JP2020020423A - ばねクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ばねクラッチの軸方向寸法の増大を抑えつつ、回転伝達時のコイルばねの軸方向伸びによる周辺部材との接触を防止する。【解決手段】入力側部材１の外周に摺動自在に嵌め込まれた制御部材４の出力側の軸端面に、コイルばね３の入力側端部から径方向外側へ延びるフック部３ａが挿入される径方向溝１４を設け、入力側部材１が空転するときに、コイルばね３のフック部３ａが相対的に制御部材４の径方向溝１４の一側の斜面１４ａに押し付けられて出力側への軸方向移動を規制され、コイルばね３の出力側端と出力側部材２の出力部７との間の軸方向隙間δの大きさが維持されるようにした。これにより、回転伝達時にコイルばね３が縮径によって軸方向に伸びても、その出力側端が出力側部材２の出力部７を押すことはなく、入力側部材１や出力側部材２と周辺部材との接触を防止することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、入力側部材の一方向の回転を出力側部材に伝達するばねクラッチに関する。

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、コイルばねの締め付けとその締付状態の解除によって一方向の回転トルク（駆動力）の伝達と遮断とを切り替えるばねクラッチが従来から知られている。

ばねクラッチは、非特許文献１に記載されているように、基本的な構成として、円筒状の入力側部材（駆動アーバ）と、その入力側部材と同じ外径の円筒状の出力側部材（従動アーバ）とを、端部どうしが軸方向で対向して同一軸心のまわりに回転する状態で配し、その入力側部材と出力側部材の互いの対向端部の外周に跨るようにコイルばねを巻き付けたものが多い。

上記の構成のばねクラッチでは、入力側部材を所定の方向（コイルばねを入力側から見た巻き方向と反対の方向）に回転させると、コイルばねが縮径して入力側部材および出力側部材を締め付けることにより、入力側部材の回転が出力側部材に伝達され、入力側部材を逆方向に回転させると、コイルばねが拡径して入力側部材および出力側部材に対する締め付けを行わないため、入力側部材から出力側部材への回転伝達は行われず、入力側部材のみが回転（空転）する。

また、特許文献１では、上記の構成に加えて、コイルばねの入力側端に設けられたフック部と係合し、回転可能に保持される状態と外力によって回転不能に拘束される状態とに切り替えられる制御部材を設け、入力側部材に所定方向の回転トルクを加えたときに、制御部材が回転可能な状態では、コイルばねが入力側部材および出力側部材を締め付けることにより、入力側部材の回転が出力側部材に伝達され、制御部材が回転不能な状態では、コイルばねが拡径することにより、入力側部材がコイルばねと摺動しながら空転するようにしたばねクラッチが記載されている。

「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

特開平１１−１９０３６８号公報

上記のようなばねクラッチは、コイルばねを巻き付けられる入力側部材および出力側部材を合成樹脂で形成すれば製造コストを抑えられるが、その場合には空転時にコイルばねと摺動する入力側部材の摩耗によって短寿命となるおそれがある。このため、入力側部材のコイルばねが巻き付けられる部位を金属製のスリーブで形成して、耐久性の向上を図っていることが多い。

ところが、入力側部材に金属製のスリーブを組み込んだばねクラッチでも、出力側部材が合成樹脂で形成されていると、次のような不具合が生じる場合がある。

すなわち、コイルばねが縮径して入力側部材から出力側部材に回転が伝達される際に、金属製のスリーブは剛性が高いためコイルばねの締め付けによる縮径はほとんどないが、合成樹脂で形成された出力側部材は、金属材料に比べて剛性が低く、金属製スリーブよりも縮径が大きくなる。そして、コイルばねは、通常は密着巻で巻き付けられているので、出力側部材の縮径に伴って径方向に縮んだ分だけ軸方向に伸びることになる。例えば、巻き数ｎのコイルばねがΔｋだけ縮径すると、コイルばねの軸方向伸び量はｎ×Δｋ×ｄ／Ｄ（ここで、ｄはコイルばねの線径、Ｄは出力側部材の外径）となる。

したがって、コイルばねの出力側端が、自由端であって、出力側部材の入力側部材との対向端部に隣接する位置に設けられた出力部と軸方向で対向している場合、コイルばねが縮径によって軸方向に伸びると、その出力側端で出力側部材の出力部を押すことになり、出力側部材と入力側部材の一方または両方が軸方向に変位して周辺部材に接触し、互いに接触した部材の摩耗や回転トルクの増大等を生じるおそれがある。

これに対しては、コイルばねの出力側端と出力側部材の出力部との間に、回転伝達時のコイルばねの縮径による軸方向の伸び量以上の軸方向隙間をとっておけばよいと考えられるが、その軸方向隙間の大きさによっては、入力側部材の空転時にコイルばね全体が拡径した状態で出力側へ軸方向移動した場合に、その後の回転伝達時にコイルばねが縮径に伴う軸方向伸びによって出力側部材の出力部を押すようになり、前述のような不具合を防止できなくなる。

また、コイルばねの出力側端と出力側部材の出力部との間の軸方向隙間を十分に大きくとれば、コイルばねが出力側部材の出力部を押すことによる不具合はなくせるが、ばねクラッチ全体の軸方向寸法が大きくなり好ましくない。

そこで、本発明は、ばねクラッチの軸方向寸法の増大を抑えつつ、回転伝達時のコイルばねの軸方向伸びによる周辺部材との接触を防止することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、外周に円筒面が形成された端部どうしが軸方向で対向し、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、前記入力側部材と出力側部材の互いの対向端部の外周に跨って巻き付けられるコイルばねとを備え、前記出力側部材は、前記入力側部材との対向端部に隣接する位置に、その対向端部よりも大径の出力部が設けられており、前記コイルばねの出力側端が、自由端であって前記出力側部材の出力部と軸方向で対向しているばねクラッチにおいて、前記コイルばねの入力側端部の軸方向移動を規制したものである。

上記の構成によれば、入力側部材が空転する際に、コイルばね全体が拡径状態となっても出力側へ軸方向移動することがないので、コイルばねの出力側端と出力側部材の出力部との間の軸方向隙間を、回転伝達時のコイルばねの縮径による軸方向伸び量よりも僅かに大きい程度に設定することにより、ばねクラッチ全体の軸方向寸法の増大を抑えつつ、回転伝達時にコイルばねが出力側部材の出力部を押す現象をなくし、入力側部材や出力側部材の周辺部材との接触を防止することができる。

そして、前記コイルばねの入力側端に設けられたフック部と係合する係合部を有し、前記入力側部材の外周に摺動自在に嵌め込まれる制御部材が設けられ、前記入力側部材に所定方向の回転トルクを加えたときに、前記制御部材が回転可能に保持されている状態では、前記コイルばねの縮径によって前記入力側部材から出力側部材への回転伝達が行われ、前記制御部材が回転不能に拘束されている状態では、前記コイルばねの拡径によって前記入力側部材が空転するようになっている場合、前記コイルばねの入力側端部の軸方向移動を規制する手段は、前記制御部材の係合部で前記コイルばねのフック部の出力側への移動を規制するものを採用するとよい。

具体的には、前記コイルばねのフック部は径方向外側に延びるように形成されており、前記制御部材の係合部は、前記コイルばねのフック部が挿入されるように制御部材の出力側の軸端面に設けられる径方向溝であって、その内側の一側面が底面側ほど他側面から離れる斜面となっており、前記制御部材が回転不能に拘束された状態で前記入力側部材が空転するときに、前記コイルばねのフック部が前記制御部材の径方向溝内側の斜面に押し付けられる構成とすることができる。

また、前記コイルばねのフック部が径方向外側に延びるように形成されている場合、前記制御部材の係合部は、前記コイルばねのフック部が挿入されるように制御部材の内周面に設けられる径方向穴、あるいは前記コイルばねのフック部が挿入されるように制御部材の入力側の軸端面に設けられる径方向溝とすることもできる。

そして、本発明は、前記出力側部材のうち、少なくとも前記入力側部材との対向端部が合成樹脂で形成されているばねクラッチに対して、特に有効に適用することができる。

本発明のばねクラッチは、上述したように、入力側部材と出力側部材の互いの対向端部の外周に跨って巻き付けられるコイルばねの入力側端部の軸方向移動を規制したものであるから、コイルばねの出力側端と出力側部材の出力部との間の軸方向隙間を適切に設定することにより、ばねクラッチ全体の軸方向寸法の増大を抑えつつ、回転伝達時のコイルばねの縮径に伴う軸方向伸びによる入力側部材や出力側部材の周辺部材との接触、およびその接触による各部材の摩耗や回転トルクの増大等の不具合を防止することができる。

第１実施形態のばね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の要部拡大の上面図 第２実施形態のばねクラッチの縦断正面図 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図 図４の要部拡大の上面図 第３実施形態のばねクラッチの縦断正面図 図７のVIII−VIII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。このばねクラッチは、図１に示すように、軸方向で対向し、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１および出力側部材２と、その入力側部材１と出力側部材２の互いの対向端部の外周に跨って巻き付けられているコイルばね３と、入力側部材１の外周に摺動自在に嵌合し、後述するように入力側部材１の回転の出力側部材２への伝達と遮断を制御する制御部材４と、入力側部材１の外周にねじ５で固定されて制御部材４を抜け止めする抜止リング６とで基本的に構成されている。その入力側部材１は金属で、出力側部材２は合成樹脂でそれぞれ形成されている。

前記入力側部材１は、出力側部材２との対向端部の外周にコイルばね３の入力側の半部が巻き付けられており、そのコイルばね３の巻付位置に隣接する位置に制御部材４が嵌め込まれている。そして、入力側部材１の出力側部材２と対向する側の端面から突出する係合軸部１ａが、出力側部材２の入力側部材１と対向する側の端面に設けられた係合穴２ａに摺動自在に嵌め込まれて、図示省略したモータ等の駆動源から入力側部材１に回転トルク（駆動力）が入力されたときに、入力側部材１と出力側部材２が一体に回転したり、入力側部材１のみが空転したりするようになっている。

前記出力側部材２は、入力側部材１との対向端部に隣接する位置（軸方向中央部）に、その対向端部よりも大径の出力部７が設けられており、反対側の端部が固定部材８の支持穴８ａに挿入されて回転自在に支持されている。また、出力部７と固定部材８に支持される端部との間には、固定部材８の支持穴８ａの周縁部と摺接するスペーサ部９が設けられている。そして、出力部７の外周に設けられた出力歯車１０が図示省略した外部の回転伝達歯車と噛み合っており、その回転伝達歯車を介して被駆動部材に駆動力を出力するようになっている。

図１乃至図３に示すように、前記コイルばね３は、略正方形の断面形状を有するものであり、自然状態よりも拡径した状態で入力側部材１と出力側部材２の互いの対向端部の外周に跨って巻き付けられている。そして、このコイルばね３の入力側の端部には、径方向外側へ延びて、後述するように制御部材４と係合するフック部３ａが形成されている。一方、コイルばね３の出力側端は自由端であって、出力側部材２の出力部７と軸方向で対向している。

前記制御部材４は、抜止リング６と軸方向で対向する歯車部１１と、コイルばね３の入力側の端部を支持するばね支持部１２とが一体形成されたもので、その歯車部１１と噛み合う外部の歯車（図示省略）を操作することにより、回転可能な状態と回転不能に拘束される状態が切り替えられるようになっている。また、ばね支持部１２の出力側の軸端面には、コイルばね３の入力側の端部を収容する座ぐり部１３と、座ぐり部１３の内周面からばね支持部１２の外周面に貫通し、コイルばね３のフック部３ａを挿入される係合部としての径方向溝１４が設けられている。その径方向溝１４は、内側の一側面が底面側ほど他側面から離れる斜面１４ａとなっている。

このばねクラッチは、上記の構成であり、組立状態においては、コイルばね３の出力側端と出力側部材２の出力部７との間に、後述する回転伝達時のコイルばね３の縮径による軸方向伸び量よりもわずかに大きい軸方向隙間δが生じている（図１参照）。

そして、制御部材４が回転可能な状態で、入力側部材１に所定の方向（コイルばね３を入力側から見た巻き方向と反対の方向、図２の左回り方向）の回転トルク（駆動力）が入力されると、入力側部材１の回転に伴ってコイルばね３が縮径して出力側部材２を締め付けることにより、入力側部材１から出力側部材２への回転伝達が行われ、出力側部材２の出力歯車１０から被駆動部材に駆動力が伝達される。なお、このときには、コイルばね３も入力側部材１および出力側部材２と一体に回転するので、そのフック部３ａが制御部材４の径方向溝１４の一側の斜面１４ａを押して、制御部材４を回転させることになる。

一方、制御部材４が回転不能に拘束された状態で、入力側部材１に所定の方向の回転トルクが入力されたときには、相対的に制御部材４がその径方向溝１４の一側の斜面１４ａでコイルばね３のフック部３ａを入力側部材１の回転方向と逆の方向に押すので、コイルばね３が拡径してコイルばね３の入力側部材１に対する締付力が小さくなり、入力側部材１がコイルばね３および制御部材４と摺動しながら空転するようになる。

ここで、上記のように入力側部材１が空転する際、コイルばね３のフック部３ａは、相対的に制御部材４の径方向溝１４の斜面１４ａに押し付けられて底側へ向かう力を受けるので、出力側への軸方向移動を規制される。すなわち、コイルばね３は、全体として拡径して入力側部材１および出力側部材２に対する締め付けが緩んでも、出力側へ軸方向移動することはなく、その出力側端と出力側部材２の出力部７との間の軸方向隙間δの大きさも維持される。このため、入力側部材１から出力側部材２に回転が伝達される際には、コイルばね３が縮径によって軸方向に伸びても、その出力側端が出力側部材２の出力部７を押して出力側部材２や入力側部材１を軸方向に変位させることはない。

したがって、このばねクラッチは、入力側部材１から出力側部材２への回転伝達時に、入力側部材１や出力側部材２と周辺部材との接触、およびそれによる各部材の摩耗や回転トルクの増大等の不具合が生じるおそれがなく、安定して長期間使用することができる。

図４乃至図６は第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態の制御部材４の径方向溝１４に代わる係合部として、座ぐり部１３の内周面からばね支持部１２の外周面に貫通し、コイルばね３のフック部３ａが挿入される径方向穴１５を設けたものである。また、制御部材４のばね支持部１２には、座ぐり部１３の周方向の一部に、出力側の軸端面から径方向穴１５に達する案内溝１６が設けられている。その案内溝１６は、入口側ほど径方向に広がるように形成されている。これにより、クラッチ組立時には、制御部材４を入力側部材１の外周に嵌め込む前に、コイルばね３のフック部３ａを制御部材４の案内溝１６の入口から奥側へ押し込むだけで、コイルばね３の入力側端部が径方向に弾性変形しながら案内溝１６奥側へ進んで、フック部３ａがスムーズに径方向穴１５に挿入されるようになっている。

図７および図８は第３の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態の制御部材４のばね支持部１２をなくして、歯車部１１の出力側の軸端面に座ぐり部１３を設けるとともに、第１実施形態の径方向溝１４に代わる係合部として、歯車部１１の入力側の軸端面に、座ぐり部１３の底面に連通しコイルばね３のフック部３ａが挿入される径方向溝１７を設けたものである。したがって、第２実施形態と同様、クラッチ組立時には、制御部材４を入力側部材１の外周に嵌め込む前に、コイルばね３のフック部３ａを制御部材４の径方向溝１７に挿入しておくことになる。

上述した第２、第３実施形態は、第１実施形態に比べて組立手順の制約は若干多くなるが、より確実にコイルばね３のフック部３ａの出力側への軸方向移動を規制できるので、回転伝達時の入力側部材１や出力側部材２と周辺部材との接触による不具合の防止の面では有利である。

なお、コイルばねの入力側端部の出力側への軸方向移動を規制する手段は、各実施形態で説明したものに限らず、同様の機能を有するものであれば採用することができる。

また、本発明は、各実施形態のように出力側部材全体が合成樹脂製であるばねクラッチのほか、出力側部材の少なくとも入力側部材との対向端部が合成樹脂で形成されているばねクラッチに対しても、有効に適用することができる。

１ 入力側部材
２ 出力側部材
３ コイルばね
３ａ フック部
４ 制御部材
７ 出力部
８ 固定部材
１１ 歯車部
１２ ばね支持部
１３ 座ぐり部
１４ 径方向溝
１４ａ 斜面
１５ 径方向穴
１６ 案内溝
１７ 径方向溝

Claims (6)

1. 外周に円筒面が形成された端部どうしが軸方向で対向し、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、前記入力側部材と出力側部材の互いの対向端部の外周に跨って巻き付けられるコイルばねとを備え、
   前記出力側部材は、前記入力側部材との対向端部に隣接する位置に、その対向端部よりも大径の出力部が設けられており、
   前記コイルばねの出力側端が、自由端であって前記出力側部材の出力部と軸方向で対向しているばねクラッチにおいて、
   前記コイルばねの入力側端部の軸方向移動を規制したことを特徴とするばねクラッチ。
2. 前記コイルばねの入力側端に設けられたフック部と係合する係合部を有し、前記入力側部材の外周に摺動自在に嵌め込まれる制御部材が設けられ、
   前記入力側部材に所定方向の回転トルクを加えたときに、前記制御部材が回転可能に保持されている状態では、前記コイルばねの縮径によって前記入力側部材から出力側部材への回転伝達が行われ、前記制御部材が回転不能に拘束されている状態では、前記コイルばねの拡径によって前記入力側部材が空転するようになっており、
   前記コイルばねの入力側端部の軸方向移動を規制する手段は、前記制御部材の係合部で前記コイルばねのフック部の出力側への移動を規制するものであることを特徴とする請求項１に記載のばねクラッチ。
3. 前記コイルばねのフック部は径方向外側に延びるように形成されており、
   前記制御部材の係合部は、前記コイルばねのフック部が挿入されるように制御部材の出力側の軸端面に設けられる径方向溝であって、その内側の一側面が底面側ほど他側面から離れる斜面となっており、
   前記制御部材が回転不能に拘束された状態で前記入力側部材が空転するときに、前記コイルばねのフック部が前記制御部材の径方向溝内側の斜面に押し付けられることを特徴とする請求項２に記載のばねクラッチ。
4. 前記コイルばねのフック部は径方向外側に延びるように形成されており、
   前記制御部材の係合部は、前記コイルばねのフック部が挿入されるように制御部材の内周面に設けられる径方向穴であることを特徴とする請求項２に記載のばねクラッチ。
5. 前記コイルばねのフック部は径方向外側に延びるように形成されており、
   前記制御部材の係合部は、前記コイルばねのフック部が挿入されるように制御部材の入力側の軸端面に設けられる径方向溝であることを特徴とする請求項２に記載のばねクラッチ。
6. 前記出力側部材は、少なくとも前記入力側部材との対向端部が合成樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のばねクラッチ。

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