KR100196907B1 - 일방향 구동장치 - Google Patents

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폴 비 피레스
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폴 비 피레스
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/12—Freewheels or freewheel clutches with hinged pawl co-operating with teeth, cogs, or the like

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Abstract

예를 들어서 오버러닝 클러치로 사용되는 본 발명에 따른 일방향 구동장치(60)는 공동의 축(63)을 중심으로 시계방향 및 반시계 방향으로 회전하도록 설치된 구동부재(74) 및 종동부재(76)를 포함하고 있다. 구동부재(74)는 공동의 축(63)에 수직한 평면의 구동면(84)을 포함하고 있으며, 이 구동면(84)을 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시킬 수 있도록 전원에 연결되어 있다. 종동부재(76)는 구동면(84)과 마주하는 관계로 밀접하게 위치되어 있는 평면의 종동면(86)을 포함하고 있다. 구동부재 및 종동부재(74 및 76)는 구동면 또는 종동면(84 또는 86) 중 어느 한면에 제공된 일렬의 구멍을(92)을 통해서 서로 연결되어 있으며 다른 한면에는 다수의 상응하는 멈춤쇠가 제공되어 있어서, 구동부재(74)가 반시계방향으로 회전될 때는 종동부재(76)를 함께 회전하도록 구동시키며, 구동부재(74)가 시계방향으로 회전될 때는 종동부재(76)를 구동시키지 않고서 자유롭게 회전하게 된다.

Description

일방향 구동장치
제1도는 종래 기술에 따른 랫치식 일방향 구동장치의 개략적인 측면도.
제2도는 종래 기술에 따른 롤러식 일방향 구동장치의 개략적인 측면도.
제3도는 종래 기술에 따른 스프랙식 일방향 구동장치의 개략적인 측면도.
제4도는 종래 기술에 따른 평면식 일방향 구동장치의 개략적인 평면도.
제5도는 본 발명에 따른 일방향 구동장치의 개략적인 축선방향 단면도.
제6도는 제5도에서 도시된 일방향 구동장치의 일부를 개략적으로 도시한 것으로서, 특히 구동부재 및 종동부재 그리고 이들 사이로 연결부재가 연결되지 않은 작동상태를 도시한 도면.
제7도는 제6도와 유사한 도면으로서, 구동부재 및 종동부재가 함께 회전할 수 있도록 연결되어 있는 작동상태를 도시한 도면.
제8도는 제5도의 구동장치중 구동부재의 측면도.
제9도는 제5도의 구동장치중 종동부재의 측면도.
제10도는 제5도의 구동장치중 연결부재의 일부를 형성하는 멈춤쇠 조립체의 개략적인 사시도.
제11도는 제10도의 선 11-11을 따라서 절단한, 멈춤쇠 조립체의 종단면도.
제12도는 제10도의 멈춤쇠 조립체의 평면도.
제13도는 제10도의 멈춤쇠 조립체가 연결위차와 연결되지 않은 위치의 사이로 이동하는 방법을 개략적으로 도시한 도면.
제14도 및 제15도는 제10도 내지 제13도의 연결부재가 연결위치와 연결되지 않은 위치의 사이로 이동하는 방법을 개략적으로 도시한 도면.
제1도에서 제4도까지는 앞에서 이미 설명되었으므로, 이제 제5도를 설명한다. 제5도는 본 발명에 따른 일방향 구동장치(60)를 도시한 것이다. 일방향 구동장치(60)는 입력축(62)을 포함하고 있으며, 입력축(62)의 일단부(64)는 그 종축(63)을 중심으로 입력축(62)이 시계방향 및 반시계 방향으로 회전할 수 있도록 전원(도시안됨)에 연결되도록 구성되어 있다. 입력축(62)의 타단부(66)는 베어링(68)을 지지하고 있고, 이 베어링(68)은 외곽(40)을 입력축 둘레로 회전할 수 있게 지지하고 있다. 입력축(62)에는 원주방향으로 일정한 간격을 두고서 일열의 스플라인(72)이 제공되어 있는데, 이 스플라인(72)은 멈춤쇠판(74)을 입력축과 함께 시계방향 및 반시계 방향으로 회전할 수 있게 지지하고 있다. 이후 상세히 설명되는 바와같이, 멈춤쇠판(74)은 일방향 구동장치(60) 전체에 대한 구동부재의 역할을 한다.
계속하여 제1도를 참조하면, 구동장치(60)는 종동부재의 역할을 하는 수용판(76)을 포함하고 있다. 베어링(68)의 둘레로 트러스트 튜브(78)가 동심으로 배열되어 있어서, 종축(63)을 중심으로 수용판(76)이 시계방향 및 반시계방향으로 회전할 수 있도록 지지한다. 특히 중요한 점은, 트러스트 튜브(78)가 전체적으로 수용판(76)에 고정되어 있으며 멈춤쇠판(74)의 상응하는 홈 안으로 뻗어있어서, 부분적으로 멈춤쇠판을 종축(63)을 중심으로 회전할 수 있도록 지지한다. 이와같은 구성에 있어서, 트러스트 튜브는 멈춤쇠판과 수용판을 그 공동 중심 둘레로 각각 독립적으로 회전할 수 있게 하는 동시에, 이들 판이 다음에 설명되는 방식으로 연결되었을 때 멈춤쇠판(74)으로부터 수용판(76)으로 전달되는 힘들에 대한 반작용으로 인하여 이들 두판의 사이에서 발생하는 축선방향으로의 어긋남을 방지해 준다.
다음에 보다 상세히 설명되는 바와같이, 본 발명에 따른 일방향 구동장치(60)는 입력축(62)과 멈춤쇠판(74)이 반시계방향으로 회전될 때 멈춤쇠판(74)과 수용판(76)이종축(63)을 중심으로 하여 입력축(62)과 함께 회전할 수 있도록, 본 발명에 따라서 이들 판을 서로 연걸시켜주는 연결부재를 포함하고 있다. 동시에, 이러한 연결부재는 입력축과 멈춤쇠판이 시계방향으로 자유롭게, 즉 수용판에 회전운동을 제공하지 않으면서 회전할 수 있게 해준다. 다시 말해서, 멈춤쇠판(74)은 반시계방향으로 회전될 때 수용판(76)을 동일한 방향으로 회전시키는 구동부재로서 작용하며, 수용판은 종동부재로서 작용한다. 동시에, 외곽(70)은 수용판(76)과 함께 회전할 수 있도록 연결시켜주는 역할을 한다. 제5도에 도시된 바와같이, 외곽(70)은 멈춤쇠판 및 수용판의 외주부 둘레로 전체적으로 뻗어있으며, 나사로 연결된 전단판(80)을 포함하고 있어서, 그 내부에 여러 부재들을 포함하는 덮게를 형성한다. 이와같은 덮개로서의 역할은, 멈춤쇠판(74)과 수용판(76) 사이에 발생되는 축선방향 트러스트를 방지하는 지지부로서의 작용도 겸하는 것이다. 한편, 외곽(70)과 입력축(62)의 사이에는 멈춤쇠판(74) 및 수용판(76)의 반대쪽으로 적절한 유밀 베어링(도시안됨)이 제공될 수 있어서, 이들 판을 포함하고 있는 공동을 윤활유로 가득 채울 수 있으며, 이에 따라서 멈춤쇠판(74)이 시계방향으로 자유롭게 회전될 때 이들 두판은 서로에 대해서 분리되어 유체 동력학적으로 부유되는 상태로 될 수가 있다.
이제 이러한 일방향 구동장치(60)의 세부사항들을 보다 상세히 설명한다. 멈춤쇠판(74)과 수용판(76)은 각각 서로 마주하는 표면(84와 86)을 갖추고 있으며, 이들 표면은 제8도 및 제9도에 도시되어 있다. 제8도에 도시된 바와 같이, 구동면의 역할을 하는 표면(84)은 원주방향으로 등간격으로 이격된 일렬의 홈(88)을 포함하는데, 이들 홈(88)은 반경방향으로 전체 표면(84)을 따라서 뻗어있다. 각각의 홈(88)안에는 제10도 내지 제12도를 참조하여 다음에 상세히 설명될 멈춤쇠 조립체(90)가 각각 제공되어 있다. 마찬가지로, 표면(86)은 원주방향으로 등간격으로 이격된 일렬의 홈(92)을 포함하고 있는데, 홈(92)은 홈(88)보다 그 수가 많으며 전체 표면(86)을 따라서 반경방향으로 뻗어있다. 멈춤쇠 조립체를 각각 포함하고 있는 모든 홈(88) 및 모든 홈(92)은 모두가 다음에 설명되는 연결부재를 형성하는 것이다. 다음에 상세히 설명되는 바와같이, 멈춤쇠판(74) (즉, 구동부재)이 반시계방향으로(제5도에서 종축(63)을 중심으로 왼쪽으로부터 오른쪽으로) 회전될 때, 하나의 멈춤쇠 조립체(90)가 하나가 홈(92)과 결합하게 되며, 이에 따라서 수용판(76)(즉, 종동부재)이 멈춤쇠판과 함께 회전하게 된다. 반면에, 멈춤쇠판(74)이 반시계방향으로 회전될때는, 모든 멈춤쇠 조립체(90)가 그 각각의 홈(88)안에 그대로 유지되며 어떤 홈(92)과도 결합되지 못한다. 그 결과, 멈춤쇠판(74)은 반시계 방향으로 자유롭게 회전하게 된다.
이제 제10도 내지 제12도를 참조하면, 하나의 멈춤쇠 조립체(90)는 두께보다 폭이 더 큰 장방형 단면을 가지며 종방향으로 연장흔 멈춤쇠(94)를 포함하고 있으며, 그 중앙을 관통하는 종축(96)이 도시되어 있다. 또한, 멈춤쇠 조립체(90)는 제트(Z) 형상의 안쪽 비틀림 스프링(98) 및 동일한 형상의 바깥쪽 비틀림 스프링(100)을 포함하고 있는데, 이들 스프링은 각각의 관련된 멈춤쇠(94)를 상응하는 홈(88)안으로 스프링 작용에 의해서 지지하는 역할을 한다. 특히, 제10도 및 제11도에 도시된 바와 같아 안쪽 비틀림 스프링(98)은 멈춤쇠(94)의 하단부 중앙에 설치된 상응하는 홈한에 배열되어 있는 단부(102)와, 멈춤쇠의 뒷면(106)을 따라 뻗어있는 중앙부(104)와, 그리고 뒷면(106)으로 수직하게 뻗어나온 상부(108)를 포함하고 있다. 마찬가지로, 바깥쪽 비틀림 스프링(100)도 상단부에 상응하는 홈을 갖추고 있는 멈춤쇠(94)의 단부를 따라서 위치되어 있다.
제6도 및 제7도에 잘 도시된 바와 같이, 하나의 멈춤쇠(94)는 상응하는 하나의 홈(88)안에 그 전체가 들어갈 수 있도록 배열되며, 스프링(98 및 100)의 서로 인접한 각각의 단부(108)는 홈(88)의 상응하는 구멍안으로 (제8도 참조), 그리고 스프링의 중앙부(104)는 홈의 뒷면을 가로지르며 길이방향으로 제공된 상응하는 슬롯안으로 (제6도 및 제7도 참조) 각각 배열된다. 더욱이, 스프링들은 멈춤쇠가 멈춤쇠판(74)의 표면(84)의 바깥쪽으로 각도(A)(본 실시예에서는 20˚)만큼 회전되면 정지할 수 있도록 구성되어 있다. 이와같이, 멈춤쇠는 제12도의 화살표(110) 방향으로 종축(96)을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 스프링 작용을 받는다. 다시 제6도 및 제7도를 참조하면, 각각의 홈(92)이 표면(84)과 예각을 이루면서 수용판(76) 안으로 뻗어있어서, 이러한 홈의 전체 길이방향으로 한쪽 가장자리를 형성하는 멈춤쇠 결합면(112)을 이루고 있음을 알 수가 있다. 동시에, 홈(88)은 2개의 홈(88 및 92)이 서로에 대해서 반경방향으로 정렬되었을 때 어깨부(112)에 대해서 평행하게 멈춤쇠 결합어깨부(114)를 형성하는 안쪽으로 경사진 길이방향 부분을 포함하고 있다. 임의의 홈(88)이 어느 하나의 홈(92)과 반경방향으로 정렬되지 않는한, 수용판(76)의 표면(86)은 멈춤쇠(94)를 홈(88) 안으로 밀어넣어서 제6도에 도시된 바와 같이 그 안에 전체적으로 유지시킨다. 따라서, 멈춤쇠판(74)이 제6도에 도시된 화살표(116)를 따라서 시계방향으로 회전되면, 멈춤쇠(94)는 어깨부(112)와 연결되지 않고 홈(92)을 넘어서 지나쳐 버린다. 멈춤쇠판(74)이 빠르게 회전된다 하여도, 멈춤쇠는 순간적으로 홈(92)안으로 피봇회전되지 못한다. 반면에, 멈춤쇠판(74)이 화살표(116)의 반대쪽으로 반시계방향으로 회전되면, 첫 번째 홈(88)은 그 다음의 홈(88)이 상응하는 다음의 홈(92)과 반경방향으로 정렬되기 전에 먼저 첫 번째 홈(92)과 반경방향으로 정렬될 것이다. 이에 따라서, 첫 번째 홈(88)안에 있는 멈춤쇠(94)는 제13도에 도시된 바와 같이 그 제일 앞쪽의 길이방향 가장자리(118)가 어깨부(112)와 결합할때까지 스프링 작용에 의해서 윗쪽으로 밀려져서, 수용판(76)을 멈춤쇠판과 함께 회전시킨다. 동시에, 뒤쪽의 길이방향 가장자리(120)는 어깨부(114)와 결합되게 된다.
제13도를 참조하면, 홈(92)의 어깨부(112)는 예각(B)를 이루며 표면(86) 안으로 뻗어있음을 알 수 있다. 이를 입사각도라 하는데, 멈춤쇠판(74)이 시계방향으로 회전될 때 수용판(76)을 이 멈춤쇠판(74)과 연결시키기 위해서 멈춤쇠판(74)이 어깨부(112)와 결합하는 것이다. 불가능한 일이지만 입사각도(B)가 최대로 90°인 경우에, 멈춤쇠에 가해지는 압축하중의 100%가 전달 토오크로서 수용판에 전달 된다. 실제로는, 본 실시예에서 입사각도(B)는 77°이다. 이러한 입사각도에서는, 멈춤쇠에 가해지는 압축하중의 97.4%가 전달토오크로서 수용판에 전달된다.
계속하여 제13도를 참조하면, 멈춤쇠(94)는 홈(88)내에 전체적으로 수용되는 그 비결합 위치로부터 어깨부(112)와 각도(C)를 이루며 결합하는 결합위치까지 피봇회전함을 알 수 있다. 멈춤쇠는 길고 가늘며 폭이 좁기 때문에 이러한 각도(C)를 비교적 작게 할 수가 있다. 본 실시예에서, 각각의 멈춤쇠는 그 길이가 0.6 인치이고 폭이 0.3 인치이며 두께는 0.4 인치로서, 그 종축(96)을 중심으로 단지 13°의 각도(C) 만큼만 피봇회전한다. 이는, 제1도에 도시된 랫치식 클러치의 멈춤쇠가 40°정도의 각도만큼 피봇회전 하는 것과 비교된다고 할 수 있다. 동시에, 멈춤쇠(94)는 길이가 갈기 때문에, 그 각각의 결합 가장자리(118 및 120)의 표면적이 넓어서 각각의 멈춤쇠는 비교적 넓게 압축하중을 수용할 수가 있다. 더욱이, 각각의 멈춤쇠가 작은 폭을 가지기 때문에, 그 관성 모멘트는 매우 작다. 본 실시예에서, 각각의 멈춤쇠는 홈(88)안에 전체적으로 수용된 오버러닝 위치로부터 어깨부(112)와 결합하게 되는 잠금위치 또는 결합위치까지 약 0.5msec 동안 이동한다. 이는, 전체 구동장치가 고속의 오버러닝 클러치에 적합함을 말해주는 것이다.
앞서 설명한 바와같이, 멈춤쇠판(74)뿐만 아니라 수용판(76)에도 홈(92)이 제공되어 있다. 더욱이, 이들 홈의 수는 각각의 판이 서로 공동영역을 가지지 않도록 선택된다. 그 결과, 멈춤쇠판(74)이 수용판(76)에 대해서 상대적으로 시계방향으로 회전할 때, 어느 한 순간에도 하나의 멈춤쇠판이 상응하는 홈(92)과 정확하게 반경방향으로 정렬된다. 그 결과, 멈춤쇠판(74)은 정지위치로부터 반시계방향으로 회전한 후에, 단지 하나의 멈춤쇠판이 상응하는 홈(92)안으로 잠궈진다. 본 실시예에서는, 10개의 멈춤쇠 및 21개의 홈(92)이 제공되었다. 이는, 멈춤쇠판에 대해서 수용판이 결합되는 210개의 서로 다른 결합 위치가 제공되는 궤도수정(vernier) 효과를 제공한다. 이는, 상대운동에서 최소로 매1.7°마다 결합할 수 있음을 의미한다. 이에 따라서, 멈춤쇠판은 하나의 멈춤쇠가 상응하는 홈안으로 잠궈지기 전에 기껏해야 1.7°만큼만 방향없이 회전해야 한다. 그 결과, 멈춤쇠판이 수용판과 결합되기 전에 어떠한 속도로도 빠져나갈 수 없어서, 충격이 감소되고, 결합작동이 비교적 매끄럽다.
반경방향으로 뻗은 멈춤쇠(94) 및 홈(92)을 제공함으로써, 제14도에 도시된 바와 같이 멈춤쇠판이 반시계 방향으로 자유롭게 회전될 때, 독특한 잇점이 제공된다. 제15도는, 멈춤쇠판이 시계방향으로 회전함에 따라서 하나의 멈춤쇠가 상응하는 홈에 근접하게 되는 것을 도시하고 있다. 특히, 멈춤쇠가 홈과 반경방향으로 정확히 정렬될때에만 제6도에 도시된 위치로부터 제7도에 도시된 위치로 피봇회전할 수 있다는 점이 중요하다. 다른 모든 시점에서는, 홈과 정확히 정렬되지 않은 멈춤쇠의 적어도 일부가 존재하여서, 멈춤쇠가 바깥쪽으로 피봇회전하는 것을 방지한다. 그 결과, 멈춤쇠판이 비교적 고속으로 시계방향으로 자유롭게 회전될때에는, 멈춤쇠들이 바깥쪽으로 피봇회전하여서 홈안으로 정렬될 수 있는 시간이 순간적이다. 대부분의 경우에, 이러한 시간은 멈춤쇠가 거의 이동할 수 없을 정도로 짧아서, 멈춤쇠에 최소의 마모만이 가해진다. 실제로는 본 발명에 따른 구동장치(60)가 앞서 설명한 바와같이 오일로 채워져있는 경우에는,멈춤쇠판(74)이 자유롭게 회전할 때 멈춤쇠들은 거의 움직이지 못한다.
본 발명에 따른 일방향 구동장치(60)가 상응하는 홈 보다 다소 적거나 많은 멈춤쇠를 포함할 수도 있으며, 이는 그 사용도에 따라서 변경될 수 있음은 자명하다. 또한, 구동부재(멈춤쇠판)가 종동부재로서, 그리고 종동부재(수용판)가 구동부재로서 작용할 수도 있을 것이다. 따라서, 종동부재이건 구동부재이건간에 어느 한쪽이 멈춤쇠를 가지게 되며, 어느 경우든 간에 상관없이 본 발명의 범주에 속하는 것이다. 앞서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 일방향 구동장치(60)는 특히 오버러닝 클러치에 적합하다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명은 오버러닝 클러치와 같은 일방향 구동장치에 관한 것이며, 특히 서로 평행하게 (평면으로) 구성된 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 2가지 유형의 오버러닝 클러치가 있는데, 하나는 랫치식(ratchet type)클러치이고, 다른 하나는 롤러식 클러치나 스프랙식 클러치(sprag clutch)와 같은 견인력 잠금식 클러치(traction locking clutch)이다. 이들 각각에 대해서는 이루 보다 상세히 설명한다. 지금은 랫치식 클러치가 2개의 동심으로 배열된 회전부재들의 2개의 놋치를 갖춘 표면들 사이로 멈춤쇠(pawl)를 끼워 넣음으로써 잠궈진다는 점을 지적하는 것으로 충분하다. 한편, 견인력 잠금식 클러치는 2개의 동심으로 배열된 회전부재들 사이로 롤러나 스프랙을 쐐기식으로 끼워 넣도록 구성되어 있다. 이러한 모든 경우에 있어서, 토오크 전달을 발생시키는 몇가지 인자가 있다. 그중 하나는 바로 2개의 회전 부재들 사이로 끼워지는 부재(멈춤쇠나 롤러 또는 스프랙)의 입사각이며, 이러한 입사각은 끼워지는 부재상이 2개의 접촉지점을 지나는 가상의 선분과 클러치의 축 및 하나의 접촉지점을 지나는 반경방향 성분의 사이로 형성되는 예각이다. 입사각은, 토오크로서 전달되는, 끼워지는 부재상에 작용되는 압축하중의 비율을 결정한다. 입사각의 싸인값과 압축하중을 곱하면 토오크로서 전달되는 량이 된다. 입사각이 90˚이면, 압축하중의 전체가 토오크로서 전달된다. 토오크전달을 발생시키는 다른 하나의 인자는 끼워지는 부재 즉, 멈춤쇠나 롤러 또는 스프랙의 작동속도이다. 또 다른 하나의 인자는 이들 끼워지는 부재의 강도이다.
오버러닝 클러치중 전형적인 랫치식 클러치의 한 예가 제1도에 도시되어 있다. 랫치식 클러치(10)는 안쪽 허브(12) 및 동심으로 배열된 바깥쪽 외곽(14)을 포함하고 있다. 구동부재로서 작용하는 허브(12)의 외주부 둘레에는 다수의 멈춤쇠가(16)가 상응하는 홈(18) 안에 제공되어 있다. 한편, 외곽(14)의 내주부에는 멈춤쉬(16) 및 이와 관련된 홈(18)과 각각 마주하는 관계로 일련의 노치(20)가 형성되어 있다. 멈춤쇠(16)는 화살표(22) 방향으로 도시된 바와같이 바깥쪽으로 회전하도록 스프링의 작용을 받는다. 이와 같은 구성에 있어서, 허브(12)가 적절히 연결되어 있는 전원에 의해서 제1도에 도시된 바와같이 시계방향으로 작동되면, 어느 한 멈춤쇠, 예를들면 멈춤쇠(16A)의 단부가 이에 관련된 하나의 노치(20)에 의해서 형성되어 있는 상응하는 어깨부(24)와 결합하여서, 바깥쪽 외곽(14)을 시계방향을 작동시킨다. 반면에, 허브(12)가 반시계방향으로 작동되면, 멈춤쇠(16)는 외곽(14)을 작동시키지 못하고 자유롭게 회전하게 된다.
이제 제2도를 참조하면, 종래의 롤러식 클러지(26)가 도시되어 있다. 롤러식 클러치(26)는, 랫치식 클러치와는 반대로 종동부재로서 작용하는 안쪽허브(28), 및 구동부재로서 작용하며 동심으로 배열된 바깥쪽 외곽(30)을 포함하고 있다. 제2도에 도시된 바와 같이, 외곽(30)의 내주부에는 원주방향으로 등간격을 이루며 일련의 홈(32)이 형성되어 있으며, 각각의 홈(32) 안에는 스프링에 의해서 힘을 받고 있는 롤러(34)가 제공되어 있다. 각각의 롤러(34)는, 상응하는 각각의 홈(32) 내에서 원주방향으로, 상응하는 경사부(36) 쪽으로 혹은 경사부(36)와 멀어지는 쪽으로 각각 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 작동에 있어서, 제2도에 도시된 바와같이 외곽(30)이 반시계 방향으로 회전되면, 롤러(34)가 안쪽 허브(28)와 경사부(34) 사이에서 압착되어서 안쪽 허브(28)를 반시계 방향으로 회전시킨다. 반대로, 외곽(30)이 시계방향으로 회전되면, 롤러(34)는 자체적으로 홈(32)의 경사지지 않은 부분과 허브(28)의 사이로 위치되어서, 외곽(30)은안쪽 허브(28)를 회전시킴이 없이 자유롭게 회전하게 된다.
이러한 롤러식 클러치와 유사한 방식의 종래의 스프랙식 클러치(38)가 제3도에 도시되어 있다. 스프랙식 클러치(38)도 각각 안쪽 허브(38) 및 동심으로 배열된 바깥쪽 외곽(40)을 포함하고 있다. 안쪽 허브와 바깥쪽 외곽의 사이에는 원주방향으로 이격되어 있는 일열의 스프랙(42)이 배열되어 있으며, 이들 스프랙(42)은 제3도에 도시된 바와같이 시계방향 및 반시계방향으로 제한된 피봇회전 운동을 할 수 있도록 장착되어 있다. 외곽(40)이 반시계 방향으로 회전되면, 스프랙(42)이 외곽(40)과 안쪽허브(38)의 사이로 쐐기모양으로 끼워져서 안쪽허브(38)를 동일한 방향으로 회전시킨다. 반면에, 바깥쪽 외곽(40)이 시계방향으로 회전되면, 스프랙(42)은 동일한 방향으로 피봇회전하며 외곽(40)과 허브(38) 사이로 끼워지지 않아서 외곽(40)만이 자유롭게 회전하게 된다.
지금까지 설명한 3가지 유형의 오버러닝 클러치에는 많은 결점이 있다. 먼저 랫치식 클러치(10)를 고려하면, 멈춤쇠(16)와 외곽(14)의 어깨부(24)의 사이의 비교적 바람직한 입사각도를 제공하는 반면에, 랫치식 멈춤쇠(16) 자체의 크기가 비교적 크고, 어깨부(24)와 결합하기 위해서 큰 원호를 그리며 이동해야만 한다. 이는, 강도가 큰 스프링이 필요할 뿐만 아니라 각각의 멈춤쇠가 그 큰 운동의 관성으로 인하여 저속으로 작동한다는 제한을 받는다. 더욱이, 랫치의 결합방법은 각각 독립적으로 결합하는 다수의 멈춤쇠와 노치의 수에 따르기 때문에, 랫치식 클러치는 다수의 작은 멈춤쇠 및 노치에 대한 공간을 제공하기 위한 토오크 손실이 발생되고, 따라서 제공되는 하중의 이득을 얻기가 어렵다.
다음으로 제2도에 도시된 롤러식 클러치(26)에 대해서 고려하면, 다수의 롤러에 할당되는 하중은 상당하지만, 롤러에 대한 작은 입사각도(통상적으로 7˚이하)를 가진다. 이는, 롤러가 압측하중의 작은 부분만을 토오크로서 전달하며, 이러한 압축하중의 적어도 95%를 클러치를 파괴시키는 반경방향 힘으로서 잃어버린다는 것을 의미한다. 더욱이, 자유롭게 작동하는 방향으로 회전하는 롤러가 경사부상의 한 지점에 대해서 힘을 받으며, 반면에 회전에 의해서 가속화 되는 마모 및 영구파괴가 가능하다는 결점이 있다. 제3도에 도시된 스프랙식 오버러닝 클러치(26)는, 제2도에 도시된 롤러식 클러치와 마찬가지로 큰 하중을 받지만, 작은 입사각도 및 접촉표면적에 문제점이 있다. 그러나, 스프랙식 클러치는 다수의 하중전달 부재들을 포함하고 있으므로, 롤러식 클러치에 비해서 스프랙을 작동시킴으로 발생되는 마모가 특정한 접촉지점에서 집중되기 보다는 레이스를 따라서 균등하게 분포된다는 잇점을 가진다.
이상 설명한 종래의 모든 클러치는 동심으로 배열된다는 특징을 가지는데, 즉 동심으로 배열된 구동부재 및 종동부재를 포함하고 있는 것이다. 제4도는 서로 평행한 또는 평면으로 구성된 종래의 일방향 구동장치를 도시한 것인데, 종동부재 및 구동부재가 서로 동심으로 배열되어 있지 않고 서로 마주하는 평면상에 설치되어 있다. 이러한 유형의 클러치(44)는 각각 구동부재(46) 및 종동부재(48)를 포함하고 있다. 구동부재 및 종동부재는 각각 서로 밀접하게 마주한 동축표면(50 및 52)를 갖추고 있다. 구동표면(50)은 둥글게 경사진 일열의 섬유(54)를 포함하고 있으며, 이들 섬유(54)는 종동표면(52)상에 설치된 상응하는 형상의 재료(56)와 결합하고 있다. 구동부재(46)가 그 뒤쪽으로 화살표로 도시된 시계방향으로 회전되면, 섬유(54)가 재료(56)와 결합하여서 종동부재(48)를 동일한 방향으로 회전시킨다. 반면에, 구동부재가 반시계 방향으로 회전되면, 섬유가 재료상에서 미끄럼이동하여서 구동부재만이 자유롭게 회전하게 된다. 이와같은 유형의 클러치는 토오크가 낮은 경우에 적합할지는 모르지만, 토오크가 큰 경우에는 적용하기 어렵다.
이상 여러 가지 유형의 종래의 일방향 구동장치를 설명하였다. 모든 종래의 일방향 구동장치는 각각 많은 결점이 있다. 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 목적은 종래의 문제점들을 극복한 일방향 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 주목적은 스프랙식이나 롤러식 클러치에 비해서 강도 및 랫치의 토오크 변환 그리고 고속작동성능을 제공하며 동시에 긴 수명(변형에 대한 저항)과 위험시의 바람직한 구동(미끄럼이 없는)을 갖추고 있어서 특히 헬리콥터나 엘리베이터용 콘베이어등에 사용하기 적합한 일방향 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 스프랙식이나 롤러식 클러치에 비해서 소형이고 제조비가 저렴하여서 오버러닝 클러치에 사용하기 적합한 일방향 구동장치를 제공하는 것이다.
이후 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에 다른 일방향 구동장치는 구동부재, 종동부재 및 연결부재를 포함하고 있다. 구동부재는 고정축을 중심으로 시계방향 및 반시계방향으로 회전할 수 있게 장착되어 있으며, 고정축에 수직한 평면의 구동면을 포함한다. 종동부재도 고정축을 중심으로 회전가능하게 장착되어 있으며, 구동면과 마주하는 관계로 밀접하게 위치된 평면의 종동면을 포함한다. 연결부재는 종동면내에 제공된 일열의 구멍 및 구동면에 제공된 다수의 상응한느 멈춤쇠를 포함하고 있어서, 구동부재가 적절한 전원에 의해서 시계방향으로 회전될 때 구동부재가 종동부재를 고정축을 중심으로 시계방향으로 회전시킬 수 있도록 작용한다. 동시에, 연결부재는 구동부재가 고정축을 중심으로 반시계 방향으로 종동부재를 회전시키지 않고서 자유롭게 회전할 수 있도록 작용한다. 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 멈춤쇠는 종래의 일방향 구동장치(10)의 일부를 형성하는 멈춤쇠(16)와 유사하게 작용한다. 즉, 구동부재가 시계방향으로 회전할 때 하나의 멈춤쇠의 구동헤드가 종동부재의 하나의 구멍의 상응하는 어깨부와 결합하며, 이후 설명되는 바와같이 비교적 작은 입사각도를 형성한다. 이러한 방식에 의해서, 멈춤쇠에 작용하는 대부분의 압축하중이 토오크로서 전달된다. 동시에, 이후 명백히 설명되는 바와같이, 멈춤쇠를 그 관련된 구멍과 결합시키기 위해서, 종래의 일방향 구동장치(10)의 멈춤쇠(16)와는 달리 하나의 멈춤쇠만이 조금만 회전하게 된다. 더욱이, 본 발명에 따른 멈춤쇠는 길이가 길고 폭이 좁으며 그 종축을 중심으로 작은 피봇 회전 각도로서 그 결합위치로 속히 피봇회전할 수 있을 뿐만 아니라, 작은 스프링 작용만을 필요로 하는 작은 관성 모멘트에 의해서 작동될 수 있다. 이는, 본 발명에 다른 일방향 구동장치가 고속의 오버러닝 클러치로 작동하기 적합하다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 멈춤쇠의 또 다른 잇점은 멈춤쇠의 회전축의 방향에 있다. 특히 회전축이 구동부재 및 종동부재의 회전축에 대해서 반경방향으로 연장한다는 점에 주목해야 한다. 이는, 멈춤쇠의 피봇 회전운동이 전체의 구동장치의 원심효과에 영향을 받지 않음을 의미하는 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

Claims (23)

  1. 일방향 구동장치로서, (a) 하나의 고정축을 중심으로 시계방향 및 반시계 방향으로 회전할 수 있도록 설치된 구동부재로서 상기 고정축에 수직한 평면의 구동면을 포함하고 있으며 상기 고정축을 중심으로 상기 구동면을 시계방향 및 반시계방향으로 회전시키기 위한 전원과 연결되어 있는 구동부재와, (b) 상기 고정축을 중심으로 적어도 시계방향으로 회전할 수 있도록 설치된 종동부재로서 상기 구동면과 서로 마주하는 관계로 상기 구동면 부근에 위치된 편평한 종동면을 포함하고 있는 종동부재와, 그리고 (c) 상기 종동면내에 멈춤쇠 결합 종동 어깨부를 형성하는 제 1 열의 종동구멍, 상기 구동면내에 멈춤쇠 결합 구동 어깨부를 형성하는 제 2 열의 구동구멍, 및 상기 구동면에 제공되어서 마주하는 어깨부 결합 가장자리를 각각 갖추고 있는 다수의 상응하는 멈춤쇠로 구성되어 있는 연결부재로서 상기 구동부재가 상기 전원에 의해서 반시계 방향으로 회전될 때는 상기 구동부재가 상기 고정축 둘레로 상기 종동부재를 반시계 방향으로 회전시키도록 작용하며 상기 구동부재가 상기 전원에 의해서 시계방향으로 회전될 때는 상기 구동부재가 상기 종동부재를 회전시키지 않고 자유롭게 회전하도록 작용하는 연결부재를 포함하고 있으며, 상기 연결부재의 상기 제 1 및 제 2 열의 구멍들 및 다수의 멈춤쇠는 상기 구동부재가 반시계 방향으로 회전하게 될 때 상기 오직 하나의 멈춤쇠의 마주하는 어깨부 결합 가장자리가 각각 한 쌍의 상기 구동 및 종동구멍의 인접한 상기 구동 및 종동 어깨부들과 결합하여서 상기 멈춤쇠의 상기 결합 가장자리들 사이로 상기 하나의 멈춤쇠를 따라서 압축하중이 가해지도록 구성되어 있는 일방향 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 멈춤쇠의 길이가 그 폭보다 크고 그 두께보다는 그 폭이 커서 길이방향으로 종축을 형성하고 있으며, 상기 연결부재가 상기 멈춤쇠와 상기 구동면을 상기 고정축을 중심으로 서로 등간격으로 이격된 상태로 연결시키는 연결수단을 더 포함하고 있어서, 상기 각각의 멈춤쇠의 상기 종축이 상기 고정축으로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어있는 일방향 구동 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 구멍의 길이가 그 폭보다 길고 그 깊이 보다는 그 폭이 넓어서 길이방향으로 종축을 형성하고 있으며, 상기 구멍이 상기 고정축 둘레로 서로 등간격으로 이격된 상태로 상기 구동면내에 배열되어 있어서, 상기 각각의 구멍의 상기 종축이 상기 고정축으로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어있는 일방향 구동장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 연결부재가 상기 멈춤쇠 보다 더 많은 숫자의 구멍을 포함하고 있는 일방향 구동장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 각각의 멈춤쇠가 그 관련된 상기 구동구멍들 중 어느 하나에 의해서 상기 멈춤쇠의 홈내에서 상기 구동면과 연결되어 있으며, 상기 연결수단이 상기 각각의 멈춤쇠에 대한 스프링 부재를 포함하고 있고, 상기 스프링 부재는 상기 멈춤쇠가 그 홈안에 전체적으로 삽입되어 있는 제 1 위치와 상기 멈춤쇠의 일부가 그 홈의 밖으로 뻗어나온 제 2 위치의 사이에서 상기 멈춤쇠의 종축을 중심으로 그 관련된 멈춤쇠를 피봇회전 가능하게 지지하고 있으며, 상기 제 2 위치에서 상기 홈의 밖으로 뻗어나온 상기 멈춤쇠의 일부는 상기 구동부재가 반시계 방향으로 회전될 때는 상기 구멍 중 어느 하나의 특정한 멈춤쇠 결합면과 결합되어서 상기 구동부재가 상기 종동부재를 반시계 방향으로 회전시키도록 작용하지만 상기 구동부재가 시계방향으로 회전될 때는 상기 특정한 멈춤쇠 결합면과 결합하지 않도록 구성된 일방향 구동장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 각각의 스프링 부재가 그 관련된 상기 멈춤쇠를 상기 제 1위치와 상기 제 2 위치의 사이로 피봇회전운동 할 수 있도록 지지하여서, 상기 멈춤쇠가 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에서 최대로 약 13°정도 피봇회전운동 할 수 있는 일방향 구동장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 종동구멍의 각각의 상기 종동 어깨부가 상기 구멍의 한쪽 종방향 가장자리를 형성하고 있는 편평한 어깨부이며, 상기 종동면을 포함하는 평면과 특정한 각도를 이루며 뻗어있는 평면내에서 폭의 방향으로 놓여져 있는 일방향 구동장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 각각의 어깨부의 상기 특정한 각도가 약 77°인 일방향 구동장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 구동부재 및 상기 종동부재의 회전중심인 상기 종축을 형성하고 있는 트러스트 튜브를 더 포함하며, 상기 트러스트 튜브는 상기 종동부재를 전체적으로 지지하고 상기 구동부재를 부분적으로 지지하여서 상기 구동부재와 상기 종동부재 사이에 축선방향 정렬을 제공하며, 상기 일방향 구동장치가 상기 구동부재를 상기 전원에 연결시키는 연결수단을 더 포함하고 있는 일방향 구동장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 종동부재와 연결되어 있고, 상기 종동부재로부터 상기 구동부재의 둘레로 상기 구동면 반대쪽의 상기 구동부재의 표면을 따라서 연장하여 상기 구동부재의 둘레로 하우징을 형성하고 있는 수단을 더 포함하고 있는 일방향 구동장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 멈춤쇠의 폭이 그 두께보다 크고, 상기 각각의 멈춤쇠의 상기 어깨부 결합 가장자리가 상기 멈춤쇠의 두께 및 길이에 의해서 형성된 장방형의 편평한 표면이며, 상기 구동부재 및 상기 종동부재가 반시계 방향으로 회전하는 중에 상기 하나의 멈춤쇠를 따라서 가해지는 하중이 상기 하나의 멈춤쇠의 폭을 가로지르며 분포되는 일방향 구동장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 각각의 멈춤쇠의 길이가 그 폭보다 큰 일방향 구동장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 연결부재는 상기 멈춤쇠가 상기 종동부재의 상기 종동 어깨부와 결합하는 쪽으로 밀리는 제 1 위치와 상기 종동 어깨부와 분리되는 제 2 위치의 사이로 상기 멈춤쇠가 이동할 수 있도록 상기 구동부재에 연결시키는 연결수단을 포함하고 있으며, 상기 멈춤쇠 및 그 각각의 상기 연결 수단은 상기 구동부재 및 상기 종동부재의 반시계 방향의 회전중에 상기 하나의 멈춤쇠를 따라서 가해지는 압축하중이 상기 멈춤쇠의 상기 연결수단에 의해서가 아니라 상기 구동부재와 상기 종동부재 그리고 상기 하나의 멈춤쇠에 의해서 전체적으로 수용되도록 구성되어 있는 일방향 구동장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 각각의 연결수단은 그 관련된 상기 멈춤쇠가 그 마주하는 어깨부 결합 가장자리와 평행하게 상기 멈춤쇠를 관통하는 축을 중심으로 상기 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 피봇회전운동하도록 지지하여서, 상기 멈춤쇠가 상기 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 최대로 약 13°피봇회전 운동하는 일방향 구동장치.
  15. 일방향 구동장치로서, (a) 하나의 고정축을 중심으로 시계방향 및 반시계 방향으로 회전할 수 있도록 설치된 구동부재로서 상기 고정축에 수직한 평면의 구동면을 포함하고 있으며 상기 고정축을 중심으로 상기 구동면을 시계방향 및 반시계 방향으로 회전시키기 위한 전원과 연결되어 있는 구동부재와, (b) 상기 고정축을 중심으로 적어도 시계방향으로 회전할 수 있도록 설치된 종동부재로서 상기 구동면과 서로 마주하는 관계로 상기 구동면 부근에 위치한 편평한 종동면을 포함하고 있는 종동부재와, 그리고 (c) 상기 구동부재내에 구동 어깨부를 가지는 제 1 열의 구동구멍, 상기 종동면내에 종동 어깨부를 가지는 제 2 열의 종동구멍, 및 상기 표면들 중 어느 하나에 제공된 마주하는 어깨부 결합 가장자리를 각각 가지는 다수의 상응하는 멈춤쇠로 구성되어 있는 연결부재로서 상기 구동부재가 상기 전원에 의해서 반시계 방향으로 회전시키도록 작용하고 상기 구동부재가 상기 전원에 의해서 시계방향으로 회전될 때는 상기 종동부재를 회전시키지 않고서 자유롭게 회전하도록 작용하는 연결부재를 포함하고 있으며, 상기 연결부재의 상기 제 1 및 제 2 열의 구멍 및 상기 다수의 멈춤쇠는 상기 구동부재가 반시계 방향으로 회전하게 될 때 상기 오직 하나의 멈춤쇠의 마주하는 어깨부 결합 가장자리가 각각 한 쌍의 상기 구동 및 종동구멍의 인접한 상기 구동 및 종동 어깨부들과 결합하여서 상기 멈춤쇠의 상기 결합 가장자리들 사이로 상기 하나의 멈춤쇠를 따라서 압축하중이 가해지도록 구성되어 있는 일방향 구동장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 각각의 멈춤쇠의 폭이 그 두께보다 크고, 상기 각각의 멈춤쇠의 상기 어깨부 결합 가장자리가 상기 멈춤쇠의 두께 및 길이에 의해서 형성된 장방형의 평행한 평면이며, 상기 구동부재 및 상기 종동부재의 반시계 방향으로의 회전중에 상기 하나의 멈춤쇠에 가해지는 압축하중이 상기 하나의 멈춤쇠의 폭을 가로지르며 분포하는 일방향 구동장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 각각의 멈춤쇠의 길이가 그 폭보다 큰 일방향 구동장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 연결부재가 상기 각각의 멈춤쇠를 상기 종동면 또는 구동면에 연결시키는 연결수단을 포함하고 있으며, 상기 멈춤쇠 및 그 관련된 각각의 상기 연결수단은 상기 구동부재 및 상기 종동부재의 반시계 방향으로의 회전중에 상기 하나의 멈춤쇠에 가해지는 압축하중이 상기 멈춤쇠의 상기 연결수단에 의해서가 아니라 상기 구동부재와 상기 종동부재 그리고 상기 하나의 멈춤쇠에 의해서 수용되는 일방향 구동장치.
  19. 일방향 구동장치로서 (a) 하나의 고정축을 중심으로 시계방향 및 반시계 방향으로 회전할 수 있도록 설치된 구동부재로서 상기 고정축에 수직한 평면의 구동면을 포함하고 있으며 상기 고정축을 중심으로 상기 구동면을 시계방향 및 반시계 방향으로 회전시키기 위한 전원과 연결되어 있는 구동부재와, (b) 상기 고정축을 중심으로 적어도 시계방향으로 회전할 수 있도록 설치된 종동부재로서 상기 구동면과 서로 마주하는 관계로 상기 구동면 부근에 위치된 편평한 종동면을 포함하고 있는 종동부재와, 그리고 (c) 상기 구동면, 상기 종동면, 및 이들 표면을 연결시키는 연결수단으로 구성되어 있는 연결부재로서 상기 구동부재가 상기 전원에 의해서 반시계 방향으로 회전될 때는 상기 구동부재가 상기 종동부재를 상기 고정축을 중심으로 반시계 방향으로 회전시키도록 작용하고 상기 구동부재가 시계방향으로 회전될 때는 상기 구동부재가 상기 종동부재를 회전시키지 않고 상기 고정축을 중심으로 자유롭게 회전하도록 작용하는 연결부재를 포함하고 있으며, 상기 구동면과 상기 종동면 그리고 상기 연결수단은 상기 구동부재가 반시계 방향으로 회전하게 될 때 상기 연결수단이 상기 구동면 및 상기 종동면과 결합하여서 상기 구동면과 종동면 사이의 상기 연결수단을 가로지르며 압축 하중이 가해지도록 구성되어 있으며, 상기 구동수단이 마주하는 가장자리를 갖춘 멈춤쇠를 포함하고 있고, 상기 가장자리들이 상기 구동부재가 반시계 방향으로 회전하는 중에 압축하중을 지지하는 상기 구동부재 및 상기 종동부재의 상기 구동면 및 상기 종동면과 결합하도록 구성되어 있으며, 상기 멈춤쇠의 폭이 그 두께보다 크고, 상기 마주하는 가장자리들이 상기 멈춤쇠의 두께 및 길이에 의해서 형성된 장방향의 평행한 평면들인 일방향 구동장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 멈춤쇠의 길이가 그 폭보다 큰 일방향 구동장치.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 연결부재는 상기 멈춤쇠를 상기 구동부재 및 상기 종동부재의 반시계 방향으로의 회전중일 때의 제 1 부하지지 위치와 상기 구동부재의 시계방향으로의 회전중일 때의 제 2 부하지지 위치 사이로 운동할 수 있도록 상기 구동면이나 상기 종동면 중 어느 하나와 연결시키는 연결수단을 포함하고 있으며, 상기 멈춤쇠 및 상기 연결수단은 상기 구동부재 및 상기 종동부재의 반시계 방향으로의 회전중에 상기 멈춤쇠에 가해지는 압축 하중이 상기 연결수단에 의해서가 아니라 상기 구동부재와 상기 종동부재 그리고 상기 멈춤쇠에 의해서 수용되도록 구성되어 있는 일방향 구동장치.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 연결수단은 상기 멈춤쇠가 그 어깨부 결합 가장자리들과 평행하게 상기 멈춤쇠를 통과하는 축을 중심으로 상기 제 1 부하지지 위치와 상기 제 2 부하지지 위치 사이에서 피봇회전운동 할 수 있도록 지지하여서, 상기 멈춤쇠가 상기 제 1 부하지지 위치와 상기 제 2 부하지지 위치사이에서 최대로 약 13°정도 피봇회전운동할 수 있는 일방향 구동장치.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 연결부재가 마주하는 가장자리를 갖춘 일렬의 멈춤쇠를 포함하고 있고, 상기 구동부재와 상기 종동부재 그리고 상기 멈춤쇠는 상기 구동부재 및 상기 종동부재가 반시계 방향으로 회전할 때 단지 하나의 상기 멈춤쇠만이 압축하중을 지지하는 식으로 상기 구동부재 및 상기 종동부재와 결합하도록 구성되어 있는 일방향 구동장치.
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