JP5321971B2 - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents
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Description
本発明は、入力側に加えられる入力トルクを出力側に伝達し、出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達されないようにする逆入力遮断クラッチに関する。
逆入力遮断クラッチは、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をトルク伝達可能に連結し、その連結部に逆入力遮断機構、すなわち入力側部材に加えられる入力トルクを出力側部材に伝達し、出力側部材に加えられる逆入力トルクは入力側部材に伝達しない機構を設けたものである。このような逆入力遮断クラッチには、出力側部材に逆入力トルクが加えられたときに出力側部材をロックさせる方式のものがある(例えば、特許文献1参照。)。
図5は、上記のように逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式の逆入力遮断クラッチの一例を示す。このクラッチは、入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転しかつトルク伝達できるように連結しており(図示省略)、その出力側部材の一部を構成する内輪51の外側に固定外輪52を配し、内輪51の外周にカム面51aを設けて、外輪52の内周円筒面と内輪51外周面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間53を複数形成し、これらの各楔形空間53に一対の円筒ころ54と各ころ54を楔形空間53の狭小部に押し込む圧縮コイルばね55を組み込むとともに、各楔形空間53の周方向両側(ころ54を挟んでばね55と対向する位置)に入力側部材の一部を構成する保持器の柱部56を挿入したものである。
このクラッチでは、各ころ54がばね55の弾性力で楔形空間53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54が外輪52および内輪51に係合することにより内輪51が外輪52にロックされ、入力側部材にはトルクが伝達されない。
一方、入力側部材に入力トルクが加えられたときには、保持器の柱部56が回転方向後側のころ54をばね55の弾性力に抗して楔形空間53の広大部へ押しやることにより、ころ54と外輪52および内輪51との係合が解除されて、内輪51がロック状態から解放され、入力トルクが出力側部材に伝達される(図5中の矢印参照)。
ところで、上述した方式の逆入力遮断クラッチに入力トルクと逆入力トルクが同時に同じ方向に加えられる場合は、回転方向後側のころが保持器の柱部に押されて楔形空間の広大部へ移動したときに、ロック状態から解放された出力側部材が入力側部材の回転速度を上回る回転速度で回転(空転)し、ころが相対的に楔形空間の狭小部へ戻ると出力側部材が再びロック状態となり、その直後に入力側部材の回転によりロック状態が解除されるという動作を繰り返して、出力側部材が円滑に回転しなくなることがある。
この問題に対して、本出願人は、出力側部材の回転に対して摩擦抵抗を与えることにより、出力側部材の加速を抑制し、出力側部材の回転速度が入力側部材の回転速度を上回る状態を生じにくくして、ロック解除後の再ロックの発生を抑え、出力側部材の回転の円滑化を図ることを提案した(特許文献2参照。)。
しかしながら、上記のように出力側部材の回転に対して摩擦抵抗を与える方法を、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件で適用した場合は、出力側部材を逆入力トルクと逆の方向に回転駆動しようとするときに、出力側部材に摩擦抵抗が作用する分、従来のものよりも大きな入力トルクが必要になる。
例えば、上記特許文献2で提案した構成の逆入力遮断クラッチを、駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に組み込んで、モータの駆動により入力側部材が正回転すると被昇降体が下降し、入力側部材が逆回転すると被昇降体が上昇するようにした場合、被昇降体の下降動作は円滑に行われるが、被昇降体を上昇させるときにはモータの負荷が従来よりも大きくなる。このため、従来に比べて大型のモータが必要となり、装置全体のコストの増大をまねくこともある。
本発明の課題は、逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式の逆入力遮断クラッチにおいて、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件でも、安定したクラッチ動作が得られ、かつ出力側部材の回転駆動に必要な入力トルクの低減が図れるようにすることである。
上記の課題を解決するため、本発明は、入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転するように配し、前記出力側部材と固定部材との間に、逆入力トルクが出力側部材に加えられたときに出力側部材を固定部材にロックするロック手段を設け、前記入力側部材には、入力トルクが入力側部材に加えられたときに前記ロック手段による出力側部材のロック状態を解除するロック解除手段を設け、前記入力側部材と出力側部材との間に、出力側部材のロック状態が解除されているときに入力側部材に加えられた入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設けた逆入力遮断クラッチにおいて、一端を前記出力側部材に連結され他端を固定された弾性体を設け、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材の正回転に伴い前記弾性体が弾性変形してその弾性力により出力側部材に回転抵抗を与え、前記入力側部材の正回転後の逆回転に対しては、前記弾性変形した弾性体がその弾性力により前記出力側部材の逆回転を補助するようにした構成を採用した。
すなわち、一端を出力側部材に連結され他端を固定された弾性体を設けることにより、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件において、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転(正回転)するときには弾性体が出力側部材に回転抵抗を与えて、ロック解除後の再ロックの発生を抑え、出力側部材の回転の円滑化を図るとともに、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転した後に逆方向に回転(逆回転)するときには、弾性変形した弾性体が出力側部材の逆回転を補助し、トルク伝達に必要な入力トルクを低減できるようにしたのである。
前記弾性体としてゼンマイばねを用いた場合は、このゼンマイばねを前記出力側部材の正回転時に巻き締められるように出力側部材に連結すればよい。
また、前記出力側部材と弾性体との間に、前記弾性体の一端に接続された回転部材を有する一方向クラッチを介在させ、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材から前記一方向クラッチの回転部材に回転を伝達して前記弾性体を弾性変形させ、前記入力側部材が逆回転するときには、前記回転部材が弾性体の弾性力により回転して前記出力側部材を逆回転させるようにしてもよい。
上記の構成においては、前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだり、前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材により回転駆動されるトルク伝達部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだりすることができる。
前記ロック手段は、前記固定部材をその内周側または外周側に形成した円筒面が前記出力側部材の外周面または内周面と対向するように配し、前記出力側部材の所定の位置に、前記固定部材の円筒面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成するカム面を設け、前記各楔形空間にそれぞれ転動体を配し、これらの各転動体間の所定の箇所に、各転動体を前記楔形空間の狭小部に押し込む付勢ばねを組み込んだものとし、前記ロック解除手段は、前記出力側部材と固定部材との間で前記転動体を挟んで付勢ばねと対向する位置に、前記入力側部材の一部を構成する保持器の柱部を挿入したものとすることができる。
本発明の逆入力遮断クラッチは、駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に、前記モータの駆動により前記入力側部材が正回転すると被昇降体が下降し、前記入力側部材が逆回転すると被昇降体が上昇するように組み込まれる場合に、特に有効にその機能を発揮することができる。
本発明は、上述したように、逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式の逆入力遮断クラッチにおいて、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件でも、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転するときには、出力側部材のロック解除後の再ロックが生じにくくして出力側部材を円滑に回転させることができる。しかも、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転した後に逆方向に回転するときには、出力側部材の回転駆動に必要な入力トルクを低減できるので、入力トルクを発生させる駆動装置の小型化・省エネ化を図ることができる。
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。この逆入力遮断クラッチは、駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に組み込まれるもので(モータおよび被昇降体は図示省略)、図1および図2に示すように、前記モータで駆動される入力軸1と、出力軸2と内輪3が一体成形された出力側部材4と、外輪5と一体形成した二段円筒状のハウジング6の大径側に押え蓋7を取り付けた固定部材8とを備えている。
前記入力軸1には、内輪3と外輪5との間に挿入される複数の柱部9aを有する保持器9が入力軸1と一体回転するように嵌め込まれ、入力軸1とこの保持器9とで入力側部材10を構成している。そして、その保持器9の柱部9a間には、円筒ころ(転動体)11と圧縮コイルばね(付勢ばね)12が組み込まれている。
一方、前記出力軸2の外周には、前記被昇降体を昇降させる昇降ギアGと噛み合う中間ギア13が嵌め込まれている。これにより、後述するように、前記モータの駆動により入力軸1が正回転してその回転が出力軸2に伝達されると被昇降体が下降し、入力軸1の逆回転が出力軸2に伝達されると被昇降体が上昇するようになっている。また、出力軸2の中間ギア13と隣り合う位置には一方向クラッチ14が組み付けられ、この一方向クラッチ14を囲むように配されたゼンマイばね(弾性体)15の一端部15aが一方向クラッチ14に連結され、他端部15bが外部の構造物Sに固定されている。これにより、ゼンマイばね15と一方向クラッチ14とを一体化させたユニットが組み込まれた状態となっている。
ここで、前記一方向クラッチ14は、図3に示すように、出力軸2と同心に配される環状の外方回転部材16の内周面に同一方向に傾斜した複数のカム面16aを設けて、外方回転部材16の内周面と出力軸2の外周円筒面との間に周方向の一方側で次第に狭小となる楔形空間17を複数形成し、これらの各楔形空間17に円筒ころ18とこのころ18を楔形空間17の狭小部に押し込む圧縮コイルばね19を配したもので、出力軸2が正回転(図中の矢印方向に回転)するときには出力軸2から外方回転部材16に回転を伝達するようになっている。そして、その外方回転部材16の外周部にゼンマイばね15の一端部15aが接続され、出力軸2とともに外方回転部材16が正回転するとゼンマイばね15が巻き締められるようになっている。
図2に示したように、前記固定部材8は、押え蓋7の外周縁に複数の爪7aが形成されており、これらの爪7aをハウジング6他端のフランジの外周縁に形成された切欠き6aに嵌め込んで折り曲げることにより、押え蓋7をハウジング6に固定している。また、固定部材8一端のハウジング6の小径部には、出力軸2を回転自在に支持する焼結含油軸受20が嵌め込まれている。
前記入力軸1は、外周に互いに平行な2つの平面部を有する係合部21の前半部が、内輪3中央に設けられた係合穴22に挿入され、先端の小径円筒部が出力軸2の端面中央の穴に嵌め込まれて、出力軸2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22は、入力軸1の係合部21とほぼ同じ断面形状であるが、入力軸1を挿入したときに僅かな回転方向の隙間が生じる形状となっており、これにより入力軸1に加えられた入力トルクを僅かな角度遅れをもって内輪3および出力軸2に伝達するトルク伝達手段が形成されている。
また、前記内輪3の外周には、カム面3aが周方向に交互に傾斜が逆向きとなるように設けられ、外輪5の内周円筒面と内輪3外周面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間23が複数形成されている。そして、これらの各楔形空間23に一対のころ11が各ころ11を楔形空間23の狭小部に押し込むばね12を挟んだ状態で配され、各楔形空間23の周方向両側(ころ11を挟んでばね12と対向する位置)に保持器9の柱部9aが挿入されている。
従って、出力軸2に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころ11がばね12の弾性力によって楔形空間23の狭小部に押し込まれて外輪5および内輪3と係合しているので、内輪3が固定部材8にロックされ、出力軸2の回転は入力軸1に伝達されない。
一方、入力軸1に入力トルクが加えられたときには、入力軸1と一体に回転する保持器9の柱部9aが、回転方向後側のころ11をばね12の弾性力に抗して楔形空間23の広大部へ押しやるので、ころ11と外輪5および内輪3との係合が解除され、内輪3がロック状態から解放される。そして、入力軸1がさらに回転して、その係合部21と内輪3の係合穴22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。
すなわち、出力側部材4と固定部材8との間に、逆入力トルクが出力側部材4に加えられたときに出力側部材4を固定部材8にロックするロック手段が設けられ、入力トルクが入力側部材10に加えられたときに前記ロック手段による出力側部材4のロック状態を解除するロック解除手段が入力側部材10に設けられている。
そして、入力側部材10を正回転させて前記被昇降体を下降させるときには、入力軸1から出力軸2を介して一方向クラッチ14の外方回転部材16に正回転が伝達されることにより、ゼンマイばね15が巻き締められてその弾性力により出力側部材4に回転抵抗を与える。このため、前記被昇降体に作用する重力が逆入力トルクとして入力トルクと同方向に加えられても、回転方向後側のころ11が保持器9の柱部9aに押されて楔形空間23の広大部へ移動したときには、内輪3に与えられる回転抵抗が、ロック状態から解放された内輪3の回転速度が保持器9の回転速度以上に増大するのを抑えるブレーキとして作用するので、ころ11が相対的に楔形空間23の狭小部へ戻って再びロック状態となるおそれは少ない。
一方、入力側部材10を上記のように正回転させた後に逆回転させて前記被昇降体を上昇させようとするときには、巻き締められたゼンマイばね15がその弾性力により巻き戻り、一方向クラッチ14の外方回転部材16を逆回転させる。このとき、ゼンマイばね15の巻き戻りによる外方回転部材16の回転の速度は出力軸2の回転速度よりも大きくなるので、外方回転部材16の回転が出力軸2に伝達され、出力側部材4の逆回転を補助することになる。このため、前記被昇降体に作用する重力が逆入力トルクとして入力トルクと逆方向に加えられていても、出力側部材4を回転駆動させるために入力トルクを逆入力トルク分大きくする必要はない。
この逆入力遮断クラッチは、上述したように、昇降装置の被昇降体に作用する重力が常に逆入力トルクとして出力側部材4に加えられる条件で使用されるが、入力トルクを逆入力トルクと同じ方向に加えて(入力側部材10を正回転させて)被昇降体を下降させるときは、出力側部材4のロック解除後の再ロックが生じにくく、出力側部材4を円滑に回転させることができる。しかも、入力トルクを逆入力トルクと逆の方向に加えて(入力側部材10を逆回転させて)被昇降体を上昇させるときには、出力側部材4の回転駆動に必要な入力トルクを低減できるので、駆動モータの小型化・省エネ化を図ることができる。
図4に示す第2の実施形態は、第1実施形態の一方向クラッチ14に代えて、出力軸2に嵌め込まれた中間ギア13により回転駆動される被駆動ギア(トルク伝達部材)24の中心に内方回転部材としての被駆動軸25を通した一方向クラッチ26を用い、その被駆動軸25にゼンマイばね15の一端を接続して、ゼンマイばね15と一方向クラッチ26とを一体化させたユニットを組み込んだものである。その一方向クラッチ26の被駆動ギア24と被駆動軸25との間の回転伝達の構造は、第1実施形態の一方向クラッチ14と同じである。この実施形態でも、ゼンマイばね15は出力軸2が正回転すると巻き締められるように両端を被駆動軸25および外部構造物Sに接続されており、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
1 入力軸
2 出力軸
3 内輪
3a カム面
4 出力側部材
5 外輪
8 固定部材
9 保持器
9a 柱部
10 入力側部材
11 円筒ころ(転動体)
12 圧縮コイルばね(付勢ばね)
13 中間ギア
14 一方向クラッチ
15 ゼンマイばね(弾性体)
16 外方回転部材
23 楔形空間
24 被駆動ギア(トルク伝達部材)
25 被駆動軸(内方回転部材)
26 一方向クラッチ
G 昇降ギア
S 外部構造物
2 出力軸
3 内輪
3a カム面
4 出力側部材
5 外輪
8 固定部材
9 保持器
9a 柱部
10 入力側部材
11 円筒ころ(転動体)
12 圧縮コイルばね(付勢ばね)
13 中間ギア
14 一方向クラッチ
15 ゼンマイばね(弾性体)
16 外方回転部材
23 楔形空間
24 被駆動ギア(トルク伝達部材)
25 被駆動軸(内方回転部材)
26 一方向クラッチ
G 昇降ギア
S 外部構造物
Claims (7)
- 入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転するように配し、前記出力側部材と固定部材との間に、逆入力トルクが出力側部材に加えられたときに出力側部材を固定部材にロックするロック手段を設け、前記入力側部材には、入力トルクが入力側部材に加えられたときに前記ロック手段による出力側部材のロック状態を解除するロック解除手段を設け、前記入力側部材と出力側部材との間に、出力側部材のロック状態が解除されているときに入力側部材に加えられた入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設けた逆入力遮断クラッチにおいて、一端を前記出力側部材に連結され他端を固定された弾性体を設け、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材の正回転に伴い前記弾性体が弾性変形してその弾性力により出力側部材に回転抵抗を与え、前記入力側部材の正回転後の逆回転に対しては、前記弾性変形した弾性体がその弾性力により前記出力側部材の逆回転を補助するようにしたことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
- 前記弾性体としてゼンマイばねを用い、このゼンマイばねを前記出力側部材の正回転時に巻き締められるように出力側部材に連結したことを特徴とする請求項1に記載の逆入力遮断クラッチ。
- 前記出力側部材と弾性体との間に、前記弾性体の一端に接続された回転部材を有する一方向クラッチを介在させ、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材から前記一方向クラッチの回転部材に回転を伝達して前記弾性体を弾性変形させ、前記入力側部材が逆回転するときには、前記回転部材が弾性体の弾性力により回転して前記出力側部材を逆回転させるようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の逆入力遮断クラッチ。
- 前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだことを特徴とする請求項3に記載の逆入力遮断クラッチ。
- 前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材により回転駆動されるトルク伝達部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだことを特徴とする請求項3に記載の逆入力遮断クラッチ。
- 前記ロック手段が、前記固定部材をその内周側または外周側に形成した円筒面が前記出力側部材の外周面または内周面と対向するように配し、前記出力側部材の所定の位置に、前記固定部材の円筒面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成するカム面を設け、前記各楔形空間にそれぞれ転動体を配し、これらの各転動体間の所定の箇所に、各転動体を前記楔形空間の狭小部に押し込む付勢ばねを組み込んだものであり、前記ロック解除手段が、前記出力側部材と固定部材との間で前記転動体を挟んで付勢ばねと対向する位置に、前記入力側部材の一部を構成する保持器の柱部を挿入したものであ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遮断クラッチ。
- 駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に、前記モータの駆動により前記入力側部材が正回転すると被昇降体が下降し、前記入力側部材が逆回転すると被昇降体が上昇するように組み込まれることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
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