JP6786329B2 - 逆入力遮断装置 - Google Patents

Description

この発明は、入力軸に入力される動力を出力軸に伝達する一方、出力軸から入力軸への逆入力を遮断する逆入力遮断装置に関するものである。

この種の逆入力遮断装置は、例えば、入力軸と、その入力軸に軸端面を対向して同軸上に配置された出力軸と、前記入力軸と出力軸の対向面間に配置されて軸方向に移動可能とされ、外周には静止部材に形成された円錐形の固定摩擦面との間で円錐クラッチを形成する円錐形の可動摩擦面が設けられたクラッチディスクと、前記円錐クラッチが結合する方向にクラッチディスクを付勢する弾性部材と、前記入力軸とクラッチディスクの対向面間に組込まれ、その入力軸とクラッチディスクの相対回転によりクラッチディスクを円錐クラッチが結合解除する方向に移動させると共に、円錐クラッチの結合解除状態で入力軸の回転トルクをクラッチディスクに伝達する入力側トルクカム手段と、前記クラッチディスクと出力軸の対向面間に組込まれてクラッチディスクと出力軸の相互間で回転トルクを伝達すると共に、クラッチディスクと出力軸の相対回転によりクラッチディスクを円錐クラッチが結合する方向に移動させる出力側トルクカム手段とから成る構成である（特許文献１、要約、図１等参照）。

上記の構成から成る逆入力遮断装置は、入力軸に動力が入力されると、入力側トルクカム手段によりクラッチディスクを弾性部材の弾性に抗して軸方向に移動させて円錐クラッチの結合を解除し、その結合解除により入力側軸の回転をクラッチディスクに伝えると共に、クラッチディスクの回転を出力側トルクカム手段を介して出力軸に伝達する。
一方、入力側部材への入力が停止すると、弾性部材の弾性によりクラッチディスクを入力軸に向けて移動させてクラッチディスクの外周の摩擦面を静止部材の内周の摩擦面に接触させると共に、出力軸に動力が逆入力された場合に、出力側トルクカム手段により、クラッチディスクを入力軸に向けて移動させて円錐クラッチの結合力を高め、その円錐クラッチによって逆入力が入力側部材に伝達されるのを防止する。

特開２００６−５７８０４号公報

上記の逆入力遮断装置において、入力軸及び出力軸は静止部材に一つのすべり軸受によって回転自在に支持されているため、その静止部材に対する回転（摺動）抵抗が大きく、回転伝達効率の低下に繋がっていた。例えば、モータで入力軸を駆動する場合、一つのすべり軸受では抵抗が大きく、モータトルクの損失が大きくなる問題があった。

この発明は、以上の実情の下、入力軸及び出力軸の静止部材に対する回転抵抗を軽減することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、入力軸と、その入力軸に同軸上に配置された出力軸と、前記入力軸と出力軸のそれぞれの軸端の対向するフランジと、前記対向するフランジ間に配置されたクラッチとを備え、そのクラッチは、入力軸からの回転トルクを出力軸に伝達する一方、出力軸からの回転トルクは入力軸に伝達しない逆入力遮断装置であって、静止部材となるケーシングと入力軸及び出力軸の軸部との間にラジアル軸受を介在するとともにケーシングと両フランジの間にスラスト軸受を介在し、そのラジアル軸受及びスラスト軸受によって、入力軸及び出力軸をケーシングに回転自在に支持した構成を採用したのである。

この構成であると、入出力軸の回転時、ケーシングに対するスラスト方向の回転に対してはスラスト軸受が担い、ラジアル方向の回転に対してはラジアル軸受が担うため、入出力軸の回転に伴うラジアル方向及びスラスト方向の摩擦抵抗がそれぞれ各軸受によって別々に軽減されて、入出力軸は円滑に回転する。

上記クラッチは、入力軸の軸方向に移動可能とされ、上記ケーシングに形成された円錐形の固定摩擦面との間で円錐クラッチを形成する円錐形の可動摩擦面が設けられたクラッチディスクと、前記円錐クラッチが結合する方向にクラッチディスクを付勢する押圧用弾性部材と、前記入力軸のフランジとクラッチディスクの対向面間に組込まれ、その入力軸とクラッチディスクの相対回転によりクラッチディスクを円錐クラッチが結合解除する方向に移動させると共に、円錐クラッチの結合解除状態で入力軸の回転トルクをクラッチディスクに伝達する入力側トルクカム手段と、前記クラッチディスクと出力軸のフランジ間に組込まれてクラッチディスクと出力軸の相互間で回転トルクを伝達すると共に、クラッチディスクと出力軸の相対回転によりクラッチディスクを円錐クラッチが結合する方向に移動させる出力側トルクカム手段とを有する構成を採用することができる。

この構成において、上記入力軸と出力軸の間に直接に離反用弾性部材を介在して入出力軸間に相反対方向の予圧をかければ、出力軸から入力軸への逆入力時、入力軸が出力軸側に動いてクラッチディスクを動かすことが確実になくなり、逆入力を確実に防止する。
また、入力軸及び出力軸と離反用弾性部材の一方の端又は両端との間にそれぞれ鋼球又は軸受を介在し、その鋼球又は軸受によって離反用弾性部材と入力軸及び出力軸が点接触するようにすれば、離反用弾性部材と入力軸と出力軸の間の摩擦抵抗が極力小さくなるため、出力軸の回転力が弾性部材を介して入力軸に伝わりにくく、出力軸から入力軸への逆入力の防止が確実となる。
さらに、入力軸及び出力軸の押圧用及び離反用弾性部材の一方又は両者との接触面に滑性コーティング層を形成すれば、出力軸の回転力が弾性部材を介して入力軸に伝わりにくく、出力軸から入力軸への逆入力の防止がより確実となる。

上記出力軸の軸端部に第２クラッチディスクを嵌合して回り止めし、かつ軸方向に移動可能とし、その第２クラッチディスクと上記クラッチディスクとの間に上記出力側トルクカム手段を設け、前記第２クラッチディスクを上記押圧用弾性部材によってクラッチディスクに向けて付勢した構成を採用することができる。

上記各構成の逆入力遮断装置の入力軸への回転力の付与は、種々の駆動手段が考えられるが、一般的には電動モータで行う。

この発明は、以上のように構成して、入力軸の回転力のスラスト方向とラジアル方向をそれぞれスラスト軸受とラジアル軸受で別々に担うようにしたので、その回転抵抗が極めて小さく、回転伝達効率の高いものとなる。

この発明に係る逆入力遮断装置の一実施形態の縦断正面図 図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図 同実施形態の入力側トルクカム手段の作用を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図 入力軸から出力軸への動力伝達状態での部分縦断正面図 この発明に係る逆入力遮断装置の他の実施形態の縦断正面図 この発明に係る逆入力遮断装置のさらに他の実施形態の縦断正面図 この発明に係る逆入力遮断装置のさらに他の実施形態の要部断面図

以下、この発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図示のように、この実施形態の逆入力遮断装置５０は、入力軸１と出力軸２は同軸上に配置されて軸端部のフランジ１ａ、２ａが対向し、その軸端部が静止部材としてのケーシング３によって覆われている。ケーシング３は固定の配置とされ、入力軸１及び出力軸２の軸部とケーシング３の間にラジアル軸受４ａが介在され、前記両フランジ１ａ、２ａとケーシング３との間にスラスト軸受４ｂが介在されて、入力軸１及び出力軸２がケーシング３に回転自在に支持されている。
その軸受４ａ、４ｂには、すべり軸受や玉軸受、ころ軸受等を適宜に採用でき、ころ軸受の「ころ」にも、円筒ころ、針状ころ、円すいころ等を適宜に採用し得る。この実施形態では、出力軸２側はケーシング３の蓋３ａとの間にラジアル軸受４ａ、スラスト軸受４ｂを介在し、ラジアル軸受４ａはすべり軸受を、スラスト軸受４ｂには円筒ころ軸受を使用した。

入力軸１のフランジ１ａと出力軸２のフランジ２ａ間にクラッチ１０が設けられている。このクラッチ１０は、第１クラッチディスク１２と、第２クラッチディスク１３と、その第２クラッチディスク１３を第１クラッチディスク１２側に付勢するコイルばねからなる押圧用弾性部材１４と、入力軸１のフランジ１ａと第１クラッチディスク１２との間に設けられた入力側トルクカム手段２０ａと、第２クラッチディスク１３と第１クラッチディスク１２との間に設けられた出力側トルクカム手段２０ｂとから成る。押圧用弾性部材１４は皿ばね等を採用し得る。

第１クラッチディスク１２は入力軸１の軸方向に移動可能となっており、その外周面がケーシング３に形成された入力軸１側に縮径する円錐形の固定摩擦面１１ａとの間で円錐クラッチ１１を形成する同円錐形の可動摩擦面１１ｂとなっている。このため、押圧用弾性部材１４によってクラッチディスク１２は円錐クラッチ１１が結合する方向に常時付勢されている。第２クラッチディスク１３は、出力軸２の端部にその軸方向移動自在かつ回転方向に一体となっている。その第２クラッチディスク１３の出力軸２端部への結合は、その端部が両側平面の断面小判状となって、その小判状端部が第２クラッチディスク１３の同小判状の嵌合穴１３ａに嵌合する構造となっている（図１、図４参照）。

入力側トルクカム手段２０ａは、図１乃至図３に示すように、入力軸側フランジ１ａと第１クラッチディスク１２の対向面それぞれに、周方向中央から周方向両端に至るに従って溝深さが次第に浅くなる複数のカム溝２１、２２を周方向に間隔をおいて形成し、そのカム溝２１、２２間にボール（鋼球）２３を組込んだ構成としている。
このため、入力軸１と第１クラッチディスク１２の相対回転により第１クラッチディスク１２に軸力が負荷されると、その第１クラッチディスク１２の可動摩擦面１１ｂがケーシング３の固定摩擦面１１ａから離反する方向、すなわち、円錐クラッチ１１が結合解除する方向に第１クラッチディスク１２を軸方向に移動させ、円錐クラッチ１１の結合解除後に、入力軸１の回転トルクを第１クラッチディスク１２に伝える。

一方、出力側トルクカム手段２０ｂは、図１および図４に示すように、第１クラッチディスク１２と第２クラッチディスク１３の対向面それぞれに、周方向中央から周方向両端に至るに従って溝深さが次第に浅くなる複数のカム溝２４、２５を周方向に間隔をおいて形成し、そのカム溝２４、２５間にボール（鋼球）２６を組込んだ構成としている。
このため、第１クラッチディスク１２と出力軸２の相互間で回転トルクを伝達すると共に、その第１クラッチディスク１２と出力軸２（第２クラッチディスク１３）の相対回転により、第１クラッチディスク１２に軸力が負荷されると、円錐クラッチ１１が強く結合する方向に第１クラッチディスク１２を軸方向に移動させる。

なお、出力側トルクカム手段２０ｂは、入力側トルクカム手段２０ａより発生する軸力によって第１クラッチディスク１２が軸方向に移動される際の移動量を吸収可能とする大きさの軸方向すきま（図示省略）を有している。このすきまは、円錐クラッチ１１が解除されるのに必要な量に設定している。

この実施形態の逆入力遮断装置５０は以上の構成から成り、入力軸１に主に電動モータによって回転力が付与される。そのモータからの回転力が付与されていない入力軸１の停止状態では、第１クラッチディスク１２は押圧用弾性部材１４により押圧されて第１クラッチディスク１２外周の可動摩擦面１１ｂがケーシング３の固定摩擦面１１ａに圧接し、円錐クラッチ１１は結合状態に保持されている。

この円錐クラッチ１１の結合状態において、入力軸１に動力が入力されてその入力軸１が回転すると、第１クラッチディスク１２は入力軸１と相対回転し、その相対回転により、フランジ１ａに設けられたカム溝２１と第１クラッチディスク１２に形成されたカム溝２２が図３（ａ）から同（ｂ）に示すように、周方向に位相がずれ、入力側トルクカム手段２０ａに軸力が発生する。この軸力は第１クラッチディスク１２に負荷されるため、第１クラッチディスク１２は押圧用弾性部材１４の弾性に抗して入力軸１のフランジ１ａから離反する方向に移動する。

その第１クラッチディスク１２の入力軸側フランジ１ａから離反する方向の移動により（図５矢印参照）、図５に示すように、第１クラッチディスク１２の可動摩擦面１１ｂがケーシング３の固定摩擦面１１ａから離反して円錐クラッチ１１が結合解除状態となる。このため、入力軸１に入力された動力は入力側トルクカム手段２０ａのボール２３を介して第１クラッチディスク１２に伝達されて第２クラッチディスク１３と相対回転する。
その相対回転により、第１クラッチディスク１２に設けられたカム溝２４と第２クラッチディスク１３に形成されたカム溝２５が同様に周方向に位相がずれ（図３（ａ）から同（ｂ）参照）、出力側トルクカム手段２０ｂに軸力が発生する。同時に回転トルクが第２クラッチディスク１３に負荷され、回転方向に一体の出力軸２に伝達される。すなわち、入力軸１の回転トルクが第１クラッチディスク１２から出力側トルクカム手段２０ｂ、第２クラッチディスク１３を介して出力軸２に伝達されて出力軸２が入力軸１と同方向に回転する。

この入力軸１から出力軸２へのトルク伝達時において、（第１クラッチディスク１２に作用する結合方向の力）＜（第１クラッチディスク１２に作用する解除方向の力）となるよう、入出力トルクカム形状およびばね力を設定している。これにより、クラッチ１０の入力軸１からの安定した伝達が可能となる。

この入力軸１から出力軸２への動力伝達状態において、入力軸１が停止すると、押圧用弾性部材１４の押圧力により第１クラッチディスク１２が入力軸１のフランジ１ａに向けて移動する。
このとき、入力側トルクカム手段２０ａのボール２３はフランジ１ａに形成されたカム溝２１の傾斜状の溝底面を押圧すると共に、第１クラッチディスク１２に設けられたカム溝２２の傾斜状の溝底面がボール２３を押圧するため、第１クラッチディスク１２は軸方向に移動しつつ回転し、その回転によってボール２３は、図３（ａ）に示すように、カム
溝２１、２２の溝深さが最も深い安定した状態に保持されると共に、第１クラッチディスク１２の可動摩擦面１１ｂは図１に示すように固定摩擦面１１ａに接触する。

固定摩擦面１１ａに可動摩擦面１１ｂが接触する状態において、出力軸２に動力が入力（逆入力）されると、固定摩擦面１１ａと可動摩擦面１１ｂの接触部に作用する摩擦抵抗は第１クラッチディスク１２の回転抵抗となるため、出力軸２は第１クラッチディスク１２に対して相対回転し、その相対回転によって出力側トルクカム手段２０ｂに軸力が発生し、その軸力が第１クラッチディスク１２に負荷される。

このため、第１クラッチディスク１２はケーシング３内面に向けて押し込まれ、外周の可動摩擦面１１ｂが固定摩擦面１１ａに強く押し付けられて円錐クラッチ１１の結合力は増大し、その円錐クラッチ１１によって入力軸１への逆入力の伝達が遮断される。
このとき、出力軸２のフランジ２ａ（第２クラッチディスク１３）と第１クラッチディスク１２間に出力側トルクカム手段２０ｂを設けたことにより、出力軸２に動力が逆入力された場合に円錐クラッチ１１の結合力を強めることができるため、逆入力が入力軸１に伝達されるのを確実に防止することができる。

なお、ケーシング３と入力軸１及び出力軸２の軸部との間の軸受４ａとしては、玉軸受は回転抵抗が少ない利点はあるが、この実施形態の逆入力遮断装置１０はすべり軸受４ａを用いてスペースの縮小化とコスト面の低減を図っている。
また、この実施形態の逆入力遮断装置５０では、ケーシング３（その蓋３ａ）とフランジ１ａ、２ａの間の軸受４ｂとして、スラスト軸受を用いていることにより、当該軸受４ｂに玉軸受を用いた構成と比べて、逆入力遮断装置５０全体の軸方向寸法を小さくすることができる。さらに、そのスラスト軸受４ｂとして、回転抵抗の小さい円筒ころ軸受を用いているため、例えば、ボールカムにより大きな推力が発生した場合、対スラスト荷重が高く、回転抵抗の小さいものとなっている。

図６乃至図８は他の逆入力遮断装置５０の実施形態を示し、図６は、図１の実施形態において、入力軸１と出力軸２の間に直接にコイルバネからなる離反用弾性部材３０を介在したものである。この弾性部材３０は、入出力軸１、２の軸心に孔３１をそれぞれ形成し、その孔３１に装填して介在する。この弾性部材３０によって、入出力軸１、２間に相反対方向の予圧をかければ、出力軸２から入力軸１への逆入力時、入力軸１が出力軸２側に動いて第１クラッチディスク１２を動かすことが確実になくなり、逆入力を確実に防止する。

このとき、図７に示すように、入力軸１及び出力軸２と弾性部材３０の両端との間（孔３１の両内側面）にそれぞれ鋼球３２を介在すれば、その鋼球３２によって弾性部材３０と入力軸１及び出力軸２（孔３１の内側面）が点接触するため、弾性部材３０と入力軸１と出力軸２の間の摩擦抵抗が極力小さくなる。このため、出力軸２の回転力が弾性部材３０を介して入力軸１に伝わりにくく、出力軸２から入力軸１への逆入力の防止がより確実となる。

また、図８に示すように、孔３１の内側面に軸受３３を設けたり（同図（ａ））、滑性コーティング層３４を設けたり（同図（ｂ））すれば、さらに、出力軸２の回転力が弾性部材３０を介して入力軸１に伝わりにくく、出力軸から入力軸への逆入力の防止がより確実となる。そのコーティング材としては、フッ素樹脂、ＤＬＣ(Diamond-Like Carbon)、二硫化モリブデン、チタン（ＴｉＮ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等が挙げられる。
鋼球３２、軸受３３及びコーティング層３４は、弾性部材３０の一方の端のみでも良い。コーティング層３４は弾性部材３０側に形成することができ、その場合、孔３１の内面は省略することもできる。軸受３３は、摩擦力を低減するものであれば、すべり軸受、転がり軸受のいずれでもよいが、コスト面ではすべり軸受、摩擦抵抗を更に下げたい場合は転がり軸受とするのが望ましい。

上記各実施形態においては、固定摩擦面１１ａをケーシング３の内面に直接に形成したが、別部材のリングで形成することもでき、第２クラッチディスク１３を省略して出力軸２のフランジ２ａと第１クラッチディスク１２の間に出力側トルクカム手段２０ｂを構成したりすることができる（特許文献１図１、図４、図７等参照）。
また、トルクカム手段２０ａ、２０ｂとして、カム溝とボールから成るものを示したが、山形のカム突起とＶ溝から成るものであってもよい。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 入力軸
１ａ 入力軸のフランジ
２ 出力軸
２ａ 出力軸のフランジ
３ ケーシング（静止部材）
３ａ ケーシングの蓋
１０ クラッチ
１１ 円錐クラッチ
１１ａ 固定摩擦面
１１ｂ 可動摩擦面
１２ クラッチディスク（第１クラッチディスク）
１３ 第２クラッチディスク
１４ 押圧用弾性部材
２０ａ 入力側トルクカム手段
２１、２２ 入力側トルクカム手段の溝
２３ 入力側トルクカム手段のボール
２０ｂ 出力側トルクカム手段
２４、２５ 出力側トルクカム手段の溝
２６ 出力側トルクカム手段のボール
３０ 離反用弾性部材
３２ 鋼球
３３ 軸受
３４ 滑性コーティング層
５０ 逆入力遮断装置

Claims (5)

1. 入力軸（１）と、その入力軸（１）に同軸上に配置された出力軸（２）と、前記入力軸（１）と出力軸（２）のそれぞれの軸端部の対向するフランジ（１ａ、２ａ）と、前記対向するフランジ（１ａ、２ａ）間に配置されたクラッチ（１０）とを備え、そのクラッチ（１０）は、入力軸（１）からの回転トルクを出力軸（２）に伝達する一方、出力軸（２）からの回転トルクは入力軸（１）に伝達しない逆入力遮断装置であって、
   静止部材となるケーシング（３）と上記入力軸（１）及び出力軸（２）の軸部との間にラジアル軸受（４ａ）を介在するとともに前記ケーシング（３）と両フランジ（１ａ、２ａ）の間にスラスト軸受（４ｂ）を介在し、そのラジアル軸受（４ａ）及びスラスト軸受（４ｂ）によって、入力軸（１）及び出力軸（２）をケーシング（３）に回転自在に支持しており、
   上記クラッチ（１０）は、入力軸（１）の軸方向に移動可能とされ、上記ケーシング（３）に形成された円錐形の固定摩擦面（１１ａ）との間で円錐クラッチ（１１）を形成する円錐形の可動摩擦面（１１ｂ）が設けられたクラッチディスク（１２）と、前記円錐クラッチ（１１）が結合する方向にクラッチディスク（１２）を付勢する押圧用弾性部材（１４）と、前記入力軸（１）のフランジ（１ａ）とクラッチディスク（１２）の対向面間に組込まれ、その入力軸（１）とクラッチディスク（１２）の相対回転によりクラッチディスク（１２）を円錐クラッチ（１１）が結合解除する方向に移動させると共に、円錐クラッチ（１１）の結合解除状態で入力軸（１）の回転トルクをクラッチディスク（１２）に伝達する入力側トルクカム手段（２０ａ）と、前記クラッチディスク（１２）と出力軸（２）のフランジ（２ａ）間に組込まれてクラッチディスク（１２）と出力軸（２）の相互間で回転トルクを伝達すると共に、クラッチディスク（１２）と出力軸（２）の相対回転によりクラッチディスク（１２）を円錐クラッチ（１１）が結合する方向に移動させる出力側トルクカム手段（２０ｂ）とを有するものであり、
   前記入力軸（１）と出力軸（２）の間に直接に離反用弾性部材（３０）が介在された逆入力遮断装置。
2. 上記入力軸（１）及び出力軸（２）と上記離反用弾性部材（３０）の一端又は両端との間にそれぞれ鋼球（３２）又は軸受（３３）を介在した請求項１に記載の逆入力遮断装置。
3. 上記入力軸（１）と出力軸（２）の押圧用及び離反用弾性部材（１４、３０）の一方又は両者との接触面に滑性コーティング層（３４）を形成した請求項１又は２に記載の逆入力遮断装置。
4. 上記クラッチディスク（１２）を第１クラッチディスクとし、上記出力軸（２）の軸端部に前記第１クラッチディスク（１２）とは異なる第２クラッチディスク（１３）を嵌合して回り止めし、かつ軸方向に移動可能とし、その第２クラッチディスク（１３）と前記第１クラッチディスク（１２）間に上記出力側トルクカム手段（２０ｂ）を設け、前記第２クラッチディスク（１３）を前記押圧用弾性部材（１４）によって第１クラッチディスク（１２）に向けて付勢した請求項１乃至３のいずれか一つに記載の逆入力遮断装置。
5. 上記入力軸（１）をモータで駆動する請求項１乃至４のいずれか一つに記載の逆入力遮断装置。

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