JP2021067286A - 逆入力防止クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルばねを単一の部材に巻き付けた構造で、回転トルクの小さい逆入力防止クラッチを提供する。【解決手段】入力部材１と出力部材２とをトルク伝達可能に連結するとともに、外輪５１に所定の一方向の回転駆動力が加わるときは外輪５１のみが空転し、外輪５１に逆方向の回転駆動力が加わるときは外輪５１が内輪５２とロックして停止する一方向クラッチ機構５を用い、その外輪５１に、一端が入力部材１に係止され他端が出力部材２に係止されるコイルばね４を巻き付けて、逆入力防止クラッチを構成した。この逆入力防止クラッチは、コイルばねを２つの部材に跨るように巻き付けた従来のものに比べて、軸方向に小型化しやすく、所定の一方向の入力トルクによって回転伝達するときはコイルばね４が外輪５１と摺動しないので、従来のものよりも回転トルクを小さくできる。【選択図】図１

Description

本発明は、入力部材に加えられる入力トルクはいずれの方向でも出力部材に伝達し、出力部材に所定の方向の逆入力トルクが加えられたときは入力部材に伝達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、同一軸心のまわりに回転する入力部材と出力部材とをトルク伝達可能に連結し、入力部材に加えられる入力トルクを出力部材に伝達し、出力部材に加えられる逆入力トルクは入力部材に伝達しない構成としたものである。このような逆入力防止クラッチのうち、昇降装置の駆動モータと被昇降体との間に組み込まれる等、逆入力トルクが一定の方向にしか加えられない状態で使用されるものには、入力トルクはいずれの方向でも出力部材に伝達し、一定の方向の逆入力トルクに対してのみ出力部材を停止させる方式のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１の逆入力防止クラッチは、互いに突き合わされた出力部材の筒状部と固定部材の筒状部とに跨るようにコイルばねを巻き付け、入力トルクに対しては、入力部材がコイルばねの一端または他端を周方向に押すことによってコイルばねが緩んだ状態で、入力部材の回転が出力部材に伝達され、一方向の逆入力トルクに対しては、出力部材がコイルばねの一端を周方向に押すことによってコイルばねが緩んだ状態で、出力部材の回転が入力部材に伝達され、逆方向の逆入力トルクに対しては、コイルばねが出力部材と固定部材のそれぞれの筒状部を締め付けることにより出力部材を停止させ、入力部材も回転しないようにしている。

特開２０１７−２２３３４５号公報

上記のようなコイルばねを用いた逆入力防止クラッチでは、出力部材と固定部材のそれぞれにコイルばねを巻き付けるための筒状部を互いに突き合わせた状態で設ける必要があるので、クラッチ全体の軸方向サイズが大きくなりやすい。また、コイルばねの一部が出力部材の筒状部と固定部材の筒状部との間に落ち込むと機能しなくなるので、コイルばねの落ち込みを防止するために両筒状部の間の軸方向隙間を厳しく管理する必要があり、このことが組み立てやメンテナンスの際の作業効率を低下させる一因となっている。

さらに、入力部材と出力部材との間で回転伝達する際には、入力部材および出力部材と一体に回転するコイルばねが固定部材の筒状部と摺動するため、回転伝達に必要なトルク（以下、「回転トルク」と称する。）が大きくなりやすいという難点もある。

そこで、本発明は、コイルばねを単一の部材に巻き付けた構造で、回転トルクの小さい逆入力防止クラッチを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明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部材および出力部材と、前記入力部材の回転を僅かな角度遅れをもって前記出力部材に伝達するトルク伝達機構と、一端が前記入力部材に係止され、他端が前記出力部材に係止されるコイルばねと、前記コイルばねが巻き付けられる外輪の径方向内側に内輪を配した一方向クラッチ機構と、前記内輪が回転不能に連結される固定部材とを備え、前記一方向クラッチ機構は、前記外輪に所定の一方向の回転駆動力が加わるときは外輪のみが空転し、前記外輪に逆方向の回転駆動力が加わるときは外輪が前記内輪とロックするものであり、前記入力部材に前記所定の一方向の入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねが外輪を締め付け、前記外輪が空転する状態で、前記トルク伝達機構により入力部材の回転が出力部材に伝達され、前記入力部材に逆方向の入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねの外輪に対する締め付けが緩み、前記コイルばねが外輪と摺動する状態で、前記トルク伝達機構により入力部材の回転が出力部材に伝達され、前記出力部材に前記所定の一方向の逆入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねの外輪に対する締め付けが緩み、前記コイルばねが外輪と摺動する状態または前記外輪が空転する状態で、前記トルク伝達機構により出力部材の回転が入力部材に伝達され、前記出力部材に逆方向の逆入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねが外輪を締め付け、前記外輪が内輪とロックして停止することにより、前記出力部材および入力部材が回転しないようにしたものである。

上記の構成によれば、コイルばねを巻き付ける部材を一方向クラッチ機構の外輪のみとすることができるうえ、所定の一方向の入力トルクによって入力部材から出力部材に回転伝達するときは、コイルばねが外輪と摺動しないので回転トルクを小さくすることができる。

ここで、前記出力部材に前記所定の一方向の逆入力トルクが加えられたときに、前記コイルばねを外輪と摺動する状態で回転させる回転トルクよりも、前記外輪を空転させる空転トルクを小さく設定すれば、所定の一方向の逆入力トルクによって出力部材から入力部材に回転伝達するときの回転トルクも小さくすることができる。

前記コイルばねは、その一端に形成されたフック部が前記入力部材に形成された係止溝に挿入され、他端に形成されたフック部が前記出力部材に形成された係止溝に挿入されている構成とすることにより、入力部材および出力部材に容易に係止できるものとなる。

前記一方向クラッチ機構としては、前記外輪の内周と内輪の外周との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間が複数形成されており、これらの各楔形空間に組み込まれたローラが弾性部材により楔形空間の狭小部へ押し込まれているものを採用することができる。

また、前記外輪を、焼結金属で形成して潤滑油を含浸させたものとすることにより、逆方向の入力トルクによって入力部材から出力部材に回転伝達するときのコイルばねと外輪との摺動性を向上させ、回転トルクの低減を図ることができる。

前記入力部材は、前記コイルばねの一端を係止する筒状部を有し、その筒状部が前記固定部材に径方向隙間をもって覆われている構成とするとよい。このようにすれば、回転伝達時の入力部材の固定部材との摺動による回転トルクの上昇を防止することができる。

本発明の逆入力防止クラッチは、上述したように、外輪に所定の一方向の回転駆動力が加わるときは外輪のみが空転し、外輪に逆方向の回転駆動力が加わるときは外輪が内輪とロックして停止する一方向クラッチ機構を組み込み、その一方向クラッチ機構の外輪に、一端が入力部材に係止され他端が出力部材に係止されるコイルばねを巻き付けたものであるから、コイルばねを２つの部材に跨るように巻き付けた従来のものに比べて、クラッチ全体の軸方向サイズを小さくでき、設計自由度が大きくなるし、コイルばねの落ち込み防止のための寸法管理が不要で、組み立てやメンテナンスを効率よく行える。また、所定の一方向の入力トルクによって入力部材から出力部材に回転伝達するときは、従来のものよりも回転トルクを小さくできるので、手動入力の場合は楽に操作することができ、モータ等の電動入力の場合は省電力となる。

実施形態の逆入力防止クラッチの縦断正面図 図１の分解斜視図 図１のIII−III線に沿った断面図 図１のIV−IV線に沿った断面図 図４に対応して時計方向の入力トルクに対する動作を説明する断面図 図４に対応して反時計方向の入力トルクに対する動作を説明する断面図 図４に対応して時計方向の逆入力トルクに対する動作を説明する断面図 図４に対応して反時計方向の逆入力トルクに対する動作を説明する断面図 図４に対応して外輪形状の変形例を示す断面図

以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。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、同一軸心のまわりに回転するように配された入力部材１および出力部材２と、固定部材としての筒状のハウジング３と、径方向に突出する一端のフック部４ａが入力部材１に係止され、軸方向に突出する他端のフック部４ｂが出力部材２に係止されるコイルばね４と、コイルばね４とハウジング３との間に設けられる一方向クラッチ機構５とを備えている。

前記入力部材１は、軸方向の外端部がＤカット形状に形成された入力軸部１１と、入力軸部１１の内端側に設けられた円盤状の回転伝達部１２と、回転伝達部１２の外周から軸方向内側へ延びる筒状部１３とからなり、その入力軸部１１のＤカット形状に嵌合する駆動部材（図示省略）から入力トルクを加えられるものである。その回転伝達部１２は、出力部材２との軸方向対向面に径方向に一定幅で延びる係合凸部１２ａが設けられており（図３参照）、この係合凸部１２ａで後述のように出力部材２に回転を伝達するようになっている。また、筒状部１３の先端には径方向に貫通する係止溝１３ａが周方向の一箇所に形成されており、この係止溝１３ａにコイルばね４の一端のフック部４ａが挿入されている。

前記出力部材２は、軸方向の外端部がＤカット形状に形成された出力軸部２１と、出力軸部２１の内端側に設けられた円盤状の回転伝達部２２とからなり、その出力軸部２１のＤカット形状に嵌合する被駆動部材（図示省略）にトルクを出力するものである。その回転伝達部２２は、入力部材１の回転伝達部１２との軸方向対向面に、径方向に延びて外周側ほど広幅となる係合凹部２２ａが設けられており、この係合凹部２２ａに入力部材１の係合凸部１２ａが回転方向の隙間をもって入り込んでいる（図３参照）。そして、その係合凹部２２ａの内壁に入力部材１の係合凸部１２ａが面接触（係合）することにより、入力部材１から出力部材２にトルク（回転）が伝達されるようになっている。すなわち、この係合凹部２２ａと係合凸部１２ａとによって、入力部材１の回転を僅かな角度遅れをもって出力部材２に伝達するトルク伝達機構が形成されている。また、出力部材２の回転伝達部２２の外周縁部には、軸方向に貫通する係止溝２２ｂが周方向の一箇所に形成されており、この係止溝２２ｂにコイルばね４の他端のフック部４ｂが挿入されている。

前記ハウジング３は、入力部材１の回転伝達部１２と筒状部１３、出力部材２の回転伝達部２２、コイルばね４および一方向クラッチ機構５を覆うように配されており、入力側の開口には入力部材１を抜け止めする蓋６が嵌め込まれている。そして、出力側の開口を塞ぐ蓋部３１の外側面に外周が六角形状の嵌合部３２が設けられ、この嵌合部３２の外周形状に嵌合する周辺部材（図示省略）によって回転方向に拘束されるようになっている。また、ハウジング３の内周面は入力部材１の筒状部１３の外周面と径方向隙間をもって対向しており、入力部材１が回転するときに摺動抵抗が生じないようになっている。

前記一方向クラッチ機構５は、図１、図２および図４に示すように、内周面に複数のポケット５１ａが形成された外輪５１と、外輪５１の径方向内側に配され、出力部材２の出力軸部２１を摺動自在に通す内輪５２と、外輪５１の各ポケット５１ａに１つずつ配されるローラ５３および弾性部材としての板ばね５４とで構成されている。

その外輪５１は、焼結金属で形成して潤滑油を含浸させたものであり、外周に前記コイルばね４が巻き付けられている。また、外輪５１の内周側の各ポケット５１ａの底（外周側部分）には傾斜カム面５１ｂが形成されており、その傾斜カム面５１ｂと内輪５２の外周円筒面との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間が形成されている。そして、各楔形空間に組み込まれたローラ５３が板ばね５４により楔形空間の狭小部へ押し込まれている。一方、内輪５２は、軸方向外側に六角形状の外周を有する連結部５２ａが設けられており、その連結部５２ａがハウジング３の蓋部３１および嵌合部３２の六角形状の内周に嵌合することにより、回転方向に拘束されている。

したがって、この一方向クラッチ機構５では、外輪５１が所定の一方向（図４における時計方向）に回転駆動力を受けたときは、各ローラ５３が板ばね５４の弾力に抗して楔形空間の広大側へ相対移動し、外輪５１の傾斜カム面５１ｂおよび内輪５２の外周円筒面と係合することなく転動することにより、外輪５１が空転する。一方、外輪５１が逆方向（図４における反時計方向）に回転駆動力を受けたときには、各ローラ５３が外輪５１の傾斜カム面５１ｂおよび内輪５２の外周円筒面と係合することにより、外輪５１がハウジング３に回転不能に連結された内輪５２とロックして停止するようになっている。

次に、この逆入力防止クラッチ全体の動作について説明する。

図５に示すように、入力部材１に所定の一方向（図５における時計方向）の入力トルクが加えられたときは、まず、入力部材１の筒状部１３の係止溝１３ａがコイルばね４の一端のフック部４ａを一方向に押すことにより、コイルばね４が一方向クラッチ機構５の外輪５１を締め付ける。そして、入力部材１がさらに回転して、その回転伝達部１２の係合凸部１２ａが出力部材２の回転伝達部２２の係合凹部２２ａに係合すると、コイルばね４に締め付けられた外輪５１が空転する状態で、入力部材１の回転が出力部材２に伝達されるようになる。

図６に示すように、入力部材１に逆方向（図６における反時計方向）の入力トルクが加えられたときは、まず、入力部材１の係止溝１３ａがコイルばね４のフック部４ａを逆方向に押すことにより、コイルばね４の外輪５１に対する締め付けが緩む。このとき、外輪５１は内輪５２とロックして停止しているので、入力部材１がさらに回転して、その係合凸部１２ａが出力部材２の係合凹部２２ａに係合すると、コイルばね４が外輪５１と摺動する状態で、入力部材１の回転が出力部材２に伝達されるようになる。

一方、図７に示すように、出力部材２に所定の一方向（図７における時計方向）の逆入力トルクが加えられたときには、まず、出力部材２の回転伝達部２２の係止溝２２ｂがコイルばね４の他端のフック部４ｂを一方向に押すことにより、コイルばね４の外輪５１に対する締め付けが緩む。そして、出力部材２がさらに回転して、その係合凹部２２ａが入力部材１の係合凸部１２ａに係合すると、出力部材２の回転が入力部材１に伝達されるようになる。このとき、コイルばね４を外輪５１と摺動する状態で回転させる回転トルクよりも、外輪５１を空転させる空転トルクの方が小さく設定されているため、コイルばね４は外輪５１と摺動せず、外輪５１が空転する。

そして、図８に示すように、出力部材２に逆方向（図８における反時計方向）の逆入力トルクが加えられたときには、出力部材２の係止溝２２ｂがコイルばね４の他端のフック部４ｂを逆方向に押すことにより、コイルばね４が外輪５１を締め付けるとともに、外輪５１が内輪５２とロックして停止するので、出力部材２および入力部材１は回転しない。

この逆入力防止クラッチは、上述したように、主要部品であるコイルばね４を一方向クラッチ機構５の外輪５１のみに巻き付けているので、従来のコイルばねを２つの部材に跨るように巻き付ける構造のものに比べて、クラッチ全体を軸方向に小型化しやすく、設計自由度が大きいし、コイルばねの落ち込み防止のための寸法管理が不要となる分、組み立てやメンテナンスを効率よく行うことができる。

しかも、所定の一方向の入力トルクによって入力部材１から出力部材２に回転伝達するとき、および所定の一方向の逆入力トルクによって出力部材２から入力部材１に回転伝達するときは、コイルばね４が外輪５１と摺動せず外輪５１が空転するので、従来のものよりも回転トルクを小さくできる。

さらに、外輪５１は焼結金属で形成して潤滑油を含浸させたものとしたので、逆方向の入力トルクによって入力部材１から出力部材２に回転伝達するときのコイルばね４と外輪５１との摺動性がよく、このときの回転トルクも小さく抑えられるし、静粛性、耐久性の面でも従来のものよりも良好な性能が得られる。

そして、この実施形態では、コイルばね４と外輪５１との摺動性をさらに向上させるために、両部材の摺動部分およびその近辺にグリース等の潤滑剤を塗布することもできる。また、図９に示す変形例のように、外輪５１の外周面に潤滑剤を保持する凹部５１ｃを設けて、さらなる摺動性の向上を図ることもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、実施形態のコイルばねは一端のフック部を径方向に突出させ、他端のフック部を軸方向に突出させているが、コイルばねのフック部は、両端とも径方向に突出するように形成することもできる。ただし、その場合には出力部材の回転伝達部を筒状にして径方向の係止溝を形成することが必要となるので、実施形態のようにした方が出力部材の構造がシンプルになって好ましい。

１ 入力部材
２ 出力部材
３ ハウジング（固定部材）
４ コイルばね
４ａ、４ｂ フック部
５ 一方向クラッチ機構
１１ 入力軸部
１２ 回転伝達部
１２ａ 係合凸部
１３ 筒状部
１３ａ 係止溝
２１ 出力軸部
２２ 回転伝達部
２２ａ 係合凹部
２２ｂ 係止溝
５１ 外輪
５２ 内輪
５２ａ 連結部
５３ ローラ
５４ 板ばね（弾性部材）

Claims (6)

1. 同一軸心のまわりに回転する入力部材および出力部材と、前記入力部材の回転を僅かな角度遅れをもって前記出力部材に伝達するトルク伝達機構と、一端が前記入力部材に係止され、他端が前記出力部材に係止されるコイルばねと、前記コイルばねが巻き付けられる外輪の径方向内側に内輪を配した一方向クラッチ機構と、前記内輪が回転不能に連結される固定部材とを備え、
   前記一方向クラッチ機構は、前記外輪に所定の一方向の回転駆動力が加わるときは外輪のみが空転し、前記外輪に逆方向の回転駆動力が加わるときは外輪が前記内輪とロックするものであり、
   前記入力部材に前記所定の一方向の入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねが外輪を締め付け、前記外輪が空転する状態で、前記トルク伝達機構により入力部材の回転が出力部材に伝達され、
   前記入力部材に逆方向の入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねの外輪に対する締め付けが緩み、前記コイルばねが外輪と摺動する状態で、前記トルク伝達機構により入力部材の回転が出力部材に伝達され、
   前記出力部材に前記所定の一方向の逆入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねの外輪に対する締め付けが緩み、前記コイルばねが外輪と摺動する状態または前記外輪が空転する状態で、前記トルク伝達機構により出力部材の回転が入力部材に伝達され、
   前記出力部材に逆方向の逆入力トルクが加えられたときは、前記コイルばねが外輪を締め付け、前記外輪が内輪とロックして停止することにより、前記出力部材および入力部材が回転しないようにした逆入力防止クラッチ。
2. 前記出力部材に前記所定の一方向の逆入力トルクが加えられたときに、前記コイルばねを外輪と摺動する状態で回転させる回転トルクよりも、前記外輪を空転させる空転トルクを小さく設定した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. 前記コイルばねは、その一端に形成されたフック部が前記入力部材に形成された係止溝に挿入され、他端に形成されたフック部が前記出力部材に形成された係止溝に挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の逆入力防止クラッチ。
4. 前記一方向クラッチ機構は、前記外輪の内周と内輪の外周との間に周方向の一側で次第に狭小となる楔形空間が複数形成されており、これらの各楔形空間に組み込まれたローラが弾性部材により楔形空間の狭小部へ押し込まれているものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の逆入力防止クラッチ。
5. 前記外輪が、焼結金属で形成して潤滑油を含浸させたものであ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。
6. 前記入力部材は、前記コイルばねの一端を係止する筒状部を有し、その筒状部が前記固定部材に径方向隙間をもって覆わ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逆入力防止クラッチ。

Images