JPH04119229A - 定トルクスプリングクラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は安価で極めて安定した一定のトルクで回転させ
ることができ、かつ寿命の長い定トルクスプリングクラ
ッチに関する。

（従来の技術） 定トルククラッチには種々の機構のものが知られている
が、一定トルクを精度よく得るためとなると、−船釣に
部品点数が多く、構成が複雑になる。

第１０図に示すものは最も一般的なスプリングクラッチ
であり、回転軸３０上にコイルスプリング１４を巻き付
けてあり、コイルスプリング１４の巻き締め方向の回転
軸３０の回転を阻止し、逆方向には、コイルスプリング
１４が緩むことにより定トルクにての回転を許容する。

第１１図にも従来のスプリングクラッチを示す。

このスプリングクラッチは内輪６０及び外輪６２で形成
される楔部６４と、楔部６４内に配されたコロ６６との
摩擦力でクラッチ動作を行うものである。内輪６０が縫
針方向へ回転すればコロ６６は圧縮バネ６８により楔部
６４内壁面に押圧されるので、コロ６６と楔部６４内壁
面との摩擦力により内輪６０と外輪６２とは一体に回転
する。回転トルクの大きさは圧縮バネ６８の弾発力によ
り決定される。一方、内輪６０が反時計方向へ回転する
と内輪６０と外輪６２はロックするようになっている。

第１２図はカセットテープレコーダーのリール台を示す
。キャップリール２２と速送り用の歯車２３とが、固定
軸嵌入用の回転筒２４上で圧入により一体に固定されて
いる。回転筒２４上にはテープレコーダー本体側に配設
されているモータからの駆動力が伝達される歯車２５が
遊嵌され、この歯車２５はスプリング２７によりフェル
ト２８を介して上記の歯車２３上に圧接されている。

テープの録音時、再生時には歯車２５が一定速度で回転
され、フェルト２８、歯車２３を介してキャンプリール
２２が回転し、カセットのリール上にテープが巻き取ら
れる。テープはテープレコーダーのピンチローラにより
一定速度で送られてくる。したがって歯車２５は、カセ
ットのリールにテープが巻き付いていない状態からスタ
ートしてもテープにたるみができないように、カセット
のリールを一定速度以上で回転させるよう定速度で回転
される。

巻き取り負荷が、フェルト２８と両歯車２３．２５との
間の摩擦力および歯車２５とスプリング２７との間の摩
擦力を超えると、歯車２５はフェルト２８との間でスリ
ップし、これによりテープに必要以上の張力を与えず、
またテープにたるみを発生させることなくテープを巻き
取ることができる。

（発明が解決しようとする課題） 第１０図及び第１１図に示すようなスプリングクラッチ
では、そのトルク特性はコイルスプリング１４の巻き数
や、回転軸の直径に対するコイルスプリングの巻き径（
内径）などに依存する。

ところでコイルスプリングの製造に際して、その巻き径
を精度よく製造することは容易ではない。

したがってこのようなコイルスプリングを組込んだ上記
スプリングクラッチは、個々的にみたならば定トルクと
なるが、多数のスプリングクラッチ間ではそのトルク特
性を揃えることは実際上困難であり、±２０％程度の誤
差が頻繁に発生するため、規格から外れるものも多くな
るという課題がある。しかもコイルスプリングは断面円
形のため回転軸との接触は線接触となり、コイルスプリ
ングから回転軸に加えられる圧力は非常に大きくなり、
接触部分に対応するコイルスプリング及び／又は回転軸
の磨耗が大きい。特に回転軸を高速で回転させた場合に
は磨耗が著しく、スプリングクラッチの寿命が短くなっ
てしまうという課題が有る。

また第１２図のリール台のようにフェルトと各部材間の
スリップの動摩擦によって定トルクを得るものにあって
は、温度、湿度の変化によってフェルトの摩擦係数が変
動するためスリップトルクが安定せず、またフェルトの
寿命により摩擦係数が変わり、スリップトルクが変化し
てしまうという課題がある。またテープドライブメカの
回転部、摺動部等に注油した油がフェルトに付着して摩
擦係数が変化してしまう。

さらにスリップトルクを調整する手段がないので規格外
の不良品が多発するおそれがあり、また部品点数が多い
ので部品費も組立費も嵩むという多くの問題があり、こ
れらの解決が課題となっている。

そこで本発明は上記問題点を解決すべくなされ、その目
的とするところは、安定したトルクが得られ、安価で、
かつ寿命゛の長い定トルクスプリングクラッチを提供す
るにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的による本発明に係る定トルクスプリングクラッ
チでは、回転トルクを設定する非巻付部と巻付部とを有
するコイルスプリングを、主回転体または従回転体のい
ずれか一方の軸体部に前記巻付部にて巻付けて装着し、
主回転体または従回転体の他方に、前記非巻付部の一端
を拘束し、かつ前記巻付部の一端に主回転体および／ま
たは従回転体が回転することにより、当接して、巻付部
が前記軸体部に対して緩む方向に押圧する解除片を設は
前記コイルスプリングを形成する線材の、少なくとも前
記巻付部を構成する部分は、前記軸体部と接触する部分
が平坦な断面形状を有すること特徴としている。

（作用） 主回転体または従回転体が所定方向に相対回転されると
、コイルスプリングの巻付部が軸体部に巻き付いていて
、また非巻付部の端部が主回転体または従回転体に拘束
されているので、非巻付部でのトルクかばね特性に従っ
て上昇する。解除片が巻付部に当接すると巻付部を緩め
るが、非巻付部のトルクよりも巻付部の締付力が勝って
いる間は非巻付部でのトルクはさらに上昇し、両者が均
衡すると巻付部は軸体部上で滑り、以後は定トルクとな
る。

非巻付部で発生するトルクが全体としてのトルクに大き
く寄与し、巻付部でのトルクは相対的に小さくなるので
、巻付部の巻き径にバラツキがあったとしてもトルクの
バラツキを低くおさえることができる。

さらに、コイルスプリングを形成する線材の、少なくと
も巻付部を構成する部分は、軸体部と接触する部分が平
坦な断面形状を有するため、コイルスプリングと軸体部
とは面接触し軸体部にががるコイルスプリングの巻付け
の圧力を減じることが可能となる。

（実施例） 以下では本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳
細に説明する。

第１図は本発明原理を示す一部切欠斜視図である。

図において１０は主回転体、１１は従回転体である。

従回転体１１は軸体部１２を有するが、説明をわかりや
すくするために、軸体部１２は固定部１３に固定された
状態で示す。

軸体部１２の外周上にコイルスプリング１４が巻回され
ている。コイルスプリング１４は、軸体部１２外周上を
締め付けている巻付部Ｂと、この巻付部Ｂに引き続いて
、軸体部１２外周とは隙間がある非巻付部Ａとよりなる
連続した１つのスプリングからなる。コイルスプリング
１４の巻付部Ｂおよび非巻付部Ａの端部は各々外方に折
曲されてそれぞれ保合部１５．１６に形成されている。

コイルスプリング１４を形成している線材は軸体部１２
の外周面に対応する部分が平坦な矩形状断面に形成され
ている。コイルスプリング１４の線材を矩形断面に形成
したのはコイルスプリング１４と軸体部１２を面接触さ
せ、コイルスプリング１４の巻締めの圧力を減じてコイ
ルスプリング１４及び／又は軸体部１２の磨耗を抑制す
るためである。なお、コイルスプリング１４の線材の断
面形状は必ずしも矩形に限るわけではなく、軸体部１２
外周面と接触する部分が平坦であればどんな断面形状で
もよい。また、線材の断面形状に平坦部を形成するのは
コイルスプリング１４全体に亘る必要もなく、少なくと
も常時軸体部１２を巻締めている巻付部Ｂに形成すれば
よい。

主回転体は、軸体部１２上でこれと同軸に回転するフラ
ンジ１７付きの筒体に形成されている。

主回転体ｌＯは例えばモーター等により外部の駆動装置
により回転される。主回転体１ｏのフランジ１７面上に
は、主回転体１ｏが回転することにより、コイルスプリ
ング１４の係合部１６に当接係合する拘束片１８と、保
合部１５に当接する解除片１９が突設されている。拘束
片１８は主回転体ｌＯが図示のＤ方向に回転した際、コ
イルスプリング１４の非巻付部Ａを巻締める方向から係
合部１６に当接する。一方このとき、巻付部Ｂの係合部
１５と解除片１９とは回転角αだけ離れていて、主回転
体１０がなおも同方向に約αの角だけ回転した際、解除
片１９は巻付部Ｂの軸体部１２への巻付きを緩める方向
から保合部１５に当接するよう設定されている。

次に動作を説明する。

主回転体１０がＤ方向に回転して拘束片１８が係合部１
６に当接して係合部１６を同方向に押圧する。このとき
解除片１９は係合部１５よりも回転角αだけ遅れていて
保合部１５に当接していないので、巻付部Ｂは軸体部１
２上を巻締めている状態にあるから、拘束片１８が保合
部１６を押圧すると非巻付部Ａは巻締められる。したが
ってこの間軸体部１２に加わるトルクは第２図太線の０
〜ｇ間のように、コイルスプリング１４のばね特性に従
って直線的に増加する。

主回転体１０がなおも回転して、解除片１９が係合部１
５に当接すると、解除片１９は巻付部Ｂの巻締力を緩め
る方向へと保合部１５を押圧するが、巻付部Ｂの巻締力
が非巻付部Ａにおけるトルクよりも勝っている間は非巻
付部Ａのトルクはなおも上昇しくｇ−ｂ間）、両者が均
衡した位置（Ｃ点）で巻付部Ｂは軸体部１２上で滑り始
め、以後は定トルクとなる。

解除片１９が係合部１５に当接した以後のトルク上昇曲
線は、第１０図に示すスプリングクラッチのトルク上昇
曲線（第２図上細線で示す）とほぼ同じ曲線になる。

第２図から明らかなように、本実施例では、−定トルク
に達するまでのトルク上昇が、非巻付部Ａのトルク上昇
に負う所が大きいことが理解される。

第１０図に示す従来例では、本実施例における巻付部の
みのトルク特性に依存しているために、コイルスプリン
グ１４の巻き径の精度が劣る場合に（すなわち巻締力が
変動する）、これがトルク特性に直接に影響し、一定し
たトルクが得られなかった。

この点本実施例では、巻付部Ｂの巻き径の精度が悪くと
も、前記したように巻付部Ｂのトルク特性への寄与は比
較的小さく、したがってトルクのバラツキが小さくなる
。

また第２図における、ｇ点とｂ点とが接近するようなス
プリング特性を有するコイルスプリングを用いれば、巻
付部Ｂの影響がさらに小さくなるので、さらにトルクの
バラツキを小さくすることができる。このことは巻付部
Ｂの初期の巻締力が小さいものを使用することを意味す
るが、拘束片１８が係合部１６に当接して非巻付部Ａを
巻き締めれば、この巻締力は次第に巻付部Ｂへも及んで
巻付部Ｂの巻締力を増大させる傾向になるので、この段
階で巻付部Ｂが軸体部１２上で滑ってしまうおそれは少
なく、そして解除片工９が係合部工５に当接した以後は
、もともと巻付部Ｂの締付力は大きくないのだから、は
とんど直ちに巻付部Ｂを緩めることができ、もって巻付
部Ｂの影響を少なくできる。

なお第１図において主回転体ＩＯをＤ方向とは逆方向に
回転させた場合には、一定回転ののち、解除片１９が保
合部１５に上記とは逆方向から当接して巻付部Ｂをさら
に巻き締めるので、主回転体１０の回転は停止される。

上記では軸体部１２を固定して説明したが、軸体部１２
も第１図のＥ方向、すなわち主回転体ｌＯの回転とは逆
方向に回転させても同様の効果が得られることが理解さ
れよう。

また上記では主回転体ＩＯが外部モータ等により駆動さ
れるようにしたが、従回転体１１例の軸体部１２を外部
駆動装置により回転させるようにしてもよいことはもち
ろんである。

上記のように、非巻付部Ａで発生するトルクが全体のト
ルク特性に大きく寄与する。したがって、拘束片１８と
解除片１９との間隔（回転角）を種々に設定すればトル
ク調節をすることができる。

そのためには第１図に破線で示すように、拘束片１８を
所定の間隔をあけて複数設けておけばよい。

なお、保合部１６は拘束片１８、すなわち主回転体ｌＯ
側に固定しておいてもよい。

本発明において「拘束」とは、上記の固定、あるいは当
接の両者を含む概念で用いている。

また上記実施例では、トルクが零から、回転角に応じて
トルクが上昇していき、回転角Ｃの点で初めて設定され
たトルクに到達するようにしたが、用途によってはでき
るだけ少ない回転角で設定トルクにしたいという場合も
ある。このような場合コイルスプリング１４のばね定数
を大きくすることで設定トルクに達するまでの回転角を
小さくすることも可能であるが、クラッチを構成する部
品の寸法精度に設定トルクが影響されやすくなるので好
ましくない。

そこで第３図に示すように、拘束片１日と解除片１９と
を比較的接近させて（回転角を小さく）設けておき、ま
た保合部１５のストッパ２０を解除片１９と接近させて
設けておき、コイルスプリング１４を、拘束片１８とス
トッパ２０との間に、非巻付部Ａをあらかじめ設定トル
ク直前まで巻き締めた状態でセットしておくとよい。こ
のようにすることで、第２図の破線で示すように、主動
体１０を回転させると同時にトルクが点りから上昇し始
め、点すで設定トルクに到達し、少ない回転角で定トル
クとなる。なおこの場合主回転体１０を逆回転させると
、直ちにストッパ２０が係合部１５に当接して逆転が阻
止されるので、第１０図の従来のスプリングクラッチの
有する逆転防止機能も併せもつことになる。

上記実施例では、コイルスプリング１４を、その非巻付
部Ａの径が巻付部Ｂの径よりも大きくなるように設定し
たが、第４図に示すように、非巻付部Ａと巻付部Ｂとは
同径になるようにし、非巻付部Ａに対応する部位の軸体
部１２の径を小径にして非巻付部Ａと隙間を生じさせて
もよい。

また第５図に示すように、軸体部１２を筒状に形成して
、コイルスプリング１４の巻付部Ｂを大径に、非巻付部
Ａを小径にして筒内に挿入してもよい。この場合保合部
１５．１６は筒内力に向って折曲するなどして図示しな
い主回転体の拘束片、解除片に当接しうるようにする。

なお本実施例では拘束片は非巻付部Ａのスプリング部位
を、前記実施例とは逆方向、すなわち拡径方向に作用さ
せてトルクを発生させ、また解除片は巻付部Ｂを縮径方
向に作用させるものである。

次に、第６図（部分破断圧面図）及び第７図（左側面図
）と共に具体的なトルク調整手段を設けた他の実施例に
ついて説明する。

主回転体１０は軸体部１２上でこれと同軸に回転する筒
体に形成されている。主回転体１０は筒部５０とその左
開口部に嵌着された嵌入部５２とから成る。嵌入部５２
には軸線ｌ方向にスリット５４が刻設され、コイルスプ
リング１４の係合部１６がスリット５４内に挿入され拘
束されている。

なお、コイルスプリング１４を形成する線材の断面形状
は前実施例と同じく矩形状に形成されている。

スプリングクラッチのトルク特性を揃えるためには嵌入
部５２の筒部５０に対する回転角度、つまり軸線ｌに対
して筒部５０の回転を固定した場合の、嵌入部５２０軸
線ｌに対する回転角度を調整することにより製品毎のト
ルク特性を調整し、揃えることが可能になっている。

本実施例では筒部５０及び嵌入部５２を例えばＡＢＳ樹
脂で形成し、嵌入部５２を筒部５ｏに軽く圧入すると共
に、コイルスプリング１４の保合部１６を嵌入部５２の
スリット５４へ挿入させる。

嵌入部５２の筒部５０に対する回転角度を調整しながら
トルク特性が所定の特性になったら嵌入部５２を筒部５
０へしっかりと圧入する。その後、例えば溶剤（例えば
メチルエチルケトン）を塗布して両者を溶着、固定すれ
ばよい。

なお、嵌入部５２を回転させ易いように嵌入部５２の左
端面には工具を使えるよう小判形の凸部５６が形成され
ている。

第８図、第９図はカセットテープレコーダーのリール台
に本発明を応用した実施例を示す。

キャップリール２２と速送り用の歯車２３とが固定軸嵌
入用の回転筒２４上で圧入により一体に固定されている
。キャップリール２２が従回転体となることは言うまで
もない。

２５はテープレコーダー本体側に配設されているモータ
からの駆動力が伝達される歯車であり、中央部に立設さ
れている筒体２６が、回転筒２４外壁とキャップリール
２２基部内壁との間に形成されている空隙内に摺合され
ることによって回転筒２４上で回転しうるようになって
いる。

回転筒２４上には前記のコイルスプリング１４がその巻
付部Ｂにて装着され、巻付部Ｂの係合部１５が筒体２６
端面に形成された解除片１９に、また非巻付部Ａの係合
部Ｉ６が筒体２６内壁面に形成した複数の拘束片Ｉ８に
当接しうるようになっている（第９図）。なお、この実
施例においてもコイルスプリング１４の線材の断面形状
は先の実施例と同じである。

したがって、録音時、再生時に、図示しないテープレコ
ーダー本体に配設されたモータによって歯車２５が回転
されると、拘束片１８、係合部１６、コイルスプリング
１４を介してキャップリール２２が回転され、カセット
のリールが回転されてリール上にテープが巻き取られる
。ここにおいて前記したようにキャップリール２２は定
トルクで回転され、テープに一定の張力を付与しつつテ
ープを巻き取るのである。

非巻付部Ａのトルク調節は、保合部１６が当接する拘束
片１８を任意の位置のものに選定することによって容易
に行なえる。この場合、図示しないが、拘束片１８に対
応する歯車２３の部位に透孔を設けておけば、リール台
に組み付けた後においても、透孔を通じて係合部１６を
任意の拘束片１８に掛は変えることができて好都合であ
る。

また第９図に破線で示すように筒体２６端面に解除片１
９と近接してストッパ２０を設けて、解除片１９とスト
ッパ２０との間に保合部１５を入れ、非巻付部Ａを縮径
状態で所定の拘束片１８に保合部１６を掛けることで、
小さい回転角で定トルクを得ることができる。

上記ではカセットテープレコーダーのリール台を例示し
たが、テープ、紐、線材等を巻き取る種々の巻き取り装
置の、巻き取り動力源と巻き取りリールの動力伝達系の
間に上記の定トルククラッチを配置することができる。

以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発
明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るの
はもちろんのことである。

（発明の効果） 以上のように本発明によるときは、コイルスプリングの
巻き径に多少バラツキがあっても、全体としてのトルク
は非巻付部でのトルクに負う所が大きいので、トルク特
性の揃ったスプリングクラッチを提供しうる。

また各部品精度をそれ稚気にしなくともよいので、量産
に有利で、コストの低減化も図れる。

また、従来のリール台では部品点数が５点であったが、
本発明を応用したリール台では４点となり、コスト低減
が実現できる。

さらにスプリングクラッチ、リール台共に、コイルスプ
リングの線材の少なくとも巻付部を構成する部分は、前
記軸体部と接触する部分が平坦な断面形状を有するため
、巻付部と軸体部は面接触し、巻付部の巻締め圧力を小
さくすることができるためコイルスプリング及び／又は
軸体部の磨耗を抑制でき長寿命化を図ることが可能とな
る等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す一部切欠斜視図、第２図は
そのトルク曲線図を示す。 第３図は他の実施例を示す説明図、第４図、第５図もそ
れぞれ他の実施例を示す説明図である。 第６図はトルク調整手段を有する実施例を示す部分破断
正面図、第７図はその左側面図である。 第８図は本発明をリール台に応用した実施例を示す断面
図、第９図はその要部を示す組立図である。 第１０図は従来のスプリングクラッチの原理を示す斜視
図、第１１図は他の従来のスプリングクラッチを示した
部分断面図、第１２図は従来のリール台の断面図を示す
。 工０・・・回転体、　　１１・・・従回転体、１２・・
・軸体部、　　■４・・・コイルスプリング、　　１５
．１６・・・係合部、　１８・・・拘束片、　２２・・
・キャップリール、 ２３．２５・・・歯車、　Ａ・・・非巻付部、Ｂ・・・
巻付部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転トルクを設定する非巻付部と巻付部とを有する
   コイルスプリングを、主回転体または従回転体のいずれ
   か一方の軸体部に前記巻付部にて巻付けて装着し、主回
   転体または従回転体の他方に、前記非巻付部の一端を拘
   束し、かつ前記巻付部の一端に主回転体および／または
   従回転体が回転することにより、当接して、巻付部が前
   記軸体部に対して緩む方向に押圧する解除片を設け、 前記コイルスプリングを形成する線材の、 少なくとも前記巻付部を構成する部分は、前記軸体部と
   接触する部分が平坦な断面形状を有することを特徴とす
   る定トルクスプリングクラッチ。 ２、テープ、紐、線材等をリールに巻き取る巻き取り装
   置において、巻き取り動力源と巻き取りリールの動力伝
   達系の間に請求項１記載の定トルクスプリングクラッチ
   を構成したことを特徴とする巻き取り装置。