本実施例のＣＡＤモデルを作成し、アウタ部材を所定の位置から傾けた状態で空回転させることにより、遊星ギアが傾く状態を作り出し、シミュレーションソフトであるＮＸ ｍｏｓｉｏｎを用いて空転トルクを算出した。算出した空転トルクの結果を表１に示す。従来例の空転トルクが２８６ｍＮ・ｍｍであるのに対して、本実施例の空転トルクが７７ｍＮ・ｍｍであるため、本件の構成では空転トルクを小さくできる。

（実施例２）
図７を用いて実施例２を説明する。本実施例では実施例１のワンウェイクラッチにおける遊星ギアの形状を変更したものである。遊星ギア７０は、軸端面７２、７３が平面である。遊星ギア７０は、軸方向長さをｌ’、軸の直径をｄ’、インナ部材６０の凹部６１の軸方向長さをｃ’とおくと、

を満たすように設計されている。式（６）は、遊星ギア７０が、インナ部材６０の凹部６１に形成された凹部６１の軸方向長さｃ´を直径とする円柱形状の空間内に収まっていることを意味する。

これにより、遊星ギア７０の軸端面７２、７３はインナ部材６０の凹部端面６２，６３と同時に接することはなく、実施例１と同様に、遊星ギア７０の外歯車は、アウタ部材５０の内歯車と噛合うことにより、遊星ギアの位置がアウタ部材によって規制される。その結果、遊星ギア７０の軸線方向に直交する方向の傾きはインナ部材６０ではなくアウタ部材５０で規制されることとなる。そのため、本実施例でも空転トルクを小さくすることができる。

なお、本実施例では軸端面７２，７３を平面としたが、球面でもよい。

１０、５０、８５‥‥アウタ部材、１２、８６‥‥内歯車、２０、６０、８１‥‥インナ部材、２６、２８、６１、８２‥‥凹部、２７、２９、９３‥‥係止エッジ部、３０、４０、７０、８７‥‥遊星ギア、３０Ａ、４０Ａ‥‥歯谷部

Claims (12)

1. 遊星ギアと、
   前記遊星ギアを回転可能に受容する凹部と、外周部に前記遊星ギアの歯谷部との係合部と、を有し、前記遊星ギアの回転に伴い、前記遊星ギアと相対回転する第１の回転部材と、
   内周面に前記遊星ギアと噛合う内歯車を有し、前記内歯車の内側空間に前記第１の回転部材を回転自在に収容可能とし、前記遊星ギアと同方向に回転し、前記第１の回転部材と相対回転する筒状の第２の回転部材と、
   を有し、
   前記第１の回転部材が前記第２の回転部材に対して一方の側に回転するときは、当該回転に伴い前記遊星ギアの歯谷部に前記係合部が係合することにより、当該遊星ギアが回転出来なくなり、前記第２の回転部材と前記第１の回転部材とを駆動連結し、
   前記第１の回転部材が前記第２の回転部材に対して他方の側に回転するときは、当該回転に伴い前記遊星ギアの歯谷部と前記係合部との係合が解除されることにより、当該遊星ギアが回転可能になり、前記第２の回転部材と前記第１の回転部材との相対回転を許し、前記第２の回転部材と前記第１の回転部材との駆動連結を切り離すワンウェイクラッチであって、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材のどちらか一方がどちらか他方に対して相対回転しているとき、前記遊星ギアが前記内歯車と噛合うことによって、前記遊星ギアの位置が規制されることを特徴とするワンウェイクラッチ。
2. 前記第１の回転部材と前記第２の回転部材のどちらか一方がどちらか他方に対して相対回転しているとき、前記遊星ギアが前記内歯車と噛合うことによって、前記遊星ギアの軸線方向に直交する方向の傾きが規制され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. 前記遊星ギアが、軸線方向の両端部にそれぞれ軸部を備えることを特徴とする請求項２に記載のワンウェイクラッチ。
4. 前記遊星ギアを複数備え、複数の前記遊星ギアが、前記第１の回転部材の複数の凹部に受容されていることを特徴とする請求項３に記載のワンウェイクラッチ。
5. 前記軸部の端面は球面であることを特徴とする請求項３又は４に記載のワンウェイクラッチ。
6. 前記遊星ギアは、前記凹部に形成された前記第１の回転部材の軸線方向における長さを直径とする円柱形状の空間内に収まる大きさであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
7. 前記遊星ギアの軸線方向の長さをｌ’、前記軸部の端面の直径をｄ’、前記凹部の前記第１の回転部材の軸線方向の長さをｃ’としたとき、
   前記遊星ギアは、以下の式を満たすことを特徴とする請求項６に記載のワンウェイクラッチ。
   
   
8. 前記軸部の端面は平面もしくは球面であることを特徴とする請求項６又は７に記載のワンウェイクラッチ。
9. 前記遊星ギアの軸線方向に直交する方向の傾き角度をθとし、前記遊星ギアの軸線方向の長さをｌ、前記軸部の端面の直径をｄ、前記遊星ギアの軸線方向に直交する方向のバックラッシ量をｊｔ、前記遊星ギアの中心から歯先までの距離と、前記遊星ギアの中心から前記凹部において前記遊星ギアの歯先が接する前記第１の回転部材の軸に最も近い位置との距離の差分をｊｒ、前記遊星ギアが有する歯面の１点において、前記遊星ギアの半径線が、前記歯面と前記内歯車の歯形との接線となす角度を圧力角α、前記凹部の前記第１の回転部材の軸線方向の長さをｃとしたとき、前記傾き角度θの最大値θmaxは、以下の式
   を満たすことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
   
10. 前記遊星ギアの歯谷部の距離をｗ、前記遊星ギアの外歯車の歯幅をｔとしたとき、
    前記傾き角度θは以下の式を満たすことを特徴とする請求項９に記載のワンウェイクラッチ。
    
11. 前記第１の回転部材は、軸線方向において一方の端部に、前記第２の回転部材と係合する第２の係合部を、軸線方向において他方の端部に、前記第２の回転部材と係合する第３の係合部を、さらに有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
12. 前記第１の回転部材は、軸線方向における一方の端部に円環状の突出部をさらに備え、前記第２の回転部材に形成された溝と嵌合することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。