JP5658053B2 - スプリング式一方向クラッチ - Google Patents

Description

この発明は、駆動部材の一方向の回転を従動部材に伝達するスプリング式一方向クラッチに関する。

プリンタや複写機、ファクシミリなどの紙送り機構等に組込まれる一方向クラッチとして、クラッチスプリングの締め付けおよび解除によって一方向の回転トルクの伝達と遮断とを行うようにしたスプリング式のものが従来から知られている。

スプリング式一方向クラッチには、非特許文献１や特許文献１に記載されているように、クラッチスプリングが一重とされた一重スプリング式のものと、特許文献２に記載されているように、クラッチスプリングが二重とされた二重スプリング式とが存在する。

ここで、一重スプリング式の一方向クラッチにおいては、スプリングを同一軸上に配置された駆動軸（駆動アーバ）と従動軸（従動アーバ）の軸端部に跨る組付けとして、駆動軸の一方向の回転によりクラッチスプリングを縮径させ、そのクラッチスプリングが駆動軸と従動軸を締付ける作用により、駆動軸の一方向の回転を従動軸に伝えるようにしているが、伝達トルク容量が小さく、大きなトルクを伝達する場合には、巻き数の多いクラッチスプリングを用いる必要があるため、一方向クラッチが大型化するという問題がある。

一方、二重スプリング式一方向クラッチにおいては、２重とされたクラッチスプリングの大径コイルスプリング部を駆動輪の内周に形成されたクラッチ面に弾性接触させ、かつ、小径コイルスプリング部を従動輪の外周に形成されたクラッチ面に弾性接触させる組付けとし、駆動輪の一方向への回転時に、大径コイルスプリング部を拡径させ、かつ、小径コイルスプリング部を縮径させ、上記大径コイルスプリング部が駆動輪のクラッチ面を締付ける作用と、小径コイルスプリング部が従動輪のクラッチ面を締付ける作用により、駆動輪と従動輪を結合して駆動輪の一方向の回転トルクを従動輪に伝達するようにしているため、伝達トルク容量が大きく、軸方向長さのコンパクトな一方向クラッチを得ることができるという特徴を有している。

「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

特開昭６３−６２２９号公報 特開２００８−１０１７４０号公報

ところで、特許文献２に記載された二重スプリング式一方向クラッチにおいては、上記のように、軸方向長さのコンパクト化を図ることができるという特徴を有するものの、クラッチスプリングは、大径コイルスプリング部と小径コイルスプリング部とを１８０°折れ曲がるＵ字形の反転部からなる連設部を介して連設した構成であるため、駆動輪から従動輪に回転が伝達される度に、連設部の曲率半径の小さな反転部位に比較的大きな応力が繰り返し負荷されることになり、上記連設部にストレスが蓄積されて、その連設部が疲労によって破損し易く、クラッチスプリングの耐久性の向上を図る上において改善すべき点が残されている。

この発明の課題は、軸方向にコンパクトな二重スプリング式一方向クラッチにおいて、クラッチスプリングの耐久性の向上を図ることである。

上記の課題を解決するため、第１の発明においては、内向きフランジを一端に有し、他端が開口する筒状の外方部材と、その外方部材の内側に挿入されて外方部材と同軸状に配置された内方部材と、その内方部材の円筒状外径面と外方部材の円筒状内径面間に組み込まれたクラッチスプリングおよび前記外方部材の他端の開口を閉塞する蓋体とからなり、前記外方部材における内向きフランジの内側面に内筒部が設けられ、前記クラッチスプリングが、前記内筒部の外径面に締め代をもって嵌め合わされた大径コイルスプリング部と、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端に巻き方向を同じとする内向き渦巻き状の連設部と、その連設部の小径端に連設されて大径コイルスプリング部内に配置された小径コイルスプリング部とを有し、前記小径コイルスプリング部の巻き方向が大径コイルスプリング部の巻き方向と異なり、その小径コイルスプリング部を前記内方部材に形成された円筒状外径面に締め代をもって嵌め合わせた構成を採用している。

上記の構成からなるスプリング式一方向クラッチにおいては、外方部材と内方部材の一方を駆動側とし、他方を従動側とする。いま、外方部材を駆動側とし、その外方部材を大径コイルスプリング部の巻き方向と反対の方向に回転させると、大径コイルスプリング部が縮径して内筒部の外径面を強く締付け、大径コイルスプリング部が外方部材と共に回転し、その回転は連設部を介して小径コイルスプリング部に伝達される。

このとき、大径コイルスプリング部と小径コイルスプリング部とは巻き方向が相違するため、小径コイルスプリング部が縮径して内方部材の円筒状外径面を強く締付けることになり、外方部材の回転はクラッチスプリングを介して内方部材に伝達され、内方部材が外方部材と同方向に回転する。

一方、上記とは逆に、外方部材を大径コイルスプリング部の巻き方向に回転させると、大径コイルスプリング部の緊縛力が小径コイルスプリングの緊縛力より弱い場合においては、その大径コイルスプリング部が拡径し、大径コイルスプリングと内筒部の接触部で滑りが生じて、外方部材の回転はクラッチスプリングおよび内方部材に伝達されず、外方部材が空転する。

ここで、外方部材から内方部材への回転トルクの伝達時、クラッチスプリングの連設部には伝達トルクに応じた大きさの応力が負荷されることになる。このとき、連設部は、外方部材と共に回転する大径コイルスプリング部の巻き方向と同じとして、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びるため、上記連設部に局部的に応力が負荷されるというようなことがない。このため、連設部が疲労によって破損するというようなことはない。

なお、内方部材を駆動側とした場合、その内方部材を小径コイルスプリング部の巻き方向に回転すると、小径コイルスプリング部が縮径して内方部材の円筒状外径面を締め付け、小径コイルスプリング部が内方部材と共に回転する。その回転は連設部を介して大径コイルスプリング部に伝達され、大径コイルスプリング部が縮径して内筒部の外径面を強く締め付け、内方部材の回転はクラッチスプリングを介して外方部材に伝達され、外方部材が内方部材と同方向に回転する。

この場合においても、クラッチスプリングの連設部に局部的に応力が負荷されるというようなことがなく、連設部が疲労によって破損するというようなことはない。

第１の発明に係るスプリング式一方向クラッチにおいて、クラッチスプリングの大径コイルスプリング部で緊縛される内筒部の軸方向長さは、その先端面と蓋体の内側面間にクラッチスプリングの連設部を収容可能とする間隔が形成される軸方向長さとされたものであってもよく、あるいは、蓋体の内側面に先端面が当接し、または、微小な軸方向隙間をもって対向する軸方向長さとされたものであってもよい。

蓋体との間に間隙を形成する内筒部の採用においては、その内筒部の先端面に連設部を収容可能とする渦巻き溝の形成を不要とすることができ、加工コストの低減を図ることができる。

蓋体の内側面に先端面が当接し、または、微小な軸方向隙間をもって対向する軸方向長さとされた内筒部の採用においては、その内筒部の先端面に渦巻き溝を形成し、その渦巻き溝にクラッチスプリングの連設部を収容する。この場合、連設部に負荷される応力をその渦巻き溝の内面で受けることができるため、連設部の破損をより効果的に防止することができる。

ここで、蓋体の内側面に内筒部の先端部内に嵌合される環状突出部を設けておくと、その環状突出部で内筒部の自由端を支持することができるため、内筒部の曲げ剛性を高め、内筒部の変形や破損を防止し、大径コイルスプリング部の縮径によって内筒部を確実に緊縛することができる。その結果、内筒部と大径コイルスプリング部の接触での滑りを防止し、その相互間において確実にトルク伝達することができる。

また、クラッチスプリングにおける大径コイルスプリング部の巻き始め端にフック片を設け、そのフック片を外方部材に係止しておくと、外方部材を駆動側とする使用において、外方部材の回転を大径コイルスプリング部に確実に伝達することができ、また、外方部材から内方部材への回転伝達の遮断時に、小径コイルスプリング部と内方部材の円筒状外径面の接触部で滑りを生じさせることができ、滑り部位を特定することができる。

このため、外方部材が合成樹脂の成形品で形成されて金属からなる内方部材より硬度が低い場合に、その硬度の低い外方部材がクラッチスプリングとの接触で摩耗するのを防止することができる。

第１の発明に係るスプリング式一方向クラッチにおいて、外方部材を駆動側とし、その外方部材の内側に挿通された回転軸を従動側の内方部材として、その回転軸の外側にラチェット爪の係合、離脱によって回転が制御されるラチェットホイールを回転自在に設け、クラッチスプリングの小径コイルスプリング部の巻き終わり端に設けられた係合片を上記ラチェットホイールに係止すると、ラチェットホイールを停止状態とする回転制御によって、クラッチスプリングの小径コイルスプリング部が縮径するのを阻止することができることになり、上記ラチェットホイールの回転制御によって外方部材から内方部材への回転の伝達と遮断とを制御することができる。

クラッチスプリングの耐久性の向上を図るため、第２の発明においては、固定軸と、その固定軸を中心にして回転可能な筒状の駆動部材と、その駆動部材の軸方向一側に配置されて固定軸を中心に回転可能な筒状の従動部材と、前記駆動部材の内側に組込まれたクラッチスプリングとを有し、前記従動部材の前記駆動部材と対向する一側面に前記駆動部材内に配置される円筒部を設け、前記クラッチスプリングが、前記駆動部材の内側に縮径状態での組込みとされてその駆動部材の円筒状内径面に弾性接触する大径コイルスプリング部と、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端に連設され、巻き方向が大径コイルスプリング部の巻き方向と同じとされた内向き渦巻き状の連設部と、その連設部の小径端に連設されて大径コイルスプリング部内に配置された小径コイルスプリング部とを有し、前記小径コイルスプリング部の巻き方向が大径コイルスプリング部の巻き方向と相違し、その小径コイルスプリング部を縮径する状態で前記円筒部内に組み込んで、その円筒部の内径面に弾性接触させた構成を採用している。

上記の構成からなるスプリング式一方向クラッチにおいて、駆動部材を大径コイルスプリング部の巻き方向に回転させると、大径コイルスプリング部が拡径して、その駆動部材の円筒状内径面を締め付け、大径コイルスプリング部が駆動部材と同方向に回転する。その大径コイルスプリング部の回転は連設部を介して小径コイルスプリング部に伝達され、小径コイルスプリング部が拡径して、円筒部の内径面を締め付け、駆動部材の回転はクラッチスプリングを介して従動部材に伝達され、従動部材が駆動部材と同方向に回転する。

上記第２の発明においても、駆動部材から従動部材への回転トルクの伝達時、クラッチスプリングの連設部に伝達トルクに応じた大きさの応力が負荷されることになり、その連設部は、駆動部材と共に回転する大径コイルスプリング部の巻き方向と同じとされて、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びているため、上記連設部に局部的に応力が負荷されるというようなことがなく、連設部が疲労によって破損するというようなことはない。

クラッチスプリングの耐久性の向上を図るため、第３の発明においては、筒状の回転軸と、その回転軸の軸端部内に挿入されるトルク伝達軸部を一側面に有するトルク伝達部材と、そのトルク伝達部材の一方向の回転を回転軸に伝達し、他方向の回転時に回転軸への回転伝達を遮断するクラッチスプリングとからなり、前記クラッチスプリングが、回転軸の内径面に締め代をもって嵌め合わされる大径コイルスプリング部と、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端に巻き方向を同じとする内向き渦巻き状の連設部と、その連設部の小径端に連設されて大径コイルスプリング部内に配置され、その大径コイルスプリング部と巻方向が相違する小径コイルスプリング部とを有し、前記トルク伝達軸部には、その外周に前記大径コイルスプリング部を収容して、軸方向の両端面で大径コイルスプリング部の軸方向への移動を制限する環状のスプリング収容凹部と、そのスプリング収容凹部の軸方向両側に前記回転軸を回転自在に支持する一対のラジアル軸受面と、トルク伝達軸部の軸端面で開口して前記小径コイルスプリング部を収容し、その外周壁面に小径コイルスプリング部の外径面が弾性接触される環状空間と、前記連設部を収容する渦巻き溝とを設け、前記クラッチスプリングの一端部に前記トルク伝達部材に係止される係止片を設けた構成を採用したのである。

上記の構成からなるスプリング式一方向クラッチにおいて、トルク伝達部材を大径コイルスプリング部の巻き方向に回転させると、そのトルク伝達部材の回転は係止片を介して大径コイルスプリング部に伝達される。このため、大径コイルスプリング部が拡径して、回転軸の内径面を締め付け、トルク伝達部材の回転が回転軸に伝達されて、回転軸がトルク伝達部材と同方向に回転する。

上記のような回転トルクの伝達時、大径コイルスプリング部の回転は連設部を介して小径コイルスプリング部に伝達され、その小径コイルスプリング部が拡径して環状空間の外周壁面を締め付けることになる。このため、トルク伝達部材の回転は小径コイルスプリング部の締め付け面からクラッチスプリングに伝達されて、大径コイルスプリング部から回転軸に伝達されることになるため、係止片に大きな応力が負荷されるようなことがなく、係止片が疲労によって破損するようなことがない。

また、連設部は、回転軸と共に回転する大径コイルスプリング部の巻き方向と同じとされて、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びているため、上記連設部に局部的に応力が負荷されるというようなことがなく、連設部が疲労によって破損するというようなことはない。

第３の発明のように、トルク伝達部材のトルク伝達軸部に環状のスプリング収容凹部を形成し、そのスプリング収容凹部内に大径コイルスプリング部を収容することにより、そのスプリング収容凹部の軸方向の両端面によって大径コイルスプリング部の軸方向への移動を制限することができる。このため、トルク伝達部材の一方向への回転時に大径コイルスプリング部は直ちに拡径して回転軸の内径面を瞬時に締め付けることになると共に、外径面の全体に亘って回転軸を締め付けることになり、トルク容量の大きな応答性に優れた一方向クラッチを得ることができる。

上記のように、第１の発明乃至第３の発明のいずれの発明も、大径コイルスプリング部と、その内側に配置されて大径コイルスプリング部と巻き方向が異なる小径コイルスプリング部とを、大径コイルスプリング部の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びる連設部によって連設したことにより、駆動側の部材から従動側の部材への回転伝達時に、連設部に局部的に応力が負荷されるのを防止することができる。このため、連設部が疲労によって破損するということが極めて少なくなり、クラッチスプリングの耐久性の向上を図ることができる。

この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第１の実施の形態を示す縦断面図 図１のII−II線に沿った断面図 (３ａ)は、図１に示されるクラッチスプリングの側面図、(３ｂ)は、(３ａ)のIII−III線に沿った断面図 この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第２の実施の形態を示す縦断面図 図４のV−V線の沿った断面図 この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第３の実施の形態を示す縦断面図 図６のVII−VII線に沿った断面図 この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第４の実施の形態を示す縦断面図 この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第５の実施の形態を示す縦断面図 図９のX−X線に沿った断面図 この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第６の実施の形態を示す縦断面図 図１１のXII−XII線の沿った断面図 この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第７の実施の形態を示す縦断面図 図１３のXIV-XIV線に沿った断面図 参考例としてのスプリング式一方向クラッチを示す縦断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図３は、この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第１の実施の形態を示す。図１および図２に示すように、外方部材としての外輪１と、その中心部に挿通された内方部材としての回転軸２１とは相対的に回転自在とされている。

外輪１として、ここでは、外径面がベルト案内面２とされ、そのベルト案内面２に軸方向に延びる歯２ａが周方向に等間隔に形成され、かつ、ベルト案内面２の軸方向両端にフランジ３が設けられた歯付きプーリからなるものを示したが、外輪１はプーリに限定されるものではない。例えば、ギヤであってもよい。

外輪１は、一端部に内向きフランジ４を有し、そのフランジ４の内径面がラジアル軸受面５とされている。外輪１の他端開口部には大径凹部６が形成され、その大径凹部６に蓋体７が嵌合されている。

蓋体７は環状をなし、その外径面に形成された環状突出部８が大径凹部６の内径面に形成された係合溝９に係合し、その係合によって蓋体７は抜止めされている。また、蓋体７の内径面はラジアル軸受面１０とされ、そのラジアル軸受面１０と内向きフランジ４のラジアル軸受面５とで外輪１と回転軸２１は相対的に回転自在に支持されている。

内向きフランジ４の内側面には外輪１と同軸上に内筒部１１が形成されている。内筒部１１は、その先端面と蓋体７の内側面間に空間１２が形成される軸方向長さとされている。

外輪１の円筒状内径面１ａと回転軸２１の円筒状外径面２１ａ間には、外輪１と回転軸２１の相互において回転の伝達と遮断とを行うクラッチスプリング３１が組み込まれている。

図３(３a)、(３ｂ)に示すように、クラッチスプリング３１は、大径コイルスプリング部３２と、その大径コイルスプリング部３２の巻き終わり端に連設された内向き渦巻き状の連設部３３と、その連設部３３の小径端に連設されて大径コイルスプリング部３２の内側に配置された小径コイルスプリング部３４とからなり、上記大径コイルスプリング部３２と小径コイルスプリング部３４の巻き方向は相違している。

実施の形態では、大径コイルスプリング部３２を右巻きとし、小径コイルスプリング部３４を左巻きとしており、渦巻き状連設部３３の巻き方向は大径コイルスプリング部３２の巻き方向と同じ方向とされている。

上記クラッチスプリング３１は、図１および図２に示すように、連設部３３が内筒部１１の先端面と蓋体７の内側面間に形成された空間１２に収容される組込みとされている。また、クラッチスプリング３１は、大径コイルスプリング部３２が内筒部１１の外径面１１ａに締め代をもって嵌合し、小径コイルスプリング部３４が回転軸２１の円筒状外径面２１ａに締め代をもって嵌合する組込みとされている。

上記のようなクラッチスプリング３１の組込みにおいて、小径コイルスプリング部３４が回転軸２１の外径面を緊縛する初期緊縛力をＰ_１、大径コイルスプリング部３２が内筒部１１の外径面１１ａを緊縛する初期緊縛力をＰ_２としたとき、ここでは、外輪１が合成樹脂の成形品とされて金属からなる回転軸２１の硬度より低くされているため、Ｐ_１＜Ｐ_２の関係が成り立つようにそれぞれの緊縛力が設定されている。

上記の構成から成るスプリング式一方向クラッチにおいては、外輪１と回転軸２１の一方を駆動側とし、他方を従動側とする。いま、外輪１を駆動側として、その外輪１を図２の矢印で示すように、大径コイルスプリング部３２の巻き方向と反対の方向に回転させると、大径コイルスプリング部３２が縮径して内筒部１１をさらに強く締め付け、大径コイルスプリング部３２が外輪１と共に回転する。その回転は連設部３３を介して小径コイルスプリング部３４に伝達される。

このとき、大径コイルスプリング部３２と小径コイルスプリング部３４とは巻き方向が相違するため、小径コイルスプリング部３４が縮径して回転軸２１の外径面を締付ける。このため、外輪１の回転はクラッチスプリング３１を介して回転軸２１に伝達され、回転軸２１が外輪１と同方向に回転する。

外輪１から回転軸２１への回転トルクの伝達時、クラッチスプリング３１の連設部３３には伝達トルクに応じた大きさの応力が負荷されることになる。このとき、連設部３３は、外輪１と共に回転する大径コイルスプリング部３２の巻き方向と同じとして、その大径コイルスプリング部３２の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びるため、上記連設部３３に局部的に応力が負荷されるというようなことがない。このため、連設部３３が疲労によって破損するというようなことはない。

一方、外輪１を上記と逆に、図２の矢印で示す方向と反対の方向（大径コイルスプリング部３２の巻き方向と同方向）に回転させると、外輪１と共に大径コイルスプリング部３２が回転し、その回転は連設部３３を介して小径コイルスプリング部３４に伝達される。

このとき、小径コイルスプリング部３４が回転軸２１の円筒状外径面２１ａを締め付ける緊縛力Ｐ_１が、大径コイルスプリング部３２が内筒部１１を締め付ける緊縛力Ｐ_２より小さいため、小径コイルスプリング部３４が拡径し、外輪１の回転は回転軸２１に伝達されず、外輪１が空転する。その際、クラッチスプリング３１は硬度の高い回転軸２１との接触部で滑りが生じることになり、硬度の低い外輪１の内筒部１１が摩耗するというようなことがない。

なお、回転軸２１を駆動側とし、外輪１を従動側として、その回転軸２１を図２の点線で示す矢印の方向（小径コイルスプリング部３４の巻き方向）に回転させると、小径コイルスプリング部３４が縮径して、回転軸２１の外径面を締め付けると共に、大径コイルスプリング部３２が縮径して内筒部１１の外径面１１ａを締め付け、回転軸２１の回転は外輪１に伝達される。

上記と逆に、回転軸２１を点線で示す矢印と反対の方向に回転させると、小径コイルスプリング部３４が拡径して、回転軸２１と小径コイルスプリング部３４との間で滑りが生じて回転軸２１の回転は外輪１に伝達されず、回転軸２１が空転する。

図４および図５は、この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第２の実施の形態を示す。この実施の形態においては、外輪１の内向きフランジ４の内側面に設けられた内筒部１１の軸方向長さを、その先端面が蓋体７の内側面に当接し、または、微小な軸方向隙間をもって対向する軸方向長さとし、その内筒部１１の先端面にクラッチスプリング３１の連設部３３が収容される渦巻き溝１３を形成している点で第１の実施の形態と相違する。他の構成は第１の実施の形態と同一であるため、第１の実施の形態で示す部品と同一の部品については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態で示すように、内筒部１１の先端面にクラッチスプリング３１の連設部３３が収容される渦巻き溝１３を形成することにより、外輪１と回転軸２１の相互で回転トルクを伝達するトルク伝達時、連設部３３に負荷される応力をその渦巻き溝１３の内面で受けることができるため、連設部３３の破損をより効果的に防止することができる。

図６および図７は、この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第３の実施の形態を示す。この実施の形態においては、クラッチスプリング３１の大径コイルスプリング部３２の巻き始め端に径方向外方に向くフック片３５を設け、そのフック片３５を外輪１の円筒状内径面１ａに形成された軸方向に延びる係合溝１４に係止している点で第２の実施の形態で示すスプリング式一方向クラッチと相違する。他の構成は第２の実施の形態と同一であるため、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態で示すように、大径コイルスプリング部３２の巻き始め端にフック片３５を設け、そのフック片３５を外輪１に形成された係合溝１４に係止することにより、外輪１を駆動側とする使用において、外輪１の回転を大径コイルスプリング部３２に確実に伝達することができる。また、外輪１から回転軸２１への回転伝達の遮断時に、小径コイルスプリング部３４と回転軸２１の円筒状外径面２１ａの接触部で滑りを生じさせることができ、滑り部位を特定することができる。

図８は、この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第４の実施の形態を示す。この実施の形態においては、蓋体７の内側面に内筒部１１の先端部内に嵌合される環状突出部１５を設けている。他の構成は第３の実施の形態と同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

第４に実施の形態で示すように、蓋体７の内側面に内筒部１１の先端部内に嵌合される環状突出部１５を設けることにより、その環状突出部１５で内筒部１１の自由端を支持することができるため、内筒部１１の曲げ剛性を高めることができる。このため、内筒部１１の変形や破損を防止し、大径コイルスプリング部３２の縮径によって内筒部１１を確実に緊縛することができ、内筒部１１と大径コイルスプリング部３２の接触での滑りを防止し、その相互間において確実にトルク伝達することができる。

図９および図１０は、この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第５の実施の形態を示す。この実施の形態においては、回転軸２１を駆動側とし、外輪１を従動側としての使用において、回転軸２１の外側にラチェット爪４１の係合、離脱によって回転が制御されるラチェットホイール４２を回転自在に設け、そのラチェットホイール４２と外輪１を回転軸２１の外径面に取付けた一対の止め輪４３によって軸方向への移動を防止するようにしている。

また、クラッチスプリング３１の小径コイルスプリング部３４の巻き終わり端に設けられた係合片４４を内向きフランジ４の内径面に形成された扇形切欠部４５に挿入して上記ラチェットホイール４２の内径面に形成された軸方向溝４６に係止している。他の構成は、第３の実施の形態で示すスプリング式一方向クラッチと同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

第５の実施の形態で示す一方向クラッチにおいて、ラチェット爪４１がラチェットホイール４２の外周に形成された歯４２ａに対して係合解除される状態で回転軸２１を図１０の矢印で示す方向(大径コイルスプリング部３２の巻き方向と反対の方向)に回転すると、大径コイルスプリング部３２が縮径して内筒部１１を締め付け、また、小径コイルスプリング部３４が縮径して回転軸２１の円筒状外径面２１ａを締め付けるため、回転軸２１の回転が外輪１に伝達される。

また、回転軸２１と共に回転するクラッチスプリング３１の回転が小径コイルスプリング部３４の巻き終わり端に形成された係合片４４と軸方向溝４６の係合からラチェットホイール４２に伝達されて、ラチェットホイール４２も回転軸２１と同方向に回転する。

回転軸２１から外輪１への回転トルクの伝達状態において、ラチェット爪４１をラチェットホイール４２の半径方向内方に移動させ、そのラチェットホイール４２の外周に形成された歯４２ａにラチェット爪４１を係合させてラチェットホイール４２を停止させると、小径コイルスプリング部３４が拡径し、回転軸２１から外輪１への回転伝達が遮断する。

このように、第５の実施の形態では、ラチェットホイール４２の回転制御によって回転軸２１から外輪１への回転の伝達と遮断とを制御することができる。

図１１および図１２は、この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第６の実施の形態を示す。この実施の形態においては、固定軸５０上に、その固定軸５０を中心にした回転可能な駆動部材としての駆動輪５１と従動部材としての従動輪５２とを並列に設け、その駆動輪５１と従動輪５２を固定軸５０の外径面に取付けた一対の止め輪５３により軸方向への移動を防止し、上記従動輪５２の駆動輪５１と対向する一側面に円筒部５４を設け、その円筒部５４を駆動輪５１内に配置している。

また、駆動輪５１内に、図３に示すクラッチスプリング３１を組込み、そのクラッチスプリング３１の大径コイルスプリング部３２を縮径した状態で駆動輪５１内に組み込んで、その駆動輪５１の円筒状内径面５１ａに弾性接触し、大径コイルスプリング部３２の巻き終わり端に連設された連設部３３を上記円筒部５４の先端面に形成された渦巻き溝５５内に挿入し、さらに、小径コイルスプリング部３４を縮径した状態で円筒部５４内に組み込んで、その円筒部５４の内径面５４ａに弾性接触している。

ここで、第６の実施の形態では、小径コイルスプリング部３４の巻き終わり端に係合片５６を設けており、その係合片５６を円筒部５４の閉塞端面に形成された係合孔５７に係合している。

第６の実施の形態で示す一方向クラッチにおいて、駆動輪５１を大径コイルスプリング部３２の巻き方向(図１２の矢印で示す方向)に回転させると、大径コイルスプリング部３２が拡径して、その駆動輪５１の円筒状内径面５１ａを締め付け、大径コイルスプリング部３２が駆動輪５１と同方向に回転する。その大径コイルスプリング部３２の回転は連設部３３を介して小径コイルスプリング部３４に伝達され、小径コイルスプリング部３４が拡径して円筒部５４の内径面５４ａを締め付け、駆動輪５１の回転はクラッチスプリング３１を介して従動輪５２に伝達され、従動輪５２が駆動輪５１と同方向に回転する。

上記第６の実施の形態においても、駆動輪５１から従動輪５２への回転トルクの伝達時、クラッチスプリング３１の連設部３３に伝達トルクに応じた大きさの応力が負荷されることになり、その連設部３３は、駆動輪５１と共に回転する大径コイルスプリング部３２の巻き方向と同じとされて、その大径コイルスプリング部３２の回転方向に内向き渦巻き状に延びているため、上記連設部３３に局部的に応力が負荷されるというようなことがなく、連設部３３が疲労によって破損するというようなことはない。

なお、第６の実施の形態においても、駆動輪５１の一端開口を閉塞する蓋体５８の内側面に図８に示す環状突出部１５を設け、その環状突出部１５を円筒部５４の先端部内に嵌合して、円筒部５４の自由端部を支持するのが好ましい。

図１３および図１４は、この発明に係るスプリング式一方向クラッチの第７の実施の形態を示す。この実施の形態においては、筒状の回転軸６１の軸端部内にトルク伝達部材としてのギヤ６２の一側面に設けられたトルク伝達軸部６３を挿入し、そのトルク伝達軸部６３に装着されたクラッチスプリング３１を介してギヤ６２の一方向の回転を回転軸６１に伝達するようにしている。

ここで、クラッチスプリング３１には、図３に示されるクラッチスプリング３１と同様に、右巻きとされた大径コイルスプリング部３２の巻き終わり端に巻き方向を同じとする内向き渦巻き状の連設部３３が設けられ、その連設部３３の小径端に大径コイルスプリング部３２と巻方向が相違する小径コイルスプリング部３４が形成されて大径コイルスプリング部３２内に配置されており、上記大径コイルスプリング部３２の巻き始め端に軸方向に延びる係止片６４が設けられた構成とされている。このクラッチスプリング３１は、大径コイルスプリング部３２が回転軸６１の内径面に締め代をもって嵌め合わされる組付けとされている。

一方、ギヤ６２の一側面に設けられたトルク伝達軸部６３には、その外周に上記大径コイルスプリング部３２を収容して、軸方向の両端面で大径コイルスプリング部の軸方向への移動を制限する環状のスプリング収容凹部６５と、そのスプリング収容凹部６５の軸方向両側に上記回転軸６１を回転自在に支持する一対のラジアル軸受面６６と、トルク伝達軸部６３の軸端面で開口して上記小径コイルスプリング部３４を収容し、その外周壁面に小径コイルスプリング部３４の外径面が弾性接触される環状空間６７と、クラッチスプリング３１の連設部３３を収容する渦巻き溝６８とが設けられており、クラッチスプリング３１の大径コイルスプリング部３２の巻き始め端に設けられた係止片６４が、ギヤ６２に形成された軸方向の係止孔６９に係止されている。

上記の構成からなるスプリング式一方向クラッチにおいて、ギヤ６２を図１４の矢印で示す方向(大径コイルスプリング部３２の巻き方向)に回転させると、そのギヤ６２の回転は係止片６４を介して大径コイルスプリング部３２に伝達される。このため、大径コイルスプリング部３２が拡径して、回転軸６１の内径面を締め付け、ギヤ６２の回転が回転軸６１に伝達されて、回転軸６１がトルク伝達部材と同方向に回転する。

上記のような回転トルクの伝達時、大径コイルスプリング部３２の回転は連設部３３を介して小径コイルスプリング部３４に伝達される。この時、小径コイルスプリング部３４の巻き方向は大径コイルスプリング部３２の巻き方向と相違しているため、小径コイルスプリング部３４は拡径して環状空間６７の外周壁面を締め付けることになる。

このため、ギヤ６２の回転は小径コイルスプリング部３４の締め付け面からクラッチスプリング３１に伝達されて、大径コイルスプリング部３２から回転軸６１に伝達されることになり、係止片６４には大きな応力が負荷されるようなことがなく、係止片６４が疲労によって破損するようなことがない。

また、連設部３３は、回転軸６１と共に回転する大径コイルスプリング部３２の巻き方向と同じとされて、その大径コイルスプリング部３２の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びているため、上記連設部３３に局部的に応力が負荷されるというようなことがなく、連設部３３が疲労によって破損するというようなことはない。

ここで、トルク伝達軸部６３が、スプリング収容凹部６５が形成されておらずに、その外径面が軸方向の全長にわたって同一径となる円筒面であると、大径コイルスプリング部３２が拡径して回転軸６１の内径面を締め付ける際、その大径コイルスプリング部３２が軸方向に延びて回転軸６１が軸方向へずれると、大径コイルスプリング部３２の巻き始めが回転軸６１の内径面からはずれることにより、大径コイルスプリング部３２の外径面全体で回転軸６１の内径面を締め付けることができず、ギヤ６２の回転を回転軸６１に伝達することができない場合が生じる。

しかし、第７の実施の形態では、ギヤ６２のトルク伝達軸部６３に環状のスプリング収容凹部６５を形成し、そのスプリング収容凹部６５内に大径コイルスプリング部３２を収容しているため、そのスプリング収容凹部６５の軸方向の両端面によって大径コイルスプリング部３２の軸方向への移動を制限することができる。

このため、ギヤ６２の一方向への回転時に大径コイルスプリング部３２は直ちに拡径して回転軸６１の内径面を瞬時に締め付けることになると共に、外径面の全体に亘って回転軸６１を締め付けることになり、トルク容量の大きな応答性に優れた一方向クラッチを得ることができる。

上記のように、トルク伝達軸部６３にスプリング収容凹部６５を形成することにより、大径コイルスプリング部３２の軸方向への移動を制限し、一方向クラッチの応答性を高めることができるため、図１５に示すように、トルク伝達軸部６３に形成されたスプリング収容凹部６５内に一重のクラッチスプリング７１を収容し、そのクラッチスプリング７１の一端部に形成された係止片７２をギヤ６２に形成された係止孔６９に係止することによっても、応答性に優れた一方向クラッチを得ることができる。

第７の実施の形態においては、トルク伝達部材としてギヤ６２を示したが、トルク伝達部材はギヤに限定されるものではなく、プーリであってもよい。トルク伝達部材は合成樹脂の成形品であってもよく、金属製のものであってもよい。

また、第７の実施の形態においては、大径コイルスプリング部３２の巻き始め端に係止片７２を形成したが、小径コイルスプリング部３４の巻き終わり端に係止片を形成して、その係止片をギヤに係止させるようにしてもよい。

１ 外輪(外方部材)
４ 内向きフランジ
７ 蓋体
１１ 内筒部
１１ａ 外径面
１３ 渦巻き溝
１４ 係合溝
１５ 環状突出部
２１ 回転軸(内方部材)
２１ａ 外径面
３１ クラッチスプリング
３２ 大径コイルスプリング部
３３ 連設部
３４ 小径コイルスプリング部
３５ フック片
４１ ラチェット爪
４２ ラチェットホイール
４２ａ 歯
４４ 係合片
５０ 固定軸
５１ 駆動輪(駆動部材)
５１ａ 内径面
５２ 従動輪(従動部材)
５４ 円筒部
５４ａ 内径面
６１ 回転軸
６２ ギヤ(トルク伝達部材)
６３ トルク伝達軸部
６４ 係止片
６５ スプリング収容凹部
６６ ラジアル軸受面
６７ 環状空間
６８ 渦巻き溝

Claims (7)

1. 内向きフランジを一端に有し、他端が開口する筒状の外方部材と、その外方部材の内側に挿入されて外方部材と同軸状に配置された内方部材と、その内方部材の円筒状外径面と外方部材の円筒状内径面間に組み込まれたクラッチスプリングおよび前記外方部材の他端の開口を閉塞する蓋体とからなり、前記外方部材における内向きフランジの内側面に内筒部が設けられ、前記クラッチスプリングが、前記内筒部の外径面に締め代をもって嵌め合わされた大径コイルスプリング部と、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端に巻き方向を同じとする内向き渦巻き状の連設部と、その連設部の小径端に連設されて大径コイルスプリング部内に配置された小径コイルスプリング部とを有し、前記小径コイルスプリング部の巻き方向が大径コイルスプリング部の巻き方向と異なり、その小径コイルスプリング部を前記内方部材に形成された円筒状外径面に締め代をもって嵌め合わせ、前記内筒部が、その先端面と前記蓋体の内側面間に前記クラッチスプリングの連設部が収容可能な間隔を形成する軸方向長さとされたスプリング式一方向クラッチ。
2. 内向きフランジを一端に有し、他端が開口する筒状の外方部材と、その外方部材の内側に挿入されて外方部材と同軸状に配置された内方部材と、その内方部材の円筒状外径面と外方部材の円筒状内径面間に組み込まれたクラッチスプリングおよび前記外方部材の他端の開口を閉塞する蓋体とからなり、前記外方部材における内向きフランジの内側面に内筒部が設けられ、前記クラッチスプリングが、前記内筒部の外径面に締め代をもって嵌め合わされた大径コイルスプリング部と、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端に巻き方向を同じとする内向き渦巻き状の連設部と、その連設部の小径端に連設されて大径コイルスプリング部内に配置された小径コイルスプリング部とを有し、前記小径コイルスプリング部の巻き方向が大径コイルスプリング部の巻き方向と異なり、その小径コイルスプリング部を前記内方部材に形成された円筒状外径面に締め代をもって嵌め合わせ、前記内筒部が、前記蓋体の内側面に先端面が当接し、または、微小な軸方向隙間をもって対向する軸方向長さとされ、その内筒部の先端面に前記クラッチスプリングの連設部が収容される渦巻き溝が設けられたスプリング式一方向クラッチ。
3. 前記蓋体の内側面に前記内筒部の先端部内に嵌合される環状突出部が設けられた請求項２に記載のスプリング式一方向クラッチ。
4. 前記クラッチスプリングの大径コイルスプリング部が、巻き始め端にフック片を有し、そのフック片が前記外方部材に係止された請求項１乃至３のいずれかの項に記載のスプリング式一方向クラッチ。
5. 前記外方部材が従動側とされ、内方部材が駆動側とされて回転軸からなり、その回転軸の外側にラチェット爪の係合、離脱によって回転が制御されるラチェットホイールを回転自在に設け、前記クラッチスプリングの小径コイルスプリング部の巻き終わり端に設けられた係合片を前記ラチェットホイールに係止した請求項１乃至４のいずれかの項に記載のスプリング式一方向クラッチ。
6. 固定軸と、その固定軸を中心にして回転可能な筒状の駆動部材と、その駆動部材の軸方向一側に配置されて固定軸を中心に回転可能な筒状の従動部材と、前記駆動部材の内側に組込まれたクラッチスプリングとを有し、前記従動部材の前記駆動部材と対向する一側面に前記駆動部材内に配置される円筒部を設け、前記クラッチスプリングが、前記駆動部材の内側に縮径状態での組込みとされてその駆動部材の円筒状内径面に弾性接触する大径コイルスプリング部と、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端に連設され、巻き方向が大径コイルスプリング部の巻き方向と同じとされた内向き渦巻き状の連設部と、その連設部の小径端に連設されて大径コイルスプリング部内に配置された小径コイルスプリング部とを有し、前記小径コイルスプリング部の巻き方向が大径コイルスプリング部の巻き方向と相違し、その小径コイルスプリング部を縮径する状態で前記円筒部内に組み込んで、その円筒部の内径面に弾性接触させたスプリング式一方向クラッチ。
7. 筒状の回転軸と、その回転軸の軸端部内に挿入されるトルク伝達軸部を一側面に有するトルク伝達部材と、そのトルク伝達部材の一方向の回転を回転軸に伝達し、他方向の回転時に回転軸への回転伝達を遮断するクラッチスプリングとからなり、前記クラッチスプリングが、回転軸の内径面に締め代をもって嵌め合わされる大径コイルスプリング部と、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端に巻き方向を同じとする内向き渦巻き状の連設部と、その連設部の小径端に連設されて大径コイルスプリング部内に配置され、その大径コイルスプリング部と巻方向が相違する小径コイルスプリング部とを有し、前記トルク伝達軸部には、その外周に前記大径コイルスプリング部を収容して、軸方向の両端面で大径コイルスプリング部の軸方向への移動を制限する環状のスプリング収容凹部と、そのスプリング収容凹部の軸方向両側に前記回転軸を回転自在に支持する一対のラジアル軸受面と、トルク伝達軸部の軸端面で開口して前記小径コイルスプリング部を収容し、その外周壁面に小径コイルスプリング部の外径面が弾性接触される環状空間と、前記連設部を収容する渦巻き溝とを設け、前記クラッチスプリングの一端部に前記トルク伝達部材に係止される係止片を設けたスプリング式一方向クラッチ。

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