JP6195516B2 - 回転軸の周り止め装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ボールねじのねじ軸のような回転軸を、回転させることなく保持しておくための周り止め装置に関する。
例えば、ボールねじの使用方法としては、ねじ軸を水平に合致させて使用する場合のみならず、当該ねじ軸を鉛直方向に合致させて配置し、昇降装置を構成することが考えられる。この場合、ねじ軸にはモータを接続し、モータの回転に応じて当該ねじ軸に螺合するナット部材を上下に昇降させることになる。しかし、ねじ軸の自由な回転が許容された状態では、ナット部材の自重、あるいは当該ナット部材に搭載された可動体の重さに起因して、前記ねじ軸が回転を生じ、前記ナット部材がねじ軸の下端まで落下してしまう懸念がある。
ねじ軸に接続したモータが保持トルクを発生させ、または、モータとは別に電磁ブレーキを設けて当該ねじ軸の回転を止めていれば、このようなナット部材の落下は避けることが可能だが、突然に停電が発生すると、ナット部材の落下を回避することはできない。加えて、昇降装置の動作中に、前記ナット部材を前記ねじ軸上の所定の位置に一時的に係止しておくためには、モータや電磁ブレーキに通電を続ける必要があり、省エネルギの観点から好ましくない。
電力を用いずに前記ねじ軸のような回転軸の回転を規制する装置としては、特開平8-338443号に開示される転がり軸受クラッチが知られている。
特開平8−338443号公報
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、継続的な通電を行うことなく、簡易な構造で回転軸の回転を確実に規制することができる周り止め装置を提供することにある。
すなわち、本発明は、固定部と回転軸との間に設けられて、前記回転軸を前記固定部に対して係止する周り止め装置である。この周り止め装置は、前記固定部に取り付けられると共に前記回転軸が挿入される貫通孔を有し、当該貫通孔の内周面には軸方向に隣接する第一領域及び第二領域が設けられたナット部材と、前記回転軸と前記ナット部材との間に配置され、自転軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配列された複数のローラと、円筒状に形成されて前記ナット部材と前記回転軸との間に配置され、当該回転軸の軸方向へ移動して前記ローラを前記ナット部材の第一領域又は第二領域のいずれかに位置させる保持器と、を備えている。前記ナット部材の前記第一領域ではナット部材の貫通孔の内周面と前記回転軸の外周面との隙間は前記ローラの直径よりも大きく、前記第二領域における前記貫通孔の内周面には、周方向に沿って厚みを増し前記回転軸との間に前記ローラを挟み込む係止部が各ローラに対応して設けられている。
前記ナット部材の第一領域では、当該ナット部材の貫通孔の内周面と前記回転軸の外周面との隙間が、当該隙間に配列されるローラの直径に比べて大きく、ナット部材と回転軸が相対的に回転した場合、前記ローラはこれら二部材の間で空転する。これにより、ローラがナット部材の第一領域に存在する場合、回転軸はナット部材に対して自由に回転することができる。一方、前記ナット部材の第二領域では、当該ナット部材の貫通孔の内周面に対して係止部が設けられており、ローラがナット部材の第二領域に存在する場合、当該ローラは係止部と回転軸との間の楔状空間に挟み込まれ、回転軸はローラとの摩擦力によってその回転が規制されることになる。
このため、ナット部材と回転軸との隙間に設けられた前記保持器を軸方向へ移動させ、ローラを第一領域と第二領域のいずれかに設定することで、回転軸の自由回転と停止とを選択することが可能となる。
本発明を適用した周り止め装置の実施形態を示す断面図である。 図1に示す周り止め装置において保持器を規制位置に設定した状態を示す断面図である。 回転軸の周囲におけるローラの配置を示す斜視図である。 第一領域におけるナット部材、回転軸及びローラの関係を示す拡大断面図である。 第二領域におけるナット部材、回転軸及びローラの関係を示す拡大断面図である。 ローラ押し込み機構の構成を示す概略図である。 ローラ押し込み機構の動作に伴う第二領域でのローラの動きを説明する概略図である。
以下、本発明の回転軸の周り止め装置について具体的に説明する。
図1は本発明を適用した周り止め装置1の第一実施形態を示す断面図である。この周り止め装置1は回転軸2を支える機械装置等の固定部に対して設けられ、簡単な操作で回転軸2の自由回転と固定を切り換えることができる。このため、例えばモータによって回転駆動される回転軸2に対して設置することで、停電時にモータの保持力が発揮されない状態であっても、前記回転軸2が自由に回転するのを防止することが可能である。
この周り止め装置1は、回転軸2が挿入される貫通孔30を有するナット部材3と、前記回転軸2の周方向に沿って当該回転軸2とナット部材3の間に配列される複数のローラ4と、これらローラ4を前記ナット部材3と回転軸2との間で所定間隔に整列させる保持器5と、を備えている。
前記回転軸2はこの周り止め装置1による回転運動の規制対象であり、例えば、プーリーや歯車といった回転部品の支軸であってもよいし、ねじ送り装置のねじ軸であってもよい。
前記ナット部材3は機械装置等の固定部に対して図示外のボルトによって固定される。前記ナット部材3の貫通孔30の断面は円形状であり、その内径と前記回転軸2の外径との差は前記ローラ4の直径の2倍よりも大きく設定されている。図1に示すように、ナット部材3の貫通孔30の内周面は軸方向に関して第一領域Aと第二領域Bに二分されている。この第一領域Aと第二領域Bの詳細については後で詳しく説明する。
一方、前記保持器5は略円筒形に成形されており、例えば合成樹脂の射出成形によって製作されている。かかる保持器5の内径は前記回転軸2の外径よりも大きく、外径は前記ナット部材3の貫通孔30の内径よりも小さく形成されており、当該保持器5は前記回転軸2と前記ナット部材3との間に配置されている。また、この保持器5には前記ローラ4の収容孔が周方向に沿って等間隔で一列に設けられており、前記ローラ4はこの収容孔内に配置され、一定の姿勢を保っている。
この保持器5は前記ナット部材3に対してその軸方向に移動自在であり、図2に示すように、軸方向へ移動させることで、その一部がナット部材3の軸方向端部から突出する。前記保持器5が軸方向に移動すると、前記収容孔に配置されたローラ4は回転軸2の軸方向へ当該保持器5と一緒に移動する。この実施形態では、図2に示す状態、すなわち前記保持器5がナット部材3の貫通孔30から外部に突出した状態では、前記ローラ4がナット部材3の第二領域Bに存在している。また、図2に示す状態から前記保持器5をナット部材3と回転軸2との間に押し込んだ状態、すなわち図1に示すように前記保持器がナット部材と回転軸との間に略収容された状態では、前記ローラ4がナット部材3の第一領域Aに存在している。
尚、以降の説明では、ローラ4が第一領域Aに位置している場合の保持器5の位置を「待機位置」、ローラ4が第二領域Bに位置している場合の保持器5の位置を「規制位置」と表現する。
図3は前記回転軸2の周囲におけるローラ4の配置を示すものである。前記回転軸2の周囲には複数個のローラ4が等間隔で配置されている。各ローラ4の自転軸は前記回転軸2の軸方向と合致している。同図には示されていないが、前述したように各ローラ4は前記保持器5の収容孔内に配置されているため、ローラ4同士の間隔は変化しない。そして、前記保持器5をナット部材3に対して軸方向へ移動させると、ナット部材3の第一領域Aに存在したローラ4はそのまま軸方向へ引っ張られ、破線で示すようにナット部材3の第二領域Bに移動することになる。
図4は前記第一領域Aにおけるナット部材3、ローラ4及び回転軸2の関係を示す拡大断面図である。前記第一領域Aでは前記ナット部材3の貫通孔30の内周面は一様な内径を有している。前記ナット部材2の内径と前記回転軸2の外径との差はローラ4の直径の2倍よりも大きく設定されているので、各ローラ4はナット部材3及び回転軸2の双方には同時に接していない。このため、前記保持器を待機位置に設定した状態で前記回転軸2が回転したとしても、かかるローラ4は保持器5の収容孔の内部で自由に回転することができる。
また、前記保持器5の外周面にはキー51が設けられる一方、ナット部材3の貫通孔30の内周面には当該キー51の頭部が入り込む滑り溝52か設けられている。前記キー51は前記滑り溝52の内部を前記ナット部材3の軸方向へ自在に移動可能であり、前記保持器5が待機位置と規制位置との間を移動すると、それに伴って前記キー51も第一領域A又は第二領域Bに移動することになる。前記キー51が滑り溝52内に挿入されていることにより、前記保持器5はナット部材3に対する周方向への回転が制限されている。
一方、前記ナット部材3の第二領域Bでは、前記貫通孔30の内周面に対して前記ローラ4の個数と同じ数の係止部31が周方向に等間隔で設けられている。図5は前記係止部31をナット部材3の軸方向、より具体的には図1の紙面左側から観察した断面図である。各係止部31はナット部材3の周方向に沿って徐々に厚みを増して前記貫通孔30の内周面から突出しており、かかる係止部31には前記回転軸2に面したテーパ面32が設けられている。このテーパ面32は貫通孔30の内周面から滑らかに連続している。従って、前記テーパ面32と回転軸2の外周面との間隔は前記係止部31の厚みが増すにつれて狭くなる。係止部31の厚みが最大となる部位では、前記テーパ面32と回転軸2の外周面との距離は前記ローラ4の直径よりも小さく設定されている。尚、前記第二領域Bにおいても、前記係止部31が設けられた個所以外では、貫通孔30の内径は前記第一領域Aと同じである。
また、この実施形態の周り止め装置1では、前記保持器5を待機位置から規制位置に設定するための保持器押し出し機構が設けられている。この保持器押し出し機構は、ナット部材3の内部に設けられたコイルスプリング33と、前記保持器5を待機位置に設定する係止ピン34とから構成されている。
図1に示すように、前記コイルスプリング33は前記回転軸2の周囲を巻くようにして前記ナット部材3の貫通孔30の内部に配置されている。また、かかるコイルスプリング33の一端は前記保持器5の軸方向端面に固定され、他端は前記ナット部材3に装着された抑え板35に固定されている。前記抑え板35は中央に前記回転軸2の貫通孔を有して円板状に形成されており、前記保持器5の突出する方向とは反対側においてナット部材3の端面に固定されている。前記保持器5が待機位置に設定された状態では、前記コイルスプリング33が保持器5と抑え板35との間で押し縮められており、保持器5に対してコイルスプリング33の付勢力が強く作用している。
また、前記係止ピン34はナット部材3を半径方向に貫通すると共に、当該ナット部材3に対して自由に抜き差しすることが可能である。係止ピン34をナット部材3に対して押し込んだ状態では、当該係止ピン34の先端がナット部材3の貫通孔30の内周面から突出するようになっている。更に、前記保持器5には前記係止ピン34の先端が嵌合する設定孔50が設けられており、前記保持器5を待機位置に設定した状態では、かかる設定孔50に対して前記係止ピン34の先端が入り込むようになっている。すなわち、保持器5を待機位置に設定した状態で係止ピン34をナット部材3に対して押し込むと、保持器5の軸方向への移動は係止ピン34によって規制され、かかる保持器5を前記コイルスプリング33の付勢力に抗して待機位置に止めておくことができる。
一方、前記係止ピン34をナット部材3から引き出すと、当該係止ピン34の先端が保持器5の設定孔50から抜け出すので、前記保持器5はコイルスプリング33の付勢力によって待機位置から規制位置へ強制的に移動させられ、当該保持器5に配列されたローラ4は第一領域Aから第二領域Bに位置することになる。
更に、この実施形態の周り止め装置1では、前記保持器5を待機位置から規制位置に設定する際に、当該移動に伴って前記保持器5を回転軸2の周方向へ変位させるローラ押し込み機構6が設けられている。このローラ押し込み機構6はナット部材3の第一領域Aから第二領域Bに設定されたローラ4を前記係止部31に押しつけて、第二領域Bにおけるローラ4の空転を防止するものであり、この実施形態では前記コイルスプリング33の付勢力を利用して前記保持器5を周方向へ変位させている。
このローラ押し込み機構6は前記保持器に形成されたキー51と前記ナット部材3に形成された滑り溝52を利用して構成されている。図6は前記ナット部材3に形成された滑り溝52と当該滑り溝52内を移動するキー51との関係を示した概略を示すものである。前記滑り溝52は前記保持器5の待機位置から規制位置への移動距離に対応した長さに設けられており、長手方向の中央には当該滑り溝52の溝幅が徐々に変化する傾斜面53が設けられている。すなわち、この傾斜面53よりもナット部材3の第一領域A側の溝幅は第二領域B側の溝幅よりも狭く形成されている。このため、前記保持器5を規制位置から待機位置に移動させて、第二領域Bに存在するキー51を第一領域Aに移動させると、前記傾斜面53によって当該キー51が滑り溝52の片側に寄せられるようになっている。図4中のキー51と滑り溝52の位置関係もこのことを示している。
前記傾斜面53がキー51を寄せる方向(図6では紙面下方向)は、コイルスプリング33を捩じってその付勢力を溜める方向に合致している。すなわち、コイルスプリング33を押し縮めながら前記保持器5を規制位置から待機位置に設定すると、前記キー51が前記傾斜面53に案内されることによって当該保持器5には前記回転軸2の周囲で僅かに回転が与えられる。従って、一端が保持器に固定されたコイルスプリング33は押し縮められて付勢力を溜めると同時に、僅かに捩じられながら、それによっても付勢力を溜めることになる。その結果、コイルスプリング33の付勢力を解放して、待機位置に設定されていた保持器5を規制位置に移動させると、前記キー51は図6に示す矢線方向とは逆方向に移動し、当該保持器5は僅かに回転を生じながら、規制位置に移動することになる。図5中のキー51と滑り溝52の位置関係がこのことを示しており、図4と対比すると、前記保持器5が周方向へ僅かに回転を生じた様子が把握される。
図7は第一領域Aと第二領域Bの双方におけるローラ4の位置関係をナット部材3の軸方向、具体的には図1紙面左側から観察した様子示す概略図であり、前記保持器5を省略して描いてある。保持器3が待機位置に設定された状態では、第一領域Aに存在するローラ4(図中に一点鎖線で描いたローラ4)はナット部材3の係止部31から僅かに変位した位置に存在している。保持器5が規制位置に設定されると、ローラ4は保持器5と一緒にナット部材3の第一領域Aから第二領域Bに移動する。この際に保持器5は前述の如くコイルスプリング33の付勢力で僅かに回転を生じるので、ローラ4は第二領域Bに移動しながら図7中に矢線で示すようにナット部材3の周方向へも移動する。これにより、第二領域Bに移動したローラ4(図中に実線で描いたローラ4)は係止部31のテーパ面32と回転軸2の外周面との間に押し込まれることになる。
尚、この実施形態のローラ押し込み機構6はコイルスプリング33の捩れによる付勢力を利用し、待機位置から規制位置に設定される保持器5を周方向へ僅かに回転させたが、これ以外の方法で保持器5を回転させるようにしても良い。例えば、前記保持器5の外周面にカム溝を形成すると共に、前記ナット部材3に差し込んだ係止ピン34の先端を前記カム溝内に挿入し、当該保持器5がコイルスプリング33の付勢力で待機位置から規制位置に移動する際に、前記カム溝の作用によって当該保持器5が周方向へ回転を生じるようにしても良い。
また、前記保持器5は、前記ナット部材3の第一領域Aにおいてはローラ4を回転軸と非接触に保持しているが、第二領域Bにおいては当該保持器5そのものが撓むことにより、ローラ4と回転軸2との接触がなされている。すなわち、第二領域Bではローラ4が係止部31に接触して回転軸2の外周面へ押圧されるので、かかる押圧力を受けて前記保持器5が弾性変形し、ローラ4が回転軸2へ接触することになる。一方、ローラ4を第二領域Bから第一領域Aへ移動させると、係止部31によるローラ4への押圧力は除去されるので、前記保持器5は元の形状に復元し、それによってローラ4は回転軸から離間することになる。
以上のように構成された本実施形態の周り止め装置1は次のように動作する。
先ず、この周り止め装置1に対して回転軸2を自由に回転させたい場合には、前記保持器5をコイルスプリング33の付勢力に抗してナット部材3に押し込み、前記保持器5を待機位置に設定する(図1に示す状態)。待機位置に設定された保持器5は前記係止ピン34によって当該位置に止められ、コイルスプリング3は保持器5と抑え板35との間で押し縮められた状態となる。
このとき、前記ローラ4はナット部材3の第一領域Aに位置するが、図4に示すように、かかる第一領域Aではナット部材3と回転軸2との隙間はローラ4の直径よりも十分に大きく設定されている。このため、ローラ4はナット部材3及び回転軸2の双方に対して同時には接触せず、たとえ回転軸2に接触したとしても、前記保持器5の収容孔の内部で自由に回転することが可能である。従って、前記回転軸2は規制を受けることなく自由に回転することができる。
また、第一領域Aではナット部材3と回転軸2との隙間がローラ4の直径よりも十分に大きいので、保持器5によってローラ4を回転軸2と非接触に保持することも可能である。そのようにすれば、前記回転軸は周り止め装置1から何ら抵抗も受けることなく、自由に回転することが可能である。
一方、前記回転軸2の回転を係止し、当該回転軸2を周り止め装置1に対して固定する場合には、前記係止ピン34をナット部材3から抜き出し、前記保持器5を待機位置から規制位置に設定する。前記保持器5はコイルスプリング33の付勢力によって待機位置から規制位置へと押し出され、保持器5に配列されているローラ4はナット部材3の第一領域Aから第二領域Bへ移動することになる(図2に示す状態)。また、この動きと併せて、前記保持器5は回転軸2の周囲で僅かに周方向へ回転を生じる。
これにより、図5に示すように、前記ローラ4は第二領域Bに設けられた係止部31のテーパ面32と前記回転軸2の外周面との間に挟み込まれる。前記テーパ面32と回転軸2の外周面との間は楔状の空間となっているので、前記回転軸2が図5の紙面左方向へ回転しようとすると、益々、ローラ4は前記楔状空間の奥に向けて入り込むことになり、かかるローラ4と回転軸2の外周面との間、ローラ2とテーパ面32との間には大きな摩擦力が作用する。その結果、ローラ4が係止部31と回転軸2との間で噛み込まれた状態となり、前記回転軸2の回転が不能になる。すなわち、前記保持器5を待機位置から規制位置に設定すると、回転軸2をこの周り止め部材1に対して固定することが可能となる。
従って、本実施形態の周り止め装置1では前記係止ピン34をナット部材3から抜き出すのみで回転軸2を選択的に固定することができ、例えばねじ送り装置のねじ軸の一端にこの周り止め装置を設けておけば、簡便な操作で前記ねじ軸の回転及び固定を容易に切り換えることが可能となる。
また、前記係止ピン34は手動で動かしても良いが、例えば電磁ソレノイドと連動させ、停電等によって電磁ソレノイドに対する通電が絶たれた場合に、前記係止ピン34がナット部材3から抜き出されるようにしても良い。このように構成することで、回転軸2を駆動するモータが停電時に保持力を喪失した場合でも、回転軸2の回転を規制し、意図しない機械装置の動作を防止することができる。
また、この実施形態によって説明した周り止め装置1は、前記回転軸2の一方向への回転のみを規制するものであり、それと反対方向への回転は規制することができない。しかし、前記ナット部材3の貫通孔30の内周面に対してテーパ面32の傾斜方向が異なる一対の係止部31を設けることにより、回転軸2のいずれの回転方向に対してもそれらを規制することが可能となる。
更に、この実施形態の周り止め装置1では、ローラ4が規制対象である回転軸2の周囲に直接配置されているが、例えば中空円筒状の回転スリーブを設けて、当該回転スリーブとナット部材3との間にローラ4を配置し、回転軸2は回転スリーブの中空孔に挿入して当該回転スリーブと一体で回転するように構成してもよい。
また更に、前記実施形態の周り止め装置1では、前記保持器5に対してコイルスプリング33の付勢力を及ぼし、かかる付勢力によって当該保持器5が待機位置から規制位置へと移動するように構成したが、前記コイルスプリング33を設けず、手動によって保持器5を待機位置又は規制位置のいずれかに設定するようにしても良い。
1…周り止め装置、2…回転軸、3…ナット部材、4…ローラ、5…保持器、6…ローラ押し込み機構

Claims (4)

  1. 固定部と回転軸との間に設けられて、前記回転軸を前記固定部に対して係止する周り止め装置において、
    前記固定部に取り付けられると共に前記回転軸が挿入される貫通孔を有し、当該貫通孔の内周面には軸方向に隣接する第一領域及び第二領域が設けられたナット部材と、
    前記回転軸と前記ナット部材との間に配置され、自転軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配列された複数のローラと、
    円筒状に形成されて前記ナット部材と前記回転軸との間に配置され、当該回転軸の軸方向へ移動して前記ローラを前記ナット部材の第一領域又は第二領域のいずれかに位置させる保持器と、を備え、
    前記ナット部材の前記第一領域ではナット部材の貫通孔の内周面と前記回転軸の外周面との隙間は前記ローラの直径よりも大きく、
    前記第二領域における前記貫通孔の内周面には、周方向に沿って厚みを増し前記回転軸との間に前記ローラを挟み込む係止部が各ローラに対応して設けられていることを特徴とする周り止め装置。
  2. 前記保持器が軸方向へ移動して前記ローラを第一領域から第二領域へ位置させる際に、当該移動に伴って前記保持器を周方向へ変位させて前記ローラを前記係止部に押しつけるローラ押し込み機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の周り止め装置。
  3. 前記ローラ押し込み機構は前記保持器を軸方向へ付勢して前記ローラを第一領域から第二領域へ向けて移動させるコイルスプリングを備え、当該コイルスプリングは前記保持器を軸方向へ付勢すると共に周方向へも付勢していることを特徴とする請求項2に記載の周り止め装置。
  4. 前記保持器は前記第一領域に位置するローラを前記回転軸と非接触に保持する一方、前記第二領域に位置するローラを自らの弾性変形によって前記回転軸と接触させることを特徴とする請求項2又は3に記載の周り止め装置。
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