JP5859811B2 - 逆入力防止クラッチ - Google Patents

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防止機構、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防止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（転動体）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（弾性部材）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ロック解除片としての柱部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、回転方向後方側のころ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が回転方向後方側のころ５４をばね５５の弾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、出力側部材にトルクが伝達される（図５中の矢印参照。）。

ところで、上述した方式の逆入力防止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、回転方向後方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、出力側部材が再ロック時の繰り返しの衝撃によって発生する振動を受けて円滑に回転しなくなることがある。

これに対して、ロック解除後の再ロックの発生を抑える手段として、ころに流体抵抗を付与する、あるいはロック解除後のころの楔形空間の広大側への移動を各楔形空間に組み込んだ第２の弾性部材で規制するという方法が提案されている（特許文献２参照。）。この方法によれば、ロック解除後の出力側部材の空転許容量が減少し、出力側部材の加速が抑制されて、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が生じにくくなるので、再ロックの発生を抑えることができる。

また、再ロックの発生を抑える別の手段として、入力側部材と出力側部材との間に回転抵抗付与手段を設け、両者の相対回転に対して回転抵抗を与える方法が提案されている（特許文献３参照。）。この方法を採用しても、ロック解除後に出力側部材の回転が入力側部材の回転より速くなるのを抑えられるので、再ロックは生じにくくなる。

特開平２−２７１１１６号公報 特許第４６４７２０３号公報 特開２００４−１９７２６号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載された、ころに流体抵抗を付与する方法では、クラッチに封入するグリースの量を多くする、またそのグリースに稠度の大きいものを使用するといった方法を採ることが多いが、グリースが入力側部材および出力側部材の回転にともなって外部に漏出する、あるいはグリースの劣化によりその稠度が低下する等の要因により、使用期間が長くなるにつれて流体抵抗の効果が十分に得られなくなるという問題がある。一方、各楔形空間に組み込んだばねやゴム材等の第２弾性部材でころの移動を規制する方法を採用すると、部品点数の増加にともなうコストアップおよび組込時の作業性の低下が避けられない。

また、上記特許文献３に記載された、入力側部材と出力側部材の相対回転に対して回転抵抗を与える方法では、その回転抵抗を再ロックの発生が十分に抑えられる程度に大きくする必要があるが、回転抵抗を大きくするほど、ロック解除を行う（ロック状態から入力側部材のみを回転させる）際に大きな入力トルクは必要になる。このため、回転抵抗を適度な大きさに設定して保持することが難しく、使用時の回転抵抗の変化によってクラッチ動作が不安定になるおそれがあるうえ、組立時やメンテナンス時における回転抵抗の調整に手間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は、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防止クラッチにおいて、簡単な構造で、逆入力トルクと入力トルクの方向が一致する使用状況でも安定したクラッチ動作が長期間にわたって得られるようにすることを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、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の間に、入力側部材の回転を僅かな角度遅れをもって出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設け、内周側または外周側に円筒面を有する固定部材を、その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て、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複数設け、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弾性部材を組み込むとともに、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弾性部材と対向する位置に、前記入力側部材に設けたロック解除片を挿入した逆入力防止クラッチにおいて、前記出力側部材のカム面が設けられる部位を金属板材で形成して径方向にたわみ変形可能としたのである。

すなわち、出力側部材のうち、ロック時に転動体から荷重を受けるカム面が設けられる部位を、金属板材で径方向にたわみ変形可能に形成した簡単な構造により、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てロック解除と再ロックが繰り返される場合でも、出力側部材のカム面が設けられた部位がロック時にたわんで衝撃を緩和し、再ロックの繰り返しによって発生する振動を抑えて、出力側部材が円滑に回転するようにしたのである。

上記の構成において、前記出力側部材は、前記各カム面を有するカム部材と出力軸とを一体回転可能に連結したものとすれば、安価で製造しやすいものとなる。その場合、前記カム部材は、その軸方向に突出する複数の突出部を有し、これらの各突出部に前記カム面が設けられたものとすることができる。そして、前記カム部材の突出部を前記出力軸に設けた凹部に嵌め込んで、前記カム部材と出力軸とを一体回転可能に連結するとともに、前記突出部のカム面の反対側の面と前記凹部の底面との間に径方向隙間を設けた構造とするとよい。

ここで、前記出力軸にカム部材の突出部が嵌め込まれる凹部を設ける場合、その凹部の周方向両側の縁部のうち、前記楔形空間の広大側の縁部を径方向に突出させて、前記弾性部材の一端を支持する支持片を形成することにより、弾性部材を安定した姿勢で保持できるようになる。

また、前記出力軸をねじり変形しやすい樹脂材またはゴム材で形成すれば、ロック時の衝撃を出力軸でも緩和して、出力側部材に連結される外部装置等へ伝わりにくくすることができる。

さらに、前記トルク伝達手段として、前記出力側部材のカム面どうしの間から径方向に突出する凸部を設け、前記入力側部材に前記出力側部材の凸部と周方向で所定の隙間をおいて対向する押圧片を設け、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、その押圧片が出力側部材の凸部を押圧するようにしたものを採用すれば、入力側部材と出力側部材の中心部に設けた二面幅の穴と軸の係合によりトルク伝達を行うものに比べて、入力側部材と出力側部材の当接部のＰＣＤが大きくなり接触荷重が小さくなるため、当接部の損傷を生じにくくすることができる。

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防止クラッチにおいて、ロック時に転動体から荷重を受ける出力側部材のカム面が設けられる部位を金属板材で形成して、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てロック解除と再ロックが繰り返される場合でも、出力側部材のカム面が設けられた部位がロック時にたわんで衝撃を緩和するようにしたので、再ロックの繰り返しによって発生する振動を抑えて、出力側部材を円滑に回転させることができる。しかも、そのための構造が簡単なものであるから、部品点数の増加が少なく、長期間にわたってクラッチ動作を安定させることができ、組み立てやメンテナンスにも手間がかからない。

第１実施形態の逆入力防止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の逆入力防止クラッチの分解斜視図 第２実施形態の逆入力防止クラッチの断面図（図２に対応） 一般的な逆入力防止クラッチの構造とロック解除時の動作を説明する要部の断面図

以下、図１乃至図４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。この逆入力防止クラッチは、入力軸１と、出力軸２と内輪（カム部材）３が一体回転するように連結された出力側部材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、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と、内輪３と外輪５との間に組み込まれる円筒ころ（転動体）１０および圧縮コイルばね（弾性部材）１１とからなり、出力軸２に常時一方向（図２中の矢印方向）の逆入力トルクが加えられる状態で使用されるものである。

前記入力軸１は、外周に二面幅を有する係合部１ａの前半部分が出力側部材４の内輪３中央の円形孔に通され、出力軸２先端面中央に設けられた円形穴に挿入されて、出力側部材４と同一軸心のまわりに回転するようになっている。そして、その係合部１ａの後半部分の外周に保持器９が一体回転するように嵌め込まれ、保持器９とともに入力側部材１２を構成している。

前記固定部材８は、図２に示したように、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大径側（外輪５側）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。

前記出力側部材４は、出力軸２が樹脂材で形成され、内輪３が金属板材で形成されている。その内輪３は、中央に前記円形孔があけられ、外周縁部には軸方向に突出する複数の突出部３ａが周方向に等間隔で形成されており、これらの各突出部３ａの径方向外側の面が後述するように前記ころ１０と係合するカム面３ｂとなっている。また、出力軸２は、前記円形穴が設けられた内輪保持部１３と、ハウジング６の小径部の内周面に回転自在に支持される中央部１４と、外周に二面幅を有する出力伝達部１５とからなり、その出力伝達部１５の二面幅の位置に回転伝達用の歯車等（図示省略）が固定されるようになっている。

前記出力軸２の内輪保持部１３の外周部には、内輪３の突出部３ａと対応する周方向位置に凹部１６が設けられており、これらの各凹部１６に内輪３の突出部３ａが嵌め込まれて出力軸２と内輪３とが一体回転可能に連結されている。ここで、内輪突出部３ａのカム面３ｂの反対側の面と内輪保持部１３の凹部１６の底面との間には径方向の隙間が設けられ、後述するようにカム面３ｂにころ１０が係合してロック状態となったときに、内輪突出部３ａがたわみ変形するようになっている。

そして、上記のように出力軸２と連結された内輪３を固定部材８の外輪５の内側に配することにより、内輪突出部３ａのカム面３ｂとこれに対向する外輪５の内周円筒面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間１７が複数形成されている。そして、これらの各楔形空間１７に、ころ１０とこれを楔形空間１７の一側の狭小部に押し込むばね１１が組み込まれ、出力側部材４と外輪５との間でころ１０を挟んでばね１１と対向する位置に、保持器９の柱部９ａの半数が挿入されている。ここで、出力軸２の内輪保持部１３は、その凹部１６の周方向両側の縁部のうち、楔形空間１７の広大側の縁部を径方向に突出させてばね１１の一端を支持する支持片１８を形成することにより、他端でころ１０を押圧するばね１１を安定した姿勢で保持できるようになっている。

また、出力軸２の内輪保持部１３には、その外周の凹部１６どうしの間（内輪３のカム面３ｂどうしの間）から径方向に突出する凸部１９が設けられ、これらの各凸部１９の周方向両側に、保持器９の柱部９ａが凸部１９と周方向で所定の隙間をおいて対向するように挿入されている。これにより、入力側部材１２（入力軸１および保持器９）が回転したときに、保持器９の各柱部９ａのうち、回転方向によって決まる半数の柱部９ａが押圧片として凸部１９を押圧し、入力側部材１２の回転を僅かな角度遅れをもって出力側部材４に伝達するようになっている。

この逆入力防止クラッチは、上記の構成であり、出力軸２に常時一方向の逆入力トルクが加えられていても、ころ１０がばね１１の弾力で楔形空間１７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がロックされ、入力側部材１２にはトルクが伝達されない。

一方、入力軸１に逆入力トルクと逆方向の入力トルクが加えられたときには、保持器９の柱部９ａのうちでころ１０と対向するものが出力軸２の内輪保持部１３の凸部１９を押圧することにより、ころ１０が相対的に楔形空間１７の広大部へ移動し、ころ１０と外輪５および内輪３との係合が解除されて、内輪３がロック状態から解放され、出力側部材４に入力トルクが伝達される。

また、入力軸１に逆入力トルクと同方向の入力トルクが加えられたときには、まず保持器９の柱部９ａのうちでころ１０と対向するものが、ロック解除片としてころ１０をばね１１の弾力に抗して楔形空間１７の広大部へ押しやることにより、ころ１０と外輪５および内輪３との係合が解除されて、内輪３がロック状態から解放される。そして、ロック解除後の入力側部材１２の回転速度が逆入力トルクを加えられている出力側部材４よりも速い場合は、保持器９の残りの柱部９ａが出力軸２の内輪保持部１３の凸部１９を押圧することにより、出力側部材４に入力トルクが伝達される。逆に、ロック解除後に出力側部材４が入力側部材１２の回転速度を上回る回転速度で回転（空転）する場合は、ころ１０が相対的に楔形空間１７の狭小部へ戻って内輪３が再びロック状態となり、その直後に保持器９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ながら、入力側部材１２と出力側部材４とがそれぞれ回転するようになる。

ここで、この逆入力防止クラッチでは、出力側部材４のうち、ロック時にころ１０から荷重を受けるカム面３ｂを有する内輪３を金属板材で形成し、そのカム面３ｂが設けられた内輪突出部３ａがロック時に径方向にたわんで衝撃を緩和するようにしたので、上記のようにロック解除と再ロックが繰り返される場合でも、振動の発生を抑えて出力側部材４を円滑に回転させることができる。

また、出力側部材４は、金属板材で形成した内輪３と、ねじり変形しやすい樹脂材で形成した出力軸２とを一体回転可能に連結したものとしたので、安価で製造しやすいうえ、ロック時の衝撃が出力軸２でも緩和されて、出力軸２に前記歯車等を介して連結される外部装置等へ振動が伝わりにくいものとなっている。なお、出力軸２は、金属製とすることもできるが、高弾性のゴム材等、実施形態の樹脂材と同様にねじり変形しやすい材料で形成することが好ましい。

さらに、出力側部材４のカム面３ｂどうしの間から径方向に突出する凸部１９を設け、入力側部材１２に入力トルクが加えられたときに、保持器９の各柱部９ａのうち、回転方向によって決まる半数の柱部９ａが出力側部材４の凸部１９を押圧することにより、出力側部材４に入力トルクが伝達されるようにしたので、入力側部材と出力側部材の中心部にトルク伝達手段を設ける場合に比べて、入力側部材１２と出力側部材４の当接部のＰＣＤが大きくなって接触荷重が小さくなり、当接部の損傷を生じにくくなっている。

図４は第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態をベースとし、その固定部材８の外輪５の内周円筒面と内輪３のカム面３ｂとの間に形成される楔形空間１７に、一対の円筒ころ１０と各ころ１０を楔形空間１７の狭小部に押し込む圧縮コイルばね１１を組み込み、ばね１１を支持するための支持片１８をなくして、逆入力トルクが両方向に加えられる可能性のある用途でも使用できるようにしたものである。

この第２実施形態では、出力側部材４にいずれの方向の逆入力トルクが加えられても、回転方向後方側のころ１０が外輪５および内輪３に係合することにより内輪３がロックされ、入力側部材１２にはトルクが伝達されない。また、入力側部材１２に入力トルクが加えられたときには、入力トルクと逆入力トルクの方向に応じて、第１実施形態と同じ動作となるか、第１実施形態と逆方向で同じ形態の動作となる。このとき、ロック解除と再ロックを繰り返す場合でも、第１実施形態と同じく、内輪３のカム面３ｂが設けられた突出部３ａがロック時に径方向にたわんで衝撃を緩和するので、振動の発生を抑えて出力側部材４を円滑に回転させることができる。

なお、２つの実施形態を比べると、逆入力トルクが常時一方向に加えられる用途に対しては、第１実施形態の方が、第２実施形態よりもころ１０の本数を削減でき、安価に製造できるので有利である。

また、上述した各実施形態では、固定部材８の外輪５の内側に出力側部材４の内輪３を配し、外輪５の内周円筒面と内輪３外周のカム面３ｂとの間に楔形空間１７を形成するようにしたが、固定部材と出力側部材の配置を内外で逆にすることもできる。

１ 入力軸
２ 出力軸
３ 内輪
３ａ 突出部
３ｂ カム面
４ 出力側部材
５ 外輪
６ ハウジング
７ 押え蓋
８ 固定部材
９ 保持器
９ａ 柱部（ロック解除片、押圧片）
１０ ころ（転動体）
１１ ばね（弾性部材）
１２ 入力側部材
１３ 内輪保持部
１６ 凹部
１７ 楔形空間
１８ 支持片
１９ 凸部

Claims (7)

1. 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の間に、入力側部材の回転を僅かな角度遅れをもって出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設け、内周側または外周側に円筒面を有する固定部材を、その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て、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複数設け、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弾性部材を組み込むとともに、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弾性部材と対向する位置に、前記入力側部材に設けたロック解除片を挿入した逆入力防止クラッチにおいて、前記出力側部材のカム面が設けられる部位を金属板材で形成するとともに、前記カム面の反対側の面とこの反対側面に対向する面との間に径方向隙間を設けて、前記カム面が設けられる部位を径方向にたわみ変形可能としたことを特徴とする逆入力防止クラッチ。
2. 前記出力側部材が、前記各カム面を有するカム部材と出力軸とを一体回転可能に連結したものである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. 前記カム部材は、その軸方向に突出する複数の突出部を有し、これらの各突出部に前記カム面が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の逆入力防止クラッチ。
4. 前記カム部材の突出部を前記出力軸に設けた凹部に嵌め込んで、前記カム部材と出力軸とを一体回転可能に連結するとともに、前記突出部のカム面の反対側の面と前記凹部の底面との間に径方向隙間を設けたことを特徴とする請求項３に記載の逆入力防止クラッチ。
5. 前記出力軸の凹部の周方向両側の縁部のうち、前記楔形空間の広大側の縁部を径方向に突出させて、前記弾性部材の一端を支持する支持片を形成したことを特徴とする請求項４に記載の逆入力防止クラッチ。
6. 前記出力軸を樹脂材またはゴム材で形成したことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の逆入力防止クラッチ。
7. 前記トルク伝達手段が、前記出力側部材のカム面どうしの間から径方向に突出する凸部を設け、前記入力側部材に前記出力側部材の凸部と周方向で所定の隙間をおいて対向する押圧片を設け、前記入力側部材に入力トルクが加えられたときに、その押圧片が出力側部材の凸部を押圧するようにしたものであ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防止クラッチ。

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