JP5610269B2 - クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、入力側と出力側の間で回転が伝達される状態と回転の伝達が遮断される状態とを切り替えるためのクラッチに関する。

入力側部材の回転を出力側部材に伝達し、出力側部材の回転は入力側部材に伝達されないようにする逆入力防止クラッチには、出力側部材に逆入力トルクが加えられても出力側部材が空転して、その回転を入力側部材に伝達しないタイプのものがある（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された逆入力防止クラッチは、入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転するように配し、出力側部材の外周側に円筒面を形成し、入力側部材に出力側部材の円筒面と径方向で対向するカム面を周方向に複数設けて、その円筒面と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ころを配し、各ころを両部材間に配した保持器のポケットに一つずつ収容して両部材と係合離脱可能に保持し、この保持器を入力側部材にセンタリングばねを介して連結し、保持器と係合した状態で固定部材の円筒部と摺動する摺動ばねを組み込んだものである。

そして、入力側部材に入力トルクが加えられたときには、入力側部材と摺動ばねの摺動抵抗を受ける保持器との間でセンタリングばねが弾性変形して、入力側部材と保持器の回転位相差が生じることにより、保持器に保持されたころが相対的に楔形空間の狭小側へ移動して入力側部材および出力側部材と係合し、入力側部材の回転が出力側部材に伝達される一方、出力側部材に逆入力トルクが加えられたときは、ころが保持器によって入力側部材および出力側部材から離脱した状態で保持され、出力側部材の回転が入力側部材に伝達されないようになっている。

ところが、上記のような構造の逆入力防止クラッチでは、そのクラッチが組み込まれた装置のメンテナンスや微調整の際に、出力側部材を空転させることはできても入力側部材を空転させることはできない。このため、入力側部材だけを回転させてメンテナンス作業や調整作業を行おうとする場合は、クラッチを一旦装置から取り外して作業終了後に再び組み込むことが必要となり、非常に手間がかかる。

また、通常使用時において、入力側部材が停止した状態では、楔形空間内のころがセンタリングばねと保持器により入力側部材および出力側部材から離脱した状態で保持されているので、入力側部材に入力トルクが加えられてからころが入力側部材および出力側部材と係合して出力側部材が回転し始めるまで、ころの楔形空間内での相対移動距離に相当する遅れが生じる。さらに、ころを相対移動させる保持器と摺動ばねとの間の公差等による微小な隙間も、出力側部材の回転遅れを生じる要因となる。従って、このような回転遅れを許容できない用途には使用することができないという難点がある。

特許第３９１４７７８号公報

本発明は、入力側部材と出力側部材の間で転動体をロックさせて回転伝達を行うタイプのクラッチにおいて、回転の伝達と遮断を簡単に切り替えられるようにすることを第１の課題とし、回転を伝達する際には回転遅れを生じさせないことを第２の課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明のクラッチは、入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転するように内外に配し、前記入力側部材と出力側部材の互いの径方向対向面の一方にカム面を周方向に複数設けるとともに他方を円筒面として、前記各カム面と円筒面の間に転動体を配し、これらの各転動体が前記カム面および円筒面と噛み合ったロック状態において前記入力側部材と出力側部材の間で回転が伝達され、前記ロック状態から入力側部材と出力側部材の少なくとも一方を転動体に対して軸方向に相対移動させることにより、前記ロック状態が解除されて入力側部材と出力側部材の間で回転の伝達が遮断される構成とした。

すなわち、入力側部材と出力側部材の少なくとも一方を転動体に対して軸方向に相対移動させるだけで、転動体のロックあるいはそのロック状態の解除ができる構成とすることにより、入力側部材と出力側部材の間の回転の伝達と遮断を簡単に切り替えられるようにしたのである。

そして、前記入力側部材または出力側部材のカム面を、前記ロック状態において前記転動体を挟む周方向両側の位置で転動体と噛み合うものとすることにより、入力側部材から出力側部材へ回転を伝達する際の回転遅れをなくすことができる。

上記の構成においては、前記カム面または円筒面に軸方向の勾配をもたせて、カム面と円筒面との間に軸方向の一端に向かって次第に狭小となる楔形空間を形成し、前記転動体を楔形空間の狭小側へ押圧してカム面および円筒面と噛み合わせるロック手段を設けることが望ましい。

前記ロック手段としては、前記カム面と円筒面との間に前記転動体を転動自在に保持する保持器を設け、前記入力側部材または出力側部材に前記保持器を楔形空間の狭小側へ向けて付勢する弾性部材を設けたものを採用することができる。

また、上記構成においては、前記ロック状態から入力側部材と出力側部材の少なくとも一方を転動体に対して軸方向に相対移動させたときに、前記転動体を楔形空間の広大側へ押圧してロック状態を解除するロック解除手段を設けることが望ましい。

前記ロック解除手段としては、前記入力側部材と出力側部材のうちで前記カム面または円筒面が軸方向の勾配をもたない方の部材に、前記楔形空間の狭小側で前記保持器と対向する鍔部を設け、この鍔部で保持器を楔形空間の広大側へ押圧することにより前記ロック状態を解除するものを採用することができる。また、前記楔形空間の狭小側で前記保持器と対向する位置に、前記入力側部材および出力側部材と別体のロック解除部材を配し、このロック解除部材を軸方向に移動させて保持器を楔形空間の広大側へ押圧することにより前記ロック状態を解除するものを採用してもよい。

ここで、前記カム面または円筒面の軸方向の勾配は、前記入力側部材および出力側部材の軸心を含む断面でカム面と円筒面とがなす角度が１０°以下となるように設定することが望ましい。このようにすれば、ロック状態での転動体の軸方向すべりが生じにくくなり、より安定した回転伝達動作が得られる。

また、前記転動体としては、ボールあるいは円錐ころを用いることができる。

本発明のクラッチは、上述したように、入力側部材と出力側部材の少なくとも一方を転動体に対して軸方向に相対移動させるだけで、転動体のロックあるいはそのロック状態の解除ができる構成としたものであるから、入力側部材と出力側部材の間の回転の伝達と遮断を簡単に切り替えることができる。従って、このクラッチを組み込んだ装置では、入力側部材だけを回転させてメンテナンス作業や調整作業を行おうとする場合も、従来のようなクラッチの脱着を行う必要がなく、効率よく作業することができる。

また、転動体がロック状態においてカム面と周方向両側で噛み合うようにすることにより、入力側部材から出力側部材へ回転を伝達する際の回転遅れをなくすことができ、回転遅れを許容できない用途への使用に適したものとすることができる。

第１実施形態の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のロック解除環の斜視図 図１のクラッチのロック解除動作を説明する縦断正面図 ａ、ｂは、図１のロック解除環の変形例およびその作用の説明図 図１のクラッチの転動体を円錐ころに代えた例を示す縦断正面図 ａ、ｂは、第２実施形態のクラッチの構成および動作を示す縦断正面図

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４は第１の実施形態を示す。このクラッチは、図１および図２に示すように、２段筒状の入力軸１と外輪２と入力歯車３とを一体回転するように連結した入力側部材４と、入力側部材４に通される出力軸５を有する出力側部材６と、入力軸１大径部および外輪２を覆うハウジング７と、出力軸５の両端部を回転自在に支持する一対の支持壁８、８と、外輪２と出力軸５との間に配される複数の転動体としてのボール９と、各ボール９を転動自在に保持する保持器１０とで基本的に構成されている。

前記ハウジング７は、円筒部７ａの一端にフランジ部７ｂを他端に蓋部７ｃを設けて、一端側内周に押え蓋１１を嵌め込んだもので、そのフランジ部７ｂが出力軸５を通す固定壁１２にボルト止めされ、蓋部７ｃと押え蓋１１とで入力軸１大径部と外輪２を挟んで入力側部材４の軸方向移動を規制している。

前記入力側部材４は、入力軸１大径部の内周面と外輪２の外周面に互いに嵌合する凹凸が形成され、この凹凸を嵌め合わせることにより、外輪２が入力軸１と一体回転するように連結されている。また、入力軸１小径部の外周面と入力歯車３の内周面には互いに嵌合する平面部が形成され、入力歯車３が入力軸１に一体回転するように嵌め込まれて止め輪１３で抜け止めされている。そして、入力軸１の小径部が出力軸５外周に回転自在に嵌め込まれ、入力側部材４と出力側部材６が同一軸心のまわりに回転するようになっている。なお、入力歯車３に代わる回転伝達部材としてプーリ等を用いることもできる。

また、入力側部材４の外輪２の内周面には、各ボール９と対向する位置に周方向の両側へ逆向きに傾斜するカム面２ａが設けられている。この各カム面２ａは軸方向にも勾配をもち、各カム面２ａと出力軸５の外周円筒面との間に、軸方向の一端に向かって次第に狭小となる楔形空間１４が形成されている。

前記保持器１０は、ボール９を収容するポケット１０ａが周方向に複数形成された環状体であり、入力軸１の一端側に取り付けられた第１のばね（弾性部材）１５によって楔形空間１４の狭小側へ向けて付勢されている。これにより、保持器１０に保持されたボール９は、保持器１０を介して第１のばね１５で楔形空間１４の狭小側へ押圧され、外輪２のカム面２ａおよび出力軸５の円筒面と噛み合ってロック状態となっている。すなわち、保持器１０と保持器１０を付勢する第１のばね１５が、ボール９をロックするロック手段を構成している。また、このロック状態では、外輪２のカム面２ａはボール９を挟む周方向両側の位置でボール９と噛み合っている。

ここで、外輪２のカム面２ａの軸方向の勾配は、入力側部材４および出力側部材６の軸心を含む断面でカム面２ａと出力軸５の外周円筒面とがなす角度が１０°以下となるように設定されている。これにより、ロック状態でのボール９の軸方向すべりが生じにくくなり、回転伝達動作の安定化を図ることができる。なお、この実施形態では、カム面に軸方向の勾配をもたせたが、カム面と径方向で対向する円筒面の方を軸方向に勾配をもつように形成してもよい。

また、この保持器１０は、ポケット１０ａの内周側開口幅がボール９の直径よりも小さく形成され、出力軸５が通されていない組立途中の状態でもボール９が内周側から脱落しないようになっている。

一方、前記出力側部材６は、出力軸５に出力歯車等の回転伝達部材（図示省略）を一体回転するように取り付けたもので、出力軸５の両端部をそれぞれ支持壁８、８に設けられた軸受部８ａ、８ａに回転自在に支持されている。そして、一方（図１中の右側）の支持壁８の軸受部８ａ内に配された第２のばね１６により、軸方向一端側へ付勢されている。

前記出力軸５は、図３にも示すように、その一端側に前記ロック状態を解除するためのロック解除環１７が取り付けられ、このロック解除環１７の切欠き１７ａに係合するピン５ａが設けられている。また、軸方向中央部の環状溝にリング部材が嵌め込まれて、押え蓋１１と保持器１０の間に挿入される鍔部５ｂが設けられている。

前記ロック解除環１７は、出力軸５の外周に相対的に回転可能かつ軸方向移動可能に嵌め込まれ、出力軸５のピン５ａに押されて他方（図１中の左側）の支持壁８の軸受部８ａに当接している。ここで、ロック解除環１７の切欠き１７ａは、その底面１７ｂが径方向から見てＶ字状に形成され、前記ロック状態ではその底面１７ｂの最奥部を出力軸５のピン５ａに押されるようになっている。

また、このロック解除環１７は、他方の支持壁８の軸受部８ａと出力軸５のいずれとも摺動可能であるが、出力軸５が回転するときには出力軸５のピン５ａから受ける回転力により出力軸５と一体に回転して軸受部８ａと摺動するように、軸受部８ａとの間の摩擦力を小さく設定されている。

次に、このクラッチの動作について説明する。このクラッチの通常使用時は、図１および図２に示したように、ボール９がロック状態となっているので、入力側部材４の入力歯車３に回転が加えられると、入力歯車３と一体に入力軸１および外輪２が回転し、外輪２の回転がボール９を介して出力軸５に伝わって、出力側部材６への回転伝達が行われる。また、この状態では外輪２のカム面２ａが周方向両側でボール９と噛み合っているので、入力側部材４が正逆いずれの方向に回転しても、回転遅れなく出力側部材６に回転が伝達される。なお、このとき、ロック解除環１７は切欠き１７ａの底面１７ｂの最奥部を出力軸５のピン５ａに押された状態で出力軸５と一体に回転するので、ロック解除環１７と出力軸５との軸方向相対位置は変わらない。

一方、図４は図１および図２に示したロック状態からロック解除環１７を出力軸５に対して相対回転させたときの状態を示す。このときには、出力軸５のピン５ａがロック解除環１７の切欠き１７ａの底面１７ｂに沿って相対移動することに伴い、出力軸５が第２のばね１６の弾性力に抗して軸方向他端側へ移動し、その鍔部５ｂで保持器１０を第１のばね１５の弾性力に抗して楔形空間１４の広大側へ押圧する。これにより、保持器１０とともに楔形空間１４の広大側へ移動したボール９が外輪２および出力軸５から離脱してロック状態が解除され、入力側部材４と出力側部材６の一方だけを回転させることが可能となる。ここでは、ロック解除環１７と出力軸５のピン５ａおよび鍔部５ｂが、ロック状態を解除するロック解除手段として作用している。

そして、図４に示したロック解除状態からロック解除環１７を出力軸５に対して上記と逆方向に相対回転させれば、第２のばね１６の弾性力によって出力軸５が軸方向一端側へ移動し、第１のばね１５の弾性力によって保持器１０およびボール９が楔形空間１４の狭小側へ移動して、図１および図２に示したロック状態に復帰する。

このクラッチは、上述したように、ロック解除環１７を出力軸５に対して相対回転させるだけで、ボール９を楔形空間１４内で軸方向に移動させて（入力側部材４をボール９に対して軸方向に相対移動させて）、ボール９のロックあるいはそのロック状態の解除ができるので、入力側部材４と出力側部材６の間の回転の伝達と遮断を簡単に切り替えることができる。

図５（ａ）は、上述した第１実施形態のロック解除環１７の切欠き１７ａの形状を変えて、切欠き１７ａの底面１７ｂの周方向両側に軸方向と直交するピン保持部１７ｃを設けた例を示す。この例では、図５（ｂ）に示すように、ロック解除環１７を出力軸５に対して相対回転させ、出力軸５を軸方向他端側へ移動させてロックを解除した状態において、ロック解除環１７の切欠き１７ａのピン保持部１７ｃで出力軸５のピン５ａを底面１７ｂ奥側へ戻りにくいように保持している。これにより、図１乃至図４に示した例に比べて、出力軸５が軸方向一端側へ戻りにくくなり、ロック解除状態を安定して維持することができる。

また、図６は第１実施形態のボール９に代わる転動体として円錐ころ１８を用いた例を示す。この例では、図１乃至図４に示した例に比べて、ロック状態における転動体のカム面２ａおよび出力軸５円筒面との接触面積が大きくなるので、回転伝達容量を大きく設定することができる。

図７は第２の実施形態を示す。この実施形態のクラッチは、図７（ａ）に示すように、第１実施形態をベースとし、出力軸５の鍔部５ｂに代えて、ロック解除手段として、押え蓋１１と保持器１０の間に挿入されるフランジ１９ａを有する筒状のロック解除部材１９を出力軸５と別体に設けたものである。このロック解除部材１９は、押え蓋１１と固定壁１２を貫通する状態で、出力軸５の外周に相対的に回転可能かつ軸方向移動可能に嵌め込まれている。また、図示は省略するが、第１実施形態の出力軸５のピン５ａ、ロック解除環１７および第２のばね１６は設けられておらず、出力軸５は軸方向移動しないように支持されている。

この実施形態のボール９をロックするロック手段は、第１実施形態と同じである。すなわち、図７（ａ）に示したように、ボール９が保持器１０を介して第１のばね１５で楔形空間１４の狭小側へ押圧され、外輪２のカム面２ａおよび出力軸５の円筒面と噛み合ってロック状態となっている。このロック状態では、ボール９を介して入力側部材４と出力側部材６との間で回転伝達が行われ、ロック解除部材１９も出力軸５と一体に回転する。

一方、図７（ａ）に示したロック状態から、図７（ｂ）に示すように、ロック解除部材１９を軸方向他端側へ移動させてそのフランジ１９ａで保持器１０を第１のばね１５の弾性力に抗して押圧することにより、保持器１０とともにボール９が楔形空間１４の広大側へ移動してロック状態が解除される。そして、このロック解除状態でロック解除部材１９を保持することによって、入力側部材４と出力側部材６の一方だけを回転させることが可能となる。このとき、入力側部材４のみが回転する場合は、保持器１０がロック解除部材１９のフランジ１９ａに対して摺動し、出力側部材６のみが回転する場合は、出力軸５がロック解除部材１９の内周面に対して摺動する。また、このロック解除状態からロック解除部材１９を上記と逆方向に移動させれば、第１のばね１５の弾性力によってロック状態に復帰する。

すなわち、この実施形態では、ロック解除部材１９を操作するだけで、ボール９を楔形空間１４内で軸方向に移動させて（入力側部材４および出力側部材６をボール９に対して軸方向に相対移動させて）、入力側部材４と出力側部材６の間の回転の伝達と遮断を簡単に切り替えることができる。

１ 入力軸
２ 外輪
２ａ カム面
３ 入力歯車
４ 入力側部材
５ 出力軸
５ａ ピン
５ｂ 鍔部
６ 出力側部材
７ ハウジング
８ 支持壁
９ ボール
１０ 保持器
１４ 楔形空間
１５ 第１のばね
１６ 第２のばね
１７ ロック解除環
１８ 円錐ころ
１９ ロック解除部材

Claims (8)

1. 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内外に配し、前記入力側部材と出力側部材の互いの径方向対向面の一方にカム面を周方向に複数設けるとともに他方を円筒面として、前記各カム面と円筒面の間に転動体を配し、これらの各転動体が前記カム面および円筒面と噛み合ったロック状態において前記入力側部材と出力側部材の間で回転が伝達され、前記ロック状態から入力側部材と出力側部材の少なくとも一方を転動体に対して軸方向に相対移動させることにより、前記ロック状態が解除されて入力側部材と出力側部材の間で回転の伝達が遮断されるようにしたクラッチにおいて、
   前記カム面または円筒面に軸方向の勾配をもたせて、カム面と円筒面との間に軸方向の一端に向かって次第に狭小となる楔形空間を形成し、前記カム面と円筒面との間に前記転動体を転動自在に保持する保持器を設け、前記入力側部材または出力側部材に、前記転動体よりも楔形空間の広大側で前記保持器と当接し、前記保持器を楔形空間の狭小側へ向けて付勢する弾性部材を設けて、前記転動体が前記保持器を介して前記弾性部材で楔形空間の狭小側へ押圧され、前記カム面および円筒面と噛み合ってロック状態となるようにしたことを特徴とするクラッチ。
2. 前記入力側部材または出力側部材のカム面を、前記ロック状態において前記転動体を挟む周方向両側の位置で転動体と噛み合うものとしたことを特徴とする請求項１に記載のクラッチ。
3. 前記ロック状態から入力側部材と出力側部材の少なくとも一方を転動体に対して軸方向に相対移動させたときに、前記転動体を楔形空間の広大側へ押圧してロック状態を解除するロック解除手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチ。
4. 前記ロック解除手段が、前記入力側部材と出力側部材のうちで前記カム面または円筒面が軸方向の勾配をもたない方の部材に、前記楔形空間の狭小側で前記保持器と対向する鍔部を設け、この鍔部で保持器を楔形空間の広大側へ押圧することにより前記ロック状態を解除するものであることを特徴とする請求項３に記載のクラッチ。
5. 前記ロック解除手段が、前記楔形空間の狭小側で前記保持器と対向する位置に、前記入力側部材および出力側部材と別体のロック解除部材を配し、このロック解除部材を軸方向に移動させて保持器を楔形空間の広大側へ押圧することにより前記ロック状態を解除するものであることを特徴とする請求項３に記載のクラッチ。
6. 前記カム面または円筒面の軸方向の勾配は、前記入力側部材および出力側部材の軸心を含む断面でカム面と円筒面とがなす角度が１０°以下となるように設定したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のクラッチ。
7. 前記転動体としてボールを用いたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のクラッチ。
8. 前記転動体として円錐ころを用いたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のクラッチ。

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