WO2011021499A1

WO2011021499A1 - 逆入力遮断クラッチ

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Publication number: WO2011021499A1
Application number: PCT/JP2010/063086
Authority: WO
Inventors: 声一高田
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2011-02-24
Also published as: JP2011043176A; JP5321971B2

Abstract

　逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式の逆入力遮断クラッチにおいて、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件でも、安定したクラッチ動作が得られ、かつ出力側部材の回転駆動に必要な入力トルクの低減が図れるようにする。出力側部材（４）の出力軸（２）の外周に一方向クラッチ（１４）を組み付け、この一方向クラッチ（１４）の外方回転部材（１６）に一端を接続されたゼンマイばね（１５）の他端を固定して、入力側部材（１０）が正回転するときには、一方向クラッチ（１４）の外方回転部材（１６）に正回転が伝達されることにより、ゼンマイばね（１５）が巻き締められてその弾性力により出力側部材（４）に回転抵抗を与え、入力側部材（１０）の正回転後の逆回転に対しては、巻き締められたゼンマイばね（１５）がその弾性力により巻き戻り、一方向クラッチ（１４）の外方回転部材（１６）を逆回転させて出力側部材（４）の逆回転を補助するようにした。

Description

逆入力遮断クラッチ

　本発明は、入力側に加えられる入力トルクを出力側に伝達し、出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達されないようにする逆入力遮断クラッチに関する。

　逆入力遮断クラッチは、同一軸心のまわりに回転する入力側部材と出力側部材とをトルク伝達可能に連結し、その連結部に逆入力遮断機構、すなわち入力側部材に加えられる入力トルクを出力側部材に伝達し、出力側部材に加えられる逆入力トルクは入力側部材に伝達しない機構を設けたものである。このような逆入力遮断クラッチには、出力側部材に逆入力トルクが加えられたときに出力側部材をロックさせる方式のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

　図５は、上記のように逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式の逆入力遮断クラッチの一例を示す。このクラッチは、入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転しかつトルク伝達できるように連結しており（図示省略）、その出力側部材の一部を構成する内輪５１の外側に固定外輪５２を配し、内輪５１の外周にカム面５１ａを設けて、外輪５２の内周円筒面と内輪５１外周面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間５３を複数形成し、これらの各楔形空間５３に一対の円筒ころ５４と各ころ５４を楔形空間５３の狭小部に押し込む圧縮コイルばね５５を組み込むとともに、各楔形空間５３の周方向両側（ころ５４を挟んでばね５５と対向する位置）に入力側部材の一部を構成する保持器の柱部５６を挿入したものである。

　このクラッチでは、各ころ５４がばね５５の弾性力で楔形空間５３の狭小部に押し込まれているので、出力側部材に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころ５４が外輪５２および内輪５１に係合することにより内輪５１が外輪５２にロックされ、入力側部材にはトルクが伝達されない。

　一方、入力側部材に入力トルクが加えられたときには、保持器の柱部５６が回転方向後側のころ５４をばね５５の弾性力に抗して楔形空間５３の広大部へ押しやることにより、ころ５４と外輪５２および内輪５１との係合が解除されて、内輪５１がロック状態から解放され、入力トルクが出力側部材に伝達される（図５中の矢印参照）。

　ところで、上述した方式の逆入力遮断クラッチに入力トルクと逆入力トルクが同時に同じ方向に加えられる場合は、回転方向後側のころが保持器の柱部に押されて楔形空間の広大部へ移動したときに、ロック状態から解放された出力側部材が入力側部材の回転速度を上回る回転速度で回転（空転）し、ころが相対的に楔形空間の狭小部へ戻ると出力側部材が再びロック状態となり、その直後に入力側部材の回転によりロック状態が解除されるという動作を繰り返して、出力側部材が円滑に回転しなくなることがある。

　この問題に対して、本出願人は、出力側部材の回転に対して摩擦抵抗を与えることにより、出力側部材の加速を抑制し、出力側部材の回転速度が入力側部材の回転速度を上回る状態を生じにくくして、ロック解除後の再ロックの発生を抑え、出力側部材の回転の円滑化を図ることを提案した（特許文献２参照。）。

　しかしながら、上記のように出力側部材の回転に対して摩擦抵抗を与える方法を、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件で適用した場合は、出力側部材を逆入力トルクと逆の方向に回転駆動しようとするときに、出力側部材に摩擦抵抗が作用する分、従来のものよりも大きな入力トルクが必要になる。

　例えば、上記特許文献２で提案した構成の逆入力遮断クラッチを、駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に組み込んで、モータの駆動により入力側部材が正回転すると被昇降体が下降し、入力側部材が逆回転すると被昇降体が上昇するようにした場合、被昇降体の下降動作は円滑に行われるが、被昇降体を上昇させるときにはモータの負荷が従来よりも大きくなる。このため、従来に比べて大型のモータが必要となり、装置全体のコストの増大をまねくこともある。

特開平２－２７１１１６号公報特開２００３－２９４０６０号公報

　本発明の課題は、逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式の逆入力遮断クラッチにおいて、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件でも、安定したクラッチ動作が得られ、かつ出力側部材の回転駆動に必要な入力トルクの低減が図れるようにすることである。

　上記の課題を解決するため、本発明は、入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転するように配し、前記出力側部材と固定部材との間に、逆入力トルクが出力側部材に加えられたときに出力側部材を固定部材にロックするロック手段を設け、前記入力側部材には、入力トルクが入力側部材に加えられたときに前記ロック手段による出力側部材のロック状態を解除するロック解除手段を設け、前記入力側部材と出力側部材との間に、出力側部材のロック状態が解除されているときに入力側部材に加えられた入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設けた逆入力遮断クラッチにおいて、一端を前記出力側部材に連結され他端を固定された弾性体を設け、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材の正回転に伴い前記弾性体が弾性変形してその弾性力により出力側部材に回転抵抗を与え、前記入力側部材の正回転後の逆回転に対しては、前記弾性変形した弾性体がその弾性力により前記出力側部材の逆回転を補助するようにした構成を採用した。

　すなわち、一端を出力側部材に連結され他端を固定された弾性体を設けることにより、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件において、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転（正回転）するときには弾性体が出力側部材に回転抵抗を与えて、ロック解除後の再ロックの発生を抑え、出力側部材の回転の円滑化を図るとともに、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転した後に逆方向に回転（逆回転）するときには、弾性変形した弾性体が出力側部材の逆回転を補助し、トルク伝達に必要な入力トルクを低減できるようにしたのである。

　前記弾性体としてゼンマイばねを用いた場合は、このゼンマイばねを前記出力側部材の正回転時に巻き締められるように出力側部材に連結すればよい。

　また、前記出力側部材と弾性体との間に、前記弾性体の一端に接続された回転部材を有する一方向クラッチを介在させ、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材から前記一方向クラッチの回転部材に回転を伝達して前記弾性体を弾性変形させ、前記入力側部材が逆回転するときには、前記回転部材が弾性体の弾性力により回転して前記出力側部材を逆回転させるようにしてもよい。

　上記の構成においては、前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだり、前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材により回転駆動されるトルク伝達部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだりすることができる。

　前記ロック手段は、前記固定部材をその内周側または外周側に形成した円筒面が前記出力側部材の外周面または内周面と対向するように配し、前記出力側部材の所定の位置に、前記固定部材の円筒面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成するカム面を設け、前記各楔形空間にそれぞれ転動体を配し、これらの各転動体間の所定の箇所に、各転動体を前記楔形空間の狭小部に押し込む付勢ばねを組み込んだものとし、前記ロック解除手段は、前記出力側部材と固定部材との間で前記転動体を挟んで付勢ばねと対向する位置に、前記入力側部材の一部を構成する保持器の柱部を挿入したものとすることができる。

　本発明の逆入力遮断クラッチは、駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に、前記モータの駆動により前記入力側部材が正回転すると被昇降体が下降し、前記入力側部材が逆回転すると被昇降体が上昇するように組み込まれる場合に、特に有効にその機能を発揮することができる。

　本発明は、上述したように、逆入力トルクに対して出力側部材をロックさせる方式の逆入力遮断クラッチにおいて、逆入力トルクが常に一定方向に加わる使用条件でも、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転するときには、出力側部材のロック解除後の再ロックが生じにくくして出力側部材を円滑に回転させることができる。しかも、入力側部材が逆入力トルクと同方向に回転した後に逆方向に回転するときには、出力側部材の回転駆動に必要な入力トルクを低減できるので、入力トルクを発生させる駆動装置の小型化・省エネ化を図ることができる。

第１実施形態の逆入力遮断クラッチの縦断正面図図１のII－II線に沿った断面図図１のIII－III線に沿った断面図第２実施形態の逆入力遮断クラッチの縦断正面図一般的な逆入力遮断クラッチの構造とロック解除時の動作を説明する要部の断面図

　以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は第１の実施形態を示す。この逆入力遮断クラッチは、駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に組み込まれるもので（モータおよび被昇降体は図示省略）、図１および図２に示すように、前記モータで駆動される入力軸１と、出力軸２と内輪３が一体成形された出力側部材４と、外輪５と一体形成した二段円筒状のハウジング６の大径側に押え蓋７を取り付けた固定部材８とを備えている。

　前記入力軸１には、内輪３と外輪５との間に挿入される複数の柱部９ａを有する保持器９が入力軸１と一体回転するように嵌め込まれ、入力軸１とこの保持器９とで入力側部材１０を構成している。そして、その保持器９の柱部９ａ間には、円筒ころ（転動体）１１と圧縮コイルばね（付勢ばね）１２が組み込まれている。

　一方、前記出力軸２の外周には、前記被昇降体を昇降させる昇降ギアＧと噛み合う中間ギア１３が嵌め込まれている。これにより、後述するように、前記モータの駆動により入力軸１が正回転してその回転が出力軸２に伝達されると被昇降体が下降し、入力軸１の逆回転が出力軸２に伝達されると被昇降体が上昇するようになっている。また、出力軸２の中間ギア１３と隣り合う位置には一方向クラッチ１４が組み付けられ、この一方向クラッチ１４を囲むように配されたゼンマイばね（弾性体）１５の一端部１５ａが一方向クラッチ１４に連結され、他端部１５ｂが外部の構造物Ｓに固定されている。これにより、ゼンマイばね１５と一方向クラッチ１４とを一体化させたユニットが組み込まれた状態となっている。

　ここで、前記一方向クラッチ１４は、図３に示すように、出力軸２と同心に配される環状の外方回転部材１６の内周面に同一方向に傾斜した複数のカム面１６ａを設けて、外方回転部材１６の内周面と出力軸２の外周円筒面との間に周方向の一方側で次第に狭小となる楔形空間１７を複数形成し、これらの各楔形空間１７に円筒ころ１８とこのころ１８を楔形空間１７の狭小部に押し込む圧縮コイルばね１９を配したもので、出力軸２が正回転（図中の矢印方向に回転）するときには出力軸２から外方回転部材１６に回転を伝達するようになっている。そして、その外方回転部材１６の外周部にゼンマイばね１５の一端部１５ａが接続され、出力軸２とともに外方回転部材１６が正回転するとゼンマイばね１５が巻き締められるようになっている。

　図２に示したように、前記固定部材８は、押え蓋７の外周縁に複数の爪７ａが形成されており、これらの爪７ａをハウジング６他端のフランジの外周縁に形成された切欠き６ａに嵌め込んで折り曲げることにより、押え蓋７をハウジング６に固定している。また、固定部材８一端のハウジング６の小径部には、出力軸２を回転自在に支持する焼結含油軸受２０が嵌め込まれている。

　前記入力軸１は、外周に互いに平行な２つの平面部を有する係合部２１の前半部が、内輪３中央に設けられた係合穴２２に挿入され、先端の小径円筒部が出力軸２の端面中央の穴に嵌め込まれて、出力軸２と同一軸心のまわりに回転するようになっている。ここで、内輪３の係合穴２２は、入力軸１の係合部２１とほぼ同じ断面形状であるが、入力軸１を挿入したときに僅かな回転方向の隙間が生じる形状となっており、これにより入力軸１に加えられた入力トルクを僅かな角度遅れをもって内輪３および出力軸２に伝達するトルク伝達手段が形成されている。

　また、前記内輪３の外周には、カム面３ａが周方向に交互に傾斜が逆向きとなるように設けられ、外輪５の内周円筒面と内輪３外周面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間２３が複数形成されている。そして、これらの各楔形空間２３に一対のころ１１が各ころ１１を楔形空間２３の狭小部に押し込むばね１２を挟んだ状態で配され、各楔形空間２３の周方向両側（ころ１１を挟んでばね１２と対向する位置）に保持器９の柱部９ａが挿入されている。

　従って、出力軸２に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころ１１がばね１２の弾性力によって楔形空間２３の狭小部に押し込まれて外輪５および内輪３と係合しているので、内輪３が固定部材８にロックされ、出力軸２の回転は入力軸１に伝達されない。

　一方、入力軸１に入力トルクが加えられたときには、入力軸１と一体に回転する保持器９の柱部９ａが、回転方向後側のころ１１をばね１２の弾性力に抗して楔形空間２３の広大部へ押しやるので、ころ１１と外輪５および内輪３との係合が解除され、内輪３がロック状態から解放される。そして、入力軸１がさらに回転して、その係合部２１と内輪３の係合穴２２とが係合すると、入力軸１の回転が内輪３を介して出力軸２に伝達される。

　すなわち、出力側部材４と固定部材８との間に、逆入力トルクが出力側部材４に加えられたときに出力側部材４を固定部材８にロックするロック手段が設けられ、入力トルクが入力側部材１０に加えられたときに前記ロック手段による出力側部材４のロック状態を解除するロック解除手段が入力側部材１０に設けられている。

　そして、入力側部材１０を正回転させて前記被昇降体を下降させるときには、入力軸１から出力軸２を介して一方向クラッチ１４の外方回転部材１６に正回転が伝達されることにより、ゼンマイばね１５が巻き締められてその弾性力により出力側部材４に回転抵抗を与える。このため、前記被昇降体に作用する重力が逆入力トルクとして入力トルクと同方向に加えられても、回転方向後側のころ１１が保持器９の柱部９ａに押されて楔形空間２３の広大部へ移動したときには、内輪３に与えられる回転抵抗が、ロック状態から解放された内輪３の回転速度が保持器９の回転速度以上に増大するのを抑えるブレーキとして作用するので、ころ１１が相対的に楔形空間２３の狭小部へ戻って再びロック状態となるおそれは少ない。

　一方、入力側部材１０を上記のように正回転させた後に逆回転させて前記被昇降体を上昇させようとするときには、巻き締められたゼンマイばね１５がその弾性力により巻き戻り、一方向クラッチ１４の外方回転部材１６を逆回転させる。このとき、ゼンマイばね１５の巻き戻りによる外方回転部材１６の回転の速度は出力軸２の回転速度よりも大きくなるので、外方回転部材１６の回転が出力軸２に伝達され、出力側部材４の逆回転を補助することになる。このため、前記被昇降体に作用する重力が逆入力トルクとして入力トルクと逆方向に加えられていても、出力側部材４を回転駆動させるために入力トルクを逆入力トルク分大きくする必要はない。

　この逆入力遮断クラッチは、上述したように、昇降装置の被昇降体に作用する重力が常に逆入力トルクとして出力側部材４に加えられる条件で使用されるが、入力トルクを逆入力トルクと同じ方向に加えて（入力側部材１０を正回転させて）被昇降体を下降させるときは、出力側部材４のロック解除後の再ロックが生じにくく、出力側部材４を円滑に回転させることができる。しかも、入力トルクを逆入力トルクと逆の方向に加えて（入力側部材１０を逆回転させて）被昇降体を上昇させるときには、出力側部材４の回転駆動に必要な入力トルクを低減できるので、駆動モータの小型化・省エネ化を図ることができる。

　図４に示す第２の実施形態は、第１実施形態の一方向クラッチ１４に代えて、出力軸２に嵌め込まれた中間ギア１３により回転駆動される被駆動ギア（トルク伝達部材）２４の中心に内方回転部材としての被駆動軸２５を通した一方向クラッチ２６を用い、その被駆動軸２５にゼンマイばね１５の一端を接続して、ゼンマイばね１５と一方向クラッチ２６とを一体化させたユニットを組み込んだものである。その一方向クラッチ２６の被駆動ギア２４と被駆動軸２５との間の回転伝達の構造は、第１実施形態の一方向クラッチ１４と同じである。この実施形態でも、ゼンマイばね１５は出力軸２が正回転すると巻き締められるように両端を被駆動軸２５および外部構造物Ｓに接続されており、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

１　入力軸
２　出力軸
３　内輪
３ａ　カム面
４　出力側部材
５　外輪
８　固定部材
９　保持器
９ａ　柱部
１０　入力側部材
１１　円筒ころ（転動体）
１２　圧縮コイルばね（付勢ばね）
１３　中間ギア
１４　一方向クラッチ
１５　ゼンマイばね（弾性体）
１６　外方回転部材
２３　楔形空間
２４　被駆動ギア（トルク伝達部材）
２５　被駆動軸（内方回転部材）
２６　一方向クラッチ
Ｇ　昇降ギア
Ｓ　外部構造物

Claims

　入力側部材と出力側部材とを同一軸心のまわりに回転するように配し、前記出力側部材と固定部材との間に、逆入力トルクが出力側部材に加えられたときに出力側部材を固定部材にロックするロック手段を設け、前記入力側部材には、入力トルクが入力側部材に加えられたときに前記ロック手段による出力側部材のロック状態を解除するロック解除手段を設け、前記入力側部材と出力側部材との間に、出力側部材のロック状態が解除されているときに入力側部材に加えられた入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段を設けた逆入力遮断クラッチにおいて、一端を前記出力側部材に連結され他端を固定された弾性体を設け、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材の正回転に伴い前記弾性体が弾性変形してその弾性力により出力側部材に回転抵抗を与え、前記入力側部材の正回転後の逆回転に対しては、前記弾性変形した弾性体がその弾性力により前記出力側部材の逆回転を補助するようにしたことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
　前記弾性体としてゼンマイばねを用い、このゼンマイばねを前記出力側部材の正回転時に巻き締められるように出力側部材に連結したことを特徴とする請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。
　前記出力側部材と弾性体との間に、前記弾性体の一端に接続された回転部材を有する一方向クラッチを介在させ、前記入力側部材が正回転するときには、前記出力側部材から前記一方向クラッチの回転部材に回転を伝達して前記弾性体を弾性変形させ、前記入力側部材が逆回転するときには、前記回転部材が弾性体の弾性力により回転して前記出力側部材を逆回転させるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の逆入力遮断クラッチ。
　前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだことを特徴とする請求項３に記載の逆入力遮断クラッチ。
　前記一方向クラッチの回転部材を前記出力側部材により回転駆動されるトルク伝達部材と同心に配し、この回転部材に前記弾性体として用いられるゼンマイばねの一端を接続して、ゼンマイばねと一方向クラッチとを一体化させたユニットを組み込んだことを特徴とする請求項３に記載の逆入力遮断クラッチ。
　前記ロック手段が、前記固定部材をその内周側または外周側に形成した円筒面が前記出力側部材の外周面または内周面と対向するように配し、前記出力側部材の所定の位置に、前記固定部材の円筒面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成するカム面を設け、前記各楔形空間にそれぞれ転動体を配し、これらの各転動体間の所定の箇所に、各転動体を前記楔形空間の狭小部に押し込む付勢ばねを組み込んだものであり、前記ロック解除手段が、前記出力側部材と固定部材との間で前記転動体を挟んで付勢ばねと対向する位置に、前記入力側部材の一部を構成する保持器の柱部を挿入したものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
　駆動モータを用いて被昇降体を昇降させる昇降装置に、前記モータの駆動により前記入力側部材が正回転すると被昇降体が下降し、前記入力側部材が逆回転すると被昇降体が上昇するように組み込まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。