JPH0121371B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は総括的に、機械的トルク伝達装置に関
するものであり、特に一方向への回転を可能と
し、反対方向への回転を阻止するクラツチに関す
るものである。 〔従来技術〕 ひとつまたはそれ以上の可動部材の運動を制御
するために、一方向クラツチを使用することは、
従来技術において公知である。かかるクラツチは
一般に、制御される部材の一方向（自由回転方向
と呼ぶ）への回転を自由に行わせるが、非自由回
転方向への運動を阻止するものである。 歯付き爪型クラツチ（米国特許第3589486号に
例示する）は、内部ラチエツト歯を有する環状外
部部材と、ラチエツト歯および外部部材の凹窩に
含弾性的に係合する爪端部のある複数個の弾性ア
ームを有する内部部材とを備えている。各アーム
は、ラチエツト歯に沿つてほぼ円周方向に延びて
いる。細長く薄い部分を有しているので、内部部
材と外部部材の一方向への相対回転中に、アーム
をラチエツト歯によつて屈曲させることができる
が、円周方向に延びているアームにラチエツト歯
が円周方向に圧力をかけるため、反対方向への相
対運動中に、アームは内部部材と外部部材を滑動
自在に、かつ弾性的に結合する。 米国特許第3946843号は、歯無し爪型クラツチ
を表わすものである。このクラツチはシリンダ状
の係合面と、１つまたはそれ以上のデイスク・エ
レメントからなり、該エレメントはこれから延
び、かつこれに可撓的に取付けられている部材を
担持している。これらの部材は、シリンダ面に縁
部で摩擦係合し、したがつてシリンダ面とデイス
ク・エレメントの間の一方向における相対運動
は、部材の摩擦滑動を生じ、また反対方向におけ
る相対運動は、軽快な伝動係合を生じる。 ローラ、スプリング、ロツキング・アームおよ
びメタル・ストラツプなどの他の型式のクラツチ
は、上に列挙した各特許で十分に説明されてい
る。しかしながら、これらのクラツチが存在して
いること、およびこれらの作動の理論は公知のも
のであるから、詳細に説明をすることはしない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の公知のクラツチは、その意図された目的
に対して十分に作動するものではあるが、これら
には幾つかの問題がある。公知のクラツチに影響
をおよぼす一般的な問題のひとつは、これらのク
ラツチが単一セツトのアームからなつており、こ
れは一方向においてロツクをし、他方向において
自由回転をする、というすべての要件に合わせて
使用される。このように使用する場合、セツトは
１つまたはそれ以上の部材を、含むことができ
る。２つの作動の各々に対する条件は、互いに相
反するものである。たとえば、自由回転方向にお
いて、アームのセツトと回転部材との間のロツキ
ング力は、最小値のものでなければならない。逆
に、非自由回転方向においては、この力は最大値
になつていなければならない。このように条件が
相反するものであるため、許容ロツキング力を最
大限のものにして、しかも破壊を生じさせないこ
とは困難なことであり、また自由回転に抵抗する
力を最小限のものにすることは困難なことであ
る。 公知のクラツチに付きまとつている一般的な問
題は、これらのクラツチが多数の作用部品からな
つており、これらの部品が製造が困難で、角度分
解能が低く、自由回転摩擦が高く、かつロツキン
グ力が低いものだということである。 したがつて、本発明の一般的な目的は、従来の
ものに比較して、効率が良く、しかも低コストな
クラツチを提供することである。 他の目的は、自由回転方向においては摩擦が低
く、非自由回転方向においては分解能が高いクラ
ツチを提供することである。 さらに他の目的は、摩擦が低く、比較的低いバ
ツクアツプ荷重による分解能が高く、高いバツク
アツプ荷重による荷重トルクが比較的高いクラツ
チ・アセンブリを提供することである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のクラツチ組立体は、係合面を有する第
１の部材と、それに相対的に回転しうる第２の部
材とを有している。第２の部材は、第１および第
２の屈曲可能部材を有し、第１の屈曲可能部材は
常に係合面に係合しているが、第２の屈曲可能部
材は少なくとも自由回転方向にクラツチが回転す
る時は係合面に接触しない。非自由回転方向にク
ラツチが回転しようとする時、最初第１の屈曲可
能部材により回転が阻止されるが、限界以上の力
が作用して第１の屈曲可能部材が座屈し始める
と、第２の屈曲可能部材が係合面に係合して、は
るかに高い抵抗力をもたらす。 回転面に順次接触する異なるグループの屈曲可
能部材を使用することにより、自由回転抵抗力が
低く、ロツク力が比較的高く、しかも部品数が少
ないクラツチが提供される。 本発明の一実施例において、第１および第２屈
曲可能部材は、三角形状に配置されている。三角
形配置はクラツチ・アセンブリの安定性を改善す
るものである。 本発明の上記およびその他の特徴ならびに利点
を、添付図面を参照して、詳細に説明する。 〔実施例〕 本明細書記載の発明は、クラツチ・アセンブリ
が必要な環境で使用することを目的とするもので
ある。本発明は、プリンタの分野で十分な作動を
行うものであるから、この分野で使用することに
ついて説明する。しかしながら、本発明をそのま
ま、あるいは他の分野に適合させるために明白な
変更を加えて使用することは、当業者の技術の範
囲に属するものであるから、上記のことは本発明
の範囲を限定するもの、と解されるべきではな
い。 第１図は、本発明の教示するところにしたがつ
た、クラツチ・アセンブリの側面の略図である。
クラツチ・アセンブリは、可動部分１０と、固定
部分１４とを包含している。作動時に、可動部分
は固定部分に対して、回転する。固定部分と可動
部分とは、可動部分が矢印１６で示される自由回
転方向に回転すると、両部分の間の摩擦力が最低
となるような、関係となつている。しかしなが
ら、可動部分が反対方向へ移動しようとした場
合、両部分間の摩擦力は増加し、逆方向への運動
は阻止される。 可動部分（以下で詳述する）は、係合面１８を
有するリング状の構造になされている。リング状
構造体は、硬質ゴムまたはプラスチツクで作成さ
れ、係合面はこれと一体になつている。係合面は
リング状構造体の他の部分と同じ材料のものであ
つても、またウレタンのような異なる材料であつ
て、牽引特性や摩耗特性を改善するものであつて
もよい。リング状構造体は、成形品であることが
好ましい。材料を組み合わせたものをリング状構
造体に使用した場合、材料は２シヨツト操作で成
形するか、あるいは機械的に接続して、互いに接
着される。本発明の範囲を逸脱することなく、コ
ーテイングを付着するために他の方法を使用でき
ることは、もちろんである。以下で説明するとお
り、ウレタン・コーテイングの目的は、主戻り止
座屈アーム２０と係合面との間の摩擦係数を増加
させることである。摩擦を増加させることによ
り、回転トルクがリング状構造体を非自由回転方
向へ回転させようとした場合に、座屈アームが確
実にロツクされる。 さらに、第１図において、固定部材１４は、三
角形状のハブ部材２２と、該三角形状のハブ部材
から放射状に延びる複数のアームとからなつてい
る。また開口２４が、三角形状部材の中心に形成
されている。開口は、クラツチ・アセンブリの中
心を形成している。開口２４は、クラツチをプリ
ンタ・システムの枠に取付けるのに使用される。
２セツトのアームが、三角形状の部材から放射状
に延びている。一方のセツトは、主戻り止座屈ア
ーム２０からなつている。他方のセツトは、ヒン
ジ止めされた補助戻り止アーム２６からなつてい
る。三角形状ハブ部材は、主戻り止座屈アーム２
０とヒンジ止めされた補助戻り止アーム２６と共
に、それぞれ３個の等間隔に配置された座屈アー
ムとヒンジ止めされた座屈アームの三角形配置を
形成する。三角形配置は、クラツチ・アセンブリ
にかかる半径方向の力を均等化し、安定性を最大
限のものとする。 主座屈アーム２０は長く、幅の狭い断面を有し
ており、係合面１８に連続的に接触している。上
記のとおり、面１８と戻り止座屈アームとは、正
規の回転方向への摩擦を最小限のものにするよう
な相互作用を行う。摩擦力が低いため、自由回転
トルク（スプール・アセンブリを駆動するため
の）は低くなる。低い自由回転トルクを確実に使
用するため、主座屈アームの剛性は、低くなされ
ている。逆方向のトルクが所定の値を越えると、
主戻り止アームは制御された態様で座屈する。本
発明の好ましい実施例において、回転部材による
接線方向の力が約45グラム重を越えると、アーム
は座屈する。座屈は座屈アームの長手方向に沿つ
て、発生する。主座屈アームのかかる座屈は、ア
ームが比較的長くかつ幅が狭いことによるもので
ある。 さらに、第１図において、ヒンジ止めされた補
助戻り止アーム２６は、主座屈アームと平行に延
びており、かつヒンジ止め部分２８により、三角
形状ハブ部材に接続されている。補助アームは細
長いものであるが、その断面は主座屈アームより
も頑丈なものとなつている。補助戻り止アームの
端部は、係合面１８に対して配置されている。正
規の作動時には、係合面１８とヒンジ止めされた
前記補助アーム２６との間に空間ができる。 作動時に、トルクが過剰になつたことにより、
主座屈アームが座屈すると、これによつて生じる
弓状状態は、主座屈アームをヒンジ止めされた補
助アームに向つて屈曲させ、これを係合面１８に
押し付ける。このようにして係合した場合、ヒン
ジ止めされた補助アームが抗することのできる力
は、主座屈アームが単独で抗することのできる力
よりも、かるかに大きいものである。本発明の好
ましい実施例において、ヒンジ止めされた補助ア
ームは、回転部材からの約450グラム重の力に一
時的に抗するようになされている。力が設計限界
を越えた場合、ヒンジ止めされたアームのそれぞ
れは、ヒンジ止め部分２８で屈曲する。ヒンジ止
めされた補助アームを、任意の逆方向トルクに抗
するように設計できることに、留意すべきであ
る。逆方向トルク容量の変動は、設計上の選択の
問題にすぎない。主戻り止アームと補助戻り止ア
ームとの間の重要な関係は、主戻り止アームの座
屈により、補助戻り止アームを係合させ、クラツ
チのトルク容量を増加させるということである。 さらに、第１図には、頂点が可動部分１０の外
面に接触している力の三角形３０が示されてい
る。線３２は、頂点が可動部分に接触している点
における、該可動部分に対する接線である。この
三角形は、係合面１８とこの係合面に継続的に接
触している主座屈アームとの間の、重要な関係を
理解するうえで助けになるものである。座屈アー
ム２０と係合面１８との間の継続的な係合が、高
分解能のアンチ・バツクアツプ・クラツチをもた
らすことに、留意すべきである。しかしながら、
寿命の長いクラツチを提供するには、可動部材１
０と固定部材との間の力は、自由回転方向におい
て、最低限のものにならなければならない。同様
に、非自由回転方向において、力は最大限のもの
にならなければならない。このため、角度θが極
めて重要であり、座屈アームと係合面１８との間
の相互作用が幾つかの要件に合致するようになさ
れなければならない。 第１図において、力の三角形は、接線３２に対
して垂直な辺３４を包含している。辺３６は、可
動部分１０を非自由回転方向へ駆動しようとする
押圧力、すなわちバツタアツプ力を表わしてい
る。辺３８は、三角形を完成させるものであり、
合力である。作動時に、合力が主戻り止座屈アー
ムの臨界座屈荷重よりも大きければ、ヒンジ止め
された補助戻り止アームは、係合面１８と係合す
る。角度θは、主座屈アーム２０と、可動部分１
０の中心から引いた半径とがなす角度である。可
動部分の幾何学的形状が、円であることに留意す
べきである。一般的にいつて、角度θは、小さす
ぎてはならない。小さすぎると、主座屈アームが
係合面１８におよぼす力は、極めて大きくなり、
部品を不必要に摩耗させることになる。このよう
な高い力は、クラツチの寿命を短かくしてしま
う。一般に、アームが非自由回転方向でロツクさ
れるのであれば、角度は大きい方が好ましい。一
般的な設計上の指針として、座屈アームと係合面
１８との間の角度を、この角度の正接が係合面１
８と座屈アーム２０との間の最低摩擦係数よりも
小さくなるようにすべきである。これは適正な作
動を行うには、摩擦係数を比較的高くしなければ
ならないということを、示唆するものである。 第２図は、POS用プリンタの巻き取りリー
ル・アセンブリに連結されたクラツチ・アセンブ
リを示すものである。かかるプリンタは公知のも
のであるから、本発明の利点を説明するに必要な
部分のみを図示、説明する。プリンタはフレーム
部材３６を包含している。複数個の開口３８が、
フレームに形成されている。前述のように、一方
向クラツチ・アセンブリは、可動部分１０と固定
部分１４を包含している。固定部分１４は三角形
状のハブ部材を有しており、この部材には取付ピ
ン４０が形成されている。取付ピンは孔３８と協
働して、固定部分をフレームに取付ける。本発明
の一実施例において、取付ピンにはスプリングで
負荷がかけられており、固定部分をフレーム３６
に対して調整するために使用される。取付ピンが
クラツチの固定部分をフレームに取付ける手段の
ひとつを示すものであることに留意すべきであ
る。本発明の範囲を逸脱することなく、他の取付
手段を考案することは、当該分野の技術に属する
ものである。 前述のように可動部分は主座屈アーム２０と、
ハブ部分から延びているヒンジ止めされた補助ア
ーム２６とからなる、平坦な三角形配置となつて
いる。可動部分１０はリング状ないし環状をして
おり、プーリ４２の一面に形成された凹窩内部に
取付けられている。複数個の固定手段４４が、環
状部材をプーリ４２に取付けている。環状部材を
プーリに取付けるための複数個のピンを図示した
が、これを本発明を制限するものと解すべきでは
ない。本発明の範囲を逸脱することなく、他の固
着手段を考案することは、当業者の技術の範囲に
属するものであるからである。 第１図に詳細に示されているように、組み立て
た場合、クラツチ機構の固定部分１４は、環状部
材１０の内側に取付けられる。アーム２０の面４
６は、係合面１８と常時接触している。複数個の
隆起部が取付けられている歯付き面４８が、プー
リ４２の縁部に形成されている。歯付き面４８と
確実に係合する内面を有するプーリ・ベルトが、
プーリにかけられている。 リール５０がプーリ４２に堅固に接続されてい
る。リールはロール紙（図示せず）を支えるよう
になされている。この組合せ（すなわち、プーリ
とリール）を、POS用プリンタの巻き取りアセ
ンブリとして、使用することができる。このよう
な場合、高分解能のステツプ・モータ５２がベル
トを介してリールに直結される。モータを作動さ
せた場合、リールは矢印５８で示される自由回転
方向へ運動する。モータの段階的な進行により、
紙は前進方向へ進み、印刷位置（図示せず）に新
しい印刷行を配置する。巻き取りリールを駆動し
ない場合には、モータは反対方向に回転し、他の
作業（リボンの駆動）を行う。モータのシヤフト
に取付けられているプーリ内部の一方向ローラ・
クラツチ（図示せず）により、モータが逆方向に
回転し、紙リールを後退させることなく、リボン
駆動機構を作動させることが可能となる。一方向
ローラ・クラツチ（図示せず）を介してトルクが
低いながらも存在すること、ならびに送り出しリ
ール（図示せず）と、巻き取りリール５０との間
の張力とは、紙リールが前進して印刷行を配置し
た後、紙リールを逆転させようとする。リールの
逆転を、阻止しなければならない。クラツチをリ
ール・アセンブリの後面に取付けると、クラツチ
はかかる逆方向運動を阻止する。 本質的に係合面１８に常時接触している主座屈
アームは、かかる逆転力に抗する高分解能のクラ
ツチ・アセンブリを提供する。この力が臨界座屈
力を越えた場合、クラツチの高分解能特性の結果
は無視できるものとなり、補助戻り止アームが係
合面と接触し、それ以上の逆転力に抗するものと
なる。 上記より明らかなとおり、座屈アーム２０の特
性は、本クラツチ・アセンブリの適正な作動に重
要なものである。表２は座屈アームの各種のパラ
メータを示すものである。表の値の各行に対す
る、クラツチ・アセンブリによる自由回転トルク
は、50nNm未満である。自由回転トルクが、紙
を順方向に送るために、紙の張力に加えて、モー
タ５２（第２図）がリールにかけなければならな
いトルクであることに、留意すべきである。表２
の最初の行は、それぞれのパラメータに対する記
号を表わし、２行目はこれらのパラメータが測定
される単位を表わす。以下の表１は、各記号をリ
ストにし、説明したものである。記号を第１欄に
挙げ、各記号の説明を第２欄に挙げる。たとえ
ば、“CoFr”は摩擦係数を表わす。詳細にいえ
ば、これは主座屈アーム２０と、係合面１８の間
の摩擦係数である。同様に、“Angle”は座屈ア
ームと、これらの関連する半径とがなすθであ
る。それ故、座屈アームと係合面の間の臨界角
が、約5.7゜であるクラツチを設計者が設計しよう
とする場合には、最初の９つのエントリの任意の
ものを使用することができる。

【表】 距離

【表】

〔発明の効果〕

上記のごとく、本発明は自由回転トルクが低
く、小バツクアツプ荷重に対して分解能が極めて
高いアンチ・バツクアツプ・クラツチを提供す
る。本クラツチはさらに大バツクアツプ荷重に対
して、極めて高いロツキング・トルクを提供す
る。本クラツチは、部品数が少なく、寿命が長
く、公差の要件がゆるく、しかもロボツトによる
組立てに適合するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の教示によるクラツチ・アセ
ンブリの側面図である。第２図は、クラツチ・ア
センブリが巻き取りリールの運動を制御するプリ
ンタの部分的構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 係合面を有する第１の部材と、上記係合面に
   同軸的に配置され、且つ上記係合面に対して相対
   的に回転し得る第２の部材とを有するクラツチ組
   立体であつて、上記第２の部材が、上記係合面に
   係合する第１の屈曲可能部材と、上記係合面との
   間に間隙を有する第２の屈曲可能部材とを備え、
   上記第１の屈曲可能部材が係合面との間に働く力
   により座屈する時上記第２の屈曲可能部材が上記
   係合面と係合するように構成されたクラツチ組立
   体。