JPWO2016084405A1 - クラッチ機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、摩耗や変形、係合子の噛み込み等に起因する作動不良を低減することができるクラッチ機構を提供することにある。円柱状空間を有する収納室（１１）と、収納室（１１）に同軸状に収納された出力回転体（２０）と、出力回転体（２０）に対し同軸状に設けられた入力回転体（３０）と、収納室（１１）の内周面と出力回転体（２０）の外周面との間に設けられた円柱状又は球状の係合子（４１，４２）と、係合子（４１，４２）を周方向の一方側へ付勢する付勢部材（５０）とを備え、カム面（２１，２３）には、係合子（４１，４２）との接触点よりも凹部（２２）寄りに、径外方向へ突出する突起（２１ａ，２３ａ）が設けられている。

Description

本発明は、入力回転体と出力回転体との間で回転力の伝達、遮断を行うクラッチ機構に関するものである。

モータは通電時には回転軸に所定のトルクを発生して回転し、回転位置を制御することも可能であるが、電源が供給されない状態では回転軸の回転を制御できず、回転軸に出力側からトルクを受けると、該回転軸が簡単に回転してしまう。そのため、例えば、テープフィーダユニット等、電源を供給しないときでも、停止位置を精度よく固定させておきたい機器では、逆入力クラッチ等の回転位置保持装置を具備する必要が生じる。
このような装置には、例えば特許文献１に記載される発明のように、円柱状空間を有する収納室（１１）と、収納室（１１）に同軸状に収納された出力回転体（２０）と、出力回転体（２０）に対し同軸状に設けられた入力回転体（３０）と、収納室（１１）の内周面と出力回転体（２０）の外周面との間に設けられた係合子（４１，４２）と、係合子（４１，４２）を周方向の一方側へ付勢する付勢部材（５０）とを備える。そして、出力回転体（２０）の外周面に、前記一方側へ向かって収納室（１１）の内周面との間を徐々に狭めるカム面（２１，２３）と、カム面（２１，２３）の前記一方側に隣接する凹部（２２）とを形成し、入力回転体（３０）に、凹部（２２）に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに凹部（２２）内から遠心方向へ突出する押圧伝達部（３１）を形成し、係合子（４１，４２）を、カム面（２１，２３）および収納室（１１）の内周面に接触するように配置したものがある。

この従来技術によれば、入力回転体（３０）に回転力が加わった場合には、入力回転体（３０）の押圧伝達部（３１）が係合子（４１又は４２）に当接し、係合子（４１又は４２）とカム面（２１又は２３）との摩擦、および係合子（４１又は４２）と収納室（１１）の内周面との摩擦が小さくなり、その後で、押圧伝達部（３１）が凹部（２２）内の周方向端面に当接して出力回転体（２０）を押動するため、出力回転体（２０）がスムーズに回転する。また、出力回転体（２０）に外部から回転力が加わった場合には、回転しようとする出力回転体（２０）のカム面（２１又は２３）と収納室（１１）の内周面との間に係合子（４１又は４２）が強く押し付けられので、入力回転体（３０）及び出力回転体（２０）の回転を阻むことができる。

しかしながら、前記従来技術では、使用条件や摩耗、変形等に起因して、係合子（４１又は４２）が、カム面（２１又は２３）と凹部（２２）内の周方向端面との角部を乗り越えるようにして、凹部（２２）内側に寄り過ぎた位置に噛み込まれると、解除不能等の作動不良を生じてしまうおそれがある。

国際公開WO2013/133162A1公報

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、摩耗や変形、係合子の噛み込み等に起因する作動不良を低減することができるクラッチ機構を提供することにある。

上記課題を解決するための一手段は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に収納された出力回転体と、前記出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、前記収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備える。そして、前記出力回転体の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面と、前記カム面の前記一方側に隣接する凹部とを形成し、前記入力回転体に、前記凹部に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに、前記凹部内から遠心方向へ突出する押圧伝達部を形成している。そして、前記係合子を、前記カム面および前記収納室の内周面に接触するように配置し、前記入力回転体が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記押圧伝達部を前記係合子に当接した後に、同押圧伝達部を前記凹部内の周方向端面に当接して前記出力回転体を押動するようにしたクラッチ機構である。更に、前記カム面には、前記係合子との接触点よりも前記凹部寄りに、径外方向へ突出する突起が設けられていることを特徴とする。

本発明は、以上説明したように構成されているので、摩耗や変形、係合子の噛み込み等に起因する作動不良を低減することができる。

本発明に係るクラッチ機構の一例について要部を示す構造図である。 同クラッチ機構の縦断面図である。 同クラッチ機構の要部拡大図である。

本実施の形態の第一の特徴は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に収納された出力回転体と、前記出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、前記収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備える。そして、前記出力回転体の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面と、前記カム面の前記一方側に隣接する凹部とを形成し、前記入力回転体に、前記凹部に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに、前記凹部内から遠心方向へ突出する押圧伝達部を形成している。そして、前記係合子を、前記カム面および前記収納室の内周面に接触するように配置し、前記入力回転体が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記押圧伝達部を前記係合子に当接した後に、同押圧伝達部を前記凹部内の周方向端面に当接して前記出力回転体を押動するようにしたクラッチ機構である。更に、前記カム面には、前記係合子との接触点よりも前記凹部寄りに、径外方向へ突出する突起が設けられている。
この構成によれば、係合子が、収納室内周面とカム面との間で、カム面と凹部の周方向端面との角部を乗り越えるようにして前記凹部寄りに噛み込まれて、作動不良を生じるようなことを防ぐことができる。

第二の特徴として、作動不良等をより効果的に軽減するために、前記突起は、通常状態において前記係合子に接触しないように設けられている。

第三の特徴としては、作動不良等をさらに効果的に軽減するために、前記突起を有する位置において、前記係合子の直径に対し、前記突起の頂部と前記収納室の内周面との間隔の比率の下限を、約０．９３とした。

次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

このクラッチ機構１は、図２の（Ａ）−（Ａ）線断面である図１および図１の（Ｂ）−（Ｂ）線方向から見たクラッチ機構１の側断面図である図２に示すように、収納室１１を有する固定部材１０と、収納室１１に同軸状に収納された出力回転体２０と、出力回転体２０に対し同軸状に設けられた入力回転体３０（図２参照）を有する。そして、収納室内周面１１ａと出力回転体２０の外周面との間に設けられた一対の係合子４１，４２と、一方の係合子４１を周方向の一方側（図１によれば時計方向側）へ付勢するとともに他方の係合子４２を周方向の他方側（図１によれば反時計方向側）へ付勢する付勢部材５０とを備える。
そして、このクラッチ機構１は、入力回転体３０に回転力を発生させた際に、この回転力を出力回転体２０に伝達して該出力回転体２０を回転させ、また、出力回転体２０に対し外部から回転力が加わった際には、該出力回転体２０を回転不能にロックする。

固定部材１０内部の収納室１１は、内周面１１ａにより囲まれた略円柱状の空間である。内周面１１ａは、凹凸のない円筒内周面状の曲面である。
固定部材１０は、図示しない不動部位（例えば、テープフィーダの支持基板等）に、回転不能に固定される。

出力回転体２０は、収納室１１に同芯状に配置された略円板状の部材であり、その中心側が固定部材１０に対し回転自在に支持されている。この出力回転体２０は、固定部材１０に対し回転自在に嵌め合せられるとともに、その中心部に、外部へ露出した出力軸２４を一体に有する。
この出力回転体２０の外周部には、周方向の一方側（図１によれば時計方向側）へ向かって収納室１１の内周面１１ａとの間を徐々に狭める一方のカム面２１と、前記一方のカム面２１に背反するように他方側（図１によれば反時計方向側）へ向かって収納室１１の内周面１１ａとの間を徐々に狭める他方のカム面２３と、カム面２１又は２３に隣接する凹部２２と、付勢部材５０を係止するための係止部２５とが、所定角度（等間隔）置きに複数組（図示例によれば３組）並べ設けられる。

カム面２１とカム面２３は、左右対称に設けられる。各カム面２１，２３は、周方向に湾曲する凸曲面状に形成され、より詳細に説明すれば、収納室内周面１１ａの半径から、各係合子４１，４２の直径を減じた値よりも大きな半径の円弧状に形成されるとともに、該円弧の中心位置を出力回転体２０の中心位置からずらすようにしている。

そして、カム面２１，２３には、それぞれ、対応する係合子４１，４２との接触点よりも凹部２２寄りに、径外方向へ突出する突起２１ａ，２３ａ（図３のハッチング部分参照）が設けられている。

各突起２１ａ，２３ａは、通常状態において係合子４１，４２に接触しないように、静止状態の係合子４１，４２とカム面２１又は２３との接点よりも凹部２２寄りに位置している。各突起２１ａ，２３ａの形状は、図３の拡大図に示すように、周方向の両側に傾斜面を有する山形状であり、凹部２２側の前記傾斜面よりも付勢部材５０側の前記傾斜面を緩やかに形成している。この突起形状は、出力回転体２０の厚み方向（図２の左右方向）へ連続している。
なお、図３中のハッチングは、突起２１ａ，２３ａの配置及び形状を明確に示すためのものである。

また、各突起２１ａ，２３ａは、係合子４１，４２との干渉を効果的に避けるために、図３に示すように、該突起を有する位置において、係合子４２（４１）の直径Ｗ０に対する、突起２１ａ，２３ａの頂部と収納室内周面１１ａとの間隔Ｗ１の比率の下限、換言すれば間隔Ｗ１／直径Ｗ０の値の下限を、約０．９３としている。

前記比率（Ｗ１／Ｗ０）が、０．９６よりも大きい場合には、係合子４１又は４２が、対応するカム面２１又は２３と収納室内周面１１ａとの間を間を通って、突起２１ａ又は２３ａを凹部２２側へ乗り越えてしまう可能性が高くなる。
また、前記比率（Ｗ１／Ｗ０）を大きくした場合には、係合子４１又は４２が突起２１ａ又は２３ａを乗り越えるのに必要なトルクが大きくなるので、前記乗り越えの可能性を低減することができるが、通常状態において突起２１ａ又は２３ａが係合子４１又は４２に接触する可能性が高くなる。本実施例では、これらのことを考慮して、前記比率（Ｗ１／Ｗ０）を適宜な値に設定している。

凹部２２は、出力回転体２０の外周面から求心方向へ凹むとともに、出力回転体２０を軸方向へ貫通している。この凹部２２内の周方向の両端には、後述する入力回転体３０の押圧伝達部３１によって押圧される被押圧面２２ａ，２２ｂを有する。これら被押圧面２２ａ，２２ｂは、径方向へわたる平坦面状に形成され、一方の被押圧面２２ａは、一方のカム面２１と交差し、他方の被押圧面２２ｂは、他方のカム面２３と交差している。

係止部２５は、出力回転体２０の外周部において、背反する一方のカム面２１と他方のカム面２３との間に凹状に形成される。

入力回転体３０は、出力回転体２０に対し軸方向へ並ぶように設けられた略円盤状の部材である（図２参照）。
この入力回転体３０は、中心側において、軸方向の一端側（図２によれば左端側）を出力回転体２０に対し双方向へ回動するように嵌め合せ、また、軸方向の他端側に、軸部３３を突設している。軸部３３は、回転力を入力するための入力軸として用いてもよいし、該入力回転体３０を安定的に回転支持するための支持軸として用いてもよい。
また、入力回転体３０における出力回転体２０側の側面には、凹部２２毎に対応するように、周方向に所定間隔を置いて複数（図示例によれば３つ）の押圧伝達部３１が突設されている。

押圧伝達部３１は、出力回転体２０の凹部２２に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに凹部２２内から遠心方向へ突出する略扇形状に形成され、周方向の両端部に、出力回転体２０の被押圧面２２ａ，２２ｂに当接可能であって、且つ係合子４１，４２にも当接可能な当接面３１ａ，３１ｂを有する。

また、係合子４１，４２は、円柱状又は球状（図示例によれば円柱状）に形成され、一方及び他方のカム面２１，２３に対応して一対に設けられている。
一対の係合子４１，４２のうち、一方の係合子４１は、一方のカム面２１および収納室内周面１１ａに接触するように配置され、他方の係合子４２は、他方のカム面２３および収納室内周面１１ａに接触するように配置される。そして、各係合子４１，４２は、後述する付勢部材５０に押圧された状態で、凹部２２の各被押圧面２２ａ，２２ｂよりも凹部２２内側へ若干突出した位置で静止している。より詳細に説明すれば、各係合子４１，４２は、図１に示すように、これら係合子４１，４２間の中央位置から、収納室内周面１１ａの中心部を回転中心にして、２０〜３０°回転した位置に静止している。

付勢部材５０は、長尺平板状のばね材をＹ字二股状に曲げ成形したものであり、その曲げ部分が出力回転体２０の係止部２５に嵌合固定される。
この付勢部材５０において、二股状に分かれた各片部は、対応する係合子４１又は４２の外周面に当接して、係合子４１（又は係合子４２）を、カム面２１又は２３と収納室内周面１１ａとの間に押し付けている。

次に、上記構成のクラッチ機構１の動作について詳細に説明する。
先ず、出力回転体２０及び入力回転体３０の何れにも回転力が加わっていない状態（図１参照）では、係合子４１，４２が、それぞれ、付勢部材５０に押圧されて、カム面２１又は２３と収納室１１の内周面１１ａとの間の楔状部分に押し付けられ、出力回転体２０が静止状態に維持される。

前記状態において、入力回転体３０に、一方向への回転力が加わった場合には、入力回転体３０の押圧伝達部３１が、先ず一方の係合子４１に当接することで、該係合子４１とカム面２１との摩擦、および該係合子４１と収納室内周面１１ａとの摩擦が小さくなり、その後で、押圧伝達部３１が凹部２２内の被押圧面２２ａに当接して出力回転体２０を押動する。このため、出力回転体２０が前記一方向へスムーズに回転する。
また、入力回転体３０に前記一方向に対する逆方向の回転力が加わった場合も、前記と略同様にして、出力回転体２０が前記逆方向へスムーズに回転する。

また、前記静止状態において、出力回転体２０に外部から一方向又は他方向への回転力が加わった場合には、回転しようとする出力回転体２０のカム面２１又は２３と収納室内周面１１ａとの間に、係合子４１又は４２が食い込むようにして強く押し付けられるため、出力回転体２０の回転を阻まれる。

例えば、上記構成から突起２１ａ，２３ａを省いた構造では、係合子４１又は４２により出力回転体２０の回転を拘束した状態において、出力回転体２０に加わる回転力が異常に大きい場合や、カム面２１又は２３面や収納室内周面１１ａに摩耗や変形を生じている場合等に、係合子４１又は４２が、カム面２１又は２３と収納室内周面１１ａとの間を通り抜けて凹部２２側に噛み込み、解除不良を生じてしまうおそれがある。
しかしながら、本実施例のクラッチ機構１では、前記のような通り抜けを、突起２１ａ，２３ａによって阻むことができる。よって、摩耗や変形、係合子４１又は４２の噛み込み等に起因する作動不良を低減することができる。

なお、上記実施例によれば、外部から、出力回転体２０に対し一方向と他方向（時計方向と反時計方向）の何れの方向の回転力を加えた場合でも、係合子４１，４２等の作用によって出力回転体２０が拘束されるようにしたが、他例としては、何れか一方向の回転力を加えた場合のみ出力回転体２０を拘束する態様とすることが可能である。この態様は、例えば、上記クラッチ機構１から一方の係合子４１を全て省いた構成とすればよい。

また、上記実施例によれば、固定部材１０に対し出力回転体２０を回転自在に支持し、さらに出力回転体２０に対し入力回転体３０を回転自在に支持する構成（図２参照）としたが、この支持構造は、出力回転体２０と入力回転体３０がそれぞれ双方向へ回転する支持構造であればよく、他例としては、単一の軸部材によって出力回転体２０と入力回転体３０をそれぞれ回転自在に支持する構造等とすることが可能である。

また、上記実施例によれば、出力回転体２０の外周部に、カム面２１，２３、凹部２２、係合子４１，４２及び付勢部材５０等を３組並べ設けたが、他例としては、これらを２組又は４組以上設けることも可能である。

１：クラッチ機構
１０：固定部材
１１：収納室
１１ａ：収納室内周面
２０：出力回転体
２１，２３：カム面
２２：凹部
２２ａ，２２ｂ：被押圧面
２１ａ，２３ａ：突起
３０：入力回転体
３１：押圧伝達部
３１ａ，３１ｂ：当接面
４１，４２：係合子
５０：付勢部材

Claims (3)

1. 円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に収納された出力回転体と、前記出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、前記収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、
   前記出力回転体の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面と、前記カム面の前記一方側に隣接する凹部とを形成し、
   前記入力回転体に、前記凹部に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに前記凹部内から遠心方向へ突出する押圧伝達部を形成し、
   前記係合子を、前記カム面および前記収納室の内周面に接触するように配置し、
   前記入力回転体が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記押圧伝達部を前記係合子に当接した後に、同押圧伝達部を前記凹部内の周方向端面に当接して前記出力回転体を押動するようにしたクラッチ機構であって、
   前記カム面には、前記係合子との接触点よりも前記凹部寄りに、径外方向へ突出する突起が設けられていることを特徴とするクラッチ機構。
2. 前記突起は、通常状態において前記係合子に接触しないように設けられていることを特徴とする請求項１記載のクラッチ機構。
3. 前記突起を有する位置において、前記係合子の直径に対し、前記突起の頂部と前記収納室の内周面との間隔の比率の下限を、約０．９３としたことを特徴とする請求項１又は２記載のクラッチ機構。

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